فهم تكوين الصورة

عنوان المقالة:

تأثير المعرفة والتدريب السابق على فهم تكوين الصورة

ملخـص:

تشير هذه الورقة حول دراسة على تصميمها لدراسة المعرفة حول تكوين الصورة التي يظهرها، الطلاب بعد تدريس في البصريات الهندسية في مساق فيزياء كلية قائمة على نشاط لمدرسين مرتقبين للمرحلة الابتدائية. وتم مقابلة الطلاب بشكل فردي باستخدام مهمات عديدة والتي تشمل جهاز بسيط، (مرايا مستوية ومرايا مقعرة، وعدسات، وموشور). إن الرسومات البيانية التي رسمها الطلاب والتعليقات اللفظية التي قدموها تقدم الدليل على أن معرفتهم يمكن وصفها كحالة وسطية، وهو تهجين للمعرفة قبل الدراسة (والذي يهمين عليه التصور المفاهيمي الكلي) ومعرفة الفيزياء الرسمية من نستنتج من بياناتنا المناهج الاساسية، والأفكار الرئيسية للمعرفة الهجنية للطلاب بعد التدريس وأخيراً من خلال مقارنة التصور المفاهيمي لتكون الصور قبل التدريس وفي الفيزياء الرسمية نجادل أن المطلوب نوع قوي من إعادة بناء المعرفة (بالمعنى الذي لدى كلري، إس 1986: السيكولوجي الأمريكي، 41، 1123 1130؛ فازيانو، إس وبرديرا، دبليو إف، 1987، مراجعة الأبحاث التربوية، 57، 51 67) لكي يكتسب الطلاب المعرفة. يقدم الرسم البياني لشعاع الضوء وسيلة فعالة لوصف وتفسير تكوين الصورة في البصريات الهندسية، ومع ذلك فأن الأبحاث بينت أن طلبة الفيزياء ما بعد الدراسة يظهرون صعوبات في استخدام الرسوم البيانية الشعاعية لتوجيه التنبؤات وتفسير الظواهر الملاحظة التي تشمل حتى نظماً بصرية بسيطة والتي تتألف من عدسات مجتمعة ومرايا مستوية (جولديبرغ، وماك ديوموت، 1986، 1987) (Rendell's. Goldberg and Me Dewitt 1986 198 Kj). وتبدو صعوبات الطلاب عرضاً لنقص الفهم الرسمي لكل من عملية تكون الصور وتمثيل الرسم البياني الشعاعي. وعندما يتم سؤال الطلاب الذين لم يدرسوا البصريات الهندسية أن يشرحو كيف تتشكل الصور، فان تفسيراتهم في الغالب تشير إلى أنهم يتصورون العملية بشكل كلي (بندال، جولبيرغ، وجاليلي، 1992؛ جولديبرغ وماك ديرموت، 1987). على سبيل المثال، في شرح كيث تشكيل العدسات المجتمعة صورة مقلوبة أعلى لأسفل لمصباح ضوء على شاشة فمن الشائع بالنسبة لطلبة ما قبل التدريس هؤلاء استخدام لغة تنقل فكرة أن "الصورة" كلها تتحرك عبر الفراغ. من المصباح. وتلتف رأساً على عقب عبر العدسات، ومن ثم تذهب إلى الشاشة. ويعتبر هؤلاء الطلاب الشاشة ضرورية لمشاهدة الصورة؛ ويبدون الشاشة ويفترضون عدم وجود صورة يشاهدونها وفي شرح كيف تظهر صورة مصباح ضوء في مرأة مستوية فأن تعليقات الطلاب في الغالب يبدو أنها تنقل تصور أن "الصورة" تمضي بشكل مباشر إلى المرآة (وتمكث هناك). وفضلاً عن ذلك. فأن الرسوم البيانية التي يرسمها بعض هؤلاء الطلاب لترافق تفسيراتهم تدعم هذا مجتمعة المفاهيمي الكلي. ويبين الشكل (1) أمثلة لحالات عدسات مجتمعة والمرآة المستوية وعلى الرغم من أن طلبة ما قبل التدريس يدركون غالباً أن الضوء ضروري سواء لتكون الصورة ولمشاهدتها، فأنهم في العادة لا يتمكنون من تقديم تفسير واضح لهذه العمليات من حيث سلوك الضوء. ويلخص الشكل (2) تم أخذها من جولدبيرغ وماك ديرموت (1987) ، الذي وثق لأفكار طلبة تخصص العلوم والهندسة المسجلين في مساقات فيزياء تمهيدية جامعية، ومن باندال (Bend all) وجولدبيرغ (Goldberg)، وجاليلي (Galili 1992) الذين وثقوا الأفكار مدرسي المرحلة الابتدائية المرتقبين المسجلين في مساق فيزياء قائم على نشاط إن الميل لتقدم تفسيرات تحليلية للظواهر البصرية جرى كذلك ملاحظته بين الأطفال الأصغر سناً الذين يحاولون وضع تنبؤات حول الظلال وصور ثقب الدبوس (نهير، 1990؛ راميس وفيهبر، 1987). الشكل (1) رسوم بيانية رسمها طلبة ما قبل التدرب لشرح كيف تتكون الصور بالنسبة لتجهيز عدسات مجتمعة تشكل صورة حقيقية، وتجهيز مرآة مستوية. الشكل (2) ملخص للمعرفة الشائعة ما قبل التدريس حول الصور التي تشكلت من خلال الوسائل البصرية.

