Καθηγήτρια : Σολομωνίδου Χριστίνα

Transcript

1 Μαρία Β. Χατζή, Δασκάλα, Δρ. Διδακτικής των Φ.Ε. Επιμορφούμενη ΠΑΚΕ Θεσσαλίας Καθηγήτρια : Σολομωνίδου Χριστίνα 1

2 1. Εισαγωγή Το λογισμικό Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α. αποτελεί ένα ολοκληρωμένο μαθησιακό περιβάλλον για τη μάθηση εννοιών και φαινομένων από τις ενότητες της Φυσικής Μηχανική, Ανάκλαση-διάθλαση, Θερμότητα, Ηλεκτρισμός, Μοντέλα και Άτομα. Απευθύνεται κυρίως σε παιδιά Β και Γ γυμνασίου, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και από παιδιά Ε και Στ δημοτικού. Η εκπαιδευτική σχεδίαση αυτού του λογισμικού στηρίζεται όχι μόνο σε σύγχρονες παιδαγωγικές αρχές και ειδικότερα στα πορίσματα της έρευνας της Γνωσιακής Επιστήμης και της Διδακτικής της Φυσικής, αλλά επιπλέον λαμβάνει υπόψη και τις εναλλακτικές ιδέες των παιδιών για τα διάφορα φαινόμενα που εξετάζονται, ώστε να εξασφαλίζεται η ενεργή και διερευνητική μάθηση (Σολομωνίδου, 2003). 2. Σκοπός της δραστηριότητας Με την παρούσα δραστηριότητα επιδιώκουμε να αναδείξουμε τις δυνατότητες που μας παρέχει το λογισμικό Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α. ως γνωστικό εργαλείο για την εννοιολογική αλλαγή 1 των ιδεών των μαθητών/τριών για έννοιες και φαινόμενα που είναι γνωστά από τη βιβλιογραφία και που ταυτόχρονα είναι δύσκολο να τα αντιμετωπίσουμε στη διδακτική πράξη με παραδοσιακά εργαλεία. Με αυτόν τον τρόπο θα αναδειχθεί και η «προστιθέμενη αξία» της χρήσης του συγκεκριμένου λογισμικού στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Επισημαίνουμε, ότι για τις ανάγκες της συγκεκριμένης δραστηριότητας δεν θα αναπτύξουμε ένα ολοκληρωμένο σενάριο, αλλά αφού αναφερθούμε στις ιδέες των μαθητών/τριών (ηλεκτρισμός, διαστολή σωμάτων, χρώματα) θα προτείνουμε μια σειρά δραστηριοτήτων που στοχεύουν στην αλλαγή/τροποποίηση αυτών και που θα μπορεί ο/η εκπαιδευτικός να τις εντάξει στο δικό του σενάριο όποτε του/της χρειαστούν Ιδέες των μαθητών στην ενότητα ηλεκτρισμός 1. Πολλοί/ές μαθητές/ριες θεωρούν ότι η μπαταρία είναι «αποθήκη» ηλεκτρονίων 1 Δεσπόζουσα θέση στη θεωρία του εποικοδομισμού κατέχει η εννοιολογική αλλαγή. Σύμφωνα με τους Vosniadou & Ioannides (1998) ο όρος «εννοιολογική αλλαγή δηλώνει ότι η εννοιολογική ανάπτυξη συμπεριλαμβάνει όχι μόνο τον εμπλουτισμό των υπαρχόντων δομών αλλά και την ουσιαστική επαναοργάνωση ή επαναδόμησή» 2

