ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Θέμα : Η εργαστηριακή διδασκαλία της Φυσικής στο Γυμνάσιο πρόταση για ανάπτυξη εργαστηρίων με προσομοιώσεις

Transcript

1 ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΛΑΡΙΣΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θέμα : Η εργαστηριακή διδασκαλία της Φυσικής στο Γυμνάσιο πρόταση για ανάπτυξη εργαστηρίων με προσομοιώσεις (The laboratory teaching Physics at High School - proposal development workshops simulations) Ονοματεπώνυμο: Οσμάν ογλού Αϊτσά Α.Μ.: Τ Επιβλέπων καθηγητής: Σούλτης Γεώργιος ΛΑΡΙΣΑ

2 Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή Λάρισα ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Είναι αλήθεια ότι η μελέτη της φυσικής αποτελούσε και αποτελεί μια εμπειρία όχι μόνο ενδιαφέρουσα, αλλά και συναρπαστική. Προκαλεί το θαυμασμό, αλλά ταυτόχρονα και το ενδιαφέρον για αναζήτηση και δημιουργία. Είναι καταπληκτικό το γεγονός να ανακαλύπτεις και να εξηγείς μυστικά της φύσης, να προβληματίζεσαι, να ευχαριστιέσαι γιατί δίνεις απαντήσεις σε ερωτήματα για τον κόσμο γύρω σου, αλλά παράλληλα να προκαλείσαι και να βρίσκεσαι σε μια διαρκή αναζήτηση. Στην εποχή μας η επιστήμη της φυσικής παρουσιάζει τεράστια πρόοδο. Οι γνώσεις για τον κόσμο γύρω μας συνεχώς αυξάνονται και εμπλουτίζονται. Νέες ανακαλύψεις έρχονται συνέχεια και δίνουν απαντήσεις σε ερωτήματά μας. Ωστόσο πολλά ακόμα μένουν αναπάντητα. Ίσως να θεωρείται ακόμα και σήμερα από πολλούς ότι οι φυσικές επιστήμες είναι για τους λίγους και τους ειδικούς. Είναι όμως βέβαιο πως η αντίληψη αυτή αρχίζει σιγά -σιγά να υποχωρεί. Πολλά βιβλία φυσικής εκλαϊκευμένα γράφονται από επιστήμονες, με απλή και κατανοητή για το ευρύ κοινό γλώσσα, χωρίς τύπους και εξειδικευμένη ορολογία, ώστε να φέρουν το αναγνωστικό κοινό κοντά στην επιστήμη. Η μέθοδος διδασκαλίας η οποία ακολουθούνταν ως τώρα ήταν δασκαλοκεντρική. Τα παιδιά δεν συμμετείχαν στη διαδικασία της μάθησης με τρόπο ενεργό και συμμετοχικό, αλλά ως ακροατές άκουγαν το μάθημα και ίσως κάποιες φορές παρακολουθούσαν κάποια επίδειξη πειράματος από το δάσκαλο, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι ιδέες τους για τα φυσικά φαινόμενα. Σε ό,τι αφορά τη διδακτέα ύλη υπήρχε πληθώρα αντικειμένων με αποτέλεσμα την αποσπασματική διδασκαλία από την πίεση του χρόνου. Τα όργανα του σχολικού εργαστηρίου, όπου αυτό υπήρχε, ήταν εξειδικευμένα προκαλώντας μάλλον το φόβο στους δασκάλους και κοσμούσαν περισσότερο τις προθήκες, παρά χρησιμοποιούνταν στην πειραματική διαδικασία. O ρόλος του δασκάλου αποτελούσε και αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στην επιτυχία της διδασκαλίας. Και εδώ βασική προϋπόθεση αποτελεί η επάρκεια της γνώσης του αντικειμένου, σε συνδυασμό με μια επιστημολογική θεωρία μάθησης, δίνει τη δυνατότητα στον εκπαιδευτικό να απλοποιήσει σύνθετες έννοιες, να παρουσιάσει πράγματα δυσνόητα για τους μαθητές με απλούς τρόπους και να κάνει τη διδασκαλία ελκυστική. Μια επιτυχημένη διδασκαλία αποτελεί συνδυασμό επαρκούς γνώσης της θεωρίας με την πειραματική διαδικασία. Στόχος της πτυχιακής μου εργασίας είναι να μελετηθεί θεωρητικά η διδακτική της Φυσικής μέσω εργαστηριακής διδασκαλίας. Αποτελείται από 3 μέρη η διδακτική της Φυσικής, η διδασκαλία της Φυσικής στις τάξεις του Γυμνασίου στην Ελλάδα και την Ευρώπη και η εργαστηριακή διδασκαλία μέσω προσομοιώσεων. Επίσης, παρουσιάζεται το αναλυτικό πρόγραμμα της Φυσικής στο ελληνικό Γυμνάσιο και ο βαθμός της εργαστηριακής διδασκαλίας τόσο σε επίπεδο αναλυτικού προγράμματος, όσο και σε επίπεδο πραγματικότητας. Στη συνέχεια γίνεται συγκριτική μελέτη με την διδασκαλία σε άλλες χώρες της Ευρώπης. Τέλος καταλήγει σε μια μελέτη πρόταση για την διδασκαλία της Φυσικής στο Γυμνάσιο μέσω εργαστηρίων τα οποία συμπληρώνονται με προσομοιώσεις. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος...3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο «Η διδακτική της Φυσικής» 1.1 Αρχή της διδακτικής της Φυσικής α) Ιστορική αναδρομή της διδακτικής των Φυσικών Επιστημών Βασικές αρχές της διδακτικής Φυσικής στο Γυμνάσιο Η εργαστηριακή διδασκαλία της Φυσικής σύγκριση με τη θεωρητική διδασκαλία α)Μέτρα ασφαλείας στο εργαστήριο Καλές πρακτικές από ελληνικά σχολεία και σχολεία του εξωτερικού α) Ελληνικά σχολεία β) Ένα πολύ ενδιαφέρον σχολικό σύστημα: Σουηδίας γ) Ένα παράδειγμα από σχολείο Φινλανδίας-Ελσίνκι..13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο «Η διδασκαλία της Φυσικής στις τάξεις του Γυμνασίου στην Ελλάδα και την Ευρώπη» 2.1 Το αναλυτικό πρόγραμμα και οι αρχές της διδασκαλίας της Φυσικής στο Γυμνάσιο στην Ελλάδα Παρουσίαση των βιβλίων Φυσικής α)Παρουσίαση του βιβλίου της Φυσικής της Α Γυμνασίου β)Παρουσίαση του βιβλίου της Φυσικής της Β Γυμνασίου γ)Παρουσίαση του βιβλίου της Φυσικής της Γ Γυμνασίου Το πρόγραμμα Φυσικής του Γυμνασίου όλων των τάξεων αναλυτική παρουσίαση του τι ακριβώς διδάσκεται σε κάθε τάξη α)Αναλυτική παρουσίαση του βιβλίου Α Γυμνασίου β)Αναλυτική παρουσίαση του βιβλίου Β Γυμνασίου γ)Αναλυτική παρουσίαση του βιβλίου Γ Γυμνασίου Η εργαστηριακή εκπαίδευση μέσα από το αναλυτικό πρόγραμμα α)Εργαστηριακές ασκήσεις Α Γυμνασίου β)Εργαστηριακές ασκήσεις Β Γυμνασίου γ) Εργαστηριακές ασκήσεις Γ Γυμνασίου Τα εργαστήρια Φυσικής στα Ελληνικά σχολεία Παραδείγματα από τα Ελληνικά σχολεία α)Κολλέγιο Ρόδου..31 4

5 2.3.1.β)Αρσάκεια Σχολεία γ)14 Ο Γυμνάσιο Λάρισας Η διδασκαλία της Φυσικής στο Γυμνάσιο σε χώρες της Ευρώπης α)Γενικές αρχές βΓενικοί σκοποί γ)Χαρακτηριστικά των προτεινόμενων γνώσεων δ)Θεματικές ενότητες α)Στόχοι της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών στην υποχρεωτική εκπαίδευση παγκόσμια β)Στόχοι της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών στην υποχρεωτική εκπαίδευση στην Ελλάδα Η εργαστηριακή διδασκαλία της Φυσικής στην Ελλάδα και σε χώρες της Ευρώπης α)Ελλάδα β)Ισπανία γ)Ιταλία.48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο «Η εργαστηριακή διδασκαλία μέσω προσομοιώσεων» 3.1H εργαστηριακή διδασκαλία μέσω προσομοιώσεων α)Πλεονεκτήματα των προσομοιώσεων β)Μειονεκτήματα των προσομοιώσεων Η εργαστηριακή διδασκαλία της Φυσικής μέσω προσομοιώσεων Λογισμικό το Interactive Physics α) Περιγραφή του λογισμικού β)Το πρόγραμμα Interactive Physics σαν ιδέα γ) Interactive Physics II για Windows Πρόταση για την διδασκαλία Φυσικής μέσω προσομοιώσεων α)Εκπαιδευτικό υλικό β)Ο ρόλος του καθηγητή γ)Ο ρόλος του μαθητή δ)Ανάπτυξη συγκεκριμένων θεμάτων Φυσικής Β και Γ Γυμνασίου 64 Βιβλιογραφία 78 5

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο «Η διδακτική της Φυσικής» 1.1 ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 1.1.α) Ιστορική αναδρομή της διδακτικής των Φυσικών Επιστημών Το γεγονός που σηματοδοτεί τη γέννηση της διδακτικής των Φυσικών Επιστημών συνέβη στις 4 Οκτωβρίου του 1957: Η Σοβιετική ένωση έβαλε σε τροχιά γύρω από τη Γη τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο, τον πρώτο της σειράς Sputnik. Το γεγονός αυτό αιφνιδίασε, και εν πολλοίς φόβισε, την Αγγλία και την Αμερική(η παλιά και η νέα κυρίαρχη δύναμη του τότε «Δυτικού Κόσμου») οδηγώντας έτσι σε αλλαγές και στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στη Δύση. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αυτού δίδεται μια σύντομη αναδρομή και τη υπήρχε πριν και ποια είναι στη συνέχεια και μέχρι σήμερα τα κυρίαρχα ρεύματα στη διδακτική των Φυσικών Επιστημών, τουλάχιστον στον Αγγλόφωνο κόσμο. Βέβαια στη διάρκεια όλων αυτών τον ετών υπήρχαν και εναλλακτικές προτάσεις. Το παραδοσιακό ρεύμα (δεκαετία του 1950) Την εποχή αυτή, ο δάσκαλος θεωρείται κάτοχος γνώσεων και δεξιοτήτων, τις οποίες επιχειρεί να μεταφέρει στους μαθητές του. Σχηματικά ο δάσκαλος ήταν Πομπός και οι μαθητές οι Δέκτες, η προσπάθεια είναι να εκπεμφθεί σωστά το «σήμα» και να μην υπάρχουν «παράσιτα». Από τη στιγμή που το «σήμα» θα φτάσει στο Δέκτη είναι δική του ευθύνη για την κατανόηση ή μη. Είναι ένα «δασκαλοκεντρικό» μοντέλο. Στη φιλοσοφία της επιστήμης κυρίαρχο ρεύμα εκείνη την εποχή ήταν ο Θετικισμός. Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στηρίζεται σε διαλέξεις του διδάσκοντα οι οποίες διανθίζονται από πειράματα επίδειξης, τα οποία χρησιμοποιούνται από τον διδάσκοντα: α) για να προκαλέσει το ενδιαφέρον β) για να «εξηγήσει» αυτά που λέει και γ) να επιδείξει την ισχύ της θεωρίας. Η μάθηση βασίζεται στο βιβλίο του μαθητή και όχι σε εργαστηριακές πρακτικές. Κριτήριο επιτυχίας αποτελεί η ποσότητα πληροφοριών που έχουν συγκρατήσει οι μαθητές στο τέλος της διδακτικής διαδικασίας. Η αξιολόγηση γίνεται ζητώντας από τον μαθητή να απαντήσει σε ερωτήσεις που αφορούν ανάκλαση γνώσεις. Το λάθος του μαθητή θεωρείται ως προϊόν της μη προσοχής του: «ο δάσκαλος τα είπε ας πρόσεχες». 6

7 Το αποκαλυπτικό ρεύμα ( ) Η γνώση δεν θεωρείται πια ως κάτι που μεταφέρεται από τον ειδικό στον μαθητή, αλλά ως κάτι που οικοδομείται προσωπικά από τον κάθε μαθητή. Η φιλοσοφία της επιστήμης κυρίαρχο ρεύμα συνεχίζεται να είναι ο Θετικισμός. Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών βασίζεται κυρίως σε εργαστηριακές δραστηριότητες με στόχο να ενθαρρύνουν τους μαθητές να συμπεριφέρονται σαν επιστήμονες. Ο μαθητής αποτελεί το επίκεντρο της διδακτικής διαδικασίας, και αποδίδεται μεγάλη σημασία στην αλληλεπίδρασή του με τα διδακτικά υλικά. Τα διδακτικά υλικά είναι εργαστηριακά υλικά ειδικά σχεδιασμένα. Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στηρίζεται σε πειράματα που κάνουν οι μαθητές καθοδηγούμενοι από κατάλληλα φύλλα εργασίας. Βασίζεται σε εργαστηριακές πρακτικές και κριτήριο επιτυχίας είναι η απόκτηση γνώσεων αλλά και δεξιοτήτων. Το «λάθος» του μαθητή συνεχίζει να θεωρείται ακόμη προϊόν της μη προσοχής του. Η άποψη αυτή είναι συνέπεια του Θετικισμού που συνεχίζει να κυριαρχεί. Το εποικοδομητικό ρεύμα (δεκαετία του 1980) Η θεωρία της Φυσικής δεν θεωρείται πια «αντικειμενική αλήθεια» αλλά ένα μοντέλο το οποίο είναι λειτουργικό αν πληροί τις εξής τρεις συνθήκες 1) να περιγράφει τα φαινόμενα 2) να ερμηνεύει τα φαινόμενα και 3) να προβλέπει νέα φαινόμενα. Το λάθος του μαθητή δεν θεωρείται πλέον προϊόν απροσεξίας, αλλά γνώση εναλλακτική ως προς την επιστημονική. Η εναλλακτική αυτή μορφή γνώσης οφείλεται: σε περιορισμένες εμπειρίες του μαθητή, σε θέματα γλώσσας όπως π.χ. η διαφορετική σημασία της λέξης «δύναμη» στην καθημερινή ζωή και στη Φυσική σε τρόπο σκέψης Βασικό χαρακτηριστικό που το διαφοροποιεί από το προηγούμενο είναι το γεγονός ότι λαμβάνει υπόψη και αξιοποιεί τις προϋπάρχουσες ιδέες των μαθητών για έννοιες και φαινόμενα. Το ρεύμα του γραμματισμού στις Φυσικές Επιστήμες Από το 1985 εμφανίζονται νέες προτάσεις που αφορούν τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Στόχος δεν είναι πια η παραγωγή ειδικών επιστημόνων ή μηχανικών, αλλά «Φυσική για όλους» Οι λόγοι που οδήγησαν στην αλλαγή είναι κοινωνικοί, δεν υπάρχει πια η ανάγκη επιστημόνων ή μηχανικών αλλά ο γραμματισμός των πολιτών στις Φυσικές Επιστήμες. Μέσα στο ρεύμα αυτό διακρίνονται επιμέρους ρεύματα: όπως α) η τόνωση της επικοινωνίας μεταξύ διαφορετικών πολιτισμών β) η δημιουργία μελλοντικών πολιτών γ)η δημιουργία ενημερωμένων πολιτών. Πλέον, δεν μας 7

8 ενδιαφέρει μόνο η παραγωγή μελλοντικών επιστημόνων αλλά η κατάκτηση γνώσεων και ικανοτήτων για όλους. 1.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ Οι βασικές αρχές και έννοιες που υιοθετούμε στο μάθημα της Φυσικής είναι : - Την έννοια του φυσικού συστήματος - Την αρχή διατήρησης της ενέργειας - Το πρότυπο της δομής της ύλης - Τη σχέση μικροσκοπικών και μακροσκοπικών φαινομένων 1.3 Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΤΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ Ο πειραματισμός είναι απαραίτητος στη φυσική επιστήμη. Η λέξη επιστήμη προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη επίσταμαι = γνωρίζω καλά (και με ακρίβεια). Η ακριβής γνώση της επιστήμης για το φυσικό κόσμο έχει προέλθει από μια διαδικασία την οποία η επιστήμη εφαρμόζει όλα τα χρόνια και ονομάζεται επιστημονική έρευνα. Αυτή η έρευνα γίνεται με την επιστημονική μέθοδο. Ο ερευνητής, με αφορμή κάποια παρατήρηση ή ένα ερώτημα, ενδιαφέρεται να ανακαλύψει την απάντηση, διατυπώνει υποθέσεις, εκτελεί πειράματα για να επιβεβαιώσει κάποια υπόθεση, την οποία αναγορεύει σε θεωρία, αλλά και ελέγχει διαρκώς στη συνέχεια την ακρίβειά της. Ο μαθητής, με αφορμή παρατηρήσεις ή απορίες του, ενδιαφέρεται να μάθει, συζητά και υποθέτει, κάνει πειράματα, συμπεραίνει και, τέλος, εφαρμόζει τα συμπεράσματά του. Ακολουθεί, δηλαδή, παρόμοια βήματα με αυτά της επιστημονικής μεθόδου. Ένα πείραμα πραγματοποιείται συνήθως στο εργαστήριο. Πρέπει βέβαια, πριν από την εκτέλεση του, να έχουν οριοθετηθεί με σαφήνεια οι στόχοι του και να έχει γίνει προσεκτικός σχεδιασμός. Έτσι κάθε εργαστηριακή άσκηση περιλαμβάνει: Τους στόχους της: Τι θέλουμε να ρωτήσουμε τη φύση; Ποιες φυσικές έννοιες πρέπει να συσχετίσουμε μεταξύ τους; Ποιους φυσικούς νόμους θέλουμε να επιβεβαιώσουμε ή να διαψεύσουμε; Θεωρητικές επισημάνσεις: Βασικές γνώσεις από την θεωρία που είναι απολύτως απαραίτητες για την πραγματοποίηση της άσκησης. Τα απαιτούμενα όργανα και υλικά. 8

9 Οδηγίες για τη συναρμολόγηση της πειραματικής διάταξης και τις διαδοχικές ενέργειες που πρέπει να γίνουν για τη σωστή διεξαγωγή της άσκησης. Το φύλλο εργασίας: Σ αυτό περιέχονται ερωτήσεις που αφορούν την επεξεργασία των πειραματικών μετρήσεων ή δεδομένων, τη διαμόρφωση και τη γενίκευση των αποτελεσμάτων. Π.χ. Αν στην θεωρία έχουμε το θέμα ηλεκτρισμένα σώματα : Θεωρία : Σώματα, όπως ο πλαστικός χάρακας ή το ήλεκτρο, που αποκτούν την ιδιότητα να ασκούν δύναμη σε ελαφρά αντικείμενα, όταν τα τρίψουμε με κάποιο άλλο σώμα, λέμε ότι είναι ηλεκτρισμένα. Η δύναμη που ασκείται μεταξύ των ηλεκτρισμένων σωμάτων ονομάζεται ηλεκτρική. Οι μαθητές για να κατανοήσουν αυτή την θεωρία καλύτερα θα προχωρήσουμε σε εργαστηριακή άσκηση. Όπως : Πώς μπορούμε να διαπιστώσουμε αν ένα σώμα είναι ηλεκτρισμένο; Για να ελέγξουμε αν ένα σώμα είναι ηλεκτρισμένο, χρησιμοποιούμε το ηλεκτρικό εκκρεμές. Μπορούμε εύκολα να κατασκευάσουμε ένα ηλεκτρικό εκκρεμές, κρεμώντας ένα ελαφρύ αντικείμενο (μικρό μπαλάκι από φελιζόλ ή χαρτί) σε μια κλωστή. Πλησιάζουμε το σώμα που θέλουμε να ελέγξουμε αν είναι ηλεκτρισμένο στο μπαλάκι του εκκρεμούς. Αν το σώμα έλκει το μπαλάκι, τότε το σώμα είναι ηλεκτρισμένο. Εικόνα 1.1 Ο χάρακας έλκει το σφαιρίδιο του εκκρεμούς. Συμπεραίνουμε ότι ο χάρακας είναι ηλεκτρισμένος. 9

10 1.3.α) Μέτρα ασφαλείας στο εργαστήριο Όπως και στην καθημερινή μας ζωή, οι κίνδυνοι που μπορεί να παρουσιαστούν κατά τη διενέργεια των πειραμάτων είναι πολλοί. Γι αυτό κατά την εκτέλεση κάθε εργαστηριακής άσκησης πρέπει να είμαστε ιδιαίτερα προσεκτικός και πειθαρχημένος. Να ελέγχουμε απόλυτα τις κινήσεις μας και να ακολουθούμε πιστά τις οδηγίες του καθηγητή. Μια από τις δεξιότητες που πρέπει να αποκτήσουμε μέσα στο εργαστήριο είναι η ικανότητα να εργαστούμε με ασφάλεια. Ειδικότερα, όταν είμαστε μέσα στο εργαστήριο φυσικής, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε και να εφαρμόζουμε τους κανόνες ασφαλείας. 1.4 ΚΑΛΕΣ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΑΠΟ ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΣΧΟΛΕΙΑ ΚΑΙ ΣΧΟΛΕΙΑ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ Η δευτεροβάθμια εκπαίδευση στην Ελλάδα αποτελεί µέρος της υποχρεωτικής εκπαίδευσης µόνο µέχρι τη λήξη του πρώτου κύκλου της, δηλαδή µέχρι το τέλος του Γυµνασίου. Η φοίτηση στα Γυµνάσια είναι τριετούς διάρκειας, από το 12 ο έως το 15 ο έτος της ηλικίας του µαθητή. Για µαθητές άνω των 14 ετών οι οποίοι εργάζονται λειτουργούν Εσπερινά Γυµνάσια. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εγγραφή στο Γυµνάσιο είναι οι µαθητές να έχουν αποκτήσει το απολυτήριο του Δηµοτικού Σχολείου. Λειτουργούν δηµόσια και ιδιωτικά Γυµνάσια. Τα δηµόσια και τα ιδιωτικά σχολεία της δευτεροβάθµιας εκπαίδευσης έχουν, βάσει νόµου, την ίδια οργάνωση και λειτουργία, ακολουθούν αµφότερα το εκάστοτε ισχύον ωρολόγιο και αναλυτικό πρόγραµµα διδασκαλίας, ενώ χορηγούν ισότιµους τίτλους σπουδών. Το αναλυτικό πρόγραµµα σπουδών της υποχρεωτικής δευτεροβάθµιας εκπαίδευσης καταρτίζεται από το Παιδαγωγικό Ινστιτούτο και εγκρίνεται από το Υπουργείο Παιδείας. Δεν περιλαµβάνονται σε αυτό κλάδοι σπουδών, ούτε η παροχή εξειδίκευσης σε κάποιο τοµέα. 1.4.α) Ελληνικά σχολεία ΙΔΙΩΤΙΚΑ: Τα πλεονεκτήματα του να φοιτά ένας μαθητής σε Ιδιωτικό σχολείο είναι σημαντικά: Περισσότερες ώρες ολοκληρωμένων μαθημάτων, χωρίς απεργίες και καταλήψεις, εκμάθηση τουλάχιστον δύο ξένων γλωσσών στο πλαίσιο του σχολείου, ασφάλεια, προσεγμένο περιβάλλον, μεταφορά των μαθητών με σχολικό, αξιόλογες πολιτιστικές και αθλητικές δραστηριότητες. 10

