«Αξιοποίηση applets του Διαδικτύου για διδασκαλία επικεντρωμένη στην άρση των νοητικών αναπαραστάσεων των μαθητών για την Οριζόντια Βολή»

Transcript

1 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» «Αξιοποίηση applets του Διαδικτύου για διδασκαλία επικεντρωμένη στην άρση των νοητικών αναπαραστάσεων των μαθητών για την Οριζόντια Βολή» Ισμήνη Ιωαννίδου MSc, PhD, Σχολική Σύμβουλος Φυσικών Επιστημών Β/θμιας Εκπαίδευσης ΠΕΡΙΛΗΨΗ Με την έρευνά μας αυτή διερευνούμε μερικές από τις νοητικές αναπαραστάσεις 40 μαθητών της Α Λυκείου για την οριζόντια βολή με σκοπό, στηριζόμενοι σε αυτές τις αναπαραστάσεις, να προτείνουμε τρόπους αξιοποίησης των Νέων Τεχνολογιών στην κατεύθυνση της ενίσχυσης της μαθησιακής διαδικασίας σε θέματα της οριζόντιας βολής. Οι μαθητές φαίνεται να διατηρούν νοητικές αναπαραστάσεις για τις κινήσεις που διαφέρουν από την αποδεκτή επιστημονική άποψη και πολλές από αυτές τις αναπαραστάσεις ξεκινούν από Προ-Νευτώνειες αντιλήψεις για την κίνηση. Τα αποτελέσματα της έρευνάς μας έδειξαν ότι οι μαθητές δυσκολεύονται να κατανοήσουν την τροχιά σώματος που κάνει οριζόντια βολή, τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό, τα διανύσματα της ταχύτητας και της επιτάχυνσης, τη σχέση της μάζας με το συνολικό χρόνο πτώσης, με τη μέγιστη οριζόντια μετατόπιση, με την κατακόρυφη συνιστώσα uy της ταχύτητας, καθώς και τη σχέση της οριζόντιας συνιστώσα ux της ταχύτητας με το συνολικό χρόνο πτώσης και με τη μέγιστη οριζόντια μετατόπιση. Προτείνεται η χρήση διαθέσιμων applets (μικρο-εφαρμογές) του διαδικτύου τα οποία μπορούν εύκολα οι εκπαιδευτικοί να χρησιμοποιήσουν στη διδασκαλία τους συνοδευμένα με κατάλληλες δραστηριότητες οι οποίες θα στοχεύουν αφενός στο να έρθουν οι μαθητές αντιμέτωποι με τα δικά τους νοητικά μοντέλα για τις κινήσεις και αφετέρου να κατανοήσουν έννοιες της κίνησης που τους δυσκολεύουν. Η χρήση των applets του διαδικτύου προτείνεται ως μια επιπλέον δυνατότητα αξιοποίησης έτοιμων προσομοιώσεων, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους εκπαιδευτικούς, εναλλακτικά με τη χρήση άλλων ανοικτών προσαρμόσιμων περιβαλλόντων, τα οποία έχουν, ούτως ή άλλως, προταθεί για τη διδασκαλία των κινήσεων. Η ουσία της πρότασής μας συνίσταται στην αποδοχή ότι η πρότερη γνώση των μαθητών είναι πάντα παρούσα και ανθεκτική για πολλά θέματα που τους διδάσκουμε και ότι, στο πλαίσιο του να εφευρίσκουμε συνεχώς τρόπους αντιμετώπισής της, οι Νέες Τεχνολογίες μπορούν να [1134]

2 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ λειτουργήσουν ενισχυτικά, στην κατεύθυνση της πιθανής αντιμετώπισής και αλλαγής της γνώσης αυτής. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών, νέες τεχνολογίες, applets του διαδικτύου ΕΙΣΑΓΩΓΗ Έρευνες οι οποίες έχουν γίνει τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν δείξει ότι οι μαθητές αναπτύσσουν νοητικές αναπαραστάσεις για τις κινήσεις από μικρή ηλικία όταν παρατηρούν τα φυσικά φαινόμενα γύρω τους. Οι νοητικές αυτές αναπαραστάσεις ή εναλλακτικές ιδέες, διαφέρουν από την επιστημονική άποψη, αλλά έχουν τα χαρακτηριστικά μιας «προσωπικής θεωρίας» των μαθητών (McCloskey, 1983a, Clement, 1982, Thijs, 1992). Πολλές από τις εναλλακτικές ιδέες των μαθητών για τις κινήσεις και τις βολές, ξεκινούν από Προ-Νευτώνειες αντιλήψεις για την κίνηση, τη θεωρία του impetus. Οι μαθητές πιστεύουν ότι υπάρχει ένα είδος εσωτερικής δύναμης που κινεί τα σώματα στην κατεύθυνση της κίνησής τους (Champagne, et al., 1980, Halloun, et al., 1985). Σύμφωνα με το νοητικό σχήμα που αναπτύσσουν οι μαθητές, όταν ένα σώμα εκτοξεύεται, η εσωτερική δύναμη (impetus) που έχει το σώμα, αρχικά το κινεί στην κατεύθυνση της κίνησης του, αλλά σταδιακά το impetus μειώνεται και τότε αρχίζει να δρα η βαρυτική έλξη που προκαλεί την πτώση του σώματος (McCloskey, 1983b). Επίσης, πολλοί μαθητές θεωρούν ότι όταν ένα σώμα πέσει από κινούμενο σώμα, τότε δεν λαμβάνει καθόλου impetus και για αυτό πέφτει ίσια προς τα κάτω (Millar & Kragh, 1994). Ακόμη, πιστεύουν ότι τα σώματα που πέφτουν κατέχουν περισσότερη βαρύτητα από τα σώματα που είναι ακίνητα και στα οποία μπορεί να μην ασκείται βαρυτική έλξη (Vosniadou, 1994a), καθώς και ότι για σώματα που πέφτουν στον ίδιο χρόνο και το ένα κάνει οριζόντια βολή και το άλλο ελεύθερη πτώση, αυτό που κάνει οριζόντια βολή χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να φθάσει στο έδαφος από αυτό που κάνει ελεύθερη πτώση (Prescott, 2004). Οι εκπαιδευτικοί οφείλουν να λαμβάνουν υπόψη τις νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών και να εντάσσουν δραστηριότητες οι οποίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους μαθητές στην καλύτερη εμπέδωση των εννοιών που διδάσκονται. Οι νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών με κατάλληλα διδακτικά έργα και στο πλαίσιο της εννοιολογικής αλλαγής (Βοσνιάδου, 1994β, Posner at al, 1982) είναι δυνατόν, σε αρκετές περιπτώσεις, να αρθούν. Οι Νέες Τεχνολογίες πιστεύουμε ότι μπορούν να λειτουργήσουν ενισχυτικά σε αυτήν την προσπάθεια, παράλληλα πάντα με τον κλασσικό τρόπο διδασκαλίας. Μπορούν, επίσης, να παίξουν καθοριστικό ρόλο στη βελτίωση της μαθησιακής διαδικασίας, μια που οι μαθητές, σε περιβάλλον συνεργατικότητας, αναλαμβάνουν πρωτοβουλίες στην αναζήτηση των πληροφοριών, παύοντας να είναι απλοί θεατές (Σολωμονίδου, 2003, Ιωαννίδου, 2004). Ευρήματα ερευνών δείχνουν ότι σε πολλές περιπτώσεις η [1135]

