שילובה של אסטרטגיה לפתרון בעיות איכותיות בפיזיקה...

1

שילובה של אסטרטגיה לפתרון שילובה של אסטרטגיה לפתרון בעיות איכותיות בפיזיקה בהקניית בעיות איכותיות בפיזיקה בהקניית המושגים "אינטראקציה", "כוח" המושגים "אינטראקציה", "כוח"

ו"מערכת"ו"מערכת"

רוני מועלם

המחלקה להוראת מדעים

מכון ויצמן למדע

2

נושא קשה ליישום נושא קשה ליישום בהוראת הפיזיקהבהוראת הפיזיקה::)ומטרה חשובה()ומטרה חשובה(

מחיי תופעות של איכותית מחיי הבנה תופעות של איכותית הבנהיום יום היום היום

3

תופעות מחיי היום יום

4

? בפיזיקה איכותית הבנה ?מהי בפיזיקה איכותית הבנה מהי

לדעת להסביר )ו/או לנבא( תופעות באמצעות מושגים ועקרונות פיזיקליים

)שפת הפיזיקה(

5

איכותי איכותי הסבר הסבר

עגלה

כדור ( mgהארץ)

מכונית

( N)כביש

חיכוך עם הכביש

אפיון מערכת: מכונית, עגלה, כביש, כדור הארץ, אוויר

מושגים בסיסיים: אינטראקציות, כוחות, חיכוך, תנועה, חוקי ניוטון

הסבר פיזיקלי: דיאגרמת כוחות לגוף נבחר והסברתה

F

f

6

מקנה מסורתית הוראה מקנה האם מסורתית הוראה האם? איכותית ?הבנה איכותית הבנה

לא

FCIתוצאות מבחן 1(הבדלים משמעותיים בהבנה בעקבות הוראה 2(

עם שיטות הוראה מבוססת מחקר לעומת שיטות מסורתיות

ספרות ענפה בנושא3(

7

((FCIFCIמתוך שאלון מתוך שאלון דוגמא )דוגמא )

נתונים שני כדורי מתכת בעלי גודל זהה אך האחד שוקל כפליים מהשני. אדם משחרר את

שני הכדורים מגג נמוך באותו רגע. הזמן שיידרש מכדורים להגיע לרצפה יהיה:

בערך אותו דבר1.

הכדור הכבד יגיע מהר יותר2.

הכדור הקל יגיע מהר יותר3.

8

השלבים לפתרון השאלההשלבים לפתרון השאלה

נתונים שני כדורי מתכת בעלי גודל זהה אך האחד שוקל כפליים מהשני. אדם משחרר את

שני הכדורים מגג נמוך באותו רגע. הזמן שיידרש מכדורים להגיע לרצפה יהיה:

בערך אותו דבר1.

הכדור הכבד יגיע קודם2.

הכדור הקל יגיע קודם3.

9

ידע קודם נאיבי )אינטואיטיבי()כולל תפיסות שגויות(

מסגרת תפיסתיתמסגרת תפיסתית

שימוש בידע נרכש להסביר ולחזות שימוש בידע נרכש להסביר ולחזות תופעות מחיי היום יוםתופעות מחיי היום יום

תוצאות המחקר המקדים:

10

מסגרת תפיסתית

ידע קודם נאיביידע קודם נאיבי

אסטרטגיה לפתרון

בעיות

הסבר וחיזוי של תופעות הסבר וחיזוי של תופעות יומיומיותיומיומיות

(:Reif, Van-Heuvelenפתרון מהספרות )

11

אסטרטגיה לפתרון בעיות:אסטרטגיה לפתרון בעיות:

אפיון מערכתא. ציירו מלבנים המתארים את

הגופים המשתתפים בהתרחשות

ב. רשמו בטבלה את כל האינטראקציות

בהן מעורב כל גוף בהתרחשות

מאינטראקציות

לכוחותהוסיפו את כל הכוחות . א

המופיעים בכל האינטראקציות

לציור המלבניםב. התמקדו בגוף מסוים וציירו

מלבן המייצג אותו בנפרד עם כל הכוחות הפועלים

עליוכוחות ותנועה

התאימו את גודל הכוחות הפועלים על הגוף הנבחר בהתאם למאפייני

התנועה שלו

12

אפיון מערכת:

א. ציירו מלבנים המתארים את הגופים

המשתתפים בהתרחשות

ב. רשמו בטבלה את כל האינטראקציות

בהן מעורב כל גוף בהתרחשות

13

כלב רצועה

ילד

רצפה

כדור הארץ

רצפילדרצועהכלבה

כדור הארץ

++-+0כלב

+-+0+רצועה

++0+-ילד

+0+-+רצפה

0++++כדור הארץ

מלבנים המתארים את אפיון מערכת:הגופים

המשתתפים בהתרחשות:

כל האינטראקציות בהן מעורב כל גוף בהתרחשות:

