ΜΙΑ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB ΜΕ ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΗ WEB-BASED ΕΦΑΡΜΟΓΗ. Α. Παπαδόπουλος, Μ. Τσακίρη, Ε. Χατζηκρανιώτης

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΜΙΑ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB ΜΕ ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΗ WEB-BASED ΕΦΑΡΜΟΓΗ. Α. Παπαδόπουλος*, Μ. Τσακίρη**, Ε. Χατζηκρανιώτης ***"

Σατανᾶς Ακρίδας
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΜΙΑ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB ΜΕ ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΗ WEB-BASED ΕΦΑΡΜΟΓΗ Α. Παπαδόπουλος*, Μ. Τσακίρη**, Ε. Χατζηκρανιώτης *** * Εκπαιδευτήρια Πλάτων, Κατερίνη * * 2ο Τ.Ε.Ε. Ευόσμου, Θεσσαλονίκη * * * Τμήμα Φυσικής, Α.Π.Θ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ H ραγδαία ανάπτυξη του τομέα της επιστήμης των Η/Υ, έχει προσφέρει τεχνικές και εργαλεία τα οποία βοηθούν στην ανάπτυξη εκπαιδευτικών πακέτων με ιδιαίτερα φιλική διασύνδεση με το χρήστη. Μια σύγχρονη τάση εκπαιδευτικών πακέτων αποτελούν οι εφαρμογές του διαδικτύου (web applets), συνήθως γραμμένες σε γλώσσα Java, που εκτελούνται χωρίς ιδιαίτερη προ-εγκατάσταση από ένα κοινό φυλλομετρητή δικτυακών σελίδων (web browser). Μια ιδιαίτερη κατηγορία στις εφαρμογές Java αποτελούν τα Physlets. Οι εφαρμογές Physlets είναι τελείως διαμορφώσιμες και προσαρμόσιμες ακόμα και από τον εκπαιδευτικό στη γλώσσα του χωρίς ιδιαίτερες γνώσεις προγραμματισμού. Στην εργασία αυτή, παρουσιάζεται η ανάπτυξη μιας σειράς επάλληλων σελίδων διαδικτύου (html) για τη διαπραγμάτευση του Νόμου του Coulomb. Η εφαρμογή αποτελείται από 4 διασυνδεδεμένες σελίδες html ξεκινώντας από την εισαγωγή του νόμου (θεωρία) και σταδιακά προχωρώντας σε εφαρμογές αυξανόμενης δυσκολίας. Η διαπραγμάτευση γίνεται με τρόπο αλληλεπιδραστικό συνδέοντας κάθε φορά το φαινόμενο με τη γραφική του παράσταση. 2. ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ (ΝΟΜΟΣ COULOMB) ΓΙΑΤΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕ PHYSLETS; Δίνονται επιπρόσθετες δυνατότητες στο μαθητή για την καλύτερη κατανόηση των εννοιών, όπως: Εμφάνιση του διανύσματος της δύναμης και της ταχύτητας Μετακίνηση του δοκιμαστικού φορτίου και παράλληλη ενημέρωση της γραφικής παράστασης (F-r) Αλλαγή πρόσημου του κεντρικού φορτίου. Κίνηση φορτίου εντός ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από πολλά φορτία και ταυτόχρονος σχεδιασμός γραφικής παράστασης. Εκτόξευση με διαφορετικές ταχύτητες φορτίου εντός πεδίου άλλου φορτίου. Παρατήρηση της κίνησης βήμα-βήμα. Επαναφορά και σταμάτημα της κίνησης. Διάδραση με τον H/Y μέσω text box Η διδακτική σειρά αποτελείται από 4 επάλληλες διαδραστικές οθόνες: Κάθε οθόνη αποτελείται από τους εξής χώρους: Α) Το εισαγωγικό κείμενο, στο επάνω μέρος. Β) Τις δραστηριότητες των μαθητών στο κάτω μέρος. Γ) Το χώρο των φαινομένων (animation), στα αριστερά.

