הוראת המדעים

הוראת המדעים או חינוך מדעי הוא ההוראה והלימוד של מדע לילדים בבתי ספר ובגנים, לסטודנטים ולאנשים מבוגרים בציבור הרחב. הוראת מדעים היא תחום ידע הנחקר בעיקר על ידי אנשי חינוך, אנשי מדעי הטבע ומתמטיקאים. ברוב המוסדות האקדמיים, התחום משויך לפקולטה למדעי הרוח והחברה או לפקולטה לחינוך, אך יש מוסדות שבוחרים לשייכו, דווקא, לתחום מדעי הטבע. האדם הראשון שהועסק כמורה למדעים בבית ספר ציבורי בריטי היה ויליאם שארפ (אנ'), שעזב את העבודה בבית הספר רוגבי (אנ') ב-1850 לאחר שהכניס את תחום המדעים לתוכנית הלימודים. קיימת טענה ששארפ ייסד מודל למדעים שיילמד בכל מערכת בתי הספר הציבוריים הבריטיים. ב-1867 האקדמיה הבריטית לקידום המדע (BAAS) פרסמה דו"ח הקורא להוראת "מדע טהור" והכשרת "הרגל הנפש המדעי". תנועת החינוך הפרוגרסיבי תמכה באידאולוגיה של אימון נפש באמצעות המדעים. BAAS הדגישה הכשרה קדם מקצועית נפרדת בחינוך מדעי תיכוני. בדרך זו, ניתן יהיה להכין חברי BAAS עתידיים. הפיתוח הראשוני של הוראת המדעים הואט בשל היעדר מורים מוסמכים. התפתחות מרכזית אחת הייתה ייסוד מועצת בית הספר של לונדון (אנ') ב-1870, שדנה בתוכנית הלימודים בבית הספר. התפתחות נוספת הייתה ייזום קורסים לספק למדינה מורים למדעים מיומנים. שני הנושאים קודמו תודות להשפעתו של הביולוג האנגלי תומאס הנרי האקסלי. הפיזיקאי האירי ג'ון טינדל היה בעל השפעה בהוראת מדע הפיזיקה. את ראשית המחקר המודרני בתחום הוראת המדעים מייחסים לתחילת תקופת המלחמה הקרה. בתקופה זו היו בארצות הברית מדענים רבים ששוחררו ממיזמי מחקר צבאיים והיו נוחים להתארגנות כמו גם לקשר פורה עם אנשים שאינם אנשי אקדמיה. התחום זכה לתמיכה גדולה מממשלת ארצות הברית במיוחד כתגובה להישג המפתיע של ברית המועצות בשליחת האדם הראשון לחלל - יורי גגארין. דחיפה נוספת לקידום התחום ניתנה ממדענים, כמו מלבה פיליפס, אשר כיוון שסירבו לשתף פעולה עם "ועדת בית הנבחרים לפעילות אנטי-אמריקנית" בתקופת המקרתיזם, פוטרו ממשרות אקדמאיות ועברו לפיתוח שיטות הוראה וכתיבת ספרי לימוד. מטרתם של העוסקים בתחום היא מציאת שיטות להוראת המדע בבתי הספר, אשר יאפשרו לתלמידים להפוך לצרכנים ביקורתיים של ידע. יש לטפח בתלמידים הבנה של הדרכים שבהן ידע נוצר ומשתנה לצד מודעות לאופי המתפתח והלא-ודאי שלו, רגישות לקיומן של נקודות מבט שונות ופתיחות ללמידה של מושגים חדשים. משום שהעיסוק במדע דורש מתלמידים לזהות משתנים רלוונטיים בתופעות טבע ולגלות קשרים ביניהם, המדע הוא אמצעי יעיל ביותר לפיתוח חשיבה מדעית. באופן זה הוראת המדעים יכולה לתרום להכשרתם של מועמדים מוצלחים ללימודים באוניברסיטאות ובכך לאפשר למדינה ליהנות ממספר רב ככל האפשר של חוקרי מדע מצליחים. הסוגיות העיקריות המעסיקות את אנשי תחום מחקר זה: הימנעות מהקניית תפישות