האתגרים והפתרונות של לימוד מתמטיקה בבתי ספר

מעבר להתמודדויות השגרתיות הנפוצות בבתי הספר, לימוד מתמטיקה מהווה מאתגר יותר לתלמידים, ולכן גם למורים, ובשל כך מהווה אתגר לא פשוט למערכות החינוך בעולם, וכמובן גם בישראל. המתמטיקה היא שפה מופשטת ולוגית, ולכן לא קל לעורר סקרנות מצד התלמידים, ולא קל ללמוד את השפה המיוחדת הזו. לימוד מתמטיקה גם דורש מן המורים להנחיל מיומנויות חשובות לתלמידיהם, כמו הסקה של מסקנות, פתרון של בעיות, ואלה גם דורשים תקשורת בינאישית ברמה גבוהה.
ישנן דרכים שמסייעות להתמודדות עם אתגרים אלה, כמו הפעלת תלמידים בעידוד חקר, השתתפות, ושאילת שאלות בתהליך פתרון בעיות; ארגון סביבת לימודים מעודדת יצירתיות, כמו שילוב התלמידים בעיצוב הכיתה בהתאם למקצוע על מנת להגביר מוטיבציה; השראת אווירה רב תחומית בלמידה, שתשלב בין מקצועות המתמטיקה והמדעים השונים, תעשיר את היצירתיות ותגביר את המוטיבציה; וקישור השיעור לסוגיות אקטואליות. דרכים אלה דורשות מהמורים דיוק ויצירתיות, והן לכשעצמן מעמיסות מאוד על המורים.

הקשיים המאפיינים את מקצוע המתמטיקה הביאו למחסור במורים, לא רק בארץ אלא בעולם באופן כללי. שיעור הנשירה של מורים למתמטיקה ולמדעים הוא גבוה מאוד בהשוואה למקצועות נוספים, בשל אתגרי המקצוע, וכנראה גם בשל הזדמנויות תעסוקה מפתות יותר בתחומי הנדסה, טכנולוגיה ועסקים במגזר העסקי. הדבר מביא לתופעה רחבה של העסקת מורים שאינם בעלי הכשרה מלאה להוראת המקצוע. שיעור המורים למתמטיקה שאינם בעלי הכשרה מלאה לכך עומד בישראל על כארבעים אחוזים.
כדי להתמודד עם מחסור במורים קיימים בישראל מסלולי הסבת אקדמאים להוראה, שמכשירים אקדמאים מתחומי המתמטיקה להוראה של מקצועות אלה, וכן קורסים למורים מוסמכים בתחומים אחרים, שיעניקו להם התמקצעות במקצועות המתמטיקה. בנוסף ישנם נסיונות למתן הטבות למורים בתחומים אלה, שישכנעו מורים להצטרף להוראה, כמו חלוקת עומס עבודה בין צוותי מורים, מתן אפשרות של הוראה מקוונת במקום הצורך להגיע פיזית לבית הספר ומתן הטבות בסבסוד מגורים ודיור.

מה שמקשה עוד על ההוראה בתחום זה היא העובדה שהשונות ברמת היכולת וברמת ההצלחה של התלמידים בתוך הכיתה גבוהה מאוד. הכיתות כוללות בתכן תלמידים חלשים ותלמידים חזקים מבחינה לימודית גם יחד, מה שמקשה על מתן יחס אישי לכולם, וממילא מגביל את ההישגים. במדינת ישראל משקיע משרד החינוך משאבים ומאמץ על מנת להעלות את מספרי התלמידים הניגשים לבגרות במתמטיקה של 5 יחידות לימוד, מה שהופך את הכיתות להטרוגניות יותר, ומביא למצב מאתגר יותר.

בעולם נבחנות דרכים שונות על מנת להתמודד עם קושי זה. בניו יורק, למשל, קיים בית ספר פרסונלי, בו לכל תלמיד נבנית תכנית לימודים אישית בהתאם ליעדים, לחוזקות ולנקודות החולשה שלו, כמו גם גודל הקבוצות בכל שיעור והרכב המשתתפים המותאמים אישית לכל שיעור ולכל תלמיד. בסוף כל יום מתבצע ניתוח המידע שנאסף באותו יום, ועל פיו נבנית המלצה לתוכנית הלימודים למחרת.