2 Δ) Το χώρο της γραφικής παράστασης, στα δεξιά. Ε) Το χώρο των δράσεων των μαθητών (πλήκτρα πλοήγησης, πεδία εισαγωγής τιμών κλπ). 2. Η ΟΘΟΝΗ 3. ΘΕΩΡΙΑ Είναι αυτή που φαίνεται στο Σχήμα 1, όπου γίνεται αναφορά στο Νόμο του Coulomb, και στη μαθηματική σχέση που τον περιγράφει. Στο χώρο των φαινομένων εμφανίζονται ένα ακλόνητο θετικό φορτίο στο κέντρο, το οποίο δημιουργεί πεδίο, ένα δοκιμαστικό φορτίο και το διάνυσμα της δύναμης που ασκείται πάνω του. Ο μαθητής μπορεί να αλλάξει το κεντρικό φορτίο, να μετακινήσει το δοκιμαστικό φορτίο και να παρατηρήσει τη μεταβολή της δύναμης, να δει τις συντεταγμένες του δοκιμαστικού φορτίου στο κάτω αριστερά μέρος με το πάτημα του ποντικιού, ενώ ταυτόχρονα με την κίνηση του δοκιμαστικού φορτίου βλέπει να μετακινείται το ίχνος στο διάγραμμα (F-r). Σχ. 1 Οι διδακτικοί στόχοι είναι: Να αντιληφθούν οι μαθητές το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου, από τη μεταβολή της δύναμης ως προς την απόσταση καθώς μετακινούν το φορτίο.

3 Να κατανοήσουν τις έννοιες, δύναμη ελκτική, αποστική, κεντρική από το σχήμα και τη γραφική παράσταση. Να είναι ικανοί να ερμηνεύουν τη γραφική παράσταση. Να κάνουν μετρήσεις συντεταγμένων και αποστάσεων. 3. Η ΟΘΟΝΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Εδώ δίνεται η δυνατότητα για διερεύνηση του νόμου του Coulomb (Σχ. 2). Ο μαθητής παρατηρεί ένα άγνωστο ακλόνητο φορτίο που δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο, τρία σημεία Α,Β,Γ και ένα δοκιμαστικό φορτίο μαύρου χρώματος. Ζητείται να τοποθετηθεί το δοκιμαστικό φορτίο στις θέσεις Α,Β,Γ να υπολογιστεί η δύναμη και η απόσταση με χρήση του διαγράμματος (F-r) και να απαντηθούν τα ερωτήματα. Ο Η/Υ ελέγχει αν η απάντηση είναι σωστή ή λανθασμένη. Παρατήρηση: Όταν δουλεύουμε σε δίκτυο Η/Υ (π.χ. στο εργαστήριο) κάθε μαθητής έχει να αντιμετωπίσει διαφορετικό πρόβλημα (άλλο κεντρικό φορτίο και θέσεις). Σχ. 2 Οι διδακτικοί στόχοι : Να είναι ικανοί οι μαθητές να εφαρμόζουν το νόμο του Coulomb αλληλεπιδρώντας με τον Η/Υ.

4 Να εμπεδώσουν τη σχέση δύναμης - απόστασης στο νόμο του Coulomb. 4. Η ΟΘΟΝΗ ΣΥΝΘΕΣΗ Σε αυτήν ο μαθητής μελετά την κίνηση ενός δοκιμαστικού φορτίου μέσα σε πεδίο τριών ακλόνητων φορτίων (Σχ. 3). Στις θέσεις Α,Β,Γ βρίσκονται τρία ακλόνητα άγνωστα φορτία. Το διάνυσμα που εμφανίζεται είναι της δύναμης που δέχεται το δοκιμαστικό φορτίο από το σύνθετο πεδίο, ενώ διαγράφεται και η τροχιά που έχει ακολουθήσει. Ταυτόχρονα σχεδιάζεται το διάγραμμα (F-t). Δίνεται η δυνατότητα να εμφανιστεί και το διάνυσμα της ταχύτητας, ενώ με τα πλήκτρα πλοήγησης ο μαθητής μπορεί να μελετήσει αναλυτικότερα την κίνηση και να απαντήσει στα ερωτήματα. Σχ. 3 Οι διδακτικοί στόχοι είναι: Να μελετήσουν την κίνηση του φορτίου μέσα σε σύνθετο πεδίο. Να παρατηρήσουν τη μεταβολή των διανυσματικών μεγεθών δύναμη, ταχύτητα κατά τη διάρκεια της κίνησης.