التصور المفاهيمي الكلي

المفاهيم الأساسية: 1. جسم كامل وصورة كاملة. 2. وسيلة بصرية. 3. سطح من أجل تحديد مكان الصورة ومشاهدتها. الأفكار الرئيسية: 1. وجود الضوء ضروري لتكون الصورة والمشاهدة. 2. وسيلة بصرية هي المسؤولة عن تكون الصورة ككل من الجسم كله. 3. بعد تكون الصورة مجرد ينظر المشاهد إلى الصورة لكي رياها. (ودور عين المشاهد سلبي تماماً). 4. وجود سطح ضروري للمشاهدة وتحديد مكان أي صورة. إن حقيقة أن الطلاب يأتون إلى الصف بأفكار وطرق تفكير طوروها مسبقاً حول ظواهر فيزيائية محددة جرى توثيقها بشكل جيد في العديد من الدراسات التي تغطي مدى واسعاً من المجالات (درايفر، جيسن، وتايبرغاين، 1985؛ فوند، ودويت، 1988). إن العديد من هذه الدراسات وثقت كذلك لاستمرارية بعض هذه المعرفة السابقة، أي أن الطلاب يحتفظون بجوانب من معرفتهم السابقة بالرغم من محاولات التدريس لاستبدالها بالمعرفة الرسمية للفيزايء، جبليرت أوسبوم وفيتنام (1982) (Gilbert Obsorne and Fen sham) يأخذون بعين الأعتبار وبشكل صريح تأثير المعرفة، السابقة على تعلم المعرفة العلمية الرسمية من خلال وصف خمسة نتائج محتملة لتدريس العلوم. إن تطبيق نسقهم التصنيف على حالة تكون الصورة حي ثيتم إحتواء المعرفة السابقة بتصور مفاهيمي كلي، فأن نتائجهم الممكنة قد تكون 1. النتيجة غير المضطربة، حيث يحتفظ الطالب بتصور مفاهيمي كلي. 2. نتيجة المنظورين، حيث قد تستخدم، الطالب لوغاريتمات متعلمة من المدرسة رسم رسومات بيانية شعاعية وحل مسائل في الأمتحانات، ولكنه قد يفكر بتصور مفاهيمي كلي لتفسير المواقف خارج المدرسة التي تشمل ظواهر خاصة. 3. النتيجة المعززة حيث قد يستخدم الطالب بعض جوانب المعرفة الرسمية للبصريات للدعم تصور مفاهيمي كلي سائد من قبل. 4. النتيجة المختلطة، حيث قد يستخدم الطالب مكونات التصور المفاهيمي الكلي والمعرفة الرسمية للفيزياء لشرح الظواهر، ولكن مع مزيج غير مندمج جيداً وربما متناقض ذاتياً 5. النتيجة العلمية الموحدة، حيث قد يكون الطالب قادراً على تقديم تفسيرات لظواهر تكون الصور من حيث الرؤية الرسمية للفيزياء. أن دور المعرفة السابقة كان كذلك بؤرة لععديد من المناقشات النظرية حول اكتساب المعرفة. إن القضية الرئيسية كانت مدى إعادة بناء المعرفة السابقة للطلاب خلال التعلم ويصف رومل هارمت منورمان (Rumcl hart and Norman) (1978) كيف يتم تنظيم المعرفة من حيث الأنساق ويقترحان ثلاثة أنواع للتعلم، ةالتي تمتن عن بعضها البعض من حيث التغيرات البنيوية المفترضة في الأنساق القائمة للمتعلم، ومن وجهة نظراهم، فإن التعلم قد يشمل، موائمة البنى المعرفية القائمة، أو إعادة هيكلة تلك التي ويناقش بوزنو أوسترايك، هيوسن، وجوزوغ (1982) [poser strike treason and Georlog] التغير المفاهيم ويميزون بين عمليات الاستعاب والموائمة. ففي الحالة الأولى يستخدم الطالب المعرفة السابقة للتعامل مع المفاهيم الجديدة. وفي الحالة الأخيرة، يحتاج الطالب استبدال أو إعادة تنظيم المفاهيم المحورية. ويقترح بوزنر وآخرون (1982) (Posner et al) نموذجاً للتغير المفاهيمي، والذي يسترشد بالفلسفة الراهنة للمعلم، والذي يضع شروحاً محددة يجب لأن يلبيها المتعلم من أجل موائمة المفاهيم الجديدة، ويصف لين (1986) (Lian) تناظراً بين فلسفة العلم لـ لاكاتوس (lakatos) والمعرفة السابقة لدى الطلاب. وفي التناظر فأن المعرفة السابقة للطلاب يمكن وصفها من حيث مكونين رئيسين: الجوهر الصلب للأفكار والحزام الوقائي للأفكار. ويمثل الجوهر الصلب (hard core) تلك الأفكار التي ينفر الطلب من تيغرها، بالرغم من توافر الأدلة المخالفة. الحزائم الوقائي للأفكار هي تلك التي قد يغيرها الطالب بارادة منه في وجه الأدلة الجديدة من أجل المحافظة على الاعتقاد في أفكار الجوهر الصلب. ويناقش كاري (1986) (cary) الأنواع "الضعيفة" "والقوية" من إعادة بناء المعرفة فالنوع الأول يشمل بشكل أساسي تطور علاقات جديدة بين المناهج القائمة والنوع القوي لإعادة الهيكلة يشمل ليس فقط هذا التغير ولكن كذلك التغيرات في المناهج الجوهرية الفردية والتغيرات في مجال الظواهر التي تفسرها النظم المفاهيمية المتعاقبة. وتجادل أن تعلم الفيزياء الرسمية قد يتطلب من الطلاب أن يمرو بتغيرات مفاهيمية والتي تشمل إعادة بناء قوية لمعرفتهم. ويسهب (ايكسترا 1992) (Dykstra) في هذا أو يقدم مثالاً من مجال الميكانيكا: أن المتغير من مفهوم "الحرة تتضمن قوة "إلى مفهوم" التسارع يتضمن قوة خالصة" قد يبدو إعادة هيكلة للنوع القوي. كذلك يناقش فوسينادو وبروير (1987) اكتساب المعرفة من حيث إعادة الهيكلة الضعيفة والقوية. ويجادلون أن التغير في اكوان الأطفال "من نظرية تقوم على أرض ساكنة ومسطحة والوصف الحي (daimios) لحركة الشمس والقمر إلى نظرية تقوم على دواران الارض الكروية" يقدم مثلاً لإعادة هيكلة راديكالية (قوية). شير دراسة الباحثين المذكور أعلاه أنه حتى يبني الطلاب منهما للفيزياء الرمية فأن اتساق معرفتهم السابقة قد يزم أن تمر عبر إعادة هيكلة رئسية. وقد نفترض أن إعادة الهيكلية هذه لا تتأتي بسهولة، إن الوقت والنشاطات الدراسية الملائمة سواء قد تبدو أساسية. أن النشاطات الدراسية جرى تصميمها بوضوح للبناء على المعرفة السابقة للطلاب (في مقابل تجاهل وجودها) (شلمبين، كلومغير، وجانستون، 1982 كلمنين، براون، وزايتمان، 1989). ومؤخراً كان هناك اهتمام متنامٍ في توثيق حالات المعرفة الوسطية (مبرادن وكلمينت، 1992 دايكسترا، 1992؛ نوسباوم، 1985؛ سكوت، 1992) أي وصف حالات معرفة للطلاب خلال عملية التعلم أن: مثل هذه التوثيق قد يحقق هدفين رئيسين: أولاً: يمكن أن يقدم معلومات تفصيلية حول الكيفية التي تتقدم بها إعادة الهيكلة، وتقديم أدلة حول ماإذا كانت إعادة الهيكلة، توصف بشكل أفضل أنها من النوع الضعيف أو القوي، ثانياً، يمكن أن يشير إلى إستراتيجيات دراسية محددة والتي قد تكون ملائمة عند مراحل مختلفة خلال عملية التعلم (براون، وكلمينت، 1992). الدافعية للدراسة الحالية وأسئلة البحث: في حين أن دراسة جولدبيرغ وماك ديرموت (19879 المذكورة سابقاً وثقت لأنواع الصعوبات التي يظهرها الطلاب مثل فهم تكون الصور الحقيقية، فأن البيانات الموجودة في ورقهم تشير إلى أن المعرفة السابقة للطلاب بعد التدرب تضمنت بقايا تصور مفاهيمي كلي. وهذا يشير أن معرفتهم يمكن اعتبارها خليطاً من معرفة التدريس القبلي ومعرفة الفيزياء الرسمية. وكانت تلزم مزيد من الأبحاث للوصف التفصيلي لطبيعة هذا الخليط. وفي جمع معلومات شاملة حول فهم الطلاب لكون الصورة من المهم كذلك توثيق فهمهم لتكون صور حقيقية (Virtual). إن فهم تكون صورة حقيقية (كتلك التي كونت في المرآة المستوية) هو حتى أكثر إشكالية بالنسبة للطلاب مما هو فهم تكون صورة حقيقية وهذا جزئياً بسبب أن تكون صورة حقيقية يتطلب دوراً فاعلاً من عين المشاهد، في حين أن تكون صورة حقيقية لا يتطلب ذلك، وعلى الرغم من أن الأبحاث حول فهم الطالب للصورة الحقيقية(Virtual) قد وثق بعض صعوبات الطلاب (جاليلي، وجولد بيرغ وبندال 1991، وجولد بيرغ، وماك ديرموت، 1986). فأن البيانات لم يتم تحليلها من حيث وجود بقايا للمعرفة السابقة وكما ذكرنا سابقاً جادل (كاري (1986) (Cary) أن تعلم الفيزايء الرسمية قد يتطلب نوعاً قوياً إعادة بناء المعرفة. إن دراسة جولدبيرغ وديرمون (1987) and Mc Dermott Gold تقدم بعض المعلومات التي يمكن بشكل مؤقت تفسيرها دعماً لموف كاري (Cary) أن حقيقية أن الكثير جداً من الطلاب ما قبل التدريس أظهرو الصعوبات في الاستجابة للمهامات يشير أنه بالنسبة إليهم لكي يتم بناء منهم فيزيائي رسمي لتكون الصورة قد يتطلب الأمر إعادة هيكلية كبيرة لمعرفتهم السابقة، وربما إعادة هيكلة النوع القوي، هذه القضية، مع ذلك، يلزم دراستها بتفصيل أكبر قبل أن يكون بالإمكان أستخلاص استنتاجات أكثر تحديداً. وفي هذه الورقة نشير إلى دراسة حول فهم طلبة ما قبل التدريس تعليمية تكون الصورة سواء الحقيقية (real) والتخيلية (Virtual). هذه الدراسة كانت جزءاً من دراسة أكبر حيث وثقنا كذلك لمعرفة الطلاب السابقة حول عدة جوانب من سلوك الضوء (بندال وآخرون، 1992). إن البحث المشار إليها في هذه الورقة كان يسترشد بسؤال البحث الآتي: 1. إلى أي مدى يحتمل معرفة طالبة ما قبل التدريس حول تكون الصورة الحقيقية والتخيلية بقايا التصور المفاهيمي الكلي؟2. إذا كانت البقايا منتشرة، كيف يمكن وصف الحالة المعرفية لطلبة ما بعد التدريس؟3. هل اكتساب المعرفة الرسمية حول تكون الصورة يبدو أنه يتطلب نوعاً قوياً إعادة بناء المعرفة، بمعنى كاري (Cary) (1986) وفوسينداو ويروير (1987) ؟أفراد الدراسة وخبراتهم الصفية: ان الطلاب المشاركين في هذه الدراسة البحتية مسجلين في مبحث من مساق فيزياء قائم عللا النشاط والذي صمم بشكل خاص لأجل الطلاب الذين يحضرون للتدريس في المرحلة الأبتدائية. وبسبب أن سلوك الضوء هو مكون عام لمنهاج علوم المرحلة الابتدائية، فان هؤلاء الطلاب قد تكون لديهم حاجة لتطوير فهم مفاهيم جيد للضوء وتكون الصورة. إن كافة الطلاب الـ (27) في الصف كان مطلوباً منهم المشاركة في المدرسة (22 أناث و 5 طلاب ذكور). إن معظم هؤلاء الطلاب كانوا في سنتهم الأخيرة او قبل الأخيرة وكان لديهم خلفيات علمية متناثرة وتم مقابلة الطلاب بشكل فردي بعد أن استكملوا وحدة حول البصريات الهندسية والذي دام لسبعة فترات حصص من 2.5 ساعة، والموضيع التي تم مناقشتها في الصف خلال هذه الوحدة تضمنت للضوء الانعكاس، وتكون الصورة من خلال المرايا المستوية والانكسار وتشوه الأجسام المشاهدة من خلال مواد شفافة، وتكون صورة من خلال العدسات المجتمعة، وبالنسبة لكل موضوع قام الطلاب بأداء مجموعة متنوعة من التجارب. وعلى سبيل المثال، أختلاف المنظر بوجزد مرآة نصف قضية من أجل التحديد بشكل تجريب أن صورة الجسم تقع على مسافة تعامدية متساوية خلف مستوى المرآة كما هو الجسم في الأمام. (هذا أصبح يعرف "بقاعدة صورة المرآة). وبالإضافة إلى التركيز على النشاطات العملية، كان هناك كذلك تشديد تعليمي على استخدام رسوم بيانية شعاعية للمساعدة في وصف وتفسير الظواهر البصرية العديدة الملاحظة.

الشكل (3) البناء البصري لمهمات المقابلة المسخدمة في هذه الدراس:منهجية البحث والمهمات:تم مقابلة الطلاب بشكل فردي من قبل احد الباحثين وتألفت المقابلة من سلسلة مهمات وكل منها اشتملت على ملاحظات لصورة تكونت من خلال نظام بصري ما، وفي كل حالة كان يطلب من الطالب رسم مخطط بياني لشعاع الضوء لتفسير الظاهرة الملاحظة ومن ثم طلب منه سلسلة أسئلة إضافية ترتبط بنفس النظام البصري.ويبين الشكل (3) الهيكل العام لمهمات المقابلة وهذا التصميم مكنا من استكشاف تكون الصورة وحيث الآلية الفيزيائية الأولية كانت إما انكسار الضوء أو انعكاسه في كل من سياقات مألوفة وجديدة مهما العدسات المجمعة ومهمات المرايا المستوية استخدمت جهازاً مشابهاً للجهاز المستخدم من قبل الطلاب في دراستهم الصفية لتكون الصورة. ومهمات الموشور والمرآة المقعرة، مع ذلك، استخدمت جهازاً لم يكن الطلاب قد شاهدوه في عملهم الصفي. وشعرنا أن جعل الطلاب يستيجبون لمواقف غير مألوفة مقابل مهمات مألوفة (وربما مستذكرة)، قد يعطينا اسعباراً أكبر في الكيفية التي تصور بها الطلاب العملية العامة لتكون الصورة.الطلاب الـ (27) المسجلين في حصة الفيزياء تم توزيعهم بشكل عشوائي على مقابلين: ودامت كل مقابلة ما بين 45 75 دقيقة وتم تصويرها بالفيديو من أجل التحليل التفصيلي. وعلى الرغم من أن أسئلة محددة والتي طرحها المقابلين كانت مختلفة بعض الشيء فان الجهاز المستخدم كان نفسه. وسأل كل مقابل أسئلة فيما يتعلق بعدسات مجمعة، والمرآة المستوية، والمرآة المقعرة. وبالإضافة إلى ذلك، طرح أحد المقابلين سؤلاً يشمل موشور ثلاثي. وفضلاً عن ذلك، بعض المهمات ربما اشتملت على مناقشة شاملة وبالتالي، بسبب القيود الزمنية، لم يقم المقابل بتوزيع كل المهمات على الطلاب وفيم يلي نصف الأسئلة الأولية التي طرحها المقابلين بالنسبة لكل مهمة هذه الأسئاة الأولية. ركزت بشكل دقيق على بناء الطلاب وشرحهم للرسوم البيانية التي رسموها لتفسير الصور الملاحظة. وفي معظم الحالات تعاملت الأسئلة الإضافية التي طرحها المقابلون مع قضايا أخرى أو بالتالي لن يتم مناقشتها في هذه الورقة، ظاخيراً أختلف المقابلات في التسلسل الذي قدما به المهمات للطلاب. وبالتالي فالترتيب الذي يتم به وصف المهمات أدناه ليس بالضرورة هو الترتيب الذي أعتبره به الطلاب. مهمة العدسة المجمعة:بالنسبة لمهمة العدسة المجمعة عرض كلا المقابلين على الطلاب إعداداً تألفت لمبة أضاءة متوهجة ضبابية (Frostil)، وعدسة مجمعة، وشاشة شفافة، جميعها مركبة على حامل بصري. ويمكن مشاهدة صورة للكصباح مقلوبة رأساً على الشاشة (أنظر الشكل (4). وطلب من الطلاب رسم بياني شعاعي للوضيعة ومن ثم سئلوا بشكل شامل عن الرسم البياني. ثم تقدم المقابلات لطرح أسئلة مختلفة حول ما قد يحدث إذا تم تغير الجهاز يعدة طرق. مهمة المرآة المستوية:بالنسبة لمهمة المرآة المستوية، تم تركيب مرآة مستوية 30 سم × 30 سم منتصبة على طاولة تم ايتخدام بطارية خلية .5 قسم يوضع أمام المرآة. بالنسبة للمهمة التي أدوارها أحد المقابلين، تم وضع الخلية حوالي 10 سم أمام مركز المرآة وتم وضع الطلاب بحيث يتمكنوا من مشاهدة صورة الخلية (أنظر الشكل 5). وطلب المقابل من الطلاب رسم مخطط بياني ليبنو كيف حدثت صورة المرآة ومن ثم طرحت عليهم أسئلة متتابعة فيما يتعلق بالجوانب المختلفة لرسوماتهم البيانية.الشكل (4) الإعداد البصري لمهمة العدسة المجمعة.الشكل (5) ترتيب الجهاز البصري لمهمة المرآة المستوية.أن السؤال الأولي الذي طرح في المقابلات التي وزعها المقابل الأخر كان مختلفاً بعض الشئ. وفي تلك المقابلات جلس الطلاب على كرسي أمام وإلى يمين المرآة المستوية. وكانت المرآة مغطاة بقطعة من الورق المقوى. ووضع المقابل الخلية في مواضع مختلفة، وفي كل حالة سأل الطلاب. أن يتنبأوا بما إذا كان يمكن أن يكونوا قادرين على رؤية الصورة إذا تم الكشف عن المرآة بالنسبة لكافة مواضيع الخلية، أم لا ثم طلب المقابل من الطلاب تفسير ملاجظاتهم، سواء لفظياً ومن خلال رسم مخططات بيانية شعاعية.وفي كلتا مجموعتي المقابلات، طرح الباحثون أسئلة متابعة مألوفة لتوضيح المنطقة الذي استخدمه الطلاب في رسم مخططاتهم البيانية، هذه الأسئلة ركزت على تعين أشعة الضوء، والعلاقة بين موضع الصورة والضوء المنعكس من المرآة، والعلاقة بين الضوء، والصورة وعين المشاهد.مهمة المرآة المقوسة:

بالنسبة لمهمة المرآة المقوسة التي وزعها كلا المقابلين تألف الإعداد من مرآة كروية مقعرة صغيرة مركبة على حامل، ولمبة متوهجة صغيرة 15 سواط والتي كانت موضوعة أمام المرآة، وغير أنها نتجاوز مركز تقعرها (أنظر الشكل 6) إن حجم اللمبة كان مقارناً مع حجم المرآة المقعرة. وفي هذه الحالة فأن صورة اللمبة مقلوبة للأسفل وتشكلت في الحزبين سطح المرآة واللمبة الفعلية. ولم يتم استخدام أية شاشة، ولكن يمكن أن الصورة لا تزال مشاهدة بسهولة، من خلال تموضع المرء بنفسه فيما بعد اللمبة والنظر على طول محور اللمبة في الأتجاه نحو المرآة. الشكل (1) الترتيب البصري لمهمة المرآة المقعرة.

الشكل (1)، (2) إعداد مهمة الموشور نظراً الطلاب عبر قيمة المثلث الموشوري عند جسم ما (قلم) قائم خلفه (س) رسم نسقي لما كان يلاحظ الطالب الذي ينظر عبر القيمة للمثلث الموشوري. وتم سؤال الطلاب حول تكون الصوتين الملاحظتين وفي هذا الوضع على الرغم من أنه من السهل ملاحظ صورة لمبة مقلوبة رأساً على عقب، فليس من السهل، أدراك أن الصورة تقع بالفعل في الحزبين سطح المرآة واللمبة الفعلية. لقد أختلف الباحثون في المساعدة التي قدماها للطلاب لمساعدتهم على أن يتصور بالضبط، أين كانت تقع الصورة واستخدم أحد المقابلين شاشة شفافة كوسيلة مساعدة لضمان أن الطلاب كانوا على وعي أن الصورة كانت تقع بالفعل في الحزبين اللمبة وسطح المرآة (كونيري، 1983) (Gunnery 1983). والمقابل الآخر لم يقدم مساعدة في تحديد مكان الصورة وجعل الطلاب يتقدون بغض النظر عن المكان الذي اعتقدوا الصورة فيه على سبيل المثال على سطح المرآة أو خلفها. وبعد أن أعطى الطلاب الفرصة لملاحظة الصورة، والتعليق حول المكان الذي اعتقدوا أنها تقع فيه، طلب منهم من ثم رسم مخطط بياني لتبين كيف تكونت الصورة، وبعد أن تم رسم المخطط البياني، استفسر المقابل من ثم من الطلاب حول سماتها الخاصة. مهمة الموشور: حد المقابلين فقط قام بإدارة مهمة الموشور وجرى استخدام موشور كبير مثلث بدرجة 45 90 من مادة بليكسي غلاس (Plexiglas's). إلى جانب قلم. وحمل المقابل الموشور حيث وجوهه الثلاثة في مستوى رأسي ورأس الموشور متجه نحو الطالب، وتم الأمساك بالقلم رأسياً عدة سنتمرات خلف الوجه الطويل من الموشور أي الوجه المقابل لرأسه والوضع بين في الشكل (7a) وعند النظر عبر الرأس يمكن للناس أن يرى صورتين للتعلم، واحدة إلى اليسار والأخرى إلى يمين الوضع الأصلي للقلم (أنظر الشكل 7b). ومن ثم نسئل الطالب أن يشرح هذه الملاحظة من خلال رسم مخطط بياني شعاعي:

النتائج:

وبالنشبة لكل مهمة من المهمات الأربع سوف نقدم أولاً بوصف الاستجابة الفيزيائية الرسمية قبل وصف استجابات الطلاب. والشكل (a) يقدم ملخصاً للمعرفة الفيزيائية الرسمية حول تكون الصورة، من حيث مفاهيمها الرئيسية وأفكارها الرئيسية ويمثل الخبير عملية تكون الصورة بيانياً من خلال رسم ما يعرف بـ "بالمخططات الشعاعية المعيارية". إن بناء هذه المخططات الشعاعية المعيارية تتبع قواعد وأعراف خاصة جداً وليس كلها واضحة للطلاب الذين يتعلمون أولاً كيفية رسمها وتفسيرها دجوربيرغ وبندل، 1992).

صياغة مفاهيمية رسم خريطة تدفق الضوء من نقطة لنقطة المفاهيم الرئيسية: 1. نقطة الجسم ونقطة الصورة. 2. الادارة البصرية.
3. تدفقات ضوئية مجمعة ومشتتة. 4. عين المشاهد كأداة بصرية إضافية. 5. أشعة الضوء. الأفكار الرئيسية: 1. جسم ممتد هو تجميع لنقاط للجسم، الصورة هي تجميع لنقاط الصورة 2. إن كل حزمة الضوء التي تتشتت عن كل نقطة جسم وتتفاعل مع المكون البصري تساهم في نقطة الصورة.
3.الأداة البصرية قد يتغير من حزمة الضوء المشتتة عن نقطة جسم إلى حزمة أخرى والتي إما: أ تتجمع في نقطة خاصة والتي تدعي نقطة الصورة الحقيقية؛ والضوء المتشتت من نقطة الصورة الحقيقة يجب ثم أن يدخل إلى عين المشاهد، حيتى يتم مشاهدة نقطة الصورة. ب تشتيت عن نقطكة خاصة مختلفة، إذا دخل جزء من حزمة الضوء هذه إلى عين المشاهد، فأن نقطة الصورة التحليلية سوف تتشكل وتلاحظ بشكل تزامني. 4. الشاشة هي وسيلة لمشاهدة نقاط الصورة الحقيقية في الفراغ. عملية تكون الصورة يمكن تمثيلها بخطط بياني لحزمة الضوء: شعاع الضوء هو أداة نظرية لتمثيل أتجاه أنتشار الضوء

. الشكل (8) ملخص للمعرفة الرسمية للخبير حول تكون الصورة ومشاهدتها.

مهمة العدسة المجمعة:

لفهم عملية تكون الصورة من خلال عدسو مجمعة من الملائم اعتبار نقطة ممثلة واحدة على المصباح الذي يواجه العدسة، (المناقشة التالية يمكن من تطبيقها على كل نقطة أخرى على المصباح المواجه للعدسة). أن حزمة الضوء المتشعبة المنبعثة من هذه النقطة تمر عبر العدة المجمعة وتتجمع في نقطة خاصة أخرى، تدعي نقطة الصورة، وإذا تم وضع الشاشة مكان نقطة الصورة هذه فسيتم مشاهدة بقعة مضيئة على الشاشة، إن هذا النوع من نقطة الصورة يدعي نقطة صورة حقيقية بسبب أنها تكونت من الضوء المجمع فعلياً في نقطة ما. (والنوع المختلف من الصورة سيناقش في المبحث الآتي). إن الرسم البياني المبين في الفئة (A) من الجدول (2) هو تمثيل صحيح لعملة تكون الصورة والسمة الهمة لهذا الرسم البياني هي أنه يظهر أكثر من شعاع واحد يتشتت من نقطة واحدة على المصباح ومن ثم من الجانب الآخر للعدسة يتجمع على نقطة خاصة. إن المخطط البياني المرسوم من قبل الطلاب الـ (27) يصنفها الجدول (1) والمخطط البياني المبين في الفئة (A) يعرف "بالمخطط الشعاعي المعياري" وتم عرض هذا الرسم البياني على الطلاب خلال دراستهم الصفية. وكافة الرسومات البيانية الأربعة عشر. في الفئات (R) و ((D وأثنان في الفئة (E) لها رسومات هامة بشكل عام. أنها جميعها تظهر لتعطي جسم مزيدتين (أعلى وأسفل اللمبة) رسومات على نقطتي صورة خاصتين متفاعلتين وكل رسم هو من خلال شعاع واحد. لجدول (1): بيانات العدسة المجمعة (العدد= 27) الوصف الرسم البياني عدد الطلاب A. رسم بياني شعاعي قياسي. 8 B. شعاعات منفردة من أعلى الجسم. وأسفله يتم رسمها متوازية مع المحور البصري، ثم تتقاطع خلف العدسة. وتوضح الصورة من ثم بحسب الجسم. 9 C. شعاعات منفردة من أعلى الجسم وأسفله ثم رسمها متوازية مع المحور البصري، ثم تتقاطع خلف العدسة. وتوضع الصورة حيث تتقاطع الأشعة. 2 D. شعاعات منفردة من أعلى الجسم وأسفله تتقاطع في العدسة وتوضع الصورة بحسب الجسم. 3 E. أخرى 5
هذه الرسومات البيانية هي تمثيلات صحيحة لسلوك الضوء، نظراً لأن الضوء ينتقل في الاتجاهات التي تمثلها أشعة الضوء ومع ذلك فأن الرسومات البيانية هي تمثيلات ناقصة لعملية تكون الصورة، وهي لا تمثل الجوانب الأساسية من الكيفية التي تتكون بها صورة نقطة جسم ما. أن الضوء المتشتت من نقطة جسم يجعل (من خلال العدسة) يتجمع في نقطة صورة خاصة مقابلة. إن شعاع الضوء المرسوم من نقطة الجسم، من خلال العدسة إلى نقطة صورة لا تمثل حزمة ضوء متشتتة التي تحرك الجسم أولاً أنه يمثل حزمة متجمعة ذاهبة إلى نقطة الجسم. وفضلاً عن ذلك، فأن مثل هذا الرسم البياني لشعاع واحد لا يبين خصوصية نقطة الصورة أن ثلاثة عشر طالباً ممن رسموا هذه الرسومات البيانية ذكروا في وقت ما خلال مجرى مقابلاتهم (سواء عند مناقشة هذه المهمة أو مهمة أخرى) أن الضوء من كل نقطة على اللمبة يخرج في كل الاتجاهات ولكنهم على ما يبدو لم يربطوا ذلك الجزء من المعرفة بعملية تكون الصورة. إن الأرقام في الجدول (2) تعكس الرسومات البيانية التي رسمها الطلاب استجابة للسؤال الأولي للمقابلين ومع ذلك. ستة من الطلاب اذين رسموا شكلاً بيانياً في المجموعة (B C أو D) في الجدول (1) لتفسير ملاحظاتهم الأولية لإعداد العدسة المجمعة غيروا بالفعل من مخططهم البياني لاحقاً في المقابلة إلى المخطط البياني الشعاعي المعياري (الفئة A)، سواء بشكل تلقائي أو نتيجة للأسئلة الملاحظة التي طرحا المقابل. وفيما يلي اقتباس من مقابلة مع أحد هؤلاء الطلاب.

