העוסקים בפיתוח סביבות למידת חקר מבוססות מחשב משתדלים לקחת בחשבון את אמונות היסוד, המודל המנטלי ורמת ההבנה המושגית של הלומד לגבי התופעות והמושגים המדעיים בתחום הנלמד; לעודד מודעות עצמית של הלומד לגבי תהליך החקר שלו; לעודד ולהגביר את המוטיבציה של הלומד לבצע שינוי באמונותיו בדרכים שונות; להמחיש באופן חזותי את המאפיינים המרכזיים של התופעה הנחקרת באמצעות המודלים וההדמיות; וליצור דרכים לעידוד קונפליקט קוגניטיבי בין הידע הקיים של הלומד לבין התנסויותיו בסביבה, שמחייבת ארגון מחדש של תפיסותיו מנקודת מבט חדשה.
למידת חקר יכולה להתבצע בצוותים ובקהילות למידה ברשת. היא מאופיינת בשיתוף לאורך השלבים הבאים: סיעור מוחין משותף הכולל שאילת שאלות, חיפוש והגדרת נושאים למחקר, העלאת השערות, איסוף נתונים, ארגון, עיבוד וניתוח הנתונים עד לשלב של הצגתם, ובעקבות הממצאים - קיום דיון ביקורתי ופרסום תוצרי החקר ברבים. לצורך יצירת סביבת למידה שיתופית מתוקשבת המאפשרת את הפעולות הנ"ל, רצוי שהסביבה תכלול את המרכיבים הבאים: 1 .מרחב שיח משותף - ובו משתתפים כל הלומדים כקהילה. על פי רוב המרחב מכיל גישות חדשות ללמידת חקר שיתופית באמצעות טכנולוגיות מידע ותקשורת. מרחב זה יכול להיות אסינכרוני ובו כלים דיגיטליים כמו: פורומים, בלוגים ודואר אלקטרוני או סינכרוני טקסטואלי וגם קולי או וידאו-צ'ט הכולל טקסט, קול, תמונה וצילום וידאו חי. כלים דיגיטליים מסוימים משלבים את שתי האפשרויות, והם גם סינכרוניים )נוכחות בו-זמנית (וגם אסינכרוניים כדוגמת הווטסאפ שיש בו גם אפשרויות לשילוב של טקסט, קול ותמונה. במרחב זה ישנה גמישות גדולה מאוד של מקומו של המורה שיכול להיות מוביל השיח, שותף שווה ללומדים או צופה מן הצד. 2 .משאבי מידע הכוללים מאגרי מידע של חומרי קריאה, כגון: מאמרים וצפייה בסרטוני וידאו, הנחיות והדרכה ברשת לעבודה במעבדה ובשדה, תוצרים של תהליכי חקר קודמים, סימולציות ועוד. 3 .כלים דיגיטליים לעבודה שיתופית המאפשרים איסוף נתונים ועיבוד משותף, כתיבה משותפת ועוד.
הבחנה בין למידת חקר למחקר מדעי.
חשוב לעשות את ההבחנה בין חקירה מדעית שמתייחסת לדרכים השונות שבהם חוקרים המדענים את העולם וההסברים שהם מספקים על תופעות הטבע על בסיס עבודתם המדעית, לבין למידת חקר שמתייחסת לפעילויות הלומדים שבאמצעותם הם מפתחים ידע והבנה לגבי רעיונות ומושגים מדעיים שונים, כמו גם הבנה לגבי האופנים שבהם חוקרים המדענים את העולם.
במהלך למידת החקר התלמידים אומנם אינם מגלים ידע חדש לאנושות, כפי שעושים מדענים. לעומת זאת הם נחשפים לידע שחדש עבורם ובכך לומדים מקרוב כיצד הידע נוצר ומהי תרומתו של המחקר לגילוי בחינה וביסוס של ידע חדש.
באופן זה למידת חקר מזמנת התרחשות של למידה משמעותית בה הלומד מבנה את מושגיו, מפרש ידע משכלל את פרשנותו ובוחן אותה, למידת חקר מאפשרת לתלמיד להעביר את מוקד ההתייחסות מתכנים, למיומנויות למידה, לחשיבה ולמיומנויות חברתית. למידת חקר מאפשרת מיקוד למידה סביב בעיות אותנטיות ורלוונטיות לתלמיד, תוך הדגשת כישורי התלמיד והאחריות האישית שלו לתהליכי הלמידה.
