פיזיקה ותעשייה

צוות התכנית

פרופסור בת שבע אלון.

ד"ר רמי אריאלי

ד"ר דורותי לנגלי

סטודנטים שביצעו עבודות מחקר על הפרויקט

שי סופר

צביקה אריכא

צוות מחקר ופיתוח

ד"ר דורותי לנגלי

ד"ר רמי אריאלי

צביקה אריכא

תוכנית "פיזיקה ותעשייה" – יעדים ודרכי ביצוע

מהי תוכנית "פיזיקה ותעשייה"?

תוכנית "פיזיקה ותעשיה" הינה תוכנית חדשנית, שמטרתה לקשר בין תלמידי החטיבה העליונה המתמחים בפיזיקה, לבין עולם התעשיות עתירות הידע (כמו התעשייה האלקטרו-אופטית), המתפתחות בקצב מהיר, תוך היענות לצרכים בתחומים מגוונים כמו בטחון, תקשורת ורפואה. התוכנית פותחת בפני התלמידים אשנב לעולם מעניין של התמודדות עם אתגרים עכשוויים, מבהירה את תפקידיו של המדען בתעשייה, מפגישה את התלמידים עם מהנדסים פעילים ועם פיתוחים חדשניים, מקנה להם ידע פיזיקאלי תיאורטי ויישומי ומאפשרת להם התנסות בפתרון בעיות פיזיקאליות, הדומות לבעיות המטרידות את אנשי מחלקות המחקר והפיתוח בתעשייה. במסגרת התוכנית מבצעים התלמידים (בדרך כלל בזוגות) פרויקט של פיתוח דגם המהווה מענה טכנולוגי לבעיה הנדסית. פיתוח הדגם מבוסס על לימודי הפיזיקה בביה"ס, בתוספת נושאים מתקדמים בפיזיקה, שנלמדו במסגרת התוכנית. כמו-כן, לומדים המשתתפים כיצד ליישם רעיונות של "חשיבה המצאתית שיטתית", לפתרון בעיות טכנולוגיות בגישה חדשנית, שפותחה במחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן למדע. גישה זאת מיושמת כיום במפעלי תעשייה רבים בארץ ובעולם. למי מיועדת התוכנית? התוכנית מיועדת לתלמידי כיתה י"א בעלי יכולת לימודית טובה, הבוחרים בפיזיקה כמקצוע מוגבר, מתעניינים ביישומים טכנולוגיים, ומוכנים להשקעה רצופה של זמן ומאמץ. תוכנית "פיזיקה ותעשייה" במסגרת לימודי הפיזיקה תוכנית "פיזיקה ותעשייה" בכיתה האזורית מנוהלת על ידי המחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן למדע ומכון דוידסון לחינוך מדעי. תוכנית זו, שאושרה ע"י מפמ"ר הפיזיקה במשרד החינוך, מזכה את התלמידים העומדים בה בהצלחה ב- 2 יח"ל (מתוך 5 יח"ל), בבחינת הבגרות בפיזיקה. התלמידים הנבחנים במסגרת התוכנית פטורים מבחינת הבגרות במעבדה ומבחינת הבגרות בפרק "קרינה וחומר" (לפי הסילבוס החדש). הפטור מהבחינות אינו מקנה פטור מנוכחות בשיעורים, ביצוע מטלות שוטפות, הכנת דוחות מעבדה והשתתפות במבחני הכיתה. עם זאת, מורה הכיתה משחרר ממטלות או מבחנים, על פי שיקול דעתו. קיימת אפשרות לביצוע פרויקט מורחב, כולל בקרה אלקטרונית ותצוגה, ולהבחן בעבודת גמר במסלול הטכנולוגי, ברמה של 5 יחידות לימוד. במקרה זה על התלמיד להיבחן עם כיתתו במבחני הבגרות בפיזיקה 5 יחידות לימוד. כיצד מתבצעת הלמידה במסגרת התוכנית? כל מחזור של התוכנית מתבצע במשך כ 15 חודשים. הפעילות מתבצעת במכון דוידסון שבמכון ויצמן, בכיתה אזורית ובה תלמידים מבתי ספר שונים. עיקר הפעילות מתבצעת במפגשים הנערכים במכון דוידסון אחת לשבועיים, במשך 3 שעות. בין המפגשים מתבצעת עבודה עצמית בשיטה מתוקשבת. בנוסף לכך, מתקיימים ימים מרוכזים אחדים בחופשות בית הספר. ההדרכה בתוכנית "פיזיקה ותעשייה" מתבצעת בשיתוף פעולה בין מורים מהמחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן, מהנדסים של חברת אל אופ תעשיות אלקטרו-אופטיקה, מומחה ל"חשיבה המצאתית שיטתית" ומורי התלמידים. הטיפול האישי בתלמידים מופקד בידי "מחנכת" המרכזת את הקשר עם התלמידים, מוריהם והוריהם. ביצוע הפרויקטים נתמך גם על ידי טכנאי מעבדה מומחים, המסייעים לתלמידים בביצוע הפעילויות השוטפות ובבניית הדגמים. התכנים הפיזיקאליים הכלולים בתוכנית הם מתחום האופטיקה והאלקטרואופטיקה, לפי הפרוט הבא: אופטיקה גיאומטרית, מושגי יסוד בתורת הגלים, אור כגל אלקטרומגנטי, אפיון מקורות אור מסורתיים וחדשניים (כולל לייזר ודיודות פולטות אור), קישור בין האור הנפלט לבין רמות האנרגיה בחומר, המודל הדואלי של האור, אינטראקציות בין קרינה וחומר, ואפיון גלאים וחיישנים שונים. ביצוע הפרויקט מתבסס על יישום תכנים במכניקה וחשמל שנלמדים במסגרת שעורי הפיזיקה בבית הספר. דרכי ההוראה כוללים הרצאה והדגמה, ביצוע ניסויים מודרכים וחקרניים במעבדה, בתוכנות הדמיה ובמעבדה מבוססת מחשב. התלמידים מקבלים חומרי למידה מודפסים, ספרים ותוכנות נדרשות. לפי הצורך, יכול התלמיד להשאיל ציוד מעבדה לפעילות בבית. העבודה העצמית השוטפת והכנת הפרויקט הסופי מתבצעת בזוגות שמתגבשים על בסיס בחירה חופשית של התלמידים. הפרויקט הסופי מתבצע ע"י זוגות תלמידים, בהנחיה צמודה של צוות ההדרכה. התלמידים בוחרים בעיה טכנולוגית, מנתחים אפשרויות לפתרונה, בוחרים דרכים למימוש הפתרון הנבחר, מבצעים ניסויים מתאימים ובונים "דגם פועל". במהלך עבודתם מכינים התלמידים תיק עבודה, המוגש כתוצר שלהם. בסיום התוכנית נבחנים התלמידים בע"פ על הפרויקט שביצעו על ידי בוחנים של משרד החינוך ובנוסף משיבים על שתי שאלות בכתב על החומר שנלמד במסגרת הקורס, על פי סילבוס שנמסר מראש. חלקים משמעותיים של התקשורת הניהולית, הצגת מטלות ומסירת עבודות מתבצעים בתקשוב בפורום ייחודי ובאמצעות הדואר האלקטרוני.

