הוראת מושגים ועקרונות ביולוגיים בגישה קונסטרוקטיביסטית

דריפוס, ע' ואגרסט, ב' (2013). הוראת מושגים ועקרונות ביולוגיים בגישה קונסטרוקטיביסטית. בתוך צ' ליבמן (עורכת), ללמוד, להבין, לדעת: מסע בנתיבי ההוראה הקונסטרוקטיביסטית (265-234). תל-אביב: הוצאת הקיבוץ המאוחד ומכון מופ"ת.

תחת המטרייה הכללית של ה"קונסטרוקטיביזם" חוסות השקפות מגוונות על הלמידה שמילת המפתח המשותפת להן בהגדרת הלומד היא "בונה". השקפות אלו נוגעות למהות תהליך הלמידה, להשלכות תהליך זה על תפקיד המורה ולשאלות אפיסטמולוגיות לגבי אופי הידע האנושי. בהדגמת האופן שבו ניתן ליישם את ההשקפות הקונסטרוקטיביסטיות בהוראת הביולוגיה, מתייחסים מחברי המאמר לשני עקרונות כלליים המשותפים להשקפות אלו: (א) הלמידה היא תהליך של בנייה פעילה של ידע; (ב) ההוראה היא תהליך של תמיכה בבניית הידע יותר מאשר תהליך מסירתו ללומד.

דומה כי לפי תפיסות קונסטרוקטיביסטיות, אין לדבר על "הוראת" ביולוגיה, אלא על התמודדות התלמיד, בהנחיית המורה, עם למידת הביולוגיה. תפיסות מסוג זה מעוררות שאלות נוקבות: מהו אופי המקצוע המכונה "ביולוגיה"? מהו, בתחום מקצוע לימוד זה, אופי הידע שהתלמיד מביא אתו לכיתה ושמהווה את "גוף הידע הקיים" אצלו? כיצד משפיעות התשובות לשאלות אלו על יכולתו של התלמיד, או אפילו על נטייתו, לקשור בין ידע חדש לידע קיים, לבחון ידע קיים ולבנות רשתות משמעות? מהם תנאי הלמידה שיכולים לסייע לבניית משמעויות אלה?

החלוקה המסורתית של מקצוע ה"ביולוגיה" לתחומי מחקר נוחה וחיונית למדענים המתמחים בהכרח בתחומים צרים יחסית, אבל היא מהווה בעיה קשה למתכנני תכניות הלימודים בביולוגיה ולמורים, המתמודדים עם המורכבות האדירה של מה שאמור להיות מקצוע לימוד אחד. ארגון החומר מהווה בעיה שעד היום אין לה פתרון מוסכם על הכול. סדר למידה לפי רמות הארגון המקובלות בעולם המדע (כלומר במקרה שלפנינו, מהמולקולה עד לאורגניזם ומאורגניזם עד לאוכלוסיות) אינו אפשרי, ודאי לא בכל הגילים. זאת משום שלימוד המקצוע מחייב מיזוג של ידע מרמות ארגון שונות.

כדי להתגבר על הצורך במיזוג ובקישור בין רמות שונות בלימודי הביולוגיה יש להימנע מהיצמדות לחלוקה המקובלת לתחומי מחקר. באופן כללי, כדי להבהיר את אחד הקשרים המשמעותיים ביותר בביולוגיה, קרי הקשר בין מבנה לבין תפקוד, חייבים ללמד באופן סימולטני ככל הניתן פרקים ששייכים למבנים ופרקים ששייכים לתפקודים פיזיולוגיים וביוכימיים, ויחד אתם פרקים ששייכים לאורגניזם השלם. בארץ נעשו ניסיונות שונים לארגן את חומר הלימוד בביולוגיה "לרוחב", למשל בתכניות הישראליות המבוססות על התכנית האמריקנית להוראת הביולוגיה (BSCS).

