הוראת כימיה

חינוך כימי הוא תחום מחקר משותף לדיסציפלינות הכימיה והחינוך, המתמקד בלימוד ובהוראת הכימיה בבתי ספר, באוניברסיטאות, ובמוסדות אקדמאיים אחרים. האוניברסיטאות והטכניון, כמו גם מכללות להוראה מכשירות מורים להוראת הכימיה והמדעים, לכל הגילים. חומרי לימוד והעשרה לתלמידי בית הספר התיכון כיתות י'-י"ב, מפתחים בקבוצת הכימיה של המחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן למדע ברחובות, ובקבוצת הוראת הכימיה בטכניון בחיפה.

הוראת כימיה בבתי ספר תיכוניים בישראל

הרציונל והחשיבות של הוראת מקצוע הכימיה 
מדע הכימיה עוסק בחומרים שמהם בנוי העולם, טבעיים או מלאכותיים אשר מורכבים מאותם יסודות המגיבים ביניהם בתגובות כימיות. ידועים למעלה מ-20 מיליון חומרים כאלו.

הוראת הכימיה עוסקת בחקר תהליכים הגורמים לשינויים בחומרים, למעבר בין מצבי הצבירה ולהיווצרות חומרים חדשים ובתיאוריות השונות המסבירות תהליכים אלו. מושם דגש על הבנת משמעותה של תאוריה מדעית: הסבר תופעות טבע ובחינת יכולת הניבוי שלה לתופעות נוספות ועתידיות. הבנת תהליך החקר המדעי-ניסויי ורכישת מיומנויות חקר תוך הכרה בכך שהניסוי הוא אמפירי וניתן להפרכה.

מבנה הלימודים ב-70 שנים 
ד"ר יוסף לוריא, כמנהל מחלקת החינוך של ההסתדרות הציונית, הקים צוות שקבע את מבנה בחינות הבגרות בחינוך היהודי בארץ ישראל בתקופת המנדט, בסוף שנות ה-20. הצוות אימץ את המקובל במרכז אירופה וקבע שני מסלולים לבגרות שבכל אחד מהם שש בחינות חובה ומקצוע בחירה אחד. המגמה ספרותית שבה הושם דגש על לימודי ספרות, לשון, תנך, היסטוריה ואנגלית, מתמטיקה מצומצמת ומקצוע בחירה נוסף. והמגמה הריאלית שבה נלמדו מתמטיקה מוגברת, פיזיקה, תנך היסטוריה ולשון ומקצוע מדעי מוגבר שהיה כימיה. בחינות הבגרות בשנים הללו היו בנויות משאלות פתוחות הדורשות הבנה אבל הרבה מאוד שינון ידע. במהלך השנים הצטרפו לרשימה מגמה חברתית/כלכלית, מגמה ביולוגית שבה בצד הביולוגיה נלמד גם מקצוע הכימיה.

בשנת 1977 פורסם חוזר מיוחד א' (תשל"ז) החטיבה העליונה: עקרונות, לימודים בחינות, חוזר זה שינה את מבנה הבחינות וקבע יחידות לימוד במקום מגמות. מאז אין יותר מגמות אלא מקצועות בחירה – וכל השילובים אפשריים – בתלות בבית הספר. הצימוד שהיה קיים הרבה שנים של שילוב מדעים בין פיזיקה-כימיה, ביולוגיה-כימיה איננו מחייב.

תוכנית הלימודים וספרי הלימוד 
המגמה היא לבנות אצל התלמידים בסיס מוצק להבנה מעמיקה ככל האפשר של מדע הכימיה כמדע ניסויי הנמצא בחזית המחקר המדעי. הכימיה כ"צומת מדעים" המקשר בין הביולוגיה לפיזיקה ומקושר גם לתחומים אחרים. בין השנים 1958–1980 היה ד"ר זכריה נצר המפקח על הוראת הכימיה, והוא בלחצם של המורים כתב ספרי לימוד שנלמדו באותן שנים " כימיה כללית" בהוצאת הקיבוץ המאוחד.

בשנות ה-60 הותאמו ספרי הלימוד לגישת ה-chemstudy שפותחה בארצות הברית באוניברסיטת ברקלי והשתמשה בסרטים להדגמת ניסויים להוראת הכימיה. התכנית נקראה "כימיה מדע ניסויי" והייתה מבוססת על הרעיון של המושגים המרכזיים של מקצוע הכימיה. לאחר כעשור של ניסיונות, התברר כי התכנית איננה מתאימה למבנה החינוך בישראל – והיא דלה בנושאים הקשורים לתרכובות הפחמן ולתעשייה. לפיכך, בשנות השבעים הוחל בפיתוח תוכנית הלימודים כימיה לבית הספר התיכון חלקים א'-ג' שפותחו במחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן למדע ברחובות. הרעיון בבסיסה של התכנית היה לשים דגש על עקרונות הכימיה המודרנית ולהציג בפני התלמיד את הדרכים שבהם עובד הכימאי במעבדה ובתעשייה.

