تحليل تحوّلات الطاقة في ظاهرة الكرة التي تقفز

تحليل تحوّلات الطاقة في ظاهرة "الكرة التي تقفز"

"عالم من الطاقة" ص 60, 126-130العلاقة بين المميّزات

10-23

تشخيص التحوّلات 27-29

مخطّط الجريان 30-32

6قانون حفظ الطاقة وتفسير ظاهرة الكرة التي تقفز

صياغة تفسير علمي"عالم من الطاقة" ص 102

7تحليل تحوّلات الطاقة اعتمادًا على قانون حفظ الطاقة

"عالم من الطاقة"، الفصل الثالث،

ص 104-10633-35

8تطرّق إلى أنواع طاقة أخرى من خلال تحليل التحوّلاتعرض معلومات في مخطّط دائري

 "عالم من الطاقة"، الفصل الثالث،

ص 111-11943, 36, 39

توسّع - 56, 57

9تحليل ظواهر واستعمال أسئلة التقييم

الانتقال بين العروض البيانية

تحليل ظواهر"عالم من الطاقة"، ص 104-107, 111-112. "אנרגיה ושימורה" פרק ב' עמ' 29-6037-38

40-42

إجمال

10إجمال في خارطة مصطلحاتعرض في خارطة مصطلحاتخارطة مصطلحات في الملحق
ج. مفصّل المضامين- توصيات لتسلسل التدريس

تسلسل التدريس الأدنى الموصى به يشمل 10 دروس بالمجمل، موصوفة في الصفحات التالية. لكلّ درس فعالية موصى بها وكذلك عدّة اقتراحات للتوسّع.

الدرس الأوّل- مقدّمة

الهدف: تشخيص المعرفة الابتدائية لدى الطلّاب والصفّ.

تسلسل التدريس الموصى به للدرس:

يجيب الطلّاب عن الاستبيان التشخيصي الذي يرد في الملحق. هدف الاستبيان تشخيص المعرفة الابتدائية التي تعتمد على الموادّ التي تعلّمها الطلّاب في الصفّ السادس وعلى المعلومات الذاتية. يجب أن تشرحوا للطلاّب أنّ الاستبيان ليس امتحانًا، ولا يقرّر أيّة علامة، وإنّما يهدف إلى ملاءمة التدريس. خلال التدريس سنعود إلى أسئلة مختارة لاختبار تطوّر المعرفة والفهم لدى الطلّاب في كلّ واحد من المواضيع الفرعية التي في الوحدة.

يجمع المعلّمون الاستبيانات لمسح وضع الصفّ في كلّ واحد من المواضيع الفرعية (بواسطة ورقة المسح التي في موقع العلوم والتكنولوجيا- موت نت). بعد ذلك يمكن إعادة الاستبيانات للطلاّب ليتسنّى لهم متابعة تطوّر تعلّمهم بأنفسهم.

نقاش أوّلي في موضوع "الطاقة":

هدف النقاش: الكشف عن المعرفة السابقة في موضوع الطاقة.

في أعقاب الاستبيان من المهمّ إجراء نقاش "عصف ذهني" في موضوع الطاقة. يمكن في مثل هذا النقاش الحصول على جميع الإجابات التي يقترحها الطلّاب بدون تقييم الإجابة وبدون إطلاعهم على الإجابة الصحيحة. توثيق إجابات الطلّاب يمكن أن يستعمل للتقييم لغرض التعلّم بالإضافة إلى الاستبيان التشخيصي.

توسّع: يختار المعلّمون إحدى الإمكانيات التالية (أو دمجًا بينها)، وفقًا للوقت المتاح لهم ووفقًا لوضع الصفّ (عدد الطلّاب والقدرة على العمل ضمن مجموعات والتباين بين الطلّاب ومستواهم والمعرفة السابقة وما شابه):

نقاش في الصفّ بهدف الكشف عن قدرة تعبير الطلّاب في موضوع الطاقة، من خلال استعمال أسئلة عامّة وأسئلة من الاستبيان التشخيصي. على سبيل المثال:

في أيّة سياقات تستعملون كلمة "طاقة"؟

ما هي كمّية الطاقة التي يمكن إنتاجها من رزمة الشوكولاطة؟ (هل تتغيّر الإجابة إذا أكلنا الشوكولاطة، أو إذا أسقطنا الرزمة من الطاولة، أو سخّناها، أو أعطيناها لأحد؟)

أيّة أنواع طاقة تعرفون؟

كيف يمكن تشخيص نوع الطاقة؟ (مثلاً- في مثال رزمة الشوكولاطة، أو في الحالات المختلفة المعروضة في السؤالين 1 وَ 2 في حالة التفّاحة التي تسقط من الشجرة في السؤال 5، وفي جميع الأسئلة التي تتطرّق إلى أنواع الطاقة باستثناء الأسئلة 10، 6، 3).

