تحولات المادة

حالات المادّة تصف طريقة تراكم جسيمات المادّة. حالات المادّة الأكثر انتشارًا هي الصلبة والسائلة والغازية، ولكلّ واحدة منها صفاتها المميّزة. في شروط ضغط ثابت ودرجة حرارة ثابتة، للجسم في حالة المادّة الصلبة شكل وحجم ثابتان، وللجسم في حالة المادّة السائلة حجم ثابت لكنّ شكله يُحدَّد حسب الوعاء الذي يتواجد فيه، والجسم في حالة المادّة الغازية يتمدّد بصورة متجانسة في فراغ الوعاء الذي يتواجد فيه، بحيث يُحدَّد حجمه وشكله حسب فراغ الوعاء. الحدود القائمة بين حالات المادّة ليست دقيقة؛ تتواجد موادّ كثيرة على التسلسل بين حالة المادّة السائلة والصلبة (كالعسل والسليفات والزبدة وغيرها). يمكن للكثير من الموادّ الانتقال من حالة معيّنة للمادّة إلى حالة أخرى في عمليتَي التبريد والتسخين*. العملية التي ينتقل فيها الجسم من حالة المادّة الصلبة إلى حالة المادّة السائلة تُدعى عملية الصَّهر (أو الانصهار)، وتحدث نتيجة عملية التسخين. العملية التي ينتقل فيها الجسم من حالة المادّة السائلة إلى حالة المادّة الصلبة تُدعى عملية التجميد (أو التصلّب)، وتحدث نتيجة عملية التبريد. العملية التي ينتقل فيها الجسم من حالة المادّة السائلة إلى حالة المادّة الغازية تُدعى عملية التبخّر (أو التبخير، التطاير)، وتحدث نتيجة عملية التسخين؛ هناك عملية أخرى وهي عملية الغليان التي فيها أيضًا تنتقل المادّة من حالة المادّة السائلة إلى الغازية. في حين أنّ عملية التبخّر تحدث من سطح المادّة وفي كلّ درجة حرارة، فإنّ عملية الغليان تحدث من كلّ جسم المادّة وفقط في درجة حرارة معيّنة وفي ضغط معيّن.  العملية التي ينتقل فيها الجسم من حالة المادّة الغازية إلى حالة المادّة السائلة تُدعى عملية التكثّف (أو التكثيف)، وتحدث نتيجة عملية التبريد. كثير من الموادّ التي حولنا لا يمكنها الانتقال من حالة معيّنة للمادّة إلى حالة أخرى؛ على سبيل المثال: الورق لا يمكنه الانتقال إلى حالة المادّة السائلة أو الغازية، فهو يحترق في التسخين ويغيّر تركيبه الكيميائي. هناك موادّ (كاليود وثاني أكسيد الكربون)، تنتقل من حالة المادّة الصلبة مباشرةً إلى حالة المادّة الغازية. تسمّى هذه العملية التسامي، والعملية العكسية للتسامي (التي ينتقل فيها الغاز مباشرةً إلى صلب) تُسمّى الترسيب. على سبيل المثال، بخار الماء الموجود في المجمّد يمكنها في شروط ملائمة المرور بترسيب والتحوّل إلى جليد.

* في عملية التبريد تُنقَص طاقة حرارية من المجموعة، بينما في عملية التسخين تُضاف طاقة حرارية إلى المجموعة.

وصف عملية التعليم

الاعتبارات: هذا الموضوع الفرعي هو مراجعة لما سبق تعلّمه في المدرسة الابتدائية، ويمكن الافتراض أنّ الطلاّب يعرفون جيّدًا مميّزات الموادّ الصلبة والسائلة والغازية وينجحون في تشخيص حالات المادّة المختلفة. لذلك هدف التعلّم هو أساسًا مراجعة وعرض حالة المادّة كصفة تميّزها.

