ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙ ΙΑ: Σχεδίαση µικρών εξειδικευµένων προγραµµάτων, νόµοι κίνησης, Φύλλα εργασίας.

Transcript

1 Το «εικονικό εργαστήριο» για τη µελέτη των νόµων του Νεύτωνα σε τρία διαφορετικά περιβάλλοντα: Modellus, Interactive Physics, Microworlds Pro Ρόδος, Σεπτεµβρίου 2002 Νίκος απόντες, Θανάσης Γεράγγελος, Σπύρος Τσοβόλας, Αντώνης Αντωνίου, Σοφία Σωτηρίου, Καλογερόπουλος Νίκος, Ιάκωβος Μαστρογιάννης. Εκπαιδευτικοί ευτεροβάθµιας Εκπαίδευσης ΠΕΡΙΛΗΨΗ Με αφετηρία την ιδέα ότι δεν υπάρχει «βασιλική οδός» για τη διδασκαλία της Μηχανικής σχεδιάσαµε και αναπτύξαµε διαφορετικά παιδαγωγικά σενάρια αναφορικά µε τους δύο πρώτους Νευτωνικούς νόµους της κίνησης σε τρία περιβάλλοντα: Modellus, Interactive Physics και Microworlds Project Builder. Στόχος της εισήγησης είναι η παιδαγωγική αναζήτηση στο γνωστικό τοµέα που επιλέξαµε (γνωστικά εµπόδια των µαθητών, σχεδίαση και ανάπτυξη µικρών εξειδικευµένων προγραµµάτων, φύλλα εργασίας των µαθητών). Επιπλέον, αναµένουµε ότι θα προκύψουν και ορισµένα συµπεράσµατα σχετικά µε τις δυνατότητες και τους περιορισµούς που παρουσιάζουν τα τρία εκπαιδευτικά λογισµικά που χρησιµοποιήσαµε. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙ ΙΑ: Σχεδίαση µικρών εξειδικευµένων προγραµµάτων, νόµοι κίνησης, Φύλλα εργασίας. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Από τις πιο παλιές και ενδιαφέρουσες «παρανοήσεις» (misconceptions) των µαθητών είναι αυτές που αναφέρονται στο γνωστικό αντικείµενο «ύναµη και κίνηση». Παρά τις προσπάθειες των διδασκόντων αυτές οι παρανοήσεις αντιστέκονται σθεναρά. Το πιο σηµαντικό, εποµένως, είναι η σχεδίαση και η ανάπτυξη περιβαλλόντων διδασκαλίας και µάθησης µε κύριο χαρακτηριστικό τους τη διευκόλυνση των µαθητών στην υπερπήδηση των σχετικών µε την κίνηση γνωστικών εµποδίων. Η επιλογή των εκπαιδευτικών λογισµικών Modellus, Interactive Physics και Microworlds Project Builder µε βάση τα οποία οικοδοµήθηκαν τα σενάρια διδακτικής παρέµβασης έγινε µε κριτήριο τη διαθεσιµότητά τους στο εκπαιδευτικό σύστηµα σε συνδυασµό µε τις ανάγκες διδασκαλίας των δύο πρώτων νευτωνικών νόµων της κίνησης. Σκοπός της εισήγησης είναι η παρουσίαση σε µια οµάδα ενδιαφεροµένων συναδέλφων τριών παιδαγωγικών σεναρίων που αναπτύχθηκαν µε βάση τα παραπάνω εκπαιδευτικά λογισµικά και η παιδαγωγική αναζήτηση που θα προκύψει από τη συζήτηση των προτεινοµένων προσεγγίσεων

2 των νόµων της κίνησης. Τις τρεις παρουσιάσεις συνοδεύουν και απαραίτητα «Φύλλα Εργασίας» µε στόχους διδασκαλίας και ερωτήµατα για τους µαθητές. Πρώτη προσέγγιση µε το Modellus Σχήµα 1: Οριζόντια δύναµη ασκείται στο αντικείµενο. Τη δύναµη µπορεί να τη χειρίζεται άµεσα α) Το σκηνικό περιλαµβάνει ένα αντικείµενο το οποίο µπορεί να κινείται πάνω σε οριζόντια επιφάνεια. Ο µαθητής έχει τη δυνατότητα να επιλέξει αρχική ταχύτητα και µάζα του αντικειµένου, την οριζόντια δύναµη και το συντελεστή τριβής αντικειµένου-επιφάνειας. Σύµφωνα µε το σενάριο ζητείται από το µαθητή να δώσει αρχικές τιµές, να πραγµατοποιηθεί η κίνηση και στην πορεία να σταµατήσει προσωρινά το µοντέλο. Στη συνέχεια του ζητείται να κάνει αλλαγές στην οριζόντια δύναµη ή στην τριβή και να προβλέψει την εξέλιξη της κίνησης.

