גרפים וחשיבותם בהוראת הפיזיקה

לפי וקטור, מרתוזה וג'ימז (1976), במאמרם Construct validity of test items measuring acquisition of information from line graphs, תוצאות ממחקרים קודמים מראים שמורים לפיזיקה מדווחים לעתים קרובות שתלמידיהם לא יכלו להשתמש בגרפים לייצוג מציאות פיזיקלית . את סוגי הבעיות שיש לתלמידים בתחום זה נבדקו בקפידה וסווגו. כמה ממחקרים אלה הראו כי תלמידים הנכנסים לשיעורי מבוא לפיזיקה מבינים את הבנייה הבסיסית של גרפים, אך מתקשים ליישם את המיומנויות האלה למשימות שהם נתקלים במעבדה לפיזיקה.

בקינמטיקה יש גרפים של מיקום, מהירות ותאוצה בציר האנכי, שהם פונקציה של הזמן שהוא בציר האופקי. השגיאות הנפוצות ביותר שלתלמידים עושים כאשר עובדים עם סוגים שונים של גרפים הם, (1) חשיבה שהגרף הוא תמונה מילולית של המצב, (2) מבלבל בין המשמעות של השיפוע של קוו והגובה של נקודה על הקו. הראשון שבם עלול להתרחש כאשר תלמיד מתבקש לצייר גרף מהירות כפונקציה של הזמן לאופניים במורד גבעה, במעלה גבעה ולאחר מכן על כביש ישר. תלמידים רבים ציירו גרפים שגויים של מהירות שנראים כמו הגבעות והעמקים הנחצים על ידי האופניים. קל לראות איך נלקח הנתיב של האופניים בטעות כרמז בציור הגרף. במצב אחר, תלמידים התבקשו למצוא את השינוי המרבי בגרף ואז לפעמים הם מצביעים על הנקודה של הערך הגדול ביותר.

באופן כללי, לתלמידים יש קושי בלהפריד בין המשמעויות של גרפים מיקום, מהירות, תאוצה כפונקציה של הזמן. ללא קשר לסוג של שגיאות שתלמידים עושים, יש הסכמה כללית כי מרכיב חשוב בהבנת הקשרים הרלוונטיים בין המציאות והגרפים הוא היכולת לתרגם הלוך וחוזר בשני הכיוונים. ההכרה בחשיבות של מיומנויות בגרפים וההתעניינות האחרונה בפרשנות התלמידים לגרפים בקינמטיקה מובילה לצורך בהערכה של מיומנויות אלה.

דני ומישל (Danny & Michael, 1986 ), במאמרם, The construction and vali­dation of the Test of Graphing in Science (TOGS), כתבו על חשיבות הגרף במקצועות המדעים, היכולת לעבוד בנוחות עם גרפים היא מיומנות בסיסית של המדען. בניית גרף קווי  ופרשנות הן חשובים מאוד, כי הם חלק בלתי נפרד מניסויים שהם לבו של המדע. גרף המתאר את אירוע פיזי מאפשר הצצה למגמות אשר לא יכולות בקלות להיות מובנות בטבלה המכילה את אותם הנתונים .

 גרפים מאפשרים למדענים להשתמש במתקני זיהוי חזותיים רבי עוצמה כדי לראות מגמות ולזהות את ההבדלים הדקים בצורה ברורה. למעשה, יש כבר שטענו שאין שום כלי אחר סטטיסטי רב עוצמה להקלת זיהוי תבניות עם נתונים מורכבים, לסכם כמויות גדולות של מידע תוך מתן פרטים לפתרון.

פישנר (Beichner, 1995), היכולת להשתמש בגרפים עשויה להיות צעד חשוב לקראת מומחיות בפתרון בעיות. ההבדל המרכזי בין המומחה והטירון בפתרון בעיות בתחום מדעי הוא שיש לטירון הרבה פחות יכולת לבנות או להשתמש בייצוגים מדעיים.

אולי הסיבה המשכנעת ביותר להגביר את היכולת של התלמידים לפרש גרפים בקינמטיקה הוא השימוש הנרחב שלהם ככלי הוראה. מאז שגרפים הם חבילות יעילות של נתונים, הם משמשים כמעט כשפה על ידי מורי הפיזיקה. למרבה הצער, מחקר זה מצביע על כך שתלמידים לא משתפים ולא משתמשים באוצר מלים זה. 
Comments