לימוד והוראת מדעים: ניצול יתרונות הטכנולוגיה לקידום אינטגרציית ידע- KI

Science Learning and Instruction: Taking Advantage of Technology to Promote Knowledge Integration

Reviewed by Julie K. Jackson

Author(s): Marcia C. Linn & Bat-Sheva-Eylon
Publisher: Routledge, New York
Year: 2011

הסיכום נכתב ע"י ד"ר גילה אולשר ממכון מופ"ת

ספר זה פותח בהצהרה קצרה המכוונת אל ליבו של החינוך המדעי: כל אחד יכול ללמוד מדעים! לשם כך החוקרים שואפים להעצים אנשים להשתמש בסקרנות הטבעית שלהם ולתמוך בלמידת מדע ולשפר את הוראת המדעים על ידי המחשת גישת אינטגרציית הידע Knowledge Integration להוראה ולמידה.

גישת אינטגרציית הידע -KI להוראת מדעים , מכבדת ידע מוקדם ומעודדת הוספה של רעיונות חדשים תוך כדי הגדלת המוטיבציה של תלמידים לנתח את המשמעויות של התצפיות והניסיונות שלהם. אינטגרציית ידע באה בעקבות תהליך נסיגה שתלמידים עוברים כשהם מנסים להבין מדע: לעורר רעיונות, להוסיף רעיונות, להבחין בין רעיונות, להרהר ברעיונות.

הספר בין 339 עמודים , המציג תוכנית לימודים אשר מהווה שילוב של אינטגרציית הידע -KI עם טכנולוגיה במטרה לשפר את ביצועי התלמידים. המחברות מכוונות לקהל רחב הכולל מורים בכיתות , סטודנטים למדעים ,מעצבי תוכניות לימודים, מעצבי תוכנה, משתתפי סמינר מחקר, מדענים לומדים, מעריכים ואלה הלומדים מדע לאורך החיים. הספר מאורגן באחד עשר פרקים ומתחיל בהקדמה וסקירה של מסגרות הוראה טיפוסיות , לאחר מכן על ידי הסברים מדעים התומכים בטענת המחברות שאינטגרציית ידע KI-היא מסגרת הדרכה טובה של שילוב טכנולוגיה בהוראת המדעים. לאחר מכן מוצגים שני חקרי מקרה אשר ממחישים כיצד מסגרת ה-KI משתלבת ומציגה בסיס מעשי ל – KI.

בהמשך מובא תיאור כיצד ליישם עקרונות ומסגרות במגוון תכנים הכוללים הוראת ניסויים (פרק 7), תצפיות (פרק 8) שיתוף פעולה (פרק 9) והתפתחות מקצועית (פרק 10). פרקים 7 -9 מציגים טיעונים שיחידות עתירות בטכנולוגיה שמנחות את התלמידים דרך ניסויים וירטואלים , תצפיות ושיתוף פעולה, משפרות את תוצאות התלמידים. פרקים אלה כוללים גם מחקר רלוונטי ודוגמאות של שיטות מבטיחות , דנים בהתאמה של הוראה והערכה ובוחנים כיצד טכנולוגיות חדשות יכולות להיות ממונפות לקדם KI , ומדגישים את התפקיד של המורה בכיתות KI. פרק הסיום דן בחשיבות של העלאת רעיונות , מבקש מהתלמידים לחזות תחזיות ולהשלים בין הראיות והתחזיות, , מעלה שאלות פתוחות ומציע את הצעדים הבאים הדרושים לשיפור KI וטכנולוגיות חדשות.

במבוא ובסקירה הכללית, החוקרות מבקשות להמחיש את היתרונות של KI על שיטות הוראה מסורתיות שנועדו להעביר מידע באמצעות הרצאות וקריאת ספרי לימוד. הן כוללות ביקורת משמעותית וסקירה ספרותית על KI ומתארות KI כגישת הדרכה דינמית שבונה על הסקרנות ועל האינטואיציות של התלמידים, תוך פיתוח תהליכי חשיבה של כל לומד בנפרד.

Linn ו- Eylon מציגות מחקר המבוסס על שילוב KI ותבנית  KI  pattern  שכולל ארבעה תהליכים שהחוקרות מאמינות, שעוזרים ללומדים לפתח ראיה קוהרנטית: לעורר רעיונות, להוסיף רעיונות, להבחין בין רעיונות, לחשוב על רעיונות , אשר דנים עליהם בהרחבה בפרק 5. החוקרות מדגישות כי תבנית ה-KI יכולה לשמש לעידכון תוכנית לימודים ועיצוב תוכנה, כמו גם לשפר את יישומי למידת המדעים של הסטודנט בכיתה ומחוץ לה. יתר על כן הם מראים שיפור בתוצאות של התלמידים כאשר מחקר מדעי מלווה את ה-KI .

