كيف يمكننا تخطي عقبة مادية الغاز؟

لا يتخيل الطفل البالغ من العمر بضعة أشهر عندما يري الجسم الذي يريده يختفي من أمام عينيه أنه لايزال موجودا. ولكن عند الكبر نعي مبدأ دوام وحفظ المادة. فإذا كان للسن دخل في هذا النضوج، فإن للمدرسة دورا تلعبه، وخصوصا بالسن الابتدائي. تتعلق الصعوبات الأساسية بالغازات. إن الهدف هو استيعاب أن الغاز مادة مثله مثل السائل والمادة الصلبة. فكيف ندفع التلاميذ للتقدم في هذا الاتجاه؟ أقدم فيما يلي بعض التأملات والاقتراحات الخاصة بغازين الذي يمكن دراستها بالمدرسة الابتدائية: وهما الهواء وبخار الماء.
حالة الهواء:
1. ما هي العقبات؟
إن إحدى خصائص الفكر الطفولي، هو ما يطلق عليه علماء النفس "أولية الإدراك الحسي". وذلك يعني، أن الطفل يواجه صعوبة في تصور ما لا يدركه حسيا، وبالأخص في تصور ما لا يراه. ونتيجة لذلك لا يعترف بالهواء – وخصوصا عندما يكون ساكنا – كمادة. أما الرياح، فتعد ظاهرة مألوفة منذ مرحلة الحضانة. ولكن لا يقر التلاميذ بسهولة أنه هواء متحرك. وهناك جانب آخر، وهو استخدام كلمة "هواء" كمرادف لكلمة "رياح"، أو "تيار هوائي"، باللغة الدارجة وهو ما يوحي للأطفال الصغار بأن الهواء لا يوجد إلا بالخارج (اغلق الباب حتى لا يدخل الهواء...)
2. هل الهواء مادة؟
بالطبع نعم! ولكن ما معنى تلك الكلمات؟ باستطاعة العديد من الأطفال تأكيد أن بداخل زجاجة "فارغة" يوجد هواء، وأن الهواء موجود في كل مكان...إلخ. ولكن خلف هذه الكلمات، يعني فهم أن الهواء مادة ما يلي:
يمتلك الهواء كل الخصائص العامة للمادة؛
القدرة على الاستدلال مستخدمين تلك الخصائص لتفسير بعض المواقف.
ما هي تلك الخصائص؟
أعتقد أن بالمدرسة من المفيد تناول الخصائص التالية:
الدوام (عدم الظهور وعدم الاختفاء)
الانتقال (كان الهواء هنا والآن هو هناك)
الوزن (كلما زادت كمية الهواء داخل البالون كلما ثقل وزنه)
إن الخاصتين الأوليين مرتبطان بالتأكيد، فأي انتقال للهواء يحدث بدون ظهور أو اختفاء. فالهواء مثله مثل باقي المواد يخضع لقانون حفظ المادة.
نشاطات يمكن القيام بها لخلق مفهوم مادية الهواء:
يمكن السعي وراء هذا الهدف ابتداءا من المرحلة الثانية. ولكن في حالة عدم تناول أي عمل في وقت سابق، فسيظل ملائما تماما للمرحلة الثالثة. هناك الكثير من المواقف المشوقة المقدمة بكتاب التلميذ "Découverte des sciences" (اكتشاف العلوم)، للصفين CP-CE1، بمجموعة Travernier، لدى دار النشر Bordas (طبعة 1996)، ص61. ومن السهل تخيل نشاطات أخرى. وإذا كانت كل تلك النشاطات تفسر بمنطق يقوم على الانتقال و/أو حفظ الهواء، فإنني أعتقد أن لا أهمية للترتيب الذي تم تناولها به. إن بيان تأملاتي كما يلي:
- البدء بمواقف الإصفاق بين وعاءين محددين بدقة.
