הוראת נושא ננוטכנולוגיה תוך עיסוק בדילמות חברתיות וסוגיות ננואתיות

1. הוראת נושא ננוטכנולוגיה תוך עיסוק בדילמות חברתיות וסוגיות ננואתיות תכנית רוטשילד- וייצמן רונית ברד בהנחיית ד"ר רון בלונדר וד"ר נעה לכמן

2. ננוטכנולוגיה ננוטכנולוגיה הינו תחום אשר פותח אפשרויות יישום חדשות במגוון בתחומים, כגון: פיתוח חומרים חדשים, התקדמות בתחום האלקטרוניקה, רפואה, תעשיית תרופות, ביוטכנולוגיה, חקלאות ועוד (Roco, 2002). אחד הדיונים המלווים את התחום עוסק בהגדרה של התחום הננומטרי. ישנן הגדרות שונות וכל אחת מהן מתמקדת במאפיין אחר של תחום הננו: הגודל הננומטרי, גבולות התחום הננומטרי, שינוי משמעותי של התכונות, שיטות העבודה בתחום והגדרתו כתחום אינטרדיסציפלינרי (Hingant & Albe, 2010).

3. ננומדע וננוטכנולוגיה במערכות חינוך אנשי מדע וחינוך במדינות המובילות בתחום תומכים בשילוב לימודי ננומדע וננוטכנולוגיה במערכת החינוך על מנת: להכשיר כוח אדם מתאים לעיסוק בתחום זה (Foley & Hersam, 2006), ועל מנת להפוך את אזרחי העתיד לאורייניים בתחום ננומדע וננוטכנולוגיה (Blonder,2011).

4. מושגי הליבה לתכניות הלימודים ברמות השונות נבחנים וממוינים בוועדות מתאימות (Stevens, Delgado & Krajcik,2009a) . במקביל נחקרים גם הקשיים בתפיסת המושגים בסקלה הננומטרית אצל תלמידים בגילאים שונים ומגובשות גישות הוראה מומלצות, תוך שימוש באמצעים מתאימים כמו AFM(Teretter et.al, 2006).

5. ננואתיקה אתיקה מדעית העוסקת בשאלות העולות בעקבות יישום של פיתוחים מדעיים היא חלק בלתי נפרד מן הפיתוח עצמו והאזרחים חייבים להיות חשופים ומודעים לה (רבל 2003). תחום הננוטכנולוגיה הוא תחום חדשני, מתפתח בקצב מהיר וגורם לשינויים משמעותיים הראויים לבחינה אתית. רעילות של ננו חלקיקים עדין לא מוכרת, יכולת מעקב ואיסוף אינפורמציה שהולכת וגדלה ומגדילה יחד איתה את יכולת הפגיעה בפרטיותו של האינדיבידואל גם ללא ידיעתו והאפשרות לשפר יכולות אנושיות, מוטוריות וקוגניטיביות. כל אלה מעוררים דיונים בתת תחום האתיקה- ננואתיקה, ולכן ממשלים צריכים לפתח אמות מידה מתאימות בעזרתן ניתן יהיה להתמודד עם דילמות אתיות העולות מפיתוחים ננו טכנולוגיים (Schummer, 2007).

6. אספקטים חברתיים ואתיים של ננומדע וננוטכנולוגיה צריכים להשתלב בתכנית הלימודים בבתי הספר התיכוניים ביחד עם הנושא המדעי עצמו, ולהיות אחת ממטרות התכנית (Hingant & Albe, 2010).

7. מטרת העבודה ושאלות המחקר לחשוף תלמידים בכיתה י' לנושא הננוטכנולוגיה ולבדוק את היכולת שלהם להבין, לשלב ולהתייחס לטיעונים ננואתיים העולים בעקבות פיתוחים בתחום. כיצד משפיע שילוב סוגיות חברתיות ודילמות ננואתיות בהוראת מבוא לננוטכנולוגיה על: המוטיבציה ההמשכית של התלמידים? תפיסת הקשר בין כימיה לחיי היום יום? היכולת להציף היבטים אתיים בהקשר מדעי? היכולת להתקדם בהבנת המאפיינים של תחום הננוטכנולוגיה?

