توصيات لدمج التكنولوجيا في تدريس الطاقة والأنظمة التكنولوجية

أ‌.       توصيات لدمج التكنولوجيا في تدريس الطاقة والأنظمة التكنولوجية

أهداف التدريس: معرفة وفهم المصطلحات الأساسية في تحليل الأنظمة: إدخال،إخراج، تفكير في المقادير، تمييز النظام، تحليل المكونات وأهميتها.

وفقًا للطرق التي وُصفت أعلاه، هناك طرق مختلفة لدمج التكنولوجيا في تدريس الموضوع،في التسلسل العام لتوزيع المواضيع، وحتى في تقديم كل درس على حدة. كما ذكرنا، ننصح بالتدريس الذي يدمج الجوانب التي ذُكرت أعلاه. أما هنا نتمحور في دمج الموضوعين العلم والتكنولوجيا. ننصح بتنظيم عملية التدريس حولالمضامين العلمية (حفظ الطاقة،أنواع الطاقة)، ودمج موضوع الموارد كمحور أساسي في عملية التدريس. وصف وشرح كل الأجهزة التكنولوجية بالتزامن مع تجارب المختبر، وتطبيق مبادئ علمية في الحياة اليومية.  تمكِّننا هذه المحاور من دعم الدافعية من جهة، ومناقشة الجوانب الاجتماعية، البيئية والشخصية من جهة أخرى.

كل نوع من انواع الطاقة، يمكِّننا من دمج محور واحدأو اكثر من المحاور الطولية أعلاه. يمكن أن يتم الدمج في بداية الموضوع أو الدرس، لكي نثيرالاهتمام والحاجة إلى تعلُّم الجوانب العلمية، من خلال العملية التعليمية لموضوع العلوم من عدة اتجاهات،كما يمكن استخدام الدمج لتلخيص الموضوع  ولتطبيق متقدم للمبادئ العلمية. كما هو الأمر في تدريس الضامين العلمية، يستطيع المعلم استخدام طرق تدريس متنوعة: تجارب للتلاميذ،عرض تجارب، فعاليات محوسبة (مثلاً: فعاليات محاكاة)،أفلام ونقاش، قراءة مقالات، بناء عارضات ونماذج .......الخ.

يتخذ المعلم قرارًا وفقًا للوقت، والموارد المتاحة له، ويقرر متى وكيف يدمج المواضيع المختلفة. نوصي بدمج التكنولوجيا بطرق مختلفة،  وهكذا نزيد من الاهتمام عند التلاميذ لتعلُّم موضوع الطاقة.

وفقًا لهذه التوصيات،  نقترح على المعلم جدول يعرض المحور العلمي، وجدول لكل نوع من أنواع الطاقة الذي يعرض فعاليات ممكنة في المواضيع الثلاثة التي ننصح بها، لكي تكون محاور طولية في تدريس الجانب التكنولوجي: استخدام موارد الطاقة،أجهزة تكنولوجية، تطبيقات من الحياة اليومية،هذه الفعاليات تجعل العملية التدريسية متنوعة. 

توصية لتوزيع الوقت: نقترح تكريس 20-40 ساعة لتدريس المواضيع الاساسية، ودمج أمثلة عن الجوانب التكنولوجية (انظروا الجدول)،ومنثم 20 - 10 ساعة للتطبيق والتفكير حول تحليل النظام- محطات تركِّزعلى التكنولوجية (انظروا الأمثلة في الجدول ادناه)، كم نكرس في النهاية 15 ساعة لمشروع تصميم بحث(أمثلة في الملحق ح).

ت.1. مصادر لدمج الجوانب التكنولوجية – الاجتماعية - الشخصية

يعرض الجدول التالي أمثلة لمواضيع وفعالياتيمكن أن نستخدمها لدمج الجوانب التكنولوجية - الاجتماعية – الشخصية - في التسلسل التدريسي. نستخدم الجدول لكي نعرض الفكرة التي وُصفت اعلاه. لاحقًا، يقوم مختصونومعلمون بإثراء الجدول، ويمر هذا الجدول بإعداد علمي وتدريسي.   

تنقسم المواضيع المقترحة إلى ثلاثة فئات: استخدام موارد الطاقة،أجهزة تكنولوجية  وتطبيقات من الحياة اليومية.

يمكن أن تكون الفعاليات متنوعة، مثل:عرض تجالرب، تجارب يجريها التلاميذ،أفلام قصيرة، فعاليات محاكاة،ألعاب وغير ذاك.

