اهمية المفاهيم في تعليم العلوم

أهمية المفاهيم في تعليم العلوم:
1- تحقق التواصل بين المشتغلين بين العلم ودراسته .
2- تختزل الكم الهائل من الحقائق.
3- تسهم في بناء القوانين والمبادئ والنظريات .
4- تساعده الطلاب على التعامل بفاعلية مع المشكلات الطبيعية والاجتماعية للبيئة عن طريق تجزئتها إلى مجموعة من الأجزاء يمكن التحكم فيها .
5- تقلل الحاجة إلى إعادة التعليم فالمفاهيم التي يتعلمها الطالب يطبقها , ويستخدمها عدة مرات في العديد من المواقف التعليمية دون الحاجة إلى تعلمها من جديد .
6- تساعد في الحد من صعوبات التعلم عند انتقال الطالب من مرحلة إلى أخرى.
7-تساعد في تنظيم المعلومات المختلفة .
8- تساعد على تنظيم الخبرات التعليمية
9- تساعد في البحث عن معلومات وخبرات إضافية وتنظيم ما تعلمه الطلاب في أنماط معينة تسمح لهم بالتنبؤ بالعلاقات المتطورة .
10- تساعد المتعلم في تسهيل عمليتي التعلم والتعليم
11- تساعد المعلم والمتعلم على فهم طبيعة العلم
12- تساعد المفاهيم في التعلم ذو المعنى
13- تزود المفاهيم المتعلم بمعظم أساسيات التفكير

ثالثاً : المبادئ ( التعميمات العلمية )
هي سلسلة مترابطة من المفاهيم العلمية تصف الظاهرة او الحدث وصفاً كيفياً .
فاذا اخذنا على سبيل المثال المفاهيم التالية :
الحامض ،النبات ، ورقة عباد الشمس الزرقاء ، السماد
فإننا نجد ان هذه المفاهيم الاربعة لا ترتبط مع بعضها بعلاقة ، ولا تدور حول ظاهرة او حدث علمي ، وانما نجد ان ثمة علاقة توجد بين الحامض وورقة عباد الشمس الزرقاء وكذلك توجد علاقة بين النبات والسماد ، وعليه يمكن ربط ذات العلاقة على النحو التالي :
- يغير الحامض لون ورقة عباد الشمس الزرقاء .
- يحتاج النبات الى سماد (ن السماد ضروري لحياة النبات)
فاذا ما وضعت المفاهيم على هذا النحو تكون قد اكتسبت معنى جديداً واصبحت تشكل تعميمات علمية.
فالتعميمات العلمية هنا تتصف بما يلي :
1. الربط بين المفاهيم المتناثرة، والتي قد لا تشكل بمفردها معنى علمياً كبيراً ولكن ما استقرئ منها جاء مفيداً وموظفاً توظيفاً علمياً .
2. توظيف التفكير الاستقرائي حيث ان كل تعميم لا يمكن الوصول اليه الا من خلال مشاهدة حالات جزئية. فعلى سبيل المثال لم نتوصل الى التعميم (يغير الحامض لون ورقة عباد الشمس الزرقاء) الا من خلال تجريب عدد كبير من الحوامض وملاحظة اثرها على ورقة عباد الشمس الزرقاء، ونفس الشيء يقال على التعميم الثاني.
3. توظيف التفكير الاستنباطي . فعندما نقول ان (المعادن جيدة التوصل للحرارة) يمكن استنباط ان الحديد جيد التوصيل للحرارة، اي الانتقال من الكل الى الاجزاء.

معظم المعادن جيدة التوصيل للحرارة تعميم الكل
الحديد جيد التوصيل
استقراء النحاس جيد التوصيل الاستنباط
الالمنيوم جيد التوصيل الاجزاء



4. وصف الظواهر والاحداث الطبيعية وصفاً كيفياً الامر الذي يسهم في فهم ما يدور حولنا في عبارات قليلة جمعت بين مفاهيم عديدة، ولذلك نجد ان عدد التعميمات اقل بكثير من عدد المفاهيم .
امثلة على المبادئ :
- الكائنات الحية تتفاعل مع البيئة ويتأثر كل منها بالآخر.
- ينكسر الضوء عند مروره من وسط قليل الكثافة الى وسط اكثر كثافة .
- الحوامض المعدنية تحتوي على الهيدروجين .
- تتحول الغازات بالضغط والتبريد الى سوائل .
- الكريات الحمراء اصغر حجماً واكثر عدداً من البيضاء .
- الكائنات الحية لها القابلية على تكوين انواع متشابهة لها .
- الجراثيم كائنات حية لا ترى بالعين المجردة .... الخ

رابعاً : القوانين
القانون العلمي هو سلسلة مرتبطة من المفاهيم تصف الظاهرة او الحدث وصفاً كمياً. فالقانون هنا يربط بين المفاهيم بروابط العلاقات الكمية. فاذا نظرنا الى قانون بويل او قانون شارل للغازات نجد ان هذه القوانين تربط بين مفاهيم الحجم، ودرجة الحرارة والضغط، ففي قانون بويل نجد انه يصف العلاقة بين هذه المفاهيم وصفاً كمياً على النحو التالي:
عند ثبوت درجة الحرارة فان جم الغاز يتناسب عكسياً مع ضغطه

اي ان ح ? عند ثبوت درجة الحرارة .