שגויות. הבהרת הקשר בין ידע מדעי לבין חיי היומיום. מציאת איזון בין יכולת הלמידה של ילדים מגילים שונים לבין הצורך להעביר להם ידע רב ומדויק – דבר שהופך את הפסיכולוגיה ההתפתחותית לתחום ידע חשוב עבורם. זיהוי ידיעות שחשוב להקנות לתלמידים בגיל צעיר לעומת ידיעות שניתן לדחות את הוראתן. כדי ללמוד מדע וטכנולוגיה יש להביא את התלמידים למצב בו הלמידה תהייה מלווה בעשייה, תוך התמודדות עם בעיות מדעיות ובביצוע של חקירה מדעית בהתאם ליכולת שלהם בכל גיל. מסיבה זו השימוש בלמידה פעילה ולמידת חקר יכול להיות יעיל להוראת המדעים. שבעה היבטים מרכזיים נחשבים כנכונים בלימוד מדעים בבית הספר: (1) הזמניות של הידע המדעי; (2) תצפיות והפניות; (3) סובייקטיביות ואובייקטיביות במדע ; (4) יצירתיות ושכלתנות; (5) ההטמעה החברתית והתרבותית של המדע; (6) התאוריות והחוקים המדעיים; ו-(7) השיטות המדעיות. המחנכים מעוניינים לפתח בתלמידים הבנת הדרך שהמחקר המדעי מתנהל בה, שיגלו איזה סוג של ידע הוא מייצר, ולהנגיש להם איך אפשר להשתמש בידע הזה. הבנה כזאת תוכל לסייע לתלמידים להעריך סוגיות ציבוריות המתקשרות למדע ולטכנולוגיה בדרך בוגרת ונבונה יותר.   האם בד בבד להוראה של האופי של המדע (NOS) יש גם לחקור אותו?; האם דרך ההוראה אמורה להיות מפורשת או מרומזת? החקירה המדעית בחינוך מתמקדת בתהליך של בדיקה של רעיונות ובכלל זה העלאה של שאלות, התייחסות להסברים חלופיים ושקילה ובדיקה של ראיות. הסקרנות הטבעית שבה ניחנים ילדים דוחפת אותם לעסוק בהתלהבות בפעילויות מדעיות, ולו רק לצורך קבלת הסיפוק שבעשייה ובחקר כשלעצמם. הילדים בגן שואלים שאלות ביחס לתופעות טבע במגוון הזדמנויות. הם מעלים השערות, עורכים תצפיות ומתעדים אותן. הם מזהים משתנים רלוונטיים הקשורים לתופעה שבה צפו ומצליחים להציע הסברים אשר מצביעים על קשרי סיבה-תוצאה. בהתאם לכך, אחת ממטרות החינוך לגיל הרך היא לעודד ולפתח התעניינות טבעית זו. ישנה עלייה במודעות לחשיבות של הוראת המדעים כבר בגיל הגן. זאת משום שהמדע עוסק בעולם המציאותי ומפתח מיומנויות של חשיבה לוגית. התנסויות מצטברות במרכיבים מסוימים של תהליך החקר מהוות בסיס חיוני לפיתוח יכולת החקר של הילדים. חשיפה מוקדמת לתופעות מדעיות מובילה להבנה טובה יותר של מושגים במדע והכרות ראשונית עם השפה המדעית. באופן זה ההתנסות בגיל הרך יכולה לבנות את הבסיס שעליו ניתן בהמשך ללמד מושגים אלו באופן פורמלי יותר. כמו כן, עמדות כלפי מדע מתפתחות כבר בשלבים מוקדמים בחיים. בהתאם לכך, כבר בגיל הגן ילדים נהנים או נרתעים מפעילויות מדעיות. חשיפה למדעים בסביבה מהנה יכולה לפתח בהם גישה חיובית למדע ולמנוע מחסומים אשר עלולים להיווצר בעתיד. מגדר במקצועות ה (STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics הקשר בין מגדר לבין עיסוק במקצועות ה STEM תלוי בגישתן