גישות בהוראת המדעים

• גישת השינוי המושגי (conceptual change)
• הגישה הסוציו-תרבותית
• הגישה הביקורתית

המחקר על למידת מדעים מתמקד בפיתוח אוריינות מדעית - מונח המתאר את הידע המדעי, דרכי הפעולה ((practices, והערכים שאנו מקווים שתלמידים ירכשו כאשר הם לומדים מדע. השאיפה בחינוך לאוריינות מדעית היא שהלומדים ירכשו העצמה חברתית וגישה לקהילות מדעיות, ויכולת לקיים דיאלוג עם עולם החומר (טבע וטכנולוגיה). 

אז מה הבעיה? רוב החוקרים בחינוך המדעי קובלים על כך שמוסדות החינוך הרשמיים למעשה אינם עוזרים לרוב התלמידים ללמוד ולהבין מדע. לכן, עולות שתי שאלות שהמחקר העוסק בלמידת מדעים צריך לענות עליהן: 1. מדוע תלמידים לא לומדים מה שאנחנו מנסים ללמד אותם? 2. מדוע נשמר פער ההישגים?

גישת השינוי המושגי (Conceptual Change Theory, CCT)

אוריינות מדעית כהבנת מושגים ועקרונות מדעיים

הגישה בעלת ההשפעה הארוכה והמשמעותית ביותר בקהילת הוראת המדעים היא גישת השינוי המושגי. רבות מהשיטות ונקודות המבט בגישה זו נבעו מהמחקר ההתפתחותי של פיאז'ה וקישורו לרעיונות על ההיסטוריה של התפתחותו של הידע המדעי (תומס קון). קבוצתו של פוזנר גיבשה מודל ללמידת מדעים המסביר את עמידותן של טעויות המשגה (misconceptions) בפני שינוי. פוזנר ועמיתיו הציעו כי ללומדים יש "אקולוגיות מושגיות" וכי הלמידה אצל אנשים דומה לתהליך המורכב של שינוי תיאוריות במדע. גישה זו חוללה בשנות השמונים כמות גדולה של מאמרים בהם מתוארות תפיסות חלופיות לכל נושא בתכנית הלימודים.

מאפייני המחקר בגישת השינוי המושגי

מדע כדיאלוג תיאורטי עם הטבע: חוקרי השינוי המושגי מתמקדים בעיקר בעולם החומר ופחות בהיבטים החברתיים של הלמידה. בעיניהם כוחו של המדע טמון בשימוש כללי של הבנה המתבססת על מודלים כדי להבין את הטבע.

לומדים כחושבים רציונאליים אך לא מנוסים, ולמידה כשינוי מושגי: חוקרי השינוי המושגי מניחים שלומדים מגיעים ללמידה עם רעיונות משלהם לגבי הנושאים (טעויות חשיבה, misconceptions, תפיסות נאיביות, alternative frameworks). רעיונות אלו חלשים יותר מהתיאוריות המדעיות ופחות מדוייקים, אולם הם מתאימים לאינטואיציה ולניסיון של התלמידים. לכן היעד הוא לאפשר לתלמידים גישה להתנסויות חדשות עם עולם החומר, התנסויות שאינן מתאימות לתפיסות המוקדמות של התלמידים ולעזור לתלמידים להיווכח בעוצמתו של המודל המדעי המסביר את התופעות. תהליך מורכב זה נקרא שינוי מושגי. התלמידים לומדים וגם מבינים רק אם הם משנים את האקולוגיות המושגיות שלהם ומתאימים לתוכן את המושגים המדעיים המתוחכמים יותר.  חלק גדול מהמחקר על שינוי מושגי מתמקד במיפוי האקולוגיות המושגיות של תלמידים בגילאים שונים בנושאים שונים.

שיטות המחקר המשמשות לניתוח תפיסות של תלמידים: מבחנים כתובים, ראיונות, בירור מהלכי פתרון בעיות בעל פה (think aloud protocols) כדי לבנות טיעון המתייחס להבנה של התלמידים לפני ואחרי ההוראה. במחקרים הללו מושם דגש על תקפות המבחנים והאובייקטיביות של החוקרים. החוקרים כותבים בגוף שלישי בד"כ.

שיטות ההוראה:  רוב המחקרים בגישת השינוי המושגי מתעדים את תפיסות התלמידים ותגובותיהם להוראה מסורתית. מחקרים אחרים בגישה זו בודקים את ההשפעה של התערבות הוראתית על ידע התלמידים. חוקרי השינוי המושגי מאמינים שלמידה מוצלחת מונעת על ידי מצבי קונפליקט מושגי כמו המצבים שהובילו להתקדמות המדע במהלך ההיסטוריה. מאפשרים לתלמידים להיווכח בניגוד שבין תפיסותיהם והתפיסות המדעיות החלופיות ובחוזקן של האחרונות ומידת הדיוק שבהן.

