Μια ενδοσχολική συνεργασία για την εφαρμογή δραστηριοτήτων διερευνητικής μάθησης στα Μαθηματικά και τις Φυσικές Επιστήμες

Transcript

1 Παναγιώτα Κοταρίνου Μαρία Πλιάκου Μαρία Χούπη Εκπαιδευτικοί του Καλλιτεχνικού Σχολείου Γέρακα Μια ενδοσχολική συνεργασία για την εφαρμογή δραστηριοτήτων διερευνητικής μάθησης στα Μαθηματικά και τις Φυσικές Επιστήμες

2 Θέμα εισήγησης Εφαρμογή δραστηριοτήτων με χρήση διερευνητικής μάθησης στα μαθηματικά και τις φυσικές επιστήμες, με θέματα που συνδέονται με τον χώρο της εργασίας. Η συνεργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού προγράμματος MaSciL το οποίο έχει ως στόχο την προώθηση της διδασκαλίας αυτής της μορφής.

3 Θέμα δραστηριοτήτων Οι δραστηριότητές μας: στηρίχτηκαν στην καθοδηγούμενη διερευνητική μάθηση (Guided Inquiry based learnig) αφορούσαν στην εγκατάσταση φωτοβολταϊκών (Φ/Β) στην ταράτσα μιας κατοικίας καθώς και στα οικονομικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα από την εγκατάσταση αυτή. Το ανοιχτό ερώτημα που πραγματεύθηκαν οι μαθητές ήταν: Συμφέρει ή όχι σε ένα νοικοκυριό στην Ελλάδα και γενικότερα στην ίδια τη χώρα να επενδύσει σε φωτοβολταϊκά;

4 Γενικοί στόχοι για τους μαθητές καλλιέργεια διερευνητικής σκέψης σύνδεση των γνωστικών αντικειμένων μαθηματικών, φυσικής και χημείας γνωριμία με την εφαρμογή της επιστημονικής γνώσης στην καθημερινή ζωή και στον χώρο εργασίας ενίσχυση της συνεργασίας και επικοινωνίας μεταξύ των μαθητών προετοιμασία για ενεργητική συμμετοχή στον σύγχρονο κόσμο και καλλιέργεια της αίσθησης του πολίτη άσκηση των μαθητών στην επιχειρηματολογία.

5 Στόχοι για τους εκπαιδευτικούς Εφαρμογή στην τάξη διερευνητικών τρόπων μάθησης (IBL) Σύνδεση γνωστικών αντικειμένων με το χώρο εργασίας Επαγγελματική εξέλιξη μέσω καινοτόμων διδακτικών μεθόδων και συνεργασίας μεταξύ ειδικοτήτων.

6 Πώς συνεργαστήκαμε Για το σχεδιασμό πραγματοποιήθηκαν: συναντήσεις ηλεκτρονική επικοινωνία προσαρμογή δραστηριοτήτων σε κάθε εκπαιδευτική βαθμίδα σύνδεση με το αναλυτικό πρόγραμμα (τριγωνομετρία, ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ισχύς και απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας).

7 Θέμα Συμμετέχοντας στην εκστρατεία για μια πράσινη ενεργειακά πόλη. Εγκατάσταση Φ/Β πάνελ σε επίπεδη ταράτσα Τελικό έργο Πραγματοποίηση στρογγυλού τραπεζιού με παιχνίδι ρόλων.

8 Μαθηματικά Τάξεις εφαρμογής Δύο τμήματα Β Λυκείου (23 και 21 μαθητές) Χρόνος: 3 και 2 ώρες αντίστοιχα Σύνδεση με αναλυτικό πρόγραμμα Εισαγωγή στο Κεφάλαιο της Τριγωνομετρίας Ερώτημα προς διερεύνηση από τους μαθητές: Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός φωτοβολταϊκών πλεγμάτων, με διαστάσεις 1,654 και και ισχύ 240 Watt/p, που μπορούμε να εγκαταστήσουμε σε μία επίπεδη ταράτσα με σχήμα ορθογωνίου διαστάσεων 13μ και 9μ, όταν η γωνία κλίσης του φωτοβολταϊκού με την ταράτσα είναι 28 0