11 Εικόνα 1.2 Το αγγλόφωνοσχολείο στην Αθήνα βασισμένο στο βρετανικό εκπαιδευτικό σύστημα. ΔΗΜΟΣΙΑ: Βέβαια στην Ελλάδα υπάρχουν και «καλά» δημόσια σχολεία, βρίσκονται όμως στις «καλές» περιοχές. Όπως προκύπτει από τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν στην Αθήνα, στον Πειραιά αλλά και στην υπόλοιπη Ελλάδα, τα καλύτερα δημόσια σχολεία βρίσκονται σε περιοχές στις οποίες κατοικούν ομάδες υψηλού οικονομικού επιπέδου. Εικόνα ο Γυμνάσιο Αθηνών Σημείωση: Στο 2 ο κεφάλαιο δίνονται παραδείγματα για τα εργαστήρια της Φυσικής από διάφορα σχολεία στην Ελλάδα. 11

12 1.4.β) Ένα πολύ ενδιαφέρον σχολικό σύστημα: Σουηδίας Το 1992 εγκαινιάστηκε ένα διαφορετικό σχολικό σύστημα στη Σουηδία, από μια κεντροδεξιά κυβέρνηση. Στα πλαίσια αυτής της μεταρρύθμισης ευνοήθηκε η ιδιωτική πρωτοβουλία με καινοτόμα εκπαιδευτικά προγράμματα. Δηλαδή ιδιωτικές εταιρείες μπορούν να ιδρύσουν σχολεία με δωρεάν φοίτηση, επιδοτούμενα εξ' ολοκλήρου από κρατικές επιχορηγήσεις. Οι οικογένειες των μαθητών δεν πληρώνουν δίδακτρα και αρκεί ο ένας γονιός να είναι Σουηδός φορολογούμενος και τυπικός στις πληρωμές των φόρων του και το παιδί να διαθέτει κοινοτικό αριθμό μητρώου (ένα αριθμό όπως είναι το ΑΜΚΑ ή το ΑΦΜ). Η εκπαιδευτική μεταρρύθμιση που πραγματοποιήθηκε στη Σουηδία έγινε με στόχο να δημιουργηθεί ένα σύγχρονο σχολείο που θα καλύπτει τις εκπαιδευτικές ανάγκες των μαθητών, θα χρησιμοποιεί σύγχρονα μέσα και θα αξιοποιεί τις δεξιότητες και ικανότητες κάθε μαθητή. Η εκπαιδευτική διαδικασία είναι αμφίδρομη και όχι παθητική. Ένα από τους μεγαλύτερους οργανισμούς στην Σουηδία, που λειτουργούν με κρατική επιχορήγηση είναι η εταιρεία Vittra. Λειτουργεί 30 σχολεία στα οποία φοιτούν παιδιά από 1 έως 16 ετών. Η εκπαίδευση στη Σουηδία είναι υποχρεωτική μόνο για τις ηλικίες από 7 έως 16 ετών. Η συγκεκριμένη εταιρεία απέσυρε εντελώς την παλαιά λογική της σχολικής αίθουσας των τεσσάρων τοίχων με τα θρανία στη σειρά. Η εκπαιδευτική διαδικασία παντού μέσα στα σχολεία της. Η αρχιτέκτονας Rosan Bosch σχεδίασε έτσι το σχολείο ώστε τα παιδιά να μπορούν να εργάζονται ανεξάρτητα σε ανοιχτούς χώρους καθώς χαλαρώνουν, ή μπορούν να δουλέψουν και σε ομάδες. Όπως βλέπετε στις φωτογραφίες (οι οποίες είναι από διαφορετικά σχολεία της εταιρείας Vittra) η επίπλωση είναι μοναδική και αντισυμβατική. Το σχολείο είναι μη-παραδοσιακό με κάθε έννοια: δεν υπάρχουν βαθμολογίες και οι μαθητές μαθαίνουν μέσα σε ομάδες, που δεν σχηματίζονται απαραίτητα με βάση την ηλικία, αλλά κυρίως με βάση τα ενδιαφέροντα. Κάθε μαθητής έχει τον δικό του προσωπικό υπολογιστή, τον οποίο χρησιμοποιεί για όλες τις εργασίες του και για να μελετά. Επίσης, κατά τη διάρκεια του σχολικού ωραρίου, τα παιδιά ξεκουράζονται και γευματίζουν με υγιεινά γεύματα που προετοιμάζονται από τα σχολεία και παρέχονται δωρεάν. 12

13 Εικόνα γ) Ένα παράδειγμα από σχολείο Φινλανδίας-Ελσίνκι Σε ένα σχολείο του Ελσίνκι μπορεί κάποιος να δει εφήβους, αλλά και μικρά παιδιά, από 8 μηνών μέχρι 16 ετών, να παίζουν στην παιδική χαρά του σχολείου. Τα παιδιά κάνουν μια προκαταρτική τάξη (preschool) μεταξύ του 6ου και του 7ου έτους της ηλικίας τους στο νηπιαγωγείο ή στους παιδικούς σταθμούς. Τα επίσημα μαθήματα αρχίζουν όταν γίνονται 7 χρονών και μένουν στο ίδιο σχολείο έως ότου γίνουν 16. Ακολούθως θα πάνε ή στο λύκειο, που θα τους οδηγήσει στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση ή σε μια επαγγελματική σχολή. Το Δημοτικό και το Γυμνάσιο συστεγάζονται και λειτουργούν ως ένα ενιαίο σχολείο, ώστε να μην επιβαρύνεται η ψυχολογία των παιδιών από τη μετάβαση από το ένα περιβάλλον στο άλλο. Στα σχολεία της Φινλανδίας οι μαθητές περνούν 9-10 χρόνια στο ίδιο σχολείο. Αυτή η συνύπαρξη κάνει να φαίνεται το φινλανδικό σχολείο λιγότερο εφηβικό γκέτο από ό, τι ένα συνηθισμένο σχολείο δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Οι δάσκαλοι αναγνωρίζουν ότι αυτή η ενιαία σχολική δομή βοηθά το προσωπικό να ξέρει τους μαθητές και τις οικογένειές τους πολύ καλά, αφού οι μαθητές είναι εκεί από τη νηπιακή ως την εφηβική ηλικία. Επίσης οι εκπαιδευτικοί στα σχολεία αυτά λένε ότι το σύστημα του ενιαίου σχολείου σε ένα γνωστό περιβάλλον κάνει τα παιδιά να αισθανθούν ασφαλέστερα, χωρίς το φόβο για το άγνωστο, και πιο εύκολη τη μετάβαση στο επόμενο στάδιο, το Λύκειο. 13

14 Εικόνα

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο «Η διδασκαλία της Φυσικής στις τάξεις του Γυμνασίου στην Ελλάδα και την Ευρώπη» 2.1 ΤΟ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΒΙΒΛΙΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ α) ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Το βιβλίο της Φυσικής της A Γυμνασίου, αποτελείται από 12 θεματικών ενοτήτων, οι οποίες αναφέρονται σε σημαντικά φυσικά φαινόμενα και ενδιαφέρουσες τεχνολογικές εφαρμογές. Τις περισσότερες από αυτές που έχουν επιλεγεί οι μαθητές έχουν ήδη μελετήσει με πειράματα, αλλά χωρίς ποσοτικές μετρήσεις, στο δημοτικό σχολείο. Σκοπός του μαθήματος Είναι η ομαλή μετάβαση των μαθητών από την περιγραφική προσέγγιση των φυσικών εννοιών και των φυσικών φαινομένων στο δημοτικό σχολείο στην αυστηρότερη και, κυρίως, ποσοτική προσέγγισή τους ως φυσικά μεγέθη και φυσικές διαδικασίες, αντίστοιχα, στο γυμνάσιο. Η εκτενέστερη μελέτη τους και η εκτέλεση πειραμάτων με μετρήσεις θα τους εφοδιάσουν με γνώσεις και χρήσιμες εμπειρίες, αλλά και θα τους προετοιμάσει για τα μαθήματα της φυσικής στις επόμενες τάξεις. 15

16 Πιο αναλυτικά το βιβλίο της Φυσικής της Α Γυμνασίου αποτελείται από: Εικόνα 2.1 Το εξώφυλλο του βιβλίου της Φυσικής της Α Γυμνασίου Θεματικές Ενότητες /Φύλλα Εργασίας Οι προβλεπόμενες θεματικές ενότητες του μαθήματος είναι: 1. Μετρήσεις μήκους Η μέση τιμή 2. Μετρήσεις χρόνου Η ακρίβεια 3. Μετρήσεις μάζας Τα διαγράμματα 4. Μετρήσεις θερμοκρασίας Η βαθμονόμηση 5. Από τη θερμότητα στη θερμοκρασία Η θερμική ισορροπία 6. Οι αλλαγές κατάστασης του νερού Ο "κύκλος" του νερού 7. Η διαστολή και συστολή του νερού Μια φυσική "ανωμαλία" 8. Το φως θερμαίνει "ψυχρά" και "θερμά" χρώματα 9. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου υπερθερμαίνει 10. Το ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα Κίνδυνοι και "ασφάλεια" 11. Από τον ηλεκτρισμό στο μαγνητισμό Ο ηλεκτρικός (ιδιο-)κινητήρας 12. Από το μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό Η ηλεκτρική (ιδιο-)γεννήτρια β) ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Το βιβλίο της Φυσικής της Β Γυμνασίου, αποτελείται από 2 Ενότητες, τη Μηχανική και τη Θερμότητα, οι οποίες με τη σειρά τους αποτελούνται από 8 Κεφάλαια. Πιο συγκεκριμένα υπάρχει η Εισαγωγή, η οποία είναι μια σύντομη αναφορά στην ιστορία της επιστήμης και την επιστημονική μεθοδολογία, τα φυσικά μεγέθη και τις μονάδες μέτρησής τους. Έπειτα υπάρχουν, δύο Ενότητες, η Μηχανική η οποία αποτελείται από τα Κεφάλαια Κίνηση, Δύναμη, Πίεση, Ενέργεια και τη Θερμότητα που αποτελείται από τα Κεφάλαια Θερμότητα, Αλλαγές Κατάστασης και Διάδοση της Θερμότητας. 16

17 Σκοπός του μαθήματος Οι συγγραφείς του συγκεκριμένου βιβλίου έχουν σκοπό με τη μελέτη του να μπορέσει ο μαθητής να ανακαλύψει τη Φυσική που υπάρχει σε ό, τι κάνουμε ή βλέπουμε και να αντιληφθεί την μελέτη της Φυσικής ως μια γοητευτική διαδικασία που ανοίγει ένα νέο παράθυρο στον κόσμο που μας περιβάλλει. Βασικές έννοιες και αρχές που διδάσκονται είναι η έννοια του φυσικού συστήματος, η αρχή διατήρησης της ενέργειας, το πρότυπο της δομής της ύλης και η σχέση μικροσκοπικών και μακροσκοπικών φαινομένων. Πιο αναλυτικά το βιβλίο της Φυσικής της Β Γυμνασίου αποτελείται από: Εικόνα 2.2 Το εξώφυλλο του βιβλίου της Φυσικής της Β Γυμνασίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Οι φυσικές επιστήμες και η μεθοδολογία τους 1.2 Η επιστημονική μέθοδος 1.3 Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους ΕΝΟΤΗΤΑ 1 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΚΙΝΗΣΕΙΣ Ύλη και κίνηση 2.1 Περιγραφή της κίνησης 2.2 Η έννοια της ταχύτητας 2.3 Κίνηση με σταθερή ταχύτητα 2.4 Κίνηση με μεταβαλλόμενη ταχύτητα 17

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΔΥΝΑΜΕΙΣ Κίνηση και αλληλεπίδραση : Δύο γενικά χαρακτηριστικά της ύλης 3.1 Η έννοια της δύναμης 3.2 Δύο σημαντικές δυνάμεις στον κόσμο 3.3 Σύνθεση και ανάλυση δυνάμεων 3.4 Δύναμη και ισορροπία 3.5 Ισορροπία υλικού σημείου 3.6 Δύναμη και μεταβολή της ταχύτητας 3.7 Δύναμη και αλληλεπίδραση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4.ΠΙΕΣΗ Πίεση και δύναμη : Δύο διαφορετικές έννοιες 4.1 Πίεση 4.2 Υδροστατική πίεση 4.3 Ατμοσφαιρική πίεση 4.4 Μετάδοση των πιέσεων στα ρευστά-αρχή του Πασκάλ 4.5 Άνωση-Αρχή του Αρχιμήδη 4.6 Πλεύση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5.ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ενέργεια : Μία θεμελιώδη έννοια της Φυσικής 5.1 Έργο και ενέργεια 5.2 Δυναμική-Κινητική ενέργεια. Δύο βασικές μορφές ενέργειας 5.3 Η μηχανική ενέργεια και η διατήρησή της 5.4 Μορφές και μετατροπές ενέργειας 5.6 Πηγές ενέργειας 5.7 Απόδοση μιας μηχανής 5.8 Ισχύς ΕΝΟΤΗΤΑ 2 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Η θερμότητα και ο ανθρώπινος πολιτισμός 6.1 Θερμόμετρα και μέτρηση θερμοκρασίας 6.2 Θερμότητα: Μια μορφή ενέργειας 6.3 Πώς μετράμε τη θερμότητα 18

19 6.4 Θερμοκρασία, θερμότητα και μικρόκοσμος 6.5 Θερμική διαστολή, συστολή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Η θερμότητα προκαλεί μεταβολές 7.1 Αλλαγές κατάστασης και θερμοκρασίας 7.2 Μικροσκοπική μελέτη των αλλαγών κατάστασης 7.3 Εξάτμιση και συμπύκνωση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. ΔΙΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Πώς διαδίδεται η θερμότητα 8.1 Διάδοση θερμότητας με αγωγή 8.2 Διάδοση θερμότητας με ρεύματα 8.3 Διάδοση θερμότητας με ακτινοβολία 19

20 2.1.1.γ) ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Το βιβλίο της Φυσικής της Γ Γυμνασίου αποτελείται από 4 Ενότητες, τον Ηλεκτρισμό, τα Μηχανικά Κύματα - Ταλαντώσεις, την Οπτική και τα Πυρηνικά Φαινόμενα - Πυρήνας οι οποίες με τη σειρά τους αποτελούνται από 11 Κεφάλαια. Πιο συγκεκριμένα η Ενότητα Ηλεκτρισμός αποτελείται από τα Κεφάλαια Ηλεκτρική δύναμη και φορτίο, το Ηλεκτρικό Ρεύμα, τα Μηχανικά Κύματα - Ταλαντώσεις που αποτελείται από τα Κεφάλαια Ταλαντώσεις, Μηχανικά Κύματα, την Οπτική που αποτελείται από τα Κεφάλαια Φύση και διάδοση του φωτός, Ανάκλαση του φωτός, Διάθλαση του φωτός, Φακοί και οπτικά όργανα και Πυρηνικά Φαινόμενα - Πυρήνας που αποτελείται από τα Κεφάλαια ο ατομικός πυρήνας, Πυρηνικές αντιδράσεις. Σκοπός του μαθήματος Οι συγγραφείς έχουν σκοπό με τη μελέτη του βιβλίου ο μαθητής να μπορέσει να αντιληφθεί τη Φυσική ως μια γοητευτική διαδικασία που θα του ανοίξει ένα νέο παράθυρο στον κόσμο που τον περιβάλλει και να αποκτήσει ως σκεπτόμενο άτομο εμπιστοσύνη στις διεργασίες του νου που έχουν αποκορύφωμα την Επιστημονική Σκέψη. Πιο αναλυτικά το βιβλίο της Φυσικής της Γ Γυμνασίου αποτελείται από: Εικόνα 2.3 Το εξώφυλλο του βιβλίου της Φυσικής της Γ Γυμνασίου ΕΝΟΤΗΤΑ 1.ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΙ ΦΟΡΤΙΟ Από το κεχριμπάρι στον ηλεκτρονικό υπολογιστή 1.1 Γνωριμία με την ηλεκτρική δύναμη 1.2 Το ηλεκτρικό φορτίο 20

21 1.3 Το ηλεκτρονικό φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου 1.4 Τρόποι ηλέκτρισης και η μικροσκοπική ερμηνεία 1.5 Νόμος του Κουλόμπ 1.6 Το ηλεκτρικό πεδίο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ Ηλεκτρονικό ρεύμα και ο σύγχρονος πολιτισμός 2.1 Το ηλεκτρικό ρεύμα 2.2 Ηλεκτρικό κύκλωμα 2.3 Ηλεκτρικά δίπολα 2.4 Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αντίσταση ενός αγωγού 2.5 Εφαρμογές αρχών διατήρησης στη μελέτη απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ηλεκτρική ενέργεια και σύγχρονη ζωή 3.1 Θερμικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος 3.2 Χημικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος 3.3 Μαγνητικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος 3.4 Ηλεκτρική και μηχανική ενέργεια 3.5 Βιολογικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος 3.6 Ενέργεια και ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος ΕΝΟΤΗΤΑ 2 ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ - ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ Περιοδικές κινήσεις 4.1 Ταλαντώσεις 4.2 Μεγέθη που χαρακτηρίζουν μια ταλάντωση 4.3 Ενέργεια και ταλάντωση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ Η ενέργεια ταξιδεύει 5.1 Μηχανικά κύματα 5.2 Κύμα και ενέργεια 5.3 Χαρακτηριστικά μεγέθη του κύματος 5.4 Ήχος 5.5 Υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου 21

22 ΕΝΟΤΗΤΑ 3 ΟΠΤΙΚΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6.ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Φως : Από τη μυθολογία στην τεχνολογία 6.1 Φως: όραση και ενέργεια 6.2 Διάδοση του φωτός ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Το φως επιστρέφει 7.1 Ανάκλαση του φωτός 7.2 Εικόνες σε καθρέφτες: είδωλα 7.3 Προσδιορισμός ειδώλου σε κοίλους και κυρτούς καθρέφτες ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ 8.1 Διάθλαση του φωτός 8.2 Εφαρμογές της διάθλασης του φωτός 8.3 Ανάλυση του φωτός 8.4 Το χρώμα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9. ΦΑΚΟΙ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ Φακοί : Η όρασή μας στο μικρόκοσμο και το μεγαλόκοσμο 9.1 Συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακοί 9.2 Είδωλα φακών 9.3 Οπτικά όργανα και το μάτι ΕΝΟΤΗΤΑ 4 ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ-ΠΥΡΗΝΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. Ο ΑΤΟΜΙΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ Πυρήνας του ατόμου : Ο ενεργειακός γίγαντας 10.1 Περιγραφή του πυρήνα 10.2 Ραδιενέργεια 10.3 Βιολογική δράση της ακτινοβολίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11. ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Πυρηνική ενέργεια : Ελιξίριο σωτηρίας ή ολέθρου για την ανθρωπότητα; 11.1 Ενέργεια και πυρηνικές αντιδράσεις 11.2 Πυρηνική σχάση 11.3 Πυρηνική σύντηξη 22

