ΜΙΑ ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΤΑΞΗ WEB-BASED APPLETS ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Transcript

1 ΜΙΑ ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΤΑΞΗ WEB-BASED APPLETS ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Μ. Τσακίρη *, Δ. Ευαγγελινός **, Ε. Χατζηκρανιώτης ** (*) 2 ο Τ.Ε.Ε. Ευόσμου, Θεσσαλονίκη, mtsakiri@auth.gr (**) Τμήμα Φυσικής, Α.Π.Θ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία αυτή, παρουσιάζεται η ανάπτυξη και η πιλοτική εφαρμογή μιας σειράς επάλληλων δια-δραστικών σελίδων διαδικτύου με χρήση του εργαλείου Physlets, για την εισαγωγή στη πειραματική μελέτη της κίνησης. Η εφαρμογή αποτελείται από 5 διασυνδεδεμένες σελίδες HTML που περιλαμβάνουν οπτική αναπαράσταση του φαινομένου, διαδικασία μέτρησης και σχηματισμού του πίνακα τιμών και γραφική παράσταση. Αναπτύχθηκαν δυο διδακτικές σειρές, όπου στη μια τα φαινόμενα παρουσιάζονται εικονικά (animation) ενώ στη δεύτερη είναι μαγνητοσκοπημένα. Ο μαθητής παρακολουθεί και κατευθύνει την εξέλιξη του φαινομένου, πραγματοποιεί μετρήσεις θέσης-χρόνου για τα διάφορα στιγμιότυπα της κίνησης και συσχετίζει το φαινόμενο με την γραφική παράσταση. Η εφαρμογή των σειρών έγινε στην Α Λυκείου του 2ου Τ.Ε.Ε. Ευόσμου. Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της πιλοτικής εφαρμογής, διερευνώντας τις στάσεις των μαθητών στις web-based εφαρμογές. Η μαθητοκεντρική εστίαση απέφερε την ενεργοποίηση των μαθητών και τη θετική απόκριση στη χρήση του υπολογιστή, τη θετική αντίδραση στη λήψη μετρήσεων και πλήρη εκτέλεση των πειραματικών διαδικασιών καθώς και ανάδειξη της ικανότητας αντιστοίχησης στιγμιότυπων της κίνησης με σημεία της γραφικής παράστασης. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ Κίνηση, διδασκαλία της Φυσικής με χρήση του διαδικτύου (web-based Physics) 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διδασκαλία και μάθηση των Φυσικών Επιστημών δεν αφορά μόνο την απόκτηση γνώσεων φυσικών εννοιών, νόμων και φαινομένων, αλλά και την ανάπτυξη δεξιοτήτων εκτέλεσης διαδικασιών που να αναδεικνύουν τη εφαρμογή των γνώσεων περιεχομένου και να επιτρέπουν τους μαθητές να προβαίνουν σε επιστημονικές διερευνήσεις και επιλύσεις προβλημάτων. [1] Η διεθνής εμπειρία και έρευνα έχει αναδείξει ότι η προσέγγιση της μελέτης ενός πεδίου με τη βοήθεια υπολογιστή μπορεί να ξεπεράσει ως ένα βαθμό, τεχνικούς και διδακτικούς περιορισμούς που πηγάζουν από τις πρακτικές και μεθόδους του κλασικού εργαστηρίου Φυσικών Επιστημών. Το web-based Physics, δηλαδή η διδασκαλία της Φυσικής με χρήση του παγκόσμιου ιστού, είναι μια εύκαμπτη λύση για προσφορά διδακτικού υλικού μικρού όγκου, υψηλής ποιότητας και χαμηλού κόστους μέσα από το διαδίκτυο. Μια σύγχρονη τάση στις εφαρμογές εκπαιδευτικών πακέτων αποτελούν οι διαμορφώσιμες, τύπου Java, εφαρμογές του διαδικτύου (Java-like applets) που είναι μικρές σε όγκο και απαιτήσεις υπολογιστικού συστήματος εφαρμογές και εκτελούνται χωρίς ιδιαίτερη προ-εγκατάσταση από ένα κοινό φυλλομετρητή δικτυακών σελίδων (web browser). [2] Τα Physlets, ή αλλιώς "Physics applets", είναι μικρές εύπλαστες εφαρμογές σχεδιασμένες με γλώσσα Java (Java applets), που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη ποικιλία εφαρμογών του παγκόσμιου ιστού. Τα Java Physlets

