פורום חוקרי הוראת הביולוגיה בישראל 2016

פורום חוקרי הוראת הביולוגיה בישראל נפגש ב- 28.2.16 במכון וייצמן בהזמנת פרופ' ענת ירדן ופרופ' אילת ברעם צברי. 

הוצגו במפגש עבודות מחקר בנושאים: 

  1. לימוד על המחקר בביולוגיה מפי חוקרים צעירים כדרך למידה אותנטית  על טבע המדע
  2. ניתוח בלשני משווה בין מאמרי מחקר מקוריים, מעובדים לתלמידים ומאמרים פופולריים.
  3. ניתוח החשיבה של תלמידים על גרפים באמצעות מעקב אחר תנועות העיניים שלהם.

IMG_1565

 

עיצוב והערכה של מודל חדש להוראת הביולוגיה כחקר בהקשר אותנטי. ד"ר דינה ציבולסקי

מחקר לדוקטורט בהנחיית פרופ' ג'ף קמחי וד"ר ג'ף דאדיק, באונ' העברית.

ד"ר ציבולסקי הציגה בתחילה שתי גישות ללמידת חקר: גישתו של ג'וזף שוואב לפיה ניתן ללמוד על התהליך המדעי בעזרת ניתוח טקסטים מדעיים ולמידה של ההיסטוריה של המדע, לצד גישתו של ג'רום ברונר ללמידת חקר וגילוי במעבדה ( מקומה של המעבדה בביולוגיה – פה). ד"ר ציבולסקי התמקדה במחקרה בגישה של שוואב והכינה יחידת לימוד כחקר בהקשר אותנטי. במסגרת המחקר, ביקרו מספר כיתות י"א במעבדות מחקר העוסקות בנושאים הקשורים לביולוגיה של התא ולאקולוגיה. בביקורם שוחחו הילדים עם תלמידי המחקר שסיפרו להם על עבודתם. לפני הביקור התקיים שיעור הכנה ולאחריו, נערך סיכום רפלקטיבי. המשתנים העיקריים שנבדקו היו תפיסות התלמידים בנושאים:
1. מידת הטנטטיביות של הידע המדעי המתפתח באופן מתמיד.
2. השפעות סוציוחברתיות כמו היחס למחקר בתאי גזע.
3. המדע כמפעל חברתי שבו המדען עובד בצוות,
4. המיסקונספציה כי קיימת שיטה מדעית אחת. (שיטה מדעית אחת, האמנם? – פה)
5. מטרות המחקר המדעי: מחקר בסיסי ולא רק מחקר יישומי

ד"ר ציבולסקי אספה נתונים כמותיים ואיכותניים במשך 4 שנות הפעלת התכנית. לפי הנתונים נמצא כי ההתערבות הוסיפה לשיעור התלמידים התומכים במחקר בסיסי כאחד ממטרות המחקר המדעי. בהשוואה לכיתות שלא השתתפו ביחידה, יותר תלמידים חשבו שיש מתודולוגיות שונות במדע, אולם חלקם חשבו שלכל מדען שיטות משלו. נצפתה עליה בשיעור התלמידים המבינים את הטנטטיביות של הידע המדעי. יתרה מזאת, האפקט נשמר לטווח ארוך ונמצא גם לאחר 6 חודשים מתום הלמידה. 

IMG_1561

לעבד בלי לאבד: השימוש במאמרים מעובדים בהוראה ולמידה לקידום אוריינות דיסיפלנרית. מוריה אריאלי

מחקר בהנחיית פרופ' ענת ירדן, מכון ויצמן למדע

אחת ממטרות החינוך המדעי היא לרכוש אוריינות בתחום הדעת ומיומנויות קריאה של טקסטים מדעיים. מאחר שהמחקר המדעי מהווה תרבות ולה שפה ייחודית, למידת השפה והתרבות הדיסיפלינרית מהווה אתגר לתלמידים. הכתיבה המדעית כוללת ז'רגון מקצועי וטכני, המידע בה דחוס וההתבטאויות מסוייגות ואינן אישיות מתוך שאיפה לבטא אוביקטיביות. בנוסף, במאמר מדעי מדובר יותר על העשייה ולא על מי עשה. אם מופיע מפעיל הפעולה, הוא בדרך כלל אינו משתתף אנושי אלא חלבון, אנזים וכדומה. לעומת זאת, במאמרים פופולריים, מקורות משניים, המדע מוצג בדרך כלל בצורה וודאית יחסית עם פחות עדויות. יש פחות הפשטה בטקסט. מוריה אריאלי, ניתחה מאמר שתורגם ועובד במסגרת יחידת הלימוד "מאלפי הגנים" שפותחה במכון וייצמן. המאמר זה שימש בשנה שעברה כאחד המאמרים בבחינת הבגרות בפרק הבחירה "מבוא לביוטכנולוגיה", פרק שמשולב החל מהשנה הבאה ביחידת ההעמקה "הנדסה גנטית וויסות גנים", ללא יחידת המאמרים. אריאלי ערכה ניתוח לשוני השוואתי של שפת המאמר המקורי, המאמר המעובד וכתבה פופולרית באותו נושא. היא הראתה שבעוד שהמאמר המעובד כולל פחות ז'רגון מקצועי וטכני ויותר הסברים, הוא עדיין קרוב למאמר המקורי מבחינה לשונית, יותר מאשר קרבתו לכתבה הפופולרית.

 

IMG_1564

גרפים- קווים שרואים מכאן כן או לא רואים משם. פרחי ווקסמן

מחקר בהנחיית פרופ' מיכל ציון באונ' בר אילן

פרחי ווקסמן חקרה את הקשר בין תהליכי תפיסה חזותית ועיבוד גרפית. היא עקבה בעזרת מכשור ייעודי אחר תנועות עיניים של סטודנטים כשהם מסתכלים על גרפים בעקבות שני סוגים של שאלות: שאלות לוקליות, שבהן מבקשים פרטים על נקודה ספציפית בגרף ושאלות גלובליות, בהן נדרשים לקרוא עקרון כללי הנובע מהגרף, או כשמבקשים לקרוא בין הנתונים הקיימים. ביצוע מטלה הקשורה לגרף דורשת אינטראקציה בין שלושה מרכיבים: אוריינות גרפית, תכונות התצוגה של הגרף, סוג המשימה. ווקסמן הראתה כיצד משך הזמן הדרוש לעיבוד גרף עמודות תלת ממדי ארוך מהזמן הדרוש לעיבוד דו ממדי והמליצה  להמנע מגרף כזה או מקישוטים שלא לצורך. בנוסף הראתה כי כאשר מציגים את הגרף ללא השאלה לפניו או איתו, תנועות העיניים אינן ממוקדות בגרף וההצלחה בפתרון הבעיות הגרפיות נמוכה יותר לעומת הצגת השאלה לפני הגרף. המלצתה הייתה לתת את השאלה לפני הגרף במצבי בחינה. 

למחרת כשחזרתי לכיתה כדי להנחות את תלמידי י"ב שלי בקריאת המאמר על ריפוי גני, כחלק מיחידת "מאלפי הגנים", סיפרתי להם על המחקר של פרחי ווקסמן ודנו בשאלה "לאן צריך להסתכל בגרף חדש כדי להבין את הממצאים שהוא מציג (גם אם אין שאלה לפניו)?"  זאת משום שכשהתלמידים יסיימו את לימודיהם בתיכון בעוד מספר חודשים לא תמיד יקבלו שאלה לפני גרף, בוודאי אם הגרף יופיע בעיתון או במקום אחר. 

 

 

IMG_1566

IMG_1568

 

לדבר כדי להבין: Think-Pair-Share

דיבור על החומר הנלמד בכיתה הוא חלק משמעותי בלמידה ומהווה דרך טובה לעיבוד מידע חדש. ווב מצא כי למידה בקבוצות קטנות הובילה להצלחה בהבנה ובהעמקה אצל תלמידים שהסבירו בעצמם בהשוואה לאלה שקיבלו הסברים (Webb 1989). בדומה, מישלין צ'י דיווחה כי כשתלמידים מתבקשים להסביר, הם משלבים טוב יותר את הידע החדש לידע קודם  (Chi 1994). 

טאנר תיארה אסטרטגיה פשוטה של למידה פעילה הכוללת שלושה שלבים,  

Think-Pair-Shareׂׂ

Think,  המורה מציג בעיה ונותן לתלמידים מספר דקות לחשיבה וכתיבת רעיונות לפתרון.

Pair, בשלב הזה התלמידים חולקים את מחשבותיהם זה עם זה. שלב זה הוא משמעותי מכיוון שהוא מאפשר למורה להסתובב בכיתה, להקשיב לדברים הנאמרים על ידי התלמידים ולהבין האם קיימת הבנה של הנושא הנלמד. בנוסף, שלב זה יעיל במיוחד לתלמידים אשר מתביישים לדבר בפני כל הכיתה או אינם בטוחים בתשובותיהם.

 Share, בסוף התהליך המורה מבקש ממספר תלמידים לשתף את כל הכיתה במחשבות המשותפות שעלו בשלב הקודם.

 

כיצד לעודד את השתתפות התלמידים בפעילות? השאלה או הבעיה שהמורה מציג/ה צריכה להיות פתוחה, מעוררת חשיבה, בקשה לדעה או לקשר בין רעיונות שונים. יש להקציב מספר דקות. בשלב הזוג יש לתת מספר דקות לשני התלמידים לשתף ברעיונות שלהם ולדון זה עם זה. לבסוף התלמידים משתפים את המליאה במסקנותיהם. חשוב להסביר כבר מתחילת השנה שהדיבור המסודר בזוגות מאפשר הבנה טובה של החומר. בזמן בו התלמידים מדברים בזוג, חשוב שהמורה יעבור ביניהם ויקשיב. זהו מקור חשוב להבנת החשיבה של התלמיד, תפיסות שגויות, בילבול או חוסר הבנה, העשויים לעזור למורה למקד את השיעור. 

האסטרטגיה נועדה להשיג ארבע מטרות עיקריות: העשרת חווית הלמידה על ידי הגברת המעורבות והעניין בשיעור; שינוי טבעו של השיעור הפרונטאלי כך שיהפוך מהרצאה לדיון ויותר תלמידים יהיו מעורבים בו באופן אקטיבי; מתן אפשרות למורה להבין מה התלמידה חושבת, מה היא מבינה או אינה מבינה; ולעודד סביבת למידה בה תלמידים משתפים פעולה זה עם זה במקום להתחרות אחד בשני על ידי עידוד עבודה משותפת.

