مثال تطبيقي على إنتاج المادة العلمية باستخدام الحاسوب (خطوة – بخطوة)

إعداد المهندس مجدي عبد الكريم أبو زينه

آفاق علمية وتربوية – ذكرت في المقال السابق مراحل إنتاج المادة التعليمية باستخدام الحاسوب؛ ولتوضيح هذه المراحل اعرض مثالا عمليا في حوسبة موضوع “” خصائص بصرية للمادة””….

أولا: مرحلة التخطيط والإعداد:

اشتملت هذه المرحلة على ما يلي:

أ. تحديد المادة العلمية.
تم اختيار وحدة ” خصائص بصرية للمادة” من كتاب الفيزياء للمرحلة الثانوية- المستوى الثاني، وتتلخص هذه الوحدة بدراسة المفاهيم الأساسية المرتبطة بالضوء والرؤية، واشتقاق بعض القوانين المتعلقة بانكسار الضوء، ومعادلة صانع العدسة، إضافة إلى حل مسائل حسابية مرتبطة بالقوانين الواردة بالوحدة.

وقد اشتملت الوحدة على الموضوعات التالية:

1. تفاعل الضوء مع المادة.
2. انكسار الضوء.
3. تحليل الضوء في المنشور.
4. العدسات- مفاهيم عامة.
5. العدسات- صفات الأخيلة المتكونة في العدسات.
6. تطبيقات بصرية- طول النظر وقصر النظر.

ب. تحديد المرحلة الدراسية والفئة العمرية.
البرمجية التعليمية المحوسبة يجب ان تستهدف طلبة المرحلة الثانوية وهم يمتلكون القدرة في استخدام الحاسوب.

ج. تحديد الأهداف التعليمية.
الاطلاع على الأهداف العامة التي قام بوضعها الفريق الوطني لمنهاج مبحث العلوم للمرحلة الثانوية، ثم تم تحديد الأهداف الخاصة بوحدة خصائص بصرية للمادة، وقد اشتملت الوحدة على الأهداف التربوية التالية:

ج-1: الأهداف العامة لتدريس مادة الفيزياء، وتتمثل فيما يلي):

1. تزويد الطالب ببنية معرفية من المفاهيم الفيزيائية القابلة للتطوير والتوسيع، مثل الاتزان،
والطاقة، والمادة وخصائصها، والعلاقة بين المادة والطاقة، وبنية الذرة وبنية النواة وخصائصها. ومن شأن هذه المفاهيم أن تمكن الطالب من فهم الظواهر والأحداث الفيزيائية المختلفة والتنبؤ بها والتعامل معها بأمان.
1. تعريف الطالب أنماط التفكير المستخدمة في الفيزياء مثل بناء النماذج الذرية والنووية والتفكير القياسي (النظري).
2. تعريف الطالب التطبيقات المهمة في الموضوعات الفيزيائية المختلفة كالضوء والكهرباء والاتصالات والفيزياء الذرية والنووية والميكانيكا.
3. تنمية المهارات العملية عند الطالب مثل استخدام الأجهزة الفيزيائية وإجراء القياسات الفيزيائية وتركيب الدارات.
4. تنمية مهارات رصد نتائج التجارب الفيزيائية وإعداد الجداول والرسوم البيانية.
5. تنمية القدرة على اتخاذ القرارات المناسبة خاصة المتعلقة باختبار الفرضيات وإجراء التجارب الفيزيائية.
6. تنمية قدرة الطالب ومهارته على حل المسائل الفيزيائية.
7. تعريف الطالب المهن التي تقوم على مبادئ فيزيائية، مثل المهن الطبية المساعدة، والمهن المتعلقة بالكهرباء والميكانيكا.
8. تنمية الاتجاهات الإيجابية الملائمة لتعلم الفيزياء، مثل التفتح العقلي، والموضوعية والمنطقية، والترتيب في إصدار الأحكام والأمانة في تسجيل النتائج والأخذ بمبدأ السببية.

ج-2: الأهداف الخاصة بوحدة “خصائص بصرية للمادة”.