בעיה מהותית נוספת קשורה לרמת ההבנה הנדרשת מן התלמיד בשיעורי הביולוגיה. חלק מהתופעות שאליהן נחשף התלמיד הן סמויות מן העין, כגון תופעות ברמה המולקולרית. מבחינת התלמיד ניתן להבחין בין שתי רמות עיקריות של ארגון: הרמה המוחשית והרמה המופשטת. הרמה המוחשית מתייחסת לתופעות שחושי התלמידים מסוגלים לקלוט ("רמת מקרו"), ואילו הרמה המופשטת מתייחסת לתופעות שהתלמיד אינו יכול לחוש ישירות ושהבנתן דורשת ממנו להקיש מתופעות ומממצאים שונים ("רמת מיקרו"). בביולוגיה נתקל התלמיד בשתי רמות מיקרו המאפיינות את המקצוע: רמת התא המיקרוסקופית והרמה התת-תאית, התת-מיקרוסקופית, המולקולרית. אפשר לראות תא באמצעות מיקרוסקופ, אבל אי-אפשר לחוש את הישויות הפועלות בתא ברמה של תהליכים כימיים. ברמת המיקרו המושגים כאמור מופשטים ובנויים על הקשים מממצאים שהם עצמם מופשטים.

לאור קיומן של שתי רמות מיקרו ששתיהן מופשטות, יצירת קשרים משמעותיים בין פרטי המידע היא משימה קשה במיוחד (Deryfus & Jungwirth, 1991) שדורשת יכולת חשיבה מופשטת. כתוצאה מכל אלה בניית ההבנה של עקרונות מורכבים מאוד שהם מרכזיים בביולוגיה, כגון "התא הוא יחידת התפקוד היסודית של האורגניזם" (שם), נתקלת בקשיים רבים. כך גם תפיסת מיקומן, חשיבותן, תפקודן ומעמדן של מערכות (נשימה, עיכול וכדומה) בגוף הרב-תאי. ההסבר לתופעות מוחשיות נמצא לעיתים קרובות ברמת המיקרו המופשטת ואינו מובן לתלמיד.

גישות הלמידה הקונסטרוקטיביסטית רואות את הידע המוקדם של התלמיד כבסיס לבניית ידע חדש (Driver, Driver, Asoko, Leach, Mortimer, & Scott, 1994; Driver & Bell, 1985).

ניתן לומר שהתלמידים מביאים לכיתה כמות גדולה של ידע אישי, פרטי, שקשור לתופעות "מקרו" שאותן הם חשים בחיי היום-יום שלהם. אבל בעצם התחושה אין הסבר לתופעות, ולעיתים קרובות התלמיד אינו יכול להבין את ההסבר המופשט מדי לתופעות המוכרות לו. אין פירוש הדבר שהוא אינו מסביר לעצמו באופן אינטואיטיבי את התופעות, אלא שברוב המקרים ההסבר האינטואיטיבי אינו תואם את ההסבר המקובל על הקהילה המדעית. לא פעם מאמץ התלמיד, בהשפעת גורמים ריגושיים, חברתיים או תרבותיים, הסברים שתואמים את נטיותיו אבל חורגים מההסברים המדעיים המקובלים. לעיתים משפיע הידע האישי על האופן שבו קולט התלמיד את הסברי המורה. התלמיד עשוי לאמץ פרשנות שנראית סבירה בעיניו, אף שהיא שונה מזו שאליה התכוון המורה.

בשל כך רווחת בלימודי הביולוגיה תופעת התפיסות השגויות. מחברי המאמר מעדיפים לכנותן "תפיסות חלופיות", משום שבמקרים רבים הן אינן נובעות משגיאה של התלמיד. תלמידים עשויים לאמץ לעצמם תפיסות חלופיות ולחיות אתן בשלום תוך התעלמות מהסתירה בינן לבין המציאות המדעית. התפיסות הללו מהוות אתגר למורה ובסיס להוראה קונסטרוקטיביסטית, כלומר לבניית ידע משמעותי לתלמיד מתוך התחשבות במגבלותיו, בכישוריו ובנטיותיו.