Tanner, K.D. (2009). Talking to learn: why Biology Students Should Be Talking in Classrooms and How to Make It Happen. CBE – Life Sciences Education, 8, 89-94.

הנה דוגמאות לשיעורים בביולוגיה המשלבים את האסטרטגיה.

המבוא והדוגמאות לקוחים מעבודות בקורס אוריינות מחקר בהוראת מדעים, מרצה: גילמור קשת, לימודי הוראה, ביה"ס לחינוך, האוניברסיטה העברית בירושלים.

תשע"ו: דנה צחר

השיעור של דנה מתחיל בהצגת תעלומה אקולוגית בגבעת הכלניות בעזרת מצגת. לאחריה מתבצע תהליך think pair share, הילדים מתבקשים לחשוב בעצמם על הסברים אפשריים לתופעה ולהציע דרכים לבדיקתם, לאחר מספר דקות הם מתבקשים לספר את ההסברים לבן זוג, ולבסוף דנים באפשרויות במליאה.

מצגת זאת דורשת JavaScript.

תשע"ה: עדי דהן סולומון, יפעת קוטלר ומעין קפלן

השיעור של עדי, מעין ויפעת התחיל בהצגת השאלה "מדוע השמיים כחולים". 

התלמידים התבקשו לחשוב לבד על השאלה והורשו לבדוק בטלפונים החכמים את התשובה – הם מצאו תשובות שונות ונוגדות לעיתים באינטרנט ולא בכל המקרים הבינו את התשובות שמצאו. לאחר מספר דקות התלמידים התבקשו להסביר בזוגות, ולבסוף התקיים דיון במליאה. עדי, מעין ויפעת קראו לאסטרטגיה, "חשוב, זוג, שתף"

עדי  העבירה שיעור באסטרטגיה הזו גם בכיתה ו' בנושא תחנת כוח הפועלת על פחם. הנה המערך הכולל רפלקציה. שיעור חשוב זוג שתף _ עדי דהן _ תחנת כח פחמית

דוגמה לבעיה בגנטיקה: מדוע נשאים למוטציות בגנים כמו GSS ו- BRCA1 חולים ואילו נשאים למוטציות בגן המקודד לחלבון CFTR חולים?

 

הזמנה לדיון: למידה בדרך החקר, מיומנות או דרך חיים?

ישנם מספר רבדים בהבנה של המושג "למידה בדרך החקר". יש הרואים בה קבוצה של מיומנויות, יש הרואים בחקר דרך חיים ואופן חשיבה ויש הרואים בחקר אוסף של פרקטיקות מדעיות. מדוע מורים שונים רואים בחקר דברים שונים? אולי יש ויכוח על חלקו של החקר בידע המדעי? אולי הרציונל ללמידת החקר אינו ברור?

מה משמעו של ידע המדעי? מה כולל ידע מדעי?

הידע המדעי כולל ידע מושגי ועובדתי וידע של פרקטיקות מדעיות. לפיכך, למידה בדרך החקר מאפשרת ללמוד את תחום הדעת לא רק כרשימה של עובדות אלא ללמוד את הפרקטיקות ואת כללי הראיות והעדויות הנהוגים בתחום הדעת. זהו אופן למידה המוביל להכרה והבנה מקיפה של תחום הדעת לעומקו. ראייה זו באה לידי ביטוי במסמך של המועצה האמריקאית למחקר לאומי  NRC, Inquiry and the national science education standards: A guide for teaching and learning

מדוע למידה בדרך החקר?

ידע של מומחים לעומת מתחילים. למידה בדרך החקר מאפשרת ללומדים לבנות את הידע האישי כמו שמדענים ומומחים בונים את הידע האנושי – ללמוד מדע כמו שעושים מדע. ראייה זו צמחה מתיאוריות למידה קונסטרוקטיביסטיות הגורסות כי כדי לדעת מדע יש לדעת איך עושים מדע והדרך הטובה ביותר לשם כך היא להתנסות במחקר מדעי. הגדרה זו קיבלה ביטוי במסמך  How people learn, Bransford JD et al., National Research Council

חשיבה ביקורתית. החקר מאפשר לפתח חשיבה ביקורתית ויכולת להעריך טיעונים. כלומר, החקר הוא דרך לארגומנטציה.

לומדים לכל החיים. למידה בדרך החקר עוזרת לתלמידים לפתח הרגלים של לומדים לאורך החיים, life long learners, נוהג החשוב בעיקר ב-"עידן הידע" של המאה ה-21, כשהידע מתקדם ומשתנה במהירות Education for life and work: Developing knowledge and skills in the 21st century, NRC 2012 Pellegrino et al., eds

הדיון בין שתי הגישות התעורר במהלך מפגש בהשתלמות מורי מחוננים בנושא "למידה בדרך החקר". ליתר דיוק, עלתה השאלה: תפקידו של מי הוא ללמד את מיומנויות החקר? האם יש להפריד בין הוראת החקר כמיומנויות לבין הוראת החקר כחשיבה והבנה של התחום? ההשתלמות עסקה בהיבטים שונים של למידת חקר. למשל, רמות החקר השונות והתאמתן לתלמידים מחוננים, למידת חקר כאפיק לביטוי של חשיבה ביקורתית ויצירתית, פעילויות חקר קצרות, למידה המבוססת על בעיה ולמידה המבוססת על פרויקטים. חלק מההשתלמות הוקדש להוראת מיומנויות החקר בתחומי הדעת השונים, למשל, במדעי הרוח והחברה עסקו המשתלמים יחד עם גדי איתי, מדריך ארצי באגף למחוננים במשה"ח, בפרשנות, דיון וטיעון. ובמדעי הטבע עסקנו בהוראת מיומנות הניסוי המבוקר ובעיבוד וניתוח של נתונים. הסוגיה עלתה במהלך שיעור מקוון על הוראת המיומנות של עיבוד וניתוח של נתונים במדע – הנה קישור לשיעור. הדיון חשוב בעיננו וגדי איתי הציע שנפתח אותו לקהילה (קהילת החקר, המורים, מורי מורים, מנהלים, מורי מחוננים וכל מי שרוצה לתרום).

אז הנה, נודה מאד לכל המוכן לתרום מנסיונו ומהתובנות שלו או שלה

  • איך צריך ללמד בדרך החקר? כמיומנויות? כדרך חיים?
  • האם יש להפריד בין הוראת החקר כמיומנויות לבין הוראת החקר כחשיבה והבנה של התחום?
  • היכן ללמד את המיומנויות? ואת דרך החיים? בבית הספר? במרכז המחוננים?

הנה הדיון כפי שעלה בהשתלמות. המשתלמים התבקשו לספר על פעילות שהם עושים עם תלמידים כדי ללמד אותם לעבד נתונים. הנה חלק מהדברים שכתבו:

(מיה) "… אני חייבת לציין שבעיניים שלי, אפשר היה לראות תוצאות מובהקות אבל התלמידים לא תמיד יודעים לנתח את הנתונים. יש הרבה מושגים שאין להם בגיל הזה עדיין כמו ממוצע, סטייה, טעות במדידה…אני מעדיפה לדלג על השלבים האלה כי (כמו שכתבתי קודם) לדעתי זה תפקידה של המערכת הפורמלית ללמד אותם. אני מעדיפה להתמקד בהבנה של התוצאות."

"…אפשר וחשוב ללמד מיומנויות וטכניקה וכדאי לעשות את זה דרך דוגמאות מעשיות. אבל אז המטרה של ההוראה היא אותן מיומנויות. אם אני מגדירה שמטרת הקורס שלי היא אחרת (לדוגמה, חשיפה ליחסים בין חרקים וצמחים בעולם הטבע) אז אלמד בהקשר הזה. זה לא שצריך אצלנו (במרכז המחוננים ג"ק) "להספיק את החומר" ולכן אי אפשר להקדיש לזה כמה שיעורים. זה פשוט לא הנושא שאותו מלמדים"

(לינה) "רציתי להגיב למיה בעניין שהתלמידים ילמדו בבית הספר את הטכניקה והמיומניות  אפשר יהיה לעשות קורס קדם או חובה לכל התלמידים המתחילים במרכז שנקרא שיטות מחקר בדברים הבסיסיים לפחות ואז התלמידים יוכלו להתקדם הלאה."

"אני גם חייבת להגיד שנושא זה מאוד קרוב אלי ,כאשר נכנסתי ללמד במרכזי מחוננים דרשו ממני לבנות קורס שנקרא שיטות מחקר ואז מאוד נגעתי בדברים האלה וידעתי  שאין דרך שתעזור לתלמידים לרכוש והמחיש את הנתונים יותר מאשר ההתנסות והדוגמאות הקרובות אליהן…"

 (ענת) "אני דווקא מאד אוהבת להסביר לתלמידים את הכלי "סטטיסטיקה" בשעורי "כלכלה" בקורס שאני מעבירה, אנחנו עושים בכיתה 1. סטטיסטיקה- כמה מהתלמידים הם בכורים (או שיש להם אחים בכורים מחוננים- (הרב), ואז אני אכן שואלת לדעתם- מה הם חשובים שמשפיע ולמה?…. ואנו מציעים דרכים אולי- לחקר – פיענוח התופעה, 2. אחר כך אנו עושים ממוצע של מספר הילדים למשפחה- מדברים על גודל מדגם, ובוחנים באתר הלמ"ס מה הסטטיסטיקה או נכון יותר, נתוני האמת בישראל…"

מה דעתך?

ZappyLab – יישום חינמי למעבדות

גל חיימוביץ סיפר לי על פרויקט נהדר בשם ZappyLab בטבלטים וטלפונים – זה יישום חינמי שבו אפשר להטעין את כל הפרוטוקולים המצטברים במעבדה – מאפשר לכתוב גם בעברית, ולחלוק פרוטוקולים עם עמיתים. בנוסף, ניתן לכתוב במחברת מעבדה דיגיטלית שיתופית, איסוף נתונים וייצוא לגליון אסקל וכל זאת עם גיבוי בענן. הורדתי והתלהבתי מאד. אפשר לבנות את הפרוטוקול ביישום באופן שבו כתוב מה צריך לעשות ויש טיימר ליד כל שלב לפי הזמן שכתבת בפרוטוקול. protocols.io מנסים לגייס כסף ב- kickstarter כדי להעמיד את האפשרות ל- crowdsourcing כלומר השיתופיות בקהילת המדע וההוראה. נשארו עוד 3 ימים לקמפיין וחסרים להם 22,000$ .