מגבלות מעשיות.
תהליך החקר המדעי כרוך בהפעלה של אסטרטגיות חשיבה גבוהות, אשר כל אחת מהן דורשת ידע מטא–אסטרטגי מפורש.
ללא הוראה מפורשת של כל אחת מאסטרטגיות החשיבה הנדרשות, תהליך החקר יתמקד בהתעסקות הטכנית בנוהלי התצפית או הניסוי ולא יעודד הפעלה של חשיבה מדעית. בהתאם לכך, תהליך חקר המיועד לערב את חשיבתם של התלמידים יוצר עומס קוגניטיבי, אשר צורך השקעה מרובה של זמן ומאמץ מהמורה ומהתלמידים כאחד.
בנוסף, תכנון תהליך ההוראה של למידת חקר מחייב גמישות מחשבתית, משום שהוא מצריך שינויים בתפיסה של תהליכי ההוראה וההערכה.
היישום של שינויים אלו צריך לקחת בחשבון את המגבלות הפיזיות והארגוניות של בתי הספר ומערך השיעורים המונהג בהם.
עם זאת התועלת אשר ניתן להפיק מתהליך החקר המדעי יכולה להצדיק את המאמץ המושקע בה.
שילוב תהליך החקר בכיתה הנעשה תוך כדי פיתוח אסטרטגיות חשיבה והבנייה של ידע מדעי, יכול להוביל לטיפוח תפיסה נאמנה של המדע כתהליך דינאמי של התהוות ידע, באמצעות חשיבה ביקורתית ויצירתית של האדם, מתוך ניסיון לבאר ולהסביר את העולם.
הוראה אינדיאנית והוראה סוקרטית.
שיטה זו היא מעין שילוב של למידה טבעית עם למידת חקר. כמו בלמידה טבעית, התלמיד הוא הקובע מה ללמוד, מתי ואיך. אך כשהוא בא אל המורה ושואל אותו משהו או מבקש את עזרתו, המורה אינו עונה ישירות. במקום זה המורה שואל את התלמיד שאלה או נותן לו משימה כמו בלמידת חקר. מתוך תהליך החקר, התלמיד מגיע לפתרון הבעיה המקורית שהטרידה אותו ולומד זאת בצורה יסודית ומקיפה יותר מאשר לו היה מקבל את התשובה ללא מאמץ מצדו.
בגרסה האינדיאנית עיקר הלימוד מתבצע בפעילות הגומלין שבין הלומד לבין העולם, כשהמורה מנחה היכן לחפש את התשובות. בגרסה הסוקרטית השיחה עצמה היא הסביבה הלימודית והחומר הנלמד נובע מתוך הלומד עצמו תוך כדי דיאלוג עם המורה.
גארנט
גארנט – קבוצת מינרלים נזוסיליקטים - (סיליקטים במבנה בצורת איים), בעלי הנוסחה הכללית: A3B2(SiO4)3, שבה A הוא קטיון דו־ערכי (Ca, Fe2+, Mg) ו-B הוא קטיון תלת־ערכי (Al, Fe3+, Cr). היסודות הכימיים המשתתפים בבניית סוגי הגארנט השונים כוללים: סידן, מגנזיום, אלומיניום, ברזל 2+, ברזל3+, כרום, מנגן וטיטניום. סוגים אחדים של גארנט קשים למדי ויכולים לשמש למטרות ליטוש (7.5-6.5 בסולם מוס).
מקור השם גארנט מלטינית - "גראנטוס" ("granatus" – גרעין), כנראה קיצור של "מאלום גראנטום" ("malum granatum" – רימון), פרי שגרעיניו האדומים דומים בצורה, בגודל ובצבע לכמה מסוגי גבישי הגארנט.
קבוצת הגארנטים נפוצה יחסית בסלעים מותמרים ובסלעי יסוד, משום שהגארנטים נוצרו תחת טמפרטורות גבוהות או לחץ גבוה בהם עומדים סלעים מסוג זה. משום כך יכולים הגאולוגים להסיק תחת אילו תנאים נוצרו סלעים על פי הגארנטים המצויים בהם.
צבעי הגארנט.
