كيف يمكن شرح زيادة حجم الماء عند تجميده (فقد جعلت التلاميذ يعاينون مستوى الماء بوعاء زجاجي ثم يضعونه داخل الثلاجة ويشاهدونه).

تدل طريقتك في صياغة سؤالك على إدراكك أنه ليس من الحصافة الاهتمام بهذا التغيير في الحجم عند العمل مع تلاميذ المرحلة الابتدائية (حتى ولو كانوا بالصف السادس الابتدائي)؛ وسوف أجيبك على مرحلتين: سأوضح بالمرحلة الأولى سبب كونه أمراً سابقاً لأوانه، وبالمرحلة الثانية سأرشدك إلى بعض الدروب التي يمكن أن تسلكيها للتعمق في هذا الموضوع رغم كل شىء ... الهدف الرئيسى في المدرسة هو إحداث فكرة الحفظ بمجال المادة، فمن خلال مظاهر مختلفة وتحولات متعددة يحتفظ بالمادة ولا يكون هذا جليا طالما لا نفكر بطريقة تفكير البالغين؛ فمثلا الهواء الذي لا نراه ولا لون ولا رائحة له مادة كالمواد الأخرى ويمتلك كل الخصائص العامة للمادة (فله وزن ويستطيع التحرك... )، ويمكننا قول نفس الشىء عن بخار الماء؛ وقد بدأت بتلك الأمثلة التي تخص الغازات لشرح ضرورة بناء فكرة حفظ المادة على الرغم من الانطباعات الأولية (وقد تم التطرق إلى هذا الموضوع بطريقة مفصلة بتاريخ ٠٣/٠١/٢٠٠٠). وبالتالى يجب دراسة التغيرات المختلفة بالمدرسة بهدف بناء فكرة حفظ المادة: توضيح أن الهواء موجود ويستطيع التنقل ويستطيع أن يحل محل الماء داخل زجاجة.. ؛ توضيح أن السكر أو الملح اللذين نقوم بإذابتهما بالماء لا يختفيان بل نستطيع استرجاعهما وأن الكتلة لا تتغير خلال الذوبان... وفي المقابل فلدى تحفظات على التحولات التي قد تبدو وكأنها تنافي فكرة حفظ المادة والتى لا يتمكن التلاميذ من تفسيرها ولذا أخشى من أن مساوئ التطرق إلى التغيير في الحجم خلال تجميد الماء على سبيل المثال أو حتى خلال ضغط الهواء (وهي تجربة تقليدية تنفذ عن طريق الضغط على مكبس الحقنة) تفوق مزايا الموضوع. سأكون أكثر تأييدا فيما يخص التفاعلات الكيميائية (احتراق الشمعة)؛ فسيتعلم التلاميذ عند التحاقهم بالمدرسة الثانوية استخدام نموذجٍ من المادة مؤلفٍ من ذرات ومن جزيئات ومن أيونات فسيمتلكون الأداة الفكرية المناسبة لفهم أن الجزيئات قد تكون قريبة من بعضها البعض (مما يؤدى إلى احتلال المادة لحجم كبيرة) ولا يصاحب هذا تغير في العدد (وبالتالي فإن كمية المادة ثابتة)؛ وهناك سبب أخير لتحفظي هذا وهو عدم قدرة التلاميذ في المدرسة على التمييز بين الكتلة والحجم فعن طريق فحص كتب الرياضيات يتضح أن معظم الكتاب لا يعتنون بوضع تلك المفاهيم التي لا تذكر إلا بالمسائل التي تتناول وحدات القياس. فما العمل إذاً؟ أعتقد أولا أنه من المهم التمييز بين الكتلة والحجم عن طريق التعمق في الموضوع وليس كوحدات قياس فقط بنهاية المدرسة الإبتدائية، وقد واتتني الفرصة للعمل حول هذا الموضوع مع مدرسين من المرحلة الثالثة وستجدون أحد تلك الأعمال على الموقع التالى: http://gdes٧٤.edres٧٤.ac-grenoble.fr/article.php٣?id_article=١٣٠وهو مستوحى من نشاط قام عالم رياضيات (بروسو) باقتراحه وينص على تدريج كوب لقياس المقادير بالمطبخ (وقد محي من عليه التدريج) باستخدام مواد مختلفة (أرز وملح ودقيق وسكر وماء) فيلاحظ التلاميذ أن نفس الكتلة من مواد مختلفة تشغل مساحات مختلفة (بمعنى أن لها أحجاماً مختلفة) وبالمثل فنفس الارتفاع من المواد المختلفة (أى نفس الحجم) لا يملك نفس الوزن، وننصحكم بالرجوع إلى المقالة لرؤية تفاصيل الحصص التي تم القيام بها؛ وعن طريق مثل تلك الأنشطة يقوم التلاميذ تدريجيا باستيعاب هذين المفهومين (وأقول تدريجيا حيث لا ينبغى أن نعتقد أنها عملية سهلة)، وأعتقد أن تلك الخطوة (التى يتم تجاهلها بالمدرسة الابتدائية والثانوية) خطوة أساسية؛ وأصل هنا إلى الخلاصة: عند بدء استيعاب التلاميذ الاختلاف بين الكتلة والحجم يصبح من الممكن تناول مثال تجميد الماء مع مطالبتهم بالتفكير في التغيرات التي تطرأ "قبل" و"بعد"، فيجب عندئذ ملاحظة التغير في الحجم ( الذي يسهل مشاهدته) والثبات في الكتلة (وهذا أصعب في المشاهدة)؛ وإليكم نصيحة بخصوص النقطة الأخيرة: يجب التنبه إلى التكثيف الذي يتسبب فيه الهواء المحيط و الذي يستقر على الجوانب الخارجية لوعاء ثلج مما يثقل من وزنه (ويكفي مسحه للحصول على قراءة صحيحة)؛ والخلاصة هي: يوجد قبل وبعد التجميد نفس كمية الماء (أي نفس الكتلة) ولكنها لا تشغل نفس الحجم (أي نفس الحيز)؛ وبالتوفيق ولا تنسوا أن تخوضوا في موضوع "الكتلة والحجم" فهو موضوع شيق...