ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Μελέτη διδακτικών δράσεων για τη διδακτική της Φυσικής μέσω καταγραφής και αποτίμησης ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΙΕΡΡΑΤΟΣ Φυσικός (MSc) Επιβλέπων καθηγητής ΧΑΡΙΤΩΝ Μ. ΠΟΛΑΤΟΓΛΟΥ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2013

2 Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή Χαρίτων Μ. Πολάτογλου (Επιβλέπων), Αν. Καθηγητής Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ Οδυσσέας Βαλασιάδης, Αν. Καθηγητής Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ Παναγιώτης Κουμαράς, Καθηγητής Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης ΑΠΘ Παναγιώτης Αργυράκης, Καθηγητής Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ Πέτρος Καριώτογλου, Καθηγητής Παιδαγωγικής Σχολής, Παν. Δυτικής Μακεδονίας Ευριπίδης Χατζηκρανιώτης, Αν. Καθηγητής Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ Αικατερίνη Πλακίτση, Επ. Καθηγήτρια Σχολής Επιστημών της Αγωγής, Παν. Ιωαννίνων

3 Ευχαριστίες Θα ήθελα, από τη θέση αυτή, να ευχαριστήσω όλους όσοι βοήθησαν, με διάφορους τρόπους, στην εκπόνηση αυτής της διατριβής. Ευχαριστώ πολύ όλους τους μαθητές και τις μαθήτριες των σχολείων Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης που συμμετείχαν στις διδακτικές δράσεις αυτής της διατριβής, προσφέροντας με τις ειλικρινείς απαντήσεις τους τη δυνατότητα να αξιολογηθούν οι δράσεις αυτές. Ευχαριστώ πολύ τους συναδέλφους εκπαιδευτικούς και τους διευθυντές των σχολικών τους μονάδων που με δέχτηκαν στις τάξεις και τα σχολεία τους επιτρέποντάς μου να συλλέξω πολύτιμα ερευνητικά δεδομένα. Ευχαριστώ πολύ τους φοιτητές και τις φοιτήτριες του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ οι οποίοι στο πλαίσιο των μαθημάτων Γενικό Εργαστήριο Φυσικής Ι και Διδακτική Ι συμμετείχαν ιδιαίτερα ενεργά στις δράσεις που αναπτύχθηκαν για τη διερεύνηση των ερευνητικών ερωτημάτων της διατριβής στο χώρο της Τριτοβάθμιας εκπαίδευσης. Ευχαριστώ πολύ το Υπουργείο Παιδείας, Δια Βίου Εκπαίδευσης και Θρησκευμάτων το οποίο μου παρείχε τριετή εκπαιδευτική άδεια από τα καθήκοντά μου στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση, δίνοντάς μου τη δυνατότητα να αφοσιωθώ στην εκπόνηση της διατριβής. Ευχαριστώ πολύ το Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ το οποίο αναγνωρίζοντας τη σημασία της διεξαγωγής έρευνας στη διδακτική της Φυσικής από φυσικούς μου έδωσε την ευκαιρία να ασχοληθώ με το συγκεκριμένο θέμα και μου παρείχε την υλικοτεχνική υποδομή που απαιτήθηκε για την ολοκλήρωση της διατριβής. Ευχαριστώ πολύ τον κ. Δημήτρη Ευαγγελινό, υποψήφιο διδάκτορα του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, για τις εκτενείς συζητήσεις σε θέματα διδακτικής της Φυσικής, για την υλικοτεχνική υποστήριξη και τη βιντεοσκόπηση όλων των διδακτικών δράσεων στο πλαίσιο του μαθήματος Διδακτική Ι. Ευχαριστώ τα μέλη της επταμελούς εξεταστικής επιτροπής για τις διορθώσεις που μου προτείνανε και τις προτάσεις βελτίωσης μερικών σημείων της διατριβής που μου υπέβαλλαν. Ευχαριστώ πολύ τον κ. Οδυσσέα Βαλασιάδη, αναπληρωτή καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ και μέλος της τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής αυτής της διατριβής, για την καθοδήγηση και την υποστήριξη που μου παρείχε. Μοιράστηκε μαζί μου το όραμά του για την ανάπτυξη ενός ερευνητικού εργαλείου που θα παράσχει διδακτική ανάδραση σε πραγματικό χρόνο. Χάρη στη οξυδέρκεια και τη γενναιοδωρία του κατέστη δυνατή η αγορά του συστήματος CRS η αξιοποίηση του οποίου αποτέλεσε τον κορμό αυτής της διατριβής. Ευχαριστώ πολύ τον κ. Παναγιώτη Κουμαρά, καθηγητή του Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης του ΑΠΘ και μέλος της τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής αυτής της διατριβής, για την καθοδήγηση, την υποστήριξη και την εμπιστοσύνη με την οποία με περιέβαλε. Οι [i]

4 συζητήσεις μαζί του για διάφορες έννοιες της Φυσικής που αναπτύχθηκαν σε αυτή την διατριβή με βοήθησαν να αποσαφηνίσω και να εμβαθύνω σε πολλά πράγματα. Ευχαριστώ πολύ τον κ. Χαρίτωνα Πολάτογλου, αναπληρωτή καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ και επιβλέποντα αυτής της διατριβής, για την καθοδήγηση, την υποστήριξη του και την αμέριστη συμπαράστασή του καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διατριβής. Σε στιγμές που φαινόταν τα ερευνητικά αδιέξοδα να είναι ανυπέρβλητα κατάφερε, πάντα δίπλα μου, να μου δώσει λύσεις και να μου προτείνει διεξόδους. Την ίδια στιγμή πρόκρινε την αυτενέργειά μου διδάσκοντάς μου ενεργητικά στοιχεία ερευνητικής μεθοδολογίας. Φτάνοντας στο τέλος, θέλω να σταθώ ιδιαίτερα στη στήριξη και την ανοχή που είχα σε όλη τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής από την οικογένειά μου. Θέλω, λοιπόν, να ευχαριστήσω θερμά τη σύζυγό μου και συνάδελφο φυσικό κ. Παρασκευή Τσακμάκη, πέρα από τη συμπαράστασή της, για τις μακριές συζητήσεις που είχαμε για θέματα της διατριβής αλλά και για την πιλοτική εφαρμογή εκ μέρους της εκπαιδευτικών σεναρίων σε τάξεις του σχολείου της. Επίσης θέλω να ευχαριστήσω και ταυτόχρονα να απολογηθώ για το χρόνο που τις στέρησα, τις κόρες μου Ελευθερία και Ισμήνη. Εύχομαι, ως μαθήτριες και ως φοιτήτριες, στο κοντινό μέλλον, να κερδίσουν από την εφαρμογή μέρους των πορισμάτων αυτής της διατριβής ως προς το πώς πρέπει να διδάσκεται η Φυσική στα σχολεία και στα πανεπιστημιακά τμήματα. Θοδωρής Πιερράτος [ii]

5 Αφιέρωση Η διατριβή αυτή αφιερώνεται σε όλους τους δασκάλους Φυσικής οι οποίοι με μεράκι, όραμα και αυταπάρνηση, κόντρα σε όσα στραβά και αντίξοα του ελληνικού εκπαιδευτικού συστήματος, δίνουν την ψυχή τους για να φέρουν όσο το δυνατόν περισσότερους μαθητές και μαθήτριες πιο κοντά στο συναρπαστικό κόσμο της Φυσικής [iii]

6 Περιεχόμενα Περιεχόμενα Ευχαριστίες... i Αφιέρωση...iii Περιεχόμενα... iv Λίστα Διαγραμμάτων... ix Λίστα Πινάκων... xv Λίστα Εικόνων... xvii Συντομογραφίες... xviii Περίληψη ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Η αναποτελεσματικότητα της παραδοσιακής διδασκαλίας της Φυσικής Ενεργές μέθοδοι διδασκαλίας Ανάδραση και διαμορφωτική αξιολόγηση με τη χρήση Νέων Τεχνολογιών Τα συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων (CRSs) Σκοπιμότητα της διατριβής Ερευνητικά ερωτήματα της διατριβής Δομή της διατριβής Βιβλιογραφία 1ου κεφαλαίου ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Τα συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων στην εκπαίδευση Μαθησιακά οφέλη από τη χρήση των CRSs Οφέλη για την αξιολόγηση των μαθητών και την αποτίμηση της διδασκαλίας Προβλήματα σχετικά με τη χρήση των CRSs Μεθοδολογία χρήσης των CRSs Σύνοψη Διδασκαλία μεταξύ ομότιμων Πώς μετράμε την αποτελεσματικότητα μίας διδασκαλίας; Εναλλακτικές ιδέες και μοντέλα που σχετίζονται με τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος Οι εναλλακτικές ιδέες των μαθητών για τη δύναμη και την κίνηση Ο δείκτης κέρδους g Συγκέντρωση ανάλυσης Βιβλιογραφία 2ου κεφαλαίου ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή [iv]

7 Περιεχόμενα 3.1 Πληθυσμοί. Στοιχεία συμμετεχόντων Εξοπλισμός Ερευνητικά εργαλεία Σύστημα τηλεκαταγραφής απαντήσεων Ερωτηματολόγια Σχεδιασμός έρευνας: Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων Πρώτο ερευνητικό ερώτημα Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση Δεύτερο ερευνητικό ερώτημα Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση Διαδικασίες που ακολουθήθηκαν Πρώτο ερευνητικό ερώτημα Εφαρμογή στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση Εφαρμογή στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Δεύτερο ερευνητικό ερώτημα Εφαρμογή στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Εφαρμογή στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση Μεθοδολογικές παραδοχές Περιορισμοί της έρευνας Βιβλιογραφία 3ου κεφαλαίου ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Η θεωρητική τεκμηρίωση της παιδαγωγικής μεθόδου που υιοθετήθηκε Η γνωστική συνιστώσα: η θεωρία του εποικοδομητισμού Κοινωνική συνιστώσα: ο ρόλος της γλώσσας και της αλληλεπίδρασης Ψυχολογική συνιστώσα: η σημασία των κινήτρων Γενικοί σκοποί των εκπαιδευτικών σεναρίων που αναπτύχθηκαν Τα εκπαιδευτικά σενάρια Το μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα Ο νόμος του Ωμ Οι κανόνες του Κίρκοφ ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Βιβλιογραφία 4ου κεφαλαίου ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών [v]

8 Περιεχόμενα Συνολικά αποτελέσματα Ανάλυση των αποτελεσμάτων ανά πρότυπο Πρότυπο Α Πρότυπο Β Πρότυπο Γ Πρότυπο Δ Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών Συνολικά αποτελέσματα Ανάλυση των αποτελεσμάτων ανά πρότυπο Πρότυπο Γ Πρότυπο Ε Ανάλυση συγκέντρωσης Πρότυπο Γ. Τμήμα Π Πρότυπο Γ. Τμήμα Π Πρότυπο Γ. Τμήμα Π Πρότυπο Ε. Τμήμα Α Πρότυπο Ε. Τμήμα Α Βιβλιογραφία 5ου κεφαλαίου ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας σε ακροατήρια μαθητών Εφαρμογή του σεναρίου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου Τμήμα Α Τμήμα Α Τμήμα Α Τμήμα Α Στατιστική ανάλυση της αποτελεσματικότητας της ενσωμάτωσης των κλίκερς στην εκπαιδευτική διαδικασία Εφαρμογή του σεναρίου του 1ου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές Γυμνασίου Τμήματα Α8 και Α Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας σε ακροατήρια φοιτητών Νόμος του Ωμ. Τμήμα Δ Ανάλυση των συζητήσεων Ανάλυση συγκέντρωσης Νόμος του Ωμ. Τμήμα Δ Ανάλυση των συζητήσεων Ανάλυση συγκέντρωσης Κανόνες του Κίρκοφ. Τμήμα Δ [vi]

9 Περιεχόμενα Ανάλυση των συζητήσεων Ανάλυση συγκέντρωσης ος νόμος του Νεύτωνα. Τμήμα Δ Ανάλυση των συζητήσεων Ανάλυση συγκέντρωσης ος νόμος του Νεύτωνα. Τμήμα Δ Ανάλυση των συζητήσεων Ανάλυση συγκέντρωσης ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Αποτελέσματα από τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών Αποτελέσματα από τη διερεύνηση του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών Εφαρμογή του σεναρίου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου Εφαρμογή του σεναρίου του πρώτου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών Εφαρμογή του σεναρίου του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ Εφαρμογή του σεναρίου του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ Εφαρμογή του σεναρίου των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ Εφαρμογή του σεναρίου του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ Εφαρμογή του σεναρίου του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ Αποτίμηση της βασικής υπόθεσης της έρευνας Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα Παραρτήματα Παράρτημα Α. Ερωτήσεις στο νόμο του Ohm, τμήματα Δ1 και Δ Παράρτημα Β. Ερωτήσεις στους κανόνες του Κίρκοφ, τμήμα Δ Παράρτημα Γ. Ερωτήσεις στον 3ο νόμο του Νεύτωνα, τμήμα Δ Παράρτημα Δ. Ερωτήσεις στον 3ο νόμο του Νεύτωνα, τμήμα Δ Παράρτημα Ε. Ερωτήσεις στο αρχικό και τελικό τεστ στα τμήματα Α4, Α5, Α6, Α Παράρτημα Στ : Ερωτήσεις στο 1ο εργαστηριακό μάθημα των τμημάτων ΓΕ1 και ΓΕ2. Πρότυπο Α.387 Παράρτημα Ζ : Ερωτήσεις στο 2ο εργαστηριακό μάθημα των τμημάτων ΓΕ1 και ΓΕ2. Πρότυπο Β Παράρτημα Η : Ερωτήσεις στο 5ο εργαστηριακό μάθημα των τμημάτων ΓΕ1 και ΓΕ2. Πρότυπο Γ..392 [vii]

10 Περιεχόμενα Παράρτημα Θ : Ερωτήσεις στο 3ο εργαστηριακό μάθημα των τμημάτων ΓΕ1 και ΓΕ2. Πρότυπο Δ..396 Παράρτημα Ι : Ερωτήσεις στα τμήματα Π1, Π2, Π3, Α1, Α2. Πρότυπα Γ και Ε Σύντομο βιογραφικό σημείωμα [viii]

11 Λίστα Διαγραμμάτων Λίστα Διαγραμμάτων Διάγραμμα 1. Απεικόνιση S-C: οι επιτρεπτές περιοχές για m=3, 4, 5, Διάγραμμα 2. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Α (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 3. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 4. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Β (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 5. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Β (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 6. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 7. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 8. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Δ (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 9. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Δ (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 10. Οι μέσες τιμές και το διάστημα εμπιστοσύνης (95%) των τιμών του δείκτη <g 21> για τα τέσσερα πρότυπα (ΓΕ1, ΓΕ2) Διάγραμμα 11. Τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση στους τρεις γύρους απαντήσεων (πρότυπο Γ - ΓΕ1) Διάγραμμα 12. Τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση στους τρεις γύρους απαντήσεων (πρότυπο Γ - ΓΕ2) Διάγραμμα 13. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (Π1, Π2, Π3) Διάγραμμα 14. Δείκτης κέρδους ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (Π1, Π2, Π3) Διάγραμμα 15. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Ε (Π1, Π2, Π3) Διάγραμμα 16. Δείκτης κέρδους ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Ε (Π1, Π2, Π3) Διάγραμμα 17. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 1η ερώτηση) Διάγραμμα 18. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 2η ερώτηση) Διάγραμμα 19. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 3η ερώτηση) Διάγραμμα 20. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Γ, Π [ix]

12 Λίστα Διαγραμμάτων Διάγραμμα 21. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Γ, Π Διάγραμμα 22. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π2, 1η ερώτηση) Διάγραμμα 23. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 2η ερώτηση) Διάγραμμα 24. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 3η ερώτηση) Διάγραμμα 25. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Γ, Π Διάγραμμα 26. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Γ, Π Διάγραμμα 27. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π3, 1η ερώτηση) Διάγραμμα 28. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π3, 2η ερώτηση) Διάγραμμα 29. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π3, 3η ερώτηση) Διάγραμμα 30. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Γ, Π Διάγραμμα 31. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Γ, Π Διάγραμμα 32. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α1, 1η ερώτηση) Διάγραμμα 33. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α1, 2η ερώτηση) Διάγραμμα 34. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Ε, Α Διάγραμμα 35. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Ε, Α Διάγραμμα 36. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α2, 1η ερώτηση) Διάγραμμα 37. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α1, 2η ερώτηση) Διάγραμμα 38. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Ε, Α Διάγραμμα 39. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Ε, Α Διάγραμμα 40. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-1η ερώτηση) Διάγραμμα 41. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-2η ερώτηση) Διάγραμμα 42. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-3η ερώτηση) Διάγραμμα 43. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-4η ερώτηση) Διάγραμμα 44. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-5η ερώτηση) Διάγραμμα 45. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-6η ερώτηση) Διάγραμμα 46. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 47. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 48. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-1η ερώτηση) [x]

13 Λίστα Διαγραμμάτων Διάγραμμα 49. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-2η ερώτηση) Διάγραμμα 50. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-3η ερώτηση) Διάγραμμα 51. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-4η ερώτηση) Διάγραμμα 52. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-5η ερώτηση) Διάγραμμα 53. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-6η ερώτηση) Διάγραμμα 54. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 55. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 56. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-1η ερώτηση) Διάγραμμα 57. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-2η ερώτηση) Διάγραμμα 58. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-3η ερώτηση) Διάγραμμα 59. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-4η ερώτηση) Διάγραμμα 60. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-5η ερώτηση) Διάγραμμα 61. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-6η ερώτηση) Διάγραμμα 62. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 63. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 64. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-1η ερώτηση) Διάγραμμα 65. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-2η ερώτηση) Διάγραμμα 66. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-3η ερώτηση) Διάγραμμα 67. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-4η ερώτηση) Διάγραμμα 68. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-5η ερώτηση) Διάγραμμα 69. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-6η ερώτηση) Διάγραμμα 70. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 71. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Διάγραμμα 72. Η κατανομή των βαθμών στο pre test στις δύο τάξεις class1 και class Διάγραμμα 73. Η κατανομή των βαθμών στο post test στις δύο τάξεις class1 και class Διάγραμμα 74. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α8 1η ερώτηση) Διάγραμμα 75. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α9 1η ερώτηση) Διάγραμμα 76. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α8 2η ερώτηση) [xi]

14 Λίστα Διαγραμμάτων Διάγραμμα 77. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α9 2η ερώτηση) Διάγραμμα 78. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α8 3η ερώτηση) Διάγραμμα 79. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α9 3η ερώτηση) Διάγραμμα 80. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α8 4η ερώτηση) Διάγραμμα 81. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α9 4η ερώτηση) Διάγραμμα 82. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α8 5η ερώτηση) Διάγραμμα 83. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α9 5η ερώτηση) Διάγραμμα 84. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 85. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 86. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q2. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 87. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q3/Q5/Q7/Q11/Q12. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 88. Κατανομή απαντήσεων, Q4. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 89. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q6. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 90. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q8. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 91. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q9. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 92. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q10. Νόμος του Ωμ (Δ1) Διάγραμμα 93. Απεικόνιση S-C, νόμος του Ωμ, Δ Διάγραμμα 94. Απεικόνιση S-Γ, νόμος του Ωμ, Δ Διάγραμμα 95. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 96. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 97. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q2. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 98. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q3/Q5/Q7/Q11. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 99. Κατανομή απαντήσεων, Q4. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 100. Κατανομή απαντήσεων, Q6. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 101. Κατανομή απαντήσεων, Q8. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 102. Κατανομή απαντήσεων, Q9. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 103. Κατανομή απαντήσεων, Q9. Νόμος του Ωμ (Δ2) Διάγραμμα 104. Απεικόνιση S-C, νόμος του Ωμ, Δ [xii]

15 Λίστα Διαγραμμάτων Διάγραμμα 105. Απεικόνιση S-Γ, νόμος του Ωμ, Δ Διάγραμμα 106. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο κανόνων του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 107. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο κανόνων του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 108. Κατανομή απαντήσεων, Q1. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 109. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q2/Q5. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 110. Κατανομή απαντήσεων, Q3. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 111. Κατανομή απαντήσεων, Q4. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 112. Κατανομή απαντήσεων, Q6. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 113. Κατανομή απαντήσεων, Q7. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 114. Κατανομή απαντήσεων, Q8. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 115. Κατανομή απαντήσεων, Q9. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 116. Κατανομή απαντήσεων, Q10. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 117. Κατανομή απαντήσεων, Q11. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Διάγραμμα 118. Απεικόνιση S-C, κανόνες του Κίρκοφ, Δ Διάγραμμα 119. Απεικόνιση S-Γ, κανόνες του Κίρκοφ, Δ Διάγραμμα 120. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ1)..306 Διάγραμμα 121. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ1) 307 Διάγραμμα 122. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q2. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Διάγραμμα 123. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q3/Q4. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Διάγραμμα 124. Κατανομή απαντήσεων, Q5. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Διάγραμμα 125. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q6/Q7. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Διάγραμμα 126. Κατανομή απαντήσεων, Q8. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Διάγραμμα 127. Απεικόνιση S-C, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ Διάγραμμα 128. Απεικόνιση S-Γ, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ Διάγραμμα 129. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ2)..329 Διάγραμμα 130. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ2) 329 Διάγραμμα 131. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q12/Q13. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). 330 Διάγραμμα 132. Κατανομή απαντήσεων, Q2. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) [xiii]

16 Λίστα Διαγραμμάτων Διάγραμμα 133 Κατανομή απαντήσεων, Q3. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Διάγραμμα 134. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q4/Q5. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Διάγραμμα 135. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q6/Q7. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Διάγραμμα 136. Κατανομή απαντήσεων, Q8. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Διάγραμμα 137. Κατανομή απαντήσεων, Q9. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Διάγραμμα 138. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q10/Q11. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Διάγραμμα 139. Απεικόνιση S-C, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ Διάγραμμα 140. Απεικόνιση S-Γ, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ [xiv]

17 Λίστα Πινάκων Λίστα Πινάκων Πίνακας 1. Κωδικοποίηση των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών κατά Bao & Redish Πίνακας 2. Προτεινόμενη ερμηνεία κάθε προτύπου κατά Bao & Redish (2001) Πίνακας 3. Κατανομή των μαθητών και των φοιτητών ανά τμήμα και ανά ερευνητικό ερώτημα. 44 Πίνακας 4. Οι μέσες τιμές των κανονικοποιημένων τιμών του δείκτη <g> για τα τέσσερα πρότυπα (ΓΕ1, ΓΕ2) Πίνακας 5. Οι μέσες τιμές των κανονικοποιημένων τιμών του δείκτη <g> για τα δύο πρότυπα (Π1, Π2, Π3) Πίνακας 6. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Γ, Π Πίνακας 7. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Γ, Π Πίνακας 8. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Γ, Π Πίνακας 9. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Ε, Α Πίνακας 10. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Ε, Α Πίνακας 11. Οι τιμές του μέσου δείκτη κανονικοποιημένου κέρδους για το σενάριο του ηλεκτρικού ρεύματος (Α4, Α5, Α6, Α7) Πίνακας 12. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α Πίνακας 13. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α Πίνακας 14. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α Πίνακας 15. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α Πίνακας 16. Στατιστική σύγκριση τμημάτων Α4-Α7. Σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος Πίνακας 17. Οι τιμές του δείκτη κέρδους ανά ερώτηση και ανά τμήμα (Α8, Α9) Πίνακας 18. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ1 στο σενάριο του νόμου του Ωμ Πίνακας 19. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Νόμος του Ωμ (Δ1) Πίνακας 20. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). Νόμος του Ωμ (Δ1). 243 Πίνακας 21. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ2 στο σενάριο του νόμου του Ωμ Πίνακας 22. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Νόμος του Ωμ (Δ2) Πίνακας 23. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). Νόμος του Ωμ (Δ2). 274 [xv]

18 Λίστα Πινάκων Πίνακας 24. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ2 στο σενάριο των κανόνων του Κίρκοφ Πίνακας 25. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Πίνακας 26. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2) Πίνακας 27. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ1 στο σενάριο του 3ου νόμου του Νεύτωνα Πίνακας 28. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Πίνακας 29. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Πίνακας 30. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ2 στο σενάριο του 3ου νόμου του Νεύτωνα Πίνακας 31. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Πίνακας 32. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Πίνακας 33. Τιμές των δεικτών κέρδους <g> 6 και <g> [xvi]

19 Λίστα Εικόνων Λίστα Εικόνων Εικόνα 1 Μια συσκευή CRS της εταιρείας Hitachi-Verdict plus Εικόνα 2. Κύκλωμα για τη διερεύνηση του 1ου κανόνα του Κίρκοφ Εικόνα 3. Κύκλωμα για τη διερεύνηση του 2ου κανόνα του Κίρκοφ Εικόνα 4. Ζυγός που ισορροπεί Εικόνα 5. Ζυγός που ισορροπεί Εικόνα 6. Ο αστροναύτης μπροστά σε μια μπάλα του πινγκ πονγκ η οποία αιωρείται [xvii]

20 Συντομογραφίες Συντομογραφίες ΦΕ: Φυσικές Επιστήμες CRSs: Classroom Response Systems Συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων [xviii]

21 Περίληψη Περίληψη Περίληψη Η διατριβή αυτή προέκυψε από την ανάγκη βελτίωσης της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής τόσο στην Τριτοβάθμια όσο και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση (υποχρεωτική και μη), όπως συνεπάγεται από δεδομένα διεθνών ερευνών. Η βασική υπόθεση της έρευνάς μας είναι ότι η βελτίωση αυτή μπορεί να επιτευχθεί μέσω της παιδαγωγικής αναπλαισίωσης της παραδοσιακής διδασκαλίας, με την υιοθέτηση μαθητοκεντρικών περιβαλλόντων ενεργούς μάθησης και την αξιοποίηση διαδραστικής εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Έτσι, το βασικό κορμό της διατριβής αποτελεί ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη, η εφαρμογή και η αποτίμηση μεθόδων διδασκαλίας με την ενσωμάτωση και την αξιοποίηση ενός συστήματος τηλεκαταγραφής απαντήσεων (Classroom Response Systems-CRS). Η υιοθέτηση/επιλογή του συστήματος CRS έγινε επειδή αφενός προσφέρει δυνατότητες καταγραφής και παροχής ανάδρασης, σε πραγματικό χρόνο, δεδομένων τα οποία σχετίζονται με τη μαθησιακή διαδικασία και αφετέρου, επειδή η ίδια η χρήση του υποστηρίζεται διεθνώς ότι λειτουργεί καταλυτικά στη δημιουργία μαθησιακού περιβάλλοντος που προάγει την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας της Φυσικής. Η παιδαγωγική προσέγγιση που υιοθετήθηκε στηρίχθηκε, σε ό,τι αφορά τη γνωστική διάσταση, στη θεωρία του εποικοδομητισμού, σε ό,τι αφορά την κοινωνική διάσταση στο έργο του Vygotsky και στο ρόλο της συζήτησης στην εκπαιδευτική διαδικασία, και σε ό,τι αφορά την ψυχολογική διάσταση στη σημασία των κινήτρων και των μηχανισμών αυτορυθμιζόμενης μάθησης. Κύριοι στόχοι της διατριβής είναι: α. να αναπτυχθούν και να εφαρμοστούν μαθητοκεντρικά εκπαιδευτικά σενάρια για τη διδασκαλία βασικών εννοιών της Φυσικής στη Δευτεροβάθμια και Τριτοβάθμια εκπαίδευση για να μελετηθούν διάφορες παιδαγωγικές προσεγγίσεις τις οποίες η χρήση ενός CRS μπορεί να βελτιώσει ή να επιτρέπει ή να μεγεθύνει, [1]

22 Περίληψη β. να διερευνηθεί αν ισχύουν, στο ιδιαίτερο περιβάλλον του ελληνικού εκπαιδευτικού συστήματος, τα βασικά πορίσματα της διεθνούς έρευνας από την εφαρμογή των CRS ως εργαλείων που προάγουν την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση, στο πλαίσιο της διδακτικής μεθοδολογίας που είναι γνωστή ως διδασκαλία μεταξύ ομότιμων (peer instruction), και γ. να διερευνηθεί και να αποτιμηθεί η δυναμική ενός CRS ως ερευνητικού εργαλείου που, εντός του παιδαγωγικού πλαισίου χρήσης του, επικουρεί στην ανάδειξη των νοητικών μοντέλων και των εναλλακτικών ιδεών των διδασκόμενων, επιτρέπει την καταγραφή/παρακολούθηση της γνωστικής εξέλιξης όλων των μαθητών μιας τάξης καθώς και της ανάπτυξης/εξέλιξης της δυναμικής ομάδων. Στο πλαίσιο της διατριβής αναπτύχθηκαν εκπαιδευτικά σενάρια για τη διδασκαλία εννοιών της Φυσικής στην Τριτοβάθμια αλλά και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Ακολουθήθηκαν διάφορες παιδαγωγικές προσεγγίσεις οι οποίες αν και βασίστηκαν στη στρατηγική της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων επέκτειναν τη μέθοδο αυτή λαμβάνοντας υπόψη βασικές παιδαγωγικές αρχές της ενεργούς μάθησης αλλά και σύγχρονα πορίσματα των ερευνών στη διδακτική της Φυσικής (στόχος α). Για την αποτίμηση της αποτελεσματικότητας των διδακτικών παρεμβάσεων υπολογίστηκε ο δείκτης κέρδους g, έγινε εφαρμογή της μεθόδου ανάλυσης συγκέντρωσης ενώ κατά περίπτωση υπολογίστηκαν στατιστικοί συντελεστές συσχέτισης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνάς μας επιβεβαιώνονται τα πορίσματα της διεθνούς βιβλιογραφίας (στόχος β) ενώ ταυτόχρονα αναδεικνύεται η δυναμική των CRSs ως εργαλείων που μπορούν να βελτιώσουν τη μαθησιακή διαδικασία τόσο στην Τριτοβάθμια όσο και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση. [2]

23 Κεφάλαιο 1 Κεφάλαιο 1ο - Σκοπιμότητα και δομή της διατριβής 1ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Στο εισαγωγικό αυτό κεφάλαιο παρουσιάζονται τα στοιχεία εκείνα που στηρίζουν την σκοπιμότητα της παρούσας διατριβής. Στην παράγραφο 1.1, παρουσιάζονται στοιχεία που αναδεικνύουν την αναποτελεσματικότητα της παραδοσιακής διδασκαλίας των ΦΕ. Στην παράγραφο 1.2, γίνεται μία παρουσίαση των ενεργών μεθόδων διδασκαλίας. Στην παράγραφο 1.3, παρουσιάζεται ο ρόλος της διαμορφωτικής αξιολόγησης στην αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας των ΦΕ. Στην παράγραφο 1.4 παρουσιάζονται τα συστήματα καταγραφής απαντήσεων CRS. Στην παράγραφο 1.5, παρουσιάζεται η σκοπιμότητα της παρούσας διατριβής. Στην παράγραφο 1.6 παρουσιάζονται τα ερευνητικά ερωτήματα της διατριβής. Στην παράγραφο 1.7 παρουσιάζεται η δομή της διατριβής. Στο τέλος του κεφαλαίου ακολουθεί η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για τεκμηρίωση. 1.1 Η αναποτελεσματικότητα της παραδοσιακής διδασκαλίας της Φυσικής Οι μεταβολές που έχουν συμβεί τις τελευταίες δύο δεκαετίες τόσο στην αγορά εργασίας όσο και στη διεθνή πολιτική σκηνή έχουν καταστήσει επιτακτική την ανάγκη γραμματισμού στις ΦΕ όλων των πολιτών και έχουν φέρει τη διδασκαλία των ΦΕ, και της Φυσικής ειδικότερα, στο προσκήνιο (Beichner et al., 1995). Έχει προκύψει έτσι η ανάγκη κατανόησης εκείνων των μεθόδων που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αποτελεσματική διδασκαλία της Φυσικής αλλά και των μηχανισμών που θα επιτρέψουν την εκπαίδευση των νέων φυσικών ώστε να καταφέρουν να εφαρμόσουν αυτές τις μεθόδους. Με τον όρο αποτελεσματική διδασκαλία της Φυσικής εννοούμε, σε αυτή τη διατριβή, εκείνη τη διδασκαλία που μεταβάλλει τον τρόπο που οι μαθητές σκέφτονται για τη Φυσική και την επίλυση των προβλημάτων Φυσικής, ώστε να δρουν όσο το δυνατόν περισσότερο ως ειδικοί, ως εξασκημένοι [3]

24 Κεφάλαιο 1 φυσικοί: αντί, δηλαδή, να θεωρούν τη Φυσική ως τη συσσώρευση απομονωμένων κομματιών πληροφορίας αποκομμένων από τον πραγματικό κόσμο, να υιοθετήσουν, όπως οι ειδικοί, μια οπτική που βλέπει τη Φυσική ως μία συνεκτική δομή εννοιών οι οποίες θεμελιώνονται πειραματικά και περιγράφουν τη φύση (Wieman και Perkins, 2005). Μέχρι και σήμερα, η πλειοψηφία των εκπαιδευτικών και πανεπιστημιακών δασκάλων στη μέση και ανώτατη εκπαίδευση ακολουθεί την παραδοσιακή διδασκαλία της Φυσικής. Αυτή συνίσταται κυρίως στην παρουσίαση της διδακτέας ύλης υπό μορφή διάλεξης και την επίλυση ασκήσεων που βρίσκονται στο τέλος των κεφαλαίων των διδακτικών εγχειριδίων. Έχουν γίνει πολλές έρευνες σε όλο τον κόσμο με σκοπό την αποτίμηση της αποτελεσματικότητας της παραδοσιακής διδασκαλίας (McDermott και Redish, 1999). Ενδεικτικά, οι Wieman και Perikins (2005) αναφέρουν ότι μόλις το 10% των φοιτητών τους μπόρεσαν να απαντήσουν σωστά σε μία ερώτηση ανάκλησης πληροφορίας η οποία δόθηκε ρητά κατά τη διάρκεια διάλεξης, δεκαπέντε λεπτά μετά την παρουσίαση της πληροφορίας. Σύμφωνα με τον Hake (1998), ανεξάρτητα από το διδάσκοντα, το μέγεθος της τάξης ή το εκπαιδευτικό ίδρυμα, οι φοιτητές κατακτούν λιγότερο από το 30% της νέας γνώσης που τους προσφέρεται μέσω της παραδοσιακής διδασκαλίας. Αντίστοιχα, σύμφωνα με την McDermott (1993) διδάσκοντας με το να λέμε είναι ένα αναποτελεσματικός τρόπος διδασκαλίας για τους περισσότερους μαθητές Οι μαθητές πρέπει να εμπλακούν ενεργά για να αναπτύξουν λειτουργική κατανόηση. Κοινός τόπος των σχετικών ερευνών είναι ότι ένας τυπικός μαθητής που παρακολουθεί μια παραδοσιακή διδασκαλία Φυσικής απομνημονεύει τύπους και γεγονότα και μαθαίνει συνταγές επίλυσης ασκήσεων. Δεν κατανοεί πραγματικά τις έννοιες της Φυσικής και δεν μπορεί να τις εφαρμόσει για να περιγράψει φαινόμενα της καθημερινής ζωής. Θεωρεί το μάθημα βαρετό και αδυνατεί να το συσχετίσει με την πραγματικότητα. 1.2 Ενεργές μέθοδοι διδασκαλίας Ένα από τα σημεία στα οποία η παραδοσιακή διδασκαλία της Φυσικής εμφανίζει σημαντική ανεπάρκεια είναι η αδυναμία εμπλοκής όλων των μαθητών στην εκπαιδευτική διαδικασία (Caldwell, 2007; Reay, Li, & Bao, 2008), τη στιγμή που η εμπλοκή φαίνεται ότι είναι αναγκαία συνθήκη για τη μάθηση (Beatty, 2004; Carini, Kuh, & Klein, 2006; Bransford et al., 1999). Ένας τρόπος εμπλοκής των μαθητών στην εκπαιδευτική διαδικασία είναι η εισαγωγή ενεργών μεθόδων διδασκαλίας (Beatty, 2004; Crouch & Mazur, 2001), μεθόδων οι οποίες απαιτούν περισσότερη συζήτηση και ανταλλαγή επιχειρημάτων μεταξύ των μαθητών, περισσότερο διάβασμα και προετοιμασία εκ μέρους των μαθητών και εκπόνηση περισσότερων εργασιών (Gurthrie και Carlin, 2004). Στην παρούσα διατριβή υιοθετείται ο ορισμός των ενεργών μεθόδων διδασκαλίας που δίνει ο [4]

25 Κεφάλαιο 1 Hake (1998), σύμφωνα με τον οποίο είναι εκείνες που έχουν σχεδιαστεί, τουλάχιστον εν μέρει, ώστε να προάγουν την εννοιολογική κατανόηση μέσω της ενεργούς εμπλοκής των εκπαιδευομένων σε νοητικές (πάντα) και πειραματικές (συνήθως) δραστηριότητες οι οποίες παρέχουν άμεση ανάδραση μέσω της συζήτησης με τους συμμαθητές/συμφοιτητές και το διδάσκοντα. Υπό αυτή την έννοια, παραδοσιακή διδασκαλία νοείται εκείνη η οποία δεν κάνει χρήση των μεθόδων της ενεργούς διδασκαλίας και στηρίζεται κυρίως σε παθητικές διαλέξεις, εργαστηριακές συνταγές εκτέλεσης πειραμάτων και εξετάσεις επίλυσης αλγοριθμικών προβλημάτων. Εκτενής βιβλιογραφία υποστηρίζει το ρόλο των ενεργών μεθόδων μάθησης στη διδασκαλία των ΦΕ (Freeman et ai., 2007; Hake, 1998, 2002; Meltzer & Manivannan, 2002; Novak et ai., 1999; Σταυρίδου, 2000; Cohen, 1994; Lazarowitz & Hertz-Lazarowitz, 1998). Σύμφωνα με τον Hake (1998), οι επιδόσεις μαθητών και φοιτητών που ενεπλάκησαν σε ενεργές μορφές διδασκαλίας ήταν σημαντικά καλύτερες από τις επιδόσεις όσων παρακολούθησαν παραδοσιακές διδασκαλίες. Μία ευρέως χρησιμοποιούμενη παιδαγωγική προσέγγιση ενεργούς διδασκαλίας είναι η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων (peer instruction) η οποία εισήχθη από τον Mazur (1997) ειδικά για τη διδασκαλία της Φυσικής και έκτοτε έχει χρησιμοποιηθεί σε όλα σχεδόν τα γνωστικά αντικείμενα. Η μέθοδος αυτή, η οποία έχει αποδειχθεί αρκετά αποτελεσματική (Fagan, Crouch & Mazur, 2002) συνίσταται στην διατύπωση, σε τακτά χρονικά διαστήματα, μίας εννοιολογικού περιεχομένου ερώτησης, την οποία απαντά κάθε μαθητής μόνος του. Στη συνέχεια, οι μαθητές καλούνται να συνεργαστούν σε ομάδες προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την ακρίβεια της απάντησής του. Μετά από αυτή την αλληλεπίδραση μεταξύ των ομότιμων μαθητών, οι τελευταίοι έχουν την ευκαιρία να απαντήσουν ξανά. Ακολουθεί η αποκάλυψη της σωστής απάντησης από το διδάσκοντα και η δικαιολόγηση της. Στην παρούσα διατριβή έχει υιοθετηθεί η άποψη ότι η ενεργός εμπλοκή των μαθητών στη διδακτική διαδικασία μπορεί να επιτευχθεί με την ανάδραση σε πραγματικό χρόνο και τη διαμορφωτική αξιολόγηση που παρέχει η σύγχρονη εκπαιδευτική τεχνολογία και συγκεκριμένα η αξιοποίηση των συστημάτων καταγραφής απαντήσεων (Classroom Response Systems-CRSs), σε συνδυασμό με μια διδακτική μέθοδο που αποτελεί εκδοχή της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων. 1.3 Ανάδραση και διαμορφωτική αξιολόγηση με τη χρήση Νέων Τεχνολογιών Σύμφωνα με τους Black και Wiliam (1998) η διαμορφωτική αξιολόγηση αποτελεί θεμέλιο της αποτελεσματικής διδασκαλίας. Παράγει σημαντικά και άμεσα μαθησιακά οφέλη, ενώ φαίνεται να βοηθάει περισσότερο τους φερόμενους ως «αδύναμους» μαθητές. [5]

26 Κεφάλαιο 1 Η αξιολόγηση γενικότερα αναφέρεται σε εκείνες τις πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την ανατροφοδότηση της διδασκαλίας και των μαθησιακών δραστηριοτήτων. Όταν οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιούνται για την προσαρμογή της διδασκαλίας στις ανάγκες των μαθητών αναφερόμαστε σε διαμορφωτική αξιολόγηση. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να πραγματοποιηθεί διαμορφωτική αξιολόγηση σε μία τάξη. Το ιδανικό θα ήταν η αξιολόγηση αυτή να μη γίνεται μόνο στο τέλος της διδακτικής ώρας αλλά κάθε φορά που εισάγεται μία νέα έννοια ή διατυπώνεται μια ιδέα από κάποιον μαθητή ή τον διδάσκοντα. Στην πράξη αυτά που συνήθως γίνονται είναι τα εξής (Draper et al., 2002; McCabe, 2006): χέρι τους, α. ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές που συμφωνούν ή όχι με μια πρόταση να σηκώσουν το β. τίθεται μία ερώτηση και μερικοί μαθητές απαντούν εθελοντικά, απαντήσεις, ή γ. χρησιμοποιούνται μαυροπίνακες για να καταγράφονται ταξινομημένες διάφορες επιλογών. δ. χρησιμοποιούνται έγχρωμες κάρτες για να αναπαραστήσουν απαντήσεις πολλαπλών Αυτές οι μέθοδοι παρουσιάζουν, ωστόσο, αξιοσημείωτα μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, το να σηκώσουν τα χέρια τους οι μαθητές, ή αντίστοιχα κάποιες έγχρωμες κάρτες, είναι περιοριστικό καθώς είναι δύσκολο να παράσχει μια γρήγορη και ακριβή αίσθηση της κατανόησης της τάξης, ιδιαίτερα σε μεγάλα αμφιθέατρα. Επιπλέον, μερικοί μαθητές τείνουν να αντιγράφουν τις απαντήσεις των άλλων, ενώ με το που κατεβαίνουν τα χέρια ή οι κάρτες τα δεδομένα χάνονται (Abrahamson, 2006). Επίσης, συνήθως σηκώνουν το χέρι ή δίνουν απαντήσεις μόνο οι μαθητές που είναι βέβαιοι για τις γνώσεις τους, με αποτέλεσμα να εμπλέκονται συνήθως ελάχιστοι μόνο διδασκόμενοι και να μην υπάρχει σαφής εικόνα της γνωστικής κατάστασης όλης της τάξης (Banks, 2006). Ας σημειωθεί, επίσης, ότι σηκώνοντας το χέρι του ένας μαθητής η απάντησή του παύει να είναι ανώνυμη γεγονός που επίσης αποθαρρύνει αρκετούς να συμμετάσχουν. Επιπλέον, τροχοπέδη αποτελεί ο χρόνος που απαιτείται για τη συλλογή των δεδομένων και την επεξεργασία τους: ακόμη κι αν ο διδάσκων προσπαθήσει να αποτυπώσει τις ιδέες όλων των μαθητών με κάποιο τεστ, η διόρθωσή του θα γίνει μετά το μάθημα και άρα η ανατροφοδότησή του δεν μπορεί να είναι άμεση έχοντας ως συνέπεια την κατάρρευση ουσιαστικά του καναλιού ανατροφοδότησης διδάσκοντος-διδασκόμενων. Σύμφωνα με τους Roschell, Penuel και Abrahamson (2004) η συλλογή και η ανάλυση των δεδομένων που θεωρούνται ζωτικής σημασίας για τη διαμορφωτική αξιολόγηση της διδακτικής αλληλεπίδρασης διδάσκοντα-διδασκομένων μπορεί να επιτευχθεί σε μια διασυνδεδεμένη τάξη. Με [6]

27 Κεφάλαιο 1 τον τελευταίο αυτό όρο δεν εννοείται κατ ανάγκη μία τάξη με υπολογιστές που έχουν πρόσβαση στο διαδίκτυο, αλλά μία τάξη στην οποία είναι διαθέσιμη σύγχρονη ασύρματη τεχνολογία συλλογής και καταγραφής των απαντήσεων των διδασκομένων, απαντήσεις που μπορούν να προβάλλονται άμεσα στην ολομέλεια και να συζητούνται. Ο Salend (2009) έχει περιγράψει νέου τύπου διαδραστικά συστήματα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ενεργοποιήσουν τις διαδικασίες μάθησης και να παράσχουν αποτελεσματική χρήση της αξιολόγησης των μαθητών σε πραγματικό χρόνο. 1.4 Τα συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων (CRSs) Τα συστήματα καταγραφής απαντήσεων είναι εξειδικευμένοι υπολογιστές παλάμης με δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας με έναν σταθμό βάσης (Fies και Marshall, 2006). Ο σταθμός βάσης συλλέγει τα δεδομένα και τα μεταφέρει σε έναν Η/Υ. Κάθε μονάδα (κλίκερ) αναγνωρίζεται από το σύστημα μέσω ενός αριθμού ταυτότητας που του αντιστοιχεί. Έτσι κάθε μαθητής ή ομάδα μαθητών ή/και όλοι οι μαθητές μπορούν να δέχονται συγκεκριμένες ερωτήσεις (τις ίδιες ή διαφορετικές ανά μαθητή ή ανά ομάδα) στην οθόνη της συσκευής τους, να απαντούν στέλνοντας ανοικτό κείμενο, αριθμητικά αποτελέσματα, απαντήσεις σε ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, απαντήσεις τύπου Σωστό Λάθος και απαντήσεις ακολουθίας («να βάλετε στη σωστή σειρά»). Οι μαθητές ενημερώνονται ότι η απάντησή τους καταχωρήθηκε, ενώ υπάρχει η δυνατότητα να ενημερώνονται αν έχουν απαντήσει σωστά (ανάδραση μαθητών). Μέσω λογισμικού, που συνεργάζεται και με εμπορικά πακέτα παρουσιάσεων, είναι δυνατό αμέσως μετά τη λήξη αποστολής απαντήσεων να παρουσιαστούν στατιστικά στοιχεία για τις απαντήσεις που δόθηκαν, οι οποίες μάλιστα μπορούν συσχετισθούν με συγκεκριμένες ομάδες μαθητών ή με προηγούμενες απαντήσεις. Τα στοιχεία αυτά μπορούν να προβάλλονται σε όλη την τάξη με τη βοήθεια προβολικού συστήματος ή μόνο στην οθόνη της συσκευής του διδάσκοντος. Τα CRSs έχουν χρησιμοποιηθεί ήδη από το 1998 στα Αμερικανικά πανεπιστήμια για να βελτιώσουν την αλληλεπίδραση, την εμπλοκή και την προσοχή των μαθητών στην εκπαιδευτική διαδικασία (Draper & Brown, 2004; Hinde & Hunt, 2006), να αυξήσουν την παρουσία τους στις πανεπιστημιακές διαλέξεις (Bullock et al., 2002), να προκαλέσουν συζητήσεις μέσα στην αίθουσα διδασκαλίας μεταξύ των φοιτητών (Pelton & Pelton, 2006), να παράσχουν ανάδραση τόσο στους φοιτητές όσο και στους διδάσκοντες με σκοπό να βελτιώσουν τη διδασκαλία (Caldwell, 2007), αλλά και να βελτιώσουν τη μαθησιακή διαδικασία (El-Rady, 2006). [7]

28 Κεφάλαιο Σκοπιμότητα της διατριβής Η διατριβή αυτή προέκυψε από την ανάγκη βελτίωσης της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής τόσο στην Τριτοβάθμια όσο και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση (υποχρεωτική και μη), όπως συνεπάγεται από δεδομένα διεθνών ερευνών. Οι διδάσκοντες συχνά αξιολογούν την επιτυχία ενός μαθήματος από την εντύπωση που οι ίδιοι σχηματίζουν για το πόσα πράγματα έμαθαν οι μαθητές τους ή από το πόσο ευχαριστημένοι φαίνονται να είναι οι μαθητές στο τέλος του μαθήματος. Μολονότι ένας προικισμένος δάσκαλος μπορεί να εμπνεύσει τους μαθητές του και να διεγείρει το ενδιαφέρον τους για να μάθουν, σπάνια τα μαθησιακά οφέλη επεκτείνονται πέρα από την τάξη αυτού του δασκάλου (McDermott, 2001). Η βασική υπόθεση της έρευνάς μας είναι ότι η βελτίωση αυτή μπορεί να επιτευχθεί μέσω της παιδαγωγικής αναπλαισίωσης της παραδοσιακής διδασκαλίας, με την υιοθέτηση μαθητοκεντρικών περιβαλλόντων ενεργούς μάθησης και την αξιοποίηση αναδραστικής εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Έτσι, το βασικό κορμό της διατριβής αποτελεί ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη, η εφαρμογή και η αποτίμηση μεθόδων διδασκαλίας με την ενσωμάτωση και την αξιοποίηση ενός συστήματος τηλεκαταγραφής απαντήσεων (Classroom Response Systems-CRS). Η υιοθέτηση/επιλογή του συστήματος CRS έγινε επειδή αφενός προσφέρει δυνατότητες καταγραφής και παροχής ανάδρασης, σε πραγματικό χρόνο, δεδομένων τα οποία σχετίζονται με τη μαθησιακή διαδικασία και αφετέρου, επειδή η ίδια η χρήση του υποστηρίζεται διεθνώς ότι λειτουργεί καταλυτικά στη δημιουργία μαθησιακού περιβάλλοντος που προάγει την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας της Φυσικής. Τα CRSs είναι μια σχετικά νέα τεχνολογία της οποίας η χρήση τα τελευταία 10 χρόνια έχει αρχίσει να μεταβάλλει τον τρόπο με τον οποίο διδάσκονται τα μαθήματα Φυσικών Επιστημών, και όχι μόνο, σε μεγάλα πανεπιστήμια των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, και πρόσφατα σε μερικές Ευρωπαϊκές χώρες (Μεγάλη Βρετανία, Γερμανία, Φινλανδία). Η τεχνολογία αυτή έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με τους φορητούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές, τα οποία σχετίζονται με τη μεγάλη ευκολία χρήσης τους και το χαμηλό κόστος κτήσης, που οδηγούν στην αντιστοιχία ενός μαθητή προς ένα σύστημα απόκρισης (κλίκερ). Κατά συνέπεια, θεωρούμε ότι είναι θέμα χρόνου η εμφάνιση των συστημάτων αυτών στις Ελληνικές τάξεις δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και στα πανεπιστημιακά αμφιθέατρα. Ωστόσο, οι μέχρι στιγμής διεθνείς ερευνητικές προσπάθειες δεν έχουν εστιάσει επαρκώς στον παιδαγωγικό χειρισμό αυτής της τεχνολογίας, δεν έχει επιχειρηθεί να εφαρμοστούν σε μικρά ακροατήρια φοιτητών ενώ είναι ελάχιστες οι έρευνες που έχουν επιχειρήσει να καταγράψουν την αποτελεσματικότητα της χρήσης των CRSs σε τάξεις Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Την ίδια στιγμή δεν υπάρχουν διαθέσιμα ερευνητικά δεδομένα από την εφαρμογή της νέας τεχνολογίας στο ιδιαίτερο εκπαιδευτικό περιβάλλον της Ελλάδας. [8]

29 Κεφάλαιο 1 Επιπλέον, έχει αναπτυχθεί μία στάση τα τελευταία χρόνια (Heron & Meltzer, 2005; Beichner et al., 2005) η οποία υποστηρίζει ότι τέτοιου τύπου έρευνες, μολονότι έχουν μέχρι πρόσφατα μονοπωληθεί από Παιδαγωγικά Τμήματα, οφείλουν να γίνονται από τμήματα Φυσικής για διάφορους λόγους: α. οι φυσικοί διαθέτουν το κατάλληλο θεωρητικό υπόβαθρο να αντιληφθούν το βάθος και τη σημασία των διάφορων εννοιών και επομένως μπορούν να διαχειριστούν με λεπτότητα το διδακτικό μετασχηματισμό που απαιτείται για τη μεταφορά της γνώσης από το επιστημονικό στο σχολικό επίπεδο. β. η ανάπτυξη της σύγχρονης τεχνολογίας έχει δημιουργήσει την ανάγκη δημιουργίας νέου εκπαιδευτικού υλικού για το οποίο απαιτείται εξειδικευμένη γνώση του πεδίου της Φυσικής. γ. τα αποτελέσματα της έρευνας στη διδασκαλία της Φυσικής που γίνεται από φυσικούς μπορούν και δημοσιεύονται σε περιοδικά Φυσικής με αποτέλεσμα να είναι ευκολότερη η διάχυση των αποτελεσμάτων και η υιοθέτηση τους από άλλους δασκάλους Φυσικής. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας προκύπτουν ενδιαφέροντα και χρήσιμα δεδομένα για τη διδακτική των Φυσικών Επιστημών στις δύο βαθμίδες της εκπαίδευσης που εφαρμόστηκαν, τα οποία προάγουν διεθνώς τη γνώση στο πεδίο αυτό και προσφέρουν καινοτόμο εκπαιδευτική τεχνογνωσία στο Ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα. Κύριοι στόχοι της διατριβής είναι: α. να αναπτυχθούν και να εφαρμοστούν μαθητοκεντρικά εκπαιδευτικά σενάρια για τη διδασκαλία βασικών εννοιών της Φυσικής στη Δευτεροβάθμια και Τριτοβάθμια εκπαίδευση στα οποία θα αξιοποιηθούν τα κλίκερς για να παράσχουν ανάδραση σε πραγματικό χρόνο σε διδασκόμενους και διδάσκοντες και να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας, β. να διερευνηθεί αν ισχύουν, στο ιδιαίτερο περιβάλλον του Ελληνικού εκπαιδευτικού συστήματος, τα βασικά πορίσματα της διεθνούς έρευνας από την εφαρμογή των CRSs ως εργαλείων που προάγουν την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση αλλά και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση, στο πλαίσιο της διδακτικής μεθοδολογίας που είναι γνωστή ως διδασκαλία μεταξύ ομότιμων (peer instruction), και γ. να διερευνηθεί και να αποτιμηθεί η δυναμική ενός CRS ως ερευνητικού εργαλείου που, εντός του παιδαγωγικού πλαισίου χρήσης του, επικουρεί στην ανάδειξη των νοητικών μοντέλων και των εναλλακτικών ιδεών των διδασκόμενων και επιτρέπει την καταγραφή/παρακολούθηση της γνωστικής εξέλιξης όλων των μαθητών μιας τάξης. [9]

30 Κεφάλαιο Ερευνητικά ερωτήματα της διατριβής Επιχειρώντας να ικανοποιηθούν οι κύριοι στόχοι της διατριβής και να διερευνηθεί η βασική υπόθεση της διατριβής, τίθενται τα εξής δύο ερευνητικά ερωτήματα: 1 ο ερευνητικό ερώτημα: Είναι αποτελεσματική η χρήση ενός CRS, εντός του παιδαγωγικού πλαισίου της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων και μέσα στο Ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα, σε μικρά ακροατήρια μαθητών και φοιτητών; 2 ο ερευνητικό ερώτημα: Είναι αποτελεσματική η αξιοποίηση ενός CRS, η χρήση του οποίου έχει ενσωματωθεί σε εκπαιδευτικά σενάρια με χαρακτηριστικά ενεργούς διδασκαλίας, σε μικρά ακροατήρια μαθητών και φοιτητών; 1.7 Δομή της διατριβής Η δομή της διατριβής αντανακλά τη διερεύνηση των δύο ερευνητικών ερωτημάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας που σχετίζεται με τα ζητήματα που θίγονται στην παρούσα διατριβή. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία της έρευνας και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για κάθε ένα από τα δύο ερευνητικά ερωτήματα τόσο για τη μέση όσο και για την ανώτατη εκπαίδευση. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία σχεδιασμού και ανάπτυξης των εκπαιδευτικών σεναρίων που εφαρμόστηκαν στη Δευτεροβάθμια και Τριτοβάθμια εκπαίδευση, καθώς και τα ίδια τα εκπαιδευτικά σενάρια. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από τη διερεύνηση των δύο ερευνητικών ερωτημάτων, αποτιμάται η βασική υπόθεση της έρευνας και κατατίθενται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα. [10]

31 Κεφάλαιο 1 Στα Παραρτήματα Α, Β, Γ, Δ, Ε, Στ, Ζ, Η, Θ και Ι δίνονται οι ερωτήσεις που τέθηκαν στο πλαίσιο της εφαρμογής των διδακτικών παρεμβάσεων της παρούσας διατριβής. Η αντίστοιχη βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για την τεκμηρίωση της διατριβής εκτίθεται στο τέλος κάθε κεφαλαίου. [11]

32 Κεφάλαιο 1 Βιβλιογραφία 1ου κεφαλαίου Abrahamson, L. (2006). A brief history of networked classrooms: Effects, cases, pedagogy, and implications. In D. A. (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Banks, D. A. (2006). Reflections on the use of ARS with small groups. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Beatty, 1. D. (2004). Transforming student learning with classroom communication systems. Ανακτήθηκε στις 14/9/2010 από Beichner, R., Hake, R., McDermott, L., Mestre, J., Redish, E., Reif, F. & Risley, J. (2005). Support of Physics-Education Research as a Subfield of Physics: Proposal to the NSF Physics Division. Ανακτήθηκε στις 10/10/2011 από Black, P. & Wiliam, D. (1998). Inside the black box: Raising standards through classroom assessment. Phi Delta Kappan, 80(2), Bransford J.D., Brown AL & Cocking RR (1999). How people learn: brain, mind, experience, and school. National Academy Press, Washington, DC. Bullock, D. W., LaBella, V. P., Clinghan, T., Ding, Z., Stewart, G., & Thibado, P. M. (2002). Enhancing the student instructor interaction frequency. The Physics Teacher, 40, Caldwell, J. E. (2007). Clickers in the large classroom: Current research and best-practice tips. CBE Life Sciences Education, 6, Carini, R. M., Kuh, G. D., & Klein, S. P. (2006). Student engagement and student learning: Testing the linkages. Research in Higher Education, 47(1), Cohen, E. (1994). Restructuring the classroom: conditions for productive small groups. Review of Educational Research, 64(1), Crouch, C. H., & Mazur, E. (2001). Peer instruction: Ten years of experience and results. Am. J. Phys., 69, Draper, S. W., & Brown, M. I. (2004). Increasing interactivity in lectures using an electronic voting system. Journal of Computer Assisted Learning, 20(2), [12]

33 Κεφάλαιο 1 Draper, S. W., Cargill, J. & Cutts, Q. (2002). Electronically enhanced classroom interaction. Australian Journal of Educational Technology, 18, El-Rady, J. (2006). To click or not to click: That s the question. Innovate Journal of Online Education, 2(4). Ανακτήθηκε στις από Fagan, A. P., Crouch, C. H., & Mazur, E. (2002). Peer instruction: Results from a range of classrooms. The Physics Teacher, 40(4), Fies, C. & Marshall, J. (2006). Classroom response systems: A review of the literature. Journal of Science Education and Technology, 15(1), Freeman, S., O'Connor, E., Parks, J. W., Cunningham, M., Hurley, D., Haak, D., et al. (2007). Prescribed active learning increases performance in introductory biology. CBE Life Sciences Education, 6, Guthrie, R. W., & Carlin, A. (2004). Waking the dead: Using interactive technology to engage passive listeners in the classroom. Proceedings of the Tenth Americas Conference on Information Systems, New York. 5,28. Hake, R. R (2002). Lessons from the physics education reform effort. Conservation Ecology, Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics text data for introductory physics courses. Am. J. Phys., 66(1), Heron, P. & Meltzer, D. (2005). The Future of Physics Education Research: Intellectual Challenges and Practical Concerns. Am. J. Phys. 73 (5), Hinde, K., & Hunt, A. (2006). Using the personal response system to enhance student learning: Some evidence from teaching economics. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Lazarowitz,R. & Hertz-Lazarowitz, R. (1998). Cooperative learning in the science curriculum. In B. J. Fraser & K.G. Tobin (eds) International Handbook of science Education. Kluwer Academic publishers, pp Mazur, E. (1997). Peer instruction A Users Manual Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ. [13]

34 Κεφάλαιο 1 McCabe, M. (2006). Live assessment by questioning in an interactive classroom. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. McDermott, L. & Redish, E. (1999). Resource Letter PER-1: Physics Education Research. Am. J. Phys., 67, McDermott, L. (1993). How we teach and how students learn-a mismatch?. Am. J. Phys. 61(4), McDermott, L.C. (2001). Oersted Medal Lecture 2001: Physics education research-the key to student learning. Am. J. Phys. 69 (11), Meltzer, D. E., & Manivannan, K. (2002). Transforming the lecture-hall environment: The fully interactive physics lecture. Am. J. Phys., 70, Novak, G., Patterson, E. T., Gavrin, A. D., & Christian, W. (1999). Just-in-time teaching: Blending active learning with web technology, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Pelton, L. F. & Pelton, T. (2006). Selected and constructed response systems in mathematics. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Reay, N. W., Li, P., & Bao, L. (2008). Testing a new voting machine question methodology. Am. J. Phys., 76(2), Roschelle, J., Penuel, W. R. & Abrahamson, L. (2004). The networked classroom. Educational Leadership, 61(5), Salend, S. J. (2009). Technology-based classroom assessments: Alternative to testing. Teaching Exceptional Children, 41(6), Wieman, C.E. & Perkins, K.K. (2005). Transforming Physics Education. Physics Today. 58: 11. Σταυρίδου Ε. (2000), Συνεργατική μάθηση στις Φυσικές Επιστήμες: Μία εφαρμογή στο δημοτικό σχολείο. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Θεσσαλίας. [14]

35 Κεφάλαιο 2 Κεφάλαιο 2ο. Ανασκόπηση της βιβλιογραφίας 2ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό επιχειρείται η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας που σχετίζεται με τα θέματα που αντιμετωπίζονται στην παρούσα διατριβή. Στην παράγραφο 2.1 καταγράφονται τα μαθησιακά οφέλη από τη χρήση των συστημάτων τηλεκαταγραφής απαντήσεων, τα οφέλη που προκύπτουν για τη διαμορφωτική αξιολόγηση των μαθητών, τα προβλήματα που έχουν παρουσιαστεί από τη εφαρμογή τους και τέλος, η μεθοδολογία χρήσης τους στην εκπαιδευτική διαδικασία. Στην παράγραφο 2.2 παρουσιάζεται η μέθοδος διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων. Στην παράγραφο 2.3 παρουσιάζονται οι ιδέες των μαθητών για τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα και τις έννοιες δύναμη και κίνηση και περιγράφονται οι διαδικασίες μέτρησης της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας με το δείκτη κέρδους g και τη θεωρία ανάλυσης συγκέντρωσης. 2.1 Τα συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων στην εκπαίδευση Τα συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων έχουν ήδη αρχίσει να χρησιμοποιούνται από το 1998 σε Αμερικανικά πανεπιστήμια, ενώ τα τελευταία χρόνια η χρήση τους δείχνει να επεκτείνεται και στην Ευρώπη. Αυτό έχει ως συνέπεια να έχουν αποτελέσει αντικείμενο εκτενούς διερεύνησης ως προς τα οφέλη που προσφέρουν στην εκπαιδευτική διαδικασία, τα προβλήματα που παρατηρούνται κατά την εφαρμογή τους και τις μεθοδολογίες αξιοποίησής τους Μαθησιακά οφέλη από τη χρήση των CRSs Πολλές μελέτες συμπεραίνουν ότι η χρήση των CRSs προκαλεί τη συχνή και θετική αλληλεπίδραση μεταξύ μαθητών αλλά και μαθητών διδάσκοντος (Banks, 2006; Beatty, 2004; Bergtrom, 2006; Caldwell, 2007; Elliott, 2003; Freeman et al., 2007; Kennedy, Cutts, & Draper, 2006; Sharma et al., 2005; Siau et al., 2006; Slain et al., 2004; Stuart et al., 2004; Trees & Jackson, 2007). Συγκεκριμένα, ερευνητές έχουν αναφέρει ότι με τη χρήση των CRSs επιτυγχάνεται καλύτερη αποτύπωση της σκέψης των μαθητών (Beatty, 2004), διατυπώνονται περισσότερο διερευνητικές ερωτήσεις, επιτυγχάνεται αυξημένη εστίαση στις ανάγκες των μαθητών (Beatty, 2004; Siau et al., 2006), προκαλούνται αποτελεσματικές συζητήσεις μεταξύ μαθητών (Bergtrom, 2006; Caldwell, 2007; [15]

36 Κεφάλαιο 2 Kennedy et al., 2006), και προωθείται η ενεργός μάθηση (Elliott, 2003; Kennedy et al., 2006; Slain et al., 2004; Stuart et al., 2004). Μερικοί ερευνητές έχουν σημειώσει ότι η χρήση των CRS αυξάνει την ποιότητα αλλά και τον αριθμό των συζητήσεων στην τάξη, ιδιαίτερα όταν εφαρμόζεται με τη στρατηγική που είναι γνωστή ως «διδασκαλία μεταξύ ομότιμων» (Beatty, 2004; Brewer, 2004; Draper & Brown, 2004; Jones et al., 2001; Nicol & Boyle, 2003). Εκτεταμένες ποιοτικές έρευνες προτείνουν ότι η μαθησιακή απόδοση αυξάνεται εξαιτίας της χρήσης των CRSs (Brewer, 2004; Caldwell, 2007; Carnaghan & Webb, 2007; Horowitz, 2006; Hu et al., 2006; Kennedy & Cutts, 2005; Latessa & Mouw, 2005; Poulis et al., 1998; Schackow et al., 2004). Επιπλέον, πολλές έρευνες αναφέρουν ότι τάξεις που χρησιμοποιούν τα CRSs έχουν καλύτερα αποτελέσματα από τις παραδοσιακές τάξεις διαλέξεων (Bullock et al., 2002; El-Rady, 2006; Fagan, Crouch, & Mazur, 2002; Kaleta & Joosten, 2007; Kennedy & Cutts, 2005; Pradhan et al., 2005; Preszler et al., 2007; Schackow et al., 2004; Slain et al., 2004). Πολλές έρευνες αναφέρουν ότι οι φοιτητές ισχυρίζονται ότι εμβαθύνουν περισσότερο στις έννοιες όταν χρησιμοποιούν τα CRSs (Elliott, 2003; Greer & Heaney, 2004; Hatch, Jensen, & Moore, 2005; Nicol & Boyle, 2003; Pradhan et al., 2005; Preszler et al., 2007; Siau et al., 2006; Slain et al., 2004; Stuart et al., 2004; Uhari et al., 2003). Άλλοι μαθητές ισχυρίζονται ότι η χρήση των CRSs τους ωθεί να σκεφτούν περισσότερο πάνω στις σημαντικές έννοιες (Draper & Brown, 2004; Greer & Heaney, 2004) ενώ άλλοι πιστεύουν ότι η χρήση των CRSs τους βοηθάει να εντοπίσουν και να αποκαταστήσουν τις εναλλακτικές τους ιδέες (d Inverno et al., 2003) Οφέλη για την αξιολόγηση των μαθητών και την αποτίμηση της διδασκαλίας Σε μια παραδοσιακή τάξη ανάδραση μπορεί να επιτευχθεί με πολλούς τρόπους: π.χ. ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές που συμφωνούν ή όχι με μια πρόταση να σηκώσουν το χέρι τους, τίθεται ερώτηση και μερικοί μαθητές απαντούν εθελοντικά, χρησιμοποιούνται μαυροπίνακες για να καταγραφούν απαντήσεις ή χρησιμοποιούνται έγχρωμες κάρτες για να αναπαραστήσουν απαντήσεις πολλαπλών επιλογών (Abrahamson, 2006; Cline, 2006; Draper, Cargill, & Cutts, 2002; McCabe, 2006; Pelton & Pelton, 2006). Αυτές οι μέθοδοι όμως έχουν αξιοσημείωτα μειονεκτήματα. Το να σηκώσουν τα χέρια τους οι μαθητές, για παράδειγμα, είναι περιοριστικό καθώς είναι δύσκολο να παράσχει μια γρήγορη και ακριβή αίσθηση της κατανόησης της τάξης, ιδιαίτερα σε μεγάλα αμφιθέατρα. Επιπλέον, μερικοί μαθητές τείνουν να αντιγράφουν τις απαντήσεις των άλλων, ενώ με το που κατεβαίνουν τα χέρια τα δεδομένα χάνονται (Abrahamson, 2006; Pelton & Pelton, 2006). Επίσης συνήθως σηκώνουν το χέρι μόνο οι μαθητές που είναι βέβαιοι για τις γνώσεις τους (Banks, 2006; Burton, 2006; Slain et al., 2004). Ας σημειωθεί επίσης ότι σηκώνοντας το χέρι του ένας μαθητής η απάντησή του παύει να είναι ανώνυμη. [16]

37 Κεφάλαιο 2 Χρησιμοποιώντας τα CRSs αυξάνουμε την ανάδραση γρήγορα και αποτελεσματικά συλλέγοντας και κατηγοριοποιώντας άμεσα τις απαντήσεις των μαθητών, ενώ εξασφαλίζεται η ανωνυμία. Επίσης, με τα CRSs, οι μαθητές πρέπει να σκεφτούν πάνω σε μια ερώτηση ή ένα πρόβλημα και μετά να στείλουν την απάντησή τους. Ακόμη όμως και να υιοθετήσουν μια απάντηση, χωρίς ιδιαίτερη σκέψη, είναι σημαντικό ότι οι μαθητές θα πρέπει να υπερασπιστούν τις απαντήσεις τους κατά τη διάρκεια μιας συζήτησης που θα ακολουθήσει με τους συμμαθητές τους (Abrahamson, 2006; Beatty, 2004; Hake, 1998; Pradhan et al., 2005). Η διαμορφωτική αξιολόγηση χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει το πόσο κατανοούν οι μαθητές μία έννοια, χωρίς να βαθμολογούνται, ώστε να εντοπιστούν διάφορες εναλλακτικές ιδέες και να αλλάξει η πορεία της διδασκαλίας. Κάτι τέτοιο είναι συνήθως δύσκολο να γίνει στο σύνολο των μαθητών τη στιγμή που διδάσκονται οι έννοιες. Η χρήση των CRSs παρέχει ταχύτατη ανάδραση και στο διδάσκοντα και στους μαθητές ως προς το επίπεδο κατανόησης. Ένας πεπειραμένος δάσκαλος μπορεί γρήγορα να παράσχει εξηγήσεις ή να μεταβάλλει την πορεία της διδακτικής αλληλεπίδρασης ενώ οι μαθητές μπορούν να συζητήσουν τις αντιλήψεις τους με τους συμμαθητές τους. Εκτεταμένες έρευνες υποστηρίζουν ότι η χρήση των CRSs παρέχει αποτελεσματική διαμορφωτική αξιολόγηση (Beatty, 2004; Bergtrom, 2006; Brewer, 2004; Bullock et al., 2002; Caldwell, 2007; Draper & Brown, 2004; Dufresne & Gerace, 2004; Elliott, 2003; Greer & Heaney, 2004; Hatch et al., 2005; Jackson et al., 2005; Siau et al., 2006; Simpson & Oliver, 2007; Stuart et al., 2004). Μετά την παρουσίαση της ανάδρασης στην τάξη οι μαθητές μπορούν να συγκρίνουν την κατανόησή τους με αυτή των συμμαθητών τους. Υπάρχουν στοιχεία που δείχνουν ότι οι μαθητές αρέσκονται να γνωρίζουν πώς τα πηγαίνουν σε σχέση με τους συμμαθητές τους (Burton, 2006; Caldwell, 2007; Draper & Brown, 2004; Hinde & Hunt, 2006; Simpson & Oliver, 2007). Δεν είναι ξεκάθαρο μέχρι σήμερα γιατί οι μαθητές θέλουν να συγκρίνουν τις απαντήσεις τους. Ενδεχομένως η χρήση των CRS να προάγει τον ανταγωνισμό, κάτι που ίσως δεν προωθεί ιδιαίτερα την αίσθηση της ομαδικότητας. Από την άλλη, μπορεί μερικοί μαθητές απλά να θέλουν να ενημερώνονται για την πρόοδό τους, ενώ άλλοι μπορεί να θέλουν να βεβαιωθούν ότι δεν είναι οι μόνοι που δεν καταλαβαίνουν σωστά τις νέες έννοιες. Περισσότερη έρευνα απαιτείται ώστε να προσδιοριστεί κατά πόσο η διάθεση των μαθητών για σύγκριση με τους συμμαθητές τους έχει θετική ή αρνητική επίδραση στην ανάπτυξη ομαδικού πνεύματος συνεργασίας σε μία τάξη Προβλήματα σχετικά με τη χρήση των CRSs Έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία δύο κυρίως τεχνολογικά προβλήματα σχετικά με τη χρήση των CRSs. Πρώτον, όταν οι μαθητές είναι επιφορτισμένοι με την αγορά της προσωπικής τους συσκευής, ξεχνάνε να τη φέρουν στην τάξη ή ακόμη και την χάνουν. Χωρίς τη συσκευή είναι ανήμποροι να συμμετάσχουν ενεργά (Caldwell, 2007; Reay et al., 2005). Δεύτερον, κάποιες συσκευές μπορεί να εμφανίσουν δυσλειτουργίες ή το σήμα τους να μην εντοπίζεται από τον κεντρικό σταθμό. [17]

38 Κεφάλαιο 2 Αυτό προκαλεί μεγάλη πίεση ιδιαίτερα αν οι μαθητές αξιολογούνται (El-Rady, 2006; Hatch et al., 2005; Sharma et al., 2005; Siau et al., 2006). Άρα, για να λειτουργήσουν τα CRSs ως αποτελεσματικό μαθησιακό εργαλείο πρέπει η τεχνολογία να λειτουργεί με συνέπεια και αποτελεσματικότητα. Δυο δυνατές λύσεις είναι να υπάρχουν οι συσκευές σε κάθε αίθουσα αντί να τις μεταφέρουν οι μαθητές και να χρησιμοποιούνται ραδιοσυχνότητες που είναι περισσότερο αξιόπιστες από τα φθηνότερα μοντέλα που λειτουργούν στο υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Ένα προσόν των CRSs είναι, όπως ήδη αναφέρθηκε, η ταχύτατη ανάδραση που επιτρέπει στο διδάσκοντα να μεταβάλλει τη διδακτική του μέθοδο και στρατηγική. Ωστόσο, πολύ λίγη έρευνα έχει γίνει για να εξεταστεί πόσο καλά αυτό λειτουργεί στην πράξη: άλλο είναι να διαπιστώσεις ότι οι μαθητές δεν κατανοούν μια έννοια και εντελώς άλλο να μπορείς άμεσα να μεταβάλλεις τον τρόπο διδασκαλίας και να παρέχεις μια καλύτερη διδακτική προσέγγιση (Abrahamson, 2006). Διδάσκοντες με μικρή εμπειρία μπορεί να δυσκολευτούν και να απογοητευτούν (Hu et al., 2006). Ίσως η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων, η οποία παρέχει μεγαλύτερη εμπλοκή των ίδιων των μαθητών, όταν μια έννοια δε γίνεται κατανοητή, να είναι μια καταλληλότερη στρατηγική προς χρήση με τα CRSs, κάτι που βέβαια απομένει να διερευνηθεί. Ένα από τα κύρια προβλήματα που διατυπώνονται σχετικά με τη χρήση των CRS είναι η κάλυψη της ύλης. Σύμφωνα με έρευνες η χρήση των CRS οδηγεί σε μικρότερη κάλυψη της ύλης (Beatty, 2004; Beatty et al., 2006; Burnstein & Lederman, 2001; Burton, 2006; Caldwell, 2007; Cutts, 2006; d Inverno et al., 2003; Draper & Brown, 2004; Fagan et al., 2002; Freeman et al., 2007; Hatch et al., 2005; Horowitz, 2006; Sharma et al., 2005; Siau et al., 2006; Slain et al., 2004; Steinhert & Snell, 1999; Stuart et al., 2004). Θέτοντας υψηλού επιπέδου ερωτήσεις που εστιάζουν σε εναλλακτικές ιδέες των μαθητών απαιτείται περισσότερος χρόνος για να διαπραγματευτούν τα θέματα αυτά. Επιπλέον, ο χρόνος που απαιτείται για να στηθούν και να μαζευτούν οι συσκευές μπορεί να είναι αρκετός (Hatch et al., 2005; Hu et al., 2006; Stuart et al., 2004). Ακόμη, μερικές μελέτες αναφέρουν ότι η ευρεία συζήτηση στην τάξη απαιτεί πολύ χρόνο και είναι εύκολο να ξεφύγει από τις κύριες ιδέες που είναι υπό διαπραγμάτευση (Nicol & Boyle, 2003; Reay et al., 2005). Ένας τρόπος να καλυφθεί ύλη που δεν παρουσιάζεται στην τάξη είναι να ζητηθεί από τους μαθητές να κάνουν περισσότερη δουλειά και προετοιμασία στο σπίτι (Bergtrom, 2006; Bullock et al., 2002; Burnstein & Lederman, 2001; Caldwell, 2007; Slain et al., 2004). Η μέχρι σήμερα έρευνα δεν έχει αξιολογήσει πόσο αποτελεσματική είναι αυτή η στρατηγική. Η χρήση των CRSs προϋποθέτει την ανάπτυξη εκπαιδευτικών σεναρίων και ερωτήσεων, έργο που μπορεί να είναι ιδιαίτερα απαιτητικό για τους περισσότερους διδάσκοντες. Οι ερευνητές συμφωνούν ότι οι πιο αποτελεσματικές ερωτήσεις έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: απευθύνονται σε ένα συγκεκριμένο μαθησιακό στόχο, ενημερώνουν τους μαθητές για απόψεις διαφορετικές από τις δικές τους, αποκαλύπτουν εναλλακτικές ιδέες και παρεξηγήσεις, εξερευνούν ιδέες σε ένα νέο πλαίσιο, και αναδύουν ένα ευρύ πεδίο απαντήσεων (Caldwell, 2007; Crouch &Mazur, [18]

39 Κεφάλαιο ; Miller, Santana-Vega, & Terrell, 2006; Tanner & Allen, 2005). Επί του παρόντος υπάρχουν διαθέσιμες ελάχιστες συλλογές ερωτήσεων για CRSs στα περισσότερα πεδία, έτσι οι διδάσκοντες πρέπει να αναπτύξουν πρωτότυπες ερωτήσεις, διαδικασία που είναι χρονοβόρα (Allen & Tanner, 2005; Beatty et al., 2006; Boyle, 2006; El-Rady, 2006; Fagan et al., 2002; Freeman et al., 2007; Horowitz, 2006; Paschal, 2002; Robertson, 2000). Στο χώρο της Φυσικής έχουν αναπτυχθεί διάφορα σταθμισμένα ερευνητικά εργαλεία υπό μορφή ερωτηματολογίων για να ανιχνεύσουν τις εναλλακτικές ιδέες των μαθητών. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι το Force Concept Inventory (Hestenes & Wells, 1992) και το Mechanics Baseline Test (Hestenes, Wells & Swackhamer, 1992) για τη Μηχανική. Στα εργαλεία αυτά οι ερωτήσεις που τίθενται είναι πολλαπλής επιλογής καθιστώντας εύκολη τη χρήση τους με τα CRSs. Ωστόσο οι ερωτήσεις αυτές αναφέρονται σε μαθητές της Τριτοβάθμιας εκπαίδευσης ή του Λυκείου με αποτέλεσμα να απαιτείται η αναπροσαρμογή τους για να χρησιμοποιηθούν στην Πρωτοβάθμια εκπαίδευση και στο Γυμνάσιο. Μερικοί μαθητές μπορεί να αντιδράσουν αρνητικά στη χρήση των CRS επειδή απλά οι κανόνες μάθησης έχουν αλλάξει. Η αλλαγή της διδακτικής μεθόδου μπορεί αρχικά να προκαλέσει άγχος, απογοήτευση και αντίσταση (Beatty, 2004; Boyle, 2006; Fagan et al., 2002). Επίσης, κάποιοι μαθητές αποσπώνται λόγω της χρήσης των CRSs (Siau et al., 2006). Άλλοι αναρωτούνται για την ικανότητά τους να κατευθύνουν τη δική τους μάθηση με αυτό το εργαλείο (Allen & Tanner, 2005). Γενικά πάντως, η αντίσταση στη χρήση των CRSs είναι σχετικά ασυνήθιστη (Fagan et al., 2002). Κάποιοι ερευνητές αναφέρουν ότι η χρήση των CRSs απαιτεί περισσότερη προσπάθεια και συνεργασία από τους μαθητές (Trees and Jackson, 2007). Αυτή η επιπλέον προσπάθεια μπορεί να μην είναι εύκολα αποδεκτή από όλους του μαθητές, ιδιαίτερα όσους είναι συνηθισμένοι με πιο παθητικές διδακτικές μεθόδους. Περισσότερη έρευνα απαιτείται για να προσδιοριστεί κατά πόσο υιοθετούν και δέχονται οι μαθητές το επιπλέον φορτίο που ίσως απαιτεί η χρήση των CRS. Η δημοτικότητα των CRS και η θετική τους επίδραση στη μάθηση προτείνει ότι αυτή η επιπλέον προσπάθεια ίσως να μη θέτει αξιοσημείωτα εμπόδια (Caldwell, 2007; Fies & Marshall, 2006; Judson & Sawada, 2002, 2006; Simpson & Oliver, 2007). Προβλήματα έχουν καταγραφεί επίσης κατά τη διενέργεια συζητήσεων όταν χρησιμοποιούνται τα CRS. Κάποιοι μαθητές κυριαρχούν στις ομαδικές συζητήσεις (Nicol & Boyle, 2003) και η παρουσίαση διαφορετικών απόψεων και λύσεων μπορεί να μπερδέψει τους μαθητές (Nicol & Boyle, 2003; Reay et al., 2005). Επιπλέον, μερικοί μαθητές αισθάνονται ότι οι συζητήσεις που προκύπτουν με τη χρήση των CRS τους αποσπούν από τις έννοιες που παρουσιάζονται σε ένα μάθημα (Draper & Brown, 2004) ή θεωρούν αυτές τις συζητήσεις πειθαναγκαστικές που τους προκαλούν νευρικότητα (Nicol & Boyle, 2003). Αν και αυτά τα προβλήματα δεν έχουν αναφερθεί ευρέως, απαιτείται περισσότερη έρευνα ώστε να εντοπιστούν εκείνες οι συνθήκες που οδηγούν σε αποτελεσματικές και εστιασμένες συζητήσεις. [19]

40 Κεφάλαιο 2 Η τελική αξιολόγηση των μαθητών που βασίζεται στην τυπική βαθμολογία, έχει εκτενώς χρησιμοποιηθεί με τα CRSs στην ανώτατη εκπαίδευση (Fies & Marshall, 2006), μολονότι έχει γίνει λίγη έρευνα στην επίδραση αυτής της πρακτικής. Κάποια στοιχεία δείχνουν ότι στους μαθητές δεν αρέσει να χρησιμοποιούνται τα CRSs για τη βαθμολόγησή τους (Caldwell, 2007). Σε μία αντίστοιχη έρευνα που έγινε πρόσφατα (Kay, LeSage & Knaack, 2009) ούτε στους μαθητές της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης αρέσει να χρησιμοποιούν τα CRSs για να απαντούν σε τεστ. Όπως και να έχει, όταν τα CRSs χρησιμοποιούνται για διαμορφωτική αξιολόγηση οι μαθητές ήταν σημαντικά πιο κινητοποιημένοι και γνωστικά ενεργοποιημένοι. Απαιτείται ωστόσο περαιτέρω έρευνα για να διαπιστωθεί η επίδραση της τελικής αξιολόγησης και των CRSs στη μάθηση Μεθοδολογία χρήσης των CRSs Μερικοί συγγραφείς (Caldwell, 2007; Fies & Marshall, 2006; Freeman et al., 2007) έχουν σημειώσει ότι μέχρι στιγμής η έρευνα στα CRS δεν είναι συστηματική. Αν και έχουν γίνει έρευνες στις οποίες η μαθησιακή επίδραση των CRS επιχειρήθηκε να μετρηθεί (Bullock et al., 2002; Fagan et al., 2002; Kennedy & Cutts, 2005; Paschal, 2002; Pradhan et al., 2005; Rao & DiCarlo, 2000; Schackow et al., 2004), μόνο 4 μελέτες έχουν εντοπιστεί οι οποίες αναφέρουν εκτιμήσεις αξιοπιστίας και εγκυρότητας της έρευνας (Penuel et al., 2007; Schackow et al., 2004; Siau et al., 2006; Trees & Jackson, 2007). Επομένως, είναι απαραίτητο να συστηματοποιηθούν οι διαδικασίες συλλογής δεδομένων και μελλοντικές μελέτες να εστιάσουν στη μέτρηση της μαθησιακής επίδρασης των CRSs. Αρκετοί συγγραφείς έχουν ισχυριστεί ότι το μεγαλύτερο μέρος των δεδομένων των CRS που συλλέχθηκαν μέχρι σήμερα είναι αμφισβητούμενης αξιοπιστίας, είτε οι μελέτες είναι μόνο ποιοτικές (Fies & Marshall, 2006; Kaleta & Joosten, 2007; Schackow et al., 2004). Ωστόσο, για να γίνει κατανοητή πλήρως η επίδραση των CRS απαιτούνται τόσο ποιοτικές, όσο και ποσοτικές έρευνες. Μερικοί ερευνητές έχουν σημειώσει ότι η πλειοψηφία των ερευνών στα CRS περιλαμβάνουν αξιολογήσεις των στάσεων ή/και αμφισβητούμενης αξιοπιστίας παρατηρήσεις (Carnaghan & Webb, 2007; Kennedy & Cutts, 2005; Siau et al., 2006; Simpson & Oliver, 2007). Περίπου οι μισές από τις έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί εξετάζουν τις στάσεις απέναντι στα CRSs και το ένα τρίτο εξετάζουν τη μάθηση και το βαθμό επιτυχίας της μάθησης. Ωστόσο δεν έχουν πραγματοποιηθεί μελέτες που να εξετάζουν την πραγματική γνωστική διαδικασία που λαμβάνει χώρα όταν οι μαθητές συμμετέχουν σε συζητήσεις που έχουν προκληθεί από τα CRSs (Kennedy et al., 2006; Penuel, Abrahamson, & Roschelle, 2006). Η ευρεία χρήση των CRS τα τελευταία 7-10 χρόνια έχει εφαρμοστεί σε ιδρύματα του εξωτερικού στη συντριπτική πλειοψηφία στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση, πιθανόν λόγω του υψηλού κόστους των συστημάτων. Άρα, υπάρχει ανάγκη για έρευνα σε περισσότερα μαθησιακά περιβάλλοντα, όπως η Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια εκπαίδευση. [20]

41 Κεφάλαιο Σύνοψη Τα συστήματα τηλεκαταγραφής απαντήσεων χρησιμοποιούνται, όλο και ευρύτερα, σε ιδρύματα του εξωτερικού. Η επίδρασή τους στην εκπαιδευτική διαδικασία συγκρίνεται με αυτή της εισαγωγής των υπολογιστών. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι η ταχύτατη ανάδραση που προσφέρουν στο διδάσκοντα και στους μαθητές, ενώ φαίνεται ότι η χρήση τους ευνοεί την ομαδοσυνεργατική διδασκαλία και τη διδασκαλία μεταξύ ομότιμων. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά ανοικτά ερευνητικά ζητήματα που απομένουν να απαντηθούν που σχετίζονται με την παιδαγωγικά ορθή χρήση τους και τον αντίκτυπό τους στη μαθησιακή διαδικασία. Επιπλέον, η χρήση τους έχει περιοριστεί στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση αφήνοντας ανεξερεύνητο το πεδίο της Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης αλλά και των ειδικών τάξεων. 2.2 Διδασκαλία μεταξύ ομότιμων Η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων αποτελεί μία ευρέως χρησιμοποιούμενη παιδαγωγική προσέγγιση ενεργούς διδασκαλίας. Βασικό στοιχείο της μεθόδου είναι η διατύπωση ερωτήσεων εννοιολογικού περιεχομένου τις οποίες οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν αρχικά ο καθένας μόνος του και στη συνέχεια να απαντήσουν ξανά, αφού ανταλλάξουν απόψεις μέσα σε ομάδες 3-4 ατόμων (Mazur, 1997; Crouch, 1998; Crouch & Mazur, 2001; Mazur, 2009). Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές εμπλέκονται ενεργά σε ό,τι αφορά τη δική τους μάθηση, αναπτύσσουν ικανότητα κριτική σκέψης, μαθαίνουν και διδάσκουν ο ένας τον άλλο εντός του ελεγχόμενου περιβάλλοντος της τάξης. Δουλεύοντας μαζί πάνω σε διάφορες έννοιες της Φυσικής, οι μαθητές δημιουργούν ένα συνεργατικό περιβάλλον μάθησης το οποίο δίνει έμφαση στoν κοινωνικό χαρακτήρα της μάθησης (Hoekstra, 2008). Σύμφωνα με ερευνητικά αποτελέσματα τέτοιου τύπου συνεργατικά μαθησιακά περιβάλλοντα οδηγούν σε βαθύτερη κατανόηση και προωθούν το ενδιαφέρον (Cross, 1998). Ταυτόχρονα, οι μαθητές αναπτύσσουν μεταγνωστικές δεξιότητες καθώς ελέγχουν μέσω της συζήτησης και της επαφής τους με τους ομότιμούς τους το επίπεδο της δικής τους κατανόησης (Gok, 2011). Η ερευνητική ομάδα του Mazur κατέγραψε τα μαθησιακά οφέλη σε 11 ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα στις ΗΠΑ μελετώντας τα αποτελέσματα της εφαρμογής της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων σε 30 μαθήματα εισαγωγικής Φυσικής (Fagan, Crouch & Mazur, 2002). Ο δείκτης του μέσου κανονικοποιημένου κέρδους (βλ. σχετικά παράγραφο 2.3) υπολογίστηκε σε 0.39±0.09 όπως μετρήθηκε με το ερωτηματολόγιο FCI. Αντίστοιχα, ο Singh (2002) κατέγραψε βελτίωση στην ικανότητα των μαθητών να διαχειρίζονται ποιοτικά ζητήματα σχετικά με έννοιες του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, ενώ ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους που υπολογίστηκε κατά την εφαρμογή της παρέμβασής του βρέθηκε ίσος με O Gok (2011) εφαρμόζοντας τη διδασκαλία μεταξύ ομότιμων σε 138 φοιτητές και σε 14 κεφάλαια του ηλεκτρισμού υπολόγισε το μέσο [21]

42 Κεφάλαιο 2 κανονικοποιημένο κέρδος σε 0.62 όπως μετρήθηκε από το ερωτηματολόγιο CSEM (Conceptual Survey of Electricity and Magnetism). Οι Cox & Junkin (2002) ανέφεραν αντίστοιχα την επιτυχή αξιοποίηση της μεθόδου σε περιβάλλον εισαγωγικού εργαστηρίου Φυσικής. Οι Suppapittayaporn, Emarat & Arayathanitkul (2010), μέτρησαν, σε μία μελέτη περίπτωσης στην Ταϋλάνδη, το δείκτη κανονικοποιημένου κέρδους ίσο με 0.45, αξιοποιώντας τα ερωτηματολόγια FCI και FCME. Συμπεραίνεται, επομένως, ότι η σχετική μέχρι σήμερα έρευνα υποδεικνύει ότι η συγκεκριμένη παιδαγωγική τεχνική μπορεί εν γένει να βοηθήσει στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής. 2.3 Πώς μετράμε την αποτελεσματικότητα μίας διδασκαλίας; Στο πρώτο κεφάλαιο (παράγραφος 1.1) ορίσαμε την αποτελεσματική διδασκαλία της Φυσικής ως εκείνη τη διδασκαλία που καθιστά τους διδασκόμενους ικανούς να αντιμετωπίζουν το οικοδόμημα της Φυσικής ως ένα συνεκτικό σύνολο εννοιών οι οποίες θεμελιώνονται πειραματικά. Εγείρεται λοιπόν το ερώτημα πώς μπορεί να μετρηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας. Η βασική ιδέα της μέτρησης της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας, η οποία έχει υιοθετηθεί στην παρούσα διατριβή, είναι η χρήση σταθμισμένων ερωτηματολογίων κλειστού τύπου (ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής). Σε αυτές τις ερωτήσεις οι απαντήσεις που προσφέρονται αποτελούν συνήθως ευρέως διαδεδομένες εναλλακτικές ιδέες των μαθητών. Οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν σε αυτές τις ερωτήσεις σε κάποιο αρχικό στάδιο της διδασκαλίας καθώς και μετά την ολοκλήρωσή της. Η σύγκριση των απαντήσεων των μαθητών πριν και μετά τη διδακτική παρέμβαση θεωρείται ότι παρέχει πληροφόρηση για την γνωστική μεταβολή των μαθητών εξαιτίας της παρέμβασης. Στην παρούσα διατριβή το μεγαλύτερο μέρος των ερωτήσεων που τέθηκαν, είτε στο πλαίσιο εφαρμογής της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων είτε στο πλαίσιο ανάπτυξης και εφαρμογής εκπαιδευτικών σεναρίων, σχετίζονται με τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα και τους νόμους του Νεύτωνα. Στην παράγραφο παρουσιάζονται οι πιο διαδεδομένες εναλλακτικές ιδέες και μοντέλα των μαθητών που σχετίζονται με τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα και λήφθηκαν υπόψη για το σχεδιασμό των αντίστοιχων διδακτικών παρεμβάσεων. Στην παράγραφο παρουσιάζονται ομοίως οι πιο διαδεδομένες εναλλακτικές ιδέες των μαθητών για τη δύναμη και την κίνηση. Στην παράγραφο περιγράφεται ο δείκτης κέρδους g του Hake, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για την ποσοτική περιγραφή της αποτελεσματικότητας των διδακτικών παρεμβάσεων. [22]

43 Κεφάλαιο 2 Στην παράγραφο περιγράφεται η θεωρία της ανάλυσης συγκέντρωσης η οποία χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή για την ανάδειξη των νοητικών μοντέλων που χρησιμοποιούν οι μαθητές όταν απαντούν λανθασμένα σε ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Εναλλακτικές ιδέες και μοντέλα που σχετίζονται με τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος Ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 80 διάφορες έρευνες έδειξαν ότι οι μαθητές έρχονται στο σχολείο με ένα σύνολο εμπειρικών ιδεών που εξηγεί το πώς λειτουργεί ο φυσικός κόσμος (Viennot, 1979; McDermot, 1984; Clement, 1982; Halloun & Hestenes, 1985). Οι ιδέες αυτές αφορούν το σύνολο των εννοιών που διδάσκονται στις τρεις βαθμίδες της εκπαίδευσης, είναι παγκόσμιες και παρουσιάζουν ιδιαίτερη ανθεκτικότητα στην παραδοσιακή διδασκαλία (Driver, Guesne & Tibergien, 1993; Driver et al., 1999). Οι πιο διαδεδομένες ιδέες και μοντέλα των μαθητών για τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα είναι τα εξής (Knight, 2008, σ ): 1. Οι μαθητές δεν κάνουν τη διαφοροποίηση ανάμεσα στις έννοιες της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος, της διαφοράς δυναμικού, της ενέργειας και της ισχύος. Θεωρούν ότι όλες αυτές οι λέξεις περιγράφονται απλά από την εννοιολογική ομπρέλα «ηλεκτρισμός». 2. Οι μαθητές σκέφτονται σχεδόν αποκλειστικά στη βάση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος παρά σε αυτήν της διαφοράς δυναμικού. Ως συνέπεια η πλειοψηφία των μαθητών εξακολουθεί να πιστεύει ότι οι μπαταρίες είναι πηγές σταθερού ρεύματος, το ρεύμα «καταναλώνεται» καθώς διαρρέει ένα κύκλωμα, ενώ χωρίζεται πάντα στη μέση όταν φτάσει σε έναν κόμβο. 3. Οι μαθητές σπάνια επιχειρηματολογούν βασιζόμενοι στην έννοια της διαφοράς δυναμικού. Η συνήθης χρήση εξαντλείται στο πλαίσιο του νόμου του Ohm, δηλαδή στη μορφή V=IR. Ως συνέπεια αντιμετωπίζουν συχνά το ΔV ως αποτέλεσμα του ηλεκτρικού ρεύματος παρά σαν την αιτία που το προκαλεί. Φαίνεται ότι για την έννοια αυτή οι μαθητές δεν σκέφτονται καν στη βάση εναλλακτικών ιδεών, περισσότερο μοιάζει ότι η έννοια αυτή δεν έχει καν σχηματιστεί στο μυαλό τους. 4. Οι μαθητές επιχειρηματολογούν και κάνουν προβλέψεις για τα κυκλώματα σκεπτόμενοι τοπικά και όχι συνολικά. Κατά συνέπεια, δεν συνειδητοποιούν ότι η αλλαγή ενός στοιχείου ενός κυκλώματος επηρεάζει την ένταση του ρεύματος και τη διαφορά δυναμικού σε άλλα σημεία του κυκλώματος. 5. Οι μαθητές δεν συσχετίζουν τις μικροσκοπικές έννοιες που ανέπτυξαν στο κεφάλαιο του στατικού ηλεκτρισμού (φορτίο, ηλεκτρική δύναμη, ένταση ηλεκτρικού πεδίου) με τις μακροσκοπικές έννοιες που περιγράφουν τη λειτουργία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων (ένταση ηλεκτρικού ρεύματος, διαφορά δυναμικού, αντίσταση). [23]

44 Κεφάλαιο 2 6. Οι μαθητές είναι ελάχιστα εξοικειωμένοι με τις βασικές ιδέες των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Τα προβλήματα αυτά μπορούν να αναδειχθούν αν τους ζητηθεί να χρησιμοποιήσουν μπαταρία, λαμπάκι και καλώδια για να ανάψουν το λαμπάκι. Τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν πολλοί από αυτούς οφείλονται στο γεγονός ότι οι μαθητές: δεν κατανοούν την ανάγκη ύπαρξης κλειστού κυκλώματος για να ανάψει το λαμπάκι, και δε γνωρίζουν ότι το λαμπάκι είναι ένα δίπολο που πρέπει να διαρρέεται από ρεύμα για να φωτοβολήσει. 7. Οι μαθητές δεν χρησιμοποιούν ένα συνεπές μοντέλο για να αναλύσουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Χρησιμοποιούν κάθε φορά ένα από τρία διαφορετικά μοντέλα: το μοντέλο σειράς, το τοπικό μοντέλο και το μοντέλο της υπέρθεσης. Οι μαθητές που χρησιμοποιούν το μοντέλο σειράς θεωρούν ότι το ρεύμα ταξιδεύει στο κύκλωμα και επηρεάζεται από κάθε στοιχείο του κυκλώματος από το οποίο διέρχεται, μία μεταβολή όμως σε κάποιο σημείο του κυκλώματος δεν αλλάζει το ρεύμα μέχρι αυτό να φτάσει σε εκείνο το σημείο. Οι von Rhoneck and Grob (1987) διαφοροποιούν το μοντέλο σειράς από το τοπικό μοντέλο καθώς σύμφωνα με το τελευταίο, το ηλεκτρικό ρεύμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη κάθε φορά που φτάνει σε έναν κόμβο, ανεξάρτητα από ό,τι συμβαίνει οπουδήποτε αλλού. Τέλος, οι μαθητές που χρησιμοποιούν το μοντέλο της υπέρθεσης (Sebastia, 1993) θεωρούν ότι δύο μπαταρίες προκαλούν το διπλασιασμό της φωτεινότητας μίας λάμπας, ανεξάρτητα από τον τρόπο σύνδεσής τους Οι εναλλακτικές ιδέες των μαθητών για τη δύναμη και την κίνηση Διάφορες έρευνες (Viennot 1979, Gilbert & Osborne 1980, Clement 1982, Gilbert et al. 1982, Watts 1983, Halloun & Hestenes 1985, Finegold & Gorsky 1991) έχουν οριοθετήσει το πλέγμα των ιδεών που ευθύνονται για τις εναλλακτικές αντιλήψεις των μαθητών σχετικά με τη δύναμη και την κίνηση. Οι Gilbert and Watts (1983) έχουν περιγράψει το πιο κοινό πλέγμα τέτοιων ιδεών ως εξής: 1. Αν ένα σώμα δεν κινείται, τότε δεν ασκείται καμία δύναμη σε αυτό. 2. Αν ένα σώμα κινείται τότε ασκείται σε αυτό μια δύναμη στην κατεύθυνση της κίνησης. 3. Σταθερή κίνηση απαιτεί σταθερή δύναμη. 4. Αν δεν ασκείται δύναμη σε ένα σώμα, τότε αυτό αν κινείται θα σταματήσει αμέσως. 5. Η ταχύτητα ενός σώματος είναι ανάλογη προς τη δύναμη 6. Η δύναμη μπορεί να μεταβιβαστεί από κάποιον σε ένα σώμα 7. Κατά τη διάρκεια αλληλεπίδρασης δύο σωμάτων, το μεγαλύτερο ασκεί μεγαλύτερη δύναμη στο μικρότερο. Το πλέγμα αυτών των ιδεών, που σχετίζεται με τη διδασκαλία των τριών νόμων του Νεύτωνα, ταυτίζεται με την αριστοτελική θεώρηση της φύσης και υποστηρίζεται στέρεα από την καθημερινή [24]