3 2. Τα εννοιολογικά μοντέλα που χρησιμοποιούν για τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα, είναι: α) το μονοπολικό μοντέλο, β) το μοντέλο των συγκρουόμενων ρευμάτων, γ) το μοντέλο της εξασθένισης του ρεύματος, δ) το μεριστικό μοντέλο (Osborne, 1981,1983). 1) Το μονοπολικό μοντέλο (the unipolar model). Δεν υπάρχει ρεύμα στη διαδρομή επιστροφής, γιατί έχει χρησιμοποιηθεί όλο στη λάμπα. 2) Το μοντέλο των συγκρουόμενων ρευμάτων (the clashing currents model). Το ρεύμα ρέει προς τη λάμπα και από τους δύο πόλους της μπαταρίας. Σχήμα 1 Σχήμα 2 3) Το μοντέλο της εξασθένισης του ρεύματος (the attenuation model). Το ρεύμα κυκλοφορεί στο κύκλωμα κατά μία μόνο κατεύθυνση. Φεύγει από ένα πόλο της μπαταρίας και περνά από έναν αριθμό ίδιων στοιχείων, συνδεδεμένων σε σειρά. Σχήμα 3 Κάθε στοιχείο δέχεται λιγότερο ρεύμα και επιστρέφει στην μπαταρία ακόμη λιγότερο ρεύμα. 4) Το μεριστικό μοντέλο (the sharing model). Το ρεύμα θα μοιραστεί εξίσου ανάμεσα σε ίδια στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά. Ίδιες λάμπες σε σειρά θα έχουν την ίδια λαμπρότητα, χωρίς να θεωρείται ότι το ρεύμα διατηρείται. Σχήμα 4 5) Επιστημονικά αποδεκτό μοντέλο. Το ρεύμα διατηρείται και κινείται κατά μία κατεύθυνση. Σχήμα 5 3

4 Δραστηριότητες με το ΜΑΘΗΜΑ ΙΔΕΑ 1 η : Πολλοί/ές μαθητές/ριες θεωρούν ότι η μπαταρία είναι «αποθήκη» ηλεκτρονίων Το λογισμικό παρέχει τη δυνατότητα να παρατηρεί ο χρήστης (μαθητής/τρια) το μοντέλο του κυκλώματος σε μικροσκοπικό επίπεδο. Έτσι, κατασκευάζοντας ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα, πατώντας την επιλογή μοντέλο παρατηρεί το εξής: Η μπαταρία παρουσιάζεται ως οδοντωτός τροχός. Οι μαθητές/ριες μπορούν εύκολα να κατανοήσουν ότι η μπαταρία λειτουργεί ως «αντλία» ηλεκτρονίων, δηλαδή θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αγωγού (δίνει ενέργεια) και δεν είναι «αποθήκη» ηλεκτρονίων όπως λανθασμένα πιστεύουν. ΙΔΕΑ 2 η : Το μονοπολικό μοντέλο (the unipolar model) Αυτή η ιδέα προέρχεται από την καθημερινή ζωή όπου οι μαθητές/τριες παρατηρούν τη λάμπα στο πορτατίφ ή στο δωμάτιο να φωτοβολεί με ένα μόνο καλώδιο. Μπορεί να αντιμετωπιστεί τόσο στο εργαστήριο (πειραματικά) όσο και μέσω του λογισμικού όπου οι μαθητές θα παρατηρήσουν ότι κατασκευάζοντας ένα κύκλωμα με μπαταρία, καλώδιο και λαμπτήρα, αυτό δεν φωτοβολεί. 4

5 ΙΔΕΑ 3 η : Το μοντέλο των συγκρουόμενων ρευμάτων (the clashing currents model). Το ρεύμα ρέει προς τη λάμπα και από τους δύο πόλους της μπαταρίας. Ο μαθητής/τρια κατασκευάζοντας ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα και πατώντας την επιλογή μοντέλο βλέπει το εξής: Τα ηλεκτρόνια φαίνονται να κινούνται προς μία κατεύθυνση, μπορεί δηλαδή να ανασκευαστεί το συνηθισμένο μοντέλο των συγκρουόμενων ρευμάτων που χρησιμοποιούν τα παιδιά για να δείξουν τη φορά του ρεύματος σε ένα κύκλωμα ΙΔΕΑ 3 η : Το μοντέλο της εξασθένισης του ρεύματος (the attenuation model) ΙΔΕΑ 4 η : Το μεριστικό μοντέλο (the sharing model) Κοινό στοιχείο και των δύο μοντέλων είναι ότι οι μαθητές/τριες πιστεύουν ότι το ρεύμα καταναλώνεται και επιστρέφει λιγότερο στην μπαταρία. Η διαφορά έγκειται ότι στο μεν μοντέλο της εξασθένισης του ρεύματος πιστεύουν ότι δεν είναι ίδιες οι λαμπρότητες των λαμπτήρων, ενώ στο μεριστικό μοντέλο είναι ίδιες. Τα βήματα που προτείνουμε να ακολουθήσει ο εκπαιδευτικός μαζί με τους μαθητές/τριες είναι τα ακόλουθα: Βήμα 1 ο : Κατασκευή απλού κυκλώματος και μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος και στα δύο καλώδια (εικ.1) (εικ.2) 5