14

הוסיפו את כל הכוחות המופיעים בכל הוסיפו את כל הכוחות המופיעים בכל . . אאהאינטראקציות האינטראקציות

לציור המלבנים לציור המלבנים

ב. התמקדו בגוף מסוים וציירו מלבן המייצג אותו ב. התמקדו בגוף מסוים וציירו מלבן המייצג אותו בנפרד בנפרד

עם כל הכוחות הפועלים עליו עם כל הכוחות הפועלים עליו

מאינטראקציות לכוחות:

15

כלב

כדור הארץ

חיכוך

רצפה

רצועה

כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות בציור המלבנים:

מיקוד בגוף מסוים ומלבן המייצג אותו בנפרד עם כל הכוחות הפועלים עליו:

כלב רצועה ילד

רצפה

כדור הארץ

16

התאימו את גודל הכוחות הפועלים על הגוף הנבחר

בהתאם למאפייני התנועה שלו

כוחות ותנועה

17

מהירותו: את משנה אינו הכלב נתון

כלב

כדור הארץ

עם חיכוךהרצפה

רצפה

רצועה

18

הפעלת האסטרטגיה על

סיטואציות נבחרות

אינטראקציה עם 12כדור הארץ

)מתקדם(: מסה, משקל, נפילה

חופשית, חוסר משקל

אינטראקציה עם אוויר

חיכוך

תרשים כוחות

החוק הראשון והחוק השני של ניוטון

החוק השלישי של ניוטון

כוחות

אינטראקציה

שלב ראשון: אפיון מערכת

שלב שני: ממערכת לגופים

נבחרים

שלב שלישי: כוחות ותנועה

1

2

34

5

67

8

910

המושג הראשון

הוראת מושגי יסוד ועקרונות

הסיטואציה המובילה

(1-9)שלבים

הפעלת האסטרטג

יה

11

תהליך ההוראה

19

מחקרמחקרהשוואה בין מועדים )קנה מידה רחב(•

(POSTהשוואה בין קבוצות )•מעקב מפורט אחר קבוצה קטנה של תלמידים•

PRE הפעלת הגישה

POST

תהליכים

PRE הפעלת הגישה

POST

20

אוכלוסיית המחקר

קבוצות המחקר( כיתות ט' הטרוגניותN=225) ( 180מורי מדעים בחט"ב המשתלמים בגישה=N)

קבוצות השוואה( 191כיתות ט' הטרוגניות=N)( 98תלמידי י"א ו-י"ב מתמחים=N) תלמידי י"ב בשאלת בגרות העוסקת בחוק השלישי של ניוטון

(1115=N)( 12מורי מדעים בחט"ב=N)( 20פרחי הוראה=N)( 6542תלמידי מכללות בארה"ב=N)

21

תוצאותתוצאות((g>* = (posttest score – pretest score)/(100 – pretest scoreg>* = (posttest score – pretest score)/(100 – pretest score>>

PP NN >>gg>> קבוצהקבוצה

0.001 p<

0.003>p

 10635

0.490.53

בהתאם הוראה 1לגישה-שאלון

 ישראישרא

כיתה ט' )הטרוגנית(ללכיתה ט' )שליש עליון(

  20844458

0.230.48

הוראה מסורתיתפעילה )מבוססת הוראה

מחקר(

 ארהארה

"ב"ב Hake<, על פי g*מידת ההתקדמות מובעת ב- >

)1998(

22

11תוצאות שאלון תוצאות שאלון Pretestגישהnכיתה

)Sd(Posttest

(Sd)

<g*>

קבוצות ניסוי

9th Students1490.4(19.5 )65(17.3 )37כן

P>0.001

קבוצות השוואה

9th Students191(15.6 )37לא

College students

(14.9 )59לא20

Science Teachers

(15.3 )46לא12

High School Adv.

(13.5 )53לא98

23

הישגי תלמידים* P>0.001

* * P>0.01

010203040506070

ז' מצטיינים מושגים+אסטרטגיה

ט' הטרוגני - מושגיםבלבד

מתמחים - )הוראהמסורתית(

מכללה

ציון

Pre Post

** *

ט' מצטייניםמושגים + אסטרטגיה

ט' הטרוגנימושגים )אחר( מורי מדעים

)מקדים(

n.s.

24

FCIFCIתוצאות תת מבחן תוצאות תת מבחן FCI item (new) 7th grade (n=12) score

Pre Post <g<

9th grade (n=49) score

Pre Post <g<

4 (2) 8.3 91.7 0.91 23.7 75 0.67

15 (11) 16.7 75 0.7 17.2 57 0.48

28 (13) 8.3 91.7 0.91 22.1 50.8 0.37

29 (14) 16.7 83.3 0.8 27.5 87.8 0.83

p<0.0008 p<0.003

25

יח"ל תשס"ג:5שאלה ממבחן בגרות בפיזיקה

משקולת תלויה על חוט המחובר mg ו- Tלתקרה. התלמיד טוען ש-

הם זוג כוחות של פעולה ותגובה. האם טענתו נכונה? נמקו

נימקו נכון נימקו נכון )באחוזים()באחוזים(

ענו נכון ענו נכון (()באחוזים)באחוזים

NN קבוצהקבוצה

40 47 360

כיתות ט' הטרוגניות

31 42 1115

כיתות מתמחים

בגרות

26

דוגמאות מראיונותדוגמאות מראיונות

קטע ראיון עם עומרי )תלמיד ברמה מעל הממוצע(מ: אני רוצה דיאגרמת כוחות לבקבוק..

