תלמידי כיתה ו' פוגשים את שיעורי המדעים למעשה בפעם הראשונה. הם מגיעים אל הנושא בהתלהבות עצומה וכל תופעה עושה עליהם רושם. הם עדיין פתוחים אל העולם ולכן הכל עבורם חדש, מרגש, מעניין ומלהיב. מאחר ורשמי החושים שלהם עדיין מאד חזקים ומשכנעים, כדאי ורצוי להתמקד בתצפיות ובהתבוננות בתופעות. על המורה לרתום ולתעל את יכולות ההתנסות של התלמידים, כך שהמסקנות אותן יאספו תהיינה מבוססות ואיתנות. המושגים אותם לומדים בגיל זה הם ראשוניים ביותר, וקרובים ביותר לשיפוטים מאשר לתיאוריות.
רצוי להתחיל בתחומים המספקים חוויות עשירות לחושים, כמו למשל אקוסטיקה. הצלילים וקולות הציפורים ששומעים כאשר קמים בבוקר מוקדם בטיול השנתי או בבית יכולים להוות תפאורה ללימוד:
אקוסטיקה:
- הצגת תופעות אקוסטיות בסיסיות באמצעות כלי מיתר או נשיפה- גובה צליל, רעידה באוויר, תהודה, צלילים עליים ועוצמה.
- הקשר בין עובי המיתר ואורכו לגובה צליל.
- הסעה של צלילים וקולות באוויר.
- תהודה: צליל במיתר אחד גורם לתנועה של מיתר דומה או במרווח מסוים.
אופטיקה:
- התפשטות האור ממקור אחד: תנועה של קרניים בקווים ישרים.
- תכונות של צבעים: חמים וקרים, מזמינים או דוחים.
- היווצרות של צבעים משלימים בעין.
- צבע המופיע במדיום אטום ותאורה מאחור: חלב באקווריום מואר, למשל.
- צל צבעוני.
- התבוננות במנסרות: צבעים נוצרים בקווי גבול בין שחור ללבן.
חום וקור:
- תחושות יחסיות בידיים של חום וקור.
- מקורות חום: השמש, הנר ובעירה בכלל, הנורה וכו'.
- חיכוך כמקור לחום.
מגנטיות:
- תופעות "מוזרות עם מגנטים": מהדק צף באוויר, וכו'.
- בניית מצפן ע"י מיגנוט של סיכת ראש והכרת הקטבים המגנטיים של כדה"א.
- משיכה ודחייה מגנטיים.
חשמל:
- חשמל סטטי: מכונת ון-דר-ולס ודומיה, בלון נדבק לקיר, חיכוך ויובש כמקורות לחשמל סטטי.
- סוללה חשמלית ראשונית: לימון ושני מוליכים. כתר הכוסות של וולטה.
כיתה ז'
תלמידי כיתה ז' פוגשים את התופעות בדרך שונה. הנושא כבר לא רק מרגש אותם בשל חדשנותו, אלא מעניין ומושך אותם בשל היופי והאמת שבו. רוב תלמידי כיתה ז' כבר לא מסתפקים בהתנסות פשוטה בתופעה; הם רוצים להיות מעורבים יותר ולהבין כיצד הנושא קשור אליהם. על המורה למצוא דרכים בהן יוכלו התלמידים להיות פעילים לא רק כצופים אלא גם כמשתתפים. כמו כן, תלמידי כיתה ז' מסוגלים לכַּמֵת את התנסויותיהם, ולכן יש לשלב בשיעורים, ובמיוחד בפיזיקה, מדידות היכן שאפשר. משימתו של המורה בכיתה ז' היא לאפשר לתלמידים לחשוב על חוויותיהם מהתצפיות שערכו ולהפוך אותן לאובייקטיביות עד כמה שניתן בכדי לבנות שיפוטים איתנים.
אקוסטיקה:
- הכרת המרווחים האקוסטיים דרך הפקה של צלילים עליים (בצ'לו, למשל): אוקטבה (1/2), קווינטה (2/3) וקווארטה (3/4), זאת על ידי מדידת המרחקים על המיתר, חישוב היחסים ומציאת הסדרה המוסיקלית. יפה לשלב את הסיפור של פיתגורס.