التوسع للفعاليات والشرح عن الاجهزة المختلفة، يمكن أن تجدوها في الروابط التي تظهر في الجدول:

مثال لمجموعة مفصلة تدمج الجوانب التكنولوجية، يمكن أن نجدها في صفحة 150 –مشروع استفتاء الطاقة.

نوع الطاقة	نظرة تكنولوجية- اجتماعية- شخصية	شرح	فعالية	مهام ومقالات
طاقة الارتفاع	استخدام مصادر الطاقة	طاقة كهرومائية	عرض إنتاج الطاقة من مصدر كهرومائي
	أجهزة تكنولوجية			مشروع السلام
	تطبيقات من الحياة اليومية		قفزة البنجي, رافعة
طاقة الحركة	موارد طبيعية	استغلالطاقة الرياح		ما هو الريح واستخدامه لتشغيل مروحة هوائية
	أجهزة تكنولوجية	مقدمة عن مراوح الرياح	بناء جهاز لقياس سرعة الريح على شكل قبعات نموذج توربينا تعمل بواسطة الرياح محرك بخاري
	تطبيقات من الحياة اليومية		جولةفي حديقة العلوم
الطاقة الحرارية	موارد طبيعية	خلايا شمسية	خلايا شمسية – التوصيل على التوالي وعلى التوازي
	أجهزة تكنولوجية	سخان شمسي فرن شمسي بيت يعمل بالطاقة الشمسية برج شمسي بركة شمسية تطهير المياه بالطاقة الشمسية	محرك بخاري נتجربة- مبدأ عمل البِركَة الشمسية	البرج الشمسي في معهد وازمان الفرن الشمسي
	تطبيقات من الحياة اليومية		سباق سيارات تعمل بالطاقة الشمسية الفرن الشمسي "مقياس الحب" مصباح تزيين متحرك الإوزة التي تشرب
الطاقة الكهربائية	موارد طبيعية	استهلاك الكهرباء	إنتاج الكهرباء من خضروات وفواكه
	اجهزة تكنولوجية	مبدأ عمل المولد الكهربائي	بناء مولد كهربائي	تاريخ السيارة الكهربائية
	تطبيقات من الحياة اليومية	بطارية كهربائية	اجهزة كهرباء بيتية استمارة لمقارنةاستعمال الأجهزة الكهربائية نموذجلعمل السخان الشمسي	استهلاك الكهرباء في الأجهزة الكهربائية تطبيق- استهلاك الطاقة الكهربائية

اقتراحات لسير فعاليات

أ-مختبر بحث- عمليات تسخين وتبريد

إحدى الصعوبات الكبيرة التي تواجهنا في تدريس مصطلح الطاقة هي استيعابه كمصطلح مجرد. وظيفة مختبر البحث أن يضع بين يدي الطلاب أدوات تجعل مصطلح الطاقة قابل للقياس، لكي  يصبح أكثر محسوسًا. إضافةً إلى ذلك، خُصصالمختبرلتطوير مهارات البحث المختلفة عند الطلاب.

هدف التجارب التي تبحث في التسخين والتبريد هي جعل هذه العمليات محسوسة عند الطلاب، على الرغم من كون العمليات المختلفة تختلف عن بعضها في طابعها ومميزاتها، مع ذلك،يمكن قياس التغييرات من لحظة حدوثها، بطريقة واحدة عن طريق قياس التسخين أو التبريد الذي حدث نتيجةً لذلك.

في كل تجربة من التجارب،من المهم أن نلفت انتباه الطلاب للعملية نفسها وللمقادير التي تمييز التغييرات التي تحدث في نفس  الخصائص. كما يجبأيضاأن نشدد على  المشترك بين كل العمليات وربطه بالتغيير في الطاقة.

يتم تنفيذ التجارب في محطات. يجب على الطلاب أن يعملوا في مجموعات، وأن ينتقلوا بين المحطات المختلفة.

1. التسخين بواسطة الضوء فترات زمنية مختلفة

أ. الادوات المطلوبة: جسم ( المنيوم) أو انبوبة اختبار تحتوي على ماء، حيث صُبغت جدران الأنبوبة  باللون الاسود،أو غلفت بمادة غامقة، وفي داخل الانبوبة ميزان حرارة. قطعة الألومينيوم مغلفة بعازل حراري باستثناء قاعدتها، مصدر ضوءشدة إضاءته قوية، عدسة مكبرة ذات قطر كبير وساعة.