45 Κεφάλαιο 2 εμπειρία των μαθητών. Εφόσον οι μαθητές εξακολουθούν να διαθέτουν αυτές τις λανθασμένες ιδέες είναι απίθανο αν όχι αδύνατο να καταφέρουν να χτίσουν μια συνεπή θεώρηση της μηχανικής Ο δείκτης κέρδους g Προκειμένου να ποσοτικοποιήσουμε τη μεταβολή ενός μεγέθους, μπορούμε αρχικά να υπολογίσουμε τη διαφορά της τελικής από την αρχική τιμή. Μιλώντας για την αποτελεσματικότητα μιας διδακτικής παρέμβασης συνήθως η αρχική τιμή αφορά στο ποσοστό σωστών απαντήσεων σε κάποιο σταθμισμένο τεστ που συμπληρώνεται πριν την παρέμβαση και η τελική τιμή στο ποσοστό των σωστών απαντήσεων στο ίδιο τεστ μετά την παρέμβαση. Όμως η μέτρηση αυτή εξαρτάται από το δείγμα και είναι δύσκολο να συγκριθεί με μεταβολές που έχουν μετρηθεί σε διαφορετικά δείγματα πληθυσμού. Οι Turnquist et al. (1985) σε μία ανάλυσή τους σχετικά με κάθε δείκτη C(x, y) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καταγράψει μια σχετική μεταβολή ενός μεγέθους από μία αρχική τιμή x σε μια τελική τιμή y, έδειξαν ότι οι δείκτες αυτοί θα είναι συνάρτηση αποκλειστικά και μόνο του λόγου y/x. Δηλαδή υπάρχει μία συνάρτηση H: R + R τέτοια ώστε C(x, y) = H(y/x) = C(y/x, 1). Οι ιδιότητες της συνάρτησης Η πρέπει να είναι: 1. H(y/x) = 0, αν y/x = 1 2.H(y/x) > 0, αν y/x > 1 και H(y/x) < 0, αν y/x < 1 3. Η H είναι γνησίως αύξουσα συνάρτηση του ορίσματος y/x. 4. H(ay/ax) = H(y/x) Ωστόσο, υπάρχουν πολλές συναρτήσεις που ικανοποιούν τις παραπάνω ιδιότητες. Πώς επιλέγεται ποια θα χρησιμοποιηθεί; Οι συγγραφείς προτείνουν ως την μόνη συμμετρική, προσθετική και ένορμη (normed) το νεπέριο λογάριθμο του λόγου y/x: ln(y/x) και συγκεκριμένα το δείκτη L% = 100 ln(y/x). Ωστόσο, στη βιβλιογραφία της διδακτικής των ΦΕ δεν έχει εντοπιστεί αξιοποίηση του συγκεκριμένου δείκτη. Αντίθετα, στη βιβλιογραφία έχουν γίνει διάφορες άλλες επιλογές από τις προτεινόμενες συναρτήσεις δείκτες. Η πιο διαδεδομένη στο χώρο της διδακτικής, αν και εξακολουθούν να υπάρχουν ερωτηματικά κατά πόσο μία τέτοια μέτρηση είναι καταρχήν δυνατή (Cronbach & Furby, 1970), είναι αυτή του Hake. Ο Hake (1998), εισήγαγε έναν δείκτη, το μέσο κανονικοποιημένο κέρδος <g>, ως έναν τρόπο ανάλυσης της αποτελεσματικότητας μίας διδακτικής μεθόδου όπως μετριέται από διαγνωστικά τεστ όπως είναι το FCI (Halloun & Hestenes, 1992) ή το FCME (Thornton & Sokoloff, 1998). Ο δείκτης ορίζεται ως ο λόγος του πραγματικού μέσου κέρδους [25]

46 Κεφάλαιο 2 (<%post> - <%pre>) προς το μέγιστο δυνατό μέσο κέρδος (100% - <%pre>) όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση (1): [1] όπου <%post> είναι η μέση τιμή του ποσοστού των σωστών απαντήσεων της τάξης στο τελικό τεστ και <%pre> είναι η μέση τιμή του ποσοστού των σωστών απαντήσεων της τάξης στο αρχικό τεστ. Ισοδύναμα, η εξίσωση αυτή μπορεί να γραφτεί, πιο αναλυτικά, στη μορφή: [2] όπου Ν είναι ο αριθμός των μαθητών της τάξης, x k είναι το ποσοστό των σωστών απαντήσεων του k- μαθητή στο αρχικό τεστ και y k είναι το ποσοστό των σωστών απαντήσεων του ίδιου μαθητή στο τελικό τεστ. Εναλλακτικά, έχει προταθεί ο υπολογισμός του δείκτη <g> ave ο οποίος είναι ο μέσος όρος των δεικτών <g k> κάθε μαθητή και δίνεται από τη σχέση: [3] Σύμφωνα με τον Bao (2006) οι δύο τρόποι υπολογισμού οδηγούν σε ελαφρώς διαφορετικές τιμές για τάξεις με λιγότερους από 50 μαθητές. Ο δείκτης <g>, πέρα από τον Hake, εισήχθη επίσης ανεξάρτητα από τους Hovland et al. (1949), που τον αποκάλεσαν «δείκτη αποτελεσματικότητας», από τον Gery (1972), που αποκάλεσε το <g> «παράμετρο ελάττωσης του χάσματος» (gap-closing parameter), και από τους Cohen et al. (1999), που αποκάλεσαν το <g> ως «ποσοστό του μέγιστου δυνατού». Ο Hake (1998) κατηγοριοποίησε τις τιμές του <g> από 0 0.3, ως χαμηλό κέρδος, , ως μέσο κέρδος και ως υψηλό κέρδος. Μιας και το <g> είναι το μέσο κανονικοποιημένο κέρδος ολόκληρης της τάξης, μπορούμε να ορίσουμε αντίστοιχα το κανονικοποιημένο κέρδος για κάθε μαθητή ξεχωριστά. Σε αυτή την περίπτωση είναι πιθανό το κέρδος να είναι αρνητικό (<%post> - <%pre>). Οι Brogt et al (2007) βρήκαν ότι δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους αυξάνεται μη αναλογικά με τα υψηλότερα pre-test σκορ και επίσης μεγαλύτερες τιμές του <g> συνδέονται με υψηλότερες τιμές στα pre-test σκορ. [26]

47 Κεφάλαιο 2 Οι Marks and Cummings (2007) έδειξαν ότι η παραπάνω εξίσωση δεν είναι κανονικοποιημένη στην περιοχή αρνητικού κέρδους. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα πρότειναν τον υπολογισμό ενός νέου δείκτη, της κανονικοποιημένης μεταβολής c ενός μαθητή, όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση [4]: [4] Προκειμένου να αποτιμηθεί η βελτίωση (ή το αντίθετο η επιδείνωση) μίας ομάδας μαθητών, μίας τάξης, προτείνουν να υπολογιστεί ο δείκτης c για κάθε μαθητή και στη συνέχεια να υπολογιστεί η μέση τιμή αυτών των κανονικοποιημένων μεταβολών, c ave. Η εναλλακτική λύση θα ήταν να υπολογιστούν οι μέσες τιμές <pre> και <post> και με βάση αυτές να υπολογιστεί ο δείκτης <c>. Η διάκριση είναι λεπτή και τείνει να μην είναι σημαντική για μεγάλα δείγματα πληθυσμών. Ο Hake κριτικάροντας τις παραπάνω βελτιώσεις του δείκτη που εισήγαγε, ισχυρίζεται ότι ο δείκτης <g> είναι καλύτερος να χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας των μαθημάτων αντί του δείκτη <g> ave. Όσο αφορά το δείκτη c, μολονότι θεωρεί ότι μπορεί να είναι χρήσιμος στην ανάλυση του κέρδους ενός μεμονωμένου μαθητή, θεωρεί ότι η χρησιμοποίησή του αντί του δείκτη <g>, αν μπορεί, μπορεί να προσφέρει λίγα μόνο πλεονεκτήματα (Hake, 2007). Για να τονιστεί ο περιορισμένος χαρακτήρας του δείκτη και να τονιστεί το εύρος όλων εκείνων των παραγόντων που συνεισφέρουν σε μία επιτυχή διδασκαλία φυσικής, ο Hake (2007) τονίζει ότι ο δείκτης <g> δεν μετράει: Την ικανοποίηση και το ενδιαφέρον για τη φυσική Την κατανόηση της φύσης, των μεθόδων και των περιορισμών της επιστήμης Την κατανόηση της διαδικασίας της επιστημονικής διερεύνησης όπως είναι ο πειραματικός σχεδιασμός, ο έλεγχος μεταβλητών διαστατικής ανάλυσης, εκτιμήσεων τάξης μεγέθους, νοητικών πειραμάτων, υποθετικών συλλογισμών, γραφικής απεικόνισης αποτελεσμάτων, ανάλυση σφαλμάτων Την ικανότητα διατύπωσης της γνώσης τους και των διαδικασιών μάθησης Την ικανότητα να συνεργάζονται σε ομάδες Επικοινωνιακές δεξιότητες [27]

48 Κεφάλαιο 2 Την ικανότητα να λύσουν προβλήματα του πραγματικού κόσμου Την κατανόηση της ιστορίας των επιστημών και τη σχέση της επιστήμης με την κοινωνία και τους άλλους κλάδους σπουδών Την κατανόηση, ή τουλάχιστον την εκτίμηση για την σύγχρονη φυσική Την ικανότητα να συμμετέχουν σε αυθεντική έρευνα. Για τη μέτρηση όλων αυτών των παραμέτρων έχουν αναπτυχθεί διάφορα εργαλεία (βλ. σχετικές αναφορές στο Hake, 2002) Συγκέντρωση ανάλυσης Η καταγραφή και η αναφορά μόνο του ποσοστού σωστών απαντήσεων στα τεστ των πολλαπλών επιλογών δεν λαμβάνει υπόψη την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων, η οποία θα μπορούσε ενδεχομένως να αποκαλύψει πληροφορείς για το πώς οι μαθητές παράγουν λανθασμένες απαντήσεις, τις εναλλακτικές ιδέες τους και τα εννοιολογικά μοντέλα που χρησιμοποιούν. Μία μέθοδος ανάλυσης και μέτρησης του τρόπου που κατανέμονται οι απαντήσεις των μαθητών σε ερωτήσεις πολλαπλών επιλογών που έχουν μία μόνο σωστή απάντηση είναι η ανάλυση συγκέντρωσης (concentration analysis) που εισήχθη από τους Bao & Redish (2001). Το θεωρητικό πλαίσιο αυτής της μεθόδου οικοδομείται σε δύο παραδοχές: α. οι μαθητές έχουν καλά εδραιωμένες ιδέες για το αντικείμενο στο οποίο εξετάζονται και β. οι πολλαπλές επιλογές των ερωτήσεων που τίθενται αντιπροσωπεύουν αυτές τις εναλλακτικές ιδέες. Έτσι, θεωρείται ότι οι απαντήσεις των μαθητών θα πρέπει να συγκεντρώνονται στις κατάλληλες εναλλακτικές απαντήσεις (distracters) που είναι συμβατές με τις έννοιες όπως ορίζονται στο μυαλό των μαθητών (Vosniadou, 2002). Για την εφαρμογή της μεθόδου της ανάλυσης συγκέντρωσης υπολογίζονται τρεις αριθμητικοί δείκτες για κάθε ερώτηση που τίθεται: η βαθμολογία S, ο παράγοντας συγκέντρωσης C και ο παράγοντας απόκλισης Γ. Η βαθμολογία ή το σκορ μιας ερώτησης, S, ορίζεται ως ο λόγος του αριθμού των μαθητών που επέλεξαν τη σωστή απάντηση προς το συνολικό αριθμό μαθητών που απάντησαν στην ερώτηση. Η βαθμολογία S μπορεί να πάρει τιμές στο διάστημα [0, 1], όπου η τιμή μηδέν αντιστοιχεί στην κατάσταση στην οποία όλοι οι μαθητές απαντούν λανθασμένα και η τιμή ένα στην κατάσταση στην οποία όλοι οι μαθητές απαντούν σωστά. Ο παράγοντας συγκέντρωσης C, είναι μία συνάρτηση των απαντήσεων των μαθητών σε μία ερώτηση, η οποία μπορεί να πάρει τιμές στο διάστημα [0, 1]. Η τιμή 0 αντιστοιχεί σε μια κατάσταση όπου οι απαντήσεις των μαθητών ισοκατανέμονται σε όλες τις δυνατές απαντήσεις, ενώ η τιμή 1 [28]

49 Κεφάλαιο 2 αντιστοιχεί στην κατάσταση όπου όλοι οι μαθητές επιλέγουν την ίδια απάντηση. Ο παράγοντας συγκέντρωσης υπολογίζεται για κάθε μία ερώτηση χρησιμοποιώντας την εξίσωση: [7] όπου m είναι ο αριθμός των επιλογών απάντησης μίας ερώτησης, Ν είναι ο αριθμός των μαθητών που απάντησαν στην ερώτηση και n i είναι ο αριθμός των μαθητών που επέλεξαν την απάντηση i. Ο παράγοντας απόκλισης Γ (concentration deviation) εισάγεται για την μελέτη της κατανομής των λανθασμένων απαντήσεων. Η εισαγωγή του θεωρείται ότι συμπληρώνει την εικόνα που προκύπτει από τον παράγοντα συγκέντρωσης C, επειδή ο τελευταίος εξαρτάται από τη βαθμολογία S. Πράγματι, όταν η βαθμολογία είναι υψηλή υποχρεωτικά οι μαθητές έχουν επιλέξει στην πλειοψηφία τους μία κυρίαρχη απάντηση και ο δείκτης C θα παίρνει τιμές κοντά στο 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του Γ είναι η εξής: [8] όπου n S είναι ο αριθμός των μαθητών που απαντούν σωστά τη συγκεκριμένη ερώτηση, ενώ τα υπόλοιπα σύμβολα ταυτίζονται με αυτά της εξίσωσης (7). Είναι ενδεικτικό ότι όταν οι δείκτες S και C πάρουν και οι δύο την τιμή 1, τότε ο δείκτης Γ δεν ορίζεται. Συνδυάζοντας την τιμή του παράγοντα συγκέντρωσης C με την τιμή S της βαθμολογίας μίας ερώτησης προκύπτουν διάφορα πρότυπα των απαντήσεων των μαθητών. Οι Bao και Redish (2001) πρότειναν την κωδικοποίηση των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών στις κατηγορίες που φαίνονται στον Πίνακα 1. Βαθμολογία Παράγοντας Επίπεδο ερώτησης (S) συγκέντρωσης (C) Επίπεδο L L M M H H Πίνακας 1. Κωδικοποίηση των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών κατά Bao & Redish. [29]

50 Κεφάλαιο 2 Η κωδικοποίηση αυτή αποκτά νόημα όταν συνδυαστούν οι τιμές των C και S, οπότε προκύπτει η ταξινόμηση που δίνεται στον Πίνακα 2, όπου αναδεικνύονται τα διάφορα πρότυπα των απαντήσεων των μαθητών. Επιπλέον, στον Πίνακα 2 δίνεται και η προτεινόμενη ερμηνεία κάθε προτύπου ώστε να συσχετιστεί με τον τρόπο που οι μαθητές κατανοούν τις διαπραγματευόμενες έννοιες της Φυσικής. Μία κορυφή Δύο κορυφές Καμία κορυφή Πρότυπο απαντήσεων HH LH LM MM LL Ερμηνεία του προτύπου Ένα ορθό σύστημα εννοιών Ένα κυρίαρχο λανθασμένο σύστημα εννοιών Δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών Δύο συστήματα εννοιών (ένα ορθό κι ένα λανθασμένο) Τρία ή και περισσότερα συστήματα εννοιών που εμφανίζονται εξίσου Πίνακας 2. Προτεινόμενη ερμηνεία κάθε προτύπου κατά Bao & Redish (2001). Οι κατηγορίες HH και ΜΗ δείχνουν ότι οι μαθητές τα πηγαίνουν καλά με το θέμα ακόμη και πριν τη διδασκαλία (αν συγκρίνουμε pre και post δεδομένα). Η κατηγορία ΜΜ υποδηλώνει ότι μερικοί μαθητές, συνήθως πάνω από το 30%, έχουν την τάση να χρησιμοποιούν κάποιο συνηθισμένο λανθασμένο μοντέλο. Πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα προκύπτουν από τις κατηγορίες LM και LH στις οποίες υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξη διαδεδομένων λανθασμένων μοντέλων. Η ύπαρξη αρκετών τέτοιων ερωτήσεων υποδεικνύει ότι το ερωτηματολόγιο πέτυχε στην ανάδειξη ελκυστικών εναλλακτικών ιδεών. τους: Οι Bao και Redish (2001) κατέληξαν σε τρία συμπεράσματα μετά την εφαρμογή της μεθόδους 1. Το θεμελιώδες χαρακτηριστικό της μεθόδου είναι η δυνατότητα ανεύρεσης προτύπων της σκέψης των μαθητών. 2. Η εμφάνιση του προτύπου LL μπορεί να σηματοδοτεί μία ερώτηση με αδύναμες ή ανύπαρκτες εναλλακτικές ιδέες. Στην περίπτωση όμως ενός τεστ όπως είναι το FCI που κάτι τέτοιο έχει επιβεβαιωθεί σημαίνει ότι δεν υπάρχει κάποιο κοινό σύστημα εννοιών για τους μαθητές ή όλες οι επιλογές αντιστοιχούν με τα συστήματα εννοιών των μαθητών τα οποία [30]

51 Κεφάλαιο 2 χρησιμοποιούνται εξίσου από αυτούς. Άρα, οι μαθητές δεν κατανοούν το αντικείμενο, με αποτέλεσμα είτε να απαντούν στην τύχη μαντεύοντας, είτε δεν έχουν την εμπειρία να εντάξουν το πρόβλημα σε μία κατηγορία προβλημάτων και να το λύσουν με την κατάλληλη μέθοδο. Σε κάθε περίπτωση απαιτείται επιπλέον έρευνα. 3. Τα αποτελέσματα της μεθόδου μπορούν να αξιοποιηθούν για τη σύνταξη ενός τεστ αφού δίνουν πληροφορίες για τον τρόπο που οι μαθητές ερμηνεύουν τις τεθείσες ερωτήσεις. Προκειμένου να αναπαρασταθεί η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών μετά την έκθεσή τους σε κάποια διδακτική δράση προτείνεται από τους Bao και Redish (2001) να δοθούν δύο διαγράμματα: το διάγραμμα S-C και το διάγραμμα S-Γ. Στο διάγραμμα S-C αναπαριστώνται με σημεία οι μέσες τιμές των αρχικών και τελικών καταστάσεων όλων των μαθητών σε μία ερώτηση και με διανύσματα οι μετακινήσεις λόγω της διδακτικής παρέμβασης. Εξαιτίας του προφανή περιορισμού [9] που ισχύει για το άθροισμα των πλήθους όλων των δυνατών απαντήσεων, προκύπτει ότι τα σημεία στο διάγραμμα S-C μπορεί να βρεθούν μόνο σε μία συγκεκριμένη περιοχή η οποία οριοθετείται από δύο καμπύλες (Διάγραμμα 1). Η καμπύλη της ελάχιστης τιμής του δείκτη συγκέντρωσης C MIN δίνεται από τη σχέση [10] ενώ η καμπύλη της μέγιστης τιμής του δείκτη συγκέντρωσης C MAX δίνεται από τη σχέση [11] Όπως προκύπτει από τις σχέσεις (10) και (11) και οι δύο καμπύλες διαφοροποιούνται όταν μεταβάλλεται ο αριθμός m των δυνατών απαντήσεων στην ερώτηση πολλαπλής επιλογής που τίθεται. Στο Διάγραμμα 1 δίνονται οι αντίστοιχες καμπύλες για m=3, 4, 5, 6 καθώς οι ερωτήσεις πολλαπλής που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή είχαν από τρεις έως έξι πιθανές [31]

52 Κεφάλαιο 2 απαντήσεις (βλ. Παραρτήματα Α -Ι ). Στο ίδιο διάγραμμα δίνονται επίσης οι ευθείες C=0,2, C=0,5, S=0,4 και S=0,7 οι οποίες οριοθετούν τα πρότυπα απαντήσεων των μαθητών όπως δόθηκαν στον Πίνακα 1. Διάγραμμα 1. Απεικόνιση S-C: οι επιτρεπτές περιοχές για m=3, 4, 5, 6. Στο διάγραμμα S-Γ αναπαριστώνται με αντίστοιχα σημεία οι μέσες τιμές των αρχικών και τελικών καταστάσεων όλων των μαθητών σε μία ερώτηση και με διανύσματα οι μετακινήσεις λόγω της διδακτικής παρέμβασης. Σε αυτή την περίπτωση τα σημεία μπορούν να βρεθούν σε οποιαδήποτε περιοχή του διαγράμματος καθώς δεν υπάρχει κανένας περιορισμός. Χρησιμοποιώντας διάγραμμα S-Γ αντλούμε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις λανθασμένες απαντήσεις που δίνουν οι μαθητές. Έτσι, μια μεταβολή που αναπαριστάται με ένα διάνυσμα σχεδόν παράλληλο προς τον άξονα S, που σημαίνει ότι η τιμή του Γ παραμένει σχεδόν σταθερή, δηλώνει ότι οι μαθητές διατηρούν κάποιο κοινό λανθασμένο μοντέλο. Επίσης, υψηλές τιμές του Γ υποδηλώνουν την ύπαρξη ισχυρών εναλλακτικών μοντέλων στο μυαλό των μαθητών. [32]

53 Κεφάλαιο 2 Βιβλιογραφία 2ου κεφαλαίου Abrahamson, L. (2006). A brief history of networked classrooms: Effects, cases, pedagogy, and implications. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp. 1 25). Hershey, PA: Information Science Publishing. Allen, D., & Tanner, K. (2005). Infusing active learning into the large-enrolment biology class: Seven strategies, from the simple to complex. Cell Biology Education, 4, Banks, D. A. (2006). Reflections on the use of ARS with small groups. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Bao, L. (2006). Theoretical comparisons of average normalized gain calculations. Am. J. Phys. 74, Bao, L. and Redish, E. F. (2001). Concentration analysis: A quantitative assessment of student states. Am. J. Phys. 69, S45, Beatty, I. (2004). Transforming student learning with classroom communication systems. EDUCAUSE Research Bulletin, 2004(3), Ανακτήθηκε στις 18/4/2009 από Beatty, I. D., Gerace, W. J., Leonard, W. J., & Dufresne, R. J. (2006). Designing effective questions for classroom response system teaching. Am. J. Phys., 74(1), Bergtrom, G. (2006). Clicker sets as learning objects. Interdisciplinary Journal of Knowledge and Learning Objects. Ανακτήθηκε στις 12/3/2009 από Boyle, J. (2006). Eight years of asking questions. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Brewer, C. A. (2004). Near real-time assessment of student learning and understanding in biology courses. BioScience, 54(11), Brogt, E., Sabers, D., E., Prather, E., Deming, G. L., Hufnagel, B. & Slater, T. F. (2007). Analysis of the astronomy diagnostic test. Astron. Educ. Rev. 6, Bullock, D. W., LaBella, V. P., Clinghan, T., Ding, Z., Stewart, G., & Thibado, P. M. (2002). Enhancing the student instructor interaction frequency. The Physics Teacher, 40, [33]

54 Κεφάλαιο 2 Burnstein, R. A., & Lederman, L. M. (2001). Using wireless keypads in lecture classes. The Physics Teacher, 39(1), Burton, K. (2006). The trial of an audience response system to facilitate problem-based learning in legal education. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Caldwell, J. E. (2007). Clickers in the large classroom: Current research and best-practice tips. Life Sciences Education, 6(1), Carnaghan, C., & Webb, A. (2007). Investigating the effects of group response systems on student satisfaction, learning, and engagement in accounting education. Issues in Accounting Education, 22(3), Clement, J. (1982). Students' Preconceptions in Introductory Mechanics. Am. J. Phys. 50 (1), Cline, K. S. (2006). Classroom voting in mathematics. Mathematics Teacher, 100(2), Cohen, E. (1994). Restructuring the classroom: conditions for productive small groups. Review of Educational Research, 64(1), 1-35 Cox, A. & Junkin W. (2002). Enhanced student learning in the introductory physics laboratory. Physics Education 37(1, Jan), Cronbach, L. J. & Furby, L. (1970). How should we measure change Or should we? Psychol. Bull. 74, Cross, K. P. (1998). Why learning communities? Why now? About Campus, 3(3), Crouch, C. (1998). Peer instruction: An interactive approach for large classes. Optics and Photonics News, 9(9), Crouch, C. H., & Mazur, E. (2001). Peer instruction: Ten years of experience and results. Am. J. Phys., 69(9), Cutts, Q. (2006). Practical lessons from four years of using an ARS in every lecture of a large class. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. d Inverno, R., Davis, H., & White, S. (2003). Using a personal response system for promoting student interaction. Teaching Mathematics and Its Applications, 22(4), [34]

55 Κεφάλαιο 2 Draper, S. W., & Brown, M. I. (2004). Increasing interactivity in lectures using an electronic voting system. Journal of Computer Assisted Learning, 20(2), Draper, S. W., Cargill, J., & Cutts, Q. (2002). Electronically enhanced classroom interaction. Australian Journal of Educational Technology, 18, Driver R., Squires A., Rushworth P., & Wood-Robinson V. (1999). Οικοδομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών - Μια Παγκόσμια σύνοψη των ιδεών των μαθητών (επιμέλεια Π. Κόκκοτας, μετάφραση Μ. Χατζή), εκδ. Τυπωθήτω, Αθήνα. Driver, R., Guesne, E., & Tibergien, A. (1993). Οι ιδέες των παιδιών στις φυσικές επιστήμες,. Μετάφραση Κρητικός Θ, Σπηλιωτοπούλου - Παπαντωνίου Β, Σταυρόπουλος Α. εκδ. Ένωση Ελλήνων Φυσικών και Τροχαλία, Αθήνα. Dufresne, R. J., & Gerace, W. J. (2004). Assessing-to-learn: Formative assessment in physics instruction. The Physics Teacher, 42, Elliott, C. (2003) Using a personal response system in economics teaching. International Review of Economics Education, 1(1). Ανακτήθηκε στις 1/2/2009 από < El-Rady, J. (2006). To click or not to click: That s the question. Innovate Journal of Online Education, 2(4). Ανακτήθηκε 2/3/2010 από < Fagan, A. P., Crouch, C. H., & Mazur, E. (2002). Peer instruction: Results from a range of classrooms. The Physics Teacher, 40(4), Fies, C., & Marshall, J. (2006). Classroom response systems: A review of the literature. Journal of Science Education and Technology, 15(1), Finegold Μ., Gorsky P. (1991). Students' concepts of force as applied to related physical systems: A search for Consistency. Int. J. Sci. Educ. 13 (1), 97 (1991). Freeman, M., Bell, A., Comerton-Forder, C., Pickering, J., & Blayney, P. (2007). Factors affecting educational innovation with in class electronic response systems. Australasian Journal of Educational Technology, 23(2), Gery, F.W. (1972). Does mathematics matter? in A. Welch, ed., Research papers in economic education, Joint Council on Economic Education. pp [35]

56 Κεφάλαιο 2 Gilbert, J. & Osborne, R. (1980). Identifying science students concepts: The IAI approach. In W. Archenhold (ed.), Cognitive Development Research in Science and Mathematics (Centre for Studies in Science Education, University of Leeds, Leeds). Gilbert, J., Watts, M. & Osborne, J. (1982). Students' conceptions of ideas in mechanics. Physics Educ., Vol. 17, pp Gok, T. (2011). The impact of peer instruction on college students' beliefs about physics and conceptual understanding of electricity and magnetism. International Journal of Science and Mathematics Education 10 (2), pp Greer, L., & Heaney, P. J. (2004). Real-time analysis of student comprehension: An assessment of electronic student response technology in an introductory earth science course. Journal of Geoscience Education, 52(4), Hake, R.R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses. Am. J. Phys. 66, no. 1: Hake, R.R. (2002). Assessment of Physics Teaching Methods. Proceedings of the UNESCOASPEN Workshop on Active Learning in Physics, Univ. of Peradeniya, Sri Lanka, 2-4 Dec. Ανακτήθηκε στις 12/2/2008 από Hake, R.R. (2007). Should We Measure Change? Yes!. ανακτήθηκε στις 12/6/2011 από < Halloun, I. & Hestenes, D. (1985). The initial knowledge state of college physics students. Am. J. Phys. 53 (11), Hatch, J., Jensen, M., & Moore, R. (2005). Manna from heaven or clickers from hell. Journal of College Science Teaching, 34(7), ). Hestenes, D. & Wells, M. (1992). Force Concept Inventory. The Physics Teacher vol. 30, (pp Hestenes, D., Wells, M. & Swackhamer, G. (1992). A Mechanics Baseline Test. The Physics Teacher vol. 30, (pp ). Hinde, K., & Hunt, A. (2006). Using the personal response system to enhance student learning: Some evidence from teaching economics. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. [36]

57 Κεφάλαιο 2 Hoekstra, A. (2008). Vibrant student voices: Exploring effects of the use of clickers in large college courses. Learning, Media, & Technology, 33(4), Horowitz, H. M. (2006). ARS evolution: Reflections and recommendations. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Hovland, C. I., A. A. Lumsdaine, & F. D. Sheffield (1949). A baseline for measurement of percentage change. In C. I. Hovland, A.A. Lumsdaine, and F.D. Sheffield, eds. 1965, Experiments on mass communication. Wiley (first published in 1949). Reprinted as pages in P. F. Lazarsfeld and M. Rosenberg, eds. 1955, The language of social research: a reader in the methodology of social Research. Free Press. Hu, J., Bertol, P., Hamilton, M., White, G., Duff, A., & Cutts, Q. (2006). Wireless interactive teaching by using keypad-based ARS. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Jackson, M., Ganger, A. Ac., Bridge, P. D., & Ginsburg, K. (2005). Wireless handheld computers in the undergraduate medical curriculum. Medical Education Online, 10(5). Jones, C., Connolly, M., Gear, A., & Read, M. (2001). Group integrative learning with group process support technology. British Journal of Educational Technology, 32(5), Judson, E., & Sawada, D. (2002). Learning from past and present: Electronic response systems in college lecture halls. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 21(2), Judson, E., & Sawada, D. (2006). Audience response systems: Insipid contrivances or inspiring tools? In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Kaleta, R., & Joosten, T. (2007). Student response systems: A University of Wisconsin system study of clickers. EDUCAUSE Research Bulletin, 2007(10), Kay, R. H., LeSage, A., & Knaack, L. (2010). Examining the use of audience response systems in secondary school classrooms: A formative analysis. Journal of Interactive Learning Research, 21(3), Kennedy, G. E., & Cutts, Q. I. (2005). The association between students use of electronic voting systems and their learning outcomes. Journal of Computer Assisted Learning, 21(4), [37]

58 Κεφάλαιο 2 Kennedy, G. E., Cutts, Q., & Draper, S. W. (2006). Evaluating electronic voting systems in lectures: Two innovative methods. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Knight, R., (2008). Πέντε εύκολα μαθήματα, Στρατηγικές για την επιτυχή διδασκαλία της Φυσικής, μετ. Π. Τζαμαλής, εκδ. Δίαυλος. Latessa, R., & Mouw, D. (2005). Use of audience response system to augment interactive learning. Family Medicine, 37(I), Ανακτήθηκε στις 12/3/2009 από < January/Robyn12.pdf>. Marks, J.D., & K. Cummings (2007). Normalized change. Am. J. Phys. 57, no. 1: Mazur, E. (1997). Peer instruction A Users Manual Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ. Mazur, E. (2009). Farewell, lecture? Science, 323(5910), McCabe, M. (2006). Live assessment by questioning in an interactive classroom. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. 24. McDermott, L.C. (1984). Research on conceptual understanding in mechanics. Phys. Today 37 (7), Miller, R. L., Santana-Vega, E., & Terrell, M. S. (2006). Can good questions and peer discussion improve calculus instruction? PRIMUS, 16(3), 1 9. Nicol, D. J., & Boyle, J. T. (2003). Peer instruction versus class-wide discussion in large classes: A comparison of two interaction methods in the wired classroom. Studies in Higher Education, 28(4), Paschal, C. B. (2002). Formative assessment in physiology teaching using a wireless classroom communication system. Advances in Physiology Education, 26(4), Pelton, L. F., & Pelton, T. (2006). Selected and constructed response systems in mathematics. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. Penuel, W. R., Abrahamson, L., & Roschelle, J. (2006). Theorizing the transformed classroom: Sociocultural interpretation of the effects of audience response systems in higher education. In D. A. Banks (Ed.), Audience response systems in higher education (pp ). Hershey, PA: Information Science Publishing. [38]

59 Κεφάλαιο 2 Penuel, W. R., Boscardin, C. K., Masyn, K., & Crawford, V. M. (2007). Teaching with student response systems in elementary and secondary education settings: A survey study. Educational Technology, Research and Development, 55(4), Poulis, J., Massen, C., Robens, E., & Gilbert, M. (1998). Physics lecturing with audience paced feedback. Am. J. Phys., 66(5), Pradhan, A., Sparano, D., & Ananth, C. V. (2005). The influence of an audience response system on knowledge retention: An application to resident education. American Journal of Obstetrics and Gynecology, 193(5), Preszler, R. W., Dawe, A., Shuster, C. B., & Shuster, M. (2007). Assessment of the effects of student response systems on student learning and attitudes over a broad range of biology courses. CBE-Life Sciences Education, 6(1), Rao, S. P., & DiCarlo, S. E. (2000). Peer instruction improves performance on quizzes. Advances in Physiology Education, 24(1), Reay, N. W., Bao, L., Li, P., Warnakulasooriya, R., & Baugh, G. (2005). Toward the effective use of voting machines in physics lectures. Am. J. Phys., 73(6), Robertson, L. J. (2000). Twelve tips for using a computerised interactive audience response system. Medical Teacher, 22(3), Schackow, T. E., Milton, C., Loya, L., & Friedman, M. (2004). Audience response system: Effect on learning in family medicine residents. Family Medicine, 36, Sebastia, J. M. (2003). Cognitive mediators and interpretations of electric circuits. Proceedings of the Third International Seminar on Misconceptions and Educational Strategies in Science and Mathematics (Misconceptions Trust, Ithaca, New York, 1993). Sharma, M. D., Khachan, J., Chan, B., & O Byrne, J. (2005). An investigation of the effectiveness of electronic classroom communication systems in large lectures. Australasian Journal of Educational Technology, 21(2), Siau, K., Sheng, H., & Nah, F. (2006). Use of classroom response system to enhance classroom interactivity. IEEE Transactions on Education, 49(3), Simpson, V., & Oliver, M. (2007). Electronic voting systems for lectures then and now: A comparison of research and practice. Australasian Journal of Educational Technology, 23(2), [39]

60 Κεφάλαιο 2 Singh, C. (2002). Effectiveness of Group Interaction on Conceptual Standardized Test Performance., Proceedings of the Phys. Ed. Res. Conference, Boise (Eds. S. Franklin, J. Marx, and K. Cummings), Slain, D., Abate, M., Hidges, B. M., Stamatakis, M. K., & Wolak, S. (2004). An interactive response system to promote active learning in the doctor of pharmacy curriculum. American Journal of Pharmaceutical Education, 68(5), 1 9. Steinhert, Y., & Snell, L. S. (1999). Interactive lecturing: Strategies for increasing participation in large group presentations. Medical Teacher, 21(1), Stuart, S. A. J., Brown, M. I., & Draper, S. W. (2004). Using an electronic voting system in logic lectures: One practitioner s application. Journal of Computer Assisted Learning, 20(2), Suppapittayaporn, D., Emarat, N. & Arayathanitkul, K. (2010). The effectiveness of peer instruction and structured inquiry on conceptual understanding of force and motion: a case study from Thailand, Research in Science & Technological Education, 28:1, Tanner, K., & Allen, D. (2005). Approaches to biology teaching and learning: Understanding the wrong answers Teaching toward conceptual change. Cell Biology Education, 4, Thornton, R.K. & D.R. Sokoloff (1998). Assessing student learning of Newton's Laws: The force and motion conceptual evaluation and the evaluation of active learning laboratory and lecture curricula. Am. J. Phys. 66(4): Trees, A. R., & Jackson, M. H. (2007). The learning environment in clicker classrooms: Student processes of learning and involvement in large university courses using student response systems. Learning, Media and Technology, 32(1), Turnquist, L., Vatria, P. & Vartia, Y. (1985). How should relative changes be measured? Am. Stat. 39, Uhari, M., Renko, M., & Soini, H. (2003). Experiences of using an interactive audience response system in lectures. BMC Medical Education, 3(12), 1 6. Viennot, L. (1979). Spontaneous reasoning in elementary dynamics. Eur. J. Sci. Educ. 1, von Rhoneck, C. & Grob, K. (1987). Representation and problem-solving in basic electricity, predictors for successful learning. Proceedings of the Second International Seminar on Misconceptions and Educational Strategies in Science and Mathematics, edited by J. D. Novak (Cornell Univ., Ithaca, New York, 1987), p [40]

61 Κεφάλαιο 2 Vosniadou, S. (2002). Mental Models in Conceptual Development. In L. Magnani & N. Nersessian Model-Based Reasoning: Science, Technology, Values, New York: Kluwer Academic Press. [41]

62 Κεφάλαιο 2 [42]

63 Κεφάλαιο 3 Κεφάλαιο 3ο Μεθοδολογία της έρευνας - Διαδικασίες 3ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι διαδικασίες και η μεθοδολογία που ακολουθήθηκαν στο πλαίσιο της διερεύνησης των δύο ερευνητικών ερωτημάτων της διατριβής. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για: 1. να διερευνηθεί αν ισχύουν, στο ιδιαίτερο περιβάλλον του ελληνικού εκπαιδευτικού συστήματος, τα βασικά πορίσματα της διεθνούς έρευνας από την εφαρμογή των CRS ως εργαλείων που προάγουν την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας στην Τριτοβάθμια αλλά και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση, στο πλαίσιο της διδακτικής μεθοδολογίας που είναι γνωστή ως διδασκαλία μεταξύ ομότιμων, και 2. να διερευνηθεί και να αποτιμηθεί η δυναμική ενός CRS ως ερευνητικού εργαλείου που, εντός του υιοθετηθέντος παιδαγωγικού πλαισίου χρήσης, επικουρεί στην ανάδειξη των νοητικών μοντέλων και των εναλλακτικών ιδεών των διδασκόμενων και επιτρέπει την καταγραφή της γνωστικής εξέλιξης όλων των μαθητών μιας τάξης. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται, αντίστοιχα, το παιδαγωγικό πλαίσιο που υιοθετήθηκε για το σχεδιασμό των εκπαιδευτικών σεναρίων για να διερευνηθεί το δεύτερο ερευνητικό ερώτημα. 3.1 Πληθυσμοί. Στοιχεία συμμετεχόντων Στην παρούσα έρευνα συμμετείχαν 148 μαθητές Γυμνασίου (τμήματα Α1, Α2, Π1, Π2, Π3, Α8, Α9) και 84 μαθητές Λυκείου (τμήματα Α4, Α5, Α6, Α7) κατανεμημένοι σε 11 τμήματα (Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση) καθώς και 46 φοιτητές του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ κατανεμημένοι σε 4 τμήματα (Τριτοβάθμια Εκπαίδευση). Η κατανομή των μαθητών και των φοιτητών ανά τμήμα και ανά ερευνητικό ερώτημα δίνεται στον Πίνακα 3. Σε ό,τι αφορά τους μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, οι μαθητές των τμημάτων Α1- Α9 ήταν μαθητές δύο αστικών σχολείων της περιοχής της Θεσσαλονίκης, ενώ οι μαθητές των τμημάτων Π1-Π3 ήταν μαθητές ενός περιφερειακού σχολείου της περιοχής του Κιλκίς. Σε ό,τι αφορά τους φοιτητές, τα τμήματα ΓΕ1 και ΓΕ2 στελεχώθηκαν από πρωτοετείς φοιτητές του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ που παρακολούθησαν το υποχρεωτικό μάθημα Γενικό [43]

64 Κεφάλαιο 3 Εργαστήριο Φυσικής Ι του Β εξαμήνου σπουδών, ενώ τα τμήματα Δ1 και Δ2 στελεχώθηκαν από τελειόφοιτους φοιτητές του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ που παρακολούθησαν το κατ επιλογήν μάθημα Διδακτική της Φυσικής Ι του Ζ εξαμήνου σπουδών. 1ο ερευνητικό ερώτημα 2ο ερευνητικό ερώτημα Β /θμια Εκπ/ση Γ /θμια Εκπ/ση Β /θμια Εκπ/ση Γ /θμια Εκπ/ση Τμήμα Αριθμός Μαθητών Τμήμα Αριθμός Φοιτητών Τμήμα Αριθμός Μαθητών Τμήμα Αριθμός Φοιτητών Α1 22 ΓΕ1 11 Α4 21 Δ1 13 Α2 25 ΓΕ2 12 Α5 20 Δ2 10 Π1 24 Α6 20 Π2 17 Α7 23 Π3 12 Α8 26 Α9 22 Σύνολο Πίνακας 3. Κατανομή των μαθητών και των φοιτητών ανά τμήμα και ανά ερευνητικό ερώτημα 3.2 Εξοπλισμός Ερευνητικά εργαλεία Για την πραγματοποίηση της έρευνας αξιοποιήθηκε ένα σύστημα CRS για την καταγραφή και την απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο των απαντήσεων των μαθητών στις ερωτήσεις που τους τέθηκαν. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα τεχνικά χαρακτηριστικά του συστήματος που χρησιμοποιήθηκε. Για τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος χρησιμοποιήθηκαν ερωτήσεις που στην πλειοψηφία τους υιοθετήθηκαν από σταθμισμένα ερωτηματολόγια. Τα ερωτηματολόγια αυτά παρουσιάζονται στην παράγραφο Για τη διερεύνηση του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος αναπτύχθηκαν πέντε εκπαιδευτικά σενάρια. Λόγω της ιδιαίτερης σημασίας των σεναρίων αυτών αλλά και του παιδαγωγικού πλαισίου ανάπτυξής τους, τα σενάρια και η μεθοδολογία ανάπτυξής τους παρουσιάζονται εκτενώς στο κεφάλαιο Σύστημα τηλεκαταγραφής απαντήσεων Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκε το σύστημα τηλεκαταγραφής Verdict plus της εταιρείας Hitachi (Εικόνα 1). Το σύστημα αυτό αποτελείται από 30 χειριστήρια (κλίκερς) για τους εκπαιδευόμενους, 1 ειδικό χειριστήριο για το διδάσκοντα, έναν πομποδέκτη ραδιοκυμάτων και αντίστοιχους φορτιστές. Τα χειριστήρια περιλαμβάνουν οθόνη στην οποία ο διδάσκων μπορεί να λαμβάνει τις απαντήσεις των μαθητών και πληκτρολόγιο για να στέλνει μηνύματα σε όλους ή σε συγκεκριμένους μαθητές, να [44]

65 Κεφάλαιο 3 ελέγχει τη ροή της εκπαιδευτικής διαδικασίας αλλάζοντας την προβαλλόμενη διαφάνεια, να ξεκινάει ή να σταματάει τη διαδικασία ψηφοφορίας. Το χειριστήριο των μαθητών περιλαμβάνει παρόμοια οθόνη στην οποία οι μαθητές λαμβάνουν μηνύματα, βλέπουν την απάντηση που έχουν πληκτρολογήσει πριν την αποστείλουν, λαμβάνουν πληροφορία για την ορθότητα της απάντησής τους (εφόσον το επιθυμεί ο διδάσκων). Υπάρχουν επίσης 19 πλήκτρα μέσω των οποίων μπορούν να επιλέξουν την απάντησή τους (ανάλογα με τον τύπο της ερώτησης) ή να εισάγουν κείμενο μέχρι 90 χαρακτήρες. Εικόνα 1 Μια συσκευή CRS της εταιρείας Hitachi-Verdict plus. Σε κάθε χειριστήριο αντιστοιχίζεται ένας μοναδικός αριθμός ταυτότητας μέσω του οποίου το χειριστήριο ταυτοποιείται. Η χρήση ραδιοσυχνοτήτων για την επικοινωνία του σταθμού βάσης με τα χειριστήρια επιτρέπει την χωρίς παρεμβολές δυνατότητα επικοινωνίας με εμβέλεια έως 300 μέτρα (σε ανοικτό χώρο), που ξεπερνάει τα όρια και του μεγαλύτερου πανεπιστημιακού αμφιθέατρου. Για τη συλλογή των δεδομένων χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό που συνοδεύει το σύστημα τηλεκαταγραφής: το Verdict plus (έκδοση 1.5.7). Το λογισμικό αυτό συνεργάζεται με το λογισμικό παρουσιάσεων Power Point και παρέχει τη δυνατότητα δημιουργίας αναφορών μετά την ολοκλήρωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας ανά ερώτηση, ανά μαθητή ή για ολόκληρη την τάξη. Τα δεδομένα μπορούν να εξαχθούν σε διάφορες μορφές (HTML, PDF, XLS, CVS, JPG) καθιστώντας δυνατή την περαιτέρω επεξεργασία τους Ερωτηματολόγια Οι ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής αποτέλεσαν το βασικό εργαλείο διατύπωσης προβληματικών καταστάσεων που κλήθηκαν να επιλύσουν οι μαθητές. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η εγκυρότητα και η αξιοπιστία των ερωτήσεων επιχειρήθηκε, στην πλειοψηφία των περιπτώσεων αλλά όχι σε όλες, να υιοθετηθούν ερωτήσεις από σταθμισμένα ερωτηματολόγια. [45]

66 Κεφάλαιο 3 Οι ερωτήσεις που τέθηκαν στις διάφορες διδακτικές παρεμβάσεις που επιχειρήθηκαν, οι οποίες παρεμβάσεις περιγράφονται στην παράγραφο 3.4, δίνονται στα Παραρτήματα Α, Β, Γ, Δ, Ε, Στ, Ζ, Η, Θ και Ι. Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Α έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο DIRECT (Engelhardt & Beichner, 2004) και σχετίζονται με τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ. Διατυπώθηκαν στο πλαίσιο εφαρμογής του εκπαιδευτικού σεναρίου του νόμου του Ωμ που εφαρμόστηκε στα τμήματα Δ1 και Δ2. Το σενάριο παρουσιάζεται στην παράγραφο ενώ τα αποτελέσματα από την εφαρμογή στα τμήματα Δ1 και Δ2 δίνονται στις παραγράφους και αντίστοιχα. Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Β έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο ECCE (The Electric Circuits Concept Evaluation, Sokoloff, χχ.) καθώς και από τα προτεινόμενα τεστ εννοιών (conceptual test) που συνοδεύουν το βιβλίο του Eric Mazur (Mazur, 1997). Διατυπώθηκαν στο πλαίσιο εφαρμογής του εκπαιδευτικού σεναρίου των κανόνων του Κίρκοφ που εφαρμόστηκε στο τμήμα Δ2. Το σενάριο παρουσιάζεται στην παράγραφο ενώ τα αποτελέσματα από την εφαρμογή στο τμήμα Δ2 δίνεται στην παράγραφο Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Γ και του Παραρτήματος Δ έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο FCI (Hestenes, Wells και Swackhamer, 1992) καθώς και από τα προτεινόμενα τεστ εννοιών που συνοδεύουν το βιβλίο του Eric Mazur (Mazur, 1997). Η ερώτηση Q1/Q2 στο Παράρτημα Γ (αντίστοιχα ερώτηση Q1/Q12/Q13 στο Παράρτημα Δ ) έχει υιοθετηθεί από το βιβλίο του Κασσέτα (1996, σελ ). Οι ερωτήσεις των δύο αυτών παραρτημάτων διατυπώθηκαν στο πλαίσιο εφαρμογής του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στα τμήματα Δ1 και Δ2 αντίστοιχα. Τα δύο σενάρια παρουσιάζονται στις παραγράφους και ενώ τα αποτελέσματα από την εφαρμογή στα τμήματα Δ1 και Δ2 δίνονται στις παραγράφους και αντίστοιχα. Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Ε έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο DIRECT (Engelhardt & Beichner, 2004). Διατυπώθηκαν στο πλαίσιο εφαρμογής του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος στα τμήματα Α4, Α5, Α6, Α7. Το σενάριο παρουσιάζεται στην παράγραφο ενώ τα αποτελέσματα από την εφαρμογή στα τέσσερα τμήματα δίνεται στην παράγραφο Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Στ έχουν επιλεγεί από τράπεζα θεμάτων που χρησιμοποιούνται την τελευταία δεκαετία στο μάθημα του Γενικού Εργαστηρίου Φυσικής Ι, του Β εξαμήνου σπουδών του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, από διδάσκοντα του μαθήματος. Οι ερωτήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος και τέθηκαν εντός του προτύπου Α. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή τους δίνονται στην παράγραφο Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Ζ έχουν επιλεγεί από τράπεζα θεμάτων που χρησιμοποιούνται την τελευταία δεκαετία στο μάθημα του Γενικού Εργαστηρίου Φυσικής Ι, του Β εξαμήνου σπουδών του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, από διδάσκοντα του μαθήματος. Οι ερωτήσεις [46]

67 Κεφάλαιο 3 χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος και τέθηκαν εντός του προτύπου Β. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή τους δίνονται στην παράγραφο Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Η έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο FCI (Hestenes, Wells και Swackhamer, 1992). Οι ερωτήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος και τέθηκαν εντός του προτύπου Γ. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή τους δίνονται στην παράγραφο Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος Θ έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο ITCE (Introductory Thermal Concept Evaluation, Yeo & Zadnik, 2001). Οι ερωτήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος και τέθηκαν εντός του προτύπου Δ. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή τους δίνονται στην παράγραφο Οι ερωτήσεις του Παραρτήματος I έχουν επιλεγεί από το ερωτηματολόγιο FCI (Hestenes, Wells και Swackhamer, 1992). Οι ερωτήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος και τέθηκαν εντός των προτύπων Γ και Ε. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή τους δίνονται στην παράγραφο Σχεδιασμός έρευνας: Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων Ο σχεδιασμός της έρευνας έλαβε υπόψη την ανάγκη διερεύνησης των δύο ερευνητικών ερωτημάτων. Επιχειρήθηκε να εμπλακούν τόσο μαθητές της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης όσο και φοιτητές της Τριτοβάθμιας εκπαίδευσης. Η εμπλοκή των μαθητών της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης θεωρήθηκε πολύ σημαντική με δεδομένο ότι ελάχιστες έρευνες σε όλο τον κόσμο έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητας της χρήσης των κλίκερς σε μαθητές αυτής της ηλικίας. Η εφαρμογή σε φοιτητές επιλέγηκε για να επιβεβαιωθούν καταρχάς τα πορίσματα της διεθνούς έρευνας σχετικά με την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων και στο εκπαιδευτικό σύστημα της Ελλάδας και στη συνέχεια, για να επιχειρηθεί η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των κλίκερς εντός ολοκληρωμένων εκπαιδευτικών σεναρίων και να προκύψουν δεδομένα που δεν είναι μέχρι στιγμής διαθέσιμα στη διεθνή βιβλιογραφία. Ερευνητικά δεδομένα συλλέχθηκαν με διάφορες μεθόδους (Cohen, Manion & Morrison, 2007): Με ερωτήσεις που τέθηκαν κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης ακολουθώντας διάφορα πρότυπα υποβολής. Με συζητήσεις που έλαβαν χώρα στην ολομέλεια, μεταξύ όλων των μαθητών μίας τάξης. Με βιντεοσκόπηση ώστε να καταγραφούν οι αντιδράσεις των μαθητών στη χρήση του CRS και η ανάπτυξη και η εξέλιξη στο χρόνο της δυναμικής των ομάδων. Με ερωτήσεις που επανατέθηκαν σε επόμενες συνεδρίες ή στο πλαίσιο εξετάσεων. [47]

68 Κεφάλαιο 3 Η ανάλυση των δεδομένων έγινε με διάφορες μεθόδους (Cohen, Manion & Morrison, 2007): Με ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα στην ολομέλεια, μεταξύ όλων των μαθητών μίας τάξης. Με ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των μαθητών και τον υπολογισμό του δείκτη μέσου κανονικοποιημένου κέρδους g (Hake, 1998). Με ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των μαθητών (Bao και Redish, 2001). Με ανάλυση της κατανομής των χρόνων απόκρισης ανά μαθητή και ανά ερώτηση, δεδομένα που είναι διαθέσιμα χάρη στη χρήση ενός CRS. Με σύγκριση των απαντήσεων των μαθητών στις ίδιες ερωτήσεις σε διάφορα στάδια της διδακτικής παρέμβασης. Αναλυτικά οι μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και της ανάλυσής τους για κάθε ένα από τα ερευνητικά ερωτήματα παρουσιάζεται στις παραγράφους (πρώτο ερευνητικό ερώτημα) και (δεύτερο ερευνητικό ερώτημα) ενώ οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για τη συλλογή των δεδομένων παρουσιάζονται στις παραγράφους (πρώτο ερευνητικό ερώτημα) και (δεύτερο ερευνητικό ερώτημα) Πρώτο ερευνητικό ερώτημα Το πρώτο ερευνητικό ερώτημα διερευνήθηκε σε μικρά ακροατήρια φοιτητών αλλά και σε μικρά ακροατήρια μαθητών. Στην παράγραφο παρουσιάζονται οι μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και της ανάλυσής τους στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση. Στην παράγραφο παρουσιάζονται οι μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και της ανάλυσής τους στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση Για τη συλλογή δεδομένων τέθηκαν ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής με την υιοθέτηση τεσσάρων διαφορετικών προτύπων υποβολής των ερωτήσεων. Τα πρότυπα αυτά παρουσιάζονται αναλυτικά στην παράγραφο Ειδικά για το πρότυπο Γ επιπλέον δεδομένα συλλέχθηκαν με τη βιντεοσκόπηση της διαδικασίας και την πραγματοποίηση εκτενών συζητήσεων στην ολομέλεια των φοιτητών στα τμήματα ΓΕ1 και ΓΕ2. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των μαθητών καθώς και υπολογισμός του δείκτη μέσου κανονικοποιημένου κέρδους g. Ειδικά για το πρότυπο Γ επιχειρήθηκε η ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα στα τμήματα ΓΕ1 και ΓΕ2. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παρουσιάζονται στην παράγραφο 5.1. [48]

69 Κεφάλαιο Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση Για τη συλλογή δεδομένων τέθηκαν ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής με την υιοθέτηση δύο διαφορετικών προτύπων υποβολής των ερωτήσεων. Τα πρότυπα αυτά παρουσιάζονται αναλυτικά στην παράγραφο Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των μαθητών καθώς και υπολογισμός του δείκτη μέσου κανονικοποιημένου κέρδους g. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των μαθητών όλων των τμημάτων. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παρουσιάζονται στην παράγραφο Δεύτερο ερευνητικό ερώτημα Το δεύτερο ερευνητικό ερώτημα διερευνήθηκε σε μικρά ακροατήρια φοιτητών αλλά και σε μικρά ακροατήρια μαθητών. Η ουσιαστική διαφορά σε σχέση με το πρώτο ερευνητικό ερώτημα είναι η προσπάθεια ενσωμάτωσης της διαδραστικής τεχνολογίας των κλίκερς σε ολοκληρωμένα εκπαιδευτικά σενάρια. Η διαφορά αυτή οδήγησε σε διαφορετική μεθοδολογία συλλογής δεδομένων σε σχέση με αυτήν του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος. Στην παράγραφο παρουσιάζονται οι μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και της ανάλυσής τους στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Στην παράγραφο παρουσιάζονται οι μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και της ανάλυσής τους στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση Στο πλαίσιο της εφαρμογής των εκπαιδευτικών σεναρίων στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση επιχειρήθηκαν δύο δράσεις. Η πρώτη δράση πραγματοποιήθηκε σε τέσσερα (4) τμήματα της Β τάξης ενός Γενικού Λυκείου στο πλαίσιο της Φυσικής Γενικής Παιδείας. Αφορούσε τη διδασκαλία του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος (παράγραφος 4.3.1). Για τη συλλογή δεδομένων τέθηκαν 6 ερωτήσεις (Παράρτημα Ε ) πριν την εφαρμογή του σεναρίου (pre test) αλλά και μετά την εφαρμογή (post test). Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των μαθητών καθώς και ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των μαθητών όλων των τμημάτων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μη παραμετρική στατιστική ανάλυση (Cohen, Manion & Morrison, 2007; Field, 2000) για κάθε τμήμα για τη σύγκριση μεταξύ αρχικών και τελικών απαντήσεων. Για να συγκριθεί η επίδραση της χρήσης των κλίκερς στην αποτελεσματικότητα της παρέμβασης επιχειρήθηκε στατιστική ανάλυση μεταξύ των δύο τμημάτων που χρησιμοποίησαν τα κλίκερς και των δύο τμημάτων που δεν τα χρησιμοποίησαν. [49]

70 Κεφάλαιο 3 Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η δεύτερη δράση πραγματοποιήθηκε σε δύο (2) τμήματα της Β τάξης ενός Γυμνασίου στο πλαίσιο της Φυσικής. Αφορούσε τη διδασκαλία του πρώτου νόμου του Νεύτωνα (παράγραφος 4.3.2). Για τη συλλογή δεδομένων τέθηκαν επτά (7) συνολικά ερωτήσεις κατά τη διάρκεια της παρέμβασης. Για να αξιολογηθεί η παρέμβαση τέθηκαν στην αρχή και στο τέλος του μαθήματος το ίδιο ζεύγος ερωτήσεων. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των μαθητών καθώς και ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Μέθοδοι καταγραφής δεδομένων και ανάλυσης στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση Για να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας με τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών, επιχειρήθηκαν πέντε δράσεις. Η πρώτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1 (παράγραφος 4.3.3). Τέθηκαν δέκα (10) συνολικά ερωτήσεις εκ των οποίων οι τρεις από αυτές ήταν η ίδια ερώτηση που τέθηκε σε διαφορετικά στάδια της διδακτικής παρέμβασης. Η διαδικασία βιντεοσκοπήθηκε. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των φοιτητών, ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης, ανάλυση της κατανομής των χρόνων απόκρισης ανά φοιτητή και ανά ερώτηση καθώς και ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των φοιτητών. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η δεύτερη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ2. Το σενάριο που χρησιμοποιήθηκε αποτέλεσε εμπλουτισμένη διασκευή του σεναρίου που χρησιμοποιήθηκε στο τμήμα Δ1 κατά την προηγούμενη ακαδημαϊκή χρονιά. Τέθηκαν δέκα (10) συνολικά ερωτήσεις εκ των οποίων οι τρεις από αυτές ήταν η ίδια ερώτηση που τέθηκε σε διαφορετικά στάδια της διδακτικής παρέμβασης. Η διαδικασία βιντεοσκοπήθηκε. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των φοιτητών, ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης, ανάλυση της κατανομής των χρόνων απόκρισης ανά φοιτητή και ανά ερώτηση καθώς και ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των φοιτητών. [50]

71 Κεφάλαιο 3 Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η τρίτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ2. Τέθηκαν έντεκα (11) συνολικά ερωτήσεις εκ των οποίων οι δύο από αυτές ήταν η ίδια ερώτηση που τέθηκε σε διαφορετικά στάδια της διδακτικής παρέμβασης. Η διαδικασία βιντεοσκοπήθηκε. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των φοιτητών, ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης, ανάλυση της κατανομής των χρόνων απόκρισης ανά φοιτητή και ανά ερώτηση καθώς και ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των φοιτητών. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η τέταρτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1. Τέθηκαν οκτώ (8) συνολικά ερωτήσεις εκ των οποίων οι από αυτές ήταν η ίδια ερώτηση που τέθηκε στο πλαίσιο της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων. Η διαδικασία βιντεοσκοπήθηκε. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των φοιτητών, ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης, ανάλυση της κατανομής των χρόνων απόκρισης ανά φοιτητή και ανά ερώτηση καθώς και ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των φοιτητών. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η πέμπτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ2. Το σενάριο που χρησιμοποιήθηκε αποτέλεσε εμπλουτισμένη διασκευή του σεναρίου που χρησιμοποιήθηκε στο τμήμα Δ1 κατά την προηγούμενη ακαδημαϊκή χρονιά. Τέθηκαν δεκατρείς (13) συνολικά ερωτήσεις. Τρεις από αυτές ήταν η ίδια ερώτηση που τέθηκε σε διαφορετικά στάδια της εκπαιδευτικής διαδικασίας, ενώ τέσσερεις από αυτές αποτέλεσαν δύο ζευγάρια των ίδιων ερωτήσεων που τέθηκαν στο πλαίσιο της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων. Η διαδικασία βιντεοσκοπήθηκε. Κατά την επεξεργασία των συγκεκριμένων δεδομένων έγινε ανάλυση των κατανομών των απαντήσεων των φοιτητών, ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης, ανάλυση της κατανομής των χρόνων απόκρισης ανά φοιτητή και ανά ερώτηση καθώς και ανάλυση συγκέντρωσης των σωστών και των λανθασμένων απαντήσεων των φοιτητών. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο [51]

72 Κεφάλαιο Διαδικασίες που ακολουθήθηκαν Κατά τη συλλογή και την καταγραφή των δεδομένων ακολουθήθηκαν διάφορες διαδικασίες, για τα δύο ερευνητικά ερωτήματα και για τα ακροατήρια μαθητών ή φοιτητών. Στην παράγραφο περιγράφονται αναλυτικά οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για τη συλλογή δεδομένων κατά τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος. Στην παράγραφο περιγράφονται αναλυτικά οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για τη συλλογή δεδομένων κατά τη διερεύνηση του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος. Ας σημειωθεί ότι σε όσες περιπτώσεις εφαρμόστηκε η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων, σε διάφορες εκδοχές, ο σχηματισμός ομάδων έγινε τυχαία λαμβάνοντας υπόψη μόνο τη γειτνίαση των μαθητών ή των φοιτητών (Mazur, 1997). Οι ομάδες αυτές δεν επιχειρήθηκε να διατηρηθούν σταθερές, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι αποκλείεται κάτι τέτοιο να συνέβη, ακόμη κι όταν μία διδακτική παρέμβαση, διαρκώντας περισσότερες από μία διδακτικές ώρες, επαναλήφθηκε σε κάποια τμήματα Πρώτο ερευνητικό ερώτημα Στο πλαίσιο διερεύνησης του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος τέθηκαν διάφορα πρότυπα υποβολής ερωτήσεων τόσο στην Τριτοβάθμια όσο και στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση παρουσιάζονται αναλυτικά στην παράγραφο Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση παρουσιάζονται αναλυτικά στην παράγραφο Εφαρμογή στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση Το CRS χρησιμοποιήθηκε στο πλαίσιο του υποχρεωτικού μαθήματος του Β εξαμήνου σπουδών Γενικό Εργαστήριο Φυσικής Ι του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, κατά τη διάρκεια των ακαδημαϊκών ετών (Τμήμα ΓΕ1) και (Τμήμα ΓΕ2). Το CRS χρησιμοποιήθηκε σε τέσσερις διδακτικές ενότητες κάθε χρονιά (συνολικά σε οκτώ διδακτικές ενότητες τα δύο χρόνια) από τον ίδιο διδάσκοντα-ερευνητή. Στο Τμήμα ΓΕ1 συμμετείχαν 11 και στο Τμήμα ΓΕ2 12 φοιτητές και φοιτήτριες. Στο πλαίσιο της έρευνας επιχειρήθηκε να εφαρμοστεί η μέθοδος της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων με κάποιες διαφοροποιήσεις. Ένας από τους πιο διαδεδομένους προβληματισμούς που έχουν καταγραφεί διεθνώς σχετικά με τη χρήση των CRSs, είναι πότε ο διδάσκων πρέπει να προχωρήσει τη διδασκαλία του σε σχέση με τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων που λαμβάνει στις ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής που διατυπώνει (Duncan, 2005; Bruff, 2009). Ποιο ποσοστό [52]

73 Κεφάλαιο 3 απαντήσεων θεωρείται ικανοποιητικό; Έχει νόημα να επιμείνει σε μία ερώτηση προκειμένου να αυξηθεί το ποσοστό των διδασκόμενων που απαντούν σωστά; Εφαρμόστηκαν τέσσερις (4) εκδοχές της μεθόδου, συνιστώντας τέσσερα πρότυπα υποβολής και διδακτικής διαπραγμάτευσης ερωτήσεων πολλαπλής επιλογής (Pierratos και Polatoglou, 2011a; Pierratos και Polatoglou, 2011b; Πιερράτος et al., 2010), με στόχους: 1. Να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της διδακτικής μεθόδου της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων σε συνάρτηση με τον αριθμό των επαναλήψεων διατύπωσης μίας ερώτησης, και 2. Να καταγραφούν τα οφέλη και τα προβλήματα που προκύπτουν από αυτές τις διαφοροποιήσεις. Αναλυτικά τα πρότυπα αυτά ήταν τα εξής: Πρότυπο Α. Κάθε ερώτηση τέθηκε δύο (2) φορές. Την πρώτη φορά, οι φοιτητές είχαν min να σκεφτούν και να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεών τους υπό μορφή ραβδογράμματος (παροχή ανάδρασης) και σχολιάστηκε από το διδάσκοντα η διασπορά τους. Οι φοιτητές κλήθηκαν να συνεργαστούν σε ομάδες 3-4 ατόμων και στη συνέχεια να απαντήσουν ξανά με τα κλίκερς. Η κατανομή των τελικών τους απαντήσεων προβλήθηκε εκ νέου και έγινε σύντομη συζήτηση σχετικά με τη σωστή απάντηση. Τέθηκαν 8 ερωτήσεις συνολικά κατά τη διάρκεια του 1ου εργαστηριακού μαθήματος στο Τμήμα ΓΕ1 και 7 ερωτήσεις στο Τμήμα ΓΕ2, καθώς λόγω τεχνικού προβλήματος δεν τέθηκε η ερώτηση 5. Οι ερωτήσεις παρατίθενται στο Παράρτημα Στ. Πρότυπο Β. Κάθε ερώτηση τέθηκε δύο (2) φορές. Την πρώτη φορά, οι φοιτητές είχαν min να σκεφτούν και να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεών τους υπό μορφή ραβδογράμματος (παροχή ανάδρασης) και ακολούθησε συζήτηση στην ολομέλεια για τους λόγους που επιλέχθηκε κάποια απάντηση από έναν εκπρόσωπο κάθε απάντησης. Οι φοιτητές κλήθηκαν να συνεργαστούν σε ομάδες 3-4 ατόμων και στη συνέχεια να απαντήσουν ξανά με τα κλίκερς. Ζητήθηκε από κάθε ομάδα να καταλήξει, αν είναι δυνατό, σε ομοφωνία πριν δώσει απάντηση. Η κατανομή των τελικών τους απαντήσεων προβλήθηκε ξανά και ζητήθηκε από ομάδες που είχαν διαφορετικές απαντήσεις να επιχειρηματολογήσουν μεταξύ τους για την ορθότητα της δικής τους απάντησης. Τελικά, σχολιάστηκε από το διδάσκοντα η σωστή απάντηση. [53]

74 Κεφάλαιο 3 Τέθηκαν 5 ερωτήσεις συνολικά κατά τη διάρκεια του 2ου εργαστηριακού μαθήματος τόσο στο Τμήμα ΓΕ1 όσο και στο Τμήμα ΓΕ2. Οι ερωτήσεις παρατίθενται στο Παράρτημα Ζ. Πρότυπο Γ. Κάθε ερώτηση τέθηκε τρεις (3) φορές. Την πρώτη φορά, οι φοιτητές είχαν min να σκεφτούν και να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεών τους υπό μορφή ραβδογράμματος (παροχή ανάδρασης) και σχολιάστηκε από το διδάσκοντα η διασπορά τους. Οι φοιτητές κλήθηκαν να συνεργαστούν σε ομάδες 3-4 ατόμων και στη συνέχεια να απαντήσουν ξανά με τα κλίκερς. Η κατανομή των απαντήσεών τους προβλήθηκε εκ νέου (παροχή ανάδρασης) και έγινε σύντομη συζήτηση μεταξύ όλων των φοιτητών σχετικά με τη σωστή απάντηση. Αμέσως μετά, οι φοιτητές κλήθηκαν να απαντήσουν για τρίτη φορά με τα κλίκερς. Τέθηκαν συνολικά 9 ερωτήσεις κατά τη διάρκεια του 5ου εργαστηριακού μαθήματος τόσο στο Τμήμα ΓΕ1 όσο και στο Τμήμα ΓΕ2. Οι ερωτήσεις παρατίθενται στο Παράρτημα Η. Πρότυπο Δ. Κάθε ερώτηση τέθηκε πέντε (5) φορές. Την πρώτη φορά, οι φοιτητές είχαν min να σκεφτούν και να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Δεν προβλήθηκαν υπό μορφή ραβδογράμματος οι απαντήσεις των φοιτητών αλλά κατευθείαν οι φοιτητές κλήθηκαν να συνεργαστούν σε ομάδες. Μετά την αλληλεπίδραση μέσα στις ομάδες τους οι φοιτητές απάντησαν για δεύτερη φορά με τα κλίκερς. Η κατανομή των απαντήσεών τους προβλήθηκε (παροχή ανάδρασης) και σχολιάστηκε από το διδάσκοντα η διασπορά τους. Ζητήθηκε από εκπροσώπους κάθε απάντησης να επιχειρηματολογήσουν και να προσπαθήσουν να πείσουν για την ορθότητά της. Ζητήθηκε από τους φοιτητές να απαντήσουν για τρίτη φορά με τα κλίκερς. Η κατανομή των απαντήσεων προβλήθηκε και πάλι (παροχή ανάδρασης) και χωρίς ιδιαίτερο σχολιασμό οι φοιτητές κλήθηκαν να αλληλεπιδράσουν και πάλι στις ομάδες τους. Στη συνέχεια απάντησαν για τέταρτη φορά με τα κλίκερς. Οι απαντήσεις προβλήθηκαν και έγινε εκτενής συζήτηση ανάμεσα σε όλους τους φοιτητές. Τέλος, ζητήθηκε από τους φοιτητές να απαντήσουν για πέμπτη φορά με τα κλίκερς. Τέθηκαν 3 συνολικά ερωτήσεις κατά τη διάρκεια του 3ου εργαστηρίου τόσο στο Τμήμα ΓΕ1 όσο και στο Τμήμα ΓΕ2. Για τεχνικούς λόγους στο Τμήμα Β δεν πραγματοποιήθηκε ο Ε γύρος απαντήσεων. Οι ερωτήσεις παρατίθενται στο Παράρτημα Θ. Ο αριθμός των ερωτήσεων που τέθηκαν σε κάθε ένα από τα τέσσερα μαθήματα ήταν διαφορετικός και εξαρτήθηκε από το πρότυπο υποβολής ερωτήσεων που επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί, καθώς διατέθηκε ίσο περίπου χρονικό διάστημα κάθε φορά (περίπου 1,5 h). Τα πρότυπα Α, Β και Γ ευνόησαν τη διατύπωση περισσότερων ερωτήσεων σε σχέση με το πρότυπο Δ. [54]

75 Κεφάλαιο Εφαρμογή στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Το CRS χρησιμοποιήθηκε σε δύο Γυμνάσια κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους στο πλαίσιο του μαθήματος της Φυσικής. Συγκεκριμένα εφαρμόστηκε σε δύο τμήματα της Β Γυμνασίου ενός σχολείου αστικής περιοχής (τμήματα Α1, Α2) και σε τρία τμήματα της Β Γυμνασίου σε ένα σχολείο της περιφέρειας (τμήματα Π1, Π2, Π3) από τον ίδιο διδάσκοντα-ερευνητή. Στο πλαίσιο της έρευνας επιχειρήθηκε να εφαρμοστεί η μέθοδος της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων με κάποιες διαφοροποιήσεις. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς η επίδραση της χρήσης των CRSs, και η παιδαγωγική προσέγγιση που τα συνοδεύει, στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση (Penuel et al, 2007; Mun, Hew, και Cheung 2009). Στο πλαίσιο αυτό εφαρμόστηκαν δύο εκδοχές της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων, συνιστώντας δύο πρότυπα υποβολής και διδακτικής διαπραγμάτευσης ερωτήσεων πολλαπλής επιλογής, με σκοπούς: 1. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της μεθόδου στο περιβάλλον της υποχρεωτικής μέσης εκπαίδευσης, και 2. να καταγραφούν τα οφέλη και τα προβλήματα που προκύπτουν από αυτές τις διαφοροποιήσεις. Αναλυτικά τα πρότυπα αυτά ήταν τα εξής: Πρότυπο Γ. Κάθε ερώτηση τέθηκε τρεις (3) φορές. Την πρώτη φορά, οι μαθητές είχαν min να σκεφτούν και να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεών τους υπό μορφή ραβδογράμματος (παροχή ανάδρασης) και σχολιάστηκε από το διδάσκοντα η διασπορά τους. Οι μαθητές κλήθηκαν να συνεργαστούν σε ομάδες 3-4 ατόμων και στη συνέχεια να απαντήσουν ξανά με τα κλίκερς. Η κατανομή των απαντήσεών τους προβλήθηκε εκ νέου (παροχή ανάδρασης) και έγινε σύντομη συζήτηση μεταξύ όλων των μαθητών σχετικά με τη σωστή απάντηση. Αμέσως μετά, οι μαθητές κλήθηκαν να απαντήσουν για τρίτη φορά με τα κλίκερς. Το πρότυπο αυτό ταυτίζεται με το πρότυπο Γ υποβολής ερωτήσεων που χρησιμοποιήθηκε στο Γενικό εργαστήριο Φυσικής του Τμήματος Φυσικής (παράγραφος ). Τέθηκαν από τρεις (3) ερωτήσεις (Παράρτημα Ι, ερωτήσεις 1-3) στα τρία τμήματα (Π1, Π2, Π3) του σχολείου Π, δηλαδή συνολικά εννιά (9) ερωτήσεις. Πρότυπο Ε. Κάθε ερώτηση τέθηκε τέσσερις (4) φορές. Την πρώτη φορά, οι μαθητές είχαν min να σκεφτούν και να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Δεν προβλήθηκαν υπό μορφή ραβδογράμματος οι απαντήσεις των μαθητών αλλά αυτοί κλήθηκαν κατευθείαν να συνεργαστούν σε ομάδες. Μετά την αλληλεπίδραση μέσα στις ομάδες τους οι μαθητές απάντησαν για δεύτερη φορά με [55]

76 Κεφάλαιο 3 τα κλίκερς. Η κατανομή των απαντήσεών τους προβλήθηκε (παροχή ανάδρασης) και σχολιάστηκε από το διδάσκοντα η διασπορά τους. Ζητήθηκε από εκπροσώπους κάθε απάντησης να επιχειρηματολογήσουν και να προσπαθήσουν να πείσουν για την ορθότητά της. Ζητήθηκε από τους μαθητές να απαντήσουν για τρίτη φορά με τα κλίκερς. Η κατανομή των απαντήσεων προβλήθηκε και πάλι (παροχή ανάδρασης) και χωρίς ιδιαίτερο σχολιασμό οι μαθητές κλήθηκαν να αλληλεπιδράσουν και πάλι στις ομάδες τους. Στη συνέχεια απάντησαν για τέταρτη φορά με τα κλίκερς. Οι απαντήσεις προβλήθηκαν και έγινε εκτενής συζήτηση ανάμεσα σε όλους τους μαθητές. Τέλος, δόθηκε η σωστή απάντηση από τον διδάσκοντα και αιτιολογήθηκαν οι λόγοι για τους οποίου οι υπόλοιπες απαντήσεις ήταν λανθασμένες. Τέθηκαν από δύο (2) ερωτήσεις (Παράρτημα Ι, ερωτήσεις 1, 4) στα δύο τμήματα (Α1, Α2) του σχολείου Α, δηλαδή συνολικά τέσσερις (4) ερωτήσεις. Οι παρεμβάσεις πραγματοποιήθηκαν και στα πέντε τμήματα τρεις περίπου μήνες μετά την παραδοσιακή διδασκαλία των συγκεκριμένων διδακτικών αντικειμένων Δεύτερο ερευνητικό ερώτημα Στο πλαίσιο διερεύνησης του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος σχεδιάστηκαν και εφαρμόστηκαν διάφορα εκπαιδευτικά σενάρια, τόσο στην Τριτοβάθμια όσο και στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, στα οποία επιχειρήθηκε να ενσωματωθούν χαρακτηριστικά της διαδραστικής τεχνολογίας των κλίκερς εντός παιδαγωγικού πλαισίου που προάγει την ενεργό μάθηση και διδασκαλία. Τα σενάρια αυτά και το παιδαγωγικό πλαίσιο που υιοθετήθηκε για το σχεδιασμό τους περιγράφονται αναλυτικά στο κεφάλαιο 4. Στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση εφαρμόστηκαν δύο εκπαιδευτικά σενάρια. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν παρουσιάζονται αναλυτικά στην παράγραφο Στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση εφαρμόστηκαν δύο εκπαιδευτικά σενάρια. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν παρουσιάζονται αναλυτικά στην παράγραφο Εφαρμογή στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Τα δύο σενάρια που εφαρμόστηκαν στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση αφορούσαν τη διδασκαλία του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος στους μαθητές της Β Λυκείου και τη διδασκαλία του πρώτου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν παρουσιάζονται αναλυτικά στις παραγράφους και αντίστοιχα Εφαρμογή του σεναρίου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου Η διδακτική παρέμβαση με την εφαρμογή του σεναρίου για τη διδασκαλία του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος έγινε σε τέσσερα τμήματα της Β Λυκείου ενός Γενικού Λυκείου της ευρύτερης [56]

77 Κεφάλαιο 3 περιοχής της Θεσσαλονίκης (Τμήματα Α4, Α5, Α6, Α7) για τέσσερις διδακτικές ώρες σε κάθε τμήμα, από τον ίδιο διδάσκοντα. Η παρέμβαση έγινε στο πλαίσιο του μαθήματος της Φυσικής Γενικής Παιδείας της Β Λυκείου. Οι μαθητές όλων των τμημάτων είχαν ολοκληρώσει τη μελέτη των φαινομένων του στατικού ηλεκτρισμού (1ο κεφάλαιο του σχολικού βιβλίου). Όλες οι συνεδρίες βιντεοσκοπήθηκαν. Την πρώτη ώρα της παρέμβασης οι μαθητές όλων των τμημάτων χρησιμοποίησαν τα κλίκερς για να απαντήσουν σε έξι ερωτήσεις (Παράρτημα Ε ) σχετικές με τα ηλεκτρικά κυκλώματα (pre test). Οι ερωτήσεις του τεστ υιοθετήθηκαν από το ερωτηματολόγιο DIRECT (Engelhardt & Beichner, 2004). Η επιλογή των ερωτήσεων στηρίχτηκε στη συνάφειά τους με τα αντικείμενα διαπραγμάτευσης αλλά και τους διδακτικούς στόχους του σεναρίου. Αφού οι μαθητές απαντούσαν προβαλλόταν μετά από κάθε ερώτηση η κατανομή των απαντήσεών τους και ο ερευνητής ζητούσε από τους μαθητές να δικαιολογήσουν την άποψή τους. Ο ερευνητής δεν πήρε θέση για τη σωστή απάντηση αλλά δεσμεύτηκε να δώσει απαντήσεις μετά την ολοκλήρωση της τέταρτης συνεδρίας. Τις δύο επόμενες διδακτικές ώρες εφαρμόστηκε και στα τέσσερα τμήματα το διδακτικό σενάριο (παράγραφος 4.3.1). Στα τμήματα Α4 και Α6 οι μαθητές χρησιμοποίησαν τα κλίκερς για να απαντήσουν στις ερωτήσεις που τέθηκαν κατά την εκτέλεση του σεναρίου, ενώ οι μαθητές των τμημάτων Α5 και Α7 δεν είχαν στη διάθεσή τους τα κλίκερς. Αυτό σημαίνει ότι δεν είχαν στη διάθεσή τους την ανάδραση των κατανομών των απαντήσεων των συμμαθητών τους ενώ επιπλέον, δεν είχαν, παρά μία μικρή μειοψηφία, τη δυνατότητα να διατυπώσουν τις απαντήσεις τους στην ολομέλεια της τάξης. Την τέταρτη ώρα οι μαθητές και των τεσσάρων τμημάτων χρησιμοποίησαν τα κλίκερς για να απαντήσουν εκ νέου στις έξι ερωτήσεις που είχαν απαντήσει και αρχικά (post test). Αφού οι μαθητές απαντούσαν προβαλλόταν μετά από κάθε ερώτηση η κατανομή των απαντήσεών τους και ο ερευνητής ζητούσε από τους μαθητές να δικαιολογήσουν την άποψή τους. Ο ερευνητής, σε συνεργασία με τους μαθητές, δικαιολόγησε τη σωστή απάντηση και τους λόγους για τους οποίους ήταν λανθασμένες οι υπόλοιπες απαντήσεις. Όλες οι συνεδρίες βιντεοσκοπήθηκαν. τμήματα, ήταν: Στόχοι της συγκεκριμένης παρέμβασης, με τον τρόπο που πραγματοποιήθηκε στα τέσσερα 1. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητά της σε κάθε τμήμα συγκρίνοντας τις επιδόσεις στο αρχικό και στο τελικό τεστ, και 2. να επιχειρηθεί να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της ενσωμάτωσης των κλίκερς στην εκπαιδευτική διαδικασία συγκρίνοντας τις επιδόσεις των μαθητών των τμημάτων Α4, Α6 με αυτές των μαθητών των τμημάτων Α5, Α7. [57]

78 Κεφάλαιο Εφαρμογή του σεναρίου του 1ου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου Το CRS χρησιμοποιήθηκε για να υποστηρίξει το εκπαιδευτικό σενάριο για τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα (παράγραφος 4.3.2), σε δύο τμήματα της Β Γυμνασίου (τμήματα Α8, Α9) ενός σχολείου στο πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης. Η παρέμβαση έγινε για μία διδακτική ώρα σε κάθε τμήμα από τον ίδιο διδάσκοντα-ερευνητή, στο πλαίσιο του μαθήματος της Φυσικής της Β Γυμνασίου. Οι μαθητές είχαν ολοκληρώσει τη διαπραγμάτευση της έννοιας δύναμη και του τρόπου μέτρησής της, ενώ είχε ήδη γίνει μία μικρή εισαγωγή στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα από το διδάσκοντα εκπαιδευτικό των δύο τμημάτων την προηγούμενη διδακτική ώρα. Και οι δύο συνεδρίες βιντεοσκοπήθηκαν. Οι μαθητές χωρίστηκαν σε ομάδες των 4-5 ατόμων, (ομάδες 1 έως 6) και ενημερώθηκαν για τον τρόπο χειρισμού των κλίκερς. Επίσης ενημερώθηκαν ότι οι απαντήσεις τους είναι ανώνυμες και δεν θα επηρεάσουν τη βαθμολογία τους. Τους ζητήθηκε επομένως να απαντούν με ειλικρίνεια σε όσες ερωτήσεις κληθούν να απαντήσουν. Ως ερώτηση εξοικείωσης με το χειρισμό των συσκευών οι μαθητές δήλωσαν την ομάδα (1-6) στην οποία ανήκαν. Σε αντιδιαστολή με το σενάριο του ηλεκτρικού ρεύματος όπου χρησιμοποιήθηκε ένα τεστ πριν και μετά την παρέμβαση για να μετρηθεί η αποτελεσματικότητά της, σε αυτή την εφαρμογή η αποτίμηση επιχειρήθηκε να γίνει θέτοντας τις ίδιες δύο ερωτήσεις στην αρχή και στο τέλος της διδακτικής ώρας. Στόχοι της συγκεκριμένης παρέμβασης, με τον τρόπο που πραγματοποιήθηκε στα δύο τμήματα, ήταν: 1. να επιχειρηθεί η ενεργοποίηση του συνόλου των μαθητών, εντός του παιδαγωγικού πλαισίου χρήσης του CRS, και η ανάπτυξη κοινωνικών και λεκτικών δεξιοτήτων, 2. να αποτιμηθεί, μέσω της ανάλυσης της συζήτησης στην ολομέλεια, η εννοιολογική εξέλιξη της τάξης κατά την εκτέλεση του σεναρίου, και 3. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης σε κάθε τμήμα, συγκρίνοντας τις επιδόσεις των μαθητών στις δύο ερωτήσεις που τέθηκαν στην αρχή και στο τέλος της παρέμβασης, Εφαρμογή στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση Το CRS χρησιμοποιήθηκε στο πλαίσιο του κατ επιλογήν μαθήματος του Ζ εξαμήνου σπουδών Διδακτική Ι της Φυσικής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, κατά τη διάρκεια των ακαδημαϊκών ετών (Τμήμα Δ1) και (Τμήμα Δ2). Το συγκεκριμένο μάθημα το επιλέγουν, συνήθως, τελειόφοιτοι φοιτητές οι οποίοι σκοπεύουν να ασχοληθούν με τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Θα μπορούσαν επομένως να θεωρηθούν εν δυνάμει εκπαιδευόμενοι εκπαιδευτικοί (pre service teachers). [58]

79 Κεφάλαιο 3 Στο πλαίσιο του μαθήματος ένας φοιτητής κάθε φορά αναλαμβάνει να σχεδιάσει και να υλοποιήσει μια δειγματική διδασκαλία που αφορά σε μία βασική οικογένεια εννοιών. Η διδασκαλία, η οποία απευθύνεται σε επίπεδο μαθητών Λυκείου ή πρώτου έτους πανεπιστημιακών σπουδών, λαμβάνει χώρα παρουσία των υπόλοιπων φοιτητών που παρακολουθούν το μάθημα, συνιστώντας το μαθητικό πληθυσμό της τάξης. Κατά τη διάρκεια της δειγματικής διδασκαλίας ο διδάσκων φοιτητής έχει την αποκλειστική ευθύνη διαχείρισης της τάξης. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής επιχειρήθηκε η ενσωμάτωση της διαδραστικής τεχνολογίας του CRS στα εκπαιδευτικά σενάρια που υποστήριξαν οι φοιτητές. Με την καθοδήγηση του ερευνητή οι εκάστοτε διδάσκοντες φοιτητές κλήθηκαν να υποστηρίξουν τα σενάρια αυτά εκπαιδευόμενοι έτσι ταυτόχρονα και στη χρήση αυτής της εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Το CRS χρησιμοποιήθηκε σε όλες τις διδακτικές ενότητες κάθε χρονιά (συνολικά σε δεκαέξι διδακτικές ενότητες σε αυτά τα δύο χρόνια). Σε αρκετές από τις ενότητες η χρήση του ήταν πιλοτική με σκοπό την αποτύπωση των χαρακτηριστικών της νέας τεχνολογίας. Σε αυτές τις ενότητες η αξιοποίηση του CRS εξαντλήθηκε στη διατύπωση μερικών ερωτήσεων πολλαπλής επιλογής κάθε φορά επιχειρώντας την εισαγωγή της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων και υιοθετώντας κάποιο από τα πρότυπα διατύπωσης ερωτήσεων που παρουσιάστηκαν στην παράγραφο Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής σεναρίων που αναπτύχθηκαν με σκοπό την ομαλή ένταξη της χρήσης του CRS στην εκπαιδευτική πρακτική. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής σεναρίου για τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1 και στο τμήμα Δ2 (παράγραφος ), σεναρίου για τη διδασκαλία μελέτης των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ2 (παράγραφος ), σεναρίου για τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1 (παράγραφος ) και στο τμήμα Δ2 (παράγραφος ) Νόμος του Ωμ Το CRS χρησιμοποιήθηκε για να υποστηρίξει το εκπαιδευτικό σενάριο για τον νόμο του Ωμ (παράγραφος 4.3.3). Η παρέμβαση έγινε στο τμήμα Δ1 (ακαδημαϊκό έτος ) και επαναλήφθηκε στο τμήμα Δ2 (ακαδημαϊκό έτος ). Διήρκεσε, κάθε φορά, δύο διδακτικές ώρες και βιντεοσκοπήθηκε. Το σενάριο είχε ως στόχο την πειραματική διδασκαλία του νόμου του Ωμ μέσα από στοχευμένες δραστηριότητες διερευνητικού χαρακτήρα. Ουσιαστικά ακολουθήθηκε ένα μείγμα παιδαγωγικών προσεγγίσεων: διδασκαλία καθοδηγούμενη από ερωτήσεις (driven question instruction), πειραματική διερεύνηση, συζήτηση σε επίπεδο ομάδων (διδασκαλία ομότιμων) και ευρεία συζήτηση στην ολομέλεια. Τέθηκαν δέκα (10) συνολικά ερωτήσεις πολλαπλή επιλογής σε κάθε συνεδρία (Παράρτημα Α ) οι οποίες αντλήθηκαν από το ερωτηματολόγιο DIRECT και απαντήθηκαν με τα κλίκερς. Η επιλογή των ερωτήσεων έγινε με γνώμονα την εξυπηρέτηση των διδακτικών στόχων [59]

80 Κεφάλαιο 3 που τέθηκαν. Οι πέντε από αυτές τέθηκαν άπαξ, μία τέθηκε δύο φορές, πριν και μετά από πειραματική διαδικασία και μία τέθηκε τρεις φορές, όχι διαδοχικά αλλά κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας, με σκοπό να καταγραφεί η γνωστική εξέλιξη των φοιτητών. Δύο από τις πέντε ερωτήσεις που τέθηκαν άπαξ, τέθηκαν στο τέλος της διδασκαλίας προκειμένου να αξιοποιηθούν στην αποτίμηση της αποτελεσματικότητάς της. Οι ερωτήσεις αυτές επιχειρήθηκε να είναι ισομορφικές προς δύο από τις υπόλοιπες τρεις ερωτήσεις. Οι φοιτητές χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες καταλαμβάνοντας τρεις πάγκους εργασίας. Δύο από τους φοιτητές στο τμήμα Δ1 χειρίστηκαν τις κάμερες βιντεοσκόπησης της παρέμβασης με αποτέλεσμα να μην ενταχθούν σε κάποια ομάδα. Συμμετείχαν ωστόσο ενεργά στη συζήτηση και απάντησαν σε όλες τις ερωτήσεις. Στο τμήμα Δ2 η βιντεοσκόπηση δεν απασχόλησε κάποιον φοιτητή. Η διδακτική παρέμβαση έλαβε χώρα σε πέντε φάσεις. Στην Α φάση επιχειρήθηκε η πρακτική εξοικείωση των φοιτητών με τη συναρμολόγηση απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων και έγινε καταγραφή των αρχικών ιδεών των φοιτητών. Στη Β φάση έγινε η πειραματική ανάδειξη του νόμου του Ωμ. Στην Γ φάση επιχειρήθηκε η ανάδειξη του περιεχομένου του νόμου με εφαρμογή σε προβληματικές καταστάσεις, ενώ ταυτόχρονα επιδιώχθηκε η καταγραφή της γνωστικής εξέλιξης των φοιτητών. Στην Δ φάση επιδιώχθηκε η εφαρμογή της νέας γνώσης σε απλά ηλεκτρικά κυκλώματα. Στην Ε φάση ακολούθησε η αξιολόγηση της παρέμβασης. Οι στόχοι της συγκεκριμένης παρέμβασης ήταν οι εξής: 1. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης και να αναδειχθούν τα νοητικά μοντέλα των φοιτητών για απλά ηλεκτρικά κυκλώματα μέσω της μεθόδου ανάλυσης συγκέντρωσης, και 2. να αποτιμηθεί, μέσω της ανάλυσης της συζήτησης στην ολομέλεια, η εννοιολογική εξέλιξη της τάξης κατά την εκτέλεση του σεναρίου και η επίδραση της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο στους φοιτητές Κανόνες του Κίρκοφ Το CRS χρησιμοποιήθηκε για να υποστηρίξει το εκπαιδευτικό σενάριο για τους κανόνες του Κίρκοφ (παράγραφος 4.3.4). Η παρέμβαση έγινε στο τμήμα Δ2 (ακαδημαϊκό έτος ). Διήρκεσε δύο διδακτικές ώρες και βιντεοσκοπήθηκε. Υιοθετώντας τη μέθοδο της καθοδηγούμενης από ερωτήσεις διδασκαλίας, που έχει ως συνέπεια τις εκτενείς συζητήσεις στην ολομέλεια αλλά και μέσα σε ομάδες (διδασκαλία μεταξύ ομότιμων), επιχειρήθηκε η διδασκαλία των δύο κανόνων του Κίρκοφ. Όλες τις ερωτήσεις ακολούθησε πειραματική επιβεβαίωση που οδήγησε, μέσα από το μοντέλο πρόβλεψη-παρατήρηση-ερμηνεία, στην ενεργοποίηση όλων των φοιτητών. Τέθηκαν έντεκα (11) συνολικά ερωτήσεις πολλαπλή επιλογής [60]

81 Κεφάλαιο 3 (Παράρτημα Β ) οι οποίες απαντήθηκαν με τα κλίκερς. Η επιλογή των ερωτήσεων έγινε με γνώμονα την εξυπηρέτηση των διδακτικών στόχων που τέθηκαν. Οι φοιτητές χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες καταλαμβάνοντας τρεις πάγκους εργασίας. Η διδακτική παρέμβαση έλαβε χώρα σε πέντε φάσεις. Στην Α φάση έγινε καταγραφή των αρχικών ιδεών των φοιτητών και επιχειρήθηκε σύνδεση με τις γνώσεις των φοιτητών. Στη Β φάση έγινε η πειραματική ανάδειξη του πρώτου κανόνα του Κίρκοφ και μέσα από την παρουσίαση προβληματικών καταστάσεων αναδείχθηκε η ανάγκη εισαγωγής του δεύτερου κανόνα. Στην Γ φάση έγινε η πειραματική ανάδειξη του δεύτερου κανόνα του Κίρκοφ. Στην Δ φάση επιδιώχθηκε η εφαρμογή της νέας γνώσης σε απλά ηλεκτρικά κυκλώματα. Στην Ε φάση ακολούθησε η αξιολόγηση της παρέμβασης. Οι στόχοι της συγκεκριμένης παρέμβασης ήταν οι εξής: 1. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης και να αναδειχθούν τα νοητικά μοντέλα των φοιτητών για απλά ηλεκτρικά κυκλώματα μέσω της μεθόδου ανάλυσης συγκέντρωσης, και 2. να αποτιμηθεί, μέσω της ανάλυσης της συζήτησης στην ολομέλεια, η εννοιολογική εξέλιξη της τάξης κατά την εκτέλεση του σεναρίου και η επίδραση της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο στους φοιτητές Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Το CRS χρησιμοποιήθηκε για να υποστηρίξει το εκπαιδευτικό σενάριο για τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα (παράγραφος 4.3.5). Η παρέμβαση έγινε στο τμήμα Δ1 (ακαδημαϊκό έτος ). Διήρκεσε μία διδακτική ώρα και βιντεοσκοπήθηκε. Η βασική διδακτική μεθοδολογία που υιοθετήθηκε ήταν η καθοδηγούμενη από ερωτήσεις η οποία πλαισιώθηκε από ομαδοσυνεργατικές μεθόδους, παρουσίαση μικροδιαλέξεων και πραγματοποίηση πειραματικών διατάξεων με καθημερινά υλικά. Τέθηκαν οκτώ (8) συνολικά ερωτήσεις (Παράρτημα Γ ). Οι φοιτητές σχημάτισαν τρεις ομάδες και συνεργάστηκαν μέσα σε αυτές τόσο εφαρμόζοντας μεθόδους διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων όσο και για την πραγματοποίηση απλών πειραμάτων. Δύο από τους φοιτητές χειρίστηκαν τις κάμερες βιντεοσκόπησης της παρέμβασης με αποτέλεσμα να μην ενταχθούν σε κάποια ομάδα. Συμμετείχαν ωστόσο ενεργά στη συζήτηση και απάντησαν σε όλες τις ερωτήσεις. Η διδακτική παρέμβαση έλαβε χώρα σε τέσσερεις φάσεις. Στην Α φάση έγινε καταγραφή των αρχικών ιδεών των φοιτητών. Στη Β φάση εισήχθη ο 3ος νόμος του Νεύτωνα και μέσα από ερωτήσεις και προβληματικές καταστάσεις επιχειρήθηκε η ανάδειξη του περιεχομένου του. Στην Γ [61]

82 Κεφάλαιο 3 φάση έγινε εφαρμογή της νέας γνώσης σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής. Στην Δ φάση ακολούθησε η αξιολόγηση της παρέμβασης. Οι στόχοι της συγκεκριμένης παρέμβασης ήταν οι εξής: 1. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης και να αναδειχθούν τα νοητικά μοντέλα των φοιτητών για τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα μέσω της μεθόδου ανάλυσης συγκέντρωσης, και 2. να αποτιμηθεί, μέσω της ανάλυσης της συζήτησης στην ολομέλεια, η εννοιολογική εξέλιξη της τάξης κατά την εκτέλεση του σεναρίου και η επίδραση της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο στους φοιτητές Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Το CRS χρησιμοποιήθηκε για να υποστηρίξει το εκπαιδευτικό σενάριο για τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα (παράγραφος 4.3.6). Η παρέμβαση έγινε στο τμήμα Δ2 (ακαδημαϊκό έτος ). Διήρκεσε δύο διδακτικές ώρες και βιντεοσκοπήθηκε. Η βασική διδακτική μεθοδολογία που υιοθετήθηκε ήταν η καθοδηγούμενη από ερωτήσεις η οποία πλαισιώθηκε από ομαδοσυνεργατικές μεθόδους, παρουσίαση μικροδιαλέξεων και πραγματοποίηση ιστορικού πειράματος με καθημερινά υλικά. Τέθηκαν δεκατρείς (13) συνολικά ερωτήσεις (Παράρτημα Δ ). Οι φοιτητές σχημάτισαν τρεις ομάδες και συνεργάστηκαν μέσα σε αυτές τόσο εφαρμόζοντας μεθόδους διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων όσο και για την πραγματοποίηση απλών πειραμάτων. Η διδακτική παρέμβαση έλαβε χώρα σε τέσσερεις φάσεις. Στην Α φάση έγινε καταγραφή των αρχικών ιδεών των φοιτητών. Στη Β φάση εισήχθη ο 3ος νόμος του Νεύτωνα και μέσα από ερωτήσεις και προβληματικές καταστάσεις επιχειρήθηκε η ανάδειξη του περιεχομένου του. Στην Γ φάση έγινε εφαρμογή της νέας γνώσης σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής. Στην Δ φάση ακολούθησε η αξιολόγηση της παρέμβασης. Οι στόχοι της συγκεκριμένης παρέμβασης ήταν οι εξής: 1. να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης και να αναδειχθούν τα νοητικά μοντέλα των φοιτητών για απλά ηλεκτρικά κυκλώματα μέσω της μεθόδου ανάλυσης συγκέντρωσης, και 2. να αποτιμηθεί, μέσω της ανάλυσης της συζήτησης στην ολομέλεια, η εννοιολογική εξέλιξη της τάξης κατά την εκτέλεση του σεναρίου και η επίδραση της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο στους φοιτητές. [62]

83 Κεφάλαιο Μεθοδολογικές παραδοχές Στο πλαίσιο της διερεύνησης των ερευνητικών ερωτημάτων της παρούσας διατριβής έγιναν διάφορες μεθοδολογικές παραδοχές. Ως προς τους μαθητές και φοιτητές που έλαβαν μέρος στην έρευνα, το δείγμα των συμμετεχόντων θεωρήθηκε τυχαίο. Στα τρία σχολεία που επιχειρήθηκαν διδακτικές παρεμβάσεις και συλλέχθηκαν δεδομένα συμμετείχαν όλα τα τμήματα κάθε τάξης ώστε να αποφευχθεί η επιλογή τμημάτων που πλεονεκτούν ή μειονεκτούν έναντι κάποιων άλλων οδηγώντας σε αποτελέσματα με μικρή αξιοπιστία. Στα τμήματα ΓΕ1 και ΓΕ2 του υποχρεωτικού μαθήματος Γενικό Εργαστήριο Φυσικής Ι οι φοιτητές επιλέγονται ανάλογα με την ημέρα και την ώρα που επιθυμούν να παρακολουθήσουν το μάθημα χωρίς να γίνεται κάποια επιλογή ως προς τις ικανότητές τους ή τη βαθμολογία τους. Στα τμήματα Δ1 και Δ2 του κατ επιλογήν μαθήματος Διδακτική Ι της Φυσικής συμμετείχαν τελειόφοιτοι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής. Με δεδομένο ότι το μάθημα δεν είναι υποχρεωτικό επιλέγεται από φοιτητές που σκοπεύουν να κατευθυνθούν προς την εκπαίδευση. Μολονότι το δείγμα των φοιτητών αυτών που συμμετείχαν στην έρευνα δεν αποτελεί ενδεικτικό δείγμα του Τμήματος Φυσικής, θα μπορούσε ενδεχομένως να θεωρηθεί ενδεικτικό δείγμα εκπαιδευόμενων εκπαιδευτικών (pre service teachers). Ως προς το CRS που χρησιμοποιήθηκε, θεωρήθηκε ότι η επιλογή του ως μέσου παροχής απαντήσεων δεν επηρέασε την εγκυρότητα και την αξιοπιστία των δεδομένων που συλλέχθηκαν. Θεωρήθηκε δηλαδή ότι οι απαντήσεις που δόθηκαν εκ μέρους των συμμετεχόντων στις ερωτήσεις που τέθηκαν θα παρέμεναν οι ίδιες ακόμη κι αν χρησιμοποιούνταν ως μέσο απάντησης κάποιο γραπτό ερωτηματολόγιο ή άλλο μέσο. Η εγκυρότητα και η αξιοπιστία των CRSs ως εργαλείων καταγραφής έχει δειχθεί σε διάφορες έρευνες (Bunz, 2005; Owusu et al., 2007). Ως προς τις ερωτήσεις που χρησιμοποιήθηκαν θεωρήθηκε ότι αποτελούν έγκυρο και αξιόπιστο μέσο καταγραφής της γνωστικής κατάστασης των μαθητών/φοιτητών. Οι περισσότερες ερωτήσεις που τέθηκαν έχουν υιοθετηθεί από σταθμισμένα ερωτηματολόγια που έχουν αξιοποιηθεί εκτενώς σε πολλές ερευνητικές εργασίες. Η επιλογή συγκεκριμένων ερωτήσεων από αυτά τα ερωτηματολόγια και όχι η χρήση ολόκληρων των ερωτηματολογίων θεωρήθηκε ότι μπορεί να αξιοποιηθεί για την αξιολόγηση συγκεκριμένων εννοιών, μολονότι τα περισσότερα σταθμισμένα ερωτηματολόγια επιχειρούν τη συνολική αποτίμηση μίας οικογένειας εννοιών. Επίσης, θεωρήθηκε ότι η χρήση ισομορφικών ερωτήσεων, ερωτήσεων δηλαδή που τίθενται σε διαφορετικό πλαίσιο αλλά απαιτούν την ίδια φυσική αρχή για να επιλυθούν, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αποτυπώσει την εξέλιξη της γνωστικής κατάστασης των εκπαιδευόμενων κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας (Smith et al., 2009; Singh, 2008). [63]

