תקצירים:

ממסע בכדור פורח למסעות וירטואליים בחלל: למידת מדעים בסביבות מציאות מדומה
ד"ר אלחנן גזית
gazit@hait.ac.il
המחלקה לטכנולוגיות למערכות למידה, מכון טכנולוגי חולון

בהרצאה זו נגלה את חוט השני השזור בין המסעות המתוארים בספריו של ז'ול ורן לבין
מסעות בעולמות וירטואליים. נבצע מסע וירטואלי במערכת השמש ונציג שימושים שונים של
טכנולוגית מציאות מדומה ללמידת והוראת מדעים, מתוך ההכרה כי אנו מצויים בראשית
הדרך להבנת הפוטנציאל החינוכי הטמון בטכנולוגיה זו.

בשנים האחרונות פותחו סביבות מציאות מדומה להוראת ולמידת מדעים המזמנות מסעות חזותיים באמצעות ביצוע מניפולציות באובייקטים ובממד הזמן והמרחב שאינן אפשריות בעולם הממשי. רוב מחקרים שנעשו עד כה התמקדו בחקר השפעת השימוש בסביבות אלה על תוצרי הלמידה באמצעות מבחני הישגים שאינם מתאימים לבחינת תהליכי למידה. בנוסף לכך, רוב האחריות על הלמידה מוטלת על כתפי הלומד, בעוד שבפועל קיים ידע מחקרי מועט לגבי השונות הבין-אישית בדפוסי תהליכי הלמידה בסביבות דינאמיות אלו(Dede el al., 2000) . לאור זאת, קיים צורך לחקור באופן שיטתי את תהליכי הלמידה בסביבות המציאות המדומה ובאופן ספציפי את מאפייני אינטראקציות הלמידה.

מערכת השמש מהווה מושג מדעי מופשט שלא ניתן לתפיסה ישירה בשל המרחקים העצומים בין מרכיביה וחוקי הפיזיקה הסמויים מהעין. לא מפליא איפוא, שתלמידים בגילאים שונים מחזיקים בתפיסות שגויות לגבי מבנה מערכת השמש והתופעות האסטרונומיות הבסיסיות (יום ולילה, מופעי הירח, עונות השנה). תוכנת "המסע המופלא אל החלל", שפותחה להוראת נושא האסטרונומיה על ידי המרכז לטכנולוגיה חינוכית בשיתוף המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי באוניברסיטת תל-אביב, כוללת בתוכה סביבת מציאות מדומה המאפשרת למשתמש לשלוט במסעו במערכת השמש מבעד למסך המחשב (Virtual Solar System - VSS). סביבת ה-VSS מזמנת חווית למידה חזותית ישירה של תופעה מדעית מופשטת שטרם נחקרה באופן שיטתי.

למחקר הנוכחי היו שתי מטרות מרכזיות: (1) לתאר ולמפות את אינטראקציות הלמידה של תלמידי תיכון עם סביבת ה-VSS במשימת חקר חופשית ובמשימות חקר מתוכננות. (2) לבחון את התפתחות ההבנה המדעית של תלמידי התיכון לגבי מערכת השמש ולגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות בעקבות ההתנסות בסביבת ה-VSS. הבסיס התיאורטי של המחקר נשען על תיאוריות למידה בסביבות ממוחשבות, על תיאוריות בתחום המדעים הקוגניטיביים שעוסקות בראיה וחשיבה ועל המחקר בתחום הוראת המדעים שעוסק בלמידת מושגים מדעים מופשטים. לצורך המחקר פותחה מתודולוגיה ייחודית לניתוח אנטראקציות הלמידה בסביבת ה-VSS בכלים ממוחשבים שכללה שני רבדים:
רובד פעולות האינטראקציה הנצפות ורובד שיח המשתתפים. המערכת אפשרה: (1) לבצע ניתוח רב-ממדי של התרחשויות מורכבות, (2) לבצע חקר תהליכים ברמת המיקרו וברמת המקרו ולאתר דפוסים שעשויים לסייע בהבנת הקשרים בין שתי הרמות, (3) לחקור תהליכים המתרחשים ב"זמן אמת" ולייצגם באופן חזותי-גרפי (Gazit & Chen, 2003).
ממצאי המחקר הראו כי הלמידה בסביבת ה-VSS מתאפיינת ברמת אינטראקטיביות גבוהה. זוהו שני דפוסי אינטראקציה בסיסיים משותפים: יצירת "עוגנים" וביצוע "עצירות". הלמידה מתרחשת בתהליך דינאמי (emergent) שבו הלומד מתווה לעצמו נתיב ייחודי במרחב למידה שכולל לפחות חמשה מימדים: (1) מימד שליטה בממשק התוכנה, (2) מימד התמצאות וניווט, (3) מימד קוגניטיבי (לוקלי, גלובלי) (4) מימד רגשי ו- (5) מימד תיווך. התפתחות ההבנה המדעית לגבי מערכת השמש כמערכת מורכבת מתרחשת באופן לא-ליניארי שכולל מעברים בין חמשת הממדים שהוזכרו לעיל ובתוכם. זוהו שלושה דפוסי למידה שונים: דפוס "הפרפר", דפוס "הדבורה" ודפוס "הנשר". (תמונה 1 ו-2 ).