ZappyLab הוא יישום באייפד ואנדרואיד המלווה במעבדה, מתאים לאוניברסיטה וגם לתיכון. היישום כולל מונים (counters), טיימר, עקומות גדילה המאפשרות לתעד ולייצא נתונים, מחשב מולריות. אפשר לכתוב במחברת שיתופית ואינטראקטיבית. זו דרך המאפשרת לתלמידים לשתף פעולה בכיתה ובין כיתות. השנה אני מנחה פרויקט ביוחקר, חקר עצמאי – אני מתכננת לנהל את הפרויקט באתר wikispaces classroom, אנסה לשלב גם ZappyLab ולראות כיצד מאגר הפרוטוקולים הגדול בטלפון או בטבלט, בנוסף למקום שבו התלמידים יוכלו לכתוב ולייצא נתונים יעצים את החקר.. בקיצור הפרויקט נראה לי מאד מלהיב ומבטיח בשיתופיות ובעזרה שלו לניהול נתונים ופרוטוקולים – היכנסו לקיקסטרטר כדי לעזור!

גילוי נאות: כמובן שאני לא מקבלת שום טובת הנאה מהפרסום מלבד הסיכוי שהפרויקט ימשיך והתלמידים שלי יהנו.

zappylab

אין כמו סיפור טוב!

ההיסטוריה של המדע היא סיפור מרתק הרצוף באירועים דרמטיים וחשובים לאנושות. מעבר לחשיבות הסיפור המדעי לאנושות, נמצאת המשמעות שהייתה לו לכל מי שהיה מעורב בהתרחשות. אנשים עם שאיפות ורצונות, מורכבות, איכויות ומיגבלות. סיפורי ההיסטוריה של המדע מחברים נרטיבים שונים במניפה ציבעונית המזמינה את השומעים לשבת "מסביב למדורה" ולהתחבר עם המדע.  התפר שהופך את המניפה מאוסף פתקים לסיפור קוהרנטי הוא הלמה? הסיפור האישי, המניע. מדוע פעלו כפי שפעלו? שילוב של סיפורי היסטוריה אישיים/מדעיים בשיעור מגייס מעורבות רגשית מצד התלמידים בנושא המדעי. מעניין לציין כי שילוב סיפורי היסטוריה של המדע אפקטיביים  בעיקר עם בנות. סיפורים על מחקר עוזרים ללמוד על הדרך שבה עושים מדע. כדי ללמוד על מדע, אין להסתפק ב"סיפורים על" אלא יש "לעשות את". אולם,  הסיפורים וההיסטוריה שמים את החקר המעשי בהקשר אותנטי ועוזרים להמחיש דילמות אתיות וחברתיות העולות מממצאים מדעיים.

איך למצוא את הסיפורים? ה"מאחורי הקלעים" של המדע? ראשית, אם התנסיתם במדע באופן מעשי, יש לכם סיפורים משלכם או סיפורים שאתם מכירים מיד ראשונה. ומה עם תחומים אחרים או תקופות אחרות? ננסה להרכיב פה אוסף למקורות על ההיסטוריה של המדע – ואני מקווה שתעזרו ותוסיפו סיפורים בתגובות –

פעמים רבות הסיפורים מתוארים בספרי הלימוד של תואר ראשון, ביוגרפיות או אוטוביוגרפיות של מדענים, סדרות הרצאות של מדענים, סרטי מדע ועוד. הנה אוסף ראשוני:

ספרים

Bill Bryson. A Short history of nearly everything. 2005.

ביל ברייסון מספר באופן מצחיק ומרתק על ההיסטוריה של המדע כפי שהתפתח החל מאסטרונומיה ומדעי כדור הארץ, דרך כימיה, פיסיקה וביולוגיה.

אצבע גלילאו. מאת פיטר אטקינס. תיאור של התפתחות הרעיונות על אבולוציה, דנ"א, אנרגיה, אנטרופיה, סימטריה, קוונטים, קוסמולוגיה, מרחב-זמן ואריתמטיקה. התיאור אינו מעמיק אבל ממצה ומציין את סיפורי ההיסטוריה העיקריים בנושאים הללו (או לפחות אלו שאני מכירה).

שגיאות גאוניות. מריו ליביו. סיפור על מספר תגליות במדע מזוויות חדשות ולעיתים מפתיעות: צ'ארלס דארווין אשר לא הבין את כללי התורשה, לורד קלווין אשר שגה בחישוב גילו של כדור הארץ, ליינוס פאולינג שבנה מודל שגוי של הדנ"א, פרד הויל אשר שלל את רעיון המפץ הגדול ואלברט איינשטיין  אשר ניסה להוכיח את קיומם של כוחות המונעים את קריסת היקום. Brilliant Blunders: From Darwin to Einstein – Colossal Mistakes – Mario Livio

הגברת האפלה של הדנ"א. ברנדה מדוקס. ביוגרפיה של רוזלינד פרנקלין. הספר מרתק ועצוב. מחציתו הראשונה עוסקת ברקע היסטורי של יהודי אנגליה. לאחר מכן מתוארת דרכה המדעית של רוזלינד פרנקלין אשר אפשרה את בניית מודל הסליל הכפול של הדנ"א משום שזיהתה את חשיבות מולקולות המים הסובבות את הדנ"א, גיבשה את מולקולת הדנ"א בהתאם וצילמה תמונת קרני X שלא תישכח – תמונה 51.

חיי הנצח של הנרייטה לאקס. מאת רבקה סקלוט. סיפור התמודדותה של משפחת לאקס עם הניסויים הקליניים שבוצעו בתאי הגידול של הנרייטה, בת המשפחה. הנרייטה לאקס עברה ניתוח להסרת הגידול ממנו סבלה ומאוחר יותר מתה. הגידול נלקח למעבדה והופקה ממנו תרבית התאים הראשונה. מאז אין כמעט מעבדה או חברת ביוטכנולוגיה שאינה משתמשת בתאים שהם צאצאים לגידול המקורי. שורת התאים נקראת HeLa והסיפור מתאר את כאבה של המשפחה שלא נתנה את הסכמתה לשימוש בתאים ואף לא ידעה את מקומם בהתפתחות חקר הסרטן. תיאור נוסף של הספר ברשומה פה.

הסליל הכפול. ג'יימס ווטסון

What mad persuit: A personal view of scientific discovery. Francis Crick.

The language of life: DNA and the revolution in personalized medicine. 2010, Francis S. Collins.

פחות על היסטוריה ויותר על יישומים לגנומיקה ולגנטיקה החדשה המתגלה בזכות פרויקט הגנום האנושי, פרנסיס קולינס ראש פרויקט הגנום משלב סיפורים אישיים ומרגשים בספרו. קולינס, נוצרי מאמין פרסם ספר נוסף – The language of god .

A feeling for the organism. Evelyn Fox Keller.

History of Microbiology. Fankhauser DB. web page on the history of the Germ Theory

ביוגרפיה של ברברה מקלינטוק אשר גילתה את הגנים הקופצים (טרנספוזונים) וקיבלה על כך את פרס נובל. יש אוסף מסמכים והרצאות של ברברה מקלינטוק באתר ארגון הבריאות האמריקאי

ההצגה הגדולה בתבל. ריצ'רד דוקינס. דיון מרתק במונולוג מול מתנגדי תיאוריית האבולוציה.

התא שהשתנה. הסיפור של סטיבן רוזנברג על אימונותרפיה כטיפול בסרטן העור (מלנומה)

ספרים נוספים באתר טקסט

ספר לימוד בביולוגיה התפתחותית הכולל סיפורי היסטוריה של הרעיונות המדעיים. Companion to Developmental Biology. Gilbert

 הרצאות מוקלטות

7.00X Introduction to biology – The secret of life. Eric Lander, MITx EDx

סדרת הרצאות בקורס מקוון של MITx שבו מלמד אריק לנדר גנטיקה וגנומיקה לביולוגים ולמורים לביולוגיה. הקורס מרתק וברמה גבוהה וכולל הרצאות ביוטיוב ובחנים מעניינים. אריק לנדר מנהל את Broad Institute, MIT ומהדמויות החשובות בפרויקט הגנום ובגנומיקה כיום. הוא משלב הרבה סיפורים על התפתחות המחקר בביוכימיה, בתורשה ובביולוגיה מולקולרית.

EEB 122. Principles of evolution, ecology and behavior. Stephen C. Stearns.

סדרת הרצאות באתר אוניברסיטת ייל, המרצה משלב סיפורים רבים של התפתחות מדע האקולוגיה, ההתנהגות והאבולוציה באופן מובן ומעניין.

אתרים נוספים

DNA from the beginning. אתר של מעבדות קולד ספרינג הארבור המתאר באנימציה 75 ניסויים מההיסטוריה של הגנטיקה והתורשה

Genes to Cognition (G2C). אתר של מעבדות קולד ספרינג הארבור המתאר ניסויים בתחום מדעי המוח והקוגניציה.

אתר פרסי נובל.

סיפורי מדענים וממציאים באתר מוזיאון המדע בירושלים

סיפורי מדענים וממציאים במט"ר, מדע וטכנולוגיה ברשת

מדעניות, רופאות ואחיות בארה"ב. המוזיאון האמריקאי להיסטוריה של הנשים.

מדעניות וממציאות. רשת אורט.

סרטים

The race for the double helix. Directed by Mick Jackson, with Jeff Goldblum as Jim Watson.

מקורות וקריאה (צפייה) נוספת:

The sharing of personal science and the narrative element in science education, Martin and Brouwer. 1991 Science Education 75(6)

To Attract More Girls to STEM, Bring More Storytelling to Science. 4/16/2013, Anna Kuchment, Scientific American Blog.

Simon Sinek, Inspirational leaders.2009,  TEDx talk

 הרשומה מוקדשת לענבל ולעמיתיה בלימודי הוראת ביולוגיה בביה"ס לחינוך, האוניברסיטה העברית בירושלים, תשע"ד 🙂

ועכשיו תורכם – האם אתם מכירים סיפור שתוכלו לחלוק איתנו ולהעשיר את מאגר הסיפורים שיש לנו למדורה? נודה אם תספרו לנו פה בתגובות…

מהי למידה בדרך החקר?

