ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΕΚΔΟΣΗΣ: Διονύσης Τσιρογιάννης. ΜΑΚΕΤΑ ΕΞΩΦΥΛΛΟΥ: Βασίλης Τσιρογιάννης. ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ: Λεωνίδας Μιχαλάτος. ΕΚΤΥΠΩΣΗ: Εκτυπώσεις Θωμά

Transcript

1

2 126 Παιδί και Φυσικός Κόσμος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΕΚΔΟΣΗΣ: Διονύσης Τσιρογιάννης ΜΑΚΕΤΑ ΕΞΩΦΥΛΛΟΥ: Βασίλης Τσιρογιάννης ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ: Λεωνίδας Μιχαλάτος ΕΚΤΥΠΩΣΗ: Εκτυπώσεις Θωμά ISBN: Copyright: ΑΡΙΩΝ ΕΚΔΟΤΙΚΗ Διονύσης Τσιρογιάννης Κλείτου και Δεληγιώργη Θεσσαλονίκη Τηλ. & Fax:

3 Περιεχόμενα Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Θερμοκρασία μέτρηση θερμοκρασίας Αλλαγή κατάστασης 143 α) Πήξη και τήξη 147 β) Εξαέρωση Εξάτμιση Υγροποίηση 177 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 196 ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗ 199 Οριζόντια κίνηση 203 Τριβή 225 Αδράνεια 230 Βάρος πτώση σωμάτων 240 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 255 ΜΑΓΝΗΤΕΣ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ 257 Μαγνητικά φαινόμενα και υλικά 258 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 272 ΟΙ ΣΥΝΕΡΓΑΤΡΙΕΣ 273

4 128 Παιδί και Φυσικός Κόσμος

5 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 129 η θερμότητα

6 130 Παιδί και Φυσικός Κόσμος 1. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Λίγα λόγια από τη Φυσική Τι ονομάζουμε θερμοκρασία; Πως είναι βαθμολογημένα τα θερμόμετρα, ποια είδη θερμομέτρων υπάρχουν, και που χρησιμοποιείται συνήθως το κάθε είδος; Πότε το θερμόμετρο δείχνει την πραγματική θερμοκρασία ενός σώματος; Ας δούμε τι λέει η Φυσική: Η ποσότητα που μας λέει πόσο ζεστό ή πόσο κρύο είναι κάτι σε σχέση με ένα πρότυπο σώμα ονομάζεται θερμοκρασία. Επισήμανση Δεν υπάρχει φυσικό μέγεθος που ονομάζεται κρύο (το κρύο) ή ζέστη (η ζέστη) όπως για παράδειγμα είναι η μάζα, το μήκος, ο χρόνος, κλπ. Έρευνες έχουν εντοπίσει αντιλήψεις όπως ότι το κρύο θεωρείται ως μία οντότητα η οποία έχει τις ιδιότητες μιας υλικής ουσίας. Φαίνεται ότι το θερμό και το ψυχρό δεν θεωρούνται απαραίτητα ως δύο όψεις της ίδιας οντότητας αλλά μάλλον ως δύο διαφορετικά μεγέθη, με το ψυχρό να θεωρείται συχνά ως το αντίθετο του θερμού. Με τις λέξεις επομένως κρύο ή ζέστη, αναφερόμαστε σε κάτι που έχει αντίστοιχα υψηλότερες ή χαμηλότερες θερμοκρασίες από ένα πρότυπο. Τα όργανα με τα οποία μετρούμε τη θερμοκρασία των σωμάτων είναι τα θερμόμετρα. Κάθε θερμόμετρο είναι βαθμολογημένο σε μια κλίμακα μέτρησης θερμοκρασιών. Υπάρχουν διάφορες τέτοιες κλίμακες. Η πλέον συνηθισμένη είναι η κλίμακα Κελσίου. Η κάθε μέτρηση στην κλίμακα αυτή συνοδεύονται από το σύμβολο o C που είναι ο βαθμός Κελσίου. Για παράδειγμα 10 o C. Στην κλίμακα Κελσίου το μηδέν αντιστοιχεί στη θερμοκρασία που λειώνει ο πάγος ή που αρχίζει η σταδιακή μετατροπή του νερού σε πάγο και το 100 στη θερμοκρασία που βράζει το καθαρό νερό. Στην κλίμακα Κελσίου, θερμοκρασίες μικρότερες από 0 o C αντιστοιχούν σε αρνητικές ενδείξεις. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι θερμομέτρων για διαφορετικές χρήσεις. Ένας τύπος είναι τα θερμόμετρα υδραργύρου. Τα υδραργυρικά θερμόμετρα μετρούν κατώτατες θερμοκρασίες μέχρι 39 βαθμούς κάτω από το μηδέν (-39 o C) μια και στη θερμοκρασία αυτή ο υδράργυρος παγώνει και μέγιστες 357 o C, γιατί στη θερμοκρασία αυτή ο υδράργυρος βράζει. Εκτός

7 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 131 από τα υδραργυρικά υπάρχουν τα θερμόμετρα οινοπνεύματος που έχουν τη δυνατότητα να μετρούν ελάχιστες θερμοκρασίες μέχρι 114 βαθμούς κάτω από το μηδέν (-114 o C) και χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Άλλοι τύποι θερμομέτρων είναι τα ηλεκτρικά θερμόμετρα που μπορούν να μετρήσουν θερμοκρασίες από -260 o C έως 1600 o C. Υπάρχουν επίσης οι θερμοχρωμικοί δείκτες που έχουν την ιδιότητα να αλλάζουν χρώμα σε μια στενή ζώνη θερμοκρασιών. Για να μετρήσουμε τις θερμοκρασίες υλικών ή σωμάτων πρέπει να τα φέρουμε σε επαφή με το θερμόμετρο και να παραμείνουν σε επαφή για όσο χρονικό διάστημα απαιτείται για να αποκτήσει το θερμόμετρο την ίδια θερμοκρασία με το σώμα. Και αυτό γιατί όταν ένα σώμα είναι θερμότερο από κάποιο άλλο με το οποίο έρχεται σε επαφή, ποσά θερμότητας ρέουν από το θερμότερο προς το ψυχρότερο σώμα μέχρι και τα δύο σώματα να αποκτήσουν την ίδια θερμοκρασία. Τότε λέμε ότι τα σώματα έχουν έρθει σε θερμική ισορροπία. Με άλλα λόγια όταν το θερμόμετρο και το σώμα έρθουν σε θερμική ισορροπία τότε το θερμόμετρο δείχνει τη θερμοκρασία του σώματος. Συγκεκριμένο είδος ιατρικού θερμομέτρου, όταν έρθει σε θερμική ισορροπία με το ανθρώπινο σώμα, παράγει έναν ήχο που δηλώνει ότι είναι έτοιμο για ανάγνωση. Τι πιστεύουν τα παιδιά Τα παιδιά από πολύ μικρά αναγνωρίζουν τον όρο θερμοκρασία καθώς τον ακούν συχνά σε συζητήσεις για τον καιρό αλλά και σε άλλες περιπτώσεις στην καθημερινή ζωή. Σε μεγαλύτερες ηλικίες, για παράδειγμα 5-7 ετών, όταν παρατηρούν τους ενήλικες να μαγειρεύουν ή εμπλέκονται τα ίδια στο μαγείρεμα, έρχονται πάλι σε επαφή με τον όρο αυτό. Παρόλα αυτά όμως, κατά τις συνομιλίες τους, τα παιδιά δεν έχουν την τάση να χρησιμοποιούν αυθόρμητα τον όρο θερμοκρασία (Erickson 1997, όπως αναφέρεται στο Driver et al 2000). Επίσης, έρευνες έχουν δείξει, ότι τα παιδιά ακόμη και σε ηλικίες μεγαλύτερες των 8 ετών, έχουν δυσκολίες στη μέτρηση και ποσοτικοποίηση των θερμοκρασιών καθώς και πολύ περιορισμένη κατανόηση συγκεκριμένων σταθερών θερμοκρασιών όπως είναι για παράδειγμα οι θερμοκρασίες πήξης και τήξης των υλικών ή οι θερμοκρασίες βρασμού τους (Driver and Russell, 1982). Μαθησιακοί στόχοι Η μέτρηση των θερμοκρασιών αποτελεί μια χρήσιμη εκπαιδευτική διαδικασία η οποία θέτει στα παιδιά ενδιαφέροντα προβλήματα ερμηνείας (McIldowie,

8 132 Παιδί και Φυσικός Κόσμος 1998). Οι δραστηριότητες που εντάσσονται στην ενότητα αυτή στοχεύουν: Να δημιουργηθούν καταστάσεις που θα ευνοήσουν προωθήσουν τη χρήση του όρου θερμοκρασία από τα παιδιά. Να εξοικειωθούν τα παιδιά με τα όργανα μέτρησης της θερμοκρασίας και τη χρήση τους. Να δοθεί στα παιδιά η δυνατότητα να συνδέσουν διαφορετικές θερμοκρασίες με πραγματικές καταστάσεις και περιβάλλοντα στα οποία αυτές παρατηρούνται και από τα οποία έχουν ιδίαν εμπειρία ή έχουν γνωρίσει από τα βιβλία, την τηλεόραση ή άλλες πηγές. Δραστηριότητα Διερεύνηση Πως θα βρούμε: Πόσο ζεστό ή πόσο κρύο είναι κάτι. Αν κάτι είναι πιο ζεστό από κάτι άλλο. Πόσο ζέστη ή πόσο κρύο κάνει κάπου. Υλικά Ένα θερμόμετρο οινοπνεύματος (θερμόμετρο τοίχου) και ένα ιατρικό υδραργυρικό θερμόμετρο. Έντυπο με την εικόνα μιας κλίμακας θερμοκρασιών Κελσίου που εμφανίζεται στα θερμόμετρα τοίχου και μιας ιατρικού θερμομέτρου. Βιβλία ή και εικόνες διαφόρων μερών του κόσμου με ποικίλες θερμοκρασίες, όπως μια έρημος, μια περιοχή με παγόβουνα, ένα μέρος με εύκρατο κλίμα (π.χ. ένα μέρος της Ελλάδος). Δεξιότητες Παρατήρηση, μέτρηση, σύγκριση, ταξινόμηση, επικοινωνία Φάση Α Πορεία Συγκεντρώνουμε τα παιδιά στην ομάδα και εισάγουμε τον προβληματισμό (πως θα βρούμε πόσο ζεστό ή πόσο κρύο είναι κάτι; κλπ.). Ακούμε τις ιδέες όλων των παιδιών και με κατάλληλες ερωτήσεις τα οδηγούμε στη χρήση του όρου θερμοκρασία. Αν δεν αναφερθεί από τα παιδιά εισάγεται από τη νηπιαγωγό. Παρουσιάζουμε στα παιδιά τα θερμόμετρα εξηγώντας τους τη διαφορά του υλικού που περιέχουν και τους κινδύνους που ενέχει η επαφή με τον υδράργυρο.