1. يوضح المقصود بكل من المفاهيم والمصطلحات التالية:
مادة شفافة؛ زاوية انكسار؛ معامل انكسار؛ خيال وهمي؛ التكبير؛ البعد البؤري؛ تحليل الضوء؛ العدسة اللاصقة؛ طول النظر؛ قصر النظر.
1. يرسم مسارات الأشعة التي يمكن من خلالها تحديد موقع الصورة المتكونة لجسم أمام العدسة المحدبة والعدسة المقعرة.
3. يجد عمليا:

• البعد البؤري لعدسة محدبة وعدسة مقعرة.
• معامل الانكسار لمادة المنشور.
• زاوية الانحراف الصغرى للمنشور.

4. يشتق كلا من :
• قانون تكبير العدسة.
• القانون العام للعدسات.
• معادلة صانع العدسة.

5. يميز بين:
• المادة الشفافة والمادة شبه الشفافة.
• طول النظر وقصر النظر.
• الخيال الحقيقي والخيال الوهمي.

6. يحل مسائل عددية على:
• قانون تكبير العدسة.
• القانون العام للعدسات.
• معادلة صانع العدسة.

د. تحليل المحتوى وبناء النقاط التعليمية.

بداية تم تقسيم وحدة خصائص بصرية للمادة إلى ستة وحدات نمطية كما هو الحال في الكتاب المدرسي المقرر وهي على النحو التالي:

1. الوحدة النمطية الأولى: تفاعل الضوء مع المادة.
2. الوحدة النمطية الثانية: انكسار الضوء.
3. الوحدة النمطية الثالثة: تحليل الضوء في المنشور.
4. الوحدة النمطية الرابعة: العدسات- مفاهيم عامة.
5. الوحدة النمطية الخامسة: العدسات- صفات الأخيلة المتكونة في العدسات.
6. الوحدة النمطية السادسة: تطبيقات بصرية- طول النظر وقصر النظر.
بعد تحديد الأهداف التربوية الخاصة تم ترجمة المحتوى على شكل نقاط تعليمية يسهل برمجتها باستخدام الحاسوب، وهي كما يلي):

د-1: تحديد النقاط التعليمية للوحدة النمطية الأولى “تفاعل الضوء مع المادة”:
 عندما يسقط الضوء على جسم فان قسما منه ينعكس وقسما ينكسر وقسما يمتصه الجسم.
 معامل الانعكاس هو نسبة الضوء المنعكس إلى الضوء الساقط.
 معامل النفاذ هو نسبة الضوء النافذ إلى الضوء الساقط.
 معامل الامتصاص هو نسبة الضوء الممتص إلى الساقط.
 معامل الامتصاص+معامل النفاذ+معامل الانعكاس=1
 الانعكاس هو ارتداد الضوء الساقط عن جسم؛ فيبقى في الوسط نفسه ولا ينفذ إلى الوسط الآخر.
 يخضع الضوء عند الانعكاس إلى قانوني الانعكاس وهما:

I. الشعاع الساقط، والشعاع المنعكس، والعمود المقام على السطح العاكس من نقطة السقوط، تقع جميعها في مستوى واحد دائما يكون عموديا على السطح العاكس.
II. زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.
 النفاذ هو انتقال الضوء (عندما يسقط على السطح الفاصل بين وسطين) من الوسط الأول إلى الوسط الثاني، ويسمى الوسط الذي ينتقل فيه الضوء بالوسط الشفاف، مثل الزجاج والماء.
 المواد الشفافة ثلاثة أنواع هي:

1. مواد تامة الشفافية.
2. مواد نصف شفافة.
3. مواد مرشحة.
 المواد تامة الشفافية هي التي يمكن رؤية معالم الجسم بوضوح وراءها.
 المواد النصف شفافة هي المواد التي تنفذ الضوء، ولكن لا يمكن تمييز ملامح الجسم بوضوح وراءها؛ بسبب أن جزيئاتها تعمل على تفريق الأشعة بداخلها.
 المواد المرشحة هي المواد التي لا تنفذ جميع أنواع الطيف، بل تنفذ اللون الخاص بها، مثل ورقة سيلوفان صفراء.

