التصوّر الفكري في تدريس موضوع "الطاقة: أنواعها وتحوّلاتها
وحفظها"
هذه الوحدة معدّة لمعلّمي الصفّين السابع والثامن، والنطاق الشامل لتدريس
الموضوع هو 10-14 ساعة. تتضمّن الوحدة في أساسها مراجعة وتوضيحًا لمضامين سبق وتعلّمها الطلّاب
في المدرسة الابتدائية (في الأساس أنواع الطاقة)، وتعمّقًا في موضوع تحوّلات
الطاقة، وتطرّقًا إلى قانون حفظ الطاقة.
الأفكار المركزية في تدريس الموضوع:
- المصطلح "تغيّر الطاقة" يصف التغيّر2 الذي يطرأ على منظومة ما عندما تنتقل من حالة معيّنة إلى حالة أخرى.
- قانون حفظ الطاقة:
كمّية الطاقة الكلّية في المنظومة المغلقة (التي لا يوجد فيها تأثير متبادل
مع منظومات أخرى) تبقى ثابتة، أيضًا عندما تحدث في المنظومة عمليات مختلفة. أي أنّ
الطاقة لا تُفقَد ولا تتكوّن من فراغ.
- أنواع الطاقة:
أ.
أنواع الطاقة هي أطوار (صور) مختلفة لنفس الماهيّة (انظروا الشرح في الخلفية
العلمية).
ب.
من المعتاد تسمية تغيّرات الطاقة بأسماء مختلفة (أنواع مختلفة) حسب العملية
التي تصفها. على سبيل المثال، التغيّر في الطاقة الحركية يحدث عندما تتغيّر
السرعة، والتغيّر في طاقة الارتفاع يحدث عندما
يتغيّر الارتفاع.
ج.
أنواع الطاقة التي سنتطرّق إليها في هذه الوحدة: الطاقة الحركية، طاقة
الارتفاع، طاقة المرونة، طاقة الأشعّة (كالضوء)، الطاقة الصوتية، الطاقة الحرارية،
الطاقة الكيميائية، الطاقة النووية.
- تحوّلات الطاقة:
·
تتغيّر في عمليات كثيرة في نفس الوقت عدّة مقادير (مثلاً ارتفاع وسرعة
الجسم الساقط).
·
من المعتاد وصف ذلك على أنّه تحوّل للطاقة من نوع معيّن (طاقة ارتفاع
مثلاً) إلى نوع آخر (طاقة حركية مثلاً).
·
في المنظومة المغلقة تحوّلات الطاقة تحقّق قانون حفظ الطاقة، أي في كلّ
تحوّل من نوع معيّن إلى نوع آخر، مدى نقص أحد نوعَي الطاقة يساوي مدى ازدياد النوع
الآخر.
- يمكن وصف العمليات بواسطة المصطلحات حفظ الطاقة وتحوّلات الطاقة وأنواع الطاقة (انظروا المخطّط الإجمالي للمصطلحات للطالب في صفحة 13).
ما الجديد في هذه
الوحدة؟
أ.
تطوير الفكرة التي مفادها أنّ الطاقة هي ماهيّة واحدة (البندان 3، 4 في الأفكار المركزية).
ب.
صياغة واضحة لقانون حفظ الطاقة وتحليل ظواهر حسب هذا القانون. هذا توسّع
للمعالجة النوعية في انتقالات الطاقة وتحوّلات الطاقة في المدرسة الابتدائية. كلّ
ذلك تحضيرًا للتطرّق الكمّي في الصفّ التاسع. (البند 1 في الأفكار المركزية)
ج.
تحليل أحداث من الحياة اليومية بواسطة "التغيّرات في الطاقة"، مع
التطرّق إلى مميّزات العمليات الموصوفة في مصطلحات أنواع الطاقة. (البندان 1، 4 في الأفكار
المركزية).
د.
استخدام طرق العرض المختلفة لوصف العمليات: مخطّط جريان وجدول ومخّطط
دائري. بالأخصّ استعمال المخطّط الدائري لوصف ظواهر بمصطلحات الطاقة تمكّن عرضًا
بيانيًا واضحًا وبصريًا لفكرة الحفظ. أفضليات ومحدودات العرض البياني مفصله في
البند "ب" بالتفصيل.
