שילובה של אסטרטגיה לפתרון בעיות איכותיות בפיזיקה בהקניית המושגים "אינטראקציה", "כוח" ו"מערכת&qu

1. שילובה של אסטרטגיה לפתרון בעיות איכותיות בפיזיקה בהקניית המושגים "אינטראקציה", "כוח" ו"מערכת" רוני מועלם המחלקה להוראת מדעים מכון ויצמן למדע

2. נושא קשה ליישום בהוראת הפיזיקה(ומטרה חשובה): הבנה איכותית של תופעות מחיי היום יום

3. תופעות מחיי היום יום

4. מהי הבנה איכותית בפיזיקה? לדעת להסביר (ו/או לנבא) תופעות באמצעות מושגים ועקרונות פיזיקליים (שפת הפיזיקה)

5. כביש(N) חיכוך עם הכביש מכונית עגלה כדור הארץ(mg) הסבר איכותי 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. האם הוראה מסורתית מקנה הבנה איכותית? לא • תוצאות מבחן FCI • הבדלים משמעותיים בהבנה בעקבות הוראה עם שיטות הוראה מבוססת מחקר לעומת שיטות מסורתיות • ספרות ענפה בנושא

7. דוגמא (מתוך שאלון FCI) 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 דבר • הכדור הכבד יגיע מהר יותר • הכדור הקל יגיע מהר יותר

8. השלבים 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 דבר • הכדור הכבד יגיע קודם • הכדור הקל יגיע קודם

9. ידע קודם נאיבי (אינטואיטיבי) (כולל תפיסות שגויות) מסגרת תפיסתית שימוש בידע נרכש להסביר ולחזות תופעות מחיי היום יום תוצאות המחקר המקדים:

10. ידע קודם נאיבי אסטרטגיה לפתרון בעיות הסבר וחיזוי של תופעות יומיומיות פתרון מהספרות (Reif, Van-Heuvelen): מסגרת תפיסתית

11. אפיון מערכת א. ציירו מלבנים המתארים את הגופים המשתתפים בהתרחשות ב. רשמו בטבלה את כל האינטראקציות בהן מעורב כל גוף בהתרחשות מאינטראקציות לכוחות א. הוסיפו את כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות לציור המלבניםב. התמקדו בגוף מסוים וציירו מלבן המייצג אותו בנפרד עם כל הכוחות הפועלים עליו כוחות ותנועה התאימו את גודל הכוחות הפועלים על הגוף הנבחר בהתאם למאפייני התנועה שלו אסטרטגיה לפתרון בעיות:

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 אפיון מערכת: מלבנים המתארים את הגופים המשתתפים בהתרחשות: כל האינטראקציות בהן מעורב כל גוף בהתרחשות:

14. א. הוסיפו את כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות לציור המלבניםב. התמקדו בגוף מסוים וציירו מלבן המייצג אותו בנפרד עם כל הכוחות הפועלים עליו מאינטראקציות לכוחות:

15. כלב רצועה ילד רצפה כדור הארץ רצפה רצועה חיכוך כלב כדור הארץ כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות בציור המלבנים: מיקוד בגוף מסוים ומלבן המייצג אותו בנפרד עם כל הכוחות הפועלים עליו:

16. התאימו את גודל הכוחות הפועלים על הגוף הנבחר בהתאם למאפייני התנועה שלו כוחות ותנועה

17. רצפה רצועה חיכוךעם הרצפה כלב כדור הארץ נתון: הכלב אינו משנה את מהירותו

18. הסיטואציה המובילה (שלבים 1-9) המושג הראשון אינטראקציה 1 הפעלת האסטרטגיה 2 הפעלת האסטרטגיה על סיטואציות נבחרות הוראת מושגי יסוד ועקרונות 4 3 5 7 6 8 10 9 11 כוחות שלב ראשון: אפיון מערכת החוק השלישי של ניוטון החוק הראשון והחוק השני של ניוטון שלב שני: ממערכת לגופים נבחרים תרשים כוחות חיכוך שלב שלישי: כוחות ותנועה אינטראקציה עם אוויר 12 אינטראקציה עם כדור הארץ (מתקדם): מסה, משקל, נפילה חופשית, חוסר משקל תהליך ההוראה

19. הפעלת הגישה הפעלת הגישה PRE PRE POST POST תהליכים מחקר • השוואה בין מועדים (קנה מידה רחב) • השוואה בין קבוצות (POST) • מעקב מפורט אחר קבוצה קטנה של תלמידים

20. אוכלוסיית המחקר קבוצות המחקר • כיתות ט' הטרוגניות (N=225) • מורי מדעים בחט"ב המשתלמים בגישה (180=N) קבוצות השוואה • כיתות ט' הטרוגניות (191=N) • תלמידי י"א ו-י"ב מתמחים (98=N) • תלמידי י"ב בשאלת בגרות העוסקת בחוק השלישי של ניוטון (1115=N) • מורי מדעים בחט"ב (12=N) • פרחי הוראה (20=N) • תלמידי מכללות בארה"ב (6542=N)

21. P N <g> קבוצה 0.001 p< 0.003>p 106 35 0.49 0.53 הוראה בהתאם לגישה-שאלון 1 ישראל כיתה ט' (הטרוגנית) כיתה ט' (שליש עליון) 2084 4458 0.23 0.48 הוראה מסורתית הוראה פעילה (מבוססת מחקר) ארה"ב תוצאות (g>* = (posttest score – pretest score)/(100 – pretest score> *מידת ההתקדמות מובעת ב- <g>, על פי Hake (1998)

22. תוצאות שאלון 1

23. n.s. (מקדים) ט' הטרוגני מושגים (אחר) ט' מצטיינים מושגים + אסטרטגיה מורי מדעים

24. תוצאות תת מבחן FCI

25. נימקו נכון (באחוזים) ענו נכון (באחוזים) N קבוצה 40 47 360 כיתות ט' הטרוגניות 31 42 1115 כיתות מתמחים בגרות שאלה ממבחן בגרות בפיזיקה 5 יח"ל תשס"ג: משקולת תלויה על חוט המחובר לתקרה. התלמיד טוען ש- Tו- mgהם זוג כוחות של פעולה ותגובה. האם טענתו נכונה? נמקו

26. דוגמאות 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 למעלה מ: ואורכי החיצים? ת: שוב, הם שווים [התלמיד מדייק]

27. ראיון 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 השני מ: 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 עתידיים • פיתוח אסטרטגיה וגישת הוראה איכותית בנושא חשמל • פיתוח אסטרטגיה וגישת הוראה איכותית בנושא אנרגיה