3 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» χρήση των Νέων Τεχνολογιών στη διδασκαλία μπορεί να βοηθήσει λίγο ή πολύ στην άρση των νοητικών αναπαραστάσεων των μαθητών (Andaloro et al. 1997, Jimoyiannis, Komis, 2001, Cepni et al, 2006, Steinberg, 2000). Η έρευνά μας αποτελεί μια πρόταση διδασκαλίας για την οριζόντια βολή, όπου, εκτός από την κλασσική διδασκαλία της συγκεκριμένης ενότητας στην τάξη, προτείνεται η χρήση των Νέων Τεχνολογιών για τη διδασκαλία εννοιών οι οποίες αποτελούν «γνωστικά εμπόδια» για τους μαθητές μια που συνδέονται άμεσα με τις διαισθητικές ιδέες τους για την κίνηση. Κρίνοντας ότι είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τον τρόπο που σκέφτονται οι μαθητές και τις μαθησιακές δυσκολίες που συναντούν, με την έρευνά μας αυτή προσπαθήσαμε, αρχικά, να διερευνήσουμε μερικές από τις νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών της Α Λυκείου για την οριζόντια βολή οι οποίες παρέμειναν και μετά από τη διδασκαλία, ώστε να γνωρίζουμε τα σημεία στα οποία θα έπρεπε να επικεντρώσουμε τις διδακτικές παρεμβάσεις. Στη συνέχεια, προτείνεται η χρήση applets του διαδικτύου, τα οποία με κατάλληλες δραστηριότητες και ερωτήσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διδασκαλία. Τα applets είναι μικρο-εφαρμογές διαθέσιμες ελεύθερα στο Διαδίκτυο, εύκολα στη χρήση τους ακόμα και από αρχάριους χρήστες και αναφέρονται σε διάφορα γνωστικά αντικείμενα. Ο απώτερος στόχος είναι οι δραστηριότητες αυτές να βοηθήσουν, ενισχυτικά, τους μαθητές στην κατανόηση εννοιών για την κίνηση για τις οποίες διατηρούν ανθεκτικές διαισθητικές ιδέες που, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, δεν αλλάζουν εύκολα με τη διδασκαλία (Κόκκοτας, 1997). Η χρήση των applets του διαδικτύου προτείνεται ως μια επιπλέον, ανάμεσα σε άλλες, δυνατότητα αξιοποίησης έτοιμων προσομοιώσεων που μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν από τους εκπαιδευτικούς, εναλλακτικά με τη χρήση των ανοικτών προσαρμόσιμων περιβαλλόντων Interactive Physics και Modellus τα οποία έχουν ούτως ή άλλως προταθεί για τη διδασκαλία των κινήσεων αλλά και άλλων γνωστικών αντικειμένων των Φυσικών Επιστημών (Τζιμογιάννης, κ.α., 1998, Jimoyiannis, Komis, 2001, Ψυχάρης, Φραγκάκης, 2006). ΣΤΟΧΟΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Οι νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών γενικά για τις βολές έχουν διερευνηθεί και είναι γνωστές (Prescott, 2004). Στην παρούσα έρευνα θέσαμε ως στόχο να προβάλουμε, ως μια επιπλέον δυνατότητα, τη χρήση των applets του διαδικτύου για τη διδασκαλία εννοιών που δυσκολεύουν τους μαθητές Για αυτό το λόγο ερευνήσαμε για μερικές έννοιες της οριζόντιας βολής τις νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών και κατόπιν προσπαθήσαμε να βρούμε κατάλληλες διαδικτυακές εφαρμογές που θα μπορούσαμε να τις χρησιμοποιήσουμε ενισχυτικά στη διδασκαλία. Μερικές από τις έννοιες της οριζόντιας βολής για τις οποίες διερευνήσαμε τις νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών είναι οι παρακάτω: Τροχιά του σώματος που κάνει οριζόντια βολή και ασκούμενες δυνάμεις σε αυτό [1136]

4 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ Ταχύτητα και επιτάχυνση του σώματος που κάνει οριζόντια βολή Κατανόηση της ανεξαρτησίας των κινήσεων για την οριζόντια βολή Αλλαγές στη μάζα των σωμάτων που κάνουν οριζόντια βολή και συνολικός χρόνος πτώσης, μέγιστη οριζόντια μετατόπιση, μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy της ταχύτητας Αλλαγές στην οριζόντια ταχύτητα των σωμάτων που κάνουν οριζόντια βολή και συνολικός χρόνος πτώσης και μέγιστη οριζόντια μετατόπιση Σαράντα μαθητές συμμετείχαν στην έρευνά μας, οι οποίοι ήταν μαθητές 2 τμημάτων της Α Λυκείου του Λυκείου Πλατέος Ν. Ημαθίας. Οι μαθητές είχαν διδαχθεί την ενότητα για τις οριζόντιες βολές του σχολικού βιβλίου σε δυο διδακτικές ώρες. Οι ερωτήσεις που επεξεργασθήκαμε ήταν 8 και συνοδεύονταν από κατάλληλα σχήματα (άνθρωπος που ρίχνει μια ή δυο σφαίρες με οριζόντια ταχύτητα) ώστε να γίνουν κατανοητές από τους μαθητές. Οι μαθητές έπρεπε να κυκλώσουν τις σωστές προτάσεις, να τις χαρακτηρίσουν με σωστό ή λάθος είτε να σχεδιάσουν μια τροχιά. Σε όλες τις ερωτήσεις η αντίσταση του αέρα δεν λαμβανόταν υπόψη και δινόταν στους μαθητές ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων με οριζόντιο άξονα χ και κατακόρυφο άξονα y. Αναλυτικά, οι ερωτήσεις, είχαν ως εξής: Στην πρώτη ερώτηση οι μαθητές έπρεπε να επιλέξουν από 5 διαφορετικά είδη τροχιάς, την τροχιά που θα ακολουθήσει σφαίρα η οποία ρίχνεται με οριζόντια ταχύτητα ux και πέφτει στο δάπεδο ή να σχεδιάσουν δική τους τροχιά για την πτώση της σφαίρας. Στις τροχιές που σχεδιάσαμε ενσωματώσαμε είδη τροχιών που η βιβλιογραφία δείχνει ότι προτιμούν να σχεδιάζουν οι μαθητές (Prescott, 2004) όταν ερμηνεύουν τις κινήσεις με βάση το impetus. Έτσι, υπήρχαν τροχιές οι οποίες δεν ήταν παραβολικές αλλά ενσωμάτωναν ευθεία οριζόντια γραμμή και κατόπιν τροχιά της ελεύθερης πτώσης. Οι μαθητές, αν το επιθυμούσαν, μπορούσαν να σχεδιάσουν και άλλη τροχιά εκτός από αυτές που τους δίναμε. Στη δεύτερη ερώτηση οι μαθητές έπρεπε να απαντήσουν αν το μέτρο της ταχύτητας του σώματος για την τροχιά που έχουν επιλέξει: αυξάνεται, μειώνεται ή είναι συνεχώς σταθερό ή σταθερό για λίγο και αυξανόμενο στη συνέχεια. Οι μαθητές, αν το επιθυμούσαν, μπορούσαν να δώσουν και άλλη απάντηση. Στην τρίτη ερώτηση οι μαθητές έπρεπε να απαντήσουν ποιες δυνάμεις ασκούνται στη σφαίρα, κατά μήκος της τροχιάς που έχουν επιλέξει, ανάμεσα σε: βαρυτική δύναμη κατακόρυφα προς τα κάτω, οριζόντια δύναμη που διατηρεί την κίνηση, δύναμη που ακολουθεί τη διεύθυνση της κίνησης, βαρυτική και οριζόντια δύναμη και τέλος βαρυτική και δύναμη στη διεύθυνση της κίνησης. Στις επόμενες 5 ερωτήσεις που ακολουθούν, οι μαθητές έπρεπε να βρουν ποιες είναι οι σωστές και ποιες οι λάθος απαντήσεις. Στην τέταρτη ερώτηση οι μαθητές έπρεπε να βρουν, για δυο σφαίρες που αφήνονται ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος και η μία κάνει οριζόντια βολή και η άλλη ελεύθερη πτώση, ποια σφαίρα φθάνει πρώτη στο έδαφος ή αν φθάνουν στον ίδιο χρόνο στο έδαφος. Στην πέμπτη ερώτηση δινόταν ένα σώμα το οποίο το ρίχνουμε από [1137]

