Transcript מצגת למידת חקר נוער שותה מים ודעת

‫נוער שותה מים ודעת‬
‫קירוב הנוער למצוינות המים הישראלית‬
‫בשיתוף רשות המים משרדי התמ''ת והחינוך‪ ,‬הטכניון‪ ,‬תעשיית המים והרוטרי בישראל‬
‫למידת חקר‬
‫באנטילית האנליטית‬
‫בנחלת ראובן‬
‫‪12.12.12 Hi-Teach‬‬
‫דר' אמנון שפי‬
‫‪[email protected] 054-4929093‬‬
‫מה במצגת‬
‫• עיקרי למידת החקר על פי משרד החינוך האגף למדע וטכנולוגיה‬
‫• דוגמאת האנטילית האנליטית‬
‫מתכנית נוער שותה מים ודעת‬
‫עיקרי למידת החקר‬
‫בנוער שותה מים ודעת‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫יצירת למידה חוויתית ומעורבות הלומד‬
‫חקירה מבוססת ספקנות ביקורת והבנה‬
‫הכרה ומגע עם דוגמאות מסביבת התלמיד‬
‫זיקה לתכני מו''ט מתכנית הלימוד‬
‫בשילוב רב תחומי רחב כולל ערכי היסטוריה מורשת‬
‫מגע עם יסודות המדע הטכנולוגיה וההנדסה‬
‫טיפוח לימוד עצמי‪ ,‬עבודת צוות ולמידה פרויקקטאלית‬
‫אחריות איכות עמידה בזמנים יכולת דווח והצגה‬
‫שלבי למידת החקר‬
‫קוים מנחים משרד החינוך – אגף מדע וטכנולוגיה‬
‫תמצית מתוך התלקיטים למורה ולתלמיד‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫שאלות והשערות‬
‫תכנון‬
‫ביצוע‬
‫עיבוד ממצאים ומסקנות‬
‫הצגת התהליך ותוצרים‬
‫הערכה‬
‫למידת החקר פירוט תכולת השלבים‬
‫קוים מנחים משרד החינוך – אגף מדע וטכנולוגיה‬
‫‪ .1‬שאלות והשערות חקר‬
‫הצגת התופעה ‪ /‬הבעיה ‪ +‬רקע עיוני קצר‬
‫שאילת שאלות על התופעה‪ /‬בעיה‬
‫זיהוי הגורמים המשתנים והקשר ביניהם‬
‫בחירת הגורמים שייחקרו והגדרת מטרת החקר‬
‫ניסוח שאלת חקר (מדעית או טכנולוגית)‬
‫מיפוי ידע אישי על הגורמים ושאלת החקר‬
‫ניסוח השערות חקר וביסוסן באופן מדעי‬
‫‪ .2‬תכנון החקר‬
‫בחירת מערך החקר‪ :‬תצפית‪ ,‬ניסוי (מבוקר)‬
‫בחירת כלים לאיסוף נתונים‪.‬‬
‫תכנון התצפית ‪ /‬ניסוי‬
‫כתיבת הצעת מחקר והגשתה לאישור המורה‬
‫‪ .3‬ביצוע על פי התכנון‬
‫הכנת טבלה לרישום הנתונים‬
‫ביצוע על פי התכנון‪ -‬תצפיות ומדידות‪ ,‬תיעוד ממצאים ורישום תוצאות‬
‫‪ .4‬עיבוד הממצאים והסקת מסקנות‬
‫עיבוד וייצוג הממצאים‬
‫ניתוח וסיכום הממצאים‬
‫הסקת מסקנות‬
‫שאלות ורעיונות להמשך‬
‫‪ .5‬הצגת תהליך החקר ותוצריו‬
‫כתיבת דוח מסכם‬
‫תכנון והכנת תוצרים להצגה‪ :‬מצגת‪ ,‬פוסטר‪ ,‬דגם‪ ,‬סרטון‬
‫הצגת החקר‪ :‬התהליך והתוצרים‪.‬‬
‫‪ .6‬הערכת החקר‬
‫הערכה על פי קריטריונים (הערכה עצמית‪ ,‬הערכת עמיתים‪ ,‬הערכת מורה)‬
‫הצעות לשיפור החקר‬
‫כלי תכנון‬
‫פרישת הפעילות לפי שבועות‬
‫רשמו תאריך תחילת שבוע לכל שלב וסמנו את משכו במשבצות‬
‫שלבים‬
‫שבוע ‪:1‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:2‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:3‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:4‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:5‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:6‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:7‬‬
‫______‬
‫שבוע ‪:8‬‬
‫______‬
‫‪ .1‬שאלה והשערה‬
‫‪ .2‬תכנון ניסוי או תצפית‬
‫‪ .3‬ביצוע על פי התכנון‬