وفي هذه الاقتباس رسم الطلاب المخطط البياني من الفئة لتفسير الصورة الملاحظة على الشاشة وتفسير كيف أن تعين الصورة على الرسم البياني تحدد مخن خلال الحجم الملاحظ للصورة في العرض الفعلي (هذا النوع من المنطق كان شائعاً بين الطلاب الذين رسموا رسماً بيانياً سواء من مجموعة B أو D). وعند مزيد من الأسئلة من قبل المقابل، حاول الطالب من ثم التبديل بين استخدام رسم بياني من فئة B وفئة A لإرشاد تفكيرها بشأن المهمة. إن الرسم البياني الأولي للطالب يمثله الشكل (qa). الشكل (qa): (أ) الرسم البياني الأصلي المرسوم من قبل الطالب لتفسير الصورة التي تكونت في مهمة العدسة المجمعة. (ب) رسم بياني مرسوم من قبل نفس الطالب لاحقاً من المقابلة.المقابل: في الرسم البياني الخاص بك ألاحظ أنك وضعت الصورة هنا (يشير إلى موضع الصورة في الرسم البياني). لم أحتوت هذا المكان؟ لماذا لم تضع الصورة هنا، أو هنا (يشير إلى مكان أقرب إلى العدسة، ثم أبعد قليلاً عن العدسة)؟ الطالب: بسبب أنها قد تكون أصغر هنا وأكبر هناك. المقابل: من الممكن رسم مخطط بياني من أجل التوضيح شيء تقع الصورة بالضبط؟ثم رسم الطالب مخططاً بيانياً من الفئة أو المشابه كما هو بين في الشكل qb). المقابل: إذا حركت لمبة الضوء بعيداً عن العدسة، فما الذي ستراه على الشاشة؟

الطالب: أنها (أي الصورة) قد تصبح أصغر.المقابل: هل يمكنك رسم مخطط بياني لمساعدتك على التبؤ بما قد يحدث؟الطالب: أظن أنني سأستخدم أحد هذه المخططات البيانية. المقابل: حسناً، أيها تعتقد أنها الأفضل؟
الطالب: هذه (يشير إلى المخطط البياني من فئة B المبين في الشكل qa). وبالواقع أنها (الصورة) قد تصبح أكثر أعتماماً. (يشير إلى الشعاعين المتوازين) هذه الشعاعات سوف لن تتغير... وإذا كان أكثر بعداً (اللمبة) فأنها (الصورة) سوف تبدو أكثر اعتاماً.في الواقع قررت الطالبة أن تنبؤها كان خاطئاًن ولكنها لم نتمكن من تقرير ما قد يحدث عندما تم نقل اللمبة بعيداً عن العدسة. (وفي الحقيقة الفعلية،فأن الصورة قد تختفي بالتدريج ويمكن للشاشة أن تضاء تماماً). أنها لم عد أبداً للمخطط البياني الشعاعي المعياري للمجموعة A المبين في الشكل qaلمساعدتهم مما يشير إلى انها أفتقرت إلى الفهم الإجرائي للمخطط البياني الشعاعي المعياري. الجانب الآخر المثير من استجابة هذه الطالبة كان حقيقة أنه مخططيها البياني ثم ترتيب الجهاز في اتجاه مختلف وكانت أشعة الضوء تشير في الاتجاهات المعاكسة. وفي إعداد المهمة الفعلية كان اللمبة إلى يمين العدسة وكانت الشاشة إلى اليسار. وبالتالي فقد أنتقل الضوء بالفعل عبر النظام من اليمين إلى اليسار. إن المخطط البياني الأولي للطالبة، المبين في الشكل (qa)، يمثل ضوءاً ينتقل في اتجاه التجهيز الفعلي وخلال الحصة، مع ذلك، كان المدرس دائماً يرسم المخططات البيانية الشعاعية المعيارية حيث أشعة الضوء تشير من اليسار إلى اليمين. والمخطط البياني الذي تم تعلمه في الصف بدلاً من التجهيز الفعلي من يمين الطلاب السبعة والعشرين الي وزعوا هذه المهمة، كان المخطط البياني الأولي المرسوم من قبل أربعة عشرة منهم يظهرون المكونات البصرية في نفس الأتجاه كالتجهيز الفعلي. ورسم الطلاب الآخرون الرسم البياني بالمكونات البصرية في الاتجاه المعاكس ومن اجل سهولة تلخيص البيانات، مع ذلك، فأن المخطط البياني التمثيلي في الفئات العديدة من الجدول (1) جميعها مرسومة والتي تبين أشعة الضوء التي تشير من اليسار إلى اليمين، على الرغم من أن حوالي نصف الطلاب رسموا مخططاتهم البيانية مع كون أشعة الضوء تشير في الاتجاه المعاكس.

مهمة المرآة المستوية:

على الرغم من أن الأسئلة الأولية التي أثارها المقابلات بالنسبة لهذه المهمة كانت مختلفة، فقد طلبة من طلبهما رسم مخطط بياني لتفسير صورة المرآة وشرح كيف تشكلت الصورة إن للمرآة لها خاصية عكس الضوء بانتظام، وبعبارة أخرى فأن المرآة تعكس الضوء الساقط بحيث أن زاوية الأنعكسات تساوي زاوية السقوط، وبالنسبة لتجهيز المرآة المستوية، تشير حزمة ضوء متشتتة من كل نقطة على الخلية إلى المرآة المستوية، وتعكس بشكل منتظم مع ذلك كحزمة الضوء المشتت ومن ثم تدخل عني المشاهد الذي يتصورها على أنها نشأت في نقطة أخرى. وهذه النقطة الأخرى تسمّى نقطة الصورة التخيلية (Virtual)، وتقع على نفس المساحة التعامدية خلف سطح المرآة لأن الجسم في الأمام.
أن المخطط البياني المبين في الفئة A من الجدول (2) هو مخطط بياني شعاعي معياري والذي يمثل عملية تكون الصورة بوجود مرآة مستوية وعين المشاهد. وهو بين (على الأقل) شعاعين يتشعبان من نقطة جسم، ينعكسان من المرآة ويدخلان عين المشاهد، إن الخطوط الفطعية التي تمتد للوراء من اشعة الضوء المتشعب تبين أين يتصور المشاهد لصورة التخيلية (Virtual)، على انها واقعة بشكل ظاهري. الجدول (2): بيانات المرآة المستوية (العدد= 22)

الوصف الرسم البياني العدد

A. مخطط بياني شعاعي معياري. صفر B. هذا المخطط البياني فيه شعاع واحد فقط وهو يسير من الجسم إلى المرآة وينعكس في العين بحيث يظهر أنه أتٍ من الصورة. 4 C. هذا مخطط بياني مشابه للمخطط البياني المرسوم في الصف للتنبؤ بمدى المواضع لمشاهدة الصورة. والعين توضع عند مواضع متعددة. 6 D. (أ) يفضل تكون الصورة عن الضوء المنعكس عن المرآة.(ب) مشاهدة الصورة ينفصل عن الضوء المنعكس على المرآة. 2.5

E. هذه المخططات البيانية كانت تشترك بشعاع واحد من الجسم العمودي على سطح المرآة والأشعة الأخرى المرسومة كانت خاصة بكل مخطط بياني. 4

F. الصورة موضوعية على سطح المرآة. 1

يلخص الجدول (2) فئات المخططات البيانية التي رسمها الطلاب لشرح كيف كونت صورة المرآة. وكافة الطلاب تقريباً رسموا المرآة والجيم، ووصفوا الصورة فوراً على مسافة متساوية خاف المرآة، ومن ثم يتقدمون عادة إلى رسم بعض الأشعة. وكل واحد من هؤلاء على الطلاب يروا وضع الصورة من خلال استخدام قاعدة صورة المرآة وهو اللوغاريتم التي تذكروها من الخصة، (انظر مبحث "أفراد الدراسة وخبرتهم الصفية) ولا أحد من الطلاب كانوا قادرين على شرح كيف كان يتحدد مواضيع الصورة من خلال موضع الجسم وقانون الانعكاس ومخطط من المخططات البيانية المرسومة تتضمن كافة السمات في الفئة (A).الجدول (3): بيانات المرآة المقعرة (العدد= 25)الوصف المخطط البياني عدد الطلابA. رسم بياني شعاعي قياسي. 3B. أشعة منفردة من أعلى وأسفل الجسم. يتم رسمها بشكل متوازٍ مع المحور البصري، ثم يتقاطعان عند الانعكاس وتوضح الصورة بحسب الجسم. 6C. أشعة منفردة من أعلى وأسفل الجسم يتم رسمها بشكل متوازٍ مع المحور البصري، ثم يتقاطعان عند الانعكاس وتوضح الصورة حيث تتقاطع الأشعة. 3D. مخطط بياني شعاعي حي يوضع الصورة خلف المرآة. كانت هناك تشكيلات شعاعية مزيدة متعددة مرسومة من قبل الطلاب. 9E. أخرى 5أن السمة المشتركة للخططات البيانية الموضوعة في الفئة (B) هي شعاع واحد والذي يسير من الجسم إلى المرآة وينعكس إلى العين بحيث أنه يبدو قادماً من (أتجاه) الصورة البصرية إن المخطط البياني في الفئة (2) من الجدول (3) كان مخططاً تعلم الطلاب رسمه في الصف باستخدام قاعدة صورة المرآة لإظهار حدود المنطقة الذي منه يمكن مشاهدة صورة الجسم (إذا كانت العين جاهزة أحد عشر من الطلاب الاثنتي عشر ممن مخططاتهم البيانية مدرجة الفئات ED و F رسموا مخططات بيانية حيث كان فيها شعاع واحد فقط مرسوم من الجسم وكان مرسوماً بشكل مباشر تجاه الصورة على طول التعامد إلى سطح المرآة. إن أحد هؤلاء الطلاب تم سؤولها لم تدرج في مخططها البياني أشعة لم تكن متعامدة مع المرآة.المقابل: ماذا بشأن الأشعة الخرى غير المتعامدة مع المرآة؟الطالب: أنها كذلك تنعكس في أي أتجاه ... ولكن نقطة تلك الأشعة التي تسير تجاه هذه الصورة هي التي تشكل هذه الصورة.يبدو أن الطالب يشير إلى أن الأشعة السائرة باستقامة موضع الصورة فقط هي ذات الصلة بـ، أو تشارك في تكوين الصورة.مهمة المرآة المقعرة:في هذه المهمة عرض على الطلاب صورة مقلوبة رأساً على عقب لمصباح تم أنتاجها من خلال مرآة مقعرة، ثم طلب منهم رسم مخطط بياني شعاعي لتفسير معلوته أن تفسير هذه المهمة كان له سمة هامة مشتركة مع تفسير مهمة العدسة المجمعة. ففي كلتا الحالتين فأن حزمة الضوء المشتعبة التي تترك نقطة على المصباح يتم جعلها تتجمع نحو نقطة صورة حقيقية. ومع ذلك فقد اختلفت هذه المهمة عند مهمة العدسة المجمعة في ثلاثة طرق رئيسية: انها اشتملت على ضوء ينعكس من الأداة البصرية، وليس المرور عبرها. وشوهدت الصورة بدون شاشة وليس بوجود شاشة (على الرغم من أن أحد المقابلين استخدام بشكل لحظي شاشة كوسيلة مساعدة لتمكين الطلاب من تحديد موضع الصورة في الفراغ). وبسبب أن المرآة المقعرة لم يتم عرضها خلال الحسة، فقد كانت هذه المهمة جديدة على الطلاب، وليست مألوفة.أن المخطط البياني الشعاعي المعياري بين في الفئة (A) من الجدول (3) يبين هذا المخطط البياني اشعة تمثل ضوءاً يتشتت من نقطة على المصباح أو التي تنعكس من المرآة، وتتجمع في نقطة صورة. (وبدون وجود شاشة، يستمر الضوء من ثم المرورن ويتسعب من نقطة الصورة تلك). والمخططات البيانية الأخرى التي رسمها الطلاب ممثلة في فئات مختلفة من الجدول (3).أن المخططات البيانية في الفئات C B من الجدول (3) متشابهة من حيث أنها تعرض شعاعين ذاهبان من أعلى وأسفل المصباح بشكل مباشر إلى المرآة. إن الطلاب الذين رسموا مخططات بيانية في الفئة (C) وضعوا الصورة حيث تقاطعت الأشعة المنعكسة بين أولئك الذين رسموا المخططات البيانية في الفئة (B) في الغالب وضعوا الصورة بحسب حجمها الملاحظ. إن الاقتباس الآتي هو من مقابلة مع أحد الطلاب الي اعتقد أن الحجم وأتجاه الصورة الملاحظة حدوداً أين ينبغي أن توضح في المخطط البياني.المقابل: (ناظراً إلى مخطط البياني للطلاب من الفئة B) قلت أنك أخترت رسم أشعة الضوء الطرفية (واحداً من الأعلى، وواحداً من أسفل المصباح). أنساءل لماذا أخترت رسم هذان الأثنان؟.الطالب: حسناً، بسبب أن الصورة تكونت رأساً على عقب.