בין השנים 1980–1998 המפקח על הוראת הכימיה היה פרופ' אבי הופשטיין ממכון ויצמן – המחלקה להוראת המדעים. בתקופתו הוכנסה תוכנית מודולרית ללימודי הכימיה:

הרמה הבסיסית של 3 יחידות לימוד (יח"ל): מושגים בסיסיים בכימיה: מבנה האטום, קשר כימי, חומצות ובסיסים, חמצון חיזור, אנרגיה ושיווי משקל כימי. הכימיה של תרכובות הפחמן והשלמה לרמה מוגברת של 5 יח"ל: שכללה 2 פרקי חובה: 1. תאים אלקטרוכימיים ותרמודינמיקה 2. תעשייה כימית – תעשיית הדשנים או תעשיית הברום – פרקים שפותחו בשיתוף עם מדעני התעשייה הכימית בארץ, ו-2 פרקי בחירה מתוך הנושאים: פולימרים, חלבונים, סוכרים, אלקטרוכימיה, אינטראקציה. בשנים אלו יחידת המעבדה האנליטית המעשית שבה תלמידים הכירו שיטות כימיות לזיהוי חמרים ונבחנו במעבדה, הוצאה בהדרגה מתוכנית הלימודים והשימוש במעבדות החל להיעלם.

תוכנית הלימודים החדשה 2000–2020 
בסוף המאה העשרים והעשור הראשון של המאה ה-21 חלו שינויים מהותיים עקב התפתחויות בכל העולם. לאור הגידול העצום בכמויות המידע קיימת מגמה להפחית בכמויות הידע לשמו ולהרבות בהקניית מיומנויות למידה ומיומנויות ספציפיות למקצוע הנלמד. מערכת החינוך הישראלית מיטלטלת בין שתי מטרות מנוגדות: שוויון מול מצוינות. מדע לכול או מקצועות מדעיים ברמה מוגברת. בנוסף, מתנהל ויכוח בין המצדדים בהעמקה בדיסציפלינה מסוימת לבין המצדדים בטיפוח מיומנויות חשיבה ופיתוח סקרנות כדי לאפשר למידה עצמית מאוחר יותר. מסגרת הלימודים מושפעת מכך שמערכת החינוך העל-יסודי מנותבת על ידי בחינות הבגרות, ומוערכת על-פי שיעורי הזכאות לתעודת בגרות. כל הגורמים הללו משפיעים על בניית התכנית והדרישות מהתלמידים.

בשנים אלו חלה פריחה למקצועות ההייטק – מחשבים ומערכות מידע בעקבות שילוב האינטרנט והמחשבים, וכן נולד מקצוע הביוטכנולוגיה המשלב כימיה וביולוגיה. במערכת החינוך "בוטלה" באופן לא רשמי החובה ללמוד מקצוע מדעי בכיתות י', דבר שגרם לירידה במספר הבוחרים במקצועות מדעיים שכן ללא החובה התלמידים העדיפו לבחור מקצועות אטרקטיביים ו"קלים" יותר. כתוצאה מכך מספר הבוחרים בלימודי כימיה ירד. בניסיון להתמודד עם ירידה במספרי הלומדים פותחה תוכנית לימודים חדשה – רלוונטית, מעודכנת, אינטגרטיבית – המשלבת דרכי הוראה והערכה חדישות (בהסתמך על פרויקט בגרות 2000). הוחזרה המעבדה כחלק מרכזי בשעות הלימוד וגם בהערכה, ופותחו יחידות לימוד שבהן הושם דגש על פיתוח חשיבה ביקורתית של התלמיד להצגת שאלות וביצוע ניסויים אשר יתנו תשובות לשאלותיו.

בין השנים 1998–2011 המפקחת על הוראת הכימיה הייתה ד"ר ניצה ברנע, מורה בתיכון ליאו באק ומרצה בפקולטה לחינוך מדעי וטכנולוגי בטכניון, ובמהלכן חל תהליך הדרגתי של שינוי תוכנית הלימודים ועדכונה. בשנות ה-2000 נכתבה תוכנית לימודים חדשה שבנוסף לשינויים תכניים, והחזרת יחידת המעבדה התמקדה בחשיבות הכימיה בחיי היום יום ומרכזיותה בתחומים רבים כגון: רפואה, מזון, חקלאות, טקסטיל, מחשבים ועוד.