23 2.1.2)ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΥ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΟΛΩΝ ΤΩΝ ΤΑΞΕΩΝ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΤΙ ΑΚΡΙΒΩΣ ΔΙΔΑΣΚΕΤΑΙ ΣΕ ΚΑΘΕ ΤΑΞΗ α)ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Σε κάθε θεματική ενότητα / φύλλο εργασίας (Φ.Ε.) επιδιώκεται οι μαθητές: Φ.Ε. 1: να συζητούν και να προβληματίζονται για τα μετρήσιμα και τα μη μετρήσιμα μεγέθη να πειραματιστούν και να καταλήξουν σε συμπεράσματα για τη βέλτιστη μέτρηση του μήκους με μετροταινία να χρησιμοποιούν τη μετροταινία για να πραγματοποιούν μετρήσεις μήκους ελαχιστοποιώντας το σφάλμα μέτρησης να υπολογίζουν τη μέση τιμή από πολλές μετρήσεις να διαπιστώσουν ότι οι αποκλίσεις στις μετρήσεις εξομαλύνονται με τον υπολογισμό της μέσης τιμής να επιλέγουν μεταξύ πολλών και διαφορετικών οργάνων και τρόπων μέτρησης να αμφισβητούν το "αλάνθαστο" μιας μόνης μέτρησης. Φ.Ε. 2: να γνωρίσουν τι ονομάζουμε μέτρηση χρόνου να αναγνωρίζουν και να κατονομάζουν τις διαφορετικές συσκευές (αναλογικές, ψηφιακές) μέτρησης του χρόνου να πειραματιστούν και να καταλήξουν σε συμπεράσματα για την ακριβέστερη δυνατή μέτρηση του χρόνου κατά περίπτωση, σύμφωνα με τις απαιτήσεις και τα διατιθέμενα όργανα μέτρησης να μετρούν το χρόνο χρησιμοποιώντας ορθά τα κατάλληλα χρονόμετρα και να υπολογίζουν τη μέση τιμή πολλαπλών μετρήσεων να ενημερωθούν για τους ακριβέστερους δυνατούς τρόπους μέτρησης του χρόνου. Φ.Ε. 3: να διακρίνουν το φυσικό μέγεθος μάζα από το φυσικό μέγεθος βάρος να γνωρίσουν πειραματικά τον τρόπο μέτρησης της μάζας και τον τρόπο υπολογισμού του βάρους ενός σώματος με τη χρήση ζυγού και δυναμόμετρου, με τις σωστές μονάδες να εξοικειωθούν με την κατασκευή και χειρισμό αυτοσχέδιου ζυγού και τη βαθμονόμηση αυτοσχέδιου δυναμόμετρου να συμπληρώνουν και να χρησιμοποιούν διαγράμματα επιμήκυνσης μάζας. Φ.Ε. 4: να αντιληφθούν τη διαφορά μεταξύ της εκτίμησης και της μέτρησης του φυσικού μεγέθους θερμοκρασία να διαπιστώσουν με πειραματισμό την ανάγκη ακριβούς μέτρησης της θερμοκρασίας κατά περίπτωση και να καταλήξουν σε συμπεράσματα για τον τρόπο μέτρησής της με ακρίβεια να κατανοήσουν την αρχή λειτουργίας και τον τρόπο βαθμονόμησης του θερμομέτρου να ενημερωθούν για εναλλακτικούς τρόπους μέτρησης της θερμοκρασίας και να αμφισβητούν τις εκτιμήσεις ή τις μετρήσεις της θερμοκρασίας χωρίς τη χρήση κατάλληλων οργάνων και κανόνων μέτρησης να πραγματοποιούν με ορθό τρόπο μετρήσεις θερμοκρασίας. 23

24 Φ.Ε. 5: να συζητήσουν για τη διαφορά αλλά και τη σχέση θερμοκρασίας και θερμότητας να πειραματιστούν για να αναγνωρίζουν τις διαδικασίες που οδηγούν τα σώματα σε θερμική ισορροπία να εξηγούν με το μικρόκοσμο τις αυξήσεις / μειώσεις της θερμοκρασίας να ασκηθούν στη λήψη και καταγραφή σειράς μετρήσεων θερμοκρασίας και χρόνου να ασκηθούν στη δημιουργία διαγραμμάτων θερμοκρασίας χρόνου καθώς και στην αξιοποίησή τους. Φ.Ε. 6: να συνδέσουν με πειραματισμό τη φυσική κατάσταση του νερού με τη θερμοκρασία του να διαπιστώσουν με πειραματισμό τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας κατά την τήξη/πήξη και εξαέρωση/υγροποίηση του νερού να εξηγούν τις αλλαγές της κατάστασης του νερού με τις διαδικασίες του μικρόκοσμου να συσχετίσουν τα φαινόμενα τήξης και εξαέρωσης του νερού με τις διάφορες περιοχές του διαγράμματος θερμοκρασίας - χρόνου να συνδυάσουν τις τρεις φυσικές καταστάσεις του νερού με τον κύκλο του νερού στη φύση και να προβληματιστούν σχετικά με τη σημασία του για τη ζωή στον πλανήτη. Φ.Ε. 7: να διαχωρίζουν τη συμπεριφορά του νερού κατά την ψύξη του από τα υπόλοιπα υλικά να περιγράψουν αυτή τη διαφορετική συμπεριφορά του νερού να διαπιστώσουν με πειράματα την "ανώμαλη" συμπεριφορά του νερού κατά την πήξη του να διαπιστώσουν με πειράματα και παρατηρήσεις επακόλουθα φαινόμενα της ανώμαλης συμπεριφοράς του νερού στο φυσικό κόσμο και να ανακαλύψουν τη χρησιμότητά τους για τη ζωή στον πλανήτη να εξηγούν, γενικά, τη διαστολή/συστολή των σωμάτων με τις διαδικασίες του μικρόκοσμου. Φ.Ε. 8: να διαπιστώσουν (και) πειραματικά τη διαφορετική θέρμανση των σωμάτων από το φως, ανάλογα με το χρώμα τους να καταλήξουν σε συμπεράσματα και για τη διαφορά ανάκλασης του φωτός από σκουρόχρωμα και ανοιχτόχρωμα σώματα να διακρίνουν τα χρώματα σε "θερμά" και "ψυχρά" να εφαρμόζουν τα συμπεράσματά τους για την εξήγηση σχετικών φαινομένων ή/και τεχνολογικών προϊόντων να διακρίνουν τα χρώματα και με βάση ενεργειακά κριτήρια να κατασκευάσουν οι ίδιοι και να λειτουργήσουν έναν απλό ηλιακό θερμοσίφωνα. Φ.Ε. 9: να διαπιστώσουν πειραματικά ότι η παρουσία διοξειδίου του άνθρακα σε έναν χώρο που φωτίζεται επιτείνει τη θέρμανσή του να συζητήσουν για το φαινόμενο του θερμοκηπίου στη γη, τις ευεργετικές του συνέπειες για τη ζωή στον πλανήτη αλλά και την υπερθέρμανση που μπορεί να προκαλέσει να ευαισθητοποιηθούν για τις αιτίες που την επιτείνουν και να δραστηριοποιούνται για να τον περιορισμό τους Φ.Ε. 10: να αναγνωρίσουν τους διάφορους τύπους ηλεκτρικών πηγών να πειραματιστούν με μπαταρίες και να τις μετρήσουν με βολτόμετρο να κατασκευάσουν ένα απλό ηλεκτρικό στοιχείο να πραγματοποιήσουν ηλεκτρικά κυκλώματα να αναγνωρίσουν περιπτώσεις "βραχυ"- κυκλωμάτων και να προσδιορίσουν τις θέσεις τους να προβλέπουν βραχυκυκλώματα στην καθημερινή ζωή και να τα αποτρέπουν να γνωρίζουν τους κινδύνους τους να κατανοήσουν τον τρόπο λειτουργίας και τη χρησιμότητα της "ασφάλειας" στα ηλεκτρικά κυκλώματα. 24

25 Φ.Ε. 11: να αναγνωρίζουν τις μηχανές, τις συσκευές και τα εργαλεία που λειτουργούν με ηλεκτρικούς κινητήρες να γνωρίσουν την αρχή λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων να κατασκευάσουν και να λειτουργήσουν έναν απλό ηλεκτρικό κινητήρα να αναγνωρίζουν και να κατανοούν τα χαρακτηριστικά στοιχεία λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων να εκτιμούν τη συμβολή των ηλεκτρικών κινητήρων στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, άρα και στη διαμόρφωση του σημερινού τεχνολογικού πολιτισμού μας. Φ.Ε. 12: να αναγνωρίζουν ηλεκτρικές πηγές που λειτουργούν με ηλεκτρικές γεννήτριες να γνωρίσουν την αρχή λειτουργίας των ηλεκτρικών γεννητριών να κατασκευάσουν και να λειτουργήσουν μια απλή ηλεκτρική γεννήτρια να αναγνωρίζουν τους διαφορετικούς τρόπους κίνησης των ηλεκτρικών γεννητριών να διαχωρίζουν και να εκτιμούν τους "οικολογικούς" τρόπους κίνησής τους από ανανεώσιμες / καθαρές πηγές ενέργειας να εκτιμούν τη συμβολή των ηλεκτρικών γεννητριών στη βελτίωση της ποιότητας της ζωής μας β) ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 -Εισαγωγή ΕΝΟΤΗΤΑ 1 Στην ενότητα αυτή θα μελετήσουμε κάποια στοιχεία που αφορούν την κίνηση και την αιτία που την προκαλεί, τη δύναμη. Θα περιγράψουμε την πιο απλή περίπτωση της κίνησης, την κίνηση σε ευθεία γραμμή. Θα εισάγουμε τις έννοιες της χρονικής στιγμής, της θέσης, της μετατόπισης, της μέσης και της στιγμιαίας ταχύτητας. Στην συνέχεια θα μελετήσουμε την έννοια της δύναμης και θα την συνδέσουμε με την κίνηση και την αλληλεπίδραση. Θα γνωρίσουμε πώς συμπεριφέρονται τα ρευστά (υγρά και αέρια) όταν ισορροπούν, εισάγοντας τις έννοιες της πίεσης και της άνωσης. Θα ολοκληρώσουμε τη γνωριμία μας με τη μηχανική με αναφορά στην ενέργεια που είναι μια από τις θεμελιώδεις έννοιες για όλες τις φυσικές επιστήμες. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 -Προσέγγιση των εννοιών της θέσης, της μετατόπισης της μέσης και στιγμιαίας ταχύτητας και τη μεταβολή της ταχύτητας -Εξοικείωση με τα διανυσματικά χαρακτηριστικά της ταχύτητας και την ομαλή κίνηση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 -Διάκριση της μάζας από το βάρος της μπάρας -Σχεδιασμός και υπολογισμός των δυνάμεων που ασκούνται από ένα σώμα σε ένα άλλο -Συσχετισμός των δυνάμεων με τις κινήσεις που προκαλούν στα σώματα πάνω στα οποία ασκούνται 25

26 -Πώς οι πύραυλοι υπερνικούν το βάρος τους και απομακρύνονται από τη γη ταξιδεύοντας σε διάφορες γωνίες του ηλιακού μας συστήματος; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 -Προσέγγιση των εννοιών της υδροστατικής πίεσης, της ατμοσφαιρικής πίεσης και της άνωσης -Μελέτη της μετάδοσης των πιέσεων στα ρευστά και της αρχής του Αρχιμήδη για την άνωση και τη συνθήκη πλεύσης. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 -Διάφορες μορφές ενέργειας -Μετατροπή της ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη -Αρχή διατήρησης της ενέργειας ΕΝΟΤΗΤΑ 2 Σε αυτήν την ενότητα θα μάθουμε τη διαφορά της θερμότητας από την θερμοκρασία, τι είναι θερμική ενέργεια, πώς γίνεται η αλλαγή στις καταστάσεις της ύλης, πώς διατηρείται η ζωή στις παγωμένες λίμνες, πώς δημιουργούνται τα θαλάσσια ρεύματα και οι άνεμοι καθώς και πώς μεταφέρεται θερμότητα από τον ήλιο στη Γη. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 -Προσέγγιση των εννοιών της θερμοκρασίας, της θερμότητας και της θερμικής ενέργειας -Θερμότητα, μια μορφή μεταφερόμενης ενέργειας, η οποία μπορεί να μετατρέπεται σε άλλες μορφές, καθώς και να μεταφέρεται από ένα σώμα σε άλλο -Γνωριμία με φαινόμενα που συνδέονται με τη μεταφορά θερμότητας, καθώς και προσπάθεια ερμηνείας των καταφεύγοντας στη μικροσκοπική δομή της ύλης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 -Γνωριμία με τις τρεις καταστάσεις της ύλης (στερεή, υγρή, αέρια), καθώς και πώς η μια μπορεί να μετατραπεί στην άλλη -Σύνδεση των αλλαγών των καταστάσεων της ύλης με τη θερμότητα και τη θερμοκρασία -Πώς προκαλούνται αυτές οι μεταβολές και πώς ερμηνεύονται μικροσκοπικά; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 -Γνωριμία των τρόπων με τους οποίους διαδίδεται η θερμότητα και προσπάθεια ερμηνείας των μικροσκοπικά -Εξοικείωση με τις έννοιες αγωγιμότητα, αγωγοί και μονωτές, ακτινοβολία 26

27 -Πότε ένα σώμα απορροφά ή εκπέμπει θερμότητα; -Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η ποσότητα της εκπεμπόμενης θερμότητας; γ) ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΕΝΟΤΗΤΑ 1 Στην ενότητα αυτή θα μελετήσουμε τις ηλεκτρικές δυνάμεις, τον τρόπο που περιγράφονται και τα αποτελέσματα που προκαλούν. Θα διερευνήσουμε κάποια χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών δυνάμεων και τον τρόπο περιγραφής μέσω μιας ιδιότητας της ύλης του ηλεκτρικού φορτίου. Θα διαπιστώσουμε ότι οι ηλεκτρικές δυνάμεις προκαλούν προσανατολισμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων, το ηλεκτρικό ρεύμα και θα εισάγουμε κατάλληλα μεγέθη για την ποσοτική μελέτη του. Τέλος θα συνδέσουμε το ηλεκτρικό ρεύμα με την ηλεκτρική ενέργεια και θα περιγράψουμε μετασχηματισμούς της ηλεκτρικής ενέργειας σε ενέργεια άλλης μορφής. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 -Ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις και ο συνδυασμός τους με ένα νέο φυσικό μέγεθος, το ηλεκτρικό φορτίο -Γνωριμία και ερμηνεία των τρόπων ηλέκτρισης των σωμάτων -Διερεύνηση των παραγόντων από τους οποίους εξαρτάται η ηλεκτρική δύναμη -Η έννοια του ηλεκτρικού πεδίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 -Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και πώς σχετίζεται με το ηλεκτρικό φορτίο και το ηλεκτρικό πεδίο; -Τι είναι οι αγωγοί και τι οι μονωτές του ηλεκτρικού ρεύματος; -Τι είναι το ηλεκτρικό κύκλωμα και πώς χειριζόμαστε απλά ηλεκτρικά κυκλώματα; -Τι ορίζουμε ως αντίσταση ενός αγωγού και ποιοι είναι οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 -Ποιοι είναι οι συσχετισμοί του ηλεκτρικού ρεύματος με τη μεταφορά και τις μετατροπές της ενέργειας; -Μελέτη των θερμικών φαινομένων που προκαλούνται κατά τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος από έναν αντιστάτη και οι εφαρμογές τους -Πώς τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά φαινόμενα είναι αλληλένδετα και πώς εφαρμόζουμε τους νόμους του ηλεκτρομαγνητισμού για να μετατρέπουμε την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική και το αντίστροφο; -Πώς υπολογίζουμε την ηλεκτρική ενέργεια και την ισχύ που μια ηλεκτρική συσκευή μετασχηματίζει σε άλλες μορφές ενέργειας ή ισχύος; 27

28 ΕΝΟΤΗΤΑ 2 Στην ενότητα αυτή θα μελετήσουμε τις ταλαντώσεις και θα εισάγουμε τα βασικά μεγέθη για τη περιγραφή τους: περίοδο, συχνότητα και πλάτος. Θα μάθουμε να περιγράφουμε τις ενεργειακές μετατροπές που συμβαίνουν σε μια ταλάντωση. Θα γνωρίσουμε ότι τα κύματα μεταφέρουν ενέργεια και θα εισάγουμε τα βασικά μεγέθη που τα περιγράφουν καθώς και τις σχέσεις που τα συνδέουν. Τέλος θα δούμε ότι ο ήχος είναι μηχανικό κύμα και θα εξοικειωθούμε με τα χαρακτηριστικά του. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 -Μελέτη κινήσεων σαν αυτές του εκκρεμούς: τις ταλαντώσεις -Πώς περιγράφονται οι ταλαντώσεις στη γλώσσα της φυσικής και πώς διατυπώνονται οι νόμοι που τις χαρακτηρίζουν; -Ποιές είναι οι ενεργειακές μεταβολές που πραγματοποιούνται κατά την διάρκεια μιας ταλάντωσης; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 -Μελέτη των κυμάτων και η μεταφορά ενέργειας και όχι ύλης -Ποια τα μεγέθη με τα οποία μπορούμε να περιγράψουμε ένα κύμα και ποια η σχέση που τα συνδέει; -Διαπίστωση ότι ο ήχος είναι μηχανικό κύμα και γνωριμία με αντικειμενικά και υποκειμενικά χαρακτηριστικά τους ΕΝΟΤΗΤΑ 3 Σε αυτήν την ενότητα θα μελετήσουμε τις ιδιότητες του φωτός, τα φαινόμενα της ανάκλασης, της διάθλασης και της ανάλυσης του φωτός και θα απαντήσουμε στα ερωτήματα: -Πώς σχετίζεται το φως με την ενέργεια; -Πώς λειτουργεί το μάτι μας, το μικροσκόπιο, το τηλεσκόπιο και η φωτογραφική μηχανή; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 -Διαπίστωση ότι το φως μεταφέρει ενέργεια -Ποια τα χαρακτηριστικά της ενέργειας του φωτός και ποια τα αποτελέσματά της; -Γνωριμία με τον τρόπο διάδοσης του φωτός και οι παράξενες ιδιότητες της ταχύτητάς του. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 -Μελέτη της ανάκλασης του φωτός καθώς και οι νόμοι που την διέπουν -Πώς σχηματίζονται τα είδωλα σε κοίλους και σε κυρτούς σφαιρικούς καθρέφτες; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Μελέτη της πορείας του φωτός όταν διαδίδεται από ένα υλικό σε άλλο 28

29 -Μελέτη του φαινομένου της διάθλασης και διατύπωση των νόμων της διάθλασης του φωτός -Πώς μια σύνθετη δέσμη λευκού φωτός αναλύεται σε απλές ακτινοβολίες, πώς σχηματίζεται το ουράνιο τόξο και πώς προκύπτει το γαλάζιο χρώμα του ουρανού; ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 -Πώς λειτουργούν οι φακοί και ποια είναι τα πιο γνωστά είδη τους(συγκλίνοντες- αποκλίνοντες ); -Πώς σχηματίζονται τα είδωλα φωτεινών αντικειμένων σε ένα συγκλίνοντα και έναν αποκλίνοντα φακό και ποιες οι έννοιες "πραγματικό" και "φανταστικό" είδωλο; -Διαπίστωση ότι το μάτι μας λειτουργεί όπως ένας φακός και θα γνωρίσεις τις εφαρμογές των φακών στην καθημερινή μας ζωή και τη σημασία τους για την διερεύνηση των αισθήσεών μας(τηλεσκόπιομικροσκόπιο ) ΕΝΟΤΗΤΑ 4 Σε αυτήν την ενότητα θα διεισδύσουμε στο εσωτερικό του ατόμου, θα γνωρίσουμε τα σωμάτια που το απαρτίζουν και τον τρόπο που αλληλεπιδρούν. Θα περιγράψουμε το φαινόμενο της πυρηνικής σχάσης, δηλαδή τις μεταβολές που συμβαίνουν στον ατομικό πυρήνα όταν διασπάται, καθώς και το φαινόμενο της πυρηνικής σύντηξης δηλαδή την διαδικασία της συνένωσης δύο πυρήνων. Τέλος συζητάμε πώς ο άνθρωπος κατάφερε να αξιοποιήσει την γνώση του για την πυρηνική σχάση και σύντηξη σε θαυμαστές τεχνολογικές εφαρμογές, που οφείλουν να αποσκοπούν στη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου του πολίτη. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 -Ποια σωματίδια αποτελούν τον πυρήνα των ατόμων και ποια τα χαρακτηριστικά τους; -Πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια του πυρήνα ενός ατόμου, τι είναι το φαινόμενο της ραδιενέργειας και ποια τα είδη της ραδιενεργούς ακτινοβολίας; -Ενημέρωση για τη βιολογική δράση της ραδιενεργούς ακτινοβολίας και για τον τρόπο προστασίας μας από αυτή. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 -Ποια η προέλευση της πυρηνικής ενέργειας; -Γνωριμία με τα είδη των πυρηνικών αντιδράσεων: σχάση και σύντηξη -Γνωριμία με τις ειρηνικές και μη εφαρμογές της πυρηνικής ενέργειας 29

30 2.2 Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΤΟ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΡΟΓΡΑΜΜΑ 2.2.α) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Τα πειράματα τα οποία προβλέπονται στα φύλλα εργασίας (αναφέραμε παραπάνω) ή και αυτά τα οποία προτείνονται από τους εκπαιδευτικούς ή τους μαθητές και προκύπτουν από τη συζήτηση διεξάγονται στην αίθουσα διδασκαλίας ή στο εργαστήριο του σχολείου από τους ίδιους τους μαθητές σε ομάδες των 4 ή 5, κατά προτίμηση με καθημερινά, απλά υλικά και μέσα. Αυτό θα τους επιτρέψει να αναπτύξουν (και) δεξιότητες αναζήτησης και επιλογής στις μελλοντικές επιλογές τους ως πολίτες των κατάλληλων υλικών και μέσων. Εξίσου σημαντική είναι και η παραλαβή τους στο τέλος του πειραματισμού, αφού ιδανικό θα ήταν οι μαθητές να συνεχίσουν τον πειραματισμό, ως παιχνίδι, στο σπίτι, "δείχνοντας" και "εξηγώντας" σε άλλους. Εκτός των πειραμάτων, τα οποία προβλέπονται και περιγράφονται στα φύλλα εργασίας, προτείνεται και η "διά χειρός" (ιδιο-)κατασκευή μερικών απλών διατάξεων πειραματισμού καθώς και ο έλεγχος της καλής λειτουργίας τους για την ανάπτυξη σχετικών δεξιοτήτων από τους μαθητές (/μελλοντικούς πολίτες). 2.2.β) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Ο εργαστηριακός οδηγός της Β γυμνασίου περιέχει συνολικά 14 εργαστηριακές ασκήσεις. Οι 14 εργαστηριακές ασκήσεις είναι : 1) Μέτρηση Μήκους- Εμβαδού - Όγκου 2) Μέτρηση Μάζας,- Βάρους Πυκνότητας 3) Μελέτη Ευθυγράμμων κινήσεων 4) Μελέτη ευθύγραμμης Ομαλής κίνησης 5) Σύνθεση Δυνάμεων 6) Ισορροπία Σημείου κάτω από τη Δράση Συγγραμμικών Δυνάμεων 7) Νόμος του ΗΟΟΚ 8) Η Υδροστατική Πίεση 9) Άνωση και Αρχή του Αρχιμήδη 10) Βαθμονόμηση Θερμομέτρου 11) Διαστολή υγρών και αερίων 12) Μετατροπή φάσης Βρασμός 13) Μεταφορά θερμότητας με Ακτινοβολία 30