84 Κεφάλαιο 3 Ως προς τις μεθόδους ανάλυσης που αξιοποιήθηκαν θεωρήθηκε ότι παρέχουν έγκυρα αποτελέσματα της γνωστικής κατάστασης των μαθητών/φοιτητών και οδηγούν με αξιοπιστία στην αποτίμηση της αποτελεσματικότητας των διδακτικών παρεμβάσεων και των διδακτικών μέσων που χρησιμοποιήθηκαν. Η μέτρηση της αποτελεσματικότητας ενεργών μεθόδων διδασκαλίας με τον υπολογισμό του μέσου κανονικοποιημένου κέρδους g έχει υιοθετηθεί από πολλές διεθνείς έρευνες (Sayre et al., 2012; Gok, 2012; Marušić and Sliško, 2011; Efthimiou et al., 2011). Η ανάλυση των συζητήσεων αποτελεί επίσης ένα μέσο που μπορεί να αναδείξει τον τρόπο σκέψης των εμπλεκόμενων μαθητών/φοιτητών και να φωτίσει τους τρόπους με τους οποίους μαθαίνουν (Lasry et al., 2009; James και Willoughby, 2011; Henriksen και Angell, 2010). Η ανάλυση συγκέντρωσης (concentration analysis) είναι μία σχετικά νέα μέθοδος ανάλυσης η οποία έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάδειξη μοντέλων σκέψης μαθητών σε πολλές έρευνες (Bao και Redish, 2001; Thacker, 2003; Smith και Tanner, 2010). 3.6 Περιορισμοί της έρευνας Στο πλαίσιο της διερεύνησης των ερευνητικών ερωτημάτων της παρούσας διατριβής τέθηκαν διάφοροι περιορισμοί. Η αποτίμηση της αποτελεσματικότητας των διδακτικών δράσεων που επιχειρήθηκαν πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ποσοτικών κυρίως δεικτών, με εξαίρεση την ανάλυση των συζητήσεων μεταξύ των μαθητών στην ολομέλεια. Με τον τρόπο αυτό έχει αφεθεί εκτός διαπραγμάτευσης η μέτρηση μιας σειράς άλλων παραγόντων, όπως ενδεικτικά είναι η ικανοποίηση και το ενδιαφέρον για τη Φυσική, η κατανόηση της φύσης, των μεθόδων και των περιορισμών της επιστήμης, η ικανότητα συνεργασίας σε ομάδες, οι δεξιότητες επικοινωνίας και χρήσης της επιστημονικής γλώσσας. Συνεπώς, η επιλογή των μέσων αποτίμησης συνιστά ουσιαστικό περιορισμό της έρευνας. Η εφαρμογή των διδακτικών παρεμβάσεων για περιορισμένο μόνο χρονικό διάστημα συνιστά έναν πολύ σημαντικό περιορισμό. Συγκεκριμένα, οι παρεμβάσεις που έγιναν στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, με εξαίρεση τη διδασκαλία του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος στα τμήματα Α4, Α5, Α6 και Α7 η οποία διήρκεσε τέσσερεις διδακτικές ώρες, είχαν διάρκεια μία μόλις διδακτική ώρα. Σε αυτό το χρονικό διάστημα κατέστη δυνατό να καταγραφούν βραχυπρόθεσμα μόνο αποτελέσματα των παρεμβάσεων που επιχειρήθηκαν. Θα είχε πολύ μεγάλο ενδιαφέρον ο σχεδιασμός και η εφαρμογή της διδασκαλίας τουλάχιστον μίας διδακτικής ενότητας διάρκειας αρκετών εβδομάδων με τη χρήση της τεχνολογίας των κλίκερς και των αντίστοιχων παιδαγωγικών προσεγγίσεων, για να αποτιμηθεί με ασφάλεια η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης, λαμβάνοντας υπόψη και μία σειρά άλλων δεικτών σχετικών με τις στάσεις των μαθητών. Ας τονιστεί πάντως στο σημείο αυτό ότι ο συγκεκριμένος περιορισμός δεν τέθηκε στις δράσεις που επιχειρήθηκαν στην Τριτοβάθμια [64]

85 Κεφάλαιο 3 εκπαίδευση, όπου και στα τέσσερα τμήματα (ΓΕ1, ΓΕ2, Δ1 και Δ2) ο χρονικός ορίζοντας εφαρμογής ήταν ένα εξάμηνο σπουδών. Στο χρονικό αυτό διάστημα οι φοιτητές είχαν την ευκαιρία να εξοικειωθούν με το νέο μέσο, τα κλίκερς, και να τα ενσωματώσουν στην καθημερινή διδακτική πρακτική. Έναν ακόμη περιορισμό της έρευνας που πραγματοποιήθηκε αποτέλεσε το σχετικά μικρό πλήθος μαθητών και φοιτητών που συμμετείχαν στην έρευνα. Σε ό,τι αφορά το πλήθος των μαθητών της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης προέκυψε από την ανάγκη να υπάρξει ένας κοινός διδάσκοντας σε κάθε διδασκαλία, ο ερευνητής, ώστε να εξαλειφθεί η επίδραση που θα μπορούσε να έχει η επιλογή του διδάσκοντα στα αποτελέσματα. Με δεδομένο ότι οι μαθητές όλων των σχολείων διδάσκονται λίγο πολύ την ίδια χρονική περίοδο τις ίδιες έννοιες ακολουθώντας το σχολικό βιβλίο και το Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών, ήταν δύσκολο να εφαρμοστούν τα εκπαιδευτικά σενάρια σε περισσότερα σχολεία. Σε ό,τι αφορά το σχετικά μικρό πλήθος των φοιτητών προέκυψε από την επιλογή εφαρμογής των διδακτικών παρεμβάσεων σε μικρά ακροατήρια. Η αδυναμία αυτή επιχειρήθηκε να αντισταθμιστεί εφαρμόζοντας έναν αριθμό δράσεων σε αυτά τα τμήματα. Περιορισμούς στη διερεύνηση του δεύτερου κυρίως ερευνητικού ερωτήματος έθεσαν τα τεχνικά χαρακτηριστικά και οι λειτουργίες του συστήματος CRS που χρησιμοποιήθηκε. Το συγκεκριμένο σύστημα δεν έδινε τη δυνατότητα στο διδάσκοντα να θέσει μία ερώτηση κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας εάν δεν την είχε προγραμματίσει. Με τον τρόπο αυτό ενώ σε αρκετές περιπτώσεις προέκυψαν από τις συζητήσεις ενδιαφέρουσες ιδέες και απόψεις για τις οποίες θα υπήρχε ερευνητικό ενδιαφέρον να τεθούν στην ολομέλεια και οι απαντήσεις των μαθητών να καταγραφούν με τα κλίκερς, δεν υπήρξε τέτοια τεχνολογική δυνατότητα. Επίσης, άλλη μία τεχνολογική αδυναμία που έθεσε περιορισμούς και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να αλλοίωσε την εικόνα της γνωστικής κατάστασης κάποιων μαθητών, ήταν το γεγονός ότι ο χειριστής ενός κλίκερ δεν μπορούσε να διορθώσει την απάντησή του εφόσον άλλαζε γνώμη και ενώ η διαδικασία των απαντήσεων ήταν ακόμη ενεργή. Η αδυναμία αυτή επιχειρήθηκε να καλυφθεί ζητώντας από τους μαθητές ή τους φοιτητές που διατύπωσαν σχετική διαμαρτυρία να τεκμηριώσουν στη συζήτηση στην ολομέλεια τον τρόπο σκέψης τους που τους οδήγησε στην αλλαγή άποψης. [65]

86 Κεφάλαιο 3 Βιβλιογραφία 3ου κεφαλαίου Bao, L. and Redish, E. F. (2001). Concentration analysis: A quantitative assessment of student states. Am. J. Phys. 69, S45, Bruff, D. (2009). Teaching with classroom response systems: Creating active learning environments. San Francisco, CA: Jossey-Bass. Bunz, U. (2005). Using scantron versus an audience response system for survey research: Does methodology matter when measuring computer-mediated communication competence? Computers in Human Behavior, 21, 2, Cohen, L., Manion, l. and Morrison, K. (2007). Research Methods in Education. 6th edition. London: Routledge. Duncan, D. (2005). Clickers in the Classroom: How to Enhance Science Teaching Using Classroom Response Systems. Pearson/Addison Wesley: San Francisco, CA, Efthimiou, C., Maronde, D., et al. (2011). Implementing elements of The Physics Suite at a large metropolitan research university. Physics Education 46(4): 421. Engelhardt, P., & Beichner, R. (2004). Students' understanding of direct current resistive electrical circuits. Am. J. Phys., 72, Field, A. P. (2000). Discovering statistics using SPSS for Windows: advanced techniques for the beginner. London: Sage. Gok, T. (2012). The impact of peer instruction on college students beliefs about physics and conceptual understanding of electricity and magnetism. International Journal of Science and Mathematics Education 10(2): Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics text data for introductory physics courses, Am. J. Phys., 66(1), Henriksen, E. K. & Angell, C. (2010). The role of talking physics in an undergraduate physics class using an electronic audience response system, Phys. Ed. 45(3), 279. Hestenes, D., Wells, M. & Swackhamer, G. (1992). Force Concept Inventory. The Physics Teacher, Vol. 30, March James, M.C., and Willoughby, S. (2011). Listening to student conversations during clicker questions: What you have not heard might surprise you! Am. J. Phys., 79, [66]

87 Κεφάλαιο 3 Lasry, N., Charles, E., Whittaker, C., & Lautman, M. (2009). When talking is better than staying quiet. In M. Sabela, C. Henderson, & C. Singh (Eds.) Proceedings from the Physics Education Research Conference (pp ), College Park, MD: American Institute of Physics. Marušić, M. and Sliško, J. (2011). Influence of Three Different Methods of Teaching Physics on the Gain in Students' Development of Reasoning. International Journal of Science Education 34(2): Mazur, E. (1997). Peer instruction. A User s Manual. Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ. Mun, W.K., Hew, K.F. and Cheung, W.S. (2009). The impact of the use of response pad system on the learning of secondary school physics concepts: A Singapore quasi-experiment study. British Journal of Educational Technology 40 (5): Owusu, A., Weatherby, N., Otto, S. & Kang, M. (2007). Validation of a classroom response system for use with a health risk assessment survey. Poster session at the 2007 AAHPERD National Convention and Exposition, Baltimore, Maryland. Penuel, W. R., Boscardin, C. K., Masyn, K. & Crawford, V. M. (2007). Teaching with student response systems in elementary and secondary education settings: a case study. Educational Technology, Research and Development, 55, 4, Pierratos, T. & Polatoglou, M. H. (2011a). Enhancement of Peer Instruction in a Introductory Physics Laboratory Course Using Classroom Response Systems, Proceedings of the 11th International IHPST and 6th Greek History, Philosophy and Science Teaching Joint Conference, pp Pierratos, T., Polatoglou, M. H. (2011b). Classroom Response Systems as instructional feedback tools: can they support the standardization of science teaching formative assessment in secondary education? Proceedings of 8th International Conference Standardization, Prototypes and Quality: a means of Balkan countries collaboration. Sayre, E., Franklin, S., Dymek, S., Clark, J., Sun, Y., (2012). Learning, retention, and forgetting of Newton s third law throughout university physics. Ph. Rev. Special Topics Ph. Ed. Res. 8, (2012) Singh, C. (2008). Assessing student expertise in introductory physics with isomorphic problems. I. Performance on nonintuitive problem pair from introductory physics, Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 4, Smith J. I., Tanner K. (2010). The problem of revealing how students think: concept inventories and beyond. CBE Life Sci. Educ. 2010;9:1 5. [67]

88 Κεφάλαιο 3 Smith M. K, Wood W. B, Adams W. K, Wieman C, Knight J. K, et al. (2009). Why peer discussion improves student performance on in-class concept questions?. Science 323: Sokoloff, D. (χχ). The Electric Circuits Concept Evaluation (ECCE) by Ron Thornton and David Sokoloff, Διαθέσιμο μετά από αίτηση στο Thacker, B. A. (2003). Recent advances in classroom physics, Rep. Prog. Phys. 66, 1833 (2003). Yeo, S., & Zadnik, M. (2001). Introductory thermal concept evaluation: Assessing students understanding. The Physics Teacher, 39, Κασσέτας, Ι. Α. (1996). Το μακρόν Φυσική - προ του βραχέος διδάσκω, εκδ. Σαββάλα, Αθήνα. Πιερράτος, Θ., Ευαγγελινός, Δ., Πολάτογλου, Χ., Βαλασιάδης, Ο. (2010). Αξιολόγηση Εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων και διδασκαλία μεταξύ ομότιμων με τη χρήση συστημάτων τηλεκαταγραφής. Ηλεκτρονικά Πρακτικά του 13ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών. [68]

89 Κεφάλαιο 4 Κεφάλαιο 4ο Μεθοδολογία σχεδιασμού και ανάπτυξης των εκπαιδευτικών σεναρίων 4ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Ένας από τους κύριους στόχους της διατριβής είναι η ανάπτυξη και η εφαρμογή μαθητοκεντρικών εκπαιδευτικών σεναρίων για τη διδασκαλία βασικών εννοιών της Φυσικής στη Δευτεροβάθμια και Τριτοβάθμια εκπαίδευση στα οποία θα αξιοποιηθούν τα κλίκερς για να παράσχουν ανάδραση σε πραγματικό χρόνο σε διδασκόμενους και διδάσκοντες και να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται το παιδαγωγικό πλαίσιο μέσα στο οποίο αναπτύχθηκαν τα εκπαιδευτικά σενάρια και στη συνέχεια τα ίδια τα διδακτικά σενάρια. Στην παράγραφο 4.1 παρουσιάζεται το θεωρητικό πλαίσιο της παιδαγωγικής μεθόδου που υιοθετήθηκε κατά την ανάπτυξη των διδακτικών σεναρίων. Το πλαίσιο αυτό αναλύεται σε τρεις συνιστώσες, τη γνωστική, την κοινωνική και την ψυχολογική, οι οποίες παρουσιάζονται αναλυτικά. Στην παράγραφο 4.2 διατυπώνονται οι γενικοί σκοποί των διδακτικών σεναρίων στο πλαίσιο εφαρμογής της παιδαγωγικής μεθόδου που υιοθετήθηκε. Στην παράγραφο 4.3 παρουσιάζονται αναλυτικά τα πέντε εκπαιδευτικά σενάρια που εφαρμόστηκαν στο πλαίσιο διερεύνησης του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος της παρούσας διατριβής. 4.1 Η θεωρητική τεκμηρίωση της παιδαγωγικής μεθόδου που υιοθετήθηκε Η βασική παιδαγωγική αρχή που υιοθετούμε στην παρούσα διατριβή είναι ότι ένα αποτελεσματικό μαθησιακό περιβάλλον πρέπει να είναι μαθητοκεντρικό (student-centered), να εστιάζει στη γνώση (Knowledge-centered), την αξιολόγηση (assessment-centered) και στην κοινωνικότητα (community-centered) (Bransford, Brown και Cocking, 1999; Beatty και Gerace, 2009). Ως μαθητοκεντρικό περιβάλλον θεωρείται εκείνο που λαμβάνει υπόψη τις ιδιαιτερότητες κάθε μαθητή ξεχωριστά και τον καθοδηγεί από τη δική του γνωστική αφετηρία προς τους επιθυμητούς διδακτικούς στόχους. Αφουγκράζεται το πώς σκέφτονται οι μαθητές για ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, συζητά με ευαισθησία τις εναλλακτικές ιδέες τους και παρέχει καταστάσεις ικανές να επιτρέψουν τους μαθητές να επαναπροσδιορίσουν αυτές τις ιδέες. [69]

90 Κεφάλαιο 4 Ως περιβάλλον που εστιάζει στη γνώση θεωρείται εκείνο το οποίο αντιλαμβάνεται τη γνώση όχι ως έναν σωρό από γεγονότα αλλά ως μία δομή αλληλοσυνδεδεμένων στοιχείων και διαδικασιών που πρέπει να οργανώνονται και να επαναπροσδιορίζονται διαρκώς καθώς αυτή η δομή επεκτείνεται. Οι διδασκόμενοι, αναπτύσσοντας μεταγνωστικούς μηχανισμούς, θα πρέπει να μπορούν να αναζητούν και να ενσωματώνουν κριτικά νέες πληροφορίες ώστε η δομή αυτή να έχει νόημα και να είναι συνεπής, όταν εφαρμόζεται σε καινοφανείς καταστάσεις. Η διαμορφωτική αξιολόγηση οφείλει να αποτελεί δομικό συστατικό της διδασκαλίας καθώς μέσω αυτής παρέχεται ανάδραση στους μαθητές ώστε να μπορούν να εστιάσουν στην κατανόηση αντί για την απομνημόνευση. Ταυτόχρονα, μέσω της παρεχόμενης ανάδρασης ενδυναμώνονται οι μηχανισμοί αυτορυθμιζόμενης μάθησης επιτρέποντας τους διδασκόμενους να παρακολουθούν και να τροποποιούν τις γνωστικές τους ικανότητες. Το πιο συνηθισμένο πρόβλημα, το οποίο είναι η έλλειψη χρόνου για να εφαρμοστεί κάτι τέτοιο όπως πρέπει, παραγκωνίζεται με τη χρήση της τεχνολογίας CRS. Ως περιβάλλον το οποίο εστιάζει στην κοινωνικότητα θεωρείται εκείνο που προάγει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διδασκόμενων τόσο σε επίπεδο ομάδας όσο και σε επίπεδο τάξης, δίνοντας την ελευθερία σε όλους, μαθητές και δασκάλους, να κάνουν λάθη και να μάθουν μέσα από αυτά, να αναπτύξουν επικοινωνιακές δεξιότητες και γλωσσική επάρκεια ως προς το χειρισμό επιστημονικών όρων και εννοιών. Για να εφαρμοστούν ωστόσο όλα τα παραπάνω απαιτείται μία συγκεκριμένη παιδαγωγική μέθοδος. Η παιδαγωγική μέθοδος που έχει υιοθετηθεί κατά την ανάπτυξη των εκπαιδευτικών σεναρίων που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή για τη διερεύνηση του δεύτερο ερευνητικού ερωτήματος, αναλύεται σε τρεις συνιστώσες: τη γνωστική, την κοινωνική και την ψυχολογική. Ακολουθεί η περιγραφή κάθε μίας από αυτές τις συνιστώσες Η γνωστική συνιστώσα: η θεωρία του εποικοδομητισμού Το πώς μαθαίνουν οι μαθητές έχει αποτελέσει αντικείμενο διερεύνησης τις τελευταίες δεκαετίες, χωρίς ωστόσο να υπάρχει ένα απολύτως κοινά αποδεκτό θεωρητικό πλαίσιο. Η έρευνα στη γνωστική ψυχολογία έχει, πάντως, δείξει ότι η απόκτηση γνώσεων αρχίζει ήδη από τη γέννηση και αναπτύσσεται ραγδαία. Οι έννοιες οργανώνονται σε «θεωρίες», ένα συνεκτικό δηλαδή σώμα γνώσεων που είναι ικανό να παράσχει αιτιώδεις ερμηνείες του κόσμου. Οι θεωρίες αυτές εμπεριέχουν διάφορα νοητικά μοντέλα, τα οποία είναι αναλογικές αναπαραστάσεις που διατηρούν τη δομή αυτού που αναπαριστούν. Τα νοητικά μοντέλα, των οποίων έχει δειχθεί η ψυχολογική πραγματικότητα ενώ έχουν παρουσιαστεί νευρολογικές ενδείξεις της ύπαρξής τους, χρησιμοποιούνται από τους διδασκόμενους ως αρωγοί στο σχηματισμό εξηγήσεων, ως διαμεσολαβητές στην ερμηνεία και [70]

91 Κεφάλαιο 4 απόκτηση νέων πληροφοριών και ως εργαλείων που επιτρέπουν τον πειραματισμό και τη αναθεώρηση μίας θεωρίας (Vosniadou, 2002). Σε ό,τι αφορά ειδικά τη μάθηση στο χώρο των Φυσικών Επιστημών φαίνεται ότι το θεωρητικό πρότυπο του εποικοδομητισμού εμπεριέχει τα περισσότερα από τα γνωστικά χαρακτηριστικά που γίνονται αποδεκτά από τη σχετική βιβλιογραφία (για μία σύνοψη βλ. Scott, 2010). Οι βασικές αρχές του εποικοδομητισμού συνοψίζονται στα εξής (Gerace, 1992): α. η γνώση οικοδομείται δεν μεταφέρεται, β. η οικοδόμηση απαιτεί την ενεργή συμμετοχή του μαθητή, γ. η προϋπάρχουσα γνώση επηρεάζει τη γνωστική διαδικασία, δ. η αρχική κατανόηση έχει τοπικό χαρακτήρα (εφαρμόζεται δηλαδή μόνο εντός του περιεχομένου στο οποίο έχει αποκτηθεί και δεν γενικεύεται). Κατά συνέπεια στα εκπαιδευτικά σενάρια που αναπτύχθηκαν έγινε προσπάθεια αποφυγής της παραδοσιακής μεθόδου της διάλεξης. Σε αντιδιαστολή επιχειρήθηκε η ενεργός εμπλοκή των διδασκομένων μέσω ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων και εκτενούς συζήτησης και κυρίως μέσω της διατύπωσης ερωτήσεων που κλήθηκαν να απαντήσουν όλοι οι διδασκόμενοι μέσω των κλίκερς τους (Karen και Crowley, 2011; Beatty et al, 2006; Meltzer και Manivannan, 2002). Λόγω της ιδιαίτερης σημασίας των νοητικών μοντέλων στην γνωστική εξέλιξη κάθε ανθρώπου επιχειρήθηκε να δοθεί βαρύτητα στην ανάδειξή τους, μαζί με τις διάφορες εναλλακτικές ιδέες για τις έννοιες της Φυσικής που έγιναν αντικείμενο διδακτικής διαπραγμάτευσης. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής των οποίων οι παρεχόμενες απαντήσεις συνάδουν με τα πιο διαδεδομένα νοητικά μοντέλα που έχουν καταγραφεί στην αντίστοιχη με κάθε έννοια βιβλιογραφία, ώστε να προκληθεί η αναγκαία γνωστική σύγκρουση (Ding et al. 2009; Beatty et al., 2006; Pilzer, 2001) Κοινωνική συνιστώσα: ο ρόλος της γλώσσας και της αλληλεπίδρασης Η κοινωνική συνιστώσα της μάθησης έχει προσελκύσει το ερευνητικό ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες, μέσα από τις προσπάθειες για την βελτίωση της παρεχόμενης εκπαίδευσης στις Φυσικές Επιστήμες. Οι παραδοσιακές διαλέξεις, οι οποίες υιοθετούνται από την πλειοψηφία των διδασκόντων στη Δευτεροβάθμια και Τριτοβάθμια Εκπαίδευση, βασίζονται στη μονόδρομη επικοινωνία διδάσκοντος διδασκόμενου. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στην παραδοχή ότι οι μαθητές είναι ικανοί να προσλάβουν την παρεχόμενη πληροφορία και να την ενσωματώσουν στο σύνολο των γνώσεών τους, υπερβαίνοντας τις [71]

92 Κεφάλαιο 4 γνωστικές συγκρούσεις μεταξύ όσων καταλαβαίνουν και πιστεύουν και των νέων γνώσεων στις οποίες εκτίθενται. Ελάχιστοι ωστόσο μαθητές είναι ικανοί να κάνουν κάτι τέτοιο αφού σύμφωνα και με την πρώτη βασική αρχή του εποικοδομητισμού, η γνώση δεν μεταφέρεται αλλά οικοδομείται. Η αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη διδακτικών προσεγγίσεων που αυξάνουν τη συχνότητα και την ποιότητα των αλληλεπιδράσεων κατά τη διάρκεια του μαθήματος, την αύξηση των συζητήσεων σε επίπεδο ομάδων αλλά και ολόκληρης της τάξης και την προώθηση ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων που εμπλέκουν ενεργά το σύνολο των μαθητών (Cox και Junkin, 2002; Bullock et al., 2002; Meltzer και Manivannan, 2002; Hake, 1998). Κοινός σκοπός όλων αυτών είναι η ενεργοποίηση των μαθητών και η αύξηση του ενδιαφέροντος για τις Φυσικές Επιστήμες, η ανάπτυξη συνεργατικού πνεύματος των μαθητών και η ανάπτυξη της γλωσσικής επικοινωνίας που φαίνεται ότι οδηγεί σε βαθύτερη κατανόηση των εννοιών των φυσικών επιστημών (Henriksen και Angell, 2010). Πράγματι, ιδιαίτερα η χρήση της επιστημονικής γλώσσας, σύμφωνα με τον Sutton (1998), μπορεί να λειτουργήσει ως ένα σύστημα μεταφοράς πληροφορίας, ως ένα ερμηνευτικό σύστημα της εμπειρίας ώστε αυτή να αποκτήσει νόημα και ως ένα εργαλείο συμμετοχής σε κοινότητες εργασίας. Με δεδομένο ότι η επιστημονική γλώσσα διαφέρει οντολογικά και επιστημολογικά από την καθημερινή γλώσσα (Carlsen, 2007), μπορεί και διατυπώνει πολύ διαφορετικά τα φαινόμενα της καθημερινής ζωής οδηγώντας σε ό,τι οι ερευνητές ονομάζουν «εναλλακτικές ιδέες» καθώς και σε αποσύνδεση μεταξύ της πραγματικής ζωής και του ότι διδάσκεται στις τάξεις (Beatty και Gerace, 2009). Υπό αυτή την έννοια, το να μαθαίνει κανείς επιστήμη σημαίνει να μαθαίνει να μιλάει επιστημονικά (Lemke, 1990). Σύμφωνα με τον Vygotsky (1993) οι ιδέες αρχικά ανακαλύπτονται και δοκιμάζονται μέσω της γλωσσικής επικοινωνίας στο κοινωνικό επίπεδο. Στη συνέχεια κάθε άτομο εσωτερικεύει αυτές τις ιδέες στο δικό του εσωτερικό επίπεδο αναπτύσσοντας έτσι τα απαραίτητα μέσα για την ανάπτυξη της σκέψης του. Επομένως, ο ρόλος της συζήτησης σε επίπεδο ομάδας αλλά και σε επίπεδο ολομέλειας φαίνεται ότι μπορεί να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών και για το λόγο αυτό έχει ενσωματωθεί, σε διάφορες εκδοχές, σε όλα τα εκπαιδευτικά σενάρια που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη διατριβή Ψυχολογική συνιστώσα: η σημασία των κινήτρων Η ανάπτυξη μαθητών οι οποίοι, ορμώμενοι από εσωτερικά κίνητρα, επιδιώκουν τη δια βίου μάθηση, επιδεικνύουν διανοητική περιέργεια και βρίσκουν την αναζήτηση της νέας γνώσης διασκεδαστική, αποτελεί σημαντικό, διαχρονικό σκοπό της εκπαίδευσης (Small, 1997). Στο πλαίσιο [72]

93 Κεφάλαιο 4 αυτό έχουν αναπτυχθεί διάφορα μοντέλα σχεδιασμού περιβαλλόντων μάθησης που ενσωματώνουν διάφορες θεωρίες κινήτρων (Koballa και Glynn 2007). Ένα από τα πιο διαδεδομένα μοντέλα, το οποίο υιοθετείται και στην παρούσα διατριβή είναι το μοντέλο ARCS (Keller, 1983, 1987). Το μοντέλο αυτό μολονότι θεμελιώνεται σε πολλές θεωρίες κινήτρων ουσιαστικά υποθέτει ότι για να ενεργοποιηθεί ένας μαθητής θα πρέπει αρχικά να εκτιμήσει τη διδακτική εργασία που του ανατίθεται και στη συνέχεια να πιστέψει ότι μπορεί να τη φέρει εις πέρας. Συνεπώς, η διδακτική αυτή εργασία, η οποία μπορεί να είναι μία ερώτηση, μία πειραματική διερεύνηση ή οποιοδήποτε άλλο μαθησιακό έργο, πρέπει να παρουσιαστεί στο μαθητή με τρόπο κατανοητό και ενεργό ώστε να προάγει τις θετικές προσδοκίες για επιτυχή περαίωση των διδακτικών στόχων. Το μοντέλο ARCS (Attention-Relevance-Confidence-Satisfaction) προσδιορίζει τέσσερεις συνιστώσες που καθιστούν επιτυχή μία στρατηγική ενεργοποίησης των μαθητών (Small, 1997): 1. Πρόκληση της προσοχής των μαθητών και διατήρηση του ενδιαφέροντος και της περιέργειάς τους κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας. Για να συμβεί αυτό επιχειρούνται πειράματα με απροσδόκητη συμπεριφορά, τίθενται ερωτήσεις που διεγείρουν το ενδιαφέρον και συζητούνται στην ολομέλεια αλλά και σε μικρές ομάδες μαθητών, ακολουθείται μία ποικιλία ενεργών διδακτικών προσεγγίσεων μειώνοντας όσο το δυνατόν τη μέθοδο της διάλεξης. 2. Επιλογή διδακτικών στόχων και μέσων που σχετίζονται με τα ενδιαφέροντα των μαθητών. Για να συμβεί αυτό επιχειρείται η σύνδεση της διδασκαλίας με καταστάσεις της καθημερινής ζωής ενώ η πραγματοποίηση των πειραματικών διατάξεων γίνεται προσπάθεια να στηρίζεται σε χαμηλού κόστους υλικά στα οποία οι μαθητές έχουν πρόσβαση και μπορούν να τα χειριστούν μόνοι τους. 3. Ανάπτυξη της αυτοπεποίθησης των μαθητών με την παροχή άμεσης ανάδρασης και υιοθέτησης συμπεριφορών που απενεχοποιούν το λάθος. Για να συμβεί αυτό χρησιμοποιείται η τεχνολογία των κλίκερς ενώ διενεργούνται εκτενείς συζητήσεις στην ολομέλεια επιχειρώντας, πέρα από την ανάδειξη των ορθών επιχειρημάτων που οδηγούν στη σωστή απάντηση, την διαπραγμάτευση όλων εκείνων των λόγων που οδήγησαν στην επιλογή των λανθασμένων απαντήσεων. 4. Παροχή επιβράβευσης των μαθητών που ενδυναμώνει τη διάθεσή τους για προσπάθεια. Για να συμβεί αυτό ο διδάσκων τεκμηριώνει μία απάντηση σε κάποιο πρόβλημα που τέθηκε κάνοντας αναφορές στην επιχειρηματολογία συγκεκριμένων μαθητών και επιβραβεύει τις προσπάθειες ανεύρεσης λύσης ακόμη κι αν δεν έχουν ολοκληρωμένη επιτυχή έκβαση. Στα εκπαιδευτικά σενάρια, που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της παρούσης διατριβής, έγινε προσπάθεια ενσωμάτωσης όλων αυτών των στοιχείων που καθιστούν επιτυχή την ενεργοποίηση και την παροχή κινήτρων συμμετοχής όλων των μαθητών. [73]

94 Κεφάλαιο Γενικοί σκοποί των εκπαιδευτικών σεναρίων που αναπτύχθηκαν Υπό το πρίσμα της παιδαγωγικής προσέγγισης που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 4.1, τα σενάρια που αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν στο πλαίσιο διερεύνησης του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος αυτής της διατριβής έχουν ως γενικούς σκοπούς: 1. Να ανιχνεύσουν μέσω διαγνωστικών ερωτήσεων, κυρίως στην αρχή του μαθήματος, τη γνωστική αφετηρία και τις εναλλακτικές ιδέες των μαθητών, ώστε να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες κάθε μαθητή και να ακολουθηθεί από το διδάσκοντα η κατάλληλη πορεία που θα επιτρέψει στους μαθητές να επαναπροσδιορίσουν αυτές τις ιδέες. 2. Να εμπλέξουν και να ενεργοποιήσουν όλους τους μαθητές στην εκπαιδευτική διαδικασία μέσω ερωτήσεων κλειστού τύπου κατά τη διάρκεια του μαθήματος, οι οποίες συζητούνται τόσο σε επίπεδο ομάδων όσο και στην ολομέλεια της τάξης. 3. Να καταγράψουν την εξέλιξη στο χρόνο της κατανόησης εννοιών κλειδιά για όλους τους μαθητές, θέτοντας την ίδια ερώτηση σε διάφορα στάδια της διδασκαλίας, βοηθώντας τους μαθητές να εστιάσουν στην κατανόηση αντί για την απομνημόνευση και ενδυναμώνοντας ταυτόχρονα τους μηχανισμούς αυτορυθμιζόμενης μάθησης επιτρέποντας τους διδασκόμενους να παρακολουθούν και να τροποποιούν τις γνωστικές τους ικανότητες. 4. Να προωθήσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των μαθητών μέσω της υιοθέτησης στοιχείων της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων, δίνοντας την ελευθερία σε όλους, μαθητές και δασκάλους, να κάνουν λάθη και να μάθουν μέσα από αυτά, να αναπτύξουν επικοινωνιακές δεξιότητες και γλωσσική επάρκεια ως προς το χειρισμό επιστημονικών όρων και εννοιών. 5. Να παράσχουν διαμορφωτική αξιολόγηση, μέσω της προβολής κατανομών απαντήσεων όλων των μαθητών σε πραγματικό χρόνο, στο διδάσκοντα αλλά και στους μαθητές για το τρέχον επίπεδο κατανόησης κάποιας έννοιας, ώστε ο μεν διδάσκων αν θεωρήσει σκόπιμο να μπορεί να επαναπροσδιορίσει τη διδακτική του μεθοδολογία, οι δε μαθητές να προσδιορίζουν την επίτευξη εκ μέρους τους των διδακτικών στόχων. 6. Να αποτυπώσουν τον τρόπο σκέψης όλων των μαθητών προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες τόσο στους μαθητές όσο και στο διδάσκοντα σε γνωστικό αλλά και σε μεταγνωστικό επίπεδο, με τη χρήση των κλίκερς για την αποστολή των απαντήσεων στις ερωτήσεις που τίθενται. 4.3 Τα εκπαιδευτικά σενάρια Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται τα πέντε σενάρια που αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν σε μαθητές της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και σε φοιτητές του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ. Οι έννοιες που αναπτύσσονται σε αυτά (πρώτος και τρίτος νόμοι του Νεύτωνα, νόμος του Ωμ, μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος και κανόνες του Κίρκοφ), επιλεγήκαν επειδή: [74]

95 Κεφάλαιο 4 α. αποτελούν έννοιες στις οποίες θεμελιώνονται πολλές άλλες έννοιες, β. σχετίζονται με φαινόμενα και καταστάσεις της καθημερινότητας, γ. αποτελούν έννοιες που διδάσκονται στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, δ. έχουν διερευνηθεί εκτενώς οι παρανοήσεις και οι εναλλακτικές ιδέες που σχετίζονται με αυτές με αποτέλεσμα να υπάρχει διαθέσιμο ερευνητικό υλικό με το οποίο μπορούν να συγκριθούν τα ευρήματα της παρούσας διατριβής. Στην παράγραφο παρουσιάζεται το σενάριο για το μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο εφαρμόστηκε σε μαθητές της Β Λυκείου. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του σεναρίου δίνονται στην παράγραφο Στην παράγραφο παρουσιάζεται το σενάριο για τη διδασκαλία του πρώτου νόμου του Νεύτωνα το οποίο εφαρμόστηκε σε μαθητές της Β Γυμνασίου (Πιερράτος και Πολάτογλου, 2009). Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του σεναρίου δίνονται στην παράγραφο Στην παράγραφο παρουσιάζεται το σενάριο για τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ το οποίο εφαρμόστηκε σε φοιτητές του Τμήματος Φυσικής. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του σεναρίου δίνονται στην παράγραφο (Τμήμα Δ1) και στην παράγραφο (Τμήμα Δ2). Στην παράγραφο παρουσιάζεται το σενάριο για τους κανόνες του Κίρκοφ το οποίο εφαρμόστηκε σε φοιτητές του Τμήματος Φυσικής και συγκεκριμένα στο Τμήμα Δ2. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του σεναρίου παρουσιάζονται στην παράγραφο Στην παράγραφο παρουσιάζεται το σενάριο για τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα το οποίο εφαρμόστηκε σε φοιτητές του Τμήματος Φυσικής και συγκεκριμένα στο Τμήμα Δ1. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του σεναρίου παρουσιάζονται στην παράγραφο Στην παράγραφο παρουσιάζεται το σενάριο για τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα το οποίο εφαρμόστηκε σε φοιτητές του Τμήματος Φυσικής και συγκεκριμένα στο Τμήμα Δ2. Το σενάριο αυτό αποτελεί διασκευή του σεναρίου που εφαρμόστηκε στο τμήμα Δ1. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του σεναρίου παρουσιάζονται στην παράγραφο [75]

96 Κεφάλαιο Το μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος Α. Γενικά στοιχεία Τίτλος Ανάπτυξη νοητικού μοντέλου για το ηλεκτρικό ρεύμα Συνοπτική παρουσίαση Το σενάριο αυτό αφορά στη διδασκαλία του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος. Η βασική διδακτική μεθοδολογία είναι η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων η οποία πλαισιώνεται από παρουσίαση μικροδιαλέξεων και πραγματοποίηση πειραματικών διατάξεων με καθημερινά υλικά και απλά ηλεκτρικά κυκλώματα. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές - Προαπαιτούμενες γνώσεις Έννοιες: ηλεκτρικό φορτίο, ηλεκτρική δύναμη, ηλεκτρικό πεδίο, αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου, αγωγοί, μονωτές Διαδικασίες: τρόποι φόρτισης Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Β τάξη Γενικού Λυκείου Φυσική Γενικής Παιδείας Γ τάξη Γυμνασίου (με μικρές τροποποιήσεις) Διδακτικοί στόχοι Ως προς το γνωστικό αντικείμενο οι μαθητές επιδιώκεται: - να διαπιστώσουν πειραματικά τη διατήρηση του ηλεκτρικού ρεύματος, - να εφαρμόζουν τα μοντέλα του ηλεκτρικού φορτίου και του ηλεκτρικού πεδίου για να περιγράφουν το μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος, - να εφαρμόζουν το επιστημονικό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος για να προβλέπουν τη συμπεριφορά απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, - να εφαρμόζουν το επιστημονικό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος για να περιγράφουν απλά ηλεκτρικά κυκλώματα. Ως προς τη διαδικασία μάθησης οι μαθητές επιδιώκεται: - να αναπτύξουν επιστημολογικά κριτήρια ελέγχου της επιστημονικής γνώσης με τη διατύπωση ερωτήσεων του τύπου «πώς γνωρίζουμε», [76]

97 Κεφάλαιο 4 - να αναπτύξουν δεξιότητες γλωσσικής επικοινωνίας με την πρόκληση εκτενών συζητήσεων στην ολομέλεια αλλά και στις ομάδες, - να αναπτύξουν μεταγνωστικές δεξιότητες μέσω της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο και της συζήτησης στην ολομέλεια - να υιοθετήσουν θετικότερη στάση ως προς το μάθημα της Φυσικής με την ενεργοποίησή τους και την αξιοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων και σύγχρονης εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Β. Οργάνωση της διδασκαλίας και υλικοτεχνική υποδομή Οι μαθητές και οι μαθήτριες προτείνεται να εργαστούν σε ομάδες των 4-5 ατόμων. Στη συζήτηση στην τάξη, οι μαθητές θα συμμετέχουν και ατομικά αλλά και ως μέλη των ομάδων. Εκτιμώμενη διάρκεια 2 διδακτικές ώρες Υλικοτεχνική υποδομή - Η/Υ και προβολικό σύστημα - CRS (συσκευές και λογισμικό συλλογής δεδομένων) - Πλαστική ράβδος, σύστημα ηλεκτρικού εκκρεμούς - Μπαταρίες, λυχνιολαβές, καλώδια με κροκοδειλάκια, λαμπάκια, πυκνωτής χωρητικότητας 1 F - Μοντέλο ροής ηλεκτρονίων σε μεταλλικό αγωγό Διδακτική προσέγγιση 1η Διδακτική ώρα Οι μαθητές σχηματίζουν ομάδες 4-5 ατόμων. Για να εξοικειωθούν με τη χρήση των κλίκερς τίθενται δύο ερωτήσεις: η πρώτη σχετικά με την ομάδα στην οποία ανήκουν και η δεύτερη σχετικά με το πόσο πολύ τους αρέσει το μάθημα της Φυσικής. Α Φάση: Εισαγωγή. Όπου παρουσιάζεται ένα φαινόμενο με το οποίο όλοι οι μαθητές είναι εξοικειωμένοι (λάμπα που ανάβει) για να δειχθεί ότι η γνώση απλά και μόνο του ονόματος ενός φαινομένου δε δίνει από μόνη της καμία ουσιαστική πληροφορία. Τίθεται ο βασικός στόχος του μαθήματος. [77]

98 Κεφάλαιο 4 Ο διδάσκων «ανάβει» ένα απλό κύκλωμα (μπαταρία και λαμπάκι). Κάνει την ερώτηση: -Γιατί ανάβει το λαμπάκι; Οι μαθητές χρησιμοποιούν διάφορες εκφράσεις που αξιοποιούν την έννοια «ηλεκτρικό ρεύμα» για να απαντήσουν, χάρη στην πρόσβαση που έχουν σε καθημερινές εμπειρίες. Ο διδάσκων ρωτάει ξανά: -Τι εννοείτε λέγοντας «ηλεκτρικό ρεύμα»; Οι μαθητές διατυπώνουν απόψεις. Μεταξύ άλλων μιλάνε για «ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα στα καλώδια». Κάποιοι δίνουν ακόμη και τον ορισμό του βιβλίου («ηλεκτρικό ρεύμα είναι η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων»). Τίθεται η ερώτηση: -Υπάρχει κάποιο στοιχείο που να σας πείθει ότι πράγματι «κάτι» ρέει, «κάτι» κινείται μέσα από τα καλώδια; Αν ναι, ποιο είναι αυτό το στοιχείο; Οι μαθητές δυσκολεύονται να απαντήσουν ή δίνουν ανεπαρκείς απαντήσεις οι οποίες καταρρίπτονται θέτοντας διευκρινιστικές ερωτήσεις του τύπου «και πώς το γνωρίζουμε αυτό;». Τίθεται, λοιπόν, ως στόχος του μαθήματος να απαντηθεί το πώς γνωρίζουμε ότι κάτι κινείται μέσα από τα καλώδια, όταν ανάβει το λαμπάκι και στη συνέχεια, στη 2η διδακτική ώρα, να απαντηθεί το ερώτημα τι είναι αυτό που κινείται (Knight, 2008, σελ ). Β Φάση: Σύνδεση με την ηλεκτροστατική. Όπου επιχειρείται να οικοδομηθεί πειραματικά ότι ο πυκνωτής είναι μία αποθήκη φορτίου. Απαιτείται οι μαθητές να έχουν ξεκαθαρίσει πώς ένα σώμα φορτίζεται από επαφή ή/και εξ επαγωγής. Ο διδάσκων επιδεικνύει μια αφόρτιστη πλαστική ράβδο (ένα καλαμάκι) και ένα σύστημα νήματος-σφαιριδίου από αλουμινόχαρτο το οποίο κρέμεται κατακόρυφα από το νήμα (ηλεκτροστατικό εκκρεμές). Ρωτάει τους μαθητές να προβλέψουν τι θα γίνει αν πλησιάσει τη ράβδο κοντά στο σφαιρίδιο. Αφού ακουστούν μερικές απόψεις πλησιάζει την αφόρτιστη ράβδο στο σφαιρίδιο και οι μαθητές παρατηρούν ότι δεν συμβαίνει κάτι. Ζητάει, λοιπόν, από τους μαθητές να προτείνουν τι πρέπει να γίνει ώστε η ράβδος να έλξει το σφαιρίδιο (σύνδεση με τα προηγούμενα). Θέτει την ερώτηση 1 την οποία οι μαθητές απαντούν με τα κλίκερς (ενεργοποίηση όλων των μαθητών). Αφού απαντήσουν όλοι οι μαθητές προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων. Ο διδάσκων σχολιάζει την κατανομή και προτείνει την προσφυγή στο πείραμα για να κριθεί ποια είναι η σωστή απάντηση. Με δεδομένο ότι έχει ήδη επιχειρηθεί αυτό που δίνεται στην απάντηση 1, ο διδάσκων προτείνει να ελεγχθεί η απάντηση 2. Καλεί έναν μαθητή να τρίψει την πλαστική ράβδο με μια [78]

99 Κεφάλαιο 4 Ερώτηση 1 Τι πρέπει να γίνει ώστε η πλαστική ράβδος να έλξει την αλουμινένια σφαίρα; 1. Τίποτα, αρκεί να την πλησιάσουμε κοντά στη ράβδο 2. Μπορούμε να τρίψουμε τη ράβδο με μία χαρτοσακούλα 3. Πρέπει να τρίψουμε τόσο τη ράβδο όσο και τη σφαίρα με μία χαρτοσακούλα 4. Δεν υπάρχει κανένας τρόπος χαρτοσακούλα και να την πλησιάσει στο σφαιρίδιο. Αυτή τη φορά το σύστημα νήμα-σφαιρίδιο εκτρέπεται από την κατακόρυφο. Συμπεραίνεται ότι σωστή απάντηση είναι η 2. Αν δεν το κάνει ήδη κάποιος μαθητής, τότε ο διδάσκων θέτει την ερώτηση: -Γιατί συνέβη αυτό; Τι άλλαξε όταν η ράβδος τρίφτηκε με τη χαρτοσακούλα; Προκαλείται συζήτηση στην ολομέλεια κατά την οποία επιχειρείται να αναδειχθούν τα φυσικά φαινόμενα που έλαβαν χώρα: η πλαστική ράβδος φορτίζεται λόγω τριβής, επάγει φορτία εξ επαγωγής στο ηλεκτρικά ουδέτερο σφαιρίδιο και, καθώς το έλκει, το εκτρέπει από την κατακόρυφη θέση. Ο διδάσκων προσπαθώντας να αναδείξει τον τρόπο σκέψης των μαθητών καθώς και τα νοητικά μοντέλα τους για το ηλεκτρικό φορτίο και τη φόρτιση με επαγωγή, ρωτάει: -Δηλαδή, όταν η ράβδος πλησιάζει στο σφαιρίδιο δημιουργούνται φορτία στο σφαιρίδιο; Προκαλείται συζήτηση στην ολομέλεια κατά την οποία επιχειρείται να καταγραφεί από το διδάσκοντα η δυνατότητα των μαθητών να χρησιμοποιούν καταρχάς την αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου και στην συνέχεια, το μοντέλο του ηλεκτρικού πεδίου και των ηλεκτρικών δυνάμεων για να εξηγήσουν την εξ επαγωγής ηλεκτρική φόρτιση του σφαιριδίου. Και τα δύο αυτά βήματα θεωρούνται εξαιρετικά σημαντικά για την κατανόηση του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος που θα ακολουθήσει. Αφού η ολομέλεια, με τη διακριτική καθοδήγηση του διδάσκοντα, υιοθετήσει το μοντέλο σύμφωνα με το οποίο τα φορτία μπορούν να μετατοπιστούν από τις αρχικές τους θέσεις όταν ασκηθούν πάνω τους ηλεκτρικές δυνάμεις από άλλα ηλεκτρικά φορτία, και επομένως καταλήξουν ότι τα ηλεκτρικά φορτία που προϋπάρχουν στο σφαιρίδιο ανακατανέμονται λόγω των ηλεκτρικών δυνάμεων που ασκούνται σε αυτά από τα φορτία της πλαστικής ράβδου, τίθεται η εξής ερώτηση: [79]

100 Κεφάλαιο 4 -Τότε, όμως, το σφαιρίδιο έχει ίσο αριθμό θετικών και αρνητικών φορτίων. Οπότε τα αρνητικά φορτία θα απωθούν και θα απωθούνται από την πλαστική ράβδο (αν θεωρηθεί αρνητικά φορτισμένη) ενώ τα θετικά φορτία θα έλκουν και θα έλκονται από την πλαστική ράβδο. Δηλαδή ένα μέρος του σφαιριδίου έλκεται και ένα άλλο μέρος του σφαιριδίου απωθείται από τη ράβδο. Τότε γιατί υπάρχει ελκτική συνισταμένη δύναμη στο σφαιρίδιο από την πλαστική ράβδο; Με την ερώτηση αυτή επιδιώκεται να αντιληφθούν οι μαθητές την ανάγκη να χρησιμοποιήσουν το μοντέλο της ηλεκτροστατικής δύναμης Κουλόμπ που διδάχθηκαν στο κεφάλαιο της ηλεκτροστατικής. Ο διδάσκων προσπαθεί να εκμαιεύσει την απάντηση θέτοντας διευκρινιστικές ερωτήσεις, αν χρειαστεί: -Η δύναμη Coulomb μεταξύ δύο φορτίων από τι εξαρτάται; -Σύμφωνα με το σχήμα, οι απωστικές ηλεκτρικές δυνάμεις μεταξύ των αρνητικών φορτίων και οι ελκτικές ηλεκτρικές δυνάμεις μεταξύ των αρνητικών φορτίων της ράβδου και των θετικών φορτίων της σφαίρας είναι ίσες μεταξύ τους; Για να βοηθηθούν οι μαθητές να επεκτείνουν τη χρήση του μοντέλου των μετακινούμενων ηλεκτρικών φορτίων υπό την επίδραση ηλεκτρικών δυνάμεων, τίθεται από το διδάσκοντα η ερώτηση 2. Οι μαθητές καλούνται να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους και στην συνέχεια να απαντήσουν χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Ερώτηση 2 Τι θα γίνει αν πλησιάσουμε από τα δεξιά, κοντά στο σφαιρίδιο ένα δεύτερο, όμοιο σφαιρίδιο και τα ακουμπήσουμε, ενώ η ράβδος εξακολουθεί να είναι κοντά στο σφαιρίδιο Α; 1. Αρνητικό φορτίο θα μεταφερθεί από τη σφαίρα Α στη σφαίρα Β. 2. Αρνητικό και θετικό φορτίο θα μεταφερθεί από τη σφαίρα Α στη σφαίρα Β. 3. Δεν πρόκειται να γίνει τίποτα 4. Κάτι άλλο [80]

101 Κεφάλαιο 4 Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από μαθητές που έδωσαν διάφορες απαντήσεις να τις υποστηρίξουν στην ολομέλεια. Γίνεται ανταλλαγή επιχειρημάτων και αναμένεται από τους μαθητές να καταλήξουν ότι καθώς τα αρνητικά φορτία του σφαιριδίου απωθούνται από τα αρνητικά φορτία της ράβδου ενώ τα θετικά φορτία του έλκονται, τα αρνητικά φορτία θα περάσουν στη σφαίρα Β λόγω της απωστικής δύναμης Κουλόμπ. Εφόσον η ολομέλεια καταλήξει σε συμφωνία τίθεται από το διδάσκοντα ο εξής προβληματισμός: προς τα δεξιά; -Τι θα συμβεί τότε αν απομακρύνουμε τις δύο σφαίρες, μετακινώντας γρήγορα τη σφαίρα Β Αφού ακούγονται μερικές απόψεις οι μαθητές καθοδηγούνται να υποθέσουν ότι τα φορτία, θετικά και αρνητικά, εγκλωβίζονται στις δύο σφαίρες οι οποίες αποκτούν έτσι ίσα και αντίθετα ηλεκτρικά φορτία. Για να ελεγχθεί η ακρίβεια του συλλογισμού προτείνεται από το διδάσκοντα η προσφυγή στο πείραμα. Πραγματοποιείται η διαδικασία που περιγράφηκε παραπάνω και οι δύο σφαίρες απομακρύνονται μεταξύ τους. Τίθεται από το διδάσκοντα η ερώτηση: -Πώς μπορούμε να ελέγξουμε αν η σφαίρες διαθέτουν αντίθετα φορτία; Ένας μαθητής πλησιάζει προσεκτικά τις δύο σφαίρες μεταξύ τους, ώστε να μην ακουμπήσουν. Οι σφαίρες έλκονται. Για να διαπιστωθεί το αρνητικό φορτίο της σφαίρας Β (δεξιά σφαίρα) ο μαθητής πλησιάζει την αρνητικά φορτισμένη ράβδο και παρατηρεί την μεταξύ τους άπωση. Ο διδάσκων επισημαίνει ότι το σύστημα των δύο φορτισμένων σφαιρών με ίσα και αντίθετα φορτία συνιστά έναν πυκνωτή. Το σύστημα των δύο σφαιρών αποτελεί ουσιαστικά μία αποθήκη ηλεκτρικού φορτίου. Γ Φάση: Αγωγοί και μονωτές. Όπου επιδιώκεται να δειχθεί ότι όταν οι οπλισμοί του πυκνωτή ενωθούν με αγώγιμο υλικό εκφορτίζονται. Ο διδάσκων θέτει τον προβληματισμό: -Όταν πλησιάζουμε τις δύο σφαίρες αυτές έλκονται. Τι θα γινόταν αν τις ακουμπούσαμε; [81]

102 Κεφάλαιο 4 Ακούγονται απόψεις των μαθητών και ένας καλείται να κάνει το πείραμα. Διαπιστώνεται ότι μετά την μεταξύ τους επαφή οι σφαίρες παύουν να έλκονται: έχουν «εκφορτιστεί». -Γιατί συνέβη αυτό; Οι μαθητές εμψυχώνονται να χρησιμοποιήσουν και πάλι το μοντέλο των ηλεκτρικών δυνάμεων για να περιγράψουν τη μετακίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Ο διδάσκων καλεί έναν μαθητή να επαναφορτίσει τις δύο σφαίρες και ρωτάει: -Γιατί όταν απλά πλησιάζουμε τις σφαίρες χωρίς να τις ακουμπάμε, αν και έλκονται δεν μεταφέρονται φορτία από τη μία σφαίρα στην άλλη; Οι μαθητές απαντούν ότι πρέπει να υπάρχει επαφή μεταξύ των δύο σφαιρών, παραβλέποντας, συνήθως, την επαφή με τον αδιόρατο αέρα. Τίθεται τότε η ερώτηση 3, την οποία οι μαθητές απαντούν με τα κλίκερς αφού αρχικά συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους. Ερώτηση 3 Τι θα συμβεί αν ενώσουμε τις δύο σφαίρες με ένα πλαστικό καλαμάκι; 1. Θα μεταφερθούν φορτία από τη μία σφαίρα στην άλλη και οι σφαίρες θα γίνουν ηλεκτρικά ουδέτερες 2. Φορτία δε μπορούν να μεταφερθούν μέσα από το πλαστικό καλαμάκι, οπότε οι δύο σφαίρες θα παραμείνουν φορτισμένες 3. Κάτι άλλο 4. Δε γνωρίζω Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους μαθητές να εκθέσουν και να υπερασπιστούν τις απόψεις τους. Τελικά, προτείνεται η προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να ενώσει τις δύο σφαίρες με ένα καλαμάκι. Στη συνέχεια τις πλησιάζει κοντά και διαπιστώνεται ότι οι σφαίρες εξακολουθούν να είναι φορτισμένες. Ο διδάσκων ζητάει να δικαιολογηθεί το φαινόμενο: -Γιατί συνέβη αυτό; Ερώτηση 4 Τι θα συμβεί αν ενώσουμε τις δύο σφαίρες με ένα μεταλλικό σύρμα; 1. Θα μεταφερθούν φορτία από τη μία σφαίρα στην άλλη και οι σφαίρες θα γίνουν ηλεκτρικά ουδέτερες 2. Φορτία δε μπορούν να μεταφερθούν μέσα από το πλαστικό καλαμάκι, οπότε οι δύο σφαίρες θα παραμείνουν φορτισμένες 3. Κάτι άλλο 4. Δε γνωρίζω [82]

103 Κεφάλαιο 4 Μερικοί μαθητές αναφέρονται σε αγωγούς και μονωτές. Αφού ακουστούν διάφορες ιδέες και χωρίς ο ίδιος να πάρει θέση, ο διδάσκων θέτει την ερώτηση 4 την οποία οι μαθητές απαντούν με τα κλίκερς αφού αρχικά συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους. Καλείται ένας μαθητής να ενώσει τις δύο σφαίρες με ένα σύρμα. Στη συνέχεια τις πλησιάζει κοντά και διαπιστώνεται ότι οι σφαίρες δεν έλκονται άρα έχουν πάψει να είναι φορτισμένες. Ο διδάσκων ζητάει να δικαιολογηθεί το φαινόμενο. Αφού ακουστούν διάφορες απόψεις, ο διδάσκων συνοψίζει τις δύο πειραματικές διαδικασίες εισάγοντας τις έννοιες των αγωγών και των μονωτών ως τα αντικείμενα εκείνα που επιτρέπουν ή όχι τη διέλευση ηλεκτρικού φορτίου. Για να τονίσει το γεγονός ότι για την ερμηνεία των παραπάνω πειραματικών διατάξεων και φαινομένων χρησιμοποιείται ένα μοντέλο του φυσικού κόσμου, θέτει την ερώτηση: -Είδατε, πραγματικά, φορτία να κινούνται; Συνοψίζοντας, ο διδάσκων αναδεικνύει την ανάγκη να υποθέσουμε ότι έτσι έγινε, προκειμένου να εξηγήσουμε αυτό που παρατηρήσαμε. Δ Φάση: ο πυκνωτής ως πηγή ενέργειας. Όπου επιδιώκεται να δειχθεί πειραματικά ότι κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης ενός πυκνωτή μπορεί να ανάψει μία λάμπα όπως ακριβώς ανάβει και με μία μπαταρία. Ο διδάσκων διευκρινίζει ότι ο πυκνωτής που χειρίστηκαν οι μαθητές κατά την παραπάνω διαπραγμάτευση αποτελεί μια πρωταρχική μορφή πυκνωτή. Επιδεικνύει στη συνέχεια έναν τυπικό ηλεκτρολυτικό πυκνωτή με χωρητικότητα μερικά pf, τονίζοντας ότι μολονότι μοιάζει εντελώς διαφορετικός λειτουργεί χάρη στις ίδιες φυσικές αρχές με τον πυκνωτή που χρησιμοποιήθηκε από τους μαθητές. Φορτίζει τον πυκνωτή συνδέοντας τα άκρα του με μία μπαταρία 9 V. Όσο διαρκεί η φόρτιση του πυκνωτή θέτει την ερώτηση 5, την οποία οι μαθητές απαντούν με τα κλίκερς αφού αρχικά συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους. Ερώτηση 5 Τι θα συμβεί αν βάλω ένα λαμπάκι στην πορεία του σύρματος που ενώνει τους δύο οπλισμούς του πυκνωτή; 1. Το λαμπάκι θα ανάψει για λίγο και μετά θα σβήσει 2. Το λαμπάκι δεν θα ανάψει αφού δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα 3. Δε γνωρίζω 4. Κάτι άλλο [83]

104 Κεφάλαιο 4 Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από κάποιον από αυτούς που απάντησαν ότι το λαμπάκι θα ανάψει να δικαιολογήσουν την άποψή τους. Προτείνεται προσφυγή στο πείραμα. Αρχικά, μετριέται η τάση στα άκρα του πυκνωτή με ένα βολτόμετρο. Με δεδομένη τη χωρητικότητα του πυκνωτή οι μαθητές καλούνται να υπολογίσουν το φορτίο του. Στη συνέχεια, τα άκρα του πυκνωτή συνδέονται με σύρμα στο οποίο παρεμβάλλεται ένα λαμπάκι LED. Δεν παρατηρείται τίποτα. Μετριέται και πάλι η τάση στα άκρα του πυκνωτή και βρίσκεται ίση με μηδέν. -Πόσο είναι τώρα το φορτίο του πυκνωτή; Τι συνέβη; Ο διδάσκων εκμαιεύει ότι ο πυκνωτής εκφορτίστηκε και ζητάει από κάποιους μαθητές που είχαν προβλέψει ότι θα ανάψει το λαμπάκι να δικαιολογήσουν την αποτυχία του πειράματος. Ζητάει επίσης από μαθητές που υποστήριξαν ότι το λαμπάκι δεν θα ανάψει αφού δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα να επιχειρηματολογήσουν. -Ποιοι είχαν δίκιο τελικά; Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να υποθέσουν ότι, παρά την αρνητική έκβαση του πειράματος, έχουν την διαίσθηση ότι το λαμπάκι έπρεπε να ανάψει. -Τι μπορεί να έγινε «λάθος»; Μπορείτε να προτείνετε κάποια αλλαγή στη διάταξη του πειράματος προκειμένου αυτό να επαναληφθεί ενδεχομένως με τα προσδοκώμενα αποτελέσματα; Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές διδάσκονται στοιχεία επιστημονικής μεθοδολογίας. Ο διδάσκων δηλώνει ότι πυκνωτής που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένας μικρός πυκνωτής, μία μικρή αποθήκη ηλεκτρικού φορτίου με αποτέλεσμα η εκφόρτισή του να είναι σχεδόν ακαριαία. Τι θα γινόταν όμως αν η εκφόρτιση μπορούσε να διαρκέσει περισσότερο; Όσο ακούγονται απόψεις φορτίζει έναν πυκνωτή χωρητικότητας 1 F. Ρωτάει: -Τι νομίζετε ότι θα συμβεί τώρα όταν συνδέσω τα δύο του άκρα με καλώδιο και λαμπάκι; Καταγράφει τις απόψεις των μαθητών και μετράει την τάση στα άκρα του πυκνωτή. Οι μαθητές υπολογίζουν το φορτίο του πυκνωτή και ο διδάσκων πραγματοποιεί το πείραμα: το λαμπάκι ανάβει αρχικά, και μετά από μερικά δευτερόλεπτα η φωτεινότητά αρχίζει να φθίνει μέχρι που τελικά σβήνει. Μετριέται και πάλι η τάση του πυκνωτή και βρίσκεται ίση με μηδέν. Οι μαθητές συμπεραίνουν ότι ο πυκνωτής εκφορτίστηκε. Ε Φάση: Εξαγωγή συμπερασμάτων. Όπου οι μαθητές καταλήγουν ότι η διαδικασία που συμβαίνει μέσα στο καλώδιο κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης του πυκνωτή και κατά τη λειτουργία της μπαταρίας είναι η ίδια αφού έχει ίδια αποτελέσματα. [84]

105 Κεφάλαιο 4 Ο διδάσκων συνοψίζει ότι στην αρχή της διδακτικής ώρας το λαμπάκι άναψε όταν συνδέθηκε με μία μπαταρία. Τότε οι μαθητές είχαν ισχυριστεί ότι η λάμπα άναψε λόγω του ηλεκτρικού ρεύματος. Θέτει την ερώτηση: -Τι συνέβη με το φορτίο του πυκνωτή όταν συνδέθηκαν οι δύο του πόλοι με το σύρμα; Γίνεται αναφορά στην εκφόρτιση του πυκνωτή, η οποία σύμφωνα με τα αρχικά πειράματα που έγιναν αποδόθηκε στη μετακίνηση φορτίου. -Τι συνέβη κατά τη διάρκεια εκφόρτισης του πυκνωτή; Τα φορτία που μετακινήθηκαν μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή άναψαν το λαμπάκι. Επομένως, όταν το λαμπάκι συνδέθηκε με την μπαταρία και όταν συνδέθηκε με τον πυκνωτή άναψε, γεγονός που υποδεικνύει ότι η διαδικασία που συμβαίνει κατά την εκφόρτιση του πυκνωτή, η μετακίνηση ηλεκτρικού φορτίου, είναι η ίδια με τη διαδικασία που συμβαίνει κατά τη λειτουργία της μπαταρίας, οπότε λέμε ότι υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα. -Άρα, τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα; από αγωγούς. Φαίνεται ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων μέσα 2 η Διδακτική ώρα Κατά τη διάρκεια της δεύτερης διδακτικής ώρας επιχειρείται να δοθούν απαντήσεις σε μία σειρά από ερωτήματα: 1. Τι είδους φορτία κινούνται μέσα στους μεταλλικούς αγωγούς; 2. Πόσο γρήγορα κινούνται; 3. Τι αλλάζει όταν συνδέσουμε μία μεγαλύτερη μπαταρία σε ένα κύκλωμα και ο λαμπτήρας φωτοβολεί εντονότερα; 4. Γιατί εντέλει φωτοβολεί ένας λαμπτήρας; 5. Τι συμβαίνει με τη φωτοβολία τριών λαμπτήρων συνδεδεμένων «σε σειρά»; Α Φάση: Τι είδους φορτία κινούνται μέσα στους μεταλλικούς αγωγούς; Όπου επιχειρείται να τεκμηριωθεί ότι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος στους μεταλλικούς αγωγούς είναι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Ο διδάσκων επιχειρεί μία σύντομη ανασκόπηση της προηγούμενης διδακτικής ώρας. Παραθέτει το συμπέρασμα ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Θέτει το ερώτημα: [85]

106 Κεφάλαιο 4 -Τι είδους φορτία κινούνται μέσα στους μεταλλικούς αγωγούς; Θετικά, αρνητικά ή και τα δύο; Διαπιστώνεται η ανάγκη ότι για να απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση χρειάζεται να γνωρίζουμε καταρχάς ποιοι είναι οι φορείς του ηλεκτρικού φορτίου. Πρέπει να καταφύγουμε επομένως στις ιδέες για τη σύσταση της ύλης. Ο διδάσκων ισχυρίζεται ότι έχουμε λόγους να πιστεύουμε ότι οι φορείς του αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου είναι τα μικροσκοπικά ηλεκτρόνια, ενώ οι φορείς του θετικού φορτίου είναι τα περίπου 2000 φορές μεγαλύτερης μάζας πρωτόνια. Επομένως, υπάρχουν τρία ενδεχόμενα σε ό,τι αφορά τους φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος στους μεταλλικούς αγωγούς. Ο διδάσκων προκειμένου να ενεργοποιήσει τους μαθητές και να τους εμπλέξει στην εκπαιδευτική διαδικασία, θέτει την ερώτηση 6, την οποία οι μαθητές απαντούν ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερ. Ερώτηση 6 Ποιοι είναι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος στους μεταλλικούς αγωγούς; 1. είναι τα ηλεκτρόνια 2. είναι τα πρωτόνια 3. είναι και τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια. Καλούμε τους μαθητές να δικαιολογήσουν τις απόψεις τους. Αρκετοί μαθητές ισχυρίζονται ότι η σωστή απάντηση είναι τα ηλεκτρόνια γιατί «το γράφει το βιβλίο» ή επειδή «μας το είπε ο καθηγητής μας στο Γυμνάσιο». Καλλιεργώντας στοιχεία επιστημονικής μεθοδολογίας ο διδάσκων ρωτάει: -Και πώς το γνωρίζουμε; Πώς μπορείτε να είστε σίγουροι ότι είναι πράγματι τα ηλεκτρόνια; Οι μαθητές ξαφνιάζονται από μία τέτοια ερώτηση. Ο διδάσκων προσπαθεί να αναδείξει την ιδέα ότι οι φορείς είναι εκείνα τα σωματίδια τα οποία έχουν καταρχήν τη δυνατότητα να μετακινηθούν. -Ποια όμως είναι αυτά; Πώς μπορούμε να είμαστε σίγουροι; Το ερώτημα τέθηκε ήδη από τις αρχές του 20 ου αιώνα, όταν καθιερώθηκε η εικόνα της ατομικής δομής της ύλης. Το πρώτο πείραμα που προσπάθησε να απαντήσει στο ερώτημα έγινε από τους Tolman και Stewart το Η βασική ιδέα ήταν να επιταχυνθεί ένα κομμάτι μέταλλο και στη συνέχεια να παρατηρηθεί η διαφορά δυναμικού που εκδηλώνεται στα άκρα του λόγω της αδράνειας των ελεύθερων φορέων φορτίου (Arons, σελ. 293). [86]

107 Κεφάλαιο 4 Για να εισάγει ο διδάσκων τη βασική ιδέα του πειράματος των Tolman και Stewart θέτει στους μαθητές την ερώτηση: -Όταν ένα λεωφορείο με όρθιους επιβάτες φρενάρει απότομα τι γίνεται; θέση τους. Οι μαθητές γνωρίζουν από την εμπειρία τους και απαντούν ότι οι επιβάτες φεύγουν από τη -Γιατί όμως φεύγουν μόνο οι άνθρωποι; Γιατί όχι και τα καθίσματα ή όχι μόνο τα καθίσματα; Μέσα από τη συζήτηση στην ολομέλεια αναδύεται η ιδέα ότι λόγω της αδράνειας, οι επιβάτες είναι αυτοί που μπορούν κινηθούν ελεύθερα σε σχέση με τα καθίσματα που είναι καρφωμένα σε κάποια συγκεκριμένη θέση. Αν τα καθίσματα δεν ήταν καρφωμένα θα κινούνταν κι αυτά. Ο διδάσκων ζητάει τότε από τους μαθητές να φανταστούν έναν μεταλλικό αγωγό σαν ένα λεωφορείο. Οι φορείς του ρεύματος θα είναι πιθανόν εκείνα τα σωματίδια που έχουν τη δυνατότητα να κινηθούν αν αντίστοιχα με το λεωφορείο και ο αγωγός μπορούσε να φρενάρει απότομα! Ο αγωγός, όπως και κάθε υλικό, αποτελείται από ίσο αριθμό θετικών και αρνητικών φορτίων, άρα είναι ηλεκτρικά ουδέτερος. -Αν στον αγωγό είναι ελεύθερα να κινηθούν τα ηλεκτρόνια τότε τι θα συμβεί αν φρενάρουμε απότομα έναν αγωγό που κινείται με μεγάλη ταχύτητα; Τα ηλεκτρόνια, όπως οι επιβάτες, θα κινηθούν μπροστά λόγω της αδράνειάς τους. Τότε όμως, θα διαταραχθεί η ηλεκτρική ουδετερότητα του αγωγού και θα εμφανιστεί πλεόνασμα αρνητικού ηλεκτρικού στο μπροστινό μέρος του αγωγού και πλεόνασμα θετικού φορτίο στο πίσω μέρος του αγωγού. Άρα στα άκρα του αγωγού θα αναπτυχθεί διαφορά δυναμικού με συγκεκριμένη πολικότητα. -Τι θα συμβεί όμως αν τα θετικά φορτία είναι ελεύθερα να κινηθούν σε έναν αγωγό; Ακριβώς για τους ίδιους λόγους, το πλεόνασμα του θετικού φορτίου θα παρουσιαστεί μπροστά και του αρνητικού φορτίου πίσω. -Μπορούμε να διακρίνουμε πειραματικά αυτές τις δύο καταστάσεις; Ναι, χρησιμοποιώντας ένα ευαίσθητο βολτόμετρο. Και αυτό ακριβώς έκαναν οι δύο φυσικοί Tolman και Stewart το Ο διδάσκων δηλώνει ότι το αποτέλεσμα του πειράματός τους έδειξε ότι τα φορτία που κινούνται είναι τα ηλεκτρόνια. Β Φάση: Πόσο γρήγορα κινούνται τα ηλεκτρόνια; Όπου επιχειρείται να προκληθεί γνωστική σύγκρουση στους μαθητές ώστε να προκύψει η ανάγκη εισαγωγής του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος. [87]

108 Κεφάλαιο 4 Έχοντας υποστηρίξει ότι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος στους αγωγούς είναι τα ηλεκτρόνια, επόμενο βήμα στην ανάπτυξη του νοητικού μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η διαπραγμάτευση της ταχύτητας κίνησης των ηλεκτρονίων. Επιχειρώντας να αναδείξει τις ιδέες των μαθητών, ο διδάσκων θέτει την ερώτηση 7. Οι μαθητές αφού συνεργαστούν μέσα στις ομάδες, απαντούν με τα κλίκερς. Ερώτηση 7 Με πόση ταχύτητα κινούνται τα ηλεκτρόνια μέσα στους μεταλλικούς αγωγούς; 1. σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός: km/s km/s 3. 1 km/s 4. 0,1 km/s ή 100 m/s 5. 0, km/s ή 1 mm/s Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους μαθητές να δικαιολογήσουν τις απαντήσεις τους. Αναμένεται ότι η πλειοψηφία των μαθητών θα απαντήσει το 1 ή το 2, θεωρώντας ότι η ταχύτητα των ηλεκτρονίων είναι πολύ μεγάλη επειδή η λάμπα ανάβει αμέσως μόλις ανάψουμε το διακόπτη. Αφού ακουστούν όλες οι απόψεις, ο διδάσκων δηλώνει ότι είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί κάποιο πείραμα στο σχολείο για να μετρηθεί η συγκεκριμένη ταχύτητα. Υπάρχουν όμως ισχυροί λόγοι που υποδεικνύουν ότι η ταχύτητα αυτή είναι εξαιρετικά μικρή: μερικά χιλιοστά το δευτερόλεπτο. Θέτει τότε τον εξής προβληματισμό, επιχειρώντας να προκαλέσει γνωστική σύγκρουση στους μαθητές: δωμάτιό μας; -Τότε, πώς είναι δυνατόν να ανάβει μία λάμπα αμέσως μόλις κλείνουμε το διακόπτη στο Οι μαθητές δυσκολεύονται να απαντήσουν σε αυτή την ερώτηση. Ο διδάσκων επιχειρεί να βοηθήσει θέτοντας διευκρινιστικές ερωτήσεις: -Σας θυμίζει η κατάσταση αυτή κάποια ανάλογη από την καθημερινή σας ζωή; Όταν ανοίγετε τη βρύση το νερό έρχεται αμέσως. Πώς γίνεται αυτό; Οι μαθητές αναφέρουν ότι το νερό υπάρχει ήδη μέσα στους σωλήνες της ύδρευσης. -Τι θα μπορούσε να συμβαίνει αντίστοιχα στα σύρματα; Ο διδάσκων εκμαιεύει ότι αντίστοιχα και τα ηλεκτρόνια προϋπάρχουν στα σύρματα. Άρα όταν κλείνουμε το διακόπτη τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να εκτελούν προσανατολισμένη κίνηση. [88]

109 Κεφάλαιο 4 -Πότε ένα ηλεκτρικό φορτίο τίθεται σε κίνηση; Οι μαθητές καλούνται να χρησιμοποιήσουν το μοντέλο των ηλεκτρικών δυνάμεων και του ηλεκτρικού πεδίου. Ένα φορτίο δέχεται ηλεκτρική δύναμη όταν βρεθεί μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο. Συμπεραίνεται επομένως ότι το κλείσιμο του διακόπτη σηματοδοτεί τη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου στον αγωγό. Φάση Γ : Τι αλλάζει όταν συνδέσουμε μία μεγαλύτερη μπαταρία σε ένα κύκλωμα και ο λαμπτήρας φωτοβολεί εντονότερα; Όπου επιχειρείται η ποιοτική εισαγωγή της έννοιας «ένταση ηλεκτρικού ρεύματος». Έχοντας μέχρι στιγμής αναδείξει ότι το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα σύρμα είναι προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρονίων τα οποία κινούνται, με μικρές ταχύτητες, χάρη στην ύπαρξη ηλεκτρικού πεδίου σε έναν αγωγό, το επόμενο βήμα είναι να αναδειχθεί η ανάγκη ποιοτικής εισαγωγής της έννοιας της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος. Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους και να σχηματίσουν ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα με μία μπαταρία και ένα λαμπάκι. Αφού όλες οι ομάδες σχηματίσουν το κύκλωμα ζητείται να σχηματίσουν ένα δεύτερο κλειστό κύκλωμα με δύο μπαταρίες σε σειρά και ένα όμοιο προς το πρώτο λαμπάκι. Πριν το σχηματισμό του δεύτερου κυκλώματος ζητείται από τους μαθητές να προβλέψουν την ένταση της φωτεινότητας του λαμπτήρα σε σχέση με το πρώτο κύκλωμα. Οι απαντήσεις των μαθητών αναμένεται να είναι μοιρασμένες. Κάποιοι υποθέτουν ότι «οι φωτεινότητες θα είναι ίσες επειδή μία λάμπα απαιτεί συγκεκριμένη ενέργεια για να ανάψει. Με τις δύο μπαταρίες απλά θα ανάβει για περισσότερο χρόνο». Άλλοι υποθέτουν ότι ο δεύτερος λαμπτήρας θα έχει μεγαλύτερη φωτεινότητα. Οι μαθητές πραγματοποιούν τη διάταξη και παρατηρούν ότι το λαμπάκι ανάβει εντονότερα. -Γιατί; Ο διδάσκων συντονίζει τη συζήτηση στην ολομέλεια. Επιχειρείται να υπάρξει συμφωνία στο ότι εντονότερη φωτοβολία αντιστοιχεί σε «μεγαλύτερο» ηλεκτρικό ρεύμα. -Από τη στιγμή που το ηλεκτρικό ρεύμα συσχετίστηκε με την προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρονίων, τι μπορεί να σημαίνει «μεγαλύτερο» ηλεκτρικό ρεύμα; Οι μαθητές προτείνουν ότι μεγαλύτερο ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να σημαίνει ότι όχι μόνο μπορεί να κινούνται περισσότερα ηλεκτρόνια αλλά και ότι τα ηλεκτρόνια μπορεί να κινούνται επίσης πιο γρήγορα. Ο διδάσκων επιδεικνύει το μοντέλο του αγωγού. Αυτό συνίσταται από ένα κομμάτι σκληρό φελιζόλ στο οποίο έχουν στερεωθεί πολλές σειρές από καρφιά. Τα καρφιά αναπαριστούν το μεταλλικό πλέγμα του αγωγού. Σε τυχαίες θέσεις μέσα στο πλέγμα των καρφιών βρίσκονται τοποθετημένες μικρές σφαίρες (μπίλιες) οι οποίες αναπαριστούν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα καρφιά [89]

110 Κεφάλαιο 4 είναι τόσο πυκνά τοποθετημένα ώστε δύο διαδοχικά σε όλες τις κατευθύνσεις να απέχουν απόσταση περίπου 1,5 φορά τη διάμετρο της σφαίρας-ηλεκτρόνιο. Αρχικά το μοντέλο διατηρείται οριζόντιο. Ο διδάσκων ανασηκώνει τη μία άκρη του μοντέλου και μερικές μπίλιες, όχι όμως όλες, αρχίζουν και κυλούν μέχρι που φτάνοντας στην άκρη του μοντέλου βγαίνουν από αυτό και κυλούν στο θρανίο. Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να περιγράψουν με όρους ηλεκτρικού ρεύματος την μικρή επίδειξη που παρακολούθησαν. Επιδιώκεται ώστε να συσχετίσουν την κίνηση των μπίλιων με την προσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρονίων και άρα με το ηλεκτρικό ρεύμα. Κατόπιν ο διδάσκων θέτει τον προβληματισμό: -Πώς μπορούμε να αυξήσουμε το «ηλεκτρικό ρεύμα»; Οι μαθητές προτείνουν να αυξηθεί η κλίση του επιπέδου. Καλείται ένας μαθητής να εκτελέσει την επίδειξη 2-3 φορές με όλο και μεγαλύτερη κλίση κάθε φορά, ενώ στη άκρη του μοντέλου τοποθετείται μια μεταλλική επιφάνεια (π.χ. ένα άδειο δοχείο από συσκευασία λαδιού των 5 L). Οι μαθητές καλούνται να παρατηρήσουν καταρχάς τις μεταβολές που συμβαίνουν. Περισσότερες μπίλιες τίθενται σε κίνηση και μολονότι η μέση ελεύθερη διαδρομή των μπίλιων παραμένει σταθερή, μειώνεται ο χρόνος μεταξύ δύο διαδοχικών συγκρούσεων. Ταυτόχρονα αυξάνεται η ένταση του ήχου που παράγεται όταν οι μπίλιες χτυπούν το άδειο δοχείο στο τέλος της διαδρομής καθώς χτυπούν περισσότερες μπίλιες και με μεγαλύτερη ταχύτητα. Ο διδάσκων ρωτάει: -Πότε είναι «μεγαλύτερο» το ρεύμα; Θα μπορούσατε έχοντας κλειστά τα μάτια, χωρίς να βλέπετε τα «ηλεκτρόνια», να αντιλαμβάνεστε την «ένταση» του ηλεκτρικού ρεύματος; Οι μαθητές συσχετίζουν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος με την κλίση του μοντέλου. -Γιατί όταν αυξάνει η κλίση του μοντέλου κινούνται περισσότερες μπίλιες και με μεγαλύτερη ταχύτητα, μεταξύ δύο διαδοχικών συγκρούσεων με τα ακίνητα καρφιά; Οι μαθητές συσχετίζουν την αύξηση της κλίσης του μοντέλου με την αύξηση της δύναμης που ασκείται στις μπίλιες (συνιστώσα x του βάρους τους). κύκλωμα; -Πώς επομένως μπορούμε να μεγαλώσουμε το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κλειστό ηλεκτρικό Οι μαθητές επιδιώκεται να συσχετίσουν την αύξηση του ηλεκτρικού ρεύματος με την αύξηση της ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται στα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου άρα αύξηση της τάσης στα άκρα του σύρματος. [90]

111 Κεφάλαιο 4 Για να αξιολογήσει ο διδάσκων την κατανόηση του μοντέλου που αναπτύχθηκε ζητάει από τους μαθητές να εξηγήσουν γιατί ο λαμπτήρας του δεύτερου κυκλώματος φωτοβολεί περισσότερο σε σχέση αυτόν του πρώτου κυκλώματος. Δ Φάση: Εφαρμογή του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος για την ερμηνεία πραγματικών καταστάσεων. Γιατί εντέλει φωτοβολεί ένας λαμπτήρας; Όπου επιχειρείται η ενεργειακή περιγραφή του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος που έχει αναπτυχθεί. -Γιατί ανάβει το λαμπάκι όταν διέρχεται μέσα από το σύρμα του ηλεκτρικό ρεύμα; Προκειμένου οι μαθητές να διευκολυνθούν καλούνται να χρησιμοποιήσουν το παραπάνω εποπτικό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν μεταλλικό αγωγό. -Μπορείτε να περιγράψτε την κίνηση μίας μπίλιας; Οι μαθητές περιγράφουν ότι μία μπίλια διαρκώς συγκρούεται με τα ακίνητα καρφιά, σταματάει στιγμιαία και στη συνέχεια επειδή της ασκείται δύναμη (συνιστώσα x του βάρους) αρχίζει να κινείται ξανά. Προκειμένου να προσανατολιστεί η σκέψη των μαθητών προς την ενεργειακή διαχείριση του φαινομένου τίθεται από το διδάσκοντα η ερώτηση: -Τι είδους ενέργεια έχει η μπίλια όταν κινείται ανάμεσα στα καρφιά; Οι μαθητές αποδίδουν στην μπίλια κινητική ενέργεια λόγω της κίνησής της και βαρυτική δυναμική λόγω της θέσης της. -Τι γίνεται η κινητική της ενέργεια όταν η μπίλια στιγμιαία σταματάει; Λόγω της αρχής διατήρησης της ενέργειας οι μαθητές αποδίδουν το μηδενισμό της κινητικής ενέργειας στη μετατροπή της σε θερμότητα, σε κινητική ενέργεια δηλαδή του πλέγματος. Κατ αναλογία, σε ένα σύρμα που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα το σύρμα θα πρέπει να θερμαίνεται και επομένως θα αυξάνεται η θερμοκρασία του. -Και τι γίνεται όταν ένα σώμα θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία; Τι συμβαίνει όταν ζεστάνουμε πολύ ένα μέταλλο; Ο διδάσκων επικαλείται την εμπειρία των μαθητών που έχουν δει στην πλειοψηφία τους το «μάτι» της ηλεκτρικής κουζίνας να κοκκινίζει όταν ζεσταίνεται ώστε να καταλήξουν ότι ένα μέταλλο που ζεσταίνεται εκπέμπει φως. -Επομένως, γιατί ανάβει ένα λαμπάκι που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα; [91]

112 Κεφάλαιο 4 Οι μαθητές υιοθετούν το ότι επειδή ζεσταίνεται σε υψηλή θερμοκρασία λόγω των συγκρούσεων των ηλεκτρονίων με τα ακίνητα ιόντα του πλέγματος. -Και τι συμβαίνει με τον αριθμό των ηλεκτρονίων; Μεταβάλλεται; Εξαφανίζονται ηλεκτρόνια ή απλά κινούνται σκουντουφλώντας χάνοντας έτσι την επιπλέον ενέργεια που τους προσφέρει η μπαταρία μεταξύ δύο διαδοχικών συγκρούσεων; Οι μαθητές έχουν δει τις μπίλιες να κινούνται χωρίς να εξαφανίζονται. Δεν έχουν έτσι ιδιαίτερη δυσκολία να υιοθετήσουν τη διατήρηση του αριθμού των ηλεκτρονίων και την αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου για τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Φάση Ε : Εφαρμογή του μοντέλου της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Αξιολόγηση της διδασκαλίας. Ο διδάσκων συναρμολογεί ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που αποτελείται από 3 όμοια λαμπάκια συνδεδεμένα σε σειρά με μία μπαταρία και σχεδιάζει το αντίστοιχο κύκλωμα στον πίνακα. Ζητάει από τους μαθητές να προβλέψουν τη φωτεινότητα των τριών λαμπτήρων, θυμίζοντας ότι ουσιαστικά η φωτεινότητα μετράει το πόσο «μεγάλο» είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. Θέτει την ερώτηση 8 την οποία καλούνται οι μαθητές να απαντήσουν ο καθένας μόνος του. Ερώτηση 8 Στο παρακάτω κύκλωμα οι τρεις λάμπες είναι όμοιες. Να κατατάξετε τη φωτεινότητα των λαμπτήρων από τη μεγαλύτερη προς τη μικρότερη 1. Α>Β<Γ 2. Α=Β=Γ 3. Α<Β<Γ 4. Τα στοιχεία δεν αρκούν για να απαντήσουμε Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και χωρίς να γίνει κανένα σχόλιο οι μαθητές καλούνται να συνεργαστούν στις ομάδες τους και να προσπαθήσουν να πείσουν τους συμμαθητές τους σχετικά με την άποψή τους. Αμέσως μετά οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν εκ νέου στην ίδια ερώτηση. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και οι μαθητές παρουσιάζουν την άποψή τους στην ολομέλεια. Χωρίς ο διδάσκων να πάρει θέσει προτείνει προσφυγή στο πείραμα. Πραγματοποιείται το πείραμα και οι λαμπτήρες φωτοβολούν το ίδιο. Ο διδάσκων ζητά από τους μαθητές να δικαιολογήσουν την παρατήρηση αυτή αξιοποιώντας το μοντέλο των κινούμενων ηλεκτρονίων. Ζητά επίσης από τους μαθητές που έδωσαν διαφορετική απάντηση να επιχειρήσουν να [92]

113 Κεφάλαιο 4 επαναδιατυπώσουν την άποψή τους και να εντοπίσουν το σημείο της επιχειρηματολογίας τους στο οποίο έκαναν λάθος. [93]

114 Κεφάλαιο Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα Α. Γενικά στοιχεία Τίτλος Διδασκαλία του 1 ου νόμου του Νεύτωνα Συνοπτική παρουσίαση Το προτεινόμενο σενάριο επιχειρεί την επιδίωξη διδακτικών στόχων του Αναλυτικού Προγράμματος Σπουδών της Φυσικής Β Γυμνασίου καθώς και της Φυσικής Α Λυκείου. Επιχειρεί, με τη βοήθεια των Τ.Π.Ε. και της διάδρασης των μαθητών μέσω των κλίκερς, να βοηθήσει στη μελέτη του 1 ου νόμου του Νεύτωνα και στην προσπάθεια για τη μετάβαση των μαθητών από την αριστοτελική θεώρηση για την κίνηση με σταθερή ταχύτητα, στη Νευτώνεια θεώρηση. Αξιοποιεί δε, μέσω βίντεο, εργαστηριακές δραστηριότητες που δεν θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν στο σχολικό εργαστήριο φυσικών επιστημών και στη Γη. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές - Προαπαιτούμενες γνώσεις Έννοιες: δύναμη, ταχύτητα, ευθύγραμμη ομαλή κίνηση, ισορροπία Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Β Γυμνασίου Α Λυκείου Διδακτικοί στόχοι Ως προς το γνωστικό αντικείμενο οι μαθητές επιδιώκεται: - Να μελετήσουν ομαλή κίνηση. - Να αναγνωρίσουν την αιτία μεταβολής της ταχύτητας. - Να εξηγούν με παραδείγματα ότι οι δυνάμεις προκαλούν μεταβολή στην ταχύτητα των σωμάτων (κατά μέτρο και κατεύθυνση). - Να αναφέρουν παραδείγματα δυνάμεων που ασκούνται με επαφή και από απόσταση. - Να συνδέουν τη μηδενική συνισταμένη με την ηρεμία υλικού σημείου ή την κίνησή του με σταθερή ταχύτητα. - Να προβλέπουν την ισορροπία ή όχι, ενός υλικού σημείου από τις δυνάμεις που ασκούνται. Ως προς τη διαδικασία μάθησης οι μαθητές επιδιώκεται: - Να αναπτύξουν την ομαδικότητα και τη συνεργασία, καθώς και δεξιότητες διερεύνησης [94]

115 Κεφάλαιο 4 Β. Οργάνωση της διδασκαλίας και υλικοτεχνική υποδομή Οι μαθητές και οι μαθήτριες προτείνεται να εργαστούν σε ομάδες των 4-6 ατόμων. Στη συζήτηση στην τάξη, οι μαθητές θα συμμετέχουν και ατομικά αλλά και ως μέλη των ομάδων. Εκτιμώμενη διάρκεια 1 διδακτική ώρα Υλικοτεχνική υποδομή - Η/Υ και προβολικό σύστημα - CRS (συσκευές και λογισμικό συλλογής δεδομένων) - Προτείνεται το ακόλουθο εκπαιδευτικό υλικό: Το εκπαιδευτικό DVD με τίτλο Project: Zero gravity. Mission 1: Newton in space, ESA. Αποστέλλεται σε μορφή DVD δωρεάν από την ESA, μετά από αίτηση. Εναλλακτικά, το περιεχόμενο του DVD (διάρκεια βίντεο 18 min) μπορεί να κατέβει από το δικτυακό τόπο της ESA (ESA, 2008). Διδακτική προσέγγιση Μέσω του προτεινόμενου σεναρίου επιχειρείται, διατυπώνοντας υποθέσεις με βάση τις πρακτικο-βιωματικές τους ιδέες και ελέγχοντάς τες, οι μαθητές να φτάσουν είτε σε επιβεβαίωση της θεωρίας τους είτε σε γνωστική σύγκρουση (στην περίπτωση της διάψευσης) και επομένως να αναγνωρίσουν την ανάγκη αλλαγής της θεωρίας τους. Επομένως αυτό το σχήμα μπορεί να αποτελέσει πολύ χρήσιμο διδακτικό εργαλείο στο πλαίσιο της εποικοδομητικής διδασκαλίας των φυσικών επιστημών. Παράλληλα, επιδιώκεται η ομαδοσυνεργατική διδασκαλία, μέσω της δημιουργίας ομάδων, που σε κάθε μια τα μέλη της, συζητώντας και αλληλεπιδρώντας, θα προσπαθούν προβλέψουν και να εξηγήσουν την εξέλιξη των υπό μελέτη φυσικών φαινομένων. Ο εκπαιδευτικός έχει ρόλο συντονιστικό και συμβουλευτικό και επεμβαίνει σε τεχνικά κυρίως ζητήματα και σε όσα σημεία κρίνει απαραίτητο για να προκαλέσει συζήτηση ή για να δώσει επιπλέον οδηγίες και πληροφορίες. Διδακτική προσέγγιση με ΤΠΕ Κατά την υλοποίηση των δραστηριοτήτων αξιοποιείται εκπαιδευτικό υλικό από το διαδίκτυο και σύστημα τηλεκαταγραφής απαντήσεων. Το συγκεκριμένο εκπαιδευτικό υλικό μπορεί να βοηθήσει στη μελέτη φυσικών φαινομένων που δεν μπορούν να αναπαραχθούν στο Σχολικό Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών. [95]

116 Κεφάλαιο 4 Το σύστημα τηλεκαταγραφής απαντήσεων έρχεται να προσφέρει άμεση τροφοδότηση στον εκπαιδευτικό για τις αντιλήψεις και ιδέες των μαθητών, ανατροφοδότηση στους ίδιους τους μαθητές, αλλά και διαμορφωτική και τελική αξιολόγηση της πορείας της διδασκαλίας αλλά και της πορείας κάθε μαθητή. Απαιτείται φυσικά εξοικείωση του εκπαιδευτικού με ένα τέτοιο σύστημα. Το προτεινόμενο εκπαιδευτικό σενάριο Καταγραφή αρχικών ιδεών των μαθητών: Αρχικά τίθενται δύο ερωτήσεις για να καταγραφεί η γνωστική αφετηρία των μαθητών. Και οι δύο ερωτήσεις απαντώνται από κάθε μαθητή μόνο του, χωρίς να αλληλεπιδράσει με τους συμμαθητές του, χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Η πρώτη ερώτηση (Ερώτηση 1) είναι η εξής: Ερώτηση 1 Η διαστημική συσκευή Pioneer ταξιδεύει ήδη από το 2000 έξω από τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, με σταθερή ταχύτητα km/h. Πώς μπορεί και κινείται με τόσο μεγάλη ταχύτητα; 1. Χρησιμοποιεί πυρηνικά καύσιμα 2. Χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια 3. Χρησιμοποιεί πετρέλαιο 4. Τίποτα από τα παραπάνω Αμέσως μετά την προβολή της κατανομής των απαντήσεων ζητείται από αντιπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν την άποψή τους. Ζητείται ειδικά από αυτούς που απαντούν «τίποτα από τα παραπάνω» να εξηγήσουν τι εννοούν. Τίθεται στη συνέχεια η δεύτερη ερώτηση (Ερώτηση 2). Αμέσως μετά την προβολή της κατανομής των απαντήσεων ζητείται από αντιπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν την άποψή τους ώστε να καταγραφεί από το διδάσκοντα η επιχειρηματολογία τους στην αρχή του μαθήματος. Πρόκληση ενδιαφέροντος - Καταγραφή εναλλακτικών ιδεών των μαθητών: Η προβολή της ταινίας ξεκινάει επιλέγοντας από το μενού τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Στην οθόνη προβολής οι μαθητές βλέπουν τον αστροναύτη Pedro Duque να βρίσκεται μπροστά σε μια μπάλα του πινγκ πονγκ η οποία αιωρείται λόγω της συνθήκης έλλειψης βαρύτητας που επικρατεί στον ISS (International Space Station Διεθνής Διαστημικός Σταθμός). Ο αστροναύτης φυσάει για μικρό χρονικό διάστημα την μπάλα και αυτή αρχίζει να κινείται (η κίνηση διαρκεί από τη χρονική στιγμή 2:40s έως τη στιγμή 2:50s του βίντεο). Ο εκπαιδευτικός «παγώνει» το βίντεο και ζητάει από τους μαθητές να προβλέψουν την κίνηση που θα κάνει η μπάλα. Προβάλλεται διαφάνεια με πιθανές απαντήσεις και όλοι οι μαθητές απαντούν χρησιμοποιώντας τα κλίκερς (Ερώτηση 3). [96]

117 Κεφάλαιο 4 Ερώτηση 2. Ένας ανελκυστήρας κινείται προς τα πάνω προσδεμένος από ένα ατσαλένιο σύρμα. Ο ανελκυστήρας ανεβαίνει με σταθερή ταχύτητα: 1. Η προς τα πάνω δύναμη που ασκεί το σύρμα στον ανελκυστήρα είναι μεγαλύτερη κατά μέτρο από την προς τα κάτω δύναμη του βάρους του. 2. Το μέτρο της δύναμης που ασκεί το σύρμα είναι ίσο με το μέτρο της δύναμης του βάρους του ανελκυστήρα. 3. Το μέτρο της δύναμης που ασκεί το σύρμα είναι μικρότερο από το μέτρο της δύναμης του βάρους του ανελκυστήρα. 4. Ο ανελκυστήρας ανεβαίνει επειδή το μήκος του σύρματος διαρκώς ελαττώνεται και όχι εξαιτίας της δύναμης που ασκείται από το σύρμα. Ερώτηση 3. Τι είδους κίνηση θα κάνει η μπάλα, ως προς το πάτωμα, από τη στιγμή που θα σταματήσει να τη φυσάει ο αστροναύτης; 1. Θα κινηθεί για λίγο χρόνο ευθύγραμμα («ίσια») και σιγά - σιγά θα σταματήσει 2. Θα κινηθεί ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα 3. Θα κάνει καμπύλη τροχιά προς τα κάτω 4. Τίποτα από τα παραπάνω 5. Δε γνωρίζω Πρόκληση γνωστικής σύγκρουσης Αναδόμηση ιδεών: Στην οθόνη προβάλλεται, υπό μορφή ραβδογράμματος, η κατανομή των απαντήσεων όλων των μαθητών. Για κάθε μία απάντηση που δόθηκε καλείται ένας μαθητής από κάθε ομάδα να την υποστηρίξει, επιχειρηματολογώντας και σχεδιάζοντας πάνω στην «παγωμένη» εικόνα του βίντεο διανύσματα, δυνάμεις, ταχύτητες, κ.λ.π.. Στη συνέχεια καλούνται οι μαθητές, αφού συζητήσουν μεταξύ τους ανά ομάδα (peer instruction), να απαντήσουν ξανά στην ίδια ερώτηση με τα κλίκερς, προκειμένου να διαπιστώσουμε αν μετά την παράθεση των ερμηνειών εκ μέρους των συμμαθητών τους και τη σύντομη συζήτηση που ακολούθησε διατηρούν ή όχι τις αρχικές τους απόψεις (Crouch & Mazur, 2001). Καλείται ένας μαθητής από κάθε ομάδα στο διαδραστικό πίνακα, η ροή του βίντεο συνεχίζεται, και με τη βοήθεια ενός χάρακα διαπιστώνεται ότι η μπάλα κινείται σε ευθύγραμμη τροχιά, μολονότι η τροχιά αυτή δεν είναι οριζόντια ως προς το κάδρο της εικόνας. Η εικόνα [97]

118 Κεφάλαιο 4 «παγώνει» ξανά και οι μαθητές (ανά ομάδες) ρωτώνται τι συμβαίνει με το μέτρο της ταχύτητας της μπάλας. Αφού ακολουθήσει συζήτηση μέσα στις ομάδες και ανταλλαγή επιχειρημάτων, το βίντεο συνεχίζεται και εμφανίζεται ένα πλέγμα συντεταγμένων με τη βοήθεια του οποίου οι μαθητές μπορούν να μετρήσουν την κίνηση της μπάλας η οποία είναι πρακτικά ισοταχής. (Στην πραγματικότητα, λόγω της τεχνητής ατμόσφαιρας μέσα στον ISS στην μπάλα ασκείται η αντίσταση του αέρα, όμως το μικρό μήκος της διαδρομής που ακολουθεί η μπάλα καθιστά αμελητέα την επίδραση της αντίστασης). Ζητείται από τους μαθητές (ένας από κάθε ομάδα και αφού πρώτα συζητήσουν μέσα στις ομάδες) να περιγράψουν το φαινόμενο που παρατήρησαν με όρους φυσικής. Επειδή οι μαθητές (της Α Λυκείου) έχουν διδαχθεί στο γυμνάσιο τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα στις διατυπώσεις τους χρησιμοποιούν τις έννοιες της αδράνειας, της δύναμης και της κινητικής κατάστασης, όχι ωστόσο με επιστημονικά ορθό τρόπο. Δεν επιχειρούνται διορθώσεις τυχόν λανθασμένων, επιστημονικά, διατυπώσεων και επιδιώκεται στη συγκεκριμένη φάση η ανταλλαγή απόψεων και επιχειρημάτων μεταξύ των μαθητών (Dufresne & Gerace, 2004). Ερώτηση 4 Φαντάσου ότι ο ΔΔΣ έχει πάρα πολύ μεγάλο μήκος. Ο αστροναύτης φυσάει την μπάλα όπως στο βίντεο. Τι θα πρέπει να συμβεί, κατά τη γνώμη σου, για να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας; 1. Τίποτα, έτσι κι αλλιώς η μπάλα θα σταματήσει κάποια στιγμή από μόνη της. 2. Δε νομίζω ότι μπορεί να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας με οποιοδήποτε τρόπο. 3. Κάτι άλλο. 4. Δε γνωρίζω. Εισάγεται από το διδάσκοντα ο όρος «κινητική κατάσταση» και τίθεται η Ερώτηση 4 προκειμένου να συνδεθεί ο νέος όρος με το υπό διερεύνηση φυσικό φαινόμενο. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Αφού παρουσιαστεί η κατανομή των απαντήσεων ζητείται από τους μαθητές να στραφούν στις ομάδες τους και να επιχειρήσουν να πείσουν τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας για την ακρίβεια της δικής τους απάντησης, ενώ ταυτόχρονα να ακούσουν με προσοχή και να κρίνουν τις απόψεις των συμμαθητών τους (εφαρμογή της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων). Σε περίπτωση που όλα τα μέλη της ομάδας μοιράζονται την ίδια άποψη να προσπαθήσουν να σκεφτούν τους λόγους που έκαναν τους συμμαθητές τους που απαντούν διαφορετικά να επιλέξουν τις δικές τους απαντήσεις. Προβάλλεται εκ νέου η κατανομή των απαντήσεων και ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Για να προχωρήσει η διαπραγμάτευση που ξεκίνησε με τις δύο ερωτήσεις που τέθηκαν και τη συζήτηση που ακολούθησε, προβλήθηκε η συνέχεια του βίντεο στο οποίο παρουσιάζονται δυο καταστάσεις: [98]