د-2 : تحديد النقاط التعليمية للوحدة النمطية الثانية “انكسار الضوء”:
 زاوية السقوط : هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الساقط والعمود المقام على السطح الكاسر من نقطة السقوط.
 زاوية الانكسار: هي الزاوية المحصورة بين الشعاع المنكسر والعمود المقام على السطح الكاسر من نقطة السقوط.
 معامل الانكسار: النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في الوسط.
 الانكسار هو تغير في مسار الضوء عند مروره من وسط إلى آخر.
 معامل انكسار الضوء يتناسب عكسيا مع سرعة الضوء في الوسط
 الهواء هو أقل وسط كثافة ومعامل انكساره يساوي (1)؛ لذلك سرعة الضوء في الهواء هي أكبر سرعة ممكنة وتساوي (3 ×10 8 ) م/ث .
 معامل الانكسار دائما أكبر من (1).
 تسمى الزاوية المحصورة ما بين الشعاع المنكسر وامتداد الشعاع الساق بزاوية الانحراف
 زاوية الانحراف الكلي للشعاع الساقط هي الزاوية المحصورة بين امتداد الشعاع الساقط على المنشور وامتداد الشعاع الخارج
 تعتمد زاوية انحراف المنشور على:

1. زاوية السقوط.
2. معامل انكسار مادة المنشور.
3.زاوية رأس المنشور.

د-3: تحديد النقاط التعليمية للوحدة النمطية الثالثة ” تحليل الضوء في المنشور”
 سرعة جميع موجات الطيف الكهرومغناطيسي متساوية في الفراغ وتختلف هذه السرعة في الأوساط الشفافة المختلفة بالنسبة للجزء المرئي من الضوء؛ بسبب اختلاف معاملات الانكسار.
 تحليل الضوء الأبيض يعطي ألوان الطيف السبعة التالية: الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي.
 الضوء عندما ينكسر عن السطح الأول فانه يكون خيالا، وهذا الخيال يعتبر جسما بالنسبة للسطح الثاني وبعد الخيال عن السطح الكروي الثاني هو بعد الجسم بالنسبة لهذا السطح.

د-4 : تحديد النقاط التعليمية للوحدة النمطية الرابعة ” العدسات”
 العدسة المحدبة عبارة عن منشورين رقيقين متعاكسين قاعدتهما متقابلتان في المحور الأصلي للعدسة وإذا سقطت أشعة متوازية عليها فان الأشعة النافذة منها تنحرف نحو القاعدة وتتجمع على المحور الأصلي للعدسة أي أن العدسة المحدبة تعمل على تجميع الأشعة . والعدسة المحدبة لامة للأشعة وبؤرتها حقيقية وتضم ثلاثة أشكال:
أ. محدبة الوجهين
ب. محدبة مستوية
ج. محدبة مقعرة
 العدسة عبارة عن منشورين يتقابلان في الرأس على المحور الأصلي للعدسة وإذا سقط عليها أشعة متوازية فإنها تنفذ الأشعة منحرفة نحو القاعدة مبتعدة عن المحور الأصلي. والعدسة المقعرة مفرقة للأشعة وبؤرتها وهمية وتضم أيضا ثلاثة أشكال:
أ. مقعرة الوجهين
ب. مقعرة مستوية
ج. مقعرة محدبة
 مركز التكور: مركز الكرة التي يكون فيها سطح العدسة جزءا منها وللعدسة مركز تكور لكل سطح .
 المحور الرئيس: امتداد الخط الواصل بين مركزي تكور سطحي العدسة
 قطب العدسة: نقطة تقاطع سطح العدسة مع المحور الرئيس، وللعدسة قطب لكل سطح
 السطح الأساسي: وهو السطح الذي تتلاقى فيه امتدادات الأشعة الساقطة على العدسة مع إمتدادات الأشعة النافذة منها.
 المركز البصري للعدسة: هي نقطة في العدسة على المحور الرئيس ، لا يتغير فيها اتجاه الشعاع المار فيها.
 النقطة البؤرية: نقطة على محور العدسة الرئيس تنكسر فيه الأشعة الصادرة منها في العدسة وتخرج موازية لمحورها في حالة العدسة المحدبة.
 في حالة العدسة المقعرة تتلاقى فيها إمتدادات الأشعة الساقطة على العدسة التي تنكسر ثم تخرج موازية لمحورها.
 البعد البؤري: المسافة بين المركز البصري للعدسة وإحدى نقطتيها البؤرتين.

