نشاط: نمذجة كواكب المجموعة الشمسية (الحجم)

• المادة: علوم
• المجال: علم الفضاء والفلك
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: الفضاء
• المفاهيم العلمية المستهدفة: المجموعة الشمسية أو النظام الشمسي، الكواكب، التناسب
• مدة النشاط: 20 - 30 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم وبناء نموذجًا قياسيًا لحجوم كواكب المجموعة الشمسية. والإجابة على السؤال التالي: 

ما هو أقرب الكواكب شبهًا بكوكب الأرض؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• صلصال ملون وبالونات وكرات فلين مختلفة الحجم
• كرات فلين
• مسطرة
• قلم رصاص أو أسود
• ورق ملاحظات
• مقص
• صمغ
• خيط

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 فضاء، عالم رياضيات).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من المجموعات أن تكتب ما تعرفه عن كواكب المجموعة الشمسية وماذا تريد أن تعرف عنها.

5) اطلب من المجموعات القيام بالخطوات التالية:

1. وضّح للطلاب الفرق بين نصف القطر (الخط الذي يربط بين مركز الكرة وحدود الدائرة) الذي يرمز له بـ "نق"، والقطر (أطول خط مستقيم يمر عبر مركز الكرة) وهو يساوي ضعف طول نصف القطر (أي يساوي 2× نق). أما محيط الكرة فيتم استخدام المعادلة التالية: 

محيط الكرة = 2 × π × نق، حيث π يساوي 3.14

2. تبدأ المجموعة بنمذجة حجم كوكب الأرض وتحدّد القطر المناسب الذي ستعمل عليه. مثلًا: سيكون قطر نموذج كوكب الأرض هو 2 سم.

3. لكي تبني المجموعة نموذجًا قياسيًا لكوكب الأرض وتتأكد من قياسات وأبعاد النموذج يمكن أن تستخدم الخيط لربطه على محيط النموذج. في حال اختيار المجموعة لقطر كرة 2 سم فإنه يتوجب على أن يكون طول الخيط الذي يمثل محيط الكرة يساوي 6.3 سم. لماذا؟

4. تأخذ المجموعة ورق الملاحظات وتكتب عليه "الأرض" ثم تغرسه في أعلى نموذج الكرة.

5. تكرّر المجموعة نفس الخطوات السابقة مع بقية كواكب المجموعة الشمسية، وتسجل البيانات المطلوبة على ورقة العمل. ويمكن للطلاب أن يستفيدوا من البيانات التقريبية التالية:

حجم كوكب عطارد = 40% من حجم كوكب الأرض

حجم كوكب الزهرة = 90% من حجم كوكب الأرض

حجم كوكب المريخ = 50% من حجم كوكب الأرض

حجم كوكب المشتري = ضعف حجم كوكب الأرض بـ 11 مرة

حجم كوكب زحل = ضعف حجم كوكب الأرض بـ 9.5 مرة

حجم كوكب أورانوس = ضعف حجم كوكب الأرض بـ 4 مرات

حجم كوكب نبتون = ضعف حجم كوكب الأرض بـ 4 مرات

6. تقوم المجموعات باختيار إحدى التحديات التالية:

• ما نسبة حجم الشمس بالنسبة لحجم كوكب الأرض؟
• أي الكواكب التالية هو الأكثر مناسبة للعيش على سطحه، الزهرة أم المريخ؟ ولماذا؟
• ما العلاقة بين حجم الكوكب وجاذبيته؟
• صمم نماذج قياسية لأكبر الأقمار الموجودة في المجموعة الشمسية.
• صمم نموذجًا قياسيًا لكوكب من خيالك.
• ارسم لوحة فنية للسماء من على كوكب المشتري.
• صمم نماذج قياسية لكواكب المجموعة الشمسية باستخدام معادلة حجم الكرة.

6) اطلب من كل مجموعة أن تعرض تصاميمها أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: المجموعة الشمسية، الكواكب، محيط الكرة.

7) اطلب من المجموعات أن تكتب ماذا تعلمت عن موضوع الدرس أو النشاط في جدول التعلم المرفق في ورقة العمل.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟

*العلوم: التعرف على كواكب المجموعة الشمسية، والعلاقة بين كتلة الكوكب وجاذبيته، والإجابة على الأسئلة الاستقصائية في هذا النشاط.

*التقنية: استخدام أنواع مختلفة من المواد لصنع نماذج لكواكب المجموعة الشمسية، واستخدام المسطرة والخيط كأدوات لتسهيل عملية التصميم والبناء.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لنمذجة كواكب المجموعة الشمسية.

*الفنون: تخيل ورسم لوحة للسماء على سطح إحدى كواكب المجموعة الشمسية.

*الرياضيات: حساب الأبعاد والقياسات لقطر ومحيط نماذج كواكب المجموعة الشمسية.

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 نموذج كواكب المجموعة الشمسية، أو استخدام سكامبر SCAMPER لتصميم وبناء النموذج. وتنمية الخيال ومحاولة تجسيده باستخدام أدوات مناسبة وبسيطة بطريقة إبداعية.