9 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 133 Με την επίβλεψή μας τα παιδιά παρατηρούν τα θερμόμετρα. Αν γνωρίζουν τους αριθμούς μπορεί να επισημαίνουν ομοιότητες και διαφορές στην κλίμακά των θερμομέτρων, π.χ. ότι στο θερμόμετρο τοίχου υπάρχουν θερμοκρασίες και κάτω από το μηδέν. Αν τα παιδιά δεν επισημάνουν διαφορές, τότε τις υποδεικνύουμε και τις εξηγούμε με απλά λόγια (π.χ ότι υπάρχουν αριθμοί κάτω από το μηδέν στο ένα θερμόμετρο και ότι αυτό το θερμόμετρο μπορεί να μετρά τη θερμοκρασία σε χώρους ή μέρη που κάνει πολύ κρύο). Συζητάμε τις παρατηρήσεις των παιδιών στην ομάδα. Συζητάμε τη χρήση του θερμομέτρου. Επισήμανση: Επειδή ο υδράργυρος είναι τοξικό υλικό συστήνεται το υδραργυρικό θερμόμετρο να μην εκτεθεί για παρατήρηση από προηγούμενες ημέρες. Αυτό θα μπορούσε όμως να γίνει για το θερμόμετρο οινοπνεύματος. Φάση Β Πορεία: Χωρίζουμε τα παιδιά σε μικρότερες ομάδες και αρχίζει η μέτρηση των θερμοκρασιών. Σε πρώτη φάση μετρούμε τις θερμοκρασίες διαφόρων σωμάτων. Αν υπάρχει χρόνος μπορούμε να ξεκινήσουμε με τη μέτρηση της θερμοκρασίας του σώματος των παιδιών. Τα παιδιά με τη βοήθεια της νηπιαγωγού μετρούν, καταγράφουν και σημειώνουν τις θερμοκρασίες στην κλίμακα της εικόνας που έχουμε στο έντυπο. Κατά τον ίδιο τρόπο χρησιμοποιώντας το θερμόμετρο τοίχου συνεχίζουμε με τη μέτρηση και καταγραφή θερμοκρασιών και άλλων υλικών όπως του νερού της βρύσης, του νερού του ψυγείου, της πορτοκαλάδας που βρίσκεται έξω από το ψυγείο, του νερού που έχουμε ελαφρά θερμάνει (αρκεί η θερμοκρασία του να μην υπερβαίνει τη μέγιστη θερμοκρασία που μετρά το θερμόμετρο που χρησιμοποιούμε γιατί τότε το θερμόμετρο θα σπάσει). Με τη βοήθειά μας τα παιδιά συγκρίνουν τις θερμοκρασίες που κατέγραψαν και κατατάσσουν τα σώματα σε σειρά από το λιγότερο θερμό στο περισσότερο θερμό. Συγκεντρώνουμε όλες τις ομάδες και παρουσιάζουν τα ευρήματά τους. Συγκρίνονται τα ευρήματα κάθε ομάδας και εντοπίζονται τυχόν διαφορές. Φάση Γ Πορεία: Στη φάση αυτή μετρούνται οι θερμοκρασίες διάφορων χώρων.

10 134 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Από την προηγούμενη μέρα τοποθετούμε μαζί με τα παιδιά στην κατάψυξη του ψυγείου του σχολείου το θερμόμετρο τοίχου. Την ημέρα της δραστηριότητας τα παιδιά ελέγχουν το θερμόμετρο και καταγράφουν και σημειώνουν στην κλίμακα τη θερμοκρασία που δείχνει. Στη συνέχεια ζητάμε από τα παιδιά να μετρήσουν και καταγράψουν τις θερμοκρασίες του χώρου της συντήρησης του ψυγείου, του δωματίου, και του χώρου έξω από την τάξη πρώτα στη σκιά και κατόπιν στον ήλιο. Ζητάμε από τα παιδιά να συγκρίνουν όλες τις θερμοκρασίες που μέτρησαν. Με τη βοήθειά μας να παρατηρήσουν ότι η θερμοκρασία της κατάψυξης έχει κάτι διαφορετικό από τις θερμοκρασίες των άλλων χώρων: Σημειώνεται στο μέρος της κλίμακας που είναι κάτω από το μηδέν. Συζητούμε με τα παιδιά το εύρημά τους. Ζητούμε να συγκρίνουν τις θερμοκρασίες που μέτρησαν, να επισημαίνουν ποιο από τα μέρη που μέτρησαν έχει τη χαμηλότερη θερμοκρασία και ποιο την υψηλότερη και να κατατάξουν τις θερμοκρασίες που μέτρησαν από τη μικρότερη προς τη μεγαλύτερη. Να διακρίνουν δηλαδή το ψυχρότερο περιβάλλον από το θερμότερο. Κλείσιμο Συγκεντρώνουμε όλες τις ομάδες των παιδιών. Συζητάμε τα ευρήματα. Δείχνουμε εικόνες από διάφορα μέρη της γης και τα συνδέουμε με θερμοκρασίες και αντίστοιχες συνθήκες που επικρατούν εκεί. Αν οι εικόνες περιέχουν ζώα όπως π.χ. πιγκουΐνους ή λευκές αρκούδες σε παγωμένες περιοχές ή καμήλες σε έρημο, διαβάζουμε ή λέμε στα παιδιά αντίστοιχες ιστορίες ή πληροφορίες για τα μέρη που ζουν τα ζώα αυτά. Ενδεικτικές ερωτήσεις για να οδηγήσουμε τα παιδιά Στην ερώτηση πως θα βρούμε πόσο ζεστό ή πόσο κρύο είναι κάτι είναι πιθανό τα παιδιά να απαντήσουν: «με το θερμόμετρο». Για να εισάγουμε τον όρο θερμοκρασία ή να οδηγήσουμε τα παιδιά στη χρήση του βάζουμε το ερώτημα: Τι νομίζετε ότι μετράμε με το θερμόμετρο; Υλοποίηση πρακτικές και εμπειρίες από την τάξη Τα παιδιά παρατήρησαν και περιεργάστηκαν τα θερμόμετρα στην ομάδα περνώντας τα από χέρι σε χέρι. Συζήτησαν για το υλικό που περιέχει κάθε είδος και ονόμασαν τα υλικά αυτά. Πολλά παιδιά ήταν ενήμερα για τους κινδύνους που έχει η επαφή τους με τον υδράργυρο καθώς και με τη μορφή

11 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 135 που παίρνει το συγκεκριμένο υλικό όταν βρίσκεται έξω από το σωλήνα του θερμομέτρου: γίνεται σαν μικρές ασημένιες μπαλίτσες, είπαν. Το θερμόμετρο του τοίχου το είχαν και αυτό δει τα παιδιά στο σπίτι και σε άλλους χώρους. Πριν αρχίσει η μέτρηση και καταγραφή των θερμοκρασιών οι εκπαιδευτικοί έδωσαν στα παιδιά τα έντυπα με τις κλίμακες. Στην ομάδα τα παιδιά συζήτησαν ιδέες και υπέδειξαν τρόπους να σημειώσουν τις μετρήσεις τους στις κλίμακες. Σε μερικά σχολεία δεδομένων, όπως ήδη αναφέρθηκε, των δυσκολιών που έχουν τα παιδιά να κατανοήσουν συγκεκριμένα σημεία των κλιμάκων όπως τα σημεία πήξης-τήξης και βρασμού-εξαέρωσης, οι εκπαιδευτικοί τα βοήθησαν να κατασκευάσουν αυτοσχέδιες κλίμακες όπως αυτή της εικόνας?. Στις κλίμακες αυτές τοποθετήθηκαν διακριτά οι θερμοκρασίες αλλαγής κατάστασης του νερού δηλαδή οι θερμοκρασίες 0 ο C και 100 ο C. Στη συνέχεια μέτρησαν και χώρισαν την κλίμακα μεταξύ των συγκεκριμένων θερμοκρασιών σε ίσια διαστήματα τοποθετώντας έτσι τις ενδιάμεσες θερμοκρασίες (βλέπε επίσης Mclldowie, 1998) αλλά και θερμοκρασίες κάτω από τους 0 ο C. Η διαδικασία αυτή απετέλεσε μια ενδιαφέρουσα άσκηση μέτρησης για τα παιδιά ενώ συγχρόνως συζητήθηκαν οι θερμοκρασίες 0 ο C και 100 ο C. Εικόνα1: Κλίμακα ιατρικού θερμομέτρου και θερμομέτρου οινοπνεύματος (τοίχου)

12 136 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Στην επόμενη φάση τα παιδιά ξεκίνησαν μαζί με τη νηπιαγωγό τους τη μέτρηση των θερμοκρασιών του σώματός τους και τις σημείωσαν με μια γραμμούλα σε φωτοτυπημένη κλίμακα του ιατρικού θερμομέτρου. Εικόνα 2. Αυτοσχέδια κλίμακα θερμοκρασιών που διαμορφώθηκε με βάση τα σημεία πήξη-τήξης και βρασμού του νερού. Οι μετρήσεις συνεχίστηκαν με τις θερμοκρασίες διαφόρων υλικών και διαφόρων χώρων. Τις μετρήσεις των χώρων και των υλικών τα παιδιά τις σημείωσαν στην έντυπη κλίμακα με θερμοκρασίες που άρχιζαν κάτω από το μηδέν έως και αρκετά πάνω από 50 ο C ή στις αυτοσχέδιες κλίμακες. Για τη μέτρηση θερμοκρασιών υλικών (νερού, χυμού, πλαστελίνης κλπ), μερικές εκπαιδευτικοί, εκτός από τα θερμόμετρα τοίχου και ιατρικό χρησιμοποίησαν και ένα εργαστηριακό θερμόμετρο.

