פתרון בעיות בפיסיקה בקבוצות

שלבים בפתרון בעיה בפיסיקהיתרונות של פתרון בעיות בקבוצות מודלים לשילוב עבודה בקבוצות עם דיון

כיתתימענה להסתייגויות לגבי למידה בקבוצות

ד"ר גלית בוצר, המרכז לקידום ההוראה, חורף תשע"ב

כיצד מומחה פותר בעיה בפיסיקה?

מה נדרש לחשב/ מה קורה פה? מהם האובייקטים המעורבים? :מיקוד הבעיהלהסביר?

זיהוי עקרונות פיסיקליים שבבסיס הבעיה, זיהוי :ניתוח המצב הפיסיקליאובייקטים פיסיקליים וקשרים ביניהם, ייצוג האובייקטים והקשרים באמצעות

תרשים או גרף, זיהוי המודל הפיסיקלי המתאים, זיהוי תנאי שפה/ תנאי התחלה, אילו הזנחות בוצעו - האם הן מוצדקות?

תכנון שיטתי של הפתרון :תכנון הפתרוןבדיקת יחידות, האם הפתרון אפשרי מבחינה פיסיקלית : בדיקת הפתרון

)פסילת פתרונות שאינם פיסיקליים(

אסטרטגיות פתרון של סטודנטים בקורסי יסוד בפיסיקה

Students in introductory physics courses typically begin to solve a problem by plunging into the algebraic and numerical solution -- they search for and manipulate equations, plugging numbers into the equations until they find a combination that yields an answer (e.g. the plug-and-chug strategy). They seldom use their conceptual knowledge of physics to qualitatively analyze the problem situation, nor do they systematically plan a solution before they begin numerical and algebraic manipulations of equations. When they arrive at an answer, they are usually satisfied -- they rarely check to see if the answer makes sense.

Ken and Pat Heller, University of Minnesota

1דוגמא מספר

פתרון אישי

פתרון קבוצתי

פתרון במליאה אפשרות להשוות את הפתרון עם עמיתים .שיח קבוצתי טעות הינה הזדמנות חשובה ללמידה

מאפשר זיהוי תפיסה שגוייה של מושגים/ עקרונות והחלפתה בתפיסה המדעית המקובלת .

הצדקת פתרון נכון מחדדת את ההבנה של הסטודנט הזדמנות לדון וללבן היבטים נקודות לא ברורותהכרת דרכים שונות לפתרון בדיקה משותפת של הפתרון

שלבים בפתרון בעיה בפיסיקה

2דוגמא מספר

כוח לורנץ על חלקיק טעון הנע בשדה מגנטי תזכורת: **BVQבניצב לכיוון השדה

שלבי הפתרון

נע אופקית טעון חשמליתכדור התהליך המתואר בבעיה:בשדה מגנטי שכיוונו יוצא מהדף . התנועה משמאל לימין

)נתון בבעיה(שרטוט תרשים המציג את המערכת הפיסיקלית

מהירות ההתחלתית של הכדורמה צריך לחשב? באילו עקרונות פיסיקליים ניתן אסטרטגיה איכותית לפתרון:

איזו אינפורמציה דרושה כדי למצוא את להשתמש? מהירות הכדור?

כוח לורנץ 1.

משוואת כוחות2.

מיקוד הבעיה או

מה קורה פה?

שירטוט תרשים הכולל את הגדלים • תרשים כוחותהפיסיקליים שיש לחשב

)כאן טריוואלי- בחירת מערכת צירים מתאימה • חישוב כוחות לאורך הציר האנכי(

זיהוי קשרים בין הגודל שיש לחשב ובין הגדלים •הנתונים בבעיה

בדיקת הזנחות שבוצעו – האם הן מוצדקות •)הזנחת שדה מגנטי של כדור הארץ(

ניתוח המצב הפיסיקלי

תכנון שלבי הפתרון

הכוללת את הגודל זיהוי נוסחה )קשר כמותי( שיש לחשב.

הנוסחה לחישוב כוח לורנץ קושרת בין הכוחות הפועלים על הכדור ומהירות התנועה האופקית

מחוקי ניוטון נשווה כוח הגרביטציה לכוח המגנטי Voומכאן נחלץ את

כתיבת המשוואות המתמטיות

BVq=mg

ביצוע הפתרון

הצבת הגדלים המספריים במשוואות וחישוב המרת יחידות במידת הצורך

האם הפיתרון האם הפיתרון נראה הגיוני?•פיסיקלי?

האם התשובה מתאימה לתיאור האיכותי •שנבנה בתחילת הפיתרון?

האם היחידות המתקבלות מתאימות?•

בדיקת מקרי קצה•

בדיקת הפתרון

פתרון בעיות בקבוצות בשילוב דיון כיתתי

מודלים לעבודה

סטודנטים פותרים בעיות בקבוצות

פונים למתרגל כשנתקלים בבעיה

דיון כתתי בפתרון בעיה בהנחיית

המתרגל

שילוב של פתרון בעיות בקבוצות ודיון כתתי

פתרון הבעיה בשלבים: הסטודנטים עובדים בקבוצות על שלב נתון )לדוגמא מיקוד הבעיה(, המתרגל מקצה זמן

לעבודה קבוצתית על כל שלב ובתום הזמן עורך דיון

כיתתי

פתרון הבעיה בשלמותה: הסטודנטים עובדים בקבוצות

על הבעיה בשלמותה, תוך יישום חמשת שלבי הפתרון. המתרגל מקצה זמן לפתרון

הבעיה בשלמותה ובתום הזמן עורך דיון כתתי

הסתייגויות לגבי למידה בקבוצות

כאשר סטודנטים פותרים בעיה בקבוצות, ללא 'פיקוח' המורה, הם עלולים להפעיל תפיסות שגויות

עבודה בקבוצות דווקא מאפשרת לסטודנטים להתגבר על תפיסות שגויות בשל ההזדמנות לשיח בין חברי

הקבוצה. קיום דיון כיתתי לאחר שלב העבודה בקבוצות יאפשר זיהוי וטיפול בתפישות שגויות.