בסיכום ההשתתפות בתוכנית "פיזיקה ותעשייה" מהווה חוויה מהנה ומעצימה. ההשתתפות בתוכנית "פיזיקה ותעשייה" כרוכה אמנם בהשקעה של זמן ומאמץ, אך היא מעניקה הזדמנות ללמידה של תכנים, כלי חשיבה ומיומנויות טכנולוגיות המזניקים את התלמיד והתלמידה קדימה לעבר עתיד מקצועי במגוון תחומים.

פרסומים

Papers presented at scientific meetings & published in proceedings

Accepted for publication in journal

  • D. Langley, Y. Zadok, R. Arieli, Exploring spatial relationships: A strategy for guiding technological problem solving. J. of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems (JAMRIS) July 2013, Proc. 4th Int'l. Conf. on Robotics in Education (RiE2013)

Abstracts

  • D.V. Langley, R. Arieli, B. Eylon, Mini-projects: Bridging the gap between school knowledge and model design, 2006 AAPT Summer Meeting: Syracuse, NY, USA, 22-26 July 2006
  • D. Langley, R. Arieli, Building the concept of colours of light, GIREP-EPEC Conf. – Frontiers of Physics Education, Opatija 200726-31 August 2007 [poster]
  • D.V. Langley, R. Arieli, Fostering a view of optical systems as products of design-based problem solving, GIREP 2008 Conf. – Physics Curriculum Design, Development and Validation, Nicosia, Cyprus, 18-22 August 2008 [poster]