5 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» ένα ορισμένο ύψος με οριζόντια ταχύτητα υx και οι μαθητές έπρεπε να βρουν αν το μέτρο της κατακόρυφης και οριζόντιας συνιστώσας uy και ux του διανύσματος της ταχύτητας μεταβάλλεται ή όχι, καθώς και αν το διάνυσμα της επιτάχυνσης του σώματος έχει κάθε χρονική στιγμή την ίδια διεύθυνση με την κατακόρυφη συνιστώσα uy του διανύσματος της ταχύτητας ή με το διάνυσμα της ταχύτητας u. Στην έκτη ερώτηση για δυο, ίδιας μάζας, σώματα Α και Β που ρίχνονταν ταυτόχρονα από ορισμένο ύψος με οριζόντιες ταχύτητες u1 και u2, αντίστοιχα, όπου η u1 u2, οι μαθητές έπρεπε να βρουν αν το σώμα Α με τη μεγαλύτερη ταχύτητα θα φθάσει ταυτόχρονα στο έδαφος με το σώμα Β ή αν θα φθάσει το Α πιο αργά ή πιο γρήγορα στο έδαφος από το σώμα Β. Ακόμη, έπρεπε να βρουν αν η μέγιστη οριζόντια μετατόπιση που θα κάνουν τα σώματα Α και Β όταν φθάσουν στο έδαφος θα είναι ίδια για τα δυο σώματα ή αν αυτή που θα κάνει το σώμα Α με τη μεγαλύτερη ταχύτητα θα είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από αυτήν του σώματος Β. Στην έβδομη ερώτηση, δυο σώματα Α και Β με μάζες m1 και m2, όπου m1 m2 ρίχνονταν ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος με την ίδια οριζόντια ταχύτητα ux. Οι μαθητές έπρεπε να βρουν αν το σώμα Α με τη μεγαλύτερη μάζα θα φθάσει γρηγορότερα ή πιο αργά στο έδαφος από το σώμα Β ή αν θα φθάσουν ταυτόχρονα και τα δυο στο έδαφος. Ακόμη, έπρεπε να βρουν αν η μέγιστη οριζόντια μετατόπιση που θα κάνουν τα σώματα Α και Β όταν φθάσουν στο έδαφος θα είναι ίδια για τα δυο σώματα ή αν αυτή που θα κάνει το σώμα Α με τη μεγαλύτερη μάζα θα είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από αυτήν του σώματος Β. Τέλος, στην όγδοη ερώτηση η οποία αναφερόταν στα σώματα της προηγούμενης ερώτησης, οι μαθητές έπρεπε να απαντήσουν αν το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy του διανύσματος της ταχύτητας του σώματος Α με τη μεγαλύτερη μάζα, θα είναι ίσο, μεγαλύτερο ή μικρότερο από αυτό του σώματος Β με τη μικρότερη μάζα, σε όλη τη διάρκεια της πτώσης των σωμάτων. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η επεξεργασία των απαντήσεων έδειξε ότι οι μαθητές της έρευνάς μας είχαν δυσκολία να κατανοήσουν βασικές έννοιες και νόμους για τις κινήσεις. Παρουσιάσθηκαν αρκετές νοητικές αναπαραστάσεις τους για την οριζόντια βολή που έχουν την αφετηρία τους σε φαινομενολογικές παρατηρήσεις της καθημερινότητας και οι οποίες έρχονται σε αντίθεση με το επιστημονικό μοντέλο των νόμων του Νεύτωνα που τους διδάσκουμε. Οι μαθητές παρουσίασαν επίσης και Προ-Νευτώνειες αντιλήψεις για την κίνηση, ενώ η θεωρία του impetus φαίνεται να κατευθύνει τη σκέψη τους για σώματα που κινούνται. Οι νοητικές αναπαραστάσεις που εμφάνισαν οι 40 μαθητές που συμμετείχαν στην έρευνά μας συμπεριλαμβάνονται στον πίνακα που ακολουθεί. Νοητικές Αναπαραστάσεις των μαθητών για την Οριζόντια Βολή (αντίσταση [1138]

6 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ αμελητέα) Άλλα είδη τροχιάς, εκτός από την παραβολική Δράση στο σώμα εσωτερικής δύναμης (impetus) εκτός από τη βαρυτική Το μέτρο του διανύσματος της ταχύτητας του σώματος δεν ακολουθεί συνεχή μεταβολή Το μέτρο του διανύσματος της κατακόρυφης συνιστώσας uy της ταχύτητας δεν μεταβάλλεται Το μέτρο του διανύσματος της οριζόντιας συνιστώσας ux της ταχύτητας μεταβάλλεται Η διεύθυνση του διανύσματος της επιτάχυνσης είναι σύμφωνα με τη φορά της τροχιάς του σώματος Μη κατανόηση της ανεξαρτησίας των κινήσεων στην οριζόντια βολή Όταν αλλάζουν οι μάζες των σωμάτων τότε αλλάζει ο συνολικός χρόνος πτώσης τους Όταν αλλάζουν οι μάζες των σωμάτων τότε αλλάζει η μέγιστη οριζόντια μετατόπιση τους όταν πέσουν Όταν αλλάζουν οι μάζες των σωμάτων τότε αλλάζει το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy της ταχύτητας Όταν αλλάζουν οι οριζόντιες ταχύτητες των σωμάτων τότε αλλάζει ο συνολικός χρόνος πτώσης τους Όταν αλλάζουν οι οριζόντιες ταχύτητες των σωμάτων τότε δεν αλλάζει η μέγιστη οριζόντια μετατόπιση τους Πίνακας 1 Στη συνέχεια ακολουθεί αναλυτική παρουσίαση των νοητικών αναπαραστάσεων των μαθητών για την Οριζόντια Βολή, καθώς και η κατανομή των σωστών και λανθασμένων απαντήσεων που έδωσαν οι μαθητές. Νοητικές Αναπαραστάσεις των μαθητών για την Οριζόντια Βολή Τροχιά του σώματος και ασκούμενες δυνάμεις στο σώμα Στον πίνακα 2 που ακολουθεί εμφανίζονται οι απαντήσεις των μαθητών για το είδος της τροχιάς σώματος που κάνει οριζόντια βολή και για τις ασκούμενες δυνάμεις σε αυτό. Παρατηρούμε ότι για το είδος της τροχιάς σώματος που κάνει οριζόντια βολή, 14 μαθητές, από τους 40, έδωσαν διαφορετικές απαντήσεις, από αυτήν της παραβολικής τροχιάς που κάνει το σώμα. Σε αυτές τις απαντήσεις των μαθητών κυρίαρχο ήταν το νοητικό σχήμα της εσωτερικής δύναμης κατά μήκος της τροχιάς του σώματος η οποία διαμορφώνει και το είδος της τροχιάς του. Η τροχιά που αποδίδουν οι μαθητές στο σώμα που κάνει οριζόντια βολή δείχνει ότι αυτοί πιστεύουν ότι η εσωτερική δύναμη κινεί το σώμα για λίγο οριζόντια, έπειτα μειώνεται σταδιακά και κατόπιν δρα η βαρυτική δύναμη προς τα κάτω. Αναλυτικά, 12 μαθητές πιστεύουν ότι το σώμα κινείται για λίγο [1139]