כוחו של המחקר בגישת השינוי המושגי ומגבלותיו

גישת השינוי המושגי היא גישה רווחת בהוראת המדעים, בין השאר מאחר שהיא מציעה תשובה פרודוקטיבית להתמודדות עם השאלה: מדוע תלמידים אינם לומדים את מה שאנו מנסים ללמד אותם? לפי גישה זו, תלמידים מגיעים לבית הספר עם מערכי חשיבה חלופיים המעצבים את תפיסתם ואת הפרשנות שלהם לתופעות ולא מקבלים התייחסות לכך בהוראת המדעים בביה"ס. זו תשובה פרודוקטיבית משום שהיא מציעה דרך פעולה: זיהוי מערכי החשיבה החלופיים של התלמידים והתייחסות מפורשת אליהם. בנוסף, גישה זו בונה על הרקע האינטלקטואלי של המחנכים. שכן תנאי למחקר בגישת השינוי המושגי הוא ידע וכישורים הנרכשים במהלך ההכשרה המדעית והניסיון בחינוך מדעי. ההכשרה המדעית מלמדת אנשים להיות מכוונים לתיאוריות רציונאליות וקוהרנטיות ולכן מורי המדעים שמים לב באופן מיוחד לחשיבה כזו בשפה ובחשיבה של התלמידים שלהם.

לגישת השינוי המושגי יש השפעה משמעותית על המדיניות בהוראת מדעים. למשל כותבי הסטנדרטים האמריקאים (AAAS, 1993, NRC, 1996) נעזרו בממצאי המחקר בגישת השינוי המושגי בכתיבת ה- benchmarks וההמלצות להוראה (בייחוד פרק 15 ב-Benchmarks).  ספרי לימוד רבים כוללים רשימות של טעויות חשיבה נפוצות ב"ספר למורה".

עם זאת, הראיות ליתרון שבשימוש בתוצאות המחקר בגישה זו לשיפור ההוראה, אינן חד משמעיות. פורסמו מחקרים המדגימים התערבות מוצלחת המתבססת על מחקר השינוי המושגי ואשר ניתנה על ידי מורים בודדים למספר קטן של תלמידים. ניכר קושי לקחת את השיטות החדשניות ולהרחיבן אל מעבר לכיתה של החוקר. בנוסף, מתעוררות שאלות כגון, מה חשוב לאוריינות מדעית מלבד הבנת המושגים? ראיית התלמידים כ"קדם-מדענים" המבינים את העולם על בסיס תיאוריות חבויות אינה בהכרח כל הסיפור. הבנה מדעית אינה מסתכמת רק בהבנת עקרונות ליבה, אבל בכך גישה זו מתמקדת.

הגישה החברתית-תרבותית (sociocultural)

אוריינות מדעית כהשתתפות בקהילת שיח

גישה זו נשענת על המחקר של לב ויגוצקי. בניגוד לדגש שפיאז'ה שם על הלמידה של ילדים תוך כדי האינטראקציה שלהם עם עולם החומר, ויגוצקי מתמקד בלמידה של ילדים כתוצאה מהשתתפותם בפעילויות עם אנשים אחרים. החוקרים בגישה הסוציו-תרבותית בדומה לחוקרי השינוי המושגי מתעניינים  בקהילות ובדרכי הפעולה המדעיות. אולם, בעוד החוקרים בגישת השינוי המושגי מתמקדים בהיסטוריה האינטלקטואלית ובפילוסופיה של המדע, החוקרים הסוציו-תרבותיים מתמקדים בניתוח התרבות והשפה של הקהילות המדעיות. הם מבססים את המחקר שלהם על מחקרים אנתרופולוגיים על הדרך שבה אנשים לומדים להשתמש בדרכי הפעולה ובמשאבים בהקשר האינטלקטואלי והתרבותי שלהם. הם מנתחים את השפה בה אנשים משתמשים ומשמעותה בהקשר חברתי ותרבותי.

שיטות המחקר בדרך כלל כוללות איסוף וניתוח נתונים אתנוגרפיים.

