نشاط: تصنيف الوجوه باستخدام الذكاء الاصطناعي

• المادة: تقنية رقمية
• المجال: علوم الحاسب الآلي
• مستوى الصعوبة: متوسط
• الوحدة: الذكاء الاصطناعي
• المفاهيم العلمية المستهدفة: الذكاء الاصطناعي، تعليم الآلة
• مدة النشاط: 45 - 90 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط ببناء أداة رقمية لتصنيف الوجوه السعيدة والحزينة باستخدام مبادئ تعلّم الآلة الذكاء الاصطناعي. والإجابة على السؤال التالي: 

كيف يتعرّف الحاسب الآلي على الصور المختلفة؟ وماهي التحديات المتعلقة بتصنيف الصور؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• أجهزة حاسب آلي
• موقع Google Teachable
• أجهزة تابلت أوهواتف ذكية مدمجة بكاميرا
• شبكة انترنت
• قلم رصاص
• أقلام ملونة
• مقص
• ورقة عمل لقالب الوجوه
• ورق مقوى بلون واحد

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، مهندس حاسب آلي، رسام، عالم نفس).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) وضّح للطلاب الفرق بين تعلّم الآلة والذكاء الاصطناعي وعلوم الحاسب الآلي.

1. اطلب من المجموعات رسم أمثلة للوجوه السعيدة والحزينة في قالب رسم الوجوه. (10 وجوه سعيدة و10 وجوه حزينة مختلفة باستخدام نفس القلم).

2. تقوم كل مجموعة بقص الوجوه على شكل مربعات. (يمكنك قص الوجوه قبل البدء بتنفيذ النشاط حتى تستفيد من وقت الحصة)

3. اطلب من الطلاب وضع كل صورة على خلفية من الورق المقوى بنفس اللون والمساحة، واسألهم عن سبب ذلك. (حتى لا تتشتت الأداة بسبب البيئة المحيطة).

4. اطلب من المجموعات أن تلتقط صورة بكاميرا الجوال أو الجهاز اللوحي لجميع الصور للوجوه السعيدة والوجوه الحزينة بنفس الطريقة، وبنفس الزاوية، ونفس المسافة. 

5) اطلب من كل مجموعة أن تنقل ملفات الصور إلى جهاز الحاسب الآلي ووضعها في مجلدين أحدهما للوجوه السعيدة والآخر للوجوه الحزينة.

6) اطلب من كل مجموعة أن تستخدم موقع Google Teachable Machine لبناء نموذج تعلّم الآلة. واشرح لهم كيفية استخدامه والتعامل مع واجهة الموقع كما في الخطوات الثلاثة التي تم توضيحها في مقاطع الفيديو التالية:

المرحلة الأولى: التجميع Gather

1. قم بإعادة تسمية Class 1 باسم "سعيد" و Class 2 باسم "حزين".

2. باستخدام زر upload "رفع" قم برفع بيانات التعلّم التي تم حفظها على جهاز الحاسب الآلي. ملفات بيانات التعلم للوجوه السعيدة إلى الصنف "سعيد" وملفات بيانات التعلم للوجوه الحزينة إلى الصنف "حزين".

المرحلة الثانية: التدريب Training

3. ابدأ عملية تعلّم الآلة بالنقر فوق زر "Train Model". سيستغرق الجهاز أقل من دقيقة لإكمال هذه الخطوة والمتمثلة في البحث عن أنماط بيانات التعلم التي يمكن استخدامها للتمييز بين الوجوه السعيدة والوجوه الحزينة.

المرحلة الثالثة: التصدير Export

4. اطلب من المجموعات تجربة الأداة التي قامت بتصميمها لتصنيف الوجوه السعيدة والوجوه الحزينة. وتسجيل نسبة دقة الأداة في التصنيف.