المقابل: كيف عرفت أين تضع الصورة في مخططك البياني؟الطالب: بدت الصورة أصغر كثيراً من مصباح الضوء، لذا ضمنت أنها (الصورة) قد تكون من الصواب أن تكون هنا (يشير إلى موضع الصورة في مخخطه البياني)... أعرف أين لا يمكن أن تكون هنا تماماً (يشير إلى يسار النقطة حيث تتقاطع الأشعة) لأن الصورة التي أشاهدها مقلوبة رأساً إلى عقب... وأن الصواب أن تكون قائمة. لذا إذا كانت الصورة التي أشاهدها مقلوباً رأساً إلى عقب، فيجب أن تكون أبعد من هذا النقطة (إلى يمين المكان الذي تتقاطع فيه الشعة...) ونظراً لأن الصورة بدت أصغر (من الجسم) فلا يمكن أن تمر هناك (يشير الطالب إلى المكان الذي تنعكس فيه الأشعة من الجزء الأسفل من المرآة، باتجاه الأعلى إلى اليمين، قد، إذا أمتد يتقاطع مع الشعاع الذي يترك أعلى الجسم ويتقدم إلى اليسار باتجاه المرآة).أن هذا النوع من المنطقة، أن حجم وأتجاه الصورة الملاحظة يحدد موضعها على المخطط البياني، كان شائعاً بين الطلاب الذين جرت مقابلتهم سواء في هذه المهمة ومهمة العدسة المجمعة، وجرى كذلك مناقشتها في غير مكان (جولدبيرغ، وماك ديرموت، 1987).

وينبغي ملاحظة أن المخططات البيانية في المجموعة (B) تبين نقطتي جسم مرسومة إلى نقاط صور متقابلة، وكل رسم هو من خلال شعاع واحد. هذه السمة مشتركة مع المخطط البياني للعدسة المجمعة في الفئات D C B من الجدول (1).

ونظراً لأن هذه المهمة كانت جديدة للطلاب فقد أفترضنا أنهم قد يحتاجوا الأعتماد على معرفتهم بشأن العدسات المجمعة (بالنسبة لمعايير تكون الصور الحقيقية) والمرابا المستوية (بالنسبة لآلية الأنعكاسهم) وفي بعض الحالات، مع ذلك، بدأ أن الطلاب يستخدمون فقط معرفة أحد هذين النظامين البصرين المألوفين، وتحديداً المرآة المستوية. وكما تبين الفئة (D) من الجدول (3)، فقد رسم ثمانية طلاب الصورة خلف المرآة المقعرة، قام الباحث بمقابلة كافة هؤلاء الطلاب الذي لم يستخدم شاشة شفافة لمساعدة الطلاب على تميز موقع الصورة.(وبالتالي. لم يتم تزويد هؤلاء الطلاب بمعلومات إضافية أن الصورة يمكن مشاهدتها بشاشة)، وعلى الرغم من أن بعض هؤلاء الطلاب بينوا أن الصورة ظهر أنها أمام المرآة، فانهم لا يزالون يبدون ينوون محاولة ربط مخططهم البياني بالمخطط الذي رسموه في الصف للمرآة المستوية. إن معظم هؤلاء الطلاب أشاروا كذلك إلى انهم أرادوا تطبيق خورزمية قاعدة المرآة على هذا الوضع. وعلى ما يبدو، فأن وجود المصباح أمام سطح المرآة (المقعرة)، بدون شاشة، أوحى للطلاب أن هذا النظام ينبغي أن يتصرف بشكل مشابه جداً لنظام المرآة المستوية الذي كانوا يألفونه. وهم لم يدركوا أن قاعدة صورة المرآة تنطبق فقط على المرآة المستوية، وليست ملائمة للمرآة المقعرة. dir="rtl">مهمة الموشور: هذه المهمة تم إدارتها من خلال أحد المقابلين وطلب من الطالب النظر من خلال قمة الموشور، ورأى صورتين لقلم، كل منها أزيح بشكل يماثل إلى اليساؤ أو إلى اليمين موضع القلم الأصلي. إن إعداد المهمة بين في الشكل (Va)، والشكل (R7) يبين رسماً أولياً لمشاهده الطالب. أن فهم هذه الظاهرة يشمل أدراك أن حزمة ضوء متشعبة تسير من نقطة على الجسم (القلم) إلى الوجه الطويل من الموشور وعند دخول الموشور، ومرة أخرى عند مغادرته يغير الضوء إتجاهه (انكسار) إن حزمة الضوء المتشعبة التي تخرج من الموشور تدخل من ثم عين المشاهد ويتصور أنها نشأت من نقطة أخرى، نقطة الصورة التخيلية، وبسبب أن سطحي الموشور على القمة يشكلان زاوية بالنظر لبعضهما البعض، فأن حزمة الضوء المتشتتة الناشئة من نقطة جسم واحدة، تنفصل إلى حزمتين متشعبتين عند الخروج من الموئور، إن كلاً منها سوف يدخل العين، وعلى ما يبدو ينشأن من نقطتين مختلفتين. وهذا يفسر مشابهة الصورتين التخيلتين المزاحتين (displaced) إن المخطط البياني من الفئة (A) في الجدول (4) يفسر المشاهدة. زوجان من الخطوط المتقطعة يشيران إلى موضع الصورتين التخيلتين.

إن معظم الطلاب أشاروا في تعليقاتهم اللفظية أن انكسار الضوء كان مسؤولاً عن أزاحة الصورة وأن الصورتين المشاهدتين بدأ انهما ينشأن من الوجهين الزاويين للموشور. ومع ذلك لا أحد من الطلاب كان قادراً على إعطاء لتفسير نوعي كامل للظاهرة.

وفضلاً عن ذلك، لا أحد من الطلاب رسم مخخطاً بيانياً والذي كان له كل السمات الهامة للمخطط البياني المبين في الفئة (A). أن هذه المهمة الجديدة كانت صعبة جداً بالنسبة لكافة الطلاب.

الجدول (4): بيانات الموشور (العدد= 13)

الوصف الرسم البياني العدد

A. مخطط بياني شعاعي معياري. صفر

B..شعاع واحد يسير من الجسم عبر الموشور، إلى العين. ويمتد الخط المتقطع للخلف إلى الصورة. 3

C. شعاع واحد يسير من الجسم إلى الموشور، بشكل متعامد. ويتفرع الشعاع إلى شعاعين عند دخول (أو خروج) من الموشور. وتوضع الصور عند مواضيع عدة. 5

D. شعاع واحد يسير من الجسم إلى الموشور بشكل متعامد وكانت السمات الأخرى لكل مخطط بياني مزيدة 4

E. أخرى 1

يلخص الجدول (4) مخططات الطلاب البيانية لهذه المهمة. لقد رسم ثلاثة طلاب مخططاً بيانياً والذي أظهر شعاعاً ضوئياً واحداً يسير من الجسم، عبر الموشور ويدخل العين (أنظر الفئة B في الجدول 4). وعلى الرغم من أن سلوك هذا الشعاع صحيح بشكل معقول، فأن الرسم كله لا يمثل فهماً كاملاً لتكون الصورة. إن ما ينقص هو فكرة أنه لتفسير الصورة، ينبغي رسم شعاعين يتشعبان من نقطة واحدة على الجسم ويدخلان العين.

أن النوع الأكثر شيوعاً من المخطط البياني، الذي رسمه (5) من بين الطلاب الثلاثة عشر يمثله الفئة (C). وفي كل مخطط من هذه المخططات البيانية رسم شعاع واحد من الجسم ينقسم إلى اثنين سواء داخل الموشور أو عند أحد وجوهه ليفسر بطريقة ما الصورتين المشاهدين.

وفي كافة الرسوم البيانية الثلاثة عشرة فأن شعاع ضوء واحد ثم عرض تركه للجسم، ومساهمته في تكون الصور. وفضلاً عن ذلك، في تسعة من المخططات البيانية الثلاثة عشرة، فأن الشعاع الواحد الذي يساهم في الصورة ثم رسمه تاركاً للجسم في الأتجاه نحو العين. إن العبارة الآتية من أحد الطلاب الذين رسموا مخططاً من نوع (C) تشير إلى مبرر لرسم هذا الشعاع المنفرد.

الطالب: يفترض أن تحصل عنيك على العدد من الشعاع الذاهب نحو ويصيب عينك.

ويبدو أن تعليق الطالب يعكس وجرب النظر أن من الضروري فقط رسم شعاع واحد مغادراً الجسم، وأن هذا الشعاع المنفرد ويتجه على طول الخط المستقيم الذي يصل الجيم بالعين.