9 Μαθηματικά Εισαγωγή στη δραστηριότητα Ψηφιακή παρουσίαση, Συζήτηση

10 Μαθηματικά Το «φύλλο εργασίας» Το «φυλλάδιο

11 Φυσική -Χημεία Τάξεις εφαρμογής Γ Γυμνασίου: 4 ομάδες (2 Φυσικής, 1 Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο,1 Χημείας) 2 διδακτικές ώρες 1 τμήμα Β Λυκείου: 3 ομάδες (1 Φυσικής, 1 Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο,1 Χημείας) 3 διδακτικές ώρες 1 τμήμα Σύνδεση με αναλυτικό πρόγραμμα Γ Γυμνασίου: Φυσική: Ενέργεια και ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος Χημεία: Πετρέλαιο, φυσικό αέριο, ρύπανση. Β Λυκείου Φυσική γενικής παιδείαςπροσανατολισμού: Ηλεκτρικό πεδίο, απόδοση μηχανών, ισχύς, ενέργεια. Χημεία: Καύσιμα, πετρέλαιο και παράγωγά του, φυσικό αέριο, ρύπανση.

12 Φυσική Χημεία Εισαγωγή στη δραστηριότητα Ψηφιακή παρουσίαση, Συζήτηση

13 Φύλλο εργασίας 1 (ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ -Φ/Β- ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ) Tα Φ/Β μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Η μετατροπή αυτή γίνεται αθόρυβα, αξιόπιστα και χωρίς περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Μία τυπική Φ/Β συστοιχία αποτελείται από ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια συνδεδεμένα μεταξύ τους. Όλη η παραγόμενη από το φωτοβολταϊκό ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο της ΔΕΗ και πληρώνεστε γι αυτή με βάση τη συμφωνηθείσα τιμή πώλησης, τιμή που είναι εγγυημένη για 25 χρόνια. Τα ΦΒ έχουν απόδοση 15,2% : δηλαδή όταν τα Φ/Β πλαίσια εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία, μετατρέπουν ποσοστό 15,2% περίπου της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν μηδενικές. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία κατά τη λειτουργία. Οι εγγυήσεις που δίνονται από τους κατασκευαστές για τις Φ/Β γεννήτριες είναι περισσότερο από 25 χρόνια καλής λειτουργίας. Το μέσο εμβαδόν κάθε Φ/Β που μπορεί να τοποθετηθεί στην οροφή ενός σπιτιού είναι 1,6m 2. Η αποζημίωση της ΔΕΗ ανά παραγόμενη kwh είναι 0,120 ευρώ. (Οικιακό τιμολόγιο ΔΕΗ: 0,07793 ευρώ/kwh). Ένα μέσο ελληνικό σπίτι με ηλιακό θερμοσίφωνα και λαμπτήρες οικονομίας αλλά και με air condition, καυστήρα πετρελαίου και ηλεκτρική κουζίνα καταναλώνει περίπου KWh/μήνα ΠΙΝΑΚΑΣ : Μηνιαία Ηλιακή Ενέργεια για την βέλτιστη κλίση γωνίας των Φ/Β πλεγμάτων (kwh/m 2. μήνα), καθώς και σε ετήσια βάση(y), το χειμώνα (W) και το καλοκαίρι (S). Φύλλα εργασίας Φύλλο εργασίας 3 (ΑΠΕ-ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ) Το πετρέλαιο σχηματίστηκε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν, αντλείται με γεωτρήσεις από τις πετρελαιοπηγές με την μορφή του αργού (ακατέργαστου) πετρελαίου, επεξεργάζεται στα διυλιστήρια, μεταφέρεται στους τόπους κατανάλωσης, τα προϊόντα του καίγονται ή δίνουν τις πρώτες ύλες για πετροχημικά προϊόντα. Το φυσικό αέριο, συνυπάρχει συνήθως με το πετρέλαιο, μεταφέρεται σε αέρια κατάσταση με αγωγούς υπό υψηλή πίεση σε απόσταση χιλιάδων χιλιομέτρων ενώ σε υγρή κατάσταση μεταφέρεται με ειδικά διαμορφωμένα δεξαμενόπλοια. Κλίση (σε βαθμούς) J F Μ Α Μ J J Α S Ο Ν D Y W S Ισχύς P: Ενέργεια στη μονάδα του χρόνου P= W t Ενέργεια W : W= P t Aπόδοση e ή α: Θεωρία Μονάδα: 1W(Watt), 1kW=1000W Μονάδα: 