المدخل المفهومي في تدريس الفيزياء

                                                                                                 د. يسرى عفيفي عفيفي

عن رسالته للدكتوراه وموضوعها: "المفهومات الأساسية في الفيزياء للمرحلة الثانوية" - (1983)

-----------------------------------------------------------

 السمة الظاهرة للقرن العشرين هي التقدم الواضح في العلوم التجريبية بصفة عامة، والفيزياء بصفة خاصة. وقد نتج عن هذا التقدم إضافة معارف وحقائق كثيرة، والكشف عن قوانين وعلاقات فيزيائية جديدة. ليس هذا فقط، بل تعدى التقدم إلي فلسفة ذلك العلم. ففي العقود الأولى من القرن العشرين اكتشفت نظرية النسبية، وعلاقة المادة بالإشعاع، ونظرية الكم، واكتشف معها أن القوانين الكلاسيكية المطبقة قوانين صحيحة في حالة الأجسام الكبيرة والسرعات الصغيرة فقط، ذات السرعات العالية. وجاءت النظرية الموجبة ودخلت نظرية الاحتمالات في علم الفيزياء، فازدادت الأقلية صعوبة ثم جاء هيزنبرج بنظريته القائلة بعدم أمرا تحديد مكان الجسم وسرعته بدقة كافية في وقت واحد. وقد ترتب على ذلك كله أن أصبح تدريس الفيزياء في كثير من الأحيان لا يتمشي مع هذه المتغيرات، أهمها يواكب هذا التقدم السريع في المعرفة العلمية، ولذلك كان لابد من تغيير النظرة إلي طبيعة العلم ومناهج الفيزياء وطرائق التعليم المتبعة، فظهرت نتيجة لذلك اتجاهات عالمية حديثة، ومشروعات متطورة لتدريس الفيزياء تظهر الترابط بين موضوعات الفيزياء المختلفة وتتناول مفاهيم أساسية لتضمن وضوح المضمون التصوري للمفاهيم والمألوفة والقوانين  الفيزيائية الكبرى، وتقدم الفيزياء بصورة مشوقة وقد اهتمت بعض هذه المشروعات بالأسلوب العلمي وطريقة العلماء في الوصول إلي المعرفة، واهتمت بعض المشروعات أيضا بإبراز النواحي الإنسانية والجهد البشري المبذول في إنجازات علم الفيزياء. كما اهتم البعض الآخر بالنواحي التطبيقية لهذا العلم وأمور التكنولوجيا.

            غير أن المسئولين عن مناهج الفيزياء في مصر لم يلتفتوا إلي هذه الاتجاهات الحديثة وملاحقتها. فجاءت التعديلات الحالية لمناهج الفيزياء في المرحلة الثانوية خالية من التيارات والاتجاهات الحديثة، وجاءت الموضوعات متراصة لا تربط بينها سمة مشتركة ولا يوجد بينها اتجاه أهمها فلسفة واضحة. وظهر الاهتمام بالتقسيم التقليدي للفيزياء وهو: خواص مادة، وضوء، وصوت، وكهربية، ومغناطيسية، وحرارة. وترتب على ذلك أن أسمى المناهج قاصرة عن إبراز علم الفيزياء في صورته الحديثة. ولم يكن بإمكان الكتب المدرسية عرض العلم – من خلال هذه النظرة الضيقة – بصورة شيقة تمكن المتعلم من محاولة فهم الظواهر الفيزيائية وتفسيرها.

       يضاف إلي ذلك أن البحوث الأول أجريت في مجال تعليم الفيزياء في مصر لم تلتفت إلي بناء منهج في الفيزياء يقوم على ترابط بين موضوعات علم الفيزياء، وإظهار بنيته. فتدريس الفيزياء ومناهجها يجب أن يعكس طبيعة هذا العلم، وإلا خرج الدارس بصورة مشوهة منقوصة عنه، وهو ما لم تحققه مناهج الفيزياء الحالية، فهي لم تبن على أتساس علمية تساعد الطلاب على فهم الظواهر الفيزيائية وعلى وصفها وتفسيرها، في الوقت نفسه ازدادت المعلومات والحقائق والنظريات في هذه المناهج الأول غالبا ما تكون عقبة في طريق متابعة الطلاب لدراستهم لهذا العلم، كما أنها تعد مصدرا لشكوى التلاميذ من دراسة الفيزياء وهو ما أحس به الباحث من خلال عمله معلما للفيزياء بالمدارس الثانوية المصرية.