‫‪ .4‬עיבוד ממצאים‬
‫ייצוג והסקת מסקנות‬
‫‪ .5‬הצגת תהליך החקר ותוצריו‬
‫‪ .6‬הערכת תהליך החקר‬
‫תכנון הניסוי מתבצע בשתי לוחות זמנים‪:‬‬
‫לוח הזמנים הכולל הפרוס על שני משפר שבועות ובו‬
‫לימוד רקע‪ ,‬ביצוע הסיור והניסוי בבאר‪ ,‬ניתוח תוצאות והגשת הדו''ח –‬
‫משך זמן מומלץ בין שבועיים לארבעה שבועות תלוי בכמות השעות‬
‫היקף הניסויים וההעמקה‪.‬‬
‫לוח הזמנים הקצר מתייחס למהלך ביצוע הניסוי בבאר שנמדד בדקות‬
‫ומתייחס לשעתים של הביקור אותו יש להכין כהלכה מראש‪ ,‬כולל‪:‬‬
‫מדידות נפחים‪ ,‬מהירות‪ ,‬ספיקה (קצב שאיבה)‪ ,‬וכן בדיקה ראשונית‬
‫וניתוח של התוצאות‪ ,‬שמביאה לבחינה מעמיקה יותר של הניסוי‪.‬‬
‫יומן המשימות‬
‫תאריך‬
‫משימות שעלי לבצע‬
‫פרטים הערות שמות טלפונים דוא''ל‬
‫יומן המשימות יכול לסייע בביצוע הנוסי בפעל ובעיקר לחלוקת‬
‫התפקידים לצוותים‪:‬‬
‫(‪ )1‬צוותי מדידתה נפחים‪ )2( ,‬צוות השאיבה‪ )3( ,‬צוות מדידת הזמן‪,‬‬
‫(‪ )4‬צוות רישום הנתונים‪ )5( ,‬צוות צילום הסרטונים (‪ )6‬צוות צילום‬
‫התמונות (‪ )7‬וכמובן צוותה ניהול (‪ )8‬צוות ניתוח התוצאות‪.‬‬
‫שמונה צוותים לכל אחד מימי החנוכה‪..‬‬
‫שימו לב שהאימון לעבודת צוותמנוהלת עצמאית הוא ערך חינוכי חשוב‬
‫שכן עבודות חקר מדע וטכנולוגיה מתבצעות תמיד בעבודת צוות‪.‬‬
‫כלי הערכה‬
‫שלבי החקר‬
‫‪ .1‬הצגת התופעה ‪ /‬בעיה מיקוד‬
‫תוצרים בתלקיט‬
‫(יקבע ע"י‬
‫המורה)‬
‫דיווח מס' ‪ :1‬הצגת התופעה ‪/‬בעיה‪,‬‬
‫שאלת והשערת החקר‬
‫‪ .2‬תכנון מערך החקר‬
‫ניקוד יחסי‬
‫ניסוח שאלת החקר והשערת החקר‬
‫דיווח מס' ‪ :2‬בחירת שיטת החקר ותכנון תצפית‪ /‬ניסוי‬
‫הצעת מחקר‬
‫‪ .3‬ביצוע החקר על פי התכנון‬
‫טבלאות איסוף נתונים‪ ,‬תיעוד ממצאים‬
‫‪ .4‬עיבוד ממצאים ייצוג ומסקנות‬
‫ממצאים מעובדים ‪ +‬מסקנות‬
‫‪ .5‬הצגת תהליך החקר ותוצריו‬
‫הגשת דו"ח מסכם‬
‫הצגת תוצאות ומסקנות‪ ,‬באמצעות מצגת או פוסטר מדעי‬
‫‪ .6‬משוב והערכה לתלמיד‬
‫משוב עצמי של התלמיד‬
‫כלי זה נועד בעיקרו למורה‪ ,‬אך שימוש יעיל בכלי ההערכה מחייב‬
‫מעורבות של התלמיד ולכן הוא מופיע בתלקיט לתלמיד ויש לתקשר עם‬
‫התלמידים מראש על מבנה הלוח ועל הציפיות והאופן בו יוערכו‬
‫בהמשך‪.‬‬
‫השערת חקר ‪1 -‬‬
‫באנטילית ‪ -‬האנליטית‬
‫כמה זמן יידרש למילוי הבריכה ?‬
‫שלב מתודי‬
‫תיאור וניתוח התופעה ‪ /‬הבעיה ורקע עיוני קצר‬
‫שאילת שאלות על התופעה ‪ /‬הבעיה ורכיביה‬
‫זיהוי הגורמים המשתנים הקשורים לתופעה‪/‬בעיה‬
‫בחירת הגורמים שייחקרו והגדרת מטרת החקר‬
‫ניסוח שאלת החקר‪ :‬הגורמים והקשר ביניהם‬
‫מיפוי ידע אישי על הגורמים ושאלת החקר‬
‫ניסוח השערת החקר וביסוסה באופן מדעי‬
‫פעילות בבאר‬
‫השקיה שאיבה והובלה ואופן פעולה‬
‫כמות נפח משקל קצב‬
‫נפח דליים ובריכה‪ ,‬מהירות קוית ומעגלית‬
‫מהירות המילוי‬
‫כמה זמן ידרש למילוי (במהירות שאיבה‬
‫סיור‪ ,‬ניסוי מודל‪ ,‬חשיבה בתכנון‬
‫מציאת הקשר והחלטה על שיטת הניסוי‬
‫חשיבה מאתגרת – עיבוד התוצאות הסקת מסקנות‬
‫ביצוע מדידה ויצירת מודל חיזוי (נפח הדלי‪ ,‬מהירות עליה‪ ,‬ספיקה מחושבת‪ ,‬מהירות מילוי צפויה)‬