הושם דגש על הבנת המעברים בין יצוגי מיקרו-מקרו של הכימיה, ופותחו דרכי הוראה והערכה שבמרכזם:

למידה המשלבת קריאה ביקורתית של מאמרים הקשורים בכימיה ובישומה בתחומים רבים. שילוב מעבדה חוקרת, מעבדה ממוחשבת ומעבדה ממוזערת. שימוש במחשב כאמצעי לקידום הידע, ההבנה וכסימולציה להצגת מודלים להדמיה ממוחשבת ואירועים כימיים אותם לא ניתן לבצע בכיתה. למידה באמצעות פרויקטים תוך שימוש באינטרנט, כמקור לחיפוש מידע.

במקביל הודגש הצורך לגוון את דרכי ההערכה של הישגי התלמידים בכלי הערכה חלופיים המתאימים לשיטות ההוראה המוצעות, בנוסף למבחנים כתובים לבדיקת הישגי התלמידים עם שאלות פתוחות וסגורות. כגון:הערכת עבודת המעבדה. הערכת קריאה מבוקרת של מאמרים והערכת פרויקטים.

החל משנת 2011 המפקחת על הוראת הכימיה היא ד"ר דורית טייטלבאום, מורה לשעבר בתיכון שמעון בן צבי, ודואגת להמשך הפעלת המקצוע ולקידומו.

שילוב נושאי התעשייה הכימית בתוכנית הלימודים בכימיה 
מתחילת שנות השבעים החלה מגמה בהוראת המדעים בכלל ובהוראת הכימיה בפרט, להדגיש את הפן היישומי של התיאוריות, העקרונות והמושגים הנלמדים ולהתאימם לסביבה הטכנולוגית והתעשייתית המתפתחת. המטרה הייתה להראות את הרלוונטיות של הידע הנרכש לחיי היומיום של התלמידים ולסביבתו הקרובה ולקשר את הוראת תחום התוכן עם המדע השימושי והיישומים המעשיים.

אין מלמדים את המדעים השונים רק כדי להקנות ידע מדעי ולהכין את התלמידים לקראת לימודים גבוהים או קריירה בתחום המדע, אלא כדי להכין את התלמיד להיות אזרח בר אוריין בחברה המודרנית המתבססת על ידע מדעי וטכנולוגי.

בתחילה נעשה שילוב הפן היישומי בלימודי המדע על ידי דוגמאות ש"נזרעו" לאורך פרקי הלימוד. כך גם נעשה בספרי הלימוד המסורתיים בכימיה בהם שולבו דוגמאות מהתעשייה הכימית במהלך הפרקים השונים במטרה להצביע על ההשלכות המעשיות והיישומיות של התאוריות והעקרונות הכלליים שנלמדו.

בתחילת שנות השמונים החלה להתפתח מגמה שונה שהתמקדה בשילוב פרקי לימוד שלמים במבוססים על אירועים תעשייתיים (case studies). הנושאים שנבחרו היו רלוונטיים ומתאימים לאוכלוסיות השונות והדגישו את הקשר בין המדע לטכנולוגיה ולחברה. תוך כדי העיסוק באירוע התעשייתי התלמיד לומד עקרונות ומושגים כלליים בכימיה.

תהליכים מקבילים התרחשו גם בהוראת הכימיה בארץ, כאשר בתחילה שולבו דוגמאות מעולם התעשייה הכימית בפרקים העוסקים בעקרונות כימיים (נצר 60, נצר 75). בשלב מאוחר יותר נכתבה יחידת לימוד קצרה בנושא הדשנים ותעשיית האמוניה (הופשטיין, 1977) שהייתה במשך שנים רבותחלק בלתי נפרד מתוכנית הלימודים של כל תלמידי הכימיה (ברמת 3 יח"ל). לאחר מכן נכתבה (נאה, 1982) יחידת בחירה לתלמידים המתמחים בכימיה (5 יח"ל), המציגה בקצרה שלושה מפעלים תעשייתיים הנוגעים לתחומים שונים של התעשייה הכימית בארץ. בסוף שנות השמונים, יחד עם שינוי התפיסה לגבי ספרי הלימוד בכימיה ושינויים בנעשו בתוכניות הלימודים כדי להתאימם למגמות ולשינויים שהתרחשו בעולם, הוחל בפיתוח יחידות לימוד חדשות לתלמידים במתמחים בכימיה (5 יח"ל). יחידות לימוד אלו התמקדו בנושאים תעשייתיים ובמפעלים מוגדרים (case studies), תוך כדי התבססות על רציונאל המנסה להציג דרך סיפורה של תעשייה אחת, הניתן בצורה מעמיקה ומקיפה, תמונה כללית של העקרונות עליהם מבוססת התעשייה הכימית. תוך כדי לימוד הנושא יישמו התלמידים עקרונות ומושגים שנלמדו בכל פרקי הכימיה השונים ולפיכך היוותה יחידת לימוד זו מעין יחידה מסכמת אשר נלמדת בשנת הלימודים האחרונה בתיכון.