למידה בדרך החקר היא תהליך של חשיבה ולמידה שבו הלומדים פעילים בחיפוש אחר תשובות לשאלות תוך הפעלת מיומנויות חשיבה גבוהות והבניית ידע. כדי לפתח יכולת בתחום החקר, על התלמידים לבנות לעצמם בסיס עמוק של ידע עובדתי, להבין עובדות ורעיונות בהקשר של רשת רעיונית-תפיסתית ולארגן את הידע בדרכים שיקלו על השליפה והיישום (1).

בכיתה שעושה חקר, תפקיד המורה נעשה פחות קשור עם הוראה ישירה ויותר קשור ב- modeling, הדרכה, הנחייה והערכה תמידית של עבודת התלמידים. העשייה של המורה מתמקדת בגירוי הסקרנות של התלמידים, הנחיית הלמידה ותמיכה בלומדים הבונים את הידע שלהם  (2). כדי להטמיע חקר בכיתה, צריכים להתקיים מספר מרכיבים: ראשית, על המורים להבין בדיוק מהו חקר בתחום הדעת שלהם; שנית, עליהם להבין באופן מספיק את מבנה תחום הדעת עצמו; ולבסוף, עליהם להעשות מיומנים בטכניקות של הוראת החקר (3) .

"הדרך" בלמידה בדרך החקר משלבת את הפרקטיקות של תחום דעת – הלומדים מרחיבים ומעמיקים את הידע שלהם כפי שחוקרים-מומחים בתחום הדעת מרחיבים ומעמיקים את הידע האנושי בתחום (4).

בנוסף, עשייה חקרנית בדרכים הנהוגות על ידי מומחים בתחום הדעת עוזרת לתלמידים להבין כיצד הידע בתחום מתפתח. מעורבות ישירה כזו מקנה הערכה למגוון הגישות המשמשות לחקירה, בניית מודלים והסברים. עשייה ממשית כזו יכולה לעורר את הסקרנות של תלמידים, לעניין אותם ולהגביר את היענותם להמשך החקר. התובנות העולות אצלם, עוזרות להם להכיר בעבודה של חוקרים כפעילות יצירתית ותורמת. 

אם כך, החקר בתחום מסוים מתייחס לפעילויות שתלמידים עושים ובהן הם מפתחים ידע והבנה של רעיונות בתחום, כמו גם הבנה לגבי הדרך שבה המומחים בתחום חוקרים. היבט חשוב של החינוך הוא לעזור לתלמידים לפתח את הכישורים שהם זקוקים להם כדי לחשוב כמו חוקרים בחתירה אחר ההבנה (5). למידת הפרקטיקות של המחקר בתחום הדעת צריכה להיעשות בשילוב עם התוכן ולא בנפרד, כדי שתהיה אמצעי לפיתוח הבנה עמוקה של הקונספטים והמטרות של התחום, במקום למטרה בפני עצמה.

מהן הפרקטיקות של תחום הדעת? בתחומי דעת שונים קיימות פרקטיקות שונות ודגשים שונים. למשל, במשך שנים של מחקר שהתמקד בעשייה המדעית והתבצע בידי היסטוריונים, פילוסופים, סוציולוגים ופסיכולוגים, עלה הרעיון של המדע כמערך של פרקטיקות כמו פיתוח תיאוריות, הנמקה והסקה (6) . מערך זה כולל רשתות נרחבות של משתתפים ומוסדות מחקר, דרכי דיבור וכתיבה ייחודיות, פיתוח מודלים לייצוג של מערכות או תופעות, יצירת היקשים ותחזיות, בניית מכשור מתאים ובדיקת היפותזות על ידי ניסוי או תצפית. העשייה המדעית אינה מצטמצמת רק לחקירה הניסויית – מערך הפרוצדורות כמו, זיהוי ובקרה על משתנים, סיווג, זיהוי מקורות של טעות – אלא כוללת פרקטיקות נוספות כמו בניית מודלים, ביקורת או הערכה (critique) ותיקשור (communication). תהיה זו טעות לחשוב כי קיימת דרך אחת לעשות מדע והיא השיטה המדעית (נא ראו רשומה בקישור). הפרקטיקות העיקריות בעשייה המדעית לפי "המסגרת להוראת המדעים" (6)(2012, NRC) הן:

  1. שאילת שאלות (במדע) והגדרת בעיות (בהנדסה)
  2. פיתוח ושימוש במודלים (ניתן לראות דוגמה ברשומת האורח של עינת גיל)

    A framework for science education. 2012

    A framework for science education. 2012

  3. תכנון וביצוע של חקירות
  4. ניתוח ופרשנות של נתונים
  5. שימוש במתמטיקה ובחשיבה חישובית. זו פרקטיקה המאפיינת חשיבה מדעית ואינה מתאימה למדעי הרוח. אולם מתפתח כיום תחום מחקר בבלשנות העושה שימוש בחשיבה חישובית ובנוסף תחום ה- big data המעבד נתונים מגוונים במדעי החברה והמדינה.
  6. בניית הסברים (למדע) ותכנון פתרונות (להנדסה)
  7. בניית טיעונים לפי עדויות
  8. השגה, הערכה ותקשור של מידע

חקר קיים גם בהנדסה. אם המדע שואל: מה קיים ומה קורה? ואיך יודעים זאת? ההנדסה שואלת מה אפשר לעשות כדי להתמודד עם צורך או חוסר מסוים? כיצד ניתן לחדד את הבעיה? ואילו כלים וטכנולוגיות זמינים, או אפשר לפתח כדי להתמודד עם הצורך? השאלה המשותפת למדע ולהנדסה היא כיצד ניתן לתקשר לגבי תופעה, ממצאים, הסברים ופתרונות עיצוביים? התהליך ההנדסי נקרא תהליך התיכון או העיצוב ההנדסי (ניתן לקרוא עוד במחונ-NET)

art

חקר על ההבדל בין צבעים "חמים" לצבעים "קרים"

דוגמאות נוספות באמנויות, היסטוריה וספרות:
חקר באמנויות.
חקר באמנות הוא תהליך שבו מתקיים שימוש שיטתי בתהליך יצירתי ואמנותי כדרך להבנה . במחקר האמנות שמים דגש על עבודת האמנות והאמנות משמשת ככלי המחקר ודרכי תקשור התוצאות. "במחקר לאמנות התוצר הסופי הוא עבודת אמנות, החשיבה טבועה בתוצר והמטרה אינה דווקא ידע הניתן להעברה מילולית אלא ויזואלית. זו פעילות אמנותית ועיצובית המערבת מחקר בעקרונות, בחומרים ובטכניקות שמשמשות לייצור עבודת האמנות" (פריילינג).
חקר בהיסטוריה
היסטוריה מתחילה פעמים רבות בתעלומות, בסיפורים, ובשאלות מה קרה? ולמה קרה? החיפוש אחר תשובות עושה את העיסוק בהיסטוריה לפעילות מעניינת להיסטוריונים והם מניעים את למידת התוכן שלהם בעקבות שאלות. לכן גם התלמידים יכולים לראות בעיסוק בחקר בהיסטוריה פעילות מעניינת ורלוונטית וניסיון לבנות את הסיפור ההיסטורי באופן עשיר בנרטיבים ובהסברים אפשריים. הנתונים בהיסטוריה הם המקורות הראשוניים, הטקסטים. בנוסף, "הסטוריוגרפיה (דעות של הסטוריונים), יצירות אמנות, ארכיאולוגיה ועוד, עומדים לרשות ההסטוריון ובודאי כשמדובר בהשוואה בין נרטיבים" (דפנה הרן, אונ' חיפה ותיכון ליאו בק)
חקר ספרותי
בלב החקר הספרותי נמצאת חקירת הדרכים שבהן טקסטים ספרותיים מעבירים חוויה אנושית בעולמות אמיתיים ודמיוניים. התלמידים מבקרים ומעריכים טקסטים ומפעילים חשיבה רפלקטיבית ושיפוט מושכל.

מה משותף לחקר בתחומי דעת שונים? שאלות, עדויות והסברים. מהם המרכיבים הגנריים המשותפים לחקר בתחומי הדעת השונים? המועצה הלאומית האמריקאית למחקר (NRC) הגדירה חמישה מאפיינים חיוניים של הוראה ולמידה של חקר המתאימים לחינוך המדעי בכל שכבות הגיל (חקר והסטנדרטים הלאומיים לחינוך מדעי). נראה כי ניתן לתרגמם לכל תחומי הדעת:
1. לומדים עסוקים בשאלות המכוונות באופן מדעי. מדענים מכירים בשני סוגים עיקריים של שאלות. שאלות קיומיות השואלות לעיתים קרובות מדוע:"מדוע לבעלי חיים מסוימים יש שיער?" ו- "מדוע אנחנו ישנים?" שאלות סיבתיות שואלות כיצד: "כיצד נוצר הרעם?" "כיצד חרק נושם?" למרות שמדע בדרך כלל יכול לענות על שאלות סיבתיות, הוא לא יכול לענות בכל פעם על שאלות קיומיות. המורה ממלא תפקיד חשוב בהנחיית תלמידים לשאלות שהם יכולים לענות עליהן בעזרת האמצעים שברשותם. לעיתים הדבר היחידי הנדרש הוא לשנות את השאלה משאלת 'מדוע', לשאלת 'כיצד'.
2. לומדים נותנים עדיפות לעדויות, המאפשרות להם לפתח ולהעריך הסברים המתייחסים לשאלות המכוונות למדע. מדענים משיגים עדויות כנתונים מדעיים על ידי תיעוד או רישום של תצפיות וביצוע מדידות. ניתן לבדוק את דיוק הנתונים על ידי חזרה על התצפיות או על ידי ביצוע מדידות חדשות. בכיתה, תלמידים משתמשים בנתונים כדי לבנות הסברים לתופעות מדעיות. לפי הסטנדרטים הלאומיים לחינוך מדעי בארה"ב (3), "הסברים על הדרך בה עולם הטבע משתנה, המבוססים על מיתוסים, אמונות אישיות, ערכים דתיים, השראה מיסטית, אמונות תפלות, או סמכות יכולים להיות שימושיים באופן אישי ורלוונטיים לחברה, אבל אינם מדעיים."
3. לומדים מנסחים הסברים מהעדויות כדי לענות על שאלות המכוונות באופן מדעי. יסוד זה של חקר שונה מהקודם בדגש ששם על התהליך מהראיות ועד להסבר, במקום להתייחס לקריטריון המגדיר ראייה. הסברים מדעיים מתאימים לעדויות הזמינות ונתונים לביקורת ותיקונים. יתרה מזאת, הסברים מדעיים מגיעים מעבר לידע הנוכחי ומציעים הבנות חדשות המרחיבות את בסיס הידע. באופן דומה, תלמידים המייצרים רעיונות חדשים על ידי בנייתם על גבי בסיס הידע האישי שלהם, מרחיבים את הידע וההבנה שלהם.
4. לומדים מעריכים את הסבריהם לאור הסברים חלופיים, בייחוד אלו המשקפים הבנה מדעית. חקר מדעי שוניה מצורות חקר אחרות בכך שההסברים המוצעים יכולים לעבור שינויים ושיפורים או להיזרק לצד, לאור מידע חדש שמתגלה. תלמידים יכולים לשקול הסברים חלופיים כשהם משווים את תוצאותיהם עם אלו של האחרים. עליהם להיות מודעים לקשר בין תוצאותיהם לידע המדעי הנוכחי.
5. לומדים מפרסמים, מציגים ומצדיקים את ההסברים שהציעו. מדענים מפרסמים ומציגים את תוצאותיהם בפירוט מספיק כך שמדענים אחרים יוכלו לנסות לחזור על עבודתם, ולספק למדע כלי חשוב לבקרת איכול. מדענים אחרים יכולים להשתמש בתוצאות כדי לחקור שאלות חדשות ועם זאת קשורות. גם תלמידים מפיקים תועלת כאשר הם חולקים את תוצאותיהם עם חברי כיתתם, ונותנים להם הזדמנות לשאול שאלות, לבדוק עדויות, לזהות כשלי היגיון, לשקול האם המסקנות הולכות מעבר לנתונים, ולהציע הסברים חלופיים.