‫ביצוע מדידה כוללת מעשית (קצב מילוי הדלי בבריכה) ותרגום תוצאות לזמן מילוי הבריכה‬
‫השוואת הממצאים וניתוח ההפרש‪,‬חזרה לבריכה והערכת יעילות‬
‫היקש להובלת מים כיום‪ ,‬להתפלה‬
‫השערות חקר ‪2 -‬‬
‫באנטילית ‪ -‬האנליטית‬
‫כמה עבודה תידרש למילוי הבריכה ?‬
‫שלב מתודי‬
‫תיאור וניתוח התופעה ‪ /‬הבעיה ורקע עיוני קצר‬
‫שאילת שאלות על התופעה ‪ /‬הבעיה ורכיביה‬
‫זיהוי הגורמים המשתנים הקשורים לתופעה‪/‬בעיה‬
‫בחירת הגורמים שייחקרו והגדרת מטרת החקר‬
‫ניסוח שאלת החקר‪ :‬הגורמים והקשר ביניהם‬
‫מיפוי ידע אישי על הגורמים ושאלת החקר‬
‫ניסוח השערת החקר וביסוסה באופן מדעי‬
‫פעילות בבאר‬
‫כח תגובה הרמה‬
‫משקל כח עבודה מנוף תמסורת אנרגיה‬
‫כח דרך מהירות עבודה הספק‬
‫כוח מחושב ומדוד‪ ,‬עבודה‬
‫כמה עבודה תדרש למילוי הבריכה‬
‫מהי עבודה‪ ,‬כיצד למדוד‪ ,‬הוק יחס משולש‬
‫מדידת העבודה‪ ,‬הערכת האנרגיה‬
‫חשיבה מאתגרת – עיבוד התוצאות הסקת מסקנות‬
‫האם האנריגה נשמרת? השוואת סך העבודה ואנרגיה הצבורה‪.‬‬
‫איתור ההפרש הניכר‬
‫ניתוח הסיבות‬
‫היקש לספיקה ומהירות זרימה‬
‫חקר רב תחומי בבאר‬
‫התאמה לרמה ולשכבות הגיל‬
‫סידרת הניסויים מהווה בסיס ךלמידה ספיראלית‪ .‬הניסויים מכסים חומר לימוד מכיתה ז'‬
‫ועד יב' ברמה גדלה והולכת של העמקה בנושאי המכניקה‪.‬‬
‫כיתות ז' יתמקדו במדידת נפח הדלי והחבית ומהירות השאיבה‬
‫כיתות ח' ימדדו גם משקל‪ ,‬כוחות‪ ,‬ואת תמסורת המנוף‬
‫כיתות ט' ימדדו עבודה‪ ,‬אנרגיה והספק המושקע והנצבר‪.‬‬
‫כיתות תיכון ימדדו את מאזן המרת האנרגיה‪ ,‬ימדדו את התנועה‬
‫המעגלית (מומנטים מהירות זויתית הספק ועבודה) ואת האינרציה הקוית‬
‫והמעגלית )החוק השני של ניוטון) ואת החיכוך‬
‫ניתן ללמוד בבאר במהלך מספר ביקורים בפריסה על פני מספר שנים‪.‬‬
‫לחילופין תלמידי תיכון יכולים לבצע את כל הסידרה ביום ניסויים אחד‬
‫מובנה וארוך‪ ,‬במידה והוא מתוכנן היטב מראש‪.‬‬
‫שאלות פשוטות והבנה טובה‬
‫איך פועלת הבאר ?‬
‫כמה זמן יידרש למילוי הבריכה ?‬
‫שאלות פשוטות והבנה טובה‬
‫ועד לקצה‬
‫הגלגל‬
‫מגובה פני‬
‫המים‬
‫כמה כוח נדרש לסובב את היצול‬
‫ולהרים את הדליים ?‬
‫כמה עבודה מושקעת במילוי הבריכה?‬
‫איפה צבורה האנרגיה ?‬
‫בטיחות מעל ולפני הכל‬
‫ביקור וביצוע עבודות חקר במוזיאון הבאר האנטילית‬
‫כרוך בהפעלת הבאר‪ ,‬בתנועה במרחב המוזיאון ובמדידות וצילומים רבים‪.‬‬
‫את הפעילות יש לבצע בזהירות‪ ,‬בסדר קשב ומשמעת‪.‬‬
‫הבאר אינה גן שעשועים‪,‬‬
‫המשאבה אינה קרוסלה‬
‫והאתר איננו לונה פארק‪.‬‬
‫הפעלה לא זהירה של הבאר עלולה לסכן את החוקרים הצעירים ולהזיק לבאר לכן‬
‫הפעלת הבאר תיעשה רק בהנחייה ופיקוח של מדריכי המוזיאון המוסמכים‪.‬‬
‫בסבלנות וקשב להוראות המדריכים ומנהלי הניסוי‪.‬‬
‫מבנה פרקי הלמידה וסידרת הניסויים‬
‫מערך מצגות רקע כללי‪ ,‬מלווה במערך ספיראלי מפורט‬
‫של תיאוריה הסבר והנחיות מפורטות לניסוי‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫‪.7‬‬
‫‪.8‬‬
‫‪.9‬‬
‫‪.10‬‬
‫‪.11‬‬
‫‪.12‬‬
‫‪.13‬‬
‫‪.14‬‬
‫‪.15‬‬
‫‪.16‬‬
‫‪.17‬‬
‫‪.18‬‬
‫‪.19‬‬
‫‪.20‬‬
‫מבוא לסדרת המצגות‬
‫היסטוריה העתיקה של המים בשפלה‬