المناقشة وتفسير النتائج:

أن الفكرة التي نوقشت في المبحث السابق للنتائج تشير إلى أن غالبية الطلاب الذين تمت مقابلتهم لم يظهروا منها كاملاً ورسمياً لعملية تكون الصورة. وفي هذا المبحث نريد أن نصف المعرفة التي أظهروها، يهدف تناول الأسئلة التي أثيرت بداية الورقة. وبإعادة صياغة شكل هذه الأسئلة قليلاً فأنها: إلى أي مدى تحمل المعرفة التي أظهرها الطالبة ما بعد التدريس دلائل التصورات المفاهيمية الكلية؟ وأن كانت الدلائل سائدة كيف يمكن وصف الحالة المعرفية لهؤلاء الطلاب؟ هل اكتساب المعرفة الرسمية حول تكون الصورة يبدو أنه يتطلب نوعاً قوياً من إعادة بناء المعرفة بمعنى كاري (1986) وفوسينادو وبروير (1987)؟ (Cary 1986 and Vosnindou and Brenner 1987).

وصف معرفة الطلاب ما بعد التدريس:

المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة:

على الرغم من أن المخططات البيانية المعيارية رسمها بعض الطلاب في بعض المهمات، فأنه في هذا المبحث، سوف تركز مناقشتنا على المخططات البيانية للطلاب التي أختلفت عن المخططات البيانية الشعاعية المعيارية (وسوف نعلق على الطلاب الذين رسموا فعلاً المخططات الشعاعية المعيارية في مبحث أخر في الأسفل). إن غالبية المخططات البيانية اللاقياسية أظهرت شعاع ضوء واحد فقط تاركاً كل نقطة جسم. وهذا الشعاع عرض من ثم على أنه يتفاعل مع النظام البصري ومن ثم أنه مرتبط بنقطة صورة مقابلة.

إن الطلاب الذين أخفقوا في أن يبنوا في مخططاتهم البيانية ذلك الضوء وهو يغادر كل نقطة جسم ويذهب باتجاه الخارج في أكثر من أتجاه واحد لم يفتقروا بالضرورة إلى ذلك الجزء من المعرفة. وفي الحقيقة عندما تم الاستفسار من الطلاب مباشرة خلال أجزاء أخرى من المقابلة حول ما إذا كان الضوء يسير فعلاً للخارج في اتجاهات عديدة من كل نقطة على مصباح الضوء يسير فعلاً للخارج في اتجاهات عديدة من كل نقطة على مصباح الضوء أم لا، قال معظمهم أنهم أعتقدوا أنه كذلك وبالتالي على الرغم من أن معظم الطلاب يمتلكون فعلاً تلك المعرفة، فأنهم لم يطبقوها في تمثيلاتهم البيانية لعملية تكون الصورة.

إن العديد من الطلاب الذين أظهرت مخططاتهم البيانية شعاعاً واحداً يغادر نقطة على جسم رسموا ذلك الشعاع المنفرد بحيث أنه ترك نقطة الجسم في أتجاه مفضل والذي بدا أنه ذو صلة بالنسبة للطالب. وسوف نشير إلى هذه الأشعة المنفردة على انها شعاعات ذات صلة ونشير للمخططات البيانية المقابلة بالمخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة. إن التعليقات اللفظية التي قدمها الطلاب فهم يبنون مخططاتهم البيانية هذه تشير إلى أن دافعهم كان أحد ثلاثة عوامل ممكنة وطبقاً لذلك، صنفنا المخططات البيانية الشعاعية ذات الصة ضمن ثلاثة انواع.

ففي نوع واحد من المخططات البيانية ذات الصلة بدأ الطالب يرسم شعاعاً واحداً في أتجاه يحفزه بشكل رئيسي أعتبارات هندسية، وتحديداً، المكانة النسبية للحجم والأداة البصرية والشاشة أو المشاهد. على سبيل المثال، في العدسات المجمعة ومهمة المرآة المقعرة، تبين العديد من المخططات البيانية الأشعة وهي تغادر أعلى أسفل الجسم وتسير باستقامة إلى المكون البصري، بشكل موازٍ للمحور البصري.

(أنظر الفئات C B في الجدول (3) وفي مهنتي المرآة المستوية والموشور تبين العددي من المخططات البيانية الشعاع المنفرد وقد رسم في اتجاه متعامد مع سطح الجهاز البصري. وبالنسبة لمهمة المرآة المستوية رسم الشعاع من نقطة الجسم بشكل مباشر تجاه الصورة). (أنظر الفئات D و تأتي في الجدول 2). وبالنسبة لمهمة الموشور فقد رسم الشعاع من نقطة الجسم، متعامداً مع وجه الموشور الأقل وبشكل مباشر تجاه العين. (أنظر الفئات C D في الجدول 4).

أن الطلاب الذين قاموا ببناء نوع ثاني من المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة بدأ انهم يرسمون أتجاه الشعاع المنفرد بحيث يمكن عرضه بحيث يطبع مبدأ قامنون البصريات الهندسية. ان المخطط البياني للمرىة المستوية الفئة B في الجدول (2) يبين شعاع منفرداً يطبع قانون الانعكاس. إن المخطط البياني للموشور في الفئة B في الجدول (4) يبين شعاع الضوء وهو يسلك بشكل ملائم بحيب قوانين الانكسار وعلى الرغم من أن هذه المخططات البيانية تظهر سلوكاً ملائماً لأشعة الضوء، مع ذلك، فأن المخططات البيانية ناقصة بمعنى أنها لا تظهر على الأقل شعاعين متشعبين عن نفس النقطة على الجسم.

أن النوع الثالث من المخطط البياني الشعاعي ذو الصلة رسمه الطلاب والذين شاهدوا الوضع تحت اليد على أنه مماثل لآخر على سبيل المثال، المخطط البياني من الفئة (C) في الجدول (1) بالنسبة لمهمة العدسة المجمعة مشابه تماماً للمخطط البياني المرسوم بالنسبة للوضع حيث يكون هناك مصباح، وثقب دبوس، وشاشة (جولديبرغ، بندالو جاليلي، 1991). (Goldberg Bend all and Galili).

الجدول (5): نسبة الطلاب الذين رسموا شعاعاً معيارياً وشعاعاظص ذوي صلة ومخططات بيانية أخرى.

ويبين الجدول (5) النسبة المئوية للطلاب الذين رسموا مخططات بيانية شعاعية معيارية، وأنواعاً مختلفة من المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة وأنواع مختلفة من المخططات البيانية الشعاعية التي لا يمكن اعتبارها سواء كأشعة ذات الصلة التي وصفت أعلاه، فأن المخططات البيانية التي على ما يبدو تدفعها العوامل الهندسية كانت إلى حد بعيد هي الأكثر شيوعاً. وهذا بين بوضوح في الجدول (5) حيث جرى تقسيم فئة المخطط البياني الشعاعي ذو الصلة إلى فئتين فرعيتين: تلك التي تبدو مدفوعة بعوامل هندسية (النوع الأول الموصوف أعلاه) وتلك التي تبدو مدفوعة بعوامل أخرى. (النوع الثاني والثالث: الموصوفة أعلاه) باعتبار المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة كفئة منفردة، فأن نسبة الطلاب الذين رسموا مخططات بيانية شعاعية ذات صلة لكل حزمة من المهمات الأربع كانت: 52% لمهمة العدسات المجمعة، و 68% بالنسبة لمهمة المرآة المستوية، و 72% بالنسبة لمهمة المرىة المقعرة (الجديدة)؛ و 92% بالنسبة لمهمة الموشور (الجديد).

ويقدم الجدول (6) معلومات حول أنواع المخططات البيانية التي رسمها الطلاب بشكل فردي بالنسبة لكل مهمة عن المهمات الأربع إن المثلثات في الجدول (6) تمثل مخططات بيانية شعاعية ذات صلة (والمثلثات الفارغة تمثل مخططات بيانية شعاعية ذات صلة والتي على ما يبدو يحفزها العوامل الهندسية؛والمثلثات الملونة تمثل مخططات بيانية شعاعية ذات صلة والتي على ما يبدو تحفزها عوامل أخرى)، إن المخططات البيانية المعيارية والأنواع الأخرى من المخططات البيانية مبينة بوضوح في الجدول (6). ومن بين الطلاب الـ (27) من ثم أدراجهم في هذه الدراسة (9) منهم (33%) رسموا مخططاً بيانياً شعاعياً ذو صلة لكل مهمة كانوا يتناولونها و (19) منهم (70%) رسموا مخطط بياني شعاعي ذو صلة على الأقل لنصف المهمات التي تناولها. ومن بين الطلاب الـ (13) ممن كانوا يدبرون كلاً من المهمات الجديدة (المرآة المقعرة والموشور)، (13) من هؤلاء الطلاب رسموا مخططات بيانية شعاعية ذات صلة لكيلهما).

تشير البيانات في الجدول (5) و (6) أن رسم مخططات بيانية شعاعية ذات صلة كان سائداً عبر مجموعة الطلاب ومتسقاً نسبياً بين غالبية الطلاب كأفراد. وعلى الرغم من أن هذه البيانات بيانية، فأنها تشير إلى أن غالبية الطلاب تشاركوا في تصورات مفاهيمية عامة لعملية تكون الصورة، وفي المبحث التالي سنناقش التعليقات اللفظية التي قدمها الطالب وهم يبنون مخططاتهم البيانية. ومن تصوراتهم المفاهيمية العامة:

التصور المفاهيمي للصورة:

إن ما بد انه واضح من تعليقات الطلاب الذين رسموا مخططات بيانية ذات صلة كان شعورهم أن الأشعة المنفردة المرسومة من نقاط الجسم مثلث تصورهم المفاهيمي لعملية تكون الصورة. وكان شائعاً بالنسبة لهؤلاء الطلاب الكلام حول عملية تكون الصورة كما لو انهم تصورا الصورة ككيان كلي والذي ينتقل عبر الفراغ. مسترشداً أو محمولاً إلى جانب بأشعة الضوء.

والأمثلة على هذه الطريقة الكلية في الكلام تمثلها الاقتباسات الآتية من مقابلات مع أربعة طلاب مختلفين، وفي كل حالة كان الطالب قد رسم مخطط بياني شعاعي وثيق الصلة من النوع الذي على ما يبدو يحفزه العوامل الهندسية إن الأقتباس الأول هو من طالبة تشرح مخططها البياني لمرآة مستوية.

الطالبة: يسير الضوء إلى هنا (خلف المرآة)... فالضوء يجلبها... وتنقل الصورة إلى العين. الأقتباس الثاني هو من طالب بشرح كيف تحدث الصورة في المرآة المستوية. الطالب: (الصورة) هي بسبب أشعة الضوء التي تسقط الصورة هنا تماماً. والأقتباس الثالث هو من طالب يصف مخططها البياني بالنسبة لمهمة العدسة المجمعة.

الطالبة: حسناً، تعلك لمبة، كلمبة مقلوبة (نقاط اليمين رسم الصورة على المخطط الباني). والأشعة التي تمر عبر (العدسة)، تتقاطع، وتجعلها مقلوبة. إن التقاطع هو ما يقبلها وعندما تمر في العدسة، عندما تلف وتجعلها تصبح أكبر.

المقابل: حسناً، عندما تقولين "أنها تمر عبر العدسة، ماذا تقصدين بـ "أنها"؟

الطالبة: الضوء. الضوء.

