پژوهش قضاوی و همکاران(۱۳۸۷) که با تحلیل محتوای کتاب پنج سال دوره ابتدایی از بعد معضلات زیست محیطی صورت گرفته است نشان داد بیشترین توجه به مساله خاک و کمترین توجه به معضلات صوتی شده است و بیشترین توجه در پایه پنجم و کمترین توجه در پایه چهارم ابتدایی به معضلات زیست محیطی گردیده است.
۲-۱۶-۱ پ‍ژوهش های مرتبط فعالیتهای یاددهی یادگیری
هر چند از زمان های بسیاردور به طور غیر رسمی از نحوه فعالیتها در آموزش علوم صحبت می شد؛ اما در سال ۱۸۸۰، برای اولین بار آرمسترانگ پژوهشگر و معلم علوم تجربی در انگلستان، نظریه هیوریسم یا یادگیری اکتشافی را مطرح کرده و با تلفیق بعضی از نظریه های یادگیری علوم تربیتی، از آن در آموزش علوم تجربی استفاده کرد. این الگوی آموزشی به پرورش مهارتهایی چون: مشاهده، اندازه گیری و کاربرد این مهارتها در حل مسائل تاکید داشت. این نظریه دانش آموزان را قادر می ساخت تا اصول نظریه های علمی را به خوبی یاد بگیرند. نظریه یادگیری اکتشافی آرمسترانگ مورد استقبال قرار گرفت و برای پرداختن به این رویکرد آموزشی، آزمایشگاههای ساده ای در بعضی از مدارس احداث گردید و در سال ۱۸۹۶، وجود آزمایشگاه به عنوان بخش مهم و ضروری در آموزش علوم تجربی در انگلستان به تصویب رسید(پرویزیان ،۱۳۸۴).

