تصورات خطأ للمفاهيم

التصورات الخاطئة حول بعض المفاهيم الفيزيائية لدى معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية وطلابهم

رسالة ماجستير               

     إعداد/ عماد جنش

إشراف

أ.د/ يسري عفيفي                      أ.م.د./ محسن فراج

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

ملخص البحث ونتائجه وتوصياته

 أولاً: ملخص المشكلة وخطة بحثها

          استهدفت هذه الدراسة تحديد التصورات الخاطئة حول بعض المفاهيم الفيزيائية – تحديداً مفاهيم القوة والحركة والموجة – لدى معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية وكذلك لدى طلابهم. نظراً لوجود تصور واضح في تحصيل مفاهيم الفيزياء وشيوع أنماط متعددة من التصورات الخاطئة لتلك المفاهيم كما تشير الأدلة البحثية ومن ثم يؤدي إلى عزوف الطلاب عن دراسة الفيزياء واعتبارها مجردات يصعب فهمها، ولما كان وجود تصور خاطئ لدى المعلم قد ينتقل للطلاب بطريقة أو بأخرى  لزم الوقوف على كم ونوعية تلك التصورات كخطوة في سبيل تعديلها أو تغييرها.

 

          كل ما سبق دعا الباحث إلى ضرورة إجراء دراسة علمية لتحديد التصورات الخاطئة حول بعض المفاهيم الفيزيائية وتحددت مشكلة الدراسة الحالية في:

  

"وجود تصورات خاطئة حول بعض المفاهيم الأساسية في مادة الفيزياء لدى الطلاب دارسي الفيزياء بالمرحلة الثانوية مما قد يرجع إلى انتقال هذه الأخطاء من معلميهم" وقد يكون سبباً في انخفاض التحصيل وعزوف الطلاب عن دراسة مقررات الفيزياء بتلك المرحلة

وللتصدى لهذه المشكلة تحاول الدراسة الإجابة عن الأسئلة التالية :

[1] ما المفاهيم الفيزيائية الأساسية اللازمة لمعلم الفيزياء بالمرحلة الثانوية ؟ 

[2] ما التصورات الخاطئة لدى معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية حول بعض المفاهيم  الأساسية ؟

[3] ما التصورات الخاطئة لدى طلاب هؤلاء المعلمين حول بعض تلك المفاهيم ؟

[4] ما أكثر التصورات الخاطئة شيوعا حول بعض هذه المفاهيم لدى هؤلاء المعلمين وطلابهم ؟

واقتصر البحث على الحدود التالية:

[1] بعض المفاهيم الفيزيائية الأساسية المتضمنة فى مقررات الفيزياء بالمرحلة الثانوية .

 [2] مجموعة من معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية بمحافظة الجيزة

 [3] مجموعة كبيرة من طلاب هؤلاء المعلمين بالمرحلة الثانوية.

 [4] تفسير نتائج البحث فى حدود زمان ومكان إجراءه.

واتخذت إجراءات الدراسة الخطوات التالية:

[1] تحديد المفاهيم الفيزيائية الأساسية اللازمة للمعلم لتدريس الفيزياء بالمرحلة الثانوية من خلال

أ ـ تحليل محتوى مقررات الفيزياء للمرحلة الثانوية العامة  

ب ـ التحقق من موضوعية التحليل

د-استطلاع رأى الخبراء و الموجهين والمعلمين

 [2] إعداد اختبار لتحديد التصورات الخاطئة للمفاهيم الفيزيائية لدى معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية وطلابهم من نوع الاختيار من متعدد عن طريق:

أ ـ دراسة البحوث والدراسات السابقة التى أعدت اختبارات لتحديد الخاطئة فى الفيزياء فى مراحل التعليم العام 0

  ب ـ الاستفادة من بعض الأدوات التى استخدمت لتشخيص التصورات الخاطئة فى      مجال الفيزياء فى مراحل التعليم العام

[3] عرض الاختبار في صورته الأولية على المتخصصين علم الفيزياء وتدريسها لمعرفة سلامة الأسئلة ومدى ملاءمة مستواها لتطبيقها على المعلمين والطلاب0

 [4] تطبيق الاختبار على عينة استطلاعية صغيرة من معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية وكذلك على طلابهم لتحديد الثبات ومدى ملاءمتهما للتطبيق على العينات الكبيرة .