7 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» οριζόντια και κατόπιν κάνει ελεύθερη πτώση προς τα κάτω και 2 μαθητές ότι το σώμα κινείται πλάγια δεξιά και πέφτει προς τα κάτω. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι στην ερώτηση για το ποιες δυνάμεις δρουν στο σώμα που κάνει οριζόντια βολή, συνολικά 22 μαθητές πιστεύουν ότι εκτός από τη βαρυτική δύναμη δρα και μια οριζόντια δύναμη, 9 μαθητές ότι δρα η βαρυτική μαζί με μια δύναμη στη διεύθυνση της κίνησης και 4 μαθητές ότι δρα μόνο μια οριζόντια δύναμη. Από το σύνολο των 40 μαθητών, αυτοί οι οποίοι απάντησαν σωστά ότι είναι παραβολική η τροχιά που κάνει σώμα σε οριζόντια βολή και ότι στο σώμα ασκείται μόνο η βαρυτική δύναμη ήταν, αντίστοιχα, 26 και 5 μαθητές. Είδος τροχιάς (Ν=40) Μαθητές Δυνάμεις στο σώμα Παραβολική 26 Βαρυτική και οριζόντια δύναμη Οριζόντια και μετά κατακόρυφη προς τα κάτω Πλάγια δεξιά και μετά κατακόρυφη προς τα κάτω 12 Βαρυτική και δύναμη στη διεύθυνση της κίνησης (Ν=40) Μαθητές 22 2 Μόνο βαρυτική δύναμη 5 Μόνο οριζόντια δύναμη 4 Πίνακας 2 9 Ταχύτητα και επιτάχυνση του σώματος- Κατανόηση της ανεξαρτησίας των κινήσεων Στον πίνακα 3 που ακολουθεί εμφανίζονται οι απαντήσεις των μαθητών για την ταχύτητα σώματος που κάνει οριζόντια βολή και για τις ασκούμενες δυνάμεις σε αυτό. Ταχύτητα του σώματος (Ν=40) Μαθητές Κατακόρυφη και οριζόντια συνιστώσας ux και uy του διανύσματος της ταχύτητας Αυξάνεται 14 Το μέτρο της οριζόντιας συνιστώσας ux δε μεταβάλλεται Σταθερή 10 Το μέτρο της οριζόντιας συνιστώσας (Ν=40) Μαθητές 23 Ν==40 (23+17) Επιτάχυνση του σώματος Το διάνυσμα της επιτάχυνσης ακολουθεί την τροχιά του σώματος 17 Το διάνυσμα της επιτάχυνσης (Ν=40) Μαθητές [1140]

8 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ Σταθερή και μετά αυξάνεται Σταθερή και μετά μειώνεται ux μεταβάλλεται 8 Το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy δε μεταβάλλεται 8 Το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσα uy μεταβάλλεται Πίνακας 3 21 Ν=40 (21+19) 19 έχει την ίδια διεύθυνση με αυτό της κατακόρυφης συνιστώσας uy Συνολικά 26 μαθητές, από τους 40, είχαν αντιλήψεις για την ταχύτητα σώματος που κάνει οριζόντια βολή, οι οποίες απείχαν από το επιστημονικό μοντέλο. Συγκεκριμένα, 10 μαθητές πιστεύουν ότι το μέτρο της ταχύτητας του σώματος μένει σταθερό, 8 μαθητές ότι στην αρχή μένει σταθερό και στη συνέχεια αυξάνεται και τέλος 8 μαθητές ότι στην αρχή μένει σταθερό και στη συνέχεια μειώνεται. Ακόμη, όσον αφορά τις αναπαραστάσεις που έχουν οι μαθητές για την οριζόντια και κατακόρυφη συνιστώσας ux και uy του διανύσματος της ταχύτητας, 17 μαθητές πιστεύουν ότι το μέτρο της οριζόντιας συνιστώσας ux του διανύσματος της ταχύτητας μεταβάλλεται καθώς το σώμα πέφτει και 21 μαθητές ότι το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy του διανύσματος της ταχύτητας δεν μεταβάλλεται καθώς το σώμα πέφτει. Όσον αφορά για την διεύθυνση του διανύσματος της επιτάχυνσης σώματος το οποίο κάνει οριζόντια βολή όταν το ρίχνουμε από ορισμένο ύψος, 27 μαθητές πιστεύουν ότι η διεύθυνση του διανύσματος της επιτάχυνσης του σώματος έχει κάθε χρονική στιγμή την ίδια διεύθυνση με το διάνυσμα της ταχύτητας u, ακολουθεί δηλαδή τη φορά της τροχιάς του σώματος. Η κατανομή των μαθητών, οι οποίοι απάντησαν σωστά είχε ως εξής: Από το σύνολο των 40 μαθητών, 14 μαθητές πιστεύουν ότι το μέτρο του διανύσματος της ταχύτητας του σώματος που κάνει οριζόντια βολή αυξάνεται, 19 μαθητές ότι το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy του διανύσματος της ταχύτητας μεταβάλλεται και 23 μαθητές ότι το μέτρο της οριζόντιας συνιστώσας ux του διανύσματος της ταχύτητας δεν μεταβάλλεται. Όσον αφορά για τη διεύθυνση του διανύσματος της επιτάχυνσης σώματος το οποίο κάνει οριζόντια βολή, 13 μαθητές πιστεύουν, σωστά, ότι κάθε χρονική στιγμή έχει την ίδια διεύθυνση με την κατακόρυφη συνιστώσα uy του διανύσματος της ταχύτητας. Επίσης, δεκαέξι μαθητές, από τους 40, δεν κατανοούν την ανεξαρτησία των κινήσεων για δυο [1141]

9 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» ίδιες σφαίρες που αφήνονται από το ίδιο ύψος και η μια κάνει οριζόντια βολή ενώ η άλλη ελεύθερη πτώση. Οι μαθητές πιστεύουν ότι πρώτα θα φθάσει στο έδαφος η σφαίρα που κάνει ελεύθερη πτώση. Οι μαθητές οι οποίοι απάντησαν σωστά ήταν 24. Αλλαγές στη μάζα των σωμάτων που κάνουν οριζόντια βολή/ Συνολικός χρόνο πτώσης, μέγιστη οριζόντια μετατόπιση, κατακόρυφη συνιστώσας uy της ταχύτητας Για δυο σώματα Α και Β που ρίχνονται ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος με την ίδια οριζόντια ταχύτητα ux, με μάζες m1 και m2, όπου m1 m2, από το σύνολο των 40 μαθητών, 21 μαθητές πιστεύουν ότι πρώτα θα φθάσει στο έδαφος το σώμα Α το οποίο έχει μεγαλύτερη μάζα, ενώ 3 μαθητές ότι πρώτα θα φθάσει το σώμα Β το οποίο είχε μικρότερη μάζα. Σχετικά με την οριζόντια μετατόπιση που θα κάνουν τα δυο σώματα, όταν φθάσουν στο έδαφος, 14 μαθητές πιστεύουν ότι το σώμα Α με τη μεγαλύτερη μάζα θα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση από το Β και 3 μαθητές ότι το σώμα Α θα κάνει μικρότερη οριζόντια μετατόπιση από το Β. Σωστές απαντήσεις έδωσαν 16 μαθητές, οι οποίοι πίστευαν ότι τα δυο σώματα θα φθάσουν ταυτόχρονα στο έδαφος αλλά και 23 μαθητές οι οποίοι απάντησαν ότι η οριζόντια μετατόπιση θα είναι ίδια για τα δυο σώματα. Ακόμη, 25 μαθητές, από τους 40, πιστεύουν ότι για το σώμα Α που έχει μεγαλύτερη μάζα από το Β και ρίχνεται ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος και με την ίδια οριζόντια ταχύτητα ux με το Β, το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy της ταχύτητας του σώματος Α (με τη μεγαλύτερη μάζα) θα είναι μεγαλύτερο από αυτό του σώματος Β (με τη μικρότερη μάζα) για όλη τη διάρκεια της πτώσης τους. Τέλος, 15 μαθητές πιστεύουν, σωστά, ότι το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy της ταχύτητας του σώματος δεν επηρεάζεται από τη μάζα του σώματος. Αλλαγές στην οριζόντια ταχύτητα/ Συνολικός χρόνο πτώσης, μέγιστη οριζόντια μετατόπιση Για δυο, ίδιας μάζας, σώματα Α και Β που ρίχνονται ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος με οριζόντιες ταχύτητες u1 και u2, όπου η u1 u2, 20 μαθητές, από τους 40, πιστεύουν ότι πρώτα θα φθάσει στο έδαφος το σώμα Α το οποίο έχει μεγαλύτερη οριζόντια ταχύτητα u1, ενώ 5 μαθητές ότι πρώτα θα φθάσει το σώμα Β το οποίο έχει μικρότερη οριζόντια ταχύτητα u2. Σχετικά με την οριζόντια μετατόπιση που θα κάνουν τα δυο σώματα, 14 μαθητές πιστεύουν ότι η οριζόντια μετατόπιση θα είναι ίδια για τα δυο σώματα και 4 μαθητές ότι το σώμα Α με τη μεγαλύτερη ταχύτητα θα κάνει μικρότερη οριζόντια μετατόπιση από το Β. Σωστές απαντήσεις έδωσαν 15 μαθητές, οι οποίοι απάντησαν ότι τα δυο σώματα θα φθάσουν ταυτόχρονα στο έδαφος και 22 μαθητές οι οποίοι απάντησαν ότι το σώμα Α με τη μεγαλύτερη ταχύτητα θα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση από το Β. [1142]