در اوایل قرن نوزدهم، توسعه ماشینهای بخار و کاربرد آنها در صنعت و حمل و نقل، و نیز رشد روزافزون فعالیتهای فناورانه و علمی- صنعتی سبب شد تا تقاضا برای کارگران ماهر، کارشناسان و مهندسان خبره و نیز دانشمندان و پژوهشگران علوم تجربی روز به روز بیشتر شود(پرویزیان ،۱۳۸۴).
درابتدای قرن بیستم، بسیاری از اشراف زادگان اروپایی مقاومتهایی را به خاطر اجباری بودن فعالیتهای عملی در مدارس از خود نشان دادند. این امر باعث شد تا تردیدهایی در ارتباط با لزوم اجرای فعالیتهای عملی در مدارس ایجاد شود. اولین تردیدها در مورد ارزش فعالیتهای عملی در مدارس دوره راهنمایی مطرح شد که عمدتاً به خاطر امکانات محدود بود، و سپس از طرف پژوهشگران مورد نقد و بررسی قرار گرفت. پژوهشگران درباره علت پیدایش تردیدها نکات زیر را یادآور شده‌اند:
تعداد کمی از معلمان دوره راهنمایی صلاحیت و توانایی آموزش و فعالیتهای عملی را به نحو احسن دارند تأکید بیش از حد بر اجرای فعالیت‌های عملی، به درک نادرستی از کاوشگری علمی منجر می شود بسیاری از آزمایش‌های انجام گرفته در مدارس، پایه علمی درستی نداشته و بی ارزشند (نیازتل^[۷۶]، به نقل از بدریان،۱۳۸۵).
فعالیتهای عملی انجام شده در مدارس، دور از توانایی ها و علائق دانش‌آموزان هستند. در اواسط جنگ سرد، در سال ۱۹۵۷، با پرتاب اولین سفینه فضایی (اسپوتنیک) توسط شوروی سابق، شوک عظیمی در بعضی از کشورها ایجاد شد. در مورد آموزش علوم تجربی، از قبل انتقادهایی در زمینه عدم کارایی روش های آموزشی موجود وجود داشت و پرتاب سفینه اسپوتنیک سبب شد تا بسیاری از کشورها، با شدت هر چه بیشتری به انجام اصلاحاتی در برنامه‌های درسی خود همت گمارند. اصلاحات برنامه درسی آموزش علوم نیز از جمله برنامه‌هایی بود که در بسیاری از کشورها به آن پرداخته شد. از مهمترین برنامه‌های درسی جدید، می‌توان به پروژه های نافیلد در مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه انگلستان و مطالعه وبررسی برنامه‌ درسی علوم زیست شناسی، فیزیک و شیمی در ایالات متحده اشاره کرد. اساس این پروژه‌ها بر درک مفهومی و یادگیری بخش اعظم حقایق علمی استوار بود و روی این اصل، دانش آموزان مجبور شدند تا از کتابهای درسی جدید و ویژه ای استفاده نمایند. برنامه درسی جدید بر توسعه هر چه بیشتر مهارتهای پایه، و نیز استفاده از فعالیتهای عملی در کنار کلاس درس تأکید داشت(میلر، به نقل از بدریان ،۱۳۸۵).
جان سالومون در کتابی تحت عنوان «آموزش کودکان در آزمایشگاه» گفت: «شکی نیست که آموزش علوم تجربی باید در آزمایشگاه صورت گیرد، زیرا که علوم تجربی به آزمایشگاه تعلق دارد، همانطور که آشپزی به آشپزخانه و کشاورزی به مزرعه تعلق دارد. سالومون این الزام در اجرای فعالیتهای عملی را با الهام از نظریه‌ها و فعالیت‌های صورت گرفته توسط آرمسترانگ مطرح کرد و با اجرای پروژه‌های مختلف آموزش علوم، موجب گسترش این نظریه شد. وی خاطر نشان کرده است که سؤالات زیادی در رابطه با چگونگی تنظیم برنامه فعالیتهای عملی و اجرای آن در مدارس وجود دارد، با این حال میزان فعالیتهای عملی در مدارس را ک‍‍ِر (۱۹۶۳) که در زمینه انجام فعالیتهای عملی در مدارس پژوهش می‌کرد، مشخص کرد. کِر با الهام از نظریه رشد شناختی پیاژه متذکر شد که معلمان علوم برای تنظیم میزان فعالیتهای عملی در مدارس، باید تلاش کنند تا در دوره تحصیلی ابتدایی (یعنی سنین ۷ تا ۱۱ سالگی)، با نمایش آزمایشهای ساده و جذاب و نیز انجام آزمایشهای بسیار ساده توسط دانش‌آموزان، آنها را به علوم تجربی علاقمند کنند. در دوره تحصیلی راهنمایی نیز باید روش های علمی به دانش آموزان آموخته شود؛ ولی از سنین ۱۴و ۱۵ سالگی، ارتقای روش های علمی و دست یابی به سطوح بالاتر تفکر را هدف اصلی خود قرار دهند (کیامنش،۱۳۸۲).