הולי (Holly) טראביס ותומאס (Thomas) לורד (Travis & Lord, 2004), בדקו את ההשפעה של הוראה בגישה קונסטרוקטיביסטית על סטודנטים במעבדות בקורס בסיסי בביולוגיה. הסטודנטים מתמודדים בקבוצות קטנות עם שאלות המורה או של עצמם, הם מעורבים בחקר מעבדתי ומתווכחים ביניהם עד שהם מגיעים למסקנות שנמסרות בסופו של דבר לכל הכיתה. הם מפתחים את תפיסתם הפרטית לגבי מושגים, כאשר תפיסותיהם המוקדמות משמשות כנקודת מוצא לדיונים ולהבהרות. הלמידה היא מבוססת לומד, ותפקידו של המורה הוא להנחות את הסטודנטים ולתמוך בהם כאשר הם מתמודדים עם בעיות מדעיות. במחקרם של טראביס ולורד (שם) נמצא ששאלות המורה היו משמעותיות יותר מאשר בכיתה רגילה, ושהתלמידים שאלו יותר שאלות. הייתה יותר אינטראקציה בין התלמידים והם היו מעורבים יותר בתהליך החקר והלמידה. רעיונות אלה מאפיינים, בהדגשים שונים, את תפיסתם של חוקרים שונים לגבי הכיתה הקונסטרוקטיביסטית בביולוגיה.

לא פלא אפוא שראובן לזרוביץ ורחל הרץ-לזרוביץ (2007), מחשובי החוקרים של הלמידה השיתופית, רואים בתאוריה הקונסטרוקטיביסטית מסד חשוב ללמידה השיתופית. בשיטה זו התלמידים יכולים "להשתתף בלמידה בהתאם לכישוריהם, להתעניין בנושא הלימוד ולתרום לשאר חברי הקבוצה או לזכות לעזרתם" (שם: 138). אך החוקרים צועדים צעד נוסף בהסבירם מדוע עיקר המחקר בלמידה השיתופית נעשה בתחום הוראת הביולוגיה. לדעתם הדבר נובע מרמות הארגון הרבות של הביולוגיה (רמות שהוזכרו לעיל, מהמולקולה ועד לאוכלוסיה והחברה). בכיתות חטיבת הביניים (כיתה ט' במקור) אפשר ללמד את הנושאים ברמות מקרו ולהסתפק במספר שיעורים קטן, ללא העמקה מדעית, ואילו בכיתות הגבוהות יש ללמד ברמות המיקרו ולהשקיע זמן רב יותר באינטראקציה בין התלמידים לבין החומר הנלמד והנחקר.

רעיונות דומים הנחו את גילה אולשר ועמוס דריפוס (Olsher & Dreyfus, 1999) כאשר התמודדו עם הקונפליקט המלווה בקביעות את הוראת הביולוגיה בחטיבת הביניים: מכיוון שתלמידים רבים לא יוסיפו ללמוד ביולוגיה בכיתות תיכוניות, יש הכרח להקנות לכל האוכלוסייה הזו, למען השכלתה הכללית, מושגי יסוד רלוונטיים ישירות לתופעות שבהן הם מתנסים בחיי היום-יום (תזונה, נשימה, רבייה, גדילה והתפתחות, בריאות וחולי, כל פעולות היסוד של החיים). הבעיה היא כאמור, שההסבר לתופעות אלו מעוגן ברמה הביוכימית, רמת הארגון המולקולרית, כלומר בתאוריות מופשטות, ורמה זו אזוטרית לגבי תלמיד חטיבת הביניים. מכאן שהיא אינה יכולה לשמש כבסיס להבניית מושגים משמעותיים על ידי התלמיד הצעיר.