‫התפתחות הבאר האנטילית – מבוא למבקר הצעיר‬
‫כיצד פועלת הבאר האנטילית‬
‫ההיסטוריה של הביארה בנס ציונה‬
‫התפתחות הטכנולוגיה לחקלאות ולפרדס‬
‫גיאוגרפיה של איזור מושבות יהודה‬
‫פרדסים וריח‪ ,‬דבורים וסביבה‪.‬‬
‫הנחיות לניסוי חקר בבאר‬
‫תנועה ישרה בסיס‬
‫תנועה ישרה בבאר‬
‫מידות נפחים משקל סגולי‬
‫נפחים וספיקה בבאר ובבריכה‬
‫חיכוך בבאר‬
‫כוח דרך ומנוף בבאר – בסיס‬
‫כוח דרך ומנוף בבאר – מתקדם‬
‫תנועה מעגלית‪ ,‬דרך מהירות וספיקה‬
‫עבודה אנרגיה הספק וספיקה‪.‬‬
‫ספיקה ולחץ הופכים להספק – דוגמה מהבאר‬
‫תמסורת ומומנטים בבאר‬
‫מטרות הניסוי הראשון‬
‫כמה זמן נדרש למלא את הבריכה?‬
‫להבין איך עובדת הבאר באמצעות תצפית והפעלת המודל‬
‫לחשב את מהירות השאיבה‪ ,‬חיזוי‪ :‬כמה זמן ידרש למילוי הבריכה‬
‫למדוד את מהירות השאיבה לדלי ולהעריך את הזמן שיידרש בפעל‪.‬‬
‫לנתח את ההסבר‬
‫לצלם את התהליך‪ ,‬לתעד את התוצאות ולהכין דו''ח במסמך ומצגת‬
‫ובאופן מפורט‪:‬‬
‫למדוד ולחשב את מידות דליי האנטילות‪ ,‬נפחו ומשקלו ריק ומלא‬
‫למדוד את מידות הבריכה ולחשב את נפחה‬
‫ולמדוד את מיכל המדידה ולחשב את ניפחו‬
‫לשאוב ולמדוד את מהירות סיבוב היצול‪ ,‬עליית האנטילות וזמן מילוי הדלי‬
‫לעבד את התוצאות‪ ,‬להסבירן ולכין דו''ח במצגת או במסמך‬
‫מטרות הניסוי השני‬
‫כמה כח נדרש כדי לשאוב הבריכה?‬
‫למדוד את מידות הדלי הבודד והשרשרת‬
‫לחשב את משקל המים והכוח הנדרש להרמת השרשרת‬
‫לחשב את יחס המנוף הכולל ואת הכוח הנדרש לסיבוב היצול‬
‫ובאופן מפורט‪:‬‬
‫למדוד ולחשב את מידות דליי האנטילות‪ ,‬נפחם ומשקלם המלא והריק‬
‫למדוד את ממדי השרשרת ולחשב את משקלה ריקה ומלאה במים‬
‫ולמדוד הנתונים הקובעים את יחס התמסורת ולחשבו‬
‫למדוד את יחס התמסורת בין תנועת היצול לתנועת השרשרת‪.‬‬
‫למדוד את הכוח לסיבוב היצול בפעל (ואת מקדם הקפיץ באמצעות משקולת)‬
‫לעבד את הנתונים ולהשוות את התחזית למציאות ולהסביר את ההפרש (חיכוך?)‬
‫מטרות הניסוי השלישי‬
‫כמה עבודה נדרשת למילוי הבריכה?‬
‫האם אנרגיה אכן נשמרת?‬
‫למדוד את הפרשי הגובה של המים הנשאבים או את אורך תנועת האנטילה‬
‫להתבסס על חיזוי הכוח הנדרש להרמת האנטילה‬
‫לחשב את ההספק הנדרש לשאיבה‬
‫בהתחשב בזמן הנדרש למילוי הבריכה לחשב את העבודה הנדרשת‬
‫למדוד את כמות וגובה עליית המים הכולל ולהעריך את האנרגיה המושקעת בשאיבה‬
‫למדוד את הפרש הגובה מהבאר לבריכה ולחשב את אנרגיה הגובה הצבורה במים‬
‫להשוות בין התוצאות ולנתח את ההבדלים‪.‬‬
‫איפה האנרגיה החסרה?‬
‫ועד לקצה הגלגל‬
‫מגובה פני‬
‫המים‬
‫מטרות הניסוי הרביעי‬
‫כמה עבודה נדרשת לסיבוב הבאר ?‬
‫המטרה לחזור על הניסוי השלישי במושגי תנועה מעגלית‬
‫לחשב את התמסורת ולמדוד בפעל את יחס הדרכים (ניסוי שני)‬
‫לחשב את המומנטים ביצול על בסיס משקל האנטילה והתמסורת‬
‫למדוד את המומנטים בפעל ולהסביר את ההבדלים‬
‫למדוד את מהירות הסיבוב ולחשב את הההספק והעבודה המושקעת‬
‫ושוב להשוות לאנרגיה הנצברת בדומה לניסוי השלישי‬
‫מטרות הניסוי החמישי (למתקדמים)‬
‫חיכוך ותנופה‬
‫למדוד את כוחות החיכוך הסטאטי והדינאמי (רצוי להתחיל עם שרשרת ריקה)‬