תמונה 1. דוגמה לדפוס "הנשר" המשלב התבוננות פרטנית ומערכתית כאחד

תמונה 2. דוגמה לדפוס "הפרפר" הממוקד בממד הניווט

יתכן, שהשונות הבין-אישית הקיימת מועצמת כתוצאה מהשימוש בסביבת ה-VSS.

במשימות המתוכננות נמצא, שכל המשתתפים השתמשו בסביבת ה-VSS ככלי מחשבתי חזותי באמצעות ציור תנועת הגופים הפלנטאריים וכוח המשיכה על מסך המחשב. לדוגמה, במשימה שבה נדרש הלומד לצפות ולתאר את תנועת הירח ביחס לשמש, ביצע אחד המשתתפים (תלמיד כיתה י', בן 15 וחצי) הדמיה מנטאלית ושינה את מסגרת ההתייחסות בכדי לסמן את תנועתו היחסית של ירח דמיוני סביב השמש על מסך המחשב (תמונה 1).

תמונה 3. שימוש ב -VSS ככלי מחשבתי חזותי: סימון מסלול תנועתו היחסית של ירח דמיוני סביב השמש

המשתתפים פיתחו תפיסות שגויות לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות. ממצאים אלה מצביעים על טיבעה הפרשני של הלמידה בסביבות מציאות מדומה. מעבר לקושי שגלום בתחום התוכן המדעי הספציפי, מאפייניה הייחודיים של סביבת ה-VSS ומאפייני התפיסה והתבונה האנושית עשויים להסביר את התפתחות תפיסות אלו (Gazit, Yair & Chen, 2006).
יתר על כן, ההתנסות בסביבת ה- VSS תרמה להפיכת מערכת השמש ממרחב זר למקום מוכר. שינוי תפיסתי זה התבטא במעבר: (1) ממודל חלקיקי למודל מערכתי, (2) ממודל סטטי למודל דינאמי, ו- (3) ממודל דו ממדי פשוט למודל תלת-ממדי מורכב. השינוי השתקף גם בציורי מערכת השמש של המשתתפים. יחד עם זאת, נמצאו טעויות שיטתיות בתפיסת גודלן היחסי ומרחקן היחסי של הפלנטות.

לסיכום, כפי שמסעותיו המתוארים בספריו של ז'ול ורן היוו מנוף להקניית ידע מדעי במאה הקודמת, מסעות חווייתיים בסביבות מציאות מדומה עשויים לאתגר תלמידים שבדרך כלל מתקשים בלמידת נושאים מדעיים מופשטים. פיתוח עתידי של סביבות מציאות מדומה צריך לכלול אמצעי שליטה וניווט ידידותיים למשתמש ופדגוגיות מתווכות מתאימות שיפותחו על בסיס מחקרי אמפירי איתן. הבנת תהליך הלמידה בסביבות אלה עשוי לסייע במיצוי הפוטנציאל החינוכי שטמון בסביבות המציאות המדומה לצרכי הוראה ולמידה בכלל ולצרכי הוראת ולמידת מדעים בפרט.

מקורות

Dede, C., Salzman, M., Loftin, B., & Ash, K. (2000). The design of immersive virtual learning environments: fostering deep understandings of complex scientific knowledge, in: Jacobson, M. J. & Kozma, R. B., (Eds.), Innovations in science and mathematics education, (Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum), pp. 361-413.

Gazit E., Yair, Y., & Chen, D. (2006). Emerging conceptual understanding of complex astronomical phenomena by using a virtual solar system, Journal of Science Education and Technology, to appear.

Gazit E., Chen, D. (2003). Using the observer to explore learning within virtual worlds. Behavior Research Methods, Instruments and Computers, 35 (3), 400-407.

בחזרה לראש הדף