עקרון הפעלה: חשיפת לומדים לרוחב היריעה של השיטות המדעיות

ישנן שיטות רבות מקובלות במדע, אבל אין שיטה מדעית יחידה. אין מתכון יחיד של "צעד אחר צעד" הנכון לכל מחקר מדעי. יחד עם זאת, המדענים חולקים עקרונות, ערכים וסטנדרטים משותפים על פיהם מתפתח ידע מדעי. למשל, שמירה על רישום מוקפד, סטנדרטים אתיים גבוהים, שימוש בכלים לוגיים להסקת מסקנות (חיפוש תימות העולות מהנתונים, או שימוש בתימות קיימות לניתוחם), זיהוי תבניות, היבטים חברתיים-תרבותיים של מדע ושיקולים נוספים (כגון נורמות של פרסום).

חשוב לחשוף לומדים לרוחב היריעה של השיטות המדעיות, וזאת ע״י התייחסות מפורשת ורפלקטיבית ואף התנסות במחקרים מדעיים מדיסצפלינות שונות (כגון מדעים מדויקים, מדעי החברה) או בדרכי מחקר שונות (כגון ניסויי מעבדה/ניסוי מחשבתי/מידול/סקר). מעורבות תלמידים בפרקטיקות מדעיות (למשל, שאילת שאלות מחקר, איסוף וניתוח נתונים) יחד עם שיח מפורש על עבודת המדען ועל דרכים שונות לביצוע המחקר המדעי, תורמים להבנת מורכבותו. מעורבות זו עשויה להעמיק את הבנת מרכיבי החקר המדעי ואף לתרום למוטיבציה לעסוק במדע. לדוגמא, כאשר תלמידים נדרשים לתכנן בעצמם מחקר לגבי תופעה שמעניינת אותם, וכאשר מתקיים דיון אמיתי לגבי האפשרויות השונות לערוך את המחקר, תלמידים עשויים לפתח עניין רב יותר מאשר בסיטואציה בה הם נדרשים למלא אחר הנחיות מוכנות מראש לניסוי מדעי. עם זאת, יש לקחת בחשבון שלא תמיד ניתן יהיה לממש מחקר שכזה בכלים הקיימים בכיתה, ושזו עשויה להיות משימה מורכבת למורים ותלמידים.   

עקרון זה מיושם פעמים רבות עם העקרונות "תמיכה בהתנסות בפרקטיקות מדעיות", "שימוש בסימולציות ומודלים לחקירת תופעות ורעיונות מורכבים" ו- ו-"תמיכה בבניית ידע בתנאי אי-ודאות".

השתתפות תלמידים במיזמי מדע אזרחי מאפשרת להם להבין את רוחב היריעה של השיטות המדעיות. דוגמה לכך מהווה מיזם הראדון, במהלכו התלמידים מתבקשים להעלות רעיונות יצירתיים לאופן שבו הם מציעים למדוד את ריכוז הראדון בביתם. לאחר מכן, הם נחשפים לשיטה פשוטה בה נעשה שימוש  בבקבוקונים אשר מכילים פחם פעיל הסופח את הראדון עם פתיחת הבקבוק. הם דנים באופן בו הם יוכלו לעשות שימוש מושכל בשיטה זו סביב שאלות המחקר שלהם ואף תורמים נתונים למחקר מדעי על ידי מדידת ריכוזי הראדון במטרה לאתר מבנים מסוכנים, בהם רמות הראדון הינן מעל הטווח המומלץ. 

ההיסטוריה של העיקרון: העיקרון הופיע לראשונה במאגר עקרונות העיצוב (Design Principles Database, Kali, 2008). שם העיקרון שונה מחשיפת לומדים לרוחב היריעה של השיטה המדעית לחשיפת לומדים לרוחב היריעה של השיטות המדעיות (בהדגשת ממספר שיטות מדעיות). 

