في الربيع الماضي ، قبل أن يقلب COVID-19 العالم رأساً على عقب ، كانت آن سميث تدرس الفيزياء للصف التاسع حيث كانوا يتعلمون عن الدوائر الكهربائية.  تقوم سميث بتدريس العلوم في مدرسة كارمل الكاثوليكية الثانوية في موندلين ، إلينوي ، وقد أعطت طلابها مشابك ورقية وبطاريات وشريط لاصق ومصباح كهربائي.  ثم قالت :جرب.  معرفة ما إذا كان يمكنك جعل المصباح يضيء.

كان على الطلاب في مختبر الكيمياء للصف التاسع التابع لـ Anne Smith تحديد أساليبهم الخاصة لتحديد الحلول الأفضل لصنع الفقاعات. 

ترى سميث قيمة في السماح لطلابها بالتجربة.  إنها تعتقد أن بعضًا من أقوى التعلم يحدث من خلال التجربة والخطأ.  تقول: عندما يُسمح للطلاب بمواجهة المواد الصعبة ، فإنهم يكتسبون الثقة.  يتعلمون أن ارتكاب الأخطاء جزء من العملية العلمية.

هذا لا يعني أنه بمجرد إسناد المهمة ، تجلس سميث وتشاهد طلابها يفشلون.  بدلاً من ذلك ، تختار الأنشطة التي قد تحتوي على أكثر من إجابة واحدة.  ثم تشجع الطلاب على تجربة مناهج متعددة.  إنها تريدهم أن يفكروا في طرق مختلفة لحل مشكلة ما.

خلال الدرس ، يشارك الطلاب في مناقشات جماعية.  تركز ملاحظاتهم وتأملاتهم على العملية ، وليس النتيجة.

تثني سميث على الطلاب لعملهم من خلال المهام الصعبة.  إنها تريد أن تسلط الضوء على كيف يمكن لنضالاتهم أن تكافئهم بالمزايا.  تقول سميث: النقطة المهمة هي استكشاف الأفكار وتقييم الأساليب  وبذلك ، يتعلم الطلاب تقدير الأخطاء.  في الواقع ، وجدت أن الأخطاء جزء أساسي من التعلم.

فشل في النجاح

يقول ستيوارت فيرستين: الفشل هو أهم عنصر في العلم.  ستيوارت يدرس بيولوجيا الدماغ في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك.  كما كتب كتابًا بعنوان الفشل: لماذا العلم ناجح جدًا.

يقول: عندما تفشل التجربة أو لا تعمل بالطريقة التي كنت تتوقعها ، فإنها تخبرك أن هناك شيئًا لم تكن تعرفه. الفشل كمن يقترح عليك العودة وإعادة التفكير: ما الخطأ الذي حدث؟  و لماذا؟  هل كانت هناك مشكلة في الفكرة؟  مع نهجك أو افتراضاتك؟  مع قياساتك؟  في البيئة مثل درجة الحرارة أو الإضاءة أو التلوث؟

هذه هي قيمة الفشل.  إنه يؤدي إلى ما يسميه Firestein (بوابة المجهول).  إنه المكان الذي تأتي منه أكثر الأسئلة عمقًا وجدارة بالاهتمام.  وطرح هذه الأسئلة يمكن أن يثير أفكارًا وأنواعًا جديدة من التجارب.  يقول فيرستين إن أفضل شيء يمكن للعالم اكتشافه هو سؤال جديد أو أفضل.  الفشل هو مكان العمل.  إنه ما يدفع العلم إلى الأمام.

اشتهر توماس إديسون بأنه قال الشيء نفسه ، وفقًا لسيرة ذاتية تعود لعام 1910.  أراد أن يصنع بطارية أفضل.  لكن بعد العمل سبعة أيام في الأسبوع لأكثر من خمسة أشهر ، لم ينجح بعد.  أخبر صديقه ، والتر س مالوري ، أنه قد أجرى بالفعل أكثر من 9000 تجربة للمشروع.  وفقًا للكتاب ، أجاب مالوري: أليس من العار أنه مع الكم الهائل من العمل الذي قمت به ، لم تتمكن من الحصول على أي نتائج؟ يمضي الكتاب ليقول إن إديسون رد بابتسامة: النتائج!  لماذا ، يا رجل ، لقد حصلت على الكثير من النتائج!  أعرف عدة آلاف من الأشياء التي لن تعمل.