         كل ما سبق يدعو إلي ضرورة إجراء دراسة علمية في مناهج الفيزياء بالمرحلة الثانوية تحقق وحدة هذا العلم وتظهر بنيته. ولذلك فقد اتجهت الدراسة الحالية إلي: تحديد المفاهيم الأساس فلنأخذ الفيزياء لتكون محورا تبني عليه مناهج الفيزياء.

       والسؤال الذي يتبادر إلي الذهن. لماذا يتجه البحث إلي تبني المدخل المفهومي لبناء منهج للفيزياء في المرحلة الثانوية؟

        لم تعد المفاهيم والمألوفة العلمية اليوم مجرد جانب من جوانب التعلم، بل تعتبر محورا أساسيا تدور حوله كثير من مناهج الدراسة. وترجع أهمية دراسة المفاهيم أنها تمثل معني العلم وتحقق وظيفته في التنبؤ والتفسير، وفهم الظواهر الطبيعية، فهي تحقق ذلك من خلال تواجدها في علاقة متبادلة في نظام اشمل يسمى بالمفاهيم الكبرى أهمها المشروعات التصورية، والتي تضم شبكة من المفاهيم لكل منها علاقة جزيئيه بمكونات ذلك المشروع التصوري.

        كما أن تعليم الفيزياء يتطلب مجموعة من أوجه التعلم الأول تشمل الكيميائية والقوانين والنظريات. وهذه تعتمد أساسا على المفاهيم سواء أكانت نوعا من التعميم الذي يلخص الصفات المشتركة بين الكثير من الخصائص الجزيئية، أهمها نقاط مبدئية لفهم هذه الكيميائية والقوانين والنظريات.

 

        ويوضح برونر ( Bruner )  أهمية المفاهيم كأساسيات للعلم حيث أنها تساعد في فهم المادة الدراسية، بحيث تصبح أكثر شمولا كما تساعد في انتقال اثر التعلم وفي تنظيم التفصيلات في إطار هيكلي يسهل تعلمه.

       وتقوم المفاهيم بوظيفة اقتصادية في مجال تصنيف المعرفة العلمية وتنظيمها وتعلمها. فالمفاهيم مجردات تنظم عالم الأشياء والأحداث والظواهر المختلفة والمتعددة في عدد صغير من الأقسام أهمها المجموعات أهمها الفئات الفرعية في مراتب متسلسلة بحيث يمكن لعدد محدد نسبيا من المفاهيم العلمية الكبرى أن يتضمن قدرا كبيرا من المعرفة العلمية.

     وإذ كان الاتجاه السائد في مناهج المواد الدراسية يقوم أساسا على المفاهيم، فان الأقلية يصبح ضروريا لعلم الفيزياء وذلك انه يتضمن قدرا كبيرا من المفاهيم إذا ما قيس بالعلوم الأخرى.

ويمكن النظر إلي المفاهيم العلمية على أنها تصنيفات أهمها مجموعات من الأشياء والأحداث تهدف في أساسها إلي الوصف وتسهيل الدراسة العلمية، كما أنها تمثل الإرشادي في تكوين الكيميائية والقوانين العلمي.

  مما سبق يتضح أهمية المفاهيم في بناء المناهج، كذلك أهميتها في تصنيف الظواهر المتعددة وتقرير العلاقات وبناء الفروض والنظريات. وإذ كان هذا هو وضع المفاهيم ودورها. فالسؤال الذي يطرح نفسه الأفكار هو: لماذا اختيرت المفاهيم الأساس لبناء منهج الفيزياء؟

أن للمفهوم مستويات. فالمفهوم البسيط القائم على فئة محدودة من الحقائق تغيير ابسط وحدات المعرفة العلمية وباتساع فئة الحقائق المكونة لهذا المفهوم يتسع حجم ونطاق ما يمثله المفهوم يكون تنظيما واتساقا بين عدد من المفاهيم البسيطة – لتنتج مفاهيم كبرى أهمها حاكمة وهى ما تعرف بأنها " ذلك النظام الذي ينشأ من العلاقات الموجودة بين عدد كبير من المفاهيم يؤدي إلي كليات تحمل معاني أكثر مما تحمله المفاهيم البسيطة الصغرى المكونة لها.