6 Οι μαθητές/τριες θα παρατηρήσουν ότι η ένταση είναι ίδια (1,5 mα) συνεπώς το ρεύμα δεν «καταναλώνεται» Χρήση του μοντέλου (εικ.3) όπου οι μαθητές/τριες θα παρατηρήσουν ότι τα ηλεκτρόνια μόνο κινούνται και δε λιγοστεύουν καθώς περνούν από την αντίσταση (εικ 3) Βήμα 2 ο : Κατασκευή κυκλώματος με δύο λαμπτήρες σε σειρά και μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος και στα τρία καλώδια. 1. Οι μαθητές/τριες θα παρατηρήσουν ότι η φωτοβολία είναι ίδια και στους δύο λαμπτήρες (έτσι αντιμετωπίζεται το μοντέλο της εξασθένισης του ρεύματος) (εικ.4) (εικ.4) 2. Οι μαθητές/τριες θα παρατηρήσουν ότι η ένταση είναι ίδια (0,75 mα) και στα τρία καλώδια (έτσι αντιμετωπίζεται το κοινό στοιχείο-λιγότερο ρεύμα-των μοντέλων: της εξασθένισης του ρεύματος και το μεριστικό) (εικ.5, 6, 7) 6

7 (εικ.5) (εικ.6) (εικ.7) 3. Χρήση του μοντέλου (εικ.8) όπου οι μαθητές/τριες θα παρατηρήσουν ότι τα ηλεκτρόνια μόνο κινούνται και δε λιγοστεύουν καθώς περνούν από τις δύο αντιστάσεις (εικ.8) 3.2. Ιδέες των μαθητών στην ενότητα διαστολή σωμάτων Οι μαθητές πιστεύουν ότι κατά τη διαστολή των σωμάτων: 7

8 αυξάνει το μέγεθος των μορίων τους, δηλαδή τα μόρια φουσκώνουν και πιάνουν περισσότερο χώρο. μεγαλώνει η μάζα του, γίνεται δηλαδή πιο μεγάλο και πιο βαρύ τα μόριά τους πολλαπλασιάζονται, δηλαδή γίνονται περισσότερα κι έτσι ένα υλικό σώμα «φουσκώνει» τα μόριά τους απομακρύνονται το ένα από το άλλο χωρίς ωστόσο να μπορούν να δώσουν σαφή εξήγηση για το πώς συμβαίνει αυτό (Driver et al,1998) Δραστηριότητες με το ΜΑΘΗΜΑ Για την αντιμετώπιση των παραπάνω ιδεών μαθητών/τριών προτείνονται τα ακόλουθα: 1. Για κάθε υλικό σώμα: στερεό, υγρό και αέριο οι μαθητές/τριες εκτελούν την πειραματική δρστηριότητα μέσω του λογισμικού, κάτι που βέβαια μπορεί να γίνει και πειραματικά 2. Αυτό που δεν μπορεί να γίνει πειραματικά και γίνεται εφικτό μέσω του λογισμικού (επιλογή μοντέλο) είναι η παρατήρηση σε μικροσκοπικό επίπεδο του σώματος (στερεό-εικ.9,10,11), (υγρό-εικ.12,13,14) και (αέριο-εικ.15,16,17) ανάλογα με το επίπεδο θέρμανσης κάθε φορά (κρύο-ζεστό-πολύ ζεστό) ΣΤΕΡΕΟ εικ.9 εικ.10 εικ.11 8