ولم يتوقف المخترع العنيد.  في النهاية ، حصل على البطارية الجديدة للعمل.  حصل على براءة اختراعها أيضًا.  على الرغم من أن إديسون اشتهر بالمصباح الكهربائي ، إلا أن هذه البطاريات أصبحت في النهاية المنتج الأكثر نجاحًا تجاريًا في حياته اللاحقة.

معظم المدارس لا تشجع الطلاب على الفشل

يختلف نهج سميث وإديسون عن الطريقة التي يتم بها تنفيذ العلوم في معظم الفصول الدراسية.  تميل المدارس إلى التركيز على تغطية الكثير من الموضوعات وحفظ حقائق لا حصر لها.  تعتمد العديد من الفصول الدراسية على الكتب المدرسية لتزويد الطلاب بأكبر قدر ممكن من المعلومات في أسرع وقت ممكن.  تشرح Firestein أن مشكلة تلك الكتب هي ان ليس لها سياق.  يذكرون نتائج التجارب لكنهم لا يخبرون سبب قيام الناس بها.  كما أنهم لا يصفون التجارب التي لم تنجح.  يقول فيرستين ، من خلال التركيز على النتائج الناجحة ، نحن نترك 90 بالمائة من العلم.

بدلاً من ذلك ، يقترح ، يجب أن يتضمن تعلم العلوم تفاصيل تلك الإخفاقات.  يوضح هذا العملية الواقعية للوصول إلى إجابة.  أيضًا ، يمكن للطلاب اكتشاف سبب ظهور أسئلة علمية محددة ومعرفة كيفية وصول الأشخاص إلى الإجابة التي لدينا الآن.

عندما يفشل الطلاب ، فإنهم يتساءلون عن الأفكار والآراء والأفكار.  هذا ما يشير إليه المعلمون بالتفكير النقدي.  من خلال هذه الأسئلة ، تقوم بربط الأفكار وتتحدى التفكير.  كلتا المهارتين لها قيمة عالية في عالم ، كما يقول فيرستين.

التعلم عن الفشل يجعل العلم أكثر سهولة.  يحتاج الطلاب إلى معرفة أن العلم ليس مجرد سلسلة من العباقرة يقومون باكتشاف واحد تلو الآخر.  بل إن تاريخ العلم مليء بالأخطاء والمنعطفات الخاطئة.

تتبع بعض الحقائق العلمية الأكثر شهرة سلسلة من الإخفاقات.  على سبيل المثال ، كان رمز الفيزياء إسحاق نيوتن مخطئًا بشأن الجاذبية.  على الرغم من أن فيرستين أوضح أن قوانين نيوتن للحركة رائعة لإطلاق الأقمار الصناعية وبناء الجسور ، فإن فكرته حول كيفية عمل الجاذبية كانت خاطئة.  كان ألبرت أينشتاين ، بعد 200 عام ، هو من قام بتصحيحها – مرة أخرى كنتيجة لتجربة فاشلة.  درس فكرة نيوتن حتى جاء بنظرية النسبية الخاصة.  غيّر هذا تصور العلم للجاذبية.  يوضح فايرستين أن العملية العلمية هي المكان الذي تصل فيه إلى الحقيقة من خلال ارتكاب الأخطاء ، كل خطأ أقل بقليل من الخطأ السابق.

من أين أتت المضادات الحيوية؟

أدت الإخفاقات أيضًا إلى اكتشافات عظيمة.  البنسلين والأشعة السينية والأنسولين كلها نتائج تجارب خاطئة.  يقول فيرستين: أعلن ثلثا الحائزين على جائزة نوبل أن اكتشافهم الفائز كان نتيجة تجربة فاشلة.  وهذا ما يفسر سبب إسحاق إسحاق أسيموف ، الكاتب الأمريكي وعالم الكيمياء الحيوية ، بالقول: العبارة الأكثر إثارة للاستماع في العلوم ، تلك التي تنذر باكتشافات جديدة ، ليست رائع!! بل هذا مضحك.