1J=1W s, 1Wh, 1kWh α= Ρ ωφ έλιμη και α= W ωφ έλιμη Ρ δαπαν ώμενη W δαπαν ώμενη Διερεύνηση Φύλλο εργασίας 2 (ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ) Tα Φ/Β μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Η μετατροπή αυτή γίνεται αθόρυβα, αξιόπιστα και χωρίς περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Μία τυπική Φ/Β συστοιχία αποτελείται από ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια συνδεδεμένα μεταξύ τους. Τα Φ/Β πλαίσια έχουν σκουρόχρωμη επιφάνεια. Ο χώρος που θα τοποθετηθούν θα πρέπει να είναι ασκίαστος και, ει δυνατόν, ο προσανατολισμός τους να είναι νότιος και να έχουν μια κλίση κοντά στις 30 μοίρες (για δώματα). Τα ΦΒ έχουν απόδοση 15,2% : δηλαδή όταν τα Φ/Β πλαίσια εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία, μετατρέπουν ποσοστό 15,2% περίπου της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. ΠΙΝΑΚΑΣ : Μηνιαία Ηλιακή Ενέργεια για την βέλτιστη κλίση γωνίας β των Φ/Β πλεγμάτων (kwh/m 2. μήνα), καθώς και σε ετήσια βάση(y), το χειμώνα (W) και το καλοκαίρι (S). Ο ήλιος για δισεκατομμύρια χρόνια συντήκοντας υδρογόνο παράγει το στοιχείο ήλιο και τεράστια ποσά ενέργειας. Τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Χρησιμοποιώντας στοιχεία του πίνακα βρείτε την βέλτιστη ενέργεια που μπορεί να παραχθεί σε ε- τήσια βάση, αν χρησιμοποιήσουμε ένα Φ/Β πλέγμα. Υπολογίστε το κέρδος σε ευρώ για μια οικογένεια από κάθε Φ/Β. Εκτιμείστε τη δυνατότητα των Φ/Β για επάρκεια σε οικιακή ηλεκτρική ενέργεια αν μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την αυτόνομη λειτουργία των φωτοβολταϊκών. Αυτόνομα ή απομονωμένα συστήματα ονομάζουμε τα Φ/Β που χρησιμοποιούνται για κατοικίες και μικρούς οικισμούς και δεν είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο. Με βάση τα αποτελέσματα της διερεύνησής σας, με ποια επιχειρήματα θα υποστηρίζατε, τη χρήση ή όχι των Φ/Β από τη μέση ελληνική οικογένεια; Κλίση (σε J F Μ Α Μ J J Α S Ο Ν D Y W S βαθμούς) Φυσική-Χημεία m 2 Φ/Β αποδίδει 250KWh * Το πετρέλαιο είναι μαζούτ χαμηλού θείου Διερεύνηση Να συγκρίνετε την περιβαλλοντική επιβάρυνση από τη χρήση Φ/Β και συμβατικών καυσίμων (πετρέλαιο-φυσικό αέριο). Πόση ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα αποτρέπεται να εκλυθεί στην ατμόσφαιρα με τη χρήση ενός m 2 φωτοβολταϊκού; Με βάση τα αποτελέσματα της διερεύνησής σας με ποια επιχειρήματα θα υποστηρίζατε την επιλογή Φ/Β ή μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας; * Η ενέργεια των φωτονίων είναι ανάλογη με την συχνότητά τους. Διερεύνηση Η αρχή λειτουργίας των Φ/Β είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Με βάση τα παραπάνω περιγράψτε το. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν χαμηλή απόδοση. Δηλαδή δεν μετατρέπεται όλο το ποσό της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Πώς μπορείτε να το εξηγήσετε με βάση την αρχή στην οποία στηρίζεται η λειτουργία τους; Με βάση τα αποτελέσματα της διερεύνησής σας πώς θα περιγράφατε εκλαϊκευμένα αλλά επιστημονικά ορθά τον τρόπο με τον οποίο τα Φ/Β μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική και στηριζόμενοι σε αυτό πώς θα υποστηρίζατε την προτροπή της χρήσης ή όχι των Φ/Β από τη μέση ελληνική οικογένεια;

