نموذج اختبار في ديداكتيك مادة التخصص - الفيزياء والكيمياء - وزارة التربية الوطنية - المركز الوطني للتقويم والامتحانات 2022

هذا النموذج هو اختبار ديداكتيك مادة التخصص (الفيزياء والكيمياء) في امتحان الكفاءة المهنية لولوج الدرجة الأولى من إطار أساتذة التعليم الثانوي التأهيلي — المركز الوطني للتقويم والامتحانات، دورة دجنبر 2022. مدة الإنجاز: ثلاث ساعات، المعامل: 1. الموضوع أسئلة مفتوحة حول تدريس أجزاء الكهرباء بالثانوي التأهيلي. ما يلي تصحيح مقترح يتبع ترقيم الورقة.

💡 منهجية عامة: أجب بعناصر مرقمة ودقيقة، وادعم كل جواب بمثال من دروس الكهرباء. الأسئلة التي تطلب «بطاقة» أو «وضعية» أو «شبكة تصحيح» تُنقَّط على اكتمال العناصر، فقدّمها في شكل جدول واضح.

السؤال 1 (نقطة واحدة) — أربعة إجراءات ديداكتيكية للرفع من فعالية تدريس أجزاء الكهرباء

• تشخيص التمثلات والمكتسبات القبلية ومعالجتها قبل بناء المفهوم: التعلم الجديد يُبنى على ما عند المتعلم، والتمثل الخاطئ غير المعالَج يقاوم التدريس.
• الانطلاق من وضعيات-مشكلة واعتماد النهج التجريبي: يعطي معنى للتعلم وينمّي مهارات النهج العلمي، والكهرباء مجال ملائم للقياس والتحقق.
• النمذجة وتنويع صيغ التمثيل (تبيانة، علاقة رياضية، منحنى، مماثلة): يساعد على الانتقال من الملاحظ إلى المجرد وعلى الربط بين التجربة والنموذج.
• إدماج تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (المحاكاة، المجدول، التجريب المدعم بالحاسوب): يُظهر ظواهر سريعة أو غير مرئية ويختصر وقت المعالجة لصالح التحليل.
• (يمكن كذلك ذكر) التقويم التكويني والدعم، وتنويع أشكال العمل وتشجيع التعلم الذاتي.

السؤال 2 (نقطتان) — التصور الذي بنيت عليه أجزاء الكهرباء

حسب وثيقة التوجيهات التربوية والبرامج الخاصة بتدريس مادة الفيزياء والكيمياء بسلك التعليم الثانوي التأهيلي (نونبر 2007، فقرات «التصور العام للبرنامج» لكل مستوى)، يقوم تصور أجزاء الكهرباء على ما يلي:

• الطابع التجريبي: تسمح الكهرباء للمتعلم بالاستعمال المباشر للأجهزة، لذلك وُضع برنامجها تجريبياً ليساعده على اكتساب المنهج التجريبي؛ وتُنجز دراسته أساساً من طرف المتعلمين أنفسهم (تجارب، بحوث، إنجاز تراكيب، استغلال برانم) بأجهزة بسيطة وبالحاسوب، مع التطرق خلال كل قياس إلى الارتيابات الناتجة عنه.
• الاستمرارية مع الثانوي الإعدادي (الجذع المشترك): تعزيز مفهومي شدة التيار والتوتر وقانون العقد وإضافية التوترات التي سبق التطرق إليها، للبحث تجريبياً في استجابة ثنائيات القطب النشيطة وغير النشيطة وتحديد نقطة اشتغال ثنائي قطب في دارة؛ وتقويم الفكر الاستنتاجي الاستقرائي بدراسة أمثلة لتجميع ثنائيات القطب، ودراسة دارات تضم الترانزستور والمضخم العملياتي لربط الفيزياء المدرّسة بالفيزياء العملية.
• المقاربة الطاقية (السنة الأولى بكالوريا): محور «انتقال الطاقة في التيار الكهربائي المستمر» يبرز كيفية تحول الطاقة في دارة مع التركيز على مفعول جول بإيجابياته وسلبياته؛ ومحور «المغنطيسية» يفتح مجالاً جديداً ويبني مفهوم المجال المغنطيسي تجريبياً؛ ويبرز المحوران معاً الدور المحرك لقوى لابلاص التي تحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.
• التطور الزمني للمجموعات (السنة الثانية بكالوريا): دراسة ظواهر مرتبطة بتيارات متغيرة بالارتكاز على المكثف والوشيعة؛ تبقى القوانين الأساسية المعتمدة في التيار المستمر (إضافية التوترات والعقد) صالحة للمقادير اللحظية؛ يُقدَّم المكثف والوشيعة «أمبريقياً» دون التطرق إلى التحريض الذاتي؛ وتتوخى الدراسة النظرية لـ RC و RL إثبات المعادلة التفاضلية والتحقق من حلها وتحديد الثوابت انطلاقاً من بارامترات الدارة والشروط البدئية، في إطار مقارنة تنبؤات نموذج نظري بنتائج تجريبية.
• بناء متدرج يعمّق مفاهيم سبق التطرق إليها ويقدّم أخرى جديدة حسب خصوصيات كل شعبة، مع الانفتاح على التطبيقات (نقل المعلومات، تضمين الوسع) والوعي بأهمية الاحتياطات للوقاية من أخطار التيار الكهربائي.