أهمية الفشل هي السائدة في المجالات الأخرى.  خذ هذه الملاحظة للاعب كرة السلة المحترف مايكل جوردان في إعلان نايكي عام 1997: لقد فاتني أكثر من 9000 تسديدة في مسيرتي.  لقد خسرت ما يقرب من 300 مباراة.  ستة وعشرون مرة ، تم الوثوق بي لأخذ اللقطة الفائزة بالمباراة – وقد فاتني.  لقد فشلت مرارًا وتكرارًا في حياتي.  وهذا هو سبب نجاحي.

مايكل ميرزينيتش هو عالم أعصاب عمل في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو.  في السبعينيات ، وجد دليلاً على أن الأدمغة يمكنها إعادة أسلاك نفسها بمرور الوقت.  تحدى عمله الفكرة الشائعة القائلة بأن الناس يولدون بعدد ثابت من خلايا الدماغ المنظمة في مسارات غير متغيرة.  اقترح أنه ربما لم يتم تحديد قدرتنا على التفكير والتعلم والعقل منذ الولادة.

بدأ Merzenich وفريقه أبحاثهم على القرود.  كانوا يهدفون إلى تحديد خلايا الدماغ التي أطلقت عندما أكملت القرود مهمة معينة.  أذهلت خرائط الدماغ الناتجة المجتمع العلمي.  لكنه وجد مفاجأة أكبر عندما أعاد النظر في الخرائط لاحقًا: لقد تغيرت المسارات العصبية للقرد.  قال ميرزينيتش: ما رأيناه كان مذهلاً للغاية.  لم أستطع فهم ذلك .  وقرر أن التفسير الوحيد الممكن هو أن أدمغة القردة قد أوجدت مسارات عصبية جديدة.  روى نورمان دويدج الملاحظة في كتابه الدماغ الذي يغير نفسه.

أشار بحث Merzenich إلى مفهوم سيُعرف باسم مرونة الدماغ.  إنها قدرة الدماغ على التكيف والتغيير استجابة للتجارب.  وأوضحت دراساته أنه عندما نتعلم شيئًا جديدًا ، فإن إشارة كهربائية تطلق وتربط الخلايا في أجزاء مختلفة من الدماغ.

يُطلق على المكان الذي تقفز فيه هذه الشرارات الكهربائية بين خلايا الدماغ اسم المشبك synapse .  تشتعل المشابك العصبية عندما نفعل أشياء مثل قراءة كتاب أو اللعب بالألعاب أو إجراء محادثات.  هذا التحفيز يقوي الروابط بين خلايا الدماغ.  إذا فعلنا شيئًا مرة واحدة فقط ، يمكن أن تتلاشى المسارات المشبكية.  ولكن إذا مارسنا وتعلمنا شيئًا ما بعمق ، فإن النشاط المشبكي سيشكل شبكات دائمة في الدماغ.  في الواقع ، التعلم يعيد أسلاك الدماغ.

إذا كان التعلم يمكن أن يجعل دماغنا يتكيف ويتغير ، فماذا يحدث عندما نرتكب خطأ؟  في عام 2011 ، درس جايسون موسر كيف يتفاعل الدماغ عندما يرتكب الناس خطأ.  موسر عالم نفس في جامعة ولاية ميتشيغان في إيست لانسنغ.  تعاون مع أربعة باحثين آخرين.  طلبوا من 25 مشاركًا إكمال اختبار بـ 480 سؤالًا.  أثناء الاختبار ، ارتدى كل شخص غطاءً مطاطيًا به أقطاب كهربائية تسجل نشاطًا في أجزاء مختلفة من الدماغ.

وجد موزر وزملاؤه أن نشاط دماغ المشاركين ارتفع عندما ارتكبوا خطأ.  يقول: “عندما واجه أحد المشاركين تعارضًا بين الاستجابة الصحيحة والخطأ ، تم تحدي الدماغ”.  “كانت محاولة فهم هذه المعرفة الجديدة وقتًا صراعًا والحاجة إلى التغيير.”  هذا عندما كان رد فعل الدماغ أقوى.

وجد أيضًا استجابتين دماغيتين نموذجيتين لخطأ.  أشارت الاستجابة الأولى إلى حدوث خطأ ما.  جاء رد الفعل الثاني فقط عندما تعامل المتقدمون للاختبار مع الخطأ على أنه مشكلة تتطلب اهتمامًا أكبر.  كان المشاركون الذين استجابوا لخطأهم من خلال إعطائه مزيدًا من الاهتمام قادرين على أداء أفضل في الاختبار بعد ارتكاب خطأهم.  استنتج موسر أنه “بالتفكير في الأخطاء التي حصلنا عليها ، نتعلم كيفية تصحيحها”.