31 14) Διατήρηση της Ενέργειας κατά τη μεταφορά Θερμότητας. Θερμική Ισορροπία. 2.2.γ) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Ο εργαστηριακός οδηγός της Γ γυμνασίου περιέχει συνολικά 13 εργαστηριακές ασκήσεις. Οι 13 εργαστηριακές ασκήσεις είναι : 1) Ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις 2) Ο Νόμος του Ohm 3) Νόμος αντίστασης συρμάτινου αγωγού 4) Σύνδεση αντιστατών σε σειρά 5) Παράλληλη σύνδεση αντιστατών 6) Διακοπή και βραχυκύκλωμα στο ηλεκτρικό κύκλωμα 7) Πειραματικός έλεγχος των νόμων του απλού εκκρεμούς 8) Ταλάντωση ελατηρίου 9) Μελέτη κυμάτων 10) Ανάκλαση Επίπεδοι καθρέφτες 11) Σφαιρική καθρέφτες 12) Διάθλαση 13) Συγκλίνοντες φακοί 2.3 ΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΑ ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΣΧΟΛΕΙΑ Παραδείγματα από τα Ελληνικά σχολείαi α)Κολλέγιο Ρόδου Ένα από τα καλύτερα σχολεία της Ελλάδας είναι το Κολλέγιο Ρόδου. Το Κολλέγιο Ρόδου έχει κάνει μια πολύ σημαντική επένδυση σε αυτόν τον τομέα με αποτέλεσμα να διαθέτει ένα μεγάλο αριθμό σύγχρονων και άρτια εξοπλισμένων εργαστηρίων. Όλα τα εργαστήρια διαθέτουν υπολογιστές με πρόσβαση στο Internet, video, τηλεοράσεις ή video projectors, διαδραστικούς πίνακες και άρτια συστήματα ασφαλείας. Επιπλέον, το κάθε εργαστήριο είναι εφοδιασμένο με εξειδικευμένο εξοπλισμό, ανάλογα με το είδος των δραστηριοτήτων που υποστηρίζονται από αυτό. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι κάθε εργαστηριακός πάγκος (6-14 τον αριθμό ανάλογα με το είδος του εργαστηρίου) είναι εξοπλισμένος με ένα data-logger, τους αντίστοιχους αισθητήρες καθώς και με ένα Lap-top με το κατάλληλο λογισμικό για την ανάλυση των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο. Οι υπεύθυνοι καθηγητές των εργαστηρίων Φυσικών Επιστημών ασχολούνται αποκλειστικά με την καλή οργάνωση και λειτουργία του εργαστηρίου. Οι υπεύθυνοι εργαστηρίου αποτελούν επίσης την 31

32 απαραίτητη προϋπόθεση για την πραγματοποίηση όλων των ομαδικών δραστηριοτήτων, κατά τη διάρκεια των οποίων είναι και οι ίδιοι παρόντες. Η πραγματοποίηση των προγραμμάτων των Φυσικών Επιστημών στηρίζεται στην ικανότητα, στην κατάρτιση και τη συνεχή επιμόρφωση των εκπαιδευτικών πάνω στις νεότερες εξελίξεις στο χώρο της διδακτικής και των παιδαγωγικών θεμάτων. Στην παρακάτω εικόνα φαίνονται οι μαθητές κατά την διάρκεια που πραγματοποιούν μια εργαστηριακή άσκηση: Εικόνα β) Αρσάκεια Σχολεία Ένα άλλο καλό παράδειγμα είναι τα Αρσάκεια Σχολεία Πατρών στο οποίο λειτουργεί ήδη ένα πλήρως εξοπλισμένο εργαστήριο Φυσικών Επιστημών. Το εργαστήριο διαθέτει πλήρη εξοπλισμό οργάνων και υλικών. Διαθέτει ηλεκτρονικούς υπολογιστές με σύνδεση στο διαδίκτυο, προβολέα και εκτυπωτή για παρουσιάσεις των μαθημάτων με την βοήθεια των νέων τεχνολογιών Οι αίθουσες αυτές διαθέτουν τον πιο σύγχρονο σχολικό εργαστηριακό εξοπλισμό, ώστε οι μαθητές να πειραματίζονται σε ομάδες και να μπορούν να ανακαλύπτουν ή να επιβεβαιώνουν τους βασικούς νόμους της φύσης στον χώρο της Φυσικής. Διαθέτουν σε κάθε πάγκο εργασίας παροχές χαμηλής και υψηλής τάσης καθώς και δυνατότητα χρήσης προσωπικών υπολογιστών με σύνδεση στο διαδίκτυο από κάθε μαθητή. Η έδρα τού καθηγητή έχει πλήρη εξοπλισμό πολυμέσων (ηλεκτρονικό υπολογιστή, μηχάνημα προβολής, οθόνη, σύνδεση με διαδίκτυο και εκτυπωτή), ώστε να είναι δυνατή η χρήση τους κατά τη διάρκεια τού μαθήματος, σύμφωνα με τις σύγχρονες μεθόδους διδασκαλίας. Οι εργαστηριακές ασκήσεις προγραμματίζονται στην αρχή της σχολικής χρονιάς από τους διδάσκοντες καθηγητές σε συνεργασία με τον Συντονιστή των Φυσικών Μαθημάτων της Φιλεκπαιδευτικής Εταιρείας και τον υπεύθυνο τού σχολικού εργαστηρίου. Ο εξοπλισμός των εργαστηρίων ανανεώνεται και συμπληρώνεται κάθε χρόνο και καλύπτει ένα ευρύ φάσμα πειραματικών διατάξεων, πέρα από αυτές που είναι υποχρεωτικές από το ΥΠΕΠΘ. 32

33 Εικόνα 2.5 Εικόνα γ) 14 Ο Γυμνάσιο Λάρισας Βέβαια υπάρχουν και δημόσια σχολεία που διαθέτουν εργαστήρια Φυσικών Επιστημών, όπως το 14 Ο Γυμνάσιο της Λάρισας. Στο οποίο διαθέτει ένα εργαστήριο με πλήρη εξοπλισμό οργάνων και παρασκευασμάτων, καθώς και αναλώσιμων υλικών, ώστε να μπορούν οι μαθητές να πραγματοποιούν τις εργαστηριακές δραστηριότητες των Φυσικών μαθημάτων. Το εργαστήριο λειτουργεί καθημερινά υπό την επίβλεψη του υπεύθυνου εκπαιδευτικού. Οι εργαστηριακές ασκήσεις προγραμματίζονται από την αρχή της χρονιάς από διδάσκοντες καθηγητές σε συνεργασία με τον υπεύθυνο εργαστηρίου. Στην παρακάτω φωτογραφία οι μαθητές πειραματίζονται σε ομάδες και ανακαλύπτουν ή επιβεβαιώνουν τους βασικούς νόμους της φύσης στο χώρο της Φυσικής. Εικόνα

34 2.4 Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΣΕ ΧΩΡΕΣ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΗΣ Σ αυτό το μέρος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης των προγραμμάτων σπουδών των πέντε χωρών [Φινλανδία, Σουηδία, Αγγλία, Γαλλία, Ιταλία].Η εκπαίδευση της κάθε χώρας αναφέρεται στο τι είδους πολίτες θέλουν να διαμορφώσουν αυτοί που χαράσσουν την εκπαιδευτική πολιτική μιας χώρας α) Γενικές αρχές Οι γενικές αρχές για κάθε μια από τις πέντε χώρες που μελετάμε καταγράφονται στον πίνακα 1 που ακολουθεί. Από τον παρακάτω πίνακα προκύπτει ότι τα προγράμματα σπουδών των πέντε χωρών, σε επίπεδο γενικών αρχών, συγκλίνουν στην πρόταση για την απόκτηση και ανάπτυξη γνώσεων και ικανοτήτων-δεξιοτήτων που αφορούν όλους τους μαθητές και όχι στην προετοιμασία μελλοντικών επιστημόνων, όπως τα προγράμματα σπουδών προηγουμένων δεκαετών. Πίνακας 1 Προγράμματα σπουδών Γενικές αρχές της Φινλανδίας Ανάπτυξη των κοινωνικών αξιών (ισότητα, δικαιοσύνη, συλλογικότητα) και του πολιτισμού Ισότιμη συμμετοχή όλων στη διδακτική διαδικασία Γνώσεις και ικανότητες για τη ζωή Διαμόρφωση ενεργών πολιτών Ικανότητες για τη «δια βίου μάθηση» Αναζωογόνηση του τρόπου σκέψεις και δράσεις του παιδιού Ανάπτυξη της κριτικής ικανότητας του παιδιού της Σουηδίας Προετοιμασία των μαθητών και μαθητριών για τη ζωή και την κοινωνία 34

35 Ανάπτυξη ικανοτήτων απόκτησης και αξιοποίησης της γνώσης Ανάπτυξη της κριτικής ικανότητας Ανάπτυξη ικανοτήτων για την αντιμετώπιση προβλημάτων της καθημερινής ζωής Οι μαθητές και μαθήτριες να διατυπώσουν τις απόψεις τους, βασιζόμενοι όχι μόνο στη γνώση αλλά και στις λογικές και ηθικές εκτιμήσεις Οι μαθητές και μαθήτριες να μάθουν να ακούνε, να συζητάνε, να σκέφτονται και να χρησιμοποιούν τη γνώση τους ως εργαλείο για: να διατυπώνουν και να εξετάζουν υποθέσεις, να λύνουν προβλήματα, να σκέφτονται πέρα από την εμπειρία τους, να εξετάζουν κριτικά και να αξιολογούν τις απόψεις και τις σχέσεις που αναπτύσσονται στον κοινωνικό τους περίγυρο της Αγγλίας Οι μαθητές και μαθήτριες να μαθαίνουν με επιτυχία, να απολαμβάνουν τη διαδικασία της μάθησης, να προοδεύουν και να πετυχαίνουν Να έχουν αυτοπεποίθηση και να ζουν μια ζωή με πληρότητα, με ασφάλεια, με υγεία Να είναι υπεύθυνοι πολίτες με θετική συμβολή στη κοινωνία της Γαλλίας Καλλιέργεια ικανοτήτων για τη ζωή και τη δια βίου μάθηση Διδασκαλία εννοιών από την 35

36 καθημερινή ζωή των παιδιών, οι οποίες προσεγγίζονται διεπιστημονικά, μέσα από την ιστορική τους εξέλιξη της Ιταλίας Ανάπτυξη των ικανοτήτων των μαθητών και μαθητριών για έρευνα και δράση στο άμεσο και ευρύτερο καθημερινό τους περιβάλλον Ανάπτυξη των κριτικών ικανοτήτων τους με την κριτική προσέγγιση θεμάτων της καθημερινής ζωής Ανάπτυξη των επικοινωνιακών και συνεργατικών ικανοτήτων των παιδιών και της κοινωνικής συμμετοχής τους, με έμφαση στο σεβασμό της προσωπικότητας και της πολιτισμικής ταυτότητας του άλλου β) Γενικοί σκοποί Οι γενικοί σκοποί είναι κοινοί για όλη την υποχρεωτικοί εκπαίδευση και αφορούν όλες τις τάξεις. Στον πίνακα 2 φαίνονται, οι γενικοί σκοποί των προγραμμάτων σπουδών για καθεμία από τις πέντε χώρες. Πίνακας 2 Προγράμματα σπουδών Γενικοί σκοποί της Φινλανδίας ενεργός συμμετοχή όλων των παιδιών ανάπτυξη ικανοτήτων επίλυσης προβλημάτων από το φυσικό και κοινωνικό κόσμο ανάπτυξη των μαθησιακών, κοινωνικών και κριτικών ικανοτήτων του παιδιού της Σουηδίας να αναπτύξουν την ικανότητα να 36

37 δουν τις σχέσεις μεταξύ των παρατηρήσεων και των θεωρητικών μοντέλων να είναι σε θέση να πραγματοποιούν απλές συστηματικές παρατηρήσεις και πειράματα, καθώς επίσης και να συγκρίνουν τις προβλέψεις τους με τα αποτελέσματα των πειραμάτων να εξοικειωθούν με επεισόδια της ιστορίας των Φ.Ε. και μέσω αυτού να έχουν μια επίγνωση για τους διαφορετικούς τρόπους εξήγησης των φαινομένων της Αγγλίας να έχουν την ικανότητα να μαθαίνουν αποτελεσματικά να σκέφτονται δημιουργικά, χρησιμοποιώντας πρωτότυπους συνδυασμούς και γενικεύοντες ιδέες να βρίσκουν εναλλακτικές λύσεις της Γαλλίας προετοιμασία για τη ζωή με τη διδασκαλία εννοιών και θεμάτων Φ.Ε. της καθημερινής εμπειρίας καλλιέργεια δεξιοτήτων / ικανοτήτων της επικοινωνίας της ανταλλαγής απόψεων και της συναγωγής συμπερασμάτων της Ιταλίας Δεν αναφέρονται αντίστοιχες προτάσεις Από τον πίνακα 2 προκύπτει ότι σε επίπεδο γενικών σκοπών (και σε συμφωνία με τις γενικές αρχές) τα προγράμματα σπουδών και των πέντε χωρών συγκλίνουν στην επιδίωξη της ανάπτυξης των ικανοτήτων όλων των μαθητών για την καθημερινή ζωή, μέσω της διερεύνησης θεμελιωδών εννοιών και θεμάτων των Φ.Ε. από την καθημερινή εμπειρία. Επιδιώκεται: οι μαθητές να διατυπώνουν ερωτήματα, να 37

38 ερευνούν, να συλλέγουν αποδείξεις, να συνάγουν συμπεράσματα, να αλλάζουν ή/και να διαμορφώνουν άποψη και να κοινοποιούν τις ιδέες τους στους συμμαθητές τους γ) Χαρακτηριστικά των προτεινόμενων γνώσεων Στον παρακάτω που ακολουθεί φαίνονται τα χαρακτηριστικά των γνώσεων για καθεμία από τις πέντε χώρες που αναλύσαμε. Πίνακας 3 Προγράμματα σπουδών Χαρακτηριστικά των προτεινόμενων γνώσεων της Φινλανδίας μικρός αριθμός θεματικών ενοτήτων έμφαση στη θεμελιώδη γνώση και όχι στη λεπτομερειακή έμφαση στην προστασία του περιβάλλοντος στην υγεία, στη βιώσιμη ανάπτυξη και στην ασφάλεια του παιδιού θέματα από το φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον του παιδιού διασύνδεση των εννοιών των Φυσικών Επιστημών που διδάσκονται με την καθημερινή ζωή ανάδειξη της σημασίας των γνώσεων στη ζωή και το περιβάλλον της Σουηδίας μικρός αριθμός θεματικών ενοτήτων διδασκαλία των εννοιών και θεμάτων των Φυσικών Επιστημών που χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή και την τεχνολογία διδασκαλία θεμάτων από την ιστορία των Φυσικών Επιστημών διδασκαλία εννοιών σχετικά με τη 38

39 φύση, τον άνθρωπο και τον πολιτισμό της Αγγλίας μικρός αριθμός θεματικών ενοτήτων ανάδειξη σημαντικών ζητημάτων της καθημερινής ζωής που σχετίζονται με τις Φυσικές Επιστήμες έμφαση στη θεμελιώδη γνώση και όχι στη λεπτομερειακή της Γαλλίας προτείνεται η διδασκαλία μόνο οκτώ θεματικών ενοτήτων δεν ενδιαφέρει η λεπτομερειακή γνώση ανάδειξη της καθημερινής εμπειρίας του παιδιού της Ιταλίας θέματα της καθημερινής ζωής με έμφαση στο περιβάλλον, την υγεία και τη διατροφή έννοιες της Φυσικής που σχετίζονται με τις εμπειρίες και τα ενδιαφέροντα των μαθητών και μαθητριών θέματα που καλλιεργούν ικανότητες για κριτική και δημιουργική προσέγγιση ζητημάτων ως καθημερινής ζωής Από τον παραπάνω πίνακα προκύπτει ότι, τα προγράμματα σπουδών που αναλύσαμε συγκλίνουν στη διδασκαλία θεμελιωδών εννοιών και θεμάτων των Φυσικών Επιστημών, που συνδέονται με την καθημερινή ζωή. Δεν ενδιαφέρει η λεπτομερειακή γνώση, προβάλλονται μόνο οι θεμελιώδεις έννοιες, προκειμένου να δοθεί χρόνος στα παιδιά να αναπτύξουν τις ικανότητες που χρειάζονται για την καθημερινή ζωή. 39

40 2.4.1.δ) Θεματικές ενότητες Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι θεματικές ενότητες στις οποίες εντάσσεται η ύλη που προτείνεται να διδαχθεί. Πίνακας 4 Προγράμματα σπουδών Θεματικές ενότητες της Φινλανδίας Μαγνητικά και ηλεκτρικά φαινόμενα. Πηγές ηλεκτρισμού και θερμότητες. Ασφάλεια και οικονομία κατά τη χρήση τους. Διάδοση του φωτός. Ανάκλαση και προστασία της όρασης. Διάδοση του ήχου και προστασία της ακοής. Υλικά γύρω μας. Νερό, αέρας, άλλες ουσίες και ασφάλεια και τη χρήση τους. Μοχλοί, τροχοί, ελατήρια. Δυνάμεις και κίνηση. Εποχές. Γη και σελήνη. Ηλιακό σύστημα. της Σουηδίας Ηλεκτρικά κυκλώματα και μαγνήτες. Ενέργεια και πηγές ενέργειας. Ιδιότητες του φωτός. Λειτουργία του ματιού. Μετάδοση του ήχου. Ακοή. Στερεά, υγρά, αέρια. Βρασμός, εξάτμιση, πήξη, και τήξη. Μίγματα και διαλύματα. Επικίνδυνες οικιακές ουσίες. Συνέπειες τεχνικών κατασκευών στο περιβάλλον. Ηλιακό σύστημα. Μέρα και 40

41 νύχτα, εποχές, μετεωρολογικά φαινόμενα. της Αγγλίας Ηλεκτρικά κυκλώματα και ηλεκτρική ενέργεια στο σπίτι και στο σχολείο. Πηγές φωτός, φως, σκοτάδι. Σκιές, ανάκλαση. Πηγές του ήχου και ταξίδι. Συχνότητα και ένταση ήχων από μουσικά όργανα. Υλικά της καθημερινής ζωής. Αλλαγές στην ύλη, φθορά, ανακύκλωση. Φυσικές και χημικές ιδιότητας των υλικών. Πετρώματα. Μικροοργανισμοί. Δυνάμεις. Ανθρώπινες κατασκευές. Έλξη, βαρύτητα, αντίσταση του αέρα. Διαγράμματα με δυνάμεις. Μέρα και νύχτα. Εποχές. Κινήσεις της Γης. Ηλιακό σύστημα της Γαλλίας Αιολική ενέργεια. Ηλεκτρικά κυκλώματα. Θερμόμετρα. Ηλεκτρισμός και ασφάλεια. Αγωγές και μονωτές. Εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας. Φως και σκιές. Κύκλος του νερού. Πήξη, τήξη. Αέρας. Διατήρηση της ύλης. Μίγματα και διαλύματα. Ανακύκλωση. Ιδιότητες εργαλείων και μηχανών. Κανόνες ασφαλείας. 41

42 Μοχλοί, ισορροπία, περιστροφή, δυνάμεις. Ο χρόνος που περνάει. Ημερολόγιο. Υδρόγειος. σφαίρα, χάρτες, πυξίδα και προσανατολισμός. Περιστροφή και περιφορά της Γης. Μέρα και νύχτα. Σελήνη. Φυσικές καταστροφές. της Ιταλίας Θερμότητα και θερμοκρασία. Θερμική και ηλεκτρική ενέργεια και μέτρα προστασίας. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και οικονομία. Φως, σκιά, διαφάνεια, αντανάκλαση. Κατάταξη ήχων και χαρακτηριστικά τους (ένταση, ύψος, χροιά). Ακοή. Νερό στις τρεις καταστάσεις. Πόσιμο νερό και λογική χρήση. Συγκρίσεις υλικών και σωμάτων. Ξύλο, πλαστικό, μέταλλο. Ομαδοποίηση υλικών. Καύση, βρασμός, τήξη, πήξη, κρούση, διάλυση. Οξέα, βάσεις, άλατα. Έδαφος και λιπάσματα. Κίνηση σωμάτων. Άνωση και η αρχή του Αρχιμήδη. Διαγράμματα και μετρήσεις. Βαρύτητα, ειδικό βάρος, νήμα της στάθμης. 42

43 Από την μελέτη των ενοτήτων των χωρών του πίνακα 4, προκύπτουν οι παρακάτω ευρείες θεματικές ενότητες: 1. ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2. ΦΩΣ 3. ΗΧΟΣ(δεν διδάσκεται στη Γαλλία) 4. ΥΛΗ 5. ΔΥΝΑΜΕΙΣ-ΚΙΝΗΣΕΙΣ-ΑΠΛΕΣ-ΜΗΧΑΝΕΣ-ΕΡΓΑΛΕΙΑ-ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ 6. ΟΥΡΑΝΟΣ ΚΑΙ ΓΗ α)Στόχοι της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών στην υποχρεωτική εκπαίδευση παγκόσμια. Η μελέτη αναλυτικών προγραμμάτων χωρών οι οποίες σήμερα θεωρείται ότι έχουν επιτυχημένα εκπαιδευτικά συστήματα (όπως π.χ. η Φινλανδία, η Αγγλία, η Αυστραλία, ο Καναδάς και η Γαλλία ή χωρών που πρόσφατα προχώρησαν σε αλλαγές αναλυτικών προγραμμάτων όπως π.χ. τα γερμανικά κρατίδια της Βάδης Βυρτεμβέργης και της Βαυαρίας, και η Ιταλία) δείχνει ότι αυτά εστιάζονται Στην καλλιέργεια γνώσεων που συνδέονται με το πλαίσιο της καθημερινής ζωής. Στην καλλιέργεια ικανοτήτων για την καθημερινή ζωή που επιτυγχάνεται μέσω της διδασκαλίας της μεθοδολογίας των Φυσικών Επιστημών και στην ανάπτυξη, κατά τη διάρκεια της υποχρεωτικής εκπαίδευσης, στους μαθητές ικανοτήτων που θα είναι χρήσιμες να «μαθαίνουν» και εκτός σχολείου β)Στόχοι της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών στην υποχρεωτική εκπαίδευση στην Ελλάδα. Στην Ελλάδα έχουμε το Διαθεματικό Ενιαίο Πλαίσιο Προγράμματος Σπουδών (ΔΕΠΠΣ) και το Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών (ΑΠΣ). Υποτίθεται ότι το ΑΠΣ θα ακολουθεί τις γενικές γραμμές που χαράζονται με το ΔΕΠΠΣ. Στην πραγματικότητα όμως το ΑΠΣ έρχεται σε αντίθεση ακόμη και με τη φιλοσοφία του ΔΕΠΠΣ, που υποτίθεται ότι υλοποιεί. Έτσι το ΔΕΠΠΣ κινείται στην προσέγγιση «Γνώσεις και Δεξιότητες για τη ζωή» όπως : Η δεξιότητα επικοινωνίας η δεξιότητα / ικανότητα χρήσης ποικίλων πηγών και εργαλείων πληροφόρησης και επικοινωνίας η δεξιότητα συνεργασίας η ικανότητα κριτικής επεξεργασίας πληροφοριών, αξιών και παραδοχών η ικανότητα της επίλυσης προβλημάτων, κ.ά. 43