13 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 137 (α) Εικόνα3 (α) και (β): Τα παιδιά μέτρησαν τη θερμοκρασία διαφόρων υγρών με διαφορετικού τύπου θερμόμετρα (β)

14 138 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Εικόνα 4: Αυτό το παιδί έκανε μια μεγάλη μπάλα από πλαστελίνη. Έμπηξε μέσα το εργαστηριακό θερμόμετρο και μέτρησε τη θερμοκρασία της. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας μερικά παιδιά παρατήρησαν και διερωτήθηκαν γιατί η κλίμακα του ιατρικού θερμομέτρου περιλάμβανε πολύ λιγότερους αριθμούς από την άλλη καθώς και γιατί η κατώτατη ήταν 35 ο C. Εξηγήθηκε ότι η θερμοκρασία του ανθρωπίνου σώματος δεν κατεβαίνει κάτω από το 35 και δεν ανεβαίνει πάνω από το 42. Κάποια άλλα παιδιά προβληματίστηκαν γιατί να υπάρχουν οι θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν. Η απορία τους λύθηκε μετρώντας μόνα τους τη θερμοκρασία της κατάψυξης του ψυγείου. Π1. Δείτε που πήγε το κόκκινο χρώμα [το οινόπνευμα]. Όλο κάτω. Π2. Ναι επειδή είναι πολύ-πολύ κρύο εκεί μέσα. Π3. Δες το θερμόμετρο. Το κόκκινο είναι κάτω από το μηδέν! Π4. Ναι, σε αριθμό κάτω από το μηδέν. Ε. Πείτε μου, αυτή η θερμοκρασία σε τι διαφέρει από αυτές που είδαμε χτες; [είχαν μετρήσει χώρους που το θερμόμετρο έδειχνε θερμοκρασίες πάνω από το μηδέν] Π. Τότε το θερμόμετρο έδειχνε.. το χρώμα ήταν πάνω από το μηδέν, δεν ήταν στο τέρμα αλλά ήταν πάνω από το μηδέν.

15 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 139 (α) (β) Εικόνα 5 (α) και (β): Τα παιδιά σημείωσαν τις μετρήσεις τους στις φωτοτυπημένες κλίμακες θερμοκρασιών χρωματίζοντας το σωλήνα του θερμομέτρου και έγραψαν δίπλα στις ενδείξεις τις σημειώσεις τους.

16 140 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Μετά τις καταγραφές μερικές εκπαιδευτικοί ζήτησαν από τα παιδιά να συγκρίνουν και να κατατάξουν τις θερμοκρασίες που μέτρησαν από τις υψηλότερες στις χαμηλότερες. Στη συνέχεια τα παιδιά έκαναν μετρήσεις χωρίς την επίβλεψη των εκπαιδευτικών. Τα ίδια ήθελαν πάρα πολύ να προσπαθήσουν μόνα τους. Μια εκπαιδευτικός τους έδωσε και μια κλεψύδρα ώστε κατά τις μετρήσεις τους να εκθέτουν το θερμόμετρο για επαρκή χρόνο. Μετά το τέλος των μετρήσεων τα παιδιά ανακοίνωσαν σε όλη την ομάδα τα αποτελέσματά τους και έγιναν ομαδικές συζητήσεις. Μια σημαντική παρατήρηση Μια παρατήρηση των παιδιών που τους δημιούργησε απορία ήταν ότι οι θερμοκρασίες διαφορετικών υλικών που βρίσκονταν στον ίδιο χώρο ήταν ίδιες. Η συγκεκριμένη παρατήρηση είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη μελλοντική κατανόηση της θερμικής ισορροπίας. Οι εκπαιδευτικοί μπορούν να την εκμεταλλευτούν συζητώντας με τα παιδιά ότι όλα τα υλικά που βρίσκονται για αρκετό χρόνο μέσα στον ίδιο χώρο αποκτούν τελικά τη θερμοκρασία του χώρου. Η δραστηριότητα έκλεισε με τη συζήτηση θερμοκρασιών που επικρατούν σε μέρη της γης με διαφορετικές κλιματικές συνθήκες. Τα παιδιά κλήθηκαν να εκφράσουν την άποψή τους, να σημειώσουν την κατάλληλη ένδειξη στην κλίμακα των θερμοκρασιών και να την τοποθετήσουν δίπλα στα μέρη αυτά δημιουργώντας διατάξεις όπως αυτή της εικόνας?. Στη συνέχεια έκαναν πίνακες όπως αυτός της εικόνας? με τα διαφορετικά αυτά μέρη και τις κλίμακες θερμοκρασιών. Εικόνα 6 : Τοποθετημένα πάνω στο χαλί της αίθουσας είναι φωτογραφίες από μέρη με διαφορετικές θερμοκρασίες. Τα παιδιά τοποθέτησαν δίπλα τους θερμοκρασιακές κλίμακες στις οποίες είχαν σημειώσει τις αντίστοιχες ενδείξεις

17 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 141 Εικόνα 7. Πίνακας με διαφορετικά μέρη της γης και τις αντίστοιχες θερμοκρασίες που τα παιδιά πιστεύουν ότι είναι πιθανόν να επικρατούν Σε ένα από τα σχολεία κατασκεύασαν μια τηλεόραση από χαρτόνι. Κάθε παιδί έγινε δημοσιογράφος και έλεγε τις θερμοκρασίες διαφόρων χωρών που του έδειχναν. Ήταν μια αξιολόγηση, γράφει η εκπαιδευτικός. Όλοι θέλησαν να πάρουν μέρος, άκουσαν και εξέφρασαν τη γνώμη τους. Μετά το τέλος της δραστηριότητας οι περισσότερες εκπαιδευτικοί διάβασαν στα παιδιά ιστορίες με ταξίδια και περιπέτειας διαφόρων ζώων σε άλλες χώρες. Οι ιστορίες αυτές προκάλεσαν συζητήσεις των παιδιών και λειτούργησαν σαν ένα είδος ομαδικής αξιολόγησης. Σχολίασαν, μίλησαν για τις θερμοκρασίες που επικρατούν σε γνωστά τους μέρη. Μια εκπαιδευτικός χαρακτηριστικά γράφει: Με το που άρχισα να διαβάζω την ιστορία, άρχισαν να με διακόπτουν για να πουν τις εμπειρίες τους, με έναυσμα λέξεις που τα «ερέθιζαν» όπως χιόνια, πάγοι, Βόρειος Πόλος, ηλιοθεραπεία κ.α. Άρχισαν λοιπόν να λένε για κρύο, πολικές αρκούδες, Βόρειο Πόλο, χαμηλή θερμοκρασία, θερμόμετρο και κάτω από το μηδέν. Φυσικά, άδραξα την ευκαιρία

18 142 Παιδί και Φυσικός Κόσμος και αφήνοντας για λίγο στην άκρη τη συνέχεια της ιστορίας ρώτησα τι εννοούσαν με αυτό το κάτω από το μηδέν. Άρχισαν λοιπόν να μου εξηγούν τι σημαίνει κάτω και πάνω από το μηδέν και να φέρνουν παραδείγματα από το Βόρειο Πόλο και την Αφρική, αναφέροντας πως η Ελλάδα είναι η ενδιάμεση κατάσταση που δεν έχει ούτε πολύ ζέστη, ούτε πολύ κρύο. Ξαναρώτησα τι είναι θερμοκρασία και απάντησαν με ενθουσιασμό πόσο πολύ κρύο ή ζέστη κάνει σε έναν τόπο. Θεώρησα σκόπιμο να ρωτήσω πώς μπορώ να το ελέγξω αυτό εκτός απ το να το νιώθω και μου είπαν για τα θερμόμετρα και πώς αυτά λειτουργούν, δείχνοντας άλλοτε πάνω και άλλοτε κάτω απ το 0, ή στη μέση όπως στην Ελλάδα! Συμπληρωματική δραστηριότητα Σε κάποια σχολεία τα παιδιά ρώτησαν γιατί ο υδράργυρος ή το οινόπνευμα ανεβαίνει μέσα στο θερμόμετρο. Αν τεθεί τέτοιο ερώτημα ίσως θα πρέπει να συζητηθεί το θέμα της διαστολής των υλικών ή να γίνει κάποια συμπληρωματική δραστηριότητα για να δουν τα παιδιά ότι ο όγκος των υλικών μεγαλώνει όταν αυξάνεται η θερμοκρασία τους. Αξιολόγηση της σειράς Όπως και στον πίνακα της εικόνας 7, μπορούν να δοθούν στα παιδιά εικόνες με εμφανή χαρακτηριστικά και κλίμακες με σημειωμένες διαφορετικές θερμοκρασίες και να τους ζητηθεί να κάνουν ανάλογες αντιστοιχήσεις. Προεκτάσεις για την οικογένεια Η μέτρηση των θερμοκρασιών μπορεί να συνεχιστεί και στο σπίτι. Τα παιδιά είτε με τη βοήθεια των ενηλίκων είτε μόνα τους χρησιμοποιώντας, για λόγους ασφάλειας, θερμόμετρα που περιέχουν οινόπνευμα, μπορούν να μετρήσουν και καταγράψουν τις θερμοκρασίες διαφορετικών υλικών στην κουζίνα του σπιτιού αλλά και διαφόρων χώρων του. Μπορούν επίσης να συζητήσουν με τους ενηλίκους για θερμοκρασίες που παρατηρούνται σε διαφορετικά μέρη της Ελλάδας και του εξωτερικού παρακολουθώντας μαζί τα προγνωστικά δελτία καιρού.