وهذه العلاقة يمكن تحويلها الى معادلة اذا ما استبدلنا علاقة التناسب بضرب احد الطرفين في مقدار ثابت بحيث يصبح على النحو التالي :


ح = م × حيث ان م مقدار ثابت .



وبنفس الطريقة امكن الربط كمياً بين مفهومي الحجم ودرجة الحرارة في قانون شارل على النحو التالي :
ح ? ق عند ثبوت الضغط ، حيث ان ق درجة الحرارة المطلقة
(درجة الحرارة المطلقة = الدرجة المئوية + 273)

ويمكن تحويل هذه العلاقة الى معادلة كما يلي :
ح = م × ق حيث ان م مقدار ثابت
ومن خصائص القوانين العلمية :
1. الجمع بين المفاهيم العلمية بروابط كمية الامر الذي يجعل العلم ميسور التناول لان المفاهيم بدون هذا الربط تبقى متناثره وبحد ادنى من المعنى العلمي . ففي قانون بويل، كما شارنا درست العلاقة بين حجم الغاز وضغطه عند ثبوت درجة الحرارة ، ولو بقيت هذه المفاهيم ، حجم الغاز، ضغط الغاز، درجة الحرارة بدون هذه العلاقة فإنها لن تضيف الى العلم شيئاً ذا اهمية .
2. توظيف الاستقراء من احداث وظواهر عديد للوصول الى العلاقة الكمية بين العوامل التي تشكل هذه الاحداث الظواهر. فعلى سبيل المثال نرى ان قانون فاراداي الاول يربط بين كمية الكهرباء المارة في محلول يوجد في خلية تحليل وكمية المادة المترسبة القطب السالب بعلاقة طردية فان الوصول الى هذا القانون ما كان ليتم لولا العديد من المشاهدات التي رصدت باستخدام العديد من المحاليل الالكترونية . اذن تتم عملية الاستقراء بين الاحداث المختلفة للوصول الى القانون .
3. تقديم وصف كمي للأحداث والظواهر الطبيعية، ولكنها (اي القوانين) لا تقدم تفسير لهذه الاحداث والظواهر. فقانون فاراداي الاول في التحليل الكهربائي لا يفسر عملية التحليل من حيث تأين المحلول الالكتروني (مثل كبريتات النحاس) في الماء وتوصيله للتيار الكهربائي من خلال الايونات الموجبة والسالبة التي يتفكك اليها المحلول الالكتروني. فالقانون يقدم وصفا كميا لحا يحدث ولكنه لا يفسر كيفية حدوثه .
4. القوانين العلمية تأخذ سمة الثبات النسبي. اي ان الاحداث والظواهر الطبيعية التي يعالجها القانون العلمي متكررة الحدوث. فقانون النسب الثابتة في الكيمياء على سبيل المثال هو الذي ينص على انه اذا اتحد عنصران لتكوين مركب كانت النسب لهما (8:1) وهذه النسب ثابتة مهما اختلفت طرق تحضير الماء او الزمان او المكان اللذين تجري فيهما التجربة .
خامساً : النظريات
تمثل النظريات العلمية اقصى مراحل التجريد في الربط بين المفاهيم العلمية لتفسير ما يجري من احداث وظواهر ، وتكون النظرية العلمية قوية ومقبولة كلما اتفقت مع الواقع .
خصائص النظرية العلمية :
1. النظرية بوجه عام تمثل فروض نظرية مجردة تربط بين مجموعة كبيرة من القوانين العلمية مثالها النظرية الذرية القديمة لدالتون ربطت بين جميع قوانين الاتحاد الكيميائي في ان واحد ، وكذلك النظرية الذرية القديمة .

2. تعتمد النظرية في صحتها على اتفاقها مع الواقع من جهة وتفسيرها لهذا الواقع من جهة اخرى فبقدر ما تستطيع تفسير الاحداث المتصلة بظاهرة معينة بقدر ما تكون مقبولة . لذلك يكون الهدف الاساسي من النظرية تفسير الظواهر الطبيعية وبالتالي فهم ما يجري حولنا في هذا الكون .

3. انطلاقاً من ان الاساس في المبادئ والقوانين والنظريات هي الحقائق العلمية وحيث ان الحقائق العلمية ذات ثبات نسبي ومتغيرة في كثير من الاحيان فان النظرية العلمية بالتالي غير ثابتة ، والتاريخ العلمي الطويل يشهد بذلك فقد سادت نظريات عديدة ثم اندثرت ، والجدير بالذكر ان نظرية النشوء والارتقاء المتعلقة بأصل الانواع وتطورها تقع في اطار تلك النظريات التي ثبت عدم صحتها بالرغم من انها ما زالت تلقى الدعم من بعض العلماء .

4. تجعل النظريات بالإمكان السيطرة على المعرفة العلمية لأنها تجمع المئات من الحقائق العلمية في اطر قليلة يمكن للمرء الالمام بها بسهولة ويسر .

5. تساعد النظرية العلمية على التنبؤ ، ولعل هذه السمة من اهم سماتها وفوائدها في البنية المعرفية العلمية ، فالتنبؤ العلمي يسهم بلا شك في توجيه البحث العلمي نحو اكتشاف موضوعات ذات علاقة بالنظرية العلمية .