السؤال 3 (نقطتان) — المفاهيم الأساسية وتسلسلها في المستويات الثلاثة

التسلسل: المقادير الأساسية (الشدة، التوتر) ← قوانين الدارات ← مميزات ثنائيات القطب ونقطة الاشتغال ← المقاربة الطاقية ← النظام الانتقالي (RC ثم RL) ← النظام المتذبذب (RLC) ← التطبيق في الاتصالات. كل مرحلة تستثمر سابقتها: دراسة RC تستلزم التحكم في قانون إضافية التوترات وقانون أوم وفي اصطلاح المستقبل.

السؤال 4 — تصحيح التمثلات والتحقق من التحكم في التعلمات

1.4 (نقطة واحدة) — تمثل خاطئ ومنهجية تصحيحه

التمثل (جزء الكهرباء بالسنة الثانية): «عند اكتمال شحن المكثف يستمر مرور التيار عبره كما يمر عبر موصل أومي»، أو عكسه: «شدة التيار تتزايد أثناء الشحن مثل التوتر بين مربطي المكثف». (مثال من السنة الأولى: «المولد يمنح الشدة نفسها مهما كانت الدارة» أو «التيار يُستهلك في المستقبل».)

منهجية التصحيح:

1. الكشف: سؤال توقعي قبل التجربة: «ارسم كيف تتغير شدة التيار خلال الشحن».
2. المواجهة (صراع معرفي): إنجاز دارة RC بمصباح أو بأمبيرمتر ومعاينة u_C(t) و u_R(t): المصباح يتوهج ثم ينطفئ، والشدة تتناقص حتى تنعدم بينما u_C يتزايد نحو E.
3. التفسير وإعادة البناء: المكثف يتضمن عازلاً؛ الشحنات تتراكم على لبوسيه ولا تعبره؛ i = dq/dt = C·du_C/dt، فالشدة مرتبطة بتغير u_C لا بقيمته.
4. التثبيت: تمرين تطبيقي على منحنيات، ثم سؤال تحقق في حصة لاحقة.

2.4 (0,5 نقطة) — مثال لعملية من عمليات النقل الديداكتيكي

مثال: المولد الحقيقي. في المعرفة المرجعية مصدر تتدخل فيه ظواهر كهركيميائية معقدة ومميزته ليست خطية تماماً. يقوم الأستاذ بـنمذجته بثنائي قطب خطي يميزه مقداران: قوة كهرمحركة E ومقاومة داخلية r، بحيث U_PN = E − r·I في مجال اشتغال محدود. هذا تبسيط يجعل المفهوم قابلاً للتدريس والتحقق التجريبي بالجذع المشترك، مع التصريح بحدود النموذج (مجال الخطية). مثال آخر: اعتبار المكثف والوشيعة «مثاليين» عند دراسة RC و RL.