44 2.5 Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΚΑΙ ΣΕ ΧΩΡΕΣ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΗΣ 2.5. α) ΕΛΛΑΔΑ Επιχειρώντας μια αναδρομή στον τρόπο διδασκαλίας των μαθημάτων των φυσικών επιστημών στα σχολεία μας την τελευταία 30ετία, παρατηρούμε ότι στις αρχές της δεκαετίας του 80 αναπτύχθηκε σε μικρό αριθμό δημόσιων σχολείων, γυμνασίων κυρίως, η αποσπασματική ή/και η συστηματική πειραματική εξάσκηση των μαθητών στη Φυσική ή στα φυσικά μαθήματα, με τη μορφή του κυκλικού εργαστηρίου, χωρίς, όμως, να κατορθώσει να γενικευθεί. Ο βασικός νόμος 1566/1985 για την Πρωτοβάθμια και τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση αναφέρει: «Σε κάθε σχολείο υπάρχουν και χρησιμοποιούνται εποπτικά και οπτικοακουστικά μέσα, καθώς και εργαστήρια Φυσικής για την εμπέδωση της διδασκαλίας των οικείων μαθημάτων». Σύμφωνα πάλι με τις Οδηγίες για τη διδακτέα ύλη κλπ. του ΚΕΜΕ/ Παιδαγωγικού Ινστιτούτου ( ): «Η εξοικείωση των μαθητών με τα όργανα φυσικής είναι παράγοντας απαραίτητος για την επιτυχία της διδασκαλίας του μαθήματος», αλλά και ότι: Η κατάσταση, που έτσι είχε διαμορφωθεί, χαρακτηρίζονταν μέχρι και τα μέσα της δεκαετίας του 90: Από την έλλειψη λειτουργικά οργανωμένων σχολικών εργαστηριακών χώρων για τα μαθήματα των φυσικών επιστημών. Από αναλυτικά προγράμματα και σχολικά εγχειρίδια για τα μαθήματα των φυσικών επιστημών δευτεροβάθμιας και πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης που δεν προωθούσαν τη συστηματική πειραματικήεργαστηριακή διδασκαλία. Από την έλλειψη βασικής κατάρτισης των διδασκόντων στην εργαστηριακή και εποπτική διδασκαλία και από την έλλειψη επαρκούς γνώσης για την εκπαιδευτική τεχνολογία και την παιδαγωγική και διδακτική αξιοποίησή της. Από την ανυπαρξία νομοθετημένου αποκεντρωμένου φορέα, o οποίος να παρέχει συστηματικά και αδιάλειπτα την αναγκαία στήριξη στην οργάνωση του σχολικού εργαστηρίου φυσικών επιστημών, στη χρήση και τη συντήρηση των εποπτικών μέσων διδασκαλίας και μάθησης και ό, τι άλλο αναγκαίο. Η αναγκαιότητα της ίδρυσης και λειτουργίας των ΕΚΦΕ προέκυψε στην αρχή της δεκαετίας του 90, από την προσπάθεια του ΥΠΕΠΘ, μέσω του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου, να αλλάξει δραστικά τον τρόπο διδασκαλίας της φυσικής (δασκαλοκεντρική μέθοδος με ή χωρίς πείραμα επίδειξης) εισάγοντας το διαδικασιοκεντρικό, καινοτόμο πρόγραμμα PSSC Φυσική (με τη μετάφραση του συνόλου των βιβλίων του προγράμματος από την έκτη αμερικανική έκδοση). 44

45 Η εφαρμογή του προγράμματος PSSC Φυσική επέδρασε καταλυτικά στην αναμόρφωση των αναλυτικών προγραμμάτων της φυσικής στο επίπεδο της δευτεροβάθμιας και της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης. Έτσι, το Παιδαγωγικό Ινστιτούτο εκπόνησε νέα αναλυτικά προγράμματα σπουδών φυσικών επιστημών για το Δημοτικό, το Γυμνάσιο και το Λύκειο με πειραματική/ εργαστηριακή κατεύθυνση (ΠΔ 368/1996, ΠΔ 371/1996, Αποφάσεις Αριθ. Γ2/1095/ , Γ2/1085/ κ.ά.) (Ραγιαδάκος & Παπασταματίου 1998). Ταυτόχρονα, για την υποστήριξη της πειραματικής διδασκαλίας, την οργάνωση των σχολικών εργαστηρίων φυσικών επιστημών και την ενδοϋπηρεσιακή επιμόρφωση των καθηγητών των φυσικών μαθημάτων, προχώρησε στην ίδρυση και τη λειτουργία των ΕΚΦΕ για να αποτελέσουν σε επίπεδο Νομού κέντρο έρευνας, τεχνικής και παιδαγωγικής υποστήριξης της εργαστηριακής/ πειραματικής διδασκαλίας των μαθημάτων των φυσικών επιστημών και σύμβουλο για την οργάνωση των σχολικών εργαστηρίων. Από το 2002-σήμερα σε κάθε Διεύθυνση Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης συνιστάται και λειτουργεί Εργαστηριακό Κέντρο Φυσικών Επιστημών (ΕΚΦΕ) κλπ. Αυτή η νομοθετική ρύθμιση υλοποιείται με την υπουργική απόφαση. Στις μέρες μας τα περισσότερα Γυμνάσια της χώρας διαθέτουν εργαστήρια με πλήρη εξοπλισμό οργάνων και παρασκευασμάτων, καθώς και αναλώσιμων υλικών, ώστε να μπορούν οι μαθητές να πραγματοποιούν τις εργαστηριακές δραστηριότητες των Φυσικών μαθημάτων. Κάθε εργαστηριακή άσκηση διακρίνεται σε τρία μέρη: α) την εισαγωγή β) την πειραματική διαδικασία. Και γ) το φύλλο εργασίας που βρίσκεται στο τετράδιο του μαθητή Α. Εισαγωγή Στην εισαγωγή κάθε εργαστηριακής άσκησης αναφέρονται : Οι έννοιες και τα φυσικά μεγέθη που χρησιμοποιούμε για την περιγραφή των φαινομένων που αναπαράγουμε στο εργαστήριο Οι στόχοι της εργαστηριακής άσκησης.. Οι θεωρητικές επισημάνσεις που αποτελούν το βασικό θεωρητικό υπόβαθρο που μας καθοδηγεί στο σχεδιασμό του αντίστοιχου πειράματος. Β. Πειραματική διαδικασία Η Πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει: Τα όργανα και τα υλικά που απαιτούνται για την υλοποίηση της κατάλληλης διάταξης και στην εκτέλεση της εργαστηριακής άσκησης. Επίσης, περιλαμβάνονται φωτογραφίες ή σχηματικές αναπαραστάσεις των πειραματικών διατάξεων που πρέπει να συναρμολογηθούν. 45

46 Ο ελάχιστος απαραίτητος αριθμός οδηγιών για την εκτέλεση κάθε πειράματος. Επισημάνσεις και ελλοχεύοντες κίνδυνοι. Μικρό αριθμό επισημάνσεων που αφορούν στο θεωρητικό υπόβαθρο της πειραματικής διαδικασίας ή τη λειτουργία της πειραματικής διάταξης. Μικρό σύνολο οδηγιών για την εκτέλεση του πειράματος και τη λήψη των απαραίτητων μετρήσεων. Γ. Το Φύλλο εργασίας στο τετράδιο του μαθητή Το τετράδιο του μαθητή αποτελείται από φύλλα εργασίας Η συμπλήρωση φύλλου εργασίας από τους μαθητές κατά τη διδασκαλία διευκολύνει τον έλεγχο της επιτυχίας των στόχων που έχουμε θέσει και ταυτόχρονα είναι μια διαδικασία εφαρμογής και αφομοίωσης των νέων εννοιών και σχέσεων από τους μαθητές. Έτσι, οι ερωτήσεις του φύλλου εργασίας έγινε προσπάθεια να είναι συναφείς με τους επιδιωκόμενους στόχους, ώστε να είναι δυνατός ο έλεγχος του βαθμού αφομοίωσής τους από τους μαθητές. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η ανάδραση, που δίνει η δυνατότητα προσαρμογής της διδασκαλίας στις συνθήκες της συγκεκριμένης τάξης. Η μορφή των φύλλων εργασίας συναρτάτε με το περιεχόμενο της πειραματικής διαδικασίας και τα χρησιμοποιούμενα μέσα. Ένα πλήρες φύλλο εργασίας περιλαμβάνει: 1) Επεξεργασία των πειραματικών διδομένων και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα: α) Πίνακες μετρήσεων, που συμπληρώνονται από το μαθητή κατά τη διεξαγωγή της πειραματικής διαδικασίας. β) Άξονες για το σχεδιασμό πειραματικών γραφικών παραστάσεων. γ) Ερωτήσεις που αφορούν στην περιγραφή των παρατηρούμενων φαινομένων, με τους όρους της επιστημονικής γλώσσας που έχει διδαχθεί ο μαθητής. δ) Ερωτήσεις που αφορούν στη διατύπωση συμπερασμάτων που προκύπτουν από την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων. ε) Ερωτήσεις που αφορούν στη διατύπωση θεωρητικών προβλέψεων και επικύρωσής τους ή όχι από τα αποτελέσματα του πειράματος. στ) Αιτιολόγηση των αποκλίσεων μεταξύ της θεωρητικής πρόβλεψης και των πειραματικών δεδομένων ( Η πειραματική διάταξη ικανοποιεί τις απαραίτητες προϋποθέσεις και συνθήκες για τη διεξαγωγή του πειράματος, ώστε τα πειραματικά δεδομένα να είναι αξιόπιστα; Τα 46

47 αποτελέσματα του πειράματος επηρεάζονται σημαντικά από παράγοντες που αγνοήσαμε στη θεωρητική ερμηνεία των αποτελεσμάτων; κ.λπ.) Το μέρος του φύλλου εργασίας που αφορά στην πειραματική διαδικασία συμπληρώνεται από το μαθητή μέσα στην τάξη (μετρήσεις, γραφικές παραστάσεις, περιγραφές φαινομένων). Το υπόλοιπο (συμπεράσματα, ερωτήσεις αξιολόγησης κλπ), εφόσον δεν επαρκεί ο χρόνος, συμπληρώνεται στο σπίτι. Αξιοποίηση των ΤΠΕ στο Εργαστήριο Φυσικής. Από τη δεκαετία του 60 που άρχισαν οι επαναστατικές αλλαγές στην εκπαίδευση των φυσικών επιστημών, με την ανάπτυξη της διδακτικής, το πείραμα κατέλαβε κυρίαρχη θέση στη διδασκαλία, την οποία και διατηρεί ακόμα. Σήμερα η ανακαλυπτική προσέγγιση των φυσικών φαινομένων και η οικοδόμηση των εννοιών βασίζονται στην ένταξη του πειράματος στη διδακτική πράξη, με στοιχεία που προέρχονται: από τη χρήση κατάλληλου εκπαιδευτικού λογισμικού και από τη χρησιμοποίηση του υπολογιστή ως εργαλείου στην πειραματική διδασκαλία με τη χρήση αισθητήρων. Σύμφωνα με τις απόψεις της γνωστικής επιστήμης, κάθε μαθητής μαθαίνει μέσα από τις δικές του γνωστικές δομές. Η πληροφορία που δέχεται φιλτράρεται, επιλέγεται, μετασχηματίζεται και ή ενσωματώνεται (αφομοίωση) ή επέρχεται σε γνωστική σύγκρουση, που αν δεν προκύψει αλλαγή στις γνωστικές δομές(συμμόρφωση) οδηγεί στην απόρριψη της νέας πληροφορίας. 2.5.β) ΙΣΠΑΝΙΑ (Καταλονία) Τα σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης διαθέτουν εργαστήρια φυσικών επιστημών. Δεν προβλέπεται η απασχόληση τεχνικού εργαστηρίου (παρασκευαστή) και έτσι η οργάνωση των πειραματικών δραστηριοτήτων γίνεται από τον διδάσκοντα. Το Υπουργείο Παιδείας παρέχει τον εξοπλισμό και τα υλικά για τα εργαστήρια, δεν προβλέπονται εξετάσεις σε πρακτικές πειραματικές δραστηριότητες. Στην υποχρεωτική δευτεροβάθμια εκπαίδευση (4 έτη), οι μαθητές διδάσκονται βιολογία και γεωλογία στο 1 ο και 3 ο έτος, ενώ στο 2 ο και 4 ο έτος διδάσκονται φυσική και χημεία. Οι διδακτικές ώρες που διατίθενται είναι 3 κάθε εβδομάδα. Υπάρχει η δυνατότητα για 1 ώρα πειραματικών δραστηριοτήτων κάθε εβδομάδα, αλλά δεν υπάρχει υποχρέωση για τον διδάσκοντα να ολοκληρώσει έναν ορισμένο αριθμό τέτοιων δραστηριοτήτων. 47

48 Στην ανώτερη δευτεροβάθμια εκπαίδευση (2 έτη) λειτουργούν δύο κατευθύνσεις: στην πρώτη τα μαθηματικά και η φυσική είναι υποχρεωτικά μαθήματα και στη δεύτερη η βιολογία και η χημεία. Σε κάθε κατεύθυνση οι μαθητές πρέπει να επιλέξουν δύο ακόμη μαθήματα θετικών επιστημών. Συνιστάται να γίνονται πρακτικές πειραματικές δραστηριότητες σε κάθε μάθημα, χωρίς να υπάρχει συγκεκριμένη υποχρέωση από πλευράς διδασκόντων. Στην πραγματικότητα ο διδάσκων δεν έχει τον απαιτούμενο διδακτικό χρόνο για αυτές τις δραστηριότητες. 2.5.γ) ΙΤΑΛΙΑ Με τις νομοθετικές ρυθμίσεις του 1999, δόθηκε μεγάλος βαθμός οργανωτικής, εκπαιδευτικής και διαχειριστικής αυτονομίας στις σχολικές μονάδες της Ιταλίας, ενώ η κεντρική διοίκηση περιορίστηκε στην αρμοδιότητα της νομοθέτησης ενός πυρήνα προγράμματος σπουδών, κοινού για όλη τη χώρα. Οι ρυθμίσεις επηρέασαν σημαντικά τον τομέα της επιμόρφωσης των εκπαιδευτικών. Έρευνες που έχουν διεξαχθεί για λογαριασμό της ιταλικής κυβέρνησης έχουν δείξει ότι η χρήση του σχολικού εργαστηρίου περιορίζεται στο 16% του διδακτικού χρόνου, αντί του 30% που ορίζεται από τα αναλυτικά προγράμματα σπουδών των αντίστοιχων μαθημάτων. Το μειωμένο ποσοστό του εργαστηριακού διδακτικού χρόνου δε φαίνεται να οφείλεται στις υποδομές των εργαστηρίων. Τα εργαστήρια είναι συνήθως καλά εξοπλισμένα, αν και όχι εντελώς προσαρμοσμένα στις απαιτήσεις του αναλυτικού προγράμματος, ενώ το 60% των σχολείων δε διαθέτει τεχνικό εργαστηρίου (παρασκευαστή). Χρήση του εργαστηρίου, κατά μέσο όρο, γίνεται λιγότερο από δυο φορές το μήνα. Η έρευνα δίνει έμφαση στην ενδοσχολική επιμόρφωση των εκπαιδευτικών, στην εργαστηριακή διδασκαλία και τα τοπικά της τμήματα οργανώνουν πολλά επιμορφωτικά σεμινάρια, και θερινά σχολεία γι αυτό το σκοπό. Ειδικά τα θερινά σχολεία έχουν αποδειχτεί πολύ αποτελεσματικά, αλλά δεν μπορούν να δεχτούν πάνω από συμμετέχοντες κάθε φορά. 48

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο «Η εργαστηριακή διδασκαλία μέσω προσομοιώσεων» 3.1 H ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΜΕΣΩ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ Η χρήση προσομοιώσεων (simulations) και λογισμικών μοντελοποίησης προσφέρει τη δυνατότητα στο μαθητή να λειτουργήσει ως ερευνητής, ορίζοντας και κατασκευάζοντας ο ίδιος το μοντέλο ενός προβλήματος, μελετώντας την επίδραση διαφορετικών παραμέτρων σε αυτό αλλά και δοκιμάζοντας διαφορετικές υποθέσεις για τη λειτουργία ενός δεδομένου μοντέλου [Cox, 1999]. Μία από τις δυσκολίες που οι μαθητές αντιμετωπίζουν κατά τη δημιουργία των δικών τους μοντέλων σε τέτοια περιβάλλοντα προέρχεται από τον τρόπο με τον οποίο το λογισμικό αναπαριστά το μοντέλο, σε σχέση με τα δικά τους νοητικά μοντέλα για το πρόβλημα που ερευνούν [Νeuwirth, 1995]. Ο μαθητής θα πρέπει σταδιακά να αποκτήσει μια εικόνα για τον τρόπο λειτουργίας του λογισμικού, τα εργαλεία που προσφέρει και τη χρήση τους καθώς και να κατανοήσει το πρόβλημα που πρόκειται να μοντελοποιήσει. Οι μαθητές ενεργοποιούνται αξιοποιώντας ένα τέτοιο περιβάλλον, αναλαμβάνοντας εργασίες που τους εμπλέκουν [Cox, 1999]: στη δημιουργία και αξιολόγηση των προσωπικών τους ιδεών στην αντιπαράθεση της πρότερης γνώσης τους με νέα αντικρουόμενα στοιχεία στη σύγκριση των δικών τους μοντέλων για τον κόσμο με πραγματικά δεδομένα / καταστάσεις στη συνεργασία σε ομάδες με στόχο την οικοδόμηση πιο πολύπλοκων μοντέλων στην επανεξέταση των επιτευγμάτων τους μέσα από την παρουσίαση των δικών τους μοντέλων στην οθόνη. Μια πληθώρα από έτοιμες προσομοιώσεις παρέχεται από αντίστοιχες εφαρμογές εκπαιδευτικού λογισμικού μέσα σε περιβάλλοντα εικονικών εργαστηρίων που προσομοιώνουν πραγματικά εργαστήρια. Οι προσομοιώσεις αυτές συνήθως έχουν ένα περιορισμένο αντικείμενο και στόχο, και διαμορφώνουν ένα συγκεκριμένο περιβάλλον στο οποίο οι μαθητές μπορούν είτε απλά να παρακολουθήσουν την εξέλιξη ενός φαινομένου είτε να παρέμβουν και να πειραματιστούν με βάση τις 49

50 διαφορετικές δυνατότητες και τα εργαλεία που τους παρέχονται. Οι προσομοιώσεις αφορούν διάφορα θέματα όπως Φυσική, Μαθηματικά, Χημεία, Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Μουσεία κλπ. Δημοφιλές περιβάλλον αλληλεπιδραστικών προσομοιώσεων στη Φυσική και ειδικότερα στη Μηχανική αποτελεί το λογισμικό Interactive Physics. Είναι ένα ανοικτό περιβάλλον διερεύνησης της μελέτης της κίνησης και της σχέσης της με τη δύναμη. Ο έλεγχος και ο χειρισμός των δυνάμεων είναι ευκολότερος από ότι στο πραγματικό κόσμο. Ο μαθητής ή ο εκπαιδευτικός μπορεί να δημιουργήσει πλήθος προσομοιώσεων που αντιστοιχούν σε πραγματικές καταστάσεις σωμάτων των οποίων μπορεί να καθορίσει τα χαρακτηριστικά (μάζα, πυκνότητα, θέση, ταχύτητα, ορμή κλπ.) μπορεί να παρέμβει και να μεταβάλει τις ιδιότητες τους και τους παράγοντες που τους επηρεάζουν την κατάσταση τους. Έτοιμες προσομοιώσεις υπάρχουν και στο Διαδίκτυο τις οποίες διαρκώς εμπλουτίζονται από Πανεπιστημιακά τμήματα αλλά και διάφορες εκπαιδευτικές κοινότητες ή μέλη τους [Γκούτσιας ]. Σε πολλές περιπτώσεις οι δημιουργοί των προσομοιώσεων αυτών τις διαθέτουν ελεύθερα, παρέχοντας την δυνατότητα απόκτηση τους και εκτέλεσης τους τοπικά σε οποιονδήποτε υπολογιστή, χωρίς να απαιτείται σύνδεση με το Διαδίκτυο. 3.1.α)Πλεονεκτήματα των προσομοιώσεων Αλληλεπίδραση με το υπό μελέτη φαινόμενο Βοηθά τους μαθητές με «μικρή» φαντασία Μεταβολή παραμέτρων και κατανόηση των φυσικών εξισώσεων Δημιουργία ισχυρού υποβάθρου γνώσεων μέσα από την hands-on εμπειρία Παίζουν το ρόλο σημειωματάριου σκέψης και παράγουν κλίμα συνεργασίας Άμεση σύνδεση κίνησης και γραφικής παράστασης Συμμετοχή των μαθητών στην όλη διαδικασία 3.1.β)Μειονεκτήματα των προσομοιώσεων Κάποιες φορές απαιτεί σημαντικό χρόνο ανάπτυξης και μεγάλο κόστος Μπορεί να μην είναι η πιο κατάλληλη μέθοδος επίλυσης του μελετούμενου προβλήματος Δεν εγγυάται ότι θα οδηγήσει στην καλύτερη δυνατή λύση Μπορεί να μην αντανακλά με ακρίβεια την υπό μελέτη κατάσταση Σε μια προσομοίωση το μοντέλο που την διέπει έχει ήδη δημιουργηθεί από κάποιον άλλο Οδηγεί στην ανάγκη για περιβάλλοντα που επιτρέπουν τη δημιουργία μοντέλων 50

