Transcript ענבל טובי - ערד המחלקה למדעי הטבע והחיים , האוניברסיטה הפתוחה רון בלונדר המחלקה להוראת המדעים , מכון ויצמן למדע

‫ענבל טובי‪-‬ערד‬
‫המחלקה למדעי הטבע והחיים‪ ,‬האוניברסיטה הפתוחה‬
‫רון בלונדר‬
‫המחלקה להוראת המדעים‪ ,‬מכון ויצמן למדע‬
‫מאפשרת‬
‫הוראה של‬
‫נושאים‬
‫מתקדמים‬
‫משפרת‬
‫הבנה‪ ,‬מוטיבציה‬
‫ויזואליזציה‬
‫בהוראת‬
‫המדעים‬
‫עוקפת‬
‫מחסומים של‬
‫מתמטיקה‪ ,‬ראיה‬
‫מרחבית‬
‫יוצרת‬
‫ייצוג גרפי של‬
‫משוואות‪,‬‬
‫נוסחאות ומושגים‬
‫סימטריה מולקולרית‬
‫‪ ‬קשר כימי‬
‫‪ ‬מבנה מרחבי של מולקולות‬
‫‪ ‬תנאים לקיומן של ריאקציות‬
‫(חימום‪ ,‬הקרנה)‬
‫‪ ‬פעילות אופטית‪ ,‬כירליות‬
‫‪ ‬כללי ברירה ספקטרוסקופיים‬
‫‪Br‬‬
‫‪Br‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫‪Cl‬‬
‫‪Cl‬‬
‫‪mirror plane‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫סימטריה מולקולרית‬
‫‪ ‬פעולת סימטריה ‪ -‬העתקת אטומים במולקולה ממקומם באופן‬
‫שיוצר סידור מרחבי חדש החופף את הסידור המקורי‪.‬‬
‫‪ ‬דוגמאות‪ :‬סיבוב סביב ציר‪ ,‬שיקוף במישור‪ ,‬היפוך ביחס לנקודה‬
‫סימטריה רציפה‬
‫‪ ‬ההתייחסות הקלאסית לסימטריה היא של‬
‫יש או אין‪.‬‬
‫‪ ‬בטבע אין בהכרח סימטריה‪:‬‬
‫‪ ‬מולקולות הן ישויות דינמיות‬
‫‪ ‬סביבה כימית‪/‬פיסיקלית יוצרת עיוות‬
‫‪ ‬התמרה יוצרת עיוות‬
‫‪ ‬כדי להבדיל בין עיוות קטן לעיוות משמעותי‬
‫יש להתייחס לסימטריה כאל גודל רציף‬
‫לא סימטרי‬
‫סימטרי‬
‫מדד הסימטריה הרציף‬
‫‪ ‬מדד הסימטריה הרציף‪ :‬גודל‬
‫מספרי המודד את המרחק בין‬
‫מבנה נתון למבנה הקרוב אליו‬
‫ביותר בעל הסימטריה הרצויה‬
‫‪P1‬‬
‫‪Q1‬‬
‫‪Q2‬‬
‫‪P2‬‬
‫‪P3‬‬
‫‪Q3‬‬
‫‪0  S(G)  100‬‬
‫‪• H. Zabrodsky et al, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 7843-7851‬‬
‫‪• M. Pinsky et al, J. Comput. Chem., 2008, 29, 190-197.‬‬
‫סימטריה מולקולרית ברשת‬
http://telem.openu.ac.il/symmetry
‫אתר מדדי סימטריה רציפים‬
http://telem.openu.ac.il/symmetry/csm
‫המחקר‬
‫‪ ‬מטרה‪:‬‬
‫‪ ‬התחקות אחר דרכי חשיבה בפתרון בעיות בסימטריה מולקולרית‬
‫וסימטריה רציפה‬
‫‪ ‬אוכלוסיה‪:‬‬
‫‪ 21 ‬מורים לכימיה במסגרת השתלמות בנושא פיתוח חשיבה בכימיה‬
‫‪ ‬מערך המחקר‪:‬‬
‫‪ ‬סדנא בת ‪ 8‬שעות המורכבת מהרצאות ותרגול מונחה מול מחשב‬
‫‪ ‬תרגילים לפני הסדנא‪ ,‬ובזמן הסדנא‬
‫‪ ‬ראיונות אישיים תוך כדי פתרון שאלות מול מחשב (בזוגות)‬
‫דוגמאות לשאלות‬