8. אוכלוסיית היעד תלמידי כיתה י בבית הספר. N=88. כיתה י' מדעית בה לומדים את כל מקצועות המדעים (כימיה, פיסיקה, ביולוגיה) ומתמטיקה ברמה של 4 ו 5 יח"ל. אוכלוסיית המחקר התחלקה לשתי קבוצות: קבוצת ניסוי, n=59 שכללה שתי קבוצות בהן 32 בנות ו 27 בנים. קבוצת ביקורת, n=29 שכללה כיתה אחת בה 20 בנות ו 9 בנים.

9. חומרי הלמידה

11. דוגמא לפעילות דילמה 1 : נחילים של ננו רובוטים ננוכימיה ופיתוח של ננוטכנולוגיות יאפשרו למזער רובוטים. ליצור רובוטים קטנים מאד שיוכלו לתקשר ביניהם ולשתף פעולה באמצעות תקשורת אלחוטית. היום על מנת לחקור כוכבים שונים (כמו מאדים) שולחים לחלל רובוט גדול ומרכב, באמצעות חללית, ומכוונים אותו לאסוף מידע ממקום הימצאו על הכוכב. במקרה של תקלה או שהרובוט ניזוק במהלך השיגור נפגע המחקר שמטעמו הוא נשלח. בעתיד פיתוח של ננו רובוטים יאפשר לשלוח לחלל (למאדים) הרבה מאד ננו רובוטים המסוגלים לתקשר ביניהם. הרובוטים יכלו לבצע משימות מגוונות במקומות שונים בכוכב. גם אם יהרסו 20% -30% מהרובוטים, עדיין יישארו מספיק על מנת להמשיך לבצע את משימות המחקר הנדרשות. היום בזמן הרס של מבנים מאוישים כתוצאה מאסונות טבע או פיגועים, נשלחים צוותי חילוץ והצלה על מנת לאתר ולחלץ ניצולים בעבודה קשה ואיטית. בעתיד בזמן הרס של מבנים מאוישים יישלחו נחילי ננו רובוטים שיוכלו להזדחל דרך חורים זעירים ולחפש ניצולים, בזמן קצר, להגדיל את הסיכוי להיחלץ מן ההריסות.

12. המשימות לתלמידים משימה אישית שם התלמיד________________ כיתה____________________ • דמיינו ותארו בכתב מצב בו הייתם רוצים לפגוש נחילים של ננו רובוטים. • דמיינו ותארו בכתב מצב בו לא הייתם רוצים לפגוש נחילי ננו רובוטים. • האם את/ה בעד או נגד פיתוח ננו רובוטים? הסבר/י את עמדתך. משימה קבוצתית שמות חברי הקבוצה_________________________________________ כיתה___________________________ הציגו את המשימה האישית שביצעתם בפני הקבוצה • דמיינו ותארו שימושים נוספים לנחילי ננו רובוטים. • ציינו יתרונות וחסרונות בפיתוח ובשימוש של נחילי ננו רובוטים. • האם ניתן לאשר פיתוח של נחילים של ננו רובוטים? אם לא, נמקו את קביעתכם. • אם כן, האם יש להטיל מגבלות על הפיתוח, או לאפשר פיתוח חופשי? • במידה ויש להטיל מגבלות: מי לדעתכם אמור להגביל ואיך ניתן לאכוף את ההגבלה? • רשמו את הטיעונים שעלו במהלך הדיון בקבוצה. • בחרו שלושה טיעונים מרכזיים שעלו במהלך הדיון בקבוצה בנושא נחיל ננו רובוטים וציינו אותם בצורה מתומצתת. נמקו את בחירתכם

13. דוגמאות לנושאי דיון נוספים רובוטים יכולים לבנות רובוטים אחרים. ננורובוטים בתוך גופינו. רובוטים צבאיים. החייל העתידי.

