התפתחותה של תיאוריה מדעית

מגישות: אסנת אביקר, שפי פלק ושולי כהן

1. יחידת לימוד נתמכת הדפסת תלת מימד

✓ שם היוצרים:

שפי פלק אסנת אביקר ושולי כהן

✓ תיאור קצר של יחידת הלימוד:

1. לימוד עצמי של התפתחות תיאוריה מדעית מסוימת (מבנה האטום/ מוצא היצורים החיים/ מבנה המיטוכונדריון/ תנועת גרמי השמיים ומבנה מערכת השמש)

2. יצירת ציר זמן דיגיטלי המתאר את ההתפתחות

3. הדפסת מודלים המתארים את שלבי התפתחות התיאוריה לפי חוקרים שונים

4. תערוכה כיתתית של המודלים המודפסים, הערכת עמיתים ומשימות המתייחסות למודלים המודפסים

✓ מקצוע: מדעים

✓ כיתות: ח'

✓ רמת קושי: בינונית - גבוהה

✓ סקירה כללית ורקע:

ביחידת לימוד זו נבחן את התפתחותה של תיאוריה מדעית החל משלביה הראשונים ועד לתיאוריה המודרנית המקובלת היום, נכיר את אבני הדרך החשובות בפיתוח התיאוריה ונכיר את הטבע הטנטטיבי של המדע.

✓ מטרות לימודיות:

- הבניית הידע בנושא התפתחות תיאוריה מדעית מסוימת (מבנה האטום/ מוצא היצורים החיים/ מבנה המיטוכונדריון/ תנועת גרמי השמיים ומבנה מערכת השמש וכו')

- הכרות עם התפתחות של תיאוריה מדעית ועם ההיסטוריה של המדע והבנת הטבע הטנטטיבי של המדע

- פיתוח ההבנה של מהו מודל מדעי, יתרונותיו, חסרונותיו והדמיון והשוני בינו לבין המציאות

- התמודדות עם תפיסות שגויות

- פיתוח אוריינות מדעית

- פיתוח למידה עצמית

- פיתוח אוריינות טכנולוגית, תכנון, ראייה מרחבית, חשיבה יצירתית וחשיבה ביקורתית.

✓ ערך מוסף לשימוש בעיצוב והדפסה בתלת מימד:

נושאי לימוד אחדים במדעים הם נושאים מופשטים ודורשים היכרות עם הרבה מושגים חדשים. מחקרים בהוראת המדעים, שנערכו בעשורים האחרונים, מצביעים על קושי בתפיסת נושאים מופשטים אלה ועל תפיסות שגויות רבות השכיחות בקרב הלומדים. ההמלצות הדידקטיות להתמודדות עם הקשיים הן להשתמש באמצעים שונים ומגוונים על-מנת להמחיש ולעזור לתלמידים לבנות את עולם המושגים: איורים, מפות מושגים, סרטונים, הדמיות מסוגים שונים, מודלים מוחשיים פיזיים, ניסויים וכו'. מודלים מוחשיים מסייעים גם לחוקרים ואנשי מקצוע שונים להמחשה של תופעות, רעיונות, מבנים ועוד, וכן בתקשורת עם עמיתיהם.

כל אמצעי המחשה פונה לתלמידים בעלי סגנונות למידה שונים. תלמידים מסוימים יבינו את הנלמד באמצעות עבודה על בניית מודל מפלסטלינה. תלמידים אחרים יבינו באמצעות תכנון מודל מודפס בתוכנת טינקרקד. כמו כן, עבור תלמידים רבים יש משמעות לחזרה על אותם הדברים בדרך שונה, הדברים מוארים באור אחר ולפעמים השינוי הוא הגורם להבנה.

כמו כן, כל מודל מוחשי עוזר להמחיש היבטים מסוימים אך עשוי להטעות לגבי היבטים אחרים. למשל מודל מוחשי פלסטי של אטום – אטום אינו כדור קשיח, הקשר בין אטומים אינו מקל או קפיץ וכו'. איור של אטום אינו מייצג את גודלו, את התנועה הקיימת בו וכו'. לכן, לשימוש באמצעי המחשה מגוונים תרומה משמעותית להבנה.

ליצירת מודלים מודפסים בתלת מימד תרומה נוספת לפיתוח מיומנויות שונות: אוריינות טכנולוגית, תכנון, ראייה מרחבית (כפי שמופיע בסעיף מטרות לימודיות) וכן חשיבה יצירתית וחשיבה ביקורתית (כפי שנרחיב בהמשך בסעיף "מיומנויות נלמדות בעקבות היחידה").

✓ התאמה לתוכנית הלימודים:

פעילות העשרה לחומר הנלמד בתכנית הלימודים של כיתה ח' (למשל: "התפתחות מבנה האטום" היא העשרה לפרק "אטומים, יסודות והטבלה המחזורית", התפתחות תיאוריית "מוצא היצורים החיים" היא העשרה לפרק "מבוא למדעי החיים", התפתחות תיאוריית "מבנה המיטוכונדריון "היא העשרה לפרק "התא" וכו').