‫למדוד את הכוח (מומנט) הנדרש להאצת הבאר מעמידה לסיבוב בקצב רגיל‬
‫למדוד את מהירות הסיבוב ומהירות ההאצה ולהעריך את התאוצות‬
‫(קוית וסיבובית) להעריך את משקל המתקן‬
‫להעריך את השפעת החוק השני של ניוטון‬
‫להעריך את הכוח שיש להשקיע בהאצת הבאר‬
‫סיכום מפת הניסויים‬
‫להתרשם ולהבין איכותית את פעולת הבאר‬
‫למדוד ולחשב את מידות דליי האנטילות‪ ,‬נפחם ומשקלם המלא והריק‬
‫למדוד את מידות הבריכה ולחשב את נפחה‬
‫ולמדוד את מיכל המדידה ולחשב את ניפחו‬
‫למדוד את הכוחות הנדרשים להנעת הבאר במצבים השונים‪:‬‬
‫כשהשרשרת ריקה ומלאה במים‪ ,‬ובתנאי חיכוך סטאטי ודינאמי‬
‫למדוד את מהירות השאיבה (ספיקת המים)‬
‫לעבד ולנתח את הנתונים ולבחון‬
‫את יעילות השאיבה ואבדן המים‪.‬‬
‫את העבודה המושקעת והאנרגיה הנצברת במים‬
‫ולבדוק האם האנרגיה נשמרת‪.‬‬
‫לנתח ולהבין את ההפרשים המעשיים במדידה‪.‬‬
‫מורים ותלמידים‬
‫מוזמנים להציע‬
‫ניסויים נוספים‪.‬‬
‫למדוד ולנתח את השפעת החיכוך וה תנופה (החוק השני)‬
‫ולבטא את המדידות במושגי תנועה מעגלית‬
‫לחוות את הטכנולוגית שאיפשרה חקלאות השלחין משך אלפי שנים‬
‫היקשים מתקדמים‬
‫שאיבה לחץ ספיקה ואנרגיה משמשים גם בטכנולוגיה מודרנית‬
‫למשל בהובלת מים‬
‫שאיבת מים כבסיס להובלת מים מודרנית‬
‫לחץ ספיקה הופכים לעבודה‪ ,‬אנרגיה ועלות‬
‫כמה עולה שאיבת מטר קו''ב לירושלים?‬
‫או בהתפלה‬
‫שאיבה בלחץ גבוה עבודה (וחסכון באנרגיה)‬
‫הם הבסיס להתפלה מודרנית באוסמוזה הפוכה‪.‬‬
‫כמה עבודה נדרשת להתפלת מטר מעוקב של מים‬
‫ולכן כמה היא עולה ? ואיך ניתן לחסוך‬
‫שני פרקי המשך עם מציגים באופן מפורט איך ניתן‬
‫להקיש מהניסויים בבאר ליישומים מים מתקדמים‬
‫התארגנות וניהול הניסוי‬
‫הניסוי הוא מורכב ומחייב היערכות מסודרת מראש‬
‫ראשית לימדו את טבלת האקסל ומצגות הרקע – וזהו את המשימות‬
‫ובהמשך‪:‬‬
‫תכננו היטב את מטרות ומשימות הניסוי‪ ,‬שלביו ואת הצוותים‬
‫ותעדו אותן בכתב‪ ,‬ובצילום‪.‬‬
‫תבחרו ותמנו את הצוותים הבאים‪ ,‬ולכל צוות ראש צוות‪:‬‬
‫)‪ (1‬מודדי הבאר והבריכה‪,‬‬
‫)‪ (2‬שואבים‪,‬‬
‫)‪ (3‬מודדי מהירות השרשרת‪,‬‬
‫)‪ (4‬מודדי קצב מילוי החבית‪,‬‬
‫)‪ (5‬רושמי תוצאות‬
‫)‪ (6‬צלמים‪,‬‬
‫)‪ (7‬מנהל הניסוי‪.‬‬
‫הכינו את שלבי הניסוי שלב אחר שלב ובצעו את המשימות בהקפדה‪.‬‬
‫הקפידו לרשום את התוצאות בצורה מסודרת וברורה‬
‫דאגו לצלם את מהלך הניסוי על כל חלקיו‪.‬‬
‫התקדמו משלב לשלב רק לאחר השלמת המשימה הקודמת‬
‫מודדים את הבריכה‬
‫מדדו את מידות הבריכה‪ ,‬את גובהה‬
‫ותמדדו גם מהו הגובה שהמים עולים‬
‫מפני המים בתחתית הבאר‬
‫ועד לקצה גלגל האנטילה‬
‫ועד לקצה‬
‫הגלגל‬
‫כן‪ ,‬הם יפלו חזרה לבריכה‪...‬‬
‫אבל רק לאחר שהעלינו אותם למעלה‪....‬‬
‫מגובה פני‬
‫המים‬
‫מידות הבאר‬
‫‪N2 = 40‬‬
‫‪1.1m‬‬
‫‪= 0.5m‬‬
‫‪R2‬‬
‫‪L2 = 2 π R2‬‬
‫היקף גלגל האנטילה‬
‫‪N1 = 30‬‬
‫‪2.7m‬‬
‫‪H = 6m‬‬
‫עליית המים‬
‫‪0.62m‬‬
‫גובה פני האדמה‬
‫‪= 1.5m‬‬
‫‪R1‬‬
‫‪L1 = 2 πR1‬‬
‫היקף מעגל היצול‬
‫‪2.2m‬‬
‫שם‬
‫ערך‬
‫יחידות‬
‫רדיוס היצול‬
‫‪R1‬‬
‫‪1.5‬‬
‫מטר‬
‫רדיוס גלגל האנטילה‬
