מרכז משאבים וירטואלי בהוראת המדעים והמתמטיקה

הפריט מכיל תקצירי מאמרים אשר הוצגו בכנס באיטליה בשנת 2003, אשר עוסק בקשר שבין למידה ובידור - החל מההרצאות הנודדות ממקום למקום במאה ה-18 ועד לפופולריזציה של הפיזיקה (הצגתה באופן שמתאים לקהל הרחב) במאה ה-21.

המאמר עוסק במספר נושאים קונספטואליים ותיאורטיים המניחים את היסוד להצעה להשתמש בהסברים נרטיביים בהוראת המדעים: מהו נרטיב? מהו הסבר? ומהו הסבר נרטיבי(Narrative Explanation)? בניסיון לענות על שאלות אלו, אנו מפתחים מסגרת של אלמנטים נרטיביים ומאפיינים של הסברים נרטיביים. מוצגות שתי דוגמאות להסבר נרטיבי והן נבחנות תחת המסגרת שפותחה.

נרטיב הוא כנראה הצורה העתיקה והנפוצה ביותר לארגון של מידע וחוויה אנושית. על כן, זה לא מפתיע שקיים גוף משמעותי של מחקר בנושא נרטיב וחשיבותו לתפיסה והבנה. אחת מהתוצאות החשובות של גוף מחקר זה הוא הרעיון של אינטליגנצית נרטיב (Narrative Intelligence), הנטייה האנושית להתאים חוויה לתבנית של נרטיב. מחקר זה רלוונטי ביותר לחיפוש מידע (Information Seeking) באופן כללי ולהענקת משמעות (Sense-Making) באופן ספציפי (הענקת משמעות=התהליך של איך אנשים מפיקים ומבנים משמעות בעולם). המאמר מתאר את העקרונות הבסיסיים והמחקר התומך ברעיון של אינטליגנציית נרטיב והישימות שלו לאופן בו אנשים מעניקים משמעות לוידאו דיגיטלי (סרטוני וידאו, קטעי וידאו, קליפים וכו'). יוצגו תיאוריה ומחקר רלוונטיים בנושא של הענקת/הפקת משמעות (Sense-Making), תחליפים (Surrogates), נרטיב, ואינטליגנצית נרטיב. כמו כן, יוצגו תוצאות ראשונות לשני מחקרים שנערכו בנושא הנרטיב.

למרות העובדה שתוכניות לימוד רבות ברחבי העולם דורשות הכללה של הסטוריה ופילוסופיה של המדע, היישום בפועל של דרישה זו הוא נמוך מאד. מטרת פרויקט HIPST, הממומן ע"י האיחוד האירופי הינו לתרום לסגירת הפער הנ"ל. במאמר מתוארת מסגרת העבודה והרעיונות המנחים את פרויקט HIPST.

מטרת המאמר היא להציג את תוצאות קבוצת המחקר מגרמניה בפרוייקט ה- HIPST, פרוייקט אירופאי להערכה ופיתוח של Case Studies (= חקר מקרה, דוגמאות בודדות), עבור לימוד מדע עם היסטוריה ופילוסופיה, בדגש על פיזיקה. המאמר מתאר את שיטות ההוראה והלמידה אשר אומצו עבור ה- Case Studies (למשל: רפליקציה, כתיבה יוצרת, משחק תפקידים). בנוסף, מוצג רציונל עבור שיטת המחקר של פיתוח שיתופי (Collaborative Development). כמו כן, תוצג סקירה קצרה של המקרים שנחקרו (היסטוריה של טכנולוגית הקירור; גופים נעים/גופים בתנועה-מכניקה; היסטוריה של החשמל במאות 17-18; המטוטלת של גלילאו).

המאמר דן במונח "אלקטרון" ובהתייחסות לקיומו במציאות. בשנת 1871, המונח החל לצוץ ככזה המתייחס לישות אמיתית, עם עבודתו של ורלי (Varley) על קרניים קתודיות(Cathode Rays). למרות זאת, היו עדיין קולות שטענו כי אלקטרון אינו קיים במציאות המששית. למשל, פיליפ לנרד (Philipp Lenard) אשר הכחיש את קיום האלקטרונים במציאות בנאום קבלת פרס הנובל שלו בשנת 1906. הפילוסוף איאן הקינג טען שברוב המדעים הניסויים מגיעים לנקודת זמן בה ישויות שעברו מניפולציה ניסויית נעשות ל"אמיתיות" עבור המדענים. נקודות המבט של מדענים ופילוסופים של המדע על המציאות של חלקיקים בסיסיים נדונה רבות בספרות, אבל, הדעות והאמונות של סטודנטים למדע בנושא זה לא נדונו במידה משמעותית בספרות. במאמר מוצג מחקר שנערך על סטודנטים לפיזיקה בו נמצא כי יש להם דעות דומות לדעות של המדענים על קיום האלקטרון במציאות. החוקר מציע להשתמש בחומר היסטורי ע"מ לסייע לסטודנטים למדע לפתח פרספקטיבה יותר מהורהרת/מלאת מחשבה על נושאים מסוג זה.