- المواصلة بمواقف تفسر بوجود الهواء ولكن بدون انتقاله
- وأخيرا، الانتهاء بمواقف يتدخل فيها هواء الغرفة
ها هي أمثلة على كل فئة:
3.1 الإصفاق بين وعاءين محددين بدقة: 
 
ينسق المعلم عرضا عند تقديمه للجسم الغامض. يضغط على الزجاجة (التي لا يراها التلاميذ). فينتفخ البالون.
يفسر التلاميذ على الفور هذا الموقف بانتقال الهواء. ولا يشوب ذلك أي مخالفة للمنطق، فهم يعلمون أن البالون ينتفخ بنفخ الهواء بداخله. ويتخيلون وجود منفاخ مخبأ أسفل القماش. وعندما يكتشفون الزجاجة، يقوم بسهولة، وباستخدام كلماتهم، بصياغة استدلال على النحو التالي "عند الضغط، يخرج الهواء من الزجاجة ويدخل في البالون".
3.2 مواقف لا تشتمل على انتقال الهواء:
فلنتناول التجربة التالية لشرح ما نقوله.

لا يتوقع التلاميذ جميعهم الإجابة الصحيحة، ولكن إجراءهم للتجربة، وإحساسهم بالمجهود المبذول لتغطيس الزجاجة، يجعلهم يتوصلون إلى صياغة التفسير على النحو التالي "لم يتمكن الماء من الدخول إلى الزجاجة لملئها مسبقا بالهواء".
3.3 مواقف تتضمن هواء الغرفة
لنر ما سيحدث إذا ثقبنا زجاجة الشكل السابق (يعطي مسمار مسخن مسبقا نتائج ممتازة). يتمكن الهواء من الخروج عبر الثقب ويتمكن الماء من الدخول إلى الزجاجة. يفترض بعض التلاميذ أنه بفضل الثقب يتمكن الهواء من الدخول إلى الزجاجة ويقوم هكذا بشفط الماء... لذا ينبغي التساؤل عما إذا كان الهواء يدخل أو يخرج، وإجراء تجربة لمعرفة ذلك (فقاعات بواسطة سائل تنظيف الأطباق أو قطعة ورق صغيرة موضوعة بالقرب من الثقب).
3.4 وزن الهواء
التجربة تقليدية. . ينبغي موازنة ميزان باستخدام كرة (كرة قدم أو كرة سلة)، غير منفوخة تماما فوق إحدى الكفتين، وثقل فوق الكفة الأخرى. ثم يتم نفخ الكرة بعد ذلك، والمقارنة... يجب استخدام نفس الكرة عند إجراء الوزنتين، وعدم مقارنة كرتين مختلفتين إحداهما منفوخة جيدا والأخرى لا (فغشاء الكرتين حتى وإن كانا متماثلين قد لا يكون لهما نفس الوزن). لا يستخدم البالون، حيث إن شكله قابل للتغيير بدرجة كبيرة مما قد يتسبب في مفاجئات غير سارة، نتيجة لقوة دفع أرشميدس للهواء (أعتقد أنه غير مفيد شرح هذا الجانب هنا).
وينبغي من وجهة النظر التربوية، مطالبة التلاميذ دائما بالاستنتاج. إن الخبرة المكتسبة من النشاطات الرياضية تدفع بعض التلاميذ إلى اعتقاد أن الكرة المنفوخة بصورة سيئة أثقل من الكرة المنفوخة جيدا. أمر طبيعي... فهو يرتد بشكل أقل، ويتسبب في ألم بالقدم (كرة القدم)، أو بالرسغ (الكرة الطائرة) ... لذا يتبع سير الأحداث المخطط الكلاسيكي التالي: توقع، مناقشة، تحقق، صياغة.
وباختصار...