לסיכום, למידה בדרך החקר היא בראש ובראשונה דרך ללומדים להעמיק את הלמידה שלהם ולהגיע לתובנות משמעותיות לגבי רעיונות ותפיסות בתחום הדעת שלהם. כדי שידע יהיה שימושי ושהלומד יוכל ליישם אותו לפתרון בעיות שונות יש לבנות רשת תפיסתית מקושרת. פעולה זו דורשת השקעת תעצומות רגשיות וקוגניטיביות ולכן עדיף שתהיה מונעת על ידי סקרנות. בהתאם לכך, אמנות ההוראה תבוא לידי ביטוי מיטבי בהצתת הסקרנות של הלומדים וגירוי רצונם לחקור. מורה טוב, תומך ומתווך את הלמידה העצמאית של התלמיד ומאפשר לו או לה להמשיך בתהליך של למידה משמעותית והפיכת המידע המנותק לידע מקושר ושימושי.

נושאים נבחרים על למידה בדרך החקר. במאגר הידע של האגף למחוננים ומצטיינים, מחונ-NET

חידוד נוסף של מושגים על למידה בדרך החקר, כולל מיפוי של התחום ברשומה שבקישור

אתם מוזמנים להגיב – לתקן להעיר ולהוסיף על דרכי חקר בתחומי הדעת השונים.

מקורות וקריאה נוספת:

[1] How Students learn: History, mathematics and science in the classroom. Donovan and Bransford, NRC 2005

[2] למידה בדרך החקר: אתגר מתמשך. ענת זוהר. 2007 הוצאת מאגנס.

[3] Inquiring into inquiry learning and teaching in science. AAAS, eds Minstrell and van Zee. Bybee, 2000, p.30

[4] Inquiry and the national science education standards. A guide for teaching and learning. Olson and Loucks-Horsley. NRC 2000

[5] Inquiry – Foundations. National science foundation, 1999.

[6] A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Quinn et al., תקציר NRC 2012

קריאה נוספת:

האיים אינם מתחברים ליבשה, מאת פרופ' ענת זוהר, הד החינוך אפריל 2013 (בפורטל מס"ע, מכון מופת)

חשיבה על הסקה, אבל לא כזאת שמפעילים כשקר

זו רשומונת קטנה, פתק. שיחה רגעית של הילדים:

אלה (9): "היום במדעים דפנה נתנה לנו אורז ומלח וביקשה שנפריד אותם. היא נתנה לנו מסננות אבל אף אחת מהן לא התאימה והאורז נפל דרך שלושתן.

הצעתי להוסיף מים והמים יתאחדו עם המלח ויזרמו דרך המסננת.
אבל אז דפנה רצתה את המלח בחזרה

אז הצעתי שנחמם והמים יתאדו והמלח ישאר".

עומר (15): "אבל איך את יודעת שהמלח לא יתאדה יחד עם המים?"

אלה: הגשם מלוח? המים מתאדים מים המלח ומהים, הופכים לגשם והגשם לא מלוח.

עומר: מעניין, אני הייתי אומר שזה בגלל שיש להם טמפרטורות רתיחה שונות. אלה מנמקת כמו ביולוגית – נותנת דוגמה וזה נכון רק למקרה אחד. אני חשבתי כמו מתמטיקאי. כי במתמטיקה כשמוכיחים משפט צריך לתת סיבה שנכונה לכל מצב".

בשיח הטיעוני יש מדרג של חוזק הטיעון ושל חוזק הנימוקים התומכים בו. כאשר הנימוק הוא גורם או סיבה, הוא יהיה חזק יותר מאשר נימוק שהוא דוגמה. החשיבה הזו משמעותית מאד בביולוגיה ואני משערת שגם בתחומים אחרים. מחקרים שמבררים מנגנון וסיבתיות נחשבים חזקים יותר מאשר מחקרים המאפיינים תופעה.

הערת המטקוגניציה עוררה מודעות להבדל בין סיבה לבין דוגמה מבחינת חוזק הנימוק. זו מודעות החשובה לחשיבת חקר שכן מלבד היותו דרך למידה, החקר הוא אמצעי לתמוך או להפריך טיעונים. זו גם מודעות החשובה לחשיבה ביקורתית הקשורה להערכת טיעונים.

הוראה מותאמת אישית בעזרת מכשירים ניידים

איך ללמד את כל התלמידים בכיתה?  – פעילויות בזוגות או יחידים בעזרת מכשיר נייד.

הנה דוגמה לפעילות שעסקה בהבנת תהליך מורכב בביולוגיה, התגובה החיסונית. הפעילות פותחה סביב לאנימציית פלאש המתארת את התגובה החיסונית. יש אנימציות מעולות רבות באתר ספרי הלימוד בהוצאת McGrow Hill. האנימציה הוקלטה בלוויית דיבוב בלכידת מסך (screencast) בתכנת Camtasia. נאלצתי להקליט את אנימציית הפלאש כי היישום לא עובד בטבלטים של רוב התלמידים ובהזדמנות כבר ליויתי את האנימציה בדיבוב לעברית. התלמידים שאינם דוברי אנגלית שמחו על כך, השפה המדעית הייתה מספיק קשה. לאחר שהכנתי את הסירטון, פניתי אל הפעילות עצמה. פתחתי אותה במבוא קצר המזמין את התלמידים לבצע את המטלה ומסביר את הרציונאל שלה מבחינת התוכן והחשיבה. לאחר מכן הצבתי לתלמידים שלוש משימות:

    1. לזהות את רכיבי התהליך.
    2. לכתוב תרשים זרימה המציג את הקשר שבין המרכיבים
    3. לענות על שאלות ידע בטופס גוגל דוקס.
    4. בחירה בין שתי פעילויות המזמנות פתרון בעיות ושימוש בידע במצבים חדשים (deeper learning) .

    לבסוף, העליתי את המטלה לאתר שלי כדי שהתלמידים יוכלו לגשת אליה מהטבלט וללמוד (וכל המעוניין גם) – הנה קישור.

    התגובה החיסונית מטלה

בשיעור הצגתי את המטלה לתלמידים והם התחילו בצפייה באנימציה עם אוזניות. מי שהיה בלי טבלט ("לא טעון", "שכחתי בבית" וכולי) פתח את הטלפון אם היה לו, או עבד בזוג. נראה היה שהם נהנים לצפות באנימציה ואחר כך תלמידים אמרו שהיא תרמה להבנת התהליך ועזר להם שיכלו לעצור ולחזור על חלקים של הסירטון. לאחר מכן הם התחילו עם המשימות, ופה חלקם התקדמו מהר ובריכוז ואחרים התקשו להבין מה הכוונה. עברתי ביניהם ועזרתי כשהיה צריך. בכל זאת הופתעתי מההבדלים בקצב העבודה. בסוף השיעור היו תלמידים שסיימו את המטלה והיו שרק סיימו לצפות באנימציה.

קראתי לרשומה "הוראה מותאמת אישית" – על משקל "personalized medicine" תחום ברפואה הקובע את הטיפול בהתאם להבדלים הקיימים בין אנשים בנוגע לתגובה שלהם לתרופות. כמובן שגם בלמידה – הצרכים האינטלקטואלים של הלומדים שונים, ולאנשים שונים יש אפיקי קליטה מועדפים שונים (חזותי, טקסט, שמיעה, תנועה למשל). ההתאמה האישית בפעילות התבטאה במבנה הפעילות שאפשר לכל תלמיד ללמוד בקצב הנוח לו ובכך שהלימוד לא היה באמצעות טקסט או הרצאה – אלא המחשה. 

מה המשמעות? האם בהוראה כזו באמת לימדתי את כולם? לא כולם השיגו את יעד ההבנה עד תומו ואחדים התעכבו בחלקים הראשונים של המשימה. לעומת זאת תלמידים מחוננים הגיעו במהלך השיעור לתפקוד ברמה קוגניטיבית גבוהה בעוד שבשיעור הרצאה הם היו נאלצים לחכות עד שהמורה יחזור ויסביר את התהליך המסובך לאחרים . היתכן שבהוראה פרונטלית רק נדמה שכולם יחד? איך מתאים להתייחס להבדלים בין תלמידים?

מה דעתכם? אתם מוזמנים להגיב ולשתף בדוגמאות להוראה מותאמת אישית 

מהו חקר? חידוד מושגים

הבסיס לכל חקר הוא השאלה, אבל הבנה הבסיסית הזו לא מספיקה כשמנסים לפענח מה מבין מגוון האפשרויות יכול לאפשר חשיבת חקר.

inq

מהו חקר וכיצד נזהה חקר?