نقاش ضمن مجموعات:

تحصل كلّ مجموعة على قسم من الأسئلة من الاستبيان التشخيصي (يحبّذ اختيار أسئلة يستطيع الطلّاب الإجابة عنها في هذه المرحلة). يمكن منح كلّ مجموعة أسئلة مغايرة أو منح جميع الطلّاب نفس الأسئلة للنقاش، على سبيل المثال جميع الأسئلة التي تتناول الموضوع الفرعي أنواع الطاقة، الذي هو الموضوع الأوّل الذي سيتمّ نقاشه.

يقارن الطلّاب الإجابات فيما بينهم، ويناقشون الفروق في محاولة لإقناع بعضهم البعض. على المعلّم أن يتجوّل بين المجموعات ويساعد في محورة النقاش.

يعرض ممثّلو المجموعات في الصفّ الاختلافات والاتّفاقات في الرأي التي كانت بين المجموعات (وظيفة المعلّم هي إدارة النقاش وتركيز الإجابات). 

 

استراتيجية التدريس

نوصي باستعمال لوح مركّز (انظروا مثالاً في الصفحة التالية): بوستر أو لوح خاصّ، يتمّ فيه تركيز المصطلحات الهامّة والأسئلة والإجابات التي طُرحت خلال التعلّم (بما في ذلك أسئلة مختارة من الاستبيان التشخيصي)، ويبقى في الصفّ في فترة تعلّم الموضوع. يُستعمل اللوح المركّز لتوثيق التعلّم وعرض المصطلحات المركزية والأسئلة المثيرة للاهتمام.

خلال تعلّم/ تدريس الموضوع يجب العودة إلى الأسئلة ذات الصلة وطرح أسئلة على الطلّاب مثل: هل تغيّر رأيكم بالنسبة للإجابة الصحيحة؟ ما الذي تعرفونه الآن ويمكنه أن يساعدكم في الإجابة عن الأسئلة؟ أيّة أسئلة ما زالت بدون إجابة؟

يستطيع المعلّمون، خلال النقاش، أن يشيروا لأنفسهم ما هي المواضيع التي تحتاج إلى تعزيز/ تدريس "أعمق"/ مراجعة وما شابه. من جهة أخرى، إذا اتّضح أنّ الطلّاب ملمّون في موضوع معيّن يمكن تقليص التدريس في هذا الموضوع. على سبيل المثال- إذا وجدتم أنّ طلاّبكم يلمّون في موضوع أنواع الطاقة، بإمكانكم اختصار مرحلة عرض الظواهر التي تتناول تشخيص أنواع الطاقة (مع أنّنا نوصي بعدم الاستغناء عن هذه المرحلة). لا يمكن الاستغناء عن الدرس الذي يتطرّق إلى التعرّف على مصطلحات الطاقة، لأنّه حتّى ولو تعلّم الطلّاب الموضوع، من المهمّ التأكّد من أنّهم سيستعملون مصطلحات واحدة عندما يرغبون في صياغة تفسيرات للظواهر.

مثال لتصميم لوح مركّز

الموضوع الفرعي 1: الدرس الثاني- ما هي الطاقة؟

الهدف: عرض الفكرة التي مفادها أنّ جميع أنواع الطاقة هي تعبيرات لنفس الماهيّة (كما تمّ الشرح في الخلفية العلمية)، ولا تمثّل "طاقات مختلفة".

التصوّر الفكري: يمكن أن نؤدّي إلى تغيير في درجة الحرارة (بواسطة التسخين) في العمليات المختلفة التي تشترك فيها أنواع الطاقة المختلفة (مثل: خلط سائل بسرعة عالية، تمرير تيّار كهربائي، امتصاص أشعّة الشمس في السائل). لذلك يمكن لتغيير الحرارة أن يشكّل مقياسًا متجانسًا لتغييرات من أنواع مختلفة في الطاقة. 

توصيات واستراتيجيات التدريس

نوصي في الخلفية العلمية بقراءة القطعة "ما الذي تغيّر؟ الطاقة كلغة" قبل تدريس هذا الدرس.

نوصي في هذا الدرس باستعمال التوجّه التاريخي- الدمج بين قصص من تاريخ العلم. استعمال قصّة التجربة يربط الطلّاب بعملية التفكير من الجانب التاريخي، ويتيح لهم أن يكونوا "شركاء" في عملية تفكير جول. بشكل عامّ، دمج قصص من تاريخ العلم يمنح شرعية لآراء مختلفة وتوجّهات خاطئة لدى الطلّاب كمرحلة في طريق تقبّل التوجّه العلمي المقبول.

