מתן פשר לתופעות באמצעות שימוש בכלי מקוון לייצור מודלים מדעיים

ביאליק, ט' (2018). מתן פשר לתופעות באמצעות שימוש בכלי מקוון לייצור מודלים מדעיים.  כנס "שילוב טכנולוגיות למידה של מתמטיקה ומדעים במערכת החינוך: חדשנות והיבטים פדגוגיים", מכון ויצמן

ב-2012 חלה מהפכה בחינוך המדעי בארה"ב, במסגרתה בוצע מעבר לפדגוגיה אקטיבית ומרוכזת בתלמיד. במקום לימוד תיאורטי ומופשט, נעשה מאמץ להקנות מובן לתופעות יומיומיות המוכרות לתלמידים מחייהם. מהפכה חינוכית זו הגדילה את הרלוונטיות של השיעורים, ולכן גם את המוטיבציה של התלמידים. ד"ר תום ביאליק, מאוניברסיטת מישיגן סטייט, הציג בכנס שנערך במכון ויצמן כלי חינמי המאפשר למורי מדעים ליצור ביחד עם תלמידים מודלים מדעיים המעניקים מובן לתופעות.

לדברי ביאליק, אין מוותרים על המושגים והתיאוריות המדעיות, אבל לא מלמדים אותם במנותק ובצורה מופשטת. על פי גישה זו, המורה לא ילמד על האור הצפוני, תופעה מרתקת אך מרוחקת, אלא יעדיף להציג לתלמידים, למשל, תמונה של אנשים רצים בשטח – מה שמעלה שאלות על תנועה, כוח, צללים, ראייה, הצמחייה והנוף ההררי באזור שבו הם רצים. כך, נקודת המוצא של השיעור היא סיטואציות המוכרות לתלמידים מכיוון שהן מהוות חלק אינטגרלי מחייהם. השאלות שמתעוררות באופן טבעי משמשות כשאלות מתניעות לשיעור.

לתקציר ההרצאה

לקריאה נוספת

התלמידים לומדים פיזיקה בתחנת מכבי אש

ניתוח שיח רב-שכבתי בקורס שיטות הוראה בפיסיקה מנקודת מבט פסיכולוגית של תאוריית פעולה

דוגמאות לשאלות מתניעות:

1. איך נוצרות סופות?
2. למה קר לי יותר כאשר אני רטוב? מענה על שאלה זו מחייב בניית מודל של קירור באמצעות אידוי.
3. איך לתכנן רכב בטוח יותר? מענה על שאלה זו מחייב בניית מודל של מסה ותאוצה.

תבנית נפוצה של שיעור במדעים בארצות הברית בשנים האחרונות:

1. הצגת שאלות והגדרת בעיות.
2. פיתוח ושימוש במודלים.
3. תכנון וביצוע של מחקר מדעי.
4. ניתוח ופרשנות של נתונים.
5. שימוש במתמטיקה וחשיבה חישובית.
6. בניית הסברים ועיצוב פתרונות.
7. טיעון מתוך ראיות.

מגמה נפוצה בלימודים בעת האחרונה היא לימודים מבוססי פרויקט, Project Based Learning, הידועים בקיצור PBL.

עקרונות הלימודים מבוססי הפרויקט:

1. הגדרה של יעדי הלימוד: דברים שנרצה שהתלמידים יידעו ויוכלו לבצע.
2. הצגת שאלות מתניעות שמעניקות קוהרנטיות ומבנה ללמידה.
3. חיפוש פתרונות לשאלות בעלות משמעות.
4. השתתפות בפרקטיקות של מחקר מדעי.
5. פעילות בקבוצות ובשיתוף פעולה במטרה למצוא פתרונות: הדגשת ההיבט החברתי של העבודה המדעית.
6. שימוש בכלי למידה ובעזרים לימודיים, למשל בכלים טכנולוגיים.
7. ייצור אביזרי לימוד שהולמים את השאלה המתניעה.