‫‪R2‬‬
‫‪0.5‬‬
‫מטר‬
‫פינים בגלגל היצול‬
‫‪N1‬‬
‫‪30‬‬
‫שלבים בגלגל התמסורת‬
‫‪N2‬‬
‫‪38‬‬
‫גובה עליית המים‬
‫‪H‬‬
‫‪6‬‬
‫מטר‬
‫מרחק בין האנטילות‬
‫‪A‬‬
‫‪0.6‬‬
‫מטר‬
‫נתון‬
‫מודדים את המיכלים‬
‫האנטילה והחבית‬
‫שטחים ונפחים‬
‫אורך‪ ..‬רוחב‪ ..‬עומק‪ ...‬שטח המלבן והמעגל‬
‫נפח‪ ...‬סמ''ק ליטרים‪ ,‬קו''ב‬
‫הכל מתערבב‬
‫מודדים את הכוחות‬
‫קפיץ מדידה וסרט מדידה‬
‫התארכות הגומיה תלויה בכח בו היא נמתחת‪.‬‬
‫(חוק הוק ‪ F =K*X‬הכוח שווה למכפלת קבוע הקפיץ באורך המתיחה)‬
‫מודדים את התארכות הגומיה בהנעת הבאר‬
‫במצב סטאטי בתחילת השאיבה‪ ,‬במצב דינאמי (בתנועה בתחילת‬
‫השאיבה) ובמצב סטאטי כששרשרת האנטילות מלאה במים‪.‬‬
‫ומודדים את התארכות הגומיה בהרמת משקולת ידועה‬
‫(למשל בת ‪ 10‬ק''ג למשל) נעזרים ביחס משולש או בחוק הוק להערכת‬
‫הכוחות הפועלים על הבאר במצבים השונים‪.‬‬
‫עוד כדאי שיהיה לכם‬
‫מחשבון (אפשר בטלפון נייד)‬
‫שעון עצר (סטופר) אפשר בטלפון נייד‪...‬‬
‫מצלמת תמונות (אפשר בטלפון‪)...‬‬
‫מצלמת ווידאו ( אפשר‪)...‬‬
‫דף רישום (אפשר‪)...‬‬
‫יכולת שליחת התמונות לצוות היי‪-‬טיצ' (אפשר כמובן‪)...‬‬
‫לורד לסימון ועט או עפרון‬
‫גומית מתיחה‬
‫סרט מדידה גמיש ("מטר")‬
‫שואבים מים מלוא הדלי‬
‫פה בארץ חמדת‬
‫אבות‬
‫בחצר המוזיאון תשמעו סיפור מראובן לרר ואשתו ‪ -‬המיסדים‬
‫צוות ינחה אתכם מקרוב‬
‫צוות המוזיאון ינחה אתכם מקרוב‬
‫בכל שלבי הניסוי‬
‫אולם את ניתוח התוצאות‪...‬‬
‫עליכם לבצע לבסוף בעצמכם‬
‫בעזרת המורה בבית ובכיתה‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫הנחיה לעבודת חקר‬
‫מהירות השאיבה (ספיקה) תלויה בנפח הדליים ומהירות עלייתם‪.‬‬
‫התוצאה נמדדת בפעל על פי מהירות הצטברות המים בחבית המידה‪.‬‬
‫האנרגיה המושקעת בשאיבה היא מכפלה של כוח בדרך‪,‬‬
‫והאנרגיה הנצברת היא משקל המים כפול הגובה שעלו‪.‬‬
‫נסו להיווכח‪:‬‬
‫השוו את הנתונים הראשוניים בטבלת האקסל‬
‫למידות בבאר ועדכנו על פי המדידות‪.‬‬
‫הפעילו את הבאר‬
‫מדדו את מהירות הסיבוב‬
‫בדקו את משך הזמן הנדרש למילוי הדלי‬
‫חשבו את קצב שאיבת המים (הספיקה)‬
‫היא מהירות זרימת המים לבריכה‪.‬‬
‫הגיליון ישמש ככלי עזר לניתוח התנונים‬
‫אך עליכם לחשוב על התוצאות ולעבדן‬
‫(מומנט בזוית)‪,‬‬
‫נפחים משקלות ומשקל סגולי‬
‫לכל דלי (אנטילה) בשרשרת נפח ומשקל‬
‫ננסה להעריך מה נפח ומשקל המים בדלי‪.‬‬
‫רוחב ‪w‬‬
‫מהם מידות הכלי‬
‫אורך‬
‫רוחב‬
‫עומק‬
‫‪H‬‬
‫עומק ‪d‬‬
‫חשבו מהו נפח הדלי (סמ''ק)‬
‫וחשבו כמה הוא בליטרים (‪ 1000‬סמ''ק)‬
‫הנפח הדלי בליטר הוא‪...‬‬
‫בקשו מצוות הבאר את הדלי שנועד למדידה‪.‬‬
‫שימו לב למשל גם למדידת הגובה‪ .‬מגובה‬
‫המים ועד לקצה גלגל האנטילה‪.‬‬
‫וזיכרו‪ :‬ניסויים בבאר רק בנוכחות ופיקוח צוות‬
‫המדיריכם מהמוזיאון‪.‬‬
‫עליית‬
‫המים‬
‫אורך ‪l‬‬
‫‪A‬‬
‫מרחק‬
‫הדליים‬
‫טבלת החישובים בבאר‬
‫האנטילית האנליטית‬
‫טבלת נוסחאות וחישובים בבאר‬
‫ערך כמותי‬
‫מחושב ומדוד‬
‫שמות והסבר משתנים‬
‫יחידות‬
‫מדידה‬
‫נוסחה וקשרים‬
‫הצבעה על תא באקסל והצבת סמן בשורת הזנת הנתונים – צובעת את משתני הנוסחה‪.‬‬
