פתרון בעיות בפיסיקה בקבוצות

1. פתרון בעיות בפיסיקה בקבוצות • שלבים בפתרון בעיה בפיסיקה • יתרונות של פתרון בעיות בקבוצות • מודלים לשילוב עבודה בקבוצות עם דיון כיתתי • מענה להסתייגויות לגבי למידה בקבוצות ד"ר גלית בוצר, המרכז לקידום ההוראה, חורף תשע"ב

2. כיצד מומחה פותר בעיה בפיסיקה? מיקוד הבעיה:מה קורה פה? מהם האובייקטים המעורבים?מה נדרש לחשב/ להסביר? ניתוח המצב הפיסיקלי:זיהוי עקרונות פיסיקליים שבבסיס הבעיה, זיהוי אובייקטים פיסיקליים וקשרים ביניהם, ייצוג האובייקטים והקשרים באמצעות תרשים או גרף, זיהוי המודל הפיסיקלי המתאים, זיהוי תנאי שפה/ תנאי התחלה, אילו הזנחות בוצעו - האם הן מוצדקות? תכנון הפתרון:תכנון שיטתי של הפתרון בדיקת הפתרון: בדיקת יחידות, האם הפתרון אפשרי מבחינה פיסיקלית (פסילת פתרונות שאינם פיסיקליים)

3. אסטרטגיות פתרון של סטודנטים בקורסי יסוד בפיסיקה Students in introductory physics courses typically begin to solve a problem by plunging into the algebraic and numerical solution -- they search for and manipulate equations, plugging numbers into the equations until they find a combination that yields an answer (e.g. the plug-and-chug strategy). They seldom use their conceptual knowledge of physics to qualitatively analyze the problem situation, nor do they systematically plan a solution before they begin numerical and algebraic manipulations of equations. When they arrive at an answer, they are usually satisfied -- they rarely check to see if the answer makes sense. Ken and Pat Heller, University of Minnesota

4. דוגמא מספר 1

5. פתרון אישיפתרון קבוצתיפתרון במליאה • אפשרות להשוות את הפתרון עם עמיתים • טעות הינה הזדמנות חשובה ללמידה. שיח קבוצתי מאפשר זיהוי תפיסה שגוייה של מושגים/ עקרונות והחלפתה בתפיסה המדעית המקובלת . • הצדקת פתרון נכון מחדדת את ההבנה של הסטודנט • הזדמנות לדון וללבן היבטים נקודות לא ברורות • הכרת דרכים שונות לפתרון • בדיקה משותפת של הפתרון

6. שלבים בפתרון בעיה בפיסיקה

7. דוגמא מספר 2 **תזכורת:כוח לורנץ על חלקיק טעון הנע בשדה מגנטי בניצב לכיוון השדה BVQ

8. שלבי הפתרון מיקוד הבעיה או מה קורה פה? התהליך המתואר בבעיה:כדור טעון חשמליתנע אופקית משמאל לימין. התנועה בשדה מגנטי שכיוונו יוצא מהדף שרטוט תרשים המציג את המערכת הפיסיקלית (נתון בבעיה) מה צריך לחשב? מהירות ההתחלתית של הכדור אסטרטגיה איכותית לפתרון:באילו עקרונות פיסיקליים ניתן להשתמש?איזו אינפורמציה דרושה כדי למצוא את מהירות הכדור? • כוח לורנץ • משוואת כוחות

9. ניתוח המצב הפיסיקלי • שירטוט תרשים הכולל את הגדלים הפיסיקליים שיש לחשב תרשים כוחות • בחירת מערכת צירים מתאימה (כאן טריוואלי- חישוב כוחות לאורך הציר האנכי) • זיהוי קשרים בין הגודל שיש לחשב ובין הגדלים הנתונים בבעיה • בדיקת הזנחות שבוצעו – האם הן מוצדקות (הזנחת שדה מגנטי של כדור הארץ)

10. תכנון שלבי הפתרון זיהוי נוסחה (קשר כמותי)הכוללת את הגודל שיש לחשב. הנוסחה לחישוב כוח לורנץ קושרת בין הכוחות הפועלים על הכדור ומהירות התנועה האופקית מחוקי ניוטון נשווה כוח הגרביטציה לכוח המגנטי ומכאן נחלץ את Vo כתיבת המשוואות המתמטיות BVq=mg

11. ביצוע הפתרון הצבת הגדלים המספריים במשוואות וחישוב המרת יחידות במידת הצורך

12. בדיקת הפתרון • האם הפיתרון נראה הגיוני?האם הפיתרון פיסיקלי? • האם התשובה מתאימה לתיאור האיכותי שנבנה בתחילת הפיתרון? • האם היחידות המתקבלות מתאימות? • בדיקת מקרי קצה

13. פתרון בעיות בקבוצות בשילוב דיון כיתתימודלים לעבודה סטודנטים פותרים בעיות בקבוצות פונים למתרגל כשנתקלים בבעיה שילוב של פתרון בעיות בקבוצות ודיון כתתי דיון כתתי בפתרון בעיה בהנחיית המתרגל פתרון הבעיה בשלמותה: הסטודנטים עובדים בקבוצות על הבעיה בשלמותה, תוך יישום חמשת שלבי הפתרון. המתרגל מקצה זמן לפתרון הבעיה בשלמותה ובתום הזמן עורך דיון כתתי פתרון הבעיה בשלבים: הסטודנטים עובדים בקבוצות על שלב נתון (לדוגמא מיקוד הבעיה), המתרגל מקצה זמן לעבודה קבוצתית על כל שלב ובתום הזמן עורך דיון כיתתי