المقابل: حسناً إذا عندما يسير الضوء عبر العدسة، ماذا يحدث؟

الطالبة: يدور ويقلب الصورة، ويقلب المصباح. صورة المصباح.

الاقتباس الرابع ينشأ كذلك من مهمة العدة المجمعة:

المقابل: لاحظت أنك أخترت رسم شعاع واحد تاركاً قمة المصباح وشعاع واحد تاركاً أسفل المصباح... لماذا؟ الطالبة: أردت أن أبين أنها (الصورة) انقلبت رأساً على عقب.

الشكل (10) مخطط بياني رسمه أحد الطلاب بالنسبة للصورتين الملاحظتين بموشور ثلاثي. الحروف التي تشير للجسم (5) والصور (I) تم إضافتها من قبل الباحث. الاقتباس الأخير هو من طالبة يتم سؤالها حول مخططها البياني بالنسبة لمهمة الموشور. ويمثل الشكل (10) مخططها البياني (أي نفس الطالبة المقتبسة في النص أعلاه).

الطالبة: هذه هي الصورة (فهي) تسير... المقابل: ماذا هناك بينك وبين الموشور. الطالبة: الضوء... يحمل الضوء الصورة إلى العين.

أن الطلاب الذين رسموا مخططات بيانية شعاعية ذات صلة بدأ أنهم يسترشدون بتصور مفاهيم كلي لعملية تكون الصورة. ولكن بشكل مختلف عن طلبة ما قبل التدريب الذين مجرد وصفوا تكون الصورة من حيث الجسم كله والصورة كلها، إن هؤلاء الطلبة ما قبل التدريب كذلك ربطوا بوضوح في مخططاتهم البيانية بين الجسم بشكل منفرد ونقاط الصورة. ويبدو الأساس عليعم إلى رسم شعاعات منفردة تربط نقطة الجسم بنقطة الصورة المقابلة أنه الأعتقاد أن كل شعاع من نقطة الجسم تحمل كافة المعلومات البنائية حول نقطة الجسم إلى نقطة الصورة. بحيث أن الصورة ككل يمكن أن تصبح أستنتاجاً بصرياً للجسم، وهذا يفترق عن النظرة الفيزيائية في حزمة الضوء التي تتشعب عن نقطة الجسم (وفي حالة العدسة أن المرآة المقوسة) تتجمع في نقطة الصورة إن رأي طلبة ما قبل التدريب الذين رسموا مخططات بيانية شعاعية ذات صلة، أن ثم يبدو أنه هجين من التصور المفاهيمي الكلي لطلبة التدريب القبلي والتصور المفاهيمي الخرائطي لحزمة الضوء نقطة بنقطة لدى الخبير وسوف نشير إلى هذه الرؤية الهجنية بالتصور المفاهيمي للصورة الساقطة، وستتناقش هذه الفكرة بتفصيل أكبر أدناه.

إن المناقشة في هذا المبحث والمبحث السابق يقدم إجابة على سؤال البحث الأول الذي تم إثارته سابقاً لقد جادلنا أن رسم المخططات البيانية ذات الصلة يسترشد بتصور مفاهيمي للصورة الساقطة لعملية تكون الصورة. وبالتالي فأن مدى حمل المعرفة طلبة التدريب البصري لآثار المعرفة السابقة ينعكس في شيوع المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة التي ظهرت في الجدول (5) و (6).

الميل إلى فعل تكون الصورة ومشاهدة الصورة بالنسبة للصور التخيلية (Virtual):

لقد كان واضحاً من مهمي المرآة المستوية والموشور أنه على الرغم من أنه الطلاب كان على وعي بموقع الصورة التخيلية، فقد كانوا غير قادرين على تقديم تفسير لوجودها من حيث سلوك الضوء، والوسيلة البصرية (المرآة أو الموشور) وعين المشاهد. وبشكل خاص، لم يدرك الطلاب الدور الحاسم لعين المشاهد في كل من تكون الصورة التخيلية ومشاهدتها. إن تعليقاتهم اللفظية التي ترافق مخططاتهم البيانية بدأ أنها تشير إلى أنهم أعتقدوا إلى عملية تكون الصورة منفصلة ومستقلاً عن عملية مشاهدة الصورة، ففي مهمة المرآة المستوية بشكل أساسي كافة الطلاب طبقوا ما سمي بقاعدة صورة المرآة التي تعلموها في الصف لتوضيح أين كانت الصورة تقع.

إن غالبية الطلاب أدخلوا كذلك العين في مخططهم البياني وبشكل واضح أظهروا شعاع ضوء يسير إلى عين المشاعد. ومع ذلك فأن لا أحد من هؤلاء الطلاب كان قادراً على تقديم تفسري رسمي لتعليقته التي تكون بها الضوء (في حين المشاهد) (جاليلي وآخرون، 1991). (Galili etal 1991).

المخططات البيانية الشعاعية القياسية:

كما ناقشنا سابقاً في مبحث النتائج، كان هناك بعض الطلاب ممن رسموا مخططات بيانية تبين أكثر من شعاع واحد يغادر نقطة الجسم (5) يساهم في نقطة الصورة. على سبيل المثال، في مهمة العدسة المجمعة تقيرباً ثلث الطلاب رسموا المخطط البياني الشعاعي القياسي في الفئة (A) من الجدول (1) ومع ذلك، فأن رسم المخطط البياني الصحيح لم يعني بالضرورة أن الطلاب فهموا دلالته. وعند سؤال هؤلاء الطلاب هو السبب رسمهم شعاعية (أو ثلاثة) قالوا أن ذلك هو ما تعلموا القيام به، وبدأ أن هؤلاء الطلاب كانوا قد حفظوا خوازمية لتحديد موضع نقطة الصورة، ولكنهم لم يفهموا الدلالة التمثيلية للأشعة المتفرقة ومن ثم المتجمعة. إن الأدلة على هشاشة معرفتهم الرسمية يمكن ملاحظاتها في بيانات الجدول (6). إذا فقط طالب واحد من الطلاب الثمانية الذين رسموا مخطط بياني شعاعي قياسي النسبة لمهمة العدسةو المجمعة رسموا كذلك مخطط بياني شعاعي قياسي بالنسبة لمهمة المرآة المقعرة الجديدة (أنظر الطالب 7) ومن بين بقية الطلاب السبعة، خمسة رسموا المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة.

أن المخطط البياني للعدسة المجمعة القياسي لابد أنه كان المخطط البياني الأكثر ألفة بالنسبة للطلاب. وتم قضاء وقت في الصف في مناقشة المخطط البياني للعدسة المجمعة أكبر مما تم قضاؤه في مناقشة المخطط البياني للمرآة المستوية. وكما ذكرنا سابقاً من هذا المبحث حول نتائج مهمة العدسة المجمعة ذو صلة ومن ثم غيروا إلى مخطط بياني شعاعي قياس بعد المزيد من طرح الأسئلة خلال المهمة. هؤلاء الطلاب الستة تم تعريفهم بنخبة في عمود العدسة المجمعة من الجدول (6). ومن خلال النظر إلى أداء هؤلاء الطلاب الستة في المهمات اللاحقة، يمكننا أن نرى أنهم جميعاً رسموا مخططات بيانية شعاعية ذات صلة بالنسبة لمهمة المرآة المقعرة، وخمسة من الستة رسموا مخططات بيانية شعاعية ذات صلة بالنسبة لكل المهمات المتبقية التي وزعت عليهم.

إن الأدلة المقدمة في الجدول (6) إلى جانب التعليقات اللفظية للطلاب يشير إلى أن رسم مخططاً بيانية شعاعية قياسية ربما كان استرجاعاً من التدرب، ولم يعكس فهماً رسمياً لعملية تكون الصورة. (الطالب 7 فقط في الجدول 6 قد يكون استثناءاً. مع ذلك. عند مزيد من طرح الأسئلة والتي محتواها خارج نطاق هذه الورقة، اثبت هذا الطالب أن هذه المعرفة لتكون الصورة لم تكن قوية).

المعرفة الهجنية لطلبة التدرب البعدي كحالة وسيطة:

لقد جادلنا أعلاه أن معرفة طلبة التدريب البعدي حول تكون الصورة تبدو أنها تهجين للمعرفة الرسمية التي يفترض أنهم تعلموها خلال الحصة ومعرفتهم من التجرب القبلي لقد أخترنا استخدام صيغة التصور المفاهيمي للصورة الساقطة لتسمية هذه المعرفة الهجنية. ففي الشكل (11) تقدم ملخصاً لهذه المعرفة من حيث مفاهيمها الأساسية، والأفكار الرئيسية. لقد استخلصنا هذه المعرفة من التعليقات اللفظية للطلاب ومن مخططاتهم البيانية.

ونفترض ان المعرفة التي يلخصها الشكل (11) تفسر شيوع المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة والاتساق الذي رسمه الطلاب به. إن المعلومات في الشكل (11) يتناول سؤال البحث الثاني الذي أثير سابقاً من هذه الورقة

الشكل (11): ملخص معرفة التدريب البعدي للطلاب في هذه الدراسة

التصور المفاهيمي للصورة الساقطة

المفاهيم الأساسية: 1. جسم كامل ونقاط الجسم؛ صورة كاملة ونقاط الصورة.

2. وسيلة بصرية.

3. عين المشاهد.

4. أشعة الضوء.

الأفكار الرئيسية: 1. إدراك أن الضوء يتشعب عن كل نقطة جسم ولكن الضوء فقط الذي يسير في أتجاه واحد معين من كل نقطة جسم سيشكل نقطة الصورة المقابلة.

2. كش عاع ضوئي منبعث من كل نقطة جسم يحمل معه الملعومات البنائية حول نقطة الجسم تلك.

3. الوسيلة البصرية يحنى أشعة الضوء لخلق الصورة.

4. أن تكون ومشاهدة الصور التخيلية يحدث بشكل منفصل.

5. وحتى يرى المشاهد الصورة فأن الضوء من الصورة يجب أن يدخل العين.

6. بين المخطط البياني الشعاعي للضوء كيف محتمل أشعة الضوء المعلومات من كل نقطة جسم إلى نقطة الصورة المقابلة.

إن الأشكال (2) و (8) و (11) تبين على التوالي المفاهيم الأساسية والأفكار الرئيسية التي تصف معرفة طلبة التدرب القبلي والمعرفة الفيزيائية الرسمية للخبير، والمعرفة الهجنية لطلبة التدريب البعدي لقد حاولنا تنظيم المعلومات في هذه الأشكال الثلاثة من منظور عام بحيث تمكين القارئ بسهولة من مقارنة الأنزاع الثلاثة للمعرفة المفاهيمية ففي الشكل (12) نلخص أنواع المخططات البيانية التي ربطناها بالتصورات المفاهيمية المختلفة الثلاث لتكون الصورة، بحيث يمكن مقارنة المخططات البيانية وتعتقد أن آلية مقارنة للمعرفة المفاهيمية والبيانية تشير بقوة إلى أن معرفة طلبة التدريب القبلي التي يلخصها الشكل (11) تمثل حالة من المعرفة وسيطة ومعرفة جيداً.