‫המושג תבנית הצבה הופך מעשי וברור‪ .‬בדוגמה‪ :‬נפח = מכפלת אורך ברוחב ובגובה‬
‫אופן השימוש בטבלה‬
‫הטבלה מייצגת מודל פיסיקלי מתמטי מלא של פעולת הבאר‬
‫בטבלה מיוטצגים כל הקשרים בין המשתנים השונים למשל‪:‬‬
‫נפח האנטילה שווה למכפלת אורך רוחב ועומק הדלי‬
‫הדלי‬
‫אורך‬
‫‪30l‬‬
‫ס''מ‬
‫‪cm‬‬
‫רוחב‬
‫‪20w‬‬
‫ס''מ‬
‫‪cm‬‬
‫עומק‬
‫‪10d‬‬
‫ס''מ‬
‫‪cm‬‬
‫‪6000‬‬
‫סמ''ק‬
‫‪cc‬‬
‫‪VL‬‬
‫‪6‬‬
‫ליטר‬
‫‪L‬‬
‫‪sw‬‬
‫‪1‬‬
‫ק''ג לליטר‬
‫נפח הדלי‬
‫נפח הדלי‬
‫משקל סגולי‬
‫‪Specific Weight‬‬
‫‪Vcc‬‬
‫‪kg/L‬‬
‫המשתנים מצויינים בשם‪ ,‬סימון ויחידות‬
‫המשתנים המסומנים ברקע אפור‪ ,‬הם המשתנים החופשיים‬
‫אותם יש למדוד בבאר בפעל‪ .‬בדוגמה פה למשל‪ :‬מידות הדלי‬
‫אורך‪ ,‬רוחב‪ ,‬עומק המסומנים ‪l*w*d‬‬
‫המשנים התלויים מתוארים באמצעות הנוסחה המתמטית‬
‫כאן למשל נפח = אורך * רוחב * עומק או בנוסחה ‪Vcc=l*w*d‬‬
‫‪Vcc=l*w*d‬‬
‫‪VL = Vcc / 1000‬‬
‫‪Kg/L=g/cc‬‬
‫לימדו את הטבלה‬
‫את הטבלה יש ללמוד לעומק ולהבין – על בסיס מצגות הרקע‬
‫נסו לשחק עם המשתנים החופשיים בטבלה – וראו את התגובה‬
‫רק לאחר שתבינו היטב את הטבלה – תוכלו לגשת לתכנון שלבי הניסוי‬
‫בצורה מוצלחת‬
‫המשתנים החופשיים המסומנים ברקע אפור‪ ,‬כוללים‬
‫את מידות דליי האנטילה ומידות הבריכה וכלי המדידה‬
‫מידות הבאר (עומק וגובה‪ ,‬מרחק בין האנטילות)‬
‫מידות היצול הקטרים ויחסי התמסורת של הגלגלים‬
‫גובה הבאר‬
‫חישוב נפח דלי האנטילה למשל‪:‬‬
‫מידות הדלי‬
‫אורך‪ ,‬רוחב‪ ,‬עומק המסומנים ‪l*w*d‬‬
‫המשנים התלויים מתוארים באמצעות הנוסחה המתמטית‬
‫כאן למשל נפח = אורך * רוחב * עומק או בנוסחה ‪Vcc=l*w*d‬‬
‫אחרי מדידות הנפחים והכוחות תוכלו לשאוב‬
‫הקפידו למדוד כמה שניות נדרשות לסיבוב ומה מהירות‬
‫עליית הדליים בשרשרת‪ .‬תמדדו גם את יחס התמסורת‬
‫רישום ואיסוף התוצאות‬
‫הקפידו לרשום את התוצאות בצורה מסודרת וברורה‬
‫דאגו לצלם את מהלך הניסוי על כל חלקיו‪.‬‬
‫התקדמו משלב לשלב רק לאחר השלמת המשימה‬
‫בסוף הניסוי דאגו לשמור היטב את הרישום המסודרה‬
‫העלו את דו''ח התוצאות על מסמך וורד מסודר‬
‫והעלו את המסמך לחדר הצוות במערכת הלימוד‪.‬‬
‫בהמשך בכיתה מנו צוותים‬
‫לניתוח התוצאות‬
‫להכנת הדו''ח‬
‫להכנת מצגת המסכמת את החוויה והניסוי‬
‫נוער שותה מים ודעת‬
‫‪Hi-Teach‬‬
‫‪13-2-2012‬‬
‫דוגמת מדידות בבאר האנטילית בנחלת ראובן‪.‬‬
‫חט''ב השרון‪ ,‬רעננה‪13-2-2012 ,‬‬
‫מדידת כוח (מומנט) החיכוך‪:‬‬
‫נקודת הרתימה ביצול (אורך מוט היצול)‪ 1.5 :‬מ'‬
‫אורך ראשוני של גומיית המתיחה‪ 38 :‬ס''מ‪,‬‬
‫אורך בתחילת התנועה‪ ,‬במצב סטאטי‪ 92 :‬ס''מ‬
‫אורך בהמשך התנועה (משיכה דינאמית)‪ :‬כ ‪ 80‬ס''מ‬
‫מודדים ורושמים תוצאות‬
‫מדידת עזר לכיול שבוצעה לאחר הניסוי‪ ,‬נמדד אורך הגומיה ללא מתח ואורך הגומיה כשהיא מתוחה על‬
‫ידי משקל של ‪ 16‬ק''ג‪ 16( ,‬קג''כ)‪ .‬תוצאה‪ :‬אורך ראשוני של הגומייה ‪ 38‬אורך סופי במצב מתוח ‪16‬‬
‫קג''כ‪ 85 :‬ס''מ‪.‬‬
‫חישוב הכוח הסטאטי ביצול באמצעות חוק הוק (חוק הקפיץ) ‪F=KX‬‬
