החל משנת הלימודים תשע"ז יפתח מסלול לימודים בפיסיקה מחקרית. לימודי פיסיקה מחקרית מבוססים על פרוייקט חקר שנתי המבוצע באופן עצמאי על-ידי תלמיד בליווי מנחה. פרוייקט החקר מיועד להיות בתחום המקורב של הסטודנט, כלומר להתבסס על פיסיקה ברמה הנלמדת במסגרת תכנית הלימודים בפיסיקה 5 יחידות, ומעט נעבר לנלמד בתכנית הלימודים הרגילה. תפקיד המנחה הוא לתת לתלמיד סביבת לימודים בטוחה בתוך החופש האין סופי הניתן לו מבחינת נושא המחקר, רוחב המחקר, ועומק המחקר. מטרת התכנית לכיתה יוד היא לתת לתלמיד את המיומנויות הדרושות לבצע את פרוייקט החקר במהלך כיתה י"א, ולכתוב ולהציג אותו במהלך כיתה י"ב.

ידע וכישורים

המיומנויות הדרושות לצורך ביצוע החקר נחלקות לשתיים: ראשית, ידע הנרכש בלימודי הפיסיקה והמתמטיקה המקובלים, וכישורים ומיומנויות ספציפיות לחקר. הידע והכישורים הבסיסיים הם אלו המופיעים בתכנית הלימודים לפיסיקה 5 יחידות לימוד, כפי שמתפרסם על-ידי מפמ"ר פיסיקה. הכישורים אותם יש לפתח לצורך חקר בפיסיקה לפי המכון לפיסיקה הם (תרגום חופשי ):

עבודה עצמאית – היכולת לעבוד ללא צורך בהשגחה רציפה.
חשיבה ביקורתית – היכולת להעריך ולשפוט מידע, ולהסיק מסקנות.
פתרון בעיות – היכולת לעבוד ללא פתרון ידוע מראש. יצירה עצמאית של פתרון.
תקשורת מדעית – היכולת להציג את התוצאות לקבוצת השווים , ולדון עימם בתוצאות.
יוזמה – היכולת לקבל החלטות ולפעול על-פיהן, ללא שיהוי לקבלת הסכמה מהמנחה (ודיווח רטרואקטיבי על החלטות ופעולות אלו).

בנוסף ניתן לציין כישורים רבים אחרים בהם יש צורך לעיתים קרובות בעבודות חקר בפיסיקה. הרשימה הבאה אינה מתיימרת להיות רשימה מלאה, אלא להיות רשימה צומחת, עם צבירת הניסיון וקבלת משובים לאורך השנים. כמו כן-לכל אחד מהם מתפצל לענפים, כאשר לא תמיד יש צורך בכולם.

תכנון מערכת ניסוי
בניית מערכת ניסוי
- עיצוב ידני
- נגרות
- קדיחה
- ניסור
- חיתוך מדוייק
- שימוש בברגים ומסמרים
חרטות וכרסמות
הדבקה
חיתוך ועיצוב בקרטון
כיפוף ועיצוב תייל
מדידות
- שימוש במולטימטר
- שימוש באוסילוסקופ
- שימוש במד זחיח (קליבר)
- שימוש במצלמה
- שימוש בחיישנים של טלפון סלולרי או מחשב לוח
- שימוש כרטיס קול
עיבוד נתונים
שימוש בגיליון אלקטרוני
- הכנסת משוואות
- הצגה גרפית
- בניית מודלים
תכנות
ניתוח שגיאות
הצגת נתונים
כתיבת דוחות
הצגה בע"פ
הכנת מצגת

כישורים אלו ניתן לפתח אך-ורק על-ידי עשיה של התלמיד עצמו. לכן הפעילויות תהינה מוכוונות כישורים אלו, והידע התואם לדרישות תוכנית הלימוד בפיסיקה מגיע במקום השני.

מבנה שיעור

מטרת מערך השיעור היא לתת למורה מסגרת עבודה בטוחה. מורה מנוסה יכול להרחיב ולשנות את מערך השיעור בהתאם לנסיונו. כמו כן, כל מורה מוזמן לשתף את עמיתיו בניסיונו האישי (מה עובד, מה דורש שיפור, איזה שינויים הכניס ומה היו התוצאות). את מערכי השיעור נעדכן בהתאם למשובים שיתקבלו מהמורים. כל שיעור מבוסס חקר הוא שיעור פתוח. מאחר ואחת מהמטרות היא פיתוח כישורים של עבודה עצמאית, פתרון בעיות, ויוזמה, תפקיד המורה שונה מתפקידו בשיעור פרונטלי רגיל. מבנה שיעור באופן כללי הוא:

הצגת בעיה על-ידי המורה
הצגת אמצעים על-ידי המורה
עבודה עצמאית של התלמידים
הצגת התוצאות ודיון
רפלקציה

הצגת הבעיה

בשלב זה המורה מציג את מטרת המחקר או הפרוייקט. לדוגמה: למצוא את הקשר בין אורך צלעות משולשים דומים, למצוא את הקשר בין אורך הגומיה למשקל התלוי עליה, לגלות מה משפיע על תדר התנודה של מטוטלת, להרים משקולת של 100 ק"ג...