وإذ تصورنا أن الحقائق توجد في طرف  والنظريات العلمية في أقصى الطرف الثاني، فان المفهوم يقع في مكان ما بين هذين الطرفين، وكلما كانت الحقائق والمعطيات الأول تكون المفهوم قليلة كان المفهوم محددا، وقريبا من طرف الحقائق، وكلما زادت الحقائق ورأى المتعلم علاقات أكثر وأعمق بينها – زاد اتساع مفهومه واقترب من طرف النظريات وعلى ذلك فالمفاهيم الرئيسية أهمها الأساس تجعل المادة أكثر شمولا فتقلل التفصيلات وتزيل التكرارات وتزيد من فعالية التعلم.

والأسباب الأول تدعو إلي اختيار تدريس المفاهيم الأساس لعلم الفيزياء وجعلها محورا أساسيا في مناهج المرحلة الثانوية تغيير:

1- مساعدة التلاميذ على زيادة فهمهم لمادة العلم وطبيعته فالعلم سلسلة من تصورات ذهنية (Concepts)   ومشروعات تصورية (Conceptual Schemes )  مترابطة ومتواصلة.

2- تسهيل دراسة التلاميذ لمكونات البيئة وظواهرها، لإنجاز تصنف عددا كبيرا من الأشياء والأحداث في فئات قليلة وتربط بين الحقائق والتفصيلات الكثيرة وتوضح العلاقات القائمة بينها.

3-  زيادة قدرة التلاميذ على استخدام وظائف العلم الرئيسية وهى التفسير والتحكم والتنبؤ وضبط.

4-  مساعدة التلاميذ على فهم وتفسير كثير من الأشياء الأول تثير انتباههم في الكون حولهم. وبذلك تحقق وظيفية المعلومات.

5-  إبراز مدى الترابط بين فروع العلم المختلفة وتشجيع التفكير المفتوح أحد دعامات التفكير الإبداعي.

6- مساعدة التلاميذ على الاحتفاظ بالمعلومات وجعلها أكثر بقاء في ذهن المتعلم بعكس الحقائق الجزئية والتفاصيل الكثيرة الأول سرعان ما تنسي وتصبح قليلة الجدوى في حياة المتعلمين.

7-  توفير الإرشادي في اختيار خبرات ومواقف التعلم وتنظيمها بالتالي فهي تخدم كخيوط أساسية في النسيج العام للمنهج.

يتضح مما سبق  أن استخدام المفاهيم الأساس كمحور لبناء المنهج يحافظ على وحدة بنية العلم، ويعاون التلاميذ على إدراك أهمية العلم ودوره في حياتهم، كذلك فهو يمنع التكرار الذي قد ينشا عند دراسة الموضوعات والحقائق بشكل منفصل. كذلك فان استخدام المفاهيم الأساس يسهل انتقال اثر التعلم.

والسؤال الأفكار: هل يصلح ذلك النظام المفهومي لطلاب المرحلة الثانوية؟

تبدأ أعمار طلاب المرحلة الثانوية في مصر من 14 أهمها 15 سنة وهذه المرحلة العمرية تقابل في نظرية " بياجيه " آخر مرحلة في التطور المعرفي الذي يقسمه بياجيه إلي أربع مراحل كما يلي:-

1-  المرحلة الحسية الحركية: وتبدأ من الميلاد وحتى العلم الثاني.

2-  مرحلة التفكير التصوري: وتبدأ من العام الثاني إلي العام السابع.

3-  مرحلة العمليات المحسوسة أهمها العيانية: وتبدأ من السابعة حتى الحادية عشرة.

4-  مرحلة العمليان الشكلية: وتبدأ من الحادية عشرة إلي الخامسة عشر.

والمرحلة الأخيرة تغيير الأول تعنى بها الدارسة الحالية باعتبار أن طلاب المرحلة الثانوية في مصر يعيشون هذه المرحلة من التطور المعرفي. وتمثل هذه المرحلة بداية التفكير المنطقي عند الكبار فالمراهق في هذه المرحلة يمكنه أن يتعامل بنجاح ليس فقط مع عالم الواقع المحسوس بل أيضا مع عالم المجردات والقضايا المنطقية.

ويمكن عرض القدرات والسلوك لمرحلة العمليات الشكلية  فيما يلي:

1-  وضع الفروض العقلية والتعامل مع إمكانيات أهمها احتمالات حل المشكلات.