צבעם הנפוץ של גבישי הגארנט הוא אדום, אך ניתן למוצאם במגוון של צבעים כולל: סגול, אדום, כתום, צהוב, ירוק, חום, שחור או חסר־צבע. היעדרו של הצבע הכחול משורת הצבעים של הגארנט תוקן בשנות ה-90 של המאה ה-20 משהתגלה גארנט המחליף צבעים מכחול לאדום/ורוד ב"בקילי" שבמדגסקר, אך אבנים אלה נדירות ביותר. ככלל, גארנטים מחליפי צבעים הם בין הגארנטים הנדירים ביותר פרט לאוברוביט, המצוי בגדלים זעירים שאינם מאפשרים את חיתוכו לאבני חן. באור היום יהיה צבע גבישי הגארנט מחליף צבעים בגוונים של ירוק, בז', חום, אפור ולעיתים רחוקות כחול, עד אדמדם או סגלגל/ורדרד באור זוהר. הרכבם של גארנטים אלו הוא תערובת של ספסרטין ופירופ, כדוגמת הגארנטים של מלאיה. האפקט של החלפת הצבע בגארנטים חדשים אלו הוא לעיתים קרובות עז ודרמטי יותר מאבן החן כריזובריל באיכות הגבוהה ביותר. למרות האפקט המאכזב לעיתים של הכריזובריל הוא נמכר באלפי דולרים לקרט. יש להניח כי בעתיד יהיו מחירי הגארנט הכחול מחליף הצבעים שווים לאלו של הכריזובריל או אף יקרים ממנו, שכן בדרך כלל אפקט החלפת הצבע בגארנטים אלו טוב יותר והם נדירים יותר. הסוג הכחול מחליף הצבע נוצר בשל נוכחות של כמויות גדולות יחסית של ונדיום (כ-1% במשקל V2O3).
סוגי הגארנט.
למדע מוכרים שישה סוגים של גארנטים: אוּבַרוֹבִיט, אַלמַנדין או גחלת, אַנדראדיט, גרוֹסוּלר (שבו יש חלוקה משנית נוספת, להֶסוניט המכונה אבן קינמון וטסאבוריט), ספֶסַרטין ופּירוֹפּ.
נוהגים לחלק את הסוגים לשתי קבוצות:
קבוצת הפיראלספיט – אלומיניום כמשתנה B.
אלמנדין.
אלמנדין הוא אבן חן מודרנית הקרויה לעיתים גם גחלת, אך במקור נקראה כך כל אבן חן אדומה. השם אלמנדין הוא שיבוש של אלאבנדה, אזור באסיה הקטנה שבו היה נהוג לכרות את האבן בימי קדם. כימית, אלמנדין הוא גארנט ברזל-אלומיניום שנוסחתו Fe3Al2(SiO4)3. האבנים השקופות בעלות הצבע האדום קרויות גארנט יקר ועושים בהן שימוש כאבני חן (זהו הגארנט הנפוץ ביותר). את האלמנדין מוצאים בסלעים מותמרים כדוגמת צפחות נציץ יחד עם המינרלים סטאורוליט, קיאניט, אנדלוזיט ואחרים. כינויים נוספים לאלמנדין: גארנט אוריינטלי, אודם-אלמנדין וגחלת.
ספסרטין.
ספסרטין הוא גארנט אלומיניום-מנגן, Mn3Al2(SiO4)3. הוא קרוי על שם שושלת ההרים ספסראט בבוואריה. את הספסרטין מוצאים בעיקר בגרניט פגמטיטי וסלעים נלווים ובסוגים מסוימים של הסלע המותמר פייליט. ספסרטין בגוון כתום יפהפה מצוי במדגסקר. ספסרטינים בגווני אדום-סגול מצויים בסלעי הריוליט של קולורדו ומיין.
פירופ.
פירופ, מלטינית פירופוס ("pyropos" – דמוי אש) הוא אבן חן בצבע אדום-אודם והרכבו הכימי הוא סיליקט אלומיניום-מגנזיום שנוסחתו Mg3Al2(SiO4)3, למרות שחלק מיוני המגנזיום עשויים להיות מוחלפים על ידי סידן או ברזל. צבע הפירופ נע מאדום עמוק לכמעט שחור. פירופים שקופים משמשים כאבני חן.