نقش فعالیتهای عملی در آموزش و یادگیری علوم هودسون^[۷۷] (۱۹۹۰) با مرور پژوهشهای انجام گرفته در زمینه نقش فعالیتهای عملی در آموزش علوم، ضرورت انجام فعالیتهای عملی در مدارس را برای تأمین اهداف مهمی لازم می داند. این اهداف عبارتند از: تقویت روش‌های ایجاد انگیزه، آموزش مهارت ها، غنا بخشیدن به روش‌های یادگیری مفاهیم، توسعه روش‌ها و نگرش‌های علمی نظیر؛ تفکر آزاد، شفاف، آگاهانه، آینده‌نگر و نیز تقویت توانایی قضاوت منطقی در امور مختلف. پژوهش‌های هودسون در زلاندنو نشان‌می‌دهد که ۵۷% دانش‌آموزان ۱۳ تا ۱۶ ساله فعالیتهای عملی را دوست دارند، اما ۴۰% آنها هنگامی که نمی‌دانند چه نوع فعالیتی انجام می‌دهند و یا برداشت نادرستی از فعالیت‌ها دارند، انگیزه کمتری از خود نشان می‌دهند. نتایج حاصل از بررسی‌ها و مطالعات هودسون نشان می‌دهد که دانش‌آموزان هنگامی از فعالیتهای آموزشی و عملی بیشترین بهره‌ را می‌برند که موارد زیر به درستی اجرا شود:
فعالیتهای آموزشی وعملی، به صورت مشخص و آگاهانه انجام شوند.
فعالیتهای آموزشی و عملی دارای یک هدف شفاف و عملی باشند.
فعالیتهای آموزشی و عملی به صورت مستقل و با کنترل محدود انجام پذیرند.
هودسون (۱۹۹۳) دررابطه با میزان فعالیتهای عملی در مدارس، دو نوع الگو را پیشنهاد کرده است:
اولین موردیاددهی الگوهای رایج ومعمول می‌باشدکه ممکن است درخارج ازآزمایشگاه نیزموجود باشد.
دومین مورد آموزش الگوهایی است که برای تربیت دانشمندان آینده لازم است. او دلایل خود را برای اجرای الگوی اول تحت عنوان «کناره‌گیری از موضوعات بی‌معنی» چنین بیان می کند: بدون شک انجام فعالیتهای علمی، بخشی از فرایند آموزش علوم می‌باشد. اما شواهد نشان می‌دهد که دانش‌آموزان نمی‌توانند برخی از فعالیت‌های علمی را به خوبی انجام دهند. هر چند بعضی از آزمایش‌ها را نمی‌توان بوسیله وسایل دست ساز انجام داد؛ اما این آزمایش‌ها را می‌توان با بهره گرفتن از فعالیت‌های رایانه‌ای، مثل مدل سازی، پردازش اطلاعات و یا شبیه‌سازی انجام داد.
برای ابراز اهمیت انجام فعالیتهای عملی در آموزش علوم دلایل زیادی وجود دارد که به نوعی بیان کننده اهمیت انجام فعالیتهای عملی درآموزش اثر بخش علوم می باشند. برخی از این دلایل عبارتند از:
۱- انجام فعالیتهای عملی به دانش آموز کمک می کند تا مهارتهای لازم برای یک دانشمند را کسب کند. این مهارتها عبارتند از: برنامه ریزی، مشاهده دقیق، اندازه گیری، ثبت دقیق و درست اطلاعات، نمایش شفاف و به دور از اغراق اطلاعات، ارائه صحیح نتایج و یافتن ارتباط منطقی بین متغیرها.
۲-  پرداختن به فعالیتهای عملی سبب می شودتادانش آموزان حقایق و مفاهیم علمی را بهتر درک نمایند.