המאמר מבוסס על הנסיון לחזור עם סטודנטים לתואר ראשון אחר ניסויי מדידות של מהירות האור שנערכו בשנים 1856 ו-1862 ע"י פוקו, בעזרת טכניקת המראה המסתובבת. "שאלות טובות" עולות באופן טבעי ומובילות לדיון מעמיק על המוטיבציות למדידות ספציפיות במדע ולביקורת על הניסויים ה"קריטיים" לכאורה, אשר אמורים להכריע בין תאוריות מנוגדות. למשל, דילמת חלקיקי הגל ממאות 17 עד 19 והתפקיד החדש של מהירות האור לאחר שנת 1862. במאמר יש דיון הכולל נקודות מבט חינוכיות, אקספרימנטליות, תאורטיות ואפיסטמולוגיות.

הרעיונות העיקריים של תאוריית הקוונטים ותאוריית היחסות בדר"כ רק נרמזים בפיזיקה של תיכון (תלמידי י"ב). המאמר מתאר את השורשים ההיסטוריים של עבודות איינשטיין: מדובר בשני ניסויי חשיבה (TEs- thought experiments) של גלילאו אשר היו בסיסיים ל"תיאורייה המיוחדת של היחסות" (STR-Special Theory of Relativity). לאחר מכן נדגים את השימוש בניסויי חשיבה אשר הוביל למסקנות מתוך מאמרו של איינשטיין משנת 1905, מה שהיום מכונה "התיאורייה המיוחדת של היחסות". נסיק מסקנות עם ניסוי החשיבה הנוגע ביסודות "התיאוריה הכללית של היחסות" (GTR- General Theory of Relativity). נטען כי ניתן להכניס את ניסויי החשיבה שהוצגו לתכנית הלימודים של פיזיקה בכיתה י"ב או בשנה הראשונה בקולג', תוך הבנה שההיבט הסיפורי או הרקע ההיסטורי לניסוי החשיבה הוא תנאי הכרחי אך לא מספיק להצגה מוצלחת של ניסויי החשיבה.

החינוך המדעי הוא תהליך של סוציאליזציה (חיברות) לקהילה המדעית. בתהליך זה, מוצגים ללומדים הידע המדעי, דרכי חשיבה והתנהגות, סגנון שיח, קודים של התנהגות, ערכים, היסטוריה ומסורת. מורים בבי"ס יסודי (כיתות א'-ו') אולי לא ירגישו שהתהליך הזה מספיק מוטמע בהם כך שיוכלו לשמש כמדריכים העוזרים לילדים להבין את הרעיונות, הסמלים והמוסכמות הספציפיים (וכו') האלה. השימוש ביומנים ויומני מסע של המדען וציד הלוויתנים, קפטן ווילאם סקורסבי ג'וניור, בהקשר של המחקר שהתחיל ע"י פלינסקר, פורד ומגנוסון, יראה כי חומרים היסטוריים מסוג זה יכולים לסייע למורים ולומדים להשיג כמה מהמטרות האלה.

המאמר עוקב אחר ההיסטוריה של עריכת ניסויים בהוראת המדעים ומתוך הכוונה להדגים את שורשי המערך הניסויי הקפדני שתוצאתו בסגנון ההוראה של "חקירה במעבדה" (“Laboratory-Inquiry"). בסגנון הוראה של חקר מעבדה יש הרצאה בה מוצגים המונחים, המאפיינים והתנהגות התופעה וכן נגזרות המשוואות שיש לפתור. במעבדה, הפרוצדורות נכתבות בגליונות עבודה המפרטות כל שלב ע"מ להבטיח שהניסוי יעבוד ויראה את התוצאה ה"נכונה". למרות שהתלמיד מכיר את התוצאה בטרם ערך את הניסוי, הניסוי למעשה "מוכיח" שהחוקים הם נכונים. גישה חלופית לעריכת ניסויים הינה של ג'רלד רות'רפורד אשר הבחין בין חקירה שהיא טכניקה ("Inquiry as Technique") לבין חקירה שהיא תוכן ("Inquiry as Content"). בחקירה שהיא תוכן, המושגים המדעיים מובנים רק בהקשר של איך שהם הגיעו ושל המחקר הנוסף שהם יזמו. הוא גם הוסיף שההתקדמות לקראת הוראת המדעים כחקירה תישאר בלתי מוצלחת אם המורים לא יטפחו הבנה בהיסטוריה ובפילוסופיה של המדע. במאמר הכותב ידגים כיצד ניתן להשתמש בנרטיב היסטורי כדי להשיג את המודל של רות'רפורד של חקירה כאמצעי לעזור לתלמידים להתמודד לא רק עם מניפולציה של אובייקטים אלא גם עם מניפולציה של רעיונות. כמו כן, הכותב יטען כי גישה מסוג זו תטפל טוב יותר בבעיות ההוראה והבנת הטבע של המדע.