119 Κεφάλαιο 4 1. Ο αστροναύτης φυσάει τη μπάλα, η οποία κινείται σε ευθύγραμμη τροχιά, μέχρι να τη σταματήσει ένας άλλος αστροναύτης με το χέρι. 2. Ο αστροναύτης φυσάει τη μπάλα, η οποία τίθεται σε κίνηση και στη συνέχεια μετακινείται κάθετα ως προς την αρχική του θέση και ξαναφυσάει τη μπάλα αλλάζοντας την κατεύθυνση της κίνησής της. Οι μαθητές προσπαθούν να ερμηνεύσουν τις δυο καταστάσεις. Στη συνέχεια παρατηρούν το πείραμα στο βίντεο, ακούν την ερμηνεία και συζητούν σε όλη την τάξη- την ακρίβεια των δικών τους εξηγήσεων. Για να ολοκληρωθεί η διδακτική παρέμβαση τίθεται η Ερώτηση 5, που ουσιαστικά αποτελεί επαναδιατύπωση της Ερώτησης 4, με την προσθήκη μίας ακόμη απάντησης (απάντηση 3), την οποία οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Διατυπώνεται από τον εκπαιδευτικό ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα ως μια αρχή που φαίνεται να περιγράφει όσα παρατηρήθηκαν. Ερώτηση 5 Φαντάσου ότι ο ΔΔΣ έχει πολύ μεγάλο μήκος. Ο αστροναύτης σπρώχνει τη μπάλα όπως στο βίντεο. Τι θα πρέπει να συμβεί, κατά τη γνώμη σου, για να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας; 1. Τίποτα, έτσι κι αλλιώς η μπάλα θα σταματήσει κάποια στιγμή από μόνη της. 2. Δε νομίζω ότι μπορεί να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας με οποιοδήποτε τρόπο. 3. Πρέπει να ασκηθεί δύναμη στη μπάλα. 4. Κάτι άλλο. 5. Δε γνωρίζω Αξιολόγηση της διδασκαλίας: Η αξιολόγηση της διδασκαλίας θα μπορούσε να γίνει με οποιονδήποτε συνήθη τρόπο. Η χρήση του συστήματος τηλεκαταγραφής απαντήσεων έχει το πλεονέκτημα της καταγραφής των απαντήσεων κάθε μαθητή (και κάθε ομάδας) στη διάρκεια της διδασκαλίας. Από την καταγραφή αυτή μπορεί εύκολα να αναλυθούν τα δεδομένα και να διαφανεί η εξέλιξη του κάθε μαθητή (Hake, 1998). Έτσι, χάρη στην ηλεκτρονική καταγραφή των απαντήσεων μπορούμε να «δούμε» τη γνωστική πορεία κάθε μαθητή ξεχωριστά: ποιες ήταν οι αρχικές του απόψεις και πώς αυτές μεταβλήθηκαν (αν μεταβλήθηκαν) κατά τη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης. Στο συγκεκριμένο εκπαιδευτικό σενάριο προτείνεται η διατύπωση εκ νέου των ερωτήσεων 1 και 2 που τέθηκαν στην αρχή του μαθήματος για να καταγραφεί η εξέλιξη των απαντήσεων τόσο ολόκληρης της τάξης όσο και κάθε μαθητή ξεχωριστά. Επιπρόσθετα, προκειμένου να επιτευχθεί η εγκυρότητα της μεθόδου αποτίμησης, προτείνεται να χρησιμοποιηθεί σταθμισμένο ερευνητικό εργαλείο, όπως π.χ. το Force Concept Inventory (Hestenes, Wells και Swackhamer, 1992). Θα μπορούσαν να επιλεχθούν 2 ερωτήσεις (ενδεικτικά, οι ερωτήσεις 4 και 18) οι οποίες θα προβληθούν σε διαφάνειες και οι μαθητές θα απαντήσουν με τα [99]

120 Κεφάλαιο 4 χειριστήριά τους. Αν υπάρχει επάρκεια χρόνου, ζητείται από τους μαθητές και να τεκμηριώσουν τις απαντήσεις τους. Επέκταση - Αξιολόγηση Η κατανόηση της Νευτώνειας θεώρησης της ομαλής κίνησης και της έννοιας της αδράνειας από τους μαθητές παρουσιάζει αρκετές δυσκολίες καθώς η καθημερινή εμπειρία αντιτίθεται σε αυτήν, με αποτέλεσμα διάφορες σχετικές εναλλακτικές ιδέες των μαθητών (Κασσέτας, 2004). Το συγκεκριμένο σενάριο, ακολουθώντας την ίδια δομή, μπορεί να επεκταθεί στη μελέτη και των τριών νόμων του Νεύτωνα, καθώς και των εννοιών δύναμη, αδράνεια, επιτάχυνση, αξιοποιώντας το υπόλοιπο μέρος του συγκεκριμένου βίντεο. Ιδανική θα ήταν η περίπτωση εφαρμογής του σεναρίου μέσα στο Σχολικό Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, συνδυάζοντας την αξιοποίηση των Τ.Π.Ε. με τις εργαστηριακές δραστηριότητες (Κολτσάκης, Πιερράτος & Πολάτογλου, 2007). Η αξιοποίηση του CRS στο σενάριο είναι σημαντική, καθιστώντας τις απαντήσεις με τα κλίκερς και τις προβαλλόμενες κατανομές το κέντρο της δράσης, με τους μαθητές να αλληλεπιδρούν όλοι, άμεσα και διαρκώς. Η χρήση του συστήματος τηλεκαταγραφής απαντήσεων βοηθά στη μεγαλύτερη συμμετοχή των μαθητών και στη λειτουργία του καθενός ως μέλος ομάδας, καθώς επίσης και στην ευκολότερη διαμορφωτική και τελική αξιολόγηση τόσο της διδασκαλίας όσο και των μαθητών από τον εκπαιδευτικό. [100]

121 Κεφάλαιο Ο νόμος του Ωμ Α. Γενικά στοιχεία Τίτλος Διδασκαλία του νόμου του Ωμ Συνοπτική παρουσίαση Το σενάριο αυτό αφορά στη διδασκαλία του νόμου του Ωμ. Η βασική διδακτική μεθοδολογία είναι η καθοδηγούμενη από ερωτήσεις η οποία πλαισιώνεται από ομαδοσυνεργατικές μεθόδους, παρουσίαση μικροδιαλέξεων, πραγματοποίηση πειραματικών διατάξεων με καθημερινά υλικά και απλά ηλεκτρικά κυκλώματα. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές - Προαπαιτούμενες γνώσεις αντιστατών Έννοιες: Ηλεκτρικό ρεύμα, διαφορά δυναμικού, ηλεκτρική αντίσταση, συνδεσμολογία Διαδικασίες: συναρμολόγηση απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Β τάξη Γενικού Λυκείου Φυσική Γενικής Παιδείας (με μικρές τροποποιήσεις) Α έτος πανεπιστημιακών σπουδών Διδακτικοί στόχοι Ως προς το γνωστικό αντικείμενο οι μαθητές επιδιώκεται: - να διαπιστώσουν πειραματικά το νόμο του Ωμ - να εφαρμόσουν το νόμο του Ωμ για να προβλέψουν και να περιγράψουν τη λειτουργία απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων Ως προς τη διαδικασία μάθησης οι μαθητές επιδιώκεται: - να αναπτύξουν επιστημολογικά κριτήρια ελέγχου της επιστημονικής γνώσης με τη διατύπωση ερωτήσεων του τύπου «πώς γνωρίζουμε», - να αναπτύξουν δεξιότητες γλωσσικής επικοινωνίας με την πρόκληση εκτενών συζητήσεων στην ολομέλεια αλλά και στις ομάδες, - να αναπτύξουν μεταγνωστικές δεξιότητες μέσω της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο και της συζήτησης στην ολομέλεια [101]

122 Κεφάλαιο 4 - να υιοθετήσουν θετικότερη στάση ως προς το μάθημα της Φυσικής με την ενεργοποίησή τους και την αξιοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων και σύγχρονης εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Β. Οργάνωση της διδασκαλίας και υλικοτεχνική υποδομή Οι μαθητές και οι μαθήτριες προτείνεται να εργαστούν σε ομάδες των 4-5 ατόμων. Στη συζήτηση στην τάξη, οι μαθητές θα συμμετέχουν και ατομικά αλλά και ως μέλη των ομάδων. Εκτιμώμενη διάρκεια 2 διδακτικές ώρες Υλικοτεχνική υποδομή - Η/Υ και προβολικό σύστημα - CRS (συσκευές και λογισμικό συλλογής δεδομένων) - Μπαταρίες, λυχνιολαβές, καλώδια με κροκοδειλάκια, λαμπάκια Διδακτική προσέγγιση 1η Διδακτική ώρα Α Φάση. Ανάπτυξη πρακτικής εξοικείωσης με απλά ηλεκτρικά κυκλώματα. Καταγραφή αρχικών ιδεών των μαθητών. Επειδή σύμφωνα με τη βιβλιογραφία (Knight, 2008) θεωρείται ότι πολλές από παρανοήσεις πάνω στα βασικά ηλεκτρικά κυκλώματα οφείλονται στην έλλειψη πρακτικής εξοικείωσης, ζητείται αρχικά από τους μαθητές να απαντήσουν στην ερώτηση Q1 ( Παράρτημα Α) με τα κλίκερς, με σκοπό να αποτυπωθεί η ικανότητά τους να συσχετίζουν πραγματικά κυκλώματα με τα συνήθη σχηματικά διαγράμματα που υπάρχουν στα βιβλία. Ταυτόχρονα, επειδή στο κύκλωμα που απεικονίζεται στην εκφώνηση της ερώτησης αναπαριστώνται λαμπτήρες δίνεται ταυτόχρονα η ευκαιρία να διαπιστωθεί κατά πόσο οι μαθητές γνωρίζουν ότι το λαμπάκι είναι ένα δίπολο που πρέπει να διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα για να φωτοβολεί. Το σημείο αυτό θεωρείται σημαντικό σε ό,τι αφορά τη διαχείριση των απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων με λαμπτήρες, όπως αυτά που ακολουθούν παρακάτω. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ο διδάσκων, χωρίς να σχολιάσει την κατανομή, ζητάει από τους μαθητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους για να φτιάξουν ένα απλό κύκλωμα αποτελούμενο από λαμπάκι, μπαταρία και καλώδια σύνδεσης. Αφού όλες οι ομάδες ολοκληρώσουν το κύκλωμα τίθεται εκ νέου η ίδια ερώτηση (ερώτηση Q2, Παράρτημα Α) με σκοπό να διαπιστωθεί η επίδραση της πειραματικής ενασχόλησης στην ικανότητα συσχετισμού πραγματικών [102]

123 Κεφάλαιο 4 κυκλωμάτων και αναπαραστάσεών τους. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους μαθητές να την σχολιάσουν και να επιχειρηματολογήσουν εκθέτοντας τις απόψεις τους. Ακολουθεί συζήτηση, με το διδάσκοντα να έχει συντονιστικό μόνο ρόλο, με σκοπό την καταγραφή εκ μέρους του διδάσκοντα του τρόπου σκέψης των μαθητών. Οι πληροφορίες που παρέχονται θα αξιοποιηθούν κατά τη διαπραγμάτευση των προβληματικών καταστάσεων που ακολουθούν (πρόβλεψη συμπεριφοράς και ανάλυση απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων). Επιχειρείται να διατυπωθεί ρητά ότι το λαμπάκι αποτελεί δίπολο. ρωτάει: Με αφορμή το απλό ηλεκτρικό κύκλωμα που μόλις συναρμολόγησαν οι μαθητές, ο διδάσκων -Γιατί ανάβει το λαμπάκι; Στόχος του διδάσκοντα είναι η εισαγωγή της έννοιας ηλεκτρικό ρεύμα. Επειδή η έννοια δεν είναι άγνωστη στους μαθητές, γίνεται προσπάθεια να εκμαιευτεί επιχειρώντας συζήτηση στην ολομέλεια. Κύριο μέλημα του διδάσκοντα είναι να συνδέσει την έννοια με τις βασικές έννοιες του στατικού ηλεκτρισμού, δηλαδή με τις έννοιες ηλεκτρικό πεδίο, ηλεκτρική δύναμη, ηλεκτρικό φορτίο. Την ίδια στιγμή πληροφορείται για την κατάκτηση των προαπαιτούμενων αυτών εννοιών εκ μέρους των μαθητών του. Προσπαθώντας να ολοκληρώσει τη σύνδεση με τα προηγούμενα, ο διδάσκων εξακολουθεί τη συζήτηση επιχειρώντας να φέρει στην επιφάνεια τις απόψεις των μαθητών για τις έννοιες αντίσταση και σύνδεση αντιστατών. Εκμαιεύεται ότι στη σε σειρά σύνδεση το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει τους αντιστάτες είναι το ίδιο, ενώ στην παράλληλη σύνδεση υπάρχει κοινή τάση στα άκρα τους. Στο πλαίσιο αυτό τίθεται η ερώτηση Q3 (Παράρτημα Α) την οποία απαντούν οι μαθητές με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων αλλά δεν γίνεται στο σημείο αυτό ούτε κάποιο σχόλιο ούτε κάποια νύξη για τη σωστή απάντηση. Η ερώτηση αυτή τίθεται στο σημείο αυτό για να ανιχνεύσει τη γνωστική αφετηρία των μαθητών και η ίδια ερώτηση πρόκειται να τεθεί άλλες δύο φορές παρακάτω για να καταγραφεί η εξέλιξη των ιδεών των μαθητών και η επίδραση της διδασκαλίας. Β Φάση: Πειραματική επαλήθευση του νόμου του Ωμ Το επόμενο διδακτικό βήμα είναι να επιβεβαιωθεί πειραματικά ο νόμος του Ωμ για αντιστάτες. Ο διδάσκων μοιράζει φύλλο εργασίας, υπενθυμίζει τη λειτουργία και τον τρόπο σύνδεσης του αμπερομέτρου και του βολτομέτρου και παρέχει τα απαραίτητα υλικά. Κάθε μία από τις ομάδες έχει στη διάθεσή της αντιστάτες διαφορετικής αντίστασης. Οι ομάδες ακολουθώντας τις οδηγίες του φύλλου εργασίας μετρούν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη τους για διάφορες τιμές της τάσης στα άκρα του. Κατά τη διάρκεια της άσκησης ο διδάσκων περνάει από τους [103]

124 Κεφάλαιο 4 πάγκους και δίνει οδηγίες. Μετά την ολοκλήρωση των μετρήσεων κάθε ομάδα ανακοινώνει τις μετρήσεις της στην ολομέλεια. Καλείται ένα μαθητής να περάσει τις τιμές σε ένα πρόγραμμα excel με το οποίο πραγματοποιείται γραμμική παλινδρόμηση σε άξονες I-V. Αναδεικνύεται για τα δεδομένα και των τριών ομάδων η σχέση αναλογίας ρεύματος τάσης ενώ από την κλίση της ευθείας παλινδρόμησης υπολογίζεται το 1/R. Γίνεται σύγκριση με την τιμή της αντίστασης όπως προκύπτει με απευθείας μέτρηση με το ωμόμετρο και υπολογισμός της αβεβαιότητας της μέτρησης. Συνοψίζοντας, ο διδάσκων διατυπώνει το νόμο του Ωμ. Προκειμένου να διερευνηθεί το πεδίο ισχύος του νόμου οι ομάδες επαναλαμβάνουν την ίδια διαδικασία χρησιμοποιώντας αυτή τη φορά, αντί για αντιστάτες, λαμπάκια LED διαφόρων χρωμάτων. Προκύπτει ότι δεν υπάρχει γραμμική σχέση ανάμεσα στην ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος και την τάση, συνεπώς ο νόμος του Ωμ δεν ισχύει για όλα τα υλικά. 2η Διδακτική ώρα Γ Φάση: Ανάδειξη την νέας έννοιας - Καταγραφή γνωστικής εξέλιξης των μαθητών Προκειμένου να αναδειχθεί το γεγονός ότι η τάση αποτελεί την αιτία και το ηλεκτρικό ρεύμα το αποτέλεσμα εφαρμογής της τάσης, αλλά και να καταγραφεί και να αντιμετωπιστεί η διαδεδομένη εναλλακτική ιδέα 3 (βλ. κεφ. 2), τίθεται η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Α). Οι μαθητές απαντούν ο καθένας μόνος του και προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεών τους. Ακολουθεί εκτενής συζήτηση στην ολομέλεια. Προκειμένου να αποτυπωθεί η επίδραση της μέχρι στιγμής διδακτικής παρέμβασης τίθεται η ερώτηση Q5 (Παράρτημα Α), η οποία αποτελεί την προγραμματισμένη επαναδιαπραγμάτευση της ερώτησης Q3. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων των μαθητών και γίνεται κάποιο σύντομο σχόλιο εφόσον καταγραφούν μεταβολές σε σχέση με τις απαντήσεις στην ερώτηση Q3. Με σκοπό να εμβαθύνουμε στη συγκεκριμένη ερώτηση και να αναδειχθούν οι πιθανοί μηχανισμοί σκέψης των μαθητών, τίθεται στη συνέχεια η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Α). Στόχος είναι να διαπιστωθεί αν οι μαθητές αντιλαμβάνονται καταρχάς το πώς αλλάζει η αντίσταση του κυκλώματος ώστε να διερευνηθεί στη συνέχεια αν οι ενδεχόμενες παρανοήσεις στην προβληματική διαχείριση της συνδεσμολογίας αντιστατών ή τα αίτια σχετίζονταν με τις εναλλακτικές ιδέες 2 και 4 (παράγραφος 2.3.1). Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων των μαθητών και ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Μετά από αυτό τίθεται η ερώτηση Q7 (Παράρτημα Α), δηλαδή για τρίτη και τελευταία φορά η ερώτηση Q3. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων των μαθητών και ακολουθεί συζήτηση. Πριν ο διδάσκων πάρει θέση καλεί έναν μαθητή με τη βοήθεια του οποίου συναρμολογείται το κύκλωμα της ερώτησης. Οι μαθητές καλούνται, αφού παρατηρήσουν τι συμβαίνει, να [104]

125 Κεφάλαιο 4 προσπαθήσουν να χρησιμοποιήσουν τις έννοιες του ηλεκτρικού ρεύματος, της αντίστασης και του νόμου του Ωμ για να περιγράψουν με όρους Φυσικής ό,τι τελικά συμβαίνει. Ο διδάσκων εξηγεί την παρατήρηση. Δ Φάση: Εφαρμογή της νέας γνώσης. Για να επεκταθεί το πλαίσιο εφαρμογής του νόμου του Ωμ και να εξασκηθούν οι μαθητές στην πρόβλεψη λειτουργίας απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων τίθεται η ερώτηση Q8 (Παράρτημα Α). Οι μαθητές απαντούν με τα κλίκερς, ο καθένας μόνος του. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων των μαθητών και ακολουθεί συζήτηση κατά τη διάρκεια της οποίας αποσαφηνίζεται ο τρόπος σκέψης των μαθητών. Πριν ο διδάσκων πάρει θέση συναρμολογείται το υπό διαπραγμάτευση κύκλωμα. Οι μαθητές παρατηρούν τι συμβαίνει και καλούνται να εξηγήσουν με όρους Φυσικής ό,τι τελικά συμβαίνει. Ο διδάσκων εξηγεί την παρατήρηση. Ε Φάση: Αξιολόγηση Ολοκληρώνοντας τη διδασκαλία, ο διδάσκων θέτει δύο ερωτήσεις αξιολόγησης, τις ερωτήσεις Q9 και Q10 (Παράρτημα Α). Αφού προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων ζητάει, σε κάθε περίπτωση, τους εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τις απόψεις τους. Δίνονται τελικά οι σωστές απαντήσεις. Καλούνται οι μαθητές που απάντησαν λάθος να εντοπίσουν τα αδύναμα σημεία στο συλλογισμό τους. [105]

126 Κεφάλαιο Οι κανόνες του Κίρκοφ Α. Γενικά στοιχεία Τίτλος Διδασκαλία των δύο κανόνων του Κίρκοφ Συνοπτική παρουσίαση Υιοθετώντας τη μέθοδο της καθοδηγούμενης από ερωτήσεις διδασκαλίας, που έχει ως συνέπεια τις εκτενείς συζητήσεις στην ολομέλεια αλλά και μέσα σε ομάδες (διδασκαλία μεταξύ ομότιμων), επιχειρείται η διδασκαλία των δύο κανόνων του Κίρκοφ. Σε όλες τις ερωτήσεις παρέχεται πειραματική επιβεβαίωση που οδηγεί μέσα από το μοντέλο πρόβλεψη-παρατήρηση-ερμηνεία στην ενεργοποίηση όλων των εκπαιδευόμενων. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές - Προαπαιτούμενες γνώσεις Έννοιες: Ηλεκτρικό ρεύμα, ένταση ηλεκτρικού ρεύματος, αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου, διαφορά δυναμικού, αρχή διατήρησης της ενέργειας, αντίσταση, σύνδεση αντιστάσεων Διαδικασίες: Συναρμολόγηση απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, μέτρηση έντασης ηλεκτρικού ρεύματος με αμπερόμετρο, μέτρησης διαφοράς δυναμικού με βολτόμετρο. Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Β τάξη Γενικού Λυκείου Φυσική Γενικής Παιδείας (με μικρές τροποποιήσεις) Α έτος πανεπιστημιακών σπουδών Διδακτικοί στόχοι Ως προς το γνωστικό αντικείμενο οι μαθητές επιδιώκεται: - να διαπιστώσουν πειραματικά τον πρώτο κανόνα του Κίρκοφ, - να διαπιστώσουν πειραματικά το δεύτερο κανόνα του Κίρκοφ, - να εφαρμόσουν τους δύο κανόνες του Κίρκοφ για να προβλέψουν τη συμπεριφορά απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων Ως προς τη διαδικασία μάθησης οι μαθητές επιδιώκεται: - να αναπτύξουν επιστημολογικά κριτήρια ελέγχου της επιστημονικής γνώσης με τη διατύπωση ερωτήσεων του τύπου «πώς γνωρίζουμε», [106]

127 Κεφάλαιο 4 - να αναπτύξουν δεξιότητες γλωσσικής επικοινωνίας με την πρόκληση εκτενών συζητήσεων στην ολομέλεια αλλά και στις ομάδες, - να αναπτύξουν μεταγνωστικές δεξιότητες μέσω της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο και της συζήτησης στην ολομέλεια - να υιοθετήσουν θετικότερη στάση ως προς το μάθημα της Φυσικής με την ενεργοποίησή τους και την αξιοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων και σύγχρονης εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Β. Οργάνωση της διδασκαλίας και υλικοτεχνική υποδομή Εκτιμώμενη διάρκεια 2 διδακτικές ώρες Υλικοτεχνική υποδομή - Η/Υ και προβολικό σύστημα - CRS (συσκευές και λογισμικό συλλογής δεδομένων) - Μπαταρίες, λυχνιολαβές, καλώδια με κροκοδειλάκια, λαμπάκια, αμπερόμετρα, βολτόμετρα Διδακτική προσέγγιση 1η Διδακτική ώρα Α Φάση: Σύνδεση με τα προηγούμενα. Καταγραφή αρχικών ιδεών των μαθητών. Αρχικά ο διδάσκων επιχειρεί μία σύντομη σύνδεση με το προηγούμενο μάθημα. Συζητώντας με τους μαθητές εκμαιεύει τους ορισμούς του ηλεκτρικού ρεύματος, της ηλεκτρικής τάσης, της αντίστασης και του νόμου του Ωμ. Προκειμένου να ανιχνεύσει τη γνωστική αφετηρία των μαθητών θέτει την ερώτηση Q1 (Παράρτημα Β) την οποία απαντάει κάθε μαθητής μόνος του με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και γίνεται συζήτηση στην ολομέλεια με σκοπό να διευκρινιστεί αν υπάρχουν μαθητές που υιοθετούν το μοντέλο σειράς του ηλεκτρικού ρεύματος. Πραγματοποιείται η πειραματική διάταξη του κυκλώματος της ερώτησης Q1 και οι μαθητές, αφού παρατηρήσουν τι συμβαίνει, καλούνται να εξηγήσουν το φαινόμενο με όρους Φυσικής. Τεκμηριώνεται από το διδάσκοντα η σωστή απάντηση. Με σκοπό να προχωρήσει στη διαπραγμάτευση του πρώτου κανόνα του Κίρκοφ, ο διδάσκων προβάλλει το κύκλωμα της Εικόνας 2 και ζητάει από τους μαθητές να προβλέψουν πώς σχετίζονται οι ενδείξεις των τεσσάρων αμπερομέτρων μεταξύ τους. Προκαλείται συζήτηση μέσω της οποίας ο [107]

128 Κεφάλαιο 4 διδάσκων έχει τη δυνατότητα να αξιολογήσει αν οι μαθητές έχουν κατανοήσει τα αποτελέσματα της διαπραγμάτευσης της ερώτησης Q1, προβλέποντας ότι τα δύο αμπερόμετρα πριν και μετά την αντίσταση των 2 kω δείχνουν την ίδια ένδειξη, και επιπλέον αν μπορούν να εφαρμόσουν το μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος για να προβλέψουν ποιοτικά τις ενδείξεις των δύο αμπερομέτρων στους δύο παράλληλους κλάδους. κανόνα. Εικόνα 2. Κύκλωμα για τη διερεύνηση του 1ου κανόνα του Κίρκοφ Β Φάση: Πειραματική ανάδειξη του 1ου κανόνα του Κίρκοφ. Η ανάγκη εισαγωγής του 2ου Συναρμολογείται το ηλεκτρικό κύκλωμα της Εικόνας 2 και οι μαθητές καταγράφουν τις ενδείξεις των αμπερομέτρων. Διατυπώνεται ως πειραματικό δεδομένο ο πρώτος κανόνας του Κίρκοφ. Ξεκινάει μία σύντομη συζήτηση από το διδάσκοντα σχετικά με τους θεωρητικούς λόγους για τους οποίους θα έπρεπε να αναμένεται αυτός ο κανόνας. Η συζήτηση καταλήγει στην αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Για να αναδειχθεί η ανεπάρκεια χειρισμού ακόμη και απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων μόνο με την εφαρμογή του πρώτου κανόνα του Κίρκοφ, τίθεται η ερώτηση Q2 (Παράρτημα Β). Η ερώτηση αυτή, όπως και οι ερωτήσεις Q3 και Q4 που ακολουθούν, έχει επιλεγεί με σκοπό να τεθεί και να αντιμετωπιστεί η ευρέως διαδεδομένη εναλλακτική ιδέα ότι μία μπαταρία-πηγή λειτουργεί ως πηγή σταθερού ρεύματος παρά σαν πηγή σταθερή τάσης. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς και προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων. Προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Ο διδάσκων καταγράφει τις ιδέες των μαθητών χωρίς ωστόσο να παίρνει θέση σε αυτή τη φάση, καθώς η ίδια ερώτηση θα τεθεί και στη συνέχεια με σκοπό να αποτυπώσει τη γνωστική εξέλιξη της τάξης. Όταν ο διδάσκων θεωρήσει ότι έχει ολοκληρωθεί η συζήτηση, θέτει την ερώτηση Q3 (Παράρτημα Β) που αποτελεί μία διαφορετικά διατυπωμένη εκδοχή της ερώτησης Q2. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. [108]

129 Κεφάλαιο 4 Καλείται ένας μαθητής να συναρμολογήσει το κύκλωμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Για να δοθεί η δυνατότητα επιβεβαίωσης από το διδάσκοντα αλλά και τους μαθητές της γνώσης και της εμπειρίας που αποκτήθηκε με την ερώτηση Q3 (ανάπτυξη μεταγνωστικών μηχανισμών), τίθεται η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Β) η οποία απαιτεί την εφαρμογή της ίδιας φυσικής αρχής με αυτήν της ερώτησης Q3. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Ο διδάσκων επιμένει να συσχετιστεί η απάντηση με αυτήν της ερώτησης Q4. Στο πλαίσιο αυτό τίθεται η ερώτηση Q5 (Παράρτημα Β) η οποία είναι ουσιαστικά η ερώτηση Q2, με σκοπό να αποτιμηθεί η διδακτική παρέμβαση που επιχειρήθηκε σε αυτή τη φάση της διδασκαλίας. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να συναρμολογήσει το κύκλωμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Γ Φάση: Πειραματική ανάδειξη του 2ου κανόνα του Κίρκοφ. Με σκοπό να προχωρήσει στη διαπραγμάτευση του δεύτερου κανόνα του Κίρκοφ, ο διδάσκων ζητάει από τις ομάδες των μαθητών να μετρήσουν πώς μεταβάλλεται η τάση κατά μήκος του κλειστού κυκλώματος της Εικόνας 3, το οποίο καλούνται να συναρμολογήσουν. Έχοντας τον ένα ακροδέκτη του βολτόμετρου διαρκώς στη γείωση της πηγής σταθερής συνεχούς τάσης (σημείο Ο), μετακινούν τον άλλο ακροδέκτη σε διάφορα σημεία του κυκλώματος (Α, Β, Γ, Δ και Ε), καταγράφουν τις ενδείξεις και αποτυπώνουν τις μετρήσεις τους σε ένα διάγραμμα V x, όπου V το δυναμικό στα παραπάνω διάφορα σημεία (θεωρώντας ότι το δυναμικό στο σημείο Ο είναι ίσο με μηδέν) και x τα συγκεκριμένα σημεία του κλειστού ηλεκτρικού κυκλώματος. Εικόνα 3. Κύκλωμα για τη διερεύνηση του 2ου κανόνα του Κίρκοφ [109]

130 Κεφάλαιο 4 Αφού ολοκληρωθούν οι μετρήσεις από όλες τις ομάδες ζητείται από τους μαθητές να αναφέρουν στην ολομέλεια τα ευρήματα τους. Διατυπώνεται συμπερασματικά ο δεύτερος κανόνας του Κίρκοφ. 2η Διδακτική ώρα Δ Φάση: Εφαρμογή της νέας γνώσης. Προχωρώντας στο στάδιο της εφαρμογής του δεύτερου κανόνα του Κίρκοφ σε απλά ηλεκτρικά κυκλώματα, τίθεται η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Β). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να συναρμολογήσει το κύκλωμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Ο διδάσκων ανακεφαλαιώνει παρέχοντας τη σωστή απάντηση. Συνεχίζοντας στο στάδιο της εφαρμογής της νέας γνώσης, τίθεται η ερώτηση Q7 (Παράρτημα Β). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να συναρμολογήσει το κύκλωμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Με σκοπό να επιχειρηθεί η εφαρμογή των δύο κανόνων του Κίρκοφ σε ηλεκτρικά κυκλώματα με περισσότερες πηγές τάσης, ο διδάσκων θέτει καταρχάς την ερώτηση Q8 (Παράρτημα Β). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Αναμένεται στο σημείο αυτό της διδακτικής παρέμβασης ότι οι μαθητές θα προβλέπουν σωστά τη συμπεριφορά του απλού κυκλώματος της ερώτησης Q8. Ο διδάσκων συναρμολογεί το κύκλωμα αλλά συνδέει εσκεμμένα αντίθετα τις δύο πηγές, τις οποίες έχει φροντίσει να έχουν την ίδια ΗΕΔ, με σκοπό να φέρει σε γνωστική σύγκρουση τους μαθητές και να προκαλέσει το ενδιαφέρον τους. Ζητεί από τους μαθητές να περιγράψουν με όρους Φυσικής το αποτέλεσμα του πειράματος. Πότε θα έπρεπε να αναμένεται τέτοια συμπεριφορά; Καλεί έναν μαθητή να ελέγξει το κύκλωμα και εφαρμόζοντας το δεύτερο κανόνα του Κίρκοφ δίνεται η σωστή απάντηση. Στο πλαίσιο αυτό τίθεται η ερώτηση Q9 (Παράρτημα Β). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να [110]

131 Κεφάλαιο 4 συναρμολογήσει το κύκλωμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Ολοκληρώνοντας τη διδακτική παρέμβαση τίθεται η ερώτηση Q10 (Παράρτημα Β), στο κύκλωμα της οποίας χρησιμοποιούνται τρεις πηγές. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους. Αφού ανταλλαγούν επιχειρήματα προτείνεται τελικά η προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να συναρμολογήσει το κύκλωμα. Οι μαθητές καταγράφουν τι συμβαίνει και καλούνται να το εξηγήσουν με όρους Φυσικής. Ε Φάση: Αξιολόγηση. Προκειμένου να αξιολογηθεί η ικανότητα των μαθητών να εφαρμόζουν τον πρώτο κανόνα του Κίρκοφ τίθεται, τέλος, η ερώτηση Q11. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και προκαλείται συζήτηση με το διδάσκοντα να καλεί εκπροσώπους κάθε απάντησης να τεκμηριώσουν τη γνώμη τους χρησιμοποιώντας τις έννοιες που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του μαθήματος. [111]

132 Κεφάλαιο ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1) Α. Γενικά στοιχεία Τίτλος Διδασκαλία του 3ου νόμου του Νεύτωνα Συνοπτική παρουσίαση Το σενάριο αυτό αφορά στη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα. Η βασική διδακτική μεθοδολογία είναι η καθοδηγούμενη από ερωτήσεις η οποία πλαισιώνεται από ομαδοσυνεργατικές μεθόδους, παρουσίαση μικροδιαλέξεων και πραγματοποίηση πειραματικών διατάξεων με καθημερινά υλικά. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές - Προαπαιτούμενες γνώσεις Έννοιες: Δύναμη, 1ος και 2ος νόμοι του Νεύτωνα, άνωση Διαδικασίες: Ζύγιση αντικειμένου με ζυγό Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Α Λυκείου (με μικρές τροποποιήσεις) Α έτος πανεπιστημιακών σπουδών Διδακτικοί στόχοι Ως προς το γνωστικό αντικείμενο οι μαθητές επιδιώκεται: - να διαπιστώσουν πειραματικά τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα - να εφαρμόσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να προβλέψουν και να περιγράψουν φαινόμενα της καθημερινής ζωής. Ως προς τη διαδικασία μάθησης οι μαθητές επιδιώκεται: - να αναπτύξουν επιστημολογικά κριτήρια ελέγχου της επιστημονικής γνώσης με τη διατύπωση ερωτήσεων του τύπου «πώς γνωρίζουμε», - να αναπτύξουν δεξιότητες γλωσσικής επικοινωνίας με την πρόκληση εκτενών συζητήσεων στην ολομέλεια αλλά και στις ομάδες, - να αναπτύξουν μεταγνωστικές δεξιότητες μέσω της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο και της συζήτησης στην ολομέλεια [112]

133 Κεφάλαιο 4 - να υιοθετήσουν θετικότερη στάση ως προς το μάθημα της Φυσικής με την ενεργοποίησή τους και την αξιοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων και σύγχρονης εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Β. Οργάνωση της διδασκαλίας και υλικοτεχνική υποδομή Οι μαθητές και οι μαθήτριες προτείνεται να εργαστούν σε ομάδες των 4-5 ατόμων. Στη συζήτηση στην τάξη, οι μαθητές θα συμμετέχουν και ατομικά αλλά και ως μέλη των ομάδων. Εκτιμώμενη διάρκεια 1 διδακτική ώρα Υλικοτεχνική υποδομή - Η/Υ και προβολικό σύστημα - CRS (συσκευές και λογισμικό συλλογής δεδομένων) - Πυξίδα, μεταλλική ράβδος, μπαταρία 9 V, καλώδια σύνδεσης - Αεροδιάδρομος, ιππείς, μαγνήτες Διδακτική προσέγγιση Α Φάση: Καταγραφή αρχικών ιδεών των φοιτητών. Τίθεται αρχικά η ερώτηση Q1 (Παράρτημα Γ) με σκοπό να διαπιστωθεί η γνωστική αφετηρία των μαθητών. Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ο διδάσκων, αφού σχολιάσει την κατανομή, καλεί τους μαθητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους και να επιχειρηματολογήσουν προσπαθώντας να πείσουν τους συμμαθητές τους σχετικά με την ακρίβεια της άποψή τους. Στη συνέχεια οι μαθητές απαντούν εκ νέου στην ίδια ερώτηση (Ερώτηση Q2, Παράρτημα Γ). Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους. Ο διδάσκων πραγματοποιεί το πείραμα, καταγράφει μερικές απόψεις μαθητών και δηλώνει ότι η ερώτηση δεν θα απαντηθεί ακόμη αλλά θα τεθεί και πάλι σε διερεύνηση στο τέλος του μαθήματος. Ο διδάσκων επιχειρεί μία σύντομη ανασκόπηση της έννοιας «δύναμη». Επιχειρεί συζήτηση αποσκοπώντας να αναδείξει τις ιδέες των μαθητών. Στη συνέχεια, θέλοντας να αναδείξει εμπειρικά την έννοια της αλληλεπίδρασης καλεί τους μαθητές να παρατηρήσουν τι τους συμβαίνει όταν σπρώχνουν με το χέρι τους το θρανίο ή όταν τραβούν με σκοινί ένα δέμα από βιβλία. [113]

134 Κεφάλαιο 4 Β Φάση: Εισαγωγή του 3ου νόμου του Νεύτωνα. Ανάδειξη της νέας έννοιας. Παρουσιάζεται ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα εστιάζοντας σε τρία βασικά χαρακτηριστικά του: α. οι δύο δυνάμεις εμφανίζονται ταυτόχρονα, (δεν έχει σημασία ποια δύναμη ονομάζουμε δράση και ποια αντίδραση, οι δυνάμεις εμφανίζονται κατά ζεύγη), β. έχουν ίσα μέτρα και γ. αντίθετες κατευθύνσεις. Ο διδάσκων, για να ενεργοποιήσει τους μαθητές, τους ζητά να προτείνουν κάποιο πείραμα για να μπορέσουν να μετρήσουν την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης. Προτείνεται προσφυγή στη μελέτη κίνησης σε αεροδιάδρομο. Χρησιμοποιεί δύο όμοιους ιππείς στους οποίους έχει εφαρμόσει από έναν μαγνήτη έτσι ώστε οι ιππείς να απωθούνται. Ενεργοποιώντας τον αέρα αφήνει ελεύθερους τους ιππείς και καλεί τους μαθητές να παρατηρήσουν τι συμβαίνει και να εντοπίσουν ποια χαρακτηριστικά του τρίτου νόμου του Νεύτωνα αναδύονται. Ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Προκειμένου να εισαχθεί το γεγονός ότι οι δύο δυνάμεις, δράση και αντίδραση, ασκούνται σε διαφορετικά σώματα τίθεται η ερώτηση Q3 (Παράρτημα Γ). Οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν με τα κλίκερς, ο καθένας μόνος του. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να στραφούν στις ομάδες τους και να επιχειρηματολογήσουν υπερασπιζόμενοι την άποψή τους. Στην συνέχεια οι μαθητές απαντούν ξανά στην ίδια ερώτηση (ερώτηση Q4, Παράρτημα Γ), προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους στην ολομέλεια. Τονίζεται ότι οι δύο δυνάμεις που συνιστούν ζεύγος δράσης-αντίδρασης ασκούνται σε διαφορετικά σημεία και διατυπώνεται ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα σε ολοκληρωμένη μορφή. Ζητείται από τους μαθητές να εξηγήσουν την ερώτηση Q3 κάνοντας χρήση του νόμου αυτού. Γ Φάση: Εφαρμογή της νέας γνώσης. Επιχειρώντας την εμβάθυνση στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα με την εφαρμογή του σε καθημερινές καταστάσεις, ο διδάσκων παρουσιάζει έναν ζυγό ο οποίος ισορροπεί, όπως στην Εικόνα 4. Εικόνα 4. Ζυγός που ισορροπεί. Στους δύο δίσκους έχουν τοποθετηθεί δύο ίδια ποτήρια γεμισμένα με ίσες ποσότητες νερού. Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να προβλέψουν τι θα συμβεί αν τοποθετήσει ένα του δάκτυλο [114]

135 Κεφάλαιο 4 μέσα στο νερό ενός από τα δύο ποτήρια. Θέτει έτσι την ερώτηση Q5 (Παράρτημα Γ) την οποία οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους στην ολομέλεια. Ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Τελικά ο διδάσκων προτείνει προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να το πραγματοποιήσει και οι μαθητές αφού παρατηρήσουν ό,τι έγινε, καλούνται να περιγράψουν με όρους Φυσικής μεταξύ των οποίων και του τρίτου νόμου του Νεύτωνα το φαινόμενο. Ο διδάσκων ανακεφαλαιώνει χρησιμοποιώντας κατάλληλα την επιστημονική γλώσσα. Για να αξιολογηθεί η ικανότητα των μαθητών να αντιλαμβάνονται την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης, τίθεται η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Γ). Οι φοιτητές καλούνται να απαντήσουν με τα κλίκερς, ο καθένας μόνος του. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να στραφούν στις ομάδες τους και να επιχειρηματολογήσουν υπερασπιζόμενοι την άποψή τους. Στην συνέχεια οι μαθητές απαντούν ξανά στην ίδια ερώτηση (ερώτηση Q7, Παράρτημα Γ), προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους στην ολομέλεια. Επανερχόμενοι στην αξιολόγηση της ικανότητας των μαθητών να εφαρμόζουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, τίθεται η ερώτηση Q8 (Παράρτημα Γ). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και γίνεται συζήτηση στην ολομέλεια. Εκπρόσωποι όλων των απαντήσεων καλούνται να παρουσιάσουν την άποψή τους προσπαθώντας να πείσουν με τα επιχειρήματά τους συναδέλφους τους. Δ Φάση: Αξιολόγηση. Προκειμένου να αξιολογηθεί η διδακτική παρέμβαση στο σύνολό της, ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να ερμηνεύσουν, αν μπορούν, το αρχικό πείραμα που ακολούθησε τις ερωτήσεις Q1 και Q2 (Παράρτημα Γ) αξιοποιώντας τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. [115]

136 Κεφάλαιο ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2) Α. Γενικά στοιχεία Τίτλος Διδασκαλία του 3ου νόμου του Νεύτωνα Συνοπτική παρουσίαση Το σενάριο αυτό αφορά στη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα και αποτελεί διασκευή του σεναρίου που αναπτύχθηκε για το τμήμα Δ1 (παράγραφος 4.3.4). Η βασική διδακτική μεθοδολογία είναι η καθοδηγούμενη από ερωτήσεις η οποία πλαισιώνεται από ομαδοσυνεργατικές μεθόδους, παρουσίαση μικροδιαλέξεων και πραγματοποίηση πειραματικών διατάξεων με καθημερινά υλικά. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές - Προαπαιτούμενες γνώσεις Έννοιες: Δύναμη, 1ος και 2ος νόμοι του Νεύτωνα, άνωση Διαδικασίες: Χρήση δυναμόμετρου, ζύγιση αντικειμένου με ζυγό Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Α Λυκείου (με μικρές τροποποιήσεις) Α έτος πανεπιστημιακών σπουδών Διδακτικοί στόχοι Ως προς το γνωστικό αντικείμενο οι μαθητές επιδιώκεται: - να διαπιστώσουν πειραματικά τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα - να εφαρμόσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να προβλέψουν και να περιγράψουν φαινόμενα της καθημερινής ζωής. Ως προς τη διαδικασία μάθησης οι μαθητές επιδιώκεται: - να αναπτύξουν επιστημολογικά κριτήρια ελέγχου της επιστημονικής γνώσης με τη διατύπωση ερωτήσεων του τύπου «πώς γνωρίζουμε», - να αναπτύξουν δεξιότητες γλωσσικής επικοινωνίας με την πρόκληση εκτενών συζητήσεων στην ολομέλεια αλλά και στις ομάδες, - να αναπτύξουν μεταγνωστικές δεξιότητες μέσω της παροχής ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο και της συζήτησης στην ολομέλεια [116]

137 Κεφάλαιο 4 - να υιοθετήσουν θετικότερη στάση ως προς το μάθημα της Φυσικής με την ενεργοποίησή τους και την αξιοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων και σύγχρονης εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Β. Οργάνωση της διδασκαλίας και υλικοτεχνική υποδομή Οι μαθητές και οι μαθήτριες προτείνεται να εργαστούν σε ομάδες των 4-5 ατόμων. Στη συζήτηση στην τάξη, οι μαθητές θα συμμετέχουν και ατομικά αλλά και ως μέλη των ομάδων. Εκτιμώμενη διάρκεια 2 διδακτικές ώρες Υλικοτεχνική υποδομή - Η/Υ και προβολικό σύστημα - CRS (συσκευές και λογισμικό συλλογής δεδομένων) - Πυξίδα, μεταλλική ράβδος, μπαταρία 9 V, καλώδια σύνδεσης - Λεκάνη με νερό, «βάρκες» από φελιζόλ, 2 μαγνήτες νεοδυμίου Διδακτική προσέγγιση Α Φάση: Καταγραφή αρχικών ιδεών των φοιτητών. Τίθεται αρχικά η ερώτηση Q1 (Παράρτημα Δ) με σκοπό να διαπιστωθεί η γνωστική αφετηρία των φοιτητών. Οι φοιτητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και αφού ο διδάσκων σχολιάσει την ενδεχόμενη διασπορά δηλώνει ότι η ερώτηση δεν θα απαντηθεί ακόμη αλλά θα τεθεί και πάλι σε διερεύνηση στο τέλος του μαθήματος. Ο διδάσκων καλεί δύο φοιτητές και στήνει την κατάσταση που φαίνεται στο σχήμα της ερώτησης Q2 (Παράρτημα Δ). Ενώ οι δύο μαθητές παραμένουν ανενεργοί καλούνται όλοι να απαντήσουν με τα κλίκερς, ο καθένας μόνος του, την ερώτηση Q2. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους. Καλεί στη συνέχεια το μαθητή που βρίσκεται με τα πόδια πάνω στον άλλο να σπρώξει το συνάδελφό του. Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές να περιγράψουν ό,τι συνέβη. Με δεδομένο ότι έχουν κινηθεί και οι δύο μαθητές συνάγεται ότι έχει ασκηθεί δύναμη και στους δύο. Ζητείται από τους μαθητές όμως να αποφανθούν αν είναι δυνατό να διαπιστωθεί ότι οι δυνάμεις είναι ίσου μέτρου. [117]

138 Κεφάλαιο 4 Β Φάση: Εισαγωγή του 3ου νόμου του Νεύτωνα. Ανάδειξη της νέας έννοιας. Στο πλαίσιο αυτό ο διδάσκων παρουσιάζει μία εκδοχή του ιστορικού πειράματος του Νεύτωνα. Σε μία λεκάνη με νερό υπάρχουν δύο μικρές «βάρκες» από φελιζόλ πάνω στις οποίες έχουν τοποθετηθεί δύο μικρού μεγέθους ισχυροί μαγνήτες νεοδυμίου. Οι «βάρκες» τοποθετούνται σε μία νοητή ευθεία έτσι ώστε ο βόρειος μαγνητικός πόλος της μίας να βρίσκεται απέναντι από το νότιο μαγνητικό πόλο της άλλης. Η νοητή ευθεία έχει τη διεύθυνση βορρά νότου ώστε να μην ασκούνται ροπές στις δύο «βάρκες» όταν αφεθούν ελεύθερες να κινηθούν. Κρατώντας τη μία «βάρκα» σταθερή με το χέρι, ο διδάσκων αφήνει τη δεύτερη βάρκα να κινηθεί. Αυτή κινείται και κολλάει στην πρώτη. Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να περιγράψουν ό,τι είδαν. Επαναλαμβάνει τη διαδικασία κρατώντας τη δεύτερη «βάρκα» και αφήνοντας ελεύθερη την πρώτη. Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να περιγράψουν και πάλι ό,τι είδαν. Ζητάει από τους μαθητές να προβλέψουν τι θα γίνει αν αφεθούν και οι δύο «βάρκες» ελεύθερες αλλά στη μέση της διαδρομής παρεμβληθεί ένα μικρό εμπόδιο, π.χ. ένα λεπτό κομμάτι φελιζόλ. Ζητείται από τους μαθητές να χρησιμοποιήσουν το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα κατά την επιχειρηματολογία τους. Το πείραμα γίνεται και παρατηρείται ότι το εμπόδιο παραμένει ακίνητο. Συμπεραίνεται ότι οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των δύο «βαρκών» είναι ίσες και αντίθετες. Προχωρώντας ένα βήμα ακόμη προς την αυστηρή ποσοτικοποίηση, ο διδάσκων μοιράζει δυναμόμετρα σε όλους τους μαθητές και τους ζητάει να ενώσουν τα δυναμόμετρα ανά δύο. Ο ένας μαθητής να τραβήξει το δυναμόμετρό του ασκώντας κάποια δύναμη, ενώ ο άλλος να κρατήσει παθητικά το δικό του δυναμόμετρο. Ζητείται από τους μαθητές να προβλέψουν τη σχέση μεταξύ των ενδείξεων των δύο δυναμόμετρων δικαιολογώντας τις απόψεις τους. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσουν το πείραμα και να καταγράψουν τις ενδείξεις των δυναμόμετρων. Προκαλείται συζήτηση στην ολομέλεια στο τέλος της οποίας γράφεται στον πίνακα η σχέση F 1=-F 2 η οποία συνοψίζει τα πειραματικά αποτελέσματα. Προκειμένου να ανιχνευτεί αρχικά και στη συνέχεια να αντιμετωπιστεί η παρανόηση σχετικά με το σημείο εφαρμογής της δράσης και της αντίδρασης, τίθεται η ερώτηση Q3 (Παράρτημα Δ). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και γίνεται συζήτηση στην ολομέλεια. Εκπρόσωποι όλων των απαντήσεων καλούνται να παρουσιάσουν την άποψή τους προσπαθώντας να πείσουν με τα επιχειρήματά τους συναδέλφους τους. Τονίζεται ότι οι δύο δυνάμεις που συνιστούν ζεύγος δράσης-αντίδρασης ασκούνται σε διαφορετικά σημεία και διατυπώνεται ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα. Ζητείται από τους μαθητές να εξηγήσουν την ερώτηση Q3 κάνοντας χρήση του νόμου αυτού. Για να αποσαφηνιστεί ότι οι δύο δυνάμεις που συνιστούν ζεύγος δράσης-αντίδρασης ασκούνται σε διαφορετικά σημεία τίθεται η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Δ). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους [118]

139 Κεφάλαιο 4 μαθητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι μαθητές απαντούν ξανά (ερώτηση Q5, Παράρτημα Δ) χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Με την καθοδήγηση του διδάσκοντα διατυπώνεται η σωστή απάντηση. 2η Διδακτική ώρα Γ Φάση: Εφαρμογή της νέας γνώσης. Επιχειρώντας την εμβάθυνση στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα με την εφαρμογή του σε καθημερινές καταστάσεις, ο διδάσκων παρουσιάζει έναν ζυγό ο οποίος ισορροπεί, όπως στην Εικόνα 5. Εικόνα 5. Ζυγός που ισορροπεί. Στους δύο δίσκους έχουν τοποθετηθεί δύο ίδια ποτήρια γεμισμένα με ίσες ποσότητες νερού. Ο διδάσκων ζητάει από τους μαθητές να προβλέψουν τι θα συμβεί αν τοποθετήσει ένα του δάκτυλο μέσα στο νερό ενός από τα δύο ποτήρια. Θέτει έτσι την ερώτηση Q6 (Παράρτημα Δ) την οποία οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους μαθητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι μαθητές απαντούν ξανά χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Τελικά ο διδάσκων προτείνει προσφυγή στο πείραμα. Καλείται ένας μαθητής να το πραγματοποιήσει και οι μαθητές αφού παρατηρήσουν ό,τι έγινε, καλούνται να περιγράψουν με όρους Φυσικής μεταξύ των οποίων και του τρίτου νόμου του Νεύτωνα το φαινόμενο. Ο διδάσκων ανακεφαλαιώνει χρησιμοποιώντας κατάλληλα την επιστημονική γλώσσα. Για να αξιολογηθεί η ικανότητα των μαθητών να αντιλαμβάνονται την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης, τίθεται η ερώτηση Q8 (Παράρτημα Δ). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και γίνεται συζήτηση στην ολομέλεια. Εκπρόσωποι όλων των απαντήσεων καλούνται να παρουσιάσουν την άποψή τους προσπαθώντας να πείσουν με τα επιχειρήματά τους συναδέλφους τους. Τίθεται το ερώτημα «γιατί η Γη και το μήλο [119]

140 Κεφάλαιο 4 κινούνται τόσο διαφορετικά;» με σκοπό να εκτιμηθεί από τους μαθητές η ανάγκη προσφυγής στο δεύτερο νόμο του Νεύτωνα και επομένως η αναγκαιότητα και η αλληλοσυμπληρωματικότητα του Νευτωνικού εννοιολογικού οικοδομήματος. Επανερχόμενοι στην αξιολόγηση της ικανότητας των μαθητών να εφαρμόζουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, τίθεται η ερώτηση Q9 (Παράρτημα Δ). Οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και γίνεται συζήτηση στην ολομέλεια. Εκπρόσωποι όλων των απαντήσεων καλούνται να παρουσιάσουν την άποψή τους προσπαθώντας να πείσουν με τα επιχειρήματά τους συναδέλφους τους. Ζητείται από τους μαθητές να θυμηθούν την προσωπική τους εμπειρία με τα δύο δυναμόμετρα στην αρχή του μαθήματος και να συσχετίσουν τις απαντήσεις τους με βάση αυτή. Εισάγοντας στοιχεία ιστορίας της Φυσικής και εξακολουθώντας την αξιολόγηση της ικανότητας των μαθητών να εφαρμόζουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, παρατίθεται από το διδάσκοντα η ιστορία των ημισφαιρίων του Μαγδεμβούργου και το πείραμα που πραγματοποίησε ο Otto von Güricke για να επιδείξει την τεράστια πιεστική δύναμη της ατμόσφαιρας. Τίθεται η ερώτηση Q10 (Παράρτημα Δ) την οποία οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους μαθητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι μαθητές απαντούν ξανά χρησιμοποιώντας τα κλίκερς (ερώτηση Q11, Παράρτημα Δ). Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Δ Φάση: Αξιολόγηση. Προκειμένου να αξιολογηθεί η διδακτική παρέμβαση στο σύνολό της, τίθεται η ερώτηση Q12 (Παράρτημα Δ) η οποία είναι η ερώτηση Q1 που τέθηκε στην αρχή του μαθήματος. οι μαθητές απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ζητείται από τους μαθητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι μαθητές απαντούν ξανά χρησιμοποιώντας τα κλίκερς (ερώτηση Q13, Παράρτημα Δ). Προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων και ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια. Τελικά ο διδάσκων προτείνει προσφυγή στο πείραμα, το οποίο πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός μαθητή. Οι μαθητές καλούνται να χρησιμοποιήσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να εξηγήσουν τις παρατηρήσεις τους. [120]

141 Κεφάλαιο 4 Βιβλιογραφία 4ου κεφαλαίου Αθήνα. Arons A. (1992). Οδηγός διδασκαλίας της Φυσικής, (μετάφραση A. Βαλαδάκης) εκδ. Τροχαλία, Beatty, I. D. & Gerace, W. J. (2009). Technology-enhanced formative assessment: A researchbased pedagogy for teaching science with classroom response technology. Journal of Science Education & Technology, 18(2) 146. Beatty, I. D., Gerace, W. J., Leonard, W. J., & Dufresne, R. J. (2006). Designing effective questions for classroom response system teaching. Am. J. Phys., 74(1), Bransford JD, Brown AL, Cocking RR (1999) How people learn: brain, mind, experience, and school. National Academy Press, Washington, DC. Bullock, D. W., LaBella, V. P., Clingan, T., Ding, Z., Stewart, G., and Thibado, P. M. (2002). Enhancing the student instructor interaction frequency. The Physics Teacher 40: Carlsen WS (2007) Language and science learning. In: Abell SK, Lederman NG (eds) Handbook of research on science education. Lawrence Erlbaum Associates, Mahwah, pp Cox, A.J., and Junkin, W.F., III, 2002, Enhanced student learning in the introductory physics laboratory. Physics Education, v. 37, p Crouch, C. H., & Mazur, E. (2001). Peer instruction: Ten years of experience and results. Am. J. Phys., 69(9), Dufresne, R. J., & Gerace, W. J. (2004). Assessing-to-learn: Formative assessment in physics instruction. The Physics Teacher, 42, ESA (2008). Δικτυακός τόπος: Gerace WJ (1992) Contributions from cognitive research to mathematics and science education. In: Grayson D (ed) Workshop on research in science and mathematics education. University of Natal, Durban, pp Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics text data for introductory physics courses. Am. J. Phys., 66(1), Henriksen, E. K. & Angell, C. (2010). The role of talking physics in an undergraduate physics class using an electronic audience response system. Phys. Ed. 45(3), 279. [121]

142 Κεφάλαιο 4 Hestenes, D., Wells, M. & Swackhamer, G. (1992). Force Concept Inventory, The Physics Teacher, Vol. 30, March Karen, M. and Crowley, M. (2011). Effective learning in science: The use of personal response systems with a wide range of audiences. Computers & Education, 56, 36-43, 2011 Keller, J.M. (1983). Motivational design of instruction. In C.M. Reigeluth (Ed.). Instructional design theories and models: An overview of their current status. Hillsdale, NJ: Erlbaum. Keller, J.M. (1987). Strategies for stimulating the motivation to learn. Performance and Instruction, 26(8), 1-7. (EJ ) Knight, R., (2008). Πέντε εύκολα μαθήματα, Στρατηγικές για την επιτυχή διδασκαλία της Φυσικής, μετ. Π. Τζαμαλής, εκδ. Δίαυλος. Koballa TR, Glynn SM (2007) Attitudinal and motivational constructs in science learning. In: Abell SK, Lederman NG (eds) Handbook of research on science education. Lawrence Erlbaum Associates, Mahwah, pp L. Ding, N. Reay, A. Lee, and L. Bao, (2009). Are we asking the right questions? Validating clicker question sequences by student interviews. Am. J. Phys. 77 (7), Lemke JL (1990) Talking science: language, learning, and values. Ablex Publishing, Stamford Meltzer D. E., Manivannan K. (2002). Transforming the lecture-hall environment: the fully interactive physics lecture. Am. J. Phys. 70: Pilzer, S. (2001). Peer instruction in physics and mathematics. Primus, 11(2), Scott P., Asoki H., Leach J. (2010) Student conceptions and conceptual learning in science. In: Abell SK, Lederman NG (eds) Handbook of research on science education. Lawrence Erlbaum Associates, Mahwah, pp Small, R. (1997). Motivation in Instructional Design. ERIC Digest. ERIC Clearinghouse on Information and Technology, Center for Science and Technology, Syracuse, NY Ανακτήθηκε στις 21/3/2009 από Value_0=ED409895&ERICExtSearch_SearchType_0=no&accno=ED Sutton, C. (1998) New perspectives on language in science. In: Fraser BJ, Tobin KG (eds) International handbook of science education. Kluwer Academic, Dordrecht, pp [122]

143 Κεφάλαιο 4 Vosniadou, S. (2002). Mental Models in Conceptual Development. In L. Magnani & N. Nersessian Model-Based Reasoning: Science, Technology, Values, New York: Kluwer Academic Press Vygotsky LS (1993), Σκέψη και Γλώσσα, Εκδόσεις «Γνώση», 2η έκδοση 1993 (μτφρ. Α. Ρόδη) Κασσέτας, Α., (2004). Το Μήλο και το Κουάρκ. Aθήνα: Σαββάλας. Κολτσάκης Ε., Πιερράτος Θ., Πολάτογλου Χ., (2007). Αξιοποίηση των Τ.Π.Ε. στη διδακτική των Φ.Ε. στο Σ.Ε.Φ.Ε. μια μελέτη περίπτωσης. Πρακτικά του 10ου κοινού συνεδρίου των Ενώσεων Ελλήνων και Κυπρίων Φυσικών. Πιερράτος, Θ., Πολάτογλου, Χ. (2009). Η διδασκαλία του πρώτου νόμου του Νεύτωνα με την αξιοποίηση εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων που πραγματοποιήθηκαν στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, στο Καριώτογλου, Π. Σπύρτου, Α., Ζουπίδης, Α., Πρακτικά του 6ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών και Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση Οι πολλαπλές προσεγγίσεις της διδασκαλίας και της μάθησης των Φυσικών Επιστημών. Θεσσαλονίκη: Γράφημα. [123]

144 Κεφάλαιο 4 [124]

145 Κεφάλαιο 5 Κεφάλαιο 5ο Αποτελέσματα από τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος 5ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του συστήματος τηλεκαταγραφής απαντήσεων (CRS), σύμφωνα με τη μεθοδολογία που παρουσιάστηκε στο κεφάλαιο 3, με σκοπό την διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος της διατριβής: Είναι αποτελεσματική η χρήση ενός CRS, εντός του παιδαγωγικού πλαισίου της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων και μέσα στο Ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα, σε μικρά ακροατήρια μαθητών και φοιτητών; Το κεφάλαιο χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, παράγραφος 5.1, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών. Στο δεύτερο μέρος, παράγραφος 5.2, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών. 5.1 Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών Για να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας με τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών, στο πλαίσιο της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων, επιχειρήθηκε η εφαρμογή τεσσάρων (Α, Β, Γ και Δ ) διαφορετικών προτύπων υποβολής ερωτήσεων και αλληλεπίδρασης των εκπαιδευόμενων σε ομάδες και στην ολομέλεια. Τα πρότυπα αυτά εφαρμόστηκαν σε δύο τμήματα κατά τη διάρκεια δύο διαδοχικών ακαδημαϊκών ετών. Για να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα των διάφορων προτύπων καταγράφηκαν οι κατανομές των σωστών απαντήσεων για τους εκάστοτε γύρους ερωτήσεων, υπολογίστηκαν οι δείκτες μέσου κανονικοποιημένου κέρδους <g> και έγινε ανάλυση των συζητήσεων στην ολομέλεια για το πρότυπο Γ. Στην παράγραφο παρουσιάζονται συνοπτικά τα συνολικά αποτελέσματα από την εφαρμογή των τεσσάρων προτύπων στα δύο τμήματα. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα για κάθε ένα από τα τέσσερα πρότυπα. [125]

146 Κεφάλαιο Συνολικά αποτελέσματα Ανάλογα με το πρότυπο που χρησιμοποιήθηκε τέθηκε, σε κάθε διδακτική παρέμβαση, διαφορετικός αριθμός ερωτήσεων, σύμφωνα με όσα αναφέρονται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Στα Διαγράμματα 2 έως 9 παρουσιάζονται τα ποσοτικά αποτελέσματα της εφαρμογής των τεσσάρων προτύπων στα δύο τμήματα ΓΕ1 και ΓΕ2 κατά τη διάρκεια των ακαδημαϊκών ετών και αντίστοιχα. Συγκεκριμένα στα Διαγράμματα 2, 4, 6 και 8 δίνονται οι κατανομές των επί τοις εκατό σωστών απαντήσεων ανά γύρο απαντήσεων ανάλογα με το πρότυπο που ακολουθήθηκε, και στα Διαγράμματα 3, 5, 7 και 9 δίνονται οι τιμές του κανονικοποιημένου δείκτη κέρδους g (παράγραφος 2.3.4). Σε όσες περιπτώσεις ο δείκτης κέρδους έχει αρνητική τιμή, υιοθετήθηκε για τον υπολογισμό του η σχέση των Marc και Hummings (παράγραφος 2.3.4, σχέση [4]). Στις περιπτώσεις των προτύπων Γ και Δ υπολογίστηκαν οι κανονικοποιημένες τιμές του δείκτη κέρδους των διαδοχικών γύρων απαντήσεων σε σχέση με τις αρχικές απαντήσεις των φοιτητών. Έτσι ο δείκτης <gi1> (Πρότυπα Γ και Δ ) υπολογίστηκε από τη σχέση: όπου <%post>i είναι η μέση τιμή του ποσοστού των σωστών απαντήσεων κατά τον i-οστό (τρίτο ή τέταρτο) γύρο απαντήσεων, ενώ η τιμή <%pre> αναφέρεται πάντα στο ποσοστό των σωστών απαντήσεων κατά τον πρώτο γύρο. Πρότυπο Α Διάγραμμα 2. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Α (ΓΕ1, ΓΕ2). [126]

147 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 3. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (ΓΕ1, ΓΕ2). Πρότυπο Β Διάγραμμα 4. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Β (ΓΕ1, ΓΕ2). Διάγραμμα 5. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Β (ΓΕ1, ΓΕ2). [127]

148 Κεφάλαιο 5 Πρότυπο Γ Διάγραμμα 6. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (ΓΕ1, ΓΕ2). Διάγραμμα 7. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (ΓΕ1, ΓΕ2). Πρότυπο Δ Διάγραμμα 8. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση για το πρότυπο Δ (ΓΕ1, ΓΕ2). [128]

149 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 9. Δείκτης κέρδους ανά ερώτηση για το πρότυπο Δ (ΓΕ1, ΓΕ2). Στον Πίνακα 4 παρουσιάζονται οι μέσες τιμές των κανονικοποιημένων τιμών του δείκτη <g> για τα τέσσερα πρότυπα, καθώς και ο μέσος όρος για τον δείκτη <g 21> κατά την εφαρμογή των προτύπων Α και Γ (αφού στα πρότυπα Β και Δ ακολουθήθηκε διαφορετική διδακτική προσέγγιση σε σχέση με τα άλλα δύο πρότυπα), και του δείκτη <g 31> κατά την εφαρμογή των προτύπων Γ και Δ. Πρότυπο Α Πρότυπο Β Πρότυπο Γ Πρότυπο Δ Μέσος όρος <<g 21 >> 0.45 ± 0.14sd 0.18 ± 0.10sd 0.55 ± 0.12sd 0.59 ± 0.11sd 0.50 ± 0.09sd (Ν=17, Α, Γ) <<g 31 >> 0.80 ± 0.09sd 0.57 ± 0.11sd 0.75 ± 0.07sd (Ν=12, Γ,Δ) <<g 41 >> 0.50 ± 0.17sd <<g 51 >> 0.50 ± 0.18sd Πίνακας 4. Οι μέσες τιμές των κανονικοποιημένων τιμών του δείκτη <g> για τα τέσσερα πρότυπα (ΓΕ1, ΓΕ2) Στο Διάγραμμα 10 αναπαριστώνται οι μέσες τιμές και το διάστημα εμπιστοσύνης (95%) των τιμών του δείκτη <g 21> για τα τέσσερα πρότυπα. Διάγραμμα 10. Οι μέσες τιμές και το διάστημα εμπιστοσύνης (95%) των τιμών του δείκτη <g21> για τα τέσσερα πρότυπα (ΓΕ1, ΓΕ2). [129]

150 Κεφάλαιο Ανάλυση των αποτελεσμάτων ανά πρότυπο Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα για κάθε ένα από τα τέσσερα πρότυπα υποβολής ερωτήσεων που επιχειρήθηκαν στο πλαίσιο της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων. προτύπου Α. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Β. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Γ. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Δ. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του Πρότυπο Α. Όπως φαίνεται από τα Διαγράμματα 2 και 3, όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτύπου Α, στην πλειοψηφία των ερωτήσεων οι φοιτητές απαντούν καλύτερα, κατά μέσο ποσοστό 10,63%, μετά τη μεταξύ τους αλληλεπίδραση, σε συμφωνία με τη διεθνή βιβλιογραφία. Ο δείκτης κέρδους προσδιορίστηκε ίσος με 0.45 ± 0.14sd. Η τιμή αυτή κατατάσσει την αποτελεσματικότητα της διδακτικής παρέμβασης, σύμφωνα με τον Hake (1998), στις μέσης αποτελεσματικότητας δράσεις. Σε μία μόνο ερώτηση (ερώτηση 2, Παράρτημα Στ ) παρατηρήθηκε οπισθοδρόμηση όσον αφορά το ποσοστό των σωστών απαντήσεων μετά την αλληλεπίδραση στις ομάδες. Η οπισθοδρόμηση αυτή μπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους, παρεξηγήσεις και παρερμηνείες που αναδύονται μέσα σε κάποια ομάδα ή ομάδες και αναδεικνύει ένα αδύνατο σημείο της μεθόδου το οποίο έχει καταγραφεί και στη διεθνή βιβλιογραφία (Crouch & Mazur, 2001): η δυναμική των ομάδων και οι φοιτητές που θεωρούνται αυθεντίες από τους συμφοιτητές τους μπορούν να παρασύρουν μερικούς φοιτητές προς τη λάθος κατεύθυνση. Η υιοθέτηση του συγκεκριμένου προτύπου δεν δίνει τη δυνατότητα καταγραφής της ενδεχόμενης αποκατάστασης αυτών των παρεξηγήσεων μετά την ερμηνεία που παρουσιάζει ο διδάσκων, για παράδειγμα, μέσω ενός τρίτου γύρου απαντήσεων. Η ερώτηση 6 (Παράρτημα Στ ) χαρακτηρίζεται, εκ του αποτελέσματος, πολύ δύσκολη για το επίπεδο των φοιτητών ή ακατάλληλα διατυπωμένη. Η μηδαμινή απόδοση των φοιτητών δίνει τη δυνατότητα στο διδάσκοντα να εντοπίσει μία σοβαρή εναλλακτική ιδέα των φοιτητών ή/και αστοχία στη διατύπωση της ερώτησης. Θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι όταν ο διδάσκων διαπιστώνει ότι οι [130]

151 Κεφάλαιο 5 αρχικές απαντήσεις παρουσιάζουν ποσοστά επιτυχίας χαμηλότερα από 20% θα πρέπει, αφού αποσαφηνίσει το περιεχόμενο της ερώτησης, να υιοθετήσει κάποιο πρότυπο που εμπλέκει περισσότερο τους φοιτητές μεταξύ τους από ό,τι το πρότυπο Α Πρότυπο Β. Στα Διαγράμματα 4 και 5, όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτύπου Β, καταγράφεται ότι οι φοιτητές απαντούν καλύτερα, κατά μέσο ποσοστό 7.75%, ενώ σε όλες τις ερωτήσεις παρατηρείται βελτίωση στο ποσοστό των φοιτητών που απαντούν σωστά. Ο δείκτης κέρδους προσδιορίστηκε ίσος με 0.18 ± 0.10sd, αισθητά μικρότερος από αυτόν του προτύπου Α. Η τιμή αυτή κατατάσσει την αποτελεσματικότητα της διδακτικής παρέμβασης, σύμφωνα με τον Hake (1998), στις χαμηλής αποτελεσματικότητας δράσεις. Επί της διαδικασίας, οι διαφορές από το πρότυπο Α είναι δύο: ζητείται ομοφωνία μέσα στην ομάδα στο δεύτερο γύρο και προηγείται εκτενής συζήτηση μεταξύ των φοιτητών στην ολομέλεια πριν συσκεφθούν στις ομάδες. Από την ανάλυση των δεδομένων και από συνεντεύξεις των φοιτητών προκύπτει ότι παρά την απαίτηση ομοφωνίας αυτή δεν κατέστη δυνατή κάθε φορά, καθώς μερικοί φοιτητές αρνούνταν να αλλάξουν την άποψή τους και να υιοθετήσουν αυτή των υπόλοιπων μελών της ομάδας τους. Επίσης, όπως προκύπτει και από συνεντεύξεις των φοιτητών, οι ίδιοι οι φοιτητές κρίνουν καλύτερη την τακτική προσφυγής στις ομάδες όπου μπορούν να εκφράσουν πιο εύκολα τη γνώμη τους και να αρχίζουν να αποκρυσταλλώνουν την προσωπική τους άποψη και στη συνέχεια να ακολουθεί η συζήτηση στην ολομέλεια. Τα φτωχά αποτελέσματα αυτής της διδακτικής προσέγγισης (πρότυπο Β ) πιθανόν να συνδέονται και με το γεγονός ότι ακολουθήθηκε η αντίστροφη πορεία Πρότυπο Γ. Στα Διαγράμματα 6 και 7, όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτύπου Γ, τα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα. Ο δείκτης κέρδους από τον πρώτο στο δεύτερο γύρο απαντήσεων υπολογίστηκε ίσος με 0.55 ± 0.12sd, ενώ από τον πρώτο στον τρίτο γύρο βρέθηκε ίσος με 0.80 ± 0.09sd. Η τιμή αυτή κατατάσσει την αποτελεσματικότητα της διδακτικής παρέμβασης, σύμφωνα με τον Hake (1998), στις υψηλής αποτελεσματικότητας δράσεις, καθιστώντας το πρότυπο Γ το πιο αποτελεσματικό από τα τέσσερα πρότυπα που εφαρμόστηκαν. Το πρότυπο αυτό διαφέρει από το πρότυπο Α στο γεγονός ότι μετά τη συζήτηση που ακολουθεί το δεύτερο γύρο απαντήσεων, οι φοιτητές έχουν τη δυνατότητα να απαντήσουν ξανά, πριν την αποκάλυψη της σωστής απάντησης από το διδάσκοντα. Σε επτά από τις εννιά ερωτήσεις η διαδικασία αυτή οδήγησε σε αύξηση του ποσοστού των σωστών απαντήσεων από τον δεύτερο στον τρίτο γύρο. Σε δύο περιπτώσεις, στις ερωτήσεις 1 και 4, καταγράφηκε μικρή οπισθοχώρηση. Στις ερωτήσεις 6 και 8 ο τρίτος γύρος αύξησε επίσης το ποσοστό που είχε παραμείνει αμετάβλητο μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες. [131]

152 Κεφάλαιο 5 Με δεδομένο ότι οι ερωτήσεις 2 και 5 (Παράρτημα Η ) καθώς και οι ερωτήσεις 3 και 6 (Παράρτημα Η ) είναι μεταξύ τους ισομορφικές, απαιτούν δηλαδή την ίδια ακριβώς θεωρητική διαπραγμάτευση αν και διατυπώνονται σε διαφορετικό πλαίσιο, είναι σημαντικό το γεγονός ότι οι φοιτητές παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά στις απαντήσεις τους, ξεκινώντας ταυτόχρονα στις ερωτήσεις 5 και 6 από αρκετά υψηλότερα ποσοστά σωστών απαντήσεων από αυτά των ερωτήσεων 2 και 3 αντίστοιχα. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει την εγκυρότητα της υψηλής αποτελεσματικότητας που καταγράφηκε κατά την αντιμετώπιση των ερωτήσεων 2 και 3. Το πρότυπο αυτό φαίνεται να οδηγεί σε ικανοποιητικά αποτελέσματα απαιτώντας αρκετά μικρότερη επένδυση σε χρόνο, γεγονός που αποτυπώνεται από το μεγάλο πλήθος ερωτήσεων που τέθηκαν σε χρονικό διάστημα ίσο με αυτό της εφαρμογής των υπόλοιπων προτύπων. Πολύ σημαντικό κρίνεται επίσης το γεγονός ότι η διαδικασία συζήτησης στην ολομέλεια έδωσε την ευκαιρία στο διδάσκοντα να καταγράψει, σε επίπεδο τάξης, τις ιδέες των φοιτητών και τους λόγους για τους οποίους αυτοί έδωσαν τις συγκεκριμένες απαντήσεις. Αρκετές φορές δόθηκε η ευκαιρία να αναδειχθεί το γεγονός οι φοιτητές να δίνουν σωστές απαντήσεις για λάθος όμως λόγους. Κρίνεται επομένως ότι η προσφυγή στην ολομέλεια που εισήγαγε το συγκεκριμένο πρότυπο και η δυνατότητα τρίτου γύρου απαντήσεων, έδωσε την ευκαιρία να αναδειχθούν και να αναπτυχθούν μεταγνωστικοί μηχανισμοί μάθησης. Ενδεικτικά, στην παράγραφο παρατίθενται και σχολιάζονται χαρακτηριστικά αποσπάσματα από την απομαγνητοφώνηση της συζήτησης που διεξήχθη κατά τη διάρκεια του 4ου εργαστηρίου στο Τμήμα ΓΕ 1 ( ), ενώ στην παράγραφο παρατίθενται και σχολιάζονται αντίστοιχα αποσπάσματα από την απομαγνητοφώνηση της συζήτησης που διεξήχθη κατά τη διάρκεια του 4ου εργαστηρίου στο Τμήμα ΓΕ 2 ( ). Οι απομαγνητοφωνήσεις αυτές αναδεικνύουν τον πλούτο των ιδεών των φοιτητών πολλές από τις οποίες συνιστούν ισχυρά συστήματα λανθασμένων ιδεών τα οποία έρχονται στην επιφάνεια μέσα από τη συζήτηση στην ολομέλεια, προσφέροντας τη δυνατότητα στο διδάσκοντα να τις αναδείξει και να τις αντιμετωπίσει Απομαγνητοφώνηση τμήματος ΓΕ 1. Στην απομαγνητοφώνηση που ακολουθεί τα ονόματα των φοιτητών έχουν αντικατασταθεί με Φοιτητής ΑΡΙΘΜΟΣ, όπου ΑΡΙΘΜΟΣ είναι ένας αριθμός από το 1 μέχρι το 11 που αντιστοιχεί στον ίδιο φοιτητή κάθε φορά. Επίσης, για λόγους οικονομίας στο κείμενο χρησιμοποιείται το αρσενικό γένος για να δηλώσει τόσο έναν φοιτητή όσο και μία φοιτήτρια. Μολονότι παρουσιάζει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον να σχολιαστούν οι λανθασμένες ιδέες και τα εναλλακτικά συστήματα ιδεών που προκύπτουν από τις συζητήσεις που ακολουθούν, στην διαπραγμάτευσή μας εστιάζουμε μόνο στις σωστές απαντήσεις των φοιτητών που δίνονται όμως για λάθους λόγους. Τα υπόλοιπα αποσπάσματα παρατίθενται για λόγους πληρότητας ώστε να [132]

153 Κεφάλαιο 5 σχηματιστεί ολοκληρωμένη εικόνα για το πλαίσιο μέσα στο οποίο πραγματοποιήθηκε η εκάστοτε συζήτηση. Η τακτική αντικατάστασης των ονομάτων των φοιτητών και των μαθητών με αριθμούς, καθώς του σχολιασμού μόνο των σωστών απαντήσεων που στηρίζονται σε λάθος επιχειρήματα, ακολουθείται σε όλες τις απομαγνητοφωνήσεις που ακολουθούν τόσο στο 5ο όσο και στο 6ο κεφάλαιο. Στο Διάγραμμα 11 παρουσιάζονται οι κατανομές των απαντήσεων των φοιτητών στους τρεις γύρους απαντήσεων για τις εννέα (9) ερωτήσεις που τέθηκαν κατά την εφαρμογή του προτύπου Γ στο τμήμα ΓΕ 1. Διάγραμμα 11. Τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση στους τρεις γύρους απαντήσεων (πρότυπο Γ - ΓΕ1). Ερώτηση 1 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). το Α Ερευνητής: Κάποιος που απάντησε και πριν και τώρα το Α, να μας εξηγήσει γιατί πιστεύει ότι είναι Φοιτητής 6: Δε ξέρω, απλά μου φαίνεται πιο λογικό. Ερευνητής: Γιατί; Φοιτητής 6: Ερευνητής: Σε τι διαφέρει το Α από το Β; Φοιτητής 6: Το Β είναι η εφαπτόμενη και το Α δεν είναι Ερευνητής: Ποιο είναι ευθύγραμμο και ποιο είναι καμπυλωμένο; Φοιτητής 6: Α! το Α είναι καμπυλωμένο. [133]

154 Κεφάλαιο 5 Ερευνητής: Ωραία, γιατί πιστεύεις ότι πρέπει να είναι το Α που είναι καμπυλωμένο; Φοιτητής 6: Γιατί αφού κάνει από την αρχή κυκλική κίνηση, άρα θα θέλει να είναι λίγο καμπυλωμένο Ερευνητής: Ωραία. Κάποιος που έχει απαντήσει Β και θέλει να αντικρούσει το επιχείρημα του Φοιτητή 1; Φοιτητής 1: Εγώ να πω την αλήθεια αρχικά απάντησα Α αν και πίστευα ότι είναι το Β. Γιατί, το σκέφτηκα με τη σφύρα. Όταν αυτός ο αθλητής γυρίζει τη σφύρα γύρω από το κεφάλι του δεν είναι κυκλική κίνηση αυτό που κάνει; Ερευνητής: Είναι Φοιτητής 1: Αν την αφήσει τη σφύρα και κάνει, ακολουθήσει την πορεία της Α θα φύγει από τα πλαίσια που έχουν οριστεί! Το τριγωνάκι θα κάνει μία καμπυλόγραμμη τροχιά και θα φύγει. Ενώ είναι εφαπτόμενη. Αν είναι εφαπτόμενη, φεύγει ευθεία η σφύρα Ερευνητής: Άρα δε ξέρεις ποια είναι η σωστή απάντηση Φοιτητής 1: Η Β!! Σχόλιο: Ο συγκεκριμένος φοιτητής δίνει σωστή απάντηση (τη Β), όμως οι λόγοι του είναι καθαρά διαισθητικοί και επικαλείται την εμπειρία του. Αδυνατεί να παράσχει επιχειρήματα από τη Φυσική. Ερευνητής: Υπάρχει κάποιος που μπορεί να εξηγήσει με «φυσική» την απάντησή του, Α ή Β; Φοιτητής 10: Υπάρχει μία ταχύτητα. Και όταν κοπεί το σκοινί το σώμα θα κινείται σα να έχει αυτή την ταχύτητα η οποία είναι κάθετη στην ακτίνα, Ερευνητής: Γιατί να μην στρίψει όπως στρίβει το άλλο; Φοιτητής 10: Γιατί να στρίψει, αφού έχει μία τέτοια αρχική ταχύτητα; Σχόλιο: Και αυτός ο φοιτητής δίνει τη σωστή απάντηση ενώ ο συλλογισμός του έχει στοιχεία που είναι προς τη σωστή κατεύθυνση. Ωστόσο αδυνατεί να χρησιμοποιήσει κατά την επιχειρηματολογία του τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα που είναι και το ζητούμενο. Φοιτητής 3: Η σφαίρα έχει μία στροφορμή. Άρα θα στρίψει θα κάνει καμπύλη. Η αρχική ταχύτητα είναι όντως προς το Β. Έτσι ξεκινάει. Όμως λόγω της στροφορμής θα στρίψει τελικά έτσι (δείχνει καμπύλη τροχιά). [134]

155 Κεφάλαιο 5 Ερευνητής: Προς τα πού είναι η στροφορμή του; Φοιτητής 3: (Σχηματίζει με το δεξί του χέρι σωστά τον κανόνα του δεξιού χεριού). Προς τα πάνω. Ερευνητής: Σε ποιο σημείο εφαρμόζεται το διάνυσμα; Φοιτητής 3: Στο κεφάλι του τύπου προς τα πάνω (δείχνει) Φοιτητής 5: Από τη στιγμή που σπάει το σκοινί ταχύτητα, θα συνεχίσει την πορεία στο Β. δε θα επιδράει, δε θα υπάρχει γωνιακή Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 απαντάει επίσης σωστά. Και αυτός όμως δεν χρησιμοποιεί τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Η απάντησή του είναι περισσότερο διαισθητική. Ερώτηση 2 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Ερευνητής: Κάποιος που απαντάει Α, ας δικαιολογήσει την άποψή του Φοιτητής 1: Εγώ απάντησα Α. Νομίζω ότι απλά, αφού θα τη χτυπήσουμε στιγμιαία θα κινηθεί προς τα εκεί που θα ασκηθεί δύναμη. Αφού δεν ασκείται άλλη δύναμη, ασκείται μόνο αυτή, οπότε η συνισταμένη δε ξέρω Φοιτητής 2: Η ίδια λογική με πριν δεν είναι; Ερευνητής: Δηλαδή; Φοιτητής 2: Ότι από τη στιγμή που ασκείται μία δύναμη προς τα εκεί, βάρος και τριβές δεν υπάρχουν, και λογικά είναι και σημειακό, Φοιτητής 3: mu δεν είναι η ορμή; Ερευνητής: Ορμή; (προς την ολομέλεια) Ο Φοιτητής 3 μιλάει με όρους ορμής. Φοιτητής 3: Η ορμή είναι mu, και μάζα έχει, άρα έχει ορμή Ερευνητής: Ωραία, και πώς ταιριάζει αυτό; [135]

156 Κεφάλαιο 5 Ερευνητής: Εδώ ο Φοιτητής 2 λέει ότι η περίπτωση αυτή είναι σαν την προηγούμενη. Δεν ασκούνταν δύναμη, ασκήθηκε μία δύναμη, το σώμα θα πάει προς τα εκεί που ασκήθηκε η δύναμη. Μπορεί κάποιος που απάντησε Β να αντικρούσει το επιχείρημα του Φοιτητή 2; Φοιτητής 4: Εγώ είπα ότι αφού αρχικά η μπάλα πηγαίνει κάθετα, δηλαδή έτσι (δείχνει), έχει μια ταχύτητα, ας πούμε u x, μετά εμείς της δίνουμε μία ταχύτητα κάθετη, u y, οπότε μετά θα πάρουμε τη συνισταμένη. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 4, αν και δε χρησιμοποιεί τη γλώσσα με ιδιαίτερα σωστό τρόπο, φαίνεται να αντιλαμβάνεται ικανοποιητικά τι γίνεται και απαντάει σωστά. Ωστόσο, δεν χρησιμοποιεί καθόλου επιχειρήματα σχετικά με τις δυνάμεις και τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Ερευνητής: Φοιτητή 5 συμφωνείς; Φοιτητής 5: Στην ουσία είναι κάθετη στην κίνηση, η κλωτσιά είναι κάθετη στην κίνηση και δίνει άλλη μια ταχύτητα, εεε, όταν κινείται έτσι η μπάλα δεν επιδρά πάνω στην κίνησή της, δηλαδή δεν αλλάζει η ορμή της, οπότε θα συνεχίσει να κινείται στη συνισταμένη διεύθυνση. Ερευνητής: Άρα συμφωνείς με το Φοιτητή 4; Φοιτητής 5: Θα έχει δύο ταχύτητες κάθετες μεταξύ τους και θα φύγει διαγώνια Ερευνητής: Θα πάει στο Β δηλαδή; Φοιτητής 5: Επειδή είναι σταθερές οι ταχύτητες και οι δύο Αν η μία ταχύτητα ήταν μεγαλύτερη θα πήγαινε αλλιώς Σχόλιο: Ενώ αρχικά φαίνεται ότι ο Φοιτητής 5 απαντάει σωστά τείνοντας προς το σωστό μοντέλο, όπως και ο Φοιτητής 4, με την τελευταία του δήλωση αποκαλύπτει ότι ο συλλογισμός του δεν είναι ολοκληρωμένος. Ερευνητής: Φοιτητή 3 διαφωνείς (σηκώνει το χέρι κουνώντας το) Φοιτητής 3: Εγώ διαφωνώ! Γιατί αν ήταν έτσι θα έπρεπε η γωνία να είναι 45 μοιρών Ερευνητής: Αν ξεχάσουμε τις μοίρες και μείνουμε ποιοτικά στο είδος της τροχιάς; Φοιτητής 4: Κι ακόμη, εγώ πιστεύω, ότι για να πάει η μπάλα έτσι πως την κλωτσήσαμε εμείς, θα έπρεπε να είναι σταματημένη, και η μπάλα δεν είχε σταματήσει. [136]

157 Κεφάλαιο 5 Σχόλιο: Ο Φοιτητής 4 εξακολουθεί να δείχνει ότι κινείται σωστά. Αν και ο διδάσκων θα μπορούσε να υποθέσει ότι με τη δήλωση αυτή υπονοεί ότι έχει υιοθετήσει το σωστό μοντέλο, ας σημειωθεί ότι ο φοιτητής δεν έχει κάνει καμία αναφορά στην έννοια της δύναμης και του πρώτου νόμου του Νεύτωνα. Ερευνητής: Φοιτητή 6 τι λες εσύ σε αυτό που λέει ο Φοιτητής 4; Γιατί είχες απαντήσει το Α Φοιτητής 6: Ότι είναι σταθερή δεν έχει σημασία. Δε ξέρω Φοιτητής 4: Ναι, όμως δεν σταμάτησε. Αν είναι σταματημένη εκεί που θα την κλωτσήσω θα πάει. Άμα προχωράει, σιγά μην κάνει κατευθείαν την τροχιά που της δίνουμε εμείς Ερευνητής: Φοιτητή 7 τις λες; Φοιτητής 7: το Α δεν μπορεί να είναι. Είχε μια αρχική ταχύτητα, βάλαμε μία δύναμη, επειδή δεν ήταν στην πορεία της κίνησης δεν έχει καμία σχέση με την ταχύτητα, θα τη διατηρήσει στο χ, αλλά θα πάρει ταχύτητα και στον ψ, οπότε αναγκαστικά θα πάει Σχόλιο: Παρά την κακή χρήση της γλώσσας φαίνεται ότι ο Φοιτητής 7 αντιλαμβάνεται την κατάσταση τόσο σωστά όσο και ο Φοιτητής 4. Ερευνητής: Άρα λες ό,τι ο Φοιτητής 4 και ο Φοιτητής 5 Φοιτητή 8; Φοιτητής 8: Κι εγώ αυτό με τη συνισταμένη ταχυτήτων νομίζω, οι ταχύτητες είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους έτσι κι αλλιώς Σχόλιο: Και αυτή η απάντηση έχει καταγραφεί ως σωστή, ωστόσο ούτε ο Φοιτητής 8 έχει σχηματίσει ένα ολοκληρωμένο μοντέλο που περιγράφει το φαινόμενο. Ερευνητής: Φοιτητή 2, τι έχεις να πεις ως αντεπιχείρημα; Αλλάζεις άποψη μετά από όσα άκουσες; Φοιτητής 2: Εξακολουθώ να πιστεύω ό,τι και πριν. Φοιτητής 3: Εγώ καταρχάς θα ήθελα να προσθέσω ότι κατά τη γνώμη μου, αν ασκήσουμε πολύ μεγάλη δύναμη συγκριτικά με την αρχική ταχύτητα, θα έφευγε πάνω, αν η αρχική ταχύτητα ήταν αμελητέα. Παρόλα αυτά εγώ πιστεύω ότι είναι το Ε Ερευνητής: Γιατί; Φοιτητής 3: Γιατί έχει μία ταχύτητα, μία συνισταμένη η οποία πάει προς τα δεξιά, αλλά ασκείται μία δύναμη οπότε αναγκαστικά στρίβει προς τα πάνω Ερευνητής: Ναι αλλά η τροχιά στο Ε τι μορφή έχει; Είναι ευθεία, είναι καμπύλη; [137]

158 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 3: Καμπύλη Ερευνητής: Με βάση όσα είπαμε προηγουμένως μπορεί κάποιος να αντικρούσει το επιχείρημά του; Φοιτητής 9: Μήπως αν είχε τριβή θα ήταν το Ε. Ερευνητής: Εμείς είμαστε σε λείο επίπεδο πάντως Φοιτητής 9: Τότε είναι το Β; Φοιτητής 1: Μα είχαμε πει προηγουμένως ότι για να κάνει καμπυλόγραμμη κίνηση θα πρέπει να υπάρχει μία δύναμη που να την αναγκάζει να το κάνει Ερευνητής: Πολύ ωραία! Φοιτητής 1: Εδώ δεν υπάρχει τίποτα για να την αναγκάσει να κάνει καμπυλόγραμμη κίνηση Φοιτητής 4: Εγώ πιστεύω ότι αν ήταν να κάνει καμπυλόγραμμη, πιο λογικό φαίνεται το Δ από το Ε. Ερευνητής: Απαντήστε να δούμε Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1, ο οποίος αρχικά είχε απαντήσει το Α αξιοποιεί τη συζήτηση που προηγήθηκε κατά την ερώτηση 1 και όσα ακολούθησαν κατά τη συζήτηση της ερώτησης αυτής και αλλάζει άποψη μετακινούμενος προς το σωστό μοντέλο. Αντίθετα, η φράση του Φοιτητή 4 αφήνει περιθώρια να αμφισβητηθεί η σε βάθος κατανόηση του φαινομένου. Πράγματι, μέχρι στιγμής ο φοιτητής αυτός δεν είχε κάνει καμία αναφορά στην έννοια της δύναμης: τα επιχειρήματά του είχαν να κάνουν με την ανεξαρτησία των κινήσεων. Έτσι, φαίνεται ότι δεν είχε αναπτύξει τα κατάλληλα εργαλεία για να καταρρίψει τις απαντήσεις Δ και Ε. Ερώτηση 3 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Φοιτητής 5: Μετά την κλωτσιά, είναι σαν κρούση, μετά την κρούση δεν ασκούνται πλέον δυνάμεις, οπότε έχει πάρει μία ταχύτητα λόγω των δυνάμεων τη στιγμή της κρούσης, και μετά δε μεταβάλλεται, δεν επιδρά τίποτα Σχόλιο: Ο φοιτητής υιοθετεί τη σωστή απάντηση για λόγους, που αν και δεν διατυπώνονται με ακρίβεια, είναι σωστοί. Φοιτητής 3: Εγώ πιστεύω ότι είναι θέμα εκφώνησης. Το έχω κλωτσήσει, απέκτησε επιτάχυνση, F = ma, δεν υπάρχουν μετά τριβές άρα θα συνεχίσει να έχει επιτάχυνση. Οπότε θα αυξηθεί η ταχύτητά του και θα συνεχίσει να αυξάνεται [138]

159 Κεφάλαιο 5 Ερευνητής: Τι λέτε για αυτό που λέει ο Φοιτητής 3; Φοιτητής 7: Ήταν στιγμιαία η δύναμη που ασκήσαμε, οπότε δεν θα υπάρχει δύναμη, δεν θα υπάρχει επιτάχυνση Σχόλιο: Ο φοιτητής αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Φοιτητής 9: Ή το Α ή το Β είναι σίγουρα Αλλά, επειδή θα αποκτήσει αρχικά μία επιτάχυνση μήπως θα τη διατηρήσει κιόλας επειδή δεν υπάρχουν άλλες δυνάμεις; Δεν είμαι σίγουρος Ερευνητής: Άρα είσαι κοντά στο μοντέλο που λέει ο Φοιτητής 3. Φοιτητής 9: Ναι, αλλά πάλι αμφιβάλλω Φοιτητής 11: Εγώ νομίζω ότι δε θα τη διατηρήσει. Για να υπάρχει επιτάχυνση πρέπει να υπάρχει δύναμη και αφού δεν θα υπάρχει δύναμη δεν θα υπάρχει επιτάχυνση Σχόλιο: Ο φοιτητής αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Ερευνητής: Ποιος έχει απαντήσει το Δ; Φοιτητής 1: Εγώ. Όταν του δώσεις την κλωτσιά δεν θα αυξηθεί; Λογικά Ερευνητής: Τη στιγμή που του δίνω την κλωτσιά, προφανώς. Εδώ όμως λέει τι θα γίνει μετά Φοιτητής 1: Ε μετά τι; Ακόμη και αν είναι λείο Εντάξει, μου είπαν τα κορίτσια ότι δεν υπάρχει τριβή αφού είναι λείο, και τι, όλο θα κινείται; Ερευνητής: Το διαστημόπλοιο Pioneer κινείται με ταχύτητα χιλ/ώρα χωρίς να τροφοδοτείται ενεργειακά από κάποια πηγή. Πώς είναι δυνατόν; Φοιτητής 5: 1ος νόμος του Νεύτωνα! Ερευνητής: Άρα απαντώντας σε σένα Φοιτητή 1, φυσικά θα συνεχίσει να κινείται! Φοιτητής 1: Άρα για πολύ μετά που μιλάμε εδώ δε μεταβάλλεται Σχόλιο: Ο φοιτητής αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Ερώτηση 4 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). [139]

160 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 1: Προηγουμένως είχα απαντήσει το Δ αλλά με έπεισαν! Βασικά, εφόσον η ταχύτητα είναι σταθερή, οπότε γνωρίζουμε ότι όταν ένα σώμα κινείται με σταθερή ταχύτητα, η συνισταμένη των δυνάμεών του θα πρέπει να είναι ίση με μηδέν. Οπότε, η τριβή που υπάρχει από το πάτωμα θα πρέπει να ισούται με την ταχύτητα, εε με την δύναμη που το σπρώχνουμε εμείς, και να είναι ΣF=0. Γιατί αν ήταν η δύναμη μεγαλύτερη από την τριβή τότε θα είχε ΣF=ma. Ερευνητής: Φοιτητή 3 συμφωνείς; Φοιτητής 3: Ναι, συμφωνώ. Ερευνητής: υπάρχει κανείς που να διαφωνεί με τη λογική του; Σχόλιο: Ο Φοιτητής 3 αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Ερώτηση 5 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Ερευνητής: Θέλει κάποιος να μας δικαιολογήσει γιατί κατά την άποψή του είναι το Β; Φοιτητής 9: Εγώ πιστεύω ότι είναι ακριβώς η ίδια περίπτωση με την κλωτσιά πριν, απλά προλαβαίνει να αποκτήσει μεγαλύτερη ταχύτητα επειδή είναι η μηχανή Εκτός αν κάνει κυκλική τροχιά, αλλά δεν κάνει οπότε το Β. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 9 αντιλαμβάνεται σωστά την εννοιολογική ομοιότητα με το προηγούμενο φαινόμενο και απαντάει σωστά. Ερευνητής: Κάποιος που να λέει το Α; Φοιτητής 4: Εγώ Ο πύραυλος αρχικά πάει οριζόντια. Μετά που ανάβουν οι μηχανές θα υπάρχει και η κάθετη ταχύτητα, οπότε όπως και πριν με τη μπάλα θα πάρουμε τη συνισταμένη οπότε θα πάει λοξά μέχρι το c. Αλλά εγώ λέω ότι στο c μετά σβήνει η μηχανή οπότε δεν υπάρχει η ταχύτητα η κάθετη και είναι μόνο η οριζόντια. Οπότε λογικά, αφού είναι μόνο η οριζόντια, θα πάει οριζόντια Ερευνητής: Φοιτητή 5 τι θέλεις να πεις γι αυτό; (σηκώνει χέρι) Φοιτητής 5: όταν ανάβει η μηχανή θα κάνει μία τροχιά όπως η Ε, όταν φτάσει στο c με το που σταματήσει η μηχανή, θα σταματήσει η δύναμη αλλά η ταχύτητα που θα έχει πάρει θα διατηρηθεί. Φοιτητής 4: Αυτό μου λένε και τα κορίτσια, αλλά δε με πείθει [140]

161 Κεφάλαιο 5 Ερευνητής: Άρα με αυτή τη λογική Φοιτητή 5 τι είπες; Φοιτητής 5: το Β. Σχόλιο: Αν και ο Φοιτητής 5 μιλάει για διατήρηση της ταχύτητας αντί για τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα φαίνεται να αντιλαμβάνεται καταρχήν σωστά το φαινόμενο. Φοιτητής 9: Ναι αλλά γιατί όταν θα ανάψουν οι μηχανές θα πάει όπως το Ε; Ερευνητής: Είναι αυτό που υποθέτει ότι θα γίνει ο Φοιτητής 5 Φοιτητής 7: Εγώ στην αρχή είχα Β, μετά κάτι μου καρφώθηκε και έβαλα το Δ, αλλά τελικά είναι Β. Ερευνητής: Με ποια λογική έβαλες το Δ; Φοιτητής 7: Για το ενδιάμεσο Έλεγα θα έχει ταχύτητα, θα έχει επιτάχυνση οπότε θα είναι κάπως σαν το Δ. Ερευνητής: Για αυτό που είπε ο Φοιτητής 9, ότι μοιάζει με το προηγούμενο με την κλωτσιά, τι λες; Υπάρχουν ομοιότητες, υπάρχουν διαφορές; Φοιτητής 7: Ελάχιστες! Καταρχήν δεν πρέπει να πειράξουμε σε καμία περίπτωση την ταχύτητα που πάει έτσι. Επειδή είναι άσχετο. Οπότε μας νοιάζει, σίγουρα θα πηγαίνει κάτι προς τα εκεί, τώρα με ποια μορφή, εξαρτάται από τη δύναμη, από το ενδιάμεσο Αλλά αφού βλέπουμε ότι σταμάτησε η μηχανή έχουμε μία ταχύτητα που πάει προς τα εκεί Ερευνητής: Φοιτητή 2 τι λες; Φοιτητής 2: Εγώ, όπως τότε με την μπάλα που την κλωτσήσαμε, είναι το ίδιο πράγμα. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 9 αντιλαμβάνεται σωστά την εννοιολογική ομοιότητα με το προηγούμενο φαινόμενο και απαντάει σωστά. Ερώτηση 6 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Ερευνητής: Γιατί είναι το Α; Φοιτητής 3: Επειδή κινείται στο κενό, δεν ασκούνται δυνάμεις, οπότε διατηρείται η ταχύτητα. Σχόλιο: Όπως και ο Φοιτητής 5 προηγουμένως έτσι και ο Φοιτητής 3 χρησιμοποιεί την διατήρηση της ταχύτητας ως επιχείρημα. [141]

162 Κεφάλαιο 5 Ερώτηση 7 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Φοιτητής 5: Είναι σαν οριζόντια βολή. Και το βεληνεκές, η οριζόντια απόσταση, έχει σχέση μόνο με την αρχική τους ταχύτητα. Εγώ αυτό πιστεύω. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Φοιτητής 6: Εγώ έβαλα το Ε. Ερευνητής: Ο Φοιτητής 5 λέει ότι δεν παίζει ρόλο η μάζα. Εσύ τι λες; Φοιτητής 6: Ότι παίζει Ερευνητής: Γιατί; Φοιτητής 6: Γιατί θα έχουν άλλη δυναμική εκεί πάνω, κι επειδή η ενέργεια διατηρείται, στο τέλος θα έχουν άλλη κινητική, οπότε η ταχύτητα θα είναι διαφορετική. Οπότε, μάλλον, θα προχωρήσει περισσότερο αυτό που θα έχει περισσότερη ταχύτητα. Φοιτητής 5: Αφού έχουν την ίδια ταχύτητα Φοιτητής 6: Έχουν πάνω. Αλλά έχουν άλλη δυναμική mgh, ενώ το άλλο 2mgh. Οπότε κάτω θα έχουν άλλη κινητική. Ερευνητής: Εσύ τι λες; (στον Φοιτητή 5) Φοιτητής 5: Όταν φτάσουν να πέσουν από το τραπέζι έχουν μια ταχύτητα σταθερή. Η επίδραση του βάρους και στα δύο τα δίνει την ίδια επιτάχυνση. Οπότε η κίνηση που θα κάνουν είναι η ίδια. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 εξακολουθεί να αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Ερευνητής: Ο Φοιτητής 6 όμως χρησιμοποίησε όρους ενέργειας Φοιτητής 10: Τα δυάρια που λέει φεύγουν και από την κινητική. Γιατί το ένα έχει 1/2mu 2 και το άλλο 1/2*2mu 2. Φοιτητής 5: (Προς το Φοιτητή 6) Η δυναμική και η κινητική που λες είναι στον κάθετο άξονα. Ενώ η ταχύτητα που έχει στον οριζόντιο άξονα είναι σταθερή. Δεν έχει σχέση. [142]