יחידות לימוד אלו הוסיפו את הפן היישומי, הקנו מושגים בסיסיים ועקרונות חשובים בעולם התעשייה הכימית ושילבו יחיד עם ההיבטים המדעיים גם היבטים טכנוולוגיים, חברתיים וסביבתיים (STSE).

נושאי יחידות הלימוד נבחרו על פי הקריטריונים הבאים:
 התעשיות התאימו מבחינת הנושאים בהן עסקו לתכנים שנלמדו בתוכנית הלימודים בכימיה.
 התעשיות היו מרכזיות וחשובות בכללכלת המדינה.
 המפעלים היו מוכנים לשתף פעולה וראו חשיבות בפרויקט חינוכי זה.
 המפעלים שנבחרו היו ממוקמים באזורים שונים בארץ.

יחידת לימוד אחת פותחה בנושא תעשיית הדשנים והתמקדה במפעל חיפה כימיקלים לשעבר-היום קבוצת חיפה (קסנר, 1988) והשניה בנושא תעשיית הברום ותרכובותיו התמקדה במפעל תרכובות ברום ברמת חובב ובמפעלי ים המלח (קסנר, 1990).

בשנת 1992 הפך נושא התעשייה הכימית לנושאי חובה לתלמידים המתמחים בכימיה (5 יח"ל). במסגרת זו התלמידים למדו אחד משני הנושאים לעיל ונבחנו עליו בבחינות הבגרות.

בסוף שנות התשעים נכתבו מהדורות מעודכנות ורחבות יותר ליחידות לימוד אלו (קסנר 1998, קסנר 2000) שבטאו הן את המגמות החדשות והשינויים שחלו בתעשיות הכימיות והן את ההתפתחות והשינויים שחלו בסגננו הלימידה ובתפיסות ההוראתיות. השוני הבולט ביותר בתכנים הוא שילוב רחב של נושאים סביבתיים והדגשת חשיבות השמירה על איכול הסביבה והבטיחות. השוני הבולט ביותר בסגנון הלמידה הוא פיתוח הלימוד העצמאי, פיתוח חשיבה ביקורתית (למשל על ידי התייחסות לכתבות עיתונות ולאירועים אמיתיים), פיתוח חשיבה רבת משתנים (למשל שילוב שיקולים מתחומי המדע, הטכנולוגיה, הכלכלה והסביבה לצורך פתרון בעיות) ויכולת להתמודד עם בעיות הדורשות חשיבה ברמה גבוהה וידע מתחומים שונים (למשל משימון תכנון ודיון בבעיות אתיות ומוסריות).

החל משנת הלימודים תשנ"ט התחילו בשילוב הדרגתי של יחידת לימוד ראשונה בנושא תעשייתי לתלמידים שלא בחרו להתמחות במדע-תלמידי מוט"ב (מדע וטכנולוגיה בחברה) בשם "הזהב השחור". יחידת לימוד זו עסקה בנפט ובתעשייה הפטרוכימית (שני, 1999).

במסגרת תוכנית מטמו"ן - מדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים, נכתבה יחידת לימוד בנושא תעשיית הצבעים בשם "דרך הצבע-מערכות בתעשייה" (סער וקסנר, 2000).

מחקר בהוראת הכימיה 
מחקר בהוראת הכימיה בעולם בכלל ובישראל בפרט החל במאה הקודמת וכלל הדגשים על הישגים של הלומדים, שיטות הוראה והמחשה ועוד. בעבר המחקרים היו ברובם כמותיים כגון השוואות בין שיטות הוראה או המחשה, השוואת הישגים בין מדינות וכדומה. כמו כן, היו מחקרים שכללו חקרי מקרה כגון תיעוד המתרחש בכתה אחת או בית ספר אחד. כיום מתמקדים החוקרים גם בדגש על דרכי הוראה ולמידה בסביבה דיגיטלית, שיטות הערכה מגוונות וכן היבט המורה למול היבט התלמיד. כמו כן, שיטות המחקר מגוונות יותר וכוללות שיטות כמותיות, איכותניות ומשולבות לצורך הגדלת התוקף של ממצאי המחקר.

