מרכז יהודי-ערבי לביצוע עבודות חקר בפיסיקה

1. מרכז יהודי-ערבי לביצוע עבודות חקר בפיסיקה "מנור-כברי"- קבוץ כברי "אופק" – עברון "השלום"- שייך דנון "תיכון אזורי גליל-מערבי" משה רייך

2. אנו רואים במנחה החקר בפיזיקה - אדם יוצר הנדרש להתמודדות אינטלקטואלית בתחומי הידע הפיזיקלי והדידקטי. המנחה נדרש ללמוד בעצמו, להתעמק בסוגיות מורכבות, לדון עם תלמידיו ועם שותפיו בסדנת המנחים (למידת עמיתים).

3. התלמיד נחשף לצוות מנחים חושב צוות שאינו שולף תשובה מוכנה "מהמדף" צוות של אנשים העוסקים בלמידה, אנשים חושבים. יחד עם התלמיד המנחים חוקרים, בונים מודלים, מתכננים ניסויים, מפתחים ומגיעים למסקנות. גישה חינוכית זו מבוססת על האמונה ש"אין כמו דוגמא אישית": אתה רוצה ללמד תלמיד לחשוב? תחשוב בעצמך ליד התלמיד.

4. אוכלוסיית היעד: 1. מנחים, מורים, לבורנטים (תמיכה בסדנת מנחים). 2. פרחי הוראה ,מורים משתלמים מהאזור. 3. תלמידי פיסיקה י- י"ב של ארבעת בתי הספר. 4. תלמידים מצטיינים במדעים כיתות ט' : (כרגע אופק + השלום).

5. מטרות המרכז: • פיתוח המורה כחוקר ויוצר ידע (המורה מעמיק בתחום ידע מוכר וחוקר בו ). • קשת מטיפות אליפטיות. • בהמשך: סלינקי, בראכיסטוכרון. • חינוך לחשיבה ביקורתית בפיסיקה. • התמודדות עם שאלות פתוחות בפיסיקה. • הקניית מיומנויות חקר וכתיבה של עבודת מחקר. • שתוף פעולה בתוך צוותי מחקר. • שתוף פעולה בין מורים ותלמידים יהודים וערבים. • עידוד בנות מתאימות להרחיב בפיסיקה.

6. מטרות המרכז- המשך: • פיתוח התלמיד כחוקר ויוצר ידע • לימוד מבואות מתחום קרינה וחומר. • התלמיד בחר ללמוד על הקשת בענן. • ביצוע ניסויים מקדימים בנושא. • קריאת מאמרים של תלמידים משנים קודמות. • התעמקות בתחום הקשת ,ובחירה של שאלת מחקר חדשה- קשת של טיפות אליפטיות. • המנחה והתלמיד חוקרים במשותף. (המנחה והתלמיד מתמודדים יחד עם בעיות שמתעוררות במהלך המחקר).

7. פעילות המרכז בשנת הלימודים תשס"ח • סדנת מנחים בהשתתפות 12 מנחים. • הכשרת מנחים חדשים: הוכשרו 4 מנחות. • בניית קבוצות אזוריות קטנות: 1. גלי קול 2. גלי אור. • קבוצה אזורית ט' מצטיינים במדע ומתמטיקה אופק-השלום • קבוצה אזורית לעבודות גמר • פעילות הנחיית עבודות חקר בבתי הספר.

8. פיתוח החשיבה בדרך בית-היוצר למידה באמצעות פרויקטים מדעיים יצירתיים גילוי עקרונות מתמטיים - פיזיקליים מתקדמים על-ידי התנסות וחוויה של חקר וגילוי ד"ר עמוס כהן

9. חזון בית – היוצרהקמת 'קונסרבטוריון לפיזיקה' בו לכל מנחה יש סדנה – סטודיו למחקרים בתחום בו הוא מתעניין התלמיד מצטרף אל המנחה למחקר משותף החקירה והלמידה הן במרכז - המנחה והתלמיד מובילים ביחד את המחקר • המורה והתלמיד ביחד 'שוברים את הראש' • מתכננים ובונים ניסוי ובאמצעותו חוקרים • ביחד כותבים מאמר על מחקרם כמו תזמורת שבה מנגנים אלו לצד אלו: המומחים והמתלמדים

10. סדנת המנחים דיון וחשיבה משותפת של המנחים על בעיות שהתעוררו בעבודות החקר של התלמידים: כיצד להבין את התופעה דרכים לביצוע הניסוי מודלים תיאורטיים שונים מודלים חישוביים שונים כמה ניתן להעמיק ולהרחיב את הדיון עם התלמיד

11. אוצר התבניות וההקשרים שאגורים במוחנו - מהווה את מאגר הפתרונות היצירתיים שלנו

12. בכל פרויקט מוצלח ישנו מתח מסוים: בין הגלוי לעין כול - לסמוי מן העין, בין המסקרן - למפחיד, בין המרתק - למייאש, בין הפשוט - למעניין. אומנותו של המנחה היא לאפשר ללומד להלך על אותו חבל דק שהוא הוא הגבול בין אלו לאלו!

13. על מקטבים וחינוך למדעים מה זה ?

16. תפקידנו כמחנכים, כמחנכים למדעים, לשמש כמקטבים הללו שבאמצעותם מתגלים הצדדים הצבעוניים, העשירים, המתעניינים של הנוער, לצד יופיו הקסוּם של הטבע לוּ נזכה להיות כמקטבים!