ب‌.     تعليمات التجربة:

·         ضعوا الجسم تحت مصدر الضوء في مكان يتركز فيه الضوء، وقيسوا درجة الحرارة الابتدائية للجسم

·         اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاًمناسبًا لتسجيل النتائج.

·         شغلوا مصدر الضوء وقيسوا درجة الحرارة كل دقيقة  لمدة 3 دقائق.

·         صفوا العملية التي حدثت بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·         سجِّلوا النتائج في الجدول.

·         ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا يعرض نتائج التجربة.

·         اشرحوا نتائج التجربة.

·         سجلوا الاستنتاجات التي تظهر من الرسم البياني.

ت‌.     اسئلة

·         ما هي العملية التي أدت،بحسب رأيكم، إلى ارتفاع درجة حرارة الجسم في كل قياس؟

·         اكتبوا أربعة أسئلة عن التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة نفسها، وسؤالين يربطان بينالتجربة ومصطلح " التغيير في الطاقة".

2. تسخين بواسطة تغيير الارتفاعI[1]

أ. الأوات المطلوبة: دولاب على محوره خيط ملفوفوفي طرفه مربوطة سلة فيها عيارات وزنية(أثقال). خيط ملفوف حول أنبوب في داخله ميزان حرارة، عندما يدور الدولاب نتيجةًلسقوط السلة يحتك الخيط بالأنبوب (أنبوب النحاس مثبت داخل صندوق خشبي) ومسطرة ( يفضل أن يكون طول المسطرة متر واحد).

جهاز القياس: 1) ميزان حرارة 2) مُثبت أنبوب النحاس (الصورة اليمنى امكبرة); 3) خيط للتعليق; 4) عيارات وزنية

ب‌.     تعليمات التجربة

·         اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.

·   قيسوا درجة الحرارة الابتدائية للأنبوب.

اسقطوا السلة من ارتفاع 1.20 متر، وقيسوا درجة الحرارة القصوى التي يصلهاأنبوب النحاس.

·   انتظروا حتى تعود درجة حرارة الأنبوب النحاسي إلى الدرجة الابتدائية. ( يمكن تبريد الأنبوب بواسطة قطعة قماش رطبة).  كرروا التجربة، لكن قلِّلوا ارتفاع السقوط ﺑ 20 سم في كل مرة.

·   صفوا العملية بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·   ابنوا جدولاً يعرض التجربة التي أجريتموها وسجِّلوا النتائج.

·   ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا،بحسب رأيكم، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·   اشرحوا نتائج التجربة.

·   سجِّلوا استنتاجاتكم  بالاعتماد على الرسم البياني.

ت‌.     اسئلة

·         ما هي العملية التي أدت الى تسخين الأنبوب النحاسيفي كل عملية قياس؟

·         كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

3. تسخين بواسطة تغيير الارتفاع II:

أ- الادوات المطلوبة: دولاب على محوره خيط ملفوف وفي طرفه مربوطة سلة فيها عيارات وزنية (أثقال). خيط ملفوف حول أنبوب في داخله ميزان حرارة، عندما يدور الدولاب نتيجةً لسقوط السلة يحتك الخيط بالأنبوب (أنبوب النحاس مثبت داخل صندوق خشبي)، ومسطرة ( يفضل أن يكون طول المسطرة متر واحد).

ت- تعليمات التجربة:

·         اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.

·      قيسوا درجة الحرارة الابتدائية للأنبوب.

·      اسقطوا السلة من ارتفاع 1 متر،وقيسوا درجة الحرارة القصوى التي يصلها أنبوب

   النحاس.

·         انتظروا حتى تعود درجة حرارة الأنبوب النحاسي إلى الدرجة الابتدائية. ( يمكن تبريد الأنبوب بواسطة قطعة قماش رطبة).  كرروا التجربة، لكن قلِّلوا وزن السلة بشكل ثابت (ازيلوا عيارًا وزنيًّاواحدًا من السلة في كل مرة).

·   صفوا العملية بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·   ابنوا جدولاً يعرض التجربة التي أجريتموها وسجِّلوا النتائج.

·   ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا، بحسب رأيكم، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·   اشرحوا نتائج التجربة.

·   سجِّلوا استنتاجاتكم  بالاعتماد على الرسم البياني.