- צלחות קלדני (ניתן לעשות גם בכיתה ו') והקשר בין צליל והפקת צורה במרחב.
- בניית כלי נגינה מבקבוקים, קערות וכו'.
מכניקה:
- מכונות ראשונות: המישור המשופע, הבורג והיתד.
- חוק המנוף: תיאור מרכיבי המנוף (זורע הכוח, זרוע משא ונקודת המשען) והתנסות בהרמה של סלע כבד או רכב מחוץ לכיתה. הכרת סוגי מנופים ומציאת דוגמאות בחיי היומיום. חישוב מרחקים ומשקלים על זרועות של מאזניים ארוכים, והגעה לחוק המתמטי של המנוף (מכפלת המרחק במשקל = בשני צדי נקודת המשען). דרך פעולתו של מגבהָ הרכב.
- הגלגלת: בנייה של גלגלות שונות מחוץ לכיתה ובדיקה של יכולת ההרמה שלהן וכיצד הן יורדות עם הגדלת החבל: הארכת החבל פי שניים גורמת ל'הקטנת' המשקל פי שניים.
אופטיקה:
- חוק ההחזרה (סנל): זווית הפגיעה שווה לזווית ההחזרה מודגם בעזרת מראות בכיתה.
- אפקט קמרה אובסקורה: נקב קטן בחדר מוחשך מקרין תמונה הפוכה של החוץ על הקיר או על נייר. פיתוח הנושא לכיוונים שונים, כולל מצלמת הנקב, העין האנושית ועוד.
חום:
- מדידת טמפרטורת רתיחה של נוזלים שונים: מים, אלכוהול, בנזין (זהירות!) ותמיסת סוכר.
חשמל ומגנטיות:
- הכרת תופעת השדה המגנטי בעזרת מגנטים שונים, אבקת ברזל ומתקנים נוספים, כולל משיכה בין קטבים שונים ודחייה בין קטבים דומים.
- בנייה של אלקטרומגנט פשוט ממסמר וחוט נחושת מבודד. הרכבה של פעמון או מכשיר דומה המבוסס על אלקטרומגנט (ניתן לדחות גם לכיתה ח').
כיתה ח'
בכיתה ח' מרגישים התלמידים גדולים ובוגרים, יחסית לשאר תלמידי ביה"ס היסודי ובכלל, ולכן רוצים לעסוק במדע אמתי ורציני. יפה יהיה לשלב בשנה זו תחומים שונים של מדע יישומי בבנייה של פרויקטים לימודיים, ובכך לשלב תחומי לימוד משנים עברו ולהראות את הקשר של מדע לטכנולוגיה. למשל: ניתן לבנות מערכת של חימום מים סולרי כדגם פועל: דוד מים, צנרת וקולט שמש כפי שקיים על הרבה גגות בישראל. פרויקט נוסף יכול להיות בנייה של מערכת ליצור חשמל סולארי, או מערכת דומה של מקור אנרגיה מתחדשת (טורבינת רוח, למשל). מורים לפיזיקה בבתי ספר ולדורף ברחבי העולם בונים צעצועי מכונות עם תלמידים או משלבים ביניהם לבין התעשייה – הכל בהתאם ליכולת, לתחומי העניין של המורה ולתקציב.
נושאים אפשריים ללימוד:
- הידרוסטטיקה: לחץ של מים בעומקים שונים.
- חוק ארכימדס במים: משקל הגוף פוחת כמשקל המים שהוא דוחה. ניסויים ומדידות הכרחיים כאן, ולא תמיד זה קל.
- צוללן קרטזי: גוף המצוי בבקבוק מים סגור עולה ויורד בהתאם ללחץ החיצוני על הבקבוק.
- יישומים שונים: ספינות, משאבות מים, בעיות בצלילה ספורטיבית וכדומה.
- לחות האוויר ונקודת הטל: היווצרות ענני גשם. הכרת סוגי עננים.
- לחץ אוויר: ניסויו של טוריצ'לי, ובנייה של מד לחץ כספית עם התלמידים.
- תופעות גיאוגרפיות: לחץ האוויר בהר גבוה לעומת בים המלח, אזורי לחץ אוויר, סופות וציקלונים וכדומה.