19 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Λίγα λόγια από τη Φυσική Γιατί όταν θερμάνουμε ένα στερεό μετατρέπεται σε υγρό και όταν θερμάνουμε ένα υγρό μετατρέπεται σε αέριο; Γιατί σπάζουν τα μπουκάλια που είναι γεμάτα με νερό ή με υγρά που περιέχουν νερό όταν τα ξεχάσουμε στην κατάψυξη του ψυγείου; Γιατί ο πάγος επιπλέει στο νερό; Από τι αποτελούνται τα σύννεφα; Πως γίνεται η βροχή, το χιόνι και το χαλάζι; Ας δούμε τι λέει η Φυσική Η κατάσταση της ύλης στερεά, υγρή ή αέρια μπορεί να αλλάξει. Η μετατροπή ενός στερεού σε υγρό ονομάζεται τήξη ενώ η μετατροπή ενός υγρού σε στερεό, πήξη. Η αλλαγή της υγρής κατάστασης σε αέρια γίνεται μέσα από τις διαδικασίες της εξαέρωσης και της εξάτμισης. Η αντίθετη διαδικασία, δηλαδή η μετάβαση από την αέρια στην υγρή κατάσταση, γίνεται μέσα από τις διαδικασίες της υγροποίησης και της συμπύκνωσης. Ένα υγρό εξαερώνεται κατά τη διάρκεια του βρασμού ενώ κατά την εξάτμιση το υγρό μετατρέπεται σε αέριο σε θερμοκρασίες μικρότερες από τη θερμοκρασία του βρασμού. Η εξάτμιση γίνεται με αργό ρυθμό από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Παραδείγματα αποτελούν το στέγνωμα των ρούχων, η απώλεια νερού από το βάζο με τα λουλούδια κ.ά. Κατά το βρασμό οι υδρατμοί παράγονται γρήγορα από όλη τη μάζα του υγρού, δηλαδή από την επιφάνειά του και από το εσωτερικό του. Η αλλαγή κατάστασης συνδέεται με τη μεταφορά θερμότητας που έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή της θερμοκρασίας του σώματος και της έντασης των ελκτικών δυνάμεων που ασκούνται μεταξύ των μορίων των υλικών (βλέπε παράγραφο «Τα υλικά- στερεά, υγρά και αέρια», κεφάλαιο 1). Κατά την τήξη, όταν τα στερεά θερμαίνονται και επομένως η θερμοκρασία τους αυξάνεται, οι ταλαντώσεις των μορίων γίνονται όλο και πιο έντονες. Σε ορισμένη θερμοκρασία οι ταλαντώσεις αυτές είναι τόσο έντονες που οι μεταξύ τους ελκτικές δυνάμεις δεν μπορούν πλέον να τα συγκρατήσουν στις θέσεις τους. Τα μόρια αρχίζουν να «γλιστρούν» το ένα πάνω στο άλλο, η ένταση των μεταξύ τους ελκτικών δυνάμεων μειώνεται και το στερεό γίνεται υγρό, δηλαδή τήκεται. Για να σχηματίσετε μια καθαρότερη εικόνα του τι συμβαίνει κατά την τήξη φανταστείτε ότι κρατιέστε με κάποιον από τα χέρια και αρχίζετε να χοροπηδάτε. Όσο πιο απότομα πηδάτε, τόσο πιο δύσκολα κρατάτε τα χέρια του άλλου. Αν πηδάτε πολύ βίαια, τότε είναι πλέον αδύνατο να κρατηθείτε.

20 144 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Η αντίστροφη διαδικασία συμβαίνει κατά την πήξη. Δηλαδή καθώς από το υγρό φεύγει θερμότητα και η θερμοκρασία του ελαττώνεται τα μόριά του κινούνται όλο και πιο αργά, οι μεταξύ τους δυνάμεις μπορούν να τα συγκρατήσουν μαζί και έτσι πάλλονται πλέον και πάλι γύρω από σταθερές θέσεις και σχηματίζουν στερεά. Όταν θερμότητα μεταφέρεται σε ένα υγρό, η συμπεριφορά των μορίων του είναι παρόμοια. Αρχικά, οι κινήσεις των μορίων του γίνονται όλο και πιο έντονες και η θερμοκρασία του υγρού αυξάνεται. Σε ορισμένη θερμοκρασία οι δυνάμεις μεταξύ των μορίων δεν μπορούν να τα συγκρατήσουν το ένα κοντά στο άλλο και τα μόρια αρχίζουν να κινούνται ελεύθερα και έτσι το υγρό γίνεται αέριο. Οι δυνάμεις μεταξύ των μορίων του έχουν σχεδόν μηδενιστεί. Η αντίστροφη διαδικασία συμβαίνει κατά την υγροποίηση. Κατά τη συμπύκνωση οι αόρατοι υδρατμοί που έχουν δημιουργηθεί από την εξάτμιση, όταν ψυχθούν (ελαττωθεί δηλαδή η θερμοκρασία τους) μετατρέπονται σε ορατά σταγονίδια. Για το κάθε υλικό η θερμοκρασία τήξης του συμπίπτει με τη θερμοκρασία πήξης. Π.χ. το νερό παγώνει στους μηδέν βαθμούς της κλίμακας Κελσίου (0 ο C) και ο πάγος γίνεται νερό πάλι στην ίδια θερμοκρασία. Κάθε καθαρό υλικό έχει τη δική του θερμοκρασία πήξης-τήξης που χαρακτηρίζει απόλυτα το υλικό. Π.χ. η θερμοκρασία τήξης και πήξης του υδραργύρου είναι 39 ο C κάτω από το μηδέν (-39 ο C) ενώ του οινοπνεύματος είναι 114 ο C κάτω από το μηδέν (-114 ο C) (το οινόπνευμα χρησιμοποιείται στα θερμόμετρα μέτρησης θερμοκρασιών που περιβάλλοντος μια και αυτές μπορούν να είναι και χαμηλότερες από τη θερμοκρασία πήξης του υδραργύρου). Το αντίστοιχο συμβαίνει και με τη θερμοκρασία εξαέρωσης και υγροποίησης. Π.χ. το νερό βράζει στους 100 ο C και υγροποιείται στη ίδια θερμοκρασία. Η ασυνήθιστη συμπεριφορά του νερού Όταν τα υλικά περνούν από την υγρή στη στερεά κατάσταση ο όγκος τους μικραίνει. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο με το νερό. Αντίθετα με τα άλλα υγρά όταν το νερό πήξει δηλαδή όταν μετατραπεί σε πάγο ο όγκος του μεγαλώνει. Αυτό οφείλεται στη διάταξη των μορίων του νερού όταν αυτό μετατραπεί σε πάγο. Τα μόρια διατάσσονται σε εξάγωνα (ένα μόριο σε κάθε κορυφή του εξαγώνου) αφήνοντας καινό στη μέση του εξαγώνου όπως φαίνεται στο εικόνα 8. Έτσι το υγρό νερό όταν γίνει πάγος ουσιαστικά απλώνεται και έτσι καταλαμβάνει περισσότερο χώρο δηλαδή έχει μεγαλύτερο όγκο. Ο πάγος γίνεται λιγότερο πυκνός και άρα ελαφρύτερος από το υπόλοιπο νερό μέσα στο οποίο σχηματίζεται και επομένως επιπλέει σ αυτό. Αυτή η συμπεριφορά του νερού έχει ιδιαίτερη σημασία για τη φύση εφόσον το νερό κάτω από τον πάγο παραμένει υγρό και έτσι η υδρόβια ζωή δεν καταστρέφεται κατά τους χειμερινούς μήνες.

21 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 145 Εικόνα 8 : Η Διάταξη των μορίων του νερού αντίστοιχα στην υγρή κατάσταση και στον πάγο Ο κύκλος του νερού-βροχή, χιόνι, χαλάζι Η ποσότητα του νερού στη Γη, παρά τη συνεχή κατανάλωσή του, παραμένει ουσιαστικά σταθερή εδώ και ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Αυτό γίνεται διότι το νερό πραγματοποιεί ένα κύκλο περνώντας από στερεό σε υγρό και σε αέριο. Το νερό των θαλασσών, ποταμών και λιμνών όταν θερμαίνεται από τον ήλιο εξατμίζεται συνεχώς. Οι υδρατμοί που παράγονται, καθώς ανεβαίνουν στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, ψύχονται και υγροποιούνται δημιουργώντας μικρά σταγονίδια τα οποία σχηματίζουν τα σύννεφα. Τα σταγονίδια των σύννεφων όταν ψυχθούν ακόμη περισσότερο από κρύες μάζες αέρα που βρίσκονται στην περιοχή, συγκεντρώνονται σε ομάδες και σχηματίζουν χοντρές σταγόνες. Όσο μεγαλύτερες γίνονται σταγόνες και επομένως βαρύτερες δεν μπορούν να συγκρατηθούν πλέον στον αέρα και πέφτουν. Έτσι γίνεται η βροχή. Αν όμως κατά τη διαδρομή τους προς το έδαφος συναντήσουν στρώματα πολύ ψυχρού αέρα παγώνουν και σχηματίζουν μικρούς παγοκρυστάλλους, το χιόνι. Το χαλάζι προέρχεται από σταγόνες βροχής. Τις σταγόνες αυτές ο άνεμος τις φυσάει ψηλά όπου όταν βρεθούν σε θερμοκρασίες πήξης στερεοποιούνται. Μερικές φορές όμως οι στερεοποιημένες σταγόνες σπρώχνονται και πάλι ψηλά από τον άνεμο και έτσι γίνονται βαρύτερες και βαρύτερες πριν πέσουν τελικά στη γη.

