סרטי הדרכה כפעילות הכנה למעבדות בביוכימיה לסטודנטים לתואר ראשון

1. מודל מעבדה • רקע תאורטי • חשיבות המעבדות • פעילות מעבדתית הינה אחד המאפיינים של חינוך מדעי בכל הרמות וחלק בסיסי של קורסים מדעיים. סטודנטים צריכים ללמוד באותה דרך לפיה המדענים פועלים כמו העלאת שאלות, ביצוע תצפיות ומדידות והסקת מסקנות. כשהמעבדה מתוכננת כראוי, היא עשויה למלא תפקיד חשוב ברכישת מיומנויות קוגניטיביות כגון חשיבה מדעית, מיומנויות חקר והבנת התהליך המדעי (Reid & Shah, 2006; Brenner, 2010;). • המעבדה הינה סביבה לימודית ייחודית בה סטודנטים יכולים לעבוד בצורה שיתופית בקבוצות קטנות. האווירה הפחות רשמית וההזדמנויות לאינטראקציה רבה יותר בין הסטודנטים למדריך ובין הסטודנטים לבין עצמם, יש בהן פוטנציאל לטיפוח אינטראקציה חברתית חיובית, ועל-ידי כך ליצירת אווירה לימודית חיובית ובונה Hofstein & Lunetta, 2003)). ממצאים ומסקנות המחקר ממצאי המחקר מלמדים על שביעות רצון של הסטודנטים מן המעבדה ועל עמדות חיוביות של הסטודנטים והמתרגלים כלפי שילובם של סרטי הדרכה ובוחנים לתרגול עצמי כפעילות מכינה למעבדה. מעל 85% מהמשיבים לשאלונים ציינו, כי הצפייה בסרטים הגבירה את תחושת המוכנות שלהם למעבדה, סייעה להם בהכרת המכשור של המעבדה, סייעה להם לבצע את המעבדה ושיפרה, לדעתם, את רמת מוכנותם ועבודתם במעבדה. לדברי הסטודנטים, היתרון של הוידיאו בהשוואה לפרוטוקול, בא לידי ביטוי בהמחשה ויזואלית של שיטות העבודה והפעלת המכשור במעבדה. ההכנה באמצעות הוידיאו, לדעתם של הסטודנטים, סייעה להם להמחיש את החומר הכתוב בפרוטוקול, להכיר כלים וציוד איתו יעבדו במעבדה, ללמוד על שלבי הניסוי ושיטות העבודה במעבדה וזאת ע"י צפייה במדריך מנוסה המבצע את הניסויים. ממצאים אלו מאששים ממצאים ממחקרים שבדקו את היעילות של סרטי הדרכה כהכנה למעבדה. מהתצפיות במעבדה ומאפיון השאלות שנשאלו במהלך המעבדה ניתן ללמוד על מידת מוכנותם של הסטודנטים למעבדה ועל אופייה של האינטראקציה במהלך המעבדה. מרבית האינטראקציה בין הסטודנט למדריך התבססה על שאלות פרקטיות/טכניות שרמתן הקוגניטיבית נמוכה יחסית. %75 משאלות הסטודנטים במהלך המעבדה כללו שאלות המתייחסות למהלך הניסוי ושלבי הניסוי, שאלות שמטרתן לוודא נכונות ביצוע הניסוי. עם זאת, כ-80% מהשאלות שנשאלו מצביעות על מוכנותם המספקת של הסטודנטים למעבדה שבאה לידי ביטוי בשימוש במושגים ורעיונות מדעיים הקשורים לבצוע הניסוי ובהיכרות עם מכשור המעבדה ושלבי הניסוי. מאחר והאינטראקציה במעבדה מושפעת מגורמים נוספים מלבד מוכנות הסטודנטים, גורמים כמו סוג המעבדה והתנהלות המדריכים, אנו ממליצים, כדי להעלות את רמת האינטראקציה הקוגניטיבית במעבדה, לתדרך מדריך מעבדה, להימנע מלהרצות בתחילת השיעור ולעודד דו-שיח, לתקשר עם חברי הקבוצה בצורה פרטנית במהלך המעבדה, לענות על שאלות הסטודנטים באמצעות שאלות מכוונות ולשאול במהלך המעבדה שאלות המתייחסות לרעיונות המדעיים העומדים מאחורי הניסויים. תרומת