*التفكير الناقد: التبرير المنطقي في إحتمالية العيش على كواكب أخرى في المجموعة الشمسية غير كوكب الأرض، 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 لنماذج كواكب المجموعة الشمسية الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/planet-size

 

نشاط: نمذجة الثقب الأسود

• المادة: علوم
• المجال: علم الفضاء والفلك
• مستوى الصعوبة: مبتدئ
• الوحدة: الفضاء
• المفاهيم العلمية المستهدفة: الفضاء، النجوم، الثقب الأسود، الكتلة، الجاذبية، الزمن
• مدة النشاط: 20 - 30 دقيقة
• إعداد وترجمة: رائف بودريس

الفكرة العامة للنشاط:

ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم وبناء نموذجًا قياسيًا للثقوب السوداء. والإجابة على السؤال التالي: 

ماذا يحدث للشمس لو كانت ثقبًا أسودًا؟

ماذا يحدث عند اصطدام ثقبين أسودين لهما نفس الكتلة والجاذبية؟

الأدوات المطلوبة في النشاط:

• قطعة قماش مربعة بيضاء اللون بمقاس 1 متر مربع وقابلة للتمدد
• كرات بأوزان مختلفة (يمكن استخدام برتقال أو تفاح أو كرة بلياردو)
• كرات زجاجية صغيرة أو تنس طاولة
• قلم رصاص
• أقلام ملونة (خشبية أو شمعية)
• ساعة إيقاف
• جوال بكاميرا (اختياري)

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 فضاء، عالم فيزياء كونية).

3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.

4) اطلب من المجموعات أن تكتب ما تعرفه عن الثقوب السوداء وماذا تريد أن تعرف عنها.

5) اطلب من المجموعات القيام بالخطوات التالية:

1. يقوم طالبان بالإمساك بقطعة القماش من الزوايا وسحبه ليكون بشكل مسطح.

2. يقوم طالب برمي الكرة الزجاجية ورسم المسار الذي تحركت فيه على ورقة العمل. كيف سيكون شكل مسار الكرة الزجاجية؟

3. ضع الكرة الكبيرة أو الجسم الثقيل في منتصف قطعة القماش، ويستمر الطالبان بشد قطعة القماش بإحكام بحيث لا يحتوي على تجاعيد. ماذا سيحدث لقطعة القماش؟

4. يقوم طالب بوضع الكرة الزجاجية بالقرب من حافة القماش وتركها. ماذا سيحدث لمسار الكرة الزجاجية؟ ثم يقوم طالب برسم المسار على ورقة العمل.

5. يقوم الطالب بدحرجة الكرة الزجاجية من أحد جوانب قطعة القماش إلى الجانب الآخر. ماذا سيحدث لمسار الكرة الزجاجية؟ ثم يقوم برسم مسار الكرة الزجاجية في ورقة العمل. ماذا حدث لمسار الكرة الزجاجية بعد الدحرجة؟

6. تقوم المجموعات بالإجابة على الأسئلة التالية:

• ما الذي سيحدث عند دحرجة الكرة الزجاجية بسرعات مختلفة؟ 
• ما الذي سيحدث عند تغيير كتلة الكرة الثقيلة في منتصف قطعة القماش؟ 
• ما الذي سيحدث عند وجود جسمين ثقيلين في المنتصف لهما نفس الكتلة وبينهما مسافة؟
• ما الذي سيحدث عند وجود جسمين ثقيلين في المنتصف لهما كتل مختلفة وبينهما مسافة؟
• ما الذي سيحدث للشمس لو كانت ثقبًا أسودًا؟
• ما الذي سيحدث عند اصطدام ثقبين أسودين لهما نفس الكتلة والجاذبية؟
• ما الذي سيحدث للإنسان عند دخوله في الثقب الأسود؟

6) اطلب من كل مجموعة أن تعرض تصاميمها أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: الحركة الدورانية، الحركة اللولبية (الحلزونية)، الثقوب السوداء، الجاذبية.

7) اشرح للطلاب مراحل تكون الثقوب السوداء، واعرض لهم مقطع فيديو قصير ومناسب يوضح آخر ما توصل له العلم الحديث في شرح الثقوب السوداء.

8) اطلب من المجموعات أن تكتب ماذا تعلمت عن موضوع الدرس أو النشاط في جدول التعلم المرفق في ورقة العمل.

9) اطلب من كل مجموعة أن تصمم قطعة قماش تمثل الفضاء وطريقة لتمثيل الثقب الأسود بطريقة إبداعية، والإجابة على أحد الأسئلة العلمية السابقة وتقديمه كمشروع في نهاية الوحدة أو الفصل.

كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟

*العلوم: التعرف على مراحل حياة النجوم وتحولها إلى الثقب الأسود، والعلاقة بين كتلة النجم وجاذبيته، والإجابة على الأسئلة الاستقصائية في هذا النشاط.

*التقنية: استخدام أنواع مختلفة من الكرات والأجسام من حيث الكتلة.

*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لنمذجة مشروع الثقوب السوداء.

*الفنون: رسم المسارات المختلفة لدحرجة الكرة الزجاجية واستخدام فن التصوير البطيء والتلوين لرسم لوحة تمثل الفضاء والثقب الأسود.

*الرياضيات: حساب كتلة الكرات وقياس الوقت المستغرق في مسار الجسم حتى اصطدامه في الثقب الأسود، وتمثيلها بيانيًا وتحليلها إحصائيًا.

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 نموذج الفضاء والثقب الأسود، أو استخدام سكامبر SCAMPER لتصميم وبناء نموذج الثقب الأسود.

*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 للثقوب السوداء الخاصة بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.

المصادر:

https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/black-hole-model