2 έχουν σχεδιαστεί και παραχθεί ειδικά για τη διδασκαλία της φυσικής, μπορούν δε να ενσωματωθούν απ' ευθείας σε σελίδες HTML που δίνουν τη δυνατότητα άμεσης διαδραστικότητας με το χρήστη τους. [3,4] Στην εργασία αυτή, παρουσιάζεται η ανάπτυξη και η πιλοτική εφαρμογή μιας σειράς επάλληλων δια-δραστικών σελίδων διαδικτύου (HTML) με τη χρήση του εργαλείου Physlets, για την εισαγωγή στη πειραματική μελέτη της κίνησης. Η εφαρμογή των δυο διδακτικών σειρών έγινε σε δυο τμήματα της Α Λυκείου στο 2ο Τ.Ε.Ε. Ευόσμου, με δυο συνόδους ανά τμήμα και διάρκειας 2 διδακτικών ωρών η κάθε σύνοδος, πριν διδαχθεί η κίνηση στην τάξη. Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της πιλοτικής εφαρμογής, διερευνώντας τις στάσεις των μαθητών στις web-based εφαρμογές. 2. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Η διδακτική σειρά που αναπτύξαμε αποτελείται από 5 διασυνδεδεμένες σελίδες HTML που αναπτύσσονται σε λογικά και οπτικά διακριτούς χώρους. Σε κάθε μια από τις σελίδες/οθόνες υπάρχει η οπτική αναπαράσταση του φαινομένου, η διαδικασία λήψης μετρήσεων και σχηματισμού του πίνακα τιμών και η κατασκευή της γραφικής παράστασης. Αναπτύχθηκαν δυο αντίστοιχες σειρές, όπου στη μια τα φαινόμενα παρουσιάζονται εικονικά (animation,) ενώ στη δεύτερη, τα φαινόμενα έχουν μαγνητοσκοπηθεί κατά τη διάρκεια της εκτέλεσής τους, και η επεξεργασία γίνεται σε ψηφιακό video στον υπολογιστή. Στην πρώτη σειρά (animation) παρουσιάζεται η προσομοίωση της κίνησης ενός ή δυο οχημάτων στο δρόμο ενός εικονικού χωριού (Εικ. 1). Στη σειρά με το video φαίνεται η πραγματική (μαγνητοσκοπημένη) κίνηση ενός ή δυο παιδικών αυτοκινήτων-παιχνιδιών, πάνω σ ένα σχολικό θρανίο. Πάνω στο θρανίο κολλήσαμε άσπρο χαρτί που ζωγραφίσαμε με μαρκαδόρο κατάλληλα ώστε να αναπαραστήσουμε ρεαλιστικά ένα δρόμο (Εικ. 2). Εικόνα 1: Ενδεικτική οθόνη της σειράς με animation Εικόνα 2: Ενδεικτική οθόνη της σειράς με video Οι μαθητές, σε άμεση αλληλεπίδραση με το περιβάλλον της εφαρμογής, παρακολουθούν και κατευθύνουν την εξέλιξη του φαινομένου (animation ή ψηφιακό video), μπορούν να πραγματοποιούν μετρήσεις θέσης-χρόνου για τα διάφορα στιγμιότυπα της κίνησης και να συσχετίζουν το φαινόμενο με την γραφική παράσταση. Η κάθε οθόνη αποτελείται από πέντε βασικούς διακριτούς χώρους (παράθυρα), πάντοτε τους ίδιους και στην ίδια θέση. Συγκεκριμένα υπάρχουν: 1. Χώρος φαινομένων: το ενεργό παράθυρο όπου εμφανίζεται το φαινόμενο με μορφή ψηφιακού video ή animation. Βρίσκεται στο αριστερό τμήμα της οθόνης. 2. Χώρος πειραματικών τιμών: η περιοχή όπου αναγράφονται σε πίνακα οι πειραματικές τιμές κατά τη διάρκεια των μετρήσεων. Βρίσκεται στο μέσον της οθόνης.