منذ الحضانة، لا يجد الأطفال صعوبة في قول أنه لا يمكن إضافة لبن إلى صحن مملوء بالحساء. حتى نتمكن من إضافة اللبن ينبغي التخلص من الحساء... إن الهدف، في النهاية، هو توصيلهم إلى صياغة شيئ مماثل "لا يستطيع الماء الدخول إلى الزجاجة لوجود الهواء بها". "يستطيع الماء الدخول إلى الزجاجة لخروج الهواء منها عبر الثقب". إذا تم تناول هذا العمل بالمرحلة الثالثة، فمن المفيد إتمامه باختبار للمواقف الشائعة مثل ملء كوب بالماء. كلما دخل الماء إلى الكوب، خرج الهواء منه. فأين يذهب؟ الإجابة: في الغرفة. إن انتقالات الهواء هذه ليست مرئية. ولكننا نعلم أن هذا ما يجري لثقتنا بالمنطق الذي نطبقه. وسوف نلاحظ أن ذكر مواقف الحياة اليومية يأتي في نهاية التدرج. يجب في الواقع اتقان المنطق "انتقال، حفظ المادة" حتى تكون موضوعا لفهم متجدد.
حالة بخار الماء:
إن حالة بخار الماء أكثر تعقيدا بكثير من حالة الهواء، ومن الحكمة الانتظار حتى المرحلة الثالثة لمحاولة تناوله.
1. عقبات دائمة ومستمرة!
تخلط اللغة الدارجة بين "بخار الماء"، و"الضباب"، عند الإشارة بالخطأ إلى قطرات للماء، في الحالة السائلة المعلقة بالهواء أعلى قدر الماء المغلي أو بالقرب من الدش الساخن "ببخار الماء". فبخار الماء لا يرى! فهو مثله مثل الهواء بلا لون أو رائحة.
لذا تمثل أولية الإدراك الحسي عقبة أمام تقبل وجود بخار الماء، حيث لا يوجد ضباب أو بخار. يميل التلاميذ إلى إسناده للحالة الفيزيائية للمادة التي غالبا ما تتواجد عليها. لذا فهم يعتقدون، أن الحديد بالضرورة صلب، وأن الهواء دائما غازي. أما فيما يختص بالماء، فالتصورات متغيرة. فهو سائل بالنسبة للأطفال صغيري السن. وهو إما سائل، أو صلب، بالنسبة لهؤلاء الذين تقبلوا فكرة أن الثلج والماء السائل هما نفس المادة. وتعزز اللغة الدارجة هذا الميل. من العالم الذي لم يتحدث عن تغير الحالة من "ماء إلى ثلج"؟ ونلمح دائما عند الحديث عن الهواء أنه غازي، وإلا نحدد أنه "هواء سائل".
إن تصور الماء في الحالة الغازية ينبع من نفس صعوبة تصور الهواء في الحالة السائلة...
وهناك خاصية أخرى من خصائص الفكر الطفولي، وهي الغاية التي تقود الطفل إلى اعتبار أن الأحداث يحددها هدف (قصدية)، محدد سلفا، مثل تصرفاته هو القصدية. ويتحول المنطق "من السبب إلى النتيجة" إلى "منطق مستعار" تعلل فيه الغاية السبب. لنر بعض الأمثلة على ذلك.

السبب... يتضمن النتيجة		السبب معلل	بالهدف أو الغاية أو النية أو الحاجة...
للقط مخالب...	وبالتالي يتمكن من الإمساك بالفئران	للقط مخالب...	حتى يتمكن من الإمساك بالفئران
في الظروف الطبيعية، يكون الهواء غازا...	...وبالتالي نستطيع تنفسه	الماء سائل	... حتى نتمكن من شربه
في الظروف الطبيعية ، يكون الماء سائلا	وبالتالي نتمكن من شربه	الهواء غاز	... حتى نتمكن من تنفسه

يؤدي وجود تلك العقبات معا إلى صعوبات كبيرة. وخصوصا رفض التلاميذ لتقبل فكرة وجود ماء في الهواء، "هذا مستحيل، وإلا ما تمكنا من التنفس، ولكان تسبب في الكحة..."