5 Να εφαρμόσουν γνώσεις δυναμικής και κινητικής για να προβλέψουν την κίνηση του φορτίου και ταυτόχρονα να κάνουν τον έλεγχο χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες που τους δίνει το Physlet. 5. Η ΟΘΟΝΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ Όπου ο μαθητής μελετά την κίνηση δοκιμαστικού φορτίου που εκτοξεύεται υπό διάφορες ταχύτητες εντός του πεδίου που δημιουργεί ακλόνητο φορτίο (Σχ. 4). Στο χώρο των φαινομένων έχουμε το ακλόνητο κεντρικό άγνωστο φορτίο και το κινούμενο δοκιμαστικό φορτίο με τα διανύσματα της δύναμης και της ταχύτητας, ενώ διαγράφεται και η τροχιά του. Ταυτόχρονα υπάρχει η δυνατότητα για μελέτη δύο διαγραμμάτων (r-t) και (F-r). Σχ. 4 Οι διδακτικοί στόχοι είναι: Να διερευνήσουν την κίνηση του φορτίου για διάφορες τιμές ταχύτητας ( οριζόντια βολή, ελλειπτική τροχιά, ομαλή κυκλική κίνηση, υπερβολή)

6 Να παρατηρήσουν τον ταυτόχρονο σχεδιασμό δύο γραφικών παραστάσεων με την εξέλιξη του φαινομένου. Να αντιληφθούν μελετώντας τη γραφική παράσταση, ότι στην ομαλή κυκλική κίνηση, η δύναμη και η απόσταση παραμένουν σταθερές κατά μέτρο καθ όλη τη διάρκεια του φαινομένου. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο ρόλος του εκπαιδευτικού σε ένα διαδραστικό μάθημα είναι : να προετοιμαστεί κατάλληλα για τυχόν απορίες των μαθητών και στον τρόπο χρήσης και στο γνωστικό αντικείμενο. να απαντά σε απορίες σχετικά με τις έννοιες έμμεσα και καθοδηγητικά. Π.χ Παρατήρησε καλύτερα ή διερεύνησε τη μαθηματική σχέση ή κάνε σύγκριση με το νόμο της Παγκοσμίας έλξεως. Ο ρόλος του μαθητή : να μελετήσει τις οδηγίες που του δίνονται (κείμενο, δραστηριότητες) και να παρατηρήσει προσεκτικά την εξέλιξη του φαινομένου. να αλληλεπιδράσει με τον Η/Υ. Τα Physlets Εκμεταλλεύονται τις τεράστιες ευκαιρίες που προσφέρονται σήμερα από τα μοντέρνα υπολογιστικά περιβάλλοντα και το διαδίκτυο Επιτρέπουν να εντάξουμε την χρήση του υπολογιστή στη διδακτική διαδικασία της φυσικής εύκολα και δυναμικά για τον καθηγητή και για τους μαθητές. Επιτρέπουν να κτίσουμε μια κοινωνία δασκάλων φυσικής που συνεργάζονται, με τη χρήση υπολογιστικών εργαλείων και του παγκόσμιου ιστού, με σκοπό τη βελτίωση της διδασκαλίας της φυσικής στην Ελλάδα αλλά και παγκόσμια. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [Christian2001] Wolfgang Christian, Mario Belloni, Physlets: Teaching Physics with Interactive Curricular Material, Prentice Hall, Upper Sadle River, NJ [Arons] Arnold Arons Οδηγός Διδασκαλίας της Φυσικής Τροχαλία, Αθήνα [Holzschlag 2000] Molly Holzschlag, Οδηγός της HTML 4, Εκδόσεις Γκιούρδας, Αθήνα [Αλεξάκης 2000] Αλεξάκης Ν., Αμπατζής Σ., Γκουγκούσης Γ. κά. Φυσική Γενικής Παιδείας, Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου, ΟΕΔΒ, Αθήνα [Παπαγεωργίου] Παπαγεωργίου Χ., Κοτσιανίδης Δ., Μήτσιου Ι., Πανδέκτης Φυσικής Εκδόσεις Κοντέου, Θεσ/νίκη [Κανέλλου] Κανέλλου Ν., συζητώντας Φυσική, Περί φορτίων, αγωγών και ρεύματος, Εκδόσεις Πελεκάνος, Αθήνα.

Σχετικά έγγραφα

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

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 (**)