מאפייני המחקר הסוציו תרבותי

מדע כשיח קהילתי (discourse community). בניגוד לחוקרי השינוי המושגי המדגישים את הדיאלוג של המדענים עם הטבע, החוקרים הסוציו-תרבותיים מתמקדים בדיאלוג של המדענים עם אנשים. בעיניהם, מדענים משתתפים בקהילות בעלות נורמות לשוניות וחברתיות, ערכים, ודרכי פעולה משותפים. שפתם של המדענים ודרכי הפעולה שלהם פותחים להם אפשרויות בעולם החברתי ובעולם החומר כאחד. לפי הגישה הסוציו-תרבותית, המטרה העיקרית של הוראת המדעים היא לעזור לתלמידים להשיג שליטה במשאבי השפה והתרבות כדי להיות מעורבים בשיח בקהילת המדע.

למידה כשליטה בדרכי שיח מרובות. החוקרים הסוציו-תרבותיים רואים את הקונפליקט העיקרי עומד בפני התלמידים לא בקונפליקט המושגי כפי שרואים חוקרי השינוי המושגי, אלא כקונפליקט בין דרכי תקשורת (discourses) – דרכי ידיעה, עשיה, דיבור, קריאה, וכתיבה. במצב כזה, אמצעי ההוראה בגישת השינוי המושגי מתבססות על בניית טיעון רציונאלי בשיח מדעי משותף, ואינן מספיקות. כלומר, המורה ותלמידיו צריכים למצוא דרך ליישב את הקונפליקט הקיים לא רק בין מערכי החשיבה אלא גם בין הערכים, הנורמות החברתיות ודרכי השימוש בשפה.

שיטות המחקר לניתוח תרבות, שפה ודרכי פעולה של הלומדים

שיטות המחקר הן יותר נטורליסטיות – כמו תצפית בטבע, מנסים להבין כיצד המורה ותלמידיו מדברים, כותבים, ומתנהגים כשהם עובדים יחד. החוקרים שואפים להבין כיצד המשתתפים מתנהגים בהקשר החברתי של הכיתה ופחות עוסקים בידע המושגי. פעמים רבות, החוקרים מפרטים את הרקע הלשוני והתרבותי של כל אחד מהם עצמם, כולל פרטים על המורה ותלמידיו. ובדרך כלל לא משתמשים בכלי מחקר פורמליים לאיסוף נתונים מובנה.

שיטות הוראה ללמידה סוציו-תרבותית

חוקרים סוציו-תרבותיים מתמקדים בסיוע ללומדים לשלוט בשפה ובנוהגים של תרבות הדיסציפלינה. המחקרים בגישה עוסקים בגישור בין ההבדלים הלשוניים והתרבותיים הקיימים בין מורים לתלמידים. חותרים ליצירת "מקום שלישי חופף" (congruent third space) בו השיח היומיומי של הלומדים והשיח והידע המדעי יכולים להתמזג ליצירת הבנה חדשה. במקום שלישי כזה ניתן ליישב קונפליקטים סוציו-תרבותיים ותלמידים מבתים שונים יכולים לתרום משאבים אינטלקטואלים לקהילת הכיתה. חוקרים סוציו-תרבותיים רבים מתמקדים במטפורת השולייתיות (apprenticeship) לתיאור הלמידה.

כוחו ומגבלותיו של המחקר הסוציו-תרבותי

המחקר הסוציו-תרבותי צעיר יחסית בשדה הוראת המדעים (משנות התשעים המאוחרות) והשפעתו על המדיניות ודרכי הפעולה בהוראת המדעים קטנה יחסית לגישת השינוי המושגי. המחקר מעלה אתגרים מתודולוגיים, בעיקר משום שקשה לאסוף נתונים כמותיים או לתרגם את הרעיונות הסוציו-תרבותיים לגבי הוראה למרשמים של פעילויות הדירות בהוראה. למרות שקיימות דוגמאות להתערבויות המבוססות על רעיונות סוציו-תרבותיים. הרעיונות והשיטות במחקר הסוציו-תרבותי זרים יותר לרוב מורי המדעים שהתחנכו להיות מדענים או מורי מדעים ולא נחשפו לעקרונות הלשוניים והאנתרופולוגיים המרכזיים כל כך למחקר הסוציו-תרבותי. לכן מורי המדעים צריכים להאבק כדי לחשוף קונפליקטים סוציו-תרבותיים ולהשתמש במשאבים התרבותיים שהילדים מביאים ללמידת מדע. מאבק זה משתלם, משום שהמחקר הסוציו תרבותי מייצר תובנות עמוקות ביחס לשתי השאלות החשובות בהוראת מדעים: מדוע תלמידים לא מצליחים בלימודי המדע? המחקר הסוציו-תרבותי מוסיף לתובנות המחקר בגישת השינוי המושגי, ומעמיק אותן. ניתן לראות כי התלמידים מתמודדים עם קונפליקטים תרבותיים בנוסף לקונפליקטים המושגיים. יתרה מזאת, שיטות המחקר הסוציו-תרבותי חושפות את הקונפליקטים הללו בעיקר בכיתות מסוימות ומראות כיצד הם מעכבים את למידת המדעים אצל התלמידים. לגבי השאלה השנייה העוסקת בפער ההישגים, המחקר הסוציו תרבותי מספק תובנות משמעותיות. גישה זו חושפת דרכים רבות בהן קהילות השיח המדעי נבנות סביב השפה, הערכים, והנורמות החברתיות של חבריה – בעיקר אירופאים בני מעמד הביניים. גם בבתי הספר, רוב המורים שייכים לקבוצה זו, ולכן תלמידים ממוצא אירופאי בני מעמד הביניים זוכים ליתרון על פני תלמידים מרקע חברתי ותרבותי שונה. החוקרים הסוציו-תרבותיים ערים לכך שליתרונות האלו יש השלכות רגשיות ואינטלקטואליות, ומצביעים על היותה של למידת מדעים תהליך רגשי ולא רק אינטלקטואלי. הם מציעים לפתור בעיות מוטיבציה וניכור כלפי בית הספר באמצעות שימוש במשאבים התרבותיים שכל התלמידים מביאים לבית הספר.