[5]  تطبيق الاختبار على عينة الدراسة .

[6]  تحديد أكثر المفاهيم الفيزيائية التي لها تصورات خاطئة لدى معلمي الفيزياء وكذلك لدى طلابهم .

[7] تسجيل النتائج ومعالجتها إحصائيا  .

[8] تحديد العلاقة بين تصورات المعلمين وتصورات طلابهم حول المفاهيم الفيزيائية المحددة سابقا.

[9] مناقشة النتائج وتفسيرها  .

[10] تقديم التوصيات والمقترحات .

ثانياً: ملخص نتائج البحث

فيما يختص بتحديد تصورات معلمي الفيزياء وطلابهم عينة البحث حول مفاهيم القوة والحركة والموجة ، فقد توصلت نتائج البحث الحالي إلى :-

أولا: مفاهيم القوة والحركة

أوضحت نتائج تطبيق اختبار التصورات الخاطئة على معلمي الفيزياء بالمرحلة الثانوية والطلاب دارسي الفيزياء والموضحة بجدول رقم (5) أن:

1- بالنسبة لمفهوم عجلة السقوط الحر

رصدت نسبة (33.3 %) من المعلمين ونسبة(16 %) من طلابهم اختاروا بدائل تمثل تصورات خاطئة حول مفهوم عجلة السقوط الحر وهي:

2- قوة الجاذبية Gravitational Force

رصدت نسبة(69.33% ) من المعلمين ونسبة( 48% ) من الطلاب لديهم تصوراَ خاطئاَ مؤداه أن:

3- سرعة الهروب من الجاذبية Escape Velocity

أوضحت النتائج أن نسبة(5.4 % ) من المعلمين و(60% ) من طلاب العينة لديهم تصورات خاطئة مؤداها أن:

4- الحركة فى خط مستقيم  Motion in straight line

أوضحت نتائج جدول (5) أن نسبة(6.7 % ) من المعلمين و( 60.4% ) من الطلاب دلت النتائج أنهم يمتلكون تصوراَ خاطئاَ لمفهوم (الحركة في خط مستقيم) مؤداه أن:

أما نسبة( 52.3 % ) من المعلمين و(43.7% ) لديهم تصوراَ خاطئاَ حول ذات المفهوم وهو:

أن القوة خاصية من خواص الجسم لذلك فإن:

5 - عجلة الجاذبية الأرضية  Acceleration of free fall

أوضحت النتائج أن نسبة (69.2 % ) من المعلمين و( 48% ) لديهم تصوراَ خاطئاَ حول مفهوم (عجلة الجاذبية). وهي أن

·  عجلة الجاذبية عند سطح الأرض أكبر منها على عمق أكبر من سطح الأرض.

نسبة( 30.8 % ) من المعلمين و( 52% ) لديهم تصوراَ خاطئاَ حول المفهوم(عجلة الجاذبية الأرضية) وهو أن:

·        عجلة الجاذبية الأرضية عند مركز الأرض أكبر ما يمكن.

كما تبين وجود تصورات خاطئة حول مفهوم القوة المتبادلة بين أي جسمين وهي:

·        الأجسام المتزنة تؤثر على بعضها بقوة تتوقف على كتلة هذه الأجسام.

·        الجسم الأكبر كتلة يؤثر بقوة أكبر علي الجسم الأقل كتلة.

·        الجسم العلوي يؤثر على الجسم السفلي بقوة أكبر.

·        الخلط بين مفهومي القوة والضغط.