51 3.2 Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΣΩ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ Η φυσική είναι ένα μάθημα που στηρίζεται στην εικόνα, συνδυάζει την περιγραφή ενός φαινομένου, την αναπαράστασή του αρχικά μέσω της «φαντασίας» κι έπειτα μέσω σχήματος, την επεξεργασία του και τελικά την επίλυσή του. Ο εκπαιδευτικός συναντά αρκετές δυσκολίες κατά τη διδασκαλία του μαθήματος που οφείλονται είτε στην ιδιαιτερότητα του μαθήματος (αναπαράσταση φυσικών νόμων, σχήματα, μαθηματικές εξισώσεις με επίλυση, πειράματα) είτε στη στάση ορισμένων μαθητών που λόγω έλλειψης κατανόησης δεν μπορούν να συμμετέχουν στη διδασκαλία. Η σημερινή εισήγηση προτείνει τη χρήση κάποιων προσομοιώσεων ως εποπτικό υλικό για τη διδασκαλία της φυσικής. Η φυσική είναι ένα απαιτητικό και δύσκολο μάθημα αφού αποτελείται από διαφορετικούς τομείς που θα πρέπει να καλυφθούν από τον εκπαιδευτικό. Θεωρία: Θα πρέπει να διδαχθεί η ύλη του σχολικού βιβλίου, να παρουσιαστεί ο φυσικός νόμος με παραδείγματα, σχήματα, απλά πειράματα, ώστε να γίνουν κατανοητά από τον μαθητή όπως οι δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων, η τριβή, οι κινήσεις, τα κύματα κ.λπ. Ασκήσεις: Θα πρέπει να διδαχθεί η επίλυση ασκήσεων (δεδομένα ζητούμενα, σχήμα απαραίτητες εξισώσεις, επίλυση). Πειράματα: Θα πρέπει να πραγματοποιηθεί μια σειρά πειραμάτων μετωπικά ώστε οι μαθητές να πάρουν μετρήσεις, να σχεδιάσουν γραφικές παραστάσεις, να υπολογίσουν φυσικά μεγέθη και τελικά να διαπιστώσουν την ισχύ όσων διδάχθηκαν. Σε αυτό το εκπαιδευτικό δύσκολο τοπίο, οι προσομοιώσεις μπορούν να βοηθήσουν τον εκπαιδευτικό στη διδασκαλία του. Η αναπαράσταση ενός φυσικού φαινομένου προφανώς μπορεί να βοηθήσει τον μαθητή να το κατανοήσει καλύτερα, να σχηματίσει μια «εικόνα» και πάνω σε αυτή να προχωρήσει στο επόμενο βήμα που είναι η επίλυση σχετικών ασκήσεων. Οι καθηγητές που ασχολούνται καθημερινά με την διδασκαλία της φυσικής γνωρίζουν ότι ο χρόνος διδασκαλίας τους είναι περιορισμένος είτε γιατί θα πρέπει να αφιερώσουν χρόνο στην επίλυση ασκήσεων είτε γιατί οι μαθητές δεν αντέχουν υπερβολικές αναλύσεις. Αυτό σημαίνει ότι μια προσομοίωση πρέπει να αναφέρεται όσο γίνεται περισσότερο στο μάθημα που διδάσκεται, και ίσως να χρησιμοποιεί τα σχήματα και τις ιδέες που δίνει σχολικό βιβλίο. Επίσης πρέπει να αναδεικνύει και να επιλύει τα δυσνόητα τμήματα της σχολικής ύλης (με τη δύναμη της εικόνας), που θα μελετήσει αργότερα ο μαθητής στο σπίτι. Άρα θα πρέπει να υπάρχει μια αντιστοιχία στις προσομοιώσεις με την διδασκόμενη ύλη και θα πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα τροποποιήσεων και διορθώσεων αυτών όταν κάτι δεν έχει παρουσιαστεί όπως πρέπει. 51

52 3.3 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΤΟ INTERACTIVE PHYSICS 3.3.α) ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Το εκπαιδευτικό λογισμικό διερευνητικού χαρακτήρα Interactive Physics είναι ένα ανοιχτό περιβάλλον μάθησης. Είναι ένα πλήρες εργαστήριο κίνησης στον υπολογιστή που συνδυάζει μια απλή διεπαφή, με μια δυνατή μηχανή που προσομοιώνει τις βασικές αρχές της Κλασικής Μηχανικής του Νεύτωνα. Με το Interactive Physics ο εκπαιδευτικός δημιουργεί προσομοιώσεις σχεδιάζοντας αντικείμενα στην οθόνη και ζωντανεύοντάς τα με κίνηση. Υπάρχουν διαθέσιμα ελατήρια, σχοινιά, αποσβεστήρες, μετρητές και μια ποικιλία άλλων σχηματικών αντικειμένων. Κάνοντας κλικ στην Εκτέλεση, η προσομοίωση του Interactive Physics ορίζει πως θα κινηθούν τα αντικείμενα και παρουσιάζει μια πολύ ρεαλιστική κίνηση. Μεγέθη όπως η ταχύτητα, η επιτάχυνση, η ροπή, η γωνιακή ροπή, η κινητική ενέργεια και η τριβή μπορούν να υπολογιστούν ενώ εκτελείται η προσομοίωση. Οι μετρήσεις αυτές μπορούν να εμφανιστούν με αριθμούς, με γραφικές παραστάσεις κινούμενα διανύσματα. Με το Interactive Physics παρέχεται η δυνατότητα δοκιμής εναλλακτικών υποθετικών σεναρίων. Οι μαθητές μπορούν να κάνουν προβλέψεις, να εκτελούν προσομοιώσεις και να βλέπουν άμεσα τα αποτελέσματα. Επίσης, το Interactive Physics διαθέτει ένα ενσωματωμένο σύστημα προγραμματισμού που επεκτείνει τις δυνατότητές του. Μερικοί από τους γενικούς διδακτικούς στόχους του λογισμικού είναι: Να ασκηθούν οι μαθητές στην περιγραφή, στην ερμηνεία και στην πρόβλεψη φαινομένων Να ασκηθούν στην διαδικασία μοντελοποίησης φαινομένων ή καταστάσεων Να καλλιεργήσουν νοητικές δεξιότητες για την αντιμετώπιση προβλημάτων 3.3.β)ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ INTERACTIVE PHYSICS ΣΑΝ ΙΔΕΑ Τι είναι το Interactive Physics Γενικά το Interactive Physics είναι ένα εργαστηριακό και συγγραφικό περιβάλλον πλήρους κίνησης (full-motion) για υπολογιστές Macintosh και για υπολογιστές που χρησιμοποιούν Windows. Εκπαιδευτικοί και μαθητές το χρησιμοποιούν για να φτιάξουν και να εξερευνήσουν πειράματα Φυσικής τα οποία προσομοιώνονται στον υπολογιστή. Τι μπορεί να κάνει κάποιος με το Interactive Physics Με το Interactive Physics οποιοσδήποτε μπορεί να μοντελοποιήσει εργαστηριακά πειράματα. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους εκπαιδευτικούς ως εργαλείο αξιολόγησης αναθέτοντας στους μαθητές να δημιουργήσουν δικά τους ή προκαθορισμένα πειράματα. Το Interactive Physics μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως μέσο παρουσίασης σε διάλεξη συνθέτοντας και αναλύοντας προβλήματα του 52

53 βιβλίου διδασκαλίας μπροστά στο ακροατήριο. Τέλος, έχει κανείς τη δυνατότητα να πλάσει εργαστηριακές ασκήσεις που νομίζει ότι είναι συναρπαστικές, ενδιαφέρουσες και παρέχουν πληροφορίες σε αυτούς που απευθύνονται. Μια διαισθητική διασύνδεση (interface) επιτρέπει στο χρήστη του Interactive Physics να δημιουργήσει και να προσομοιώσει σχεδόν όλα τα προβλήματα Φυσικής που μπορεί να φανταστεί. Έτσι είναι πολύ εύκολο, για παράδειγμα, να εικονογραφήσει κανείς τους νόμους του Νεύτωνα και να τους δει εμφανώς να προβάλλουν πίσω από την προσομοίωση που έφτιαξε χρησιμοποιώντας φυσικά ένα μηχάνημα με γραφικές δυνατότητες και οπτικά εργαλεία. Η χρησιμότητα του Interactive Physics Η Φυσική ακαδημαϊκού επιπέδου, αλλά και οποιασδήποτε άλλης βαθμίδας ενός εκπαιδευτικού συστήματος, διαφέρει από πολλά άλλα μαθήματα στο ότι δεν μπορεί κάποιος να μάθει τις αρχές της επιστήμης αυτής ακούγοντας και γράφοντας αποκλειστικά πληροφορίες για αυτές. Κάνοντας αυτές τις ενέργειες μόνο και διαβάζοντας τις σημειώσεις που αποκόμισε από μια διάλεξη καθώς και το βιβλίο διδασκαλίας ένας μαθητής ή φοιτητής (στο εξής θα αναφερόμαστε με τον όρο "φοιτητής" και για τις δύο ονομασίες εκπαιδευόμενων διαφορετικών επιπέδων) μπορεί να καταλήξει ότι καταλαβαίνει πολύ καλά την ύλη που διδάσκεται και ότι δεν είναι δύσκολη. Παρ' όλα αυτά αν δοκιμάσει να εφαρμόσει τις αρχές αυτές σε ένα δύσκολο πρόβλημα, από εκείνα που ζητούνται να λυθούν σε εξετάσεις - ιδιαίτερα σε πανεπιστήμια, υπάρχει μεγάλη περίπτωση να ανακαλύψει ότι δεν μπορεί να καταφέρει να λύσει το πρόβλημα. Τότε η συνήθης αντίδραση είναι να σκεφτεί ο φοιτητής ότι είτε ο ίδιος δεν έχει της δυνατότητες που θα έπρεπε να έχει ή ότι το πρόβλημα είναι υπερβολικά δύσκολο. Ο πραγματικός λόγος είναι όμως άλλο: στη Φυσική ο μόνος τρόπος να μάθει κανείς να εφαρμόζει καλά τις αρχές της επιστήμης σε πολύπλοκες καταστάσεις. Με άλλα λόγια δεν αρκεί μόνο η θεωρία αλλά χρειάζεται εξάσκηση πάνω σε προβλήματα. Το Interactive Physics προσφέρει ένα σύνολο από ήδη έτοιμα πειράματα από τους δημιουργούς του, τα οποία αντιστοιχούν στα πιο πολλά από τα πρακτικά προβλήματα. Οι προσομοιώσεις των προβλημάτων αυτών στον υπολογιστή όχι μόνο βοηθούν το φοιτητή να δει κυριολεκτικά τι συμβαίνει από φυσική άποψη, αλλά επίσης επιτρέπει σε αυτόν να πειραματιστεί προσαρμόζοντας και αλλάζοντας μερικές ή και όλες τις σχετικές παραμέτρους του προβλήματος. Το εκπληκτικό είναι ότι μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει τα ήδη έτοιμα πειράματα ή και να φτιάξει καινούρια, ακόμα κι αν δεν ξέρει πολλά πράγματα από υπολογιστές και δε σκοπεύει να μάθει τίποτα παραπάνω για αυτούς και στο μέλλον. Άλλωστε αυτό το χαρακτηριστικό είναι και ένα από τα κύρια μελήματα σχεδόν όλων των σχεδιαστών των σύγχρονων εμπορικών, εκπαιδευτικών και όχι μόνο προγραμμάτων εφαρμογών. 53

54 Η ανωτερότητα του Interactive Physics ως προς τις γραπτές εργασίες Γενικά, λόγω της ανθρώπινης φύσης που τείνει να αναβάλλει για όσο αργότερα γίνεται τις δυσάρεστες ενέργειες, και όχι μόνο στο πλαίσιο του μαθήματος της Φυσικής, οι φοιτητές ασχολούνται με τη λύση των γραπτών εργασιών που τους ανατίθενται συνήθως την τελευταία ημέρα, αν όχι τις τελευταίες ώρες, πριν από την προθεσμία παράδοσης αυτών. Γι' αυτό και οι μεθοδολογίες που ακολουθούνται για τη λύση τους είναι " της τελευταίας στιγμής ", όπως ξεφύλλισμα του βιβλίου διδασκαλίας και εφαρμογή των τύπων που συναντώνται, τυχαία παιχνίδια με τις φόρμουλες έτσι ώστε να βρεθεί το αριθμητικό αποτέλεσμα που δίνεται στις απαντήσεις στο πίσω μέρος του βιβλίου, και τέλος, αν όλα αυτά δεν αποδώσουν ή δεν υπάρχει χρόνος πια, η καταφυγή στην αντιγραφή. Είναι φανερό από τα παραπάνω ότι μπορεί πολύ εύκολα ένας φοιτητής να αριστεύσει στις γραπτές ασκήσεις αλλά επειδή ακριβώς δεν έχει την κατάλληλη εμπειρία να αποτύχει στις γραπτές εξετάσεις. Οι λόγοι που οι γραπτές εργασίες δεν προσφέρουν αρκετή πρακτική εξάσκηση στο φοιτητή είναι διάφοροι. Πρώτα, μερικά προβλήματα προς λύση κάθε εβδομάδα δεν αποτελούν αρκετή εξάσκηση. Ύστερα, τα προβλήματα αυτά είναι πολύ πιο εύκολα από τα θέματα στις γραπτές εξετάσεις. Τρίτος λόγος είναι ότι τα περισσότερα από αυτά τα προβλήματα αναφέρονται σε κάποιο συγκεκριμένο θέμα ή ενότητα, ενώ οι ερωτήσεις των εξετάσεων τείνουν να εμπλέκουν πολλές και διαφορετικές αρχές της Φυσικής. Τέλος, κάποια από τα προβλήματα των γραπτών εργασιών είναι κακοδιατυπωμένα, δεν διδάσκουν τίποτα γύρω από την Φυσική, είναι ασαφή ή η δυσκολία τους αποκτά πολύ περισσότερο μαθηματικό χαρακτήρα από ότι θα έπρεπε. από τα θέματα στις γραπτές εξετάσεις. Τρίτος λόγος είναι ότι τα περισσότερα από αυτά τα προβλήματα αναφέρονται σε κάποιο συγκεκριμένο θέμα ή ενότητα, ενώ οι ερωτήσεις των εξετάσεων τείνουν να εμπλέκουν πολλές και διαφορετικές αρχές της Φυσικής. Τέλος, κάποια από τα προβλήματα των γραπτών εργασιών είναι κακοδιατυπωμένα, δεν διδάσκουν τίποτα γύρω από την Φυσική, είναι ασαφή ή η δυσκολία τους αποκτά πολύ περισσότερο μαθηματικό χαρακτήρα από ότι θα έπρεπε. Το Interactive Physics κάνει κάθε άλλο παρά δυσάρεστη την ενασχόληση των φοιτητών με ασκήσεις και προβλήματα της Φυσικής. Οι βασικοί λόγοι είναι δύο: το γραφικό περιβάλλον που χρησιμοποιεί και η ενίσχυσή του με κίνηση εικόνων (animation). Έτσι το ενδιαφέρον του φοιτητή προσελκύεται αναμφίβολα πολύ πιο εύκολα και η ενασχόληση με την κατασκευή πειραμάτων και προσομοιώσεων μοιάζει περισσότερο με παιχνίδι παρά με ανιαρή ενασχόληση. Ένα ακόμη πραγματικά αξιόλογο χαρακτηριστικό του Interactive Physics είναι ότι πολλά από τα ήδη έτοιμα προβλήματα που περιέχει προέρχονται από έρευνες των δημιουργών του, οι οποίοι συνέλεξαν προβλήματα πάνω στα οποία πειραματίστηκαν πραγματικά φοιτητές των οποίων ο βαθμός τους στο μάθημα της Φυσικής αυξήθηκε από τότε που έκαναν την πρακτική αυτή εξάσκηση. Έτσι τώρα ο φοιτητής που θα χρησιμοποιήσει το Interactive Physics για να προσομοιώσει πειράματα έχει τα πλεονεκτήματα ότι ξέρει από που να ξεκινήσει για την προετοιμασία του για έναν καλό βαθμό, αλλά και ότι δεν χρειάζεται να έχει άλλον εργαστηριακό εξοπλισμό από έναν κατάλληλο υπολογιστή και το πρόγραμμα Interactive Physics. 54

55 Αυτό το τελευταίο αποτελεί και βασικό πλεονέκτημα ακόμα και για τους εκπαιδευτικούς. Εύκολα γίνεται αντιληπτό το πόσο δύσκολο είναι για έναν εκπαιδευτικό να έχει όλον τον απαραίτητο εργαστηριακό εξοπλισμό προκειμένου να προετοιμάσει διάφορα πειράματα για το επόμενο μάθημα ή διάλεξη. Δε θα ήταν παράτολμο να πούμε ότι αυτό είναι πρακτικά αδύνατο αν το εύρος των πειραμάτων που επιθυμεί ο εκπαιδευτικός να παρουσιάσει καλύπτει όλες τις προσφερόμενες για πειράματα πτυχές της επιστήμης της Φυσικής. Στην περίπτωση του Interactive Physics όμως η προετοιμασία και η παρουσίαση ενός πειράματος ή προβλήματος απαιτεί, όπως και προηγουμένως είπαμε, έναν υπολογιστή κατάλληλο για το Interactive Physics και το ίδιο το πρόγραμμα του Interactive Physics. 3.3.γ) INTERACTIVE PHYSICS II ΓΙΑ WINDOWS Στη διάθεσή μας για την εξερεύνηση και την αξιολόγηση του προγράμματος είχαμε την έκδοση ΙΙ του Interactive Physics που τρέχει πάνω από Windows '95 και NT. Το στήσιμο στο PC ήταν σε γενικές γραμμές εύκολο αφού το σχετικό πρόγραμμα (setup) μας καθοδήγησε κατατοπιστικά εν μέρει. Παρ' όλα αυτά οι δυσκολίες δεν έλειψαν αφού στη διάθεσή μας δεν είχαμε κανένα εγχειρίδιο αναφοράς, ούτε στο στήσιμο αλλά ούτε κατά τη διάρκεια της εξερεύνησης του Interactive Physics II. Παρακάτω καταγράφουμε τα συμπεράσματα από την προσπάθειά μας και είμαστε ανοιχτοί σε ερωτήσεις και παρατηρήσεις. Περιγραφή των δυνατοτήτων του Interactive Physics II Όπως έχουμε ήδη αναφέρει, μέσα στο πρόγραμμα υπάρχουν μερικά ήδη έτοιμα παραδείγματα τα οποία κατατάσσονται σε πολύπλοκα (complex), παρουσιάσεις (demos), πειράματα (expirements) και αλληλεπιδράσεις (interactions). Ο διαχωρισμός αυτός δεν έχει σαφή όρια. Έχει γίνει μόνο για να υπάρχει μια σχετική ιεραρχία μεταξύ των παραδειγμάτων. Πάντως, κάθε ομάδα παραδειγμάτων έχει τοποθετηθεί σε ξεχωριστό κατάλογο (directory) από όλες τις άλλες και κάθε παράδειγμα αποτελεί ένα αυτόνομο αρχείο από μόνο του. Σχεδόν σε όλα τα παραδείγματα, ο χρήστης καλείται να μεταβάλλει κάποιες από τις παραμέτρους του προβλήματος, όπως ταχύτητα, τριβή κτλ, και να δει πως πραγματικά θα εξελίσσονταν το πείραμα με τις μεταβολές αυτές. Επίσης μπορεί να προσθέσει δικά του αντικείμενα, όπως ελατήρια, νήματα και άλλα, και να τροποποιήσει όπως ο ίδιος θέλει το έτοιμο παράδειγμα, όπως ακριβώς μπορεί να κάνει φτιάχνοντας από την αρχή κάτι δικό του, όπως θα δούμε και παρακάτω. Τις επιλογές του Interactive Physics II θα τις χωρίσουμε σε δυο κατηγορίες: σε εκείνες που εμφανίζονται στο κύριο μενού (στο βασικό παράθυρο του προγράμματος) και σε εκείνες που είναι χωριστές για κάθε πείραμα (κάθε πείραμα έχει το δικό του παράθυρο), στα αριστερά του αντίστοιχου παραθύρου. Αυτές οι τελευταίες επιλογές ονομάζονται στο σύνολο τους παλέτα και κάθε πείραμα έχει όπως είπαμε τις δικές του. 55