7) اطلب من كل مجموعة أن تستخدم موقع Google Teachable Machine لبناء نموذج تعلّم الآلة ولكن هذه المرة من اختيارهم، ويمكنهم البدء في اختيار إحدى المشاريع التالية:

• كيف يؤثر زيادة عدد الصور التي تم رفعها في كل صنف على دقة تصنيف الأداة للوجوه السعيدة والحزينة؟
• كيف يؤثر رسم خلفيات ملونة مختلفة لصور الوجوه على دقة تصنيف الأداة للوجوه السعيدة والحزينة؟ 
• كيف يؤثر زيادة صنف للوجوه (الغاضبة مثلًا) على دقة تصنيف الأداة للوجوه السعيدة والحزينة والغاضبة؟
• كيف نصمم أداة لتمييز وتصنيف صوت الرجل وصوت المرأة؟
• كيف نصمم أداة لتمييز وتصنيف ثلاث أنواع مختلفة من الكائنات الحية؟
• كيف نصمم أداة لتصنيف الحركات الجسمية الصحيحة والخاطئة؟

كيف حدث التكامل بين مجالات STEM في هذا النشاط؟

*العلوم: التعرف على أهمية الثوابت وتحديد المتغيرات في أي تجربة، وعضلات الوجه المستخدمة للتعبير عن السعادة أو الحزن عند الشخص.

*التقنية: استخدام علوم الحاسب الآلي وتعلم الآلة وتقنية الذكاء الاصطناعي وعلم البيانات في بناء أداة للتصنيف والتمييز بين الصور والأصوات والحركات الجسمية.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء أدوات متقدمة في تصنيف الصور والأصوات باستخدام تعلم الآلة.

*الفنون: الألوان والإطار والإضاءة المستخدمة في صور ورسم الوجوه لتمييزها وتصنيفها.

*الرياضيات: مساحة الصور، وعددها، والأشكال الهندسية المتكررة فيها، وحساب نسبة دقة الأداة في التصنيف الصحيح بين صور الوجوه السعيدة والوجوه الحزينة.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لتطوير وتحسين تصميم أداة تصنيف وتمييز صور الوجوه، أو استخدام سكامبر SCAMPER لتصميم وبناء أداة لتصنيف الأشياء باستخدام تقنية تعلم الآلة والذكاء الاصطناعي.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض أدوات التصنيف باستخدام تعلم الآلة والذكاء الاصطناعي الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

• https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/CompSci_p067/computer-science/machine-learning-classification
• https://youtu.be/DFBbSTvtpy4?si=0P7FSn6NOiMGykXz
• https://youtu.be/CO67EQ0ZWgA?si=L74QWGtrKIV4JON2
• https://youtu.be/n-zeeRLBgd0?si=oPr4xR9EDLmdUrNG

 

نشاط: نقل البذور عبر الرياح بكفاءة أعلى

• المادة: علوم
• المجال: أحياء
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: النباتات
• المفاهيم العلمية المستهدفة: أجزاء النبات، التكاثر، النباتات البذرية
• مدة النشاط: 20 - 30 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم وبناء أجزاء تساعد البذور على الانتقال لأطول مسافة ممكنة لمساعدتها على التكاثر والانتشار في البيئة. والإجابة على السؤال التالي: 

ما هو أفضل تصميم يساعد بذور النباتات على الانتقال لأطول مسافة ممكنة بفعل الرياح؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• مشابك ورقية أو بذور تباع الشمس
• ورق A4 أبيض أو ملون
• كرة من القطن
• قلم رصاص
• مسطرة أو شريط متري
• مقص
• منظفات الأنابيب

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، التقني، عالم النبات، المهندس الحيوي).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من كل مجموعة مشاهدة مقطع الفيديو الخاص بهذا النشاط لاستلهام فكرة من بذور نبات الهندباء البري. ويمكنك عرض الفيديو لجميع المجموعات عند عدم توفر أجهزة خاصة لكل مجموعة.

1. قم بتجهيز منطقة مفتوحة داخل المكان الذي ستجري فيه التجربة، ثم ضع المروحة على طاولة أو كرسي موجهة عبر المنطقة المفتوحة. كما يمكنك أيضًا إجراء التجربة في الفناء الخارجي في يوم توجد به رياح.

2. اطلب من المجموعات تصميم وبناء العديد من تصاميم النشر لبذورها. يمكنهم استخدام خيالهم والتوصل إلى أفكارهم الخاصة باستخدام مشبك ورق الذي يمثل دور البذرة:

• توصيل مشبك الورق بقطعة صغيرة مربعة الشكل من الورق، بحجم ورقة الملاحظات اللاصق تقريبًا، دون إجراء أي تغييرات على الورقة.
• توصيل مشبك الورق بقطعة صغيرة أخرى من الورق وعمل مجموعة من القطع المتوازية في أحد جانبي الورقة لإضفاء زخرفة عليها وثنيها للخارج.
• تعليق مشبك الورق على كرة القطن.
• تعليق مشبك الورق على كرة القطن ولكن بسحبها لتوسيعها قليلاً وجعلها أكثر هشاشة.
• قص بعض الورق على شكل بذرة الهندباء البري ثم توصيلها بمشبك الورق.