د-5: تحديد النقاط التعليمية للوحدة النمطية الخامسة “صفات الأخيلة المتكونة لجسم في العدسات”.
 يمكن تحديد صفات الخيال المتكون لجسم (حقيقي، وهمي، مكبر،مصغر،معتدل، مقلوب) بإحدى الطريقتين التاليتين:
I. الطريقة الهندسية: وتتم من خلال رسم شعاعين مع مراعاة استخدام المقياس المناسب، كما يلي:
1. شعاع مواز للمحور الرئيس ينكسر في العدسة مارا بالبؤرة الثانية(في العدسة المحدبة)، أو امتداده يمر بالبؤرة الثانية (في العدسة المقعرة).
شعاع مار بالبؤرة الأولى ينكسر في العدسة ويخرج موازيا لمحورها(في العدسة المحدبة)، أو امتداد الشعاع المار بالبؤرة ينكسر موازيا للمحور الرئيس( في العدسة المقعرة).
2. شعاع ساقط مار بالمركز البصري ينفذ دون أن يغير مساره(لا ينكسر) في كلتا العدستين

II. الطريقة الحسابية وتتم من خلال القانون العام للعدسات.
د-6: تحديد النقاط التعليمية للوحدة النمطية السادسة ” تطبيقات بصرية”
 للعدسات تطبيقات كثيرة فهي تستخدم في آلات التصوير، والمجاهر، والتلسكوبات، وغيرها من الأجهزة البصرية.
 تستخدم العدسات في علاج ضعف النظر
 كيف تعمل العين البشرية؟
 الضوء الصادر من الجسم أو المنعكس عنه يسقط على العدسة البلورية للعين مكونة الخيال على الشبكية في العين السليمة
 العضلات الهدبية هي التي تتحكم في تحدب العدسة، حيث أن انقباضها يزيد من تحدب العدسة وبالتالي يقل بعدها البؤري وارتخاؤها يقلل من تحدب العدسة وبالتالي يزيد من البعد البؤري للعدسة ، حيث أن عدسة العين قدرة هائلة على التكيف.
 عندما يقع الخيال على الشبكية فان الأعصاب البصرية تنقل تفاصيل الخيال إلى الدماغ وهو الذي يدرك صورة الجسم بناء على خبرات سابقة.
 عيوب النظر:

1. طول النظر:
في هذه الحالي يتكون الخيال خلف الشبكية ويعود ذلك لأحد السببين التاليين: عيوب خلقية. أو ارتخاء العضلات الهدبية (خاصة عند كبار السن)، وفي هذه الحالة فان الشخص المصاب بطول النظر يرى الأجسام البعيدة بوضوح ولا يرى الأجسام القريبة بوضوح.
العلاج: يعالج باستخدام عدسة محدبة.

2. قصر النظر:
في هذه الحالة يتكون الخيال أمام الشبكية ويعود ذلك أما لعيوب خلقية أو زيادة في تحدب العدسة البلورية بسبب الإجهاد المستمر وعادة يصيب صغار السن. والمصاب بقصر النظر يرى الأجسام القريبة بوضوح ولا يرى الأجسام البعيدة بوضوح.
العلاج: يعالج باستخدام نظارات طبية عدستها مقعرة

هـ. تحديد العناصر المادية والبرمجية.
اشتملت البرمجية التعليمية المحوسبة على نوعين من العناصر وهي على النحو التالي:
هـ-1: عناصر برمجية:
(Multimedia Builder)
Visual Basic for Application” (V.B.A)”
(Macromedia flash)،
(Office 2000)

هـ-2: عناصر مادية:
 حاسوب يستخدم في عملية إنتاج البرامج التعليمية.
 أجهزة حاسوب متطورة تستخدم في عملية عرض المادة العلمية.
 مشغلات أقراص مدمجة قابلة للقراءة.
 أدوات لتجارب بسيطة مثل: عدسات، مصباح ضوئي، مسطرة، قنطرة ضوئية، حوامل، جهاز فوتوميتر.
وبهذا تم تجميع العناصر النهائية للحقيبة التعليمية المحوسبة.