163 Κεφάλαιο 5 Σχόλιο: Το θεωρητικό ερμηνευτικό πλαίσιο του Φοιτητή 5 αδυνατεί στο σημείο αυτό να εντοπίσει την αδυναμία του μοντέλου του Φοιτητή 6, προσάπτοντας διανυσματικά χαρακτηριστικά στην ενέργεια. Ερευνητής: Διατυπώθηκαν απόψεις, απαντήστε ξανά Οι φοιτητές απαντούν και προβάλλεται η τελική κατανομή (Διάγραμμα 11, Γ γύρος). Φοιτητής 6: Το Δ είναι λάθος, εννοώ Ε. Ερευνητής: Δεν πείστηκες από την επιχειρηματολογία για τη μάζα που φεύγει Φοιτητής 6: Όχι! Ερώτηση 8 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Ερευνητής: Γιατί Β; Φοιτητής 2: Γιατί έχει βάρος η μπάλα Ερευνητής: Και στις άλλες τροχιές δε φαίνεται να έχει βάρος η μπάλα; Φοιτητής 2: Φαίνεται, αλλά δεν είναι φυσιολογικό εκεί που κάνει καμπύλη τροχιά να πάει οριζόντια Σχόλιο: Το επιχείρημα του Φοιτητή 2, ο οποίος απαντάει σωστά, είναι εμπειρικό. Δεν φαίνεται να αντιλαμβάνεται ότι η καμπυλωμένη τροχιά απαιτεί την άσκηση δύναμης. Ερευνητής: Γιατί όχι το C; Φοιτητής 5: Γιατί με το που φύγει από το κανόνι έχει απευθείας αίσθηση του βάρους δε χρειάζεται να πάει ευθεία και μετά να κάνει καμπύλη τροχιά. Ερευνητής: Σε τι διαφέρει το Β από το C; Φοιτητής 5: Στο C μέχρι ένα σημείο δε φαίνεται να επιδρά πάνω του δύναμη. Ερευνητής: Φοιτητή 3 τι λες; Φοιτητής 3: Αυτό που λεν. Το βάρος ασκείται κατευθείαν από την εκτόξευση και μετά οπότε πρέπει να πάει κατευθείαν προς τα κάτω. Δηλαδή όχι να κινηθεί ευθεία και μετά να πέσει [143]

164 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 5: Για να πάει όπως στο c πρέπει η δύναμη να αρχίσει να ασκείται από το σημείο που αρχίζει η καμπύλη και αυτό δεν ισχύει. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 φαίνεται να αντιλαμβάνεται ότι το ευθύγραμμο κομμάτι της τροχιάς C σημαίνει ότι δεν ασκείται δύναμη κατά τη διάρκεια αυτής της κίνησης. Φοιτητής 4: Εγώ στην αρχή έβαλα το Β και μετά έβαλα το C. Γιατί στην αρχή δεν είχα σκεφτεί ότι έχουμε κανόνι Και όπως μου είπανε τα κορίτσια και με πείσανε, το κανόνι λογικά θα δίνει αρχικά μία ταχύτητα πολύ μεγάλη, σε σχέση με ό,τι είχαμε πριν, μια μπάλα που κινούνταν πάνω στο τραπέζι. Φοιτητής 1: Απλά είπαμε ότι το βάρος θα είναι αμελητέο στην αρχή, γιατί όσο να είναι κανόνι είχαμε, αλλά δεν είμαστε σίγουροι. Φοιτητής 5: Στο C φαίνεται σα να σταματάει ξαφνικά και να αρχίζει να πέφτει. Δεν ισχύει αυτό το πράγμα προφανώς λοξά Φοιτητής 4: Το C κάνει απλώς μεγαλύτερη καμπύλη. Φαίνεται από την αρχή εγώ πιστεύω ότι πάει Ερευνητής: Φοιτητή 10 τι λες; Φοιτητής 10: Κι εγώ στην αρχή το C έβαλα, μετά το άλλαξα σαν Β, επειδή το βάρος ασκείται από τη στιγμή που η μπάλα φεύγει από το κανόνι. Ερευνητής: Στην αρχή γιατί απάντησες c; Φοιτητής 10: Δε το σκέφτηκα το C φαίνεται σα να μην έχει βάρος στην αρχή Σχόλιο: Ο Φοιτητής 10 αν και δίνει τη σωστή απάντηση δεν πείθει ότι κατανοεί το φυσικό μηχανισμό. Φαίνεται να αναπαραγάγει τις απαντήσεις των υπόλοιπων φοιτητών. Φοιτητής 1: Τη Β κίνηση, δεν θα την έκανε αν τσουλούσε πρώτα το σώμα και μετά έκανε ελεύθερη πτώση ας πούμε; Ερευνητής: Ποια η διαφορά να το «τινάξει» το κανόνι από το να τσουλούσε αρχικά; Φοιτητής 10: Το ένα είχε μια σταθερή ταχύτητα ενώ το κανόνι έχει μία αρχική η οποία στη συνέχεια μειώνεται Ερευνητής: Ποια ταχύτητα εδώ μειώνεται; [144]

165 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 10: Έχει μία αρχική την οποία δεν ασκείται μετά καμία δύναμη στον οριζόντιο άξονα, ασκείται μόνο κάθετα το βάρος, άρα αυτό που λέμε, θα έχει μία συνιστώσα προς τα δεξιά, το βάρος ασκείται συνέχεια, ε και πέφτει προς τα κάτω. Φοιτητής 5: το πρόβλημα με το C δεν είναι μόνο στην αρχή αλλά και στο τέλος Φαίνεται σα να σταματάει τελικά και να πέφτει κάθετα προς τα κάτω. Φοιτητής 4: Εσύ το έχεις δει στο C ότι πάει ευθεία και μετά πέφτει. Ενώ εγώ στο C άμα βλέπω καλά (γελάει) δε γίνεται αυτό το πράγμα Απλώς έχει μεγαλύτερη καμπύλη. Το D πέφτει αμέσως! Ερευνητής: μετά την κουβέντα που έγινε, Φοιτητής 4: η οποία δεν βοήθησε Φοιτητής 5: Εγώ επικαλέστηκα την αρχή ανεξαρτησίας των κινήσεων. Ερευνητής: ας απαντήσουμε ξανά Οι φοιτητές απαντούν και προβάλλεται η τελική κατανομή (Διάγραμμα 11, Γ γύρος). Ερευνητής: Υπήρξε μια μικρή μετακίνηση από το C στο Β. Φοιτητής 11: Γιατί θεώρησα ότι το βάρος ασκείται από την αρχή της κίνησης. Ερευνητής: Αρχικά δεν είχες θεωρήσει ότι τι βάρος ασκείται από την αρχή; Φοιτητής 11: Το κανόνι το σκεφτόμουνα πιο πρακτικά προφανώς θα πρέπει να έχει κάποιο (ακατάληπτος ήχος στο βίντεο) το άλλο Φοιτητής 9: Κι εγώ κάπως έτσι. Απλά δε θα πάει ευθεία. Ερευνητής: Το κανόνι δίνει μία αρχική ταχύτητα όπως και η μπάλα είχε μία αρχική ταχύτητα. Υπάρχει διαφορά; Φοιτητής 1: Δε θα έχει μεγαλύτερη ταχύτητα; Ερευνητής: Επί της ουσίας; Φοιτητής 1: Σου δίνει μια ώθηση το κανόνι Σχόλιο: Οι Φοιτητές 9 και 11 ενώ δίνουν τη σωστή απάντηση (Β) εντούτοις αδυνατούν να εκφράσουν τη φυσική αρχή που περιγράφει το φαινόμενο. [145]

166 Κεφάλαιο 5 Ερώτηση 9 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 11, Β γύρος). Ερευνητής: Θέλω κάποιον που αρχικά απάντησε Α και τελικά πήγε στο Ε Φοιτητής 2: Εγώ αλλά δεν είχα δει ότι το ένα κάνει επιταχυνόμενη και το άλλο κάνει ομαλή. Κι έτσι, ας πούμε, γύρω στο 4, είναι το ίδιο το διανυθέν διάστημα Σχόλιο: Ο φοιτητής κάνει αναφορά μόνο στο διανυθέν διάστημα. Δεν φαίνεται να αντιλαμβάνεται τις έννοιες της μέσης και στιγμιαίας ταχύτητας. Ερευνητής: Κάποιος που απάντησε το Β και πήγε στο Ε; Φοιτητής 4: Καταρχάς δεν είχα διαβάσει το Ε Και μετά επειδή δεν με έπειθε το Δ, δε με έπειθε γιατί στο 5 δεν ίσχυε, δεν έβλεπα κάτι τέτοιο Γιατί από το 4 στο 5 η απόσταση είναι πολύ μικρότερη στο δεύτερο, ενώ στο πρώτο είναι πολύ μεγαλύτερη. Και το 5 είναι το ίδιο σημείο. Οπότε δεν είναι. Έτσι απέκλεισα το Δ και το Γ, μετά το Α το απέκλεισα γιατί έβλεπα ότι κάπου υπήρχε μία τέτοια διαφορά, γιατί άμα δεν υπήρχε οι αποστάσεις θα ήταν ίδιες μέχρι το τέλος, οπότε είπα το Β Σχόλιο: Ο φοιτητής αυτός υιοθετεί τη μέθοδο του αποκλεισμού. Καταλήγει στη σωστή απάντηση όχι γιατί κατανοεί τι συμβαίνει αλλά επειδή απέρριψε, για όχι και πολύ ξεκάθαρους λόγους, τις υπόλοιπες απαντήσεις. Ερευνητής: Θέλω κάποιον που είχε απαντήσει Δ Φοιτητής 11: Εγώ σκέφτηκα ότι υ=x/t. Αλλά τελικά είναι. (ακατάληπτος ήχος στο βίντεο). Οπότε είναι λάθος Φοιτητής 1: Την ίδια σκέψη είχαμε με τον Φοιτητή 4 αρχικά, ότι το υ είναι x/t. Ερευνητής: Γιατί αλλάξατε γνώμη; Φοιτητής 1: Γιατί ο Φοιτητής 9 μας είπε ότι η ταχύτητα εξαρτάται και από την αρχική θέση, ότι δηλαδή Δx=x 2-x 1 προς Δt=t 2-t 1, άρα αφού δεν ξεκινάνε από το 0, όπως αν είχαμε αριθμημένο τον άξονα, δεν θα έχουν την ίδια ταχύτητα στο 2 και στο 5. Και στο 3 και στο 4 που φαίνεται να έχουν, αν και το 3 ξεκινάει πιο μπροστά, αλλά το 4 τελειώνει πιο μπροστά, οπότε έχουν πάνω-κάτω την ίδια μετατόπιση. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1 επιλέγει τη σωστή απάντηση αλλά και αυτός δεν φαίνεται να αντιλαμβάνεται τις έννοιες της μέσης και στιγμιαίας ταχύτητας. Φοιτητής 5: Αν πάρεις τη μέση ταχύτητα στο 3 και στο 4 θα βγει η ίδια ταχύτητα. Επειδή επιταχύνει συνέχεια, η μέση ταχύτητα ανάμεσα στο 3 και στο 4 είναι ίση με την άλλη ταχύτητα. [146]

167 Κεφάλαιο 5 Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 επιχειρηματολογεί σωστά. Ερευνητής: Φοιτητή 7, Φοιτητή 8, Φοιτητή 10, πώς πήγατε στην ομάδα σας, πώς ξεκινήσατε, πώς καταλήξατε; Φοιτητής 10: Εγώ έβαλα στην αρχή Δ. Ερευνητής: Γιατί; Φοιτητής 10: Κι εγώ σαν μέση ταχύτητα το σκέφτηκα, δεν είναι έτσι, μάλλον Φοιτητής 8: Εγώ στην αρχή έβαλα το Α. Μετά, το σκέφτηκα, στην αρχή εκεί που είναι πάνω κάτω το ίδιο, αλλά μετά σκέφτηκα ότι όταν δύο αυτοκίνητα είναι στην ίδια ευθεία δε σημαίνει αποκλειστικά ότι έχουν την ίδια ταχύτητα. Ερευνητής: Φοιτητή 7, από πού ξεκίνησες; Φοιτητής 7: Στο Ε. Ερευνητής: Στην ομάδα δηλαδή ο Φοιτητής 7 σας έπεισε να αλλάξετε γνώμη; Φοιτητής 8: Νομίζω πως όχι Φοιτητής 10: Αυτός μας έπεισε! Σχόλιο: Ο Φοιτητής 7 δεν παρουσίασε, δυστυχώς, τον τρόπο σκέψης του στην ολομέλεια, οπότε δεν μπορεί να κριθεί η στάση του και κατά συνέπεια και η στάση του Φοιτητή 10 που πείστηκε από αυτόν Απομαγνητοφώνηση τμήματος ΓΕ 2. Στο Διάγραμμα 12 παρουσιάζονται οι κατανομές των απαντήσεων των φοιτητών στους τρεις γύρους απαντήσεων για τις εννέα (9) ερωτήσεις που τέθηκαν κατά την εφαρμογή του προτύπου Γ στο τμήμα ΓΕ 2. Ερώτηση 1 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Ερευνητής: Κάποιος αρχικά είχε απαντήσει το Α. Μπορεί να εξηγήσει πώς σκέφτηκε; Φοιτητής 1: Εγώ, κατά λάθος Ερευνητής: Γιατί το Β; Ποιος; Φοιτητή 2 (σηκώνει το χέρι) [147]

168 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 12. Τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων ανά ερώτηση στους τρεις γύρους απαντήσεων (πρότυπο Γ - ΓΕ2). Φοιτητής 2: Η διεύθυνση της ταχύτητας είναι πάντα κάθετη στην ακτίνα, οπότε τη στιγμή που θα κόψουμε το σκοινί, η σφαίρα θα φύγει κάθετα, άρα η Β. Ερευνητής: Υπάρχει κάποιος νόμος, κάποια σχέση, κάποια αρχή που να περιγράφει την κίνηση που θα κάνει αυτή η μπάλα; Τι λέτε; Φοιτητής 2: Ομαλή κυκλική. Ερευνητής: Ομαλή κυκλική κίνηση; Ναι αλλά εδώ φαίνονται δύο διαφορετικά πράγματα. Στην αρχή ήταν ομαλή κυκλική και στη συνέχεια μου είπατε ότι θα πάει σε ευθύγραμμη ομαλή κίνηση Υπάρχει κάποιος που να μου εξασφαλίζει ότι θα κινηθώ με τον τρόπο που μου λέτε; Φοιτητής 3: ο Νεύτωνας. Ερευνητής: Με ποια έννοια; Φοιτητής 3: Ότι δεν ασκείται καμία δύναμη πάνω στη σφαίρα Ερευνητής: Άρα λέγοντας ο Νεύτωνας, στηρίζεσαι σε ποια αρχή, σε ποιο νόμο; Φοιτητής 3: Ε, στον 1ο Ερευνητής: τι λέει ο 1ος νόμος του Νεύτωνα; Φοιτητής 3: Ένα σώμα θα παραμείνει ακίνητο ή κινούμενο με σταθερή ταχύτητα εφόσον δεν ασκούνται δυνάμεις σε αυτό. Ερευνητής: Άρα, αν κοπεί το σκοινάκι και μετά, τι γίνεται; Φοιτητής 3: θεωρητικά δεν ασκείται καμία δύναμη, κι επομένως θα συνεχίσει να κινείται ευθεία. [148]

169 Κεφάλαιο 5 Σχόλιο: Ο Φοιτητής 3 χρησιμοποιεί το σωστό μοντέλο για την ερμηνεία της κίνησης της σφαίρας. Ο Φοιτητής 2 αποδίδει την απάντησή του στα χαρακτηριστικά της κίνησης και όχι στη δυναμική της. Ερώτηση 2 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Ερευνητής: Ποιος είχε απαντήσει Ε και τώρα απαντάει διαφορετικά; Φοιτητής 4: Εγώ αρχικά να σας πω ότι νόμιζα ότι ήμασταν σε πεδίο βαρύτητας. Ενώ η μπάλα κυλούσε στο πάτωμα και από το πάτωμα ξαφνικά δέχτηκε μια κλωτσιά που της έδωσε ώθηση προς τα πάνω Ερευνητής: Προς τα πάνω; Πάει δηλαδή προς τα ψηλά; Φοιτητής 4: Εγώ έτσι το σκέφτηκα Για αυτό έβαλα το Ε. Φοιτητής 5: Εγώ αρχικά έβαλα το Ε γιατί σκέφτηκα ότι η κλωτσιά ήταν πιο δυνατή από την ταχύτητα της μπάλας οπότε η κλίση έπρεπε να είναι πιο κοντά στον άξονα τον ψ. Ερευνητής: Γιατί τότε όχι το Α; Φοιτητής 5: Γιατί η μπάλα έχει ήδη μια ταχύτητα, η οποία δεν καταργείται. Άρα θα έχει μία κλίση και προς τα δεξιά. Ερευνητής: Για όχι το Δ τότε; Φοιτητής 5: Γιατί θεώρησα ότι η κλωτσιά θα έχει μεγαλύτερη ταχύτητα από την αρχική. Τώρα όμως αλλαξοπίστησα και πιστεύω ότι είναι το Β. Ερευνητής: Γιατί όχι το Ε; Φοιτητής 5: Στο Ε η ευθεία που έχει η μπάλα αλλάζει. Η ευθεία της τροχιάς στην οποία κινείται η μπάλα αλλάζει. Ερευνητής: και στο Β δεν αλλάζει η τροχιά σε σχέση με εκεί που ήτανε; Φοιτητής 5: Εννοώ μετά την κλωτσιά. Δεν κινείται ευθύγραμμα και ομαλά. Ερευνητής: κι επομένως; [149]

170 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 5: Επομένως πρέπει να της ασκείται κάποια δύναμη. Τριβές όμως δεν υπάρχουν, οπότε η κίνηση είναι ευθύγραμμη κι αφού δεν είναι το Α Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 φαίνεται να αντιλαμβάνεται σωστά το φαινόμενο. Ερευνητής: Συμφωνεί κάποιος με την άποψη του Φοιτητή 5; Φοιτητή 6 τι λες; Φοιτητής 6: Εντάξει κι εγώ στο Ε ήμουνα, αλλά για διαφορετικούς λόγους Ερευνητής: Για λέγε Φοιτητής 6: Αν η μετατόπιση γινότανε προς τα πάνω, όπως είπε ο Φοιτητής 4, θα ήταν το Ε. Αλλά τελικά δεν είμαστε, είμαστε σε ένα επίπεδο και κινούμαστε σε 2 διευθύνσεις. Οπότε είναι το Β είναι πιο λογικό. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 6 απαντάει σωστά αλλά χωρίς να έχει ξεκαθαρίσει τα πράγματα. Φαίνεται να επιλέγει τη σωστή απάντηση απορρίπτοντας τις υπόλοιπες. Ερευνητής: Η λογική που σχετίζει την καμπυλωμένη τροχιά και τις δυνάμεις που ασκούνται, πώς σας φαίνεται ταιριάζει κάπου; Φοιτητής 1: Από τη στιγμή που λέει στιγμιαία κλωτσιά δεν υπάρχει κάτι που να την ακουμπά μετά. Κατά συνέπεια δεν θα επιταχύνει. Ερευνητής: Κατά συνέπεια; Φοιτητής 1: τη σκέψη του. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1 αντιλαμβάνεται τη βασική φυσική αρχή αλλά αδυνατεί να ολοκληρώσει Ερευνητής: Η στιγμιαία κλωτσιά δεν είναι άσκηση δύναμης, έστω και στιγμιαία; Αν δεν επιταχύνεται θα έπρεπε να κινείται διαρκώς οριζόντια. Φοιτητής 7: Εγώ Β λέω, Ερευνητής: Από την αρχή; Φοιτητής 7: Ναι Ερευνητής: Γιατί; [150]

171 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 7: Βασικά, στην αρχή πριν τη συζήτηση επειδή πίστευα ότι ήδη η μπάλα έχει μία ταχύτητα και μετά με την κλωτσιά θα είχαμε δύο ταχύτητες, οπότε λογικά θα ήταν Β. Μετά βέβαια μου εξήγησαν τα παιδιά το λόγο. Άρα το Β. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 7 προσφεύγει στην αυθεντία των συμφοιτητών του. Δεν δίνει σαφή ερμηνεία για τους λόγους που επέλεξε το Β. Ερευνητής: Κάποιος που απαντούσε ή απαντάει το Δ; Λέγε Φοιτητή 8 (σηκώνει το χέρι). Φοιτητής 8: Βασικά ήμουν μεταξύ του Δ και του Β, γιατί στην ουσία δε ξέρουμε η ταχύτητα που θα αποκτήσει λόγω της δύναμης δε ξέρουμε πόση θα είναι σε σχέση με την αρχική οριζόντια ταχύτητα που είχε η μπάλα. Αν είναι ίσες τότε λογικά το Β θα είναι. Θα υπάρχει δηλαδή μια σε εισαγωγικά συνισταμένη ταχύτητα. Αν όχι, φαντάζομαι θα είναι το Δ, το Ε δεν το απάντησα Ερευνητής: Γιατί όχι το Ε, σύμφωνα με τη λογική που λες Φοιτητής 8: Δε ξέρω, δε μου κάθεται απλά (γελάει) Ερευνητής: Είναι σωστός ο συλλογισμός του Φοιτητή 8 ή κάποιος θέλει να διαφωνήσει; Φοιτητής 5: Άμα η κλωτσιά έπαιζε με την ταχύτητα της μπάλας την αρχική, θα ήταν πολύ μεγαλύτερη η δύναμη της κλωτσιάς, απλά η κλίση της Β θα ήταν πιο προς τον ψ. Αλλά η τροχιά που ακολουθεί η μπάλα με την κλωτσιά είναι σίγουρα ευθύγραμμη. Γιατί δεν ασκούνται άλλες δυνάμεις. Οπότε, το Β Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 επιβεβαιώνει την πλήρη κατανόηση του φαινομένου. Φοιτητής 1: Για να κάνει καμπύλη τροχιά δεν πρέπει να ασκείται κάποια δύναμη; Κάποια δύναμη τέλος πάντων που να σε αναγκάζει να κάνεις καμπύλη. Ερευνητής: Άρα, ποιο είναι το επιχείρημά σου; Φοιτητής 1: Ερευνητής: Στηρίζεται σε κάποια αρχή, σε κάποιο νόμο αυτό που λες; Φοιτητής 1: εεε, όχι Φοιτητής 3: Πρέπει να εφαρμόσουμε αρχή διατήρησης της ορμής κατά άξονα, και στη συνέχεια εφόσον δεν ασκείται κάποια δύναμη, η ταχύτητα σε κάθε άξονα θα είναι σταθερή, άρα η συνιστώσα θα είναι σταθερή, άρα το Β Σχόλιο: Ο Φοιτητής 3 επίσης φαίνεται να κατανοεί το φαινόμενο. [151]

172 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 5: 1ος νόμος δεν είναι αυτό; Ερευνητής: Έχετε άλλη μια ευκαιρία μετά την κουβέντα που έγινε να απαντήσετε ξανά Απαντούν σε ελάχιστα (2-3) δευτερόλεπτα όλοι. Απαντούν όλοι το Β (Διάγραμμα 12, Γ γύρος). Ερευνητής: Φοιτητή 9 τι είχες απαντήσει αρχικά; Φοιτητής 9: Ε Ερευνητής: Μετά; Φοιτητής 9: Β και τελικά Β. Ερευνητής: Γιατί; Τι σε πείθει, τι από αυτά που άκουσες είναι σωστό; Φοιτητής 9: Είχα βάλει Ε επειδή, δε ξέρω, για κάποιο λόγο είχα θεωρήσει αρχικά ότι υπάρχει μια επιτάχυνση αρνητική στον άξονα της κλωτσιάς, ενώ δεν υπάρχει. Τώρα όλα τα άλλα είναι, το Α π.χ. μηδενίζεται η ταχύτητα στον άλλο άξονα, που αποκλείεται γιατί εκεί δεν υπάρχει επιτάχυνση, το C το μηδενίζει για λίγη ώρα που είναι το ίδιο, και το D το μηδενίζει μετά από αρκετή ώρα θα έλεγα Ερευνητής: Φοιτητή 8 γιατί άλλαξες άποψη; Φοιτητής 8: Με πείσανε όσον αφορά τη δύναμη. Για να υπάρξει καμπύλη τροχιά πρέπει να υπάρχει δύναμη. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 8 έχει υιοθετήσει, μέσα από την κουβέντα, το σωστό μοντέλο. Ο Φοιτητής 9 αντιλαμβάνεται ότι μεταβολή στην ταχύτητα σημαίνει επιτάχυνση αλλά χρειάζεται να καταφύγει στην απόρριψη όλων των άλλων πιθανών απαντήσεων πριν καταλήξει στη σωστή. Ερώτηση 3 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Φοιτητής 10: Πάτησα λάθος κουμπί. Το Α ήθελα όχι το Β Ερευνητής: Μπορείς να δικαιολογήσεις την απάντησή σου; Φοιτητής 10: Γιατί προς τα δεξιά είπαμε ότι έχουμε σταθερή ταχύτητα, δεν έχουμε τριβές, δεν ασκούνται δυνάμεις, σταθερή η ταχύτητα, και η στιγμιαία κλωτσιά μας δίνει πάλι σταθερή ταχύτητα στον κάθετο άξονα, άρα η συνισταμένη δύναμη δίνει σταθερή ταχύτητα Ερευνητής: Η συνισταμένη δύναμη με την ταχύτητα; Μου το μπερδεύεις [152]

173 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 10: εεε, συγγνώμη! Η συνισταμένη ταχύτητα! Ερευνητής: Θα είναι σταθερή λες Φοιτητής 10: Ναι! Ερευνητής: Υπάρχει κάποιος που να έχει σκεφτεί με διαφορετικό τρόπο; Φοιτητής 1: Εγώ σκέφτηκα τον πρώτο νόμο του Newton, ο οποίος λέει ότι όταν δεν ασκείται καμία δύναμη το σώμα παραμένει, διατηρεί την ταχύτητά του. Άρα εδώ δεν υπάρχει καμία δύναμη, αφού δεν υπάρχουν και τριβές Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1, που στην προηγούμενη ερώτηση δεν κατάφερνε να ολοκληρώσει το συλλογισμό του, φαίνεται ότι πλέον έχει κατακτήσει το σωστό μοντέλο. Ο Φοιτητής 10 υιοθετεί επίσης το σωστό μοντέλο. Ερώτηση 4 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Ερευνητής: Είχαμε 4 ανθρώπους που έλεγαν Δ και άλλαξαν γνώμη. Να τους ακούσουμε Φοιτητής 5: Λάθος κύριε. Ερευνητής: Δεν πάτησες το Δ; Φοιτητής 5: Ναι αλλά έκανα λάθος Μπερδεύτηκα. Δεν ήταν λάθος σκέψη ήταν λάθος πάτημα Φοιτητής 11: Εγώ δεν κατάλαβα, τι δυνάμεις ασκούνται στο κιβώτιο για αυτό πάτησα το Δ. Μετά που μιλήσαμε εδώ το κατάλαβα και απάντησα Γ Σχόλιο: Ο Φοιτητής 11 αποδίδει την αλλαγή απάντησης, μετακινούμενος προς τη σωστή, στη συζήτηση με τους συμφοιτητές του. Δεν παραθέτει ωστόσο τον τρόπο σκέψης του. Φοιτητής 1: Εγώ θεώρησα την τριβή ως οριακή οπότε είπα ότι πρέπει να είναι μεγαλύτερη, αλλά μετά μου είπαν τα παιδιά ότι έχουμε σταθερή ταχύτητα άρα ΣF θα είναι μηδέν, οπότε είναι ίσες η τριβή με τη δύναμη που του δίνουμε άρα θα κυλίσει Ερευνητής: Άρα σε πείσανε με αυτό τον τρόπο. Φοιτητής 1: Ναι! [153]

174 Κεφάλαιο 5 μηχανισμού. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1 μεταπείστηκε και φαίνεται ότι κατάλαβε τη λογική του φυσικού Φοιτητής 12: Κι εγώ είχα ίδια λογική με αυτή του Φοιτητή 1 αλλά μετά με έπεισαν ότι το ΣF θα είναι μηδέν οπότε οι δύο δυνάμεις πρέπει να είναι ίσες. Ερευνητής: Το Α γιατί να είναι λάθος; Φοιτητής 1: Αν έχουμε δύναμη θα έχουμε επιτάχυνση. Πώς γίνεται να έχουμε σταθερή (εννοεί ταχύτητα) και μάλιστα διπλάσια; Δε θα έχουμε σταθερή, σίγουρα. Ερευνητής: Συμφωνείτε μαζί του; Φοιτητή 4 τι λες; Φοιτητής 4: Συμφωνώ. Ερευνητής: Γιατί; Τι θα συνέβαινε αν διπλασιαζόταν η δύναμη; Φοιτητής 4: Θα αποκτούσε μία επιτάχυνση. Τώρα τι ακριβώς Ερευνητής: Μία επιτάχυνση Φοιτητή 8 συμφωνείς; Φοιτητής 8: Ερευνητής: Δε σε βλέπω πεπεισμένο! Φοιτητής 8: (Γελάει) Βασικά το απέρριψα το Α γιατί έπρεπε να διαλέξουμε ένα και το Γ μου φαινόταν πιο σωστό Ερευνητής: Αλλιώς και το Α φαίνεται λογικό; Φοιτητής 8: Αλλιώς,, δε ξέρω, αν η τριβή, εεε, είχε,, όχι νομίζω ότι δεν θα αύξανε γιατί πάλι αν η τριβή έπαιρνε την ίδια τιμή της δύναμης και είχαμε και πάλι σταθερή ταχύτητα, (κολλάει) Σχόλιο: Ο Φοιτητής 8 μολονότι απαντάει σωστά δεν έχει κατακτήσει το σωστό μοντέλο. Ερευνητής: Τι λέτε; Θέτει ένα θέμα πολύ ενδιαφέρον θέμα εδώ ο Φοιτητής 8 Φοιτητής 5: Βασικά, αφού το σώμα κινείται, σίγουρα οι δυνάμεις είναι κοντά στην οριακή τριβή. Αλλά αν η δύναμη διπλασιαστεί, ΣF, F-Τ έπρεπε να είναι μηδέν. Αν το F διπλασιαστεί θα αποκτήσουμε μία ΣF. Ερευνητής: Γιατί να μη διπλασιαστεί και η τριβή που λέει εδώ ο Φοιτητής 8; [154]

175 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 5: Αυτό είναι επειδή είμαστε κοντά στην οριακή τριβή. Άρα την τριβή δεν την παίρνει να αυξηθεί άλλο Πλήθος: Έχει πάρει τη μέγιστη τιμής της ήδη Φοιτητής 3: Η τριβή εξαρτάται μονάχα από το βάρος του σώματος και απ τις δύο επιφάνειες που είναι σε επαφή. Ερευνητής: Είσαι σίγουρος ότι εξαρτάται από το βάρος του σώματος; Φοιτητής 3: Και από την κάθετη αντίδραση. Ερευνητής: Αν είμαστε σε κεκλιμένο επίπεδο; Φοιτητής 3: Από την κάθετη αντίδραση. Εφόσον είμαστε σε σταθερό επίπεδο. Ερώτηση 5 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Ερευνητής: θέλω να ακούσω το Δ Φοιτητής 10: Νομίζω κύριε ότι, αυτό δεν είναι μέσα σε βαρυτικό πεδίο κύριε, το διαστημόπλοιο; Ερευνητής: Όχι δεν λέει κάτι τέτοιο Φοιτητής 10: Λογικά δεν πρέπει να είναι; Ερευνητής: Και προς τα πού να είναι το βαρυτικό πεδίο; Φοιτητής 10: Προς τα κάτω αυτό Ερευνητής: Και γιατί να είναι προς τα κάτω, στο διάστημα είναι, δε ξέρεις προς τα πού κινείται Φοιτητής 10: Δε βγήκε ακόμη κύριε Ερευνητής: Λέει ξεκάθαρα ότι στον πύραυλο δεν ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις. Άρα δεν υπάρχει θέμα βαρυτικού πεδίου Φοιτητής 10: ε, εντάξει Ερευνητής: Κάποιος που έχει αλλάξει άποψη, είχαμε αρκετά πράγματα. Να μας δικαιολογήσει, να μας εκφράσει τον τρόπο με τον οποίο σκέφτηκε [155]

176 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 1: Εγώ και τις δύο φορές απάντησα το Β, αλλά δεν πείθομαι από την απάντηση! Ερευνητής: Ωραία! Για λέγε Φοιτητή 2 τι ενστάσεις έχεις; Φοιτητής 2: ε, γιατί εντάξει είναι το ίδιο με πριν από το σημείο που ανάβει ο κινητήρας στιγμιαία θα πάει διαγώνια, αλλά από κει και πέρα που σταματάνε οι κινητήρες Φοιτητής 1: Τι σταματάει; Ερευνητής: Σταματάνε οι κινητήρες στο σημείο c. Εμείς βλέπουμε την κίνηση μετά το c. Μετά που σταματάνε οι κινητήρες, έτσι; Φοιτητής 2: Μετά όμως τι; Φοιτητής 1: Μετά όμως δεν ασκούνται άλλες δυνάμεις άρα θα συνεχίσει να κινείται, να έχει την ταχύτητα που είχε. Άρα θα συνεχίσει όπως ήταν. Ερευνητής: Πώς ήταν; Φοιτητής 1: Είπε. Πήγαινε ευθεία, έγινε κάτι κάθετα, θα πάει διαγώνια. Ερευνητής: Και γιατί να μην είναι Δ ή Ε; Φοιτητής 1: Γιατί δεν ασκούνται άλλες δυνάμεις άρα γιατί να αλλάξει φορά; Φοιτητής 2: Ναι, αλλά παύει να ισχύει η δύναμη που έδωσαν οι κινητήρες Ερευνητής: Σβήνουν όμως οι κινητήρες. Φοιτητής 2: Ναι, αυτό λέω, μετά; Φοιτητής 1: Μα δεν ασκούνται άλλες δυνάμεις, γιατί να αλλάξει η ταχύτητα; Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1 έχει ξεκαθαρίσει την κατάσταση. Εξακολουθεί να χειρίζεται σωστά και με συνέπεια το μοντέλο που ανέπτυξε στις προηγούμενες ερωτήσεις. Φοιτητής 5: Εντάξει, εγώ πιστεύω ότι το Ε ισχύει κατά τη διάρκεια που λειτουργούν οι κινητήρες, και γενικά μια μορφή τέτοια καμπύλης. Από τη στιγμή που σταματάνε οι κινητήρες ΣF είναι και πάλι μηδέν, άρα το σώμα κάνει και πάλι ευθύγραμμη κίνηση, ομαλή. Άρα είναι ή το Α, ή το Β ή το Γ. Ερευνητής: Το Α γιατί όχι; Φοιτητής 5: Αφού υπάρχει μία επιτάχυνση η οποία είναι κάθετη στην τροχιά ΑΒ, άρα η τελική τροχιά δεν θα είναι ίδια όπως η αρχική [156]

177 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 11: Συμφωνώ με το Φοιτητή 5 Σχόλιο: Ο Φοιτητής 5 εξακολουθεί με συνέπεια να χειρίζεται το σωστό μοντέλο. Ο Φοιτητής 11 φαίνεται, σωστά, να έχει πειστεί. Φοιτητής 3: Είναι το Β με την ίδια λογική που είπαμε πριν. Αρχικά έχουμε μία ταχύτητα στον άξονα χ χ, με την αρχή διατήρησης της ορμής αποκτά και μια ταχύτητα, Ερευνητής: Διατηρείται η ορμή; Φοιτητής 3: Στον ένα άξονα διατηρείται, στον άλλο μετά που σταματάνε οι κινητήρες. Αποκτά μια ταχύτητα προς τα πάνω κι εφόσον δεν υπάρχει καμία δύναμη μετά το σημείο C, έχουμε σταθερή κίνηση. Σχόλιο: Ο Φοιτητής 3 είχε απαντήσει και στην προηγούμενη ερώτηση χρησιμοποιώντας το ίδιο μοντέλο της αρχής διατήρησης της ορμής. Εξακολουθεί να το χειρίζεται σωστά. Ερευνητής: Ας δούμε πώς σκέφτεστε πλέον τώρα Οι φοιτητές απαντούν ξανά. Όλοι απαντούν το Β (Διάγραμμα 12, Γ γύρος). Φοιτητής 2: Εξακολουθώ να μην είμαι σίγουρος, Νομίζω ότι μπερδεύτηκα περισσότερο Είπε αυτό το πράγμα για τα καύσιμα ο Φοιτητής 3 Η αρχή διατήρησης της ορμής δεν ισχύει πριν το C; Σχόλιο: Αν και ο Φοιτητής 2 δίνει τη σωστή απάντηση δεν έχει καταλάβει το φυσικό μηχανισμό του φαινομένου. Ερώτηση 6 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Ερευνητής: μπορεί κάποιος να δικαιολογήσει την απάντηση; Φοιτητής 6: Το ίδιο με την μπάλα. Ερευνητής: Συμφωνείτε ότι είναι το ίδιο με την μπάλα; Αν είναι το ίδιο με τη μπάλα, τότε γιατί στην αρχή της ερώτησης απαντήσατε τόσο διαφορετικά; Με τον πύραυλο προηγουμένως Απαντούν όλοι ξανά. Ερευνητής: Ποια αρχή θα χρησιμοποιούσατε για να τεκμηριώσετε την απάντηση; Πλήθος: 1ος νόμος του Νεύτωνα! [157]

178 Κεφάλαιο 5 Ερώτηση 7 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Ερευνητής: Για να ακούσουμε τεκμηρίωση Φοιτητής 1: Αρχικά είχα απαντήσει το Β. Βασικά θεώρησα, έχουμε 2 ταχύτητες, μία οριζόντια και μία άλλη κάθετη. Η οριζόντια παραμένει σταθερή γιατί το λέει, δεν υπάρχει κάποια δύναμη στην οριζόντια διεύθυνση άρα θα παραμείνει σταθερή. Έκανα όμως το λάθος και σκέφτηκα ότι το βάρος της μίας είναι μεγαλύτερο άρα θα πέσει πιο γρήγορα. Αυτό όμως δεν ισχύει. Γι αυτό είπα ότι η βαριά θα πέσει πιο πριν Αυτό όμως δεν ισχύει οπότε θα πέσουνε μαζί. Ερευνητής: Και αυτό σημαίνει ότι θα πέσουνε στην ίδια θέση δηλαδή λες; Φοιτητής 1: Ναι! Σχόλιο: Ο Φοιτητής 1 κατανοεί σωστά το φαινόμενο. Ερευνητής: Κάποιος που να διαφωνεί; Φοιτητής 2: Εγώ είμαι κοντά στη λογική αυτή. Στην οριζόντια διεύθυνση θα ισχύει, έχουν ίδιες ταχύτητες. Στο χώρο, στον τόπο που θα πέσουν κάτω έχει να κάνει με την απόσταση χ που θα διανύσουν, το χρόνο μέχρι να πέσουν. Ο χρόνος που θα πέσουν είναι ο ίδιος αφού t=2h/g, ρίζα, που δεν έχει να κάνει με το βάρος. Άρα θα πέσουν στον ίδιο χρόνο κι επειδή η ταχύτητα είναι σταθερή, χ=υt, θέση σταθερή θα πέσουν στην ίδια θέση. Ερευνητής: αρχικά τι απάντησες; Φοιτητής 2: το Α. αλλά χωρίς να το σκεφτώ, διαισθητικά! Σχόλιο: Ο Φοιτητής 2 αντιλαμβάνεται πλέον σωστά το φαινόμενο. Φοιτητής 11: Αρχικά είπα το Δ. Είχα πει ότι και ο Φοιτητής 1. Αν αφήσουμε δύο πράγματα μαζί το βαρύτερο θα πέσει πιο γρήγορα. Αλλά αυτό δεν ισχύει οπότε το Α Φοιτητής 8: Συμφωνώ. Κι εγώ έβαλα αρχικά το Δ με τη λογική του Φοιτητή 1, αλλά μετά κατάλαβα τι κάνω λάθος και έβαλα το Α. Φοιτητής 4: το Α έβαλα από την αρχή με τη λογική της οριζόντιας κίνησης. Φοιτητής 10: Εγώ είχα βάλει το Β για τον ίδιο λόγο που είπε και ο Φοιτητής 1. Φοιτητής 6: Κι εγώ είχα βάλει το Δ αλλά με άλλη λογική. Ερευνητής: Ποια ήταν η λογική σου; [158]

179 Κεφάλαιο 5 Φοιτητής 6: Επειδή ήταν πιο βαριά, Φοιτητής 7: Είχα βάλει από την αρχή το Α Σχόλιο: Ο Φοιτητής 11 υπονοεί ότι το πρόβλημα ήταν ο υπολογισμός του χρόνου κίνησης. Δεν παραθέτει ωστόσο πλήρως το συλλογισμό του. Το ίδιο ισχύει και για το Φοιτητή 8. Ο Φοιτητής 4 δεν αναλύει επίσης τον τρόπο σκέψης του παραπέμποντας απλά στη λογική της οριζόντιας κίνησης. Ο Φοιτητής 7 δεν δίνει στοιχεία, όπως και παραπάνω, για τον τρόπο σκέψης του. Εξακολουθεί πάντως να δίνει σωστές απαντήσεις. Ερώτηση 8 (Παράρτημα Η ). Έχει προβληθεί η κατανομή των απαντήσεων μετά το 2ο γύρο (Διάγραμμα 12, Β γύρος). Φοιτητής 3: Αναλύουμε την κίνηση σε 2 άξονες, στον άξονα χ χ η ταχύτητα είναι σταθερή δεν αλλάζει κάτι, στον άξονα ψ ψ έχουμε επιτάχυνση προς το έδαφος, άρα όλο αυξανόμενη, άρα η κλίση πλησιάζει τον άξονα ψ ψ, δηλαδή δεν είναι σταθερή. Είναι το Β γιατί είναι παραβολική τροχιά. Ήδη από την αρχή της πορείας πρέπει να έχουμε κάποια κλίση προς τα κάτω. Ερευνητής: Γιατί όχι το C λοιπόν; Φοιτητής 3: Γιατί στο C σε ένα μεγάλο μέρος της κίνησης δεν έχουμε κλίση προς τον άξονα ψ ψ. Θα μπορούσε να ισχύει αν η μπάλα είχε τεράστια ταχύτητα αλλά και πάλι δεν έχουμε αίσθηση της πορείας της μπάλας Ερευνητής: σε τι διαφέρει η πορεία αυτή από την πορεία που έκανε ο πύραυλος ή η μπάλα στις προηγούμενες δύο ερωτήσεις όπου απαντούσατε κάτι που έμοιαζε με το Α περισσότερο Φοιτητής 8: Σε αυτή την περίπτωση έχουμε συνεχή δράση μιας δύναμης, που είναι το βάρος, οπότε δεν μπορεί να ακολουθήσει την πορεία Α, ενώ με τον πύραυλο ήταν στιγμιαία και μετά σταματάει Σχόλιο: Και οι δύο φοιτητές δείχνουν να χρησιμοποιούν με συνέπεια όσα αποκομίστηκαν από τις προηγούμενες ερωτήσεις Πρότυπο Δ. Στα Διαγράμματα 8 και 9, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτύπου Δ. Αν εξαιρεθεί η ερώτηση 1, στην οποία στον πέμπτο γύρο καταγράφεται σημαντική αύξηση του ποσοστού των σωστών απαντήσεων, στις υπόλοιπες δύο ερωτήσεις καταγράφεται οπισθοχώρηση στο γύρο αυτό. Ενδεχομένως, το μικρό ποσοστό σωστών απαντήσεων στον πρώτο γύρο της ερώτησης 1, περίπου 41%, υποδεικνύει ότι πρόκειται για μία δύσκολη ερώτηση όπως αυτές που [159]

180 Κεφάλαιο 5 συζητήθηκαν στην ανάλυση του Διαγράμματος 3, η οποία, λόγω της επανειλημμένης διαπραγμάτευσης, καταλήγει τελικά να απαντιέται σωστά από το 80% περίπου των φοιτητών. Ίσως το αποτέλεσμα αυτό να δείχνει έναν πιθανό τρόπο χειρισμού παρόμοιων ερωτήσεων. Το κόστος σε χρόνο του συγκεκριμένου προτύπου, όμως, καθιστά απαγορευτική την εκτεταμένη χρήση του, κάτι που έτσι κι αλλιώς δε φαίνεται να χρειάζεται με βάση τις κατανομές των υπόλοιπων ερωτήσεων. Πράγματι, στις υπόλοιπες δύο ερωτήσεις, αν εξαιρεθεί η αύξηση των σωστών απαντήσεων κατά το δεύτερο γύρο απαντήσεων, οι υπόλοιποι γύροι δεν φαίνεται να προσθέτουν σημαντικά στην βελτίωση της γνωστικής εικόνας των φοιτητών. Αντίστοιχα, η τιμή του ίδιου δείκτη κατά την εφαρμογή του Προτύπου Δ ισούται με 0.59 ± 0.11sd (Πίνακας 4) υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των Προτύπων Α, Γ και Δ. Επομένως το γεγονός ότι στους φοιτητές δεν παρουσιάστηκαν οι κατανομές των απαντήσεών τους πριν οδηγηθούν στη συζήτηση μέσα στις ομάδες δεν φαίνεται να επηρέασε σημαντικά την απόδοσή τους. Από τον ίδιο Πίνακα (Πίνακας 4) προκύπτει ότι η αντίστοιχη μέση τιμή του κανονικοποιημένου δείκτη <<g 31>> ισούται με 0.75 ± 0.07sd κατατάσσοντας την εφαρμογή των τριών κύκλων ερωτήσεων, σύμφωνα με το πρότυπο Γ, στις υψηλής αποτελεσματικότητας παρεμβάσεις. 5.2 Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών Για να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας με τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών, στο πλαίσιο της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων, επιχειρήθηκε η εφαρμογή δύο διαφορετικών προτύπων. Τα πρότυπα αυτά εφαρμόστηκαν σε πέντε τμήματα δύο Γυμνασίων. Για να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα των διάφορων προτύπων καταγράφηκαν οι κατανομές των σωστών απαντήσεων για τους εκάστοτε γύρους ερωτήσεων, υπολογίστηκαν οι δείκτες μέσου κανονικοποιημένου κέρδους <g> και έγινε ανάλυση συγκέντρωσης για κάθε ένα από τα πέντε τμήματα εφαρμογής. Στην παράγραφο παρουσιάζονται συνοπτικά τα συνολικά αποτελέσματα από την εφαρμογή των δύο προτύπων στα πέντε τμήματα. πρότυπα. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα για κάθε ένα από τα δύο Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης συγκέντρωσης για κάθε ένα από τα πέντε τμήματα στα οποία εφαρμόστηκαν τα δύο πρότυπα.. [160]

181 Κεφάλαιο Συνολικά αποτελέσματα Ανάλογα με το πρότυπο που χρησιμοποιήθηκε τέθηκε διαφορετικός αριθμός ερωτήσεων, σύμφωνα με όσα αναφέρονται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Στα Διαγράμματα 13 έως 16 παρουσιάζονται τα ποσοτικά αποτελέσματα της εφαρμογής των δύο προτύπων στα πέντε τμήματα της Β Γυμνασίου των δύο σχολείων κατά το ακαδημαϊκό έτος Συγκεκριμένα στα Διαγράμματα 13 και 15 δίνονται οι κατανομές των επί τοις εκατό σωστών απαντήσεων ανά γύρο απαντήσεων ανάλογα με το πρότυπο που ακολουθήθηκε και στα Διαγράμματα 14 και 16 δίνονται οι τιμές του κανονικοποιημένου δείκτη κέρδους g (παράγραφος 2.3.4). Σε όσες περιπτώσεις ο δείκτης κέρδους έχει αρνητική τιμή, υιοθετήθηκε για τον υπολογισμό του η σχέση των Marc και Hummings (παράγραφος 2.3.4, σχέση [4]). Όπως και κατά τη διερεύνηση των αποτελεσμάτων της εφαρμογής των προτύπων Γ και Δ στο γενικό εργαστήριο Φυσικής, οι δείκτες <g 31> και <g 41> υπολογίστηκαν από τις σχέσεις όπου <%post> i είναι η μέση τιμή του ποσοστού των σωστών απαντήσεων κατά τον i-οστό (τρίτο ή τέταρτο) γύρο απαντήσεων, ενώ η τιμή <%pre> αναφέρεται πάντα στο ποσοστό των σωστών απαντήσεων κατά τον πρώτο γύρο. Ακολουθεί ο Πίνακας 5 στον παρατίθενται οι μέσες τιμές του κανονικοποιημένου κέρδους και οι αβεβαιότητες της μέτρησης ανά τμήμα και ανά πρότυπο. Λόγω των διακυμάνσεων που παρατηρήθηκαν στις απαντήσεις των μαθητών πραγματοποιήθηκε ανάλυση συγκέντρωσης (παράγραφος 2.3.5) για να αποτυπωθούν τα συστήματα εννοιών που χρησιμοποιούν οι μαθητές και η επίδραση της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων στην επιλογή αυτών των συστημάτων και να αντληθούν πληροφορίες για το πώς οι μαθητές παράγουν λανθασμένες απαντήσεις, τις εναλλακτικές ιδέες τους και τα εννοιολογικά μοντέλα που χρησιμοποιούν. [161]

182 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 13. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (Π1, Π2, Π3). Διάγραμμα 14. Δείκτης κέρδους ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Γ (Π1, Π2, Π3). Διάγραμμα 15. Ποσοστά σωστών απαντήσεων ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Ε (Π1, Π2, Π3). [162]

183 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 16. Δείκτης κέρδους ανά τμήμα και ανά ερώτηση για το πρότυπο Ε (Π1, Π2, Π3). Πρότυπο Γ Πρότυπο E Π 1 Π 2 Π 3 Μέσος όρος Α 1 Α 2 Μέσος όρος <<g 21 >> 0.32 ± 0.30sd 0.24 ± 0.46sd 0.11 ± 0.48sd 0.23 ± 0.21sd 0.17 ± 0.08sd 0.17 ± 0.02sd 0.17 ± 0.03sd <<g 31 >> 0.62 ± 0.17sd 0.61 ± 0.20sd 0.26 ± 0.40sd 0.50 ± 0.15sd 0.26 ± 0.10sd 0.36 ± 0.02sd 0.31 ± 0.05sd <<g 41 >> 0.13 ± 0.35sd 0.70 ± 0.04sd 0.42 ± 0.22sd Πίνακας 5. Οι μέσες τιμές των κανονικοποιημένων τιμών του δείκτη <g> για τα δύο πρότυπα (Π1, Π2, Π3) Ανάλυση των αποτελεσμάτων ανά πρότυπο Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα για κάθε ένα από τα δύο πρότυπα υποβολής ερωτήσεων που επιχειρήθηκαν στο πλαίσιο της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων. προτύπου Γ. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Ε. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του Πρότυπο Γ. Όπως φαίνεται από τα Διαγράμματα 13 και 14, όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτύπου Γ, στις οκτώ από τις ερωτήσεις που συνολικά τέθηκαν στα τρία τμήματα της Β Γυμνασίου, παρουσιάζεται πολύ σημαντική βελτίωση στα ποσοστά των σωστών απαντήσεων που δίνουν οι μαθητές μετά το πέρας των τριών γύρων απαντήσεων, μολονότι καταγράφεται συμπεριφορά που εξαρτάται από το τμήμα εφαρμογής αλλά και από την ερώτηση. Μοναδική εξαίρεση αποτελεί η τρίτη ερώτηση στο τμήμα Π 3, στην οποία παρατηρείται πολύ σημαντική μείωση περίπου 50% στο έτσι κι αλλιώς χαμηλό αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων. Ο μέσος δείκτης [163]

184 Κεφάλαιο 5 κέρδους από τον πρώτο στον τρίτο γύρο υπολογίστηκε ίσος με 0.50 ± 0.15sd κατατάσσοντας τη συγκεκριμένη δράση στις μέσης αποτελεσματικότητας διδακτικές παρεμβάσεις. Αντίστοιχα, ο μέσος δείκτης κέρδους από τον πρώτο στο δεύτερο γύρο υπολογίστηκε ίσος με 0.23 ± 0.21sd. Η τιμή αυτή εμφανίζει μεγάλη αβεβαιότητα και κατατάσσει τη συζήτηση μέσα στις ομάδες στις χαμηλής αποτελεσματικότητας δράσεις. Πράγματι, από την εμπειρία που αποκομίστηκε κατά την παρατήρηση των τάξεων που κλήθηκαν να αλληλοεπιδράσουν μέσα σε ομάδες, προκύπτει ότι οι μαθητές των τάξεων του Γυμνασίου εμφανίζουν προβλήματα προσαρμογής στον τρόπο αυτό διδακτικής μεθοδολογίας. Ενδεχομένως η υιοθέτηση τέτοιου τύπου διδακτικών δράσεων να εμφάνιζαν μεγαλύτερα διδακτικά οφέλη εφόσον εφαρμόζονταν σε μεγαλύτερη χρονική κλίμακα και στο πλαίσιο περισσότερων, αν όχι όλων των μαθημάτων, μεταβάλλοντας την μαθησιακή κουλτούρα των μαθητών αυτής της ηλικίας. Στις τέσσερις ερωτήσεις που το αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων είναι μικρότερο από 30% (ερωτήσεις Π2-1η, Π3-1η, Π2-2η, Π1-3η) η εφαρμογή του προτύπου Γ οδήγησε τελικά σε σημαντική βελτίωση του ποσοστού. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει τη δυναμική του συγκεκριμένου προτύπου όταν το αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων είναι πολύ χαμηλό (μικρότερο από 30%). Σε δύο ερωτήσεις (Π2-1η, Π3-1η) η συζήτηση μέσα στις ομάδες οδήγησε σε χαμηλότερα ποσοστά σωστών απαντήσεων γεγονός που μπορεί να σχετίζεται με τον ηγετικό ρόλο κάποιων μαθητών που επιβάλλουν κάποιες φορές την άποψή τους στα υπόλοιπα μέλη της ομάδας τους. Η συζήτηση ωστόσο στην ολομέλεια που ακολούθησε βελτίωσε την εικόνα και στις δύο περιπτώσεις αναδεικνύοντας τη δυναμική του συγκεκριμένου προτύπου. Σε τρεις ερωτήσεις (Π1-1η, Π3-2η και Π3-3η) καταγράφηκε μικρή μείωση από το δεύτερο στον τρίτο γύρο απαντήσεων. Στις δύο πρώτες ερωτήσεις είχε επιτευχθεί ήδη από το δεύτερο γύρο ποσοστό σωστών απαντήσεων μεγαλύτερο από 95%. Η περαιτέρω διαπραγμάτευση της ερώτησης δημιούργησε αμφιβολίες σε κάποιους μαθητές γεγονός που υποδεικνύει ότι αν και απάντησαν σωστά δεν ήταν σίγουροι για τις επιλογές τους. Η οπισθοχώρηση αυτή δείχνει ότι ακόμη και πολύ υψηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων μπορεί να κρύβουν διαδεδομένες παρανοήσεις. Η προσφυγή στον τρίτο γύρο απαντήσεων μπορεί ενδεχομένως, πέρα από το να προσφέρει πολύτιμές πληροφορίες στο διδάσκοντα, να βοηθήσει τους μαθητές να αναπτύξουν μεταγνωστικούς μηχανισμούς αυτορυθμιζόμενης μάθησης Πρότυπο Ε. Από τα Διαγράμματα 15 και 16, όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτύπου Ε προκύπτει ότι στις τρεις από τις τέσσερις ερωτήσεις παρουσιάζεται πολύ σημαντική βελτίωση στα ποσοστά των σωστών απαντήσεων που δίνουν οι μαθητές μετά το πέρας των τεσσάρων γύρων απαντήσεων, μολονότι η συμπεριφορά κατά τους ενδιάμεσους γύρους απαντήσεων φαίνεται να εξαρτάται από το τμήμα εφαρμογής. Πράγματι, ενώ το τμήμα Α 2 εμφάνισε βελτίωση σε [164]

185 Κεφάλαιο 5 κάθε έναν από τους τέσσερις γύρους απαντήσεων, η συμπεριφορά του τμήματος Α 1 παρουσίασε διακυμάνσεις. Έτσι, στην ερώτηση Α1-1η παρουσιάστηκε σημαντική οπισθοχώρηση στο ποσοστό των σωστών απαντήσεων, το οποίο ήταν τελικά χαμηλότερο ακόμη και από το αρχικό ποσοστό. Ο μέσος δείκτης κέρδους από τον πρώτο στον τέταρτο γύρο υπολογίστηκε ίσος με 0.42 ± 0.22sd, εμφανίζοντας όμως μεγάλες διακυμάνσεις μεταξύ των δύο τμημάτων, καθώς η τιμή του ήταν 0.70 ± 0.04sd για το τμήμα Α 2 (υψηλής αποτελεσματικότητας διδακτική παρέμβαση) και μόλις 0.13 ± 0.35sd για το τμήμα Α 1 (χαμηλής αποτελεσματικότητας διδακτική παρέμβαση με μεγάλη τιμή αβεβαιότητας). Αξίζει πάντως να σημειωθεί ότι παρά τα χαμηλά ποσοστά επιτυχίας που κατέγραψε το τμήμα Α 1, το οποίο οι εκπαιδευτικοί του σχολείου Α θεωρούσαν ότι είναι το πιο αδύναμο από όλα τα τμήματα του σχολείου, οι μαθητές του ανταποκρίθηκαν πολύ καλά στο όλο εγχείρημα. Οι μαθητές εξαιρετικά γρήγορα μπήκαν στο πνεύμα της συνεργατικότητας και λειτούργησαν ικανοποιητικά. Εντύπωση έκανε στους εκπαιδευτικούς του σχολείου (μέσα στην αίθουσα υπήρχαν δύο εκπαιδευτικοί-φυσικοί και ως παρατηρητής η διευθύντρια του σχολείου) η συμμετοχή των αδιάφορων συνήθως μαθητών και η αρκετά ικανοποιητική χρήση της επιστημονικής γλώσσας εκ μέρους των μαθητών. Ας σημειωθεί, τέλος, ότι στο δυναμικό αυτού του τμήματος συμμετείχαν μαθητές με επίσημα αναγνωρισμένα μαθησιακά προβλήματα. Σε δύο από τις ερωτήσεις, την Α2-1η και την Α1-2η, μολονότι τα αρχικά ποσοστά σωστών απαντήσεων ήταν πολύ χαμηλά, μικρότερα από 20%, παρατηρήθηκε πολύ σημαντική βελτίωση. Το γεγονός ότι η βελτίωση παρατηρήθηκε και στα δύο τμήματα σηματοδοτεί τη δυναμική των προτύπων που υιοθετούν τουλάχιστον τρεις γύρους απαντήσεων, όπως προκύπτει και από την παραπάνω ανάλυση των αποτελεσμάτων του προτύπου Γ Ανάλυση συγκέντρωσης Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης συγκέντρωσης από την εφαρμογή των δύο προτύπων στα πέντε τμήματα της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Γ στο τμήμα Π1. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Γ στο τμήμα Π2. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Γ στο τμήμα Π3. Στην παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Ε στο τμήμα Α1. [165]

186 Κεφάλαιο 5 Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του προτύπου Ε στο τμήμα Α Πρότυπο Γ. Τμήμα Π1 Στα Διαγράμματα 17, 18 και 19 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων του τμήματος Π1 στις τρεις ερωτήσεις που κλήθηκαν να απαντήσουν κατά τους τρεις γύρους απαντήσεων. Διάγραμμα 17. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 1η ερώτηση). Διάγραμμα 18. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 2η ερώτηση). Διάγραμμα 19. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 3η ερώτηση). [166]

187 Κεφάλαιο 5 Στον Πίνακα 6 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις εννιά συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Π1. Οι τιμές των Q 1-Q 3 αντιστοιχούν στις τιμές των δεικτών στους τρεις γύρους αντίστοιχα της πρώτης, της δεύτερης και της τρίτης ερώτησης. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). 1η ερώτηση 2η ερώτηση 3η ερώτηση Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 S 0,46 0,96 0,91 0,54 0,57 0,88 0,25 0,25 0,47 C 0,20 0,92 0,85 0,36 0,35 0,79 0,48 0,26 0,30 Γ 0,16 1,00 1,00 0,55 0,41 1,00 0,78 0,42 0,49 ΜΜ ΗΗ ΗΗ ΜΜ ΜΜ ΗΗ LM LM MM Πίνακας 6. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Γ, Π1. Στα Διαγράμματα 20 και 21 δίνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν από την περιοχή των μοντέλων, ενός σωστού και ενός λανθασμένου (ΜΜ) και ήδη από το δεύτερο γύρο υιοθετούν στην πλειοψηφία τους ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ). Η κατάσταση δεν αλλάζει ουσιαστικά μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια (τρίτος γύρος, ΗΗ). Η υψηλή τιμή του Γ στο τέλος της διαδικασίας σχετίζεται με το γεγονός ότι όσοι απαντούν λανθασμένα υιοθετούν όλοι την ίδια λανθασμένη απάντηση, επομένως υπάρχει μία ισχυρή εναλλακτική ιδέα στο μυαλό αυτών των μαθητών. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν από την περιοχή των δύο μοντέλων, ενός σωστού και ενός λανθασμένου (ΜΜ) και παραμένουν σε αυτό εμφανίζοντας ελάχιστη διαφοροποίηση στις απαντήσεις τους μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες (δεύτερος γύρος, ΜΜ). Ωστόσο, μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια, η πλειοψηφία των μαθητών υιοθετεί το σωστό μοντέλο (ΗΗ), ενώ μια μικρή μειοψηφία διατηρεί ισχυρές εναλλακτικές απόψεις (Γ=1). Σε ό,τι αφορά την τρίτη ερώτηση, η συμπεριφορά είναι εντελώς διαφορετική. Οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας δύο λανθασμένα μοντέλα εννοιών (LM) και παραμένουν σε αυτά μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες (δεύτερο γύρος, LM) αν και οι απαντήσεις τους κατανέμονται σε περισσότερες εναλλακτικές (μείωση της τιμής του Γ). Μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια οι μαθητές μετακινούνται προς την περιοχή των δύο μοντέλων, ενός σωστού και ενός λανθασμένου (ΜΜ). [167]

188 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 20. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Γ, Π1. Διάγραμμα 21. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Γ, Π1. [168]

189 Κεφάλαιο Πρότυπο Γ. Τμήμα Π2 Στα Διαγράμματα 22, 23 και 24 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων του τμήματος Π2 στις τρεις ερωτήσεις που κλήθηκαν να απαντήσουν κατά τους τρεις γύρους απαντήσεων. Διάγραμμα 22. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π2, 1η ερώτηση). Διάγραμμα 23. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 2η ερώτηση). Διάγραμμα 24. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π1, 3η ερώτηση). [169]

190 Κεφάλαιο 5 Στον Πίνακα 7 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις εννιά συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Π 2. Οι τιμές των Q 1-Q 3 αντιστοιχούν στις τιμές των δεικτών στους τρεις γύρους αντίστοιχα της πρώτης, της δεύτερης και της τρίτης ερώτησης. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Ας σημειωθεί ότι όταν η τιμή του δείκτη C είναι ίση με 1 τότε δεν ορίζεται ο δείκτης Γ (Πίνακας 7, 2η ερώτηση, Q 2, Q 3) 1η ερώτηση 2η ερώτηση 3η ερώτηση Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 S 0,29 0,12 0,53 0,29 1,00 1,00 0,65 0,76 0,82 C 0,07 0,45 0,47 0,28 1,00 1,00 0,48 0,61 0,70 Γ 0,11 0,56 1,00 0, ,70 0,58 0,49 LL LM MM LM HH HH MM HH HH Πίνακας 7. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Γ, Π2. Στα Διαγράμματα 25 και 26 δίνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας 3 ή και περισσότερα μοντέλα (LL), ενώ μετά τη συζήτηση στις ομάδες μετακινούνται στην περιοχή των δύο λανθασμένων μοντέλων (LM). Μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια μια μικρή πλειοψηφία υιοθετεί το σωστό μοντέλο ενώ οι υπόλοιποι μαθητές υιοθετούν ένα λανθασμένο μοντέλο (ΜΜ). Η υψηλή τιμή του Γ (Γ=1) δηλώνει ότι υπάρχει μία ισχυρή εναλλακτική ιδέα στο μισό σχεδόν πληθυσμό της τάξης. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας δύο κυρίως λανθασμένα μοντέλα (LM), αλλά μετά τη συζήτηση στις ομάδες μετακινούνται όλοι στο σωστό μοντέλο (ΗΗ). Η κατάσταση παραμένει αμετάβλητη και μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια. Σε ό,τι αφορά την τρίτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας δύο μοντέλα, ένα σωστό (η πλειοψηφία) και ένα λανθασμένο (ΜΜ). Μετά τη συζήτηση στις ομάδες η εικόνα βελτιώνεται σημαντικά (μετακίνηση στην περιοχή ΗΗ και ταυτόχρονα μείωση της τιμής του Γ), κατάσταση η οποία τείνει βελτιούμενη μετά και τη συζήτηση στην ολομέλεια. [170]

191 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 25. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Γ, Π2. Διάγραμμα 26. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Γ, Π1. [171]

192 Κεφάλαιο Πρότυπο Γ. Τμήμα Π3. Στα Διαγράμματα 27, 28 και 29 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων του τμήματος Π3 στις τρεις ερωτήσεις που κλήθηκαν να απαντήσουν κατά τους τρεις γύρους απαντήσεων. Διάγραμμα 27. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π3, 1η ερώτηση). Διάγραμμα 28. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π3, 2η ερώτηση). Διάγραμμα 29. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Γ, Π3, 3η ερώτηση). Στον Πίνακα 8 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις εννιά συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Π3. Οι τιμές των Q 1-Q 3 αντιστοιχούν στις τιμές των [172]

193 Κεφάλαιο 5 δεικτών στους τρεις γύρους αντίστοιχα της πρώτης, της δεύτερης και της τρίτης ερώτησης. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). 1η ερώτηση 2η ερώτηση 3η ερώτηση Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 S 0,25 0,08 0,58 0,50 1,00 0,92 0,33 0,33 0,17 C 0,19 0,32 0,32 0,30 1,00 0,86 0,12 0,26 0,73 Γ 0,31 0,35 0,06 0,41-1,00 0,17 0,46 1,00 LL LM MM MM HH HH LM LM LH Πίνακας 8. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Γ, Π3. Στα Διαγράμματα 30 και 31 δίνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας 3 ή και περισσότερα μοντέλα (LL), ενώ μετά τη συζήτηση στις ομάδες μετακινούνται στην περιοχή των δύο λανθασμένων μοντέλων (LM). Μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια μια μικρή πλειοψηφία υιοθετεί το σωστό μοντέλο ενώ οι υπόλοιποι μαθητές υιοθετούν ένα λανθασμένο μοντέλο (ΜΜ). Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας δύο κυρίως μοντέλα, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜM), αλλά μετά τη συζήτηση στις ομάδες μετακινούνται όλοι στο σωστό μοντέλο (ΗΗ). Η κατάσταση παραμένει σχεδόν αμετάβλητη και μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια, μολονότι παρατηρείται μία μικρή διαρροή. Σε ό,τι αφορά την τρίτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας δύο λανθασμένα μοντέλα (LM) και δεν αλλάζουν σημαντικά άποψη μετά τη συζήτηση στις ομάδες (LM). Ωστόσο, μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια η μεγάλη πλειοψηφία των μαθητών υιοθετεί ένα κοινό αλλά λανθασμένο μοντέλο (LH). [173]

194 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 30. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Γ, Π3. Διάγραμμα 31. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Γ, Π3. [174]

195 Κεφάλαιο Πρότυπο Ε. Τμήμα Α1 Στα Διαγράμματα 32 και 33 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων των μαθητών του τμήματος Α1 στις δύο ερωτήσεις (Παράρτημα Ι ) που κλήθηκαν να απαντήσουν κατά τους τέσσερις γύρους απαντήσεων (πρότυπο Ε ). Διάγραμμα 32. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α1, 1η ερώτηση). Διάγραμμα 33. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α1, 2η ερώτηση). Στον Πίνακα 9 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις οκτώ συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Α1. Οι τιμές των Q 1-Q 4 αντιστοιχούν στις τιμές των δεικτών στους τέσσερις γύρους αντίστοιχα της πρώτης και της δεύτερης ερώτησης. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). 1η ερώτηση 2η ερώτηση Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 S 0,37 0,42 0,60 0,29 0,09 0,32 0,24 0,52 C 0,14 0,18 0,38 0,22 0,41 0,32 0,22 0,34 Γ 0,18 0,19 0,37 0,38 0,46 0,58 0,36 0,52 LL ML MM LM LM LM LM MM Πίνακας 9. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Ε, Α1. [175]

196 Κεφάλαιο 5 Στα Διαγράμματα 34 και 35 δίνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, στις αρχικές απαντήσεις τους οι μαθητές του Α1 υιοθετούν τρία ή και περισσότερα συστήματα μοντέλα εννοιών (LL), ενώ δεν παρουσιάζουν κάποια ουσιαστική μετακίνηση στο δεύτερο γύρο απαντήσεων (ΜL). Στον τρίτο γύρο απαντήσεων παρουσιάζουν βελτίωση τείνοντας προς την υιοθέτηση ενός σωστού μοντέλου και ενός λανθασμένου μοντέλου (ΜΜ) και τέλος, στον τέταρτο γύρο οπισθοχωρούν επιστρέφοντας στη χρήση δύο λανθασμένων συστημάτων εννοιών (LM). Από το Διάγραμμα 34 προκύπτει ότι το διάνυσμα που ενώνει τις θέσεις των ερωτήσεων Q 1 και Q 4 είναι σχεδόν παράλληλο με τον οριζόντιο άξονα, δηλώνοντας ότι δεν υπήρξε ουσιαστική μεταβολή τις ιδέες των μαθητών. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, στους τρεις πρώτους γύρους οι μαθητές του Α 1 υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα εννοιών (LM) ενώ στον τέταρτο γύρο μετακινούνται προς την περιοχή των δύο συστημάτων εννοιών, ενός ορθού και ενός λανθασμένου (ΜΜ). Διάγραμμα 34. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Ε, Α1. [176]

197 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 35. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Ε, Α Πρότυπο Ε. Τμήμα Α2 Στα Διαγράμματα 36 και 37 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων του τμήματος Α2 στις δύο ερωτήσεις που κλήθηκαν να απαντήσουν κατά τους τέσσερις γύρους απαντήσεων. Διάγραμμα 36. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α2, 1η ερώτηση). [177]

198 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 37. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο (Πρότυπο Ε, Α1, 2η ερώτηση). Στον Πίνακα 10 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις οκτώ συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Α 2. Οι τιμές των Q 1-Q 4 αντιστοιχούν στις τιμές των δεικτών στους τέσσερις γύρους αντίστοιχα της πρώτης και της δεύτερης ερώτησης. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). 1η ερώτηση 2η ερώτηση Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 S 0,21 0,36 0,48 0,80 0,29 0,40 0,56 0,76 C 0,18 0,14 0,25 0,67 0,33 0,23 0,35 0,63 Γ 0,28 0,19 0,28 0,65 0,57 0,38 0,42 1,00 LL LL MM HH LM MM MM HH Πίνακας 10. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Πρότυπο Ε, Α2. Στα Διαγράμματα 38 και 39 δίνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, στις αρχικές τους απαντήσεις οι μαθητές του Α2 υιοθετούν τρία ή και περισσότερα συστήματα μοντέλα εννοιών (LL), ενώ δεν παρουσιάζουν κάποια ουσιαστική μετακίνηση στο δεύτερο γύρο απαντήσεων (LL). Στον τρίτο γύρο απαντήσεων μετακινούνται σε δύο συστήματα εννοιών ένα σωστό και ένα λανθασμένο (MM) και τέλος, υιοθετούν ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (HH). Από το Διάγραμμα 39 καταγράφεται επίσης η μεταβολή στον τρόπο σκέψης των μαθητών κατά τη διάρκεια των τεσσάρων γύρων απαντήσεων. Είναι ενδεικτικό ότι παρά το υψηλό ποσοστό σωστών απαντήσεων η επίσης υψηλή τιμή του δείκτη Γ υποδεικνύει την ύπαρξη αρκετά ισχυρών εναλλακτικών ιδεών σε μερικούς μαθητές. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, παρατηρήθηκε παρόμοια συμπεριφορά, σε συμφωνία με την εικόνα που είχε δημιουργηθεί και από το Διάγραμμα 33. Η γνωστική εξέλιξη των μαθητών ξεκίνησε από την περιοχή των δύο λανθασμένων μοντέλων (πρώτος γύρος, LM) και οδηγήθηκε στην περιοχή των δύο μοντέλων με το ένα από αυτά να είναι το ορθό (δεύτερο γύρος, MM). Η εικόνα [178]

199 Κεφάλαιο 5 άλλαξε ελάχιστα στον τρίτο γύρο απαντήσεων (ΜΜ) για να οδηγηθούν τελικά οι μαθητές σε ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (HH). Η υψηλή τελική τιμή του δείκτη Γ (Διάγραμμα 39) υποδεικνύει ότι παρά το υψηλό ποσοστό σωστών απαντήσεων εξακολουθεί να υπάρχει μία ισχυρή εναλλακτική ιδέα σε μέρος των μαθητών. Το γεγονός αυτό, που παρατηρήθηκε και στην πρώτη ερώτηση, αποτυπώθηκε και κατά τη διάρκεια της συζήτησης με τους μαθητές μέσα στην τάξη αλλά και αμέσως μετά, κατά τη διάρκεια του διαλλείματος. Παρά τα επιχειρήματα που παρατέθηκαν από το διδάσκοντα υπήρχε μία μερίδα μαθητών, και μάλιστα με υψηλούς βαθμούς στα μαθήματα του σχολείου, που αρνούνταν να αποχωριστούν την προσωπική τους άποψη. Διάγραμμα 38. Απεικόνιση S-C, πρότυπο Ε, Α2. [179]

200 Κεφάλαιο 5 Διάγραμμα 39. Απεικόνιση S-Γ, πρότυπο Ε, Α2. [180]

201 Κεφάλαιο 5 Βιβλιογραφία 5ου κεφαλαίου Crouch, C. H., & Mazur, E. (2001). Peer instruction: Ten years of experience and results. Am. J. Phys., 69(9), Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics text data for introductory physics courses. Am. J. Phys., 66(1), [181]

202 Κεφάλαιο 5 [182]

203 Κεφάλαιο 6 Κεφάλαιο 6ο Αποτελέσματα από τη διερεύνηση του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος 6ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του CRS κατά την εφαρμογή των εκπαιδευτικών σεναρίων που παρουσιάστηκαν στο κεφάλαιο 4. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης που επιχειρήθηκε για να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της εφαρμογής του CRS μέσω του εκπαιδευτικού σεναρίου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του CRS μέσω του εκπαιδευτικού σεναρίου του πρώτου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου. Τα αποτελέσματα του πρώτου μέρους έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Μολονότι τα CRSs χρησιμοποιούνται ευρέως πλέον σε πολλά σχολεία Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης σε όλο τον κόσμο, δεν έχει, μέχρι σήμερα, διερευνηθεί σε βάθος η αποτελεσματικότητα της χρήσης τους. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή τεσσάρων εκπαιδευτικών σεναρίων. Τα αποτελέσματα του δεύτερου μέρους έχουν επίσης ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Στο πλαίσιο εφαρμογής των συγκεκριμένων εκπαιδευτικών σεναρίων έχει επιχειρηθεί η αξιοποίηση του CRS ως εργαλείου με πολλαπλές χρήσεις: την παροχή ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο σε εκπαιδευτή και εκπαιδευόμενο, την καταγραφή των απαντήσεων των φοιτητών με σκοπό την εκ των υστέρων επεξεργασία τους, την ενεργοποίηση όλων των φοιτητών και τη διενέργεια συζητήσεων στην ολομέλεια που αναδεικνύουν τις εναλλακτικές ιδέες των φοιτητών και την εξέλιξή τους κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας. 6.1 Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας σε ακροατήρια μαθητών Για να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας με τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών, επιχειρήθηκαν δύο δράσεις. Η πρώτη δράση πραγματοποιήθηκε σε τέσσερα (4) τμήματα της Β τάξης ενός Γενικού Λυκείου στο πλαίσιο της Φυσικής Γενικής Παιδείας. Αφορούσε τη διδασκαλία του μοντέλου του [183]

204 Κεφάλαιο 6 ηλεκτρικού ρεύματος και ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφο Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η δεύτερη δράση πραγματοποιήθηκε σε δύο (2) τμήματα της Β τάξης ενός Γυμνασίου στο πλαίσιο της Φυσικής. Αφορούσε τη διδασκαλία του πρώτου νόμου του Νεύτωνα και ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφο παρουσιάζονται στην παράγραφο Τα αποτελέσματα Εφαρμογή του σεναρίου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται για κάθε ένα από τα τέσσερα τμήματα οι κατανομές των απαντήσεων των μαθητών στις έξι ερωτήσεις (Παράρτημα Ε ) στο αρχικό (pre) και στο τελικό (post) τεστ, καθώς τα διαγράμματα C-S και Γ-S με τις μεταβολές των μέσων τιμών των δεικτών S. C και Γ ανά ερώτηση για τα δύο τεστ. Επίσης, για κάθε τμήμα υπολογίστηκε ο δείκτης μέσου κανονικοποιημένου κέρδους g (Πίνακας 11). <pre>/100 <post>/100 <g> Α ±0.09 Α ±0.11 Α ±0.11 Α ±0.07 Πίνακας 11. Οι τιμές του μέσου δείκτη κανονικοποιημένου κέρδους για το σενάριο του ηλεκτρικού ρεύματος (Α4, Α5, Α6, Α7). Για να αποτιμηθεί η επίδραση της χρήσης του CRS παρουσιάζονται τα αποτελέσματα στατιστικής ανάλυσης στην οποία συγκρίνονται οι επιδόσεις των μαθητών που χρησιμοποίησαν το CRS με τις επιδόσεις εκείνων που δεν το χρησιμοποίησαν Τμήμα Α4 Στα Διαγράμματα 40 έως 45 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων των μαθητών του τμήματος Α4 στις έξι ερωτήσεις των pre και post tests. Συγκεκριμένα, σε κάθε διάγραμμα ο κατακόρυφος άξονας αναπαριστά το επί τοις εκατό ποσοστό των απαντήσεων ανά δυνατή απάντηση (οριζόντιος άξονας). [184]

205 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 40. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-1η ερώτηση). Διάγραμμα 41. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-2η ερώτηση). Διάγραμμα 42. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-3η ερώτηση). Διάγραμμα 43. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-4η ερώτηση). [185]

206 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 44. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-5η ερώτηση). Διάγραμμα 45. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α4-6η ερώτηση). Στον Πίνακα 12 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις έξι συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Α 4, τόσο για το pre test όσο και για το post test, καθώς και η μέση τιμή όλων των ερωτήσεων. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 μέση τιμή pre post pre post pre post pre post pre post pre post pre post S C Γ LM LL LL HH HH HH MM MM LM LM MM MM ΜΜ ΜΜ Πίνακας 12. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α4. Στα Διαγράμματα 46 και 47 αποτυπώνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 46 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 47 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων. Οι σχετικά χαμηλές τιμές του δείκτη Γ υποδεικνύουν ότι δεν καταγράφονται ισχυρά εναλλακτικά μοντέλα εκ μέρους των μαθητών. Σε ό,τι αφορά την πρώτη [186]

207 Κεφάλαιο 6 ερώτηση (Q1), οι μαθητές του Α 4 υιοθετούν αρχικά δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών (LM) ενώ μετά τη διδακτική παρέμβαση υιοθετούν τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL). Η γνωστική τους κατάσταση δεν βελτιώθηκε μετά τη διδακτική παρέμβαση. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση (Q2), οι μαθητές ξεκινούν έχοντας τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL) αλλά καταλήγουν τελικά να υιοθετούν στην πλειοψηφία τους ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την τρίτη ερώτηση, φαίνεται ότι όλοι οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας το σωστό μοντέλο (ΗΗ) ενώ μετά την παρέμβαση υπάρχει μία μικρή οπισθοχώρηση, χωρίς ωστόσο να μεταβάλλεται η εικόνα για την πλειοψηφία των μαθητών που εξακολουθεί να υιοθετεί το σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την τέταρτη ερώτηση οι μαθητές του τμήματος αρχικά υιοθετούν δύο μοντέλα εννοιών, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ), ενώ η εικόνα αυτή δεν αλλάζει σημαντικά όπως προκύπτει από το post test (ΜΜ). Σε ότι αφορά την πέμπτη ερώτηση, τα μαθησιακά οφέλη είναι μάλλον φτωχά. Οι μαθητές ξεκινούν και καταλήγουν να χρησιμοποιούν δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών (LM). Σε ό,τι αφορά την έκτη ερώτηση, καταγράφεται μία σταθερή κατάσταση. Οι μαθητές ξεκινούν με δύο μοντέλα εννοιών, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ), και παραμένουν σταθεροί στις απόψεις τους μετά το τέλος της διδακτικής παρέμβασης. Η συνολική εικόνα του τμήματος, όπως προκύπτει από τη μέση τιμή των δεικτών S, C και Γ, δείχνει μία μικρή βελτίωση (μετακίνηση προς μεγαλύτερες τιμές του δείκτη S και μικρότερες τιμές του δείκτη Γ). Ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους (Πίνακας 11) όπως προκύπτει από τις μέσες τιμές των σωστών απαντήσεων στα pre και post tests, είναι ίσος με <g> = 0.24±0.09, κατατάσσοντας την παρέμβαση στις χαμηλής αποτελεσματικότητας δράσεις. Διάγραμμα 46. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α4. [187]

208 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 47. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Τμήμα Α5 Στα Διαγράμματα 48 έως 53 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων των μαθητών του τμήματος Α5 στις έξι ερωτήσεις των pre και post tests. Συγκεκριμένα, σε κάθε διάγραμμα ο κατακόρυφος άξονας αναπαριστά το επί τοις εκατό ποσοστό των απαντήσεων ανά δυνατή απάντηση (οριζόντιος άξονας). Διάγραμμα 48. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-1η ερώτηση). [188]

209 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 49. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-2η ερώτηση). Διάγραμμα 50. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-3η ερώτηση). Διάγραμμα 51. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-4η ερώτηση). [189]

210 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 52. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-5η ερώτηση). Διάγραμμα 53. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α5-6η ερώτηση). Στον Πίνακα 13 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις έξι συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Α 5, τόσο για το pre test όσο και για το post test, καθώς και η μέση τιμή όλων ων ερωτήσεων. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 μέση τιμή pre post pre post pre post pre post pre post pre post pre post S C Γ LM LL LL HM HM MM MM ML LM LM MM MM MM MM Πίνακας 13. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α5. Στα Διαγράμματα 54 και 55 αποτυπώνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 54 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 55 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των [190]

211 Κεφάλαιο 6 λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, οι μαθητές του Α5 υιοθετούν αρχικά δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών (LM) ενώ μετά τη διδακτική παρέμβαση υιοθετούν τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL). Η γνωστική τους κατάσταση δεν βελτιώθηκε μετά τη διδακτική παρέμβαση. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL), αλλά μετά τη διδακτική παρέμβαση η πλειοψηφία τους υιοθετεί ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗΜ). Σε ό,τι αφορά την τρίτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν από ένα κυρίαρχο μοντέλο (ΗΜ) και καταλήγουν τελικά στην υιοθέτηση δύο μοντέλων, ενός σωστού και ενός λανθασμένου (ΜΜ). Σε ό,τι αφορά την τέταρτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν από δύο μοντέλα εννοιών, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ) και καταλήγουν να χρησιμοποιούν ένα σωστό και τουλάχιστον δύο λανθασμένα μοντέλα (ML). Σε ότι αφορά την πέμπτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν και καταλήγουν να χρησιμοποιούν δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών (LM). Σε ό,τι αφορά την έκτη ερώτηση, καταγράφεται μία σταθερή κατάσταση. Οι μαθητές ξεκινούν με δύο μοντέλα εννοιών, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ), και παραμένουν σταθεροί στις απόψεις τους μετά το τέλος της διδακτικής παρέμβασης. Η συνολική εικόνα του τμήματος, όπως προκύπτει από τη μέση τιμή των δεικτών S, C και Γ, δείχνει πρακτικά αμετάβλητη. Ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους (Πίνακας 11) όπως προκύπτει από τις μέσες τιμές των σωστών απαντήσεων στα pre και post tests, είναι ίσος με <g> = 0.06±0.11, κατατάσσοντας την παρέμβαση στις μη αποτελεσματικές δράσεις. Διάγραμμα 54. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α5. [191]

212 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 55. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α Τμήμα Α6 Στα Διαγράμματα 56 έως 61 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων των μαθητών του τμήματος Α6 στις έξι ερωτήσεις των pre και post tests. Συγκεκριμένα, σε κάθε διάγραμμα ο κατακόρυφος άξονας αναπαριστά το επί τοις εκατό ποσοστό των απαντήσεων ανά δυνατή απάντηση (οριζόντιος άξονας). Διάγραμμα 56. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-1η ερώτηση). [192]

213 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 57. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-2η ερώτηση). Διάγραμμα 58. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-3η ερώτηση). Διάγραμμα 59. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-4η ερώτηση). [193]

214 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 60. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-5η ερώτηση). Διάγραμμα 61. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α6-6η ερώτηση). Στον Πίνακα 14 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις έξι συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Α6, τόσο για το pre test όσο και για το post test, καθώς και η μέση τιμή όλων ων ερωτήσεων. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 μέση τιμή pre post pre post pre post pre post pre post pre post pre post S C Γ LL LL LL HH MM MM LM LM LL LM MM HH MM MM Πίνακας 14. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α6. Στα Διαγράμματα 62 και 63 αποτυπώνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 62 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 63 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των [194]

215 Κεφάλαιο 6 λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, οι μαθητές του Α 6 υιοθετούν τόσο αρχικά όσο και στο τέλος τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL). Η γνωστική τους κατάσταση δεν βελτιώθηκε μετά τη διδακτική παρέμβαση. Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL), αλλά μετά τη διδακτική παρέμβαση η πλειοψηφία τους υιοθετεί ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την τρίτη ερώτηση, Οι μαθητές ξεκινούν από την περιοχή των δύο μοντέλων, ενός σωστού και ενός λανθασμένου (ΜΜ), και δεν παρουσιάζουν καμία μεταβολή μετά τη διδακτική παρέμβαση. Σε ό,τι αφορά την τέταρτη ερώτηση, οι μαθητές υιοθετούν τόσο στην αρχή όσο και στο τέλος δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών (LM). Σε ό,τι αφορά την πέμπτη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL), ενώ μετά την παρέμβαση υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα εννοιών (LM). Σε ό,τι αφορά την έκτη ερώτηση, αρχικά οι μαθητές υιοθετούν δύο μοντέλα εννοιών, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ), μετά τη διδακτική παρέμβαση όμως, μετατοπίζονται προς ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ). Η συνολική εικόνα του τμήματος, όπως προκύπτει από τη μέση τιμή των δεικτών S, C και Γ, δείχνει μία μικρή βελτίωση (μετακίνηση προς ελαφρώς μεγαλύτερες τιμές του δείκτη S). Ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους (Πίνακας 11) όπως προκύπτει από τις μέσες τιμές των σωστών απαντήσεων στα pre και post tests, είναι ίσος με <g> = 0.08±0.11, κατατάσσοντας την παρέμβαση στις χαμηλής αποτελεσματικότητας δράσεις. Διάγραμμα 62. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α6. [195]

216 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 63. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α6. [196]

217 Κεφάλαιο Τμήμα Α7 Στα Διαγράμματα 64 έως 69 δίνονται οι κατανομές των απαντήσεων των μαθητών του τμήματος Α7 στις έξι ερωτήσεις των pre και post tests. Συγκεκριμένα, σε κάθε διάγραμμα ο κατακόρυφος άξονας αναπαριστά το επί τοις εκατό ποσοστό των απαντήσεων ανά δυνατή απάντηση (οριζόντιος άξονας). Διάγραμμα 64. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-1η ερώτηση). Διάγραμμα 65. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-2η ερώτηση). Διάγραμμα 66. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-3η ερώτηση). [197]

218 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 67. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-4η ερώτηση). Διάγραμμα 68. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-5η ερώτηση). Διάγραμμα 69. Κατανομή απαντήσεων στο pre και στο post test (Α7-6η ερώτηση). Στον Πίνακα 15 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις έξι συνολικά απαντήσεις που έδωσαν οι μαθητές του Α7, τόσο για το pre test όσο και για το post test, καθώς και η μέση τιμή όλων ων ερωτήσεων. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). [198]

219 Κεφάλαιο 6 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 μέση τιμή pre post pre post pre post pre post pre post pre post pre post S C Γ LL LM ML MM MM HH LL HH LL LM HH HH ΜΜ ΜΗ Πίνακας 15. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Τμήμα Α7. Στα Διαγράμματα 70 και 71 αποτυπώνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 70 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 71 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση, οι μαθητές του Α 7 υιοθετούν αρχικά τέλος τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL), ενώ τελικά υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα (LM). Σε ό,τι αφορά τη δεύτερη ερώτηση, οι μαθητές ξεκινούν υιοθετώντας τρία μοντέλα, ένα εκ των οποίων είναι το σωστό (ML), και καταλήγουν σε δύο μοντέλα, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (MM). Σε ό,τι αφορά την τέταρτη ερώτηση, αρχικά υιοθετούνται τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL), ωστόσο, μετά τη διδακτική παρέμβαση κυριαρχεί το σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την πέμπτη ερώτηση, οι μαθητές υιοθετούν αρχικά τέλος τρία ή και περισσότερα μοντέλα εννοιών (LL), ενώ τελικά υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα (LM). Σε ό,τι αφορά την έκτη ερώτηση, από την αρχή υιοθετείται ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο εικόνα που παραμένει και μετά το τέλος της παρέμβασης. Η συνολική εικόνα του τμήματος, όπως προκύπτει από τη μέση τιμή των δεικτών S, C και Γ, δείχνει μία μικρή βελτίωση (μετακίνηση προς μεγαλύτερες τιμές του δείκτη S). Ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους (Πίνακας 11) όπως προκύπτει από τις μέσες τιμές των σωστών απαντήσεων στα pre και post tests, είναι ίσος με <g> = 0.26±0.07, κατατάσσοντας την παρέμβαση στις χαμηλής αποτελεσματικότητας δράσεις. [199]

220 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 70. Απεικόνιση S-C, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α7. Διάγραμμα 71. Απεικόνιση S-Γ, σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος, Α7. [200]

221 Κεφάλαιο Στατιστική ανάλυση της αποτελεσματικότητας της ενσωμάτωσης των κλίκερς στην εκπαιδευτική διαδικασία Για να αποτυπωθεί ενδεχόμενη επίδραση της ενσωμάτωσης των κλίκερς στην εκπαιδευτική διαδικασία, τα κλίκερς χρησιμοποιήθηκαν σε δύο από τα τέσσερα τμήματα εφαρμογής. Τα τέσσερα τμήματα ακολούθησαν ακριβώς το ίδιο εκπαιδευτικό σενάριο από τον ίδιο διδάσκοντα. Στόχος μας ήταν να συγκρίνουμε την απόδοση των τμημάτων μεταξύ τους συγκρίνοντας τις μέσες τιμές των ποσοστών σωστών απαντήσεων στα δύο τεστ, το αρχικό και το τελικό, για να διαπιστωθούν αν υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των τμημάτων που χρησιμοποίησαν τα κλίκερς και αυτών που δεν τα χρησιμοποίησαν Σύγκριση βαθμών στο pre test Αρχικά επιχειρήθηκε να ελεγχθεί αν υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των βαθμών των μαθητών στο pre test. Να ελεγχθεί δηλαδή αν οι μαθητές των τεσσάρων τμημάτων εκκινούν από την ίδια αφετηρία ή κάποιοι πλεονεκτούν. Προκειμένου να ελεγχθεί αν η κατανομή των δεδομένων (βαθμοί μαθητών ανά τάξη) είναι κανονική πραγματοποιήθηκε τεστ Kolmogorov-Smirnov (K-S), με τη βοήθεια του λογισμικού SPSS 17. Σύμφωνα με το τεστ, προκύπτει ότι με εξαίρεση το τρίτο τμήμα, Α 6, για το οποίο η κατανομή προκύπτει κανονική (D(18)=.201, p>.05), για τα υπόλοιπα τρία τμήματα η κατανομή των βαθμών δεν ακολουθεί την κανονική (Α4: D(21)=.249, p<.001, A 5: D(20)=.255, p<.001, A 7: D(23)=.237, p<.002). Αντίστοιχα, από το τεστ ομοιογένειας της διασποράς μεταξύ των συγκρινόμενων δειγμάτων (έλεγχος Levene), προκύπτει ότι η κατανομή των βαθμών των μαθητών παραβιάζει τη συνθήκη ομοιογένειας της διασποράς (F(3, 78) = 1.229, p>.05). Συνεπώς, για να συγκριθούν οι βαθμοί των μαθητών των τεσσάρων τμημάτων πραγματοποιήθηκε το μη παραμετρικό τεστ Kruskal-Wallis. Σύμφωνα με το τεστ αυτό οι βαθμοί των μαθητών των τεσσάρων τμημάτων δεν παρουσιάζουν στατιστικά σημαντική διαφορά (H(3)=7.38, p>.05) Σύγκριση βαθμών στο post test Επιχειρήθηκε παρόμοια στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων των μαθητών στο post test. Αρχικά, προκειμένου να ελεγχθεί αν η κατανομή των δεδομένων (βαθμοί μαθητών ανά τάξη) είναι κανονική πραγματοποιήθηκε τεστ K-S στην κατανομή των βαθμών των μαθητών κάθε τμήματος. Σύμφωνα με το τεστ για το πρώτο και το δεύτερο τμήμα, Α 4 και Α 5, η κατανομή προκύπτει κανονική (D(20)=.183, p>.05, και D(18)=.161, p>.05, αντίστοιχα), ενώ για τα άλλα δύο τμήματα η κατανομή των βαθμών δεν ακολουθεί την κανονική (Α 6: D(17)=.223, p<.03, A 7: D(21)=.191, p<.05). [201]

222 Κεφάλαιο 6 Αντίστοιχα, από το τεστ ομοιογένειας της διασποράς μεταξύ των συγκρινόμενων δειγμάτων (έλεγχος Levene), προκύπτει ότι η κατανομή των βαθμών των μαθητών παραβιάζει τη συνθήκη ομοιογένειας της διασποράς (F(3, 72) =.839, p>.05). Συνεπώς, για να συγκριθούν οι βαθμοί των μαθητών των τεσσάρων τμημάτων στο post test πραγματοποιήθηκε το μη παραμετρικό τεστ Kruskal-Wallis. Σύμφωνα με το τεστ αυτό οι βαθμοί των μαθητών των τεσσάρων τμημάτων στο post τεστ παρουσιάζουν στατιστικά σημαντική διαφορά (H(3)=13.23, p<.004) Σύγκριση βαθμών ανά τμήμα Για να διαπιστώσουμε σε ποια τμήματα υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των βαθμών στο pre και post τεστ, πραγματοποιήθηκε το εξαρτημένο μη παραμετρικό τεστ Wilcoxon signed-rank για κάθε τμήμα (Πίνακας 16). Για το τμήμα Α 4 το τεστ αυτό υποδεικνύει ότι δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά στους βαθμούς των μαθητών στο pre test (Mdn=.49) σε σχέση με την απόδοση στο post test (Mdn=.62 ), z=-1,874, p>0,05), r=-.29. Για το τμήμα Α 5 το τεστ υποδεικνύει ότι επίσης δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά στους βαθμούς των μαθητών στο pre test (Mdn=.40) σε σχέση με την απόδοση στο post test (Mdn=.46 ), z=-.976, p>0,05), r=-.16. Για το τμήμα Α 6 το τεστ υποδεικνύει ότι επίσης δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά στους βαθμούς των μαθητών στο pre test (Mdn=.30) σε σχέση με την απόδοση στο post test (Mdn=.42 ), z=-1.703, p>0,05), r=-.29. Για το τμήμα Α 7 το τεστ υποδεικνύει ότι υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά στους βαθμούς των μαθητών στο pre test (Mdn=.45) σε σχέση με την απόδοση στο post test (Mdn=.60 ), z= , p<0,01), r=-.40. Επομένως η διαφορά μεταξύ των βαθμών των μαθητών στο pre test και στο post test μπορεί να αποδοθεί στη βελτίωση της απόδοσης των μαθητών του Α7. A4 A5 A6 A7 Mdn z p r Mdn z p r Mdn z p r Mdn z p r pre ,40 0,30 0,45-1,874 >0,05 0,29 0,976 >0,05-0,16-1,703 >0,05 0,29 2,676 <0,01 0,40 post ,46 0,42 0,60 Πίνακας 16. Στατιστική σύγκριση τμημάτων Α4-Α7. Σενάριο ηλεκτρικού ρεύματος. [202]

223 Κεφάλαιο Σύγκριση μεταξύ υποθετικών τμημάτων Για να συγκριθούν πιο άμεσα τα δύο τμήμα Α4 και Α6 στα οποία χρησιμοποιήθηκαν τα κλίκερς με τα δύο τμήματα Α5, Α7 στα οποία δεν χρησιμοποιήθηκαν, θεωρήσαμε ένα υποθετικό τμήμα (class 1) με σύνολο μαθητών 39 όσο αφορά το pre test και 37 όσο αφορά το post test, όσο δηλαδή το άθροισμα των μαθητών των τμημάτων Α4 και Α6, και κατανομή βαθμών στα δύο τεστ το άθροισμα των δύο αντίστοιχων κατανομών, και ένα δεύτερο υποθετικό τμήμα (class 2) με σύνολο μαθητών 43 όσο αφορά το pre test και 39 όσο αφορά το post test, όσο δηλαδή το άθροισμα των μαθητών των τμημάτων Α5 και Α6 και κατανομή βαθμών στα δύο τεστ το άθροισμα των δύο αντίστοιχων κατανομών. Για να συγκρίνουμε τους μέσους όρους των βαθμολογιών των δύο αυτών τμημάτων στο pre test πραγματοποιήθηκε τεστ Mann-Whitney, επειδή η κατανομή των βαθμολογιών δεν ήταν κανονική (class 1: D(39)=.203, p<.001, class 2: D(43)=.231, p<.001) ενώ από το τεστ ομοιογένειας της διασποράς μεταξύ των συγκρινόμενων δειγμάτων (έλεγχος Levene), προέκυψε ότι η κατανομή των βαθμών των μαθητών παραβιάζει τη συνθήκη ομοιογένειας της διασποράς (F(1, 80) = 1.845, p>.05). Σύμφωνα με το τεστ, η τάξη class 1 (Mdn=39.22) δεν φαίνεται να διαφέρει από τη τάξη class 2 (Mdn=43.57), U=749.5, ns, r=.02 (Διάγραμμα 72). Διάγραμμα 72. Η κατανομή των βαθμών στο pre test στις δύο τάξεις class1 και class2. Αντίστοιχα, για να συγκρίνουμε τους μέσους όρους των βαθμολογιών των δύο αυτών τμημάτων στο post test πραγματοποιήθηκε τεστ Mann-Whitney, επειδή η κατανομή των [203]

224 Κεφάλαιο 6 βαθμολογιών δεν ήταν κανονική (class 1: D(37)=.201, p<.001, class 2: D(39)=.154, p<.02) ενώ από το τεστ ομοιογένειας της διασποράς μεταξύ των συγκρινόμενων δειγμάτων (έλεγχος Levene), προέκυψε ότι η κατανομή των βαθμών των μαθητών παραβιάζει τη συνθήκη ομοιογένειας της διασποράς (F(1, 74) =.071, p>.05). Σύμφωνα με το τεστ, η τάξη class 1 (Mdn=37.95) δεν φαίνεται να διαφέρει από τη τάξη class 2 (Mdn=39.03), U=701, ns, r=.10 (Διάγραμμα 73). Διάγραμμα 73. Η κατανομή των βαθμών στο post test στις δύο τάξεις class1 και class2. [204]

225 Κεφάλαιο Εφαρμογή του σεναρίου του 1ου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές Γυμνασίου Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του CRS για την υποστήριξη του εκπαιδευτικού σεναρίου του πρώτου νόμου του Νεύτωνα. Συγκεκριμένα, παρατίθενται για κάθε ερώτηση που κλήθηκαν να απαντήσουν οι μαθητές η κατανομή των απαντήσεών τους καθώς και η συζήτηση που ακολούθησε με σκοπό την αποσαφήνιση του τρόπου σκέψης τους και την ανάδειξη της εξέλιξης των ιδεών τους κατά τη διάρκεια της παρέμβασης. Μετά από κάθε συζήτηση ακολουθεί σχολιασμός σχετικά με τα ευρήματα που προκύπτουν από τις διατυπωμένες θέσεις των μαθητών. Το εκπαιδευτικό σενάριο ακολουθήθηκε και στα δύο τμήματα, Α8 και Α9, με τον ίδιο τρόπο. Σε ό,τι ακολουθεί, αν δεν αναφέρεται διαφορετικά, κάθε διδακτική ενέργεια πραγματοποιήθηκε και στα δύο τμήματα Τμήματα Α8 και Α9 Αρχικά τέθηκαν δύο ερωτήσεις για να καταγραφεί η γνωστική αφετηρία των μαθητών. Η πρώτη ερώτηση (Ερώτηση 1) ήταν η εξής: Ερώτηση 1 Η διαστημική συσκευή Pioneer ταξιδεύει ήδη από το 2000 έξω από τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, με σταθερή ταχύτητα km/h. Πώς μπορεί και κινείται με τόσο μεγάλη ταχύτητα; 1. Χρησιμοποιεί πυρηνικά καύσιμα 2. Χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια 3. Χρησιμοποιεί πετρέλαιο 4. Τίποτα από τα παραπάνω Οι μαθητές κλήθηκαν να απαντήσουν ο καθένας μόνος του. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 74 (pre) ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 75 (pre). [205]

226 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 74. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α8 1η ερώτηση). Διάγραμμα 75. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α9 1η ερώτηση). Ο διδάσκων σχολίασε τις κατανομές, από τις οποίες προκύπτει ότι οι περισσότεροι μαθητές πιστεύουν ότι το Pioneer ταξιδεύει χρησιμοποιώντας ηλιακή ή πυρηνική ενέργεια. Ωστόσο, ένα ποσοστό των μαθητών, περίπου 35% στο τμήμα Α8 και περίπου 12% στο τμήμα Α9 θεωρούν ότι ισχύει κάτι άλλο. Ζητήθηκε από τους μαθητές που απάντησαν «Τίποτα από τα παραπάνω», να παρουσιάσουν στην ολομέλεια τις σκέψεις τους. Δεν διατυπώθηκαν σαφείς λόγοι που να δικαιολογούν την κίνηση του Pioneer. Απλά, αρκετοί από τους μαθητές αυτούς διατύπωσαν τις αμφιβολίες τους σχετικά με τις προτεινόμενες λύσεις (απαντήσεις 1-3) ωστόσο κανείς τους δεν μπόρεσε να δώσει ικανοποιητική λύση στο πρόβλημα που τέθηκε, αναζητώντας ουσιαστικά τεχνικές λύσεις, μολονότι είχε προηγηθεί η εισαγωγή στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Τέθηκε κατόπιν η δεύτερη ερώτηση (Ερώτηση 2). Οι μαθητές απάντησαν ο καθένας μόνος του. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 76 (pre) ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 77 (post). [206]