6 - العجلة المركزية  Centripetal Acceleration

تبين أن نسبة (34%) من معلمي الفيزياء ونسبة(50 %) من طلابهم لديهم تصوراً خاطئاً وهو أن:

·        السرعة المدارية سرعة دائرية وليست خطية.

·        الجسم يتحرك في دائرة إذا ترك حراً بعد تحركه في دائرة

7 - السرعة المدارية Orbital Velocity

تبين أن لدي نسبة (43.5 %) من المعلمين  ونسبة(60 %) من طلابهم لديهم  تصور خاطئ حول مفهوم السرعة المدارية وهو أن :

·        سرعة الجسم المدارية غير ثابتة القيمة لكل جزء من أجزاء المسار الرأسي لجسم يتحرك في دائرة

ونسبة (46.5 %) من المعلمين  ونسبة(40 %) من طلابهم لديهم  تصور علمي سليم:

8 - التصادم المرن Elastic Collision

تبين أن نسبة (36 %) من المعلمين  ونسبة(62.4%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم (التصادم المرن)

9 - القوى المتزنة  Equivalent Forces

تبين أن نسبة (20%) من المعلمين  ونسبة(64%) من طلابهم لديهم تصورات خاطئة حول مفهوم  (القوى المتزنة) وهى :-

10 - الــــوزن  Weight

من نتائج الجدول (5) تبين أن:

نسبة (23.7%) من المعلمين  ونسبة(64.8%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم (الوزن)

11 - قوى الاحتكاك Friction Forces

تبين أن نسبة (82.6%) من المعلمين  ونسبة(41.2%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم قوة الاحتكاك وهو أن :-

12 - طاقة الحركة Kinetic Energy

من نتائج الجدول (5) تبين أن:-

نسبة (23.7%) من المعلمين  ونسبة(64.8%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم طاقة الحركة وهو

13 – الدفع Impetus

من نتائج الجدول (5) تبين أن:-

نسبة (27.7 %) من المعلمين  ونسبة(54.4%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم (الدفع) هو أن سبب تحرك الصاروخ في الفراغ :

14 – الشغل Work

تبين أن نسبة (22.7 %) من المعلمين  ونسبة(44%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم ( الشغل ) وهو أن :-

15 - القصور الذاتي Inertial

تبين أن نسبة (33.4 %) من المعلمين  ونسبة (66%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم ( القصور الذاتي) وهو أن :-

 

·  اندفاع ركاب السيارة للخارج في المنحنيات يرجع إلى محاولة حفاظ الجسم على حالته في حركة دائرية

بالنسبة للدلالة اللفظية لمفاهيم القوة والحركة لدى معلمي الفيزياء وطلابهم عينة البحث فقد توصلت نتائج البحث الحالي والموضحة بجدول رقم (5) الذي يوضح تكرارات الإجابات الصحيحة والنسب المئوية لها ويمكن تلخيص نتائجه في بعض الملاحظات التالية:-

من نتائج جدول(5) والخاص بإجابات أفراد العينة على الفئة الثانية من الجزء الأول من اختيار التصورات الخاطئة ويطلب فيه اختيار الدلالة اللفظية الصحيحة التي تتفق مع المفهوم الفيزيائي المقدم تبين ما يلي:

1-    توجد نسبة74.7 % من معلمي الفيزياء ونسبة 60% من طلابهم توصلوا إلى الإجابة الصحيحة لمفهوم مركز الثقل (بأنه نقطة تأثير وزن الجسم لأسفل)

بينما نسبة ( 25.3% ) من المعلمين و(40% ) من الطلاب وجد لديهم خلط بين مفهومي مركزالثقل والوزن.