22 146 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Τι πιστεύουν τα παιδιά Οι Cosgrove & Osborne (1980) και Osborne & Cosgrove (1983) παρατήρησαν ότι τα παιδιά γενικά δε συσχετίζουν τις αλλαγές της κατάστασης των υλικών με κάποιες συγκεκριμένες θερμοκρασίες και επεσήμαναν ότι είναι πιθανό τα παιδιά να μην αναγνωρίζουν ότι όταν ένα υλικό περνά από μια κατάσταση σε άλλη διατηρεί την ίδια σύσταση. Επίσης τα παιδιά συχνά δε συνδέουν την τήξη με τη θέρμανση και την πήξη με την ψύξη των υλικών. Μπορεί βέβαια η καθημερινή εμπειρία να βοηθά τα παιδιά να αναγνωρίσουν μερικές διαδικασίες όπως ότι το νερό στην κατάψυξη παγώνει και ότι το παγάκι έξω από την κατάψυξη λιώνει. Όμως, υπάρχει πιθανότητα να μην μπορούν να προβλέψουν τι θα συμβεί σε μη οικείες καταστάσεις (Βαϊτση κ.ά 1993, Ραβάνης 1999) Από μελέτες των ιδεών των παιδιών για την πήξη και τήξη του νερού (π.χ. Osborne & Cosgrove 1983) διαπιστώθηκε ότι τα παιδιά, στηριζόμενα στις γνώσεις και εμπειρίες τους για την πήξη άλλων υλικών, κατέληγαν στο συμπέρασμα ότι λογικά «ο πάγος δεν καταλαμβάνει τόσο πολύ χώρο όσο όταν είναι υγρό». Η Bar (1986, όπως αναφέρεται στο Driver et al, 2000) που κατέγραψε τις ιδέες των παιδιών για την εξάτμιση βρήκε ότι τα παιδιά ηλικίας 5 και 6 ετών βλέποντας το υλικό να εξαφανίζεται εντυπωσιάζονται. Δέχονται αυτό που συμβαίνει δε δίνουν όμως καμία εξήγηση. Η εξάτμιση, η εξαέρωση και η υγροποίηση είναι γενικά πολύπλοκα φαινόμενα για τα παιδιά της προσχολικής ηλικίας και δύσκολο να περιγραφούν από αυτά. Για παράδειγμα, παρόλο που τα παιδιά αυτά έχουν εμπειρίες των φαινομένων από την καθημερινή ζωή, όταν τους ζητηθεί να περιγράψουν το βρασμό και την εξαέρωση του νερού, θεωρούν ότι το νερό «θα φουσκώσει», «θα καεί πολύ» κλπ (Βαϊτση κ. άλ., 1993, Χατζηνικήτα κ. άλ. 1996, Ravanis & Bagakis 1998, όπως αναφέρονται στο Ραβάνης, 2003). Οι Bar και Travis (1991) διαπίστωσαν ότι η κατανόηση του βρασμού προηγείται της κατανόησης της εξάτμισης των υγρών από βρεγμένες επιφάνειες και το μεγαλύτερο ποσοστό των παιδιών που έχουν φτάσει το έκτο έτος της ηλικίας τους, κατανοούν ότι όταν το νερό βράζει παράγεται ατμός που προέρχεται από το νερό και ότι η ποσότητα του νερού μειώνεται. Όμως τα ίδια παιδιά πιστεύουν ότι όταν ένα αντικείμενο στεγνώνει, το νερό που εξατμίζεται, απλά εξαφανίζεται ή εισχωρεί στο αντικείμενο. Όσον αφορά τον κύκλο του νερού, η Bar (1986, όπως αναφέρεται στο Driver et al, 2000) για να διερευνήσει τις αντιλήψεις που έχουν τα παιδιά, έκανε συνεντεύξεις σε παιδιά ηλικίας 5 έως 15 ετών υποβάλλοντας τις εξής ερωτήσεις: «Από πού προέρχονται τα σύννεφα;», «Πώς ξεκινάνε;», «Από τι είναι φτιαγμένα τα σύννεφα;», «Μπορείς να μου πεις πως πέφτει η βροχή και πως ξεκινάει;» Για τα παιδιά ηλικίας 5-9 ετών οι απόψεις που καταγράφηκαν ήταν:

23 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 147 Για τις ηλικίες 5-7 ετών η πιο συνηθισμένη ιδέα ήταν ότι η βροχή πέφτει όταν κάποιος, πιθανόν ο Θεός, ανοίγει τα αποθέματα του νερού. Ότι τα σύννεφα είναι φτιαγμένα από βαμβάκι, κάτι που δείχνει ότι τα παιδιά δε συσχέτιζαν τα σύννεφα με τη βροχή. Ότι τα σύννεφα, που είναι σακούλες με νερό, φυλάσσονται μέσα στον ουρανό και όταν συγκρούονται μπορεί να ανοίξουν ή να σχιστούν και να πέσει βροχή. Για τις ηλικίες 6-8 ετών μια αντίληψη είναι ότι τα σύννεφα πηγαίνουν στη θάλασσα και μαζεύουν νερό και έπειτα κινούνται προς άλλα μέρη και δίνουν βροχή. Όμως στην ομάδα ηλικιών από 6 έως 9 ετών εντοπίστηκαν και οι εξής δύο αντιλήψεις των παιδιών. Πρώτον ότι τα σύννεφα είναι φτιαγμένα από ατμό ο οποίος δημιουργείται από τη θάλασσα όταν θερμαίνεται από τον ήλιο και δεύτερον, ότι είναι φτιαγμένα από ατμό που βγαίνει από τις κατσαρόλες. Οι δραστηριότητες Οι δραστηριότητες της ενότητας αυτής χωρίζονται σε δύο σειρές. Η πρώτη σειρά περιλαμβάνει έννοιες και φαινόμενα που αφορούν τη μετάβαση των υλικών από την υγρή στη στερεά κατάσταση (πήξη) και το αντίθετο δηλαδή τη μετάβαση της ύλης από τη στερεά στην υγρή (τήξη). Η δεύτερη σειρά περιλαμβάνει έννοιες και φαινόμενα που αφορούν τη μετάβαση της ύλης στην αέρια κατάσταση και την επάνοδό της στην υγρή. Το υγρό που χρησιμοποιείται στη μελέτη των παραπάνω φαινομένων είναι το νερό. Τα παιδιά αγαπούν να παίζουν με το νερό και παρατηρούν τη συμπεριφορά του στις διαφορετικές καταστάσεις του στην καθημερινή ζωή. Σειρά Α Πήξη και τήξη Μαθησιακοί στόχοι Να δοθεί στα παιδιά η δυνατότητα να παρακολουθήσουν τη σταδιακή μετάβαση ενός υλικού από την υγρή στη στερεά κατάσταση και το αντίθετο παρατηρώντας συγχρόνως και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του. Να παρατηρήσουν τις αλλαγές που υφίσταται το νερό όταν παγώνει, την ασυνήθιστη μεταβολή του όγκου του και την ασυνήθιστη συμπεριφορά του όταν βρίσκεται στη στερεά κατάσταση. Να αναγνωρίσουν τη βιολογική σημασία της επίπλευσης του πάγου στο νερό για την υδρόβια ζωή.

24 148 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Να παρατηρήσουν ότι διαφορετικά στερεά υλικά μετατρέπονται σε υγρά όταν η θερμοκρασία τους ανέβει πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο. Να αναγνωρίσουν ότι όταν ένα τηγμένο υλικό ψηχθεί επανέρχεται στη στερεά κατάσταση. Μέρος Α: Πήξη Δραστηριότητα A Διερεύνηση Το νερό και πολλά άλλα υγρά μετατρέπονται σε πάγο όταν η θερμοκρασία τους κατέβει στο μηδέν ή κάτω από το μηδέν. Υλικά Διαφανή πλαστικά ποτήρια, νερό, διάφοροι χυμοί, γάλα, θερμόμετρο τοίχου ή και υδραργυρικό θερμόμετρο εργαστηρίου, έντυπο με την κλίμακα των θερμοκρασιών Κελσίου. Δεξιότητες Παρατήρηση, μέτρηση, σύγκριση, επικοινωνία Πορεία Στην αρχή της ημέρας τα παιδιά βάζουν μικρές ποσότητες νερού από τη βρύση, γάλατος και πορτοκαλάδας στα διαφανή ποτήρια. Συγκεντρώνουμε τα παιδιά στην ομάδα και τους ζητούμε να μετρήσουν και να καταγράψουν τη θερμοκρασία τους. Θέτουμε για συζήτηση το ερώτημα: α) Πως θα κάνουμε το νερό και τα άλλα υγρά να γίνουν πάγος; Ακούμε τις απόψεις των παιδιών και τις συζητούμε. Με κατάλληλες ερωτήσεις τα παιδιά επαναφέρουν στο νου τους εμπειρίες και γνώσεις από την προηγούμενη δραστηριότητα. Τα παιδιά τοποθετούν το θερμόμετρο μέσα στο ποτήρι με το νερό και κατόπιν στην κατάψυξη του ψυγείου του σχολείου. Κατά μικρά χρονικά διαστήματα τα παιδιά παρατηρούν τη θερμοκρασία του νερού να κατεβαίνει σταδιακά και τη σημειώνουν στην κλίμακα εωσότου εμφανιστούν οι πρώτοι κρύσταλλοι στην επιφάνειά του. Σημειώνουν στην κλίμακα τη θερμοκρασία στην οποία εμφανίστηκαν οι κρύσταλλοι. Συγχρόνως παρατηρούν την αλλαγή και στα άλλα υγρά. Αποσύρουμε το θερμόμετρο και αφήνουμε τα υγρά να παγώσουν εντε-