227 Κεφάλαιο 6 Ερώτηση 2. Ένας ανελκυστήρας κινείται προς τα πάνω προσδεμένος από ένα ατσαλένιο σύρμα. Ο ανελκυστήρας ανεβαίνει με σταθερή ταχύτητα: 1. Η προς τα πάνω δύναμη που ασκεί το σύρμα στον ανελκυστήρα είναι μεγαλύτερη κατά μέτρο από την προς τα κάτω δύναμη του βάρους του. 2. Το μέτρο της δύναμης που ασκεί το σύρμα είναι ίσο με το μέτρο της δύναμης του βάρους του ανελκυστήρα. 3. Το μέτρο της δύναμης που ασκεί το σύρμα είναι μικρότερο από το μέτρο της δύναμης του βάρους του ανελκυστήρα. 4. Ο ανελκυστήρας ανεβαίνει επειδή το μήκος του σύρματος διαρκώς ελαττώνεται και όχι εξαιτίας της δύναμης που ασκείται από το σύρμα. Διάγραμμα 76. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α8 2η ερώτηση). Διάγραμμα 77. Κατανομή των απαντήσεων στο pre και στο post test (Α9 2η ερώτηση). [207]

228 Κεφάλαιο 6 Ο διδάσκων σχολίασε τις κατανομές, από τις οποίες προκύπτει ότι οι περισσότεροι μαθητές πιστεύουν ότι οι δύο δυνάμεις, του σύρματος και του βάρους είναι ίσες μεταξύ τους. Η απάντηση αυτή, αν και είναι η σωστή, δεν ήταν αναμενόμενη από την πλειοψηφία των μαθητών. Ο ερευνητής ζήτησε από μαθητές που έδωσαν τη συγκεκριμένη απάντηση να τη δικαιολογήσουν. Πολλοί από τους μαθητές απάντησαν σωστά επικαλούμενοι τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα ανασύροντας όσα απεκόμισαν από το μάθημα που είχε προηγηθεί, επειδή, όπως δήλωσαν, είχαν διαπραγματευτεί μία αντίστοιχη κατάσταση. Οι ίδιοι όμως μαθητές απάντησαν λανθασμένα στην πρώτη ερώτηση η οποία απαιτούσε την ίδια αρχή της Φυσικής. Αντιλαμβάνονται επομένως οι μαθητές πραγματικά τις φυσικές έννοιες που περιγράφουν το φαινόμενο; Πώς τους επηρεάζει το πλαίσιο στο οποίο εντάσσεται κάθε ερώτηση/πρόβλημα; Τα ερωτήματα αυτά που προκύπτουν από τις απαντήσεις των μαθητών, παρείχαν ανάδραση στο διδάσκοντα-ερευνητή ο οποίος συνειδητοποίησε ότι οι κατανομές της Ερώτησης 1 και της Ερώτησης 2, είναι αντιφατικές. Οι μαθητές φαίνεται, στην αρχή της παρέμβασης, να κατανοούν μάλλον αποσπασματικά τις έννοιες. Μετά τις δύο διαγνωστικές ερωτήσεις, προβλήθηκε ένα απόσπασμα της εκπαιδευτικής ταινίας Project: Zero Gravity. Newton in space, παραγωγής της ESA. Στο συγκεκριμένο απόσπασμα ένας αστροναύτης βρίσκεται μπροστά σε μια μπάλα του πινγκ πονγκ η οποία αιωρείται (Εικόνα 6) λόγω της συνθήκης έλλειψης βαρύτητας που επικρατεί στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ΔΔΣ). Εικόνα 6. Ο αστροναύτης μπροστά σε μια μπάλα του πινγκ πονγκ η οποία αιωρείται. Ο ερευνητής «πάγωσε» το βίντεο και τόνισε στους μαθητές ότι λόγω της κίνησης που κάνει ο ΔΔΣ τα αντικείμενα μέσα σε αυτόν συμπεριφέρονται σαν να μην υπάρχει βαρύτητα. Άρα, το συγκεκριμένο περιβάλλον προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία να παρακολουθήσει κανείς πώς κινούνται τα σώματα όταν δεν υπάρχει βαρύτητα. Επίσης, τους ζητήθηκε να θεωρήσουν ότι, λόγω του σχήματος της μπάλας και της κίνησής της στον αέρα και όχι πάνω σε μία επιφάνεια, οι δυνάμεις τριβής που ασκούνταν στην μπάλα είναι αμελητέες. Για να επιδειχθεί μάλιστα πόσο σημαντική είναι η [208]

229 Κεφάλαιο 6 πολύ μικρή τριβή στην κίνηση της μπάλας, χρησιμοποιήθηκε το hover ball, ένα παιδικό παιχνίδι σε μορφή δίσκου που κινείται σε λεπτό στρώμα αέρα που το ίδιο δημιουργεί με έναν μικρό κινητήρα. Ένας μαθητής κλήθηκε να σπρώξει το δίσκο στο πάτωμα της αίθουσας με κλειστό τον κινητήρα. Οι μαθητές ρωτήθηκαν να προβλέψουν την κίνησή του. Πρόβλεψαν ότι θα κινηθεί για λίγο και θα σταματήσει. Ο μαθητής έσπρωξε το παιχνίδι το οποίο διάνυσε μια απόσταση περίπου ένα μέτρο και σταμάτησε. Στη συνέχεια, ο μαθητής αφού έθεσε σε λειτουργία τον κινητήρα του παιχνιδιού του ζητήθηκε να σπρώξει ασκώντας, όσο το δυνατόν, ίση δύναμη με την πρώτη φορά. Οι μαθητές ρωτήθηκαν και πάλι να προβλέψουν την κίνηση του δίσκου. Πρόβλεψαν ότι θα διανύσει μεγαλύτερη απόσταση και πάλι θα σταματήσει. Ο μαθητής έσπρωξε το παιχνίδι και οι συμμαθητές του διαπίστωσαν με έκπληξη ότι το παιχνίδι διάνυσε όλη την απόσταση μέχρι τον τοίχο με τον οποίο συγκρούστηκε και άλλαξε πορεία. Κάποιοι ισχυρίστηκαν ότι ο μαθητής έσπρωξε «πιο δυνατά» το δίσκο. Η επίδειξη επαναλήφθηκε από αυτούς τους μαθητές με τα ίδια αποτελέσματα. Δεν επιχειρήθηκε στη φάση αυτή να περιγραφεί με όρους Φυσικής ό,τι παρατηρήθηκε. Επιστρέφοντας στο βίντεο ο ερευνητής συνέχισε τη ροή του και οι μαθητές είδαν τον αστροναύτη να φυσάει για μικρό χρονικό διάστημα την μπάλα και αυτή να αρχίζει να κινείται (η κίνηση διαρκεί από τη χρονική στιγμή 2:40s έως τη στιγμή 2:50s του βίντεο). Ο ερευνητής «πάγωσε» το βίντεο τη στιγμή που αστροναύτης μόλις ξεκινάει να φυσάει την μπάλα και ζήτησε από τους μαθητές να προβλέψουν την κίνηση που θα κάνει η μπάλα. Ακούστηκαν διάφορες απόψεις χωρίς να σχολιαστούν από το διδάσκοντα. Προβλήθηκε η Ερώτηση 3, στην οποία ουσιαστικά ομαδοποιούνται οι απόψεις που ακούστηκαν και όλοι οι μαθητές κλήθηκαν να απαντήσουν, ο καθένας μόνος του, χρησιμοποιώντας το κλίκερ τους. Ας προσεχθεί ότι η Ερώτηση 3 και οι πιθανές απαντήσεις της είναι εσκεμμένα ασαφείς. Κάποιος θα μπορούσε καταρχάς να θεωρήσει ότι σωστή απάντηση είναι η 2: η μπάλα θα κινηθεί ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα, εφόσον έχει ζητηθεί από τους μαθητές να θεωρήσουν αμελητέα τη βαρυτική δύναμη και την τριβή του αέρα, ως συνέπεια του πρώτου νόμου του Νεύτωνα. Αυτό όμως θα ισχύει για ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα (το οποίο δεν προσδιορίζεται από την ερώτηση). Σύντομα η μπάλα θα χτυπήσει στο τοίχωμα και η κίνησή της θα μεταβληθεί. Υπό αυτή την έννοια σωστή απάντηση θα μπορούσε να θεωρηθεί η 4. Σκοπός της ερώτησης αυτής ήταν να προκληθεί συζήτηση η οποία θα φωτίσει τα λεπτά σημεία που οδηγούν στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 78 (Α γύρος) ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 79 (Α γύρος). [209]

230 Κεφάλαιο 6 Ερώτηση 3. Τι είδους κίνηση θα κάνει η μπάλα, ως προς το πάτωμα, από τη στιγμή που θα σταματήσει να τη φυσάει ο αστροναύτης; 1. Θα κινηθεί για λίγο χρόνο ευθύγραμμα («ίσια») και σιγά - σιγά θα σταματήσει 2. Θα κινηθεί ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα 3. Θα κάνει καμπύλη τροχιά προς τα κάτω 4. Τίποτα από τα παραπάνω 5. Δε γνωρίζω Οι δύο κατανομές διαφέρουν για τα δύο τμήματα. Στο τμήμα Α8 παρατηρείται μία ενδιαφέρουσα διασπορά των απαντήσεων. Οι μισοί μαθητές υιοθετούν τη σωστή απάντηση, ένα ποσοστό περίπου 35% υιοθετεί την Αριστοτελική άποψη και οι υπόλοιποι μαθητές θεωρούν ότι θα συμβεί κάτι διαφορετικό από όσα προτείνονται. Ο ερευνητής τόνισε αυτό το χαρακτηριστικό της κατανομής δείχνοντας έτσι ότι μέσα στην τάξη δεν έχουν όλοι την ίδια άποψη για το τι πρόκειται να συμβεί. Αντίθετα, στο τμήμα Α9 το 85% των μαθητών υιοθετούν μία κοινή απάντηση, την 2. Ο ερευνητής τόνισε σε αυτή την περίπτωση ότι κάτι τέτοιο, να συμφωνούν σχεδόν όλοι οι μαθητές μεταξύ τους, δεν είναι ιδιαίτερα συνηθισμένο σε μία τάξη. Τόνισε επίσης ότι στη Φυσική δεν είναι η πλειοψηφία που έχει κατ ανάγκη δίκιο για την έκβαση ή την περιγραφή ενός φαινομένου. Χωρίς να προκληθεί συζήτηση ή να γίνει κάποιο σχόλιο επί των απαντήσεων, ο ερευνητής ζήτησε από τους μαθητές και των δύο τμημάτων να στραφούν στις ομάδες τους και να επιχειρήσουν να πείσουν τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας για την ακρίβεια της δικής τους απάντησης, ενώ ταυτόχρονα να ακούσουν με προσοχή και να κρίνουν τις απόψεις των συμμαθητών τους (εφαρμογή της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων). Σε περίπτωση που όλα τα μέλη της ομάδας μοιράζονται την ίδια άποψη να προσπαθήσουν να σκεφτούν τους λόγους που έκαναν τους συμμαθητές τους που απαντούν διαφορετικά να επιλέξουν τις δικές τους απαντήσεις. Διάγραμμα 78. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α8 3η ερώτηση). [210]

231 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 79. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α9 3η ερώτηση). Μετά από 3 περίπου λεπτά οι μαθητές του Α8 απάντησαν ξανά. Οι μαθητές του Α9 χρειάστηκαν λιγότερο χρόνο, περίπου 1 λεπτό, ενδεικτικό του ότι δεν αναπτύχθηκαν ιδιαίτερα εκτενείς συζητήσεις και ανταλλαγές απόψεων, λόγω της υψηλής ταύτισης των αρχικών τους απαντήσεων. Οι κατανομές των απαντήσεων στα δύο τμήματα δίνεται στα Διαγράμματα 78 και 79 (Β γύρος), αντίστοιχα. Είναι χαρακτηριστικό ότι στο τμήμα Α9 δεν υπήρξε καμία, φαινομενικά, μεταβολή στις απόψεις των μαθητών. Στην πραγματικότητα, από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν προκύπτει ότι δύο μαθητές μετακινήθηκαν, ο ένας από την απάντηση 1 στην απάντηση 2 και ένας δεύτερος από την απάντηση 2 στην απάντηση 1. Ο ερευνητής ζήτησε στο τμήμα Α8 από μαθητές οι οποίοι είχαν απαντήσει ότι η μπάλα θα κινηθεί ευθύγραμμα και μετά θα σταματήσει (απάντηση 1) να εκθέσουν τον τρόπο σκέψης τους. Εξελίχθηκε η Συζήτηση 1Α. Συζήτηση 1Α Μαθητής 1: Το σίγουρο είναι ότι θα κινηθεί ευθύγραμμα, αλλά δε ξέρω αν θα κινηθεί εεε, ήμουν ανάμεσα στο 1 και στο 2. Απάντησα στην τύχη το 1. Τώρα το αν θα σταματήσει κάποια στιγμή δεν μπορούσα να το εξηγήσω κάπως Ερευνητής: Γιατί είσαι σίγουρος ότι θα κινηθεί ευθύγραμμα όπως και να έχει; Μαθητής 1: Γιατί, δεν υπάρχει βαρύτητα και αφού ο άνθρωπος φυσάει στην ίδια ευθεία με τη μπάλα, θα πάει ίσια. Ερευνητής: Κάποιος που έχει απαντήσει το 2, θα ήθελα να μας δικαιολογήσει την άποψή του. Μαθητής 2: Λοιπόν, εγώ πιστεύω ότι άμα αρχίσει να φυσάει, η μπάλα πηγαίνει ευθεία μέχρι να βρει κάποιο εμπόδιο, κάποια άλλη δύναμη να ασκηθεί και να σταματήσει. Και σιγά σιγά να πηγαίνει δε θα σταματήσει από μόνη της [211]

232 Κεφάλαιο 6 Ερευνητής: Γιατί να μην σταματήσει μόνη της; Τι θα πρέπει να συμβεί για να σταματήσει μόνη της; Μαθητής 2: Θα πρέπει να ασκηθεί κάποια δύναμη. σας; Ερευνητής: Κάποιοι απαντήσατε «τίποτα από τα παραπάνω». Μπορείτε να εξηγήσετε τη λογική Μαθητής 3: Το κάναμε αυτό γιατί θα κινηθεί ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα αλλά κάποια στιγμή θα ασκηθεί πάνω της δύναμη από τη στιγμή που είναι σε ένα δωμάτιο. Ερευνητής: Από ποιον θα ασκηθεί δύναμη; Μαθητής 3: Από έναν τοίχο ή από έναν άνθρωπο. Ερευνητής: Αν δεν υπήρχε τοίχος; Αν ήμασταν σε ένα πολύ μεγάλο διαστημόπλοιο; Μαθητής 4: Θα συνέχιζε μέχρι να ασκηθεί πάνω κάποια δύναμη. Ερευνητής: Για ποιο λόγο; Μαθητής 4: Γιατί υπάρχει ελάχιστη τριβή. Ερευνητής: Φανταστείτε ότι προς τον τοίχο που κινείται η μπάλα υπάρχει ένα παράθυρο το οποίο όταν πλησιάζει η μπάλα ανοίγει και η μπάλα βγαίνει έξω από το διαστημόπλοιο. Τι κίνηση θα κάνει από εκεί και πέρα; Μαθητής 5: Επειδή εκεί έξω δεν θα υπήρχε μειωμένη βαρύτητα θα έπεφτε κάτω. Μαθητής 6: Εγώ πιστεύω ότι θα συνέχιζε να κινείται ευθεία. Δεν μπορώ να το δικαιολογήσω αλλά έτσι νομίζω Από τη συζήτηση αυτή προκύπτουν διάφορα ευρήματα. Ο Μαθητής 1 δεν έχει ξεκάθαρη εικόνα του φυσικού μηχανισμού. Ωστόσο αντιλαμβάνεται ότι η απουσία βαρυτικής δύναμης (όπως ισχυρίζεται) δεν θα μεταβάλλει την πορεία της μπάλας. Έχει επομένως αρχίσει να σχηματίζεται στο μυαλό του η σύνδεση ανάμεσα στην έννοια δύναμη και επιτάχυνση αν και δεν έχει διδαχθεί κάτι αντίστοιχο. Ο Μαθητής 2 χρησιμοποιεί επαρκώς το μοντέλο της δύναμης και του πρώτου νόμου του Νεύτωνα, χωρίς ωστόσο να επικαλείται τον τελευταίο. Μολονότι απαντάει το 2 αντιλαμβάνεται ότι η κίνηση αυτή περιορίζεται από το χώρο μέσα στον οποίο γίνεται η κίνηση. Μεταφράζει όμως την εκφώνηση της απάντησης 2 κατά το δοκούν. Ο Μαθητής 3 αντίθετα, ενώ κατανοεί ακριβώς την ίδια κατάσταση με το Μαθητή 2 δίνει διαφορετική απάντηση: την 4. Αντιλαμβάνεται πλήρως τον περιορισμό της απάντησης 2 και την αγνοεί. Ο Μαθητής 4 επίσης φαίνεται να καταλαβαίνει ότι μεταβολή της ταχύτητας προκύπτει από την άσκηση δύναμης. Ενδεχομένως, αν και δεν γίνεται [212]

233 Κεφάλαιο 6 αναφορά από τον ίδιο, να χρησιμοποιεί το βίωμα από την κίνηση του δίσκου hover ball. Στη συνέχεια της συζήτησης ο ερευνητής, προσπαθώντας να άρει τα εμπόδια που θέτει ο περιορισμένος χώρος και να ξεκαθαρίσει την άποψη που εξέφρασε ο Μαθητής 4, ζήτησε από τους μαθητές να φανταστούν μία υποθετική κατάσταση: ένα ανοικτό παράθυρο που δεν σταματά την κίνηση της μπάλας. Όμως η άποψη του Μαθητή 5 έφερε στο προσκήνιο εναλλακτικές απόψεις σχετικά με τη βαρυτική δύναμη οι οποίες κρίθηκαν ότι δεν βοηθούν την οικονομία της συζήτησης με αποτέλεσμα ο ερευνητής να διακόψει τη συζήτηση και να προχωρήσει παρακάτω. Αντίστοιχη συζήτηση επιχειρήθηκε στο τμήμα Α9. Ο ερευνητής ζήτησε από μαθητές που απάντησαν ότι η μπάλα θα εκτελέσει ευθύγραμμη κίνηση με σταθερή ταχύτητα (απάντηση 2) να δικαιολογήσουν την άποψή τους. Εξελίχθηκε η Συζήτηση 1Β. Συζήτηση 1Β Μαθητής 1: Επειδή, αν δεν υπάρχει άλλη ενέργεια δεν μπορεί να σταματήσει Κι εφόσον είναι στον αέρα και δεν ακουμπάει σε έδαφος και δεν υπάρχει και βαρύτητα, δεν υπάρχει τριβή για να σταματήσει. Μαθητής 2: Εκεί στο διάστημα, όταν κάποιος φυσήξει τη μπάλα θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ταχύτητα για πάντα μέχρι να συναντήσει κάποιο εμπόδιο ή κάποια άλλη δύναμη το σταματήσει. Ερευνητής: Άρα μιλάτε για κάποια δύναμη. Κάποιος άλλος; Μαθητής 3: Νομίζω ότι ισχύει ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα ο οποίος λέει ότι αν σε ένα αντικείμενο δεν ασκείται δύναμη η ταχύτητά του θα μείνει για πάντα ευθύγραμμη ομαλή κίνηση. Μαθητής 4: Αν δεν του ασκείται κάποια δύναμη πώς θα σταματήσει; Όπως προκύπτει από αυτό το απόσπασμα, ο Μαθητής 1 φαίνεται να καταλαβαίνει ότι για να αλλάξει η κινητική κατάσταση ενός αντικειμένου απαιτείται η άσκηση δύναμης. Θεωρεί, ωστόσο, ότι η δύναμη αυτή πρέπει να είναι η τριβή. Ο Μαθητής 2 φαίνεται και αυτός να υιοθετεί το σωστό μοντέλο αν και η αναφορά του στο διάστημα αφήνει ανοικτά κάποια ενδεχόμενα παρανοήσεων. Ο Μαθητής 3 χρησιμοποιεί σωστά το μοντέλο του πρώτου νόμου του Νεύτωνα δικαιολογώντας την απάντησή του με πληρότητα. Τέλος, ο Μαθητής 4 δείχνει μέσω της ερώτησης που θέτει ότι και αυτός αντιλαμβάνεται σωστά την κατάσταση. Η εικόνα που αποτυπώνεται σε αυτό το τμήμα από την παραπάνω συζήτηση φαίνεται να υποστηρίζει την εικόνα που προκύπτει από την κατανομή των απαντήσεων. Όλοι οι μαθητές φαίνεται να μεταφράζουν κατά το δοκούν την εκφώνηση της απάντησης 2 και την υιοθετούν. Κανείς από αυτούς που θέλησαν να πάρουν το λόγο δεν παρουσίασε ως άποψη την απάντηση 4, όπως έγινε στο τμήμα Α8. Επιστρέφοντας στη ροή του βίντεο, οι μαθητές διαπίστωσαν ότι η μπάλα κινήθηκε σε ευθύγραμμη τροχιά για μερικά δευτερόλεπτα, μολονότι η τροχιά αυτή δεν ήταν οριζόντια ως προς το [213]

234 Κεφάλαιο 6 κάδρο της εικόνας. Πριν η μπάλα συγκρουστεί με τον τοίχο η κίνηση επαπροβάλλεται (σκηνοθετική επιλογή ενσωματωμένη στο βίντεο) ενώ εμφανίζεται ένα πλέγμα συντεταγμένων με τη βοήθεια του οποίου οι μαθητές μπόρεσαν να διαπιστώσουν ότι η κίνηση της μπάλας ήταν, πέρα από ευθύγραμμη, πρακτικά ισοταχής. Στο σημείο αυτό ζητήθηκε από τους μαθητές να προσπαθήσουν να περιγράψουν το φαινόμενο που παρατήρησαν με όρους Φυσικής. Δεν επιχειρήθηκαν διορθώσεις τυχόν λανθασμένων, επιστημονικά, διατυπώσεων καθώς επιδιώχθηκε στη συγκεκριμένη φάση η καταγραφή της δυνατότητας των μαθητών να ερμηνεύουν μία πραγματική κατάσταση με όρους που άρχισαν να καλλιεργούνται κατά το τρέχον μάθημα. Στο τμήμα Α8 εξελίχθηκε η Συζήτηση 2Α (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 2Α Μαθητής 1: Γιατί ο αέρας είναι μία δύναμη που ασκείται πάνω στη μπάλα και έτσι η μπάλα συνεχίζει την ευθύγραμμη κίνηση και αν δεν ασκηθεί μία άλλη δύναμη πάνω στη μπάλα δεν θα σταματήσει, ούτε δε θα παραμορφωθεί ούτε τίποτα. Ερευνητής: Σε ποιον αέρα αναφέρεσαι, στον αέρα που στέλνει ο αστροναύτης ή στον αέρα που υπάρχει μέσα στο ΔΔΣ; Μαθητής 1: Πρώτα ο αστροναύτης στέλνει αέρα και συνεχίζει η μπάλα και μετά πρέπει να ασκηθεί μία δύναμη για να σταματήσει. Ερευνητής1: Όταν η μπάλα απομακρυνθεί από τον αστροναύτη και αυτός σταματήσει να φυσάει ο αέρας ασκεί δύναμη στη μπάλα; Μαθητής 1: Όχι. Μαθητής 2: Να ρωτήσω κάτι; Ερευνητής: Παρακαλώ Μαθητής 2: Όπως λέγαμε και πριν, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα ένα αντικείμενο θα κινείται με την ίδια ταχύτητα μέχρι να του ασκηθεί μία δύναμη. Όμως μέσα στο Σταθμό δεν είπατε ότι έχει αέρα; Ερευνητής: Όπως και σε αυτή την αίθουσα, για να αναπνέουν οι αστροναύτες. Μαθητής 2: Τότε ο αέρας δεν θα πηγαίνει κόντρα στην μπάλα; [214]

235 Κεφάλαιο 6 Όπως είναι φανερό τόσο ο Μαθητής 1 όσο και ο Μαθητής 2 φαίνεται να κατανοούν πολύ ικανοποιητικά την κατάσταση. Ειδικά ο Μαθητής 2 θέτει έναν προβληματισμό ο οποίος προάγει την οικονομία της συζήτησης. Αντίστοιχα, στο τμήμα Α9 εξελίχθηκε η Συζήτηση 2Β (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 2Β Μαθητής 1: Το μπαλάκι συνεχίζει να πηγαίνει με την ίδια ταχύτητα και ευθύγραμμα γιατί δεν ασκείται πάνω του καμία δύναμη. Μαθητής 2: Μόλις άφησε το μπαλάκι δεν κουνιότανε αφού δεν του ασκήθηκε καμία δύναμη, το μόνο που το φύσηξε του άσκησε δύναμη και άρχισε να κινείται και θα συνεχίσει έτσι. Ερευνητής: Θα συνεχίσει έτσι για πάντα; Μαθητής 3: Αν δεν του ασκηθεί δύναμη. Και οι τρεις μαθητές δείχνουν να κατανοούν τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Ιδιαίτερα ο Μαθητής 2 κάνει αναφορά και στην αρχική κατάσταση ακινησίας της μπάλας δείχνοντας ότι κατανοεί αρκετά καλά το νόμο. Για να αναδείξει την επίδραση που μπορεί να έχει μία δύναμη στην κίνηση ενός αντικειμένου, εν προκειμένω η τριβή, ο ερευνητής ζήτησε από τους μαθητές να προβλέψουν αν η ατμόσφαιρα ήταν πιο πυκνή ή αν το σχήμα της μπάλας ήταν διαφορετικό (όπως αυτό ενός φύλλου χαρτιού ή όπως του σφουγγαριού του μαυροπίνακα) τι κίνηση θα έκανε τότε η μπάλα και γιατί. Στο τμήμα Α8 εξελίχθηκε η Συζήτηση 3Α (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 3Α Μαθητής 1:Η επιφάνεια του χαρτιού είναι διαφορετική από αυτήν της μπάλας, οπότε, ασκεί δύναμη ο αέρας πάνω στο χαρτί, αλλά από την άλλη και η πίεση του αέρα από την απέναντι πλευρά και το χαρτί δεν θα έχει ομαλή κίνηση. Μαθητής 2: Αν η ατμόσφαιρα ήταν πιο πυκνή, θα γινόταν μεγαλύτερη η τριβή και η μπάλα θα σταματούσε. Και αν το σχήμα της μπάλας ήταν διαφορετικό, πες ότι ήταν σαν το χαρτί, θα άλλαζε η ταχύτητα. [215]

236 Κεφάλαιο 6 Αντίστοιχα, στο τμήμα Α9 εξελίχθηκε η Συζήτηση 3Β (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Μαθητής 1: Θα πέσει, θα πάει προς τα κάτω Ερευνητής: Να τονίσω ότι εξακολουθούμε να βρισκόμαστε στο ΔΔΣ. Απλά η ατμόσφαιρα γίνεται πιο πυκνή. Φανταστείτε ότι αντί για αέρα έχουμε νερό, είμαστε δηλαδή σε μία πισίνα μέσα στο ΔΔΣ. Τι θα αλλάξει; Μαθητής 2: Η ταχύτητά του; Ερευνητής: Γιατί; Μαθητής 2: Γιατί όπως είπατε και στο νερό, όταν βάλουμε μία μπάλα και προσπαθήσουμε να την κινήσουμε, νομίζω με πιο αργή κίνηση γίνεται. Ερευνητής: Θα συνεχίσει να κινείται για πάντα, όπως λέγατε πριν, ή θα αλλάξει κάτι; Μαθητής 3: Έχω την εντύπωση ότι θα σταματήσει γιατί θα έχει πιο μεγάλη αντίσταση. Ερευνητής: Αν άλλαζε το σχήμα της μπάλας και από σφαιρικό, αεροδυναμικό, γινόταν πιο «πλακουτσωτό», σαν ένα φύλλο χαρτί ή σαν το σφουγγάρι, αλλά βρισκόταν στο ΔΔΣ όπως πριν, τι θα γινόταν; Μαθητής 4: Θα πήγαινε πολύ πιο αργά. Ερευνητής: Γιατί θα πηγαίνει πιο αργά; Μαθητής 4: Ερευνητής: Θα πηγαίνει πιο αργά ή θα σταματήσει κιόλας; Μαθητής 4: Θα πηγαίνει με μικρότερη ταχύτητα. Μαθητής 5: Θα βάζει κόντρα επειδή θα είναι πιο πλακέ, πώς να το πω τώρα Μαθητής 6: Είχαμε δει ένα πείραμα που είχε ένας τσαλακώσει ένα χαρτί και το άλλο το άφησε έτσι, και το χαρτί έπεσε πιο γρήγορα. Ερευνητής: Γιατί; Πλήθος: Το τσαλακωμένο χαρτί έπεσε πιο γρήγορα Ερευνητής: Γιατί; [216]

237 Κεφάλαιο 6 Μαθητής 7: Γιατί στο ίσιο είχε αντίσταση από τον αέρα. Οι μαθητές και των δύο τμημάτων, που εξέφρασαν τη γνώμη τους, προέβαλλαν την εμπειρία τους και φαίνεται να αντιλαμβάνονται την επίδραση της τριβής στην κίνηση ενός αντικειμένου. Υπάρχουν βέβαια διάφορες παρανοήσεις που αναδεικνύονται οι οποίες όμως επειδή δεν σχετίζονταν με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα, δεν επιδιώχθηκε από τον ερευνητή να συζητηθούν. Στο πλαίσιο αυτό εισήχθη από τον ερευνητή ο όρος κινητική κατάσταση ενός σώματος και τέθηκε η Ερώτηση 4 την οποία οι μαθητές κλήθηκαν να απαντήσουν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 80 (Α γύρος) ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 81 (Α γύρος). Ερώτηση 4 Φαντάσου ότι ο ΔΔΣ έχει πάρα πολύ μεγάλο μήκος. Ο αστροναύτης φυσάει την μπάλα όπως στο βίντεο. Τι θα πρέπει να συμβεί, κατά τη γνώμη σου, για να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας; 1. Τίποτα, έτσι κι αλλιώς η μπάλα θα σταματήσει κάποια στιγμή από μόνη της. 2. Δε νομίζω ότι μπορεί να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας με οποιοδήποτε τρόπο. 3. Κάτι άλλο. 4. Δε γνωρίζω. Διάγραμμα 80. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α8 4η ερώτηση). [217]

238 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 81. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α9 4η ερώτηση). Παρά τη συζήτηση που έχει προηγηθεί και τις σωστές απαντήσεις που έχουν δοθεί, το 20% των μαθητών του τμήματος Α8 ακόμη πιστεύουν ότι η μπάλα θα σταματήσει μόνη της, ενώ ποσοστό 40% των μαθητών πιστεύουν ότι η μπάλα δεν μπορεί να αλλάξει κινητική κατάσταση. Στο τμήμα Α9, όπου στην προηγούμενη ερώτηση το 85% των μαθητών απαντούσαν σωστά σχετικά με την κίνηση της μπάλας, το 40% δίνει τώρα λανθασμένη απάντηση. Άρα, οι μαθητές είτε δεν κατανοούσαν πραγματικά τον πρώτο νόμο και οι αρχικά σωστές απαντήσεις δεν ήταν αντιπροσωπευτικές, είτε δεν κατάλαβαν την έννοια «κινητική κατάσταση», είτε τα επιχειρήματα που διατυπώθηκαν και το πείραμα στο Διαστημικό Σταθμό, δεν τους έχουν πείσει. Χωρίς να προκληθεί συζήτηση ή να γίνει κάποιο σχόλιο επί των απαντήσεων, ο ερευνητής ζήτησε από τους μαθητές και των δύο τμημάτων να στραφούν στις ομάδες τους και να επιχειρήσουν να πείσουν τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας για την ακρίβεια της δικής τους απάντησης, ενώ ταυτόχρονα να ακούσουν με προσοχή και να κρίνουν τις απόψεις των συμμαθητών τους (εφαρμογή της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων). Σε περίπτωση που όλα τα μέλη της ομάδας μοιράζονται την ίδια άποψη να προσπαθήσουν να σκεφτούν τους λόγους που έκαναν τους συμμαθητές τους που απαντούν διαφορετικά να επιλέξουν τις δικές τους απαντήσεις. Μετά από 2-3 λεπτά οι μαθητές απάντησαν ξανά. Οι κατανομές των απαντήσεων στα δύο τμήματα δίνεται στα Διαγράμματα 80 και 81 (Β γύρος), αντίστοιχα. Στο τμήμα Α8 η κατάσταση δεν αλλάζει ουσιαστικά. Αντίθετα, στο τμήμα Α9 όλοι οι μαθητές υιοθετούν τη σωστή απάντηση 3. Ο ερευνητής ζήτησε από έναν εκπρόσωπο κάθε ομάδας να παρουσιάσει τις σκέψεις που τους οδήγησαν να δώσουν τις συγκεκριμένες απαντήσεις. Στο τμήμα Α8 εξελίχθηκε η Συζήτηση 4Α (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 4Α Μαθητής 1: Εμείς είχαμε διαφορετικές απόψεις, μία από εμάς στην αρχή είχε πατήσει το 1, βέβαια η πλειοψηφία απάντησε το 3. [218]

239 Κεφάλαιο 6 Ερευνητής: Δηλαδή «κάτι άλλο». Όταν λέτε κάτι άλλο τι έχετε στο μυαλό σας; Μαθητής 1: Η μπάλα κινείται ευθύγραμμα με την ίδια ταχύτητα. Ερευνητής: Τι πρέπει να συμβεί για να αλλάξει ταχύτητα; μικρή. Μαθητής 1: Πρέπει να ασκηθεί δύναμη στην μπάλα για να αλλάξει ταχύτητα. Είτε μεγάλη είτε Ερευνητής: Ωραία. Κάποιος αντιπρόσωπος της επόμενης ομάδας; Μαθητής 2: Όλοι στην ομάδα μας απάντησαν το 3. Εγώ απάντησα το 1. Εφόσον η μπάλα σπρώχτηκε, όπως σπρώχνω μια πραγματική και κάποια στιγμή σταμάτησε μετά την ευθύγραμμη ομαλή κίνησή της, χωρίς να χρειαστεί να χρειαστεί να ασκηθεί κάποια δύναμη Ερευνητής: Ωραία. Η επόμενη ομάδα παρακαλώ. Μαθητής 3: Εμείς είμαστε ανάμεσα στο 2 και στο 3 και κάποιοι είχαν απαντήσει και το 1, αλλά τελικά το 3 ψηφίσαμε γιατί πρέπει να ασκηθεί δύναμη στην μπάλα για να σταματήσει. Ερευνητής: Ωραία. Η επόμενη ομάδα. Μαθητής 4: Εμείς απαντήσαμε το 3 Μαθητής 5: Όχι όλοι! Μαθητής 4: Κάποιοι απαντήσανε το 1 Μαθητής 6: Εγώ απάντησα το 3 γιατί πρέπει να ασκηθεί κάποια δύναμη στη μπάλα για να σταματήσει. Μαθητής 7: Εγώ απάντησα το 2, δεν είναι ούτε το 1 ούτε το 3. Εγώ αυτό πιστεύω. Ερευνητής: Και η τελευταία ομάδα Μαθητής 8: Κατά τη γνώμη μας απαντήσαμε το 2, γιατί αν λάβουμε υπόψη ότι υπάρχει βαρύτητα, το ένα το άλλο, και είναι ατελείωτος ο διάδρομος θα κινείται ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα. Τα ευρήματα που προκύπτουν από την παραπάνω συζήτηση είναι αρκετά ενδιαφέροντα. Ο Μαθητής 1 αποκαλύπτει ότι απαντώντας «κάτι άλλο» τα μέλη της ομάδας θεωρούν ότι πρέπει να ασκηθεί δύναμη στην μπάλα. Ο Μαθητής 2 υπερασπίζεται την Αριστοτελική άποψη και δεν φαίνεται να αλλάζει άποψη παρά το γεγονός ότι τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας υιοθέτησαν άλλη απάντηση. Ο Μαθητής 3 καταθέτει την άποψη ότι η απάντηση 3 σχετίζεται με το γεγονός ότι πρέπει να ασκηθεί δύναμη για να σταματήσει η μπάλα. Οι Μαθητές4, 5, 6 και 7, μέλη της ίδιας ομάδας, πήραν όλοι το [219]

240 Κεφάλαιο 6 λόγο στην ολομέλεια. Μόνο ένας από αυτούς υιοθετεί τη σωστή απάντηση για ορθούς λόγους, ο Μαθητής 6, ενώ οι υπόλοιποι δεν έχουν ξεκάθαρη άποψη. Τέλος, ο Μαθητής 8 φαίνεται να αναμασά εκφράσεις που ακούστηκαν χωρίς όμως να έχει καταλάβει τι ακριβώς γίνεται. Αντίστοιχα, στο τμήμα Α9 εξελίχθηκε η Συζήτηση 4Β (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 4Β Μαθητής 1: Για να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας πρέπει να ασκηθεί κάποια δύναμη. Ερευνητής: Ωραία. Η επόμενη ομάδα. Μαθητής 2: Πρέπει να ασκηθεί μία δύναμη, άρα κάτι άλλο. Μαθητής 3: Εγώ βασικά πίστευα ότι δεν είναι ούτε το 1 ούτε το 2. Είναι κάτι άλλο. Αλλά δεν ήξερα τι ακριβώς είναι το κάτι άλλο. Μαθητής 4: Εμείς πιστεύουμε ότι πρέπει να ασκηθεί κάποια δύναμη για να αλλάξει η ταχύτητα. Αποκαλυπτική είναι η δήλωση του Μαθητή 3, ο οποίος αν και απαντάει σωστά δεν έχει κάποιο ερμηνευτικό μοντέλο. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει πόσο προσεκτικός πρέπει να είναι ο διδάσκων μεταφράζοντας τις κατανομές που προκύπτουν από τις απαντήσεις των μαθητών. Για να προχωρήσει η διαπραγμάτευση που ξεκίνησε με τις δύο ερωτήσεις που τέθηκαν και τη συζήτηση που ακολούθησε, προβλήθηκε η συνέχεια του βίντεο στο οποίο παρουσιάζονται δυο καταστάσεις: 3. Ο αστροναύτης φυσάει τη μπάλα, η οποία κινείται σε ευθύγραμμη τροχιά, μέχρι να τη σταματήσει ένας άλλος αστροναύτης με το χέρι του. 4. Ο αστροναύτης φυσάει τη μπάλα, η οποία τίθεται σε κίνηση και στη συνέχεια μετακινείται κάθετα ως προς την αρχική του θέση και ξαναφυσάει τη μπάλα αλλάζοντας την κατεύθυνση της κίνησής της. Οι μαθητές κλήθηκαν να ερμηνεύσουν τις δυο καταστάσεις και να τις συγκρίνουν με όσα αυτοί πρότειναν κατά τη συζήτηση που ακολούθησε την Ερώτηση 4. Στο τμήμα Α8 εξελίχθηκε η Συζήτηση 5Α (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 5Α Ερευνητής: Άλλαξε η κινητική κατάσταση της μπάλας; [220]

241 Κεφάλαιο 6 Μαθητής 1: Ναι, επειδή υπήρξε επαφή. Ερευνητής: Μέσω της επαφής τι έγινε; Μαθητής 2: Της ασκήθηκε μία δύναμη. Ερευνητής: Στη δεύτερη περίπτωση ο αστροναύτης φυσώντας την μπάλα της αλλάζει την κινητική κατάσταση; Μαθητής 3: Ναι! Ερευνητής: Με ποιον τρόπο; Μαθητής 4: Υπάρχει δύναμη! Ερευνητής: Τι δύναμη; Μαθητής 5: Από απόσταση. Μαθητής 6: Εγώ πιστεύω ότι είναι επαφή αφού τα μόρια του αέρα θα ακουμπήσουν την μπάλα. Αντίστοιχα, στο τμήμα Α9 εξελίχθηκε η Συζήτηση 5Β (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 5Β Μαθητής 1: Το μπαλάκι πήγαινε ευθεία με σταθερή ταχύτητα επειδή δεν υπήρχε τριβή, μέχρι που ασκήθηκε μία δύναμη. Ερευνητής: Άρα, για να αλλάξει η κινητική κατάσταση Μαθητής 1: Έπρεπε να ασκηθεί μία δύναμη. Ερευνητής: Στη δεύτερη περίπτωση, που ο αστροναύτης φύσηξε την μπάλα, ισχυρίζομαι ότι το μέτρο της αρχικής ταχύτητας είναι ίσο με το μέτρο της τελικής ταχύτητας. Συνιστά αυτό αλλαγή της κινητικής κατάστασης; Μαθητής 2: Σημαίνει αλλαγή κατεύθυνσης δε ξέρω αν είναι αλλαγή κινητικής κατάστασης. Μαθητής 3: Εγώ πιστεύω πως όχι αφού το μέτρο της ταχύτητας είναι σταθερό. Ερευνητής: Η ταχύτητα είναι μονόμετρο ή διανυσματικό μέγεθος; Μαθητής 4: Μας ενδιαφέρει και το μέτρο και η κατεύθυνση [221]

242 Κεφάλαιο 6 Ερευνητής: Άρα, αφού άλλαξε η κατεύθυνση, άλλαξε η ταχύτητα, οπότε άλλαξε και η κινητική κατάσταση. Οι μαθητές και των δύο τμημάτων αντιλαμβάνονται ότι ο αστροναύτης με το χέρι του ασκεί δύναμη στην μπάλα και αλλάζει έτσι την κινητική της κατάσταση. Δυσκολεύονται ωστόσο να αποφανθούν για τη δεύτερη περίπτωση. Η δυσκολία σχετίζεται, στη συγκεκριμένη περίπτωση, με το γεγονός ότι οι μαθητές της Β Γυμνασίου δεν διδάσκονται πλέον το διανυσματικό χαρακτήρα της ταχύτητας. Επίσης, αναδύθηκε μία ενδιαφέρουσα ιδέα σχετικά με τις δυνάμεις από επαφή και εξ αποστάσεως. Ο Μαθητής 5 απέδωσε την εκτροπή της μπάλας από την ευθύγραμμη πορεία της στην εξ αποστάσεως δύναμη που άσκησε ο αστροναύτης φυσώντας την. Αντίθετα, ο Μαθητής 6 επικαλέστηκε το μικροσκοπικό μοντέλο της δομής του αέρα για ερμηνεύσει σωστά το φαινόμενο. Ερώτηση 5 Φαντάσου ότι ο ΔΔΣ έχει πολύ μεγάλο μήκος. Ο αστροναύτης σπρώχνει τη μπάλα όπως στο βίντεο. Τι θα πρέπει να συμβεί, κατά τη γνώμη σου, για να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας; 1. Τίποτα, έτσι κι αλλιώς η μπάλα θα σταματήσει κάποια στιγμή από μόνη της. 2. Δε νομίζω ότι μπορεί να αλλάξει η κινητική κατάσταση της μπάλας με οποιοδήποτε τρόπο. 3. Πρέπει να ασκηθεί δύναμη στη μπάλα. 4. Κάτι άλλο. 5. Δε γνωρίζω Για να ολοκληρωθεί η διδακτική παρέμβαση τέθηκε η Ερώτηση 5, που ουσιαστικά αποτελεί επαναδιατύπωση της Ερώτησης 4, με την προσθήκη μίας ακόμη απάντησης (απάντηση 3), την οποία οι μαθητές κλήθηκαν να απαντήσουν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 82 ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 83. Προκαλεί ιδιαίτερη εντύπωση ότι όλοι οι μαθητές, πλην ενός, και των δύο τμημάτων δίνουν τη σωστή απάντηση υποδεικνύοντας ότι η διδακτική παρέμβαση ήταν επιτυχής. Ο ερευνητής, ολοκληρώνοντας την παρέμβαση, ενημέρωσε ότι ο πυρήνας του μαθήματος είναι γνωστός ως ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα και ζήτησε από κάποιον μαθητή να ανακεφαλαιώσει το κεντρικό συμπέρασμα του μαθήματος. [222]

243 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 82. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α8 5η ερώτηση). Διάγραμμα 83. Κατανομή των απαντήσεων ανά γύρο (Α9 5η ερώτηση). Στο Τμήμα Α8 διατυπώθηκε η Συζήτηση 6Α ως ανακεφαλαίωση (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 6Α Μαθητής 1: Για να αλλάξει η κινητική κατάσταση ενός σώματος πρέπει πρώτα να του ασκηθεί δύναμη. Ερευνητής: Αν δεν του ασκηθεί; Μαθητής 1: Αν δεν ασκηθεί δεν θα αλλάξει Στο Τμήμα Α9 διατυπώθηκε η Συζήτηση 6Β ως ανακεφαλαίωση (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 6Β Ερευνητής: Πότε αλλάζει, λοιπόν, η κινητική κατάσταση μίας μπάλας; [223]

244 Κεφάλαιο 6 Μαθητής 1: Όταν ασκηθεί πάνω της δύναμη. Ερευνητής: Τι θα συμβεί αν δεν ασκηθεί πάνω της δύναμη; Μαθητής 1: Θα συνεχίσει να κινείται. Κλείνοντας τη διδακτική παρέμβαση τέθηκαν ξανά οι Ερωτήσεις 1 και 2 που είχαν τεθεί στην αρχή. Αρχικά τέθηκε η Ερώτηση 1. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 74 (post) ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 75 (post). Η κατανομή στο τμήμα Α8 δεν παρουσιάζει ουσιαστική βελτίωση. Εξακολουθούν να υπάρχουν δύο πόλοι, αυτός της ηλιακής ενέργειας, που εμφανίζει οριακή μείωση, και αυτός του «τίποτα από τα παραπάνω», που εμφανίζει οριακή αύξηση. Παρόμοια είναι η κατάσταση στο τμήμα Α9, όπου καταγράφεται μία μικρή μετακίνηση από την απάντηση 1 στην απάντηση 4. Στον Πίνακα 17 δίνονται οι τιμές του δείκτη g για τις δύο ερωτήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για την αποτίμηση της διδασκαλίας (ερώτηση 1 και ερώτηση 2) και για τα δύο τμήματα, καθώς και για τις δύο ερωτήσεις που επιχειρήθηκε διδασκαλία μεταξύ ομότιμων (ερώτηση 3 και ερώτηση 4). Ερώτηση 1 Ερώτηση 2 Ερώτηση 3 Ερώτηση 4 Τμήμα Α8 Α9 Α8 Α9 Α8 Α9 Α8 Α9 g Πίνακας 17. Οι τιμές του δείκτη κέρδους ανά ερώτηση και ανά τμήμα (Α8, Α9). Λόγω χρονικών περιορισμών («χτύπησε» το κουδούνι για διάλλειμα) δεν δόθηκε η δυνατότητα στους μαθητές του Α8 να εκφράσουν τι εννοούν λέγοντας «τίποτα από τα παραπάνω». Στο τμήμα Α9 όμως έλαβε χώρα η Συζήτηση 7Β (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 7Β Μαθητής 1: Εγώ απάντησα τίποτα από τα παραπάνω γιατί εκεί που βρίσκεται δεν υπάρχει βαρύτητα, και το σπρώχνουμε, το σπρώχνουμε, πήγε μία φορά και δεν θα αλλάξει η ταχύτητα. Ερευνητής: Άρα κινείται χάρη σε τι; [224]

245 Κεφάλαιο 6 Μαθητής 1: Στη δύναμη που σπρώξαμε αρχικά. Μαθητής 2: Κι εγώ απάντησα τίποτα από τα παραπάνω, συμφωνώ με το Μαθητή 1, αλλά δηλαδή ενέργεια θα χρησιμοποιούσε μόνο στην περίπτωση αν ήθελε να στρίψει γύρω από έναν πλανήτη. Μόνο αυτό. Ερευνητής: Μέχρι πότε θα κινείται έτσι το Pioneer; Μαθητής 3: Μέχρι να του ασκηθεί μία δύναμη. Ερευνητής: Πώς θα μπορούσε εκεί που είναι να του ασκηθεί μία δύναμη; Μαθητής 4: Να βρεθεί κοντά σε έναν πλανήτη. Ο Μαθητής 1, μολονότι φαίνεται να υπάρχουν ψήγματα ακρίβειας στην απάντησή του, αδυνατεί να αποδώσει την κίνηση του Pioneer στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. Αντίστοιχα πράττει και ο Μαθητής 2, ο οποίος αφού συμφωνεί με το συμμαθητή του θέτει ένα επιπλέον στοιχείο που συσχετίζει την μεταβολή της ταχύτητας (στροφή γύρω από τον πλανήτη) με την χρήση ενέργειας, άρα την άσκηση δύναμης. Τόσο ο Μαθητής 3 όσο και Μαθητής 4 φαίνονται να μπορούν να χρησιμοποιούν το κεντρικό συμπέρασμα του μαθήματος που αφορά στην συσχέτιση της μεταβολής της κινητικής κατάστασης με την άσκηση δύναμης. Επίσης, όμως, κανείς δεν επικαλείται τη βασική φυσική αρχή για την ερμηνεία του. Αμέσως μετά τέθηκε η Ερώτηση 2. Ο διδάσκων πρόβαλλε άμεσα την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών. Η κατανομή των απαντήσεων στο τμήμα Α8 δίνεται στο Διάγραμμα 76 (post) ενώ η αντίστοιχη κατανομή στο τμήμα Α9 δίνεται στο Διάγραμμα 77 (post). Στο τμήμα Α8 παρατηρείται βελτίωση στο ποσοστό των σωστών απαντήσεων ενώ αντίθετα, στο τμήμα Α9 καταγράφεται οριακή οπισθοχώρηση. Ένα σημαντικό ποσοστό μαθητών, περίπου 40%, εξακολουθεί να ασπάζεται το Αριστοτελικό μοντέλο σκέψης. Αμέσως μετά την προβολή της κατανομής των απαντήσεων έλαβε χώρα η Συζήτηση 8Β στο τμήμα Α9, η οποία διακόπηκε όταν «χτύπησε» το κουδούνι για διάλλειμα (τα ονόματα των μαθητών δεν ταυτίζονται κατ ανάγκη με εκείνα της προηγούμενης συζήτησης). Συζήτηση 8Β Ερευνητής: Μπορεί κάποιος να δικαιολογήσει γιατί οι δυνάμεις είναι ίσες μεταξύ τους; Μαθητής 1: Νομίζω ότι οι δυνάμεις αλληλεπιδρούν και είναι κατά ζεύγη. Οπότε όποια δύναμη ασκείται στον ανελκυστήρα ασκείται και στο σύρμα. [225]

246 Κεφάλαιο 6 Μαθητής 2: Εγώ πιστεύω ότι άμα ήταν ίσες οι δυνάμεις δεν θα πήγαινε ούτε πάνω ούτε κάτω. Δηλαδή για να πάει πάνω πρέπει να είναι μεγαλύτερη η δύναμη που ασκείται προς τα πάνω και για να πάει το αντίθετο. Ερευνητής: Άρα ποια είναι η σωστή απάντηση; Μαθητής 2: Εγώ πιστεύω το 1. Ερευνητής: Αυτό που λες μήπως είναι αντίθετο με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα; Μαθητής 2: Όχι, γιατί ασκείται έτσι κι αλλιώς προς τα κάτω δύναμη από τη βαρύτητα. Ερευνητής: Η εκφώνηση πάντως λέει ότι το ασανσέρ καθώς ανεβαίνει κινείται με σταθερή ταχύτητα. πάνω. Μαθητής 2: Ναι, λόγω του ότι έχει μία σταθερή άνοδο. Δύναμη, μεγαλύτερη της βαρύτητας, προς τα Ερευνητής: Η μπάλα του αστροναύτη γιατί πήγαινε μπροστά; Υπήρχε κάποια δύναμη μεγαλύτερη προς τα μπροστά από ό,τι προς τα πίσω; Μαθητής 2: Όχι, δεν υπήρχε προς τα πίσω δύναμη. Ερευνητής: Υπήρχε προς τα μπροστά; Μαθητής 2: Ναι! Αν και ο Μαθητής 1 δίνει τη σωστή απάντηση, η ερμηνεία του είναι λανθασμένη και απέχει από την υιοθέτηση της αρχής του πρώτου νόμου του Νεύτωνα, που ήταν και το ζητούμενο. Από την άλλη, ο Μαθητής 2 παραμένει αξιοπρόσεκτα προσκολλημένος στην Αριστοτελική θεώρηση της φύσης παρά την εκτεταμένη προσπάθεια που κατεβλήθη κατά τη διάρκεια της παρέμβασης. [226]

247 Κεφάλαιο Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας σε ακροατήρια φοιτητών Για να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας με τη χρήση ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών, επιχειρήθηκαν πέντε δράσεις. Η πρώτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1. Ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η δεύτερη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ2. Ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η τρίτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ2. Ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η τέταρτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1. Ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Η πέμπτη δράση αφορούσε τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ2. Ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, παράγραφος Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παράγραφο Για κάθε δράση παρουσιάζονται πίνακες με τις απαντήσεις όλων των φοιτητών ανά ερώτηση, διαγράμματα με το εύρος του χρόνου που απαιτήθηκε ανά φοιτητή και ανά ερώτηση για να δοθεί απάντηση (πληροφορία που είναι διαθέσιμη χάρη στη χρήση των κλίκερς και δεν έχει αξιοποιηθεί μέχρι στιγμής για την αποτίμηση διδακτικών δράσεων), καθώς και αναλυτικά οι κατανομές των απαντήσεων των φοιτητών ανά ερώτηση με τις συζητήσεις που εξελίχθηκαν μεταξύ φοιτητών και διδάσκοντα. Η αποτίμηση των δράσεων επιχειρείται με την ανάλυση των συζητήσεων καθώς και με τον υπολογισμό των δεικτών S, C και Γ και την ανάλυση των αντίστοιχων διαγραμμάτων Νόμος του Ωμ. Τμήμα Δ1 Στον Πίνακα 18 καταγράφονται οι απαντήσεις καθενός από τους δεκατρείς (13) φοιτητές που συμμετείχαν στο μάθημα, στις δέκα ερωτήσεις (Q1-Q10), όπως προκύπτουν από το συνοδεύων λογισμικό συλλογής δεδομένων των κλίκερς. Ταυτόχρονα, εμφανίζονται οι απαντήσεις των ίδιων [227]

248 Κεφάλαιο 6 φοιτητών στις ερωτήσεις Q11 και Q12. Οι ερωτήσεις αυτές είναι ουσιαστικά η ερώτηση Q3 η οποία τέθηκε στους φοιτητές ξανά σε επόμενο μάθημα που διαπραγματεύτηκε τους κανόνες του Κίρκοφ, στις , 45 μέρες περίπου μετά τη διδασκαλία του νόμου του Ohm (Q11), αλλά και στις τελικές εξετάσεις (Q12) που πραγματοποιήθηκαν στις Οι φοιτητές έχουν ταξινομηθεί ανά ομάδα. Οι δύο φοιτητές που χειρίστηκαν τις κάμερες καταγραφής της διαδικασίας συμμετείχαν ενεργά στις συζητήσεις αλλά δεν συνεργάστηκαν με κάποιον άλλο, ούτε μεταξύ τους. Στον ίδιο πίνακα (Πίνακας 18) Οι επικεφαλίδες των ερωτήσεων (Q1-Q12) είναι χρωματισμένες και ομαδοποιημένες σε τέσσερεις κατηγορίες. Στην 1η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q1, Q2 και Q9 όπου οι Q1, Q2 είναι ή ίδια ερώτηση ενώ η Q9 είναι μία ισομορφική ερώτηση που τέθηκε στο τέλος της διαδικασίας ως ερώτηση αξιολόγησης. Στη 2η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q3, Q5, Q7, Q11, Q12 και Q6, εκ των οποίων οι πρώτες πέντε είναι η ίδια ερώτηση που τέθηκε σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, ενώ η Q6 είναι μία ισομορφική προς αυτές ερώτηση. Στην 3η κατηγορία υπάρχει μόνο η ερώτηση Q4. Στην 4η κατηγορία βρίσκονται οι μεταξύ τους ισομορφικές ερωτήσεις Q8 και Q10. Ομάδα Φοιτητής Q1 Q2 Q9 Q3 Q5 Q7 Q11 Q12 Q6 Q4 Q8 Q10 Α Φοιτητής C 5 5 Α Φοιτητής C 4 4 Α Φοιτητής D 5 5 Α Φοιτητής C 3 5 Β Φοιτητής C 5 5 Β Φοιτητής D 3 5 Β Φοιτητής D 3 5 Β Φοιτητής B 3 5 Γ Φοιτητής D 4 5 Γ Φοιτητής C 5 5 Γ Φοιτητής C 3 5 Κάμερα Φοιτητής A 3 3 Κάμερα Φοιτητής C 3 5 Πίνακας 18. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ1 στο σενάριο του νόμου του Ωμ. Στο Διάγραμμα 84 δίνεται για κάθε φοιτητή (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας, σε δευτερόλεπτα) σε όλες τις ερωτήσεις. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν κάποιος φοιτητής απαντάει συστηματικά πιο γρήγορα από τους υπόλοιπους, γεγονός που θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι απαντάει βιαστικά και χωρίς ιδιαίτερη προσπάθεια. Στο Διάγραμμα 85 δίνεται για κάθε ερώτηση (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας) των φοιτητών. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν οι φοιτητές συνάντησαν κάποια ιδιαίτερη δυσκολία σε κάποια ερώτηση (μεγάλος μέσος χρόνος [228]

249 Κεφάλαιο 6 απόκρισης) ή αν αντίστοιχα κάποια ερώτηση θεωρήθηκε εύκολη από αυτούς (μικρός μέσος χρόνος απόκρισης). t (s) Διάγραμμα 84. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ1). t (s) Διάγραμμα 85. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ1). [229]

250 Κεφάλαιο Ανάλυση των συζητήσεων Επειδή σύμφωνα με τη βιβλιογραφία θεωρείται ότι πολλές από παρανοήσεις πάνω στα βασικά ηλεκτρικά κυκλώματα οφείλονται στην έλλειψη πρακτικής εξοικείωσης, ζητήθηκε αρχικά από τους φοιτητές να απαντήσουν στην ερώτηση Q1 (Παράρτημα Α ), με σκοπό να αποτυπωθεί η ικανότητά τους να συσχετίζουν πραγματικά κυκλώματα με τα συνήθη σχηματικά διαγράμματα που υπάρχουν στα βιβλία. Επειδή στο κύκλωμα εμπλέκονται λαμπτήρες δίνεται ταυτόχρονα η ευκαιρία να διαπιστωθεί κατά πόσο οι φοιτητές γνωρίζουν ότι το λαμπάκι είναι ένα δίπολο που πρέπει να διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα για να φωτοβολεί. Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του χρησιμοποιώντας τα κλίκερς και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 86, Α γύρος). Διάγραμμα 86. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q2. Νόμος του Ωμ (Δ1). Ο διδάσκων, χωρίς να σχολιάσει την κατανομή, ζήτησε από τους φοιτητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους για φτιάξουν ένα απλό κύκλωμα. Συγκεκριμένα, δίνοντάς τους ένα λαμπάκι, καλώδια και μπαταρίες τους ζήτησε να συναρμολογήσουν κατάλληλα ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ώστε να ανάψουν το λαμπάκι. Οι ομάδες χρειάστηκαν περίπου 3 λεπτά για να ολοκληρώσουν. Με εξαίρεση τη μία ομάδα, οι άλλες δύο φάνηκε να στηρίζονται περισσότερο στη μέθοδο δοκιμής και πλάνης. Αφού τελικά και οι τρεις ομάδες τα κατάφεραν, τέθηκε ξανά η ίδια ερώτηση (Q2, Παράρτημα Α ). Προβλήθηκε η ποσοστιαία κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών (Διάγραμμα 86, Β γύρος) και ο διδάσκων ζήτησε από τους φοιτητές να σχολιάσουν την κατανομή και να επιχειρηματολογήσουν εκθέτοντας τις απόψεις τους. Εξελίχθηκε η Συζήτηση 1. Συζήτηση 1 Φοιτητής 1: Εγώ αρχικά είχα βάλει το 6 δηλαδή νόμιζα ότι είναι και το C και το D δηλαδή δεν είχα παρατηρήσει ποια είναι η διαφορά τους. Δηλαδή και τα δύο φαίνονται να είναι σε σειρά αλλά μετά κάνοντας το πείραμα είδα ότι πρέπει, εεε, δεν μπορούν να συνδέονται, στο D δηλαδή μου φαίνεται ότι είναι λάθος, στο από κάτω του συνδέονται έτσι (δείχνει). [230]

251 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 13: Αφού έκανα το πείραμα είδα ότι πρέπει να βάλω αλλού το θετικό πόλο και αλλού τον αρνητικό πόλο. Άρα π.χ. στο D οι δύο κάτω λάμπες είναι, και τα δύο καλώδια πηγαίνουν στον ίδιο πόλο άρα μάλλον είναι το C και όχι το D. Αλλά κάποιοι έβαλαν νομίζω και το C και το D γιατί αυτά δεν τα ξεχώρισαν Φοιτητής 8: Ναι κι εγώ είχα βάλει αρχικά και το C και το D γιατί τα είδα συνδεδεμένα σε σειρά, αλλά το D αν είχε ένα καλωδιάκι στις δύο κάτω λάμπες θα ήταν σωστό. Από το Διάγραμμα 86 προκύπτει ότι ποσοστό των φοιτητών που ξεπερνάει το 60% απαντάει αρχικά λανθασμένα στην ερώτηση Q1. Διαφωτιστική είναι η Συζήτηση 1. Οι τελειόφοιτοι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής δυσκολεύονται να αντιληφθούν ότι μία λάμπα είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο καθώς και τον τρόπο σύνδεσής της σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Το γεγονός αυτό αν παραμείνει αδιευκρίνιστο μπορεί να θέσει περιορισμούς στην κατανόηση των κυκλωμάτων που ακολουθούν. Μετά την πειραματική διαχείριση του απλού ηλεκτρικού κυκλώματος το ποσοστό των σωστών απαντήσεων βελτιώνεται, όπως σχεδόν το 45 % των φοιτητών εξακολουθεί να απαντάει εσφαλμένα. Από το Διάγραμμα 84 προκύπτει ότι ο χρόνος απόκρισης στην ερώτηση Q1 παρουσιάζει μεγάλο εύρος τιμών υποδηλώνοντας ότι οι φοιτητές αντιμετώπισαν διαφορετικές δυσκολίες. Αντίστοιχα, το εύρος τιμών χρόνου απόκρισης της ερώτησης Q2 είναι σαφώς πιο περιορισμένο και τη μέση τιμή μικρότερη από αυτήν της ερώτησης Q1 υποδεικνύοντας ότι οι φοιτητές είναι περισσότεροι σίγουροι για τις απαντήσεις τους. Ο διδάσκων συμφώνησε σε αυτό το σημείο ότι η σωστή απάντηση είναι η 3, παρέχοντας ανάδραση στους φοιτητές. Ανακεφαλαιώνοντας, παρουσίασε ως εμπειρικό δεδομένο ότι το λαμπάκι έχει δύο πόλους, και στη συνέχεια τον τρόπο με τον οποίο πρέπει συνδέεται σε ένα κύκλωμα ώστε να λειτουργεί. Επιχειρώντας να προωθήσει τη συζήτηση, ακολούθησε η Συζήτηση 2. Συζήτηση 2 Διδάσκων: Γιατί ανάβει το λαμπάκι; Φοιτητής 2: Γιατί η μπαταρία έχει μία διαφορά δυναμικού, τα ηλεκτρόνια από τον αρνητικό πόλο φεύγουν και πηγαίνουν προς το θετικό, και ανάβει έτσι το λαμπάκι που έχει μία αντίσταση, εεε του δίνει ρεύμα και λειτουργεί. Διδάσκων: Άρα μπορείς να μας πεις τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα; Φοιτητής 2: Εεε, το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ροή ηλεκτρικού φορτίου ανά χρόνο. Ο διδάσκων παρουσίασε τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος. Ακολούθησε η Συζήτηση 3. [231]

252 Κεφάλαιο 6 Συζήτηση 3 Διδάσκων: Το πόσο δυνατά ανάβει η λάμπα, το πόσο δυνατά φωτοβολεί, η λάμψη της, από ποιούς παράγοντες εξαρτάται, Φοιτητή 10; Φοιτητής 10: Εεε, μάλλον από τη μπαταρία. Διδάσκων: Από κάτι άλλο; Φοιτητή 11; Φοιτητής 11: Ίσως και από την αντίσταση από την οποία περνά το ρεύμα. Δόθηκε ο ορισμός της αντίστασης και ο «μαθηματικός» ορισμός R=V/I. ο διδάσκων κάλεσε τους φοιτητές να χρησιμοποιήσουν τις λυχνιολαβές, το λαμπάκι, τα καλώδια και μπαταρίες για να σχηματίσουν εκ νέου ένα κύκλωμα στο οποίο να ανάβει το λαμπάκι. Οι φοιτητές το κατάφεραν ταχύτατα. Στη συνέχεια τους ζητήθηκε να ανοίξουν το κύκλωμα και να παρεμβάλλουν διάφορα υλικά και να καταγράψουν για ποια από αυτά το λαμπάκι εξακολουθεί να ανάβει. Οι ομάδες ολοκλήρωσαν γρήγορα την πειραματική διερεύνηση και ανακοίνωσαν στην ολομέλεια τα αποτελέσματά τους. Ο διδάσκων τα κατέγραψε στον πίνακα. Τα υλικά κατατάχθηκαν σε αγωγούς και μονωτές, ενώ έγινε ονομαστική αναφορά στην ύπαρξη των ημιαγωγών. Κλείνοντας τη μικρή αυτή επανάληψη εννοιών που ουσιαστικά επιχείρησε, ο διδάσκων αναφέρθηκε στους δυνατούς τρόπους σύνδεσης δύο αντιστατών. Εκμαίευσε από τους φοιτητές ότι στη σε σειρά σύνδεση το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει τους αντιστάτες είναι το ίδιο, ενώ στην παράλληλη σύνδεση υπάρχει κοινή τάση στα άκρα τους. Στο πλαίσιο αυτό έθεσε πλέον την ερώτηση Q3 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Ο μέσος χρόνος συλλογής όλων των απαντήσεων είναι, σύμφωνα με το Διάγραμμα 85, ο μεγαλύτερος από τις δέκα ερωτήσεις που τέθηκαν, δείχνοντας ότι οι φοιτητές δυσκολεύτηκαν να απαντήσουν. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 87, Α γύρος) και ο διδάσκων σχολίασε ότι μολονότι οι περισσότεροι απάντησαν το 1 υπήρξε αρκετά μεγάλη διασπορά απαντήσεων. Επειδή η ερώτηση τέθηκε στο σημείο αυτό για να ανιχνεύσει τη γνωστική αφετηρία των φοιτητών και επειδή η ίδια ερώτηση επρόκειτο να τεθεί άλλες δύο φορές παρακάτω για να καταγραφεί η εξέλιξη των ιδεών των φοιτητών, δεν ζητήθηκε κανένα σχόλιο ούτε εκ μέρους των φοιτητών, για τον τρόπο σκέψης τους, ούτε έγινε κάποιο άλλο από το διδάσκοντα. Η απάντηση ωστόσο αυτή σημαίνει ότι η πλειοψηφία των φοιτητών υιοθετεί, σε αυτή τη φάση της διδασκαλίας, ένα συνδυασμό του μοντέλου του σταθερού ρεύματος (οι πηγές παρέχουν σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα) και του τοπικού μοντέλου. [232]

253 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 87. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q3/Q5/Q7/Q11/Q12. Νόμος του Ωμ (Δ1). Το επόμενο διδακτικό βήμα ήταν να επιβεβαιωθεί πειραματικά από τις τρεις ομάδες ο νόμος του Ωμ για τους αντιστάτες. Ο διδάσκων μοίρασε φύλλο εργασίας, εξήγησε τη λειτουργία των οργάνων (αμπερόμετρο, πολύμετρο), μοίρασε υλικά. Κάθε ομάδα είχε στη διάθεσή της αντιστάτες διαφορετικής αντίστασης. Οι ομάδες ακολουθώντας τις οδηγίες του φύλλου εργασίας μέτρησαν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρρεε τον αντιστάτη τους για διάφορες τιμές της τάσης στα άκρα του. Κατά τη διάρκεια της άσκησης ο διδάσκων περνούσε από τους πάγκους και έδινε οδηγίες. Μετά την ολοκλήρωση των μετρήσεων κάθε ομάδα ανακοίνωσε τις μετρήσεις της στην ολομέλεια. Ο διδάσκων εισήγαγε τις τιμές σε ένα πρόγραμμα excel το οποίο πραγματοποίησε απευθείας γραμμική παλινδρόμηση σε άξονες I-V. Και για τις τρεις ομάδες αναδείχθηκε η σχέση αναλογίας ρεύματος τάσης ενώ από την κλίση της ευθείας παλινδρόμησης υπολογίστηκε το 1/R. Συνοψίζοντας, ο διδάσκων διατύπωσε το νόμο του Ωμ. Προκειμένου να διερευνηθεί το πεδίο ισχύος του νόμου οι ομάδες ακολούθησαν την ίδια διαδικασία χρησιμοποιώντας αυτή τη φορά, αντί για αντιστάτες, LEDs διαφόρων χρωμάτων. Προέκυψε ότι δεν υπάρχει γραμμική σχέση ανάμεσα στην ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος και την τάση, συνεπώς ο νόμος του Ωμ δεν ισχύει για όλα τα υλικά. Προκειμένου να αναδειχθεί το γεγονός ότι η τάση αποτελεί την αιτία και το ηλεκτρικό ρεύμα το αποτέλεσμα εφαρμογής της τάσης, αλλά και να καταγραφεί και να αντιμετωπιστεί η διαδεδομένη εναλλακτική ιδέα 3 (παράγραφος 2.3.1), τέθηκε η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Σύμφωνα με το Διάγραμμα 85 η συγκεκριμένη απάντηση παρουσιάζει τη μικρότερη μέση τιμή χρόνου απόκρισης και ταυτόχρονα το μικρότερο εύρος. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει ότι οι φοιτητές είναι βέβαιοι για την επιλογή τους. Σε περίπτωση λανθασμένης απάντησης ο μικρός χρόνος απόκρισης θα μπορούσε να συνδεθεί με κάποιο ισχυρό εναλλακτικό μοντέλο. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 88 ) και ακολούθησε η Συζήτηση 4. [233]

254 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 88. Κατανομή απαντήσεων, Q4. Νόμος του Ωμ (Δ1). Συζήτηση 4 Διδάσκων: Κάποιος που να απάντησε το C; Φοιτητής 15: Εντάξει, επειδή είναι 2 οι αντιστάσεις τότε θα μοιράζεται, επειδή είναι Διδάσκων: Ποιο θα μοιράζεται; Φοιτητής 15: Η τάση Βασικά το ρεύμα θα μοιράζεται. Διδάσκων: Έχουμε ρεύμα εδώ; Γιατί Φοιτητής 15: Είναι ανοικτός ο διακόπτης. Διδάσκων: Άρα δεν υπάρχει ρεύμα. Φοιτητής 15: Α, δεν κλείνουμε το διακόπτη; Διδάσκων: Όχι, όχι Φοιτητής 1: Κι εγώ θεώρησα ότι είναι κλειστός ο διακόπτης, για κάποιο μυστήριο λόγο. Διδάσκων: Όχι, θεωρούμε ότι ο διακόπτης είναι ανοικτός. Τώρα λοιπόν που ακούτε ότι ο διακόπτης είναι ανοικτός, Φοιτητή 1 τι πιστεύεις; Φοιτητής 1: Να το σκεφτώ λίγο. Σίγουρα δε είναι 3, σίγουρα δεν είναι 6, Διδάσκων: Ωραία τι είναι; Φοιτητής 1: Το ερώτημα είναι αν είναι 0 ή 6. Διδάσκων: Εννοείς 12 [234]

255 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 1: ε, ναι 12, εεε δε ξέρω να το σκεφτώ λίγο Διδάσκων: Φοιτητή 8 εσύ τις θέλεις να πεις; Φοιτητής 8: Εφόσον είναι ανοικτό το κύκλωμα, και έχουμε μία μπαταρία με πολικότητα 12V, τότε ότι πολικότητα υπάρχει στη μπαταρία υπάρχει και στα άκρα ΑΒ, άρα το D. Διδάσκων: Ωραία Φοιτητή 2; Φοιτητής 2: Εγώ έβαλα το C αλλά κι εγώ δεν είχα προσέξει ότι είναι ανοικτός ο διακόπτης. Τώρα είναι το D, 12 Διδάσκων: 12 κι εσύ. Κάποιος που να πιστεύει ότι είναι 0 και θέλει να το δικαιολογήσει; (δεν απαντάει κανείς). Διδάσκων: Αυτό που σίγουρα θέλω να καταλάβετε είναι ότι όταν σε ένα κύκλωμα υπάρχει ρεύμα τότε σίγουρα υπάρχει και τάση. Μπορεί όμως να έχουμε τάση και να μην έχουμε ρεύμα. Αυτό ισχύει κι εδώ. Σωστή απάντηση είναι το 12, δε διαρρέεται από ρεύμα το κύκλωμα, άρα η τάση στα ΑΒ είναι η τάση της πηγής. Είμαστε εντάξει; Φοιτητής 13: Αυτό με το νόμο του Ωμ πώς εξηγείται; Γιατί αν πούμε ότι V=IR και το I είναι μηδέν Διδάσκων: Ναι, δεν ισχύει εδώ ο νόμος του Ωμ. Δεν μπορούμε να το εξηγήσουμε με το νόμο του Ωμ. Αυτό σου λέω, είναι δυνατόν, απλά πρέπει να σκέπτεσαι ότι η τάση είναι το αίτιο και το αποτέλεσμα είναι το ρεύμα. Αν έχουμε ρεύμα τότε σίγουρα υπάρχει και τάση. Και ο νόμος του Ωμ θα σκέφτεσαι ότι είναι Ι=V/R. Αυτόν τον τύπο. Ο διδάσκων θεώρησε στο σημείο αυτό ότι έχει ολοκληρωθεί η διαπραγμάτευση του θέματος. Ωστόσο, η Συζήτηση 4 φωτίζει αρκετά τον τρόπο με τον οποίο σκέφτονται οι φοιτητές που συμμετείχαν σε αυτήν, συμπεριλαμβανομένου και του ίδιου του διδάσκοντα-φοιτητή. Ο Φοιτητής 15 φαίνεται να υιοθετεί έναν τύπο μεριστικού μοντέλου θεωρώντας ότι μοιράζεται είτε η τάση είτε το ρεύμα. Την ίδια στιγμή φαίνεται να μην έχει καταλάβει ακριβώς τη διατύπωση της ερώτησης. Ο Φοιτητής 1 προσπαθεί να δώσει απάντηση χωρίς να υιοθετεί κάποιο συγκεκριμένο μοντέλο. Αδυνατεί να καταλάβει τη βασική φυσική αρχή. Ο Φοιτητής 8 παρουσιάζει μία ικανοποιητική απάντηση δείχνοντας να υιοθετεί το επιστημονικό μοντέλο, ενώ ο Φοιτητής 2, μολονότι έχει απαντήσει αρχικά λάθος φαίνεται να πείθεται από το Φοιτητή 8. Αποκαλυπτική είναι η δήλωση του Φοιτητή 13 ο οποίος φαίνεται να παρερμηνεύει το νόμο του Ωμ αποδίδοντας στο ηλεκτρικό ρεύμα την ιδιότητα να προκαλεί την πτώση τάσης. Φαίνεται ότι και ο φοιτητής που έχει αναλάβει το ρόλο του διδάσκοντα στο συγκεκριμένο μάθημα δεν έχει ξεκαθαρίσει ούτε ο ίδιος αυτό το σημείο, αλλά διατηρεί επιφανειακή και μόνο κατανόηση του φαινομένου αδυνατώντας να καθοδηγήσει το Φοιτητή 13 στη σωστή απάντηση. [235]

256 Κεφάλαιο 6 Ο διδάσκων προχώρησε αμέσως μετά στη διατύπωση της ερώτησης Q5 (Παράρτημα Α ), η οποία ήταν η προγραμματισμένη επαναδιαπραγμάτευση της ερώτησης Q3. Κάθε φοιτητής απάντησε μόνος του με τα κλίκερς. Συγκρίνοντας την κατανομή των χρόνων απόκρισης μεταξύ των απαντήσεων Q3 και Q5 (Διάγραμμα 85) προκύπτει ότι υπάρχει μεγάλο εύρος τιμών του χρόνου απόκρισης αλλά εν γένει οι φοιτητές φαίνεται να απαντούν λίγο πιο σύντομα σε σχέση με την ερώτηση Q3. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών (Διάγραμμα 87, Β γύρος). Ο διδάσκων έκανε κάποιο σύντομο σχόλιο για την κατανομή, ενώ και πάλι δεν έγιναν καθόλου σχόλια εκ μέρους των φοιτητών. Ωστόσο, οι φοιτητές υιοθετούν σε ακόμη μεγαλύτερο ποσοστό την απάντηση 1 δείχνοντας ότι αδυνατούν επί του παρόντος να κινηθούν προς τη σωστή κατεύθυνση. Με σκοπό να γίνει εμβάθυνση στο συγκεκριμένο ερώτημα και να αναδειχθούν οι πιθανοί μηχανισμοί σκέψης των φοιτητών, τέθηκε στη συνέχεια η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Α ). Στόχος είναι να διαπιστωθεί αν οι φοιτητές αντιλαμβάνονται καταρχάς το πώς αλλάζει η αντίσταση του κυκλώματος ώστε να διερευνηθεί στη συνέχεια αν οι ενδεχόμενες παρανοήσεις στην προβληματική διαχείριση της συνδεσμολογίας αντιστατών ή τα αίτια σχετίζονταν με τις εναλλακτικές ιδέες 2 και 4 (παράγραφος 2.3.1). Οι φοιτητές απαντούν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς και προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών (Διάγραμμα 89). Διάγραμμα 89. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q6. Νόμος του Ωμ (Δ1). Ακολούθησε η Συζήτηση 5. Συζήτηση 5 Διδάσκων: Φοιτητή 1, εσύ που το σκέφτηκες πολύ ακούω. Φοιτητής 1: Λοιπόν, εγώ ήμουν ανάμεσα στο 4 και στο 2, απλά σκεφτόμουν ότι εξαρτάται από την τιμή που θα έχει η αντίσταση. Διδάσκων: Όλες οι αντιστάσεις είναι ίδιες. [236]

257 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 1: Αααα! Αλλάζει το πράγμα τότε. Διδάσκων: Μπορείς να σκεφτείς τότε; Φοιτητής 1:: Ε τότε θα μειωθεί! Θα πω το 2. Διδάσκων: Αν δεν είναι όλοι οι αντιστάτες ίδιοι; Φοιτητής 1: Εκεί δε ξέρω. Πρέπει να δούμε την τιμή που παίρνει το κλάσμα για τις διάφορες τιμές. Δε ξέρω. Φοιτητής 15: Αν δεν είναι όλες ίδιες τότε δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε. Φοιτητής 8: Εγώ πιστεύω ότι μειώνεται και πάλι γιατί είναι παράλληλος συνδυασμός των αντιστάσεων και ελαττώνεται. Φοιτητής 3: Πάνω σε αυτό που είπε ο Φοιτητής 8 να συμπληρώσω, όταν έχουμε παράλληλες αντιστάσεις η R ολ θα είναι μικρότερη από τη μικρότερη των δύο αντιστάσεων. Οπότε σίγουρα θα έχουμε κάτι μικρότερο. Φοιτητής 1: Το σκέφτηκα, το σκέφτηκα κι έτσι, ότι αν πάρουμε άπειρη αντίσταση θα είναι σαν να μην υπάρχει, το ρεύμα θα πάει από την άλλη. Άρα θα είναι η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει που είναι η ίδια σαν να μην υπήρχε παράλληλη. Άρα μειώνεται, είναι το 2. Διδάσκων: Υπάρχει κάποιος που να διαφωνεί; Να πιστεύει ότι μειώνεται ή παραμένει ίδια ή δεν αρκούν τα στοιχεία; Φοιτητής 15: Εγώ διαφωνώ. Γιατί R 1R 2/(R 1+R 2) δεν είναι ο παράλληλος συνδυασμός; Διδάσκων: Ναι. Φοιτητής 15: Ωραία. Αυτό άμα έχουμε, άμα είναι διαφορετικές οι αντιστάσεις στο βαθμό μηδέν κόμμα κάτι, εεε, μειώνεται. Άμα είναι κατά πολύ μεγάλες, δηλαδή το γινόμενο, (προβληματίζεται), Διδάσκων: Θες να το δούμε με τα νούμερα; Φοιτητής 15: Όχι!, Ναι Διδάσκων: Αφού απαντήσατε σε αυτό, ας Φοιτητής 2: Καταλήξαμε τελικά ποιο είναι; Διδάσκων: Δεν κατάλαβες; Μειώνεται. Δε συμφωνείς; [237]

258 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 2: Εεε Διδάσκων: Να το κάνουμε στον πίνακα; Θες να σηκωθείς; Φοιτητής 2: Ναι! Ο Φοιτητής 2 σηκώνεται και πάει στον πίνακα. Διδάσκων: Αρχικά ο διακόπτης είναι ανοικτός. Σχεδίασε πώς είναι το κύκλωμα. Φοιτητής 2: Είναι σε σειρά (σχεδιάζει). Ο Φοιτητής 2 υπολογίζει εύκολα ότι R ολ=2r. Διδάσκων: Πολύ ωραία, να δούμε τι γίνεται όταν ο διακόπτης κλείσει. Φοιτητής 2: Είναι παράλληλα Ο Φοιτητής 2 υπολογίζει εύκολα ότι R ολ=1,5r. Διδάσκων: Εντάξει είμαστε; Φοιτητής 2: Ναι! Ο Φοιτητής 1 μολονότι δίνει τη σωστή απάντηση, αυτή στηρίζεται στην επιπλέον πληροφορία ότι οι αντιστάτες έχουν ίσες αντιστάσεις. Αδυνατεί να απαντήσει όταν οι αντιστάσεις έχουν διαφορετικές τιμές. Δεν έχει εμβαθύνει επομένως σε ικανοποιητικό βαθμό στη σύνδεση αντιστατών. Το ίδιο πρόβλημα έχει και ο Φοιτητής 15 ο οποίος επιχειρεί μία αριθμητική προσέγγιση (εφαρμογή τύπων) για να προσεγγίσει την απάντηση χωρίς όμως να καταφέρει να ολοκληρώσει το συλλογισμό του. Αντίθετα οι Φοιτητές 8 και 3 φαίνεται να έχουν αναπτύξει τα κατάλληλα εννοιολογικά εργαλεία και απαντούν σωστά. Ο Φοιτητής 2 δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει ποιοτικά επιχειρήματα και βασικές έννοιες για να φτάσει στην απάντηση και αμφιβάλλει. Όταν καταφεύγει στο χειρισμό εξισώσεων καταλήγει όμως εύκολα στη σωστή απάντηση. Μετά από αυτό ο διδάσκων παρουσίασε την ερώτηση Q7 (Παράρτημα Α ), δηλαδή για τρίτη και τελευταία φορά την ερώτηση Q3. Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 87, Γ γύρος). Από την κατανομή φαίνεται μία μικρή αύξηση στο ποσοστό των σωστών απαντήσεων (απάντηση 2), η απάντηση 1 όμως εξακολουθεί να είναι η πιο δημοφιλής υποδεικνύοντας την πολύ χαμηλή αποτελεσματικότητα της παρέμβασης μέχρι αυτό το σημείο. Ας σημειωθεί ωστόσο ότι η ερώτηση Q7 παρουσιάζει, σύμφωνα με το Διάγραμμα 85, το μεγαλύτερο εύρος τιμών του χρόνου απόκρισης από όλες τις ερωτήσεις και επιπλέον, σε σχέση με τις ερωτήσεις Q3 και Q5. Το γεγονός ότι οι φοιτητές δεν απαντούν πιο σύντομα σε σχέση με τις Q3 και Q5 [238]

259 Κεφάλαιο 6 υποδεικνύει ότι διατηρούν αμφιβολίες και προβληματίζονται για τη σωστή απάντηση, μολονότι εξακολουθούν να απαντούν εσφαλμένα. Ο διδάσκων σχολίασε την κατανομή και συναρμολόγησε, με τη βοήθεια του Φοιτητή 13 το κύκλωμα της ερώτησης για να δείξει τι τελικά συμβαίνει. Ακολούθησε η Συζήτηση 6. Συζήτηση 6 Διδάσκων: Τι παρατηρείτε; Φοιτητής 13: Το Α αυξάνεται το Β μειώνεται. Διδάσκων: Άρα ποια απάντηση είναι σωστή; Φοιτητής 13: το Β. Ο διδάσκων, παρά το γεγονός ότι το σχέδιο μαθήματος προέβλεπε διαφορετικά, αυτενεργώντας θεώρησε ότι το θέμα έκλεισε με την πειραματική παρατήρηση και δεν ζήτησε από τους φοιτητές να εξηγήσουν καταρχάς με όρους εννοιών των απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων την παρατήρησή τους. Έθεσε, έτσι, την ερώτηση Q8 (Παράρτημα Α ), διευκρινίζοντας ότι το σύρμα θεωρείται ιδανικό. Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών (Διάγραμμα 90 ). Διάγραμμα 90. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q8. Νόμος του Ωμ (Δ1). Ακολούθησε η Συζήτηση 7. Συζήτηση 7 Φοιτητής 5: Μία διόρθωση. Εγώ έβαλα το 4 αλλά ήθελα να βάλω το 3. Διδάσκων: Θες να μας πεις πώς σκέφτηκες και άλλαξες γνώμη; [239]

260 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 5: Εεε ότι άμα ενώσουμε το 1 και το 2, είτε βάζαμε σύρμα είτε ολόκληρη μεταλλική πλάκα θα ήταν το ίδιο πράγμα. Στην ουσία μεγαλώνει το μήκος των αγωγών που έχουμε. Δεν αλλάζει καθόλου το κύκλωμα. σημεία; Διδάσκων: Μάλιστα Τι μπορείς να μου πεις για τη διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε κείνα τα δύο Φοιτητής 5: Άμα τα ενώσουμε; Διδάσκων: Ναι. Φοιτητής 5: Θα είναι μηδέν. Διδάσκων: Πολύ ωραία. Άρα το ρεύμα; Σύμφωνα με όσα έχουμε πει; Φοιτητής 5: Διδάσκων: Είχαμε δει στο προηγούμενο κύκλωμα. Λέγαμε: ρεύμα για να υπάρχει σίγουρα θα υπάρχει τάση, τάση μπορεί να υπάρχει; Φοιτητής 5: Ναι αλλά τότε δε θα πέρναγε από το 1 στο 2 Διδάσκων: Άρα δεν περνάει ρεύμα. Φοιτητής 5: (αμφιβάλλει) ναι. Διδάσκων: Ωραία κάποιος άλλος τι πιστεύει; Φοιτητής 5: Από το 1 στο 2 δε θα περνάει ρεύμα. Στο υπόλοιπο κύκλωμα θα περνάει. Διδάσκων: Ναι. Άρα μου λες ότι δεν αλλάζει τίποτα στο υπόλοιπο κύκλωμα. Εντάξει. Φοιτητής 8: Λίγο, δεν παρακολούθησα τη σκέψη του Φοιτητή 5 Διδάσκων: Φοιτητή 5 θα μας ξαναπείς λίγο πιο δυνατά; Φοιτητής 5: Ότι ενώνοντας τα 1 και 2 είναι σα να βάζουμε, σα να μεγαλώνουμε το μήκος των αγωγών που έχουμε. Δηλαδή σε κείνο το τετραγωνάκι σκέφτηκα, αν ενώσουμε το 1 με το 2, σε κείνο το κυβάκι (δείχνει) είναι σα να βάζεις μία μεταλλική πλάκα. Αν υπήρχε μία μεταλλική πλάκα το ίδιο θα συνέβαινε. Φοιτητής 8: Άρα ότι δε μεταβάλλεται τίποτα; Φοιτητής 5 Έτσι λέω [240]

261 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 4: Ενώνοντας το 1 με το 2 είναι σα να μην υπάρχει διαφορά δυναμικού; Άρα αν δεν έχουμε διαφορά δυναμικού δεν περνάει και ρεύμα. Άρα δε θα ανάψει η λάμπα (μιλάει ταυτόχρονα και ο Φοιτητής 13) Διδάσκων: Πολύ ωραία. Τι είπες Φοιτητή 13; Φοιτητής 13: Το 1 και το 2 είναι ούτως ή άλλως ενωμένα, δηλαδή ουσιαστικά είναι το ίδιο σημείο, και δεν αλλάζουμε κάτι, τα ξαναενώνουμε χωρίς να παρεμβάλλουμε κάποιο στοιχείο, άρα Διδάσκων: Εσύ πιστεύεις ότι σωστή απάντηση είναι η ; Φοιτητής 13: 3. Διδάσκων: Κανείς που να διαφωνεί; Φοιτητής 4: Το 4. Σας είπα ότι Διδάσκων: Εσύ μου λες ότι βάζουμε ένα συρματάκι και δεν περνάει ρεύμα από το 1 και το 2. Φοιτητής 4: Όχι είναι σα να μηδενίζουμε τη διαφορά δυναμικού; Διδάσκων: Ναι στα 1 και το 2. Φοιτητής 4: Άρα δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού. Διδάσκων: Σε κείνα τα σημεία ναι, Φοιτητής 4: Αλλά στα δύο τα σημεία όμως τα Α και το Β, οπότε, δε ξέρω μπερδεύτηκα Το Α και το Β έχουν μία τάση, Διδάσκων: Να κάνουμε το κύκλωμα να δούμε. Φοιτητής 1: Εγώ αν κι έβαλα το 4 πιστεύω ότι είναι το 3 τελικά με έπεισε ο Φοιτητής 5 με αυτά που είπε. Ο Φοιτητής 5 φαίνεται να υιοθετεί τη σωστή απάντηση ωστόσο το μοντέλο που χρησιμοποιεί απέχει από το επιστημονικό. Δυσκολεύεται να δεχθεί ότι δεν θα υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα όταν δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο σημείων 1 και 2 του κυκλώματος. Οι λόγοι του είναι περισσότερο διαισθητικοί. Ο Φοιτητής 4 επικαλείται τη μηδενική διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων 1 και 2 για να ισχυριστεί ότι δεν θα υπάρχει ρεύμα σε ολόκληρο το κύκλωμα αναδεικνύοντας τη χρήση ενός τυχαίου μοντέλου. Ο Φοιτητής 13 απαντάει σωστά χωρίς ωστόσο να διατυπώνει σαφείς λόγους. Η απάντησή του μοιάζει να αποτελεί επαναδιατύπωση της άποψης του Φοιτητή 5. Ο [241]

262 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 1 υιοθετεί την απάντηση του Φοιτητή 5 δηλώνοντας ότι πείστηκε από αυτόν χωρίς επίσης να παρουσιάζει κάποιο μοντέλο. Συναρμολογήθηκε το ηλεκτρικό κύκλωμα που αναπαριστάται στην ερώτηση. Οι φοιτητές παρατήρησαν ότι δεν μεταβλήθηκε η φωτεινότητα καμίας λάμπας. Ο διδάσκων δικαιολόγησε την παρατήρηση επικαλούμενος τις απόψεις του Φοιτητή 5 και του Φοιτητή 13 και χωρίς να επικαλεστεί το νόμο του Ωμ. Ολοκληρώνοντας τη διδασκαλία, ο διδάσκων έθεσε δύο ερωτήσεις αξιολόγησης, τις ερωτήσεις Q9 και Q10 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του χρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Προβλήθηκαν οι κατανομές (Διάγραμμα 91 και Διάγραμμα 92) ενώ δεν έγινε κάποιος σχολιασμός ούτε από το διδάσκοντα ούτε από τους φοιτητές. Διάγραμμα 91. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q9. Νόμος του Ωμ (Δ1). Διάγραμμα 92. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q10. Νόμος του Ωμ (Δ1). Από το Διάγραμμα 91 προκύπτει ότι όλοι οι φοιτητές απαντούν σωστά στην ερώτηση Q9 η οποία είναι της ίδιας λογικής (ισομορφική) με την ερώτηση Q1. Στην ερώτηση αυτή ζητείται από τους φοιτητές να συσχετίσουν το σχηματικό διάγραμμα με το πραγματικό κύκλωμα, το αντίθετο δηλαδή [242]

263 Κεφάλαιο 6 από αυτό που ζητήθηκε στην ερώτηση Q1, διαδικασία η οποία φαίνεται να θεωρείται πιο εύκολη από τους φοιτητές. Από το Διάγραμμα 92 προκύπτει ότι η μεγάλη πλειοψηφία των φοιτητών απαντάει σωστά στην ερώτηση Q10. Η ερώτηση αυτή απαιτεί παρόμοια επιχειρηματολογία με αυτή της ερώτησης Q8 την οποία οι φοιτητές είχαν απαντήσει σωστά σε αρκετά υψηλό ποσοστό. Η αδυναμία τους όμως να επιχειρηματολογήσουν με φυσικά επιχειρήματα (Συζήτηση 7) εγείρει ερωτήματα σχετικά με το πραγματικό επίπεδο κατανόησης και της ερώτησης Q10. Συμπερασματικά, η απουσία συζήτησης και ανταλλαγής επιχειρημάτων μετά την προβολή των Διαγραμμάτων 90 και 91 δυσκολεύει την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων σχετικά με τον τρόπο σκέψης των φοιτητών, μολονότι τα ποσοτικά αποτελέσματα φαίνεται να υποδεικνύουν επιτυχή διαπραγμάτευση και χειρισμό των εννοιών Ανάλυση συγκέντρωσης Στον Πίνακα 19 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις 12 συνολικά ερωτήσεις (Q1-Q12) που τέθηκαν στους φοιτητές του Δ1.. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q2 Q9 Q3 Q5 Q7 Q11 Q12 Q6 Q4 Q8 Q10 S 0,23 0,54 1,00 0,15 0,08 0,23 0,69 0,69 0,62 0,31 0,54 0,85 C 0,44 0,44 1,00 0,31 0,63 0,55 0,51 0,55 0,35 0,26 0,35 0,75 Γ 0,66 0,73-0,41 0,71 0,83 0,09 0,62 0,34 0,51 0,54 0,47 LM MM HH LM LH LH ΜΗ ΜΗ MM LM MM HH Πίνακας 19. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Νόμος του Ωμ (Δ1). Όπως ήδη έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 (παράγραφος 2.3.5), οι κατηγορίες HH και ΜΗ δείχνουν ότι οι μαθητές αντιπαρέρχονται ικανοποιητικά στις απαιτήσεις του συγκεκριμένου θέματος. Από τον Πίνακα 20, προκύπτει ότι σε αυτές τις δύο κατηγορίες κατατάσσονται οι ερωτήσεις Q9, Q10, Q11 και Q12. Κατηγορία LM LH MM MH HH Ερώτηση Q1, Q3, Q4 Q5, Q7 Q2, Q6, Q8 Q11, Q12 Q9, Q10 Πίνακας 20. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). Νόμος του Ωμ (Δ1). [243]

264 Κεφάλαιο 6 Στα Διαγράμματα 93 και 94 αποτυπώνεται γραφικά η μεταβολή στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 93 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 94 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση (Q1), οι φοιτητές υιοθετούν αρχικά δύο λανθασμένα μοντέλα (LM). Μετά την πειραματική διαπραγμάτευση και την αλληλεπίδραση στις ομάδες τους οι φοιτητές μετακινούνται στην ερώτηση Q2 υιοθετώντας δύο μοντέλα, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ). Στο τέλος της διδακτικής παρέμβασης (ερώτηση Q9) οι φοιτητές υιοθετούν στο σύνολό τους ένα σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q3, Q5, Q6, Q7, Q11 και Q12, που, με εξαίρεση την ερώτηση Q6 η οποία είναι ισομορφική με τις υπόλοιπες,, είναι ή ίδια ερώτηση διατυπωμένη σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, παρατηρούνται τα εξής: Οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q3) υιοθετώντας αρχικά δύο λανθασμένα μοντέλα (LM). Στη συνέχεια (ερώτηση Q5) οι φοιτητές υιοθετούν ένα κυρίαρχο αλλά λανθασμένο μοντέλο (LH) το οποίο διατηρείται και στη συνέχεια (ερώτηση Q7). Προκαλεί εντύπωση ότι το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίφαση με το αποτέλεσμα της ερώτησης Q6 στην οποία οι φοιτητές υιοθετούν δύο μοντέλα, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ). Φαίνεται ότι οι φοιτητές, ενώ ένα μέρος τους καταλαβαίνει πώς μεταβάλλεται η αντίσταση ενός κυκλώματος όταν αλλάζει κάποιο στοιχείο του, δεν μπορούν να αντιληφθούν την επίδραση αυτής της μεταβολής στα υπόλοιπα χαρακτηριστικά του κυκλώματος. Ωστόσο, όταν οι φοιτητές κλήθηκαν να απαντήσουν στην ίδια ερώτηση 45 μέρες αργότερα (ερώτηση Q11) ή στις εξετάσεις (ερώτηση Q12) μερικούς μήνες αργότερα, απάντησαν ικανοποιητικά, υιοθετώντας ουσιαστικά το σωστό μοντέλο. Στην ερώτηση Q4 οι φοιτητές υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα γεγονός που καταγράφηκε λεπτομερώς και στη συζήτηση που ακολούθησε την ερώτηση (Συζήτηση 4). Τέλος, ενώ οι φοιτητές ξεκίνησαν υιοθετώντας δύο μοντέλα, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ) στην ερώτηση Q8, μετά τη διαπραγμάτευση που ακολούθησε οι φοιτητές υιοθέτησαν ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ) όταν κλήθηκαν να απαντήσουν την ισομορφική ερώτηση Q10. [244]

265 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 93. Απεικόνιση S-C, νόμος του Ωμ, Δ1. Διάγραμμα 94. Απεικόνιση S-Γ, νόμος του Ωμ, Δ1. [245]

266 Κεφάλαιο Νόμος του Ωμ. Τμήμα Δ2 Στον Πίνακα 21 καταγράφονται οι απαντήσεις καθενός από τους 9 φοιτητές που συμμετείχαν στο μάθημα, στις 10 ερωτήσεις (Q1-Q10), όπως προκύπτουν από το συνοδεύων λογισμικό συλλογής δεδομένων των κλίκερς. Ταυτόχρονα, εμφανίζονται οι απαντήσεις των ίδιων φοιτητών στην ερώτηση Q11. Η ερώτηση αυτή είναι ουσιαστικά η ερώτηση Q3 η οποία τέθηκε στους φοιτητές στις τελικές εξετάσεις που πραγματοποιήθηκαν στις Οι φοιτητές έχουν ταξινομηθεί ανά ομάδα. Στον ίδιο πίνακα (Πίνακας 21) Οι επικεφαλίδες των ερωτήσεων (Q1-Q12) είναι χρωματισμένες και ομαδοποιημένες σε τέσσερεις κατηγορίες. Στην 1η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q1, Q2 και Q9 όπου οι Q1, Q2 είναι ή ίδια ερώτηση ενώ η Q9 είναι μία ισομορφική ερώτηση που τέθηκε στο τέλος της διαδικασίας ως ερώτηση αξιολόγησης. Στη 2η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q3, Q5, Q7, Q11 και Q6, εκ των οποίων οι πρώτες τέσσερεις είναι η ίδια ερώτηση που τέθηκε σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, ενώ η Q6 είναι μία ισομορφική προς αυτές ερώτηση. Στην 3η κατηγορία υπάρχει μόνο η ερώτηση Q4. Στην 4η κατηγορία βρίσκονται οι μεταξύ τους ισομορφικές ερωτήσεις Q8 και Q10. Ομάδα Φοιτητής Q1 Q2 Q9 Q3 Q5 Q7 Q11 Q6 Q4 Q8 Q10 Α Φοιτητής Α Φοιτητής Α Φοιτητής Β Φοιτητής Β Φοιτητής Β Φοιτητής Γ Φοιτητής Γ Φοιτητής Γ Φοιτητής Πίνακας 21. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ2 στο σενάριο του νόμου του Ωμ. Στο Διάγραμμα 95 δίνεται για κάθε φοιτητή (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας, σε δευτερόλεπτα) σε όλες τις ερωτήσεις. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν κάποιος φοιτητής απαντάει συστηματικά πιο γρήγορα από τους υπόλοιπους, γεγονός που θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι απαντάει βιαστικά και χωρίς ιδιαίτερη προσπάθεια. Στο Διάγραμμα 96 δίνεται για κάθε ερώτηση (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας) των φοιτητών. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν οι φοιτητές συνάντησαν κάποια ιδιαίτερη δυσκολία σε κάποια ερώτηση (μεγάλος μέσος χρόνος απόκρισης) ή αν αντίστοιχα κάποια ερώτηση θεωρήθηκε εύκολη από αυτούς (μικρός μέσος χρόνος απόκρισης). [246]

267 Κεφάλαιο 6 t (s) Διάγραμμα 95. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ2). t (s) Διάγραμμα 96. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο νόμου του Ωμ (Δ2) Ανάλυση των συζητήσεων Τέθηκε αρχικά η ερώτηση Q1 (Παράρτημα Α ) για να αποτυπωθεί η ικανότητα των φοιτητών να συσχετίζουν πραγματικά κυκλώματα με τα συνήθη σχηματικά διαγράμματα που υπάρχουν στα [247]

268 Κεφάλαιο 6 βιβλία. Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του χρησιμοποιώντας τα κλίκερς και προβλήθηκε η ποσοστιαία κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 97, Α γύρος). Διάγραμμα 97. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q2. Νόμος του Ωμ (Δ2). Ο διδάσκων, χωρίς να σχολιάσει την κατανομή, ζήτησε από τους φοιτητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους για να φτιάξουν ένα απλό κύκλωμα. Συγκεκριμένα, δίνοντάς τους ένα λαμπάκι, καλώδια και μπαταρίες τους ζήτησε να συναρμολογήσουν κατάλληλα ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ώστε να ανάψουν το λαμπάκι. Οι δύο ομάδες ολοκλήρωσαν τη συναρμολόγηση σύντομα. Η τρίτη ομάδα φάνηκε να στηρίζεται στη μέθοδο δοκιμής και πλάνης. Αφού τελικά και οι τρεις ομάδες τα κατάφεραν, τέθηκε ξανά η ίδια ερώτηση (Q2, Παράρτημα Α ). Προβλήθηκε η ποσοστιαία κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών (Διάγραμμα 97, Β γύρος) και ο διδάσκων ζήτησε από τους φοιτητές να σχολιάσουν την κατανομή και να επιχειρηματολογήσουν εκθέτοντας τις απόψεις τους. Εξελίχθηκε η Συζήτηση 1. Συζήτηση 1 Διδάσκων: Έχουμε δυο απαντήσεις στο 3. Ποιος θα μου πει για το 3; Λέτε το C δηλαδή Για το C, ποιος θα μου πει; Φοιτητής 7: Νομίζω ότι είναι μόνο το C και όχι το D, γιατί συνδέονται σε σειρά τα λαμπάκια όπως και στο σχεδιάγραμμα. Διδάσκων: Στο D δεν είναι σε σειρά; Φοιτητής 7: Εεε, όχι! Διδάσκων: Γιατί; [248]