3 3. Χώρος γραφικής παράστασης: το ενεργό παράθυρο όπου σχηματίζεται η γραφική παράσταση. Βρίσκεται στα δεξιά της οθόνης. 4. Χώρος πλοήγησης: η περιοχή όπου υπάρχουν τα πλήκτρα για την πλοήγηση του φαινομένου (video ή animation). Βρίσκεται ακριβώς κάτω από τον αντίστοιχο χώρο των φαινομένων. 5. Χώρος εισαγωγής τιμών: η περιοχή με τα πεδία όπου πληκτρολογούνται οι μετρήσεις. Βρίσκεται κάτω από το χώρο της γραφικής παράστασης. Στο κάτω μέρος κάθε οθόνης υπάρχει επίσης ο χώρος των «ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ». Εδώ αναφέρονται εν συντομία οι βασικές δραστηριότητες που πρέπει να εκτελεστούν στην συγκεκριμένη οθόνη και οι μαθητές παραπέμπονται στο αντίστοιχο έντυπο δομημένο φύλλο εργασίας. Εικόνα 3: Ενδεικτική οθόνη μετρήσεων της σειράς με video. Ο μαθητής έχει ήδη αρχίσει τη διαδικασία λήψης μετρήσεων με παράλληλη δημιουργία της γραφικής παράστασης : με το ποντίκι ο μαθητής επιλέγει τη θέση του κινητού σε κάθε στιγμιότυπο της κίνησης, εισάγει τις συντεταγμένες (θέση-χρόνος) στα πεδία εισαγωγής τιμών, και σχηματίζεται ο πίνακας τιμών και η γραφική παράσταση. Η διδακτική μας παρέμβαση αποτελείται από πέντε διακριτές σελίδες (οθόνες) διαδικτύου. Κάθε μία από τις σελίδες/οθόνες που σχεδιάσαμε, διαπραγματεύεται διαφορετικό φαινόμενο κίνησης και απαιτεί άλλες δραστηριότητες από τους μαθητές. Αντιμετωπίσαμε τις εξής περιπτώσεις κίνησης: Οθόνη 1: μετρήσεις θέσης-χρόνου και κατασκευή της γραφικής παράστασης (s-t) για την ευθύγραμμη κίνηση ενός μόνο κινητού (Εικ. 3). Οθόνη 2: μελέτη της κίνησης δύο κινητών με διαφορετική ταχύτητα και ίδια αρχική θέση (Εικ. 4) Οθόνη 3: μελέτη της κίνησης δύο κινητών με ίδια ταχύτητα αλλά διαφορετική αρχική θέση Οθόνη 4: μελέτη της κίνησης δύο κινητών με διαφορετική αρχική θέση και ταχύτητα (Εικ. 5) Οθόνη 5: μελέτη της κίνησης δύο κινητών με διαφορετική φορά κίνησης.

4 Στις οθόνες 2-5 οι γραφικές παραστάσεις σχηματίζονται αυτόματα και επαναλαμβάνονται κατά βούληση με χρήση του πλήκτρου «Νέα γραφική παράσταση» που βρίσκεται κάτω από τη γραφική παράσταση (Εικ. 4-5), χωρίς να χρειάζεται οι μαθητές να ακολουθήσουν πάλι τη διαδικασία λήψης μετρήσεων της οθόνης 1. Με πάτημα του πλήκτρου «Βήμα μπροστά» τα αυτοκινητάκια προχωρούν στην επόμενη θέση (κίνηση καρέ-καρέ) και ταυτόχρονα προστίθεται ένα νέο σημείο στην αντίστοιχη γραφική παράταση. Όταν οι δύο γραφικές παραστάσεις έχουν ολοκληρωθεί οι μαθητές μπορούν να ξαναρχίσουν («Νέα γραφική παράσταση») ή να παίξουν κινώντας τα αυτοκινητάκια μπρος ή πίσω θέση-θέση (πλήκτρα «Βήμα μπροστά» «Βήμα πίσω»), και βλέποντας να τονίζεται με κόκκινο χρώμα το σημείο της γραφικής παράστασης που αντιστοιχεί στην εκάστοτε θέση του κάθε κινητού (στιγμιότυπο της κίνησης). Εικόνα 4: Τα κινητά έχουν ίδια αρχική θέση αλλά διαφορετική ταχύτητα. Εικόνα 5: Τα κινητά ξεκινούν από διαφορετική αρχική θέση και κινούνται με διαφορετική ταχύτητα. Η εφαρμογή των δυο διδακτικών σειρών (video και animation) μία σειρά ανά τμήμα έγινε σε δυο τμήματα της Α Λυκείου στο 2ο Τ.Ε.