הצגת האמצעים

בניגוד לפרוייקט חקר לבגרות, בו התלמיד מאתר את האמצעים המתאימים למחקר, בחקר לכיתה יוד האמצעים מוצגים לפני כל פרוייקט. המטרה של הצגת האמצעים היא חיסכון בזמן הוראה, על-מנת שניתן יהיה להשלים פעילות במהלך שיעור בודד או כפול. זה מושג על-ידי כך שנחסך לתלמידים זמן בבחירת האמצעים, ובכך שהאמצעים הדרושים זמינים.

לאחר הצגת הבעיה, המורה יציג את האמצעים העומדים לרשות התלמידים. מעבר לאמצעים הדרושים "לפי הספר" מומלץ להציג אמצעים נוספים, זאת על-מנת לפתח יכולת פתרון בעיות וחשיבה ביקורתית. זה גם נותן לנו המורים הזדמנות ללמוד דברים חדשים כאשר תלמיד פותר את הבעיה בצורה מקורית שלא חשבנו עליה קודם. חשוב להדגיש שהאביזרים שנמצאים בכיתה (לדוגמה: שולחנות, כיסאות, טלפונים סלולרים, כלי-כתיבה) תמיד מהווים הרחבה למאגר האמצעים, ורצוי להזכיר זאת לתלמידים)

עבודה עצמאית של התלמידים

לאחר הצגת הבעיה והאמצעים העומדים לרשות התלמידים, התלמידים משוחררים לעבודה עצמאית (בודדים, זוגות, או קבוצות, בהתאם להחלטת המורה). בשלב זה תפקידו של המורה מצטמצם להנחיה. הדבר החשוב ביותר בהנחיה הוא מתן מרחב עבודה עצמי לתלמיד. כלומר, אל לא למורה להתערב בזמן שתלמיד עובד. יש למורה אפשרות להתערב באחד מהמצבים הבאים: תלמיד מבקש הנחיה או תלמיד תקוע לאורך זמן בנסיונות חוזרים לבצע את אותו פתרון שאינו עובד.

הנחיה מתבצעת על-ידי שאלת שאלות מכווינות. לדוגמה: ניסית כבר XXX? מה יקרה אם XXX? יש להיזהר ממתן פתרונות שלמים, או מהתערבות מוקדמת מידי. תלמידים שניגשים למורה לפני שניסו למצוא פתרון בעצמם ניתן לשאול שאלות יותר כלליות (פחות מכווינות), או אפילו מדי-פעם לשאול שאלה שמובילה לדרך ללא מוצא.

הצגת תוצאות ודיון

לקראת סוף הפעילות (לא בהכרח סוף השיעור) יש להציג את התוצאות. התוצאות יכולות להיות מוצגות עבור כל קבוצה בנפרד, או להיאסף להצגה כוללת. לדוגמה, בכיול גומיה כמד –כח יש ערך רב לאיסוף כל התוצאות יחדיו לצורך דיון על דיוק ושגיאות מדידה. לעומת זאת, בשקול כוחות במצב סטטי אין הרבה מה להציג בתוצאות, אך יש במה לדון בפורום כיתתי או בקבוצות.

רפלקציה

אחד הנסיונות השליליים שלי כמורה מתחיל שלימד על-ידי ניסויים, זה שאחרי שהתלמידים למדו קינמטיקה, עשו ניסויים, אספו את התוצאות לטבלה, הציגו את התוצאות בגרף, ופיתחו לבד את הנגזרת ואת האינטגרל (בכיתה ז'!), הם אמרו – "לא למדנו כלום". אמירה דומה שמזכיר זאב קרקאובר היא: "עשיתי, אבל אני לא מבין". מטרת הרפלקציה לחזק את התחושות החיוביות של למידה והצלחה אצל התלמיד.

מאחר ופעילויות רבון הן עדיין בגרסה ראשונה, וטרם הצטבר ניסיון מוסדר בנושא, אני מציע את המטודיקה באה (לצורך למידה מבוססת פרוייקטים שלנו, המורים):

בסוף כל שיעור (לא בהכרח פרוייקט. יתכן שלא סיימנו את הפרוייקט במהלך השיעור שתוכנן) תבוצע רפלקציה.
כל תלמיד יעשה את הרפלקציה בכתב במחברת שלו. התלמידים יעודדו לשתף את חבריהם.
הרפלקציה תחולק לשני חלקים
מה למדתי. בחלק זה התלמיד יכתוב מה הוא למד במהלך השיעור. למידה תכלול ידע הצהרתי, כמו: כח החיכוך הסטטי גדול או שווה מכח החיכוך הדינמי. וידע טכני, כמו: למדתי להשתמש בבורג ואום (אין לזלזל בכח. בלימודי בטכניון גיליתי שהרבה סטודנטים לא הבריגו בורג לאום כל ימי חייהם)
הצלחות - לרישום הצלחות יחשיבות רבה, בעיקר כאשר התוצאות הנסיוניות באיכות נמוכה. רישום ההצלחות יוצר גישה חיובית של התלמיד ללמידה, מחזק את המסוגלות העצמית, ולכן יביא לתוצאות חיוביות בהמשך שנת הלימודים.

מה זו הצלחה

מעבר למקובל לחשוב, הצלחה היא לא רק השגת התוצאה המבוקשת.

תוצאה מבוקשת שהושגה
פעולה מתוכננת שבוצעה
הבנה חדשה
תובנה חדשה
טעות מזוהה