269 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 7: Γιατί είναι μόνο ένας πόλος κάτω (δείχνει) συνδεδεμένος όχι και οι δύο στα κάτω λαμπάκια Φοιτητής 8: Κι εγώ με αυτή τη λογική ότι συνδέονται στη σειρά, C και D Διδάσκων: α, C και D Φοιτητής 4: Φαίνεται να είναι σε σειρά και το C και το D δηλαδή απλά επειδή τα καλώδια πάνε μόνο στους συγκεκριμένους πόλους το πήρα έτσι Διδάσκων: Φοιτητής 1, βλέπεις καμία διαφορά στο C και στο D; Φοιτητής 1: Ναι. Εγώ έβαλα μόνο το C. Στο D δε μου φαίνεται σωστή η συνδεσμολογία στα κάτω λαμπάκια Διδάσκων: Έτσι μπράβο! Όπως θα είδατε στο λαμπάκι, πού τα συνδέσατε τα καλώδια; Το ένα θα έπρεπε να πάει Το λαμπάκι έχει δύο πόλους. Ένας είναι στον κορμό και ένας είναι στη βάση. Το πρόβλημά μας εδώ (δείχνει το καλώδιο που συνδέει τα δύο κάτω λαμπάκια στο σχήμα D) είναι ότι τα καλώδια είναι συνδεδεμένα στον ίδιο πόλο Άρα αυτό το κύκλωμα δεν θα ανάψει. Πρέπει τα καλώδια να είναι συνδεδεμένα και στους δύο πόλους (δείχνει το κύκλωμα C). Καταλάβατε; Άρα σωστό είναι μόνο το C Φοιτητής 5: Λαμπάκι είναι δηλαδή αυτό εκεί πέρα; (Ο Φοιτητής 5 κοιτάει προς τον πίνακα σαστισμένος: προφανώς δεν έχει καταλάβει από το σχήμα ότι το συγκεκριμένο σύμβολο αναπαριστά λαμπάκι!) Από το Διάγραμμα 97 (Α γύρος) προκύπτει ότι ποσοστό των φοιτητών που ξεπερνάει το 60% απαντάει αρχικά λανθασμένα στην ερώτηση Q1. Το ποσοστό είναι αντίστοιχο με το ποσοστό των λανθασμένων απαντήσεων των φοιτητών του τμήματος Δ1 στην αντίστοιχη ερώτηση (Διάγραμμα 86). Από το Διάγραμμα 96 προκύπτει ότι ο μέσος χρόνος απόκρισης των φοιτητών είναι μικρότερος στην ερώτηση Q2 σε σχέση με την ερώτηση Q1 γεγονός που υποδεικνύει ότι είναι σίγουροι για την απόφασή τους. Με δεδομένο ότι εξακολουθούν να απαντούν λανθασμένα φαίνεται ότι αδυνατούν να αντιληφθούν το διπολικό χαρακτήρα μίας λάμπας, παρά την πειραματική διαπραγμάτευση που προηγήθηκε. Σύμφωνα με τη Συζήτηση 1 ο Φοιτητής 7 φαίνεται να αντιλαμβάνεται σωστά ότι το λαμπάκι είναι ένα δίπολο που πρέπει να συνδέεται αντίστοιχα σε ένα κύκλωμα. Οι Φοιτητές 8 και 4 δεν αντιλαμβάνονται τη διαφορά μολονότι πριν λίγο συναρμολόγησαν ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα. Ο Φοιτητής 1 υιοθετεί τη σωστή απάντηση αλλά οι λόγοι του φαίνεται να είναι διαισθητικοί. Η παρατήρηση του Φοιτητή 5 σηματοδοτεί την ανάγκη να περιγράφεται αναλυτικά κάθε ερώτηση και τα κυκλώματα που αναπαριστώνται προκειμένου να αποφεύγονται παρερμηνείες από τους εκπαιδευόμενους οδηγώντας σε πλασματικά αποτελέσματα κατά την ανάλυση των δεδομένων. Υπό [249]

270 Κεφάλαιο 6 το πρίσμα αυτών των απόψεων δε δημιουργεί εντύπωση ότι μετά την πειραματική διαχείριση του απλού ηλεκτρικού κυκλώματος το ποσοστό των εσφαλμένων απαντήσεων αυξήθηκε ξεπερνώντας το 70%. Επόμενος στόχος του διδάσκοντα ήταν η εισαγωγή της έννοιας ηλεκτρικό ρεύμα. Προσπάθησε να εκμαιεύσει την έννοια επιχειρώντας συζήτηση. Κύριο μέλημά του ήταν να συνδέσει την έννοια με τις βασικές έννοιες του στατικού ηλεκτρισμού, δηλαδή με τις έννοιες ηλεκτρικό πεδίο, ηλεκτρική δύναμη. Ακολούθησε η Συζήτηση 2. Συζήτηση 2 Διδάσκων: Είδαμε από τεχνικής άποψης πώς άναψε το λαμπάκι. Από άποψη φυσικής τι έγινε; Φοιτητή 11; Φοιτητής 11: Τα συνδέσαμε στην μπαταρία, υπάρχει διαφορά δυναμικού Διδάσκων: Άρα δημιουργήσαμε διαφορά δυναμικού στο κύκλωμά μας, οπότε τι συνέπεια είχε αυτό Φοιτητή 10; Φοιτητής 10: Με το να εφαρμόσουμε μια διαφορά δυναμικού στο κύκλωμα, ανάβει ο λαμπτήρας Δημιουργείται ρεύμα. Διδάσκων: Κάποιος άλλος; Φοιτητή 2; Βάλαμε την πηγή μας, δημιουργήσαμε διαφορά δυναμικού. Μέσα στον αγωγό μας τι συνέβη; Φοιτητής 2: Ο αγωγός διαρρέεται από ρεύμα. Διδάσκων: Ναι τι έχει μέσα ο αγωγός; Φοιτητής 2: Διδάσκων: Τι είναι το ρεύμα; Φοιτητής 2: Είναι κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Διδάσκων: Μπορούμε να μιλήσουμε για ηλεκτρόνια έτσι; Φοιτητής 2: Ναι. Διδάσκων: Ναι. Φοιτητή 5; Στο κύκλωμα θέλω να μου πεις Βάλαμε διαφορά δυναμικού. Μέσα στο κύκλωμα τι συνέβη; Τι δημιουργήθηκε; Φοιτητής 5: Ροή ηλεκτρονίων. [250]

271 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: (Περιμένει κάτι άλλο να ακούσει. Κοιτάει προς τους φοιτητές). Φοιτητή 4; Φοιτητής 4: Μήπως προσανατολισμένη κίνηση φορέων η οποία έχει ως αποτέλεσμα Διδάσκων: (τον κόβει) Τέλος πάντων. Μπορεί να πει κάποιος ότι δημιουργούμε ηλεκτρικό πεδίο; Μετά; Φοιτητής 6: Βάλαμε μπαταρία, εφαρμόσαμε διαφορά δυναμικού, δημιουργήθηκε ηλεκτρικό πεδίο. Φοιτητής 4: Τι είναι το ηλεκτρικό πεδίο; Διδάσκων: Τι είναι; Είναι ένας χώρος μέσα στον οποίο όταν βρεθεί κάποιο φορτίο, τι παθαίνει; Φοιτητής 4: Κινείται. Διδάσκων: Για να κινηθεί τι πρέπει να δεχθεί από το πεδίο; Φοιτητής 4: Μία δύναμη. Διδάσκων: Οπότε: διαφορά δυναμικού, ηλεκτρικό πεδίο, από το ηλεκτρικό πεδίο ασκείται μία δύναμη πού; Φοιτητή 7; Φοιτητής 7: Στα ηλεκτρόνια Διδάσκων: Στα ηλεκτρόνια, και αυτά Φοιτητή 10; Φοιτητής 10: Αυτά, ε, κάνουν μία προσανατολισμένη κίνηση. Διδάσκων: Κάνουν μία προσανατολισμένη κίνηση. Πολύ ωραία! Συνοψίζουμε ( ). Προσπαθώντας να ολοκληρώσει τη σύνδεση με τα προηγούμενα, ο διδάσκων εξακολούθησε τη συζήτηση επιχειρώντας να φέρει στην επιφάνεια τις απόψεις των φοιτητών για τις έννοιες αντίσταση και σύνδεση αντιστατών. Ακολούθησε η Συζήτηση 3. Συζήτηση 3 Διδάσκων: Τώρα, για τη φωτεινότητα του λαμπτήρα, από τι εξαρτάται η φωτεινότητα του λαμπτήρα; Φοιτητή 8; Φοιτητής 8: Από την αντίσταση που έχει μέσα ο λαμπτήρας. Διδάσκων: Από την αντίσταση, πολύ ωραία Από άλλο; Μπορεί να εξαρτάται από τίποτα άλλο; Φοιτητής 8: Την ένταση του ρεύματος ή δηλαδή τη διαφορά δυναμικού που δίνει η μπαταρία. [251]

272 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Αν δηλαδή βάλω μεγαλύτερη μπαταρία θα φωτοβολεί περισσότερο, έτσι Είπες η αντίσταση Τι είναι η αντίσταση Φοιτητή 7; Φοιτητής 7: Είναι, κάτι που αντιστέκεται στην κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Διδάσκων: Αντίσταση είναι η δυσκολία που συναντά το ηλεκτρικό ρεύμα όταν διέρχεται μέσα από έναν αγωγό. Δίνω τη σχέση της αντίστασης, (δείχνει στη διαφάνεια R=V/I), είναι ανάλογη της τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα του αγωγού και αντιστρόφως ανάλογη της έντασης που διαρρέει τον αγωγό Η μονάδα μέτρησης τα Ωμ. Τώρα, Φοιτητή 1, ποιες συνδεσμολογίες αντιστατών γνωρίζεις. Φοιτητής 1: Σε σειρά και παράλληλα. Διδάσκων: Ποιο είναι το χαρακτηριστικό που έχει η σύνδεση αντιστατών σε σειρά; Φοιτητής 1: Έχουν το ίδιο ρεύμα Διδάσκων: Περνάει το ίδιο ρεύμα, έτσι; Ενώ παράλληλα, Φοιτητή 5; Φοιτητής 5: Δεν περνάει το ίδιο ρεύμα Διδάσκων: Ποιο είναι το κοινό τους χαρακτηριστικό; Φοιτητής 5: α, η τάση! Διδάσκων: Η τάση, ωραία Άρα, είπαμε, σύνδεση σε σειρά περνάει το ίδιο ρεύμα, σύνδεση παράλληλα έχουν την ίδια τάση. Τώρα για την ολική αντίσταση. Φοιτητή 11, στη σύνδεση σε σειρά με τι θα ισούται η ολική αντίσταση; Φοιτητής 11: Θα είναι το άθροισμα των επί μέρους αντιστάσεων. Διδάσκων: Ενώ παράλληλα, Φοιτητή 7; Φοιτητής 7: Παράλληλα, το ένα διά R ολ είναι ένα προς R 1 συν ένα προς R 2. Διδάσκων: Ωραία, ωραία, τα θυμηθήκαμε κι αυτά Προχωράμε, απαντάτε σε ερώτηση τώρα Στο πλαίσιο αυτό τέθηκε η ερώτηση Q3 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του χρησιμοποιώντας τα κλίκερς και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 98, Α γύρος). [252]

273 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 98. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q3/Q5/Q7/Q11. Νόμος του Ωμ (Δ2). Ο διδάσκων σχολίασε ότι μολονότι οι περισσότεροι απάντησαν το 1 υπήρξε αρκετά μεγάλη διασπορά απαντήσεων. Επειδή η ερώτηση τέθηκε στο σημείο αυτό για να ανιχνεύσει τη γνωστική αφετηρία των φοιτητών και επειδή η ίδια ερώτηση επρόκειτο να τεθεί άλλες δύο φορές παρακάτω για να καταγραφεί η εξέλιξη των ιδεών των φοιτητών, δεν ζητήθηκε κανένα σχόλιο ούτε εκ μέρους των φοιτητών, για τον τρόπο σκέψης τους, ούτε έγινε κάποιο άλλο από το διδάσκοντα. Η κατανομή αυτή των απαντήσεων κατά τον Α γύρο, παρουσιάζει αξιοσημείωτη ομοιότητα με την κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών του τμήματος Δ1 στην ίδια ερώτηση (Διάγραμμα 87). Στην περίπτωση του τμήματος Δ2 το ποσοστό επιλογής της απάντησης 1 είναι ακόμη μεγαλύτερο ξεπερνώντας το 75%, υποδεικνύοντας μία ισχυρή ροπή της τάξης προς την υιοθέτηση ενός συνδυασμού του μοντέλου του σταθερού ρεύματος και του τοπικού μοντέλου. Το επόμενο διδακτικό βήμα ήταν να επιβεβαιωθεί πειραματικά από τις τρεις ομάδες ο νόμος του Ωμ για τους αντιστάτες. Ο διδάσκων μοίρασε φύλλο εργασίας, εξήγησε τη λειτουργία των οργάνων (αμπερόμετρο, πολύμετρο), μοίρασε υλικά. Οι δύο ομάδες είχαν στη διάθεσή τους αντιστάτες διαφορετικής αντίστασης. Η τρίτη ομάδα είχε στη διάθεσή της λάμπα LED. Οι ομάδες ακολουθώντας τις οδηγίες του φύλλου εργασίας μέτρησαν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρρεε τον αντιστάτη ή το LED για διάφορες τιμές της τάσης στα άκρα του. Κατά τη διάρκεια της άσκησης ο διδάσκων περνούσε από τους πάγκους και έδινε οδηγίες. Μετά την ολοκλήρωση των μετρήσεων κάθε ομάδα ανακοίνωσε τις μετρήσεις της στην ολομέλεια. Ο διδάσκων εισήγαγε τις τιμές σε ένα πρόγραμμα excel και υπολογίστηκε η ευθεία ελαχίστων τετραγώνων σε άξονες I-V. Για τις δύο ομάδες αναδείχθηκε η σχέση αναλογίας ρεύματος τάσης ενώ από την κλίση της ευθείας υπολογίστηκε το 1/R. Συνοψίζοντας, ο διδάσκων διατύπωσε το νόμο του Ωμ. Προκειμένου να διερευνηθεί το πεδίο ισχύος του νόμου εισήχθησαν τα δεδομένα της τρίτης ομάδας που χρησιμοποίησε τη λάμπα LED. [253]

274 Κεφάλαιο 6 Προέκυψε ότι δεν υπάρχει γραμμική σχέση ανάμεσα στην ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος και την τάση, συνεπώς αποδείχθηκε πειραματικά ότι ο νόμος του Ωμ δεν ισχύει για όλα τα υλικά. Προκειμένου να αναδειχθεί το γεγονός ότι η τάση αποτελεί την αιτία και το ηλεκτρικό ρεύμα το αποτέλεσμα εφαρμογής της τάσης, αλλά και να καταγραφεί και να αντιμετωπιστεί η διαδεδομένη εναλλακτική ιδέα 3 (βλ. κεφ. 2), τέθηκε η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεών τους. (Διάγραμμα 99). Διάγραμμα 99. Κατανομή απαντήσεων, Q4. Νόμος του Ωμ (Δ2). Συζήτηση 4. Ο διδάσκων επιχείρησε να αναδείξει τον τρόπο σκέψης των φοιτητών. Ακολούθησε η Συζήτηση 4 Διδάσκων: Να μας πει κάποιος που απάντησε το 1, τι σκέφτηκε; Φοιτητή 6; Φοιτητής 6: Επειδή είναι ανοικτός ο διακόπτης, δεν θα περνάει ρεύμα Διδάσκων: Ωραία Φοιτητής 6: Οπότε η διαφορά δυναμικού θα είναι μηδέν Διδάσκων: Ο Φοιτητής 6 λέει ότι αφού δεν περνάει ρεύμα δεν θα έχουμε διαφορά δυναμικού οπότε η διαφορά δυναμικού θα είναι μηδέν. Άλλος που απάντησε το 3; Ποιος απάντησε το 3; Φοιτητής 7: Εγώ! Διδάσκων: Για λέγε Φοιτητή 7 Φοιτητής 7: Εγώ σκέφτηκα ότι, ότι άμα μετρήσουμε τα άκρα της μπαταρίας θα είναι 12 V όπως είναι εκεί πέρα, άρα αφού είναι το μισό κύκλωμα και οι λαμπτήρες είναι ίσοι θα είναι 6. [254]

275 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Μοιράζονται δηλαδή τα 12 V οι λαμπτήρες Φοιτητής 7: Ναι. Διδάσκων: Ωραία, και κάποιος που λέει το 4; Φοιτητή 2; Φοιτητής 2: Από τη στιγμή που το κύκλωμα είναι ανοικτό δεν θα υπάρχει ρεύμα οπότε η τάση στα ΑΒ θα είναι η τάση της πηγής, δηλαδή 12 V. Διδάσκων: Μάλιστα, Εδώ είναι αυτό που λέμε «η κότα έκανε το αυγό ή το αυγό την κότα»! Δηλαδή ποιο είναι το αίτιο και ποιο είναι το αποτέλεσμα; Ποιο είναι το αίτιο; Δηλαδή η διαφορά δυναμικού και το ρεύμα. Φοιτητή 11, ποιο είναι το αίτιο και ποιο είναι το αποτέλεσμα; Φοιτητής 11: Νομίζω ότι επειδή εφαρμόσαμε διαφορά δυναμικού υπήρξε η εκκίνηση ων φορτίων, ρεύμα και άναψε το λαμπάκι Άρα το αίτιο, πρέπει πρώτα να υπάρξει διαφορά δυναμικού. Διδάσκων: Άρα, το αίτιο είναι, πρέπει πρώτα να έχουμε διαφορά δυναμικού και μετά να έχουμε ρεύμα. Στην περίπτωσή μας, όπως σωστά είπατε, δεν έχουμε ρεύμα. Έτσι; Αυτό όμως δε σημαίνει ότι δεν έχουμε και διαφορά δυναμικού! Άρα, όπως πολύ σωστά είπε ο Φοιτητής 2, από τη στιγμή που έχουμε, δεν περνάει ρεύμα από τους λαμπτήρες, δεν έχουμε πτώση τάσης στους λαμπτήρες, άρα όση είναι η διαφορά δυναμικού στην πηγή τόση θα είναι και η διαφορά δυναμικού και στα ΑΒ. Το έχω φτιάξει κιόλας το κύκλωμα για να το δείτε (Δείχνει και εξηγεί το κύκλωμα. Αντί για 12V μπαταρία χρησιμοποιεί 9V.). Τι θα συμβεί άμα κλείσω το διακόπτη στο κύκλωμα του σχήματος; Φοιτητής 8: στο ΑΒ; Διδάσκων: Ναι. Φοιτητής 8: Νομίζω 6. Διδάσκων: Γιατί; Φοιτητής 8: Γιατί θα έχουμε μία πτώση τάσης στον αντιστάτη ανάμεσα στα ΑΒ. Φοιτητής 2: Γιατί να είναι η πτώση τάσης στη μέση ακριβώς; Φοιτητής 8: Όμοιοι δεν είναι οι λαμπτήρες; Διδάσκων: Φοιτητή 2 διαφωνείς; Φοιτητής 2: Θα υπάρξει πτώση τάσης, απλά δεν ξέρουμε πόση θα είναι Γιατί να είναι 6V; Διδάσκων: Το ότι είναι όμοιοι σε βοηθάει; [255]

276 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 2: Δε ξέρω Διδάσκων: Φοιτητή 4, τι θέλεις να πεις; Φοιτητής 4: Το ότι είναι όμοιοι ίσως σημαίνει ότι προφανώς μοιράζεται ακριβώς στη μέση, έχουμε διαιρέτη τάσης. Έτσι έχουμε ακριβώς τη μισή τάση Διδάσκων: Όταν δουλεύει θα είναι 6. Στην περίπτωσή μας που έχουμε 9 θα είναι 4,5. Εντάξει; Πλήθος: Ναι, ναι Φοιτητής 5: Να ρωτήσω κάτι; Πριν, εκεί που είπαμε για τα 12 V, εεε, ωραία, δίκιο έχετε, απλά εδώ ο νόμος του Ωμ, πώς εφαρμόζεται; Δηλαδή όπου V έχουμε 12, Διδάσκων: Από τη στιγμή που δεν είναι συνδεδεμένο το κύκλωμα, δεν μπορείς να χρησιμοποιήσεις το νόμο του Ωμ Ισχύει για κλειστό κύκλωμα, εδώ έχουμε ανοικτό. Απλά ελέγχουμε το αίτιο αποτέλεσμα που θέλουμε να δούμε. Άλλος απορία; Καλά, συνεχίζουμε Ο Φοιτητής 6 υιοθετεί το μοντέλο σύμφωνα με το οποίο η διαφορά δυναμικού οφείλεται στο ηλεκτρικό ρεύμα. Αφού δεν υπάρχει ρεύμα δεν υπάρχει και τάση. Ο Φοιτητής 7 με τη σειρά του υιοθετεί έναν τύπο μεριστικού μοντέλου σύμφωνα με το οποίο η τάση μοιράζεται στους δύο αντιστάτες ακόμη κι όταν δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα. Οι Φοιτητές 11 και 2 φαίνεται να απαντούν σωστά επειδή υιοθετούν το επιστημονικό μοντέλο. Αντίστοιχα, ο Φοιτητής 8 και ο Φοιτητής 4 προβλέπουν σωστά τη συμπεριφορά του ηλεκτρικού κυκλώματος υποδεικνύοντας ότι κατανοούν τη βασική φυσική αρχή. Μετά την ολοκλήρωση της συζήτησης τέθηκε η ερώτηση Q5 (Παράρτημα Α ) με σκοπό να καταγραφεί αν και πώς άλλαξαν οι θέσεις των φοιτητών υπό το πρίσμα της συζήτησης που προηγήθηκε. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 98, Β γύρος). Όπως προκύπτει από το Διάγραμμα αυτό, το ποσοστό των φοιτητών που επιλέγουν την απάντηση 1 παραμένει εξίσου υψηλό όπως και στον προηγούμενο γύρο απαντήσεων. Επιπλέον, σύμφωνα με το Διάγραμμα 96. Ο μέσος χρόνος απόκρισης είναι μικρότερος σχέση με την ερώτηση Q3 γεγονός που υποδεικνύει ότι οι φοιτητές είναι σχετικά σίγουροι για την απάντησή τους. Η εναλλακτική ιδέα που υιοθετούν δείχνει να είναι ισχυρά εδραιωμένη. Με σκοπό να γίνει εμβάθυνση στο συγκεκριμένο ερώτημα και να αναδειχθούν οι πιθανοί μηχανισμοί σκέψης των φοιτητών, τέθηκε στη συνέχεια η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Α ). Στόχος είναι να διαπιστωθεί αν οι φοιτητές αντιλαμβάνονται καταρχάς το πώς αλλάζει η αντίσταση του κυκλώματος ώστε να διερευνηθεί στη συνέχεια αν οι ενδεχόμενες παρανοήσεις στην προβληματική διαχείριση της συνδεσμολογίας αντιστατών ή τα αίτια σχετίζονταν με τις εναλλακτικές ιδέες 2 και 4 [256]

277 Κεφάλαιο 6 (παράγραφος 2.3.1). Οι φοιτητές απαντούν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς και προβάλλεται η κατανομή των απαντήσεων των φοιτητών (Διάγραμμα 100). Διάγραμμα 100. Κατανομή απαντήσεων, Q6. Νόμος του Ωμ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 5. Συζήτηση 5 Διδάσκων: Ποιος απάντησε το 1, αυξάνεται; Φοιτητής 6: Εγώ, αλλά μόλις το πάτησα κατάλαβα ήθελα άλλο να πατήσω. Διδάσκων: Ποιο ήθελες; Φοιτητής 6: το 2 Διδάσκων: Οπότε λέτε όλοι το 2 ουσιαστικά. Ας μας το εξηγήσει κάποιος. Φοιτητής 4: Στην αρχή είναι σε σειρά οι δύο αντιστάσεις, οπότε προστίθενται οι δύο αντιστάσεις. Μετά όταν θα είναι παράλληλα, στο κλειστό κύκλωμα, οι αντιστάσεις στην ουσία θα μειώνονται, γιατί το ρεύμα θα διαρρέεται και από τις δύο. Έτσι η ολική αντίσταση θα είναι μικρότερη, σε σειρά αυτές οι δύο με τη μπροστά, θα είναι μικρότερη Διδάσκων: Έτσι, από τη στιγμή που τη συνδέουμε με μία αντίσταση παράλληλα, μειώνεται εκεί η αντίσταση, άρα και η συνολική μειώνεται Από την κατανομή των απαντήσεων στο Διάγραμμα 100 φαίνεται ότι το σύνολο των φοιτητών αντιλαμβάνεται σωστά το πώς μεταβάλλεται η ολική αντίσταση του κυκλώματος όταν κλείνει ο διακόπτης. Αν και ο Φοιτητής 6 δεν αιτιολόγησε τους λόγους της αλλαγής της απάντησής του, ο Φοιτητής 4 επιχείρησε να περιγράψει το σκεπτικό του, το οποίο κινείται στη σωστή [257]

278 Κεφάλαιο 6 κατεύθυνση χωρίς να είναι ωστόσο απολύτως ξεκάθαρο. Ο μέσος χρόνος απόκρισης είναι μεγαλύτερος από αυτόν της ερώτησης Q5 γεγονός που υποδεικνύει ότι οι φοιτητές δεν φαίνεται να αντιλαμβάνονται τη σχέση μεταξύ των δύο κυκλωμάτων που περιγράφονται σε αυτές τις δύο ερωτήσεις. Τέθηκε στη συνέχεια η ερώτηση Q7 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 98. Γ γύρος). Σύμφωνα με την κατανομή δεν υπάρχει πλέον ούτε μία σωστή απάντηση (απάντηση 2) ενώ ενισχύθηκε η απάντηση 1 η οποία μονοπωλεί τις επιλογές των φοιτητών. Από το Διάγραμμα 96 προκύπτει ότι οι φοιτητές απαντούν εξίσου γρήγορα με την ερώτηση Q5, άρα εξακολουθούν νε πιστεύουν ισχυρά στην αλήθεια της απάντησής τους, παρά την επέμβαση που επιχειρήθηκε με τη διαπραγμάτευση της ερώτησης Q6. Ακολούθησε η Συζήτηση 6. Συζήτηση 6 Διδάσκων: Πάλι όλοι λένε το 1 και ένας λέει το 4; Φοιτητής 8: Μέχρι τώρα το 5 το έδινα εγώ. Αλλά τώρα έβαλα 1. Άρα κάποιος άλλος Διδάσκων: Γιατί έβαζες τόση ώρα 4 και άλλαξες; Φοιτητής 8: Γιατί στην αρχή νόμιζα ότι θα, μειωθεί η αντίσταση επειδή θα μοιραστεί το ρεύμα και στις τρεις. Αλλά μετά σκέφτηκα ότι το ρεύμα που διαπερνά τον Α είναι πάλι το ίδιο γι αυτό θεώρησα ότι θα μείνει ίδια η φωτεινότητα. Διδάσκων: Έλεγες ότι στην αρχή θα περάσει λιγότερο ρεύμα άρα θα μειωθεί και στα δύο λες. Φοιτητής 8: Ναι Αλλά μετά σκέφτηκα ότι στον Α πάλι το ίδιο ρεύμα θα πηγαίνει Διδάσκων: Ποιος έβαλε τώρα 4; Φοιτητής 10: Εγώ έβαλα 4. Διδάσκων: Γιατί έβαλες 4; Φοιτητής 10: Γιατί, αν υπολογίσουμε την αντίσταση στο 2ο κύκλωμα, στην 2η περίπτωση το ρεύμα το βρίσκουμε μικρότερο. Διδάσκων: Γιατί συμβαίνει αυτό; Φοιτητής 10: Γιατί τι άθροισμα της Α και της Β + C είναι μικρότερο. Διδάσκων: Μειώνεται η αντίσταση [258]

279 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Η ολική αντίσταση, ναι. Στην αρχική ήτανε 2Α Διδάσκων: Μειώθηκε η αντίσταση. Άρα το ρεύμα τι θα πάθει; Φοιτητής 10: Ο Φοιτητής 11 σηκώνει χέρι. Διδάσκων: Για λέγε Φοιτητή 11 Φοιτητής 11: Νομίζω ότι είναι το 2 τελικά, ενώ έχω βάλει το 1 (γελάει). Διδάσκων: Το 1 γιατί το έβαλες; Φοιτητής 11: Έβαλα το 1 γιατί πίστευα ότι εφόσον το ρεύμα παραμένει το ίδιο και η Α δεν επηρεάζεται από το ότι θα κλείσει ο διακόπτης, το Α θα είναι το ίδιο και το Β εφόσον μοιράζεται το ρεύμα θα μειωθεί. Αλλά από αυτά που έχουμε πει η ολική αντίσταση μειώνεται. Άρα το ρεύμα αυξάνεται και το λαμπάκι Α θα έχει πιο μεγάλη ένταση, για το Β θα μειωθεί γιατί το ρεύμα μοιράζεται Διδάσκων: Φοιτητής 1; Φοιτητής 1: Εγώ αυτό σκέφτηκα. Αυτό που είπε ο Φοιτητής 11. Ότι στο Α δεν αλλάζει το ρεύμα οπότε μένει το ίδιο, ενώ στο Β μοιράζεται οπότε μειώνεται. Διδάσκων: Είπες δηλαδή ότι το Α παραμένει το ίδιο ενώ Φοιτητής 1: Γιατί το ρεύμα δεν αλλάζει. Διδάσκων: Και μένεις στο 1; Φοιτητής 1: Τώρα δεν ξέρω Διδάσκων: Φοιτητής 5; Φοιτητής 5: Κι εγώ το 1 έβαλα, όπως όλοι μάλλον Διδάσκων: Για τον ίδιο λόγο ή σκέφτηκες διαφορετικά; Φοιτητής 5: Όχι. Αφού έχουμε συγκεκριμένη τάση από την πηγή. Στην αρχή που είναι ανοικτός ο διακόπτης στο C, αυτή η τάση, είναι και ίδιοι οι λαμπτήρες, άρα από τους λαμπτήρες περνάει το ίδιο ρεύμα, την ίδια τάση θα έχουν στα άκρα τους Μετά όταν θα κλείσει ο διακόπτης, από τον Α θα εξακολουθεί να περνάει το ίδιο ρεύμα και να έχει την ίδια τάση στα άκρα του, αλλά δίπλα θα μειωθεί η αντίσταση, θα έχουμε πτώση τάσης και θα έχουμε θα μοιραστεί το ρεύμα διά του 2, άρα θα μειωθεί εκεί η φωτεινότητα ενώ στον Α δεν θα επηρεαστεί. [259]

280 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Φοιτητή 2; Φοιτητής 2: Εγώ συμφωνώ με το Φοιτητή 5. Διδάσκων: Αυτό που σκέφτηκε ο Φοιτητής 5; Φοιτητής 2: Ναι. Διδάσκων: Ότι δηλαδή περνάει το ίδιο ρεύμα και απλά θα μοιραστεί το Β και C; Φοιτητής 2: Ναι! Φοιτητής 5: Να πω κάτι; Ε,μμμ, α, την ολική αντίσταση λέγαμε πριν, το ότι έχουμε ίδια τάση, άρα πριν είχαμε άθροισμα ενώ τώρα αλλάζει η αντίσταση μειώνεται είπαμε, Ναι, δεν ξέρω Ο Φοιτητής 4 σηκώνει χέρι. Διδάσκων: Για λέγε Φοιτητής 4: Απλά κι εγώ πιστεύω ότι θα είναι το 2, μάλλον δεν το σκέφτηκα, πολύ γρήγορα πάτησα το 1, διότι προφανώς αφού η ολική αντίσταση θα μειωθεί είναι πιο εύκολο να διαρρέεται ρεύμα από ολόκληρο το κύκλωμα. Αφού μειώνεται η αντίσταση, η τάση δηλαδή να σταματάει το ρεύμα, σε εισαγωγικά αυτός είναι ο ρόλος της αντίστασης, στην ουσία να κόβει το ρεύμα, τώρα αφού θα μειωθεί από εκεί θα περνάει περισσότερο ρεύμα, οπότε το Α θα διαρρέεται από μεγαλύτερης έντασης ρεύματος, θα ανάψει πιο πολύ, ενώ το Β θα μειωθεί επειδή θα συνδεθεί παράλληλα με το C. Διδάσκων: Πριν πώς σκέφτηκες; Φοιτητής 4: Απλά κοίταξα μόνο C και Β και απάντησα απευθείας, λέω α! το Β μειώνεται, αυτό ήρθε στο μυαλό μου, και απάντησα δεν το κοίταξα καθόλου το Α, γι αυτό. Διδάσκων: Φοιτητή 6; Φοιτητής 6: Εγώ αρχικά σκέφτηκα όπως και ο Φοιτητής 5 βασικά. Το ίδιο ακριβώς. Διδάσκων: Ότι δεν αλλάζει στο Α και απλά μειώνεται στο Β επειδή μειώνεται το ρεύμα Φοιτητής 6: Ναι Διδάσκων: Φοιτητή 7; Φοιτητής 7: Εγώ αρχικά έβαλα το 1, αλλά τώρα κατάλαβα ότι είναι το 4! Κάνοντας πράξεις Διδάσκων: Κατάλαβες ότι είναι το 4; Τι πράξεις έκανες; Θέλεις να μας δείξεις στον πίνακα; [260]

281 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 7: Όχι! Διδάσκων: Θέλεις να μας πεις τι έκανες; Φοιτητής 7: Έβαλα τυχαίες τιμές τάσης και αντίστασης στους αντιστάτες, και την πηγή. Διδάσκων: Είπαμε ότι μπορεί να είναι και όμοιες Φοιτητής 7: Ναι, όμοιες έβαλα. Την μία το έβαλα παράλληλα και μία Αν έχεις 2.5 V το Α και 2.5 V το Β, που σημαίνει ότι έχουμε,, ε, 2.5 διά 2, το οποίο βγαίνει Α!, όχι, ίδια θα ναι! Διδάσκων: Όταν είναι σε σειρά πόσο ρεύμα διαρρέει τον Α; Όταν είναι ανοικτός ο διακόπτης Φοιτητής 7: 1.25, 2.5 δηλαδή διά 2, το έβαλα εγώ. V/R Εγώ: Έβαλες 2.5 V την τάση και από 1Ω τις αντιστάσεις; Φοιτητής 7: Όχι, έβαλα 5 την τάση και από 2 τις αντιστάσεις. Άρα μου βγαίνει αυτό το πράγμα, 1.25 ότι θα είναι το ρεύμα στο Α. Το ίδιο και στο Β θα είναι. Διδάσκων: Στο Β αν συνδέσουμε το C τι γίνεται; Φοιτητής 7: Αφού κλείσουμε το C, ο παραλληλισμός, 2 και 2 θα μας βγει 1 η ολική αντίσταση, άρα θα είναι 2Ω το Α και το συνολικό το Β 1Ω. Άρα ούτε θα έχουν ελαττωθεί οι τάσεις, και λογικά θα είναι ίδια, αφού είναι 5/3 είναι 1.25 θα είναι ίσα. Διδάσκων: Δεν είναι! Φοιτητής 7: Δεν είναι; Φοιτητής 4: Βασικά δε χρειάζεται. Αφού είχες στην παραλληλία 1, οπότε 1 και 2, 3, αντί για 4 οπότε θα έχουμε μεγαλύτερο Ι. Διδάσκων: Έχω φτιάξει το κύκλωμα, θέλετε να το δούμε; Η Συζήτηση 6 είναι ιδιαίτερα αποκαλυπτική για τους τρόπους σκέψης των φοιτητών, καθώς ο διδάσκων κατάφερε να ενεργοποιήσει και τους εννέα φοιτητές που συμμετείχαν στην τάξη. Αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα της θετικής επίδρασης που μπορεί να έχει η παροχή ανάδρασης και η συζήτηση στην ολομέλεια στην αναδόμηση των ιδεών των εκπαιδευόμενων. Ο Φοιτητής 8 αρχικά υιοθετεί ένα μεριστικό μοντέλο θεωρώντας ότι το ρεύμα θα μοιραστεί στους τρεις αντιστάτες. Στη συνέχεια όμως μεταπηδά σε ένα μοντέλο σειράς υποθέτοντας ότι δε θα συμβεί καμία μεταβολή στο λαμπτήρα Α αφού η αλλαγή στο κύκλωμα συμβαίνει μετά από αυτόν. [261]

282 Κεφάλαιο 6 Ο Φοιτητής 10 μολονότι αντιλαμβάνεται ότι η συνολική αντίσταση του κυκλώματος θα μειωθεί μάλλον κάνει λάθος υπολογισμό καταλήγοντας ότι και το ηλεκτρικό ρεύμα θα μειωθεί με αποτέλεσμα να οδηγείται σε λάθος απάντηση (την 4). Ο Φοιτητής 11 ενώ αρχικά υιοθετεί ένα μοντέλο σειράς αντιλαμβάνεται ότι η μείωση της συνολικής αντίστασης θα οδηγήσει σε αύξηση του συνολικού ρεύματος και με λογικά βήματα οδηγείται στη σωστή απάντηση. Ο Φοιτητής 1 επίσης ξεκινάει από ένα μοντέλο σειράς και μολονότι δηλώνει αβέβαιος μετά την ανάλυση του Φοιτητή 11, δυσκολεύεται να μεταπηδήσει στο σωστό μοντέλο αφήνοντας όμως ανοιχτό το ενδεχόμενο. Ο Φοιτητής 5 φαίνεται να υιοθετεί διάφορα μοντέλα ταυτόχρονα. Αντιλαμβάνεται ότι η πηγή παρέχει σταθερή τάση (επιστημονικό μοντέλο) αλλά θεωρεί ότι το κλείσιμο του διακόπτη δεν επηρεάζει το λαμπτήρα Α (μοντέλο σειράς). Στη συνέχεια υιοθετεί το μεριστικό μοντέλο θεωρώντας ότι το ρεύμα θα μοιραστεί διά του δύο στους παράλληλα συνδεδεμένους λαμπτήρες. Έτσι καταλήγει να επιλέγει ως σωστή απάντηση την 1. Μετά την παράθεση της σκέψης του φαίνεται να αντιλαμβάνεται τα κενά της ενώ ταυτόχρονα αναφέρεται στο γεγονός της σταθερής τάσης και της μείωσης της συνολικής αντίστασης. Μολονότι δεν παίρνει τελική θέση δείχνει τελικά κοντά πλέον στην υιοθέτηση του επιστημονικού μοντέλου. Ο Φοιτητής 2 δεν αποκαλύπτει τον τρόπο σκέψης του αλλά αρκείται να συμφωνήσει με το Φοιτητή 5 στα αρχικά στάδια της σκέψης του τείνοντας προς ένα μοντέλο σειράς. Ο Φοιτητής 4 ξεκινάει επίσης από ένα μοντέλο σειράς αφού δεν λαμβάνει αρχικά υπόψη του τον λαμπτήρα Α αφού η μεταβολή γίνεται στο υπόλοιπο κύκλωμα. Όμως αναπτύσσει ορθή επιχειρηματολογία βασισμένη στο επιστημονικό μοντέλο έχοντας μεταπειστεί από τη συζήτηση που παρακολούθησε. Ο Φοιτητής 6 δηλώνει την αρχική υιοθέτηση του μοντέλου σειράς και δεν φαίνεται πρόθυμος να μετακινηθεί προς άλλο μοντέλο. Ο Φοιτητής 7 ξεκινάει κι αυτός απαντώντας το 1 και δηλώνει ότι από τη συζήτηση μεταπείστηκε απαντώντας πλέον το 4. Καθώς εκθέτει αναλυτικά το συλλογισμό του φαίνεται ότι αντιλαμβάνεται σωστά τα βασικά λογικά βήματα του επιστημονικού μοντέλου αλλά ένας λανθασμένος υπολογισμός τον οδηγεί σε λάθος επιλογή απάντησης. Ο διδάσκων συναρμολόγησε το κύκλωμα της ερώτησης Q7 και επέδειξε πειραματικά τη συμπεριφορά του. Στη συνέχεια ζητήθηκε από τους φοιτητές να περιγράψουν με όρους Φυσικής ό,τι παρατήρησαν. Ακολούθησε η Συζήτηση 7. [262]

283 Κεφάλαιο 6 Συζήτηση 7 Διδάσκων: Οπότε τι έγινε; Το Α αυξήθηκε, και το Β μειώθηκε! Σωστό είναι το 2. Γιατί, τι κάναμε; Όταν συνδέσαμε παράλληλα τον C η ολική αντίσταση τι έπαθε; Φοιτητής 11: Η ολική αντίσταση μειώθηκε. Διδάσκων: Η ολική αντίσταση μειώθηκε, με την ίδια τάση! Άρα Φοιτητή 1; Φοιτητής 1: Το ρεύμα αυξήθηκε. Διδάσκων: Οπότε το ρεύμα αυξήθηκε! Άρα από τον Α τι περνάει Φοιτητή 2; Φοιτητής 2: Περισσότερο ρεύμα Διδάσκων: Περισσότερο ρεύμα άρα ανάβει πολύ περισσότερο ο Α. Συμφωνούμε σε αυτό όλοι; Το ρεύμα αυξήθηκε, αλλά θα μοιραστεί στο Β και στο C. Άρα τι περιμένουμε; Φοιτητής 4: Να μειωθεί στο Β. Θα πάει ίσο στο Β και στο C οπότε θα μειωθεί στο Β. Φοιτητής 5: Να ρωτήσω κάτι; Εγώ τα κατάλαβα όλα τώρα, αλλά έχω μία απορία Πώς είμαστε σίγουροι, πώς ξέρουμε, πρέπει να ρθουμε στο χαρτί για να σιγουρευτούμε ότι το μισό που περνάει τη δεύτερη φορά όταν θα αυξηθεί η ένταση, ότι το μισό που περνάει από το Β είναι λιγότερο από το ολόκληρο που περνούσε πριν Δηλαδή για μένα αφού το είδα έτσι είναι, αλλά αυτό υποθέτω έχει να κάνει με τις αντιστάσεις που είναι όμοιες με την τάση, άμα πάρουμε νούμερα θα βγει, αλλά έτσι με την πρώτη ματιά γιατί θα είναι έτσι; Διδάσκων: Με την παράλληλη αντίσταση που βάζουμε η ένταση αυξάνεται αλλά δεν διπλασιάζεται. Φοιτητής 5: Με την παράλληλη; Διδάσκων: Με την παράλληλη σύνδεση που βάζουμε, η αντίσταση, ε, μειώνεται η αντίσταση, η ένταση του ρεύματος αυξάνεται, αλλά θα αυξηθεί όχι τόσο Δηλαδή δεν θα διπλασιαστεί ώστε να περνάει το ίδιο από το Β. Δεν αυξάνεται τόσο η ένταση του ρεύματος. Οπότε σίγουρα θα περάσει κάτι λιγότερο. Θες να το δούμε σε σχέσεις; Φοιτητής 5: όχι-όχι Διδάσκων: Σε σχέση με πριν θες να στο δείξω; Φοιτητής 5: Εεε, φαντάζομαι ότι άμα το γράψουμε θα βγει. Απλά, έτσι τώρα κατάλαβα ότι από το Α, εεε, περνάει περισσότερο, αλλά ενδεχομένως να έβαζα το 6. Επειδή δεν θα ήμουνα σίγουρος ότι [263]

284 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Ό,τι αντιστάσεις και να βάλουμε, θα μειωθεί τόσο η αντίσταση ώστε η αυξημένη ένταση, θα περάσει και θα χωριστεί, θα είναι πάντα εκεί μικρότερη αυτή που περνάει από το Β. Οπότε θα ακτινοβολεί λιγότερο. Εντάξει; Φοιτητής 5: οκ Ο διδάσκων, δίνοντας το λόγο σε όσο περισσότερους φοιτητές μπόρεσε, κατάφερε να αναδείξει την περιγραφή του φαινομένου με όρους Φυσικής. Οι Φοιτητές 11, 1, 2 και 4 έδωσαν απαντήσεις συμβατές με το επιστημονικό μοντέλο. Ο Φοιτητής 5, ωστόσο, δυσκολεύεται να ολοκληρώσει το συλλογισμό του. Είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον ότι τη δυσκολία αυτή ο συγκεκριμένος Φοιτητής τη μετέφερε στο επόμενο μάθημα που αφορούσε τη διδασκαλία των κανόνων του Κίρκοφ (βλέπε σχετικά, παράγραφο , Συζήτηση 3). Ακολούθως, τέθηκε η ερώτηση Q8 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 101). Από το Διάγραμμα 95 προκύπτει ότι η ερώτηση αυτή έχει τον υψηλότερο μέσο χρόνο απόκρισης και ταυτόχρονα με το μεγαλύτερο εύρος χρόνων απόκρισης ανάμεσα στους φοιτητές. Αυτό σημαίνει ότι η ερώτηση θεωρήθηκε δύσκολη από τους φοιτητές. Διάγραμμα 101. Κατανομή απαντήσεων, Q8. Νόμος του Ωμ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 9. Συζήτηση 9 Διδάσκων: Για πες μας Φοιτητή 1 Φοιτητής 1: Έβαλα το 6, δεν αρκούν τα στοιχεία, γιατί, αφού θα βάλουμε το συρματάκι, θα πάει ρεύμα και από τον κόμβο 1 και θα κατεβεί στο σύρμα. Και από το 2 όμως θα πάει πάνω το ρεύμα. Άρα δεν ξέρουμε αν στο Α ή στο Β θα φτάσει ίδιο ρεύμα ή μικρότερο Πρέπει να ξέρουμε τι ρεύμα θα πάει προς πάνω και τι προς τα κάτω. [264]

285 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Α, λες επειδή είναι διακλάδωση περνάει ρεύμα προς τα εκεί και δεν ξέρουμε πώς θα πάει στο Α και το Β. Φοιτητής 1: Ναι δεν ξέρουμε. Διδάσκων: Ποιος λέει 5; Φοιτητή 5; Φοιτητής 5: εεε,, τώρα σκέφτηκα κάτι άλλο, θα πάει στο 2 Διδάσκων: Σκέφτηκες αυτό που σκέφτηκε και ο Φοιτητής 1; Φοιτητής 5: Όχι, όχι. Εεε, όταν έχουμε κόμβο από τη μία μπαίνει από την άλλη βγαίνει. Δε βγαίνει και από τις δύο Φοιτητής 1: Γιατί να μην μπορεί να πάει και προς τα δύο; Φοιτητής 5: Ε, δε ξέρω, απλά στα κυκλώματα μου φαίνεται ότι πρέπει να έχουμε είσοδο και έξοδο. Φοιτητής 1: Ναι αλλά μπορεί να μπαίνει από το 1 και να βγαίνει από το 2 αλλά μπορεί να και να μπαίνει από το 2 και να βγαίνει από το 1. Φοιτητής 5: Ε, ναι, διαλέγεις ότι έρχεται από πάνω ας πούμε ή έρχεται από κάτω Δε ξέρω. Διδάσκων: Ο προβληματισμός δηλαδή είναι τι ρεύμα θα περάσει από κει πέρα. Φοιτητής 5: Όχι, εγώ σκέφτηκα ότι έρχεται το ρεύμα από το 1 έτσι ας πούμε, εεε, θα σπάσει, ένα μέρος θα περάσει από το σύρμα και ένα μέρος θα πάει πέρα, οπότε το ρεύμα θα μειωθεί στο Α, οπότε θα φωτοβολεί λιγότερο, αλλά μετά στο Β έρχεται ρεύμα, και από το Α γυρνάει και από το 2 θα πάει πάλι αριστερά και δεξιά,, οπότε το Β παίρνει παραπάνω ρεύμα από ό,τι παίρνει το Α, φωτοβολεί περισσότερο, αλλά επειδή και στις δύο περιπτώσεις είναι μικρότερο το ρεύμα που περνάει χωρίς να υπάρχει καθόλου σύρμα, έχω την εντύπωση ότι μπορεί να μικραίνει και των δύο απλά το ένα θα φωτοβολεί λίγο περισσότερο από το άλλο Διδάσκων: Θα μειώνεται και των δύο, λες, αλλά θα υπάρχει μια διαφορά Φοιτητής 5: Ναι, Διδάσκων: Μάλιστα. Φοιτητής 6 εσύ τι απάντησες; Φοιτητής 6: Εγώ, στην ουσία στο 1 και 2 βραχυκυκλώνουμε, ωραία; Επομένως περνάει όλο το ρεύμα από κει. Βέβαια δεν είμαι εντελώς σίγουρη μέχρι το τέλος αν στο βραχυκύκλωμα ή στο ανοικτό κύκλωμα περνάει όλο το ρεύμα. Αλλά νομίζω ότι επειδή βραχυκυκλώνουμε, έχει μηδενική αντίσταση, περνάει όλο το ρεύμα από κει και ύστερα περνάει από τις δύο άλλες λάμπες [265]

286 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Μάλιστα. Εσύ Φοιτητή 2 το ίδιο σκέφτηκες; Φοιτητής 2: Ναι, ότι είναι βραχυκύκλωμα οπότε καθώς δεν υπάρχει αντίσταση στο βραχυκύκλωμα δε θα περάσει καθόλου ρεύμα από τις αντιστάσεις, θα πάει όλο εκεί. Και δεν θα έχουμε καθόλου ρεύμα στις λάμπες, άρα δεν ανάβουνε. Διδάσκων: Ποιος διαφωνεί με αυτό; Φοιτητής 8: Γιατί δεν θα περνάει ρεύμα; Από το Α και Β; Διδάσκων: Επειδή βραχυκυκλώνουμε τα 1 και 2 άρα δεν περνάει ρεύμα από τα Α και Β. Φοιτητής 10: Και πώς θα επιστρέψει στην πηγή το ρεύμα; (κοιτάει προς το Φοιτητή 2) Θα είναι δηλαδή διπλή κατεύθυνσης αυτοκινητόδρομος; Φοιτητής 8: Εγώ άλλο πράγμα κατάλαβα Το 3 Γιατί, να σου πω πώς σκέφτηκα. Οι δύο λάμπες ήταν συνδεδεμένες παράλληλα. Τώρα πάλι παράλληλα είναι συνδεδεμένες, κατά την άποψή μου. Το V δεν άλλαξε, η ολική αντίσταση δεν άλλαξε, άρα το ρεύμα δεν άλλαξε, οπότε Φοιτητής 10: Ναι, αλλά υπάρχει πλέον βραχυκύκλωμα Φοιτητής 8: Και τι; Πάλι παράλληλες δεν είναι συνδεδεμένες οι λάμπες; Διδάσκων: Φοιτητής 10 τι έβαλες; Φοιτητής 10: Εγώ έβαλα το 3 αλλά Σκέφτηκα ότι διαθέτουν το ίδιο δυναμικό οπότε δεν θα κινηθεί τίποτα εκεί πέρα (αναφέρεται στα 1 και 2) *Επιστημονικό μοντέλο Διδάσκων: Άλλος που σκέφτηκε διαφορετικά για το 3; (σηκώνει χέρι ο Φοιτητής 7) Φοιτητή 7; Φοιτητής 7: Αφού δεν υπάρχει τίποτα ανάμεσα στο τετραγωνάκι που δημιουργεί το 1 και 2 με τις δύο αριστερές γωνίες, ε, δεν περνάει από κει πέρα κάτι, τι να το κάνεις, δεν είναι καν κύκλωμα, είναι σα να μεταφέρεις από αριστερά λίγο πιο δεξιά. Διδάσκων: Φοιτητή 4; Φοιτητής 4: Αυτό που είπε. Όσα καλώδια να βάλουμε για να βραχυκυκλώσουμε τα 1, 2, διακόσια σύρματα να βάλουμε που δεν έχουν αντίσταση, στην ουσία δεν επηρεάζουν καθόλου το κύκλωμα Διδάσκων: Φοιτητή 11; Φοιτητής 11: Κι εγώ το 3. Κάπως έτσι το σκέφτηκα, δεν παίζει ρόλο που μπαίνει εκεί, μεταλλικό είναι δεν είναι πλαστικό. [266]

287 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Σωστά αυτό συμβαίνει. Η πιο ωραία διατυπωμένη απάντηση ήταν του Φοιτητή 10. Ότι συνδέουμε τα 1 και 2, αλλά είπαμε ότι είναι συνδεδεμένα παράλληλα. Ποια είναι η τάση εδώ πέρα; (Δείχνει το σημείο 2) Ό,τι τάση έχει εδώ (δείχνει το 2) έχει κι εδώ (δείχνει το 1). Έτσι. είναι συνδεδεμένα παράλληλα, άρα ενώνοντας αυτά εδώ πέρα η διαφορά δυναμικού εδώ μέσα είναι μηδέν. Άρα αφού η διαφορά δυναμικού είναι μηδέν που είναι το αίτιο του ηλεκτρικού ρεύματος, δεν θα περνάει ηλεκτρικό ρεύμα από κει μέσα, άρα είναι σαν να μην υπάρχει. Καταλάβαμε; Ας το δούμε κιόλας Ο Φοιτητής 1 υιοθετεί ένα μοντέλο συγκρουόμενων ρευμάτων με αποτέλεσμα να αδυνατεί να καταλήξει σε συμπέρασμα και να θεωρεί ανεπαρκή τα στοιχεία που του δίνονται για να απαντήσει. Ο Φοιτητής 5 υιοθετεί ταυτόχρονα διάφορα μοντέλα. Καταρχάς θεωρεί ένα μεριστικό μοντέλο θεωρώντας ότι το ρεύμα θα μοιραστεί φτάνοντας σε έναν κόμβο, ανεξάρτητα από τις αντιστάσεις των δύο κλάδων που ακολουθούν. Στη συνέχεια θεωρεί ένα μοντέλο εξασθένισης του ρεύματος υποστηρίζοντας ότι μπορεί το συνολικό ρεύμα να μειώνεται εξαιτίας της εισαγωγής ενός επιπλέον κλάδου στο κύκλωμα. Ο Φοιτητής 6 αντιλαμβάνεται ότι εισάγοντας το επιπλέον σύρμα βραχυκυκλώνονται τα δύο σημεία και θεωρεί ότι όλο το ρεύμα θα περάσει από αυτόν τον κλάδο αδυνατώντας να αντιληφθεί ότι δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού ώστε να προκληθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Ο Φοιτητής 2 κάνει την ίδια σκέψη με το Φοιτητή 6 αλλά εγκλωβίζει με τη σκέψη του το ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν βρόχο υιοθετώντας ουσιαστικά ένα μοντέλο μονοπολικού ρεύματος. Ο Φοιτητής 8 απαντάει σωστά βλέποντας το κύκλωμα στο σύνολό του. Αποφεύγει ωστόσο να περιγράψει με όρους Φυσικής τη λειτουργία του κλάδου που προστέθηκε στο κύκλωμα. Ο Φοιτητής 10 αντιλαμβάνεται το κενό στο συλλογισμό του Φοιτητή 2 και ταυτόχρονα χρησιμοποιεί το επιστημονικό μοντέλο για να δείξει ότι δεν θα υπάρξει ρεύμα στον επιπλέον κλάδο. Οι Φοιτητές 7, 4 και 11 μολονότι απαντούν σωστά οι λόγοι τους είναι περισσότερο διαισθητικοί και αδυνατούν να εκφραστούν με όρους Φυσικής. Πραγματοποιήθηκε το κύκλωμα της ερώτησης Q8, με τη βοήθεια του Φοιτητή 5 και του Φοιτητή 11, και αποδείχθηκε πειραματικά η συμπεριφορά του κυκλώματος. Δε ζητήθηκε η ερμηνεία της παρατήρησης αφού αυτή είχε ήδη περιγραφεί από το διδάσκοντα στο τέλος της Συζήτησης 9. Ολοκληρώνοντας τη διδασκαλία, τέθηκαν από το διδάσκοντα οι ερωτήσεις αξιολόγησης Q9 και Q10 (Παράρτημα Α ). Οι φοιτητές απάντησαν ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Αρχικά προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων στην ερώτηση Q9 (Διάγραμμα 102) χωρίς να γίνουν σχόλια λόγω της απόλυτης συμφωνίας μεταξύ των φοιτητών. Ταυτόχρονα, ο πολύ μικρός μέσος χρόνος [267]

288 Κεφάλαιο 6 απόκρισης δείχνει τη βεβαιότητα των φοιτητών, οι οποίοι είχαν απαντήσει λανθασμένα, στην πλειοψηφία τους, στις ερωτήσεις Q1 και Q2. Διάγραμμα 102. Κατανομή απαντήσεων, Q9. Νόμος του Ωμ (Δ2). Στη συνέχεια τέθηκε η ερώτηση αξιολόγησης Q10 και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 103). Διάγραμμα 103. Κατανομή απαντήσεων, Q9. Νόμος του Ωμ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 10. Συζήτηση 10 Διδάσκων: Ποιος έβαλε το 3; Σηκώνει χέρι ο Φοιτητής 8. Λέγε Φοιτητή 8. Φοιτητής 8: Θεωρώ ότι στην πρώτη περίπτωση, εεε, θα μοιραστεί η τάση και στις δύο λάμπες, και αφού η αντίστασή τους είναι ίδια θα διαρρέονται από διαφορετικό ρεύμα οπότε δεν θα είναι Διδάσκων: Τι θεωρείς ότι είναι συνδεδεμένοι οι δύο αντιστάτες στην πρώτη περίπτωση; [268]

289 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 8: Παράλληλα Διδάσκων: Μάλιστα. Και τι είπες; Φοιτητής 8: Και θα μοιραστεί ουσιαστικά το ρεύμα και στους δύο, ενώ στο C που είναι μόνος του θα είναι παραπάνω Διδάσκων: Εσύ Φοιτητή 11; Φοιτητής 11: Εγώ λέω ότι είναι σε σειρά στο αριστερά κύκλωμα *άλλο μοντέλο. Κι επειδή έχουμε πιο μεγάλη αντίσταση θα έχουμε πιο μικρή ένταση άρα θα έχουν πιο μικρή φωτεινότητα σε σχέση με το C. Και άρα το C είναι πιο φωτεινό. Διδάσκων: Άλλος που απάντησε το C αλλά έχει άλλη άποψη; Άλλοι τρεις πρέπει να είναι. Σκεφτήκαν διαφορετικά και έβαλαν το C; Φοιτητής 1: Εγώ έβαλα το C αλλά σκέφτηκα όπως και ο Φοιτητής 11. Είναι συνδεδεμένοι σε σειρά επειδή το καλώδιο δεν έχει αντίσταση είναι σαν να μην υπάρχει όπως είπαμε πριν, που είναι ανάμεσα στο Α και στο Β. Οπότε είναι σε σειρά, οπότε μεγαλύτερη αντίσταση, μικρότερο ρεύμα άρα μικρότερη φωτεινότητα. Διδάσκων: Δηλαδή όσοι βάλατε το C θεωρήσατε ότι είναι σαν να μην υπάρχει το κομμάτι εκείνο εκεί πέρα Φοιτητής 8: Όχι! Διδάσκων: Εσύ που το έβαλες παράλληλα δεν το σκέφτηκες έτσι Σαν τον Φοιτητή 8 ποιος άλλος σκέφτηκε; Φοιτητής 7: Εγώ. Ότι είναι παράλληλα το Α με το Β και μοιράζεται Διδάσκων: Ποιος έβαλε ότι Α=C; Σηκώνει χέρι ο Φοιτητής 2. Φοιτητή 2; Φοιτητής 2: Εγώ σκέφτηκα ότι καθώς υπάρχει καλώδιο το οποίο συνδέει ανάμεσα στα Α και Β το κύκλωμα ξανά με τον άλλο πόλο της πηγής, το ρεύμα όλο θα πάει από κει καθώς δεν υπάρχει αντίσταση θα προτιμήσει εκείνη την κατεύθυνση και δεν θα περάσει καθόλου ρεύμα από το Β. Οπότε το Α και το C θα έχουν το ίδιο ρεύμα και άρα ίδια φωτεινότητα. Διδάσκων: Άρα λες ότι το Β είναι σαν να μην υπάρχει. Φοιτητής 2: Σαν να μην υπάρχει, ναι. Διδάσκων: Εσύ Φοιτητή 10; [269]

290 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Εκείνο είναι βραχυκύκλωμα, το ρεύμα θα προτιμήσει να πάει από εκεί που υπάρχει μηδενική αντίσταση. Δεν θα περάσει από το Β. Επιστημονικό μοντέλο Διδάσκων: Το ίδιο που είπε δηλαδή ο Φοιτητής 2. Φοιτητή 4; Φοιτητής 4: Ακριβώς το ίδιο! Φοιτητής 8: Ωραία σκέψη αυτή! Διδάσκων: Με όρους του νόμου του Ωμ μπορεί να απαντήσει κανείς; Φοιτητής 2: Όπως απαντήσαμε την προηγούμενη φορά, ότι Φοιτητής 10: Δεν ισχύει αυτό που είπαμε πριν Φοιτητής 2: Δηλαδή; Διδάσκων: Από εδώ (δείχνει το επιπλέον σύρμα) θα περάσει ρεύμα; Τι είπαμε, τι πρέπει για να περάσει ρεύμα; Φοιτητής 1, Φοιτητής 2: Διαφορά δυναμικού. Διδάσκων: έχουμε διαφορά δυναμικού στα 1 και 2, εδώ; (δείχνει τους δύο κόμβους που δημιουργούνται με την εισαγωγή του σύρματος στο αρχικό κύκλωμα). Φοιτητής 10: Έχουμε! Φοιτητής 8, Φοιτητής 2: Έχουμε. Φοιτητής 10: Βασικά, είναι αρνητικότερο από την κάτω μεριά και θετικότερο από τη μεριά του Α. Διδάσκων: Άρα όποιος είπε ότι είναι σαν μην υπάρχει, εδώ δεν είναι η διαφορά δυναμικού μηδέν. Εδώ έχουμε διαφορά δυναμικού, έτσι; Εδώ συνδέεται με τον Α και εδώ συνδέεται με τον αρνητικό πόλο (δείχνει τα δύο άκρα του σύρματος στο κύκλωμα) οπότε διαφορά δυναμικού υπάρχει. Ένας τρόπος να το εξηγήσουμε είναι αυτός. Έχουμε βραχυκύκλωμα, άρα το περισσότερο ρεύμα, όλο το ρεύμα θα περάσει από τον βραχυκυκλωμένο αγωγό. Άλλος τρόπος, μπορεί να σκεφτεί κανείς για να μου διώξει το Β τελείως; Φοιτητής 4: Προφανώς με βάση το νόμο του Ωμ κάπως; Διδάσκων: Πώς είναι συνδεδεμένος ο Β δηλαδή, ποια είναι η συνδεσμολογία που έχει ο Β; Ο Β πώς είναι συνδεδεμένος με το σύρμα; (δείχνει) [270]

291 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Έχει την ίδια τάση στα άκρα του το Β. Και τα δυο βλέπουν τον αρνητικό πόλο. Διδάσκων: Ναι! Η διαφορά δυναμικού εδώ πέρα είναι 0 άρα δεν θα περάσει ρεύμα από το Β έτσι; Φοιτητής 5: Η διαφορά δυναμικού θα είναι μηδέν τελικά ή θα υπάρχει; Μπερδεύτηκα Φοιτητής 2: Κάπου κι εγώ μπερδεύτηκα! Φοιτητής 5: Εγώ είμαι μπερδεμένος από πριν. Διδάσκων: Πόσο πριν; Φοιτητής 5: Από την προηγούμενη με το σύρμα που απάντησα ότι θα είναι μικρότερη η φωτεινότητα. Φοιτητής 10: Να εξηγήσω; Διδάσκων: Για πες Φοιτητής 10: Ανάμεσα στο δεξί άκρο της Β, είναι το δυναμικό του αρνητικού πόλου της πηγής. Δε διαφωνεί κανένας σε αυτό, έτσι δεν είναι; Πλήθος: Όχι Φοιτητής 2: Το ίδιο είναι και το αριστερό άκρο της Β. Φοιτητής 4: Είναι στον κόμβο. Αυτό που λες γίνεται ακριβώς στον κόμβο που ενώνονται και τα τρία. Πιο πέρα δεν πιστεύω να είναι. Φοιτητής 10: Το δεξί άκρο της Β, βλέπει, το δυναμικό, έχει δυναμικό ίδιο με τον αρνητικό πόλο της πηγής. Φοιτητής 4: Πώς; Μέχρι τον κόμβο έχει. Μέχρι εκεί δυναμικό. Διδάσκων: Το δεξί άκρο της Β τι λες ότι έχει; Το ίδιο ; Φοιτητής 11: Το δεξί όμως άκρο της Β φτάνει εκεί, στον κόμβο. Φοιτητής 4: Ναι φτάνει, αλλά Φοιτητής 11: Άρα, βλέπει αυτό το δυναμικό του πόλου, στον κόμβο. Φοιτητής 4: Ναι, το βλέπω, και τι σχέση έχει αυτό; Φοιτητής 7: Άρα έχει ίδια τάση. [271]

292 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Στον κόμβο τα ρεύματα χωρίζονται Φοιτητής 2: Βασικά και τα δύο άκρα της Β δεν βλέπουν στο ίδιο σημείο; Φοιτητής 4: Σε ποιο; Φοιτητής 2: Στον αρνητικό πόλο της πηγής. Φοιτητής 10: Ναι, αυτό προσπαθούμε να αποδείξουμε, αλλά τώρα πρέπει να πούμε πρώτα ότι το δεξί άκρο, να συμφωνήσουμε ότι Φοιτητής 7: Πρέπει «όλοι να συμφωνήσετε μαζί μου» (γέλια) Φοιτητής 8: Τελικά, σε αυτό η απάντηση ποια είναι; Φοιτητής 10: Ο Φοιτητής 4 έχει ένα Διδάσκων: Το Α είναι ίδιο με το C. Το Β είναι σαν μην υπάρχει καθόλου. Φοιτητής 5: Άρα το ένα άκρο της αντίστασης είναι,.. με το άλλο άκρο της αντίστασης είναι στο ίδιο σημείο Φοιτητής 7: Ναι. Φοιτητής 5: Στην ουσία, δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού άρα δεν περνάει ρεύμα; Αυτό λέμε; Διδάσκων: Ναι! Φοιτητής 11: Γιατί όμως δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού; Φοιτητής 5: Γιατί είναι στο ίδιο σημείο. Φοιτητής 10: Άμα ακολουθήσεις τη διαδρομή Φοιτητής 5: Είναι σαν Φοιτητής 11: Στον κόμβο του πάνω άκρου και στον κόμβο του κάτω άκρου, υπάρχει διαφορά δυναμικού. Φοιτητής 2, Φοιτητής 10: Όχι, όχι δεν υπάρχει. Φοιτητής 11: Αυτό είπαμε, μα το έχουμε πει για το σύρμα, [272]

293 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Όχι, όχι! Διδάσκων: Εκεί ήτανε παράλληλη Φοιτητής 11: Για αυτό το σύρμα μιλάω. Φοιτητής 7: Γιατί δεν το δοκιμάζουμε; Διδάσκων: Να το δοκιμάσουμε Ξεκινάει να φτιάξει το κύκλωμα Φοιτητής 10: Όσο το ετοιμάζει να αιτιολογήσω κάτι για να καταλάβουμε; Διδάσκων: Για πες Φοιτητής 10: Αν υπάρχουν δύο σημεία στο κύκλωμα, αν δε συναντήσουμε κανένα στοιχείο, δεν υπάρχει δηλαδή λόγος να υπάρχει διαφορετική διαφορά δυναμικού, αν δε συναντήσουμε κάποια πηγή, κάποια αντίσταση που να ανεβάζει ή να ρίχνει την τάση, Διδάσκων: Σα να λες δηλαδή ότι φεύγουμε από το δεξί άκρο της Β (δείχνει στο κύκλωμα στην οθόνη) και φτάνουμε πάλι εδώ; (δείχνει την κλειστή διαδρομή που καταλήγει στο αριστερό άκρο της Β) Φοιτητής 10: Εντάξει, ναι, αλλά επειδή υπάρχει ο πόλος της πηγής εκεί, θεωρώ, ας πούμε και την πληροφορία ότι είναι ίσος με εκείνο το δυναμικό Ναι, εντάξει αυτό που είπες, ισχύει. Φοιτητής 4: Α, απλά αυτό δεν δικαιολογεί γιατί με βάση το νόμο του Ωμ δεν ανάβει το Β. Αιτιολογεί λόγω του ότι υπάρχει το βραχυκύκλωμα πάλι. Εμείς θέλουμε να το δικαιολογήσουμε βάση του νόμου του Ωμ Φοιτητής 5: Ε, αφού δεν υπάρχει V δεν υπάρχει και Ι. Φοιτητής 7: Δεν υπάρχει R βασικά Ο Φοιτητής 8 θεωρεί ότι το συνολικό ρεύμα είναι ίδιο και στα δύο κυκλώματα (μοντέλο σταθερού ρεύματος) και στο πρώτο κύκλωμα το ρεύμα αυτό μοιράζεται εξίσου στους δύο λαμπτήρες (μεριστικό μοντέλο). Την ίδια άποψη συμμερίζεται και ο Φοιτητής 7. Ο Φοιτητής 11 αλλά και ο Φοιτητής 1 υιοθετούν κάποιο τυχαίο μοντέλο παραγνωρίζοντας τη σημασία του βραχυκυκλώματος που τίθεται στα άκρα του λαμπτήρα Β. Για την ακρίβεια η διαπραγμάτευση της ερώτησης Q8 τους μπερδεύει. Θεωρούν ότι αφού στην ερώτηση Q8 το χωρίς αντίσταση σύρμα δεν επηρέασε την λειτουργία του κυκλώματος το ίδιο θα συμβεί και σε αυτό το κύκλωμα, ανεξάρτητα από τον τρόπο σύνδεσης των λαμπτήρων. [273]

294 Κεφάλαιο 6 Οι Φοιτητές 2 και 10 υιοθετούν το επιστημονικό μοντέλο και κατά τη διάρκεια της συζήτησης, ειδικά ο Φοιτητής 10, επιχειρούν να καθοδηγήσουν τους υπόλοιπους. Ο Φοιτητής 4 έχει πρόβλημα να αντιληφθεί ότι το δυναμικό αναφέρεται σε κάποιος σημείο και φαίνεται να συγχέει τι συμβαίνει σε έναν κόμβο ενός κυκλώματος. Ο Φοιτητής 5 μολονότι δεν έχει αρχικά ξεκαθαρίσει τις έννοιες καταφέρνει μέσα από τη συζήτηση να οδηγηθεί τελικά στην κατανόηση της κατάστασης. Κλείνοντας την διδακτική παρέμβαση, πραγματοποιήθηκε το αντίστοιχο ηλεκτρικό κύκλωμα και επιβεβαιώθηκε πειραματικά η συμπεριφορά του Ανάλυση συγκέντρωσης Στον Πίνακα 22 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις 11 συνολικά ερωτήσεις (Q1-Q11) που τέθηκαν στους φοιτητές του Δ1.. Επίσης, για κάθε απάντηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q2 Q9 Q3 Q5 Q7 Q11 Q6 Q4 Q8 Q10 S 0,25 0,25 1,00 0,11 0,11 0,00 0,55 0,89 0,44 0,56 0,44 C 0,47 0,65 1,00 0,65 0,65 0,82 0,48 0,79 0,28 0,36 0,51 Γ 0,73 1,00-0,79 0,79 0,81 1,00 1,00 0,59 0,30 1,00 LM LH HH LH LH LH ΜΗ HH MM MM MH Πίνακας 22. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Νόμος του Ωμ (Δ2). Όπως ήδη έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 (παράγραφος 2.3.5), οι κατηγορίες HH και ΜΗ δείχνουν ότι οι μαθητές αντιπαρέρχονται ικανοποιητικά στις απαιτήσεις του συγκεκριμένου θέματος. Από τον Πίνακα 23, προκύπτει ότι σε αυτές τις δύο κατηγορίες κατατάσσονται οι ερωτήσεις Q6, Q9, Q10 και Q11. Κατηγορία LM LH MM MH HH Ερώτηση Q1 Q2, Q3, Q5, Q7 Q4, Q8 Q10, Q11 Q9, Q6 Πίνακας 23. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). Νόμος του Ωμ (Δ2). Στα Διαγράμματα 104 και 105 αποτυπώνεται γραφικά η εξέλιξη στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 104 αποτυπώνεται η εξέλιξη σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 105 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των [274]

295 Κεφάλαιο 6 λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση (Q1), οι φοιτητές υιοθετούν αρχικά δύο λανθασμένα μοντέλα (LM). Μετά την πειραματική διαπραγμάτευση και την αλληλεπίδραση στις ομάδες τους οι φοιτητές μετακινούνται στην ερώτηση Q2 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο λανθασμένο μοντέλο(lh). Στο τέλος της διδακτικής παρέμβασης (ερώτηση Q9) οι φοιτητές υιοθετούν στο σύνολό τους ένα σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q3, Q5, Q6, Q7 και Q11, που, με εξαίρεση την ερώτηση Q6 η οποία είναι ισομορφική με τις υπόλοιπες,, είναι ή ίδια ερώτηση διατυπωμένη σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, παρατηρούνται τα εξής: Οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q3) υιοθετώντας αρχικά ένα λανθασμένο κυρίαρχο μοντέλο (LH). Η κατάσταση παραμένει σταθερή και στην ερώτηση Q5 (LH) αλλά και στην ερώτηση Q7 (LH). Προκαλεί εντύπωση ότι το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίφαση με το αποτέλεσμα της ερώτησης Q6 στην οποία οι φοιτητές υιοθετούν ένα σωστό κυρίαρχο μοντέλο (ΗΗ). Ωστόσο, όταν οι φοιτητές κλήθηκαν να απαντήσουν στην ίδια ερώτηση (ερώτηση Q11) μερικές εβδομάδες αργότερα στις εξετάσεις τους, απάντησαν ικανοποιητικά, υιοθετώντας ουσιαστικά το σωστό μοντέλο (ΜΗ). Στην ερώτηση Q4 οι φοιτητές υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα (ΜΜ) γεγονός που καταγράφηκε λεπτομερώς και στη συζήτηση που ακολούθησε την ερώτηση (Συζήτηση 4). Τέλος, ενώ οι φοιτητές ξεκίνησαν υιοθετώντας δύο μοντέλα, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (ΜΜ) στην ερώτηση Q8, μετά τη διαπραγμάτευση που ακολούθησε οι φοιτητές υιοθέτησαν σε μεγάλο ποσοστό ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΜΗ) όταν κλήθηκαν να απαντήσουν την ισομορφική ερώτηση Q10. Διάγραμμα 104. Απεικόνιση S-C, νόμος του Ωμ, Δ2. [275]

296 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 105. Απεικόνιση S-Γ, νόμος του Ωμ, Δ2. [276]

297 Κεφάλαιο Κανόνες του Κίρκοφ. Τμήμα Δ2 Στον Πίνακα 24 καταγράφονται οι απαντήσεις καθενός από τους 8 φοιτητές που συμμετείχαν στο μάθημα, στις 11 ερωτήσεις (Q1-Q11), όπως προκύπτουν από το συνοδεύων λογισμικό συλλογής δεδομένων των κλίκερς. Οι φοιτητές έχουν ταξινομηθεί ανά ομάδα. Στον ίδιο πίνακα (Πίνακας 24) Οι επικεφαλίδες των ερωτήσεων (Q1-Q11) είναι χρωματισμένες και ομαδοποιημένες σε τρεις κατηγορίες. Στην 1η κατηγορία ανήκουν οι ερωτήσεις Q1, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11 οι οποίες είναι ερωτήσεις που είναι ανεξάρτητες οι μία από την άλλη. Στη 2η κατηγορία ανήκουν οι ερωτήσεις Q2 και Q5 όπου η Q5 είναι ή ίδια ερώτηση με τη Q2 που τέθηκε σε διαφορετικό στάδιο της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Στην 3η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q3 και Q4, όπου η Q4 είναι μία ισομορφική προς την Q3 ερώτηση. Ομάδα Φοιτητής Q1 Q2 Q5 Q3 Q4 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Α Φοιτητής Α Φοιτητής Α Φοιτητής Β Φοιτητής Β Φοιτητής Γ Φοιτητής Γ Φοιτητής Γ Φοιτητής Πίνακας 24. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ2 στο σενάριο των κανόνων του Κίρκοφ. Στο Διάγραμμα 106 δίνεται για κάθε φοιτητή (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας, σε δευτερόλεπτα) σε όλες τις ερωτήσεις. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν κάποιος φοιτητής απαντάει συστηματικά πιο γρήγορα από τους υπόλοιπους, γεγονός που θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι απαντάει βιαστικά και χωρίς ιδιαίτερη προσπάθεια. Στο Διάγραμμα 107 δίνεται για κάθε ερώτηση (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας) των φοιτητών. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν οι φοιτητές συνάντησαν κάποια ιδιαίτερη δυσκολία σε κάποια ερώτηση (μεγάλος μέσος χρόνος απόκρισης) ή αν αντίστοιχα κάποια ερώτηση θεωρήθηκε εύκολη από αυτούς (μικρός μέσος χρόνος απόκρισης). [277]

298 Κεφάλαιο 6 t (s) Διάγραμμα 106. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο κανόνων του Κίρκοφ (Δ2). t (s) Διάγραμμα 107. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο κανόνων του Κίρκοφ (Δ2) Ανάλυση των συζητήσεων Αρχικά ο διδάσκων επιχείρησε μία σύντομη σύνδεση με το προηγούμενο μάθημα (νόμος του Ωμ). Συζητώντας με τους φοιτητές εκμαίευσε τους ορισμούς του ηλεκτρικού ρεύματος, της ηλεκτρικής τάσης, της αντίστασης και του νόμου του Ωμ. Προκειμένου να ανιχνεύσει τη γνωστική [278]

299 Κεφάλαιο 6 αφετηρία των φοιτητών έθεσε την ερώτηση Q1 (παράρτημα Β ) την οποία απάντησε κάθε φοιτητής μόνος του με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 108). Διάγραμμα 108. Κατανομή απαντήσεων, Q1. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 1 στην ολομέλεια. Συζήτηση 1 Φοιτητής 5: Νομίζω ότι αυτός που απάντησε το 1 το απάντησε με τη λογική που απαντούσαμε όλοι μας στο προηγούμενο μάθημα, ότι δηλαδή αφού έχουμε τον αντιστάτη ανάμεσα στο Α και στο Β θα επηρεάζεται μόνο το Β, καθώς θα έρχεται μικρότερο ρεύμα άρα θα έχει μικρότερη φωτεινότητα. Όμως όταν αλλάζει η αντίσταση αλλάζει όλη η αντίσταση του κυκλώματος, άρα θα μεταβάλλεται η φωτεινότητα και στα δύο, αν κατάλαβα καλά στο προηγούμενο μάθημα. Διδάσκων: Καλώς. Έχει κανείς κάποια άλλη γνώμη; Διδάσκων: Ας δούμε πειραματικά τι συμβαίνει. Πραγματοποιεί κύκλωμα με δύο όμοιους λαμπτήρες οι οποίοι φωτοβολούν εξίσου. Παρεμβάλλει τρίτο λαμπτήρα και η φωτεινότητα και των δύο λαμπτήρων μειώνεται εξίσου. Άρα, καταλήγει ότι σωστή απάντηση είναι η 4 (ανάδραση). Ο Φοιτητής 5 υιοθετεί το επιστημονικό μοντέλο και μπορεί να υποθέσει τον τρόπο σκέψης του συμφοιτητή του παραβάλλοντας το τοπικό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος για να δικαιολογήσει την απάντησή του. Φαίνεται ότι κατανοεί ικανοποιητικά την κατάσταση. Με σκοπό να προχωρήσει στη διαπραγμάτευση του πρώτου κανόνα του Κίρκοφ, ο διδάσκων προβάλλει το κύκλωμα της Εικόνας 2 (παράγραφος 4.3.4) και ζητάει από τους φοιτητές να [279]

300 Κεφάλαιο 6 προβλέψουν πώς σχετίζονται οι ενδείξεις των τεσσάρων αμπερομέτρων μεταξύ τους. Ακολουθεί η Συζήτηση 2 στην ολομέλεια. Συζήτηση 2 Φοιτητής 6: Το πρώτο αμπερόμετρο, λογικά, με το δεύτερο, θα έχουν την ίδια ένδειξη επειδή το ρεύμα που περνάει είναι το ίδιο. Διδάσκων: Κάποιος άλλος που να συμφωνεί ή να διαφωνεί; Διδάσκων: Πώς είναι συνδεδεμένα αυτά τα δύο; Σε σειρά, παράλληλα; Φοιτητής 5: Σε σειρά Διδάσκων: Θα σχετίζονται κάπως οι ενδείξεις τους; Φοιτητής 4: Αφού είναι σε σειρά θα διαρρέονται από ίδια ένταση οπότε θα έχουμε ίδια ένδειξη. Διδάσκων: Μπορεί κάποιος να προβλέψει τι θα γίνει με τα υπόλοιπα δύο; Φοιτητής 3: Νομίζω ότι θα είναι ίδια μεταξύ τους, και η ένδειξή τους θα είναι η μισή από των άλλων δύο, των αρχικών. Διδάσκων: Κάποια άλλη γνώμη; Φοιτητής 10: Εγώ διαφωνώ γιατί δεν ξέρουμε τις τιμές των αντιστάσεων. Απλώς θα ισχύει ότι άθροισμα των δύο εντάσεων στα δύο αμπερόμετρα θα είναι ίσο με την ένδειξη ενός από τα άλλα δύο. Φοιτητής 4: Συμφωνώ! Διδάσκων: Ας κάνουμε το πείραμα για να δούμε! Οι Φοιτητές 6, 5 και 4 προβλέπουν σωστά τη συμπεριφορά των δύο πρώτων αμπερομέτρων και αντιλαμβάνονται ότι είναι συνδεδεμένα σε σειρά. Ο Φοιτητής 4 συγχέει ωστόσο τις έννοιες ηλεκτρικό ρεύμα και ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ο Φοιτητής 3 υιοθετεί το μεριστικό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος. Αντίθετα οι Φοιτητές 10 και 4 αντιλαμβάνονται σωστά τη διατήρηση του ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν κόμβο. Συναρμολογήθηκε το ηλεκτρικό κύκλωμα της Εικόνας 2 και οι φοιτητές κατέγραψαν τις ενδείξεις των αμπερομέτρων. Διατυπώθηκε από το διδάσκοντα ως πειραματικό δεδομένο ο πρώτος κανόνας του Κίρκοφ. [280]

301 Κεφάλαιο 6 Για να αναδειχθεί η ανεπάρκεια χειρισμού ακόμη και απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων μόνο με την εφαρμογή του πρώτου κανόνα του Κίρκοφ, τέθηκε η ερώτηση Q2 (Παράρτημα Β ). Η ερώτηση αυτή, όπως και οι ερωτήσεις Q3 και Q4 που ακολουθούν, επιλέχθηκε με σκοπό να τεθεί και να αντιμετωπιστεί η ευρέως διαδεδομένη εναλλακτική ιδέα ότι μία μπαταρία-πηγή λειτουργεί ως πηγή σταθερού ρεύματος παρά σαν πηγή σταθερή τάσης. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 109, Α γύρος). Διάγραμμα 109. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q2/Q5. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 3. Συζήτηση 3 Διδάσκων: Γιατί απαντάς το 2; Φοιτητής 10: Στο πρώτο κύκλωμα ο λαμπτήρας διαρρέεται από ένα ρεύμα έντασης Ι, στη δεύτερη περίπτωση που προσθέτουμε παράλληλα έναν λαμπτήρα το ρεύμα εκεί στον κόμβο θα διακλαδωθεί, και βέβαια συνδέοντας παράλληλα τους δύο λαμπτήρες μειώνουμε τη συνολική αντίσταση. Οπότε το συνολικό ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα μεγαλώνει. Διδάσκων: Σε σχέση με το λαμπτήρα 1 τι συμβαίνει όμως; Φοιτητής 10: Σε σχέση με το λαμπτήρα 1 υποθέτω ότι θα μειωθεί η φωτεινότητα. Αν και αυξάνεται το ρεύμα, διακλαδώνεται, είναι Διδάσκων: Κάποιος άλλος που συμφωνεί ή διαφωνεί; Φοιτητής 5: Εγώ πάλι θα κολλήσω στο προηγούμενο μάθημα. Αφού βάλαμε αντίσταση παράλληλα, μειώσαμε τη συνολική αντίσταση, άρα αυξάνεται το ρεύμα το ολικό. Και θυμάμαι ότι στο προηγούμενο μάθημα είπαμε ότι αυτό σημαίνει ότι αυξάνει η φωτεινότητα. Και η απορία μου ήταν πώς ξέρουμε ότι [281]

302 Κεφάλαιο 6 αφού το νέο ρεύμα διακλαδώνεται θα είναι μεγαλύτερο από το μόνο ρεύμα που δεν διακλαδώνεται, πριν τα συνδέσουμε παράλληλα. Και μου εξήγησαν πώς συμβαίνει αυτό. Έτσι είναι. Εγώ έβαλα το 1. Φοιτητής 3: Στο προηγούμενο μάθημα μικρότερο λέγαμε όχι μεγαλύτερο. Οπότε δεν μπορεί ποτέ να ξεπεράσει το ρεύμα που είχε με μόνο μία αντίσταση. Φοιτητής 5: Δε θυμάμαι! Φοιτητής 10: Είχαμε θεωρήσει τις αντιστάσεις ίσες. Εδώ όμως δεν ξέρουμε. Άμα βάλουμε μία μεγάλη αντίσταση στη θέση του λαμπτήρα 2 θα μπορούσε ένα μεγάλο μέρος του αυξημένου ρεύματος να περάσει από το λαμπτήρα 1. Οπότε μπορούμε να πούμε και το 4, δε ξέρω. Διδάσκων: Ωραία. Θα επανέλθουμε σε αυτή την ερώτηση, οπότε ας προχωρήσουμε λίγο παρακάτω να δούμε τι γίνεται. Ο Φοιτητής 10 έχει συγκεχυμένες τις έννοιες. Ενώ αντιλαμβάνεται σωστά ότι το ρεύμα αυξάνεται στο κύκλωμα όταν προστεθεί ένας αντιστάτης σε παράλληλη σύνδεση, αδυνατεί να ολοκληρώσει το συλλογισμό του. Ως συνέπεια αναρωτιέται για τις τιμές των αντιστάσεων και θεωρεί τη γνώση τους απαραίτητη για να αποφανθεί. Ο Φοιτητής 5 επικαλείται τη γνώση που απεκόμισε στο προηγούμενο μάθημα. Όπως προκύπτει από τα λεγόμενά του δεν έχει κατανοήσει το φυσικό μηχανισμό με αποτέλεσμα απλά να ανακαλεί από τη μνήμη του ό,τι θυμάται και να απαντάει τελικά λανθασμένα. Ο διδάσκων θεωρώντας ότι έχει ολοκληρωθεί η συζήτηση έθεσε την ερώτηση Q3 (Παράρτημα Β ). Οι φοιτητές ξεκίνησαν να απαντούν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Επειδή κάποιοι θεώρησαν ότι ξεβιδώνοντας το λαμπτήρα κλείνεται με κάποιον τρόπο το κύκλωμα, δόθηκε διευκρίνιση και οι λίγοι φοιτητές που είχαν μέχρι τότε στείλει απάντηση, απάντησαν ξανά. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 110). Διάγραμμα 110. Κατανομή απαντήσεων, Q3. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). [282]

303 Κεφάλαιο 6 Ακολούθησε η Συζήτηση 4. Συζήτηση 4 Διδάσκων: Για πες μας Φοιτητή 10, γιατί είπες ότι δεν μπορείς να απαντήσεις; Φοιτητής 10: Είναι αυτό που είπα και στο προηγούμενο ερώτημα. Ότι υπάρχει μία περίπτωση, βασικά να πω τη σκέψη μου από την αρχή και μετά να πω αυτό που με προβλημάτισε. Εγώ απάντησα το 2, ότι μειώνεται, επειδή αφαιρώντας τις δύο παράλληλες αντιστάσεις, βγάζοντας δηλαδή από εκεί την Γ δημιουργούμε ένα κενό, όλος ο κλάδος δεν διαρρέεται από ρεύμα, και βγάζοντας αυτές τις δύο παράλληλες έξω, αυξάνουμε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος, οπότε η ένταση θα είναι μειωμένη, σε σχέση με το αρχικό κύκλωμα. Αλλά πάλι, όπως είπα στην αρχική περίπτωση, που έχουμε και τα τρία, επειδή δεν ξέρω τις τιμές δε ξέρω πώς διακλαδώνεται το ρεύμα εκεί πέρα για να κρίνω και να συγκρίνω. Διδάσκων: Γιατί δεν διάλεξες το 4; Φοιτητής 10: Δεν μου άρεσε πολύ Φοιτητής 4: Βασικά πιστεύω ακριβώς την ίδια αιτιολόγηση που είπε ο Φοιτητής 10, θα μειωθεί το ρεύμα, ανεξάρτητα ποιες είναι οι τιμές, εφόσον έχουμε μία παράλληλη αντίσταση η οποία μας μειώνει τη συνολική αντίσταση, θα έχουμε περισσότερο ρεύμα. Ενώ τώρα που θα φύγουν αυτές έχουμε ούτως ή άλλως μικρότερο ρεύμα στο Α, ανεξάρτητα τι τιμές έχουν οι Β και Γ. Οπότε πιστεύω ότι θα μειωθεί το ρεύμα. Φοιτητής 3: Το ρεύμα αντί να μοιραστεί στο Β και Γ περνάει όλο από το Α. Φοιτητής 4: Ναι, όμως έχει μεγαλύτερη αντίσταση το κύκλωμα. Φοιτητής 3: Ναι, αλλά δεν ξέρουμε τι θα γίνει όμως Φοιτητής 4: Έχουμε μία πηγή, το ρεύμα δεν βγαίνει το ίδιο κάθε φορά από την πηγή. Το δυναμικό είναι σταθερό της πηγής. Φοιτητής 3: Το ξέρω. Φοιτητής 4: Το ρεύμα εξαρτάται από τις αντιστάσεις που θα βάλουμε. Φοιτητής 3: Ναι, πώς ξέρουμε ότι το ρεύμα στο Α θα είναι τελικά μικρότερο, αυτό θέλω να μου αιτιολογήσεις. Φοιτητής 4: Γιατί όταν θα φύγουνε τα κάτω θα έχουμε πολύ μεγαλύτερη αντίσταση. [283]

304 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 3: Ναι αλλά το ρεύμα διακλαδίζεται όταν είναι τα Β και Γ. Εγώ πιστεύω ότι παίζουνε ρόλο και οι αντιστάσεις. Γιατί όταν στην αρχική περίπτωση το ρεύμα διακλαδίζεται και έχουμε ένα κομμάτι που θα περάσει από τις Β και Γ και ένα κομμάτι που θα περάσει από την Α, όταν αφαιρέσουμε την Γ και αφήσουμε εκεί ανοικτό το κύκλωμα, μειώνεται η ολική αντίσταση του κυκλώματος αφού έχουμε μία μόνο αντίσταση, την Α, που σημαίνει ότι αυξάνεται το ρεύμα, εεε, αυξάνεται η ολική αντίσταση που σημαίνει ότι μειώνεται το ρεύμα, αλλά όλο το ρεύμα πηγαίνει από την Α, δεν υπάρχει διακλάδωση για να μοιραστεί το ρεύμα. Οπότε δεν έχουμε στοιχεία για να απαντήσουμε στο ερώτημα. Διδάσκων: Δεν απάντησες όμως το 4. Φοιτητής 3: Έβαλα το Α, γιατί δεν μου άρεσε το 4, αλλά Διδάσκων: Άρα. Έχουμε δύο άτομα που δεν τους άρεσε η απάντηση 4 Φοιτητής 10: Να πάρουμε μία οριακή περίπτωση; Αν θεωρήσουμε ότι ο Α έχει πολύ μεγάλη αντίσταση, οπότε στην πρώτη περίπτωση η μεγαλύτερη ποσότητα του ρεύματος θα περάσει από το Β και Γ και πολύ λίγο από την Γ. Βγάζοντας τη Γ έξω όλο το ρεύμα στο νέο κύκλωμα θα διέρχεται από την Α. Φοιτητής 4: Δεν είναι ίδιο το ρεύμα. Φοιτητής 10: Δεν είπα αυτό, είναι μειωμένο το ρεύμα. Αλλά θα διέρχεται όλο από την Α. Οπότε, δε ξέρω αν υπάρχει περίπτωση και να αυξηθεί. Θα πρέπει να κάνω υπολογισμούς. Φοιτητής 5: Αν έχουμε συγκεκριμένη τάση που δίνουμε, αν μεγαλώσουμε την αντίσταση, θα μικρύνει το Ι. Είναι ξεκάθαρο ότι το ρεύμα είναι μεγαλύτερο και μικρότερο στην μία περίπτωση και στην άλλη. Μου φαίνεται ξεκάθαρο. Δε ξέρω γιατί μπερδεύονται Φοιτητής 1: Αυτό που είπε και ο Φοιτητής 3. Πριν χωριζότανε τώρα θα πάει όλο από την Α. Πριν ήταν μεγαλύτερο αλλά πήγαινε από δύο κλάδους. Διδάσκων: Φοιτητή 2, εσύ τι πιστεύεις; Φοιτητής 2: Εγώ έβαλα αυξάνεται. Γιατί πιστεύω ότι μολονότι μειώνεται το ρεύμα αφού θα περάσει όλο από το Α θα φωτοβολεί περισσότερο. Φοιτητής 6: Εγώ έβαλα ότι μένει σταθερή. Διδάσκων: Γιατί; Φοιτητής 6: Γιατί είπα ότι μειώνεται το ρεύμα αλλά περνάει μόνο από το Α. Δεν ήξερα τι ακριβώς θα γίνει οπότε έβαλα ότι θα μένει σταθερή. [284]

305 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 4: Να ρωτήσω κάτι; Αυτά τα δύο είναι παράλληλα έτσι; Διδάσκων: Ναι. Φοιτητής 4: Έχουν την ίδια τάση, σωστά; Οπότε, προφανώς, βγάζοντας αυτά, δεν χρειάζεται καν υπολογισμούς, ότι ανεξάρτητα της τιμής της αντίστασης θα πάει λιγότερο ρεύμα στο Α από ό,τι πήγαινε πριν. Έτσι; Αυτό δεν είναι; Διδάσκων: Άρα ποια είναι η σωστή απάντηση; Φοιτητής 4: Το 2, αυτό που είπα πριν. Δε χρειάζεται καν να ξέρουμε τιμές από αντιστάσεις. Φοιτητής 9: Εγώ μπερδεύτηκα τώρα όμως Διδάσκων: Για πες μας τι σκεφτόσουν στην αρχή; Φοιτητής 9: Το Α, αλλά να πω τι σκέφτομαι τώρα; Ότι, η τάση αν είναι ίδια σε όλα, από το Α θα περνάει πάντα σταθερό ρεύμα γιατί είναι σταθερή η τιμή της αντίστασης, ανεξάρτητα τι γίνεται στα υπόλοιπα. Άρα θα έχει σταθερή φωτεινότητα. Φοιτητής 5: Ναι αλλά αν το βγάλεις το Γ αλλάζεις την αντίσταση. Φοιτητής 9: Αλλάζεις την αντίσταση τη συνολική. Αλλά η τάση δεν θα είναι η ίδια στα άκρα όλου του κυκλώματος; Φοιτητής 5: Ναι αλλά η τάση καταλήγει σε αυτά τα άκρα. Αν αλλάζεις την αντίσταση και ίδια να είναι η αντίσταση θα αλλάζει το ρεύμα. Φοιτητής 9: Σε κάθε περίπτωση στα άκρα του Α, η αντίσταση εκεί μέσα είναι Α. Και κάθε φορά η τάση στα άκρα του Α είναι η ίδια. Φοιτητής 5: Ναι αλλά είναι η τάση ίδια και στο άλλο που αλλάζεις. Αν έχεις μία αντίσταση και μία αντίσταση που είναι παράλληλες εδώ πέρα (δείχνει με τα χέρια) αν μπαινοβγάζεις την κάτω ή την αλλάξεις, επηρεάζεται και το πάνω. Φοιτητής 9: Δε νομίζω γιατί, Φοιτητής 5: Αφού το αλλάζεις! Φοιτητής 9: Ναι αλλά έχουμε κάνει κάποια κυκλώματα που τα βάζαμε έτσι ώστε αν χαλάει το ένα το άλλο να μένει το ίδιο Φοιτητής 4: Ο Φοιτητής 9 έχει δίκιο! Εγώ δεν το σκέφτηκα έτσι. [285]

306 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 9: Κι εγώ τώρα το σκέφτηκα! Φοιτητής 4: Ο νόμος του Ωμ θα ισχύει Διδάσκων: Ας κάνουμε το κύκλωμα. Βγάζω το Γ. Τι γίνεται στον Α; Ο διδάσκων πραγματοποιεί τη διάταξη και εκτελεί το πείραμα. Πλήθος: Μένει το ίδιο! Φοιτητής 5: Γιατί; Διδάσκων: Προφανώς σωστή απάντηση είναι το Β, μένει σταθερή. Φοιτητής 5: Στο προηγούμενο μάθημα μάθαμε ότι το κύκλωμα είναι ένα σύστημα. Και άμα αλλάζει κάτι κάπου αλλάζει όλο το κύκλωμα. Η παραπάνω συζήτηση είναι πολύ ενδιαφέρουσα και αναδεικνύει τη δυναμική της ανταλλαγής επιχειρημάτων μεταξύ των φοιτητών ακόμη κι όταν κανένας αρχικά δεν έχει απαντήσει ορθά και για σωστούς λόγους. Όλοι οι φοιτητές που πήραν αρχικά το λόγο προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν το μοντέλο του ρεύματος και της αντίστασης για να προβλέψουν τη συμπεριφορά του κυκλώματος. Έφτασαν έτσι είτε σε αδιέξοδο είτε οδηγήθηκαν σε αυθαίρετα συμπεράσματα. Το νήμα άρχισε να ξετυλίγεται όταν ο Φοιτητής 4 έθεσε υπόψη όλων ότι η πηγή προσφέρει σταθερή τάση και όχι ρεύμα. Αυτό οδήγησε, μετά από αρκετή κουβέντα, το Φοιτητή 9 να διατυπώσει τη σωστή επιχειρηματολογία η οποία αν και δεν υιοθετήθηκε από όλους τους φοιτητές απέκτησε οπαδούς. Για να δοθεί η δυνατότητα επιβεβαίωσης από το διδάσκοντα αλλά και τους φοιτητές της γνώσης και της εμπειρίας που αποκτήθηκε με την ερώτηση Q3 (ανάπτυξη μεταγνωστικών μηχανισμών), τέθηκε η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Β ) η οποία απαιτεί την εφαρμογή της ίδιας φυσικής αρχής με αυτήν της ερώτησης Q3. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 111). Διάγραμμα 111. Κατανομή απαντήσεων, Q4. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). [286]

307 Κεφάλαιο 6 Ακολούθησε η Συζήτηση 5. Συζήτηση 5 Φοιτητής 9: Εγώ σκέφτηκα όπως σκέφτηκα πριν. Ότι η τάση στα άκρα των Β, Γ είναι σταθερή, είτε υπάρχει το Α είτε δεν υπάρχει είτε άλλα πράγματα πάνω από το Α. Άρα το ρεύμα που θα τα διαρρέει θα είναι το ίδιο. Διδάσκων: Ποιος απάντησε το Α; Φοιτητής 5: Εγώ. Σκέφτηκα πάλι έτσι. Είχαμε μία παράλληλη σύνδεση, έφυγε η Α, άρα μεγάλωσε η αντίσταση, άρα μειώθηκε το ρεύμα. Διδάσκων: Το ολικό ρεύμα. Φοιτητής 5: Το ολικό όπως πριν. Αφού μειώθηκε το ολικό περνάει και λιγότερο. Διδάσκων: Φοιτητή 2 πες μας κι εσύ που σε βλέπω να το σκέφτεσαι πάρα πολύ. Φοιτητής 2: Εγώ όπως σκέφτηκε και η Φοιτητής 5 σκέφτηκα. Αφού η αντίσταση αυξάνεται, το ρεύμα μειώνεται, άρα η φωτεινότητα μειώνεται. Διδάσκων: Τι απαντάς σε αυτό που λέει ο Φοιτητής 9; Φοιτητής 2: Δε ξέρω Να είναι ίδια η τάση στα Β και Γ; Ίδιοι αντιστάτες ίδιο ρεύμα; Δε ξέρω, μπορεί Διδάσκων: Πού μπορεί να κάνεις λάθος; Φοιτητής 2: Διδάσκων: Φοιτητή 5 θέλεις να βοηθήσεις την κατάσταση; Φοιτητής 5: Το καταλαβαίνω αυτό με την τάση, ότι η τάση είναι ίδια, η αντίσταση Αλλάζει η αντίσταση στα άκρα! Αλλάζει το ρεύμα, δεν μπορεί να είναι το ίδιο. Δε ξέρω Φοιτητής 4: Αυτό που κατάλαβα είναι ότι και οι δύο σκεφτόταν ότι θα φύγει η πάνω, θα μεγαλώσει η αντίσταση, έτσι θα πάει λιγότερο ρεύμα. Φοιτητής 10: Στην περίπτωση που τα έχουμε όλα μαζί στο κύκλωμα η συνολική αντίσταση είναι μικρή και σαφώς έχουμε μικρότερο ρεύμα. Όταν θα βγάλουμε οποιοδήποτε από τα λαμπάκια εκεί πέρα θα αυξήσουμε την αντίσταση και θα έχουμε ένα δεύτερο ρεύμα. Όμως στην πρώτη περίπτωση το ρεύμα που έχουμε το συνολικό είναι ίσο με αυτό που έχουμε στη δεύτερη περίπτωση συν ένα κομματάκι ακόμα που είναι αυτό που διέρχεται από τον κλάδο που θα απομονώσουμε. [287]