המחקר למחקר תרומה תיאורטית ומעשית. בפן התיאורטי עשוי המחקר לתרום לגוף הידע בנושא הוראה במעבדות. המחקר מציג ממצאים לגבי היעילות של סרטי ההדרכה כפעילות מכינה למעבדה בקורסי יסוד. בפן המעשי מציג המחקר תובנות והמלצות שעשויות לשמש כקווים מנחים לתכנון והפקה של סרטי הדרכה למעבדה. ייחודיות המחקר מתבטאת בכך, כי המחקר משלב בין החקר של שילוב סרטי הכנה בהוראה במעבדה, בדיקת העמדות של הסטודנטים והמתרגלים כלפי הסרטים ובוחן את האינטראקציה במעבדה ואת המוכנות של הסטודנטים למעבדה. תקציר רציונל ורקע למחקר הוראה בחינוך הגבוה נחקרת יותר ויותר בשנים האחרונות, וזאת מתוך הכרה שעם הגדלת מספר האוניברסיטאות, אוכלוסיית הסטודנטים הטרוגנית כיום יותר מבעבר, וקבוצות ההוראה גדולות. גם בטכניון נערכו בשנים האחרונות מחקרים שמטרתם הייתה לבחון גישות הוראה מתקדמות. במחקרם של דורי, ברק ואדיר ((Dori et al, 2003, אשר בדקו למידה בסביבה ממוחשבת בקורס בכימיה בטכניון, נמצא כי ההישגים הלימודיים של הסטודנטים, אשר למדו בסביבת למידה ממוחשבת, היו גבוהים יותר ביחס לקבוצת הביקורת, וכי הלמידה בסביבה ממוחשבת הגבירה את המוטיבציה שלהם ללמוד. במחקר הערכה שבדק את השפעתם של סרטי הדרכה כפעילות מכינה למעבדה בכימיה בטכניון (Port et al, 2009) נמצא, כי לדעת המדריכים והסטודנטים הצפייה בסרטים משפרת את רמת מוכנותם של הסטודנטים למעבדות ואת עבודתם במעבדה. המעבדות בקורסי השירות בטכניון, הניתנים ע"י שלוש הפקולטות כימיה, פיסיקה וביולוגיה משרתות ציבור גדול של סטודנטים. במרבית הקורסים מטרת המעבדות להדגים ולהמחיש את החומר התיאורטי הנלמד בהרצאות, לאפשר לסטודנטים להכיר שיטות עבודה במעבדה ולהתנסות בהפעלת מכשור מודרני וטכניקות מעבדה מתקדמות. הלומדים במעבדות, מתמודדים עם הצורך ללמוד בו-זמנית מיומנויות טכניות של הפעלת מכשירים, מיומנויות חקר ותכנים ברמה גבוהה. מצב זה גורם לעומס קוגניטיבי, ולכך שסטודנטים רבים נוטים להתייחס לניסוי במעבדה כ"מתכון" שיש לבצעו מילה במילה מבלי להקדיש זמן להבנה של שלבי הניסוי והתוצאות המתקבלות. כדי לייעל את הלמידה במעבדה יש לתכנן את המעבדה בהתאם ולהכין את הסטודנט לקראת המעבדה. ההנחה היא, שההכנה לפני המעבדה תפחית את העומס הקוגניטיבי המוטל על הסטודנט במעבדה, עקב היכרות מוקדמת עם רקע תיאורטי רלוונטי למעבדה, מכשור המעבדה ושלבי הניסוי ותאפשר לו להתמקד בהבנת הניסוי ולא בביצוע המעשי בלבד. ההכנה אמורה לכלול רקע תיאורטי ורקע מעשי. מחקרים מצביעים על כך, ששילוב של סרטי הדרכה כפעילות מכינה למעבדה משפר את רמת מוכנותם של הסטודנטים למעבדה ומגביר את תחושת הביטחון שלהם. השימוש במולטימדיה בהוראה מסייע להמחיש ולהסביר מושגים ותהליכים הדורשים חשיבה מופשטת ורמה גבוהה של חשיבה פורמאלית ובמעבדה מאפשר ויזואליזציה של התהליכים במעבדה המסייעת בהמחשה והבנה של החומר. במסגרת מחקר זה צולמו ושולבו ארבעה סרטי הדרכה כהכנה למעבדה עבור הקורס "מעבדה בביוכימיה" בפקולטה לביולוגיה. הסרטים