2-    نسبة (84.7% ) من المعلمين و(56.8% ) من الطلاب توصلوا للدلالة اللفظية السليمة لمفهوم الدفع (على أنه التغير في كمية تحرك الجسم )

ولكن نسبة (15.3 % ) من المعلمين و( 43.2% ) من الطلاب أظهروا درجات من عدم الفهم لمفهوم الدفع حيث خلطوا بين مفهوم الدفع ومفهوم القوة

3-    نسبة16% من معلمي الفيزياء  و 60.4% من الطلاب عينة البحث ، حدث لديهم خلط حول مفاهيم الدفع ،القوة ، كمية التحرك ، على اعتبار أن الدفع والقوة يتم تعريف دلالتهما اللفظية بدلالة كمية التحرك.

4-    نسبة 84 % لم يتوصلوا إلى الدلالة اللفظية السليمة لمفهوم الحركة التوافقية البسيطة معتبرين أن الحركة التوافقية البسيطة هي فقط الحركة الدورية (دورا نية – في دائرة)

5-    رصدت نسبة 14% لمعلمي الفيزياء و 63.2% لطلابهم من الأخطاء في التوصل إلى الدلالة اللفظية لمفهوم(الجسيم)

6-    رصدت نسبة 14.7% من الأخطاء في التوصل إلى الدلالة اللفظية لمفهوم(الطاقة الداخلية للجسم) و(الطاقة الميكانيكية للجسم) حيث حدث خلط بينهما معتبرين أن لا فرق بين مجموع طاقتي الوضع والحركة ككل ومجموع طاقتي الوضع و الحركة لجزيئات الجسم الداخلية.

للإجابة على السؤال الثاني والثالث من أسئلة البحث

·  ما أكثر التصورات الخاطئة شيوعا لدى معلمي الفيزياء وطلابهم عينة البحث حول مفاهيم القوة والحركة تم حساب تكرارات الإجابات الخاطئة لأسئلة الاختبار ، ثم حصر الأخطاء التي تم تكرارها لدى 30% فأكثر من عينة البحث

ثانياً: مفهوم الموجة والحركة الموجية

فيما يختص بتحديد تصورات معلمي الفيزياء وطلابهم عينة البحث حول مفاهيم الموجة والحركة الموجية ، فقد توصلت نتائج البحث الحالي إلى :-

 (1) مفهوم الزمن الدوري Periodic time

أوضحت النتائج في جدول (10) وجود تصورات خاطئة حول مفهوم الزمن الدوري وهي أن:-

وهذا التصور الخاطئ كان تفسيره أنه بزيادة كتلة البندول تزداد قوة جذب الأرض له وبالتالي يقل زمنه الدوري.

(2)  التــــردد Vibration

نسبة(32.6%) من المعلمين  ونسبة ( 39.5 %)من الطلاب لديهم تصورات خاطئة حول ذات المفهوم وهي:

 (3) الحركة التوافقية البسيطة Simple Harmonic Motion

بينت النتائج أن نسبة(57.3%) من المعلمين  ونسبة( 23.3 %) من الطلاب لديهم تصورات خاطئ حول ذات المفهوم بأن:

 (4) الاهتزازة الكاملة Complete Oscillation

رصدت نسبة(14.7%) من المعلمين ونسبة( 61.2) %من الطلاب أظهروا تصوراً خاطئاً بأن:-

 (5) الموجة الكهرومغناطيسية           Electromagnetic Waves

 من نتائج جدول( 10) تبين وجود نسبة(  20% )من المعلمين ونسبة (80%) من الطلاب  لديهم تصور خاطئ بأن:-

وأن نسبة (80%) من المعلمين و( 20%) من الطلاب الذين اختاروا البديل رقم (2) لديهم تصور علمي سليم بأن:

 (6) التداخل         Interference

          تبين وجود نسبة كبيرة من المعلمين لديهم تصور ناقص حول مفهوم التداخل في الضوء ، فهم يمتلكون الدلالة اللفظية للمفهوم ولا يستطيعون تطبيقه في ملاحظات يومية ينطبق عليها ذلك المفهوم.

فيلاحظ أن (14%) من المعلمين  و(40% )من الطلاب يعتقدون بأن ظهور ألوان متعددة على فقاعة من الصابون يرجع إلى حدوث انعكاس للضوء. 