أ‌-        أسئلة

·         ما هي العملية التي أدت الى تسخين الأنبوب النحاسي في كل عملية قياس؟

·         كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

4. تسخين بواسطة تغيير الحركةI

أ- الادوات المطلوبة: دولاب وخيط مربوطة بطرفه سلة فيها عيارات وزنية (في هذه المرحلة، الخيط غير مربوط بالدولاب). خيط ملفوف حول أنبوب في داخله ميزان حرارة، عندما يدور الدولاب نتيجةً لسقوط السلة يحتك الخيط بالأنبوب (أنبوب النحاس مثبت داخل صندوق خشبي)، ومسطرة ( يفضل أن يكون طول المسطرة متر واحد).

ب- تعليمات التجربة

·         اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.

·         قيسوا درجة الحرارة الابتدائية للأنبوب.

·         دوِّروا الدولاب وقيسوا سرعته بواسطة مقياس السرعة المربوط بالدولاب.

·         ثبتوا الخيط في محور الدولاب بواسطة المقبض المعد لذلك،بحيث تبدأ سلة العيارات الوزنية بالارتفاع، انتظروا حتى يتوقف الدولاب.

·         قيسوا درجة الحرارة القصوى للأنبوب.

·         انتظروا حتى تعود درجة حرارة الأنبوب النحاسي إلى الدرجة الابتدائية. ( يمكن تبريد الأنبوب بواسطة قطعة قماش رطبة).  كرروا التجربةبسرعة دوران مختلفةللدولاب.

·         صفوا العملية بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·         ابنوا جدولاً يعرض التجربة التي أجريتموها وسجِّلوا النتائج.

·         ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا، بحسب رأيكم، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·         اشرحوا نتائج التجربة.

·         سجِّلوا استنتاجاتكم  بالاعتماد على الرسم البياني.

ت- أسئلة

·         ما هي العملية التي أدت الى تسخين الأنبوب النحاسي في كل عملية قياس؟

·         كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

1. تسخين بواسطة تغيير  الحركةII

أ. الادوات المطلوبة: عجل دراجة هوائية، نظام فرملة يتكون من ميزان حرارة رقمي وقضيب تلامس طويل، مقياس السرعة.

ب-تعليمات التجربة:

• اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.
• قيسوا درجة الحرارة الابتدائيةلنظام فرملةالعَجَل.
• دوِّروا الدولاب وقيسوا سرعته.
• أوقفوا العَجَل بواسطة تقريب الفرامل(نظام الايقاف)من المطاط الموجود في محيط العَجَل (بالتلامس مع العَجَل)،وقيسوا درجة الحرارة بعد أن يتوقف العَجَل ( يجب ابقاء نظام الايقاف في مكانه حتى اللحظة التي لا ترتفع فيها درجة الحرارة).
• انتظروا حتى تعود درجة الحرارة إلى قيمتها الابتدائية. ( يمكن تبريد الأنبوب بواسطة قطعة قماش رطبة أو استعمال نظام إيقاف احتياطي).  كرروا التجربة بسرعة دوران مختلفة للدولاب.

·         صفوا العملية بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·         ابنوا جدولاً يعرض التجربة التي أجريتموها وسجِّلوا النتائج.

·         ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا، بحسب رأيكم، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·         اشرحوا نتائج التجربة.

• سجِّلوا استنتاجاتكم  بالاعتماد على الرسم البياني.

ت-اسئلة

·         ما هي العملية التي أدت، بحسب رأيكم، إلى تسخين نظام الفرملة في كل عملية قياس؟

·        كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

2. تسخين بواسطة تغيير كهربائي

أ‌-        الأدوات المطلوبة: مزوّد طاقة كهربائية، جسم معدني مغلَّف بعازل للحرارة ومغروزفيه ميزان حرارة (مقاومكهربائي داخل كالوريمتر صلب. يمكن الحصول عليه في حوانيت لأدوات المختبر). داخل الجسم المعدني مغروز مقاوم كهربائي موصول بأسلاك توصيل خارجية تمكِّننا من ايصاله بدائرة كهربائية. أمبيرمتر، فولطمتر،أسلاك توصيل، ساعة.

ب‌-     تعليمات التجربة:

·         اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.

·         ابنوا دائرة كهربائية على التوالي، بحيث يكون فيها المزود الكهربائي، الأمبيرمتروالجسم المعدني مع المقاوم. اربطواالفولطمتر بالتوازي مع الجسم المعدني.

·         قيسوا درجة الحرارة الابتدائية للجسم.

