שיעורים מצולמים במדע וטכנולוגיה לחטיבת הביניים חומרי עזר למורה: שיעורים מצולמים ועיבודם הדידקטי כיתה: ח ידע קודם: כוחות ושקול כוחות, החוק השלישי של ניוטון חוק המנוף ומנופים מסוג ראשון מטרות השיעור: להדגים תהליך של הבניית ידע בנושא מנופים הפקת ידע מסיפור שיטות הוראה תוך כדי התנסות ניסוי שמטרתו זיהוי חוקיות מתמטית של "חוק המנוף" איסוף נתונים והצגתם )טבלה(, דיון כתתי והסקת מסקנות השגת ביצועי הבנה והכרת מכשירים מחיי יום שפעולתם מבוססת על "חוק המנוף" )"מנוף מסוג ראשון"( 1 הקשר לתכנית הלימודים נושא מרכזי: כוחות ותנועה נושא משנה א: כוחות ופעולתם על גופים נושא משנה ב: השפעת השימוש בכוחות על החברה ועל הסביבה רעיונות והדגשים: ישנן מכונות המאפשרות הגברת כוח )6( ציוני הדרך לכיתה ח': מנוף הסבר פעולת המנוף כתלות בין אורך זרוע הכוח לזרוע המשא. דוגמאות למנופים בחיי היומיום: נדנדה, מאזניים, מספרים, לום. אסטרטגיות הוראה ולמידה: למידה התנסותית, למידה בדרך החקר 1 מתוך תכנית הלימודים במקצוע מדע וטכנולוגיה לכיתה ח', תחום תוכן מדעי החיים ביולוגיה, 1024.
מיומנויות למידה: ניסוח שאלה מחקר ביצוע ניסוי מבוקר הכולל מדידות איסוף נתונים מניסוי הסקת מסקנות מניסוי ניסוח תיאורי וניסוח תאורטי של חוק המנוף ציוד וחומרים לשיעור: מקרן, מצגת, מוט באורך 2 מטר. בקבוק 2.1 ליטר מלא במים, בד לכיסוי הבקבוק, 1 גומיות. קרש באורך 0..2 מטר, לבנה, מוט באורך 2.1 מטר בניוטונים )ערך השנת ניוטון אחד, הסימונים יעשו בטוש לא מחיק(. 1 בקבוקים של חצי ליטר, מלאים ב- 000 מיליליטר מים, מכוילים תקציר: השיעור המצולם "חוק המנוף ומנופים מסוג ראשון" עוסק בהסבר פעולתו של כתתית בדרך החקר. בשיעור מוצגים המספריים כדוגמה למנוף מסוג ראשון. המנוף תוך כדי התנסות הערות והמלצות נוספות: -מומלץ לתלות את המוט מהתקרה ולא כפי שמודגם בשיעור המצולם כדי להשיג דיוק רב יותר באיזונו. -בפתח הנושא כאשר המורה מבקשת הצעות מהתלמידים לגבי אורך המוט המונח על כתפה, ניתן לערוך הצבעה על הצעותיהם של התלמידים ולדון על דרכי ההכרעה במדע במטרה להקנות ערכים של השיטה המדעית. נספחים: 1. מערך השיעור 2. שקפי מצגת
1. מערך השיעור שכבת יעד- ח' נושא מרכזי: כוחות ותנועה שיעור מצולם חוק המנוף ומנופים מסוג ראשון המורה: מרינה זיו מערך השיעור: מרינה זיו, ליהי תלם-מרגלית, סמדר שרביט, רחל תורג'מן, ד"ר רוני מועלם נושא משנה: כוחות ופעולתם על גופים, השפעת השימוש בכוחות על החברה ועל הסביבה. רעיונות והדגשים: ישנן מכונות המאפשרות הגברת כוח. ידע קודם: כוחות ושקול כוחות, החוק השלישי של ניוטון מטרות: -התלמידים יבנו את חוק המנוף התלמידים ישתמשו בחוק המנוף לצורך פתרון בעיות מעשיות. -התלמידים יפיקו מידע מסיפור -התלמידים יערכו ניסוי שמטרתו לזהות את החוקיות המתמטית בחוק המנוף איור 2 ציוד נדרש: מקרן, מצגת, מוט באורך 2 מטר. בקבוק 2.1 ליטר מלא במים, בד לכיסוי הבקבוק, 1 גומיות. קרש באורך 0..2 מטר, לבנה, מוט באורך 2.1 מטר 1 בקבוקים של חצי ליטר, מלאים ב- 000 מיליליטר מים, מכוילים בניוטונים )ערך השנת ניוטון אחד, הסימונים יעשו בטוש לא מחיק(. מיומנויות: הפקת מידע מסיפור, ביצוע ניסוי מבוקר, איסוף נתונים בטבלה, הסקת מסקנות מהניסוי, הכללה וזיהוי חוקיות מתמטית, ניתוח מקרה פרטי של מנוף מסוג ראשון ביצוע ההבנה.