3 β) Κίνηση στο επίπεδο χωρίς τριβές σε µορφή παιχνιδιού. Σχήµα 2: Με τον άµεσο χειρισµό της ταχύτητας πρέπει να οδηγηθεί η µπάλα στον κύκλο O µαθητής καλείται να µετακινήσει την πράσινη µπάλα και να την κάνει να σταµατήσει στον πράσινο κύκλο είτε χειριζόµενος άµεσα το διάνυσµα της δύναµης, είτε δίνοντας τιµές στις δύο συνιστώσες της δύναµης. Τη δραστηριότητα αυτή καλείται να την επαναλάβει µε µεγαλύτερες τιµές µάζας για να αποκτήσει µια αίσθηση της αδράνειας γ) Στόχος ενός τρίτου µοντέλου είναι να µπορέσει ο µαθητής να ξεπεράσει τη δυσκολία της διαρκούς παρουσίας της τριβής ολίσθησης σε σώµα που κινείται σε οριζόντιο δάπεδο. εύτερη προσέγγιση µε το Interactive Physics α) Με την εκκίνηση της προσοµοίωσης η ράβδος χτυπάει το µικρό σώµα και το βάζει σε κίνηση. Το σώµα εξακολουθεί να κινείται χωρίς να το ακουµπά η ράβδος και µετά από λίγο σταµατάει.

4 β) Στο δεύτερο πείραµα το σώµα κινείται πάνω σε τρία διαφορετικά δάπεδα ατσάλι, υγρό ξύλο, και πάγο ώστε να γίνει φανερή η επίδραση του δαπέδου στην κίνηση.

5 γ) Στο τρίτο εικονικό πείραµα µπορούµε να πειραµατιστούµε µε τους παράγοντες που επηρεάζουν την κίνηση του σώµατος (τριβή, αντίδραση του αέρα) µε τη βοήθεια µεταβολέων. Τρίτη προσέγγιση µε το Microworlds Project Builder Από τη δεκαετία του 80, οι έρευνες σχετικές µε την επίλυση προβληµάτων Φυσικής ανέδειξαν το ρόλο που διαδραµατίζει τόσο η αρχική αναπαράσταση του προβλήµατος που διαµορφώνει ο µαθητής όσο και οι διαδικασίες ελέγχου (µεταγνώσεις). Εποµένως, ένα «εικονικό εργαστήριο» κινήσεων οφείλει να επιτρέπει στο µαθητή να «στήνει» το σκηνικό της κίνησης σύµφωνα µε το πρόβληµα και να του προσφέρει δυνατότητες για πολλαπλές αναπαραστάσεις και πολλαπλές ισοδύναµες εισόδους. Στο περιβάλλον πειραµατισµού αναφορικά µε το θέµα «δύναµη και κίνηση» που οικοδοµήθηκε εξολοκλήρου στο Microworlds ως είσοδο επιλέξαµε, εκτός από την αρχική ταχύτητα, τις συνιστώσες της συνισταµένης δύναµης που ασκείται σε ένα αντικείµενο καθώς και τη δυνατότητα άσκησης ώθησης σ αυτό σε 4 κατευθύνσεις. Στο σχήµα παρουσιάζεται η βολή µε αντίσταση του αέρα και σηµειώνονται τα διανύσµατα της ταχύτητας και της δύναµης σε µερικές θέσεις της σφαίρας. Με αλλαγές στο νόµο της δύναµης µπορούµε να κάνουµε και µια δεύτερη βολή χωρίς αντίσταση του αέρα ή µια τρίτη µε διαφορετικό συντελεστή. Στη συνέχεια µπορούµε να ζητήσουµε τις γραφικές παραστάσεις ταχύτητας - χρόνου.

6 Το περιβάλλον µπορεί να αξιοποιηθεί για τη µελέτη της κίνησης ενός διαστηµόπλοιου στο διάστηµα Με επιλογή κατάλληλης ώθησης αλλάζουµε την ταχύτητα του διαστηµόπλοιου. Επίλογος Οι προτεινόµενες δραστηριότητες, παρουσιάζονται µε τη µορφή «Φύλλων Εργασίας» για τους µαθητές, έχουν συγκεκριµένη δοµή η οποία περιλαµβάνει το πεδίο αναφοράς, το πεδίο των ερωτηµάτων, το πεδίο ελέγχου και το πεδίο ολοκλήρωσης. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι δραστηριότητες που επιτρέπουν τον έλεγχο της ορθότητας των ιδεών µε τη «στρατηγική της ταύτισης». Μετά την πρώτη εξοικείωση των συναδέλφων µε τα προτεινόµενα παιδαγωγικά σενάρια για τη µελέτη των κινήσεων ακολουθεί η φάση της παιδαγωγικής αναζήτησης και της σύγκρισης των τριών προσεγγίσεων.