של נשים למקצועות אלה (רמות החרדה ומידת המוטיבציה שלהן), ובמצבן הסוציו אקונומי. מחקר בתחום זה אשר בחן ילדים בכיתה ה' גילה כי ילדות הביעו מידה נמוכה של הנאה וגאווה ממקצוע המתמטיקה ומידה גבוהה של חרדה, חוסר אונים ובושה – כאשר הושוו לילדים, ללא הבדלים בהישגיהם. בניסיון לחדד את המושג "מחוללות עצמית" הוגדר כי מחוללות עצמית היא אמונתו של היחיד ביכולותיו. אמונה זו מוליכה לשלל התנהגויות ומשפיעה על ביצועי היחיד והישגיו. תחושת המחוללות העצמית של היחיד נקבעת על ידי ניסיון העבר שלו בתחום הרלוונטי, מידת המוטיבציה הניתנת ליחיד על ידי הסובבים אותו, ומצבם הפסיכולוגי באותה העת. תחושת המחוללות העצמית היא חשובה ומשמעותית, שכן בהינתן תחושת מחוללות חיובית, היחיד יאמין כי יש ביכולתו להגיע לתוצאה הרצויה, ואמונה זו תשפיע על מידת המוטיבציה שלו ועל התנהגותו. כאשר החוקרים שולטים במשתנה– מחוללות עצמית, הישגי התלמידים במקצועות הSTEM משתנים כתלות במגדר של התלמיד. דבר זה עלול להשפיע על בחירת מסלול הקריירה של התלמידים בעתיד. המחקר התמקד בילדי כיתות ח' בבתי ספר בארצות הברית. במהלך המחקר הועברו סקרים ובהם שאלות בנושא מתמטיקה: מספר, אלגברה,DATA וגאומטריה. ובמדעים: מדעי כדור הארץ, פיזיקה, כימיה וביולוגיה. תוצאות המחקר הראו כי במקצוע המתמטיקה, לבנים יש תחושת מסוגלות עצמית גבוהה יותר מאשר לבנות, ובהתאם גם ההישגים בתחום. אך הפער לא היה משמעותי. בנוסף, כאשר בדקו כל נושא במקצוע המתמטיקה בנפרד, נמצא כי באלגברה לבנות היו ציונים גבוהים יותר מאשר בנים. במקצוע המדעים, לא נמצאו הבדלים משמעותיים בתחושת המסוגלות בין שני המינים, אך נמצאו הבדלים משמעותיים בין הישגי הבנים לעומת הבנות במקצועות ביולוגיה, פיזיקה ומדעי כדור הארץ, זאת לטובת הבנים. אך הבנות הראו הישגים גבוהים יותר בכימיה. סיבה לממצאים אלו עדיין לא ידועה, עולה ההשערה כי למרות הכל נראה כי לא קיים בסיס משותף חזק במקצועות מתמטיקה ומדעים כפי שחשבו בתחילת המחקר. אם מסתכלים על שני מקצועות אלו בצורה מקיפה, ניתן להסיק כי בנים מצליחים להשיג ציונים גבוהים יותר מבנות. אך כאשר בודקים את נושאי הלימוד בצורה נפרדת, ניתן למצוא תוצאות שונות- בנות חזקות יותר באלגברה וכימיה בצורה משמעותית, ואילו בנים חזקים יותר במדעי כדור הארץ, ביולוגיה ופיזיקה בצורה משמעותית. ניתן להבין כי התמונה הכוללת אינה מייצגת את התוצאות בפועל. על פי המחקר לא ניתן להסיק כי לבנים יש תוצאות גבוהות יותר במתמטיקה ובמדעים. יש לבחון כל נושא בנפרד וכך נגלה תמונה שהיא שונה. מתמטיקה ומדעים תורמים למקצועות ה- STEM, אך יש להסתכל על כל אחד מהם בצורה ממוקדת, כדי לקבל תמונה מדויקת יותר. בישראל קיים ניסיון מוצלח בחשיפת ילדים להתנסויות מדעיות. בשנת 1995 נכתבה תוכנית המסגרת להוראת המדעים בגני הילדים. הוצבו בה מטרות