25 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 149 λώς. Κατά την πορεία τα παιδιά συνεχίζουν να παρατηρούν τη σταδιακή αλλαγή της υγρής κατάστασης σε στερεή. Κλείσιμο Συγκεντρώνουμε τα παιδιά στην ομάδα. Τα παιδιά ανακοινώνουν τις παρατηρήσεις τους. Θέτουμε το ερώτημα: Τι παθαίνουν τα υγρά όταν η θερμοκρασία τους κατεβαίνει πολύ χαμηλά; και συζητάμε την εξέλιξη του φαινομένου. Εδώ δίνεται η δυνατότητα στη νηπιαγωγό να εισάγει την ορολογία τα υγρά μετατρέπονται σε στερεά. Επιπλέον δίνεται η δυνατότητα να συνδεθεί και πάλι το φαινόμενο με πραγματικές καταστάσεις χρησιμοποιώντας ως αναφορά τις σχετικές εικόνες της προηγουμένης δραστηριότητας (μέρη με πάγους, παγόβουνα κλπ). Επισήμανση Είναι δυνατό το κλείσιμο της δραστηριότητας να γίνει την επόμενη ημέρα δεδομένου ότι τα υγρά μπορεί να χρειαστούν αρκετό χρόνο για να μετατραπούν σε πάγο. Ενδεικτικές ερωτήσεις για να οδηγήσουμε τα παιδιά Για να επικεντρώσουμε την προσοχή των παιδιών στις θερμοκρασίες στις οποίες το νερό βρίσκεται στην κατάσταση πάγου, τις δείχνουμε στη χάρτινη κλίμακα και θέτουμε το παρακάτω ερώτημα: Για να δούμε τι παθαίνει το νερό όταν η θερμοκρασία του κατέβει κάτω από το μηδέν; Για να επικεντρώσουμε την προσοχή των παιδιών στη διαφορά των θερμοκρασιών: Γιατί νομίζετε ότι το νερό παγώνει στην κατάψυξη και όχι σε άλλο μέρος ή στο θάλαμο του ψυγείου; Τι θερμοκρασίες μετρήσαμε εκεί και τι θερμοκρασίες μετρήσαμε στα άλλα μέρη; (συγκρίνοντας με τις άλλες θερμοκρασίες που είχαν σημειώσει στην κλίμακα). Υλοποίηση πρακτικές και εμπειρίες από την τάξη Το ξεκίνημα Οι εκπαιδευτικοί ακολούθησαν διαφορετικούς τρόπους για να ξεκινήσουν τη δραστηριότητα. Άλλες άρχισαν με ερωτήσεις προβληματισμού, π.χ. «πως μπορούμε να κάνουμε τη θερμοκρασία ενός υλικού να κατέβει»; Άλλες πα-

26 150 Παιδί και Φυσικός Κόσμος ρουσίασαν στα παιδιά τα διαφορετικά υγρά μέσα σε διαφανή ποτηράκια και τους ζήτησαν πρώτα να τα αναγνωρίσουν και άλλες πάλι παρουσίασαν στα παιδιά τα υγρά και τους ζήτησαν να αρχίσουν με τη μέτρηση των θερμοκρασιών τους. Στον προβληματισμό «πως μπορούμε να κάνουμε τη θερμοκρασία ενός υλικού να κατέβει» τα παιδιά ανταποκριθήκαν με διαφορετικές ιδέες: -Να βάλουμε μέσα στο νεράκι κρύο νερό, στην πορτοκαλάδα κρύα πορτοκαλάδα και στο γάλα κρύο γαλατάκι και να τα ανακατέψουμε λιγάκι και θα κατεβεί η θερμοκρασία τους -Να τα βάλουμε στο ψυγείο -Να τα βάλουμε στην κατάψυξη Οι απόψεις των παιδιών δημιούργησαν συζητήσεις: -Εκεί θα γίνουν παγάκια, θα παγώσουν γιατί έχει μείον δέκα (-10 ). -Το γάλα θα γίνει παγωτό, το νερό πάγος και η πορτοκαλάδα σα γρανίτα Η εκπαιδευτικός γράφει σχετικά: Με την τελευταία αυτή απάντηση, τα παιδιά πρόλαβαν την ερώτηση που θα ακολουθούσε δηλαδή : «πως θα κάνουμε το νερό και τα άλλα υγρά να γίνουν πάγος;». Ωστόσο, υπέβαλα την ερώτηση για λόγους τακτικής και βέβαια η απάντηση που έδωσαν ήταν «να τα βάλουμε στην κατάψυξη». Στα σχολεία που η δραστηριότητα ξεκίνησε με την παρουσίαση των υγρών τα παιδιά επεσήμαναν στις εκπαιδευτικούς ότι τα υλικά που τους παρουσίασαν ήταν όλα υγρά και με άνεση έδωσαν τα ονόματά τους. Μάλιστα, σε κάποια από τα σχολεία, τα παιδιά έγραψαν ετικέτες που κόλλησαν πάνω στα ποτηράκια όπως ακριβώς είχαν κάνει σε προηγούμενες δραστηριότητες τις σχετικές με τη διάκριση των υλικών. Στα σχολεία που άρχισαν με τη μέτρηση θερμοκρασιών οι εκπαιδευτικοί ζήτησαν από τα παιδιά να τους υπενθυμίσουν τι κάνουμε με τα θερμόμετρα. Τα παιδιά εξήγησαν στις εκπαιδευτικούς ότι μετρούν πόσο ζέστη κάνει κάπου. Όταν ξεκίνησαν οι μετρήσεις τα παιδιά επιδόθηκαν στην ανάγνωση των εκάστοτε ενδείξεων των θερμομέτρων κάνοντας ιδιαίτερη προσπάθεια να αναγνωρίσουν τους διψήφιους αριθμούς. Αυτό αποτέλεσε μια καλή άσκηση για την ανάγνωση των αριθμών. Π. Τώρα θα μετρήσουμε τη θερμοκρασία τους Ε. Πώς θα μετρήσουμε τη θερμοκρασία τους; Π. Με το θερμόμετρο, φέρτο κυρία. Π. Είναι στο 2 και τρεις γραμμούλες Π. Δηλαδή 23 βαθμοί Π. Ναι έτσι είναι.. να μετρήσω τη θερμοκρασία από το γάλα εγώ τώρα

27 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 151 Η διαπίστωση της θερμικής ισορροπίας επαναλαμβάνεται Όπως και να άρχισε η δραστηριότητα σε όλα τα σχολεία τα παιδιά μέτρησαν τις θερμοκρασίες των υγρών πριν τα τοποθετήσουν στην κατάψυξη. Ιδιαίτερα ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι σε κάποια σχολεία, μετρώντας τις θερμοκρασίες αυτές, τα παιδιά παρατήρησαν και πάλι ότι οι θερμοκρασίες υλικών που βρίσκονται στον ίδιο χώρο είναι ίδιες. Π. Είναι 25 βαθμούς [για το ποτήρι με το νερό]. Π. Ε, τότε και το άλλο είναι 25. Ε. Γιατί το λες αυτό Α; Α: Να δες..[και βάζει το θερμόμετρο στο τελευταίο ποτήρι με κάποιο άλλο από τα υγρά] πάλι 25 βαθμοί. Π. Ναι αφού δεν το βάλαμε στο ψυγείο είναι το ίδιο δεν είναι πιο κρύο από τα άλλα.. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως η παρατήρηση αυτή αποτελεί ένα εξαιρετικό προοίμιο για την κατανόηση της θερμικής ισορροπίας σε πιο προχωρημένα στάδια. Η κατανόηση της θερμικής ισορροπίας υλικών και υλικών και περιβάλλοντος είναι μια από τις έννοιες που δυσκολεύουν τα παιδιά ακόμη και στο γυμνάσιο. Η από νωρίς κατανόηση από τα παιδιά ότι τα υλικά που βρίσκονται για ορισμένο χρονικό διάστημα στον ίδιο χώρο αποκτούν την ίδια θερμοκρασία μεταξύ τους (η οποία είναι ίδια και με αυτή του περιβάλλοντος) είναι ένα ζήτημα στο οποίο η εκπαιδευτικός μπορεί να δώσει μεγαλύτερη έμφαση. Θέτοντας τον κατάλληλο προβληματισμό μπορεί να επεκτείνει τη συζήτηση και για άλλα υλικά πλην αυτών της συγκεκριμένης δραστηριότητας. Η αλλαγή κατάστασης: ενεργή παρατήρηση και συζήτηση Μετά τη μέτρηση των θερμοκρασιών τα παιδιά τοποθέτησαν τα ποτήρια με τα υγρά στην κατάψυξη. Παρατηρώντας τα υγρά σε τακτά χρονικά διαστήματα διαπίστωσαν τη σταδιακή δημιουργία κρυστάλλων. Σε μερικά σχολεία ήθελαν να επιβεβαιώσουν και απτικά τη δημιουργία των κρυστάλλων. Τα παιδιά παρατηρούν ότι ήδη έχει αρχίσει η πήξη και το θερμόμετρο δείχνει 0 βαθμούς. Βάζουν το δαχτυλάκι τους για να διαπιστώσουν τη συνύπαρξη του υγρού με μικρά παγάκια-κρυσταλλάκια. Όταν τα υγρά πάγωσαν τα παιδιά είχαν την ευκαιρία να παρατηρήσουν και συζητήσουν για διάφορα πράγματα. Πρώτα, σε όσα σχολεία όταν το θερμόμετρο αποσύρθηκε από τα ποτήρια παρέμεινε στην κατάψυξη, οι εκπαιδευτικοί ζήτησαν από τα παιδιά να αναγνώσουν και σχολιάσουν την ένδειξή του

28 152 Παιδί και Φυσικός Κόσμος τη στιγμή που έβγαλαν τα παγωμένα υγρά. Π. Είναι πολύ χαμηλά Ε. Πόσο χαμηλά Π. Κάτω από το μηδέν Ε. Πόσο κάτω από το μηδέν Π. Είναι στο μείον 10 Π. Γι αυτό έγιναν όλα πάγος Στη συνέχεια τα παιδιά παρατήρησαν ενεργά τα στερεοποιημένα υγρά. Τα μεταφέραμε στην τάξη για παρατήρηση. Περνούν από όλα τα παιδιά όλα τα ποτηράκια με τα παγωμένα υγρά. Τα μυρίζουν, κάποια τα γλύφουν, τα πιέζουν για να τα βγάλουν από το ποτηράκια και σχολιάζουν: έγιναν πάγος, αχ, πάγος έγιναν τα χέρια μου. Ενδιαφέρον είναι ότι με την ενεργή παρατήρηση τα παιδιά διαπίστωσαν ότι συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των πρώην υγρών όπως η οσμή τους δεν άλλαξε όταν πάγωσαν επισημαίνοντας το είδος του υγρού. Μυρίζει γαλατίλα αλλά έχει γίνει παγωτάκι. Μυρίζει πορτοκαλαδίλα αλλά έχει γίνει σα γρανίτα. Θυμηθείτε ότι μια από τις αντιλήψεις που έχουν τα παιδιά αυτής της ηλικίας είναι ότι όταν ένα υγρό παγώσει αλλάζει η σύστασή του, μετατρέπεται δηλαδή σε άλλο υλικό. Η ενεργή παρατήρηση επομένως αποτελεί έναν καλό τρόπο να διαπιστώσουν τα παιδιά ότι κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η άποψη που εξέφρασε ένα παιδί: Το παγάκι γίνεται νερό όταν λιώσει διότι είναι από νερό. Εικόνα 9. Τα παιδιά παρατηρούν τα παγωμένα υγρά που μόλις έχουν βγάλει από την κατάψυξη