‫האם לאמוניה יש ציר סיבוב של ‪?180‬‬
‫המבנה הקרוב ביותר בעל ציר‬
‫סיבוב של ‪ 180‬הוא משולש‬
‫מישורי‬
‫אמוניה‬
‫דוגמאות לשאלות‬
‫האם הסימטריה נשמרת במהלך ויברציה?‬
‫תוצאות‬
‫ציון כולל‬
‫שאלה‬
‫סימטריה של מולקולת‬
‫המים )‪(N=12‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫סימטריה של מולקולת‬
‫האמוניה )‪(N=12‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫סיבוב מסוג ‪C2‬‬
‫)‪12 (100%‬‬
‫שיקוף‬
‫)‪12 (100%‬‬
‫היפוך‬
‫)‪7 (58%‬‬
‫מבנה משוער עם היפוך‬
‫)‪10 (83%‬‬
‫סיבוב מסוג ‪C2‬‬
‫)‪9 (75%‬‬
‫שיקוף‬
‫)‪12 (100%‬‬
‫היפוך‬
‫)‪10 (83%‬‬
‫מבנה משוער עם היפוך‬
‫)‪2 (17%‬‬
‫תוצאות‬
‫שאלה‬
‫ויברציה סימטרית של‬
‫‪(N=14) XeOF4‬‬
‫ויברציה אנטי‪-‬סימטרית‬
‫של ‪(N=14) XeOF4‬‬
‫ציון כולל‬
‫סיבוב מסוג ‪C2‬‬
‫)‪14 (100%‬‬
‫שיקוף‬
‫)‪14 (100%‬‬
‫הכללה‬
‫)‪7 (50%‬‬
‫סיבוב מסוג ‪C2‬‬
‫)‪14 (100%‬‬
‫שיקוף‬
‫)‪9 (64%‬‬
‫הכללה‬
‫)‪8 (57%‬‬
‫ציטוטים‬
‫‪" ‬זה שיכולתי לראות ציר פתח עיניים‪".‬‬
‫‪" ‬סימטריה זה אחוז קטן מהזמן‪".‬‬
‫‪" ‬לימדתי רק צורות קבועות ולא דימיינתי איך המולקולות זזות‪".‬‬
‫‪" ‬הויברציות מתקשרות לתופעה של קיטוב רגעי‪ ,‬מה שמלמדים‬
‫בבתי ספר‪ .‬עכשיו אני מבינה מאיפה זה מגיע‪".‬‬
‫מסקנות‬
‫‪ ‬הטכנולוגיה תומכת במודלים מנטליים‪:‬‬
‫‪ ‬ויזואליזציה של החלקים הנסתרים בפתרון בעיות בסימטריה‬
‫‪ ‬אפשרות לבדוק האם למולקולה יש סימטריה מסוימת‬
‫‪ ‬הטכנולוגיה יוצרת פיגומים המקלים על תהליך הלמידה‪:‬‬
‫‪ ‬השוואה ויזואלית בין מבנה מעוות למבנה סימטרי‬
‫‪ ‬ייצוג מידע בדרכים שונות‪:‬‬
‫‪ ‬קשר בין מבנה מעוות לבין ערך מספרי של מדד הסימטריה‬
‫)‪Kali Y. and Linn M. C. (2007) in: Spector J. M., Merrill M. D., Merriënboer J. J. G. V. and Driscoll M. P. (Eds‬‬
‫‪Handbook of Research on Educational Communications and Technology. 3rd ed. (Mahwah, NJ,‬‬
‫‪Erlbaum), pp. 445-490.‬‬
‫מסקנות‬
‫‪ ‬לימוד סימטריה תורם להבנה מעמיקה יותר של מבנה החומר‬
‫‪ ‬ידע מתקדם יכול להשפיע על הבנה של נושאים בסיסיים יותר‬
‫תודות‬
‫‪ ‬צוותי הפיתוח‪:‬‬
‫‪ ‬האוניברסיטה הפתוחה ‪ -‬ד"ר דינה‬
‫יוגב‪-‬עינות‪ ,‬דב גרמייז‪ ,‬ורד טובי‪-‬‬
‫פישברג‪ ,‬אורי שפי‪ ,‬רועי שרוני‪,‬‬
‫איתי הר‪-‬אבן‪ ,‬נדב פאר‪ ,‬ד"ר גלעד‬
‫רביד‪ ,‬זאב פרל‬
‫‪ ‬האוניברסיטה העברית ‪ -‬פרופ' דוד‬
‫אבניר‪ ,‬ד"ר מארק פינסקי‪ ,‬חיים‬
‫דריזון‪ ,‬שאדי להם‪ ,‬אמיר זית‬