هل يمكن معالجة تلك العقبات في المدرسة؟
إنها موجودة بشدة وبعنف حتى نأمل القيام بعمل مثمر بالمرحلة الثانية. يصبح ذلك ممكنا بالمرحلة الثالثة علما باستمرار كونه موضوعا صعبا. لا يمكن في الواقع فصل بخار الماء، وبالتالي لا يمكن خلق مواقف تجريبية تتضمن بخار الماء بمفرده (على عكس ما كان يمكن عمله في حالة الهواء). فبخار الماء مخلوط دائما بالهواء، وهو ما يستلزم، من وجهة النظر التعليمية، التأكد من استيعاب التلاميذ للمواقف التي تتضمن الهواء.
2. الاختفاء الظاهري... والظهور الظاهري...
2.1 كيف يفسرهما التلاميذ؟
عند مواجهة تلاميذ المرحلة الثالثة لموقف مألوف، مثل التجفيف، أو التبخر يتعين عليهم تفسير ما حدث للماء خلاله، نجد عادة التفسيرات الثلاثة التالية:
يختفي الماء تماما وببساطة (أقلية بالمرحلة الثالثة)
يهرب الماء ويتحول إلى هواء (أغلبية بالمرحلة الثالثة)
يتحول الماء إلى بخار ماء ويمتزج بالهواء (أقلية)
سيكون من المثير للاهتمام اختبارهم. ولكن للأسف، لا يمكن التحقق منهم عن طريق التجربة. ولكن من المفيد في المقابل، إثارة نقاش حتى يقوم كل تلميذ بتعليل موقفه، ومقارنته بمواقف الآخرين.
2.2 مواقف الظهور الظاهري:
إن الطريقة الأولى هي مطالبة التلاميذ بالبحث عن مواقف يبدو فيها كما لو كان يظهر. وعادة ما يعثرون على بعض الأمثلة، مثل بخار على زجاج نوافذ المنزل أو السيارة؛ الضباب الخارج من الفم في الشتاء؛ البخار على عدسات النظارة. ويمكن أن يأتي المعلم بمواقف أخرى. يطالب التلاميذ بالتفكير عند الطلب منهم بانتظام الاستنتاج، أو التوقع والتعليل، وحتى التفسير. وإليك مثالين:
وعاء مغلق يحتوي على مكعبات ثلج يغطى بالماء من الخارج. ماذا حدث؟
انتبه: سوف يدعي بعض التلاميذ أن ذلك الماء أتي من مكعبات الثلج... لذا يصبح النقاش ضروريا، يتبعه تجارب نقيضة (وإذا وضعنا بالكوب ماء فقط بدلا من مكعبات الثلج؟)

وخلال امتداد النشاطات، يتم وضع زجاجة فارغة مصنوعة من الزجاج (مملوءة في بالهواء!) في مكان بارد (الثلاجة). ماذا سيحدث عند إخراجها؟ يفكر التلاميذ، ويتوقعون، ويعللون قبل إجراء التجارب.
2.3 تبخر يتبعه تكثيف
يصعب على التلاميذ تخيل تلك التجربة، على أي حال، فالمعلم هو من يقوم بإجرائها. يتعلق الأمر بغلي الماء في الغرفة والمشاهدة، وبعد مضي بعض الوقت، يظهر بخار على زجاج النافذة البعيدة عن مصدر الحرارة (لضمان النجاح، تجرى التجربة في فصل الشتاء داخل غرفة باردة، والنوافذ غير معرضة للشمس). لا يقوم التلاميذ بإجراء التجربة بأنفسهم، ولكنه من الضروري تنظيم وقت للاستنتاج والتوقع قبل المناقشة.
2.4 النتائج الأولى:
في إحدى الحالات، يبدو الماء كما لو أنه اختفى... وفي حالة أخرى، يبدو وكأنه ظهر... وفي حالة ثالثة يختفي الماء من مكان ويظهر بمكان آخر...