29 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 153 Αρχικές αμφιβολίες και άλλα ερωτήματα Μερικά παιδιά, ενώ για το νερό ήταν μάλλον σίγουρα ότι αν μπει στην κατάψυξη θα παγώσει, εκφράσανε επιφυλάξεις για το αν θα γινόταν το ίδιο και με τα άλλα υγρά-το γάλα και την πορτοκαλάδα. Έτσι η εκπαιδευτικός, αφού το νερό πάγωσε, άφησε τα παιδιά να παρατηρούν μόνο τα δύο τελευταία υγρά σε τακτά χρονικά διαστήματα. Όταν είδαν τη δημιουργία των πρώτων κρυστάλλων και σ αυτά, πείστηκαν ότι το φαινόμενο της πήξης, πλην του νερού, συμβαίνει και σε άλλα υγρά: Π. Α, παγώνει! Παγώνει και το γάλα! Π. Κοίτα όπως το νερό. Κάνει μικρά-μικρά παγάκια μέσα. Τα παιδιά που είχαν αμφιβολίες κατανόησαν ότι το φαινόμενο της πήξης συμβαίνει σε όλα τα υγρά που συναντούν στην καθημερινή τους ζωή σε κάποια όμως παίρνει μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από άλλα. Για τα παιδιά που είχαν προβλέψει ότι η πορτοκαλάδα και το γάλα θα πάγωναν, ήταν μεγάλη ικανοποίηση να δουν ότι η πρόβλεψή τους επαληθεύτηκε. Αφού όλα τα υγρά είχαν πλέον παγώσει τα παιδιά παρατηρώντας τα και συζητώντας στην ομάδα, κατέγραψαν, με τη βοήθεια της νηπιαγωγού, τις παρατηρήσεις τους σε ένα μεγάλο χαρτί: Τα υγρά σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία γίνονται στερεά-πάγος. Όλα τα υγρά δεν παγώνουν την ίδια στιγμή. Κάποια χρειάζονται περισσότερη ώρα για να γίνουν πάγος από άλλα. Το υγρό που παγώνει πιο γρήγορα είναι το νερό. Το υγρό που παγώνει πιο αργά είναι η πορτοκαλάδα. Αξιοσημείωτο είναι πως για το νερό τα παιδιά χρησιμοποίησαν το όρο «πάγος», ενώ για τα υπόλοιπα τον όρο «πάγος γάλα» και «πάγος πορτοκαλάδα». Η εκπαιδευτικός δεν έκανε καμία διόρθωση. Η ορολογία που επινόησαν τα παιδιά φάνηκε να έχει κάποιο νόημα για αυτά γιατί πιθανόν να τα βοηθούσε να κάνουν τη διάκριση μεταξύ του πάγου που προερχόταν από διαφορετικά υγρά. Σε ένα άλλο σχολείο, στην ελεύθερη δραστηριότητα των παιδιών, η εκπαιδευτικός πλησίασε το κουκλόσπιτο όπου τα παιδιά της σέρβιραν καφέ. Συγχρόνως της υπέβαλλαν το ερώτημα αν «το τσάι και ο καφές παγώνουν και αυτά όπως και τα άλλα υγρά». Η εκπαιδευτικός δεν απάντησε στη ερώτηση αλλά, προσποιούμενη ότι δε γνωρίζει, ρώτησε τα παιδιά πως θα μπορούσαν να βρούνε την απάντηση. Τα παιδιά πρότειναν: Π. Να τα φτιάξουμε στ αλήθεια και να τα βάλουμε στην κατάψυξη! Π. Ναι, ναι και μετά να δούμε τι θα γίνει. Έτσι, με πρόταση των ίδιων των παιδιών, η ερώτηση μετατράπηκε σε διερεύνηση (βλέπε παράγραφο: ο χειρισμός των ερωτήσεων των παιδιών στην εισαγωγή) μέσα από την οποία τα παιδιά έδωσαν μόνα τους την απάντηση στον προβληματισμό τους.

30 154 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Επισήμανση Στην περίπτωση που τα παιδιά θέσουν το ερώτημα γιατί το οινόπνευμα δεν παγώνει όπως τα άλλα υγρά θα μπορούσε να τους εξηγηθεί ότι για να παγώσει το συγκεκριμένο υγρό, θα πρέπει η θερμοκρασία να κατέβει πολύ-πολύ χαμηλότερα από τι χρειάζεται για να παγώσουν τα άλλα υγρά. Για το λόγο αυτό το χρησιμοποιούμε για να μετράμε πολύ χαμηλές θερμοκρασίας. Τα στερεοποιημένα υγρά Στη συζήτηση για την αλλαγή κατάστασης τα παιδιά αναφερθήκαν στις ιδιότητες των στερεών που είχαν μελετήσει σε προηγούμενες δραστηριότητες που αφορούσαν «την ύλη και τις ιδιότητές της». Ε. Τώρα που πάγωσαν τα υγρά τι έγιναν; Π. Στερεά, δεν χύνονται από τα ποτήρια. Π. Μπορούμε να τα ακουμπήσουμε όπου θέλουμε. Π. Μπορούμε να τα πιάνουμε. Εικόνα 10. Τα παιδιά έβγαλαν τα παγωμένα υγρά-γάλα, πορτοκαλάδα, νερό-από τα ποτήρια για να δείξουν ότι έχουν αποκτήσει τις ιδιότητες των στερεών Σε κάποιο νηπιαγωγείο η παραπάνω συζήτηση προηγήθηκε της τοποθέτη-

31 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 155 σης των υγρών στην κατάψυξη. Η εκπαιδευτικός, παίρνοντας υπ όψη της τις ήδη υπάρχουσες εμπειρίες των παιδιών, τους ζήτησε να κάνουν προβλέψεις. Στις προβλέψεις τους τα παιδιά αναφέρθηκαν και πάλι στις ιδιότητες των στερεών αλλά και των υγρών. Τα παιδιά, όταν τα ρώτησα αν θα είναι και πάλι υγρά όταν τα βάλουμε στην κατάψυξη, μου απάντησαν: όχι, γιατί θα είναι στερεά. Θα μπορούμε να τα πιάνουμε. Αλλά μόλις τα πιάσουμε θα αρχίσουν να λιώνουν, να γίνονται πάλι νερό. Να χύνονται. Η παρουσίαση των ομάδων Σε κάποια σχολεία, πριν τη συζήτηση σε όλη την ομάδα, έγινε παρουσίαση των πειραματισμών των επιμέρους ομάδων εργασίας στα υπόλοιπα παιδιά. Η ομάδα που είχε πειραματιστεί ανέλαβε να παρουσιάσει αυτά που έκανε. -Βάλαμε χυμό, γάλα και νερό σε αυτά τα ποτήρια και τους μετρήσαμε τη θερμοκρασία. Ο Γ. εξήγησε και στα υπόλοιπα παιδιά ότι τα υγρά που βάλαμε στην κατάψυξη έχουν αρχίσει να παγώνουν, έχουν κάνει παγάκια και αν τα αφήσουμε και άλλη ώρα θα γίνουν ολόκληρα πάγος. Η σύνδεση με πραγματικές καταστάσεις Τέλος οι εκπαιδευτικοί έδωσαν ερεθίσματα στην ομάδα για συζητήσεις όπου τα παιδιά έκαναν τη σύνδεση του φαινομένου με άλλες πραγματικές καταστάσεις πλην αυτών που παρατηρούν στο άμεσο περιβάλλον του σπιτιού ή του σχολείου. Μίλησαν για το τι συμβαίνει στο νερό στους πόλους, για τις θερμοκρασίες που επικρατούν εκεί και που τις θεωρούν ως την αιτία που κάνει το νερό να έχει μετατραπεί σε παγόβουνα και τα ζώα όπως οι πιγκουΐνοι που ζουν σ αυτά. Ανακάλεσαν επίσης εμπειρίες και σχετικές γνώσεις από την καθημερινή ζωή: Για αυτό οι ελιές μας πάγωσαν. Ο κύριος Παναγιώτης είπε ότι έχουνε χυμούς μέσα τα δέντρα και όταν κατέβει κάτω από το 0 η θερμοκρασία οι χυμοί παγώνουν. Παγώνουν και τα δέντρα. Προεκτάσεις για την οικογένεια Τα παιδιά μπορούν να πειραματιστούν στο σπίτι παρατηρώντας την πήξη του νερού και άλλων υλικών στη κατάψυξη του ψυγείου. Μπορούν να μετρήσουν τη θερμοκρασία της κατάψυξης με θερμόμετρο οινοπνεύματος καθώς και του θαλάμου συντήρησης του ψυγείου και να τις συγκρίνουν. Να συζητήσουν με τους ενήλικες για τη διαφορά των ενδείξεων του θερμομέτρου καθώς και για την περιοχή της κλίμακας στην οποία αυτές σημειώνονται ώστε να εξοικειωθούν με τις ενδείξεις πάνω και κάτω από το μηδέν.