‫‪ F‬כוח בקג''כ‪ K ,‬קבוע הקפיץ ב קג''כ למ'‪ X ,‬אורך הקפיץ במטר‬
‫‪http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%97%D7%95%D7%A7_%D7%94%D7%95%D7%A7‬‬
‫כוח זה פעל כשהשרשרת הייתה כמעט ריקה לגמרי‪ .‬הכוח כלל את החיכוך ואת משקל אנטילה אחת או‬
‫שתים‪ .‬את הכוח בזמן השאיבה השוטפת‪ ,‬כשהשרשרת מלאה במים – לא מדדתם בדיוק‪ .‬אולם מאחר‬
‫והשאיבה הייתה על ידי ארבעה שואבים‪ ,‬בקלות יחסית‪ ,‬בהשוואה לשואב אחד בתחילת השאיבה‪ ,‬אפשר‬
‫להעריך שהכוח (המומנט) היה פי ארבע‪.‬‬
‫מהירות התנועה וספיקת הבאר‪:‬‬
‫מרחק בין שתי דליי אנטילה ‪ 62‬ס''מ‬
‫‪ 60‬אנטילות‪ ,‬הועלו במשך ‪ 49‬שניות‬
‫כמות המים שנשאבה ‪ :‬חבית מדידה אחת‬
‫נפח אנטילה בודדת ‪ 3981‬סמ''ק‪ ,‬אורך רוחב ועומק יתכן שנטע זוכרת‬
‫מידות חבית מדידה‪ :‬קוטר עליון ‪ 40‬ס''מ תחתון ‪ 36‬ס''מ גובה ‪ 41‬ס''מ‬
‫יחס התמסורת‪:‬‬
‫מדידה באורך יצול ‪ 1.5‬מ'‪ ,‬תנועה של ‪ 190‬מעלות (מעט יותר מחצי סיבוב) שהם‬
‫‪2XPiX 1.5 X (190/360) = 4.97 m‬‬
‫עלית השרשרת ‪ 3‬אנטילות‪ ,‬שהם ‪ 62X3‬ס''מ קרי ‪ 186‬ס''מ‬
‫ולכן יחס התמסורת הכולל ‪ 4.97 / 1.86‬קרי ‪2.67‬‬
‫משמעות‪ :‬על כל ‪ 2.67‬מ' סיבוב השרשרת עולה ‪ 1‬מ'‬
‫מידות הבריכה‪ :‬אורך‪ 6.15 :‬מ' רוחב ‪ 6.10‬מ' גובה‪ :‬עובי קיר רחב ‪ 0.95‬מ'‪ ,‬עד לשפך התעלה ‪ 1.85‬מ'‬
‫דו''ח מסכם‬
‫לאחר איסוף הנתונים משמשת טבלת אקסל‬
‫לעדכון נתוני הבאר המדויקים בפעל‬
‫ולהערכת ביצועי השאיבה‪:‬‬
‫הכוחות והמומנטים הנדרשים‪,‬‬
‫להתגבר על החיכוך ולשאוב את המים לגובה‬
‫למדידת נפחי האנטילה‬
‫הערכת קצב השאיבה על פי מהירות התנועה‬
‫ומדידת קצב השאיבה בפעל‬
‫על פי הצטברות המים בבריכה‬
‫להערכת יעילות השאיבה בפועל‬
‫מול פוטנציאל השאיבה התיאורטי‬
‫(האם כל המים שיכלו להשאב אכן מגיעים לבריכה?)‬
‫ובדיקת יעילות האנרגיה של התהליך‬
‫כמה אנרגיה הושקעה בשאיבה‪ ,‬כמה אנרגיה נצברה במים השאובים‪ ,‬האם‬
‫יש הפרש ולהכין הלכה האנרגיה‬
‫ובנוסף‪ ,‬כמובן להתייחס לחוית הלמידה כולה איך וכיצד ניתן לשפר ולשכלל‬
‫דו''ח ומצגת‬
‫הכינו דו''ח תמציתי על הביקור בבאר‬
‫תארו את אתר הביקור‬
‫מי המבקרים‪ ,‬מי המלווים במהלך הביקור‬
‫איך התכוננתם ומה למדתם לקראת הביקור‪,‬‬
‫מה ציפיתם לראות בביקור‬
‫ומה השאלות שהיו לכם לקראת הביקור‬
‫ולבסוף‪:‬‬
‫מה מדדתם‪ ,‬וכיצד המספרים מתאימים‬
‫להערכה? (העזרו בטבלת האקסל ובהסבר בשקף הבא)‬
‫איך התרשמתם ואיך נהניתם‬
‫ומה תשובותיכם לשאלות שהכנתם מראש‬
‫לסיכום צרפו תמונות‬
‫ולא פחות חשוב‪:‬‬
‫המליצו איך לשפר את הביקור לכיתה הבאה‬
‫והעלו את הסיכום למערכת הלימוד המקוונת‪.‬‬
‫איך מגיעים לנחלת ראובן‬
‫האנטילית האנליטית‬
‫היא חלק מנחלת ראובן‬
‫מיסד נס‪-‬ציונה‬
‫שהיא חלק ממוזיאון‬
‫בית הראשונים בנ''צ‬
‫טלפון‪,08-9404491 :‬‬
‫פקס‪08-9404492 :‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫מוזיאון בית הראשונים נס ציונה‬
‫באתר באינטרנט של המוזיאון סיור‬
‫וירטואלי וחומר ארכיוני רב ומעניין‬
‫‪http://br.nzc.org.il/‬‬
‫טלפון‪ ,08-9404491 :‬פקס‪08- :‬‬
‫‪9404492‬‬
‫כתובת מייל‪[email protected] :‬‬