وفي مبحث المقدمة وصفنا نسق التصنيف العملي الذي أقتراحه جيلبرت وآخرون (1982) (Galili etal ) لوصف النتائج الممكنة لتدريب العلوم. في أي فئة من فئات معظم الطلاب في هذه الدراسة يبدو أنهم ينسجمون؟ إن ما دعوناه التصور المفاهيمي للصورة الساقطة (freefell) ينشأ من محاولة الطلاب دمج بعض جوانب أفكار الفيزياء الرسمي في تصورهم المفاهيمي الكلي التدريب القبلي الذي يحملونه بقوة. وبالتالي، فأن سمي فئة النتائج المعززة (الرقم 3 في نسق جبيلبرت وآخرون Gilbert et al) يبدو أنه الأكثر ملائمة لوصف طلبة التدريب.and

البعدي في هذه الدراسة:

إعادة هيكلة معرفة الطلاب:

إن سؤال البحث المثير الذي تم إثارته سابقاً من هذه العدسة هو ما إذا كان الأنقال من حالة التدريب القبلي إلى حالة الخبير هو إعداة بناء من النوع القوي. أن الأدلة من هذه الدراسة تشير إلى ان قلة من الطلاب يكتسبون المعرفة الرسمية للخبير حول تكون الصورة. وبدلاً من ذلك، فأن المعرفة التي يكتسبونها يمكن تمثيلها بحالة وسيطة معرفة جيداً. وهذا يشير إلى أن إعادة الهيكلة القوية يجب أن تحدث بين حالة معرفة الخبير والتدريب القبلي. وفي هذا المبحث تدريب أكثر الفروقات بين هاتين الحالتين.

ويصف كاري (Cary) (1986) وفوسنايدور وبروير (1987) (Vosniado and Brewer) أنواع التغيرات في المعرفة التي تصف النوع القوي من إعادة الهيكلة ويشيرون إلى انه بالمقارنة مع النظام المفاهيمي الأولي، فأن النظام الذي يعاد هيكلته بقوة له:

1. مفاهيم أساسية مختلفة.

2. علاقات مختلفة بين المفاهيم.

3. يشرح مجالاً مختلفاً للظواهر.

الأشكال (2) و (8) تبين فروقات كمية ونوعية بين حالة التدرب القبلي والخبير. إن مقارنة ملخصات المعرفة في الشكلين يتحان لنا أن نتخذ قراراً مؤقتاً حول (ما) إذا كان يبدو أن معايير إعادة الهيكلة القوية قد جرى تلبيتها أم لا.

إن التدرب القبلي والتصور المفاهيمي الرسمي يختلفان في مغاهيمها الأساسية. وفي نطاق نظام مفاهيمي كلي فأن مفهوم رسم الخرائط الأساسية يشمل الجسم كلها. ويعتبر السطح ككيان أساسي يرتبط بموقع الصورة إن المشاهد لا تعتبر مفهوماً أساسياً بسبب أفتراض أنه لا يلعب دوراً أساسياً في عملية تكون الصورة أو مشاهدة الصورة.

ومن جانب آخر في التصور المفاهيم لرسم خريطة حزمة الضوء نقطة بنقطة للخبير، فأن مفهوم رسم الخريطة الأساسية ليشمل نقاط مفردة على الجسم ونقاط الصورة المقابلة لها. إن الجسم والصورة الكلية لا يعتبران كمفاهيم أساسية؛ ويعاملان كتجميع للنقاط. إن السطح ليس مفهوماً أساسياً بسبب أنه يعتبر فقط وسيلة لمشاهدة الصورة الحقيقية وليس كضرورة لمشاهدة الصورة وتحديد موقعها. إن المشاهد يعتبر مفهوماً أساسياً بسبب أن العين ضرورية للمشاهد والتكون التزامي للصورة التخيلية. أخيراً، فأن أشعة الضوؤ تعتبر مفاهيم أساسية في النظام الرسمي بسبب أنها أدوات نظرية مهمة لوصف عملية تكون الصورة وتساعد في إرشاد التنبؤات حول الظواهر البصرية. بالنسبة لطلبة التدرب القبلين مع ذلك، لا يوجد مفهوم أساسية لأشعة الضوء، ببب أنهم لا يرون حاجة للتمثيلات البيانية لعملية تكون الصورة.

وفي مقارنة التصورات المفاهيمية ما قبل التدرب والرسمية لتكون الصورة هناك كذلك فروقات في العلاقات بين المفاهيم. إن بعض هذه الفروقات يتم التعبير عنها في قائمة الأفكار الرئيسية المدرجة ضمن الشكل (2) و (8) إن الفرق الأول الهام هو الصلة بين الجسم والصورة إن التصور المفاهيم الكلي لا يصف أية آلية للكيفية التي يتم بها إنتاج الصورة على سبيل المثال. طلبة التدرب القبلي في العادة يفسون كيف تبدو الصورة في مرآة مستوية من خلال القول أن من خواص المرآة أن تعكس (بندل وآخرون، 1992) (Bend all et al. 1992). ومن جانب آخر فأن التصور المفاهيمي يقدم آلية خاصة للكيفية التي ترتبط بها (النقطة) (بنقطة) الجسم، وتحديداً من حيث حزم الضوء المجمعة والمتفرقة (وربما عين المشاهد). وفضلاً عن ذلك. فأن النظام الرسمي يربط كذلك الجسم والصورة من خلال نسق تمثيلي بياني والذي يشمل ببناء المخططات البيانية الشعاعية الضوئية. أن النظام التمثيلي يتيح وصف الظواهر البصرية من حيث سلوك الضوء والتنبؤات حول الظواهر وفي التصور المفاهيمي الكلي فأن الرسومات الوحيدة اللازمة كانت تلك التي تمثل اكيانات الخاصة في النظام البصري (على سبيل المثال، الجسم، العدسة، الشاشة، الصورة، الخ). إن العلاقة بين الأداة البصرية والصورة مختلفة جداً في النظامين المفاهيمين وكمثال، أنظر إلى حالة العدسة المجمعة. في النظرة الكلية فأن وظيفية العدسة هي قلب الصورة (المخطط البياني في الأعلى في الشكل (1) يشير إلى هذا). وفي النظرة الرسمية وظيفية العدسة هي تغير أتجاه الضوء في بطريقة خاصة (بحيث أن الضوء الذي يتفرق عن نقطة جسم واحدة يتم تجمعه في نقطة واحدة على الجسم). أخيراً فأت التصورات المفاهيمية الرسمية وذات التدرب القبلي تختلف في مجال الظواهر المفسرة على سبيل المثال دور المشاهد لا يعتبر كشيء يلزم تفسيره في النظام المفاهيمي الكلي. (إن الرؤية هي أن المشاهد ينظر وبالتالي يرى) وفي النظام الرسمي فأن المدى الكلي لظواهر الصور التخيلية Virtual لا بد من تفسيره من حيث الدور الفاعل للمشاهد. لقد جادلنا أن التصورات المفاهيمية للتدرب القبلي والفيزياء الرسمية تختلف في مفاهيمها الأساسية والعلاقات بين المفاهيم، ومجال الظواهر المفسرة. وهذا يشير بالتالي أن نوع إعادة الهيكلة المطلوب في معرفة الطلاب للتغير من التصور المفاهيمي الكلي قبل التدرب إلى التصور المفاهيمي الخرائطي للحزمة نقطة منقطة هو نوع قوي.

الخلاصة والاستنتاجات:

إن الطلاب الذين تمت مقابلتهم في هذه الدراسة أكملوا وحده ظواهر البصريات والتي قدمت لهم خبرة عملية شاملة في ظواهر تشكل الصورة. وخلال المقابلات طلب منهم رسم مخططات بيانية وتفسر عملية تكون الصورة الثلاثة أو أربعة مواقف مختلفة، اثنان منها كانت مألوفة لهم من خلال عملهم الصفي. وفي معظم الحالات تفسيراتهم ومخططاتهم البيانية لم تبين منهم رسمياً كاملاً لعملية تكون الصورة. وبدلاً من ذلك، العديد من مخططاتهم البيانية بدأ أنها تمثل أعتقاداً أن الضوء الذي يسير في أتجاه معين واحد فقط من كل نقطة جسم سوف يشكل نقطة الصورة المقابلة أن الاتجاه المختار بدأ أنه ما كان ذو صلة بالطالب بالنسبة لمهمة المحددة وأعتمد أما على هندسة الإعداد أو على أي عامل آخر. وفي غالبية الحالات فأن الاتجاه ذو الصلة تقابل إما مع الخط المتعامد مع وجه المكون البصري أو مع الخط الواصل بين الجسم والصورة. أو الجسم والعين. لقد أشرنا إلى المخططات البيانية التي رسمها الطلاب والتي تبين شعاع ضوء واحد والذي يترك نقطة جسم مثل المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة. وما بين 52% و 92% من المخططات البيانية التي رسمها الطلاب حول المهمات الأربعة يمكن تصنيفها بهذه الطريقة. إن ما كان ناقصاً في فهم الطلاب كان إدراك أن الضوء الذي ينتشر باتجاه الخارج من كل نقطة جسم في اتجاهات عديدة (وليس مجرد أتجاه واحد) والتفاعل مع الأداة البصرية فأنها جميعاً تساهم في تكون الصورة.

لقد أطلقنا على التصور المفاهيمي لتكون الصورة لدى طلبة التدرب البعدي التصور المفاهيمي للصورة الساقطة (projectile)وجادلنا أنه هجين للتصور المفاهمي الكلي للتدرب القبلي والتصور المفاهيمي لفيزياء الرسمية. لقد استنتجنا من ابحاثنا مفاهيمها الأساسية وأفكارها الرئيسية ولخصنا تلك المعلومات في الشكل (11) ونفترض أن هذه المعرفة تفسير بناء المخططات البيانية الشعاعية ذات الصلة أو أنها تمثل حالة معرفة وسيطة ومحددة جدياً.

كذلك وصفنا كلاً من التصور المفاهيمي قبل التدرب والتصور المفاهيمي الخبير لتكون الصورة. ومن ثم استخدمنا المقارنة للإشارة إلى أن إعادة بناء المعرفة المطلوبة للطلاب للتغير من التصور المفاهيمي قبل التدرب إلى التصور المفاهيمي للفيزياء الرسمية هو ذو نوع قوي، كما يصف كاري (1986) Carey وفونسينيا وبروير (1987) Vosniadon and Brewer).

إن إدراك أن هناك حالة معرفة وسيطة ومحددة جيداً وإدراك أن إعادة بناء قوية للمعرفة ضرورس لتحقيق فهم رسمي له دلالات مفيدة ويتضمن ذلك أن الاستراتيجيات الدراسية البديلة و أو مزيد من الوقت الدراسي قد تكون لازمة لمساعدة الطلاب على تحقيق فهم رسمي لتكون الصورة. لقد أشار باحثون آخرون إلى مدخل حيث يبني التدرب على تصورات الطلاب التي تمثل حالة وسيطة للتعلم (براون وكلمينت، 1992، ولكيستر، 1992) (Braun and Clement 1992 Dykstra 1992). وهذا يشير إلى أن الأبحاث التي تسعي إلى تحديد الحالات الوسطية في أكتساب الطلاب للمعرفة الفيزيائية في مجالات عديدة قد يقدم معلومات مفيدة جدياً لتوجيه التدرب. هذه الأبحاث ينبغي أن تكون جزءاً محاولة أدب ناشئة في أوساط أبحاث تدرب الفيزياء لتوثيق مسارات التعلم وعمليات تعلم الطلاب بتفصيل أكبر (دوليفر، 1989) (Driver 1989) [WNVN، 2022]

بيانات المقالة:

كود البحث الرقمي: WNVN