מרחב הלמידה: כיתת מעבדה מהלך השיעור גישה דידקטית: מודל מעגל הלמידה של קולב, גישה קונסטרוקטיביסטית ללמידה רציונל: לצאת מעולמם של הילדים, ליצור זיקה חווייתית לנושא, לקדם מיומנויות מדעיות של הלומדים ולבסוף לקשר בין התיאוריה לבין העולם הסובב אותנו. הסרט כולל 0 חלקים: 2. סיפור מסגרת והגדרת מושגים 1. ניסוי הדגמה בשיתוף תלמידי הכיתה שמטרתו זיהוי חוקיות מתמטית המכונה "חוק המנוף" 0. משימה מעשית שמטרתה יישום ידע התיאורטי אשר נלמד בשיעור שלב 1: סיפור מסגרת והגדרת מושגים סיפור מסגרת: מורה מתהלכת עם המוט על הכתף, ובקבוק ליטר וחצי קשור לקצהו, וממלמלת: "זה בכלל לא קל כמו שזה נראה. אולי עדיף כבר לקחת את הבקבוק בידיים ולא להתחכם. מעניין מדוע ראיתי ציורים שאנשים משתמשים במוט נשיאה?" )ראו איור 2( הו! אתם כאן! התוכלו לעזור לי? יש לי דרך ארוכה והמשא מכביד עליי. כך לא אגיע רחוק...יש לכם עצה )פונה לתלמידים( " אפשרויות לתשובות של תלמידים: בשלב זה יש להקשיב לעצות התלמידים. אם מישהו יגיד לקרב את השק לכתף או להרחיק את היד האוחזת לנסות, להתפעל מדוע זה עוזר? מורה: "רגע... אם אני מרגישה כעת שקל יותר להחזיק האם פירוש הדבר שאני מפעילה כוח קטן יותר או שזה רק נדמה לי?" "בואו נבדוק זאת בעזרת מערכת דומה )מראה קרש עם לבנה(. רק הפעם בתור משא יהיה אדם. " מזמינה 1 תלמידים. אחד נעמד על הקרש במצב הטבעי, שני מנסה להרים, לא מצליח. מבקשת למתוח קווי דמיון בין שתי מערכות )מוזכרים מושגים נקודת משען, משא, כוח )כוח המשא וכוח המאזן(, זרוע )זרוע המשא וזרוע הכוח(. בעקבות ההשוואה אנו מזיזים את נקודת המשען קרוב יותר למשא הכבד ומרימים אותו בקלות. "נדמה שמצאנו שיטה להרים משא בעזרת כוח אשר קטן ממשקל המשא. שיטה זו מבוססת על שימוש במנוף.