הגישה הביקורתית

העצמה באמצעות אוריינות מדעית

גישה זו מכירה בקיומם וחשיבותם של הקונפליקטים המושגיים והתרבותיים, אולם מתעניינת בדרכים בהן הם מושפעים מכוח ואידיאולוגיה. חוקרים ביקורתיים חותרים להראות כיצד מעמדות דומיננטיים תמרנו את "האמת" לטובתם, כולל האמת המדעית (פוקו 1977, סקוט 1998). מבקרים פמיניסטים של המדע השפיעו במיוחד על הוראת המדעים. חוקרים אחרים התמקדו בדחיקתם של תלמידים שאינם מהמעמד הדומיננטי, הצידה וכינויים "disadvantaged", או "בסיכון", "טעוני טיפוח". לדוגמה, העבודה של Barton and Kimberly Yang, 2000 שבה הן מבצעות ניתוח מקרה של מיגל, אב צעיר, החי במחסה לחסרי בית בניו יורק עם אישתו ושני הילדים שלהם. הכותבות מעמידות את עצמן כמליצות יושר למיגל מול תרבות הכוח המשפיעה על בתי הספר ולמידת מדעים. 

שיטות המחקר

ניתוח המקרה של מיגל תוך שימוש בארבע התנסויות מפתח בהן תרבות, כוח, בית ספר ומדעים שיחקו תפקיד בחייו.

1.      מיגל תמיד הפגין אהבה לטבע. הוא מגדל זוחלים למכירה ולומד עליהם ומנסה להסביר אותם.

2.      מוריו והיועצים בביה"ס שלו ייעדו אותו למסלול מיקצועי ואף פעם לא הציעו לו לקחת קורס במדעים.

3.      למיגל ביקורת על התרבות ממנה הגיע – "התרבות האמריקאית לא מכבדת פורטוריקנים ולכן אנחנו לא משקיעים מאמץ להשיג כבוד"

4.      גידול ילדים – מיגל הוציא את ביתו מהצהרון במחסה וסירב לשלוח אותה לבית ספר שמאכלס בעיקר פורטוריקנים. אמר שהוא מעדיף לשלוח את ילדיו לבית ספר של לבנים המנוהל על ידי לבנים, פורטוריקנים יכולים ללמוד מאחרים כי הם מצליחים ואנחנו לא.

הכותבות מספרות סיפור של תסכול ואכזבה. הם רואות את הסיבות לתסכולו של מיגל ביכולתם של בעלי הכוח להחליט על הנורמות והערכים של השיח, ולהזניח את נקודות המבט התרבותיות השונות כפגומות. הן מציעות שמורי מדעים יפסיקו עם הרטוריקה של "מדע לכל" ויבינו כיצד תרבות וכוח משפיעות על יצירת קהילה מדעית משתפת.

מאפייני המחקר הביקורתי

המדע אידיאולוגי ומוסדי בעיקרו. חוקרי השינוי המושגי רואים אמת מדעית כממוקמת באופן היסטורי, המדענים בכל דור מוגבלים מבחינת הנתונים הזמינים להם ונקודות המבט שעברו אליהם מהדורות הקודמים. ראייה זו שואבת את יסודותיה מההשקפה הפוזיטיביסטית. 