بالمرحلة الثالثة، التلاميذ الذين يقبلون فكرة الاختفاء والظهور الصرف والبسيط هم قلة. قد تخلق تلك التجارب فكرة وجود الماء في حالة غير مرئية، ولكنها لا تأتي بأي دليل على ذلك. وعلي الرغم من تلك التجارب، يستمر بعض التلاميذ في تفسير تبخر الماء على أنه تحول إلى الهواء، وتفسير التكثيف على أنه تحول الهواء (أو جزء منه) إلى ماء.
2.5 من أجل القصة الصغيرة
لا يفكر الأطفال وحدهم بهذه الطريقة... فلنستمع بانتظام إلى مقدمي نشرة الأرصاد الجوية بالقنوات التليفزيونية وهم صحفيون، ونادرا ما يكونون من العلماء. ليس من النادر سماعهم وهم يقولون "يصل الهواء الساخن من الجنوب ويصل الهواء البارد من الشمال ونتيجة لذلك سوف تمطر السماء". ومن النادر تطرقهم للرطوبة الموجودة في الهواء.
3. المماثلة والربط
3.1 الأفكار العامة
لا تكفي النشاطات التجريبية كما رأينا بالبرهنة على وجود بخار الماء، والتمييز بينه وبين الهواء. وفي المقابل، يفقد فكر تلاميذ المرحلة الثالثة (وخصوصا تلاميذ CM)، في معظمه، خصائصه الطفولية، ويتطور بخطى سريعة نحو فكر مترابط ومنطقي. لذا سنتمكن من الاعتماد على هذا "التفكير العلمي الوليد "لإقناعهم بتغير حالة المادة كخاصية عامة من خصائص المادة، والتي تخضع في كل الأحوال لقانون حفظ المادة. يتعلق الأمر في مجمله بالتخلص من الحالات الخاصة لايجاد (بالتفاعل مع تغيرات أخرى للمادة) إطار لفكر أكثر عمومية، سيسمح بفهم جديد لحالة بخار الماء.
3.2 كل المواد يتغير حالتها
يعد تناول تعد حالة الماء السائل إلى ثلج (والعكس) مفيدا، ولكنه غير كاف لايجاد فكرة أنها خاصية عامة. هناك تغيرات أخرى للحالة لا غنى عن تناولها.
السائل-الصلب. تعتبر الشكولاتة، والزبدة، مثالين تقليدين ومستخدمين. ومع ذلك فهما يقعان على الحدود لأن التسخين يتسبب في تحول كيميائي يجعل العكوسية مشوبة. والبرافين (شمعا)، يعد مثالا مثيرا للاهتمام (غير أنه ينبغي الانتباه لأن تجربتة قد تمثل خطرا إذا لم يكن ارتفاع الحرارة متحكما فيه). ويتيح لحام الكهربائي فرصة فريدة حتى نرى بأعيننا انصهار ثم تجمد المعدن. يجب أن تجرى التجربة بواسطة المعلم أمام مجموعة صغيرة من التلاميذ. وهي تتمثل في وضع المعدن أو المزاج الذي يلحم به في ملعقة صغيرة، وتسخينها لبعض اللحظات فوق شعلة. يمكن سكب القطرة السائلة التي يتم الحصول عليها على ارتفاع معين، على لوح من الخشب. فتتجمد في أثناء مرحلة الطرطشة، ويصبح من الممكن لمسها في غضون 15 دقيقة. ولا يسأم الأطفال من تلك التجربة حتى وإن لم يجروها بأنفسهم.
السائل-الغاز. إن الأمثلة التي يمكن تناولها بالمدرسة للأسف ليست بعديدة. بخلاف الماء، يمكن ذكر العطور والسوائل الأخرى المتبخرة (يستثنى الإثير لأسباب متعلقة بالسلامة). كما يمكن ذكر البيوتان، الذي يعرف الكل أنه غاز في الظروف الطبيعية، ولكن يتم حفظه في زجاجات (أو بالولاعات) في صورة سائلة.
3.3 ما نراه موجود على أي حال
يختفي الملح عن النظر، عند ذوبانه في الماء. ونعلم أنه لم يختف حيث أن المذاق يدل على وجوده.
