רך ומבולגן

 

בתקופה שבה המחקר המדעי הולך ונעשה בין-תחומי, ובמוסד כמו מכון ויצמן למדע שמוביל את המגמה העולמית הזאת, אך טבעי הוא שגם החינוך המדעי ישאף להביא את בשורת השילוב בין תחומים מדעיים שונים אל עולמם של תלמידים בבית-הספר התיכון. אך האם באמת אפשר לחשוף תלמידים בבית-הספר למדע עכשווי, בין-תחומי, באופן עמוק ומשמעותי? התוכנית "חומר רך ומבולגן", המופעלת זה כשנתיים על ידי צוות משותף של המחלקה להוראת המדעים והמחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, אשר מתקיימת במסגרת האולפנה למדע עכשווי של מכון דוידסון לחינוך מדעי, מציעה מענה חיובי לשאלה הזו.

 

התוכנית מיועדת לתלמידים שרוצים לדעת יותר ממה שבית הספר יכול להציע. מדובר בתוכנית העוסקת בתחום מחקר בסיסי הנמצא בחזית המדע. "מדענים שחקרו מודלים פיסיקליים של מערכות חומר רך, כמו תמיסות ופולימרים, גילו באמצע שנות ה-90 כי ניתן לנקוט אותן גישות כדי לחקור יחידות ביולוגיות מורכבות כמו תאים, קרומים וחלבונים", אומר פרופ' שמואל (סאם) שפרן, מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון, שמשמש כיועץ המדעי של התוכנית, ועשה גם הוא מעבר דומה בתחומי המחקר בהם הוא עוסק - כמו מדענים נוספים במכון ויצמן למדע.

 

מערכות של חומר רך מתאפיינות ברגישות גבוהה לתנאי הסביבה: שינויים מזעריים, כמו, לדוגמא, של הטמפרטורה או של ריכוזי החומרים, מחוללים שינויים גדולים במבנה המערכת, ומשפיעים על תכונותיה הפיסיקליות. מאפיין נוסף הוא, שארגון המערכת נעשה באמצעות אינטרקציות חלשות (ולא באמצעות קשרים כימיים חזקים), ולכן נתון לשינויים מהירים. הבנה עמוקה של המערכות האלה תורמת ליישומים רבים כמו תעשיית הדלק והפולימרים, חומרים פעילי שטח (דטרגנטים), תכנון קפסולות חכמות לתרופות והכוונת תרופות. את אותה זווית ראייה - המתבוננת על ארגון ועיצוב של מערכות, ובוחנת כוחות, צורות ואת יחסי-גומלין בין רכיביהן - ניתן ליישם גם עבור יחידות ביולוגיות. מדובר ב"מפגש פסגה" תלת-תחומי: גישה פיסיקלית לשאלות ביולוגיות ולחומרים המעניינים את התעשייה הכימית. מדענים העוסקים במחקר כזה משתמשים בשיטות מתחום התרמודינמיקה הסטטיסטית, במודלים, וברקע מעמיק בפיסיקה מודרנית. האם תכנים אלה נגישים גם לתלמידי תיכון?

 

מתברר שאפשר לעשותם נגישים. יותר מכך - מסתבר כי אפשר לבנות תוכנית שתהיה נגישה הן עבור תלמידים שלומדים פיסיקה, והן עבור תלמידים שלומדים כימיה. הגישה אותה נקטו מפתחי התוכנית, ד"ר עידית ירושלמי, ד"ר שלי ליבנה, ותלמיד המחקר אלון לנגבהיים, בונה את הידע הנדרש צעד אחר צעד. כל זאת, תוך מאמץ להתחבר לעולם המושגים המוכר לתלמידי בית ספר, ומבלי להתפשר על מספר היבטים מהותיים, כמו מחקר בשיטות כמותיות וסטטיסטיות. העובדה כי מדובר בנושא מורכב, הדורש בנייה ממושכת ומסודרת של ידע, חייבה את הצוות למצוא דרכים יצירתיות כדי לעורר את עניין התלמידים בנושאים מורכבים מצד אחד, ולסייע להם בתהליך הלמידה מצד שני. הפתרונות שמצאו הם שילוב של ניסויים, סימולציות, הדגמות והרצאות העשרה, ושימוש באמצעים פדגוגיים לארגון ולעיבוד הידע. בנוסף, התוכנית נשענת על התשתית היציבה שמציע מכון דוידסון לחינוך מדעי, על מעבדותיו המשוכללות, המיכשור המתקדם וצוות הטכנאים המקצועי.

 

התוכנית הרב-תחומית מגובה בצוות רב-תחומי: בראשה עומדים ד"ר עידית ירושלמי מקבוצת הפיסיקה ופרופ' אבי הופשטיין מקבוצת הכימיה במחלקה להוראת המדעים. צוות הפיתוח וההוראה כולל את ד"ר שלי ליבנה, כימאית שסיימה דוקטורט בנושא פולימרים, ותלמיד המחקר אילון לנגבהיים, פיסיקאי בהכשרתו. עבודת המחקר שלו לתואר שלישי במחלקה להוראת מדעים, בהדרכת ד"ר עידית ירושלמי ופרופ' סם שפרן, עוסקת בהיבטים הפדגוגיים של התוכנית. במסגרת זאת הוא מתמקד ביצירת כלים מאבחנים, במטרה לבחון אם התוכנית אכן משיגה את מטרותיה, ולשפר את דרכי ההוראה. במקביל הוא מעמיק ומרחיב את ידיעותיו בתכנים המדעיים.

 

פרופ' שפרן: "התוכנית הזאת מעבירה מסר לתלמידי תיכון, שהוא מסר חשוב של מכון ויצמן למדע, שמדע טוב הוא מדע שדורש רקע חזק בתחום ההתמחות יחד עם פתיחות לשטחים חדשים, בהם הגישות השונות מדברות זו עם זו".