כוללים היכרות עם מכשור המעבדה, שיטות עבודה עם ציוד מעבדה, ביצוע חישובים רלוונטיים ורקע תיאורטי ממוקד. סרטי ההדרכה נועדו להמחיש ולהדגים את הכתוב בפרוטוקול המעבדה ולשפר את רמת מוכנותם של הסטודנטים לקראת המעבדה. מטרת המחקר מטרת המחקר הייתה להעריך את יעילות סרטי הדרכה כפעילות הכנה למעבדה. במסגרת המחקר נבדקו עמדות הסטודנטים והמתרגלים כלפי שילובם של סרטי הדרכה ובחנים לתרגול עצמי כפעילות הכנה למעבדה ונבדקה אופייה של האינטראקציה במעבדה ונבחנו האתגרים בתהליך התכנון והשילוב של סרטי הדרכה כפעילות מכינה למעבדה. משתתפים וסביבת המחקר המשתתפים במחקר זה הם 165 סטודנטים לתואר ראשון בטכניון המשתתפים בקורס "מעבדה בביוכימיה" ו-22 מדריכי מעבדה מן הפקולטה לביולוגיה, המשתלמים לתארים מתקדמים. המחקר התבצע במשך שני סמסטרים. גישת המחקר גישת המחקר המיושמת במחקר זה היא גישת המחקר המשולב. גישת מחקר זו משלבת באופנים שונים את מתודת המחקר הכמותי עם מתודת המחקר האיכותני. באתר הקורס. החלק הכמותי התבסס על ניתוחים סטטיסטיים שנאספו מאתר הקורס ומשאלוני עמדות שניתנו במהלך המעבדות ועם סיום הקורס לסטודנטים ומדריכים. החלק האיכותני כלל ניתוח ראיונות שבוצעו עם המדריכים והסטודנטים וניתוח תצפיות שהתקיימו במהלך המעבדות. על מנת לתקף ולהבטיח מהימנות לחלק הכמותי של המחקר השתמשנו באסטרטגיות הבאות: מהימנות השאלון, תוקף השאלון, מקורות שונים והצלבת מידע. כדי להבטיח שהממצאים שנמצאו בחלק האיכותני של המחקר יהיו ראויים לאמון, מהימנים ואובייקטיביים בוצע שימוש באסטרטגיות הבאות: טריאנגולציה – הממצאים מתבססים על הצלבת מידע בין: כלי איסוף שונים, מיון השאלות התבסס על הספרות, והשאלות תוקפו לצורך מחקר זה על ידי שני שופטים. סווטלנה אפנסנקודר' אביגיל ברזיליפרופ/ח טלי טלהמחלקה לחינוך למדע וטכנולוגיה, טכניון – מכון טכנולוגי לישראל • חשיבות ההכנה למעבדה • הכנה טובה עשויה להפחית את העומס הקוגניטיבי המוטל על הסטודנט בזמן המעבדה ולייעל את הלמידה (Johnstone, 1997). • הנחת היסוד של תיאורית העומס הקוגניטיבי היא, שהזיכרון הפעיל של הלומד העומד לרשותו במהלך התמודדות עם מטלה, הוא משאב קוגניטיבי מוגבל יחסית (Chandler & Sweller, 1991). • עומס קוגניטיבי יכול להיות מושפע ממורכבות המטלה, מהאופן בו היא מוצגת, מהסביבה הלימודית ומיכולות הלומד ומומחיותו (Chandler & Sweller, 1991). סרטי הדרכה כפעילות הכנה למעבדות בביוכימיה לסטודנטים לתואר ראשון • רציונל • בטכניון המעבדות בקורסי השרות הניתנים ע"י שלוש הפקולטות כימיה, פיסיקה וביולוגיה משרתות ציבור גדול של סטודנטים. • במרבית הקורסים מטרת המעבדות להדגים ולהמחיש את החומר התיאורטי הנלמד בהרצאות, לאפשר לסטודנטים להכיר שיטות עבודה במעבדה ולהתנסות בהפעלת מכשור מודרני וטכניקות מעבדה מתקדמות. • הלומדים במעבדות, מתמודדים עם הצורך ללמוד בו-זמנית מיומנויות טכניות של הפעלת מכשירים, מיומנויות חקר ותכנים ברמה גבוהה. מצב זה גורם לכך, שסטודנטים