דרך נוספת שנבחנת כזו שתוכל לתת מענה להתמודדות עם אתגרי המקצוע בבתי הספר היסודיים והעל-יסודיים, ובשנים האחרונות התפתחה מאוד, זוהי למידה מבוססת משחק ככלי חינוכי, בעיקר באמצעות למ"ט, למידה מבוססת טכנולוגיה.
מחקרים מוכיחים כי משחק הוא כלי למידה יעיל ביותר. הוא נתפס אצל התלמידים ככיף והנאה, מפחית חששות מכישלון ומאי הצלחות, מפחית תחושות שליליות, ומגביר השתתפות. משחק מקדם למידה אף בקרב תלמידים בעלי הפרעות קשב וריכוז.

במשך מספר שנים נעשו נסיונות לשימוש במשחקים ככלים דידקטיים ללימוד מתמטיקה. אולם מה שהביא את הפריצה הגדולה בתחום זה הייתה דווקא הקורונה. עם האילוץ לפיתוח הלמידה מרחוק, נכנסו משחקי מחשב למערכי לימודים, בעיקר כתחרויות וירטואליות כדוגמת חדרי בריחה.

משימות תחרותיות מאתגרות את התלמידים ומוסיפות להם מוטיבציה ללמוד ולהשתמש בידע הנלמד למציאת פתרונות יצירתיים לבעיות יישומיות ואמיתיות שונות. משימות אלה מעוררות סקרנות בקרב התלמידים, ומביאות לשיפור בהישגים. 
על פי מחקרים, התנסות בלמ"ט באופן עקבי לפחות פעם בשבוע, משפרת את הישגי התלמידים באופן ניכר, ומסייעת להם להשיג ציונים גבוהים יותר, לדייק יותר בחישוב התרגילים, ולמצוא תשובות באופן זריז יותר.

נראה שאחד הגורמים להתקדמות התלמידים המשתמשים בלמ"ט הוא ההערכה האוטומטית והמשוב המיידי שהם מקבלים. המשוב המיידי מונע מצב של בזבוז זמן בו מחכים התלמידים ללא מעש לבדיקת המורה, ומספק להם יותר זמן תרגול. בנוסף מאפשר המשוב לכל תלמיד להבין בעצמו במה קשה לו ולפתח אסטרטגיות פתרון בעיות. כך הוא נזקק פחות לעזרת המורה, וזה קורה רק אם לא הצליח להתמודד לבד. ייתרון נוסף בלמ"ט הוא העובדה שכשהתחרות היא לא רק בין תלמידים אלא גם בין בתי הספר, נוצרת שותפות ועזרה הדדית בין התלמידים.

פיתוח משחקי מחשב ללימוד מתמטיקה דורש שיתוף של מומחים מתחומי ההוראה, המתמטיקה ועולמות החידות והבריחה גם יחד. למידה באמצעות משחקי מחשב היא למעשה עבודה עצמית. תלמידים מעדיפים עבודה עצמית, בין אם הם מתקשים או מצטיינים, אולם מצד המורים עבודה כזו דורשת לתת יותר אמון בתלמיד מחד, ולספק ליווי אישי מאידך. ואכן כל תלמיד מתקדם בקצב משלו ומקבל משוב ממשקים מקוונים מבלי שישב בכיתה או יפגוש מורה, אך המורה מקבל מידע רב על התלמיד ויכול לזהות את הקשיים והחוזקות שלו מבלי לפגוש אותו, ולהתאים לו מסלול למידה ייחודי.

על מנת שאכן תגביר צורת למידה זו את המעורבות, הסקרנות והמוטיבציה של התלמידים צריכות תוכנות לימוד לכלול מתן משוב תדיר, מיידי ומהימן לתלמידים; חלוקת מטלות פדגוגיות לרמות קושי כך שתהיה התאמה לרמת התלמיד, ובמקביל עידוד לעליה ברמת הקושי מבלי להישאר באזור הנוחות; חלוקת המטלות המורכבות לתרגילים תמציתיים, נקודתיים וקצרים שיקיפו את כלל הנושא; חופש לבחירת התרגילים וסדר הפתירה כרצון התלמידים; מתן אפשרות לתלמידים לחזור ולתרגל ככל העולה על רוחם, וכן תגמול והוקרה בצורת תגמולים ופרסים שידווחו למורים, להורים, ולחברים.