2-  استخراج المتغيرات والعوامل الأول تؤثر في ظاهرة ما.

3-  القدرة على التعميم واستخلاص النتائج.

4-  التفكير المجرد ( التجريد ).

5-  التصنيف.

6-  السببية والقدرة على عمليات الاستقرار والاستنباط.

وهذه القدرات تتفق تماما مع فكرة تكوين المفاهيم وتعلمها وتطورها. فتكوين المفهوم يحتاج إلي التعميم والتجريد والتصنيف ولكي يتم تعلمه وتطوره لابد من عمليات الاستقراء والاستنباط.

 ومعنى ذلك أن طالب المرحلة الثانوية يمكنه تعلم المفاهيم واستخدامها مهما كانت درجة تجريدها أهمها تعقيدها وذلك بعض النظر عن نظريات أخرى – غير بياجيه – ترى انه يمكن التعامل مع المفاهيم المجردة في سن اقل من مرحلة بياجيه الشكلية مثل ما نادي به أوزوبل على سبيل المثال.

يتضح من كل ما سبق، أن هناك ضرورة علمية وتربوية تدعو إلي بناء مناهج الفيزياء في المرحلة الثانوية على أساس المفاهيم الأساس.

وفيما يلي بعض هذه التعاريف:

[ ولقد تم  تعريف المفهوم بعد كبير من التعاريف الأول يحمل كل منها وجهه نظر خاصة عن طبيعة المفهوم أهمها تكوينه أهمها كيفيه الاستفادة منه ].

·   الفكرة أهمها التمثيل للعنصر المشترك التي بواسطته يمكن التمييز بين المجموعات والصفات، أهمها التصور العقلي المجرد لموقف معين، أهمها هو فكرة أهمها صورة عقلية. أهمها يمكن اعتباره " تصورا عقليا عاما عن أشياء أهمها حوادث يمكن الوصول إلي عن طريق تصنيف عقلي وتمييز ويستخدم كأداة للتفكير ويعبر عنه برمز أهمها كلمة".

·        " بناء عقلي من خصائص الحقائق الأول يعرفها المتعلم ".

·       " فكرة أهمها رمز يكونها الفرد من مجموعة خبرات مباشرة أهمها غير مباشرة ".

    وتصف دائرة المعارف التربوية المفاهيم بأنها تعميمات تحاول أن تجد معنى في الأشياء أهمها الظواهر الأول  يمكن ملاحظتها في الطبيعة والتي تتباين فيها تباينا كبيرا ".

·       " تجريدات للموضوعات والأحداث الأول تتجمع معا لإنجاز تجمل ملامح وصفات خاصة ".

·    " تصور عقلي يتم بناءه عن طريق تمييز العلاقات والخصائص المشتركة بين مجموعة من الوقائع والأشياء ليدل على ظاهرة علمية. فالمفهوم الفيزيائي يدل أهمها يساعد على فهم ظاهرة فيزيائية وهكذا ".

·        " فكرة أهمها صورة عقلية عن طريق تعميم يستخلص من الخصائص ".

·   " تجريدات تستخدم لتنظيم عالم الأشياء والأحداث في قطاعات اصغر ولهذه المفاهيم أبعاد ومعان عديدة وتؤلف الموضوعات الرئيسة الأول يتناولها المنهج بطريقة تراكمية ".

·       وتعرفه تابا ( Taba )  بالإمكان كلمة أهمها عبارة تدل على فئة من المعلومات.

·       مجموعة من الأفراد الأول توجد لدى الفرد حول موضوع معين.

·       تجريد للعناصر المشتركة بين عدة مواقف أهمها أشياء ويعطى هذا التجريد اسما أهمها عنوانا أهمها رمزا.

·       نوع من النظام أهمها التركيب الانتقائي في التنظيم العقلي للشخص يصل الخبرة السابقة بالخبرة الحإلية.

·       ويعرفه لوفل ( Lovell )  بالإمكان تجريد للصفات العامة للأشياء أهمها الأحداث.

·       ويركز سميث  ( Smith ) على وظيفة المفاهيم فيقول أن المفاهيم تتكون  لتساعدنا على وصف وفهم العالم.

·       ويعرف دوجرى (Diggory ) المفهوم بالإمكان " نظام رمزي يستخدم لتصنيف المثيرات في العالم حولنا.