في هذا القسم يتعلّم الطلاّب مميّزات حالات المادّة والعمليات التي تمرّ بها المادّة من حالة إلى أخرى. يتمّ التشديد على حقيقة أنّه ليس كلّ الموادّ يمكنها أن تكون في حالات المادّة الثلاث، مثلاً، الورق لا يمكنه أن يكون في الحالة السائلة أو الغازية. عمليًا معظم الموادّ من حولنا هي خلائط، لذلك لا يمكنها أن تكون في أكثر من حالة واحدة للمادّة. في هذا الموضوع الفرعي نتيح للطلاّب تشخيص موادّ مختلفة وتمييز حالتها ونعطي مثالاً لعملية انتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة والغازية. يمكن إعطاء مثال لذلك عن طريق تسخين الثلج أو الشمع وتكرار المصطلحات التي تصف الانتقالات بين حالات المادّة. هذا هو المكان لاستعمال وسائل بصرية وتصنيف الموادّ التي تظهر في الصور حسب حالات المادّة الثلاث والتمرّن على المصطلحات التي تتناول الانتقالات بينها. إذا كانت هنالك إمكانية، نوصي جدًّا بإحضار كتلة من "الجليد الجافّ" (ثاني أكسيد الكربون الصلب) إلى الصفّ للتحدّث عن دلالة اسمها، وإعطاء مثال لفعاليات بسيطة لكن مثيرة للعمليات التالية: التسامي، تكثيف بخار الماء الذي في الهواء، تجمّد الماء، وغيرها.

صعوبات مميّزة من أبحاث في تعليم العلوم

1.     صعوبة في التطبيق. يفهم الكثير من الطلاّب أنّ الحالة الصلبة للماء هي الجليد، ويفهمون عملية انصهار الجليد، لكنّهم لا يطبّقون فهم عملية انصهار الجليد على موادّ أخرى.

2.     صعوبة في التفريق بين التبخّر (التطاير) والغليان. مثلاً، يعتقد الطلاّب أنّ عملية التبخّر في الطبيعة تتمّ بواسطة الغليان.

3.     تعميمات زائدة. يعتقد الكثير من الطلاّب أنّ الغليان يحدث دائمًا في ^o100 درجة مئوية.

4.      بلبلة بين مصطلحَي الصهر والإذابة.

اقتراحات لمواجهة الصعوبات:

1.     مرافقة الطالب في التجارب لإثبات الظواهر التي من الصعب فهمها.

2.     تجريب موادّ أخرى (غير الماء)، في سياق حالات المادّة، مثلاً الجليد الجافّ والنيتروجين السائلي.

3.     استعمال أفلام توثّق تجارب لا يمكن إجراؤها في مختبر المدرسة (موجودة في الجدول التالي).

يعرض الجدول التالي اقتراحات لتسلسل التعليم/ التعلّم/ التقييم للموضوع الفرعي حالات المادّة والانتقالات بينها. يشمل الجدول تطرّقًا إلى المواضيع المركزية ترافقها فعاليات مفتاحية (تجارب موصى بها، محاكاة للواقع، مشاكل، جولات، أفلام)، وتوجيهًا إلى الموادّ التعليمية في العلوم والتكنولوجيا في المدرسة الإعدادية (الوحدات التعليمية، مواقع في الإنترنت وغير ذلك) وتوجيهًا إلى مهمّات التقييم.