לציטוט העיקרון: ציבולסקי, ד., פשניצ'ני-מאמו, א., בן סימון, ח., פרץ-הלחמי, י., שגיא, א., קלי, י., וחברי קהילת (TCSS 2021). עקרונות הפעלה, insights.edu.haifa.ac.il

העמקה והרחבה:

הבנת רוחב היריעה של השיטה המדעית הינה חלק מהבנת מהות המדע

חוקרי חינוך רבים בינהם דאהר וארדורן (2014), מקקומס (2020) ואחרים, התייחסו לרעיון שהבנת רוחב היריעה של השיטה המדעית דורשת בין השאר הבנה לגבי כלים, תהליכים ותוצרים של מדע. זהו אחד מההיבטים החשובים לשם פיתוח ההבנה אודות מהות המדע. היבט זה מתייחס בין השאר לכך שאין שיטה מדעית יחידה אלא שיטות מקובלות של חשיבה וערכים קולקטיביים. בין השיטות הרבות המקובלות במדע ניתן לראות מספר רב של פעולות אותן המדענים מוצאים כמקובלות ונדרשות באופן אוניברסלי לשם פיתוח הידע המדעי.

השאיפה לפיתוח ההבנה של ריבוי השיטות המדעיות מקורה ברצון לעודד השתלבות בתרבות המדע, לצד הענקת כלים, שיאפשרו לבקר את המחקר המדעי ואת ההתפתחות המדעית והטכנולוגית. אלו, חיוניים על מנת לאפשר ללומדים להשתתף בדיונים ציבוריים בנושאים יום-יומיים, לצרוך באופן מושכל מידע מדעי וטכנולוגי, ולהמשיך להעמיק את הידע האישי שלהם.

ארגון מגוון השיטות המדעיות
במחקריה מתייחסת ציבולסקי לאחת הדרכים לפיהן ניתן לחלק את מכלול השיטות המדעיות ומציינת הבחנה אפשרית בין מדע ניסויי ומדע היסטורי (ציבולסקי, 2018; ציבולסקי וחובריה, 2018). מדע ניסויי הינו אוסף ידע שנצבר על ידי ניסויים מבוקרים, במהלכם נעשית מניפולציה במשתנים בלתי תלויים בזמן מדידת השינויים במשתנים התלויים. ניסויים אלה מאפשרים לבחון תיאוריה מסוימת, שתקיפותה נמדדת על ידי בדיקת העקביות ביכולת החיזוי של הניסויים. תיאוריה מיטבית תחשב ככזו כאשר היא מהווה ביטוי של הצהרה כללית או חוק סיבתי שניתן להחיל על מגוון רחב של תופעות בהקשרים שונים. מתודולוגיה זו של המדע הניסויי, דורשת הדירות בניסויים (חזרה על אותו הניסוי במעבדות שונות ואישוש התוצאות) ומניחה כי קיימות ישויות אחידות במהותן (כמו אטומים, מולקולות, גנים) המאפשרות ניסוח הצהרות וחוקים כלליים. מרכיב חשוב נוסף בתיאוריה טובה היא יכולת ההפרכה שלה, כלומר הגדרת העדויות אשר יסתרו אותה.

בניגוד לכך, מדע היסטורי הינו מערכת ייחודית של כלים מתודולוגיים מדעיים, בהם משתמשים החוקרים לשחזור אירועי העבר. ההתמקדות במדע זה הינה בהתחקות אחר תהליכים שהתרחשו בעבר (למשל, התפרצות של הר געש) אשר ניתן לראות את השפעתם בראיות הנאספות בשדה (למשל, הימצאות של סלעים וולקניים הנוצרים בהתפרצויות געשיות). איסוף העדויות נעשה על ידי תצפית בשרידים הטבעיים בשדה  וניתוחם נערך על פי העיקרון בו ההווה הינו המפתח להבנת העבר. כלומר, הסקת המסקנות לגבי העבר נערכת על פי תהליכים נסיבתיים בהם ניתן לצפות כיום. במתודולוגיה זו, לא ניתן לערוך מניפולציה אלא להתבונן בממצאי השטח בלבד. 