۳- استفاده از فعالیتهای عملی سبب فعال شدن یادگیری شده و دانش آموزان را وادار می کند تا درباره اهداف فعالیت عملی فکر کنند. بنابراین با اجرای فعالیتهای عملی، به جای اینکه دانش آموزان در مقابل بارش یک طرفه اطلاعات از طرف معلم تسلیم شوند، به طور فعال در مبادله اطلاعات و تجربه با معلم شریک می شوند.
۴- انجام فعالیتهای عملی سبب واقعی تر جلوه دادن حقایق علمی می شود.
۵- انجام فعالیتهای عملی به دروس علوم تجربی هیجان و علاقه بیشتری می بخشد.
۶- انجام فعالیتهای علمی سبب رشد مهارتهای مورد نظر برنامه درسی و اهداف آموزشی نظیر: رشد ارتباطهای علمی، رشدسواد علمی، و توانایی استفاده از فناوریهای اطلاعات و ارتباطات می شود.
موانع متعددی وجود دارد که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیتهای عملی در آموزش علوم استفاده نمایند. صرفنظر از نظام آموزشی، کتابهای درسی، سنجش و ارزشیابی و نیز عوامل بیرونی مثل آزمونهای ورودی دانشگاهها و فرهنگ جامعه، می توان به سه عامل: کمبود امکانات، محدودیت زمان و اندازه کلاس درس و آزمایشگاه اشاره کرد که به نوعی بر میزان استفاده از فعالیتهای عملی در مدارس تاثیر می گذارند(میلر، به نقل از بدریان ،۱۳۸۵).
بسیاری ازدبیران علوم تجربی در مدارس راهنمایی و دبیران فیزیک، شیمی وزیست شناسی معتقدند که اگر بخشی از زمان کلاس درس را به انجام فعالیتهای عملی اختصاص دهند، در این صورت نمی توانند کتاب را در مدت زمان مقرر شده به پایان برسانند. در برنامه درسی مدارس متوسطه، انجام فعالیتهای عملی بخشی از برنامه درسی قصد شده بوده و زمان لازم برای انجام اینگونه فعالیتها در برنامه درسی در نظر گرفته شده است و با یک برنامه ریزی دقیق و منظم می توان از وقت کلاس به نحو شایسته ای هم برای آموزش مفاهیم و هم برای انجام فعالیتهای عملی استفاده کرد. از آنجایی که در برنامه درسی آموزش علوم، حدود ۲۵ درصد نمره پایانی هر درسی به فعالیتهای عملی و فعالیتهای آزمایشگاهی اختصاص دارد، بنابراین منطقی خواهد بود که ۲۵ درصد کل زمان کلاس در یک سال تحصیلی به انجام فعالیتهای عملی و آزمایشگاهی اختصاص داده شود. همچنین باید دقت کرد که معلمان درچارچوب برنامه درسیجفعالیت نمایند. معمولاً معلمانی که به انجام فعالیتهای و آزمایشگاهی عملی مبادرت نمی ورزند، تلاش می کنندتا به ارائه مطالب ومفاهیمی فراتراز موضوعهای مورد بحث برنامه درسی بپردازند.این عمل نه تنها موجب اتلاف وقت کلاس درس می شود، بلکه درصورت ارائه مفاهیمی سخت وخارج از کتاب درسی، موجبات منفعل شدن دانش آموزان رافراهم می سازد(هودسون، ۱۹۹۰).
پژوهشگران معتقدند که جهت استفاده اثربخش از فعالیت‌های آزمایشگاهی، باید ابتدا مشخص شود که این فعالیت‌ها چه اهدافی را دنبال می‌کنند؟ چه راهبردهایی برای آموزش در آزمایشگاه وجود دارد و این راهبردها چقدر بر اهداف مورد نظر منطبق هستند؟ چگونه می‌توان بروندادهای آموزش در آزمایشگاه را مورد سنجش و ارزیابی قرار داد؟ کر^[۷۸] (۱۹۶۳) مطالعه مهمی را در ارتباط با فعالیت‌های آزمایشگاهی در سال ۱۹۶۱ انجام داد. در طول یک دوره ۲ ساله او تعدادی معلم از انگلستان و ولز را انتخاب کرد و از آنها خواست تا اطلاعاتی را درباره طبیعت، اهداف، ارزشیابی و دیدگاه آنان از انجام فعالیت‌های آزمایشگاهی در مدارس ارائه دهند. وی موفق شد تا اطلاعات اخذ شده را دسته‌بندی نموده و فهرستی ازده هدف مهم ازفعالیت‌ آزمایشگاهی تهیه نماید. این اهداف عبارتند از:

1. 1. آموزش روش علمی و ترغیب فراگیران به انجام مشاهده و ثبت دقیق داده‌ها.

1. 1. داشتن فکری باز، شفاف و ساده بر پایه روش‌های علمی.

1. 1. توسعه مهارت‌های فردی و دستی.

1. 1. وارد کردن رویکردهای تربیتی در حل مسئله.

1. 1. انطباق نیازمندیهای علمی و عملی در فراگیران.

1. 1. تشریح مفاهیم نظری و بررسی کاربرد جامع آنها.

1. 1. اصلاح حقایق واصول موردنظر بر پایه یافته‌های آزمایشگاهی.

1. 1. جامعیت دادن به بخش اعظم یافته‌های علمی از طریق مشاهده و اثبات اصول فراگرفته شده.

1. 1. انگیزش و علاقمند نمودن فراگیران به آموزش علوم تجربی و کاربردهای آن.

1. 1. حقیقی‌تر جلوه دادن پدیده‌ها از طریق تجربه عملی.

در طول سالهای گذشته، تلاشهای زیادی جهت گسترش و اصلاح اهداف ذکر شده صورت گرفته است؛ اما این اهداف با اندک تغییری امروزه همچنان پابرجاست. اهداف مشابهی نیز برای توجیه ضرورت انجام فعالیت‌های عملی در آموزش عالی در نظر گرفته شده‌است(هودسون، ۱۹۹۳به نقل ازبدریان،۱۳۸۵).
نوع آزمایش و فعالیتهای آزمایشگاهی که بسیاری از فراگیران عهده‌دار انجام آن می‌شوند، با انتقال از دوره ابتدایی به راهنمایی و متوسطه تغییر می‌کند. در ابتدای امر شاید انجام فعالیتهای عملی دارای ساختار مشخصی نباشدو فقط به انجام چند فعالیت آزمایشگاهی بوسیله فراگیر محدود شود، اما در دوره راهنمایی، ممکن است فعالیتهای آزمایشگاهی فراگیر- محور انجام گیرد که در آنها امکاناتی مثل آزمایشگاه مستقل و نیز انجام فعالیت‌هایی که درزندگی روزمره کاربردهایی داشته وهمه‌گیر باشند، درنظرگرفته شود. دردوره متوسطه با آگاهی ازمیزان آموخته‌های فراگیران، می‌توان رویکرداکتشافی وحل مسئله را اختیارکرد وفراگیران را به انجام فعالیت‌های آزمایشگاهی به طور هدایت شده ویا مستقل ترغیب کرد(گان استون و چمپانگ^[۷۹]،۱۹۹۰به نقل از کیامنش،۱۳۸۲).
میلربه نقل ازبدریان (۱۳۸۵) علی‌رغم جایگاه ویژه انجام آزمایش و فعالیتهای عملی در آموزش اثربخش علوم تجربی، به نظر می‌رسد که انجام آزمایش درمدارس،حتی هفته‌ای یک بار،با مشکلات خاصی مواجه است.عوامل متعددی را نام می برد که سبب می‌شوند تا علاوه برفراگیران، معلمان نیزدرآموزش علوم، رغبت چندانی به انجام فعالیت‌های عملی واستفاده ازآزمایش نداشته باشند، برخی از این عوامل عبارتند:
۱٫افزایش فشار مادی بر مراکز آموزش عالی، سبب شده است که اکثر دانشگاه‌ها به ویژه از نوع غیرانتفاعی(خصوصی) بیشتربه روش‌های تدریس به صورت سخنرانی روی آورند و در نتیجه، در استفاده از آزمایشگاه برای انجام کارهای علمی محدودیتی چشمگیر به وجود آمده است.

2. 2. افزایش بیش ازحد هزینه‌های مربوط به وسایل و تجهیزات آزمایشگاهی، سبب شده است تا گروه های آموزشی ضرورت انجام آزمایش برای همه فراگیران را زیر سئوال ببرند. بدین ترتیب استفاده از آزمایشگاههای علوم برای فراگیرانی که علوم پایه، رشته تخصصی آنها نیست ولی بخشی از موضوعات درسی آنها محسوب می‌شود، بسیار محدود شده است.

2. 2. پیشرفت سریع در فناوری، علوم و روش های آزمایشگاهی، سبب شده است تا آزمایشگاه‌های دانشگاه‌ها و مراکز تربیت معلم، به مراتب پیچیده‌تر و پیشرفته‌تر از آزمایشگاه‌های مدارس باشد، که خود، مسئله مهمی برای معلمان علوم ایجاد می‌کند، زیرا آنها نمی‌توانند در مراکز آموزش عالی آمادگی و مهارت لازم را برای فعالیت در آزمایشگاه‌های مدارس داشته باشند.

2. 2. شیوه‌های مدیریتی خاص به دلیل بالا بودن قیمت وحفظ و نگهداری وسایل و امکانات آزمایشگاهی، سبب شده است تا تمرین مهارت‌های اساسی درآزمایشگاه‌ها، حتی برای معلمان نیزمحدودتر شود.

در کشور ایران نظام آموزشی متمرکز، برنامه های درسی را با عناوین و فصلهای کاملا مشخصی تحت عنوان کتاب درسی از طریق د فتر تالیف کتب درسی تدوین و دراختیاردانش آموزان و به همراه آن کتاب راهنمای معلم نیزدر اختیار معلمین قرار می گیرد از آنجا که تلاش و کوشش هایی به عمل می آید که این کتب کاملاً نیاز علمی مخاطب را از تمام جوانب تامین کند معلم ملزم به تدریس آن به شکل تمام و کمال می باشد و بعضاً ارزشیابی متمرکز در این راستا صورت میگیرد. مهمترین هدف آموزش علوم در مدارس، افزایش سواد علمی، روحیه علمی و کاوشگری، آفرینندگی و خلاقیت در دانش‌آموزان است. یکی از روش‌هایی که می‌تواند نقش کمک کننده‌ای در پیدایش و گسترش متوازن اهداف فوق داشته باشد، استفاده از روش های استاندارد آموزش علوم است که سبب کاهش تفاوت‌های موجود در امر آموزش با کشورهای پیشرفته خواهد شد. مهمترین گام برای رسیدن به یک سطح سواد علمی مناسب در هر کشوری، تدوین استانداردهایی برای آموزش علوم است تا با اجرای این استانداردها، نوعی همسان‌سازی در مدارس مختلف و نیز ارتقای سطح علمی افراد جامعه صورت گیرد(موسسه پژوهشی بین المللی استاندارد علوم امریکا^۱[۸۰]،۱۹۹۴ به نقل از مومنی راد،۱۳۷۸)