3.4 (1,5 نقطة) — التحقق من مدى تحكم المتعلمين

المقطع المختار: التوتر الكهربائي المستمر وتمثيله (الجذع المشترك العلمي).

• أهداف التعلم كما تحددها التوجيهات التربوية (2007، الجذع المشترك، فقرتا «التوتر الكهربائي المستمر – تمثيله» و«فرق الجهد»): معرفة التوتر الكهربائي المستمر كمقدار جبري يمثَّل بسهم؛ استعمال الفولطمتر وكاشف التذبذب لقياس التوتر؛ معرفة فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين من دارة وربطه بالتوتر (U_AB = V_A − V_B)؛ معرفة خاصية التوتر في دارة متوالية وفي دارة متفرعة؛ تحديد الارتيابات ودقة القياس؛ كتابة النتائج بالوحدات المناسبة والأرقام المعبرة. النشاط المقترح في الوثيقة: الإبراز التجريبي للتوتر المستمر ولفرق الجهد باستعمال أجهزة القياس.
• المضمون العلمي: U_AB = −U_BA؛ السهم الممثل لـ U_AB موجَّه من B نحو A؛ الفولطمتر يُركَّب على التوازي ومربطه COM موصول بـ B لقياس U_AB؛ U_AC = U_AB + U_BC.
• المنهجية: وضعية تقويمية قصيرة تُنجز فردياً ثم تُصحَّح وفق معايير معلنة.

مثال: دارة متوالية تضم مولداً (P، N) ومصباحين L₁ بين A و B و L₂ بين B و C، مع U_PN = 6,0 V و U_AB = 2,5 V. المطلوب: (أ) تمثيل التوترات U_PN و U_AB و U_BC بأسهم؛ (ب) حساب U_BC ثم U_CB؛ (ج) بيان كيفية ربط الفولطمتر لقياس U_BC.

عناصر الإجابة: U_BC = U_PN − U_AB = 6,0 − 2,5 = 3,5 V؛ U_CB = −3,5 V؛ الفولطمتر على التوازي مع L₂، المربط V عند B والمربط COM عند C.

مؤشرات التحكم: اتجاه الأسهم صحيح؛ كتابة العلاقة قبل التطبيق العددي؛ إشارة U_CB؛ وضع الجهاز. يُحلَّل نوع الخطأ (إشارة، اتجاه السهم، تركيب الجهاز) ويُبنى عليه الدعم.

السؤال 5 — مميزة ثنائي القطب النشيط (الجذع المشترك العلمي)

1.5 (1,5 نقطة) — بطاقة متكاملة للتجريب وتدبير حصة الأشغال التطبيقية (خط مميزة مولد)

التدبير العملي: تقديم الوضعية والهدف (10 دقائق: «لماذا ينخفض التوتر بين مربطي العمود عندما نشغّل به جهازاً؟») ← اقتراح التركيب ومراقبته من طرف الأستاذ قبل التشغيل (15 دقيقة) ← القياسات في مجموعات صغيرة مع توزيع الأدوار (30 دقيقة) ← خط المميزة واستثمارها (30 دقيقة) ← تقاسم النتائج، مناقشة مصادر الارتياب، صياغة الخلاصة (20 دقيقة) ← تقرير مختصر يُنجز في البيت.

2.5 (0,5 نقطة) — القيمة المضافة للتجريب في هذه الوحدة

• المميزة مفهوم تجريبي بطبيعته: العلاقة U_PN = E − r·I تُستخرج من القياس فتكتسب معناها.
• يُدرك المتعلم أن المولد الحقيقي ليس مثالياً وأن توتره يتغير بتغير الشدة (تصحيح تمثل «المولد يعطي توتراً ثابتاً»).
• تنمية مهارات: التركيب، القياس، خط منحنى، النمذجة بدالة تآلفية، تقدير الارتياب.
• التحفيز والعمل التعاوني واحترام قواعد السلامة.