10 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΧΡΗΣΗ APPLETS ΤΟΥ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ ΣΤΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑΣ ΒΟΛΗΣ Η χρήση των Νέων Τεχνολογιών στη διδακτική πρακτική επικεντρώνεται περισσότερο στον τύπο του εκπαιδευτικού λογισμικού προσομοιώσεων που θα επιλέξουμε για τη διδασκαλία ενός γνωστικού αντικειμένου και κατά πόσο αυτό μπορεί να προάγει την εποικοδομητική διδασκαλία, μια που μια σειρά από έρευνες φαίνεται να συγκλίνουν στη θετική επίδραση που μπορεί να έχουν οι Νέες Τεχνολογίες στη μάθηση και ότι αποτελούν σημαντικό εργαλείο για την κατανόηση εννοιών της Φυσικής (Ιωαννίδου, 2005). Οι εκπαιδευτικοί καλούνται να εντάσσουν στη διδασκαλία τους, ως υποστηρικτικό υλικό, διάφορους τύπους προσομοιώσεων, είτε από λογισμικά που υπάρχουν στα σχολεία ή από μικρο-εφαρμογές διαθέσιμες στο Διαδίκτυο (applets). Οι μικροεφαρμογές μπορεί να προτιμηθούν αν κριθούν από τους εκπαιδευτικούς ότι είναι κατάλληλες ως διδακτικά εργαλεία (Κοντόση, 2007). Στην παρούσα εργασία προτείνεται η χρήση των applets στη διδασκαλία, ως μια επιπλέον δυνατότητα, ανάμεσα σε άλλες. Ακόμη, τα applets, δίχως να είναι πανάκεια, είναι ένα απλός και γρήγορος τρόπος να εντάξουμε δραστηριότητες στη διδασκαλία οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν τους μαθητές να κατανοήσουν έννοιες των κινήσεων που τους δυσκολεύουν. Επιλέξαμε 4 applets του διαδικτύου, τα οποία κρίναμε ότι θα μπορούσαμε να εντάξουμε στη διδασκαλία της οριζόντιας βολής, συνοδευμένα με κατάλληλες δραστηριότητες οι οποίες στοχεύουν στην άρση των νοητικών αναπαραστάσεων των μαθητών για τις βολές. Θα πρέπει να τονίσουμε ότι συντάξαμε δραστηριότητες, που να ταιριάζουν στους τύπους applets που ήταν διαθέσιμοι στο διαδίκτυο με βάση πάντα τις γνωστικές ανάγκες των μαθητών για τους οποίους έγινε η έρευνα. Στις δραστηριότητες σημειώσαμε, όπου ήταν αναγκαίο, κάποιες έννοιες στην αγγλική τους εκδοχή. Παρακάτω ακολουθούν τα επιλεγόμενα applets και τα φύλλα εργασίας με τις δραστηριότητες που τα συνοδεύουν. Προηγείται φύλλο εργασίας στο οποίο οι μαθητές κάνουν προβλέψεις και εκφράζουν την άποψή τους για έννοιες που η έρευνά μας έδειξε ότι αποτελούν «γνωστικά εμπόδια», ενώ στη συνέχεια με το τρέξιμο των προσομοιώσεων και τα φύλλα εργασίας που τα συνοδεύουν, οι μαθητές μπορούν να επιβεβαιώσουν την ορθότητα ή μη των προβλέψεών τους. Όλες οι δραστηριότητες, τα φύλλα εργασίας αλλά και οι προβλέψεις που κάνουν οι μαθητές, είναι ενδεικτικά του τι θα μπορούσαν να κάνουν οι εκπαιδευτικοί στην πράξη. Τα συγκεκριμένα φύλλα εργασίας και οι προβλέψεις μπορούν να προσαρμοσθούν καταλλήλως στις ανάγκες της συγκεκριμένης τάξης ή επιλέγοντας κανείς κάποιες δραστηριότητες από αυτές ή εμπλουτίζοντας το υλικό με επιπλέον δραστηριότητες που στοχεύουν να βοηθήσουν τους μαθητές να κατανοήσουν έννοιες που τους δυσκολεύουν. Επίσης, αυτονόητο είναι ότι όλες οι δραστηριότητες, προκειμένου να έχουν νόημα στη μαθησιακή διαδικασία, πρέπει να ιδωθούν μέσα στο ευρύτερο και [1143]

11 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» σύνθετο πλαίσιο της γόνιμης συζήτησης και αλληλοεπίδρασης των μαθητών με τους διδάσκοντες αλλά και με τους συμμαθητές τους. Φύλλο εργασίας 1 (προβλέψεις) Στις παρακάτω ερωτήσεις θεωρήστε την αντίσταση του αέρα αμελητέα. 1α. Ένα σώμα Α ρίχνεται με οριζόντια ταχύτητα ux και πέφτει στο δάπεδο. Ζωγράφισε την πιθανή τροχιά που νομίζεις ότι θα διαγράψει το σώμα, μέχρι να πέσει στο δάπεδο. β. Σχεδίασε για 3 διαφορετικές θέσεις της τροχιάς που επέλεξες, τη δύναμη ή τις δυνάμεις οι οποίες δρουν στο σώμα καθώς κάνει οριζόντια βολή. 2α. Στην τροχιά που επέλεξες, σχεδίασε τις συνιστώσες του διανύσματος της ταχύτητας στον οριζόντιο και κατακόρυφο άξονα για 3 διαφορετικές θέσεις της τροχιάς που σχεδίασες. β. Το μέτρο του διανύσματος της κατακόρυφης συνιστώσας uy του διανύσματος της ταχύτητας: (Κύκλωσε το σωστό) i. Μένει σταθερό ii. Αυξάνεται συνεχώς iii. Μειώνεται συνεχώς γ. Το μέτρο του διανύσματος της οριζόντιας συνιστώσας ux του διανύσματος της ταχύτητας (Κύκλωσε το σωστό) i. Μένει σταθερό ii. Αυξάνεται συνεχώς iii. Μειώνεται συνεχώς δ. Στην τροχιά που επέλεξες, σχεδίασε το διάνυσμα της επιτάχυνσης του σώματος για 3 διαφορετικές θέσεις. 3α. Δυο σώματα ίδιας μάζας Α και Β ρίχνονται ταυτόχρονα από ορισμένο ύψος με οριζόντιες ταχύτητες u1 και u2, αντίστοιχα, όπου η u1 u2. Κύκλωσε αυτό που νομίζεις για το χρόνο που κάνουν τα σώματα να φθάσουν στο έδαφος. i. το σώμα Α με τη μεγαλύτερη ταχύτητα φθάνει γρηγορότερα στο έδαφος ii. το σώμα Β με τη μικρότερη ταχύτητα φθάνει γρηγορότερα στο έδαφος iii.τα δυο σώματα Α και Β φθάνουν ταυτόχρονα στο έδαφος 4α. Για τα δυο σώματα της προηγούμενης ερώτησης, ποιο νομίζεις από τα δυο ότι κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση όταν φθάνει στο έδαφος; (Κύκλωσε το σωστό) i. το σώμα Α με τη μεγαλύτερη ταχύτητα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση από το Β ii. το σώμα Β με τη μικρότερη ταχύτητα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση από το Α iii.τα δυο σώματα Α και Β, κάνουν την ίδια οριζόντια μετατόπιση 5α. Δυο σώματα Α και Β με μάζες m1 και m2, όπου m1 m2 ρίχνονται ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος με την ίδια οριζόντια ταχύτητα ux. Κύκλωσε αυτό που νομίζεις για το χρόνο που κάνουν τα σώματα να φθάσουν στο έδαφος. i. το σώμα Α με τη μεγαλύτερη μάζα φθάνει γρηγορότερα στο έδαφος ii. το σώμα Β με τη μικρότερη μάζα φθάνει γρηγορότερα στο έδαφος iii.τα δυο σώματα Α και Β, φθάνουν ταυτόχρονα στο έδαφος 6α. Για τα δυο σώματα της προηγούμενης ερώτησης, ποιο νομίζεις από τα δυο ότι κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση, όταν φθάνει στο έδαφος; (Κύκλωσε το σωστό) [1144]