·         اغلقوا الدائرة الكهربائي            بواسطة المفتاح المناسب.

·         قيسوا التيار الكهربائي الذي يمر عبر المقاوم والجهد الكهربائيالذي يؤثر عليه.

·         بعد مرور دقيقة، قيسوا درجة الحرارة وافتحوا الدائرة الكهربائية.

·         غيروا الجهد الكهربائي في المزود وكرروا القياسات.

·         صفوا العملية بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·         سجِّلوا النتائج في الجدول الذي حضرتموه.

·         ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا، بحسب رأيكم، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·         سجِّلوا استنتاجاتكم  بالاعتماد على الرسم البياني.

ت‌-    اسئلة

·         ما هو، بحسب رأيكم، التغيير الذي أدى الى ارتفاع درجة حرارة الجسم المعدني في كل قياس؟

·         كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

7.التغيير الذي يحدثعندمايتلامس جسمين مختلفين في درجة الحرارة

أ- الادوات المطلوبة: كأس ماء ساخن يغلي، وعاء يحتوي على جليد، ثلاثة اجسام متشابهة مصنوعة من الألومينيوم، وفي كل منهامغروز ميزان حرارة, صندوق عزل حراري مصنوع من الكلكار.

ب-تعليمات التجربة:

·         اقرأوا تعليمات المهمة، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.

·         ضعوا أحد الاجسام داخل الجسم العازل للحرارة المصنوع من الكلكار، والثاني داخل كأس ماء ساخن. انتظروا 3 دقائق،  اقرأوا درجة الحرارة في ميزان الحرارة المغروز في الأجسام.

·         اِخرجُوا الجسم الساخن،ألصقوه بسرعة بالجسم الثاني وغطوا فتحة الجسم العازل، اغرزوا ميزانين حرارة في الجسمين، من خلال الفتحة المعدة لذلك،  اقرأوا درجة حرارة كل جسم من الجسمين، كل نِصف دقيقة.

·         صفوا العملية التي حدثت.

·         سجلوا النتائج في الجدول الذي حضَّرتموه.

·         كرروا التجربة، لكن في هذه المرة، عليكم استخدام الجسم الثالث، يجب وضعه على الجسم الساخن، حيث يصبح الجسم الساخن بين الجسمين.

·         يجب تحضير الجدول من جديد، بحيث يصبح مناسبًا للنتائج الجديدة.

·         ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·         سجِّلوا استنتاجاتكم بناءًعلى نتائج الجدول.

ت-اسئلة

·         ما هي العملية التي أدت،بحسب رأيكم،إلى تبريد أو تسخين  قِطع الألومينيوم في كل قياس؟

·         كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

3. تسخين بواسطة الاحتراق

أ‌-        الأدوات المطلوبة: جسم مصنوع من الألومنيوم، غُرز فيه ميزان حرارة. الجسم مغلّف بعازل حراري باستثناء قاعدته،شمعة، ساعة.

ب‌-     تعليمات التجربة:

·      اقرأوا التعليمات، وحضِّروا جدولاً مناسبًا لتسجيل النتائج.

·      قيسوا درجة الحرارة الابتدائية لجسم الالومينيوم.

·      أشعلوا الشمعة تحت جسم الامنيوم، وقيسوا درجة الحرارة كل 20 ثانية.

·      صفوا العملية التي حدثت بواسطة رسم تخطيطي مكون من أسهم.

·                   سجلوا النتائج في الجدول الذي حضَّرتموه.

·                   ارسموا رسمًا بيانيًا مناسبًا، بحيث يعرض نتائج التجربة.

·      سجلوا استنتاجاتكم بناء على نتائج الرسم البياني.

ت‌-     اسئلة

·       ما هي العملية التيأدت،بحسب رأيكم،إلى ارتفاع درجة حرارة جسم الألومينيوم في كل قياس؟

·       كوِّنوا أربعة أسئلة حول التجربة التي أجريتموها: سؤالين عن التجربة ذاتها، وسؤالين

     عن علاقة التجربة بالمصطلح " تغيير الطاقة".

---

[1] تعتمد التجارب 2-5 على نظام غير موجود في المدرسة. يمكن إيجاد وصف النظام والقياسات التي أُجريت بمساعدة المقال: "מן המטבח של מוטי ויוסף: שובו של המיני-ג'אול", בגליון תהודה מס' 30 חוברת 1. http://62.90.118.237/editions/edition.asp