3.5 (0,5 نقطة) — توظيف تكنولوجيا المعلومات والاتصالات

• المجدول: إدخال القياسات، خط المميزة، إضافة منحى خطي والحصول على معادلته (E و r مباشرة).
• التجريب المدعم بالحاسوب: اكتساب U و I بلاقطين ومعاينة المميزة آنياً.
• برامج المحاكاة: تحضير التركيب قبل الحصة، أو دراسة حالات يصعب إنجازها (تغيير r، تجميع المولدات، البحث عن نقطة الاشتغال).
• المسلاط والموارد الرقمية: عرض التركيب وتقاسم نتائج المجموعات ومقارنتها.

4.5 (0,5 نقطة) — إجراء عملي لتصحيح نقص في تقنيات التجريب

النقص المسجَّل مثلاً: تركيب خاطئ لأجهزة القياس (الأمبيرمتر على التوازي، عدم احترام القطبية، عيار غير مناسب) أو خط غير سليم للمنحنى. الإجراء: ورشة قصيرة للتمرن في بداية الحصة مع بطاقة تقنية لاستعمال متعدد القياسات. تدبيره: مجموعات صغيرة يقودها متعلم متمكن (تعلم بالقرين)؛ مهمة محددة: قياس شدة وتوتر في دارة بسيطة وفق البطاقة؛ الأستاذ يلاحظ بشبكة (التركيب، القطبية، العيار، القراءة) ويصحح فورياً؛ لا يُسمح بإغلاق القاطع إلا بعد مراقبة التركيب؛ ثم تُعاد المهارة نفسها في النشاط الرئيسي للتحقق من تجاوز النقص.

السؤال 6 — جزء الكهرباء بالسنة الثانية بكالوريا (علوم فيزيائية) ونموذج التعلم بحل المشكلات

1.6 — أهمية كل مرحلة من مراحل طريقة حل المشكلات

2.6 — وضعية-مشكلة وفق المواصفات

المواصفات: مرتبطة بمحيط المتعلم، ذات دلالة، تتضمن عائقاً معرفياً، في متناول المتعلمين دون أن يكون حلها فورياً، تقبل عدة فرضيات، وتستهدف تعلماً محدداً.

الوضعية المقترحة (ثنائي القطب RC): «يلاحظ مصور أن وامض آلة التصوير يحتاج إلى بضع ثوان بعد كل لقطة قبل أن يصبح جاهزاً من جديد، مع أن العمود موصول دائماً. وعند الضغط على الزر يُصدر الوامض ضوءاً قوياً في زمن وجيز جداً. كيف نفسر مدة الانتظار؟ وعلى ماذا تتوقف؟»

الوضعية تقود إلى دراسة شحن المكثف وتفريغه وثابتة الزمن، ويمكن تمديدها إلى وحدة RL بوضعية مماثلة (تأخر إقامة التيار في دارة تضم وشيعة، أو الشرارة عند فتح قاطع دارة تحريضية).

3.6 — تقديم المقطع (1): استجابة ثنائي القطب RC لرتبة توتر

التخطيط: حصتان (حصة تجريبية وحصة للنمذجة والتطبيق). المكتسبات القبلية: قانون إضافية التوترات، قانون أوم، العلاقة i = dq/dt و q = C·u_C، اصطلاح المستقبل. الوسائل: مولد توتر مستمر E، موصلات أومية، مكثفات، قاطع ذو موضعين، راسم تذبذب ذو ذاكرة أو وسيط معلوماتي.

4.6 — حصيلة التعلم في نهاية المقطع

• معرفة العلاقتين q = C·u_C و i = C·du_C/dt في اصطلاح المستقبل.
• إثبات المعادلة التفاضلية التي يحققها u_C أثناء الشحن والتفريغ والتحقق من حلها.
• معرفة تعبير ثابتة الزمن τ = RC، وحدتها، وتحديدها مبيانياً، وتأثير R و C.
• استغلال المنحنيات u_C(t) و i(t) وتمييز النظامين الانتقالي والدائم؛ معرفة أن u_C دالة متصلة.
• معرفة تعبير الطاقة المخزونة في المكثف: E_e = ½·C·u_C².
• منهجياً: إنجاز تركيب ومعاينة توتر، تغيير عامل واحد، مقابلة النموذج بالتجربة.

