PhD thesis [Heb]

VSS סביבת מערכת שמש וירטואלית תלת מימדית

"מסע חזותי במערכת השמש" למידה בסביבות מציאות מדומה תלת-מימד

מאת: ד"ר חנן גזית | מנחה: פרופ' דוד חן

מערכת השמש מהווה מקרה פרטי של מושג 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 תלת מימד שמאפשרת למשתמש לשלוט במסעו במערכת השמש מבעד למסך המחשב. סביבה זו מזמנת חוויות אינטראקציות למידה חזותית ישירה מנקודות מבט (point of view) ומסגרות התייחסות שונות (frame of reference) של תופעה מדעית מורכבת שמחקר זה מבקש להבין באופן שיטתי. מסקנות המחקר מתבססות על למעלה מ 10,000 נתונים של אינטראקציות למידה שקודדו ונותחו באמצעות מערכת ניתוח ממוחשבת (Observer) וכלי מחקר איכותני שפותחו לצורך כך.  

שאלות המחקר:

1. מהם מאפייני אינטראקציות הלמידה של תלמידי תיכון בסביבת ה- VSS במשימת חקר חופשית ובמשימות מתוכננות? באיזה אופנים מתפתחת ההבנה המדעית של תלמידי התיכון לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות בזמן ביצוע משימות מתוכננות?

2. מהם השינויים שחלו בהבנה המדעית של תלמידי התיכון לגבי תפיסת מערכת השמש כמערכת

מורכבת ולגבי הבנת התופעות האסטרונומיים הבסיסיות בעקבות ההתנסות עם סביבת ה- VSS ?

לצורך המחקר פותחה מתודולוגיה ייחודית לניתוח אינטראקציות למידה באמצעות כלים ממוחשבים שכללה שני רבדים: רובד פעולות האינטראקציה הנצפות ורובד שיח המשתתפים. מערכת זו אפשרה:

(1) לבצע ניתוח רב-ממדי של אינטראקציות 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; Gazit, Chen & Yair, 2005).

ממצאי המחקר:  

1. בחקירה חופשית של סביבת ה-VSS אופיינה ברמת אינטראקציה גבוהה. זוהו שני דפוסי אינטראקציה בסיסיים משותפים: יצירת "עוגנים" וביצוע "עצירות" במרחב הוירטואלי. הלמידה היא תהליך דינאמי וצומח (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". מכאן שהשונות הבין-אישית מועצמת כתוצאה מהשימוש בסביבת ה-VSS.

2. בביצוע משימות מתוכננות מראש נמצא, שכל המשתתפים השתמשו בסביבת ה-VSS ככלי מחשבתי חזותי באמצעות ציור תנועת הגופים הפלנטאריים וכוח המשיכה על מסך המחשב. 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, שילוב המאפיינים הייחודיים של סביבת ה-VSS והמאפיינים הבסיסיים של הקוגניציה האנושית, עשוי להסביר את התפתחות תפיסות אלו  (Gazit, Yair & Chen, 2006).

VSS Misconcept 02

3. 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.

המחקר מציע עקרונות משופרים לתיכון סביבות מציאות מדומה עתידיות ומצביע על כיווני מחקר נוספים, שעשויים לסייע בבחינת הפוטנציאל החינוכי שטמון בסביבות המציאות המדומה לצרכי הוראה ולמידה בכלל ולצרכי הוראת ולמידת מדעים בפרט. 

המחבר מבקש להביע תודתו לד"ר דוד חן וצוות האקדמי והמנהלי של בית הספר לחינוך של אוניברסיטת תל-אביב על התמיכה והסיוע לביצוע המחקר והצגתו בכנסים בינלאומיים ובמסגרת אוניברסיטת הארוורד ומכון M.I.T בוסטון, ארה"ב, לקרן סקט"א רש"י על מתן מלגת הצטיינות ללימודי דוקטורט.  תודה מיוחדת לפרופ' מנוחה בירנבוים, פרופ' יובל פורטוגלי ופרופ' יואב יאיר. שת סיום: תשס"ה 2005, אוניברסיטת תל-אביב.

See related publications on Learning dynamics in VSS