56 Η διαχείριση των αρχείων στο Interactive Physics II γίνεται όπως ακριβώς σε όλα τα προγράμματα για Windows, με τη επιλογή File από το κύριο μενού. Εκεί υπάρχουν οι γνωστές ενέργειες Open, Close, New, Save, Exit και όσες άλλες γνωρίζουμε από άλλα προγράμματα για διαχείριση αρχείων. Δεν υπάρχει τίποτα το καινούριο και το άξιο για περαιτέρω συζήτηση στην επιλογή αυτή. Αντίθετα, στην επιλογή Edit εκτός από τις πάλι γνωστές ενέργειες για σύνταξη και διόρθωση μέσα στο τρέχων παράθυρο, όπως οι Undo, Redo, Cut, Paste κτλ, υπάρχει μια ενέργεια που εναλλάσσει τον τρόπο χρήσης του προγράμματος από τον χρήστη, από Player Mode σε Edit Mode (όπως αυτές ονομάζονται) και αντίστροφα. Όταν ο χρήστης βρίσκεται σε Player Mode δεν μπορεί παρά μόνο να δει και να προσομοιώσει παραδείγματα είτε έτοιμα ή δικά του, αλλά δεν μπορεί να προσθέσει τίποτα καινούριο σε ούτε να αφαιρέσει από, αυτά που βλέπει ή προσομοιώνει. Γι' αυτό το λόγο πολλές επιλογές εξαφανίζονται κατά τη μετάπτωση από Edit σε Player Mode, επιλογές που έχουν σχέση φυσικά με την προσθαφαίρεση αντικειμένων ή κειμένου στο τρέχων παράθυρο. Από την άλλη ευρισκόμενος σε Edit Mode ο χρήστης μπορεί να κάνει οσεσδήποτε μετατροπές θέλει σε οποιοδήποτε πείραμα, έτοιμο ή δικό του. Κάποιες από τις παραμέτρους που έχουν σχέση με το φυσικό περιβάλλον στο οποίο υποτίθεται ότι συμβαίνουν τα πειράματα ελέγχονται από την επιλογή World. Εκεί παίξαμε με τη βαρύτητα, την αντίσταση του αέρα, τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις και τα πεδία δυνάμεων, και ομολογούμε ότι εντυπωσιαστήκαμε από την απόκριση των πειραμάτων στις αλλαγές που κάναμε. Από την επιλογή World είχαμε κι άλλες εκπλήξεις, αφού διαθέτει ενέργειες για να καθορίσει κανείς το πότε θα αρχίσει το πείραμα, πότε θα σταματήσει, πόσο θα διαρκέσει, με τι βήμα θα κυλάει ο χρόνος, αν στο παράθυρο επιθυμούμε να μένουν οι τροχιές των αντικειμένων και με τι συχνότητα θα γίνεται δειγματοληψία αυτών και ρυθμίσεις σχετικά με την εμφάνιση των αντικειμένων. Πριν προχωρήσουμε με τις υπόλοιπες επιλογές του κυρίως μενού ας δούμε λίγο τις επιλογές που εμφανίζονται ξεχωριστά για κάθε παράθυρο, που στο σύνολο τους ονομάζονται παλέτα. Αυτές έχουν πιο πολύ σχέση με την εισαγωγή αντικειμένων και κειμένου στο παράθυρο (δηλαδή στο αντίστοιχο πείραμα) και δεν εμφανίζονται όταν βρισκόμαστε σε Player Mode αλλά μόνο σε Edit Mode, στα αριστερά κάθε παραθύρου. Μέσα, λοιπόν, στο πείραμα μπορεί κανείς να βάλει κάποιο προκαθορισμένο αντικείμενο, όπως σφαίρα, κυκλικό δίσκο, κανονικό πολύεδρο, κανονικό πολύπλευρο, ή και να φτιάξει δικά του αντικείμενα με ό,τι σχήμα αυτός επιθυμεί. Ακόμη από τις επιλογές αυτές μπορούν να εισαχθούν στο πείραμα και όργανα όπως ελατήρια διαφόρων τύπων, νήματα διαφόρων τύπων, τροχαλίες, μοχλοί, αλλά και δυνάμεις υπό μορφή διανύσματος ή ακόμα και μοτέρ. Η εισαγωγή κειμένου γίνεται επίσης από εδώ, όπως και κάποιες ενέργειες στο παράθυρο: μεγέθυνση, σμίκρυνση, περιστροφή. Τέλος μπορεί ο χρήστης να ξεκινήσει ( Run ) και να επαναφέρει ( Reset ) την προσομοίωση πάλι με αυτές τις επιλογές. Επανερχόμενοι στο κύριο μενού συναντάμε την επιλογή View. Μέσα σε αυτή κρύβονται ενέργειες που αφορούν την εμφάνιση στο χρήστη του παραθύρου που δουλεύει και προσομοιώνει κάτι. Στο 56

57 παράθυρό του, λοιπόν, ο χρήστης μπορεί να προσφέρει βοηθητικά στοιχεία μέσα από το View όπως τους άξονες Χ και Υ, κανόνες (rulers) για μέτρηση αποστάσεων, να χωρίσει το παράθυρο σε περιοχές (grid) και να ζητήσει να δει το κέντρο μάζας του συστήματος που έχει φτιάξει ή υπάρχει. Το σύστημα μονάδων και η αναπαράσταση των αριθμών καθορίζεται επίσης μέσα από το View, όπως και οι διαστάσεις του παραθύρου και το χρώμα του φόντου (background). Τέλος μπορεί κανείς να ανοίξει και να καταστρέψει καινούρια παράθυρα εργασίας τα οποία τη στιγμή της δημιουργίας τους θα είναι ακριβές αντίγραφο του τρέχοντος αλλά από εκεί και ύστερα μπορούν να τροποποιηθούν ανεξάρτητα μεταξύ τους. Για κάθε αντικείμενο του πειράματος υπάρχει η επιλογή Object, στο κύριο μενού. Αφού επιλέξουμε με το ποντίκι το αντικείμενο που ενδιαφερόμαστε, και επιλέξουμε το Object, μπορούμε να δούμε και να τροποποιήσουμε όλες τις φυσικές ιδιότητες του αντικειμένου αυτού, όπως μάζα, ηλεκτρικό φορτίο, συντελεστής τριβής, αρχική θέση, αρχική ταχύτητα και πολλά άλλα. Μπορούμε, επίσης να δούμε και να καθορίσουμε στοιχεία για την εμφάνιση του σώματος, όπως το χρώμα του, το όνομά του και γενικά ό,τι μπορεί κανείς να φανταστεί που να έχει σχέση με το συγκεκριμένο σώμα. Μια από τις σημαντικότερες επιλογές του προγράμματος είναι αυτή που επονομάζεται Define. Με αυτή μπορεί κανείς να εισάγει στο τρέχον παράθυρο διάφορα κουμπιά (buttons) τα οποία ο ίδιος καθορίζει τι κάνουν. Αυτά τα κουμπιά θα τα χωρίζαμε σε δύο κατηγορίες. Κατ' αρχήν υπάρχουν κουμπιά που απλά επιλέγοντάς τα γίνεται κάτι αυτόματα. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου κουμπιού είναι αυτό του Run, το οποίο μπορεί να εισαχθεί από το χρήστη μέσα στο πείραμα, αντί να χρησιμοποιεί το ήδη έτοιμο στις επιλογές του παραθύρου. Πατώντας αυτό το κουμπί απλά ξεκινάει η προσομοίωση. Ο δεύτερος τύπος κουμπιών είναι και ο πιο σημαντικός. Αυτά τα κουμπιά δεν επιλέγονται απλά με ένα πάτημα, αλλά με αυτά μπορεί κανείς να μεταβάλει παραμέτρους του προβλήματος. Τέτοιο παράδειγμα είναι η αρχική ταχύτητα κατά τον Υ άξονα. Επιλέγοντας και κουνώντας το ποντίκι μπορεί κάποιος να μεταβάλει την ιδιότητα αυτή ενός επιλεγμένου σώματος και στη συνέχεια να δει πως αυτό συμπεριφέρεται. Όλη η δύναμη και η αξία του Interactive Physics II πιστεύουμε ότι κρύβεται πίσω από αυτό το χαρακτηριστικό. Το χαρακτηριστικό που μόλις αναφέραμε είναι σχεδόν άχρηστο χωρίς τη βοήθεια που προσφέρει η επιλογή Measure από το κύριο μενού. Με αυτή την επιλογή μπορούμε να εισάγουμε στο πείραμα μετρήσεις. Οι μετρήσεις μπορούν να είναι είτε σε μορφή γραφικής παράστασης ως προς το χρόνο, είτε αριθμητικές μετρήσεις. Και πάλι μπορεί κανείς να εισάγει μέτρηση για όποιο μέγεθος επιθυμεί. Οι μετρήσεις εμφανίζονται σαν μικρά παράθυρα μέσα στο τρέχον και είναι πολύ χρήσιμες για την παρατήρηση αποτελεσμάτων. Παράδειγμα μιας τέτοιας μέτρησης είναι η γραφική παράσταση της επιτάχυνσης του επιλεγμένου σώματος ως προς το χρόνο. Αυτή θα ζωγραφίζει μια γραμμή που θα παριστάνει τις τιμές της επιτάχυνσης του σώματος σε κάθε χρονική στιγμή και για όσο εξελίσσεται το πείραμα. 57

58 Η προτελευταία επιλογή του κυρίως μενού λέγεται Vectors και, όπως λέει και το όνομά της, αφορά τα διανύσματα. Μέσα από το Vectors μπορούμε να απαγορέψουμε να εμφανιστεί οποιοδήποτε διάνυσμα στο σχέδιο που ετοιμάζουμε ή προσομοιώνουμε, ή να επιλέξουμε από όλα τα διανύσματα που είναι δυνατό να δούμε ποια θέλουμε εμείς να βλέπουμε (π.χ. της επιτάχυνσης και της βαρυντικής δύναμης). Επίσης μπορούμε να κανονίσουμε το ύφος κάθε διανύσματος, όπως το χρώμα του, την αναλογία του ως προς τα άλλα κτλ. Η τελευταία επιλογή στο κύριο μενού, Window είναι μάλλον διακοσμητική αφού αφορά μετακίνηση του παραθύρου και εμφάνιση αυτού μέσα στον όλο χώρο εργασίας του Interactive Physics II, κάτι που πολύ εύκολα γίνεται με το ποντίκι και την υποστήριξη των Windows Αξιολόγηση του Interactive Physics II Η ευχρηστία είναι ένα από τα πιο βασικά σημεία στην αξιολόγηση ενός οποιουδήποτε προγράμματος, πόσο μάλλον σε ένα πρόγραμμα το οποίο χρησιμοποιείται από ανθρώπους που στην πλειοψηφία τους γνωρίζουν λίγα πράγματα για τους υπολογιστές. Στο νου μας θα πρέπει να έχουμε τόσο τους εκπαιδευτικούς όσο και τους φοιτητές οι οποίοι κάνουν χρήση του συγκεκριμένου προγράμματος. Οι ευκολίες που προσφέρει το Interactive Physics II είναι σε πολύ μεγάλο βαθμό αναγκαίες και στις δύο κατηγορίες χρηστών. Ο χειρισμός όλων των δυνατοτήτων του Interactive Physics II γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με το ποντίκι του υπολογιστή χρησιμοποιώντας παραθυρικό περιβάλλον, γεγονός που απελευθερώνει το χρήστη από το να ανατρέχει συνεχώς σε εγχειρίδια αναφοράς για να θυμηθεί τα κατάλληλα πλήκτρα για κάθε λειτουργία. Έτσι ο χρήστης δε δυσανασχετεί χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα. Είναι πραγματικά πολύ ενδιαφέρουσα η διαδικασία κατασκευής ενός πειράματος αλλά το σημαντικότερο ίσως από όλα όσα είπαμε μέχρι τώρα είναι ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να επιτελεστεί πολύ γρήγορα, κάτι που απορρέει από την ευχρηστία που προσφέρει το Interactive Physics II. Αποτέλεσμα αυτού του χαρακτηριστικού είναι, λοιπόν, το πρόγραμμα να γίνεται όλο και περισσότερο δημοφιλές στην επιστημονική κοινότητα της Φυσικής, και όχι μόνο. Ένα ακόμη χαρακτηριστικό του, η απλότητα, είναι αυτό που το κάνει να χρησιμοποιείται και από ανθρώπους οι οποίοι, επαγγελματικά ή σπουδαστικά, δεν έχουν άμεση, τουλάχιστον, σχέση με τη Φυσική, αλλά θέλουν να διατηρούν επαφές ερασιτεχνικού χαρακτήρα με το αντικείμενο. Το Interactive Physics II τα καταφέρνει πολύ καλά και σε αυτό αφού είναι πολύ απλό να καταλάβει κανείς τις δυνατότητές του και επίσης να εφαρμόσει αυτά που ο ίδιος θέλει και όπως θέλει. Τέλος σημαντικό χαρακτηριστικό του προγράμματος αποτελεί το γεγονός ότι καθ όλη τη διάρκεια της δικής μας εξερεύνησης, δε συναντήσαμε προγραμματιστικά λάθη, λάθη δηλαδή που να οφείλονται σε απροσεξία ή αμέλεια των δημιουργών του προγράμματος.. Μπορεί αυτό να ήταν τυχαίο, όμως εμείς το λαμβάνουμε σοβαρά υπόψη και χαρακτηρίζουμε το Interactive Physics II ως προϊόν πολύ προσεκτικής δουλειάς. 58

59 Σε γενικές γραμμές λοιπόν μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το Interactive Physics II μας εντυπωσίασε γιατί συνδυάζει μεγάλο εύρος δυνατοτήτων, ευχρηστία στο χειρισμό, ευκολία στην κατανόηση, όλα αυτά κάτω από ένα προσεκτικό σχεδιασμό, χαρακτηριστικά που δύσκολα συναντώνται όλα μαζί σε ένα πρόγραμμα εφαρμογών. Το εκπαιδευτικό λογισμικό INTERACTIVE PHYSICS είναι ένα ανοιχτό περιβάλλον μάθησης. Είναι ένα πλήρες εργαστήριο κίνησης στον υπολογιστή που συνδυάζει μια απλή διεπαφή (user interface)με μια δυνατή μηχανή που προσομοιώνει τις βασικές αρχές της Κλασικής Μηχανικής του Νεύτωνα. Με το Interactive Physics ο εκπαιδευτικός δημιουργεί προσομοιώσεις σχεδιάζοντας αντικείμενα στην οθόνη και ζωντανεύοντάς τα με κίνηση. Υπάρχουν διαθέσιμα ελατήρια, σχοινιά, αποσβεστήρες, μετρητές και μια ποικιλία άλλων σχηματικών αντικειμένων. Κάνοντας κλικ στην Εκτέλεση, η προσομοίωση τίθεται σε κίνηση. Η ισχυρή μηχανή προσομοίωσης του Interactive Physics ορίζει πώς θα κινηθούν τα αντικείμενα και παρουσιάζει μια πολύ ρεαλιστική κίνηση. Μεγέθη όπως η ταχύτητα, η επιτάχυνση, η ροπή, η γωνιακή ροπή, η κινητική ενέργεια και η τριβή μπορούν να υπολογιστούν ενώ εκτελείται η προσομοίωση. Οι μετρήσεις αυτές μπορούν να εμφανιστούν με αριθμούς, με γραφικές παραστάσεις ή κινούμενα διανύσματα. Με το Interactive Physics παρέχεται η δυνατότητα δοκιμής εναλλακτικών υποθετικών σεναρίων. Οι μαθητές μπορούν να κάνουν προβλέψεις, να εκτελούν προσομοιώσεις και να βλέπουν άμεσα τα αποτελέσματα. Επίσης, το Interactive Physics διαθέτει ένα ενσωματωμένο σύστημα προγραμματισμού (scripting) που επεκτείνει τις δυνατότητές του. Μερικοί από τους γενικούς διδακτικούς στόχους του λογισμικού είναι: Να ασκηθούν οι μαθητές στην περιγραφή, στην ερμηνεία και στην πρόβλεψη φαινομένων Να ασκηθούν στη διαδικασία μοντελοποίησης φαινομένων ή καταστάσεων. Να καλλιεργήσουν νοητικές δεξιότητες για την αντιμετώπιση προβλημάτων Το εξελληνισμένο λογισμικό συνοδεύεται από έτοιμες εκπαιδευτικές δραστηριότητες για τη Φυσική του Γυμνασίου στις Ταλαντώσεις έχοντας σαν γενικές έννοιες και μεγέθη το περιοδικό φαινόμενο, την ταλάντωση, το πλάτος της ταλάντωσης, την συχνότητα και την περίοδο της ταλάντωσης. Το συγκεκριμένο λογισμικό συνοδεύεται από τα εξής εγχειρίδια: 1. INTERACTIVE PHYSICS Εγχειρίδιο Χρήστη 2. INTERACTIVE PHYSICS Βιβλίο Μαθητή 3. INTERACTIVE PHYSICS Βιβλίο Καθηγητή τα οποία βρίσκονται σε ηλεκτρονική μορφή μέσα στο CD του λογισμικού. 59

60 Εικόνα 3.1 Το λογισμικό Interactive Physics 3.4 ΠΡΟΤΑΣΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΣΩ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ 3.4.α) Εκπαιδευτικό υλικό Με τον όρο εκπαιδευτικό υλικό, σύμφωνα και με τη Δικτυακή Εκπαιδευτική Πύλη του Υπουργείου Παιδείας Δ.Β.Μ.Θ., είναι το σύνολο των ασκήσεων διαγωνισμάτων εκπαιδευτικών άρθρων εργαστηριακών μαθημάτων λογισμικών παρουσιάσεων προτάσεων διδασκαλίας σχεδίων μαθημάτων υποστηρικτικών υλικών που έχουν δημιουργηθεί από τους αρμόδιους φορείς ή τους ίδιους τους εκπαιδευτικούς, με σκοπό την ομαλή διεξαγωγή του κάθε μαθήματος ξεχωριστά. Στην περίπτωση της Φυσικής του Γυμνασίου που μας ενδιαφέρει, ο εκπαιδευτικός ανάλογα με το κάθε κεφάλαιο, έχει έτοιμες κάποιες ασκήσεις πάνω στο θέμα που διαπραγματεύεται αυτό και προσπαθεί με βάση αυτό να δώσει στους μαθητές την δυνατότητα να εμπεδώσουν όσο το δυνατόν καλύτερα το 60

61 μάθημα. Αυτό θα το κάνει μέσα από παρουσιάσεις που θα γίνουν με χειρόγραφη ή με ηλεκτρονική μορφή. Ο μαθητής με την σειρά του, με τη βοήθεια των υπαρχόντων λογισμικών, αλλά και του υποστηρικτικού υλικού, θα προσπαθήσει να καταλάβει όσο το δυνατόν καλύτερα το μάθημα στο σπίτι του και έπειτα στο επόμενο μάθημα στην αίθουσα θα το παρουσιάσει, με σκοπό να δείξει στον καθηγητή ότι έχει καταλάβει ή να του παρουσιάσει τα σημεία πάνω στα οποία έχει απορίες. Όμως όλη η διαδικασία που αναφέρθηκε παραπάνω δεν γίνεται τυχαία, αλλά βασίζεται πάνω σε κάποιο εκπαιδευτικό σενάριο που έχει δημιουργήσει ο εκπαιδευτικός νωρίτερα. 3.4.β) Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΚΑΘΗΓΗΤΗ Ο καθηγητής θα πρέπει να επιστρατεύσει την ευρηματικότητα και τη φαντασία του για να κεντρίσει το ενδιαφέρον των μαθητών του. Να τους κάνει να πιστέψουν ότι το μάθημα της Φυσικής δεν είναι ένα μάθημα ξεκομμένο από την πραγματικότητα, φτιαγμένο για λίγους, αλλά εκείνο το μάθημα που μελετά αυτά που οι άνθρωποι είπαν και σκέφτηκαν για τη φύση και ασχολείται με την καθημερινή πραγματικότητα. Πρέπει να πείσει τους μαθητές του ότι η Φυσική ασχολείται με ότι πιο μοντέρνο υπάρχει στον κόσμο και άρα είναι το μάθημα εκείνο που ταιριάζει περισσότερο στους νέους. Το μάθημα μπορεί ν αρχίσει με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή που ο κοινός πολίτης τα εξηγεί ή τα ονομάζει με διαφορετικό τρόπο απ ότι η Φυσική. Ένας πρόσφορος τρόπος είναι ν αρχίζει το μάθημα, κάνοντας μια ανάλυση μαζί με τους μαθητές τους σε μια πρόταση που γράφει στον πίνακα όπως οι παρακάτω: Είναι επικίνδυνο να αποκρούσεις την μπάλα όταν αυτή έχει πολλή φόρα Η φυγόκεντρη δύναμη τον έβγαλε έξω στην στροφή Και τα δυο αυτοκίνητα πιάνουν την ίδια τελική ταχύτητα αλλά το ένα είναι πιο γρήγορο από το άλλο Γιατί τόσα χρόνια στέλνουμε στο φεγγάρι πυραύλους και δεν στέλνουμε ελικοφόρα αεροπλάνα με μεγάλη μηχανή; Δεν πήγε στο πάρτι που σχεδίαζε τόσο καιρό γιατί όταν σιδέρωσε το μεταξωτό της φόρεμα άνοιξε σαν αλεξίπτωτο. Δεν έπαιρνε μπροστά το αυτοκίνητο γιατί είχαν μείνει από μπαταρία. Ο Κωστάκης πρότεινε στον πατέρα του να φέρει 8 μπαταρίες του 1.5 V από τα παιγνίδια του για να βοηθήσει την κατάσταση. Στον παγωμένο δρόμο ρίχνουμε αλάτι. Στο νερό του ψυγείου του αυτοκινήτου ζάχαρη. Στη βενζίνα δε ρίχνουμε ούτε αλάτι ούτε ζάχαρη. 61