הרבה נכתב על חקר ורבות הדרכים לפרש ולהבין אותו (ג'ון דיואי, ג'וזף שוואב). היבטים של החקר בלמידה והוראה מקבלים טיפול מקיף בספר למידה בדרך החקר: אתגר מתמשך, מאת ענת זוהר. בכל זאת, הבנת מושג כה מורכב הכולל ממדים של אופני חשיבה, פדגוגיה, למידה ואסטרטגיות הוראה יכולה לצאת נשכרת מניסיון לחדד ולהבהיר אותו. המחקר בתחום דעת מוביל את המומחים בתחום להבנה טובה יותר שלו ולהרחבה והעמקה של הידע האנושי הקשור לתחום שהם עוסקים בו. למידה בדרך המדמה את המחקר בתחום הדעת, מאפשרת לתלמידים לבנות את הידע שלהם כמו שמומחים בונים את הידע שלהם ואת הידע בתחום הדעת במהלך ההתפתחות המקצועית שלהם. הידע של מומחים מקושר ברשת חשיבה, מאורגן בסכמות-על של רעיונות חשובים בתחום. בזכות זאת הידע שלהם שימושי וקל לשליפה (How people learn. 2000 Bransford et al). אבל איך עושים את זה? או איך לא עושים את זה

מה בין חקר, מחקר ותחקירחקר הוא פעילות חקרנית שעושים עם תלמידים בהקשר של הוראה ולמידה. מחקר הוא הפעילות המשמשת את המומחים להרחיב ולהעמיק את הידע שלהם ואת הידע האנושי בתחום הדעת. ההבדל בין השניים טמון בעיקר בסטנדרטים של שתי הפעילויות. רצוי שחקר יהיה תקף ומקיף אבל הוא לא חייב להיות ברמת התקפות, המהימנות וההיקף של מחקר. מדענים עושים מחקר בעזרת העלאת הסברים ובדיקתם, ניתוח נתונים, מיפוי והשוואה

ניתן לראות את החקר כתהליך למידה בעזרת מחקר, ואילו מחקר הוא הפרקטיקה המדעית המשמשת להרחבת הידע האנושי. השימוש במושג "מחקר" יכול לעזור כדי להבחין בין חקר כלמידה בדרך החקר (למידה לשם הבנה תוך שאלות וגישה חקרנית) לעומת למידת חקר (עבודת חקר ניסויי, או חקר אקספלורטורי כמו בתחומי הפליאונתולוגיה וגיאולוגיה). תחקיר יכול להיות תהליך חקירה ובדיקה של פעילות קודמת, או בירור מידע ונתונים – הוא כולל אנליזה וסינתזה של נתונים קיימים, אך אינו כולל ייצור נתונים חדשים.

האם למידת גילוי היא למידת חקר? למידת גילוי היא למידה שבה מציגים תופעה לתלמיד ומאפשרים לו לגלות בעצמו את העיקרון או המושג. התברר כי למידה בדרך הגילוי אינה יעילה למרות שהיו מי שחשבו כך בעבר אלא יש לשמור על מינימום של מבנה בחקר כדי שהתלמיד יצליח להפיק ידע, חשיבה ומיומנות מהפעילות. למידת החקר היעילה היא כאשר המורה הוא לכל הפחות מנחה. כלומר אפילו כשהתלמיד בוחר את הנושא, בוחר את השאלה, מתכנן את החקר, מבצע אותו, אוסף את הנתונים, מנתח אותם, מארגן אותם ומציג את עבודתו במידה רבה של עצמאות- עבודת המורה כמנחה בתהליך חיונית להצלחתו. אפילו בדוקטורט מתקיימת הנחייה מסויימת ממנטור ובוודאי בלימודי תואר שני ההנחייה אף צמודה יותר – על אחת כמה וכמה שמורה בבית הספר לא "נוטש" את תלמידיו בתהליך החקר ומנחה אותם בתהליך (עוד על רמות החקר בתמונה למטה, בסירטון, ובהרצאה של דר' מיכל ציון).

האם ניתוח סיפורי מחקר הוא למידת חקר? ניתוח סיפורי מחקר, כמו למשל הסיפור "לרוץ אל המוח", המתאר את המחקר על תאי הגזע במוח או ניסוי הנביטה נועד להכרת מרכיבים במיומנויות החקר. התרגילים מתארים מחקר, ומבקשים ניתוח של המשתנים, הבנת התוצאות והעלאת רעיונות. כשקוראים על מחקר שעשו החוקרים בתחום לומדים להכיר את חשיבת החקר, לתרגל חשיבת חקר באמצעות העלאת שאלות והסברים אותנטיים מהתחום וללמוד את הדרך שבה התקדם הידע האנושי בתחום הלימוד. זו דרך מעניינת ללמוד וספרי הלימוד לתואר ראשון, למשל בביולוגיה, כוללים דוגמאות רבות לסיפורי מחקר ("ארון הספרים של המורה לביולוגיה"). אבל זה לא מספיק – צריך גם לעשות ולהתנסות כדי ללמוד עקרונות מדעיים, להבין איך מדע מתנהל והידע נבנה. לא רק ללמוד על אלא ללמוד את:

האם למידה התנסותית – hands on – היא למידת חקר? מרכיב חשוב בלמידת חקר הוא ההתנסות, "להרטיב את הידיים" ולעבוד כמו שחוקרים עובדים. זו הדרך היחידה לדעת שניסויים לעיתים לא עובדים, ללמוד שלא מתאימים את התוצאות למה שרציתי שיצא, להכיר את הכוח ואת המגבלות של התהליך. ניסוי שנכשל אינו ניסוי שבו נדחתה ההשערה, אלא זהו ניסוי שאי אפשר לקבוע באופן חד משמעי שההשערה נדחתה או התקבלה. ניסוי כזה הוא חלק אינטגרלי מחיי החוקר. לכן ההתנסות בחקר מזמנת חוויה רגשית של עמימות, אי וודאות ולעיתים גם כישלון. זו הזדמנות ללמוד עד כמה אפשר לצמוח מכישלון.

האם מעבדת "מתכון" היא חקר? מעבדת מתכון היא פעילות התנסותית שהתלמיד עושה במעבדה כאשר הוא מקבל את השאלה ואת כל ההנחיות מראש. התלמיד "מרטיב את הידיים", עובד ומוציא נתונים בעצמו, לעיתים גם מנתח אותם ומציג את התוצאות שלו או שלה. זהו חקר מאד מובנה (ראו תמונה). אמנם אין הרבה ביטוי יצירתי במעבדות מתכון אבל הן חשובות לפעמים להבהרת מושג או עיקרון. בנוסף, אלו מעבדות המתאימות להוראה עם ילדים שאינם מנוסים בחקר, אולי בתחילת השנה או הקורס, או עם ילדים צעירים. חקר מובנה הוא דרך להתחיל לעשות חקר עם תלמידים מאוכלוסיות "מוחלשות" שאולי לא הורגלו לשיח טיעוני ולוגי במהלך הטיפוח שקיבלו בבית, ואשר חסרים ידע בסיסי רחב במדע או ילדים שעדיין מפתחים את החשיבה המופשטת שלהם. אבל אם רוצים לפתח את החשיבה והיצירתיות ואם רוצים לאפשר לילדים לחוש באמת איך עושים מדע ולא רק ללמוד על מדע כדאי להתקדם ולאפשר יותר אוטונומיה במהלך החקר, להרפות מעט מהשליטה בכיתה – ותראו מה זה יעשה למוטיבציה של הלומדים. החקר הפתוח מתאים בעיקר ללומדים מחוננים הנמשכים אל פדגוגיית החקר כדרך חשיבה ודרך חיים. הם מתאפיינים בנטייה להעלאת שאלות ורעיונות ולכן הגבלת חלק זה של החקר תפגע במוטיבציה ובאפשרות שלהם להתפתחות. אולם, לומדים מחוננים יפיקו תועלת מתהליכי חקר פתוחים, אם יכירו קודם מהם עקרונות החקר כתהליך של חשיבה ביקורתית והערכת טיעונים. לכן ניתן להתאים להם לימוד מפורש של יסודות החקר בעזרת מעבדות "מתכון" לצורך הבנת עקרונות מדעיים מסובכים יחסית, ניתוח סיפורי חקר מורכבים המעוררים חשיבה מסדר גבוה באופן שיאתגר את החשיבה שלהם וישמור על המוטיבציה להשתתפות בתהליך – כל זאת לפני שפונים לחקר פתוח (על למידת חקר בחינוך המחוננים). בכל אחד מהמקרים המתוארים לעיל, על החקר להיות מקושר בכל עת לתוכן בתחום הדעת

רמות החקר גילמור

Michelene T.H. Chi , במאמרה משנת 2009 בשם Active-constructive-interactive: A conceptual framework for differentiating learning activities. בעיתון Topics in cognitive science , הסבירה כי לא מספיק ללמוד באופן פעיל, גם לא די ללמוד באופן קונסטרוקטיביסטי – ולבנות את הידע שלך אלא – למידה יעילה מתרחשת מתוך אינטראקציה – social constructivism. ממצאי צוות המחקר של צ'י מראים כי כאשר לומדים מסבירים את התוכן הם מבינים אותו יותר טוב. למידת חקר מאפשרת הזדמנות לעבודה בקבוצות או בזוגות והרבה הזדמנויות לאינטראקציה והסבר על ידי תלמידים. מומלץ לקרוא פרק מרתק מהספר Teaching for meaningful learning מאת Brigid Barron, ו- Linda Darling-Hammond. הפרק עוסק בעבודה שיתופית בקבוצות קטנות. אינטראקציה יכולה להיות גם למי שעובד לבד שכן הוא מגיע בשלבים שונים של התהליך להצגת העבודה לאחרים. למידה מסוג כזה שהוא גם פעיל, גם קונסטרוקטיביסטי וגם אינטראקציוני מתקבלת באמצעות חקר פתוח או מונחה ולא בחקר מובנה.

האם למידת פרויקטיםלמידה סביב בעיות (PBL), חקרשתחקר מקרה (case study) – הם חקר?  אלו הן מסגרת או מודל עבודה אשר משלבות חקר.