ثانيا: مرحلة التصميم
اشتملت هذه المرحلة على ما يلي:
 تصميم واجهة العرض بما تحتويه من عناصر مرئية ووضع هيكلية كاملة للحقيبة.
 تصميم القوائم والمعلومات والشرائح التي توضح محتويات البرمجية التعليمية المحوسبة.
 تحديد المعلومات والصور والنصوص المؤلفة مسبقا والتي تم تحميلها من الإنترنت ومصادر أخرى ووضعها في مجلد خاص كقاعدة بيانات يستفاد منه في خطوات لاحقة.
 استخدام البرامج والأدوات لإنشاء الصور والحركات والأفلام والرسومات التوضيحية والنصوص الصوتية وربطها بشكل منسق مع باقي العناصر لتحقيق الهدف.
 تحديد ما يلزم من صور وحركات مرتبطة بالنقاط التعليمية المحددة مسبقاً.
 تحديد الشكل النهائي للحقيبة التعليمية المحوسبة.

ثالثا: مرحلة التنفيذ

تم التنفيذ كما يلي:
1- شريحة المقدمة: اشتملت على ( عنوان البرمجية التعليمية المحوسبة، اسم الباحث الذي أعد البرمجية، اسم المشرف على إعداد البرمجية، وعنوان الوحدة التي من أجلها أعدت البرمجية التعليمية المحوسبة، والمرحلة الدراسية التي تخدمها ).
2- المقدمة: تضمنت وصفا عاما للمادة العلمية المعروضة من خلال البرمجية التعليمية المحوسبة، وتحديد الفكرة الرئيسة، والهدف منها، وأهمية المادة التعليمية، وفكرة مبسطة عن محتويات البرمجية.
3- دليل البرمجية التعليمية: إرشادات تخص المتعلم قبل سيره في البرنامج.
4- تحليل خصائص المتعلمين(الفئة المستهدفة): تحديد الفئة التي أعدت لها البرمجية التعليمية، وهم طلاب وطالبات المرحلة الثانوية- المستوى الثاني “الفرع العلمي”.
5- شرح الأهداف التربوية للحقيبة التعليمية.
6- وضع الاختبار القبلي الذي يهدف إلى تحديد ما إذا كان المتعلم يستطيع تحقيق الأهداف الموضوعة، وعمل جسر يربط التعلم السابق بالتعلم الحالي.
7- تحديد النشاطات والبدائل التعليمية وكتابة المحتوى: اشتملت على جوهر المادة العلمية الأساسية وطريقة عرضها، والإجراءات المصممة على نحو يكفل تحقيق الأهداف المحددة، وراعت فيها تعدد الوسائل والأساليب والنشاطات والطرائق والاختبارات .
8. أما بالنسبة للتقويم فقد اشتملت على ثلاثة أنواع من التقويم هي:

1. التقويم الأولي: والغرض منه ربط المعلومات السابقة للمتعلم بالمعلومات الجديدة.
2. التقويم التكويني أو البنائي: ويهدف إلى تقديم تغذية راجعة إلى المتعلم والمعلم.
3. التقويم النهائي: وتم بعد الانتهاء من إعداد البرمجية وتقويمها تقويما بنائياً.

رابعا: مرحلة الاختبار
 التأكد من خلو المحتوى التعليمي والوظيفي للبرنامج من الأخطاء الفنية وطريقة العرض.
 تجريب البرمجية التعليمية المحوسبة على مجموعة من المحكمين المختصين في مجال تكنولوجيا التعليم والقياس والتقويم والمناهج والتدريس والفيزياء، وإجراء التعديلات اللازمة.
 تجريب البرمجية المحوسبة على عينة استطلاعية للتأكد من سهولة التعامل مع البرمجية وعدم وجود صعوبات، أو أخطاء فنية.

وأعرض الآن بعض الشرائح المستخدمة في البرمجية التعليمية وهي تتضمن تجارب بالحاسوب وفلاشات واختبارات محوسبة……

https://drive.google.com/file/d/19lusZXNL8dw1tjn0hfAO7aykFRLQ0fD2/view?usp=sharing