3. قم بتشغيل المروحة. حاول إسقاط البذور واحدة تلو الأخرى أمام المروحة. حاول أيضًا إسقاط بذرة عادية (مثل مشبك ورق عادي بدون أي شيء مرفق) لترى ما سيحدث. اطلب من الطلاب حساب زمن وصول البذرة إلى الأرض والمسافة التي قطعتها من موقع المروحة.

4. اطلب من المجموعات أن تفكر في نتائجها. واطرح عليهم الأسئلة التالية: 

• ما سبب عدم نجاح بعض تصاميمهم على الإطلاق (تسقط المشابك الورقية بشكل مستقيم دون أن تهب للأمام)؟ 
• هل توجد تصاميم أفضل من البعض الآخر؟ 
• ما الذي يمكنهم فعله لتحسين تصاميمهم؟ 
• هل يمكنهم إجراء تغييرات على بذورهم لجعلها تنتشر على مسافة أكبر؟

5) اطلب من كل مجموعة أن تعرض تصاميمها أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: الحركة، ديناميكا الموائع، الطيران، التكاثر في النباتات.

6) اطلب من كل مجموعة أن تختار واحد من التحديات التالية وتقديمه كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل:

• كيف يؤثر شكل البذرة على المسافة التي ستقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر وزن البذرة على المسافة التي ستقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر انطلاق البذرة على المسافة التي ستقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر سرعة المروحة على المسافة التي ستقطعها البذرة في الهواء؟
• ما هو التصميم الأكثر كفاءة لانتقال بذور النباتات المائية؟
• ما هو التصميم الأكثر كفاءة لانتقال البذور التي تعتمد على الحيوانات؟

كيف حدث التكامل بين مجالات STEM في هذا النشاط؟

*العلوم: التعرف على أنواع انتقال البذور في النباتات البذرية، والتعرف على ديناميكا الموائع والطيران.

*التقنية: استخدام أنواع مختلفة من الأدوات من حيث الوزن والتركيب لتصميم البذور التي تنتقل بفعل الرياح.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء التحديات والمشاريع المطلوبة.

*الرياضيات: اختيار الشكل الهندسي وحساب أطوال وأوزان البذور والمسافة التي قطعتها بفعل الرياح.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لتطوير وتحسين تصميم البذور التي تنتقل بفعل الرياح، أو استخدام سكامبر SCAMPER لتصميم وبناء بذور ذات كفاءة أعلى للانتقال في الهواء.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض التصاميم المختلفة للبذور الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/gone-with-the-wind-plant-seed-dispersal

https://www.youtube.com/watch?v=N2UbaDV9O9Q&ab_channel=naturevideo

 

نشاط: امتصاص النبات للماء الملوّن

• المادة: علوم
• المجال: أحياء
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: النباتات
• المفاهيم العلمية المستهدفة: أجزاء النبات، الأسموزية، الخاصية الشعرية
• مدة النشاط: 20 - 30 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتطبيق تجربة بسيطة للإجابة على السؤال التالي: 

كيف تمتص النباتات الماء وينتقل إلى جميع أجزاءها؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• أزهار صغيرة بيضاء اللون
• برطمانات بلاستيكية
• ملونات طعام (أحمر، أخضر، أزرق)
• ماء
• مقص أو مشرط
• كاميرا (اختيارية)

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، التقني، الفنان، عالم نبات).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من كل مجموعة مشاهدة مقطع الفيديو الخاص بهذا النشاط وتنفيذ خطوات التجربة بالشكل الصحيح. ويمكنك عرض الفيديو لجميع المجموعات عند عدم توفر أجهزة خاصة لكل مجموعة.

5) اطلب من كل مجموعة أن تعرض نتائجها أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: أجزاء النبات، الأسموزية، الخاصية الشعرية.

6) اطلب من كل مجموعة أن تختار واحد من التحديات التالية وتقديمه كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل:

• كيف يؤثر درجة حرارة الماء على معدل امتصاص النبات للماء؟
• كيف يؤثر طول ساق وعرضه على معدل امتصاص النبات للماء؟
• صمم باقة من الأزهار الملونة باستخدام التجربة السابقة.
• صمم مقطع فيديو بتقنية التصوير السريع يوضح امتصاص النبات للماء الملون.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟

*العلوم: استخدام خطوات التجربة العلمية في الدرس، والتعرف على أجزاء النبات وطريقة امتصاص النباتات للماء باستخدام الأسموزية والخاصية الشعرية.