المواضيع	مجال الساعات الموصى به	مصطلحات وأفكار	مهارات	نشاطات مفتاحية	توجيه إلى الموادّ التعليمية	توجيه إلى مهمّات التقييم
حالات المادّة	2-4	حالات المادّة الصلبة والسائلة والغازية هي مميّزات المادّة. الانتقالات بين حالات المادّة- الانصهار والتبخّر والغليان والتكثيف والتجميد.	استعمال خريطة المصطلحات	- تمييز حالات المادّة للموادّ المختلفة في درجة حرارة الغرفة - صهر الجليد/ الشمع وبعد ذلك غلي - تكثيف بخار الماء/ الشمع إلى الحالة السائلة وبعد ذلك تجميدهما إلى الحالة الصلبة. عرض التسامي (الجليد الجافّ واليود)	" توسّع: ص 50-53 فيلم قصير- إسالة الهواء بواسطة النيتروجين. المختبر: لون الأوكسجين- إسالة الأوكسجين الذي في الهواء بواسطة النيتروجين.	72-92

موادّ تعليمية تتناول مضامين عدّة التعليم- التعلّم- التقييم في موضوع "الموادّ- صفاتها واستعمالاتها"

·         נוסבאום, י., יחיאלי, ת., (2000). "מבנה החומר: ריק וחלקיקים", מדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים, מטמו"ן, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע, רחובות.

فيما يلي مهمّات تقييمية متنوّعة لها صلة بمواضيع هذه العدّة. يمكن أن تتضمّن المهمّات سؤالاً واحدًا أو أكثر بحيث يبلغ مجموعها حوالي 100 سؤال مصنّفة حسب مصطلحات ومهارات ومستوى ذهني (معرفة وتطبيق واستنتاج وتعليل (Reasoning)، ودرجة الصعوبة ونوع السؤال.

يمكن أن تستعمل أسئلة المهمّات لأغراض التشخيص والتعلّم والتمرّن والامتحان، وهي منظّمة في مجموعات تلائم الأبعاد الذهنية المختلفة المعرّفة في مستندات TIMSS  2011/2007، التي تمّ تبنّيها لغرض تمييز أسئلة التقييم.

تجدون الإجابات الصحيحة أو الإجابات الممكنة لاحقًا.