ופירוט של תכנים בתחומי המדע והטכנולוגיה. הניסיון העשיר שהצטבר בעקבות זאת יצר את הבסיס לתוכנית הלימודים אשר פורסמה בשנת 2009. בחירת הנושאים בתוכנית הלימודים החדשה התבססה על ההנחה שהדרך הטובה ביותר ללמד ילדים מדע וטכנולוגיה היא להתחיל בנושאים הקרובים לעולמם ומוכרים להם מחיי היומיום. נשים במדע תורת ההכרה מדיה וקבצים בנושא הוראת המדעים בוויקישיתוף המינהל למדע וטכנולוגיה, באתר משרד החינוך המורים המיתולוגיים לטבע מלפני קום המדינה (חלק א) (חלק ב'). מתוך: פה ושם בארץ ישראל, פודקאסט בהגשת יפתח מזור. תוכנית לימודים במדע וטכנולוגיה, תוכנית לחטיבות הביניים, באתר משרד החינוך על תאוריות מדעיות – הרצאה מאתר 12 דקות בו לוטו ואיימי או'טול, מדע הוא לכולם, כולל ילדים – הרצאה באתר TED (באנגלית; כתוביות בעברית) פעילויות להוראת המדעים - מתוך האתר כיתה בפיתה אריאל פינקלשטיין, לימודי המתמטיקה והמדעים המדויקים בחברה הדתית־לאומית, אוגוסט 2015 שירה קדרי־עובדיה, החינוך המדעי נפגע, ומומחים חוששים שהבאה בתור תהיה הסקרנות, באתר הארץ, 19 ביוני 2023 Common Physics Misconceptions - טעויות הבנה הנוצרות בעקבות הפערים בין חומרי הלימוד בבית הספר לבין ההתנהגות הפיזיקלית של העולם (באנגלית) מדע - לימוד והוראה, דף שער בספרייה הלאומית Layton, D. (1981). "The schooling of science in England, 1854–1939". In MacLeod, R.M.; Collins, P.D.B. (eds.). The parliament of science. Northwood, England: Science Reviews. pp. 188–210. ISBN 978-0905927664. OCLC 8172024. Bibby, Cyril (1959). T.H. Huxley: scientist, humanist and educator. London: Watts. OCLC 747400567. משרד החינוך, האגף לתכנון ופיתוח תוכניות לימודים (2009). אסטרטגיות חשיבה מסדר גבוה. מסמך מנחה למתכנני תוכניות לימודים ארציות ומקומיות ולמפתחי חומרי למידה, תשס"ט חיים אישך (2009). גן הילדים – גן עדן להוראת מדעים. עלון דע-גן, 2, 16-21. תוכנית לימודים בגן הילדים הממלכתי והממלכתי דתי, תשס"ט. משרד החינוך, האגף לתכנון ופיתוח תוכניות לימודים (2009). Yueh-Hsia Chang, Chun-Yen Chang, Yuen-Hsien Tseng, Trends of Science Education Research: An Automatic Content Analysis, Journal of Science Education and Technology 19, 2010-08, עמ' 315–331 doi: 10.1007/s10956-009-9202-2 Jirout, J., & Klahr, D. (2012). Children’s scientific curiosity: In search of an operational definition of an elusive concept. Developmental Review, 32(2), 125-160. Rachel A. Louis, Jean M. Mistele, THE DIFFERENCES IN SCORES AND SELF-EFFICACY BY STUDENT GENDER IN MATHEMATICS AND SCIENCE, International Journal of Science and Mathematics Education 10, 2012-10-01, עמ' 1163–1190 doi: 10.1007/s10763-011-9325-9