تسلسل التدريس الموصى به للدرس الثاني:

يبدأ الدرس بطرح السؤال: "كيف يمكن تسخين ماء في الكأس بطرق مختلفة؟" أو بوصف مشاكل واقعية، مثل: "أردت هذا الصباح تسخين ماء لإعداد الشاي ولم يكن لديّ إبريق كهربائي. ماذا تقترحون عليّ أن أفعل؟" يمكن الافتراض أنّ الطلّاب سيقترحون التسخين بواسطة لهبة من مصدر ما ويمكن أن يقترحوا أفكارًا مبتكرة.

فعالية مفتاحية: بعد أن طرح الطلّاب بعض الأفكار، يجب أن تعرضوا أمامهم الأمثلة أو الصور التي في الملحق، وبحسب الحاجة يمكن استدعاء أحد الطلّاب في كلّ واحد من الأمثلة لقياس درجة الحرارة في البداية وبعد عدّة دقائق:

خلط الماء في الخلاّط بسرعة كبيرة.

وضع كأس الماء على عارضة الشبّاك المعرّضة للشمس (أو داخل فرن شمسي، أو سيّارة، أو في دفيئة).

ملعقة كهربائية داخل وعاء فيه ماء.

حان الوقت لعرض التجربة التي أجراها جول (انظروا الملحق)، والاستعانة بالتمثيل (تعليمات في الملحق)، بالمحاكاة الحاسوبية (الرابط:  http://demonstrations.wolfram.com/JoulesExperiment ) ، أو بشريحة صور لعرض المنظومة التي استعملها لإجراء تجربة تسخين السائل بواسطة سقوط الثقل.

إمكانية إضافية: جهاز "ميني جول" الذي يشمل بكرة وثقلاً ومقياس درجة حرارة يمكن إدخاله إلى البكرة وقياس تغيّر درجة الحرارة.

نطلب من الطلّاب وصف كلّ واحدة من الظواهر بكلماتهم، مع التطرّق إلى معظم التفاصيل. (يُفضّل عدم استعمال كلمة طاقة في هذه المرحلة).

نسأل الطلّاب: ما هو الاستنتاج الذي توصّل إليه جول، حسب رأيكم؟ أو: ما هو الاستنتاج الذي كنتم ستتوصّلون إليه لو كانت هذه هي النتائج التي حصلتم عليها في تجاربكم؟ نجري نقاشًا حول استنتاجات الطلّاب.

إجمال الاستنتاج: أدّت العمليات المختلفة التي حدثت فيها تغيّرات مختلفة إلى نفس النتيجة- التسخين أو ارتفاع درجة الحرارة. لذلك يمكن الحديث عن أمر مشترك بين هذه العمليات. الاسم المشترك لجميع عمليات التغيّر التي يمكنها أن تؤدّي إلى تغيير درجة الحرارة- الطاقة.

خلفية للمعلّم:

التوجّه الذي عرضناه يستدعي تطرّقًا تجريبيًا إلى قانون حفظ الطاقة (الذي سنتحدّث عنه في الدرس السادس): بما أنّ التغيّر في الطاقة هو مقياس لقدرة عملية ما على أن تؤدّي إلى تغيير درجة الحرارة، يمكن مبدئيًا قياس جميع تغيّرات درجة الحرارة التي تطرأ في العمليات المختلفة في منظومة مغلقة (منظومة ليس لها تأثيرات متبادلة مع البيئة الخارجية)، والاستنتاج من النتائج بالنسبة للتغيّر في الطاقة. نعلم من التجربة أنّ عمليات التغيّر لا تحدث وحدها. عندما يطرأ تغيّر ما، لا بدّ أن يرافقه تغيّر أو تغيّرات أخرى في الاتّجاه المعاكس. بعد إجراء قياسات كثيرة اتّضح أنّ مدى ارتفاع الطاقة في قسم من العمليات يُنقَص من مدى انخفاض الطاقة في عمليات أخرى (عندما نأخذ بالحسبان جميع عمليات التغيّر في المنظومة المغلقة). بما أنّ هناك حاجة لأجهزة قياس حسّاسة بشكل خاصّ لهذه القياسات، لن يمكننا تمثيلها في الصفّ، لكن يمكننا الاعتماد على قياس التغيّر في درجة الحرارة الذي أجريناه في الدرس السابق لتطوير فكرة أنّ القانون هو تجريبي.