جدول مسح أسئلة التقييم

رقم السؤال	المصطلحات	المهارات	المستوى الذهني	درجة الصعوبة	نوع السؤال
1.	صفات الصلابة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
2.	قابلية الاشتعال	مقارنة وتصنيف	معرفة	سهل	مغلق
3.	توصيل الحرارة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
4.	الغازات في الهواء	-	معرفة	سهل	مغلق
5.	الغازات في الهواء	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
6.	صفات ثاني أكسيد الكربون	تصنيف، ملاءمة، حجاج	معرفة	سهل	مغلق
7.	صفات الهيدروجين	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
8.	تصنيف موادّ	تصنيف وملاءمة	معرفة	سهل	مغلق+ تعليل
9.	توصيل الحرارة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق+ تعليل
10.	صفات الأوكسجين	-	معرفة	سهل	مغلق
11.	قابلية الاشتعال	-	معرفة	سهل	مغلق
12.	توصيل الحرارة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
13.	صفات الهيدروجين	ملاءمة	معرفة	سهل	مفتوح
14.	صفات الغازات	ملاءمة	تطبيق	سهل	مفتوح
15.	صفات الغازات	-	تطبيق	سهل	مفتوح
16.	صفات الغازات	-	تطبيق	متوسّط	مفتوح
17.	صفات الموادّ	تصنيف وملاءمة	تطبيق	متوسّط	مغلق
18.	الذائبية	تصنيف وملاءمة	تطبيق	متوسّط	مغلق
19.	تصنيف موادّ	ملاءمة	تطبيق	متوسّط	مغلق
20.	صفات ثاني أكسيد الكربون	ملاءمة	تطبيق	صعب	مفتوح
21.	الصلابة	ملاءمة	تطبيق	متوسّط	مغلق
22.	قابلية الاشتعال	تفسير علمي	تطبيق	متوسّط	مفتوح
23.	صفات ثاني أكسيد الكربون	ملاءمة	تطبيق	سهل	مفتوح
24.	صفات ثاني أكسيد الكربون	تفسير علمي	تطبيق	متوسّط	مفتوح
25.	صفات ثاني أكسيد الكربون	حجاج	تطبيق	صعب	مفتوح
26.	صفات الهواء	حجاج	استنتاج وتعليل	متوسّط	مفتوح
27.	توصيل الحرارة	تفسير علمي	استنتاج وتعليل	صعب	مفتوح
28.	حجم الموادّ الصلبة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق+ تعليل
29.	قياس الحجم	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
30.	الميزان	قياسات	معرفة	سهل	مغلق
31.	الحجم- وحدات القياس	-	معرفة	متوسّط	مغلق
32.	قياس الحجم- وسائل القياس	ملاءمة	معرفة	متوسّط	مغلق
33.	الكتلة والحجم	-	معرفة	سهل	مغلق
34.	الحجم- المقادير	-	معرفة	سهل	مغلق
35.	الحجم	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
36.	قياس الحجم	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
37.	الحجم	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
38.	الكتلة- وحدات القياس	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
39.	الحجم- وحدات القياس	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
40.	الكتلة والحجم- وحدات القياس	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
41.	الحجم وتغيّر الشكل	-	معرفة	سهل	مغلق
42.	الكتلة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
43.	الكتلة والميزان	استنتاج	معرفة	متوسّط	مغلق
44.	الحجم	ملاءمة	معرفة	متوسّط	مغلق
45.	الكتلة	-	معرفة	متوسّط	مغلق+ تعليل
46.	الكتلة	-	معرفة	سهل	مفتوح
47.	قياسات الحجم	ملاءمة	معرفة	متوسّط	مغلق
48.	قياسات الحجم	-	تطبيق	متوسّط	مفتوح
49.	قياسات الكتلة	قياسات	تطبيق	صعب	مفتوح
50.	قياسات الكتلة	قياسات	تطبيق	صعب	مفتوح
51.	الحجم	ملاءمة	تطبيق	متوسّط	مغلق
52.	الكتلة والميزان	استنتاج	تطبيق	سهل	مغلق
53.	الكثافة والكتلة	استنتاج	تطبيق	صعب	مغلق
54.	الكثافة والكتلة	استنتاج	تطبيق	سهل	مغلق
55.	الكتلة والحجم	استنتاج	تطبيق	متوسّط	مغلق
56.	الحجم	حجاج	تطبيق	صعب	مغلق+ تعليل
57.	الحجم	-	تطبيق	متوسّط	مغلق
58.	الكتلة والميزان	استنتاج	تطبيق	متوسّط	مغلق
59.	الكثافة	استنتاج	تطبيق	صعب	مغلق
60.	الكثافة	استنتاج	تطبيق	صعب	مغلق
61.	الكتلة	حجاج	تطبيق	سهل	مفتوح
62.	حجم الغاز	تفسير علمي	تطبيق	صعب	مفتوح
63.	حجم الهواء	تفسير علمي	تطبيق	متوسّط	مفتوح
64.	حجم الهواء	تفسير علمي	تطبيق	متوسّط	مفتوح
65.	كتلة وحجم الغاز	حجاج	تطبيق	متوسّط	مفتوح
66.	قياس الحجم والكتلة	قياسات	تطبيق	متوسّط	مفتوح
67.	الكتلة	قياسات	تطبيق	متوسّط	مفتوح
68.	حساب الحجم	-	تطبيق	متوسّط	مفتوح
69.	كتلة وحجم الغاز	تفسير علمي	استنتاج وتعليل	متوسّط	مفتوح
70.	قياس حجم السائل	حجاج	استنتاج وتعليل	متوسّط	مغلق
71.	تكييل، قياس حجم السائل	حجاج	استنتاج وتعليل	صعب	مفتوح
72.	تغيير حالة المادّة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
73.	تغيير حالة المادّة	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
74.	دورة المياه في الطبيعة	-	تطبيق	متوسّط	مفتوح
75.	عملية التجميد، درجة حرارة الانصهار	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق
76.	الانصهار	ملاءمة	معرفة	سهل	مغلق

77.