32 156 Παιδί και Φυσικός Κόσμος Δραστηριότητα B Διερεύνηση Το νερό, όταν παγώνει, απλώνεται και πιάνει περισσότερο χώρο. Υλικά Ποτήρι από χρωματιστό σκληρό πλαστικό, δύο μικρά διαφανή πλαστικά μπουκάλια με πώμα που βιδώνει ερμητικά, ένα μικρό γυάλινο διαφανές μπουκάλι με πώμα που βιδώνει ερμητικά. Επισήμανση: Δεδομένου ότι διάφορες προσμίξεις μπορούν να αλλάξουν το σημείο πήξης του νερού, αν τα μπουκάλια περιείχαν προηγουμένως άλλα υγρά (πλην νερού) θα πρέπει να καθαριστούν πολύ καλά. Δεξιότητες Παρατήρηση, σύγκριση, πρόβλεψη, μέτρηση, επικοινωνία, εξαγωγή συμπεράσματος Πορεία Συγκεντρώνουμε τα παιδιά στην ομάδα και εισάγουμε τον προβληματισμό: Πότε λέτε το νερό να πιάνει περισσότερο χώρο, όταν είναι υγρό ή όταν γίνει πάγος; Ακούμε τις απόψεις των παιδιών. Γεμίζουμε το πλαστικό ποτήρι με νερό μέχρι το χείλος. Παρουσία των παιδιών τοποθετούμε το ποτήρι στην κατάψυξη (τοποθετούμε ένα μικρό πιάτο κάτω από το ποτήρι αφ ενός για να μην κολλήσει στην περίπτωση που ίσως χυθεί λίγο νερό και αφ ετέρου για να σταθεί το ποτήρι εντελώς οριζόντιο. Επειδή για να παγώσει όλο το νερό και να γίνει εμφανές το φαινόμενο θα χρειαστούν αρκετές ώρες, υπάρχει πιθανότητα η δραστηριότητα να πρέπει να συνεχιστεί την επόμενη ημέρα. Επομένως η δραστηριότητα αυτή θα πρέπει να προγραμματιστεί να γίνει σε περισσότερες από μία φάσεις. Όταν όλο το νερό έχει πλέον μετατραπεί σε πάγο, βγάζουμε το ποτήρι από την κατάψυξη. Τα παιδιά ελέγχουν τη στάθμη του πάγου (μετά την πήξη του νερού θα είναι εμφανές ότι ο πάγος θα εξέχει σημαντικά από το χείλος του ποτηριού) και τη συγκρίνουν με τη στάθμη του νερού πριν αυτό παγώσει. Μπορούμε επίσης να βάλουμε στο πλαστικό μπουκάλι νερό έως περίπου 2 εκατοστά κάτω από το σημείο που αρχίζει ο «λαιμός του» και να το τοποθετήσουμε συγχρόνως με το ποτήρι στην κατάψυξη αλλά χωρίς

33 Ένοιες και Φαινόμενα από τη Φυσική για την Προσχολική και Πρώτη σχολική Ηλικία 157 πώμα. Το βγάζουμε συγχρόνως με το ποτήρι από την κατάψυξη για να παρατηρήσουν τα παιδιά το αποτέλεσμα. Ο πάγος θα έχει γεμίσει τον άδειο χώρο αλλά και το «λαιμό» του μπουκαλιού. Συγκεντρώνουμε τα παιδιά στην ομάδα. Τα παιδιά παρουσιάζουν τις παρατηρήσεις τους και τις συζητούμε στην ομάδα. Με τη βοήθεια της νηπιαγωγού η οποία τα κατευθύνει με κατάλληλες ερωτήσεις τα παιδιά καταλήγουν σε συμπεράσματα. Στη συνέχεια τα παιδιά με τη βοήθεια της νηπιαγωγού γεμίζουν ως το χείλος με νερό το δεύτερο πλαστικό και το γυάλινο μπουκάλι και τα βιδώνουν πολύ καλά. Μ αυτό τον τρόπο δε μένει καθόλου κενός χώρος μεταξύ του πώματος και της επιφάνεια του νερού. Η εκπαιδευτικός τους ζητά να προβλέψουν τι θα συμβεί στα μπουκάλια όταν το νερό παγώσει. Τα παιδιά διατυπώνουν τις προβλέψεις τους, τις συζητούν στην ομάδα και η εκπαιδευτικός τους ζητά να αιτιολογήσουν τις απόψεις τους. Τα παιδιά τοποθετούν τα μπουκάλια με το νερό στην κατάψυξη. Την επόμενη ημέρα που το νερό θα έχει παγώσει παρατηρούν τι έχει συμβεί στα μπουκάλια. Συγκεντρώνουμε τα παιδιά στην ομάδα και παρουσιάζονται οι παρατηρήσεις. Τους ζητούμε να αιτιολογήσουν το φαινόμενο και με τη βοήθειά μας καταλήγουν σε συμπεράσματα. Συνδέουμε το φαινόμενο με εμπειρίες από την καθημερινή ζωή π.χ. σωλήνες νερού που σπάζουν όταν έχει παγωνιά, ξεχασμένα μπουκάλια με ποτά στην κατάψυξη. Ενδεικτικές ερωτήσεις για να οδηγήσουμε τα παιδιά Τι παρατηρείτε στη στάθμη του νερού τώρα που έγινε πάγος; Γιατί νομίζετε ανέβηκε η στάθμη στο ποτήρι τώρα που το νερό έχει παγώσει; Γιατί τώρα που το νερό έγινε πάγος το μπουκάλι γέμισε; [Αφορά το μπουκάλι που δεν ήταν καλά γεμάτο]. Γιατί νομίζετε ότι έσπασε το μπουκάλι τώρα που το νερό έγινε πάγος; Έχετε ποτέ σας ακούσει τι παθαίνουν οι σωλήνες του νερού όταν έχει έξω παγωνιά; Υλοποίηση πρακτικές και εμπειρίες από την τάξη Εμπειρίες, προβλέψεις και ανάκληση προηγούμενης γνώσης Η δραστηριότητα σε κάποια σχολεία άρχισε με τις προβλέψεις των παιδιών και σε άλλα με την κατάθεση εμπειριών από τα παιδιά. Για παράδειγμα, ένα παιδί στο δρόμο του προς το σχολείο, είδε ένα σωλήνα νερού σπασμένο μέσα από τον οποίο είχε βγει πάγος. Η εκπαιδευτικός χρησιμοποίησε την

34 158 Παιδί και Φυσικός Κόσμος παρατήρηση του παιδιού ως έναυσμα για συζήτηση βάζοντας στην ομάδα το ερώτημα «γιατί νομίζετε ότι έσπασε ο σωλήνας». Το παιδί που είχε κάνει την παρατήρηση εξέφρασε την άποψη ότι «το νερό που ήταν μέσα στο σωλήνα πάγωσε και επειδή ο πάγος χρειαζόταν περισσότερο χώρο από το νερό έσπασε το σωλήνα και βγήκε έξω». Η εκπαιδευτικός γράφει ότι «τα υπόλοιπα παιδιά στην ομάδα ενθουσιάστηκαν από την εξήγηση που έδωσε ο Α. και έκαναν τα δικά τους σχόλια μπαίνοντας στη λογική του ότι ο πάγος χρειάζεται περισσότερο χώρο από ότι το νερό και αν δεν τον βρει σπάζει το δοχείο όπου βρίσκεται και βγαίνει έξω. Στα σχολεία που η δραστηριότητα άρχισε με προβλέψεις τα παιδιά εκφράσανε διαφορετικές απόψεις κάποιες εκ των οποίων δε συνέπιπταν με τις επιστημονικές, δεδομένου ότι τα παιδιά δεν είχαν ακόμη συνδέσει τις εμπειρίες τους από την καθημερινή ζωή με το φαινόμενο, έδωσαν όμως αιτιολογήσεις που είχαν μια ενδιαφέρουσα και λογική στηρίζονταν σε προηγούμενες γνώσεις: Π. Θα πιάσει τον ίδιο χώρο γιατί τα παγάκια είναι το ίδιο το νερό. Κάποια εκπαιδευτικός ρώτησε τα παιδιά αν η ποσότητα του νερού παραμένει η ίδια όταν αυτό παγώνει, δηλαδή αν η μάζα του νερού είναι η ίδια. Αρκετά ανακάλεσαν γνώσεις που είχαν αποκτήσει καιρό πριν τη συγκεκριμένη δραστηριότητα: Π. Δεν θα αλλάξει, θα είναι ίδια, αφού ούτε βάζουμε άλλο νερό ούτε βγάζουμε. Για τα παιδιά που είχαν αμφιβολία σχετικά με αυτό ή για τα παιδιά που για τη διατήρηση της ποσότητας της ύλης δεν είχαν παρακολουθήσει τις προηγούμενες δραστηριότητες, οι εκπαιδευτικοί πρότειναν να ζυγίσουν το νερό πριν το βάλουν στην κατάψυξη και στη συνέχεια να ζυγίσουν το νερό μετά το πείραμα, αφού θα είχε μετατραπεί σε πάγο. Έφεραν λοιπόν και πάλι τις ζυγαριές και τα παιδιά έκαναν το ζύγισμα ώστε να βεβαιωθούν. Ο στόχος και τα αποτελέσματα του πειράματος Αφού έγινε η περιγραφή του πειράματος κάποιες εκπαιδευτικοί έλεγξαν αν τα παιδιά είχαν κατανοήσει ποιος ήταν ο στόχος του: «Τι θέλουμε να δούμε με αυτό το πείραμα;». Τα παιδιά απάντησαν πως «θέλουμε να δούμε αν το νερό, η στάθμη του νερού, θα ανέβει από εκεί που ήταν ή θα κατέβει». Η αντίληψη του στόχου της πειραματικής διαδικασίας αποτελεί ένα σημαντικό στοιχείο για την κατανόηση του φαινομένου που τα παιδιά θα μελετήσουνδιερευνήσουν με ένα συγκεκριμένο πείραμα. Τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας ήταν εντυπωσιακά. Τα παιδιά είχαν την ευκαιρία να παρατηρήσουν σπασμένα γυάλινα μπουκάλια