نظرة جديدة للأخطاء

مناصرة لقيمة الأخطاء ، بدأت Jo Boaler ثورة في الرياضيات.  تقوم بتدريس مادة الرياضيات في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا.  في كتابها لعام 2019 ، Limitless Mind ، قالت إن على الناس التخلي عن فكرة أن قدرة المرء على التعلم ثابتة أو لا تتغير.  بدلاً من ذلك ، كما تجادل ، يجب أن ننظر إلى التعلم على أنه يضعنا جميعًا في رحلة نمو.

لقد أرادت إعطاء الطلاب رسائل إيجابية حول الأخطاء وخلق بيئة “صديقة للأخطاء” حيث يحتفل الطلاب بالأخطاء.  سعيًا لإدخال هذه الفكرة إلى الفصل الدراسي ، أنشأت Boaler معسكرًا صيفيًا للرياضيات لمدة ثلاثة أسابيع يُعرف باسم Youcubed.  (كانت آخر جلسة شخصية في عام 2019. وهي تقدمها الآن كدورة تدريبية عبر الإنترنت). الهدف من هذا البرنامج هو تعزيز الثقة في الرياضيات بين طلاب الصف السادس والسابع.  عندما يعطي الأطفال إجابات ، يتم تشجيعهم على شرح تفكيرهم.  ساعدت مناقشة العملية الطلاب الآخرين على تحليل أسبابهم.  هذا دفعهم لمواصلة المحاولة.

في بداية المعسكر ، ذكر الطلاب في كثير من الأحيان أن المعاناة مع الرياضيات كانت علامة على أنك لست على ما يرام.  ولكن بحلول نهاية الثلاثة أسابيع ، أفاد معظمهم بأنهم أكثر إيجابية بشأن ارتكاب الأخطاء.  لقد استمتعوا بالتحدي ووصفوا أنهم يتمتعون بتقدير أكبر لذاتهم.  يقول بوالر: عندما يرى الطلاب أن الأخطاء إيجابية ، يكون لها تأثير محرِّر بشكل لا يُصدق.

يمكن أن يساعدنا التعلم من خلال التعاون أيضًا في رؤية الأخطاء بطريقة أكثر إيجابية.  تدرس جانيت ميتكالف آثار الأخطاء وكيف يمكن أن تفيد التعلم.  عالمة نفس في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك ، لاحظت العديد من فصول الرياضيات للصفوف المتوسطة.  ووجدت أن أسلوب التعلم الأكثر فعالية هو إعطاء الطلاب فرصة لمناقشة أخطائهم.

قد يسألون: ما رأيك في ذلك؟  كيف حصلت على إجابتك؟  لقد أدت مشاركة الطريقة التي قاموا بها إلى حل المشكلة إلى إزالة الكثير من التركيز عن الأخطاء.  بدلا من ذلك وصفوا نظرياتهم وأفكارهم.  أدى هذا التعاون مع زملاء الدراسة إلى درجات اختبار أعلى.

وهذه هي الرسالة التي تحاول سميث أن ترسلها إلى طلاب الفيزياء بالمدرسة الثانوية.  ومع ذلك ، لا يزال البعض يأتون إلى الفصل خوفًا من الفشل.  يعتقدون أن الإجابة الخاطئة تعني أنهم ليسوا أذكياء.  يستسلم البعض قبل أن يحاولوا حتى لأنهم خائفون جدًا من عدم صحتهم.

تقول سميث: من المهم بشكل خاص لهؤلاء الطلاب أن يروا الأخطاء كفرصة تعليمية.  يستغرق جعل الناس يرون الأخطاء كجزء طبيعي من التعلم وقتًا.  لقد شعرنا جميعًا بالحرج من ارتكاب خطأ في الأماكن العامة.  ولكن من المأمول أن يساعد العثور على النجاح نتيجة الكفاح من أجل التوصل إلى حل الطلاب على أن يصبحوا أكثر حماسًا لمواجهة تحديات المستقبل.

بالنسبة إلى سميث ، فإن القدرة على “لتعامل مع الأخطاء بثقة أكثر أهمية من أي شيء آخر يمكن للطالب تعلمه.