Deepening and Expansion ▼
חשיבות אמצעי המחשה ממוחשבים בהוראת הכימיה
לוי ווילנסקי (2009) מתארים ידע תוכני בכימיה כמורכב משלושת רכיבי הידע הבאים: רמת התת-מיקרו (אטומים, מולקולות ותגובות כימיות), רמת המאקרו (תופעות מוחשיות ונראות) ורמת הייצוגים (סמלים של ישויות כימיות, משוואות כימיות וייצוגים מתמטיים). מומחים בכימיה ישלטו בשלושת רכיבי ידע אלו וינועו בחופשיות ביניהם. נוסף על היכולת לעבור בין רכיבי ידע אלו, הבנה עמוקה של תופעות כימיות כרוכה בהדמייה מנטלית של אוכלוסיה של גופים נעים, אשר מציגה את ההתנהגויות השונות של מולוקולות רבות, ואת הדפוס העולה מהתנהגויות אלו. מודל מנטלי זה הינו הבסיס להבנת הטבע החלקיקי של החומר, והכרחי להבנת רעיונות מרכזיים כמו שיווי משקל כימי ותגובות כימיות. לוי ווילנסקי (2009) מתארים תוכנית לימודים בכימיה אשר מחצינה את רכיב התת-מיקרו, ומעודדת עריכת קשרים בין שלושת הרכיבים. תוכנית לימודים זו נשענת בין היתר על חקירת מודלים וייצוגים שונים של המערכת הנחקרת.
מחקרים מראים כי השימוש במודלים ממוחשבים המאפשרים חקירת ייצוגים גרפיים שונים, תומך בלמידת שלושת רכיבי הידע בכימיה ובהעמקת ההבנה של תופעות כימיות. שימוש זה נחשב יעיל במיוחד כאשר נוצרים קישורים סימולטניים, דינאמיים וסינכרוניים בין הייצוגים השונים, וכן כאשר מעודדים את הלומדים לשים לב להבדלים ולדמיון בין הייצוגים השונים של אותה תופעה כימית.
מאפיינים מהותיים של אמצעי המחשה מבוססי טכנולוגיה בלמידה
Kali ו- Linn הצביעו בשנת 2008 על כך שבכיתות היסודי וחטיבת הביניים, לאמצעי המחשה תפקיד חשוב במיוחד, מכיוון שהם מאפשרים לראות באופן מוחשי תהליכים מורכבים ומופשטים. אמצעי המחשה מבוססי טכנולוגיה עשויים לקדם למידת מדעים. ויזואליזציה (או אמצעי המחשה) מבוססת טכנולוגיה, הינה כל ייצוג אינטרקטיבי (כולל אנימציות) של תהליך מדעי המאפשר לתלמידים לערוך בו שינויים שונים לבחינת התופעה הנחקרת (למשל, ויזואליזציה וירטואלית המאפשרת עריכת שינויים בסוגי החומרים ובחינת מידת החום של נורות המורכבות מחומרים אלו).
כדי שאמצעי המחשה אלו יתרמו באופן יעיל ללמידת מדעים, עליהם לתמוך בהבניית ידע אינטגרטיבי (Knowledge integration). כלומר, עליהם לעזור ללומדים לערוך אינטגרציה והבניה של ידע בהקשר של התופעה הנחקרת, על ידי הכרת הרעיונות השונים שלהם, מיון וסינון רעיונות אלו ויצירת קשרים חדשים בין רעיונות אלו. Kali ו- Linn א(2008) זיהו ארבעה עקרונות אשר התומכים בשילוב אמצעי המחשה בתוכנית הלימודים: א. צימצום המורכבות החזותית, בכדי לאפשר ללומדים לזהות את המידע הבולט בייצוג. ב. פיגום תהליך העלאת ההסברים. ג. תמיכה בלומדים בתהליכי מידול של תופעות מדעיות מורכבות. ו-ד. שימוש בייצוגים רבים ומקושרים.