- מדידת מהירות הקול בשדה: שתי קבוצות, שעון עצר וגונג גדול.
- העברת צלילים במוצקים, נוזלים ואוויר.
- מעברי אנרגיה ובנייה של מתקנים המבוססים על ידע כזה.
- שינוי מצבי צבירה ותופעות מיוחדות כמו קרח יבש (CO2 ממריא).
- הסעה, הקרנה והולכה של חום (או של קור). חיתוך של גוש קרח בעזרת חוט תיל ומשקולות.
- ה'מצבר החזק' של קלווין: איך טפטוף מים פשוט יכול ליצור מתח חשמלי גבוה.
- בנייה של דינמו פשוט בעזרת קיט מוכן או בתכנון פרויקטים של תלמידים.
פיזיקה בתיכון – כיתות ט' עד י"ב
מבוא
בביה"ס היסודי בכיתות ו'-ח' נשען לימוד המדעים בכלל והפיזיקה בפרט על התנסות ישירה בהדגמות של תופעות טבע נבחרות. התלמיד חווה בכל החושים את התופעה, מתבונן בה ונדרש לתאר אותה בפרוט, זאת כבסיס להבנה חשיבתית של הגורמים המעורבים בתופעה. מדובר לרוב בחקירות פשוטות של דברים שניתן לגעת בהם, והם אינם דורשים הכרות עם כוחות בלתי נראים והבנה שכלית מורכבת של היחסים ביניהם.
כוחות כאלה, כמו כבידה וחשמל, מובאים לתלמידים בתיכון. התלמידים מתנסים בתופעות פיזיקליות מורכבות יותר, כמו מעגלים חשמליים, ובהדרגה הם נחשפים לתיאוריות מורכבות יותר. ההסברים המופשטים יותר על מבנה האטום, על החומר הגנטי ועל הביוכימיה של התא נדחים לכיתות יא' ו-יב', כאשר הדגש הוא תמיד על הדברים הנתפשים בחושים כבסיס לכל הסבר תיאורטי מופשט. פיתוח המושגים נעשה בסוף תהליך הלימוד, אחרי חשיפה נאותה לתמונות המופיעות בפני החושים, במעבדה או בסיפורי החוקרים, ואיסוף שיפוטים המבססים את הנלמד בתודעת התלמיד. כך נשמר תמיד הקשר של האדם לעולם הממשי בו הוא חי. העיסוק בהסברים למופעי הטבע ובתיאוריות הגדולות נדחה ונעשה בזהירות, בכדי שלא ישתלט על הלימוד.
מטרות לימוד הפיזיקה בתיכון הן:
ידע והבנה של
- תופעות פיזיקליות בסיסיות ותיאור תהליכים פיזיקליים
- הבנה של תופעות מחיי היומיום באמצעות תהליכים פיזיקליים
- הבנת הבסיס הפיזיקלי של מנגנונים טכניים
- הכרת קווים עיקריים בהיסטוריה של הפיזיקה וביוגרפיות של מדענים חשובים
- הכרת מודלים פיזיקליים ויכולת החיזוי שלהם
יכולות וכישורים
- דיוק בהתבוננות ובניסוח של תצפיות
- ביצוע ניסויים פשוטים ופירוש תוצאותיהם
- בנייה של רעיונות עצמאיים על בסיס התצפיות
- בניית ניסויים עצמאיים לבדיקת תצפיות
- להציג מדידות בצורה גרפית ולהעריכן
- להבין תהליכים פיזיקליים בעזרת חוקים ידועים
- לזהות את האפשרויות והמגבלות של הפיזיקה בתיאור המציאות
- להיות מסוגלים לזהות את הרכיב האמיתי במודלים
- להפיק דוחות עצמאיים של הנלמד
- להתבונן בצורה שלמה על הדברים, ולהציג את חיבורם לחיים האנושיים
תובנות, הערכות וגישות
- מוכנות לתקשר ולשתף פעולה בתצפית, מחקר וניסויים
- הכרה בהבדל בין מחקר כמותני לאיכותני ותוצאותיהם