14. הסתייגויות לגבי למידה בקבוצות

15. כאשר סטודנטים פותרים בעיה בקבוצות, ללא 'פיקוח' המורה, הם עלולים להפעיל תפיסות שגויות עבודה בקבוצות דווקא מאפשרת לסטודנטים להתגבר על תפיסות שגויות בשל ההזדמנות לשיח בין חברי הקבוצה. קיום דיון כיתתי לאחר שלב העבודה בקבוצות יאפשר זיהוי וטיפול בתפישות שגויות. לעומת זאת בגישה המסורתית כשהמורה מציג פתרון 'נכון' על הלוח, אין לו כלל אפשרות "להיכנס לראש של הסטודנטים"ולזהות תפיסות שגויות

16. כאשר עובדים בקבוצות קצב העבודה איננו אחיד. חלק מהקבוצות יסיימו מהר ואחרות לאט יותר הדבר גורם לבזבוז זמן עבור הקבוצות המהירות יותר אכן קצב העבודה איננו אחיד. לכן מומלץ להכין פעילות נוספת לקבוצות המהירות- למשל הרחבה של הבעיה לעומת זאת בגישה המסורתית, אם המתרגל פותר על הלוח בעיה וחלק מהסטודנטים כבר יודעים את הפתרון הדבר גורם עבורם לבזבוז זמן גדול בהרבה

17. עבודה בקבוצות גוזלת זמן רב, לכן ניתן 'לכסות' פחות חומר אכן עבודה בקבוצות דורשת השקעה של זמן. המטרה הינה לבנות הבנה טובה של מושגי יסוד, והבנה מעמיקה של דרכי החשיבה של פיסיקאי מומחה. לעומת זאת בגישה המסורתית, כמות החומר ש"מכסים"תלויה בקצב הדיבור והכתיבה של המורה. אך הדבר איננו מבטיח מעורבות אינטלקטואלית של הסטודנטים בתהליך פתרון הבעיה

18. סיכום מחקרים בהוראת הפיסיקה בחינוך הגבוה מראים כי פתרון בעיות בקבוצות קטנות הינה אסטרטגית למידה יעילה, המזמנת לסטודנטים אפשרות לבנות ידע מושגי בפיסיקה באוניברסיטאות רבות בעולם (MIT, Harvard, Arizona state University, Georgia Southern University, University of Minnesota) קיימת מגמה לערוך רפורמות בקורסי יסוד רבי משתתפים בפיסיקה ולכוון ללמידה פעילה. אחד המודלים הוא Physics Studio, המדגיש למידה פעילה ופתרון בעיות בקבוצות, כאשר צוות ההוראה מדריך ומנחה את הסטודנטים הוראה המשלבת פתרון בעיות בקבוצות קטנות מעמידה בפני המורה אתגרים צוות המרכז לקידום ההוראה עומד לרשותכם כדי לתמוך ולסייע בתהליך! גלית בוצר bbgalit@tx.technion.ac.il

19. חדשנות בהוראת הפיסיקה בעולם

20. משאבי למידה הרצאות וידאו MIT open courseware מאגר פתוח המאפשר גישה חופשית לתקצירי הרצאות, מבחנים, תרגילים והרצאות וידאו ומקיף כמעט את כל הקורסים בלימודי הסמכה ולימודי מוסמכים הניתנים בMIT .

21. הדמיות ממוחשבות

22. חקר סימולציה Harmonic Resonance

23. שיטות הוראה המבוססות על מחקרים בהוראת הפיסיקהPER- physics Education Research Misconceptions can occur when priorknowledge and belief are in conflict with scientific knowledge. e.g. Halloun & Hestenes (1985), McDermott & Redish (1999)

24. FCI-Force Concept InventoryHalloun & Hestenes (1985), Am. J. of Physics

25. הבנה מושגית של סטודנטים בקורסי הסמכה בפיסיקה Eric Mazur, MIT. “ The first warning came when I gave the test to my class and a student asked `Professor Mazur, how should I answer these questions? According what you taught us, or by the way I think about these things?' While baffled, I did not get the message quite yet. The results of the test, however, where undeniably eye-opening: the students fared hardly better on the Hestenes test than on their midterm examination on rotational dynamics. Yet, I think the Hestenes test is simple --- yes, probably too simple to be considered seriously for a test by many of my colleagues --- while the material covered by the examination (rotational dynamics, moments of inertia) was, in my opinion, of far greater difficulty”

26. Peer instruction class Mazur, MIT A typical Peer Instruction class • short (~10 minute) presentation that focuses on key points. • (~5 minute ) qualitative multiple-choice questions that give an opportunity for students to explain their reasoning to one another • an explanation of the correct answer by the instructor Upon seeing a tally of student answers, the instructor can decide whether to elaborate on the topic or proceed to something new.

27. Think Pair Share Procedure

28. למידה שיתופית, למידה בקבוצות Howe et al (1992), Springer et al (1999), כיתת סטודיו בפיסיקה – אוניברסיטת אלינוי למידת קורסי יסוד בפיסיקה תוך כדי פיתרון בעיות בקבוצות קטנות תרמה לשיפור ידע מושגי ואסטרטגיות של פתרון בעיות

29. Technology Enabled Active Learning MIT .

30. Predict-Observe-Explain

31. תודה על ההקשבה!