אולשר התבססה על פתרון המוצע על ידי רובין (Robin) מילר (Millar, 1990): במקום לעסוק בהוכחות לתאוריות ובפרטיהן, יש להראות את התאוריה בפעולה. לשם כך פנתה אולשר לביוטכנולוגיות ידועות ומקובלות בחיי היום-יום, כמו התפחת בצק וייצור יוגורט. הרעיון הוא להראות התערבות ברמת מקרו (שנקלטת על ידי החושים) בתהליך המתרחש ברמת המיקרו המופשטת, כאשר התוצאה של ההתערבות היא מוחשית, כלומר ניתנת לחישה על ידי חושי התלמיד. התהליך עצמו נשאר בגדר "קופסה שחורה", אך הכוונה היא לגרום לתלמידים לשאול את עצמם שאלות משמעותיות על אותה קופסה שחורה וכך לקבל תשובות משמעותיות לשאלות שהם עצמם שאלו.

אסטרטגיה נוספת בהוראת ביולוגיה על פי גישה קונסטרוקטיביסטית היא השימוש במפות מושגים, כלי שזכה להכרה רחבה בהוראת המדעים. הייחוד במפות מושגים טמון בכך שהן מראות לא רק את המושגים שהתלמיד בחר לכלול בהן, אלא גם את אופן הקישור ביניהם. תלמיד יכול להכניס למפה שלו מושגים נכונים לכאורה אך לקשר ביניהם על פי תפיסה אישית שחורגת מהתפיסה המדעית המקובלת. הקישור בין המושגים הוא שמקנה להם את המשמעות, ובניית הרשת של מפת מושגים היא בניית רשת של משמעויות (סלומון, 2000).

ראוי להתעכב על האמצעים העומדים לרשות המורה המתמודד עם הוראת מושגים מופשטים שביטוייהם גורמים להיווצרות תפיסות חלופיות. התפיסה המדעית של תהליכים מוכרים ויום-יומיים כגון נשימה או עיכול, דורשות כאמור ידע על תפקודים ותהליכים ברמת ה"המיקרו" (התא וחלקיו, תהליכים ביוכימיים). ידע כזה, מעצם הגדרתו, אינו ניתן להמחשה באמצעות חישה ישירה של החומר. לצורך תיווך בין התופעה המוחשית הידועה לתלמיד לבין הסבריה המדעיים, יזדקק המורה למודלים. מדובר בעיקר באנלוגיות או בדיבור מטפורי. לשימוש באנלוגיות יש יתרונות רבים. הן מגבירות את הידע, הזכירה והמוטיבציה של הלומד.

לפי הגישה הקונסטרוקטיביסטית, האנלוגיה אינה משמשת כהסבר שניתן על ידי המורה, אלא כהשערה, הסבר טנטטיבי שעל התלמיד לבחון. חקר האנלוגיה הוא החלק החשוב בתהליך הלמידה, והוא כולל איתור והגדרה של נקודות הדמיון בין אברי האנלוגיה (נקודות שלגביהן האנלוגיה תקפה) ונקודות אי-הדמיון, שלגביהן האנלוגיה אינה תקפה. בחינת אנלוגיות באופן זה משמשת כאמצעי חשוב לבניית תפיסות על ידי הלומד. השימוש באנלוגיה נועד להביא את התלמיד לשאול שאלות רלוונטיות על ה"יעד" של האנלוגיה, כאשר על סמך שאלות אלו תיבנה התפיסה החדשה. אסטרטגיית השימוש במודלים אנלוגיים דומה כנראה לאופן הפעולה של המדען. כאשר מדען חוקר תופעה שאינה מובנת לו, הוא מנסה להחיל עליה מודלים מוכרים ובוחן את התאמתם או אי-התאמתם. יש דוגמאות היסטוריות רבות של גילויים מדעיים חשובים בדרך זו (Harrison & Treagurst, 2006)

עיקרון נוסף שתואם גישות קונסטרוקטיביסטיות הוא "מחזור הלמידה". אנטון (Anton) לוסון ואחרים (Lawson et al., 1991) הציעו את מחזור הלמידה ההיפותטיקו-דדוקטיבי. המחזור כולל הצעת השערה (הסבר טנטיבי), בחינתה, ניסוחה מחדש בהתאם לממצאים ובחינה מחודשת, עד שמגיעים למסקנות קבילות לאור הידע התאורטי והממצאים האמפיריים.