החוקרים הסוציו-תרבותיים רואים אמת מדעית כממוקמת מבחינה תרבותית: תרבויות שונות מחליטות מה נכון לפי הסטנדרטים הייחודיים שלהם ונורמות הטיעון המקומיים. בבסיסה נמצאת ההשקפה הרלטיביסטית.

החוקרים הביקורתיים רואים את "האמת" כמשרתת את הכוח: מעמדות דומיננטים של אנשים מארגנים את חוקי המשחק כך שהידע ודרכי החשיבה והפעולה שלהם ייראו עליונים לעומת אלו של המעמדות האחרים. והטענות כי הידע המדעי אובייקטיבי וחסר פניות ממסך את הדרכים בהן ידע ונוהגים מדעיים משרתים את תרבות הכוח. הראייה הביקורתית לא טוענת לחוסר פניות, להפך, ראייה זו צמחה מההשקפה המרקסיסטית והיא בעלת אידיאולוגיה מוצהרת - תמיכה במעמד "המדוכאים" לעומת הכוח והשלטון. כלומר, לזרם הביקורתי יש אידאולוגיה מוצהרת.

למידת מדעים כאינדוקטרינציה והתפתחות מודעות ביקורתית. תלמידים לומדים לקבל כאמת, ידע המתוכנן לשרת את האינטרסים של בעלי הכוח. החוקרים הביקורתיים קוראים לפיתוח אוריינות ביקורתית. תלמידים צריכים ללמוד לא רק כיצד להשתתף בקהילות מדעיות אלא להטיל ספק ולבקר את היחסים בין הקהילות הללו ואינטרסים כוחניים אחרים.

שיטות המחקר לגילוי וניתוח אידיאולוגיות ויחסי כוחות. חוקרים ביקורתיים מטילים ספק בקיומו של ידע חסר פניות. הם טוענים שההטיה מובנית ברקע  ובנקודות המבט שלנו.

שיטות ההוראה להשגת אוריינות ביקורתית

חוקרים ביקורתיים קוראים להשתמש בשינויים בארגון ובאידיאולוגיה של בית הספר כדי לשפר את ההוראה, כולל שינוי ביחסי הכוחות בבתי הספר וקבלת ידע הנחשב מחוץ לגבולות מדעים בבית הספר. הם מצביעים על בתי ספר אלטרנטיבים או תוכניות חוץ בית ספריות כמו התכניות לעניים שהקים פאולו פרירה.

כוחו ומגבלותיו של המחקר הביקורתי

למחקר הביקורתי השפעה קטנה בלבד על המדיניות לעומת הגישות האחרות כנראה בגלל שהחוקרים הביקורתיים מטילים ספק בבסיסה של המדיניות, ובמדידות ההישגים במדעים. החוקרים הביקורתיים פתחו כלי ניתוח החושפים את האג'נדות החבויות בתרבות הכוח של מוסדות שהחברה מינתה להיות אחראיים לחינוך מדעי. המחקר הביקורתי עוזר לנו להבין את הדרכים בהן פער ההישגים אינו תאונה מצערת, אלא הוא נשמר משום שהוא משרת את האינטרסים של מי שמפיקים תועלת מגישה נוחה ושליטה בידע המדעי.

בשנות השבעים הזרמים העיקריים בהוראת המדעים היו התיאוריה הביהביוריסטית של גנייה, הלמידה הורבלית של אוסובל, והתיאוריה ההתפתחותית של פיאז'ה. ניתן לראות כיצד הן הובילו בעיקר לגישת השינוי המושגי. בשנות העשור הראשון של מאה זו מצטרפות אליהן גישות רלטיביסטיות ופוסטמודרניסטיות יותר. לסיכום, תובנות משלושת הזרמים מספקות לנו הבנה עשירה ועמוקה יותר של למידת מדעים מכפי שהיינו מקבלים אם היינו מסתכלים רק על גישה אחת.

מבוסס על:

Perspectives on science learning, Charles W. Anderson, pp 3-30. In Handbook of research on science education. 2007. Ed. Sandra K. Abell, Norman G. Lederman.

דוגמאות לגישת השינוי המושגי:

Linking phenomena with competing underlying models: A software tool for introducing students to the particulate model of matter. Snir, Smith, Raz. Science Education, 2003. 794-830, Vol 87, Issue 6.

דוגמאות לגישה הסוציו-תרבותית:

Moje, E.B., Collazo, T., Carrillo, R,. Marx, R.W. 2001. Maestro, what is "quality"?: language, literacy and discourse in project-based science. Journal of Research in Science Teaching, 38, 469-498.

דוגמאות לגישה הביקורתית:

Barton A.C., 2000. The culture of power and science education: learning from Miguel. Journal of Research in Science Teaching, 37, 871-889.