ארדורן ודאהר  (2014) התייחסו גם הן לחלוקה אפשרית של השיטות המדעיות. הן הזכירו טבלה שבה  ברנדון (1994) פרט מאפיינים שונים של שיטות ניסוייות לעומת שיטות תיאוריות. טענתו הייתה כי גם ניסוי ותצפית וגם עבודה תיאורית יכולים להתבצע במספר אופנים: (א) תוך עריכת מניפולציה או בהיעדר מניפולציה ו-(ב) תוך בדיקת השערות או מדידת פרמטרים 

גישה פדגוגית מפורשת, רפלקטיבית ומתוך הקשר לפיתוח הבנת רוחב היריעה של השיטה המדעית
הבנת ריבוי השיטות המדעיות מתבצעת באופן מיטבי בגישה פדגוגית מפורשת ורפלקטיבית ומתוך הקשר אותנטי. מקקומס וחובריו (2020) מגדירים מהי גישה פדגוגית מפורשת ומהי גישה פדגוגית רפלקטיבית. גישה פדגוגית מפורשת מבוססת על ההנחה כי הוראת מהות המדע צריכה להיות מתוכננת ומוטמעת בתוכניות למידה שונות כמרכיב מרכזי של הלמידה, ולא כתוצר לוואי. כחלק מגישה פדגוגית זו יש לכוון את תשומת הלב של הלומדים אל היבטים שונים של מהות המדע דרך שאלות, דיונים והסברים בהוראת המדע. גישה פדגוגית רפלקטיבית מעודדת את הלומדים לחשוב ולהבין רעיונות וסוגיות הקשורות למהות המדע, ומערבת אותם רגשית בתהליך הלמידה במהלכו הם משתמשים בידע הקודם על מנת לתת משמעות לגירויים חדשים. הפעולה הרפלקטיבית של הלומד מובילה למסקנות אישיות לגבי היבטים של מהות המדע מתוך השוואה ומיפוי הקשרים בין פעולותיהם כלומדים ופעולות המדענים. אדמונסון וחובריה (2020) מגדירים גישת הוראה נוספת שהינה הוראה מתוך הקשר אותנטי. גישה זו מאפשרת הדגמה של מכלול הפרקטיקות והשיטות המדעיות בהן עוסקים המדענים, יחד עם מעורבות הלומד בהקשר מדעי אותנטי וחשיפה לממצאים אותנטיים התורמים לידע המדעי. הקשר אותנטי זה מציג את חיוניות התקשורת שבין לומדי מדע לבין המדענים כדי שיוכלו לשתף את האופן בו הם מבצעים את עבודתם ואת המחקר אותו הם עורכים. גישה זו משולבת באופן טבעי במיזמי מדע אזרחי, המהווים השתתפות במחקר מדעי אותנטי. בנוסף לכך, סביבת הלמידה במסגרת מדע אזרחי, מהווה הזדמנות להוראה מפורשת ורפלקטיבית.

משאבים נוספים:

משרד החינוך. (2021). דמות הבוגר והבוגרת. 

רשימת מקורות:

Brandon, R. (1994). Theory and experiment in evolutionary biology. Synthese, 99 , 59–73.

Dagher, Z. R., & Erduran, S. (2014). Methods and Methodological Rules. In:Reconceptualizing the nature of science for science education (pp. 91-111). Springer

Edmondson, E., Burgin, S., Tsybulsky, D., & Maeng, J. (2020). Learning aspects of nature of science through authentic research experiences. In W. F. McComas (Ed.), Nature of science in science instruction: Rationales and strategies (pp. 659–673). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-57239-6_36

Erduran, S., & Dagher, Z. R. (2014). Methods and Methodological Rules. In Reconceptualizing the nature of science for science education (pp. 91–112). Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-017-9057-4_5

Kali, Y., (2006). Collaborative knowledge-building using the Design Principles Database. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 1(2), 187-201.

McComas, W.  (2020). Principal elements of nature of science: informing science teaching while dispelling the myths. In W. McComas, W. (Ed.), Nature of Science in Science Instruction, pp. 35-44. https://doi.org/10.1007/978-3-030-57239-6_3

McComas, W. F., Clough, M. P., & Nouri, N. (2020). Nature of science and classroom practice: A review of the literature with implications for effective NOS instruction. In W. F. McComas (Ed.), Nature of science in science instruction (pp. 67–111). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-57239-6_4

Tsybulsky, D. (2018). Comparing the impact of two science-as-inquiry methods on the NOS understanding of high-school biology students. Science and Education, 27(7–8), 661–683. https://doi.org/10.1007/s11191-018-0001-0

Tsybulsky, D., Dodick, J., & Camhi, J. (2018). The effect of field trips to university research labs on Israeli high school students’ NOS understanding. Research in Science Education, 48(6), 1247–1272. https://doi.org/10.1007/s11165-016-9601-3