בשלב הראשון – העלאת השערות – התלמיד שמנסה להסביר את התופעה ה"נחקרת" בכיתה מציע את הרעיונות שלו, כלומר את השערותיו. השערות אלו מבוססות על תפיסותיו המוקדמות, שקיימות אצלו בראשית תהליך הלמידה. התלמיד מבהיר לעצמו את מהותן של השערות אלו תוך כדי ניסוחן המדויק. אחר כך הוא בוחן את ההשלכות של רעיונותיו על ידי ניסוחם בצורה של היקש (דדוקציה): אם אכן הרעיון (ההשערה) שלי נכון, כי אז צריך לקרות Y. הדדוקציה מתורגמת למונחים של ניסוי, ואז מוגדרים במדויק המשתנים (אם נפעל על משתנה X [מוגדר, מדיד], כי אז יושפע [תיאור ההשפעה המשוערת] משתנה Y [אף הוא מוגדר מדיד]). בשלב הסופי, על סמך הניסוי, יגיע התלמיד למסקנות לגבי התקפות והסבירות של השערותיו. מכיוון שהשערות התלמיד נבעו מתפיסותיו המוקדמות (טרם ביצוע הניסוי), אזי הפרכת ההשערה, או גילוי אי-דיוקים בה, יביאו אותו לבחינה מחודשת של תפיסות אלו, וכך יתאפשר השינוי המושגי המיוחל.

תהליך זה של העלאת השערות ובחינתן, כבסיס לבניית מושגים מדעיים במוחו של התלמיד, הוא מן הסתם תהליך תובעני מבחינת המיומנויות האינטלקטואליות הכרוכות בו. אולם לוסון ואחרים (שם) סבורים כי מיומנויות חשיבה אלו – מיומנויות חקר – הן התנאי לכך שהתלמיד יהיה מסוגל לבצע את התהליך האינטלקטואלי של השינוי המושגי: להחליט אם ומדוע תפיסה ב' טובה מתפיסה א'. המיומנויות האינטלקטואליות הקשורות לפעילות החקר ממלאות לפיכך תפקיד חשוב. הן מהוות לא רק מטרה של הלמידה אלא גם תנאי לקיומה. הידע ההליכי (מיומנויות חקר) חיוני לפיתוח הידע ההצהרתי (ידע של מושגים ועקרונות מדעיים).

במציאות הבית-ספרית נוהגים בדרך כלל לבחון רק את ההשערות שאמורות לקבל אישור בניסוי (ועל פי רוב הן גם היחידות שמופיעות בספרי הלימוד). המורה, שמעוניין ללמד "מה שנכון" מבחינה מדעית, כלומר להביא את התלמידים לאישור התאוריה הנכונה, אינו "מבזבז זמן יקר" על עיסוק בהשערה שידועה לו מראש כמופרכת. המציאות כזו, המעבדה הבית-ספרית המכונה "מעבדה חוקרת" אינה מזמנת עימות בין תפיסות התלמיד לבין תפיסות הקהילה המדעית. כתוצאה מכך, למעשה לא מתהווה השלב שבו חש התלמיד שתפיסותיו אינן מסוגלות להסביר את התופעות שהוא חוקר, ולא נוצר אצלו הצורך להחליפן בתפיסות סבירות ופוריות יותר. לעומת זאת מחזור הלמידה המוצע מבוסס על דרישה אחת שחורגת במידה רבה מהשגרה של המעבדה הבית-ספרית: הלומד אמור לבחון בניסוי את תפיסותיו האישיות, שקיימות לפני תרגיל המעבדה, אף אם המורה יודע שאינו נכונות.