14 Φυσική -Χημεία 1 ο φύλλο εργασίας -Φυσική Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: α) Εταιρεία εμπορίας Φ/Β β) Εκπρόσωπος καταναλωτών Διερεύνηση Βρείτε την βέλτιστη ενέργεια που μπορεί να παραχθεί σε ετήσια βάση, αν χρησιμοποιήσουμε ένα Φ/Β πλέγμα. Υπολογίστε το κέρδος σε ευρώ για μια οικογένεια από κάθε Φ/Β. Εκτιμείστε τη δυνατότητα των Φ/Β για επάρκεια σε οικιακή ηλεκτρική ενέργεια αν μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την αυτόνομη λειτουργία των φωτοβολταϊκών.

15 Φυσική -Χημεία 2 ο φύλλο εργασίας- Φυσική: Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: Επιστήμονας φυσικός Διερεύνηση Η αρχή λειτουργίας των Φ/Β είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Περιγράψτε το και με βάση αυτό πώς μπορείτε να εξηγήσετε τη χαμηλή απόδοση των Φ/Β.

16 Φυσική -Χημεία 3 ο φύλλοεργασίας: Χημεία Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: α) Εκπρόσωπος ΥΠΕΚΑ (Υπουργείο Περιβάλλοντος-Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής) β) Εκπρόσωπος περιβαλλοντικής οργάνωσης Διερεύνηση Να συγκρίνετε την περιβαλλοντική επιβάρυνση από τη χρήση Φ/Β και συμβατικών καυσίμων (πετρέλαιοφυσικό αέριο). Πόση ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα αποτρέπεται να εκλυθεί στην ατμόσφαιρα με τη χρήση ενός m 2 φωτοβολταϊκού; Με βάση τα αποτελέσματα της διερεύνησής σας με ποια επιχειρήματα θα υποστηρίζατε την επιλογή Φ/Β ή μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας;

17 Η συνέντευξη με τον ειδικό Γιατί να στραφεί κάποιος στην ηλιακή ενέργεια; Γιατί να εγκαταστήσει κάποιος φωτοβολταϊκά συστήματα; Πλεονεκτήματα; Πώς λειτουργούν; Απόσβεση των εξόδων της εγκατάστασης; Περιβαλλοντικό όφελος; Οικονομικό όφελος; Ενεργειακή επάρκεια;

18 Συντονίστρια του πάνελ Ρεπόρτερ (ρεπορτάζ για τα φωτοβολταϊκά) Φυσικός (εξηγεί τη λειτουργία τους Εκπρόσωποι της Εταιρείας προστασίας καταναλωτών (επιχειρηματολογούν για το οικονομικό όφελος των νοικοκυριών) Το στρογγυλό τραπέζι Εκπρόσωποι του Υπουργείου Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής (Τι κερδίζει η Χώρα) Εκπρόσωποι περιβαλλοντικής οργάνωσης Ηλεκτρολόγοι Μηχανολόγοι Μηχανικοί (εξηγούν τον τρόπο τοποθέτησης Φ/Β) Έμπορος φωτοβολταϊκών

19 Αξιολόγηση Φύλλα εργασίας Ερωτηματολόγια με κλειστές και ανοιχτές ερωτήσεις Διάλογοι των μαθητών στο στρογγυλό τραπέζι

20 Αποτελέσματα Γυμνάσιο: Φυσική-Χημεία Περιέγραψαν με ακρίβεια το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και τα περιβαλλοντικά ζητήματα Ανέπτυξαν και ανέλυσαν ποιοτικά τα φαινόμενα Είχαν ενθουσιασμό και όρεξη να ανταλλάξουν ιδέες και να συνεργαστούν Λύκειο: Ανέπτυξαν και ανέλυσαν ποιοτικά και ποσοτικά τα φαινόμενα Ένα πρόβλημα πραγματικών διαστάσεων έκανε την επεξεργασία αριθμητικών δεδομένων και την εφαρμογή εννοιών που είχαν διδαχθεί στο παρελθόν προσβάσιμες ακόμα και για τους μαθητές του θεωρητικού προσανατολισμού Αναδείχθηκαν οι αντιλήψεις των μαθητών για έννοιες, διαδικασίες, μεθοδολογίες των Φυσικών Επιστημών