12 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ i. το σώμα Α με τη μεγαλύτερη μάζα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση από το Β ii. το σώμα Β με τη μικρότερη μάζα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση από το Α iii.τα δυο σώματα Α και Β κάνουν την ίδια οριζόντια μετατόπιση 7α. Για τα δυο σώματα της προηγούμενης ερώτησης, συμφωνείς με την παρακάτω πρόταση: Το σώμα Α με τη μεγαλύτερη μάζα έχει, σε όλη τη διαδρομή του, μεγαλύτερη, κατά μέτρο, κατακόρυφη συνιστώσα uy της ταχύτητας, σε σχέση με το σώμα Β (με τη μικρότερη μάζα). Ναι Όχι (Κύκλωσε το σωστό και αιτιολόγησε) Φύλλο εργασίας 2 Προσομοίωση 1 1. Παίξε την προσομοίωση, με γωνία εκτόξευσης (projection angle) του σώματος μηδενική από το οριζόντιο επίπεδο, από ύψος 200 m (height of platform) και οριζόντια ταχύτητα (launching speed) ux=59 m/sec. Ενεργοποίησε τις αντίστοιχες εντολές, ώστε να φαίνονται το διάνυσμα της ταχύτητας (velocity) και η τροχιά (path). Στη συνέχεια πάτησε ο κουμπί της εκτόξευσης (launch). α. Παρατήρησε την τροχιά του σώματος. Συμπίπτει με τη δική σου τροχιά; Ναι Όχι β. Αν η τροχιά που έκανες είναι διαφορετική από αυτήν που βλέπεις στην προσομοίωση, πώς εξηγείς τη διαφορά αυτή; 2. Παίξε την προσομοίωση με γωνία εκτόξευσης μηδενική, από ύψος 200 m και ταχύτητα ux =59 m/sec. α. Παρατήρησε το διάνυσμα της κατακόρυφης συνιστώσας uy του διανύσματος της ταχύτητας. Τι συμβαίνει από τα παρακάτω; Το μέτρο του διανύσματος της uy i. μένει σταθερό ii. αυξάνεται συνεχώς iii. μειώνεται συνεχώς. β. Συμπίπτει η απάντηση που έδωσες στην πρόβλεψή που έκανες πριν με αυτό που παρατηρείς στην προσομοίωση; Ναι Όχι γ. Πώς θα χαρακτήριζες την κίνηση που κάνει το σώμα στον κατακόρυφο άξονα y; 3.Παίξε την προσομοίωση με γωνία εκτόξευσης μηδενική, από ύψος 200 m και ταχύτητα ux =59 m/sec. α. Παρατήρησε το διάνυσμα της οριζόντιας συνιστώσας ux του διανύσματος της ταχύτητας. Τι συμβαίνει από τα παρακάτω; Το μέτρο του διανύσματος της ux i. μένει σταθερό ii. αυξάνεται συνεχώς iii. μειώνεται συνεχώς. β. Συμπίπτει η απάντηση που έδωσες στην πρόβλεψή που έκανες πριν με αυτό που παρατηρείς στην προσομοίωση; Ναι Όχι [1145]

13 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» γ. Πώς θα χαρακτήριζες την κίνηση που κάνει το σώμα στον οριζόντιο άξονα x; 4α.Παίξε δυο φορές την προσομοίωση, τη μια φορά για οριζόντια ταχύτητα ux =59 m/sec (ύψος 200m, γωνία εκτόξευσης μηδενική) και τη δεύτερη φορά για οριζόντια ταχύτητα ux =20 m/sec (ύψος 200m, γωνία εκτόξευσης μηδενική). Καθώς τρέχεις τις προσομοιώσεις να καταγράφεις, κάθε φορά, το συνολικό χρόνο πτώσης (time) και τη μέγιστη οριζόντια μετατόπιση που κάνει το σώμα (range). β. Τι παρατηρείς; Φθάνουν ταυτόχρονα τα σώματα στο έδαφος; γ. Τι παρατηρείς; Ποιο σώμα κάνει μεγαλύτερη οριζόντια μετατόπιση όταν φθάνει στο έδαφος; δ. Συμπίπτουν οι απαντήσεις που έδωσες στην πρόβλεψή που έκανες πριν με αυτό που παρατηρείς στην προσομοίωση; Ναι Όχι ε. Τι νομίζεις, το μέτρο της οριζόντιας ταχύτητας επηρεάζει το συνολικό χρόνο πτώσης των σωμάτων; στ. Τι νομίζεις, το μέτρο της οριζόντιας ταχύτητας επηρεάζει τη μέγιστη οριζόντια μετατόπιση; Συζήτησε στην τάξη σου με τους συμμαθητές σου και τη βοήθεια του καθηγητή σου τις απαντήσεις που έδωσες. Φύλλο εργασίας 3 Προσομοίωση 2 5α. Παίξε δυο φορές την προσομοίωση, αφού ανυψώσεις το κανόνι χειροκίνητα σε ένα ορισμένο ύψος (height). Επίλεξε να ρίχνει το κανόνι οβίδα (tankshell). Τη μια φορά δώσε τιμή της μάζας (mass) m1=4kg, οριζόντια ταχύτητα (initial speed) ux=18 m/sec, γωνία εκτόξευσης (angle) μηδενική και τη δεύτερη φορά για την ίδια οριζόντια ταχύτητα και γωνία εκτόξευσης, δώσε τιμή της μάζας m2=12kg. Απενεργοποίησε την ένδειξη της αντίστασης του αέρα (air resistance). Τρέξε τις προσομοιώσεις (fire) και κατάγραψε, κάθε φορά, το συνολικό χρόνο πτώσης (time) και τη συνολική οριζόντια μετατόπιση (range) που κάνει το σώμα όταν φθάσει στο έδαφος. Μπορείς να επανέρχεσαι στις αρχικές συνθήκες (erase) και να παρατηρείς ξανά την προσομοίωση. β. Τι παρατηρείς; Φθάνουν ταυτόχρονα τα σώματα στο έδαφος; γ. Τι παρατηρείς; Είναι ίδια η οριζόντια μετατόπιση που κάνουν τα σώματα όταν φθάνουν στο έδαφος, ή διαφορετική; δ. Συμπίπτουν οι απαντήσεις που έδωσες στην πρόβλεψή που έκανες πριν με αυτό που παρατηρείς στην προσομοίωση; Ναι Όχι ε. Τι νομίζεις, η τιμή της μάζας επηρεάζει το συνολικό χρόνο πτώσης των σωμάτων; στ. Τι νομίζεις, η τιμή της μάζας επηρεάζει τη μέγιστη οριζόντια μετατόπιση; Συζήτησε στην τάξη σου με τους συμμαθητές σου και τη βοήθεια του καθηγητή σου τις απαντήσεις που έδωσες. Προσομοίωση 3 [1146]