רבים נוטים להתייחס לניסוי במעבדה כ"מתכון", שיש לבצעו מילה במילה מבלי להקדיש זמן להבנה של שלביהניסוי והתוצאות המתקבלות (Benett & O’Neale, 1998). • על מנת להוריד את העומס הקוגניטיבי המוטל על הסטודנטים בזמן המעבדה יש להכין את הסטודנט לקראת המעבדה. ההכנה אמורה לכלול רקע תיאורטי ורקע מעשי • (Johnstone, 1997(Reid & Shah,2006;. • מחקרים מצביעים על כך, ששילוב של סרטי הדרכה כפעילות מכינה למעבדה משפר את רמת מוכנותם של הסטודנטים למעבדה ומגביר את תחושת הביטחון שלהם • (Cockerill, Comeau, Lee & Vinayak, 2008). • במסגרת מחקר זה צולמו ושולבו ארבעה סרטי הדרכה כהכנה למעבדה עבור הקורס "מעבדה בביוכימיה" בפקולטה לביולוגיה. • שאלות המחקר • מהן עמדות הסטודנטים והמתרגלים כלפי שילובם של סרטי הדרכה כפעילות הכנה למעבדה? • מה ניתן ללמוד מן השאלות הנשאלות ע"י הסטודנטים במהלך המעבדה לגבי: • מוכנות הסטודנטים למעבדה, • המיקוד הקוגניטיבי של הסטודנטים בזמן המעבדה. • הכנת סרטי הדרכה למעבדה – אתגרים ותובנות. • סרטי הדרכה כפעילות הכנה למעבדה • במחקר זה בחרנו להוסיף, בנוסף לפעילויות ההכנה הקיימות בקורס, סרטי הדרכה כהכנה למעבדה. • אחת הדרכים האפקטיביות להעביר מידע ורעיונות היא באמצעות הצגתם בצורה ויזואלית. העוצמה של המחשה ויזואלית נובעת, בין השאר, מהיכולת לזכור טוב יותר תמונות בהשוואה לטקסט ((Mayer, 2003 • השימוש במולטימדיה עשוי לסייע להמחיש ולהסביר מושגים ותהליכים הדורשים חשיבה מופשטת ורמה גבוהה של חשיבה פורמאלית. במעבדה השימוש בוידיאו עשוי להועיל, כיוון שהוא מאפשר ויזואליזציה של התהליכים ומסייע בהמחשה והבנה של החומר (Bockholt 2003: Cockerill, Comeau, Lee & Vinayak, 2008; Olivo ,2003). • עמדות חיוביות של סטודנטים ומדריכים כלפי שילוב סרטי הדרכה כהכנה למעבדה נמצאו במחקר ההערכה שנערך בטכניון בפקולטה לכימיה. • הצפייה בסרטים, בנוסף לקריאה של הפרוטוקולים, הגבירה, לדעת הסטודנטים והמדריכים, את המוכנות של הסטודנטים למעבדה ואת יכולתם לנהל בצורה יעילה את זמן המעבדה ((Port, 2009 . Reid & Shah, 2006

2. מסקנות • ישנה שביעות רצון גבוהה בקרב הסטודנטים לגבי השימוש בסרטים. שביעות רצון זו באה לידי ביטוי בעמדות החיוביות של הסטודנטים כלפי שילוב סרטי הדרכה, באחוזי הצפייה הגבוהים ובתוצאות משאל מדריך המעבדה. • התרומה העיקרית של הסרטים המכינים לסטודנטים מתבטאת בהגברת תחושת המוכנות של הסטודנטים לקראת המעבדה, הגברת ביטחון העצמי שלהם להשתתף במעבדה וחסכון וייעול הזמן במעבדה. • לדברי הסטודנטים, היתרון של הוידיאו בהשוואה לפרוטוקול, בא לידי ביטוי בהמחשה ויזואלית של שיטות העבודה והפעלת המכשור במעבדה. ממצאים אלו מאששים ממצאים ממחקרים שבדקו את היעילות של סרטי הדרכה כהכנה למעבדה • ((Port, 2009; Cockerill, Comeau, Lee & Vinayak, 2008. • כדי להפעיל את הסטודנטים בעת הצפייה שילבנו בוחנים לתרגול עצמי (Coller & Tregloan, 2001). יותר משני שליש מהעונים על השאלונים