ת: ]מצייר חיצי כוח[ כדור הארץ למטה..ספר למעלה..מ: אתה יכול להתייחס לאורך של החיצים האלה?

ת: הם שווים..הוא נשאר במקום..אם הספר היה דוחף אותו יותר מאשר כוח המשיכה אז הבקבוק היה עולה למעלה או הפוך

מ: ודיאגרמת כוחות לספר..ת: שוב..כדור הארץ למטה..אבל הפעם גם הבקבוק דוחף אותו

למטה..והשולחן למעלהמ: ואורכי החיצים?

ת: שוב, הם שווים ]התלמיד מדייק[

27

ראיון עם שחרראיון עם שחר

מראיין: לאיזה כיוון הבלון ינוע?ש )תלמיד(: לשם }בביטחון{ }התלמיד צודק{

מ: צייר לי דיאגראמת כוחות לבלון.ש: }מצייר מלבנים- השלב הראשון באסטרטגיה{

מ: אתה חושב שהמלבנים עוזרים לך?ש: כן..אבל אני יכול לדלג על השלב הזה.. זה תלוי בהבנה.

מ: אתה יודע מה, בא נדלג על השלב הזה.. צייר את הדיאגראמה..ש: }מצייר ומסביר בצורה נכונה{

מ: אני רוצה להבין למה הבלון זז?ש: כי הבלון מלא אוויר שיוצא ממנו ודוחף אותו לשם..

מ: נסה לדבר באינטראקציות..ש: יש אינטראקציה בין האוויר לבלון, יש שני כוחות באינטראקציה

מ: תרגם את האינטראקציה לשפת כוחות.. מאין הגיע החץ )הכוח( שדוחף את הבלון..?

ש: האוויר שהיה בבלון יוצא החוצה.. ושהוא יוצא... }התלמיד נתקע{מ: בא ניקח מקרה אחר }המראיין מתאר ילד היושב על כסא גלגלים ומשליך תיק

כבד{ מה קורה פה?ש: אתה תזוז אחורה.. התיק מפעיל עליך כוח בחזרה..הכוח שאתה מפעיל על

התיק.. הוא מחזיר לך את אותו כוח בחזרה..מ: איך קוראים למקרה כזה של הפעלת כוחות הדדיים?

ש: אינטראקציה..מ: אם אני רוצה לבודד אותי.. כאשר אני כולל את הכסא.. איך זה יראה?

ש: }מצייר נכון ומסביר היטב{מ: טוב, עכשיו בו נחזור לבלון..

28

קטע ראיון עם דון )תלמיד בקבוצה ברמה נמוכה(

לפני ההוראה

מ: אתה יושב על כסא גלגלים שיכול לזוז, אני נותן לך כדור כבד ומבקש ממך לזרוק את הכדור. מה אתה חושב שיכול

להתרחש?

ת: אני קצת אדחף אחורה עם הכסא..

מ: למה?

ת: כי יש התנגדות ו..

מ: התנגדות של מי?

ת: לא התנגדות.. כאילו..אני דוחף קיר...לא יודע להסביר את זה..

29

קטע ראיון עם דון, לאחר שני שיעורים

מ: יש לך סקייטבורד ואתה נמצא עליו עם כדור כבד.. אתה מוסר לי אותו בכל הכוח.. מה יקרה..

ת: אני אעוף אחורה.. קצת..

מ: מי דוחף אותך..

..ת: כאילו גם הכדור דוחף אותך

30

ראיון עם דון, חצי שנה לאחר ההוראה

מ: סיטואציית הכסא. מה יקרה לך?ת: אני נדחף אחורה..

מ: בוא נעשה דיאגרמת כוחות לך.. אתה מחובר לכסא..ת: האבטיח דוחף אותי אחורה.. הרצפה למעלה וכדור הארץ

למטה.. והחיכוך לצד השנימ: האבטיח יותר גדול מהחיכוך? אם אתה כן זז..

ת: לא..מ: יכול להיות מצב שבו החיכוך שווה לגודל של האבטיח ואתה

עדיין תגדיל את המהירות שלך?ת: לא, לא יכול להיות.. החיכוך יותר קטן..

31

כיוונים עתידייםכיוונים עתידייםפיתוח אסטרטגיה וגישת הוראה איכותית בנושא חשמל•פיתוח אסטרטגיה וגישת הוראה איכותית בנושא אנרגיה•