- תובנה לתוך המשמעות של תהליכים דינאמיים ותהליכי פידבק והאתגר שהם מציבים לחשיבה האנושית
- מודעות לנושאים סביבתיים ונושאי אנרגיה על בסיס הבנת הפיזיקה שלהם
- תובנה כי שיטת החשיבה הפיזיקלית חייבת להשתנות כל הזמן
- תובנה כי המדע והפיזיקה בתוכו מייצגים חלק חשוב מהתרבות האנושית
- יכולת לדון ביסודיות במידע המוצג בתקשורת
כיתה ט'
מבוא
התלמידים צופים בהדגמות, עורכים ניסויים וחוקרים תצפיות מתוך התבוננות מודרכת, כך שיוכלו להבין טוב יותר את תהליכי העולם סביבם, במיוחד אלו הטכנולוגיים. המפגש עם תופעות כמו של חשמל או דינמיקה מעורר חשיבה ודורש שיפוט אשר צריך להיעשות ע"י התלמידים עצמם, בעזרה מינימלית מבחוץ, ולא ע"י ספרים המביאים את הכל מן המוכן. נעשה שימוש בנוסחאות רק עבור דוגמאות מסוימות או בתרגילים בנושא מסוים, היכן שהחישוב המתמטי והכמותי הוא בעל משמעות. במיוחד ניתן דגש על מכשירים טכנולוגיים מחיי היומיום, הבנת החשיבה שמאחורי ייצורם וחוקי הפיזיקה הפועלים בהם.
תכני הוראה אפשריים:
חשמל
- חלקי המעגל החשמלי, ובניית מעגלים חשמליים בטור ובמקביל
- חוק אוהם והקשר בין מתח להספק ולעבודה
- אלקטרומגנט, דינמו ומבנה הגנרטור: טורבינה, סטאטור ורוטור
- העברה של חשמל בעזרת שנאים והשראה אלקטרו-מגנטית
- מבוא להפרש פוטנציאלים, זרמים, התנגדות
- משדר מורס (טלגרף), פעמון חשמלי, ומבנה של ממסר פשוט
- מבנה פנימי של מכונה חשמלית כלשהי כמו מקדחה, מערבל בייתי או מכונת כביסה
חום ומנועים
- לחץ האוויר: גילויו, מדידתו וחשיבותו בהפעלת מכונות
- מנוע הקיטור: פיתוחו, דרכי פעולתו וחשיבותו בהתפתחות התעשייה באירופה
- מערכת חימום מים חשמלית וסולרית
- מקורות אנרגיה: דלק מאובן בהשוואה למים, רוח ושמש כמקורות מתחדשים
- החוק הראשון והחוק השני של התרמודינמיקה כפיתוח מהתופעות הנ"ל
- האפס המוחלט וסולם קלווין
- צ'ילר ומשאבת חום
- מנוע בעירה פנימית
- קרינה של חום והסעה של חום
- הנעת רקטות
כיתה י'
מבוא
לימוד השאלות הגדולות שעמדו בפני החוקרים הראשונים בשלהי הרנסנס משמש בסיס טוב לפתיחת המודעות ולניסיון להסביר כוחות נסתרים כמו כוח הכבידה, הכוח האלקטרו-מגנטי והכוחות באטום. תצפיות בתאוצה גרביטציונית של עגלה במדרון או ניסיון לחשב היכן ייפול פגז של תותח על פי חוקי ניוטון הם התמודדות נאותה לגיל זה. המתמטיקה עולה ויוצאת מתוך הניסויים במעבדה, ויש לתת לה את מלוא תשומת הלב כחלק מלימוד הפיזיקה. משוואות בסיסיות הן לכן הקרקע הבטוחה עליה ניתן לחשב חישובים פיזיקליים ולנבא תוצאות של שאלות מחיי היומיום.
העלייה במודעות לעולם שמסביב, וחיזוק כוחות החשיבה במקביל הן שתי מטרות כמו גם שתי מיומנויות שיש לטפח ולהרחיב בגיל זה. לא כול תלמידי י' מסוגלים לכך, אבל יש לשאוף להביא את כולם להבנה בסיסית לפחות של תופעות כמו נפילה חופשית, כוח צנטריפוגלי וכיו"ב.