17. הברכיסטוכרון פרוייקט לתלמידים מהירי תפיסה גילית פורת

18. האם צורת המקפצה, יכולה להשפיע על זמן התנועה במסלול? מהי צורת המסלול שהגולש ינוע בזמן הקצר ביותר?

19. בעיית הברכיסטוכרון היא בעיה בפיזיקה ומתמטיקה. מקור המילה מיוונית, ומשמעותה "הזמן הקצר ביותר". היא הוצגה לראשונה ע"י יוהן ברנולי ב-1696 וטופלה ע"י גדולי הפיזיקאים והמתמטיקאים הקלאסיים.

20. הצגת הבעייה אם נשחרר בו זמנית את כל הגופים הנמצאים על מסלולים שונים, מנקודה A, מי יגיע ראשון לנקודה B?

21. בשלב ההוכחה המתמטית, התלמידים נחשפו לתכונה מעניינת של המסלול הציקלואידי.

22. גוף הנע על פני מסלול ציקלואידי, זמן המחזור שלו אינו תלוי במשרעת כלומר, כל הגופים שישוחררו על גבי העקום הציקלואידי, יגיעו באותו זמן לתחתית המסלול.

23. כיצד ניתן לבנות מטוטלת ציקלואידית?

24. אם ניתלה מסה קטנה על חוט שאורכו 4R ונשחררו לתנועה, נקבל מסלול קשתי, אבל אם נגביל את תנועת החוט לפרופיל של ציקלואיד שרדיוסו R , כמוראה בשרטוט, המסלול שהמסה בקצה תשרטט יהיה מסלול ציקלואידי 2R 4R

25. מה קורה עבור גוף לא נקודתי? האם גם עבורו המסלול המהיר הוא מסלול ציקלואידי? האם המסלול הציקלואידי שנקבל יהיה זהה עבור הגוף הנקודתי ועבור הגוף המתגלגל?

26. התלמידים עברו תהליך ארוך של אסטרטגיית חשיבה, תכנון וביצוע תהליכים.הפרויקט עודד אותם בלקחת אחריות ויזמות מעבר למסגרת הלימודית.

27. פרוייקט מחקר - נפילת סלינקי יותם הוכשטטר

28. התופעה: שלבים בנפילת הסלינקי

29. מערך הניסוי • נבדקו מספר שיטות לצילום הסלינקי בשלבי הנפילה השונים שלו. • 1. צילום במצלמת סטילס בחשיפה ארוכה עם תאורת סטרובוסקופ • 2. צילום בעזרת מצלמת וידאו רגילה (25 תמונות בשניה) • 3. צילום בעזרת מצלמת וידאו מהירה (100 תמונות בשניה)

30. תוצאות לשם הדיון נחלק את הקפיץ לכריכות. משום שבתחילה רק הכריכה העליונה זזה, ותאוצת מרכז הכובד היא g, תאוצתה של הכריכה העליונה ברגעים הראשונים צריכה להיות (מספר החוליות)g*. להפתעתנו קיבלנו את הגרף הבא: בכחול - מיקום הכריכה העליונה לאורך הזמן, עם קו מגמה לינארי בורוד – גרף נפילה חופשית, להשוואה.

31. ערכנו סימולציה באקסל, בה 10 מסות המחוברות זו לו בקפיצים. בגרף נראה מיקום כל כריכה לאורך הזמן. ניתן לראות את המהירות הקבועה של הכריכה העליונה גם כאן (קו כחול). בשחור מסומן מיקום ההפרעה. בסימולציה אין דבר המגביל את הכריכות לעבור זו דרך זו. לכן מהירות ההפרעה יכולה להיות קטנה ממהירות הכריכה העליונה.

32. האם מהירות ההפרעה קטנה ממהירות הכריכה העליונה? • מדדנו את זמן מעבר ההפרעה בקפיץ התלוי, ואת זמן נפילת הכריכה העליונה: • מסתבר שמהירות נפילת הכריכה העליונה גדולה ממהירות ההפרעה, גם במציאות! כלומר – אין המידע על עזיבת הקפיץ מגיע אל הכריכה התחתונה יחד עם הכריכה העליונה.

33. יש כח, אין תאוצה? כדי לנסות ולהסביר את המהירות הקבועה של הכריכה העליונה, עברנו להתבונן בס"כ המסה הנעה. מסה זו גדלה עם הזמן, ולכן יש לגזור גם את המסה בגזירה של התנע לקבלת הכח: ציפינו שאם נחשב בכל רגע את ערכו של אגף ימין של משוואה זו, נקבל ערך קבוע – Mg.

34. מצאנו את שינוי המסה לאורך הזמן, ממדידות אורך הקפיץ הנותר ללא תנועה בכל רגע. מסתבר שפרבולה מתארת את הפונקציה הזאת בצורה מצויינת: • כדי לקבל את m’, נגזרת המסה, נגזור את הפרבולה הזאת. בדומה, ע"י מציאת קו מגמה למיקום הכריכה העליונה, נוכל למצוא את המהירות והתאוצה שלה ע"י נגזרת ראשונה ושניה.

35. התוצאה: גרף שאינו קבוע.... ' אך הממוצע של ערכיו שווה בדיוק ל M*g. יתכן שבגלל הגזירות המרובות של פונקציות שאינן מתאימות בדיוק לנקודות, קיבלנו פונקציה הרחוקה מהמציאות.

36. מרכז יהודי-ערבי לביצוע עבודות חקר בפיסיקה "מנור-כברי"- קבוץ כברי "אופק" – עברון "השלום"- שייך דנון "תיכון אזורי גליל-מערבי"