كما أن نسبة (72 %) من المعلمين و(18%) من الطلاب يعتقدون بأن ظهور هذه الألوان يرجع إلى حدوث انكسار للضوء على سطحي الفقاعة.

 

 (7) الحيود     Diffraction

          تبين وجود تصور خاطئ لدى  نسبة (80 %) من معلمي الفيزياء و( 88% )من طلابهم عينة البحث  ، في أنهم يمتلكون المعرفة العلمية التي تمكنهم من إعطاء الدلالة اللفظية لمفهوم الحيود وحل المسائل المتعلقة به لكنهم لا يستطيعون تطبيق المفهوم على مواقف أخرى مشابهة فقد تبين أن:

1- نسبة( 17%) من معلمي الفيزياء  ونسبة(20 %) من طلابهم يعتقدون بأن ظهور ألوان متعددة على اسطوانة الليزر  CD يرجع إلى انكسار الضوء.

2- نسبة ( 17.3%) من معلمي الفيزياء  ونسبة(40 % )من طلابهم يعتقد بأن ذلك يرجع إلى الانعكاس الكلي للضوء

 (8) انعكاس الضوء           Light Reflection

تبين النتائج أن:-

نسبة( 40%) من المعلمين ونسبة( 69.6 %) من الطلاب لديهم تصور خاطئ حول مفهوم انعكاس الضوء  وتبين أن:

1- نسبة( 18%) من المعلمين ونسبة (35 % )من الطلاب يعتقدون بأن الصور في المرآة المقعرة تكون مطابقة تماماً للجسم. إذا وضع الجسم على بعد أكبر من ضعف البعد البؤري لها.

2- نسبة( 8%) من المعلمين ونسبة( 10 % )من الطلاب لديهم تصور بأن الصورة تكون تقديرية فلا يرى شئ على الحائل.

(9) سرعة الصوت     Speed of sound

أوضحت نتائج جدول (10) أن نسبة( 20%) من المعلمين ونسبة(20 % )من الطلاب لديهم تصور خاطئ بأن:

·        سرعة الصوت تتناسب طردياً مع كثافة الهواء.

·        سرعة الصوت في الهواء لا تتأثر بدرجة الحرارة.

·        سرعة الصوت في الهواء تزداد بزيادة الحرارة.

·        سرعة الصوت في المناطق الباردة أعلى من المناطق الحارة.

(10) سرعة الضوء           Speed of light

            تبين وجود:-

1- أن نسبة4.2% من المعلمين ونسبة 36 % من الطلاب لديهم اعتقاد بأن سرعة الضوء في الفراغ أقل من سرعته في أي وسط شفاف آخر.

2- وأن نسبة  46.6% من المعلمين ونسبة 44% من الطلاب لديهم تصور خاطئ بأن سرعة الضوء في الفراغ تختلف باختلاف الأطوال الموجية.

 

11- مفهوم البعد البؤري  Focal distance

تدل نتائج جدول (10) أن  بنسبة ( 46  % )من المعلمين و(60%) من طلابهم لديهم تصور خاطئ حول مفهوم البعد البؤري مؤداه:-

·        أن البعد البؤري يعتمد على سمك العدسة التي ينكسر خلالها الضوء فقط

 كما أن نسبة( 9.3%) من المعلمين  ونسبة( 7.2%) من الطلاب أظهرت تصوراً خاطئا بأن:

1- البعدان البؤريان للعدسة المحدبة متماثلة الوجهين الموضوعة في الهواء غير متساويان.

2- البعدان البؤريان للعدسة المحدبة الموضوعة بين وسطين مختلفين مثل الماء والهواء متساويان

بالنسبة للدلالة اللفظية لمفاهيم الموجة والحركة الموجية لدى معلمي الفيزياء وطلابهم عينة البحث فقد توصلت نتائج البحث الحالي والموضحة بجدول رقم (7) الذي يوضح تكرارات الإجابات الصحيحة والنسب المئوية لها