תוכן הוראה אפשרי:
מכניקה קלאסית
- מדידת מהירות של גופים והמושג של מהירות ממוצעת
- ייצוג של מהירות באמצעות וקטורים ומקבילית מהירויות
- תאוצה בכלל ותאוצת G- נפילה חופשית, כוח המשיכה ויחידות כוח
סטטיקה
- מדידת כוחות ובניית משוואות כוח
- הצגת כוחות על ידי וקטורים
- דפורמציה פלסטית ואלסטית, לחץ, מתח
- מרכז הכבידה של גוף
דינמיקה
- מושג המסה ומושג הכוח
- חוקי התנועה של ניוטון כולל ההיסטוריה והביוגרפיה של ניוטון
- חוק שימור האנרגיה
- עבודה מכנית ומושג האנרגיה
- כוח צנטריפוגלי ואפקט קוריוליס (ניתן גם בגיאוגרפיה י')
- חוקי קפלר כאופציה למתקדמים ומקצבים במערכת השמש
- חוק המטוטלת
- תנועת גלים, התאבכות וחפיפה
- השמש והירח ו'מסלוליהם' ביחס לכדור הארץ
כיתות י"א-י"ב
מבוא
במידה ולומדים פיזיקה בכיתות הגבוהות, יש לבדוק היטב האם הקבוצה מסוגלת ויכולה להתמודד עם אתגרי החשיבה המוצעים להלן, האם הם בחרו בכך או לא והאם הם למדו מספיק פיזיקה בכיתות הנמוכות יותר. רודולף שטיינר המליץ שנטפל בגילויי הפיזיקה המודרניים ביותר בגילאים אלה (באותו זמן היו אלה רדיואקטיביות וקרני אלפא, בטא וגמא). לפיכך מומלץ לעבוד ביסודיות על התיאוריה החשמלית, התורה האלקטרומגנטית והרדיואקטיביות. תופעת השדה תוצג במלוא עומקה, כולל 'הצדדים המסתוריים' שבה. תלמידים בגיל זה אשר למדו במהלך ביה"ס בעזרת תצפיות רבות וניסויים יוכלו כעת לעמוד מול אתגרי חשיבה משמעותיים, כאלה הדורשים חשיבה מתמטית. עדיין העיקרון של ביצוע ניסויים ומדידות הוא הבסיס לכל השאר, ויש לשאוף לביצוע תצפיות עד כמה שהדבר ניתן. כיום כמובן ניתן גם להיעזר בסרטונים והדגמות של מודלים ממוחשבים, ככל שהאמצעים הטכנולוגיים הולכים ומשתפרים.
הצעות לתכני הוראה אפשריים:
- היסטוריית הגילויים בחשמל והשדה החשמלי
- שדות מגנטיים הנוצרים מזרם חשמלי
- עיקרון המנוע של פאראדיי
- מקור מתח והפרש פוטנציאל, מטענים, זרמים והתנגדות
- הקשר בין הפרש פוטנציאל (מתח), זרם והתנגדות
- אפקט החימום של זרם חשמלי וחוקי הולכה בחומרים שונים
- השראה; התנגדות השראתית, חוק לנץ, כוח לורנץ
- קוטביות השדה המגנטי והחשמלי
- חוק הקבל, חישוב קיבולת וחומרי בידוד
- פריקה תנודתית
- משדרים ומקלטים
- האלקטרון: גילויו ותכונותיו
- דיפול השידור וחוקי דיפול, שדות תנודה אלקטרומגנטיים, אורכי גל
- שידורי רדיו, ואולי בנייה של רדיו גביש בסיסי
- קרניים קתודיות, שפופרות ריק וקרני רנטגן
- רדיואקטיביות, ביקוע הגרעין, איזוטופים רדיואקטיביים
- פיתוח טכנולוגית הפצצה האטומית והוויכוח המוסרי סביבה
- יסודות של מכניקת הקוואנטים, חלקיקי יסוד והמבנה הבסיסי של החומר
- תורת היחסות
- תורת הצבע והאור של גתה לעומת זו של ניוטון
אלה הן רק הצעות, ורצוי שהמורה יבחר את הנושאים בקפידה בהתאם לידע שלו, ליכולותיו ולמוטיבציה שלו, עבור כל כיתה במיוחד.
דיון
יש ל התחבר למערכת כדי לצפות ולהשתתף בדיון