Ε. Ευόσμου, στην αρχή της σχολικής χρονιάς, πριν διδαχθεί η κίνηση. Έγιναν δυο συνεδρίες ανά τμήμα, διάρκειας 2 διδακτικών ωρών η κάθε μια. Σε κάθε τμήμα, οι μαθητές εκτέλεσαν τις web-based εφαρμογές χωρισμένοι σε ομάδες. Κάθε ομάδα των τριών ατόμων δούλεψε στον υπολογιστή της, ακολουθώντας τις οδηγίες του έντυπου δομημένου φύλλου εργασίας που τους δόθηκε. Αναζητούσαμε την απόκριση των μαθητών στη χρήση του υπολογιστή κατά την διδακτική παρέμβαση, τη συμπεριφορά των μαθητών απέναντι στη διαδικασία των πειραματικών μετρήσεων και τη συμπεριφορά των μαθητών απέναντι στην επιλογή του τρόπου παρουσίασης, δηλαδή με πραγματική απεικόνιση των φαινομένων με τη χρήση ψηφιακού video ή με εικονική απεικόνιση τους, με χρήση animation. Από την εφαρμογή μας προέκυψε ότι μπορούμε σε σχέση με τα τρία προαναφερθέντα κριτήρια να συμπεράνουμε ότι: Α. ως προς την απόκρισή τους στη χρήση του υπολογιστή, μπορούμε να διαιρέσουμε τους μαθητές μας σε τρεις ομάδες και συγκεκριμένα σ αυτούς που έδειξαν ενδιαφέρον και διάθεση συμμετοχής, στους αδιάφορους, που τελικά όμως δούλεψαν και στους αρνητικούς, που θα προτιμούσαν να ασχολούνται με άλλες δραστηριότητες. Β. ως προς την εκτέλεση των πειραματικών μετρήσεων θέσης και χρόνου διαπιστώσαμε ότι όλες οι ομάδες, ανεξάρτητα του ενδιαφέροντος που επέδειξαν αρχικά για

5 συμμετοχή στη διαδικασία, ολοκλήρωσαν τελικά τις πειραματικές μετρήσεις και όλες τις απαιτήσεις των φύλλων εργασίας. Διαπιστώσαμε επιπροσθέτως ότι όσοι από τους μαθητές είχαν κάνει λάθος μέτρησης το αντιλήφθηκαν και το διόρθωσαν μόνοι τους. Γ. ως προς τον τρόπο παρουσίασης (με video ή animation) υπήρξε η εξής αντιμετώπιση: οι μαθητές της ομάδας που δούλεψε με το video αντέδρασαν θετικά στις αυτόματες γραφικές παραστάσεις και λιγότερο θετικά στις μετρήσεις. Οι μαθητές της ομάδας που δούλεψε με το animation: αντέδρασαν θετικά στις μετρήσεις και λιγότερο θετικά στις αυτόματες γραφικές παραστάσεις. Οι μαθητές και των δυο ομάδων: επέδειξαν θετική στάση στο «παιχνίδι» με την αντιστοίχηση κάθε σημείου στη γραφική παράσταση με το αντίστοιχο στιγμιότυπο της κίνησης. 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα Physlets είναι μια μέθοδος ή καλύτερα ένα περιβάλλον-εργαλείο, που εκμεταλλεύεται τις τεράστιες ευκαιρίες που προσφέρονται σήμερα από τα μοντέρνα υπολογιστικά περιβάλλοντα και το διαδίκτυο και μας επιτρέπει να εντάξουμε την χρήση του υπολογιστή μέσα στη διδακτική διαδικασία της φυσικής με εύκολο και δυναμικό τρόπο και για τον καθηγητή και για τους μαθητές. Στην εργασία αυτή αναπτύξαμε δυο διδακτικές σειρές, μία με video και μία με animation, όπου ο μαθητής έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί και να κατευθύνει την εξέλιξη του φαινομένου, να πραγματοποιεί μετρήσεις θέσης-χρόνου για τα διάφορα στιγμιότυπα της κίνησης και να συσχετίζει το φαινόμενο με την γραφική παράσταση. Ο σχεδιασμός των σειρών εστιάστηκε στα συμπεράσματα της έρευνας για τις μαθησιακές ικανότητες των μαθητών. Η μαθητοκεντρική εστίαση απέφερε ένα πλήθος αποτελεσμάτων σημαντικής διδακτικής αξίας όπως την ενεργοποίηση των μαθητών και τη θετική απόκριση στη χρήση του υπολογιστή ακόμη και από αρχικά αδιάφορους μαθητές. Επίσης επετεύχθη θετική αντίδραση των μαθητών στη λήψη μετρήσεων και πλήρης εκτέλεση των πειραματικών διαδικασιών καθώς και ανάδειξη της ικανότητας αντιστοίχησης στιγμιότυπων της κίνησης με σημεία της γραφικής παράστασης. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς της εργασίας ευχαριστούν την κα Ε. Πετρίδου για τη συμβολή της στα φύλλα εργασίας των μαθητών. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1]-Σύμφωνα με τους στόχους του Αναλυτικού Προγράμματος [2]-Martin B., Austen D., Wright P., Laue H., Designing applets that foster constructivist teaching and learning, CBLIS-2001, Prague. [3]-Christian W., Belloni M. Physlets: Teaching physics with Interactive Curricular Material, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, [4]-Christian W., Physlets: delivering media-focused problems anytime anywhere, Computer Physics Communications, , 1999,