يختلط العطر عند تبخره بالهواء. نحن لا نراه، ولكن الرائحة تدل على وجوده. فهو لم يختف ولم يتحول إلى هواء (وإلا ما استمرت رائحته موجودة ونشمها...).
إن تحليل تلك الأمثلة، حيث يمثل فيها الإدراك الحسي نقطة اعتماد، يمكن أن يقود إلى مد المماثلة: بخار الماء لا يرى ولا يشم؛ وعلي الرغم من ذلك فهو لم يختف، لقد امتزج بالهواء.
3.4 الخلاصة
لا يكفي أي من هذه الأمثلة بمفرده. وإنما تضافرها نحو هدف أوحد (تتغير المادة مع احترام قانون حفظ المادة) قد يكون مجديا.
4. صعوبات ومساهمات علم الأحياء: تبخر المياه بالرشح لدى النباتات
إن دور الماء دور أساسي بالوظائف الكبرى للكائن الحي. وللأسف تتضمن كل العمليات بصفة شبه دائمة تحولات كيميائية. وهذا هو حال التنفس الذي سبق ذكره، حيث يحتوي الهواء المزفور على كمية كبيرة من بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، ويختلف تكوينه تماما عن تكوين الهواء المستنشق. وتصبح المسألة صعبة، حيث عملية حفظ المادة فد تمت على مستوى الذرات، وهو ما لا يمكننا التطرق إليه في المدرسة. وعلي الرغم من ذلك، فهناك مثال ملائم، وهو تبخر المياه بالرشح لدى النباتات. فتقوم الجذور بامتصاص الماء حاملة معه الأملاح المعدنية إلى النبات، ثم يتم تبخر الماء من خلال الأوراق. وهناك نشاطات علمية، وتجريبية، يمكن إجراؤها حول هذا الموضوع. فيكفي التساؤل حول مصير ماء الري. يمكن بالمرحلة الثانية، إثبات أن دخوله يكون عن طريق الجذور. ويمكن بالمرحلة الثالثة، التساؤل عما إذا كان النبات يحتفظ بكل الماء الذي امتصه (أو لا). وهناك تجربتان مكملتان تثيران اهتمامنا هنا. يستطيع التلاميذ تخيل مبدأهما. نقوم برى نبتة، ثم نغطي التربة بشريط بلاستيكي لمنع التبخر المباشر. ثم يتم وزن المجموعة. وبعد مرور بضعة أيام، نلاحظ فقدانا في الوزن، وجفافا في التربة. وعند إحاطة الأوراق بكيس بلاستيكي، نحصل بعد عدة أيام على بخار داخل الكيس. إن ظاهرتي الاختفاء والظهور الظاهري مرتبطان ببعضهما البعض، وبالظواهر التي سبق ذكرها. فهي تساهم في فهم طبيعة بخار الماء.

الخلاصة:
إن تلك الإلمامة السريعة لا تدعي استيعاب المسألة. وسوف نجد أيضا اقتراحات مكملة بالمقالات المذكورة كمراجع. ترى أن المهم هو الربط بين مادية الغاز وحفظ المادة. وقد يصبح ذلك هدفا أولويا بالمدرسة. ولكن لا يمكن تحقيق ذلك بواسطة نشاط أو نشاطين منفردين. وإنما ينبغي التفكير في التدرج على مستوى المدرسة والمرحلة. وإذا كان الهدف واحدا، فينبغي أن تكون النشاطات متعددة ومتنوعة، وتتناول مواد مختلفة (هواء، بخار ماء، معدن لحام، عطر..)، يمكن رؤية بعضها مباشرة ولا يمكن رؤية البعض الآخر. تتعلق بانتقالات بسيطة (حالة الهواء) أو تتضمن تحولات (تغير حالة المادة، متمازجات). وتقع في إطار مجال العلوم الفيزيائية والبيولوجية.
المراجع.