לעומת זאת בגישה המסורתית כשהמורה מציג פתרון 'נכון' על הלוח, אין לו כלל אפשרות "להיכנס לראש

ולזהות תפיסות שגויות של הסטודנטים"

כאשר עובדים בקבוצות קצב העבודה איננו אחיד. חלק מהקבוצות יסיימו מהר ואחרות לאט יותר הדבר גורם

לבזבוז זמן עבור הקבוצות המהירות יותר

אכן קצב העבודה איננו אחיד. לכן מומלץ להכין פעילות נוספת לקבוצות המהירות- למשל הרחבה של הבעיה

לעומת זאת בגישה המסורתית, אם המתרגל פותר על הלוח בעיה וחלק מהסטודנטים כבר יודעים את

הפתרון הדבר גורם עבורם לבזבוז זמן גדול בהרבה

עבודה בקבוצות גוזלת זמן רב, לכן ניתן 'לכסות' פחות חומר

אכן עבודה בקבוצות דורשת השקעה של זמן. המטרה הינה לבנות הבנה טובה של מושגי

יסוד, והבנה מעמיקה של דרכי החשיבה של פיסיקאי מומחה.

לעומת זאת בגישה המסורתית, כמות החומר תלויה בקצב הדיבור והכתיבה של ש"מכסים"

המורה. אך הדבר איננו מבטיח מעורבות אינטלקטואלית של הסטודנטים בתהליך פתרון

הבעיה

סיכוםמחקרים בהוראת הפיסיקה בחינוך הגבוה מראים כי פתרון בעיות בקבוצות

, המזמנת לסטודנטים אפשרות לבנות אסטרטגית למידה יעילהקטנות הינה ידע מושגי בפיסיקה

באוניברסיטאות רבות בעולם (MIT, Harvard, Arizona state University, Georgia Southern University, University of Minnesota)

קיימת מגמה לערוך רפורמות בקורסי יסוד רבי משתתפים בפיסיקה ולכוון , המדגיש למידה פעילה Physics Studioללמידה פעילה. אחד המודלים הוא

ופתרון בעיות בקבוצות, כאשר צוות ההוראה מדריך ומנחה את הסטודנטים

הוראה המשלבת פתרון בעיות בקבוצות קטנות מעמידה בפני המורה אתגרים צוות המרכז לקידום ההוראה עומד לרשותכם כדי לתמוך ולסייע

בתהליך!

bbgalit@tx.technion.ac.ilגלית בוצר

חדשנות בהוראת הפיסיקה בעולם

משאבי למידה

הרצאות וידאו MIT open courseware מאגר פתוח המאפשר גישה חופשית

לתקצירי הרצאות, מבחנים, תרגילים והרצאות וידאו ומקיף כמעט את כל הקורסים בלימודי הסמכה ולימודי מוסמכים

. MITהניתנים ב

הדמיות ממוחשבות

חקר סימולציה

Harmonic Resonance

שיטות הוראה המבוססות על מחקרים בהוראת הפיסיקה

PER- physics Education Research Misconceptions can occur when prior knowledge

and belief are in conflict with scientific knowledge.

e.g. Halloun & Hestenes (1985), McDermott & Redish (1999)

FCI-Force Concept Inventory Halloun & Hestenes (1985), Am. J. of Physics

הבנה מושגית של סטודנטים בקורסי הסמכה בפיסיקה

Eric Mazur, MIT . “The first warning came when I gave the test to my class and a student

asked `Professor Mazur, how should I answer these questions? According what you taught us, or by the way I think about these

things?' While baffled, I did not get the message quite yet. The results of the test, however, where undeniably eye-opening: the students fared hardly better on the Hestenes test than on their

midterm examination on rotational dynamics. Yet, I think the Hestenes test is simple --- yes, probably too simple to be considered

seriously for a test by many of my colleagues --- while the material covered by the examination (rotational dynamics, moments of

inertia) was, in my opinion, of far greater difficulty”

Peer instruction class Mazur, MIT

A typical Peer Instruction class •short (~10 minute) presentation that focuses on key points.•~(5 minute ) qualitative multiple-choice questions that

give an opportunity for students to explain their reasoning to one another

•an explanation of the correct answer by the instructor Upon seeing a tally of student answers, the instructor can decide whether to elaborate on the topic or proceed to something

new.

Think Pair Share Procedure

כיתת סטודיו בפיסיקה – אוניברסיטת אלינוי

למידה שיתופית, למידה בקבוצות Howe et al )1992(, Springer et al )1999( ,

למידת קורסי יסוד בפיסיקה תוך כדי פיתרון בעיות לשיפור ידע מושגי בקבוצות קטנות תרמה

ואסטרטגיות של פתרון בעיות

Technology Enabled Active Learning MIT

.

Predict-Observe-Explain

תודה על ההקשבה!