מה בין למידה סביב פרויקטים וחקר? בלמידה סביב פרויקטים התלמידים עובדים בצוותים להכנת תוצר אותנטי וממשי בעולם המבוגרים. בבסיס הפרויקט עומדת שאלה מהותית, שאלה שאין לה תשובה פשוטה ויחידה, עליה להיות רלוונטית גם בעולם המבוגרים ולרתק את הילדים. שלבי העבודה כוללים לימוד, תכנון, משובים לאורך הדרך ופעמים רבות העבודה כוללת חקר פעיל. למעשה לפי התיאוריה של למידה סביב פרויקטים החקר הוא מרכיב חיוני בפרויקט. לעיתים הפרויקט מתמקד בבניה של מתקן אבל כדי לבנות מתקן באופן מושכל, יש לעשות תהליך של חקר המברר עקרונות ונתונים לצורך הבניה. לדוגמה בניית מודל מוקטן של כדור פורח, מתקן מיני גולף, מודל של בית הספר (יזמו ובנו תלמידים בביה"ס הדמוקרטי ע"ש נדב במודיעין), דיסק עם סיפורים מוקראים לכבדי ראייה, תערוכה היסטורית בשכונת מוסררה, תערוכה היסטורית במגדל דוד (תלמידים בתיכון ליד"ה בירושלים). אפשר לראות באתר של תיכון High Tech High רעיונות לפרויקטים ולקרוא במדריך למורה שבקישור.  אם אתם מכירים רעיונות נוספים – אנא הציעו אותם בתגובה פה והחכימו את כולנו.

what is inquiry

לחצו כדי להגדיל, או הכנסו לפופלט בקישור (אתר חינמי בהרשמה).

לחצו כדי להגדיל, או הכנסו לפופלט בקישור (אתר חינמי בהרשמה).

האם חקר זו מיומנות? בשנת 2012 פורסם מסמך הנקרא "המסגרת להוראת מדעים מגן חובה ועד י"ב" על ידי National Research Council NRC ובו ניסחו הכותבים מערך של עקרונות בשלושה מימדים – פרקטיקות מדעיות, תוכן ליבה בתחומים ועקרונות רוחב בין התחומים. הכותבים התייחסו לשאלת החקר כמיומנויות בדרך הבאה : "אנחנו משתמשים במונח "פרקטיקות" במקום במונח כמו "מיומנויות" כדי להדגיש שהעיסוק בחקירה המדעית דורש לא רק מיומנות אלא גם ידע ספציפי לכל פרקטיקה. בדומה לכך, מאחר שהמונח "חקר" (Inquiry), המופיע באופן נרחב במסמכים קודמים של הסטנדרטים (הכוונה למסמכים בארה"ב אך קביעה זו מתאימה גם למסמכי הפיקוח בישראל, ג.ק.), פורש במשך הזמן בדרכים שונות על ידי קהילת הוראת המדעים – חלק מכוונתנו בניסוח הפרקטיקות היא להגדיר טוב יותר מהי משמעות החקר במדע ולפרט את טווח הפרקטיקות הקוגניטיביות, חברתיות ופיזיות הנחוצות לחקר. כבכל הגישות המבוססות על חקר בהוראת מדע, אנו מצפים כי התלמידים יעסקו בעצמם בפרקטיקות ולא רק ילמדו עליהם מיד שנייה. התלמידים לא יכולים להבין את הפרקטיקות המדעיות, או לפתח הערכה מלאה של מהות הידע המדעי בעצמו, ללא התנסות ישירה בפרקטיקות הללו בעצמם" (עמ' 33 שם)

האם חקר הוא השיטה המדעית? כלומר האם נדע שיש בידינו חקר רק אם עשינו ניסוי מונחה השערה והיו לנו בקרות ומשתנים תלויים ובלתי תלויים? ובכלל, האם יש שיטה מדעית אחת? אם תשאלו על כך את העוסקים במחקר מדעי תקבלו מבט תוהה שאומר: אין דרך אחת לעשות מדע. גם בנושא הזה כותבי המסגרת להוראת מדעים מגן חובה ועד י"ב מציעים גישה חדשה. הם מציעים למזער את הנטייה להקטין את הפרקטיקה המדעית למערך פרוצדורות אחד כמו זיהוי ובקרה על משתנים וזיהוי מקורות לטעות. נטייה זו, הם מסבירים, מדגישה יתר על המידה את החקירה הניסויית על חשבון פרקטיקות אחרות כמו בניית מודלים, ניתוח, הערכה ותקשור או הצגת ידע וממצאים. בנוסף הפרקטיקות הללו נלמדות בנפרד מהתוכן המדעי, הן נעשות למטרת ההוראה בעצמן במקום כאמצעי לפתח הבנה עמוקה יותר של עקרונות ומושגים ומטרות המדע. דגש על פרקטיקות (ברבים) מאפשר להמנע מהרושם המוטעה שיש גישה אחת משותפת ומובחנת לכל המדע – "שיטה מדעית" יחידה – או שאי וודאות היא מאפיין אוניברסלי של מדע. במציאות, מדענים פעילים משתמשים בספקטרום רחב של שיטות ולמרות שבמדע ישנם תחומים רבים של אי וודאות עם התפתחות הידע, קיימים כיום היבטים רבים של ידע מדעי שהם מבוססים כל כך עד כדי היותם תשתית חד משמעית לתרבות ולטכנולוגיות שלה. רק באמצעות ההתנסות בפרקטיקות, התלמידים יכירו כיצד ידע כזה נוצר ומדוע חלקים מסויימים מהתיאוריה המדעית מבוססים יותר מאשר אחרים". כותבי המסגרת מדגישים כי פרקטיקות חשובות כמו בניית מודלים, פיתוח הסברים ועיסוק בביקורת והערכה (ארגומנטציה, שיח טיעוני) אינם מקבלים בהוראת המדעים מקום המתאים לייצוגם האמיתי בתהליך המדעי.

פירוט הפרקטיקות הנהוגות במדע ואשר מרחיבות את מושג "החקר" שנוסחו במסמך המסגרת 2012    A framework for k-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas

  1. שאילת שאלות (במדע) והגדרת בעיות (בהנדסה).
  2. פיתוח ושימוש במודלים(ניתן לראות דוגמהברשומת האורח של עינת גיל)
  3. תכנון וביצוע של חקירות
  4. ניתוח ופרשנות של נתונים
  5. שימוש במתמטיקה ובחשיבה חישובית(ברור מאליו שפרקטיקה זו מאפיינת חשיבה מדעית ואינה מתאימה למדעי הרוח, ולרוב גם לא למדעי החברה)
  6. בניית הסברים (למדע) ותכנון פתרונות (להנדסה)
  7. בניית טיעונים לפי עדויות
  8. השגה, הערכה ותקשור של מידע

לסיכום כותבי המסגרת מציעים להבין את הפרקטיקות של מדענים ומהנדסים על ידי אירגונן בשלוש ספירות של פעילות:

  1. חקירה וחקר אמפירי
  2. בנייתהסברים או תכניות בעזרת טיעונים לוגיים (reasoning), חשיבה יצירתית ומודלים.
  3. ניתוחהרעיונות והעמדתם לדיון ולהערכה באמצעות השיח הטיעוני. למשל מידת ההתאמה של המודלים וההסברים לממצאים ולעדויות.

3spheres

תודה ליפעת פרופר על הביקורת שעזרה לי לשפר את הרשומה.

עריכה נוספת 4.11.2016

אודה על כל תגובה או הערה נוספת.

 

לקריאה נוספת:

הוראת ביולוגיה בדרך החקר. מאת דר' נעה עופרת

בבלוג זה: כיצד לעזור לתלמידים למצוא נושא לחקר?

מהי למידה בדרך החקר?

חקר מערכות מורכבות באמצעות מודלים. מאת עינת גיל

אחרי ששנים רבות עיסוקו העיקרי של המדע היה לרסק מערכות בבלנדר ולבחון את מרכיביהן אחד אחד כמיטב מסורת הרדוקציה, הצטבר גוף ידע בתחומים רבים המאפשר בחינת מערכות בשלמותן כדי להבין תופעות המתרחשות בהן. לכן, שמחתי כשעינת גיל, דוקטורנטית בחוג לחינוך מתמטי באוניברסיטת חיפה, נענתה להזמנתי להשתתף כמרצה בקורס למורי מחוננים על למידת חקר ולכתוב מאמר בבלוג זה. עינת, בבקשה…

  • כיצד עפות ציפורים במבנה, האם יש להן מוביל או מבנה מתעדכן?
  • מה עומד מאחורי תהליכים חברתיים כדוגמת שינויים דמוגרפים או שינויי שפה?
  • כיצד ניתן לחזות התפשטות איידס, שמועות בקהילה או וירוס ברשת מחשבים?
  • מהי ההשפעה של עיקור חתולים על מערכת אקולוגית?
  • מה יהיה תהליך התפתחותו של גביש בתנאים משתנים?
  • כיצד נוצר נחל כדוגמת הגרנד קניון בתנאי גשם שונים?

אלו חלק מהשאלות שניתן לשאול, לחקור ולבדוק במערכות מורכבות, תחום דעת מדעי רב-תחומי שזכה להכרה בשנות ה-90. חקר מערכות מורכבות שואב מתחומים רבים ככלכלה, ביולוגיה, רשתות מחשבים ועוד ומנסה למצוא עקרונות וקווים דומים בין מערכות מתחומי דעת שונים כדי לאפשר הבנה טובה יותר של תופעות שונות (Bar Yam, 1997). הדוגמאות למערכות מורכבות הן רבות ומגוונות, למשל: המוח, משפחות, רשת האינטרנט, תנועת מכוניות בכביש, מולקולות מים בקומקום, מעוף ציפורים, כרובית, פרקטלים, אומנות מוסלמית ועוד. בכל אחת מהדוגמאות הללו מצויות יחידות בסיס – פרטים/סוכנים עליהם פועל אוסף חוקים, המצמיח מערכת מרתקת וייחודית.