*التقنية: التعرف على مكونات المواد المستخدمة في التجربة والاستفادة من تقنيات التصوير السريع والمونتاج.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء التحديات والمشاريع المطلوبة.

*الفنون: التفكير والممارسة كفنانين في استخدام الطبيعة والتقنية لابتكار أعمال فنية.

*الرياضيات: حساب كمية الماء وطول النبات المستخدم في التجربة، وسرعة التصوير لإنتاج مقطع فيديو قصير.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لابتكار وتطوير أعمال فنية صامتة أو إخراج مقاطع فيديو جاذبة، أو استخدام سكامبر SCAMPER لبناء مشاريع فنية إبداعية.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض الأعمال الفنية الخاصة بكل مجموعة على شكل فن صامت أو مقطع فيديو جاذب أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/dyed-flowers-capillary-action

https://youtu.be/GAdCykR7MRo?si=FIpYvjltlnPgruhh

 

نشاط: كيمياء التفاعلات الضوئية

• المادة: علوم
• المجال: كيمياء
• مستوى الصعوبة: خبير
• الوحدة: التفاعلات الكيميائية
• المفاهيم العلمية المستهدفة: التفاعلات الكيميائية، التفاعلات الضوئية
• مدة النشاط: 45 - 90 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم لوحة فنية باستخدام تقنية الطباعة على الأوراق الشمسية للإجابة على السؤال التالي: 

كيف استفاد الفنانين من التفاعلات الكيميائية في ابتكار لوحاتهم الفنية؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• ورق طباعة شمسي
• ورق مقوى (كرتون)
• مواد من الطبيعة مثل: نباتات، أزهار، ريش طيور
• ورق غطاء بلاستيكي مثل: سفرة، أكياس
• شريط لاصق شفاف
• أحواض بلاستيكية كبيرة بمقاس ورق الطباعة الشمسي
• ماء

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، التقني، الفنان، المهندس الكيميائي).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من كل مجموعة مشاهدة مقطع الفيديو الخاص بهذا النشاط وتصميم اللوحة الفنية الخاص بها. ويمكنك عرض الفيديو لجميع المجموعات عند عدم توفر أجهزة خاصة لكل مجموعة.

خطوات عمل تجربة Sun Print

• للحصول على أفضل النتائج، قم بهذا النشاط في الخارج في يوم مشمس. ولا تعرض ورق الطباعة الشمسي لأشعة الشمس المباشرة حتى تصبح جاهزًا للطباعة.
• قص إطارًا من الورق المقوى أكبر من Sun print paper مثل إطار النافذة المفتوح.
• ثم قص قطعة من غلاف بلاستيكي شفاف أو كيس بلاستيكي بنفس حجم إطار الكرتون.
• ألصق قطعة الغلاف أو الحقيبة البلاستيكية الشفافة بإطار من الورق المقوى، مثل النافذة المغلقة.
• قم بجمع الأشياء التي تريد طباعتها على ورق طباعة الشمس مثل الزهور والأوراق والريش وما إلى ذلك.
• في الظل، استخرج قطعة من ورق طباعة الشمس. ثم ضع ورق الطباعة الشمسي على قطعة أخرى من الورق المقوى لتثبيت الأجسام أثناء وضعها في الشمس.
• أثناء التواجد في الظل، قم بترتيب الأجسام التي قمت باختيارها على ورق طباعة الشمس.
• ضع دلو الماء في الظل.
• ثم ضع الورق المخصص للطباعة في الشمس ونافذة الورق المقوى على ورق طباعة الشمس حتى لا تتطاير الأجسام الخاصة بك.
• اتركه لمدة 1-2 دقيقة حتى يتحول لون ورق الشمس الأزرق إلى اللون الأزرق الباهت.
• اغمر الورق بسرعة في دلو الماء في الظل لمدة دقيقة واحدة تقريبًا.

• قم بوضع الورق بشكل مسطح حتى يجف في الظل.