בפרק 2, המחברות מנתחות ארבעה היבטים של דפוסי הוראת מדע טיפוסיים: ספרי לימוד, הרצאות ודיונים בכיתה, מעבדות וחומרי למידה מקוונים בנושא עונות השנה. הם משווים ודנים בשיעורים מוקלטים ממדינות שהגיעו להישגים טובים במבדקי ה- TIMMS , (Third International Math and Science Study) , לשיעורי מדע מוקלטים מארצות הברית. דפוסי הוראה אופייניים , כמו קליטה- absorption בניגוד לשיטת Ikatura שנמצאת בשימוש ביפן. המחקר המוצג , מתאר את המגבלות של שיטת ה- absorption הנהוגה בכיתות האמריקאיות בכל פרק מובאים עדויות שמחזקות את הראיה ששיטת ה- absorption אינה תומכת ברעיונות התלמיד, אינה מכבדת את המאמצים האינטלקטואלים ואינה מאפשרת תהליכי חשיבה. המחברות מציגות ראיות ששיטת ה- Ikatura והגישה של KI מקדמים את הוראת המדע, לטענתם, תלמידים צריכים ללמוד לשלב ידע ולא רק לקלוט ידע.

בפרק 3 ו-4 מתוארים חקרי מקרה שמפרטים ומשקפים חשיבת סטודנטים. בנוסף הם מדגישים את החשיבות של שימוש בהדמיה להמחשת תהליכים בלתי נצפים. בפרק 3 מוצג מחקר של עשרים שנה. חקר מקרה זה בוחן את חומרי הלמידה שעוצבו כדי לתמוך בלימוד התרמודינמיקה של תלמידי חטיבת הביניים. מגוון רחב של אנשי חינוך וחוקרים שיתפו פעולה וזיהו דרכים להשתמש בטכנולוגיה על מנת לשפר הוראה על ידי סקירת ראיות מעבודת תלמידים בה הם השתמשו בניסויים וירטואליים כדי להמחיש זרימת חום.

תוצאות של הוראה נתמכת טכנולוגיה הובילה להתפתחות KI pattern ועיצוב עקרונות בתוכנית הלימודים.

פרק 4 מציג חקר מקרה של בית ספר תיכון בישראל. הוא מתאר כיצד עובדים חוקרים עם מורים כדי לשלב הוראה עם ההערכה תוך הוספת רכיבי הדמיה לתוכנית הלימודים. פיתוח אמצעים חזותיים עזרו לתלמידים להשלים ולהבין את תצפיותיהם ביחס לחומרים מוצקים שקיימים בעולמם , עם ההיבט המדעי של מבנה והתנועה המתמדת של האטומים. החוקרות מציינות כי באמצעות ראיות מעבודת התלמידים וחשיפת נקודות חולשה של הבנת הלומד מתאפשר עיצוב מחדש של תוכנית הלימודים שהוא בעל ערך משמעותי למחקר של תוכנית הלימודים. זה עולה בקנה אחד עם הדיאלוג הנוכחי אודות הסטודנט במרכז ההוראה ותפקיד ההערכה המעצבת.
בפרק 5, Linn ו- Eylon מתארות מחקר נרחב בכיתה המפרט את עקרונות ותבניות ה- KI שכותבי תוכניות לימודים ומעצבי תוכנה יכולים לעקוב כשהם מפתחים חומרי למידה חדשים או מעריכים מחדש שיעורים קיימים התומכים ב-KI. עקרונות-על של KI מוצעים, כוללות הנחיות ספציפיות הבאות לקדם את ההבנה: להפוך את המדע נגיש לכל הלומדים, לעשות את החשיבה לגלויה, לאפשר לתלמידים ללמד זה מזה, ולקדם את האוטונומיה ללמידה לאורך החיים. מחקרים מאוחרים מבהירים כל עיקרון ומחבר אותם עם צורות של חומרי למידה הכוללים: חזותיות , פעילויות רפלקטיביות, פעילויות משותפות והצגות חדשות לראיות ומשחקים. המחברות אומרות שעקרונות וצורות KI בלבד לא יובילו להוראה קוהרנטית, ולכן הן מציעות לכלול את תבניות ה-KI ועוד דעות חדשות , הבחנה בין רעיונות ודעות ולפתח הבנה קוהרנטית.. מובאות דוגמאות לצורות ותבניות של KI . שיעורי טכנולוגיה שניתנים בפרק זה לקוחים מה-( Web-based Inquiry Science Environment (WISE  שפותח על ידי המחברות .

פרק 6 מרחיב על הערך המוגבל שיש לשימוש בהרצאות ללימוד תלמידים. המחברות מציעות שהבנה קוהרנטית, הגיונית, משתפרת כאשר ההרצאות משקפות תהליכי KI. הרצאות המושפעות מ-KI צריכות להיות קצרות, מיני הרצאות עם הפסקות מתוכננות לתלמידים כדי שיצפו בהדגמות המשולבות בתצפיות, תוך שהן מאפשרות לתלמידים לעשות רפלקציה על התוכן המוצג או לענות על מספר שאלות שהוכנו מראש. ינתן לתלמידים זמן לאסוף ראיות והוכחות נסיוניות ולדיון בתוכן עם עמיתים.