✓ משך יחידת הלימוד:

כשמונה שיעורים:

-לימוד עצמי של התוכן והצגתו בציר זמן דיגיטלי - 3 שיעורים

- תכנון המודלים בתוכנת טינקרקד – 3 שיעורים

- הצגת המודלים המודפסים בתערוכה כיתתית, הערכת עמיתים, משימה (מבוססת גם על משימות שונות בספר הלימוד) – 2 שיעורים

✓ תיאור השיעור / הפעילות:

1. לימוד עצמי - לומדים מס' שלבים בהתפתחות התיאוריה שהוצעו ע"י חוקרים שונים. (למשל: בהתפתחות תיאוריית מבנה האטום יילמדו רעיונותיהם של דמוקריטוס, דלטון, תומסון, רתרפורד, בוהר ושרדינגר ואחרים. מקורות מידע לתלמידים לנושא זה: "מבנה החומר לכיתה ח'" של מט"ח (ספר הלימוד הכיתתי), סקר היסטורי – התפתחות מודל האטום, דע מדע – גילוי האטום)

2. הצגת הנלמד: באמצעות ציר זמן לתיאור ההתפתחות ההיסטורית בכלי הדיגיטלי saturi עם טקסט, תמונות, סרטונים ואנימציות

3. הדפסת מודלים המתארים שלבים שונים של התפתחות התיאורייה (למשל: חתכי רוחב של אטומים לפי הרעיונות השונים של החוקרים השונים).

4. צביעה לאחר הדפסה וכתיבת "מקרא צבעים"

5. כתיבת הסבר למודל המודפס

6. הערכת עמיתים ומשימות הבנה וחשיבה על התערוכה הכיתתית של המודלים המודפסים כגון:

א. הערכת עמיתים הדנה ביתרונותיו וחסרונותיו של המודל ומידת התאמתו למציאות.

ב. הצגת סדרי הגודל באמצעות אנלוגיות, הדמיות או באמצעות השוואות (לדוגמא, השוואת היחס בין גודלו של כדור הארץ לגודלו של כדור פינג פונג ליחס בין כדור פינג פונג לאטום)

ג. שיום – נתינת שם משמעותי לכל מודל או דימוי אחר

✓ הכנות נדרשות:

- חלוקת הכיתה לקב' עבודה

- דף הנחיות לתלמיד

- הרשמה לאתר sutori

✓ זמן הדפסה :

כשעה לכל מודל

✓ ציוד נדרש:

- מדפסת תלת מימד

- מחשבים עם חיבור לאינטרנט

- חשבון כיתתי לתוכנת טינקרקד

- צבע לצביעת המודלים המודפסים

✓ מיומנויות נדרשות בטינקרקד:

· שימוש במידות מדויקות

· יישור Align

· קיבוץ Group

· סיבוב גופים

· שכפול חכם

· הכרת חוקי הרחיצה

✓ מיומנויות נלמדות בעקבות היחידה:

· איתור מידע ומידענות (יכולת לזהות מקורות פוטנציאליים של מידע . יכולת לפתח אסטרטגיות חיפוש מוצלחות, יכולת להעריך את המידע שהושג, יכולת לארגן את המידע לשם יישומו המעשי, יכולת למזג את המידע החדש שהושג עם מידע הקיים אצל התלמיד, יכולת להשתמש במידע בתהליך חשיבה ביקורתית), עיבוד נתונים, ניתוח נתונים והסקת מסקנות

· הבניית ידע

· יצירתיות

· רפלקטיביות לתהליך הלמידה

· שיתוף פעולה

· השוואה

· אוריינות חזותית

· התייחסות מושכלת למודלים תיאורטיים ומוחשיים, שימוש במודל ויכולת דיון במגבלותיו

✓ הערכה מוצעת:

מחוון להערכת דגם–המופיע באתר עולמו"ט

מחוון להערכת עבודת צוות – עפ"י המחוון באתר המכון לחינוך דמוקרטי ישראל

✓ מקורות מידע:

המרכז הארצי למורי הכימיה – התפתחות מודל האטום

מרכז מורים ארצי למדע וטכנולוגיה בחט"ב - ערכת הלה בנושא "יסודות ותרכובות: מבנים, תכונות ותהליכים" לכיתה ח'

אתר עולמו"ט – מחוון להערכת דגם

המכון לחינוך דמוקרטי ישראל – מחוון להערכת עבודת צוות וכן מחוון לאיכות התוצר

2. תיאור הדפסת הדגם:

✓ איך הדגם תוכנן? באיזו תוכנה? תוך שימוש באיזו טכניקה של הדפסת תלת מימד?

הדגם תוכנן בתוכנת טינקרקד ושימוש בטכניקת צביעה לאחר הדפסה

✓ הגדרות הדפסה:

-לבדוק שאין חריגה ממידות המדפסת.

-לסובב את הדגם אם הוא כדורי ואינו מונח על "רפסודה" או להוסיף תמיכות

✓ הקשיים שנצפו בתכנון הדגם וטיפים לתכנון ולעיצוב הדגם ולעזרה לתלמידים/מורים בכיתה בהתמודדות עם קשיים אלו:

אם המודלים המודפסים הם כדוריים אזי יש להם נק' אחיזה אחת במשטח ההדפסה ויש קושי לעמוד ב"כללי הרחיצה". להתמודדות עם קושי זה מומלץ להדפיס את הדגם על משטח קטן ("רפסודה") ולדאוג לזווית קטנה בין הכדור למשטח.