ציינו, כי הבחנים לתרגול עצמי הגבירו את מידת הריכוז שלהם בעת הצפייה בסרטים וסייעו להם לבחון את הידע שלהם לקראת המעבדה. • מרבית שאלות הסטודנטים שנשאלו במעבדה הצביעו על מוכנותם המספקת למעבדה, שבאה לידי ביטוי בהכרה של מטרת מעבדה, מושגים ורעיונות מדעיים, מיומנויות, מהלך הניסוי ועוד. • אופייה של האינטראקציה במעבדה מושפע מסוג המעבדה, מאשרת או חוקרת, אולם גם מגורמים נוספים, כמו מוכנות הסטודנטים והתנהלות המדריכים ((Berg, Bergendahl, Lundberg, 2003. • מרבית האינטראקציה בין הסטודנט למדריך התבססה על שאלות פרוצדורליות/טכניות שרמתן הקוגנטיבית נמוכה יחסית. מדובר בשאלות על מהלך ושלבי הניסוי, שאלות שמטרתן לוודא נכונות ביצוע הניסוי, שאלות על חומרים, ציוד ומכשור מעבדה איתו עבדו הסטודנטים. • כדי להעלות את הרמה הקוגנטיבית של האינטראקציה בזמן המעבדה : יש לעודד חשיבה משותפת על מהלך הניסוי והתוצאות. ניתן ליישם זאת באמצעות כתיבת דו"ח קצר שיוגש על ידי הקבוצה מיד בסיום המעבדה (Pogacnik& Cigic, 2006). • אנו ממליצים לנצל "זמנים מתים" במעבדה לדיונים עם הסטודנטים. • יש להדריך מדריך מעבדה לנהוג כיועץ מחקר, להימנע מלהרצות בתחילת השיעור, לתקשר עם חברי הקבוצה בצורה פרטנית, לענות על שאלות הסטודנטים באמצעות שאלות מכוונות, לשים דגש לא רק על טכניקות עבודה במעבדה, אלא גם על רעיונות מדעיים ולגרום לסטודנטים לעבור משינון התוכן שהוצג להם בהרצאה לחשיבה יצירתית ולפיתוח רעיונות מקוריים (French & Russell, 2002; Sundberg & Moncada, 1994). • ביבליוגרפיה • Bennett, S., & O’Neale, K. (1998). Skills development and practical work in chemistry. University Chemistry Education, 2, 58-62. • Berg, A. (2005b). Factors related to attitude change toward learning chemistry among university students. Chemistry Education Research and Practice, 6, 1-18. • Berg, A., Bergendahl, C., & Lundberg, B. (2003). Benefiting from an open-ended experiment? A comparison of attitudes to and outcomes of an expository versus an open-inquiry version of the same experiment. International Journal of Science Education, 25, 351-372. • Brenner, K. (2010). Bio 2010: Transforming undergraduate education for the future research biologists. National Academy Press: Washington, DC. • Chandler, P., & Sweller, J. (1991). Cognitive load theory and the format of instruction. Cognition and Instruction, 8(4), 293-332. • Cockerill, M., Comeau, T., Lee, T., & Vinayak, J. (2008). Utilizing video multimedia tools in biology labs. Project EL08. Worcester Polytechnic Institute, downloaded on[01.09.10)] from • http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042909-012027/unrestricted/UtilizingVideoMultimediaToolsinBiologyLabs.pdf • Coller, M.L. & Tregloan, P.A., (2001). ChemCAL