5.6 — نشاط في إطار التقويم التكويني

الهدف الذي برز عدم التحكم فيه: تحديد ثابتة الزمن مبيانياً واستنتاج مقدار مجهول.

النشاط: يُعطى منحنى u_C(t) لشحن مكثف مع E = 6 V و R = 1 kΩ، والمنحنى يبلغ 3,8 V عند t = 2 ms. المطلوب: تحديد τ بطريقتين ثم استنتاج C.

عناصر الإجابة: 0,63 × 6 = 3,8 V، إذن τ = 2 ms؛ المماس عند الأصل يقطع المقارب u_C = E عند t = τ؛ C = τ ÷ R = 2·10⁻³ ÷ 10³ = 2·10⁻⁶ F = 2 µF.

التدبير: إنجاز فردي (5 دقائق) ← مقارنة ثنائية بين متعلمين ← تصحيح جماعي مع إبراز الأخطاء الشائعة (قراءة τ عند منتصف E، رسم مماس في غير الأصل، خطأ في تحويل الوحدات) ← تمرين مماثل للمتعثرين بمساعدة قرين وتمرين إغناء للآخرين (حالة التفريغ: 37% من القيمة البدئية) ← سؤال تحقق قصير.

6.6 — وضعية اختبارية للتقويم الإجمالي (ثنائي القطب RC وثنائي القطب RL)

منهجية بناء الوضعية:

1. الرجوع إلى الإطار المرجعي للامتحان والتوجيهات لتحديد التعلمات المستهدفة في الوحدتين.
2. إعداد جدول تخصيص يوزع الأسئلة حسب المضامين (RC ثم RL) وحسب المستويات المهارية (استرداد المعارف، تطبيقها، استدلال وحل مشكل).
3. اختيار سياق وسند (تبيانة ومنحنيان).
4. صياغة أسئلة مستقلة ما أمكن، بتعليمات واضحة، مع مشوشات معقولة في أسئلة الاختيار من متعدد.
5. إعداد عناصر الإجابة وسلم التنقيط، ثم تجريب الوضعية وتعديلها.

الوضعية: ننجز على التوالي تركيبين بنفس المولد المؤمثل للتوتر (E = 6 V). التركيب (1): موصل أومي R = 10 kΩ ومكثف سعته C غير مشحون. التركيب (2): موصل أومي R′ = 40 Ω ووشيعة معامل تحريضها L ومقاومتها r = 10 Ω. يمثل المنحنى (أ) تغيرات u_C(t) ومنه τ₁ = 1,0 s، والمنحنى (ب) تغيرات i(t) ومنه τ₂ = 2,0 ms.

• س1 (اختيار من متعدد): تعبير ثابتة الزمن لثنائي القطب RL هو: أ) L·(R′ + r) — ب) L ÷ (R′ + r) — ج) (R′ + r) ÷ L — د) 1 ÷ (L·(R′ + r)).
• س2 (اختيار من متعدد): في النظام الدائم للتركيب (1): أ) i = E ÷ R — ب) u_C = 0 — ج) u_C = E و i = 0 — د) u_R = E.
• س3 (مفتوح): أثبت المعادلة التفاضلية التي يحققها u_C(t) وتحقق أن u_C = E(1 − e^−t/τ) حل لها.
• س4 (مفتوح): احسب السعة C.
• س5 (مفتوح): احسب شدة التيار في النظام الدائم في التركيب (2) ثم معامل التحريض L.
• س6 (مفتوح): احسب الطاقة المخزونة في كل من المكثف والوشيعة في النظام الدائم.

شبكة التصحيح (على 10 نقط):

تُضاف إلى الشبكة معايير عامة: ملاءمة الجواب للسؤال، الاستعمال السليم للعلاقات، صحة التطبيق العددي والوحدات، ووضوح التحرير.