5) اطلب من كل مجموعة أن تعرض لوحتها الفنية أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: التفاعلات الكيميائية، التفاعلات الضوئية، كتابة المعادلة بالصورة الكيميائية الصحيحة والموزونة. واطرح عليهم الأسئلة التالية:

1. هل يُحدث وقت التعرض للشمس فرقًا في اللون الأزرق النهائي للورقة؟
2. هل يعمل Sun print paper مع مصادر الضوء المختلفة مثل (LED، الفلورسنت)؟
3. هل مقدار الوقت الذي يستغرقه النقع في الماء يحدث فرقًا في اللون النهائي؟
4. ماذا يحدث إذا جربت هذا النشاط في أوقات مختلفة من اليوم أو في مواسم مختلفة؟
5. هل تُحدث درجة حرارة الماء اختلافًا في اللون النهائي؟
6. هل يعمل ورق الطباعة إذا تبللت الورقة أولاً؟
7. كيف يتغير اللون النهائي إذا قمت بتحريك الأجسام قليلاً بعد الجلوس في الشمس؟
8. هل يحدث الجسم الكروي ظلًا له نفس شكل الجسم؟

6) اطلب من كل مجموعة أن تختار واحد من التحديات التالية وتقديمها كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل:

• رسم لوحة فنية كبيرة باستخدام نفس التقنية.
• ابتكر طريقة جديدة لتصميم لوحات فنية باستخدام مواد كيميائية آمنة.
• تصميم ملف يحتوي على صور للكائنات الحية أو أجزاء منها التي تم دراستها سابقًا في مواضيع علم الأحياء وكتابة تصنيفها ومعلومات عنها.

تفسير التجربة

• Sun print paper مطلي بمادة كيميائية حساسة للصور تتفاعل مع الضوء. حيث يتحول لون الورق الحساس للضوء إلى اللون الأزرق الباهت عند تعرضه للضوء.
• يوقف الماء العملية الكيميائية ويصلح ظلال الكائنات على الورق.
• Sun print paper مغطى على أحد وجهيه بمادة كيميائية حساسة للصور تسمى الحديد (III) hexacyanoferrate، المعروف أيضًا باسم Berlin Green.
• Berlin Green لونه أخضر مائل للزرقة وهو قابل للذوبان في الماء. وعند التعرض للأشعة فوق البنفسجية (UV)، يحدث تفاعل كيميائي حيث يتحول أخضر برلين القابل للذوبان في الماء إلى مادة كيميائية غير قابلة للذوبان في الماء تسمى الحديد (III) hexacyanoferrate، المعروف أيضًا بالأزرق البروسي Blueish green.
• عندما تغمر الورقة في الماء، يغسل أخضر برلين القابل للذوبان في الماء، ويبقى الأزرق البروسي غير القابل للذوبان في الماء مثبتًا على الورق.
• تعتمد شدة اللون الأزرق البروسي على مقدار الوقت الذي تتعرض فيه الورقة لمصدر الضوء وشدة مصدر الضوء. فعلى سبيل المثال، لا تعمل ورق الطباعة الشمسية بشكل جيد تقريبًا في يوم غائم كما هو الحال في يوم مشمس.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟

*العلوم: استخدام خطوات التجربة العلمية في الدرس، والتعرف على التفاعلات الكيميائية والضوئية وخصائص الكائنات الحية.

*التقنية: التعرف على مكونات المواد المستخدمة في التجربة والاستفادة منها لصالح الإنسان.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء التحديات والمشاريع المطلوبة.

*الفنون: التفكير والممارسة كفنانين في استخدام التقنيات وطبيعة المواد الكيميائية لابتكار لوحات فنية.

*الرياضيات: حساب أبعاد وأطوال اللوحة الفنية والأجزاء المستخدمة في الكائنات الحية، وكمية المواد المطلوبة لطباعة اللوحة بشكل ناجح.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لابتكار تقنيات مشابهة في تصميم وتطوير أعمال فنية، أو استخدام سكامبر SCAMPER لبناء مشاريع فنية إبداعية.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض الأعمال واللوحات الفنية الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/sunprint-from-nature

https://thewriteress.com/how-to-make-sun-print-experiment/

https://youtu.be/XTmtzGDlha4?si=-NdCxORL3Q2Wj3OZ

 

نشاط: كيمياء فن التلوين المائي

• المادة: علوم
• المجال: كيمياء
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: طبيعة المادة
• المفاهيم العلمية المستهدفة: المحاليل، المخاليط، الذائبية، محب للماء، كاره للماء
• مدة النشاط: 20 - 30 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم لوحة فنية باستخدام تقنية التلوين المائي للإجابة على السؤال التالي: 