online – integrating interactive online resources into campus-based chemistry courses. Chemistry in Australia 68(7), 12-15. • Dori, Y.J., Barak, M., & Adir, N. (2003). A web-based chemistry course as a means to foster freshmen learning. Journal of Chemical Education, 80 (9), 1084-1092. • French, D., & Russell, C. (2002). Do graduate teaching assistants benefit from teaching inquiry-based laboratories? BioScience, 52, 1036-1041. • Johnstone, A. H. (1997). Chemistry teaching: science or alchemy? Journal of Chemical Education, 74, 262-268. • Hofstein, A., & Lunetta, V. (2003). The Laboratory in Science Education: Foundations for the Twenty-First Century. Science Education. 88, 28-54. • Pogacnik, L., & Cigic, B. (2006). How to motivate students to study before they enter the lab. Journal of Chemical Education, 83, 1094. • Port, T., Barzilai, A., Weizman, A., Blank, A. & Barzilai, I. (2009). Using digital lab tutorials (DLT) as a chemistry pre-lab activity for undergraduates. In T. Bastiaens et al. (Eds.), Proceedings of World Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare, and Higher Education 2009 (pp. 3110-3115).Chesapeake, VA: AACE. • Reid, N., & Shah, I. (2007). The role of laboratory work in university chemistry. Chemistry Education Research and Practice, 8, 172-185. • Sundberg, M. & Moncada, G. (1994). Creating effective investigative laboratories forundergraduates. Bioscience, 44, 698-704. משתתפי המחקר סטודנטים לתואר ראשון בטכניון מן הפקולטות הבאות: ביולוגיה, מעבדה ביו-רפואית, הנדסת מזון, הוראת המדעים המשתתפים בקורס "מעבדה בביוכימיה". מדריכי מעבדה מן הפקולטה לביולוגיה המשתלמים לתארים מתקדמים. בתשע"א השתתפו 94 סטודנטים ו-13 מתרגלים.בתשע"ב השתתפו 72 סטודנטים ו-9 מתרגלים. גישת המחקר גישת המחקר: מחקר זה משלב בין גישה כמותית וגישה איכותנית.החלק הכמותי התבסס על ניתוחים סטטיסטיים שנאספו מאתר הקורס ועל ניתוח של תשובות הנבדקים לשאלונים.החלק האיכותני כלל ניתוח ראיונות שבוצעו עם המדריכים והסטודנטים, ניתוח תצפיות שהתקיימו במהלך המעבדות וניתוח התשובות המילוליות של הסטודנטים בשאלונים. כלי המחקר סווטלנה אפנסנקודר' אביגיל ברזיליפרופ/ח טלי טלהמחלקה לחינוך למדע וטכנולוגיה, טכניון – מכון טכנולוגי לישראל סרטי הדרכה כפעילות הכנה למעבדות בביוכימיה לסטודנטים לתואר ראשון ממצאים 1.הממצאים מלמדים על עמדות חיוביות של הסטודנטים כלפי שילובם של סרטי הדרכה למעבדה במדדים הבאים: * מוכנות * תחושת ביטחון * ניהול זמן * המחשה ויזואלית של שיטות עבודה במעבדה, הפעלת ציוד ומכשור. מרבית השאלות בזמן המעבדה היו שאלות פרקטיות שמטרתן לסייע בביצוע המעשי/הטכני של הניסוי במעבדה. השאלות הצביעו על רמת מוכנות מספקת של הסטודנטים.