הגוף החינוכי האמריקאי The Concord Consortium פיתח כלי חינמי ופתוח לכל, המאפשר למורים למדעים ליצור בקלות וביעילות מודלים יעילים. כלי זה ניתן לאיתור בכתובת הבאה:

https://concord.org/our-work/research-projects/building-models/

הכלי ידידותי למשתמש וניתן להפיק בעזרתו גרפים ומודלים ברורים, בעלי גרפיקה מרהיבה. השימוש בכלי זה מאפשר לתלמידים ללמוד את הקשרים בין משתנים שונים, תלויים ובלתי תלויים, כגון בין תזונה ופעילות ספורטיבית לבין תוחלת חיים.

הקשרים בין המשתנים השונים יכולים להיות ישרים, הפוכים, ליניאריים ובלתי ליניאריים – ואף קשרים משתנים (למשל, מעבר למידה מסוימת פעילות ספורטיבית חדלה להועיל ואף מתחילה להזיק לגוף). המודל יודע לייצר את כל סוגי הקשרים האפשריים, ומעניק לכל סוג קשר צבע מיוחד. באמצעות המודל ניתן להזין נתונים מספריים שונים המסמלים את גודלם של המשתנים ושל האובייקטים.

השימוש בכלי זה מקל על התלמידים להשתמש במודלים מדעיים, ולהבין מהו מודל מדעי: כלי לייצוג תכונות של אובייקטים ושל היחסים ביניהם במערכת, במטרה להסביר ולנבא תופעות. ייצוג זה אינו בהכרח שלם או מדויק לחלוטין, ואיכותו נמדדת בהשוואה למטרה שלשמה המודל נוצר. בכלי החינמי המוצע ברשת יש אפשרויות רבות, ובהן האפשרות שהתלמיד ימלא במשבצת מסוימת הסבר מדוע הוא חושב שהקשר בין שני משתנים נתונים הוא ישר, הפוך וכו'.

פרקטיקת המידול כוללת את השלבים הבאים:

1. תכנון – קביעה מהי מטרת המודל, מהי השאלה שיש להשיב עליה ומהם האובייקטים שעל המודל לתאר.
2. בנייה – הרעיון הוא שהתלמידים יוכלו לבנות מודל בדרך שאפשר יהיה להשתמש בה בצורה מעשית.
3. שימוש – למטרות שונות.
4. הערכה – של המודל, קביעה האם ובאיזו מידה הוא עובד.
5. שינוי – עריכת שינויים ושיפורים במודל בהתאם להערכה שבוצעה בסעיף הקודם.
6. שיתוף – הצגת המודל לאחרים.

אין מדובר בתהליך ליניארי, המבוצע שלב אחר שלב, מפני שפעמים רבות מבצעים כמה שלבים במקביל ואף חוזרים שוב ושוב על חלק מן השלבים או אף על כולם – עד להשגת התוצאה הרצויה ועד למיצוי החומר. לימוד בצורה כזו מאפשר לתלמידים להתנסות בתהליך המדעי ולהפנים אותו.

המודל מקשר בין העולם הטבעי לעולם האפיסטמי, כלומר בין התופעות הפיסיות שאנו מוקפים בהן ובין התיאוריות והרעיונות שאנו הוגים כדי להסבירן. השאיפה היא לבנות את השיעור באופן דומה ככל האפשר לתהליך שבו מדענים פועלים במציאות:

1. רואים תופעה.
2. מעלים שאלה.
3. מעלים היפותזה – הנחה מקדמית, תשובה זמנית לשאלה.
4. מנמקים – נותנים סיבה מדוע אנו מניחים שההיפותזה עשויה להשיב על השאלה.
5. מעצבים מודל התחלתי לבחינת ההיפותזה.
6. מחפשים ראיות באמצעות ניסויים.
7. משנים את המודל בהתאם לראיות ולמשוב שהתקבלו בניסויים.
8. עוברים להכללה: לחוקים ולתיאוריות.
9. עורכים ניבוי, כלומר חוזרים לעולם הטבעי.