ما الذي لا تتضمّنه هذه الوحدة؟
·
تتمحور هذه الوحدة في الأساس حول الطاقة الحركية وطاقة الارتفاع. أنواع
الطاقة الأخرى، كطاقة المرونة وردت على سبيل الذكر فقط، لأنّها لا ترد في المنهاج
التعليمي للصفّ السابع. مع ذلك، في بند التوسّع والتعمّق في أسئلة التقييم نقترح
عددًا من الأسئلة التي تتناول أنواع الطاقة الأخرى. نوصي بتدريس التوسّع في موضوع
الطاقة الكهربائية في إطار موضوع الكهرباء في الصفّ الثامن.
·
لا تتضمّن هذه الوحدة نقاشًا في موضوع "مصادر الطاقة". تمّ تناول
هذا الموضوع في المدرسة الابتدائية في الصفّ السادس، وكذلك في وحدة موضوع الكرة
الأرضية والكون وفي وحدة الكهرباء. المعلّمون المعنيون بذلك، في حالة تدريسهم
للموضوع، بإمكانهم إضافته إلى مصطلحات الطاقة.
بما أنّه لا توجد موادّ تعليمية خاصّة ملاءمة لهذه الوحدة والوقت المخصّص
لها ضيّق جدًّا، نقترح لاحقًا تسلسل تدريس وفعاليات، بما في ذلك وظيفة للطالب،
تتيح تدريس الموضوع بالنطاق الموصى به.
المواضيع الفرعية في تدريس الموضوع:
1.
ما هي الطاقة؟
2.
أنواع الطاقة
3.
قانون حفظ الطاقة وتحوّلات الطاقة
جمهور الهدف: المعلّمون الذي يعلّمون العلوم والتكنولوجيا في الصفّين السابع والثامن.
موضوع الوحدة: الطاقة: أنواعها وتحوّلاتها وحفظها.
أهداف تدريس الموضوع (في مجالَي المضمون والمهارات):
1. أن يستخدم الطلّاب "مصطلحات الطاقة" لوصف
العمليات (التغيّر في الطاقة، أنواع الطاقة، تحوّلات الطاقة).
2. أن يشخّص الطلّاب تحوّلات الطاقة من نوع معيّن إلى نوع
آخر في ظواهر معطاة.
3. أن يحلّل الطلّاب ظواهر تحدث فيها تحوّلات للطاقة.
4. أن يقترح الطلّاب أمثلة لظواهر تحدث فيها تحوّلات
للطاقة.
5. أن يشخّص الطلّاب مميّزات عمليات التغيّر التي تتعلّق
بأنواع الطاقة المختلفة.
6. أن يشخّص الطلّاب أنواع الطاقة المختلفة حسب مميّزاتها.
7. أن يصف الطلّاب بواسطة عرض بياني في مخطّط (مخطّط أعمدة
ومخطّط دائري ومخطّط جريان) التغيّرات في أنواع الطاقة في عملية معطاة، مع التطرّق
إلى قانون حفظ الطاقة.
المعرفة السابقة:
المعايير التي حُدِّدت ونُشرت لصفوف المدرسة الابتدائية تتطرّق إلى قسم من
مواضيع الوحدة المذكورة أعلاه. انظروا تفصيل النقاط البارزة للمعايير وللمعايير
الثانوية في موضوع الطاقة في الرابط التالي:
نقترح فحص المعرفة السابقة للطلاّب في مواضيع هذه الوحدة، من خلال استبيان
تشخيصي يُمرَّر قبل البدء بتدريس الموضوع. يعتمد تخطيط التدريس على هذه النتائج
ووفقًا لاعتبارات طاقم معلّمي العلوم في المدرسة.
الاستبيان التشخيصي للمعرفة السابقة للطلاّب يرد في الملحق
"أ".
خلفية علمية
أ. المضامين
ملاحظة: الخلفية العلمية الواردة هنا معدّة للمعلّمين. استخدام هذا
التوجّه في الصفّ يخضع لاعتبارات المعلّمين.