9 ΥΓΡΟ εικ.12 εικ.13 εικ.14 ΑΕΡΙΟ εικ.15 εικ.16 εικ.17 9

10 Οι μαθητές/τριες και στις τρεις περιπτώσεις αναμένεται να παρατηρήσουν ότι: Α) ο αριθμός των μορίων δεν αυξάνεται συνεπώς δεν πολλαπλασιάζονται Β) το μέγεθος των μορίων δεν αυξάνεται συνεπώς ούτε «φουσκώνουν» ούτε αυξάνεται η μάζα τους και το βάρος του σώματος Γ) αυτό που αλλάζει είναι η ταχύτητα με την οποία κινούνται τα μόρια και η μεταξύ τους απόσταση, κάτι που δικαιολογεί την αύξηση του όγκου του σώματος κατά τη θέρμανση Ιδέες των μαθητών για τα χρώματα Τα περισσότερα παιδιά πιστεύουν ότι το χρώμα είναι μια έμφυτη ιδιότητα των αντικειμένων. Θεωρούν δηλαδή ότι τα μάτια μας βλέπουν το χρώμα του αντικειμένου και όχι το χρώμα του ανακλώμενου φωτός. (Driver, R., et al, σελ. 242) Δραστηριότητες με το ΜΑΘΗΜΑ Για την αντιμετώπιση των παραπάνω ιδεών των μαθητών/τριών προτείνονται τα ακόλουθα: 1. Στο εργαστήριο οπτικής και στην ενότητα Βασικά και Σύνθετα χρώματα ο/η εκπαιδευτικός ζητά από τους μαθητές/τριες να του/της εκφράσουν τις απόψεις τους για το πώς βλέπουν το άγαλμα λευκό (εικ.18) (πιθανή απάντηση: έτσι είναι το χρώμα του μαρμάρου από το οποίο είναι φτιαγμένο ή έτσι είναι βαμμένο) εικ.18 10

11 2. Ο/η εκπαιδευτικός ζητά από τους μαθητές/τριες να φωτίσουν το άγαλμα διαδοχικά μόνο με τον μπλε προβολέα (εικ.19), μόνο με τον πράσινο προβολέα (εικ.20), μόνο με τον κόκκινο προβολέα (εικ.21) και με τους τρεις προβολείς ταυτόχρονα (εικ.22) και να παρατηρούν το χρώμα του αγάλματος κάθε φορά. εικ.19 εικ.20 εικ.21 εικ.22 Οι μαθητές/τριες θα παρατηρήσουν ότι το χρώμα του αγάλματος αλλάζει ανάλογα με το χρώμα του φωτός του προβολέα ή των προβολέων. Συνεπώς το χρώμα των σωμάτων δεν είναι έμφυτο αλλά πρώτα από όλα σχετίζεται με το χρώμα του φωτός που πέφτει πάνω τους. Φυσικά χρειάζεται και παραπέρα επεξεργασία της έννοιας του χρώματος, αλλά για την ανάγκη αλλαγής αυτής της παρανόησης (το χρώμα των σωμάτων είναι έμφυτο) πιστεύουμε ότι είναι ικανοποιητική η δυνατότητα που παρέχει το λογισμικό. Εν κατακλείδι, το λογισμικό Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον/την εκπαιδευτικό για διδακτική αξιοποίηση σε βασικές έννοιες των Φ.Ε. και να δημιουργήσει πολλά σενάρια διδακαλίας ή να χρησιμοποιήσει τα υπάρχοντα. Το μεγάλο πλεονέκτημα του λογισμικού, όπως αναδείχτηκε από την παρούσα εργασία, είναι η αξιοποίησή του ως γνωστικό εργαλείο για την εννοιολογική αλλαγή. 11

12 Βιβλιογραφία Σολομωνίδου, Χ. (2003). Σύγχρονη Εκπαιδευτική Τεχνολογία. Υπολογιστές και μάθηση στην Κοινωνία της Γνώσης. Θεσσαλονίκη: Κώδικας. Driver, A. Squires, P. Rushworth, V. Wood-Robinson (1998). Οικοδομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών-Μια παγκόσμια σύνοψη των ιδεών των μαθητών, Επιμ. Π.Κόκκοτας, Μετφρ. Μ. Χατζή, Τυπωθήτω, Αθήνα. Osborne, R. J. (1981). Children s ideas about electric current. New Zealand Science Teacher, 29, Osborne, R. J. (1983). Towards modifying children s ideas about electric current. Journal of Research in Science and Technological Education, 1, Vosniadou, S. & Ioannides, C. (1998). From conceptual development to science education: a psychological point of view. International Journal of Science Education, 20(1),