14 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ 6α. Παίξε την προσομοίωση, αφού πρώτα επιλέξεις τον τοξότη (archer) που προσπαθεί με το βέλος του να χτυπήσει τη μπάλα που πέφτει κατακόρυφα. Βάλε το βέλος και τη μπάλα να είναι στο ίδιο ύψος (height) και η γωνία (angle) εκτόξευσης του βέλους από το οριζόντιο επίπεδο να είναι μηδενική. Επίλεξε στην προσομοίωση να φαίνονται οι επιταχύνσεις (acceleration). Πάτησε την εντολή της έναρξης (go) και παρατήρησε την επιτάχυνση του βέλους και της μπάλας σε όλη τη διάρκεια της τροχιάς τους. Με την εντολή βήμα-βήμα (step) μπορείς να παρατηρήσεις πιο αργά τις κινήσεις. Μπορείς, όποτε θέλεις, να επανέρχεσαι στις αρχικές συνθήκες (reset) και να παρατηρείς ξανά τις κινήσεις. β. Ποια είναι η διεύθυνση και η φορά των επιταχύνσεων για το βέλος και τη μπάλα; Η διεύθυνση και η φορά της επιτάχυνσης του βέλους συμπίπτει με αυτό που σχεδίασες πριν; γ. Παρατήρησε, επίσης, αν η τιμή της επιτάχυνσης που αναγράφεται είναι ίδια για το βέλος και τη μπάλα. Δώσε μια εξήγηση για αυτό που παρατηρείς. Συζήτησε στην τάξη σου με τους συμμαθητές σου και τη βοήθεια του καθηγητή σου τις απαντήσεις που έδωσες. Προσομοίωση 4 7α. Παίξε την προσομοίωση. Επίλεξε την αγγλική έκδοση και το αρχείο που αναφέρεται στη βολή (projectile. htm). Ενεργοποίησε το κουμπί της δύναμης (force), ώστε να φαίνονται οι δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα και δώσε μηδενική γωνία κλίσης (angle of inclination) σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο. β. Συμπίπτουν η δύναμη ή οι δυνάμεις που σχεδίασες, στην πρόβλεψή που έκανες πριν, με αυτό που παρατηρείς στην προσομοίωση; Ναι Όχι γ. Επομένως όταν ένα σώμα κάνει οριζόντια βολή ποια δύναμη δρα σε αυτό; (αντίσταση του αέρα αμελητέα) 8α. Ενεργοποίησε το κουμπί της ταχύτητας (velocity), ώστε να φαίνονται οι συνιστώσες της ταχύτητας ux και uy. Παίξε την προσομοίωση σε αργή κίνηση (slow motion), τη μια φορά με μάζα (mass) m=1 kg και την άλλη με μάζα m=10 kg. Για κάθε μάζα να καταγράψεις σε 2 χρονικές στιγμές (ο χρόνος σε δευτερόλεπτα φαίνεται στην οθόνη), τις τιμές της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας που αναγράφονται στην οθόνη (μπορείς να επιλέξεις και τη στιγμή που τα δυο σώματα φθάνουν στο έδαφος). Τι παρατηρείς; Αλλάζουν οι τιμές της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας σε σχέση με τη μάζα ή όχι; Ναι Όχι β. Πώς εξηγείς την απάντησή σου; Συζήτησε στην τάξη σου με τους συμμαθητές σου και τη βοήθεια του καθηγητή σου τις απαντήσεις που έδωσες. ΣΥΖΗΤΗΣΗ Με την έρευνά μας αυτή θελήσαμε να προτείνουμε για τη διδασκαλία εννοιών της φυσικής που οι μαθητές παρουσιάζουν ανθεκτικές νοητικές αναπαραστάσεις που απέχουν από την αποδεκτή επιστημονική άποψη, τη [1147]

15 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» χρήση μικρο-εφαρμογών ή applets διαθέσιμων ελεύθερα στο Διαδίκτυο. Η πρόταση αυτή υποστηρίζεται, ως μια επιπλέον δυνατότητα, ανάμεσα σε άλλες, εναλλακτικά με τη χρήση γνωστών ανοικτών προσαρμόσιμων περιβαλλόντων, όπως π.χ. Interactive Physics και Modellus και πάντα ενισχυτικά με την κλασσική διδασκαλία στην τάξη. Με την ένταξη των applets στη διδασκαλία, αφού πρώτα κριθούν για την καταλληλότητά τους από τους εκπαιδευτικούς, είναι δυνατόν με σχετικά απλό και εύκολο τρόπο να δημιουργήσουμε δραστηριότητες οι οποίες πιθανώς να βοηθήσουν τους μαθητές στην κατανόηση εννοιών για τις οποίες διατηρούν ανθεκτικές διαισθητικές ιδέες. Στην κατεύθυνση αυτή διερευνήσαμε μερικές από τις νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών της Α Λυκείου για την οριζόντια βολή με σκοπό να επιλέξουμε applets του διαδικτύου, τα οποία θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε βοηθητικά στη διδασκαλία προκειμένου να βοηθηθούν οι μαθητές στην κατανόηση εννοιών που τους δυσκολεύουν. Τα αποτελέσματα της έρευνάς μας έδειξαν ότι οι μαθητές δεν κατανοούν πολλές από τις έννοιες που τους διδάσκουμε για τις κινήσεις. Οι μαθητές δυσκολεύονται να κατανοήσουν την παραβολική τροχιά που κάνει σώμα το οποίο κάνει οριζόντια βολή γιατί δεν κατανοούν ότι η μόνη δύναμη που δρα είναι η βαρυτική. Η πλειοψηφία των μαθητών πιστεύει ότι εκτός από τη βαρυτική δύναμη δρα και μια εσωτερική οριζόντια δύναμη (impetus). Δεν κατανοούν επίσης ότι το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας uy του διανύσματος της ταχύτητας μεταβάλλεται, ενώ της οριζόντιας συνιστώσας ux της ταχύτητας δεν μεταβάλλεται. Έχουν δυσκολία να κατανοήσουν τη διεύθυνση του διανύσματος της επιτάχυνσης, αλλά και τη σχέση της μάζας με το χρόνο πτώσης, καθώς και με την οριζόντια μετατόπιση και την κατακόρυφη συνιστώσα uy της ταχύτητας. Η πεποίθηση που έχουν πολλοί μαθητές ότι τα βαριά σώματα πέφτουν πιο γρήγορα, εξηγεί την απάντησή τους ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος, τόσο μεγαλύτερο είναι το μέτρο της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας. Ακόμη, δεν κατανοούν την ανεξαρτησία των κινήσεων, αλλά και τη σχέση της οριζόντιας ταχύτητας με το χρόνο πτώσης. Με βάση τις συγκεκριμένες νοητικές αναπαραστάσεις που εμφάνισαν οι μαθητές της έρευνάς μας, επιλέξαμε 4 applets του διαδικτύου, τα οποία κρίναμε ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε στη διδασκαλία της οριζόντιας βολής, συνοδευμένα με κατάλληλες δραστηριότητες οι οποίες στόχο έχουν να βοηθήσουν τους μαθητές να παρατηρήσουν, να προβληματισθούν και να συζητήσουν για έννοιες που υπήρχε δυσκολία στην κατανόησή τους. Έμφαση δίνεται στο γεγονός ότι απαραίτητο είναι να γνωρίζουμε γενικά ποιες είναι οι νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών σε θέματα που τους διδάσκουμε και στη συνέχεια να επιχειρούμε μέσα από διδακτικές παρεμβάσεις που θα επιλέξουμε, να βοηθήσουμε τους μαθητές να αλλάξουν τις αντιλήψεις τους αυτές. Πιστεύουμε ότι οι Νέες Τεχνολογίες μπορούν να επιδράσουν θετικά στη μάθηση (Γρηγοριάδου, Μ. 2002) και με τη χρήση ποιοτικά κατάλληλων προσομοιώσεων εκπαιδευτικών λογισμικών, τα οποία προάγουν τη [1148]

