הקדמה

פתרון בעיות הוא מרכיב חשוב בהוראת מתמטיקה ומדעים ומובן מאליו שרצוי להציג ללומדים בעיות בדרגות קושי שונות, מהפשוט למורכב. אולם, כיצד אנו מאפיינים את רמת הקושי של שאלה או בעיה? בספרות החינוך מפורסמת מאוד הטקסונומיה של בלום, הכוללת את שש הדרגות הבאות: ידע, הבנה, יישום, אנליזה, סינתזה, הערכה. אולם, טקסונומיה זאת זכתה לביקרת רבה, בין היתר בגלל שהדרגות השונות בטקסונומיה אינן מתייחסות לידע ולניסיון הקודם של הלומד בלימוד אותו נושא. לפיכך, אותה שאלה או בעיה יכולה להיות קלה מאוד ללומד אחד וקשה מאוד ללומד אחר.

טקסונומיה של פתרון בעיות בפיזיקה PPST

במסגרת מחקר הדוקטורט של לריסה שכמן במחלקה להוראת המדעים והטכנלוגיה, פיתחנו טקסונומיה של פתרון בעיות בפיזיקה ( Physics Problem Solving Taxonomy - PPST) שעשויה להתאים גם להוראת נושאים אחרים במדעים. הטקסונומיה PPST כוללת את 5 הדרגות הבאות:

1. אחזור - בעיה המוכרת ללומד. עליו לזהות את השאלה ולשלוף את הפתרון מזכרונו.

2. אבחון - בעיה מסוג המוכר ללומד. עליו לזהות את הדומה והשונה בין בעיה או שאלה נתונה לבין דוגמאות שמוכרות לו ולבחור את דרך הפתרון.

3. אסטרטגיה - בעיה שאפשר לפתור במספר דרכים. על הלומד לבחור באופן מושכל בדרך הפתרון המתאימה ביותר, כגון פתרון גרפי או אלגברי, הקצנה, השוואה עם ערך גבולי.

4. הסבר קונספטואלי - על הלומד לנתח תופעה חדשה עבורו בהתבסס על עיקרון או מספר עקרונות פיזקאליים ולהציג פתרון לוגי מנומק. בשאלות רבות בפיזיקה על התלמיד לחקור את ההשפעה של שינוי פרמטרים במערכת זה על זה, כגון כיצד שינוי התנגדות של צרכן במעגל חשמלי מעורב ישפיע על ההספק של צרכן אחר. על הלומד להסביר את התופעה על בסיס העקרונות הפיזיקאליים במעגלים חשמליים.

5. יצירתיות - פתרון בעיה בדרך חדשה ומקורית שהלומד יוצר בעצמו.

האיור הבא ממחיש כי כל דרגה בטקסונומיה מכילה, במידה מסוימת, את הדרגות הנמוכות יותר

הוראה המפתחת חשיבה

בעבודה עם מורים בשדה ובהשתלמויות לצורך הטמעת השימוש ב PPST, זיהינו מספר מאפיינים של שיעורים המכוונים לפיתוח רמות חשיבה גבוהות, כגון:

• שילוב משימות אתגריות , הקצבת זמן לחשיבה, התייחסות עניינית ולא שיפוטית לדעות התלמידים.

• שימוש באסטרטגיות המכוונות לפיתוח החשיבה, כגון: בקשת הסבר התלמידים לפני הסבר המורה, יצירת מצבים בהם התלמידים מנסים לשכנע זה את זה, דיון עם התלמידים על דרכי פתרון שונות, ניבוי תוצאות ניסוי או פתרונות תיאורטיים ונימוקם, התייחסות למשמעות הפיזיקאלית של התוצאות ומושגים.

• שימוש באסטרטגיות הוראה המכוונות לפיתוח החשיבה המטא-קוגניטיבית, כגון, שכלול תשובות התלמידים, דיון בבחירת כלים המתאימים לפתרון, דיון בקשיים או בתפיסות שגויות בנושא.

• דגש על חשיבה קונספטואלית, על ידי שימוש בשאלות כגון "מהי המשמעות של...?" "למה חשוב...?" "מהו הבדל בין...?", "מה לפי דעתכם יקרה ולמה אם...?", "מה צריך לשנות כדי..."

• הכוונת תלמידים לשימוש נכון בשפה פיזיקאלית ובקשה לנמק כל טענה בהתבסס על עקרונות פיזיקאליים.

מצד שני, זיהינו גם מאפיינים של שיעורים המנציחים שימוש ברמות חשיבה נמוכות, כגון:

• הצגת פרטי ידע ופתרונות מוכנים מוכנים ממראש, בהם על התלמידים "להבין" מה המורה עושה ולזכור זאת.

• הצגת פתרונות לבעיות ללא נימוקים, כאילו הם מובנים מאליהם ללא תהליך חשיבה שמוביל לפתרון.

• הצגת שאלות ובעיות שאינם מאתגרים תלמידים, או הצגת פתרונות מוכנים מראש לשאלות אתגריות.

• שיתוף תלמידים בשיעור על ידי שאלות ברמות חשיבה נמוכות לפי PPST (כגון אחזור): "אתם זוכרים את הנוסחה?", "מה המכשיר מודד?" וכדומה.

• בשיעור המורה מדבר רוב הזמן, מפנה מעט שאלות לכיתה ומסתפק בתשובות קצרות, ללא נימוק וללא שיתוף תלמידים אחרים.

• המורה מתייחסי רק מעט לקשיי של התלמידים, לתפיסות שגויות שלהם ולטעויות נפוצות בנושא הנלמד.

מסקנות

בצד התיאורטי, המחקר הנוכחי עשוי לתרום נדבך ידע משמעותי לספרות המחקרית על פיתוח החשיבה בהוראת הפיזיקה. הטקסונומיה של פתרון בעיות בפיזיקה PPST שפותחה במחקר עשויה לשמש להגדרת מטרות הוראת הפיזיקה, הבנת תהליכי הוראה, למידה והערכת ההישגים של התלמידים במקצוע זה. בצד המעשי, הידע שהצטבר במחקר זה עשוי לסייע לפיתוח חומרי הוראה ולמידה של פיזיקה, הכשרת פרחי הוראה, פיתוח מקצועי של מורים לפיזיקה והערכת ההישגים של התלמידים ברמת בית הספר ובמישור הארצי.