21 Οι μαθητές συνέδεσαν για πρώτη φορά τα μαθηματικά με τον χώρο εργασίας και την καθημερινότητα Δυσκολίες: Μαθηματικά Αποτελέσματα στην ανάκληση προηγούμενης γνώσης από το Γυμνάσιο (τους τριγωνομετρικούς αριθμούς), για την επίλυση πραγματικού προβλήματος, στη διερεύνηση. διερεύνησαν όλες τις δυνατές περιπτώσεις τοποθέτησης των Φ/Β ώστε να επιλέξουν τη βέλτιστη

22 τι λένε οι μαθητές Οι μαθητές τονισαν: Τη συνεργατικότητα και την επικοινωνία Τη σύνδεση των μαθημάτων με την καθημερινή ζωή και το χώρο εργασίας Τη σύνδεση των μαθηματικών και φυσικών επιστημών Την καλλιέργεια δεξιοτήτων για την επίλυση και διερεύνηση προβλημάτων Τη βιωματικότητα Αποτελέσματα Τη συνεργασία μεταξύ καθηγητών

23 Ήρθαμε κοντά λειτουργή σαμε σαν ομάδα Στο Γυμνάσιο Τι είπαν οι μαθητές Ήταν σαν παιχνίδι Κουραστήκαμε λιγότερο γιατί ήμαστε περισσότεροι Αναπτύξαμε συνεργασία, συνέπεια και ικανότητα ανάληψης πρωτοβουλιών

24 Τί είπαν οι μαθητές Κατάφερα να κατανοήσω πώς από τη θεωρία της τριγωνομετρίας μπρούμε να τα χρησιμοποιούμε στην πράξη Έδωσε την ευκαιρία σε όλα τα παιδιά που δεν είναι τόσο καλά μέσα στην τάξη να πούνε κάτι μέσα στην ομάδα. Αποκόμισα κάποιες βασικές γνώσεις για τη γεωμετρία και την τριγωνομετρία πιο βιωματικά Μ άρεσε που δεν ήταν μόνο μαθηματικά αλλά ήταν μαζί Φυσική και Χημεία και Βιολογία Ήταν ωραίο γενικά. Είχε και ομαδικότητα και μας έβγαλε λίγο από το μάθημα. Μεταδίδονταν οι γνώσεις πιο εύκολα και ήταν ωραίο και μάθαμε και πολλά πράγματα για τα Φ/Β.

25 τι λένε οι εκπαιδευτικοί Οι εκπαιδευτικοί μάθαμε: να συνεργαζόμαστε να μετατρέπουμε μια δομημένη δραστηριότητα σε διερευνητική, να αναστοχαζόμαστε τις εμπειρίες μας με τους συναδέλφους μας να λειτουργούμε σε ρόλο εμψυχωτή και υποστηρικτή των μαθητών οι οποίοι εργάζονται σε ομάδες

26 Συμπεράσματα Θεωρούμε ότι διδασκαλίες αυτής της μορφής ενεργοποιούν τους μαθητές να χρησιμοποιήσουν τις γνώσεις τους για να επιλύσουν ένα πρόβλημα, να συνδιαλέγονται με τα μέλη της ομάδας εξηγώντας στους άλλους τις σκέψεις τους, να μιλούν για μαθηματικές έννοιες και φαινόμενα, να αναστοχάζονται πάνω στη διαδικασία και τα αποτελέσματα και να διαπιστώνουν συνδέσεις ανάμεσα στα μαθήματα του αναλυτικού προγράμματος και το χώρο εργασίας και συντελούν στην επαγγελματική ανέλιξη των εκπαιδευτικών

27 όπως είπε και η Ιωάννα «Άμα όλα τα μαθήματα γίνονταν σ αυτά τα πλαίσια μιας διερεύνησης και έτσι σ αυτό το περιβάλλον και θα μαθαίναμε και θα ήμασταν χαρούμενοι».