הנחיות לשילוב של אמצעי המחשה מבוססי טכנולוגיה בסביבות למידה
Smetana ו- Bell הדגישו בשנת 2012, את תפקידם החשוב של סימולציות ומודלים ממוחשבים בלמידת והוראת המדעים. במקרים רבים כלים אלו תורמים תרומה רבה לקידום הידע והמיומנויות בתחום המדעים, במיוחד כשאלו מערבים את התלמידים בחקר אותנטי. עם זאת, התועלת בשימוש בסימולציות ממוחשבות תלוייה באופן שבו היא מוטמעת בסביבת הלמידה. הכותבים מתארים ארבע הנחיות מבוססות מחקר, לשילוב של סימולציות ממוחשבות בסביבת הלמידה: א. על הסימולציות לשמש ככלי עזר התומך בלמידה ולא כמוקד העיקרי בה. ב. הסימולציות הינן חלק מתהליך למידה מובנה. ג. השימוש בסימולציה מעודד את הלומדים לערוך רפלקציה. ו-ד. השימוש בסימולציה מזמן ללומדים קונפליקטים קוגניטיביים.
מיומנויות הכרוכות בפרשנות והבנת המחשות
גילברט (2005) מציג את המורכבות של המונח ויזואליזציה (המחשה) בעזרת הצגת שתי ההגדרות המילוניות למונח: 1. יצירת תמונה מנטאלית ל.. לדמיין. 2. להפוך לנראה לעין. ויזואליזציות שונות עשויות להציג מידע בטבלאות, גרפים ועוד, אך יש להבין איך הלומדים מפרשים ומה הם מבינים מויזואליזציות אלו (מהי התמונה המנטאלית שהם יוצרים?). כדי ללמוד על שאלה זו, בפרט בתחום למידת והוראת המדעים, גילברט מציע את ההתייחסות הבאה אל המונח ויזואליזציה (המחשה): ויזואליזציה מתייחסת או מייצרת אוסף של מצבים או תתי מצבים: 1. המצב החומרי - מתייחס לחומר ממנו עשויה הויזואליזציה 2. המצב המילולי - מתיחס לאופן שבו מוסברים הרכיבים בויזואליזציה והקשרים ביניהם, כמו גם למטאפורות או האנלוגיות עליהן הויזואליזציה מתבססת 3. המצב הסימבולי - מתייחס לסמלים, לביטויים או לנוסחאות המעורבות בויזואליזציה 4. המצב הויזואלי - מתייחס לגרפים, לדיאגרמות, לאנימציות ועוד המוצגים בויזואליזציה 5. מצב וירטואלי - מתייחס לויזואליזציות ממוחשבות. 6. מצב המחוות - מתייחס לתנועות הגוף או חלקיו המעורבות הויזואליזציה.
מצבים אלו לרוב מעורבים זה בזה. יתרה מזאת, השימוש בטכנולוגיה מאפשר הצגה וחקירה של ייצוגים רבים, אשר הבנתם בניפרד מאתגרת. כך שעל לומדים ובמיוחד אלו הלומדים מדעים, להעמיק במצבים השונים ובו בזמן, לעבור ביניהם, ללמוד איך לשלב ביניהם, להעריך אותם ואת תפקידם ועוד. לכן, עליהם להפוך למטה-קוגנטיביים ביחס לויזואליזציה, כלומר, עליהם להיות בעלי יכולת מטה-ויזואלית.
משאבים נוספים
הנס, מ., קלי, י., ויאיר, י. (2011). פיתוח יכולות מרחביות באמצעות שילוב טכנולוגיות ידע עם אמצעים פיזיים פשוטים. בתוך: ג. קורץ וד. חן (עורכים). תקשוב, למידה והוראה. (עמ' 101-124) הוצאת המרכז ללימודים אקדמיים - אור יהודה. Download
References ▼
Gilbert, J. K. (2005). Visualization: A metacognitive skill in science and science education. In Visualization in science education (pp. 9-27). Springer, Dordrecht. (link)
Kali, Y., & Linn, M. C. (2008). Designing effective visualizations for elementary school science. Elementary School Journal, 109(2), 181-198. (link)
Kali, Y., (2006). Collaborative knowledge-building using the Design Principles Database. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 1(2), 187-201.
Levy, S. T., & Wilensky, U. (2009). Crossing levels and representations: The connected chemistry (CC1) curriculum. Journal of Science Education and Technology, 18(3), 224-242 (Link).
Smetana, L., & Bell, R. (2012). Computer Simulations to Support Science Instruction and Learning: A critical review of the literature. International Journal Of Science Education, 34(9), 1337-1370.