16 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ συνεργατική μάθηση και την εποικοδομητική διδασκαλία, ο υπολογιστής μπορεί να γίνει εργαλείο μάθησης για μια διδασκαλία που στηρίζεται σε σύγχρονες παιδαγωγικές αρχές. Αναγκαίο κρίνεται το κάθε φύσης εκπαιδευτικό λογισμικό να μπορεί να ανταποκρίνεται στις γνωστικές ανάγκες των μαθητών και να τους βοηθά να αλλάξουν, όσο αυτό είναι εφικτό, τις προσωπικές τους αντιλήψεις για τα διάφορα γνωστικά αντικείμενα. Σε ένα εκπαιδευτικό λογισμικό εποικοδομητικού τύπου απαιτείται η εμπλοκή του ίδιου του μαθητή στην οικοδόμηση της γνώσης του και ο έλεγχος των προβλέψεών του από αυτόν τον ίδιο (Σολωμονίδου, 2003). Οι εποικοδομητικού τύπου διδακτικές στρατηγικές αποτελούν σημείο εκκίνησης, δίχως όμως να είναι πανάκεια, για καλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα. Στις εποικοδομητικές διδακτικές στρατηγικές λαμβάνεται υπόψη η πρότερη γνώση των μαθητών, ενώ επιδιώκονται γνωστικές συγκρούσεις μέσα από τις οποίες οι μαθητές κατανοούν ότι η δική τους γνώση δεν μπορεί να εξηγήσει τα φαινόμενα (Driver, 1986). Ενδιαφέρον θα είχε μελλοντικά η παρούσα πρόταση να υλοποιηθεί σε τάξεις μαθητών της Α Λυκείου, προκειμένου να αποτιμηθεί και να εξαχθούν συμπεράσματα, όσον αφορά στη βελτίωση που μπορεί να εμφανίσουν οι μαθητές στο μαθησιακό τους αποτέλεσμα. Η ουσία της πρότασής μας συνίσταται, όχι τόσο στο είδος των δραστηριοτήτων που θα επιλέξουμε στη διδασκαλία μας, αλλά στην αποδοχή ότι η πρότερη γνώση των μαθητών μας είναι πάντα παρούσα για πολλά θέματα που τους διδάσκουμε και ότι πρέπει πάντα να εφευρίσκουμε πολλαπλούς τρόπους αντιμετώπισής και αλλαγής της, όσο αυτό είναι εφικτό. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Andaloro, G., Bellomonte, L. & Sperandeo-Mineo (1997). A computerbased learning environment in the field of Newtonian mechanics. 2. Cepni, S., Tas. E., Kose, S. ( The effects of computer-assisted material on students cognitive levels, misconceptions and attitudes towards science. In Computers & Education, 46, Champagne, A., Klopfer, L., and Anderson, j., (1980). Factors influencing the learning of classical Mechanics». American journal of Physics, 48, Clement, J., (1982). Students preconceptions in introductory mechanics. In American Journal of Physics, 50, Driver R. Oldham V., (1986). A constructivist approach to curriculum development in Science. In Studies in Science Education, 13, Halloun I., and Hestenes D., (1985). Common sense concepts about motion. American Journal of Physics, 53 (11), Jimoyiannis, A. Komis, V., (2001). Computer simulations in physics teaching and learning:a case study on students understanding of trajectory motion. In Computers & Education, 36, [1149]

17 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» 8. McCloskey M., (1983a). Naive theories in motion. In D. Gentner & A. Stevens (Eds.),Mental Models (pp ). Hillsdale, Nj: Lawrence Erlbaum Associates. 9. McCloskey M., (1983b). Intuitive physics. Scientific American, 248(4), Millar & Kragh (1994). Alternative frameworks or context-specific reasoning? Children s ideas about the motion of projectiles. School Science Review, 75(272), Posner G.J., Strike K.A., Hewson P.W., & Hertzog W.A., (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, Prescott A.E., (2004). Student understanding and learning about projectile motion in senior high school. Unpublished doctoral thesis, Macquarie University, Sydney. 13. Steinberg, R.N., (2000). Computers in teaching science: To simulate or not to simulate? Phys. Educ. Res. Am. J. Ptys.. Suppl., 68, Thijs G.D., (1992). Evaluation of an introductory course of force considering students preconcep-tions. Science Education, 76, Vosniadou S., (1994a). Capturing and modeling the process of conceptual change. Learning and Instructions, vol.4, pp 45-69, Βοσνιάδου Σ., (1994β). Η εννοιολογική αλλαγή στην παιδική ηλικία: παραδείγματα από το χώρο της Αστρονομίας. Στο Αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου, Κουλαϊδής Β. (επιμ.) Gutenberg. 17. Γρηγοριάδου Μ., (2002). Σχεδίαση και Χρήση Εκπαιδευτικού Λογισμικού στη Φυσική. Δημοσιευμένο στο : Νοητικά Εργαλεία και Πληροφοριακά Μέσα Παιδαγωγική Αξιοποίηση της Σύγχρονης Τεχνολογίας για τη Μετεξέλιξη της Εκπαιδευτικής Πρακτικής, σελ , Εκδόσεις Καστανιώτη, Αθήνα. 18. Ιωαννίδου Ι., (2004). Νέες Τεχνολογίες και Σχολική Πραγματικότητα. Δημοσιεύθηκε στο περιοδικό της Ένωσης για τη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών, «Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών Έρευνα και Πράξη», (ΕΔΙΦΕ), τεύχος Ιωαννίδου Ι., (2005). Εκπαιδευτικά λογισμικά: προς αναζήτηση της ποιότητας. Δημοσιεύθηκε στο περιοδικό της Ένωσης για τη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών, «Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών Έρευνα και Πράξη», (ΕΔΙΦΕ), τεύχος Κόκκοτας Π., (1997). «Σύγχρονες Προσεγγίσεις στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Η εποικοδομητική προσέγγιση της διδασκαλίας και της μάθησης», Αθήνα. 21. Κοντόση, Κ. (2007). Η χρήση applets στη διδασκαλία της Φυσικής. Παράδειγμα ενσωμάτωσής τους στη διδασκαλία της «Πρόσθεσης Δυνάμεων» της Γ τάξης Γυμνασίου. Δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά του 5 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου για τη Διδακτική των Φ.Ε. και Ν.Τ.στην εκπαίδευση, τεύχος Γ. [1150]

18 2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ 22. Σολωμονίδου Χ., (2003). «Σύγχρονη Εκπαιδευτική Τεχνολογία», Κώδικας, Θεσ/νίκη, σελ Τζιμογιάννης, Α.,Κωσταδήμας, Ε., Μικρόπουλος, Τ.Α., (1998), Διδασκαλία Φυσικής και Υπολογιστές. Μελέτη της συμβολής των προσομοιώσεων στη διδασκαλία της κινηματικής. 1 η Πανηπειρωτική Ημερίδα, Πληροφορική στην Εκπαίδευση, Ιωάννινα, Ψυχάρης Σ., Φραγκάκης Κ, (2006), Η χρήση των Νέων Τεχνολογιών για την ανάπτυξη Μεταγνωστικών Δεξιοτήτων και η χρήση Διαδικτυακού εργαλείου για την Αξιολόγηση απόκτησής τους. Δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά του 5ου Συνεδρίου ΕΤΠΕ, Θεσσαλονίκη. [1151]