كيف استفاد الفنانين من طبيعة المادة وتركيبها في ابتكار لوحاتهم الفنية؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• صحن دائري ورقي
• كريم حلاقة
• ملونات طعام
• ورق مقوى A5 أبيض
• أعواد أسنان
• أعواد المثلجات (حجم كبير)
• مناديل للتنشيف
• بخاخ ماء

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، التقني، الفنان، المهندس الكيميائي).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من كل مجموعة مشاهدة مقطع الفيديو الخاص بهذا النشاط وتصميم اللوحة الفنية الخاص بها. ويمكنك عرض الفيديو لجميع المجموعات عند عدم توفر أجهزة خاصة لكل مجموعة.

5) اطلب من كل مجموعة أن تعرض لوحتها الفنية أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: المخاليط، المحاليل، الذائبية، محب للماء وكاره للماء.

6) اطلب من كل مجموعة أن تختار واحد من التحديين التاليين وتقديمه كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل:

• رسم لوحة فنية كبيرة باستخدام نفس التقنية.
• ابتكر طريقة جديدة لتصميم لوحات فنية باستخدام مواد كيميائية آمنة.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟

*العلوم: استخدام خطوات التجربة العلمية في الدرس، والتعرف على طبيعة المواد الكيميائية مثل المخاليط والمحاليل والذائبية.

*التقنية: التعرف على مكونات المواد المستخدمة في التجربة والاستفادة منها لصالح الإنسان.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء التحديات والمشاريع المطلوبة.

*الفنون: التفكير والممارسة كفنانين في استخدام التقنيات وطبيعة المواد الكيميائية لابتكار لوحات فنية.

*الرياضيات: حساب أبعاد وأطوال اللوحة الفنية، وكمية المواد المطلوبة لتلوين اللوحة بشكل ناجح.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لابتكار تقنيات مشابهة في تصميم وتطوير أعمال فنية، أو استخدام سكامبر SCAMPER لبناء مشاريع فنية إبداعية.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض الأعمال واللوحات الفنية الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/paper-marbling

https://youtu.be/wLIxwnjRnqA

 

نشاط: كيف تحلّق الطائرات الورقية بشكل أفضل؟

• المادة: علوم
• المجال: فيزياء
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: الحركة والقوى
• المفاهيم العلمية المستهدفة: ديناميكا الموائع، الطيران، الطريقة العلمية، الحركة، قوانين نيوتن، القوة
• مدة النشاط: 10 - 20 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط ببناء وتصميم طائرات من الورق للإجابة على السؤال التالي: 

كيف تحلّق الطائرات الورقية بشكل مستقيم وتقطع أطول مسافة ممكنة في الهواء؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• ورق A4 أبيض أو ملون
• مسطرة
• قلم رصاص
• مقص
• شريط لاصق شفاف

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، التقني، مهندس الطيران، عالم الرياضيات).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من كل مجموعة مشاهدة مقطع الفيديو الخاص بهذا النشاط وبناء الطائرة الورقية الخاص بها. ويمكنك عرض الفيديو لجميع المجموعات عند عدم توفر أجهزة خاصة لكل مجموعة.

5) ترمي كل مجموعة طائرتها 3 محاولات وتوجد متوسط المسافة التي قطعتها الطائرة.

6) تعمل كل مجموعة على تعديل شكل الطائرة بالتركيز على الجناح أو الذيل.

7) تقوم كل مجموعة بإعادة رمي طائرتها الورقية بعد التعديل عليها 3 محاولات وتوجد متوسط المسافة التي قطعتها الطائرة.

8) تقارن المجموعة البيانات التي حصلت عليها قبل وبعد التعديل وتكتب استنتاجها.

9) اطلب من كل مجموعة أن تعرض نتائجها أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: الحركة، القوة، السرعة، زاوية الإطلاق، قوانين نيوتن الثلاثة في القوى والحركة، ديناميكا الموائع، الطيران.

10) اطلب من كل مجموعة أن تختار واحد من التحديات التالية وتقديمها كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل:

• كيف يؤثر شكل وتصميم الطائرة الورقية بشكل عام على المسافة التي سيقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر اتساع أجنحة الطائرة الورقية على المسافة التي ستقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر نوع الورق المستخدم في الطائرة الورقية على المسافة التي ستقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر زاوية الإطلاق للطائرة الورقية على المسافة التي ستقطعها في الهواء؟
• كيف سيؤثر شكل الذيل للطائرة الورقية على طريقة تحليقها في الهواء؟
• استخدم موقع TinkerCad لتصميم طائرة ثلاثية الأبعاد وطباعتها إن أمكن ذلك.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEM في هذا النشاط؟

*العلوم: استخدام المنهجية أو الطريقة العلمية في الدرس، والتعرف على قوانين نيوتن في الحركة والقوى، وديناميكا الموائع.