62 Κάνοντας μία ολιγόλεπτη αναφορά σε θέματα όπως τα ανωτέρω ανάλογα με την εκάστοτε θεματική ενότητα που θα διδάξουμε, το μάθημα δε γίνεται μονότονο, ενώ οι μαθητές μας συνειδητοποιούν ότι η Φυσική ασχολείται με την επίλυση καθημερινών προβλημάτων που τους αφορούν άμεσα. Ασκήσεις Η ευρηματικότητα και η φαντασία επίσης πρέπει να επιστρατεύονται και στις ασκήσεις που φτιάχνει ο δάσκαλος. Αυτές δεν πρέπει να είναι απρόσωπες και ξεκομμένες από την πραγματικότητα. Ασκήσεις που περιλαμβάνουν μια ιστορία με ένα πυροσβέστη, ένα ράφτη ή κάποιο γνωστό τραγουδιστή γίνονται επώνυμες και κεντρίζουν το ενδιαφέρον των μαθητών, αντιμετωπίζονται πιο φιλικά και μένουν περισσότερο χρόνο στη μνήμη τους. Πειραματική διδασκαλία. Πείραμα είναι η δημιουργία ενός περιβάλλοντος κατάλληλα σχεδιασμένου ώστε να δώσει απάντηση σε ένα πρόβλημα της φυσικής. Ο πειραματιστής καθορίζει πώς θα γίνει η παρατήρηση, ποιοι παράγοντες θα μεταβάλλονται, ποιοι θα κρατηθούν σταθεροί κ.λπ. (Κόκκοτας, 1998) Μπορεί όμως το πείραμα να βοηθήσει στην κατανόηση της φυσικής έννοιας; Από έρευνες που έγιναν (Κουμαράς, 1989) σε ηλεκτρικά κυκλώματα αφήνουν ερωτηματικά για την απόδοση του πειράματος. Κατά τον Cartwright (1989) το πείραμα αποδίδει εφόσον ο δάσκαλος βοηθά τον μαθητή και εξηγεί τα διαδραματιζόμενα. Κατά τον Sutton (1992) επιβάλλεται να βοηθά ο δάσκαλος κατά την διάρκεια του πειράματος τους μαθητές του. Χωρίς την βοήθειά του οι δυσκολίες που συναντούν οι μαθητές είναι πέραν των δυνατοτήτων τους, αφού σοφοί επιστήμονες χρειάστηκαν δεκαετίες για να ερμηνεύσουν τα ίδια φαινόμενα. Με την πειραματική διδασκαλία όμως του μαθήματος μπορούμε να ξεπεράσουμε αρκετές αδυναμίες των μαθητών. Ο ρόλος του πειράματος έγκειται στο να βοηθήσει τον μαθητή να συλλάβει το αφηρημένο χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο που είναι η πειραματική διάταξη. Με το καλό πείραμα θα μπορούσαν να καταλάβουν πολύ καλύτερα όσα δεν μπορούν να κατανοήσουν με τις επίμονες περιγραφές, τους τύπους και τα νοητικά πειράματα που φιλότιμα τους παραθέτει κατά τη διάρκεια του μαθήματος ο καθηγητής. Σήμερα στα περισσότερα ελληνικά σχολεία δε γίνονται πειράματα. Οι μαθητές ασχολούνται μόνο με τη θεωρία και αρκετοί ξέρουν να επιλύουν πολύ δύσκολα προβλήματα Φυσικής, χωρίς να κατανοούν την πραγματικότητα. Η αντίστροφα, αν τους δείξεις ένα φυσικό φαινόμενο δεν μπορούν να το συνδέσουν με τους τύπους που ξέρουν. Για να φτάσουμε στη λειτουργία του εργαστηρίου απαιτείται πολιτική βούληση, χρόνος και χρήμα. Αλλά και όταν όλα αυτά γίνουν πραγματικότητα, ένα πείραμα άλλοτε μπορεί να πραγματοποιηθεί εύκολα, άλλοτε δύσκολα και άλλοτε είναι ακατόρθωτο, διότι σε ένα συμβατικό εργαστήριο δεν 62

63 μπορείς να κάνεις ασκήσεις που προϋποθέτουν έλλειψη βαρύτητας ή έλλειψη τριβών ούτε ασκήσεις που θέλουν μεγάλο χώρο ή εξελίσσονται πολύ γρήγορα. Προσομοίωση πειραμάτων Μια εναλλακτική λύση για όλα τα παραπάνω προβλήματα αποτελεί η προσομοίωση πειραμάτων με τη βοήθεια Η.Υ. Με την προσομοίωση πειραμάτων δεν εκτελούμε ένα πραγματικό πείραμα, το οποίο είναι αναντικατάστατο. Με τη θεωρία έχουμε καταφέρει να μεταφράζουμε την εξέλιξη ενός φυσικού φαινομένου με τη μορφή ενός αριθμού εξισώσεων. Με την προσομοίωση πειραμάτων, δίνοντας τις εξισώσεις που περιγράφουν ένα φυσικό φαινόμενο έχουμε στην οθόνη του Η.Υ. την εξέλιξη του φαινομένου. Με άλλα λόγια η προσομοίωση πειραμάτων δεν αποτελεί επιβεβαίωση της θεωρίας όπως στο πραγματικό πείραμα, αλλά μια αντίστροφη μετάφραση της θεωρίας. Για το λόγο αυτό δεν μπορεί να αντικαταστήσει την παραδοσιακή εκτέλεση πειραμάτων στα οποία οι μαθητές ζούνε το πείραμα στιγμή προς στιγμή, αντιλαμβάνονται τις δυσκολίες του, κατανοούν καλύτερα τη λογική του και επεξεργάζονται τα αποτελέσματα. 3.4.γ) Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΤΗ Υποχρεώσεις του Μαθητή στο Εργαστήριο Ο μαθητής πρέπει να: 1. Έχει μαζί του το βιβλίο δραστηριοτήτων, το φάϊλ με τα φυλλάδια, το τετράδιο, και την κασετίνα του. 2. Παρακολουθεί ή εκτελεί στο εργαστήριο τα πειράματα, σύμφωνα με τις οδηγίες του καθηγητή. 3. Συνεργάζεται με την ομάδα του για την εκτέλεση των πειραμάτων. 4. Κάνει παρατηρήσεις, υποθέσεις, μετρήσεις και εξάγει συμπεράσματα 5. Συμπληρώνει το φύλλο εργασίας του και παίρνει επιπλέον σημειώσεις αν χρειαστεί στο τετράδιο του. 6. Συμμετέχει προφορικά κατά τη διεξαγωγή του μαθήματος. 7. Λύνει τις απορίες του ρωτώντας τον καθηγητή. Μελέτη του μαθήματος στο σπίτι Να μελετάει τα συμπληρωμένα φύλλα εργασίας και τις αντίστοιχες σελίδες του βιβλίου. Να κάνουν τις ασκήσεις του φυλλαδίου ή του βιβλίου που τους έχει αναθέσει ο καθηγητής. Μελέτη του Μαθήματος για Αξιολόγηση (Διαγωνίσματα) Διαβάζει τις αντίστοιχες σελίδες του σχολικού βιβλίου. Ελέγχει με τα συμπληρωμένα φύλλα εργασίας το διάβασμα του (αυτοαξιολόγηση). 63

64 Δίνει ιδιαίτερη προσοχή στις σημειώσεις του τετραδίου του. Προσέχει στην επανάληψη που γίνεται πριν το διαγώνισμα. Φύλλα εργασίας Τα φύλλα εργασίας καθοδηγούν τους μαθητές για την πορεία υλοποίησης του σεναρίου και χωρίζονται i. σε γενικά φύλλα εργασίας ii. iii. σε φύλλα εργασίας κάθε ομάδας σε έντυπα ή ηλεκτρονικά τα οποία πρέπει να περιλαμβάνουν λεπτομερή περιγραφή προς τον μαθητή των βημάτων που θα ακολουθήσει και του χρόνου που έχει στη διάθεσή του ερωτήματα με βάση τα οποία θα προσεγγίσει το λογισμικό ή τους ιστότοπους στους οποίους θα πλοηγηθεί πληροφορίες με όρους κειμενικού είδους για το τελικό προϊόν της εργασίας του μαθητή ή της ομάδας πληροφορίες για το χρόνο και τον τρόπο παρουσίασης της εργασίας στην τάξη ή σε άλλο έντυπο ή ηλεκτρονικό μέσον πληροφορίες για την αξιολόγηση της εργασίας Τα "μυστικά" για ένα σωστό σενάριο διδασκαλίας είναι τα φύλλα εργασίας να δίνουν πρωτοβουλία και ευχέρεια κινήσεων, ώστε οι μαθητές να ασκούν την διερευνητική τους ικανότητα και να αναπτύσσουν το μηχανισμό κριτικής αποτίμησης της πληροφορίας. Δεν πρέπει να καθοδηγούν μηχανιστικά και ασφυκτικά τους μαθητές σε κάθε τους ενέργεια. Επίσης σημαντικό παράγοντα παίζει και η οργάνωση της τάξη, καθώς η πιο πρόσφορη μορφή οργάνωσης είναι σε ομάδες των 2-4 ατόμων, στις οποίες θα γίνει καταμερισμός των αρμοδιοτήτων σε κάθε ένα από τα μέλη του. 3.4.δ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΚΑΙ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Τα θέματα αυτά είναι : Πίεση: Πίεση στα υγρά -Πίεση στα στερεά, Κύματα, Ταλαντώσεις Παρακάτω αναφέρονται κάποια φύλλα εργασίας που πρέπει να συμπληρώνονται από τους μαθητές μετά από την συζήτηση και την πειραματική διαδικασία που γίνεται μέσα στην τάξη. ΦΥΛΛΑ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 64

65 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Πίεση στα Υγρά Όργανα - Υλικά: Δοχεία διαφορετικού σχήματος με νερό, δοχείο με λάδι, μανόμετρο, χάρακας. Δοχείο B με νερό Δοχείο A με νερό Δοχείο με αλατόνερο Δοχείο Γ με νερό Μανόμετρο ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 1. Τοποθετείστε στο δοχείο με το νερό Α την κάψα του μανομέτρου σε κάποιο βάθος από την ελεύθερη επιφάνεια του νερού. Γράψετε τι παρατηρείτε.. 2. Μετρήστε με χάρακα το βάθος στο οποίο βρίσκεται η κάψα και σημειώστε την ένδειξη του μανομέτρου. Βάθος= Ένδειξη μανομέτρου= 3. Μετακινήστε την κάψα σε διαφορετικά βάθη και σημειώστε στο πίνακα που ακολουθεί τις τιμές του βάθους και της ένδειξης του μανομέτρου. Α/Α Βάθος (cm) Ένδειξη μανομέτρου Τι παρατηρείτε από τον πιο πάνω πίνακα τιμών;. 5. Με βάση την προηγούμενη παρατήρηση σας διατυπώστε το συμπέρασμα το οποίο εξάγετε από αυτήν. 65

66 66

67 ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2 1. Τοποθετείστε στο δοχείο με το νερό Α την κάψα του μανομέτρου σε συγκεκριμένο βάθος από την ελεύθερη επιφάνεια του νερού. Σημειώστε το βάθος και την ένδειξη του μανομέτρου. Βάθος= Ένδειξη μανομέτρου= 2. Τοποθετείστε στο δοχείο με το αλατόνερο την κάψα του μανομέτρου στο ίδιο βάθος όπως προηγουμένως από την ελεύθερη επιφάνεια του αλατόνερου. Σημειώστε την ένδειξη του μανομέτρου. Βάθος= Ένδειξη μανομέτρου= 3. Παρατηρήστε τις δύο ενδείξεις του μανόμετρου και γράψετε τι παρατηρείτε. 4. Με βάση την προηγούμενη παρατήρηση σας διατυπώστε το συμπέρασμα το οποίο εξάγετε από αυτήν.. Ερωτήσεις Που νομίζετε ότι οφείλεται η πίεση που ασκείται στην κάψα του μανομέτρου; Με βάση αυτή την σκέψη σας προσπαθήστε να εξηγήσετε τα συμπεράσματα που έχετε γράψει στις τρεις Δραστηριότητες.. 67

68 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Πίεση στα στερεά Όργανα - Υλικά: Δοχείο με αλεύρι, στερεά σώματα διαφόρων υλικών και σχημάτων. Δοχείο με αλεύρι Α Β Γ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 1. Τοποθετείστε το στερεό σώμα Α με τη μεγαλύτερη επιφάνεια του μέσα στο δοχείο με το αλεύρι. Γράψετε τι παρατηρείτε.. 2. Γράψετε τι νομίζετε ότι θα συμβεί, εάν τοποθετήσετε το ίδιο στερεό σώμα στο δοχείο με το αλεύρι, αλλά με τη μικρότερη επιφάνεια του. 3. Τοποθετείστε το στερεό σώμα Α με τη μικρότερη επιφάνεια του μέσα στο δοχείο με το αλεύρι. Γράψετε τι παρατηρείτε. 4. Να συγκρίνετε το βάρος του στερεού σώματος στις δύο περιπτώσεις.. 5. Γράψετε το συμπέρασμα που εξάγεται από τα πιο πάνω; ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2 1. Ζυγίστε τα στερεά σώματα Β και Γ τα οποία έχουν τις ίδιες επιφάνειες και στη συνέχεια υπολογίστε το βάρος τους. mb=, mγ= Β Β= Β Γ= 68

69 2. Τοποθετείστε το στερεό σώμα Β με τη μικρότερη επιφάνεια του μέσα στο δοχείο με το αλεύρι. Γράψετε τι παρατηρείτε. 3. Γράψετε τι νομίζετε ότι θα συμβεί εάν τοποθετήσετε το στερεό σώμα Γ στο δοχείο με το αλεύρι και πάλι με τη μικρότερη επιφάνεια του Τοποθετείστε το στερεό σώμα Γ με τη μικρότερη επιφάνεια του μέσα στο δοχείο με το αλεύρι. Γράψετε τι παρατηρείτε. 5. Γράψετε το συμπέρασμα που εξάγεται από τα πιο πάνω; 69

70 Ορισμός Πίεσης: Ερωτήσεις 1. Με τη βοήθεια του ορισμού να γράψετε ποια είναι η μονάδα μέτρησης της Πίεσης. 2. Να εξηγήσετε γιατί τα μαχαίρια πρέπει να είναι κοφτερά για να κόβουν; 3. Να γράψετε δικά σας παραδείγματα εξάσκησης μεγάλης και μικρής πίεσης από την καθημερινή ζωή, δίνοντας τις απαραίτητες εξηγήσεις. ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Μελέτη κυμάτων Σκοποί της άσκησης : Να διαπιστώσεις τι είναι το μηχανικό κύμα και αν μεταφέρεται μάζα ή όχι κατά την διάδοση του κύματος Να διακρίνεις τους δύο τύπους κυμάτων και τις διαφορές τους. Να υπολογίσεις πειραματικά την ταχύτητα διάδοσης ενός κύματος Θεωρία : Σαν μηχανικό κύμα εννοούμε τον μηχανισμό διάδοσης μιας διαταραχής μέσα σε ένα ελαστικό μέσο. 70

71 Κατά την δημιουργία ενός κύματος μεταφέρεται ενέργεια από μια περιοχή του ελαστικού μέσου στην άλλη. Υπάρχουν δύο τύποι κυμάτων, τα εγκάρσια και τα διαμήκη. Μεταξύ των δύο τύπων παρατηρούμε διαφορές στην κίνηση των σημείων του ελαστικού μέσου σε σχέση με την διεύθυνση διάδοσης του κύματος 1η άσκηση : Μηχανικό κύμα τύποι κυμάτων Τι χρειάζεστε: Ένα μαλακό ελατήριο κυματισμών. Ένα ακλόνητο εμπόδιο ώστε να στηρίζουμε την μία άκρη του ελατηρίου. Χρονόμετρο Μετροταινία Πειραματική διαδικασία : Δέστε μια κόκκινη κλωστή σε μία σπείρα του ελατηρίου. Στερεώστε την μία άκρη του ελατηρίου στο ακλόνητο εμπόδιο και τεντώστε το ελατήριο πιάνοντας το με την άλλη του άκρη. Διατηρείτε το μήκος του σταθερό. Σημειώστε με μαρκαδόρο την θέση της σπείρας με την κόκκινη κλωστή. Απομακρύνετε την άκρη του ελατηρίου κατά 15cm από την θέση ισορροπίας, κάθετα στην διεύθυνση του ελατηρίου, και επαναφέρετε την απότομα στην 71

72 αρχική της θέση. Παρατηρείστε την διάδοση της διαταραχής κατά μήκος του ελατηρίου. Συσπειρώστε τις δέκα πρώτες σπείρες του ελατηρίου και αφήστε τες ελεύθερες. Παρατηρείστε την κίνηση των σπειρών του ελατηρίου. Όταν το ελατήριο ισορροπήσει, ελέγξτε την θέση της σπείρας με την κόκκινη κλωστή. Απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις: 1. Στις παραπάνω περιπτώσεις δημιουργήσατε μια διαταραχή στην μια άκρη του ελατηρίου. Που μεταφέρθηκε η διαταραχή αυτή; 2. Δημιουργώντας την διαταραχή, προσφέραμε ενέργεια στην μία άκρη του ελατηρίου. Διαπιστώσατε μεταφορά ενέργειας κατά μήκος του ελατηρίου; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 3. Κατά την διάδοση του κύματος παρατήρησες αλλαγή της θέσης της σπείρας με την κόκκινη κλωστή; Μπορούμε να συμπεράνουμε αν κατά την διάδοση του κύματος μεταφέρεται ή όχι η μάζα; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 4. Στην παραπάνω διαδικασία δημιουργήσαμε δύο είδη διαταραχών στην μία άκρη του ελατηρίου. Πώς κινούνται οι σπείρες του ελατηρίου, σε σχέση με την διεύθυνση διάδοσης του κύματος, σε κάθε περίπτωση; 1. Συμπληρώστε τα κενά στην παρακάτω πρόταση : 72

73 Yπάρχουν δύο τύποι κυμάτων, τα και τα. Στον πρώτο τύπο τα σημεία του ελατηρίου κινούνται στην διεύθυνση που διαδίδεται το κύμα ενώ στον δεύτερο κινούνται στην διεύθυνση που διαδίδεται το κύμα. 2η άσκηση : Tαχύτητα διάδοσης του κύματος Πειραματική διαδικασία : Τεντώστε το ελατήριο όπως στην παραπάνω δραστηριότητα. Με την μετροταινία μετρήστε το μήκος L του τεντωμένου ελατηρίου και καταγράψτε το στον παρακάτω πίνακα. Συσπειρώστε τις δέκα πρώτες σπείρες και αφήστε τες ελεύθερες. Ο παλμός πηγαινοέρχεται κατά μήκος του ελατηρίου. Με το χρονόμετρο, μετρήστε τον χρόνο Δt που θα χρειαστεί ο παλμός να φτάσει για 5η φορά στο χέρι σας, δηλαδή να διανύσει απόσταση Δx = 10L και καταγράψτε τον στην αντίστοιχη στήλη του πίνακα. Επαναλάβετε την διαδικασία άλλες δύο φορές, για διαφορετικά μήκη του ελατηρίου. Φύλλα εργασίας που πρέπει να συμπληρωθούν μετά από τις προσομοιώσεις που θα γίνουν στο Interactive Physics ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Κύματα 1) Το εγκάρσιο κύμα. i) Θέτουμε συχνότητα f=1ηz, m=1g k=0,50ν/m, τρέχουμε το πρόγραμμα και παρατηρούμε το κύμα. a) Τι ονομάζουμε μήκος του κύματος λ; b) Τι κίνηση κάνουν τα διάφορα μόρια; c) Τι είναι το στιγμιότυπο του κύματος; d) Τι ονομάζουμε ταχύτητα του κύματος; e) Τι παριστάνουν οι γραφικές παραστάσεις στο κάτω μέρος της οθόνης; ii) Αυξάνουμε το k στην τιμή k=0,75ν/m. Τρέχουμε το πρόγραμμα. Τι συμβαίνει με την απόσταση διάδοσης του κύματος; Την ταχύτητα; 73

74 iii) Αν αυξήσουμε και άλλο την σταθερά στη τιμή k=0,100ν/m, τι περιμένουμε να συμβεί με την ταχύτητα του κύματος; Το διαπιστώνουμε. Σταθερά k (Ν/m) Ταχύτητα κύματος υ Μήκος κύματος λ 0,050 0,075 0,100 iv) Με k=0,100ν/m, αυξάνουμε τη μάζα στην τιμή m=1g. Τρέχουμε το πρόγραμμα. Τι παρατηρούμε; v) Τι αναμένουμε να συμβεί αν αυξήσουμε τη μάζα στην τιμή m=1,2g; Επιβεβαίωση. Μάζα m (gr) Ταχύτητα κύματος υ Μήκος κύματος λ 1,00 1,25 1,50 vi) Θέτουμε τις τιμές m=1g και k=0,100ν/m. Ποια η ταχύτητα του κύματος; a) Αυξάνουμε τη συχνότητα στην τιμή f=1,25ηz. Τι συμβαίνει με την ταχύτητα και τι με το μήκος κύματος; b) Θέτουμε f=1,5ηz. Τι συμβαίνει; F (Ηz) Ταχύτητα κύματος υ Μήκος κύματος λ 1,00 1,25 1,50 2) Το διαμήκες κύμα. Τι συμβαίνει; 3) Στην ίδια οθόνη και τα δύο κύματα ταυτόχρονα. 74

75 Εικόνα 3.2 Προσομοίωση για τα κύματα στο Interactive Physics ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Μελέτη ταλαντώσεων με χρήση του Interactive Physics Το σώμα του σχήματος έχει μάζα 1kg και ηρεμεί στο κάτω άκρο του ελατηρίου. Αν το απομακρύνουμε κατακόρυφα κατά Α= 0,5m και τρέξουμε το πρόγραμμα μέχρι τη χρονική στιγμή t=10s. i) Πόσες ταλαντώσεις έκανε το σώμα; Ν= ii) Η περίοδος ταλάντωσης είναι: Τ0 =.. ενώ η συχνότητα: f0 = iii) Πόσες ταλαντώσεις θα κάνει το σώμα αν η αρχική απομάκρυνση ήταν 0,25m; Ν=.. 2) Έστω τώρα ότι έχουμε απόσβεση με σταθερά b=1kg/s. Τρέχουμε το πρόγραμμα, με αρχική απομάκρυνση Α0=0,5m. i) Το πλάτος ταλάντωσης. 75

76 ii) Η περίοδος των ταλαντώσεων είναι ίση με.. 3) Αυξάνουμε την σταθερά απόσβεσης στην τιμή b=3kg/s. τώρα: i) Το πλάτος ταλάντωσης ii) Η περίοδος ταλάντωσης. 4) Αυξάνουμε την σταθερά απόσβεσης στην τιμή b=10kg/s. Η κίνηση είναι.. 5) Μηδενίζουμε την αρχική απομάκρυνση, βάζουμε b=1kg/s και θέτουμε σε περιστροφή τον κινητήρα με συχνότητα f1=0,1ηz. Τρέχουμε το πρόγραμμα. Η περίοδος ταλάντωσης είναι ίση με Τ=... άρα η συχνότητα f=.. 6) Μετράμε το πλάτος ταλάντωσης για διάφορες τιμές της συχνότητας και συμπληρώνουμε τον παρακάτω πίνακα. f Hz A cm 7) Με βάση την καμπύλη, συντονισμός επιτυγχάνεται όταν η συχνότητα περιστροφής του τροχού είναι ίση με f=. Δηλαδή ίση με την. του ταλαντούμενου συστήματος. 8) Πόση είναι η σταθερά του ελατηρίου; 76

77 Εικόνα 3.3 Προσομοίωση στο Interactive Physics 77