מנוף מסוג 2, זהו מוט עם נקודת משען באמצע, כשבצד אחד של המוט תלוי משא ובצד השני מפעילים כוח לאיזון המשא. כדי לוודא שבאמת גילינו חוק טבע ולא נתנו לחושים לתעתע בנו בתחושת הקלה לא מבוססת, נבחן את המערכת בצורה כמותית וננסה למצוא חוקיות מתמטית." במחברת כותבים הגדרה של מנוף ומסמנים מנוף, נקודת משען, זרוע כוח... שלב 2: ניסוי הדגמה וזיהוי חוקיות מתמטית חומרים הדרושים להדגמה: 1 בקבוקים של חצי ליטר, מלאים ב- 000 מיליליטר מים, מכוילים בניוטונים )ערך השנת ניוטון אחד, הסימנים בטוש לא מחיק(; בקבוק 2.1 ליטר, מלא; משפך ;, כיסוי לבקבוק של 2.1 ליטר. גיגית, אליה ניתן לשפוך את המים; כיסוי לבקבוק )עבור משימה 0(; מוט מטאטא ארוך הקשור באמצע למשענת הכיסא, על המוט מסומנים מרחקים של 20 ס"מ; חוטים לקשור את הבקבוקים; מד כוח )עד 10 ניוטון(. תיאור מהלך ההדגמה: מורה: נבחן - האם קיימת חוקיות מתמטית הקושרת בין גודל הכוח המופעל על המוט לצורך איזון משא, לבין אורך הזרוע של הכוח.
לצורך כך נקשור מוט מטאטא למשענת הכסא. המוט אחד של המוט, בערך באמצע הזרוע )במרחק ס"מ 40 ישמש לנו כזרוע לתליית הבקבוקים וכסרגל מדידה. בצד מנקודת המשען(, נתלה בקבוק מים אשר מכיל מיליליטר מים. ידוע שבקבוק כזה יעיק על המוט בכוח 0 ניוטונים )ממחישה עם מד הכוח +רענון של ידע קודם(. אתם מתבקשים לאזן את המוט באמצעות תליית בקבוק נוסף, בצד השני של המוט. תחילה נמלא גם 000 000 מיליליטר, נאזן ונמדוד את אורך הזרוע. בכל פעם נשנה את הכוח שהבקבוק יפעיל על המוט על ידי שינוי כמות המים שבתוכו. לנוחיותכם הבקבוק מכויל בניוטונים. 2 בכל פעם נמדוד את אורך הזרוע. את ממצאי הניסוי רשמו בטבלה הבאה: התלמידים מבצעים את הניסוי. ממלאים את הטבלה במצגת. אורך הזרוע, בסנטימטרים כוח, בניוטון דיון מסכם: מורה: התבוננו בנתוני הטבלה. איזו חוקיות אתם מזהים? הוסיפו לטבלה עמודה שלישית ובה מכפלה של המספרים המופיעים בשתי העמודות הראשונות. השוו את התוצאות זו לזו ולמכפלה דומה המבוססת על נתוני הבקבוק הראשון. מהי מסקנתכם? )רושמים: מכפלה של כוח בזרוע קבועה עבור מנוף מאוזן עם משא נתון( 2 מומלץ לערוך פעילות מוקדמת עם התלמידים בנושא מסה ומשקל והקשר ביניהם, להבנת דרך כיול הבקבוק.
את החוקיות שזיהינו אפשר לרשום בצורה המתמטית כך: או, יותר קצר, כך: כוח המשא * אורך הזרוע של המשא = הכוח המאזן * אורך הזרוע של הכוח המאזן שלב 3: יישום לאחר שבדיון הכיתתי התלמידים מצאו את הקשר בין מקום תליית הבקבוק לבין הכוח שהוא מפעיל על המוט, המורה תציג משימת אתגר: התלמידים יקבלו בקבוק עטוף בנייר אטום ובו מים בכמות בלתי ידועה. על ידי תלייתו ומציאת המקום בו הוא מאזן את הבקבוק המלא, התלמידים צריכים לחשב את הכוח שהבקבוק מפעיל על המוט. מתברר שפעולת מכשירים רבים המוכרים לנו היטב מחיי היום יום מבוססת על עקרון המנוף שגילינו כעת. דוגמה הכי פשוטה - מספריים. שיעורי בית עליכם למצוא תמונות בעיתון או באינטרנט של מנופים ולסמן על הציור את המשא. נקודת המשען, זרוע הכוח וזרוע
2. שקפי מצגת 1 2
0 4 אורך הזרוע, סנטימטרים כוח, ניוטון
1 - כוח המשא אורך הזרוע של המשא הכוח המאזן אורך הזרוע של הכוח המאזן - 6
- 7