منهج التفكير العلمي

كيف يتسنى للطالب أن يتوقع الحالة التي ستؤول إليها جملة فيزيائية أو كيميائية  ؟؟

هل يعتمد في ذلك على ذكاءه ؟ هل المسألة هي مسألة «ذكاء وغباء» ؟

هل يعتمد على «خبرته ودقة ملاحظاته» ؟

هل يستند إلى «مشاهداته اليومية» والثقافة المستقاة من المحيط ؟

هل يخمن كيف ما كان الحال ؟ هل هي لعبة حظ ؟ هل هي لعبة ألغاز ؟

الجواب لا بكل تأكيد .. وعلى التلاميذ أن يدركوا ذلك، فالمسألة غير متعلقة بالذكاء أو الغباء ولا هي مسألة ثقافة، ولا هي لعبة حظ ..

يتعلم التلاميذ أثناء معالجتهم للدروس تحت إشراف الأساتذة .. ويطلب إليهم في مختلف الامتحانات المدرسية والرسمية، وصف الحالة التي تؤول إليها جملة معينة، بعد أن يُعطى وصف لحالتها الابتدائية ..

التطور يعني الانتقال من مرحلة ابتدائية إلى مرحلة جديدة، ليست بالضرورة النهائية، لأن تطور الجملة قد يتضمن أكثر من مرحلة واحدة .. ودراسة تطور الجمل هو السمة البارزة للوحدات الخمس من منهاج العلوم الفيزيائية في السنة الثالثة ثانوي

الوحدة 1: تطور كميات المادة من المتفاعلات والنواتج ..

الوحدة 2: تطور عينة من المادة المشعة

الوحدة 3: تطور فرق الكمون الكهربائي بين طرفي مكثفة

الوحدة 3: تطور شدة التيار الكهربائي المار في وشيعة

الوحدة 4: تطور جملة كيميائية نحو حالة التوازن

الوحدة 5: تطور جملة ميكانيكية

أغلى وأثمن ما يمكن أن يقدمه الأستاذ للتلاميذ

«أن يتعلم التلاميذ منهجية التفكير العلمي الصحيح» .. هو أغلى وأثمن شيء يمكن أن يقدمه الأستاذ للتلاميذ .. لكي يتنبأ التلميذ بالحالة التي ستؤول إليها الجملة يجب عليه تطبيق القوانين والمبادئ الفيزيائية التي تعلمها ... مع ما تتطلبه عبارة «تطبيق القوانين والمبادئ الفيزيائية» من اختيار للقانون الفيزيائي المناسب للظاهرة المدروسة، والنظر في ما إذا كانت شروط تطبيقه مستوفاة، مع وجوب أن تكون المقاربة المعتمدة في معالجة الظاهرة الفيزيائية متوافقة مع المقاربة المعتمدة في المنهاج الدراسي، وغير ذلك ..

إليكم هذا المثال

نقذف كرة نعتبرها نقطية، من مكان يقع على ارتفاع h₀ من سطح الأرض، بسرعة ابتدائية v₀ حاملها يصنع زاوية a مع الأفق. عين إحداثيي نقطة سقوط الكرة على الأرض ضمن معلم مختار.

أمام سؤال كهذا، يشرع التلاميذ مباشرة وبدون أي مقدمات في كتابة جملة من المعدلات الرياضياتية ... ليتوصل عدد لا باس به منهم إلى تحديد إحاثيي نقطة سقوط الكرة على الأرض .. لكن بدون تفكير علمي صحيح .. منهج التفكير العلمي الصحيح يستلزم منا ..

1. تحديد المرجع الذي ستنسب إليه حركة الكرة، وهذا مبدأ علمي راسخ في الحركيات والميكانيك، هنا نختار الأرض ..

2. تزويد المرجع بمعلم يتكون من عدد ملائم من المحاور، مبدؤه يقع أسفل نقطة القذف .. ويتكون من محور أفقي وآخر شاقولي ..

3. تعريف معلم الزمن من خلال تحديد اللحظة الابتدائية t = 0 وهي لحظة انطلاق الكرة.