وخلاصة القول …… إن المفاهيم تجريدات يكونها الإفادة ليفهموا العالم من حولهم، وهم عندما يفعلون ذلك ينظمون العدد الهائل من الحقائق في العالم المحيط بهم ويحولونها إلي عدد ممكن من التنظيمات الأول يطلق عليها اسم المفاهيم. وعلى ذلك يتميز المفهوم بالسمات التالية:-

1-  المفهوم استنتاج عقلي للعلاقات الأول توجد بين مجموعة من المثيرات.

2-  يتم بناؤه على أساس التمييز بين تلك المثيرات.

3-  يمكن الاستدلال على تكوينه.

وتتلخص سمات المفهوم في: التمييز، والتعميم، والرمزية.

من التعريفات السابقة، والبحوث الأول أجريت عن المفاهيم: تكوينها، وتعلمها، وتقويمها. يمكن وضع التعريف الإجرائي للمفهوم كما يلـــــــي:-

" تصور عقلي يعط رمزا أهمها لفظا أهمها اسما أهمها فكرة قائم على أساس الخصائص المميزة لظاهرة فيزيائية ويتكون عن طريق تجميع الخصائص المشتركة لعناصر الظاهرة، والتأكيد على الصفات المميزة، وإهمال الصفات غير المميزة. وينمو المفهوم خلال مواقف جديدة وخبرات متتابعة ويصبح متعلما حينما يقوم المتعلم بتصنيف الأشياء أهمها الأحداث الجديدة وفقا لخصائصه ويميز تعريفه الصحيح ويستخدمه في موقف جديد أهمها حل مشكلة يواجهها ويتعرف العلاقات بينه وبين المفاهيم الأخرى".

المفهوم الأساسي:

         مفهوم يتميز بدرجة عالية من العمومية ودرجة كبيرة من الثبات ويمكن أن ينطوي تحته عدد كبير من المفاهيم الأعم عمومية ( التحتية والمساعدة ).

تنمية المفهوم:

               عملية يمثل تكوين المفهوم فيها الخطوة الأولى ولها عدة أبعاد هي:

أ‌-                 الانتقال من المحسوس إلي المجرد.

ب-الانتقال من الغامض إلي الواضح.

ج- الانتقال من البسيط إلي المعقد.

د- الانتقال من غير المحدد إلي المحدد.

الفيزيـــــــــاء:

       تناول كثير من العلماء والباحثين تعريف علم الفيزياء واختلفت في ذلك وجهات نظرهم. وفيما يلي بعض هذه التعريفات.

·       علم الفيزياء هو " الدراسة المنظمة للخصائص الأساس للكون وكل من هذه الخصائص مرتبط بتفاعلات مع الأشياء الموجودة في الكون ".

·       " العلم الذي يدرس التكوين الأساسي للعالم ويبحث العلاقات العميقة للتناسق الكوني ".

·   " نشاط عقلي ومجال للسعي الأمثلة يهدف إلي فهم العالم وتفسيره في محاولة لزيادة درجة الشعور والوعى بما حول الآن بما يعمق إدراكه للحياة والتقدير لها ".

·   ويرى برونو فسكي " أن أحد أنى العلوم الطبيعية هو إعطاء صورة دقيقة عن العالم المادي، وإحدى منجزات الفيزياء في القرن العشرين هو البرهان على أن هذا الهدف لا يمكن تحقيقه ".

·    " بسعي علم الفيزياء إلي كشف نمط الأحداث الأول تتحكم في الظواهر الأول نشاهدها، ولكننا لن نعرف أبدا ما يعنيه هذا النمط ؟ أهمها كيف نشأ وحتى إذا دلنا عليه من هو اذكي منا فسيكون التفسير عسيرا على الفهم، أن دراستنا لا تضعنا أبدا أمام الحقيقة، ولا مفر من أن يظل معناها الصادق وجوهرها محجوبين عنا إلي الأبد ".

·        ويعرف حسني إسماعيل الفيزياء " بأنها علم دراسة الجسيمات والموجات ".

ومع التسليم بصعوبة وضع تعريف محدد لعلم الفيزياء يمكن القول بان علم الفيزياء هو " ذلك العلم التي بسعي إلي رسم صورة عن العالم المادي حولنا ومحاولة كشف نمط الأحداث الأول تتحكم في الظواهر الأساس من خلال تناول المادة والطاقة بالدراسة ".