14. כלי מחקר והערכה

15. ממצאים- שאלון עמדותהשוואה בין נתוני הפרי בין קבוצת הניסוי והביקורת ההבדלים בין קבוצות הניסוי והביקורת אינם מובהקים פרט לקטגוריה מיומנויות קוגניטיביות

16. השוואה בין השינוי בין נתוני הפרי לפוסט בקבוצת הניסוי והביקורת

17. תוצאות שאלון ידע בננוטכנולוגיה וננורובוטים

18. האם צריך לדעת כימיה על מנת לקבל החלטה על חלוקת תקציב המדינה? הסבירו את קביעתכם."

19. היכולת להציף טיעונים אתיים

20. מסקנות כיצד משפיע שילוב סוגיות חברתיות ודילמות ננואתיות בהוראת מבוא לננוטכנולוגיה על המוטיבציה ללימודי המשך בכימיה? תוצאות המחקר מלמדות ששילוב סוגיות ננואתיות משפרת את המוטיבציה ההמשכית ללימודי כימיה אצל תלמידים. תוצאות שנאספו באמצעות שאלון העמדות שהועבר בשלב הפרי והפוסט.

21. השוואה בין השינוי בין נתוני הפרי לפוסט בקבוצת הניסוי והביקורת

22. מסקנות כיצד משפיע שילוב סוגיות חברתיות ודילמות ננואתיות בהוראת מבוא לננוטכנולוגיה על האופן שבו תלמידים תופסים את הקשר בין כימיה לחיי היום יום? ניתן להסיק שסוגיות חברתיות ודילמות ננואתיות משפרות את האופן שבו התלמידים תופסים את הכימיה כדיסציפלינה הקשורה בחיי היום יום.

23. האם צריך לדעת כימיה על מנת לקבל החלטה על חלוקת תקציב המדינה? הסבירו את קביעתכם."

24. מסקנות כיצד משפיע שילוב סוגיות חברתיות ודילמות ננואתיות בהוראת מבוא לננוטכנולוגיה על היכולת להציף היבטים אתיים בהקשר מדעי? העיסוק באספקטים חברתיים ואתיים הקשורים בתחום הננוטכנולוגיה משפר את יכולתם של תלמידים להציף היבטים אתיים בהקשר מדעי ולקבל החלטה בנושא. מספר הטיעונים האתיים הממוצע לתלמיד עלה בעקבות ההתערבות הלימודית המתוארת בעבודה. בשלב הפרי הממוצע הוא 0.256 ובשלב הפוסט 1.087.

25. מסקנות כיצד משפיע שילוב סוגיות חברתיות ודילמות ננואתיות בהוראת מבוא לננוטכנולוגיה על היכולת להתקדם בהבנת המאפיינים של תחום הננוטכנולוגיה? ניתן לקדם ולשפר את הידע של תלמידי כיתה י' בתחום הננוטכנולוגיה, למרות שבסיס הידע המדעי שלהם בכימיה הוא מצומצם.

26. תוצאות שאלון ידע בננוטכנולוגיה וננורובוטים

27. המלצות להמשך וליישום התערבות לימודית הכוללת תכנים מחוץ לתכנית הלימודים ושילוב פעילויות שבהם התלמידים פעילים בעשייה, במהלך שנת הלימודים. בחירת נושאים שהם בחזית המדע וההתפתחות וקשורים בקשר הדוק עם חיי היום יום בתחומים רבים כמו ננוטכנולוגיה. הפניית מבטם של התלמידים לסוגיות חברתיות ואתיות בתחום הנבחר.

28. כווני בדיקה נוספים לבדוק לעומק את היכולת של התלמידים להציף דילמות אתיות ולהתמודד איתן. בדיקה תוך השוואה בין קבוצת ניסוי לקבוצת ביקורת ואפיון של סוגי הדילמות, סוג הטיעונים ורמת הטיעונים. בדיקה מעמיקה יותר של הידע הננוטכנולוגי בעקבות פעילויות מהסוג הזה, תוך שימוש בכלי מחקר מורכבים יותר המאפיינים את רמת הידע בפרמטרים שונים. לבדוק באילו מהפרמטרים קל יותר לשפר ידע בתחום הננוטכנולוגיה, ובאילו פרמטרים קשה יותר לתלמידים צעירים להבין ולהתקדם.