פרק 7 דן במוגבלות הניסויים המסורתיים בכיתות הוראת המדעים ומדבר בעד השימוש בטכנולוגיות חדשות, התומכות בתיכנון ניסיונות וירטואלים לחקר נושאים עולמיים בני זמננו, כמו שינויים אקלימיים ומיחזור. המחברות מציעות שטכנולוגיה יכולה לקדם את הדרך, בה התלמידים, עורכים ניסויים. הן מציעות שימוש במיכשור המפיק נתונים וגרפים בזמן אמת כמו גם ניסויים וירטואלים. הן תומכות בסביבות למידה מקוונות ומאמינות שהתלמידים יוצאים נשכרים כי הם מפתחים כישורים הנדרשים לעבודה בתחום טכנולוגית המידע בת זמננו. פרק זה מפרט איך ניתן להשתמש בתבנית KI כמסגרת תכנית שמתכננים ומעצבי תוכנה יצרו לניסויים וירטואלים וממשיים.

פרק 8 יכול להחשב כפרק בעל הערך הגדול ביותר בספר זה. הוא מאיר איך ניתן להשתמש בתצפיות משולבות (אנימציות על בסיס מחשב, הכוללות דגמים או הדמיות ) להגברת הוראת המדעים. התצפיות מאפשרות לתלמיד לגלות תופעות שהן קטנות מאד או יותר מידי מהירות, או קשות לצפיה באופן ישיר ויש להם פוטנציאל גדול בחינוך מדעי. מעצבי תוכנה מוזמנים לעצב פריטים חזותיים חדשים אינטראקטיבים המשלבים את דפוס ה-KI עם טכנולוגיות חדשות, כמו אבי טיפוס ודגמים. מובאות דוגמאות רבות המבוססות על ממצאים ניסיוניים.

פרק 9 מתמקד בשימוש במסגרות KI להאצה, הקלה וקידום שיתוף פעולה. כלים זמינים (סיעור מוחות, דיונים מונחים וויכוחים) מוצגים ככלים שניתן לעשות בהם שימוש לתמיכה בשיתוף פעולה בתכניות לימודים בסביבה עתירת טכנולוגיות.

פרק 10 מספק תבנית לשימוש בתבניות KI וסביבות חקר עתירות טכנולוגיות לקידום התפתחות מקצועית. המחברות מציעות שהתפתחות מקצועית הבנויה על שיקוף, מסגרות KI היא יותר יעילה מאשר התפתחות מקצועית המועברת דרך מודל הקליטה - absorption. הן דנות בתוצאות של שני מחקרים רבי שנים שהביאו למסקנה שהוראה עתירת טכנולוגיות, הקשורה בהתפתחות מקצועית, מביאה לשיפור הישגי תלמידים. כן מובאים כמה מהאתגרים העומדים בפני המורה כאשר הוא משתמש בטכנולוגיות.
פרק 11 נותן את המקרים עבור KI המחברות יצאו בקול קורא לתכניות ומוצרים עתירי טכנולוגיות, הדורשים מהתלמידים לבחון ולשקול מחדש את הדעות שהביאו אתם לכיתה ולהטיל ספק בתצפיות, תוך כדי חיפוש הגיון דרך הבעיות והתוכן. הן מחזקות את ידי המורים להעריךKI ולקדם הבנה הגיונית. המחברות מניחות, שאם הקוראים יאמצו רק רעיון חדש אחד, מהספר הזה, זו תהיה תפיסה עוצמתית שרעיונות חדשים, או בקשה להנחות והשערות ועדוד התלמידים לשלב ולפשר עם ראיות חדשות, מהווה דרך מהירה ויעילה לשיפור תוצאות הלמידה.

ספר זה עשוי להיות שימושי לחינוך טכנולוגי ומדעי ולתכנון תכניות לימודים, לחוקרים ומומחים כי הוא כולל את הסקירות של המחקר ההיסטורי והעכשווי. המקרים הכלולים בפרקים 2,3 יכולים לשמש מודלים שימושיים עבור מעצבי תכניות לימודים וחוקרים המעונינים לבחון כיצד ניתן לשפר עבודת ולמידת תלמידים על ידי שילוב טכנולוגיות. במבוא לספר אומרות המחברות שספר זה מיועד למורים לפני שהחלו להורות.

 כותבת סקירת הביקורת אינה מאמינה שהמבוא וארגון הספר, יהיה מועיל לסטודנטים להוראת המדעים שלומדים בכתת שיטות מדעיות ואינו ממליץ עליו לקהל זה. אבל מתכנני שיטות הוראת המדעים המעונינים בטכנולוגיות חדשות יכולים להשתמש בדוגמאות חקר מקרה ולימוד בכיתה, על מנת לארגן את הקורסים שלהם ולשפר את ההרצאות. ספר זה יכול לשמש כמדריך רב ערך למתכנני תוכנה, הוראה  ותכנים. הסקירה הספרותית המקיפה, הוראת המדעים, תבניות KI והדוגמאות של מידע טכנולוגי, עשויים לעזור למתכננים , החסרים ניסיון בהוראה, הבנה בדינמיקה וההתנסות של הכיתה. ספר זה יכול להיות בחירה של ספרות משלימה לקורסים של טכנולוגיה חינוכית.