انظروا في قائمة المصادر توصيات إضافية لخلفية علمية للمعلّمين وللطلاّب
(مثلاً- مشهد ڤيديو للدكتور عوڤاد كيدم).
منظومات اصطلاحية (توجهات) في العلم: القوى والطاقة
(من الوحدة "التأثيرات المتبادلة والقوى وتحليل الحركة")
يمكن إطلاق مصطلحات على الظواهر الفيزيائية التي تحدث في العالم وفهمها
وتحليلها بواسطة منظومتين اصطلاحيتين مختلفتين: منظومة مصطلحات القوى ومنظومة
مصطلحات الطاقة. من المهمّ التأكيد هنا أنّنا نتحدّث عن منظومتين اصطلاحيتين
مختلفتين (بينهما علاقة معيّنة) تمكّنان بحث نفس المسألة بصورة مغايرة مع أخذ
اعتبارات أخرى بالحسبان. أحيانًا يمكن حلّ نفس السؤال وإيجاد نفس المقدار المطلوب
(السرعة مثلاً) بمساعدة المنظومتين الاصطلاحيتين، كلّ على حدة، وأحيانًا تُفضَّل
إحداهما على الأخرى.
هاتان المنظومتان الاصطلاحيتان يستغلّهما الفيزيائيون في إطلاق مصطلحات
وفهم وتحليل ظواهر تتضمّن تأثيرات متبادلة بين الأجسام، وسترافقان الطلّاب أيضًا
في تعلّم الفيزياء في المرحلة الثانوية، ولذلك هناك أهمّية كبيرة لتعرّف أوّلي
على المنظومتين في المرحلة الإعدادية. لا
نوصي بالتطرّق إلى ذلك بصورة واضحة في الصفّين السابع والثامن، لكنّنا نرى أهمّية
كبيرة في أن يتعرّف الطلّاب (بوضوح) في نهاية الصفّ التاسع على المنظومتين الاصطلاحيتين.
استخدام منظومات اصطلاحية بديلة لوصف نفس الظواهر يشبه استخدام لغات مختلفة،
التي هي أيضًا تتميّز بمجموعة مصطلحات وروابط بينها. من تجاربنا، هناك معلّمون
يجدون أهمّية في استخدام مصطلحات "لغة القوى" وَ "لغة الطاقة"
عند التحدّث عن المنظومتين الاصطلاحيتين المذكورتين أعلاه. نتحدّث هنا عن منظومة
اصطلاحية لمصطلحات وعروض تتيح تحليل ظواهر بدون الحاجة إلى حسابات كمّية. استخدام
مصطلح "اللغة" هو للمعلّمين فقط، ولا نوصي باستخدامه مع الطلّاب.
يرد في المرشد للمعلّم لموضوع "الطاقة وحفظها" تطرق للمقارنه بين
اللغات وكذلك نقاش في المصطلحين "منظومة مغلقة" وَ "منظومة
مفتوحة". هذه المرحلة التدريسية لا تتضمّن نقاشًا في هذين المصطلحين.
تتطرّق هذه الوحدة إلى تعرّف أوّلي على المنظومة الاصطلاحية للطاقة. هناك
وحدة أخرى تتطرّق إلى المنظومة الاصطلاحية للقوى (وحدة القوى ترد في موقع موت نت-
انظروا العنوان في الملحق).
1 القرار بشأن تدريس موضوع الحرارة ودرجة الحرارة قبل موضوع الطاقة يتعلّق
بالسؤال إذا كانت الجوانب الأخرى للموضوع المشمولة في وحدات الكيمياء سبق وتعلّمها
الطلّاب.
2 التغيّرات في الصفّ السابع موصوفة في الأساس بصورة نوعية، وفي الصفّ التاسع
بصورة كمّية أيضًا.
3 لضيق الوقت، موضوع
انتقالات الطاقة يرد في هذه الوحدة فقط في سياق انتقال الحرارة، بينما موضوع
تحوّلات الطاقة يرد بتوسّع. التطرّق إلى تحوّلات الطاقة يتيح شرح حقيقة أنّ الطاقة
هي ماهيّة واحدة تحقّق قانون حفظ الطاقة. نوصي بالتحدّث عن موضوع الانتقالات
بالتفصيل في الصفّ التاسع.
Post a Comment