*التقنية: استخدام أنواع مختلفة من الورق من حيث سمكها وقوّتها لبناء الطائرة الورقية، كما يمكن الاستفادة من التقنيات الحديثة كالطابعة ثلاثية الأبعاد.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء التحديات والمشاريع المطلوبة.

*الرياضيات: حساب أبعاد وأطوال الطائرة الورقية، وإيجاد المتوسط لمجموعة من البيانات ومن ثم تمثيلها وتحليلها.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لتطوير وتحسين عملية تحليق الطائرات الورقية، أو استخدام سكامبر SCAMPER لصنع طائرات ورقية ذات كفاءة أعلى.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض الطائرات الورقية الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/paper-airplanes-aerodynamics

https://youtu.be/6fLh8eswOn0

 

نشاط: بناء صاروخ ورقي

• المادة: علوم
• المجال: فيزياء
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: الحركة والقوى
• المفاهيم العلمية المستهدفة: ديناميكا الموائع، الطيران، الطريقة العلمية، الحركة، قوانين نيوتن، القوة
• مدة النشاط: 10 - 20 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط ببناء صاروخ من الورق والماصات البلاستيكية للإجابة على السؤال التالي: 

كيف نحصل على أفضل عملية إطلاق للصواريخ الورقية؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• ماصات بلاستيكية
• ورق A4 أبيض أو ملون
• مسطرة
• قلم رصاص
• مقص
• شريط لاصق شفاف

خطوات تطبيق النشاط:

1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).

2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، التقني، عالم الصواريخ، عالم الرياضيات).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من كل مجموعة مشاهدة مقطع الفيديو الخاص بهذا النشاط وبناء الصاروخ الورقي الخاص بها. ويمكنك عرض الفيديو لجميع المجموعات عند عدم توفر أجهزة خاصة لكل مجموعة.

5) اطلب من كل مجموعة أن تعرض صاروخها الورقي أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: الحركة، القوة، السرعة، زاوية الإطلاق، قوانين نيوتن الثلاثة في القوى والحركة، ديناميكا الموائع، الطيران.

6) اطلب من كل مجموعة أن تختار واحد من التحديات التالية وتقديمها كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل:

• كيف يؤثر طول الصاروخ الورقي على المسافة التي سيقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر عدد الأجنحة في الصاروخ الورقي على المسافة التي سيقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر نوع الورق المستخدم في الصاروخ على المسافة التي سيقطعها في الهواء؟
• كيف يؤثر زاوية الإطلاق للصاروخ الورقي على المسافة التي سيقطعها في الهواء؟
• كيف سيؤثر نوع أو حجم الماصة البلاستيكية في إطلاق الصاروخ الورقي في الهواء؟
• استخدم موقع TinkerCad لتصميم صاروخ ثلاثي الأبعاد وطباعته إن أمكن ذلك.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEM في هذا النشاط؟

*العلوم: استخدام المنهجية أو الطريقة العلمية في الدرس، والتعرف على قوانين نيوتن في الحركة والقوى، وديناميكا الموائع.

*التقنية: استخدام أنواع مختلفة من الورق من حيث سمكها وقوّتها لبناء الصاروخ الورقي، كما يمكن الاستفادة من التقنيات الحديثة كالطابعة ثلاثية الأبعاد.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء التحديات والمشاريع المطلوبة.

*الرياضيات: حساب أبعاد وأطوال الصاروخ الورقي، وتمثيل البيانات وتحليلها.

كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟

*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.

*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لتطوير وتحسين إطلاق الصاروخ الورقي، أو استخدام سكامبر SCAMPER لصنع صورايخ ورقية ذات كفاءة أعلى.

*التفكير الناقد: اختيار فكرة جديدة والعمل عليها بعد دراستها وتحليلها، والإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.

*التواصل: عرض الصواريخ الورقية الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/paper-rocket

https://youtu.be/0hThMoHB88w?si=YtY-iKeU2wzK-2Zn