מסיבות שניתוחן חורג מהנושא הנדון כאן, גישת העיסוק בתולדות המדע לא הצליחה להשתרש בהוראת הביולוגיה בארץ וזאת למרות העניין שעוררה ועודנה מעוררת. לעומת זאת גישת החקר המודרך מהווה עד היום, במידה זו או אחרת, חלק מכל תכניות הלימודים בביולוגיה בארץ, בכל הגילאים. נראה שאין בעיסוק בפעילויות חקר די כדי לפתח תפיסות קוהרנטיות של "מהות המדע" אצל התלמידים, הן לגבי אופן היווצרות הידע המדעי והן לגבי אופיו. יש להתייחס לנושא זה באופן מודע, מכוון ומפורש, ולא לסמוך על כך שהתלמידים יפתחו השקפות כתוצר לוואי של פעילויות החקר (Sandoval & Morrison, 2003).

אפשר לומר שהוראת ביולוגיה בגישה קונסטרוקטיביסטית חייבת לכלול התייחסות מודעת ומפורשת להבניית הידע על ידי התלמיד, כלומר פעיל, על אודות מושגים בשלושה תחומים: מושגים בתחום הידע התוכני-מדעי; מושגים בתחום הידע התהליכי ומיומנויות השימוש בהם: מיומנויות למידה וחקר; ומושגים בתחום כוחו של המדע ומגבלותיו לאור אופן היווצרות הידע המדעי.

מקורות המידע שצוטטו בסיכום
לזרוביץ, ר' והרץ לזרוביץ, ר' (2007). למידה שיתופית ומיומנויות חקר בהוראת הביולוגיה. בתוך ע' זוהר (עורכת), למידה בדרך החקר (165-133). ירושלים: מאגנס.

סלומון, ג' (2000). טכנולוגיה וחינוך בעידן הטכנולוגי. חיפה ותל אביב: הוצאת הספרים של אוניברסיטת חיפה/זמורה-ביתן.

Deryfus, A., & Jungwirth, E. (1991). Macro and micro about the living cell: Which explains what? In P. J. Linjse, P. Licht, W. de Vos & A. J. Warlo (Eds.), Relating macroscopic phenomena to microscopic particles (107-118). Utrecht, The Netherlands: CDB Press.
Driver, R., Asoko, H., Leach, J., Mortimer, E., & Scott, P. (1994). Constructing scientific knowledge in the classroom. Educational Researcher, 23(7), 5-12.
Driver, R., & Bell, B. (1985). Student’s thinking and the learning of science: A constructivist view. School Science Review, 67(240), 443-456.
Harrison, A. G., & Treagurst, D. F. (2006). Teaching and learning with analogies. In P. J. Aubusson, A. G. Harrison & S. M. Ritchie (Eds.), Metaphor and analogy in science education: Contemporary trends and issues in science education (no. 30) (11-24). Dordrecht, The Netherlands: Springer.
Lawson, A. E., McElrath, C. B., Burton, M. S., James, B. D., Doyle, R. P., Woodward, S. L., Kellerman, L., & Snyder, J. D. (1991). Hypothetico-deductive reasoning skill and concept acquisition: Testing constructivist hypothesis. Journal of Research in Science Teaching, 28(10), 953-970.
Millar, R. (1990). Making sense: What use are particles ideas to children In P. J. Linjse, P. Licht, W. de Vos & A. J. Warlo (Eds.), Relating macroscopic phenomena to microscopic particles (283-293). Utrecht, The Netherlands: CDB Press.
Olsher, G., & Dreyfus, A. (1999). Biotechnologies as a context to enhance junior high school student’s ability to ask meaningful questions about abstract biological processes. International Journal of Science Education, 21(2), 137-153.
Sandoval, W. A., & Morrison, K. (2003). High school students’ ideas about theories and theory change after a biological inquiry unit. Journal of Research in Science Teaching, 40(4), 269-392.
Travis, H., & Lord, T. (2004). Traditional and constructivist techniques. Journal of College Science Teaching, 34(3), 12-18.