4. وصف الشروط الابتدائية للجملة:

• الشروط الابتدائية المتعلقة بالمسافة: x₀ = 0 و y₀ = h₀ ..
• الشروط الابتدائية المتعلقة بالسرعة: v_0x = v₀ cosa  و v_0y = v_o sina ..

5. تحديد القوى المؤثرة على الكرة منها قوة جذب الأرض، وهي قوة ثابتة وشاقولية نحو الأسفل، مع تعليل إهمال كل من دافعة أرخميدس وقوى الاحتكاك مع الهواء ..

6. تطبيق القانون الثاني لنيوتن على الكرة واستخراج المعدلات التفاضلية للسرعة ..

7. كتابة معادلات السرعة واستخراج المعدلات التفاضلية للمسافة ومنها معادلات المسافة ..

8. كتابة معادلة المسار واستنتاج إحداثيي نقطة سقوط الكرة ضمن المعلم المختار ..

إن المراحل أعلاه تصف الخطوات المنهجية التي يجب أن يحترمها التلميذ لدى معالجته للظاهرة الفيزيائية المتمثلة في حركة كرة في حقل الجاذبية الأرضية، والحديث عن المعادلات التفاضلية تفرضه المقاربة الرياضياتية المعتمدة في المنهاج .. الخ. المسألة ليست فقط تحديد إحداثيي نقطة سقوط الكرة بقدر ما هي تعليم التلاميذ أسلوبا معينا ومنهجية محددة في التفكير ...

اختبار Test

اقترح عليكم اجراء الاختبار التالي للتأكد من مدى استخدام الطلبة لمنهج التفكير العلمي أثناء معالجتهم للظواهر الفيزيائية. يكتب الأستاذ على السبورة وبعبارة واضحة تعريف حركة السقوط الحر: «نقول عن جسم أنه يسقط سقوطا حرا، إذا كان خاضعا لقوة ثقله فقط»، يتأكد الأستاذ من أن التعريف واضح ومفهوم لدى التلاميذ، «لكن بدون إعطاء أمثلة».

يطرح السؤال التالي: أي من الحركات التالية هي حركة سقوط حر. علل إجابتك.

• جسم مقذوف بسرعة ابتدائية شاقولية نحو الأعلى.
• جسم يحرر بدون سرعة ابتدائية.
• جسم مقذوف بسرعة ابتدائية حاملها يصنع زاوية مع الأفق.
• قمر اصطناعي يدور حول الأرض.

ستتنوع إجابات التلاميذ وتتباين، وما يهمنا هنا هو التعاليل التي سيسوقها التلاميذ لتبرير إجاباتهم .. ستجدون أن تلك التعاليل لا تستند إلى التعريف المعطى والمكتوب بشكل واضح على السبورة، إن تلك التعاليل تفتقر إلى المنهجية العلمية السليمة .. وهي لا تستند إلى أي من مبادئ الميكانيك التي تعلمها الطلبة .. وهي تعاليل تعتمد على الذكاء ... أو على خبرات سابقة .. وبعض الأفكار الساذجة .. هي إجابات فقط من أجل الإجابة .. ربما أنا أبالغ بعض الشيء .. عليكم القيام بذلك مع التلاميذ للوقوف على الحقيقة.

أطلب من السادة الأساتذة القيام بهذا النشاط مع التلاميذ، نبدأ بتحديد العينة (80 تلميذا من السنة الثالثة و 120 تلميذا من السنة الأولى)، تكون الإجابات فردية وكتابية على نماذج مطبوعة، نقوم بفرز وترتيب الإجابات والتعاليل في جدول إحصائي، نرصد المنهجيات التي اعتمدها التلاميذ في وضع الإجابة وتعاليلها، ما علاقة محاولات التلاميذ بمنهج التفكير العلمي .. نحن في انتظار كل ذلك ..

للعلم فإن الحركات الأربع جميعها حركات سقوط حر، والاختلاف يكمن فقط في الشروط الابتدائية ..

لا أدعي أنني أعطيت هذه الفكرة ما تتطلبه من تحليل .. لكن خطابي موجه للسادة الأساتذة، وهم أهل دراية واختصاص .. وهذه الإشارات تضيء جوانب عديدة مما يكتنف الأنشطة التعلمية التي نمارسها مع التلاميذ في الأقسام ..