מערכת מורכבת עשויה מרכיבים רבים, הנמצאים באינטראקציה בינם לבין עצמם ועם סביבתם. מתוך האינטראקציה של פרטים אלו, נוצרת וצומחת התנהגות קולקטיבית של כלל האוכלוסייה שבה הפרטים מתארגנים באופן עצמאי בתבניות חוזרות למרות שבדרך כלל אינן מווסתות על ידי בקרה מרכזית (Resnick & Wilensky, 1993). למשל, הסתכלות על היבטים בחברה האנושית דרך העדשה של מערכות מורכבות עשויה להוליד את ההסתכלות הבאה: החברה האנושית מורכבת מאנשים משני מינים – גברים ונשים. לכל אדם מאוויים ורצונות ובין האנשים מתרחשות אינטראקציות בהן תקשורת, מעבר רגשות, השפעה על דעות, יחסים מיניים ועוד. רצונות הפרטים השונים והאינטראקציה ביניהם מצמיחים דפוסים המושפעים מתנאים שונים – דבר שמאפשר לראות כיצד המערכת משתנה בהתאם ל"רוחות" הנושבות דרך הפרטים, שאינם בהכרח תולדה של דברי מנהיגים אלו ואחרים. למעשה יש מעבר רמה בין האדם היחיד שעליו פועלים רצונות (כללים) מסוימים, למגמות ולדפוסים הנצפים בחברה, או על תת מערכת בתוכה (למשל שבט, משפחה או ישוב).

המחקר של מערכות מורכבות נעזר ביכולת חישובית של טכנולוגיות מחשב ומאפשר לחוקרים לחקור "היבטים של העולם האמיתי, שעבורם לאירועים ולפעולות יש גורמים והשלכות שונים, בסביבה בה מתקיימים מבנה וסדר ברמות שונות של זמן, מרחב וארגון"  (Jacobson & Wilensky, 2006). לצורך מחקר זה פותחה תוכנה ושפת מחשב בשם NetLogo על ידי פרופ' אורי ווילנסקי מהמרכז ללמידה מקושרת ומידול מבוסס מחשב, שבאוניברסיטת נורת'ווסטרן. נטלוגו מאפשרת לבנות ולשנות מודלים מבוססי-סוכנים של מערכות מורכבות, להריצם ולחקור תופעות שונות. במודלים ניתן באמצעות הליכי תיכנות לתת הוראות לסוכנים בלתי תלויים הפועלים באופן בו-זמני,  ולבחון קשרים בין תכונות וגורמים שונים – בין ובתוך הרמה המיקרו, ובינה לרמה המקרו – המשפיעות על הסביבה הנחקרת במודל (Wilensky, 2006). נטלוגו ניתנת להורדה חופשית מהאתר: http://ccl.northwestern.edu/netlogo/  והיא מצוידת בספריית מודלים עשירה, בנושאים ותחומי תוכן שונים. בכל המודלים הקוד פתוח, ומידע חשוב ביחס לשימוש במודל נגיש וזמין (Info), דבר שמאפשר המשך לימוד ותורם ליצירת מודלים חדשים.

לדוגמה, נבחן את מודל השלכת בסתיו (Wilensky, NetLogo Autumn model) המצוי בספריית המודלים, במחיצת ביולוגיה. נוכל לבדוק ולחקור כיצד תנאים שונים – כרוח, עוצמת גשם ושמש, משפיעים על נשירת עלים מעץ, שינוי צבעם, והשתנות ריכוז החומרים בעלה. לקביעת התנאים ההתחלתיים יש לכוון את המחוונים לערכים הרצויים, למשל מספר העלים על העץ, הטמפרטורה וכו'. בלחיצה על Setup ואחר כך על Go תתחיל הרצת המודל. לצד החלון המרכזי בו נראית הסימולציה של העץ המצהיב ומשיר והגשם היורד, ניתן להמשיך ולכוון את הטמפרטורה ועוצמת הרוח, או להחליט להריץ את המודל מהתחלה עם תנאי פתיחה שונים. מעקב אחר כמות העלים הנושרים, תנאי מזג וריכוז החומרים בעלים (Leaf averages) נעשית באמצעות הגרפים משמאל.

אז מה משפיע, על מה, ועד כמה? ומה יקרה במצבי קיצון כמו שמש חזקה או הוריקן? השאלות העולות הן רבות, וכך גם הידע הטמון בסימולציה, בעזרתה החקר עשוי לעבור דרך כמה סבבי סקרנות.

einatpost1

איור 1 מה יקרה לעלים בתנאי מזג האוויר הנוכחיים? חקר מודל שלכת בנטלוגו
(Wilensky, NetLogo Autumn mode)

לצד מודלים רבים במדעי הטבע, מתמטיקה ומחשבים ניתן למצוא בספריית המודלים גם מודלים מעניינים במדעי החברה כמודל המרד (Rebellion), בידול/הפרדה (Segregation) והעברת איידס. המודלים מציגים הפשטה של המציאות המורכבת יותר, אך ניתן להיעזר בהם ללמוד ולחקור תופעות ומושגים תיאורטיים העומדים מאחוריהם. למשל מהו בידול חברתי, מדוע הוא נוצר? השאלה עשויה להוליד דיון מעניין, החורג מעבר לסימולציה – לתפיסות, עמדות  או אף לתיאוריות סוציולוגיות. גם יוצרי מודל עשויים להיעזר בו לחקר תופעה, מאחר והתמונה הרחבה שונה מסך הפרטים והחוקים הפועלים עליהם.

בלמידת חקר ניתן להשתמש בחקר מערכות מורכבות באמצעות מודלים בלפחות ארבע דרכים שונות:

א. בהצגת/הדגמת תופעה לצד לימוד עליה (על ידי מורה/תלמיד).

ב. לימוד על תופעה על ידי חקר המודל באמצעות בדיקת תנאים וגורמים שונים במודל, צפייה, העלאת שאלות, משחק, ניסוי, הסקת מסקנות.

ג. שינוי מודל קיים כדי להתאימו לחקר תופעה חדשה, או כדי לשכלל את חקר התופעה המוצגת במודל. דרך  זו מצריכה לימוד וחשיפה קטנה לתכנות בנטלוגו.

ד. יצירת מודל חדש כדי לייצג ולחקור תופעה חדשה. דרך זו מצריכה התעמקות בתכנות ובחקר התופעה, דבר המחייב גם לימוד רחב יותר של שפת הנטלוגו באמצעות ספרות ועזרים המלווים את התוכנה.

שני הסעיפים האחרונים נושאים את למידת החקר אל תוך מחוזותיה של גישת למידה מופלאה נוספת – קונסטרקשיוניזם (או קונסטרקציוניזם – Constructionism; Papert, 1986) המשלבת בין תיאוריה קונסטרוקטיביסטית ולמידה בה הולך ונבנה תוצר משמעותי ללומד. עבודה כתובה המסבירה את השיקולים בייצוג היבטים אלו ואחרים של התופעה הנחקרת ומיוצגת במודל, עשויה לתרום אף היא לתהליך הבניה ו/או המחקר שכן שיקולים אלו מהווים מרכיב חשוב הן בתהליך ייצוג התופעה והמידול והן בהבנת המשתמש את התופעה כמיוצגת במודל.

דוגמה לחקר מערכת מורכבת בעזרת מודלים ניתן למצוא בפעילות "על חתולים וישובים" (גיל, 2008) הנוגעת לנושא אקולוגי של התרבות חתולים בשכונה/ישוב ועושה שימוש במודל שנבנה על ידי המחברת בהנחיית דר' שרונה ט. לוי מאוניברסיטת חיפה.

לסיכום, שאלות רבות ניתן להעלות ולחקור באמצעות חקר מערכות מורכבות בעזרת מודלים – אלו הקיימים, ואלו שניתן ליצור בעזרת שינוי מודלים קיימים או יצירת מודלים חדשים. למידת החקר של תופעות מתחומי דעת שונים ובנושאים מגוונים עשויה להיתרם גם על ידי דיון בשאלה בלתי-נמנעת, הצומחת מלמידה זו: מהן המגבלות בייצוג וחקר תופעה של מערכת מורכבת בעזרת מודל, שאלה שלמעשה רלוונטית לכל תחום ושיטת מחקר גם בדיסציפלינות אחרות.

המאמר מתבסס על הרצאה מצולמת: חקר מערכות מורכבות באמצעות מודלים, שניתנה בקורס מקוון בנושא למידת חקר למורי מחוננים באגף לטיפוח תלמידים מחוננים ומצטיינים במשרד החינוך, פברואר 2013. 

עינת גיל הינה מעצבת סביבות למידה, דוקטורנטית בחוג לחינוך מתמטי, ומנחה בהשתלמויות מורים במחלקה ללימודי המשך, אוניברסיטת חיפה.

דוא"ל: egil767@gmail.com , אתר אישי: https://sites.google.com/site/gileinat

מקורות

גיל, ע'. (2006). מודל חתולים ב-NetLogo. אוניברסיטת חיפה.

גיל, ע', (2008) .על חתולים וישובים,  פעילות חקר במדעים, בעזרת נטלוגו לילדים בכיתות ה'-ט'. אתר פעילויות לעוטף עזה, המגמה לטכנולוגיות בחינוך,  אוניברסיטת חיפה.

Bar-Yam, Y. (1997). Overview: The dynamics of complex systems – examples, questions, methods and concepts.  Dynamics of complex systems. New England Complex Systems Institute.  http://necsi.org/publications/dcs/index.html

Jacobson, M. J. & Wilensky, U. (2006). Complex systems in education: Scientific and educational importances and implications for the learning sciences. The Journal of the Learning Sciences, 15(1), 11-34.

Papert, S. (1986). Constructionism: A new opportunity for elementary science education. Massachusetts Institute of Technology, Media Laboratory, Epistemology and Learning Group.‏

Resnick, M., & Wilensky, U. (1993, April). Beyond the deterministic, centralized mindsets: New thinking for new sciences. In annual meeting of the American Educational Research Association, Atlanta, GA.‏

Wilensky, U. (1999). NetLogo. http://ccl.northwestern.edu/netlogo/. Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL.

Wilensky, U. (2005). NetLogo Autumn model. http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Autumn. Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL.

Wilensky, U. (2006). NetLogo 3.1.2 User Manual. http://ccl.northwestern.edu/netlogo/

הדור הרביעי

בלוג אישי על המצב החברתי

בלוג האגף למדעים

המזכירות הפדגוגית, משרד החינוך

מחוננים ומצטיינים במחקר - בלוג האגף לתלמידים מחוננים ומצטיינים, המינהל הפדגוגי, במשרד החינוך

בלוג האגף לתלמידים מחוננים ומצטיינים. מיועד ליידע ולעדכן את הקהילה העוסקת בחינוך וייעוץ למחוננים ולמצטיינים בממצאי המחקר בתחום ולחזק את שיתוף הפעולה עם חוקרים בתחום המחוננים והמצטיינים עורכת: דר' גילמור קשת

לומדים עם צחי

אתר ההוראה של צחי שיקמן