לפירוט ודוגמאות ניתן לקרוא פרסומים של חוקרים מובילים בתחום הוראת הכימיה בישראל:

במכון ויצמן למדע: פרופסור אבי הופשטיין, ד"ר רחל-ממלוק נעמן, פרופסור רון בלונדר.

בטכניון: פרופסור יהודית דורי, ד"ר אורית הרשקוביץ, ד"ר שירלי אברג'יל, ד"ר ניצה ברנע

מחקר בהוראת הכימיה בדגש על הוראה בתיכון מתמקד בבחינה של שילוב תוכניות לימודים חדשות, הטמעת דרכי הוראה והערכה מגוונות, והשפעתן על מידת העניין, ההבנה והידע בתחום הכימיה ונושאים הקשורים לתחום זה כגון: כימיה של מזון, ביוכימיה, כימיה וסביבה בדגש על קיימות ועוד. מחקרים המתמקדים בתלמידים כוללים:
 בהיבט של דרכי הוראה ולמידה מגוונות נחקרה השפעת הדמיה מולקולרית על הבנה מושגית ותפיסה מרחבית של מבנה ותכונות של חומרים
 בהיבט של תפיסות תלמידים מושגים ותופעות נחקרו יכולתם לבצע מעברים בין רמות ייצוג שונות: מאקרוסקופי, מיקרוסקופי, סמל ותהליך.
 בהיבט הריגושי נבחנו רמת העניין של התלמידים ורצונם להמשיך ללמוד ולבחור קריירה בתחום המדעים בכלל והכימיה בפרט

במחקרים המתמקדים במורים נבחנו סוגי ידע שלהם, שלבים שונים בהתפתחותם המקצועית, הקריירה שלהם והתייחסויותיהם לתוכניות הלימודים, לדרכי הוראה ולדרכי הערכה "ציטוט", וכן מחקרי פעולה של המורים עצמם על כיתתם או במהלך השתלמויות שהשתתפו בהן.

מחקר בהוראת הכימיה בדגש על הוראה ולמידה בהשכלה הגבוהה התמקד בתחומי הכימיה והנדסה כימית הן בהיבט המרצים והן בהיבט הסטודנטים, כמו גם בחירה בקריירה בכימיה.

שלושת העיתונים הבינלאומיים המפרסמים מחקרים אלו הם:
Chemistry Education Research and Practice – כתב עת המפורסם בידי החברה המלכותית לכימיה ואשר מתמקד בהוראת הכימיה ברמה אוניברסיטאית. כתב העת רואה אור ארבע פעמים בשנה והוא מופץ בחינם באופן מקוון. כתב העת החליף ואיחד בסוף שנת 2004 את שני כתבי העת University Chemistry Education, אשר הופץ גם הוא בידי החברה המלכותית לכימיה, ואת Chemistry Education Research and Practice אשר ראה אור בחסות אוניברסיטת איואנינה (Ioannina), יוון.
Education in Chemistry – כתב עת המפורסם בידי החברה המלכותית לכימיה ואשר מתמקד בהוראת הכימיה ברמה הבית ספרית.
Journal of Chemical Education מוכר גם בראשי התיבות: JCE – המתפרסם בידי המחלקה לחינוך כימי של האגודה האמריקנית לכימיה. ה-JCE הוא ירחון המופץ למנויים בלבד, ואשר נגיש בדפוס ובצורה מקוונת גם יחד. כתב העת מכיל מאמרים קצרים רבים המפרטים ניסויים שונים ושיטות הוראה אחרות להוראת הכימיה. על אף שכתב העת מכסה את הוראת הכימיה בכל רמות החינוך השונות, רבים מהמאמרים בו מתרכזים בהוראת הכימיה לסטודנטים לתואר ראשון.

קישורים חיצוניים

אתר הבית של כתב העת Chemistry Education Research and Practice
אתר הבית של כתב העת Education in Chemistry
אתר הבית של כתב העת Journal of Chemical Education
 קבוצת הכימיה של המחלקה להוראת המדעים, באתר מכון ויצמן.
קבוצת הכימיה של הפקולטה לחינוך מדעי וטכנולוגי באתר הטכניון
חינוך כימי לאן ? מוסד שמואל נאמן למחקר מדיניות לאומית, טכניון

הערות שוליים 

כימיה