308 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Εννοείς αυτό από εδώ πάνω; Είπαμε στην αρχή, δεν ξέρω αν το κατάλαβες, ότι βγάζοντας τη λάμπα μένει ανοικτό το κύκλωμα. Φοιτητής 10: Ναι. Φοιτητής 3: Εγώ έχω μία απορία. Στην προηγούμενη περίπτωση που βγάλαμε το Γ, αν το κλείναμε το κύκλωμα Β). Διδάσκων: Εννοείς να βγάλουμε τον Γ και να μείνουμε παράλληλα αυτοί οι δύο (δείχνει τους Α και Φοιτητής 4: Το απαντήσαμε αυτό. Ήτανε η ερώτηση 2. Διδάσκων: Ναι ήταν το προηγούμενο σχήμα της ερώτησης 2. Βέβαια δεν ξέρουμε αν είχατε απαντήσει σωστά ακόμη Θα το δούμε σε λίγο. Ας ολοκληρώσουμε αυτό. Τελικά ποια είναι η απάντησή σου; (προς το Φοιτητή 10) Φοιτητής 10: Ότι παραμένει σταθερή. Απλά έδωσα μια ποσοτικοποίηση αυτών που λέμε τώρα με λόγια. Ότι όταν το ρεύμα είναι μεγαλύτερο το επιπλέον του κομμάτι διέρχεται από τον επιπλέον κλάδο. Διδάσκων: Ας δούμε στην πράξη τι γίνεται. Ο διδάσκων κάνει το πείραμα. Διδάσκων: Άρα σωστή απάντηση είναι η 3. Φοιτητής 4: Άρα είναι αυτό που λέει ο Φοιτητής 10, έτσι; Το επιπλέον ρεύμα πηγαίνει από τον επιπλέον κλάδο. Διδάσκων: Ας το δούμε τώρα. Απαντήστε πάλι την ερώτηση 2. Ο Φοιτητής 9 δείχνει ότι με συνέπεια ακολουθεί το ορθό μοντέλο που πρότεινε κατά την προηγούμενη ερώτηση. Τόσο όμως ο Φοιτητής 5 όσο και ο Φοιτητής 2 δυσκολεύονται να το υιοθετήσουν και παραμένουν πιστοί στις εναλλακτικές τους ιδέες. Ο Φοιτητής 10 μολονότι απαντάει σωστά χρησιμοποιεί ένα υβριδικό εξηγητικό μοντέλο για να υποστηρίξει τη διαισθητική του άποψη. Στο πλαίσιο αυτό τέθηκε η ερώτηση Q5 (Παράρτημα Β ) η οποία είναι ουσιαστικά η ερώτηση Q2, με σκοπό να αποτιμηθεί η διδακτική παρέμβαση που επιχειρήθηκε σε αυτή τη φάση της διδασκαλίας. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 109, Β γύρος). Ακολούθησε η Συζήτηση 6. [288]

309 Κεφάλαιο 6 Συζήτηση 6 Διδάσκων: Αυτό είναι. Όπως είπε και ο Φοιτητής 10 πριν, η πηγή δίνει σταθερή τάση και όχι ρεύμα, το είπε και ο Φοιτητής 9. Επομένως όταν είναι μόνο ο λαμπτήρας 1 συνδεδεμένος μας δίνει το ρεύμα που χρειάζεται ο λαμπτήρας 1 για να δουλέψει. Συνδέοντας λοιπόν παράλληλα τον αντιστάτη 2, τον λαμπτήρα 2, αυξάνουμε το ρεύμα που δίνει η πηγή αλλά αυξάνεται τόσο ώστε να ανάψει και ο 2. Ο 1 δεν έχει μεταβολή. Το ρεύμα που είναι να πάρει το παίρνει. Αφού οι λαμπτήρες έχουν ίσες αντιστάσεις, οι τάσεις στα άκρα τους είναι οι ίδιες, διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα. Έτσι εξηγείται λοιπόν και μπορείτε να καταλάβετε και τις προηγούμενες ερωτήσεις. Με σκοπό να προχωρήσει στη διαπραγμάτευση του δεύτερου κανόνα του Κίρκοφ, ο διδάσκων ζήτησε από τις ομάδες των φοιτητών να μετρήσουν πώς μεταβάλλεται η τάση κατά μήκος του κλειστού κυκλώματος της Εικόνας 3 (παράγραφος 4.3.4), το οποίο κλήθηκαν να συναρμολογήσουν. Έχοντας τον ένα ακροδέκτη του βολτόμετρου διαρκώς στη γείωση της πηγής σταθερής συνεχούς τάσης (σημείο Ο), μετακίνησαν τον άλλο ακροδέκτη σε διάφορα σημεία του κυκλώματος (Α, Β, Γ, Δ και Ε), κατέγραψαν τις ενδείξεις και αποτύπωσαν τις μετρήσεις τους σε ένα διάγραμμα V x, όπου V το δυναμικό στα παραπάνω διάφορα σημεία (θεωρώντας ότι το δυναμικό στο σημείο Ο είναι ίσο με μηδέν) και x τα συγκεκριμένα σημεία του κλειστού ηλεκτρικού κυκλώματος. Αφού ολοκληρώθηκαν οι μετρήσεις από όλες τις ομάδες ακολούθησε η Συζήτηση 7. Συζήτηση 7 Διδάσκων: Τι συμπέρασμα βγάζετε; Φοιτητής 3: Κάθε φορά που περνάμε από μια αντίσταση έχουμε μία πτώση τάσης. Διδάσκων: Σε σχέση με το από πού ξεκινάμε και το πού καταλήγουμε, έχει κανείς καμία ιδέα; Φοιτητής 9: Αυτό ήθελα να πω. Από μηδέν ξεκινήσαμε σε μηδέν καταλήξαμε. Διδάσκων: Αυτή είναι η ιδέα του Κίρκοφ για το δεύτερο κανόνα του. Το άθροισμα των τάσεων κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος είναι ίσο με μηδέν. Προχωρώντας στο στάδιο της εφαρμογής του δεύτερου κανόνα του Κίρκοφ σε απλά ηλεκτρικά κυκλώματα, τέθηκε η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Β ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 112). [289]

310 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 112. Κατανομή απαντήσεων, Q6. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 8. Συζήτηση 8 Διδάσκων: Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Ας μας πει κάποιος γιατί κατά τη γνώμη του το ρεύμα θα είναι Ι/2; Φοιτητής 1: Εγώ το έβαλα. Τα λαμπάκια είναι όμοια οπότε θα έχουν την ίδια αντίσταση. Άρα το ρεύμα σε κάθε κλάδο θα είναι ίδιο. Και στον πάνω και στον κάτω. Και μετά οι αντιστάτες που είναι σε κάθε κλάδο είναι ίδιοι οπότε, είναι και σε σειρά, οπότε θα έχουμε το ίδιο ρεύμα και σε αυτούς. Διδάσκων: Τι πιστεύουν αυτοί που απάντησαν Ι/4; αυτό. Φοιτητής 9: Εγώ! Απάντησα στην τύχη Μπερδεύτηκα, δεν ήξερα τι να απαντήσω και πάτησα Φοιτητής 4: Κι εγώ απάντησα Ι/4, μπερδεύτηκα και ήθελα μετά να το αλλάξω. Μετά σκέφτηκα ότι αφού είναι ίδιες όλες οι αντιστάσεις το ρεύμα που θα περνάει θα είναι το ίδιο πάνω και κάτω, και αφού οι αντιστάσεις σε κάθε κλάδο είναι σε σειρά το ρεύμα που θα περνάει από αυτές θα είναι ίδιο, οπότε Διδάσκων: Τώρα τι απαντάς; Φοιτητής 4: Μετά από σκέψη, δεν το σκέφτηκα καλά ακόμη Διδάσκων: Σε αφήνω να το σκεφτείς λίγο ακόμη. Ποιος απάντησε το 3; Φοιτητής 5: Απάντησα το 3 γιατί εκεί στην αρχή το ρεύμα θα σπάσει σε Ι/2 και Ι/2 και στο επόμενο σημείο πάλι θα σπάσει προς το αμπερόμετρο και προς την επόμενη αντίσταση, αλλά θα είναι και προς τα πάνω και προς τα κάτω. Αλλά αυτά τα ρεύματα θα είναι ίσα και αντίθετα επειδή οι αντιστάσεις θα είναι ίδιες, οπότε [290]

311 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Ξέρεις, δεν γίνεται να έχουμε δύο ρεύματα αντίθετα Φοιτητής 5: Με αντίθετη φορά. Γιατί; Από κάτω δεν θα γίνει αυτό; Διδάσκων: Υπάρχει ένα ρεύμα πάντα, ή θετικό ή αρνητικό ή μηδέν. Δε γίνεται να υπάρχουν δύο ρεύματα, δε συγκρούονται. Αφού το ρεύμα είναι φορτίο που περνάει ανά μονάδα χρόνου. Δε γίνεται να περνάει άλλο φορτίο προς τα πάνω και άλλο φορτίο προς τα κάτω. Ένα θα είναι το φορτίο. Φοιτητής 5: Δηλαδή από κάτω που θα Διδάσκων: Εννοείς εδώ (δείχνει τον κόμβο στον κάτω κλάδο, κάτω από το αμπερόμετρο). Φοιτητής 5: Ναι, εκεί δεν θα διακλαδώνεται το ρεύμα; Διδάσκων: Ναι, αλλά θα υπάρχει ένα ρεύμα. Φοιτητής 5: Τι εννοείς; Διδάσκων: Δε γίνεται να υπάρχουν δύο ρεύματα. Φοιτητής 5: Δηλαδή εκεί θα υπάρχει ένα ρεύμα που θα πηγαίνει είτε πάνω είτε κάτω; Διδάσκων: Ναι, έτσι θα γίνεται σε κάθε κλάδο μας. Και παντού υπάρχει ένα ρεύμα. Φοιτητής 5: Εγώ έτσι το σκέφτηκα ότι θα διακλαδωθεί το ρεύμα Φοιτητής 2: Είπαμε ότι οι αντιστάτες είναι ίδιοι άρα έχουμε ίδια πτώση τάσης. Εκεί που συνδέσαμε το αμπερόμετρο είναι ίδια, η τάση στο πάνω μέρος είναι ίδια με την τάση στο κάτω μέρος, άρα διαφορά δυναμικού μηδέν άρα δεν θα περάσει ρεύμα από εκεί. Για αυτό θα είναι μηδέν. Φοιτητής 4: Το ξαναλές; Φοιτητής 2: Η πτώση τάσης μετά τους πρώτους αντιστάτες είναι ίδια, οπότε η διαφορά δυναμικού στο αμπερόμετρο είναι μηδέν. Άρα δεν θα περάσει ρεύμα από το αμπερόμετρο άρα η ένδειξη θα είναι μηδέν. Διδάσκων: Τι λες Φοιτητή 4; Φοιτητής 4: Θέλω χρόνο να το σκεφτώ, δεν είμαι σίγουρος. Φοιτητής 6: Εγώ σκέφτηκα όπως η Φοιτητής 5. Για αυτό απάντησα μηδέν. Ότι υπάρχουν δύο ρεύματα [291]

312 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Εγώ συμφωνώ με την άποψη της διαφοράς δυναμικού των δύο σημείων. Μόνο που όπως είπαμε και στο προηγούμενο μάθημα, άλλο τάση άλλο δυναμικό. Γιατί είπε τάση ενώ είναι το δυναμικό στα δύο σημεία. Διδάσκων: Άρα, εσύ πώς το λες ολοκληρωμένα; Φοιτητής 10: Νομίζω ότι το είπε, ήταν σαφής. Διδάσκων: Να κάνουμε το πείραμα να δούμε; Ο Φοιτητής 1 υιοθετεί ένα μεριστικό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος. Εντύπωση προκαλεί ότι ο Φοιτητής 9 αδυνατεί να επεκτείνει το μοντέλο που ανέπτυξε στις προηγούμενες ερωτήσεις και απαντάει, κατά τη δήλωσή του, στην τύχη. Οι Φοιτητές 5 και 6 υιοθετούν ένα μοντέλο αντίθετων συγκρουόμενων ρευμάτων και ειδικά ο Φοιτητής 5 δεν φαίνεται διατεθειμένος να το αποχωριστεί. Οι Φοιτητές 2 και 10 υιοθετούν το επιστημονικό μοντέλο μολονότι η γλώσσα που χρησιμοποιεί ο Φοιτητής 2 παρουσιάζει σφάλματα. Κλήθηκε ένας φοιτητής να συναρμολογήσει το κύκλωμα. Έγινε το πείραμα και το αμπερόμετρο έδειξε μηδέν. Ακολούθησε η Συζήτηση 9. Συζήτηση 9 Φοιτητής 5: Αν αντί για αμπερόμετρο είχαμε αντίσταση, το ρεύμα θα διακλαδωνόταν προς τα πάνω; Πώς θα πήγαινε το ρεύμα; Διδάσκων: Ανάλογα με την αντίσταση, αν ήταν μεγαλύτερη ή μικρότερη από τους αντιστάτες. Φοιτητής 5: Δηλαδή η φορά θα ήτανε μία; Ή από πάνω προς τα κάτω ή από κάτω προς τα πάνω; Διδάσκων: Ναι. Φοιτητής 2: Αν είχαμε αντίσταση αντί για αμπερόμετρο θα περνούσε ρεύμα; Διδάσκων: Ναι. Φοιτητής 2: Αφού η διαφορά δυναμικού εκεί μηδέν δεν θα είναι; Άρα δεν θα περάσει ρεύμα πάλι. Διδάσκων: Δεν θα περάσει ρεύμα. Έχει δίκιο Φοιτητής 2. Δεν θα περάσει ρεύμα γιατί το δυναμικό θα είναι πάλι το ίδιο. Πολύ σωστά Ας δούμε και την 7η ερώτηση. Ο Φοιτητής 2 επιβεβαιώνει ότι έχει κατανοήσει το φαινόμενο εφαρμόζοντας το σωστό μοντέλο σε μία διαφορετική κατάσταση. Ο Φοιτητής 5 επιβεβαιώνει και αυτός ότι διατηρεί σοβαρές αμφιβολίες σχετικά με το φυσικό μηχανισμό της διάταξης. [292]

313 Κεφάλαιο 6 Συνεχίζοντας στο στάδιο της εφαρμογής της νέας γνώσης, τέθηκε η ερώτηση Q7 (Παράρτημα Β), η οποία είναι ισομορφική με την ερώτηση Q3 (Παράρτημα Β ) του προηγούμενου μαθήματος που είχε τεθεί τρεις φορές. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 113). Διάγραμμα 113. Κατανομή απαντήσεων, Q7. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 10. Συζήτηση 10 Φοιτητής 3: Απάντησα το 4 αλλά έκανα λάθος. Νομίζω ότι είναι το 3. Διδάσκων: Πώς το σκέφτηκες; Φοιτητής 3: Πιστεύω ότι από τη στιγμή που η πηγή μας δίνει σταθερή τάση, είτε αλλάξουμε είτε δεν αλλάξουμε το κύκλωμα. Είτε κλείσει ο διακόπτης είτε όχι, θα μεταβληθεί η συνολική αντίσταση, αλλά αυτό που θα μεταβληθεί σε ολόκληρο το κύκλωμα θα είναι το ρεύμα όχι η τάση της πηγής. Η τάση της πηγής θα είναι σταθερή. Φοιτητής 4: Εμείς δε ζητάμε την τάση στα άκρα της πηγής αλλά στα άκρα του Α και Β. Φοιτητής 3: Τώρα μπερδεύτηκα Όχι η τάση θα είναι ίδια. Διδάσκων: Άρα λες το 3. Ας μας πει αυτός που απάντησε το 1. Φοιτητής 1: Εγώ είμαι. Η τάση στο Α μένει σταθερή, είμαι σίγουρος γι αυτό. Εγώ: Γιατί είσαι τόσο σίγουρος ότι δεν αλλάζει στο Α; Φοιτητής 1: Δεν αλλάζει κάτι στο Α. Ό,τι γίνεται, γίνεται μετά [293]

314 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Να πω κάτι στο Φοιτητή 1; Ότι, αν θεωρήσει την τάση του Α σταθερή, τότε δεν υπάρχει λόγος να μη θεωρήσει σταθερή και την τάση στα άκρα και του Β. Φοιτητής 1: Ναι, του Β είναι μετά την διακλάδωση. Φοιτητής 10: Θεωρείς την τάση στα άκρα του Β σταθερή έτσι; Μα η τάση στα άκρα του Β είναι ίδια με την τάση στα άκρα του Γ, αφού είναι παράλληλα Φοιτητής 1: Του Γ δεν θα αλλάξει; Φοιτητής 10: Θεωρείς ότι του Α δεν θα αλλάξει. Το ένα όμως άκρο του Α είναι το ένα άκρο το Β. Και το άλλο άκρο του Β είναι το άκρο της πηγής, τότε Διδάσκων: Οπότε απαντάς; Φοιτητής 10: Εγώ; Ο Φοιτητής 1 θα έπρεπε να απαντήσει το 3. Διδάσκων: Εσύ ποιο απάντησες; Φοιτητής 10: Το 3. Συμφωνώ με τον εαυτό μου! Διδάσκων: Ποιος απάντησε το 2; Φοιτητής 5: Εγώ, αλλά δε συμφωνώ με αυτό. Το 4 μου φαίνεται σωστό, αλλά το απάντησα έτσι Διδάσκων: Γιατί το 4; Φοιτητής 5: Γιατί αν κλείσουμε το διακόπτη στο Γ, θα αλλάξουμε την αντίσταση του κυκλώματος. Θα μειωθεί. Άρα θα αλλάξει και το ρεύμα που περνάει από την Α. Άρα θα αλλάξει η τάση εφόσον η αντίστασή του θα μείνει η ίδια και θα αλλάξει το ρεύμα, θα αλλάξει η τάση στο Α. Επειδή η συνολική τάση της πηγής μένει η ίδια, άρα θα πρέπει να αλλάξει και η άλλη τάση στα άκρα των Β και Γ. Άρα αλλάζουν και οι δύο. Διδάσκων: Είσαι σίγουρος; Φοιτητής 5: Όχι! Διδάσκων: Υπάρχει άλλη άποψη; Φοιτητής 4: Εγώ απάντησα το 4. Στην αρχή σκέφτηκα ότι το άθροισμα στα άκρα του Α και των άλλων δύο είναι η τάση της πηγής που είναι σταθερή. Επομένως ή και τα δύο θα αλλάξουν ή και τα δύο θα μείνουν σταθερά. Εφόσον αλλάζει η αντίσταση, μειώνεται, κλείνοντας το Γ, και επηρέασε την τάση. Αφού θα αλλάξει αυτό, δεν ξέρω, πρέπει να αλλάξει και το Α. [294]

315 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 9: Εγώ είπα ότι θα είναι σταθερές, με τη λογική ότι το άθροισμα θα πρέπει να παραμένει σταθερό, και μετά ότι το Γ θα έχει ίδια τάση με το Β χωρίς να μπορεί να αλλάξει. Άρα και του Α θα πρέπει να είναι σταθερή. Διδάσκων: Ας σκεφτούμε όμως κάτι άλλο. Οι λαμπτήρες είναι όμοιοι, έτσι; Στην αρχή έχουμε σε σειρά το Α με το Β. Αν π.χ. η πηγή μας δίνει 10 V, έχουμε 5 στο Α και 5 στο Β. Συνδέοντας όμως το Γ παράλληλα με το Β, δε μειώνεται η αντίσταση του βρόχου εδώ πέρα; Άρα δεν μεγαλώνει το ρεύμα; Το ρεύμα δε μεγαλώνει γιατί είναι ίδιο με το Α γιατί αν βάλουμε την ολική αντίσταση των Β και Γ είναι μικρότερη. Αν τη βάλουμε σε σειρά με το Α, μπορούμε να πούμε ότι είναι το ίδιο ρεύμα αλλά αλλάζει η τάση γιατί άλλαξε η αντίσταση. Η μία μεγαλώνει και η άλλη μικραίνει. Καταλάβατε; Έτσι λοιπόν εξηγείται και άρα σωστή απάντηση είναι το 4, και οι δύο τάσεις μεταβάλλονται. Ο Φοιτητής 3 δεν έχει κατανοήσει την εκφώνηση της ερώτησης και απαντάει λανθασμένα. Ο Φοιτητής 1 υιοθετεί ένα τοπικό μοντέλο το οποίο ο Φοιτητής 10 προσπαθεί να ανατρέψει με λογικά βήματα, τα οποία όμως φαίνονται να στηρίζονται στο ίδιο τοπικό μοντέλο. Οι Φοιτητές 5 και 4 υιοθετούν το σωστό μοντέλο και το στηρίζουν με ορθά επιχειρήματα. Αντίθετα, ο Φοιτητής 9 φαίνεται κι αυτός να υιοθετεί επίσης ένα τοπικό μοντέλο με αποτέλεσμα να απαντάει λανθασμένα. Με σκοπό να επιχειρηθεί η εφαρμογή των δύο κανόνων του Κίρκοφ σε ηλεκτρικά κυκλώματα με περισσότερες πηγές τάσης, ο διδάσκων έθεσε καταρχάς την ερώτηση Q8 (Παράρτημα Β ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 114). Διάγραμμα 114. Κατανομή απαντήσεων, Q8. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ο διδάσκων, χωρίς να πάρει θέση για τη σωστή απάντηση ή να προκαλέσει συζήτηση, συναρμολόγησε το κύκλωμα αλλά σύνδεσε εσκεμμένα αντίθετα τις δύο πηγές, τις οποίες είχε φροντίσει να έχουν την ίδια ΗΕΔ, με σκοπό να φέρει σε γνωστική σύγκρουση τους φοιτητές και να [295]

316 Κεφάλαιο 6 προκαλέσει το ενδιαφέρον τους. Έτρεξε το πείραμα, αλλά ο ανεμιστήρας δε λειτούργησε. Ζήτησε από τους φοιτητές να περιγράψουν με όρους Φυσικής το αποτέλεσμα του πειράματος. Ακολούθησε η Συζήτηση 11. Συζήτηση 11 Φοιτητής 4: Στη διαφάνεια οι πηγές είναι σε σειρά, ενώ στο κύκλωμα φαίνονται να είναι παράλληλα. Διδάσκων: Δεν είναι παράλληλα, συνδέονται σε σειρά. Σηκώθηκε ο Φοιτητής 3. Παρατήρησε το κύκλωμα και άλλαξε την πολικότητα της 2ης μπαταρίας. Δόθηκε η σωστή απάντηση από το διδάσκοντα. Στο πλαίσιο αυτό τέθηκε η ερώτηση Q9 (Παράρτημα Β ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 115). Διάγραμμα 115. Κατανομή απαντήσεων, Q9. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 12. Συζήτηση 12 Διδάσκων: Κάποιος απαντάει ότι και οι δύο λαμπτήρες θα σβήσουν. Μπορεί να το δικαιολογήσει; Φοιτητής 4: Απλά σκέφτηκα ότι κλείνοντας εκείνο το σημείο θα έχουμε δύο ρεύματα ένα από κάθε πηγή. Εντάξει, στο κύκλωμα θα υπάρχει ένα ρεύμα, αλλά υπάρχει μία τάση να κινηθούν τα φορτία και προς τις δύο διευθύνσεις αλλά επειδή οι δύο πηγές είναι συνδεμένες αντίθετα το συνολικό ρεύμα θα είναι μηδέν. Άρα το 1 ότι σβήνουν οι λάμπες. Φοιτητής 10: Εγώ δεν κατάλαβα τι είπε για την τάση των ρευμάτων που θα πάνε αντίθετα [296]

317 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 4: Κλείνοντας το διακόπτη υπάρχουν δύο πηγές οι οποίες τείνουν να κινήσουν τους φορείς η μία προς τη μία κατεύθυνση και η άλλη προς την αντίθετη. Με αποτέλεσμα το συνολικό ρεύμα να είναι μηδέν. Φοιτητής 10: Για τον κλάδο εκείνο μιλάς; Φοιτητής 4: Έστω για τον κλάδο αλλά και γενικά. Θα υπάρχει ένα ρεύμα που θα είναι μηδέν. Φοιτητής 10: Και οι δύο πηγές έχουν την ίδια φορά. Φοιτητής 4: Με αυτό που κάνει έχουν αντίθετη. Με το που κλείνει, αν το προσέξεις Φοιτητής 3: Δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού εκεί που κλείνει ο διακόπτης. Η τάση είναι ίδια επειδή οι λαμπτήρες είναι ίδιοι. Φοιτητής 10: Εγώ απάντησα το 4. Με το σκεπτικό ότι δεν θα περάσει ρεύμα από τον κλάδο που δημιουργήσαμε. Διδάσκων: Για ποιον λόγο; Φοιτητής 10: Υπάρχει λόγος για να περάσει ένα ρεύμα όταν υπάρχει μία διαφορά δυναμικού. Μεταξύ του σημείου που είναι ανάμεσα στα Α και Β και του σημείου που είναι ανάμεσα στις πηγές. Διδάσκων: Και εσύ τι πιστεύεις, υπάρχει ή δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού; Φοιτητής 10: Διδάσκων: Φοιτητής 5, τι λες; Φοιτητής 5: Εγώ το 4 έβαλα, αλλά δεν, δεν το πιστεύω Ενστικτωδώς. Φοιτητής 3: Οι δύο πηγές είναι όμοιες. Η κάθε μία δηλαδή δίνει την ίδια διαφορά δυναμικού. Που σημαίνει ότι ενδιάμεσα στη μέση που βάλαμε τον κλάδο η διαφορά δυναμικού θα είναι η μισή από τη διαφορά δυναμικού που είναι στα άκρα των πηγών. Επειδή οι λαμπτήρες είναι ίδιοι, η πτώση τάσης στα άκρα του καθενός είναι η μισή της πτώσης τάσης της ολικής. Άρα, στον κλάδο τον ενδιάμεσο που δημιουργήσαμε δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού. Διδάσκων: Πολύ σωστά. Η σωστή απάντηση είναι η 4. Γιατί όμως είπε και ο Φοιτητής 3, οι διαφορές δυναμικού εδώ όπως κι εδώ (δείχνει τα άκρα του Β και της πηγής που βρίσκεται απέναντι από αυτόν καθώς και τα άκρα του Α και της αντίστοιχης πηγής) είναι ίδιες οπότε δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού (δείχνει τα άκρα του εμβόλιμου κλάδου). Οπότε είτε ανοικτό είτε κλειστό δεν γίνεται καμία μεταβολή. Είναι το ίδιο κύκλωμα όπως και προηγούμενο που ήταν οριζόντιο. [297]

318 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 5: Μπορείτε να επαναλάβετε λίγο; Διδάσκων: Λέμε ότι η διαφορά δυναμικού εδώ (δείχνει τα άκρα της κάτω πηγής) είναι ίση με τη διαφορά δυναμικού εδώ (δείχνει τα άκρα του Β), όπως και η διαφορά δυναμικού εδώ (δείχνει τα άκρα της πάνω πηγής) είναι ίση με τη διαφορά δυναμικού εδώ (δείχνει τα άκρα του Α). Εδώ (δείχνει το αριστερό άκρο του εμβόλιμου σύρματος) κι εδώ (δείχνει το δεξί άκρο του ίδιου σύρματος) δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού γιατί είναι έτσι (δείχνει τους δύο λαμπτήρες). Άρα λοιπόν δεν θα υπάρχει ρεύμα ανάμεσά τους επειδή δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού. Ας το δούμε κιόλας (πραγματοποιεί το πείραμα). Ο Φοιτητής 4 επιχειρεί να περιγράψει τη συμπεριφορά του ηλεκτρικού κυκλώματος θεωρώντας την ανεξάρτητη δράση κάθε μίας πηγής και χρησιμοποιώντας μία εκδοχή ενός μοντέλου συγκρουόμενων ρευμάτων. Καταλήγει, λανθασμένα, ότι οι δυο λαμπτήρες θα παραμείνουν σβηστοί. Οι Φοιτητές 3 και 10 αντιτάσσουν επιχειρήματα σύμφωνα με τα οποία ο κλάδος στον οποίο βρίσκεται ο διακόπτης δεν επηρεάζει το κύκλωμα επειδή η διαφορά δυναμικού στα άκρα του είναι ίση με μηδέν. Ο Φοιτητής 5 απαντάει σωστά αλλά για λόγους διαισθητικούς και τυχαίους. Ολοκληρώνοντας τη διδακτική παρέμβαση τέθηκε η ερώτηση Q10 (Παράρτημα Β ), στο κύκλωμα της οποίας χρησιμοποιήθηκαν τρεις πηγές. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 116). Διάγραμμα 116. Κατανομή απαντήσεων, Q10. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 13. Συζήτηση 13 Διδάσκων: Κάποιος που απάντησε το 1; [298]

319 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 10: Απάντησα εγώ το 1. Εντάξει το σκέφτηκα, επειδή ας πούμε οι δύο λάμπες είναι όμοιες, στην πρώτη περίπτωση που είναι ανοικτός ο διακόπτης, η πτώση τάσης στα άκρα τους μοιράζεται. Και επειδή έχουμε δύο πηγές μπορούμε να πούμε ότι η πτώση τάσης θα είναι ίση με την τάση της μίας πηγής. Όταν κλείνουμε το διακόπτη η τάση στα άκρα του Β θα είναι η διαφορά δυναμικού των πόλων της πηγής στα δεξιά του. Οπότε επειδή είναι ίδια με τη διαφορά δυναμικού πριν δεν θα αλλάξει κάτι. Διδάσκων: Κάποιος που συμφωνεί; Φοιτητής 3: Εγώ. Κι εγώ έτσι το σκέφτηκα. Φοιτητής 4: Να ρωτήσω κάτι; Στα άκρα του Β, γιατί η τάση να μην αλλάξει; Είπε ο Φοιτητής 10 ότι δεν θα αλλάξει Διδάσκων: Εσύ τι σκέφτηκες; Φοιτητής 4: Θέλω να ξεκαθαρίσω αυτό το συγκεκριμένο, εγώ σκέφτηκα άλλα πράγματα. Φοιτητής 10: Εγώ θεώρησα ότι είναι η τάση στα άκρα της πηγής, έτσι δεν είναι; Φοιτητής 4: Της πηγής όμως αυτής και της άλλης. Πώς το σκέφτηκες ότι θα είναι ίδια; πηγή; Φοιτητής 10: Αφού η Β έχει τα ίδια άκρα με την πηγή. Μπορεί να έχει άλλη τάση από ό,τι έχει η Φοιτητής 4: Ναι, ποια πηγή λες αυτή από εδώ ή την από εκεί; Φοιτητής 10: Έχει τα ίδια άκρα με την πηγή στα δεξιά. Αν είχε διαφορετική τάση δεν θα ισχύει η αρχή διατήρησης της ενέργειας. Πώς θα γίνει; Αν ξεκινήσουμε από το θετικό πόλο για να πάμε στον αρνητικό στο κύκλωμα, δεν θα βγαίνει μηδέν, θα βγαίνει διαφορετικό του μηδενός. Φοιτητής 4: Καταλαβαίνω ότι πρέπει να βγαίνει μηδέν. Δεν επηρεάζει όμως και η άλλη πηγή; Διδάσκων: Θες να μας πεις πώς σκέφτηκες, μήπως βοηθήσει και τους υπόλοιπους; Φοιτητής 4: Απλά, προφανώς όταν βάζουμε τη νέα πηγή θα συμβάλλει και αυτή στα άκρα του Β. Και προφανώς θα έχουμε αλλαγή της τάσης στα άκρα του Β με αποτέλεσμα να αλλάξει και η τάση στα άκρα του Α. Διδάσκων: Άρα κάποιος συνδυασμός λες. Κάποιος που να συμφωνεί με το Φοιτητή 4; Φοιτητής 2: Ο Φοιτητής 4 λέει δηλαδή ότι στο ένα θα αυξάνεται και στο άλλο θα μειώνεται; [299]

320 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 4: Όχι δεν είπα αυτό. Είπα ότι θα υπάρχει διαφορά. Άλλο αν θα αυξηθεί ή θα μειωθεί. Αυτό θα το συζητήσουμε Φοιτητής 2: Εγώ λέω ότι θα αυξηθεί η τάση στα άκρα του Β, αφού θα του προσφέρει τάση Αλλά τέλος πάντων, δεν ξέρω Διδάσκων: Άρα απαντάς το 4; Φοιτητής 2: Το 6 έβαλα γιατί δεν ξέρω τι θα γίνει στο Α. Το Β αυξάνεται αλλά το Α δε ξέρω. Φοιτητής 9: Προβληματίστηκα Εγώ το είδα ενεργειακά. Αν έχεις δύο μπαταρίες και βάλεις και ακόμη μία, κάτι πρέπει να δίνει και η τρίτη μπαταρία, δε γίνεται Έβαλα ότι αυξάνεται το Β αλλά δεν είμαι σίγουρη. Μπορεί να ισχύει και το 1. Φοιτητής 10: Δηλαδή εδώ πιστεύουν οι συνάδελφοι ότι η τάση στα άκρα του Β θα είναι διαφορετική από την τάση στα άκρα της πηγής; Φοιτητής 3: Ναι. Φοιτητής 5: Όχι Φοιτητής 10: Ε πώς όχι; Φοιτητής 5: Απλά, αυτό αν δε του βάλεις το δεξί κομμάτι, στα άκρα του Β, έχει ήδη κάποια τάση. Από τα αριστερά. Απλά μετά έρχεσαι και του βάζεις κι άλλη. Φοιτητής 10: Στη δεύτερη περίπτωση ποια τάση θα έχει στα άκρα της; Φοιτητής 5: Εγώ νομίζω ότι είναι άθροισμα. Φοιτητής 10: Άρα δεν θα έχει την τάση της πηγής. Φοιτητής 5: Της πηγής θα έχει, όλου αυτού που του δίνουμε Φοιτητής 9: Ναι, αλλά έτσι που είναι συνδεμένο πρέπει να έχει της μίας της πηγής. Φοιτητής 5: Γιατί δεν έχει τάση στα άκρα του έτσι κι αλλιώς; Φοιτητής 10: Δηλαδή το Β δημιουργεί ή αφαιρεί τάση εκεί πέρα. Φοιτητής 5: Όχι! Αφού ήδη έχει τάση από αριστερά. Μπορεί να είχε 2 να του βάλεις άλλα 4 και να έχει 6. Εγώ έτσι το πήρα Θα έχει περισσότερη φωτεινότητα γιατί του βάζεις κι άλλη τάση. Το Α έχει ότι και πριν. [300]

321 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Ας το δούμε Ο Φοιτητής 10 δίνει τη σωστή απάντηση και προσπαθεί να την υπερασπιστεί με επιχειρηματολογία η οποία κινείται στη σωστή κατεύθυνση. Ο Φοιτητής 4 αν και δηλώνει ότι καταλαβαίνει ότι (σύμφωνα με το δεύτερο κανόνα του Κίρκοφ) το άθροισμα των τάσεων κατά μήκος του κυκλώματος θα πρέπει να είναι μηδέν, αδυνατεί να το εφαρμόσει. Θεωρεί ότι μία πηγή, ανεξάρτητα από τον τρόπο που συνδέεται στο κύκλωμα, θα επηρεάζει τη φωτοβολία ενός λαμπτήρα καθώς θα του αυξάνει οπωσδήποτε την τάση στα άκρα του. Παρόμοια είναι και η λογική του Φοιτητή 2 αλλά και του Φοιτητή 9 ο οποίος επικαλείται ενεργειακούς λόγους. Ο Φοιτητής 5 θεωρεί ότι ανεξάρτητα από τον τρόπο σύνδεσης της πηγής στο κύκλωμα, η πολική της τάση θα αθροίζεται με την τάση που εφαρμόζεται σε ένα στοιχείο του κυκλώματος. Ο διδάσκων έκανε το πείραμα και επιχείρησε την ερμηνεία του. Ακολούθησε η Συζήτηση 14. Συζήτηση 14 Διδάσκων: Όπως είπε και ο Φοιτητής 10 πριν, δεν μπορεί να υπάρχει διαφορετική τάση εδώ πέρα (δείχνει τα άκρα του Β) από εδώ (δείχνει τα άκρα της πηγής στα δεξιά). Γιατί αν υπάρχει διαφορετική τάση, σκεφτείτε πρακτικά, αν έχουμε ένα βολτόμετρο και μετρήσουμε εδώ την τάση (δείχνει τα άκρα του Β) και μετακινήσουμε το βολτόμετρο και το πάμε εκεί (δείχνει τα άκρα της πηγής στα δεξιά), υπάρχει περίπτωση να δείχνει διαφορετικά; Πλήθος: Όχι. Διδάσκων: Άρα η τάση εδώ (δείχνει τα άκρα του Β) είναι σταθερή, ωραία; Και είναι ίση με αυτήν (δείχνει τα άκρα της πηγής στα δεξιά). Αν αυτή (δείχνει την πηγή στα δεξιά) είναι ίση με αυτήν (δείχνει την κάτω πηγή στα αριστερά) και ίση με αυτήν (δείχνει την πάνω πηγή στα αριστερά), ας πούμε ότι αυτές ήταν 10 και 10, στην αρχή η συνολική είναι 20, 10 εδώ (δείχνει τα άκρα του Α) και 10 εδώ (δείχνει τα άκρα του Β). Βάζοντας αυτήν εδώ (δείχνει την πηγή στα δεξιά) αυτή έχει 10 (δείχνει τα άκρα της Β), άρα κι εδώ δεν θα έχει άλλα 10 (δείχνει τα άκρα του Α); Για να μας βγαίνει το 20 το συνολικό; Έτσι καταλήγουμε ότι σωστή απάντηση είναι το 1, δεν θα υπάρξει καμία μεταβολή στο κύκλωμα και το αποδείξαμε κιόλας. Φοιτητής 5: Αν οι πηγές δεν ήταν ίδιες δηλαδή, θα υπήρχε μεταβολή στην τάση στα άκρα του Β. Διδάσκων: Ας το δούμε! [301]

322 Κεφάλαιο 6 αληθές. Ο διδάσκων ετοιμάζει πείραμα επίδειξης εκείνη τη στιγμή και επιδεικνύει του λόγου το Προκειμένου να αξιολογηθεί η ικανότητα των φοιτητών να εφαρμόζουν τον πρώτο κανόνα του Κίρκοφ τέθηκε, τέλος, η ερώτηση Q11 (Παράρτημα Β ). Οι φοιτητές απάντησε, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 117). Διάγραμμα 117. Κατανομή απαντήσεων, Q11. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Ακολούθησε η Συζήτηση 15. Συζήτηση 15 Φοιτητής 6: Το ρεύμα στο 5 θα είναι σίγουρα ίσο με το 6. Διδάσκων: Γιατί; Φοιτητής 6: Γιατί το ρεύμα που φεύγει είναι ίδιο με το ρεύμα που επιστρέφει στην πηγή. Τώρα το ρεύμα αυτό μοιράζεται σε δύο ίσα μέρη γιατί έχουμε δύο ίσους αντιστάτες, επομένως το 3 είναι ίσο με το 1, ίσο με το 2 ίσο με το 4. Διδάσκων: Γιατί; Φοιτητής 6: Γιατί το ίδιο ρεύμα διαρρέει τον κάθε κλάδο. Ο Φοιτητής 6 έχει αντιληφθεί σωστά την αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού ρεύματος (αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου) και περιγράφει ικανοποιητικά τη συμπεριφορά του κυκλώματος, αν και η γλώσσα που χρησιμοποιεί δεν είναι απολύτως σωστή. [302]

323 Κεφάλαιο Ανάλυση συγκέντρωσης Στον Πίνακα 25 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις 11 συνολικά ερωτήσεις (Q1-Q11) που τέθηκαν στους φοιτητές του Δ1. Επίσης, για κάθε ερώτηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q2 Q5 Q3 Q4 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 S 0,75 0,00 1,00 0,13 0,75 0,63 0,38 1,00 0,63 0,25 1,00 C 0,58 0,54 1,00 0,37 0,58 0,37 0,20 1,00 0,37 0,30 1,00 Γ 0,41 0,45-0,45 1,00 0,40 0,33-0,40 0,41 - HH LM HH LM HH MM LL HH MM LM HH Πίνακας 25. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Όπως ήδη έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 (παράγραφος 2.3.5), οι κατηγορίες HH και ΜΗ δείχνουν ότι οι μαθητές αντιπαρέρχονται ικανοποιητικά στις απαιτήσεις του συγκεκριμένου θέματος. Από τον Πίνακα 26, προκύπτει ότι σε αυτές τις δύο κατηγορίες κατατάσσονται οι ερωτήσεις Q1, Q4, Q5,Q8 και Q11. Κατηγορία LM LL MM MH HH Ερώτηση Q2, Q3, Q10 Q7 Q6, Q9 - Q1, Q4, Q5, Q8, Q11 Πίνακας 26. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). Κανόνες του Κίρκοφ (Δ2). Στα Διαγράμματα 118 και 119 αποτυπώνεται γραφικά η εξέλιξη στη γνωστική κατάσταση των φοιτητών. Στο Διάγραμμα 118 αποτυπώνεται η εξέλιξη σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 119 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση (Q1) οι φοιτητές υιοθετούν ένα σωστό κυρίαρχο μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q2 και Q5 που είναι ή ίδια ερώτηση διατυπωμένη σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, παρατηρούνται τα εξής: Οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q2) υιοθετώντας αρχικά δύο λανθασμένα μοντέλα (LΜ). Μετά την παρέμβαση που επιχειρήθηκε οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q5 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗH). Ανάλογη είναι η εξέλιξη που καταγράφηκε στις ισομορφικές ερωτήσεις Q3 και Q4. Οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q3) υιοθετώντας αρχικά δύο λανθασμένα μοντέλα (LΜ). Μετά την παρέμβαση που επιχειρήθηκε οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q4 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗH). Στην ερώτηση Q6 οι φοιτητές υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα (ΜΜ) γεγονός που καταγράφηκε λεπτομερώς και στη συζήτηση που ακολούθησε την ερώτηση (Συζήτηση 8). Στην [303]

324 Κεφάλαιο 6 ερώτηση Q7, η οποία είναι μία ερώτηση ισομορφική με την ερώτηση Q3 του Παραρτήματος Α, οι φοιτητές αδυνατούν να κάνουν τους κατάλληλους συσχετισμούς υιοθετώντας τουλάχιστον τρία τυχαία μοντέλα. Στην ερώτηση Q8 οι φοιτητές δεν συνάντησαν δυσκολίες υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗΗ). Ωστόσο στην ερώτηση Q10, η οποία απαιτεί την επέκταση του συλλογισμού που επιχειρήθηκε να αναπτυχθεί κατά την τεκμηρίωση της ερώτησης Q9, οι φοιτητές υιοθετούν δύο λανθασμένα μοντέλα (LΜ). Τέλος, οι φοιτητές υιοθετούν ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗΗ) σχετικά με τον πρώτο κανόνα του Κίρκοφ για να απαντήσουν την ερώτηση Q11. Διάγραμμα 118. Απεικόνιση S-C, κανόνες του Κίρκοφ, Δ2. [304]

325 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 119. Απεικόνιση S-Γ, κανόνες του Κίρκοφ, Δ ος νόμος του Νεύτωνα. Τμήμα Δ1 Στον Πίνακα 27 καταγράφονται οι απαντήσεις καθενός από τους 13 φοιτητές που συμμετείχαν στο μάθημα, στις 8 ερωτήσεις (Q1-Q8), όπως προκύπτουν από το συνοδεύων λογισμικό συλλογής δεδομένων των κλίκερς. Οι φοιτητές έχουν ταξινομηθεί ανά ομάδα. Οι δύο φοιτητές που χειρίστηκαν τις κάμερες καταγραφής της διαδικασίας συμμετείχαν ενεργά στις συζητήσεις αλλά δεν συνεργάστηκαν με κάποιον άλλο, ούτε μεταξύ τους. Στον ίδιο πίνακα (Πίνακας 27) Οι επικεφαλίδες των ερωτήσεων (Q1-Q8) είναι χρωματισμένες και ομαδοποιημένες σε πέντε κατηγορίες. Στην 1η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q1 και Q2 όπου η Q2 είναι η ίδια ερώτηση με την Q1 η οποία τέθηκε για δεύτερη φορά αφού οι φοιτητές συνεργάστηκαν στις ομάδες τους. Στη 2η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q3 και Q4, όπου και πάλι η Q4 είναι η ίδια ερώτηση με την Q3 η οποία τέθηκε για δεύτερη φορά αφού οι φοιτητές συνεργάστηκαν στις ομάδες τους. Στην 3η κατηγορία υπάρχει μόνο η ερώτηση Q5. Στην 4η κατηγορία βρίσκονται οι ερωτήσεις Q6 και Q7 όπου η Q7 είναι η ίδια ερώτηση με την Q6 η οποία τέθηκε για δεύτερη φορά αφού οι φοιτητές συνεργάστηκαν στις ομάδες τους. Τέλος, στην 5η κατηγορία υπάρχει μόνο η ερώτηση Q8 η οποία τέθηκε ως ερώτηση αξιολόγησης στο τέλος της διδακτικής παρέμβασης. [305]

326 Κεφάλαιο 6 Ομάδα Φοιτητής Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Α Φοιτητής 5 C C C C C B B D Α Φοιτητής 10 C C C C A B B D Α Φοιτητής 12 C C C C B A B D Β Φοιτητής 1 C C C C C B C D Β Φοιτητής 4 C C C C C A B D Β Φοιτητής 6 C C A C A C B A Γ Φοιτητής 2 C C B D A A B D Γ Φοιτητής 8 C C B C A C B D Γ Φοιτητής 14 C C C C C B B E Δ Φοιτητής 13 C C C C C B B D Δ Φοιτητής 15 D C C C C B B D Κάμερα Φοιτητής 3 C C A B B D Κάμερα Φοιτητής 7 B D C C B A A D Πίνακας 27. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ1 στο σενάριο του 3ου νόμου του Νεύτωνα. Στο Διάγραμμα 120 δίνεται για κάθε φοιτητή (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας, σε δευτερόλεπτα) σε όλες τις ερωτήσεις. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν κάποιος φοιτητής απαντάει συστηματικά πιο γρήγορα από τους υπόλοιπους, γεγονός που θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι απαντάει βιαστικά και χωρίς ιδιαίτερη προσπάθεια. Στο Διάγραμμα 121 δίνεται για κάθε ερώτηση (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας) των φοιτητών. Από το Διάγραμμα αυτό μπορεί να συναχθεί αν οι φοιτητές συνάντησαν κάποια ιδιαίτερη δυσκολία σε κάποια ερώτηση (μεγάλος μέσος χρόνος απόκρισης) ή αν αντίστοιχα κάποια ερώτηση θεωρήθηκε εύκολη από αυτούς (μικρός μέσος χρόνος απόκρισης). t (s) Διάγραμμα 120. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ1). [306]

327 Κεφάλαιο 6 t (s) Διάγραμμα 121. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ1) Ανάλυση των συζητήσεων Τέθηκε αρχικά η ερώτηση Q1 (Παράρτημα Γ ) με σκοπό να διαπιστωθεί η γνωστική αφετηρία των φοιτητών. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 122, Α γύρος). Διάγραμμα 122. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q2. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Ο διδάσκων, αφού σχολίασε την κατανομή, κάλεσε τους φοιτητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους και να επιχειρηματολογήσουν προσπαθώντας να πείσουν τους συμφοιτητές τους σχετικά με την ακρίβεια της άποψή τους. Στη συνέχεια οι φοιτητές απάντησαν εκ νέου στην ίδια ερώτηση (Ερώτηση Q2, Παράρτημα Γ ). Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων και ζητήθηκε από [307]

328 Κεφάλαιο 6 αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους. Ακολούθησε η Συζήτηση 1. Συζήτηση 1 Φοιτητής 13: Αυτός που είχε ψηφίσει 4 τον πείσαμε και άλλαξε γνώμη, κάποιος άλλος ψήφισε τώρα 4 Διδάσκων: Ποιος ήταν αυτός που ψήφισε το 2; Φοιτητής 7 (κάμεραμαν): Εγώ! Και τώρα ψήφισα 4! Διδάσκων: Πάντως όσοι ψηφίσατε την τρίτη περίπτωση δεν αλλάξατε γνώμη βλέπω Ωραία, ας έρθουμε λοιπόν να το κάνουμε, να δούμε τι γίνεται τελικά. Από την αρχική κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 122, Α γύρος) αλλά και από την κατανομή των απαντήσεων μετά την αλληλεπίδραση μέσα στις ομάδες (Διάγραμμα 122, Β γύρος) προκύπτει ότι οι φοιτητές απαντούν σε συντριπτικό ποσοστό λανθασμένα. Σε αυτή τη φάση της διδακτικής παρέμβασης οι διδασκόμενοι δεν μπορούν να εφαρμόσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να προβλέψουν ότι μία μεταλλική ράβδος έλκεται και άρα έλκει τις μαγνητικές βελόνες. Από το Διάγραμμα 121 προκύπτει ότι ο μέσος χρόνος απάντησης είναι σχετικά μικρός υποδεικνύοντας ότι η ιδέα αυτή είναι ισχυρή. Κατά το Β γύρο απαντήσεων ένας μόνο φοιτητής αλλάζει άποψη υιοθετώντας τη σωστή απάντηση, ο Φοιτητής 7, ο οποίος δεν έχει αλληλεπιδράσει με τους συμφοιτητές τους επειδή χειρίζεται μία από τις κάμερες. Δυστυχώς από τη Συζήτηση 1 δεν αναδύεται ο τρόπος σκέψης του. Σε αυτή την περίπτωση που η συντριπτική πλειοψηφία των φοιτητών υιοθετεί μία κοινή άποψη η προσφυγή σε ομάδες (διδασκαλία μεταξύ ομότιμων) δεν αποδίδει καρπούς. Ο διδάσκων πραγματοποίησε το πείραμα με το μαγνήτη: οι βελόνες στράφηκαν και ο διδάσκων το έδειξε σε όλους τους φοιτητές. Ακολούθησε η Συζήτηση 2. Συζήτηση 2 Διδάσκων: Μπορεί κάποιος να εξηγήσει γιατί συμβαίνει αυτό; Φοιτητής 2: Καταρχάς οι μαγνητικές βελόνες έχουν αυτή την διεύθυνση λόγω του μαγνητικού πεδίου της Γης, κι επειδή και ο μαγνήτης βάζει ένα μαγνητικό πεδίο, όταν τον γυρνάμε επηρεάζει τις βελόνες. Διδάσκων: Τι πιστεύετε εσείς, συμφωνείτε; Υπάρχει κάποια άλλη άποψη; [308]

329 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Όχι! Αυτό συμβαίνει, Βασικά είναι πολλοί μικροί μαγνήτες αυτές οι μικρές μαγνητικές βελόνες. Και όπως όλοι ξέρουμε μεταξύ μαγνητών ασκούνται μαγνητικές δυνάμεις. Οπότε είναι λογικό να εκτρέπονται από την αρχική τους θέση. Ωραία ας πάρουμε τώρα, έχουμε εδώ μια μικρή μπαταρία, κι ένα καλώδιο, θα το συνδέσουμε εδώ με την μπαταρία, και το καλώδιο τώρα διαρρέεται από το ρεύμα. Για δείτε τι γίνεται εδώ. Επειδή είναι μικρό το ρεύμα, βλέπετε εδώ; Υπάρχει μικρή κίνηση. (κουνάει το καλώδιο πάνω από τις μικρές πυξίδες-βελόνες). Φοιτητής 8: Αν είχαμε μία μπαταρία με περισσότερα Βολτ θα Διδάσκων: Θα ήταν πιο έντονη η κίνηση. (Εξακολουθεί να δείχνει). Είναι πολύ μικρό το ρεύμα για αυτό είναι πολύ μικρή η κίνηση Ποιος μπορεί να μου εξηγήσει τι συνέβη σε αυτή την περίπτωση; Φοιτητής 1: Πιστεύουμε ότι το ρεύμα δημιουργεί γύρω του μαγνητικό πεδίο και ανάγεται στην πρώτη περίπτωση Διδάσκων: Ωραία, συμφωνείτε; Ε; το ξέρουμε αυτό. Είναι το πείραμα που έκανε και ο Oersted και απέδειξε ότι ο ρευματοφόρος αγωγός δημιουργεί μαγνητικό πεδίο γύρω του. Και ας περάσουμε τώρα και στην τρίτη περίπτωση Έχουμε αυτή τη σιδερένια ράβδο, την οποία θέλω να σας δείξω ότι είναι απλή, δεν τις έχουμε κάνει τίποτα, δεν την έχουμε τρίψει, δεν την έχουμε ηλεκτρίσει, δεν την έχουμε μαγνητίσει, δείτε εδώ που είναι μεταλλικό (σκύβει με τη ράβδο κοντά στο μεταλλικό πόδι του τραπεζιού) δεν έλκεται, βλέπετε όλοι; Είναι μια απλή ράβδος, δεν συμβαίνει τίποτα. Για να δούμε τι θα γίνει; (πλησιάζει τη ράβδο πάνω από τις μαγνητικές βελόνες). Βλέπετε; Φοιτητής 2: Κουνιούνται; Φοιτητής 8, Φοιτητής 14: Χαμογελούν με έκπληξη Φοιτητής 2 (προς τους άλλους): Κουνιούνται! Πλήθος: Την πατήσαμε! Διδάσκων: Όπως και οι περισσότεροι δεν είστε οι μοναδικοί Εδώ έχουμε διαφωνίες; Τώρα φαντάζομαι ότι θα έχετε την απορία πώς συμβαίνει αυτό; Έτσι δεν είναι; (Η Φοιτητής 1 σηκώνει χέρι). Μπορείς να φανταστείς πώς συμβαίνει αυτό; Φοιτητής 1: Ίσως Διδάσκων: Θα το συζητήσουμε καλύτερα στο τέλος του μαθήματος, γιατί το σημερινό μας μάθημα αυτό έχει για σκοπό, να συζητήσουμε πώς θα αντιμετωπίζουμε τέτοια φαινόμενα. Πώς θα τα μελετήσουμε και γιατί συμβαίνουν τέτοια φαινόμενα όπως αυτό. [309]

330 Κεφάλαιο 6 Ο διδάσκων επιχείρησε μία σύντομη ανασκόπηση της έννοιας «δύναμη» και στη συνέχεια προκάλεσε συζήτηση αποσκοπώντας να αναδείξει τις ιδέες των φοιτητών. Ακολούθησε η Συζήτηση 3. Συζήτηση 3 Διδάσκων: Πότε εμφανίζονται οι δυνάμεις, ας το θέσω αλλιώς. Φοιτητής 13: Όταν σπρώχνουμε ή τραβάμε κάτι και δημιουργούμε αλλαγή στην κατάσταση του αντικειμένου. Φοιτητής 15: Ακόμη καλύτερα, είναι ένα μέγεθος το οποίο τείνει να αλλάξει την κινητική κατάσταση ενός σώματος. Διδάσκων: Ή η αιτία που ένα σώμα αλλάζει την κινητική του κατάσταση. Ή παραμορφώνεται. Η δύναμη δηλαδή εμφανίζεται, μας είπες, όταν σπρώχνουμε ή τραβάμε, όταν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ σωμάτων, τότε εμφανίζονται οι δυνάμεις. Και πώς μπορούν να αλληλεπιδράσουν τα σώματα, δύο σώματα μεταξύ τους; Φοιτητής 13: Εξ επαφής και εξ αποστάσεως; Διδάσκων: Πολύ ωραία. Δηλαδή δεν είναι απαραίτητο να έρθουν σε επαφή τα σώματα για να αλληλεπιδράσουν μπορούν και από απόσταση. Για παράδειγμα μπορείτε να μου πείτε; Κάποια παραδείγματα αλληλεπιδράσεων από απόσταση; Φοιτητής 1: Τα ομώνυμα ή τα ετερώνυμα φορτία που είτε απωθούνται είτε έλκονται. Διδάσκων: Ηλεκτρική έλξη και άπωση. Φοιτητής 15: Η βαρυτική Διδάσκων: Άλλος; Το είδαμε στο προηγούμενο παράδειγμα Φοιτητής 8: Οι μαγνητικές δυνάμεις. Θέλοντας να αναδείξει εμπειρικά την έννοια της αλληλεπίδρασης, ο διδάσκων κάλεσε τους φοιτητές να παρατηρήσουν τι συμβαίνει όταν σπρώχνουν με το χέρι τους το θρανίο. Ακολούθησε η Συζήτηση 4. Συζήτηση 4 Διδάσκων: Ας πάμε τώρα κι εμείς με τη σειρά μας, να αλληλεπιδράσουμε με κάποια αντικείμενα. Ας αλληλεπιδράσουμε πρώτα με το θρανίο μας. Εγώ θα αλληλεπιδράσω με την έδρα κι εσείς με την επιφάνεια του θρανίου σας. Με τα δάχτυλά μου θα σπρώξω προς τα κάτω το θρανίο. Για κάντε το κι [310]

331 Κεφάλαιο 6 εσείς! Με τα δάχτυλά σας αυτή τη στιγμή τι κάνετε; Ασκείτε μία δύναμη στο θρανίο. Τι δύναμη είναι αυτή; Τι κατεύθυνση έχει; Φοιτητής 10: Κάθετη προς τα κάτω. Διδάσκων: Μπράβο, πολύ ωραία Φοιτητή 10. Τι παρατηρείτε όμως ταυτόχρονα όταν εμείς πιέζουμε το θρανίο; Φοιτητής 12: Ότι και το θρανίο πιέζει εμάς προς τα πάνω. Διδάσκων: Ωραία. Και πώς το κατάλαβες αυτό; Επειδή τα δάχτυλά σου λύγισαν. Βλέπετε; (Δείχνει). Πιέζουμε και τα δάχτυλά μας γυρίζουν προς τα πάνω. Το αισθάνεστε, έτσι δεν είναι; Για να το δούμε αυτό λίγο καλύτερα. Έχετε μπροστά σας αυτά τα δέματα με τα βιβλία. Θέλω να πάρετε το σκοινί και να το δέσετε γύρω από τον καρπό σας. (περιμένει να το κάνουν όλοι, δίνει οδηγίες). Και θέλω μόλις δέσετε το σπάγκο γύρω από το χέρι σας να τραβήξετε προς τα εσάς το δέμα. (το κάνουν). Τι κάνετε αυτή τη στιγμή; Τραβάμε. Τι σημαίνει τραβάμε; Φοιτητής 14: Ασκούμε μία δύναμη στο δέμα και αλλάζουμε την κινητική του κατάσταση. Διδάσκων: Πάρα πολύ ωραία. Αισθανθείτε αυτή τη δύναμη. Τραβήξτε προς τα εσάς. Τι αισθάνεστε όταν τραβάτε το δέμα προς τα εσάς όμως; Αισθάνεστε κάτι; Φοιτητής 8: Μία αντίσταση. Διδάσκων: Δηλαδή το χέρι σου Φοιτητής 8: Ζορίζεται Διδάσκων: Ζορίζεται, πονάει. Είναι σα να το τραβάει κάποιος προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτή που το τραβάτε εσείς; Σωστά; Μπορείτε να τα ξεδέσετε τώρα. Άρα τι έχουμε παρατηρήσει μέχρι στιγμής; Και στην περίπτωση που πιέζαμε το θρανίο προς τα κάτω και στην περίπτωση που τραβούσαμε τα δέματα, τι παρατηρήσαμε; Ότι την ώρα που ασκούσαμε μία δύναμη Φοιτητής 4: Ασκείται μία δύναμη και σε εμάς. Διδάσκων: Η οποία μάλιστα φαίνεται ότι θα είναι και αντίθετη προς αυτή που εμείς ασκούμε. Έτσι; Ωραία. Κάποιες τέτοιες παρατηρήσεις έκανε και ο Νεύτωνας στην εποχή του και κατέληξε στη διατύπωση του τρίτου νόμου, ο οποίος τι λέει; Λέει ακριβώς ότι όταν ένα οποιοδήποτε σώμα ασκεί μία δύναμη σε ένα άλλο σώμα, τότε και το δεύτερο θα ασκήσει στο πρώτο μία δύναμη ίσου μέτρου και αντίθετης κατεύθυνσης. Το καταλαβαίνετε; Είναι ακριβώς αυτό που είδαμε προηγουμένως, έτσι; Ωραία. Την πρώτη δύναμη, τη μία δύναμη μάλλον, συνήθως την ονομάζουμε δράση και την άλλη την ονομάζουμε αντίδραση. [311]

332 Κεφάλαιο 6 Παρουσιάστηκε ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα εστιάζοντας σε τρία βασικά χαρακτηριστικά του: α. οι δύο δυνάμεις εμφανίζονται ταυτόχρονα, (δεν έχει σημασία ποια δύναμη ονομάζουμε δράση και ποια αντίδραση, οι δυνάμεις εμφανίζονται κατά ζεύγη), β. έχουν ίσα μέτρα και γ. αντίθετες κατευθύνσεις. Ο διδάσκων, για να ενεργοποιήσει τους φοιτητές, τους ζήτησε να προτείνουν κάποιο πείραμα για να μπορέσουν να μετρήσουν την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης. Ακολούθησε η Συζήτηση 5. Συζήτηση 5 Διδάσκων: Εμείς μέχρι τώρα με ποια χαρακτηριστικά ασχοληθήκαμε; Όταν σπρώξαμε το θρανίο, όταν τραβήξαμε τα δέματα Αισθανθήκαμε ότι μας ασκείται μία δύναμη. Αυτό δεν κάναμε; Άρα ποιο από τα 3 χαρακτηριστικά αναδείξαμε μέχρι στιγμής; Φοιτητής 8: Θα έλεγα την ταυτόχρονη ύπαρξη δράσης αντίδρασης, γιατί είπαμε ότι πιέζουμε εμείς το τραπέζι αλλά μας πιέζει κι αυτό προς τα πάνω. Διδάσκων: Συμφωνείτε με το Φοιτητή 8; Ναι, αυτό κάναμε μέχρι στιγμής. Θα πάμε τώρα να δούμε και τα άλλα δύο χαρακτηριστικά, πώς τα βλέπουμε στο πείραμα, τα ίσα μέτρα και τις αντίθετες κατευθύνσεις. Μπορείτε εσείς να σκεφτείτε κάποιον τρόπο, τι να κάνουμε ώστε να φανεί αυτό; Μέσα από κάποιο πείραμα, κάτι που μπορούμε να κάνουμε; Φοιτητής 13: Μπορούμε να σηκωθούμε δυάδες και να σπρώξουμε ο ένας τον άλλο. Διδάσκων: Και τι θα καταλάβουμε με αυτό; Φοιτητής 7: Ποιος είναι πιο δυνατός! Φοιτητής 13: Την ώρα που τον σπρώχνω προς τα εκεί αυτός με σπρώχνει προς τα εδώ Διδάσκων: Άρα έτσι θα καταλάβουμε τις αντίθετες κατευθύνσεις. Μπορούμε όμως να καταλάβουμε κάτι για τα μέτρα; Φοιτητής 13: Άμα φύγει όσο πέρα φύγω κι εγώ αλλά δεν υπάρχει ακρίβεια στο πείραμα. Διδάσκων: Σωστά αλλά είναι λίγο δύσκολο. Για πες Φοιτητή 10 Φοιτητής 10: Με κάποιο τρόπο πρέπει να μετρήσουμε τις δυνάμεις. Με μία ζυγαριά ή ένα δυναμόμετρο. Διδάσκων: Πολύ καλή ιδέα κι αυτή, για τα μέτρα, και για τις κατευθύνσεις Φοιτητής 5: Να πάρουμε δύο δυναμόμετρα έτσι (δείχνει) και να τα τραβήξουμε. Θα δείξουν και τα δύο την ίδια μέτρηση, αν ισχύει αυτό το πράγμα [312]

333 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Ωραία, κι αυτό είναι ωραίος τρόπος. Κάτι που θα είναι ακόμη πιο εμφανές; Φοιτητής 15: Με τις παλιές ζυγαριές. Ο τρόπος λειτουργίας της παλιάς ζυγαριάς, ότι άμα βάλουμε κάτι, ένα βάρος, θα, και βάλουμε βαρίδια και από την άλλη, οπότε ανυψώνονται, αυτό δεν παίζει με το μέτρο; Κάτι Διδάσκων: Με το μέτρο των δυνάμεων; Φοιτητής 15: Ναι. Διδάσκων: Ναι αλλά και πάλι δεν μπορείς να καταλάβεις την ισότητα των μέτρων από αυτό Φοιτητής 15: Σωστά. Διδάσκων: Πρέπει να το δούμε κάπως πιο εμφανώς Άλλη ιδέα κανείς; Ποιο υλικό προσφέρεται έτσι πολύ άνετα για να δούμε πώς αλληλεπιδρούν τα σώματα; Φοιτητής 1: Μήπως με την τριβή. Όταν βάζουμε μία δύναμη αυτό (δείχνει στο δέμα των βιβλίων) δεν κινείται, δεν κινείται μέχρι που θα αρχίσει να κινείται; Ως ώστε σημαίνει ότι η τριβή είναι ίση με το βάρος, ή είναι τελείως άλλο πράγμα; Διδάσκων: Και πάλι δεν μπορείς να καταλάβεις την ισότητα των μέτρων με αυτό Φοιτητής 3: Μαγνήτες σιδηρομαγνητικά υλικά. Διδάσκων: Μαγνήτες, πολύ καλή ιδέα, δε συμφωνείτε; Δύο μαγνήτες δε μπορούμε να δούμε πολύ εύκολα πώς κινούνται; Και σε ποιες κατευθύνσεις; Για να χρησιμοποιήσουμε ταυτόχρονα και την ιδέα του Φοιτητή 13, που είπε κατά πόσο θα απομακρυνθούν μεταξύ τους, σε τι αποστάσεις, και αν οι αποστάσεις αυτές είναι ίσες θα είναι ίσα και τα μέτρα της δύναμης. Σωστά; Ωραία, πάμε να το δούμε αυτό Θα κάνουμε ένα πείραμα με τον αεροδιάδρομο. (πηγαίνει προς τον αεροδιάδρομο). Αυτοί είναι οι δύο ιππείς, είναι όμοιοι μεταξύ τους. Έχουμε βάλει πάνω τους δύο μαγνήτες έτσι ώστε να απωθούνται (τριγυρνάει ανάμεσα στους μαθητές και δείχνει τους ιππείς με τους μαγνήτες). Ξέρει κανείς πώς λειτουργεί ο αεροδιάδρομος; Φοιτητής 5: Βγάζει αέρα από τις τρύπες, δημιουργεί ένα λεπτό στρώμα αέρα από κάτω, το οποίο μειώνει πάρα πολύ την τριβή. Διδάσκων: Ωραία. Και μειώνοντας τις τριβές; Φοιτητής 5: Μειώνοντας τις τριβές μπορούμε να δούμε καλύτερα τις δυνάμεις που ασκούνται [313]

334 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Πάρα πολύ ωραία. Γιατί όπως βλέπετε χωρίς τον αέρα (δείχνει με κλειστό τον αέρα) αν και απωθούνται είναι πολύ δύσκολο να κινηθούν. Διότι η δύναμη της τριβής είναι μεγάλη και δεν μπορεί να αναδειχθεί η κίνηση. Ας ανοίξουμε τον αέρα Ο διδάσκων έκανε το πείραμα. Άφησε τους δύο ιππείς να κινηθούν ελεύθεροι εξαιτίας της μεταξύ τους μαγνητικής άπωσης. Διδάσκων: Ωραία, είδαμε στην αρχή το προφανές. Ποιο ήτανε το προφανές; Το χαρακτηριστικό που επιβεβαιώσαμε, ποιο χαρακτηριστικό; Φοιτητής 2: Την ταυτόχρονη ύπαρξη. Είδαμε ότι ταυτόχρονα κινήθηκαν. Έφυγαν ταυτόχρονα. Διδάσκων: Και τι άλλο; Φοιτητής 2: Με ίδια ταχύτητα. Διδάσκων: Κάτι που φάνηκε από τα 3; Ποιο φάνηκε έτσι πιο μπαμ; Όταν τα αφήσαμε, έφυγε το ένα από την μία κατεύθυνση και το άλλο από την άλλη. Άρα τι αναδείξαμε έτσι; Φοιτητής 5: Να ρωτήσω κάτι; Εντάξει, δεν μπορούμε να καταλάβουμε εδώ κινούνται πάνω στο σωλήνα. Δεν τους δίνουμε τη δυνατότητα να κινηθούν σε τυχαία διεύθυνση. Ή θα πάνε έτσι (δείχνει να πλησιάζουν στην ίδια ευθεία) ή έτσι (δείχνει να απομακρύνονται στην ίδια ευθεία). Διδάσκων: Ναι, έχεις δίκιο. Αλλά και στο επίπεδο να τα αφήναμε να κινηθούν θα έκαναν το ίδιο. Απλά χρησιμοποιήσαμε τον αεροδιάδρομο, και τα περιορίσαμε να κινηθούν σε μία ευθεία, για να μειώσουμε τις τριβές. (Παίρνει δύο μαγνήτες και τους φέρνει μπροστά στο Φοιτητή 5. Τους βάζει να απωθούνται και τους αφήνει ελεύθερους. Αντί να απομακρυνθούν στριφογυρίζουν και κολλάνε μεταξύ τους). Να είδες, λόγω της τριβής δεν μπορούν να απομακρυνθούν αλλά στριφογυρίζουν και κολλάνε. Αλλά είναι θέμα επιπέδου. Τώρα, δεν προβληματιστήκατε με αυτό που είδατε για την ισότητα των μέτρων; Φοιτητής 2: Γιατί; Φοιτητής 5: Γιατί το ένα από τα δύο κινήθηκε με μεγαλύτερη ταχύτητα από το άλλο! Φοιτητής 2: Σίγουρα; Εγώ νομίζω ότι είχαν την ίδια ταχύτητα Φοιτητής 10: Ήταν ακριβώς τα ίδια; Διδάσκων: Αυτό θέλω να σας πω! Φοιτητής 8: Ίσως να έχει κάποια κλίση ο αεροδιάδρομος να μην είναι απόλυτα ευθύς [314]

335 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 2: Ή κάποιο να είναι πιο βαρύ από τα δύο. Διδάσκων: Υπάρχουν πολλά προβλήματα. Σκεφτείτε για ποιο άλλο λόγο μπορεί να συνέβη αυτό; Φοιτητής 10: Μπορεί όταν τα άφησες με τα χέρια σου να τα κούνησες Διδάσκων: Κι αυτό είναι σωστό Γενικότερα, οι αποστάσεις που θα διανύσουν θα έπρεπε να είναι ίσες, αλλά δυστυχώς ο αεροδιάδρομος έχει όλα αυτά τα προβλήματα που αναφέρατε συν, βλέπετε το σωλήνα εκεί πέρα που εισάγει τον αέρα; Τέρμα αριστερά; Στις τρύπες που είναι σε εκείνη τη μεριά ο αέρας φεύγει πιο δυνατά, είναι πιο πολύς. Φανταστείτε την απόσταση που έχει να διανύσει για να πάει ως εκεί (δείχνει τη δεξιά άκρη). Οπότε οι τριβές στις τρύπες εκεί αυξάνονται σε σχέση με τις τριβές στα αριστερά. Οπότε αναγκαστικά ο δεξιός ιππέας θα σταματήσει λίγο πιο νωρίς Άρα εμείς δεν καταφέραμε εδώ να κάνουμε αυτό το δεύτερο βήμα, όμως ισχύει η σκέψη σου (κοιτάει τον Φοιτητή 13) και όντως τα δύο μέτρα είναι ίσα και θα διανύσουν ίσες αποστάσεις Ο διδάσκων έκανε αναφορά στην ιστορία του Νεύτωνα και τον αξιωματικό χαρακτήρα των τριών νόμων και τη σχέση τους με την αρχή διατήρησης της ορμής. Διδάσκων: Μπορεί κάποιος να διατυπώσει μαθηματικά όλα όσα είπαμε; Φοιτητής 4: Διδάσκων: Ωραία. Δημιουργείται πολύ συχνά η σκέψη ότι άμα πάμε το δεύτερο όρο μπροστά Ας το δούμε Ο διδάσκων έθεσε σε αυτό το πλαίσιο την ερώτηση Q3 (Παράρτημα Γ ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 123, Α γύρος). Ο διδάσκων, αφού σχολίασε την κατανομή, κάλεσε τους φοιτητές να συνεργαστούν στις ομάδες τους και να επιχειρηματολογήσουν προσπαθώντας να πείσουν τους συμφοιτητές τους σχετικά με την ακρίβεια της άποψή τους. Στη συνέχεια οι φοιτητές απάντησαν εκ νέου στην ίδια ερώτηση (Ερώτηση Q4, Παράρτημα Γ). Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων και ζητήθηκε από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους. Ακολούθησε η Συζήτηση 6. [315]

336 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 123. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q3/Q4. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Συζήτηση 6 Φοιτητής 2: Εγώ έβαλα «δε γνωρίζω». Είχα βάλει Β, μου είπαν οι άλλοι C και μπερδεύτηκα Διδάσκων: Θέλει κάποιος που ψήφισε το 3ο να μας πει γιατί το ψήφισε; Φοιτητής 5: Γιατί κάθε δύναμη ασκείται σε διαφορετικό σώμα. Έχουν διαφορετικό σημείο εφαρμογής. Η μία ασκείται στο κάρο ή άλλη ασκείται στο άλογο. Δεν ασκούνται στο ίδιο σημείο ώστε να ισορροπούν. Αυτή σχέση δεν είναι λάθος αλλά έχει να κάνει με το σύστημα των δύο σωμάτων. Διδάσκων: Φοιτητή 2, καταλαβαίνεις; Φοιτητής 2: Τώρα επειδή λέει ότι είναι σε άλλο σώμα κάτι καταλαβαίνω, αλλά δεν καταλαβαίνω με τον τύπο τι σχέση έχει Φοιτητής 8: Μας μπερδεύει το ίσες. Νομίζουμε ότι εφαρμόζονται στο ίδιο σώμα, ίσες, άρα αναιρούνται, άρα η συνισταμένη των δυνάμεων είναι μηδέν. Διδάσκων: Έχει νόημα να βρούμε τη συνισταμένη δύναμη που ασκείται σε δύο διαφορετικά σώματα; Μόνο σε δυνάμεις που ασκούνται στο ίδιο σώμα έχει νόημα να πούμε ποια είναι η ολική δύναμη που ασκείται σε αυτό το σώμα. Από την κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 123) προκύπτει ότι η πλειοψηφία των φοιτητών απαντάει αρχικά σωστά (Α γύρος) και μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες (Β γύρος) το ποσοστό αυτό αυξάνεται ακόμη περισσότερο. Από τη Συζήτηση 6 φαίνεται ότι ο Φοιτητής 2 δεν έχει ξεκαθαρίσει ότι οι δυνάμεις δράση και αντίδραση ασκούνται σε διαφορετικά σώματα και παρά το ότι οι συμφοιτητές του στην ομάδα προσπάθησαν να τον πείσουν επέλεξε την απάντηση «δε γνωρίζω». Αντίθετα, ο Φοιτητής 5 δίνει την ακριβή απάντηση και ο Φοιτητής 8 εξηγεί ποιο είναι το λεπτό σημείο που οδηγεί στην παρερμηνεία. [316]

337 Κεφάλαιο 6 Επιχειρώντας την εμβάθυνση στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα με την εφαρμογή του σε καθημερινές καταστάσεις, ο διδάσκων παρουσίασε έναν ζυγό ο οποίος ισορροπούσε. Στους δύο δίσκους του ζυγού είχαν τοποθετηθεί δύο ίδια ποτήρια γεμισμένα με ίσες ποσότητες νερού. Ο διδάσκων ζήτησε από τους φοιτητές να προβλέψουν τι θα συμβεί αν τοποθετήσει ένα του δάκτυλο μέσα στο νερό ενός από τα δύο ποτήρια. Έθσε έτσι την ερώτηση Q5 (Παράρτημα Γ ) την οποία οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 124) και ζητήθηκε από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους στην ολομέλεια. Προκαλεί αίσθηση ότι ποσοστό περίπου 40% των φοιτητών επιλέγει την απάντηση 1, σύμφωνα με την οποία θα έπρεπε οι δυνάμεις δράση και αντίδραση να ασκούνται στο ίδιο σώμα, όταν λίγο πριν ποσοστό μεγαλύτερο από 90% έχει απορρίψει αυτή την ιδέα. Διάγραμμα 124. Κατανομή απαντήσεων, Q5. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Ακολούθησε η Συζήτηση 7. Συζήτηση 7 Διδάσκων: Τι δυνάμεις ασκούνται στο ποτήρι; Φοιτητής 13: Η δύναμη του βάρους, του ίδιου, α! τι δυνάμεις ασκούνται Διδάσκων: Στο ποτήρι! Πάνω στο ποτήρι. Τι δυνάμεις ασκούνται; Φοιτητής 13: στη ζυγαριά Διδάσκων: Στο ποτήρι. Φοιτητής 13: Στο ποτήρι το βάρος του νερού, [317]

338 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Και του ποτηριού, είναι σαν σύστημα, το ποτήρι με το νερό. Φοιτητής 13: Ναι, ναι, το βάρος τέλος πάντων, προς τα κάτω Διδάσκων: Ποιος το ασκεί; Φοιτητής 13: Διδάσκων: Ποιος ασκεί τη δύναμη του βάρους στο ποτήρι; Φοιτητής 13: Η βαρύτητα Διδάσκων: Τη βαρύτητα σαν σώμα ποιος την ασκεί; Φοιτητής 13: Το νερό και το ποτήρι! Διδάσκων: Ασκεί τη δύναμη του βάρους το νερό και το ποτήρι στο νερό και το ποτήρι; Φοιτητής 15: Σε ποιον ή ποιος; Διδάσκων: Θέλω να μου πείτε ποιος ασκεί τη δύναμη του βάρους στο ποτήρι Φοιτητής 13: Διδάσκων: Ποιος το τραβάει το ποτήρι προς τα κάτω; Φοιτητής 13: Η Γη. ποτήρι; Διδάσκων: Η Γη! Ωραία. Ποια άλλη δύναμη ασκείται εδώ πάνω; (δείχνει το νερό στο ποτήρι). Στο Φοιτητής 1: Η αντίδραση μήπως από τη ζυγαριά; Από την επιφάνεια της ζυγαριάς; Διδάσκων: Από την επιφάνεια, πολύ ωραία, ασκείται μία δύναμη Ν (ταυτόχρονα ζωγραφίζει τη δύναμη) από τη ζυγαριά. Αντίδραση είπες Αντίδραση σε ποια δράση; Φοιτητής 1: Στο βάρος Διδάσκων: Στο βάρος; Το βάρος ποιος το ασκεί στο ποτήρι είπαμε; Φοιτητής 1: Η Γη; Διδάσκων: Η Γη ασκεί δύναμη στο ποτήρι Άρα, ποια είναι η αντίδραση του βάρους; Φοιτητής 1: μπερδεύτηκα! [318]

339 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Ας το πάρουμε από την αρχή. Είπαμε ότι έχουμε ένα σώμα Α και ένα σώμα Β Σα δράση παίρνουμε, για παράδειγμα, τη δύναμη που ασκείται από το Α στο Β, και ποια είπαμε ότι ήταν η αντίδραση; Φοιτητής 1: το πλην ΒΑ Διδάσκων: Δηλαδή η δύναμη από το Β στο Α. Το σώμα που ασκεί τη δύναμη του βάρους στο ποτήρι ποιο είπαμε ότι είναι; Φοιτητής 1: Η γη Διδάσκων: Η γη. Και πού το ασκεί; Φοιτητής 1: Πάνω στο ποτήρι. Διδάσκων: Άρα ποια είναι η αντίδραση; Φοιτητής 1: από το ποτήρι στη γη. Διδάσκων: Έτσι δεν είναι; Συμφωνείτε ή διαφωνείτε; Διδάσκων: Σας φαίνεται περίεργο; Φοιτητής 8: Να απαντήσω σε κάτι που απαντήσατε πριν; Άρα το Ν, η αντίδραση του, εκεί που ακουμπάει το σώμα στο ποτήρι, είναι η αντίδραση στη δύναμη που ασκεί το ποτήρι πάνω στο δάπεδο. Διδάσκων: Ναι! Και αυτό θέλω να ξεκαθαρίσουμε, ότι, είπε η Φοιτητής 1 ότι η δύναμη αυτή που ασκεί (δείχνει), που είναι αντίδραση αυτής εδώ, ότι είναι το βάρος. Και αυτό θέλω να ξεκαθαρίσουμε. Η Γη ασκεί τη δύναμη του βάρους στο ποτήρι. Άρα, δεν είναι το λογικό ότι το ποτήρι, η αντίδραση θα είναι η δύναμη που ασκεί το ποτήρι στη Γη; Φοιτητή 3; (σηκώνει χέρι) Φοιτητής 3:: Ναι, αυτό θέλω να πω. Η δύναμη που ασκεί το ποτήρι στο δάπεδο της ζυγαριάς είναι ίση με το βάρος. Διδάσκων: Αυτό είναι διαφορετικό! Φοιτητής 3:: Και ότι δε βλέπουμε την αντίδραση ποτηριού, δράσης-αντίδρασης ποτηριού-γης, γιατί είναι πολύ αμελητέα η δύναμη σε σχέση με την επίδραση της Γης Διδάσκων: Ναι, έχεις δίκιο σε αυτό. Θα το βλέπαμε λίγο παρακάτω αλλά αφού το λες Αλλά εγώ θέλω να το καταλάβετε αυτό: ότι έχουμε δύο σώματα που αλληλεπιδρούν που είναι η Γη και το ποτήρι. Δε γίνεται η αντίδραση στη δράση της δύναμης που ασκείται από τη Γη στο ποτήρι να είναι το ποτήρι [319]

340 Κεφάλαιο 6 με το δάπεδο. Άρα, πείτε μου τώρα ποια είναι η αντίδραση αυτής εδώ της δύναμης που ασκεί το δάπεδο, που είναι εδώ το μάρμαρο της ζυγαριάς, στο ποτήρι; Ποια είναι η αντίδραση; Φοιτητής 13: Ουσιαστικά επειδή είναι αυτό το σύστημα της ζυγαριάς τέλος πάντων (δείχνει με τα χέρια του πάνω-κάτω, έναν ζυγό) είναι η δύναμη του άλλου βάρους, το άλλο βαρίδιο από απέναντι, αντεστραμμένη σε εκείνο το σημείο λόγω του ότι λειτουργεί η ζυγαριά Διδάσκων: Και πάλι θα είναι ίσες. Είναι τελικά μία δύναμη, δεν είναι ανάγκη να την ονομάσουμε κάπως, βάρος ή με κάποια λέξη, είναι μία δύναμη που θα είναι ίση σε μέτρο και θα έχει αντίθετη φορά με αυτήν (δείχνει τη δύναμη Ν της ζυγαριάς στο ποτήρι). Και ασκείται εδώ, στο δάπεδο. Εντάξει, το καταλάβατε; Αντίστοιχα θέλω να μου πείτε εδώ, στην άλλη πλευρά της ζυγαριάς, με τα βάρη κι εδώ με το επίπεδο, τι δυνάμεις ασκούνται; Φοιτητής 15: Τα ίδια ακριβώς. Διδάσκων: Δηλαδή, πες τα μου! Φοιτητής 15: Το βάρος που ασκείται από τη Γη, η κάθετη αντίδραση, και το δάπεδο, Διδάσκων: Και στο δάπεδο ποιες δυνάμεις; Φοιτητής 15:Η αντίστοιχη με την προηγούμενη Διδάσκων: Εξήγησέ την μου δηλαδή Πώς θα τη ζωγραφίσω, τι θα είναι; Φοιτητής 15: όπως τη σχεδίασες και την προηγούμενη, (Δείχνει) Διδάσκων: Σαν αυτήν εδώ; (δείχνει την Ν ) Φοιτητής 15: Ναι. Διδάσκων: Δηλαδή θα εφαρμόζεται στο δάπεδο και θα είναι ίση σε μέτρο και αντίθετης φοράς με τη Ν. Τώρα, το σύστημα αυτό ισορροπεί. Και άρα από τον 1ο νόμο του Νεύτωνα, για αυτό θα είναι και όλα αυτά ίσα (δείχνει τις δυνάμεις που έχει ζωγραφίσει στα δύο μέρη της ζυγαριάς). Δηλαδή οι αντιδράσεις αυτές, τα βάρη και η αντίδραση Ν. Εντάξει; Οπότε θέλω να σκεφτείτε τώρα. Αν εγώ έρθω και βάλω εδώ μέσα το δάχτυλό μου, τι θα γίνει; Καταρχήν με το που βάζω εγώ μέσα σε ένα ρευστό, που είναι το νερό, ένα οποιοδήποτε σώμα, εδώ είναι το δάχτυλό μου, θα μου ασκηθεί κάποια δύναμη; Φοιτητής 12: Η άνωση. Διδάσκων: Προς τα πού θα είναι; Φοιτητής 13: Προς τα πάνω. [320]

341 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Και αφού μου ασκείται μία δύναμη με το που βάζω το δάχτυλό μου μέσα, τι θα γίνει, με όλα αυτά που λέμε μέχρι στιγμής; Φοιτητές: Διδάσκων: Μου ασκείται η άνωση. Άρα; Φοιτητές: Διδάσκων: Με βάση τον τρίτο νόμο; Φοιτητής 2: Θα έπρεπε να σηκωθεί το δάχτυλο προς τα πάνω. γίνεται; Διδάσκων: Ο 3ος νόμος του Νεύτωνα τι λέει; Όταν μία δύναμη ασκείται σε ένα σώμα, τότε τι Φοιτητής 2: εεε, ότι ασκείται και αντίθετη δύναμη από το σώμα. Διδάσκων: Άρα τι θα πρέπει να γίνει; Φοιτητής 2: Αλλά δε ζωγραφίσαμε τη δύναμη που ασκεί το δάχτυλο στο νερό Διδάσκων: Αυτό ρωτάω! Φοιτητής 2: Α! Διδάσκων: Άρα, αφού μου ασκείται μία δύναμη εξαιτίας της άνωσης, τι άλλο πρέπει να συμβαίνει; Φοιτητής 2: Να ασκούμε κι εμείς δύναμη προς το νερό. Διδάσκων: Η οποία τι θα είναι; Φοιτητής 2: Ίση. Ίσου μέτρου και ανάποδη Διδάσκων: Δηλαδή με κατεύθυνση προς το νερό. (Ζωγραφίζει τις δυνάμεις) Και θα είναι Α δηλαδή (έχει βάλει με Α την άνωση στο δάχτυλο). Βλέπουμε λοιπόν τώρα ότι η κατάσταση αλλάζει. Και ότι έχουμε μία επιπλέον δύναμη εδώ (δείχνει στο δεξί μέρος της ζυγαριάς). Ενώ εδώ (δείχνει το αριστερό μέρος της ζυγαριάς) δεν έχει αλλάξει τίποτα. Άρα τι περιμένετε να συμβεί όταν βάζω το δάχτυλό μου εδώ μέσα; Φοιτητές: Διδάσκων: Είχα στην αρχή μόνο το βάρος και αυτήν (δείχνει την Ν ) και τώρα προστέθηκε και αυτή εδώ (δείχνει την Α ). Ενώ εδώ δεν άλλαξε τίποτα (δείχνει αριστερά). Τι θα γίνει άρα; [321]

342 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 13: Θα χαθεί η ισορροπία που είχαμε. Διδάσκων: Και τι θα γίνει συγκεκριμένα; Φοιτητής 13: εεε, το Β. Διδάσκων: Δηλαδή, θα κατέβει προς την μεριά του ποτηριού. Αφού προστίθεται άλλη μία δύναμη δεν θα είναι μεγαλύτερη η δύναμη που ζυγίζει η ζυγαριά; Άρα δεν πρέπει να κατέβει; Για να δούμε! Ο διδάσκων πραγματοποιεί το πείραμα. Διδάσκων: Δεν πείστηκες ακόμη Φοιτητή 2; Σε βλέπω έτσι λίγο διστακτικό Φοιτητής 2: (γελάει) Ε, απλά δεν μπορούσα να το φανταστώ! Διδάσκων: Όπως και οι περισσότεροι. Το καταλαβαίνεις τώρα γιατί συμβαίνει αυτό; Φοιτητής 2: Ναι! Σύμφωνα με τη Συζήτηση 7 οι φοιτητές στο σύνολό τους δυσκολεύονται να εντοπίσουν τα ζεύγη δράσης αντίδρασης σε ένα σύστημα περισσότερων των δύο σωμάτων που αλληλεπιδρούν. Η δυσκολία αυτή ευθύνεται ενδεχομένως για τις παρανοήσεις που προκύπτουν όταν τους ζητείται να εφαρμόσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα σε μία πραγματική κατάσταση όπως αυτή της πειραματικής διάταξης που περιγράφηκε κατά τη διαπραγμάτευση της ερώτησης Q5. Ο διδάσκων κατέβαλε προσπάθεια να καθοδηγήσει τους φοιτητές βήμα βήμα να εντοπίσουν τα ζεύγη δυνάμεων αρχικά στο σύστημα Γη ποτήρι και στη συνέχεια στο σύστημα ζυγαριά ποτήρι. Είναι ενδιαφέρον ότι ο Φοιτητής 3 ενώ θεωρεί ότι η αντίδραση του ποτηριού πάνω στη Γη είναι αμελητέα σε σχέση με τη δράση της Γης πάνω στο ποτήρι, ενώ έχει διατυπωθεί ήδη αρκετές φορές ότι οι δυνάμεις του ζεύγους δράσης/αντίδρασης είναι ίσες κατά μέτρο. Προφανώς ο φοιτητής δυσκολεύεται να ξεχωρίσει τις δυνάμεις από τις συνέπειες της δράσης τους (την επιτάχυνση των σωμάτων). Στη συνέχεια η καθοδήγηση εκ μέρους του διδάσκοντα πέρασε στην ανάδειξη της αντίδρασης στην άνωση που ασκεί το νερό στο δάκτυλο που βυθίζεται μέσα σε αυτό. Ενδεικτική της αναδόμησης που συντελείται στις ιδέες του Φοιτητή 2 είναι ο διάλογος που έχει λάβει χώρα με το διδάσκοντα, με αποτέλεσμα ενώ ο Φοιτητής 2 είχε αρχικά απαντήσει (Πίνακας 27) ότι η ζυγαριά θα ισορροπεί, να αντιλαμβάνεται τελικά πώς η εφαρμογή του τρίτου νόμου του Νεύτωνα ερμηνεύει την πειραματική διάταξη. Για να αξιολογηθεί η ικανότητα των φοιτητών να αντιλαμβάνονται την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης, η οποία τέθηκε εν αμφιβόλω από τις κατανομές της ερώτησης Q5 (Διάγραμμα 124, Α και Β γύρος) τέθηκε η ερώτηση Q6 (Παράρτημα Γ ). Οι φοιτητές κλήθηκαν να απαντήσουν με τα κλίκερς, ο καθένας μόνος του. Δεν προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 125, Α γύρος) για να μην επηρεαστούν οι φοιτητές ενδεχομένως από τις απαντήσεις των [322]

343 Κεφάλαιο 6 συμφοιτητών τους και ο διδάσκων τους ζήτησε να στραφούν στις ομάδες τους και να επιχειρηματολογήσουν υπερασπιζόμενοι την άποψή τους. Στην συνέχεια οι φοιτητές απάντησαν ξανά στην ίδια ερώτηση (ερώτηση Q7, Παράρτημα Γ ), προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 125, Β γύρος) και ζητήθηκε από αντιπροσώπους όλων των απαντήσεων να υποστηρίξουν τις απόψεις τους στην ολομέλεια. Διάγραμμα 125. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q6/Q7. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Ακολούθησε η Συζήτηση 8. Συζήτηση 8 Διδάσκων: Ποιος απάντησε το Γ; Φοιτητής 1: Εγώ απάντησα το Γ, επειδή δε ξέρω, έχω μπερδευτεί και θα έβαζα το Δ, δε ξέρω, αλλά έβαλα το Γ επειδή δεν Φοιτητής 7: Έχει και Δ; (γέλια) Διδάσκων: Δεν έχει Δ Φοιτητής 1: Αν είχε Δ θα έβαζα το Δ δε ξέρω, αλλά επειδή δεν είχε, δεν έβαλα το Α ή το Β που ήταν κάτι συγκεκριμένο, αλλά έβαλα το Γ, κάτι άλλο Διδάσκων: Πάμε στην επόμενη ερώτηση αξιολόγησης Από το Διάγραμμα 125 προκύπτει ότι οι μισοί περίπου φοιτητές απαντούν αρχικά σωστά και το ποσοστό αυτό ξεπερνάει τελικά το 80% μετά τη συζήτηση στις ομάδες. Ο Φοιτητής 1 μολονότι συμμετείχε ενεργά στη Συζήτηση 7 και ο διδάσκων του είχε εκμαιεύσει τότε τα ζεύγη δράσης [323]

344 Κεφάλαιο 6 αντίδρασης, δεν κατάφερε να κατακτήσει τη δυνατότητα εφαρμογής του τρίτου νόμου σε πραγματικές καταστάσεις. Δυστυχώς, ο διδάσκων δεν συνέχισε την καταγραφή των ιδεών των υπόλοιπων φοιτητών ώστε να αξιολογηθεί ο βαθμός κατανόησης και η δυνατότητα εφαρμογής των υπό διαπραγμάτευση εννοιών. Στο πλαίσιο αυτό τέθηκε η ερώτηση Q8 (Παράρτημα Γ ) με σκοπό την αξιολόγηση της διδασκαλίας εκ μέρους του διδάσκοντα. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 126) η οποία απλά σχολιάστηκε από το διδάσκοντα. Σύμφωνα με αυτήν ποσοστό των φοιτητών μεγαλύτερο από 80% απαντάει σωστά. Διάγραμμα 126. Κατανομή απαντήσεων, Q8. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Με σκοπό να αποσαφηνιστεί το αρχικό πείραμα και να δοθεί η ερμηνεία του ο διδάσκων προκάλεσε τη Συζήτηση 9. Συζήτηση 9 Διδάσκων: Μπορεί να μου εξηγήσει κάποιος, στο πρώτο πείραμα που κάναμε, στην πρώτη ερώτηση που σας έκανα, γιατί τελικά αυτή η ράβδος αλληλεπίδρασε με την πυξίδα; Φοιτητής 1: Γιατί το μαγνητικό πεδίο που έχουν τα μικρά τα πυξιδάκια, έθεσαν σε κίνηση τα ηλεκτρόνια (;) της σιδερένιας ράβδου Διδάσκων: Α, το έχεις πάει πολύ εσωτερικά Λίγο πιο απλά Για να σε βοηθήσω. Ο σίδηρος είναι ένα υλικό που είναι, τι υλικό είναι; Φοιτητής 2: Σιδηρομαγνητικό Διδάσκων: Ωραία. Η πυξίδα είναι μία μαγνητική βελόνα Άρα; Η πυξίδα αλληλεπίδρασε με το σιδηρομαγνητικό υλικό; [324]

345 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 1: Ναι! Διδάσκων: Αλληλεπίδρασε. Πώς; Τι της έκανε της ράβδου; Φοιτητής 1: τη μαγνήτισε Διδάσκων: Πιο απλά; Διδάσκων: Της άσκησε μία Φοιτητής 1: Δύναμη Διδάσκων: Γιατί; Μαγνητική δύναμη του άσκησε πάνω στη ράβδο, και άρα σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, τι έγινε; Διδάσκων: Αφού η πυξίδα άσκησε μία δύναμη πάνω στη ράβδο, Φοιτητής 8: Και η ράβδος άσκησε μία δύναμη πάνω στην πυξίδα. Διδάσκων: Το καταλαβαίνετε; Αν αντί για τη ράβδο χρησιμοποιούσαμε ένα ξύλο, θα αλληλεπιδρούσε το ξύλο με την πυξίδα; Φοιτητής 2: όχι, δεν μπορεί η πυξίδα να ασκήσει δύναμη καν στο ξύλο Διδάσκων: Πολύ ωραία, άρα δεν υπάρχει λόγος και το ξύλο να ασκήσει δύναμη πάνω στην πυξίδα. Φοιτητής 2: Αντίθετα με τη ράβδο Από τη Συζήτηση 9 φαίνεται ότι οι φοιτητές δυσκολεύονται να αντιστοιχίσουν την εκτροπή των μαγνητικών βελονών με την άσκηση δύναμης από τη ράβδο ως δράση στην αντίδραση της έλξης των βελονών στη ράβδο. Για να καταλήξουν σε αυτό απαιτήθηκε η εκμαίευση της απάντησης από το διδάσκοντα Ανάλυση συγκέντρωσης Στον Πίνακα 25 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις 8 συνολικά ερωτήσεις (Q1-Q8) που τέθηκαν στους φοιτητές του Δ1. Επίσης, για κάθε ερώτηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). [325]

346 Κεφάλαιο 6 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 S 0,08 0,08 0,69 0,92 0,15 0,54 0,85 0,85 C 0,71 0,87 0,55 0,85 0,24 0,15 0,65 0,73 Γ 0,83 1,00 0,40 1,00 0,31 0,13 0,00 0,41 LH LH MH HH LM ML HΗ HΗ Πίνακας 28. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Όπως ήδη έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 (παράγραφος 2.3.5), οι κατηγορίες HH και ΜΗ δείχνουν ότι οι μαθητές αντιπαρέρχονται ικανοποιητικά στις απαιτήσεις του συγκεκριμένου θέματος. Από τον Πίνακα 29, προκύπτει ότι σε αυτές τις δύο κατηγορίες κατατάσσονται οι ερωτήσεις Q3, Q4, Q7 και Q8. Κατηγορία LM LH ML MH HH Ερώτηση Q5 Q1, Q2 Q6 Q3 Q4, Q7, Q8 Πίνακας 29. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ1). Στα Διαγράμματα 127 και 128 αποτυπώνεται γραφικά η εξέλιξη στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 127 αποτυπώνεται η εξέλιξη σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 128 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση (Q1) οι φοιτητές υιοθετούν αρχικά ένα κυρίαρχο λανθασμένο μοντέλο εννοιών (LΗ). Παρά τη συζήτηση στις ομάδες δεν καταγράφεται ουσιαστική μεταβολή όταν απαντούν ξανά στην ίδια ερώτηση (ερώτηση Q2), διατηρώντας το ίδιο λανθασμένο μοντέλο (LH). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q3 και Q4 οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q3) υιοθετώντας αρχικά ένα κυρίως σωστό μοντέλο (ΜΗ). Μετά τη συζήτηση στις ομάδες οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q4 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗH). Στην ερώτηση Q5 υιοθετούνται δύο λανθασμένα μοντέλα εννοιών (LM). Στην ερώτηση Q6 ξεκινούν υιοθετώντας αρχικά ένα συνδυασμό τυχαίων μοντέλων (ML) αλλά μετά τη συζήτηση στις ομάδες οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q7 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗH). Τέλος, οι φοιτητές υιοθετούν ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗΗ) σχετικά με τον πρώτο κανόνα του Κίρκοφ για να απαντήσουν την ερώτηση Q8. [326]

347 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 127. Απεικόνιση S-C, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ1. Διάγραμμα 128. Απεικόνιση S-Γ, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ1. [327]

348 Κεφάλαιο ος νόμος του Νεύτωνα. Τμήμα Δ2 Στον Πίνακα 30 καταγράφονται οι απαντήσεις καθενός από τους 10 φοιτητές που συμμετείχαν στο μάθημα, στις 13 ερωτήσεις (Q1-Q13), όπως προκύπτουν από το συνοδεύων λογισμικό συλλογής δεδομένων των κλίκερς. Οι φοιτητές έχουν ταξινομηθεί ανά ομάδα. Στον ίδιο πίνακα (Πίνακας 30) Οι επικεφαλίδες των ερωτήσεων (Q1-Q13) είναι χρωματισμένες και ομαδοποιημένες σε επτά κατηγορίες. Στην 1η κατηγορία είναι οι ερωτήσεις Q1, Q12 και Q13 όπου η Q12 και η Q13 είναι η ίδια ερώτηση με την Q1 η οποία τέθηκε για δεύτερη φορά και τρίτη φορά αντίστοιχα στο τέλος της διδακτικής παρέμβασης. Στη 2η κατηγορία ανήκει η ερώτηση Q2 και η ισομορφική της ερώτηση Q8, ενώ στην 3η κατηγορία ανήκει η ερώτηση Q3. Στην 4η κατηγορία υπάρχουν οι ερωτήσεις Q4 και Q5, όπου η Q5 αποτελεί επαναδιατύπωση της ερώτησης Q4 μετά τη συνεργασία των φοιτητών μέσα στις ομάδες τους. Στην 5η κατηγορία ανήκουν οι ερωτήσεις Q6 και Q7 όπου η Q7 είναι η ίδια ερώτηση με την Q6 η οποία τέθηκε για δεύτερη φορά αφού οι φοιτητές συνεργάστηκαν στις ομάδες τους. Στην 6η κατηγορία ανήκει η ερώτηση Q9. Τέλος, στην 7η κατηγορία ανήκουν οι ερωτήσεις Q10 και Q11 όπου η Q11 είναι η ίδια ερώτηση με την Q10 η οποία τέθηκε για δεύτερη φορά αφού οι φοιτητές συνεργάστηκαν στις ομάδες τους. Ομάδα Φοιτητής Q1 Q12 Q13 Q2 Q8 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q9 Q10 Q11 Α Φοιτητής Α Φοιτητής Α Φοιτητής Α Φοιτητής Β Φοιτητής Β Φοιτητής Β Φοιτητής Γ Φοιτητής Γ Φοιτητής Γ Φοιτητής Πίνακας 30. Οι απαντήσεις των φοιτητών του τμήματος Δ2 στο σενάριο του 3ου νόμου του Νεύτωνα. Στο Διάγραμμα 129 δίνεται για κάθε φοιτητή (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας, σε δευτερόλεπτα) σε όλες τις ερωτήσεις. Αντίστοιχα, στο Διάγραμμα 130 δίνεται για κάθε ερώτηση (οριζόντιος άξονας) το εύρος του χρόνου απόκρισης (κατακόρυφος άξονας) των φοιτητών. [328]

349 Κεφάλαιο 6 t (s) Διάγραμμα 129. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά φοιτητή. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ2). t (s) Διάγραμμα 130. Εύρος χρόνου απόκρισης ανά ερώτηση. Σενάριο 3ου νόμου του Νεύτωνα (Δ2) Ανάλυση των συζητήσεων Τέθηκε αρχικά η ερώτηση Q1 (Παράρτημα Δ ) με σκοπό να διαπιστωθεί η γνωστική αφετηρία των φοιτητών. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 131, Α γύρος) και αφού ο διδάσκων σχολίασε τη διασπορά των [329]

350 Κεφάλαιο 6 απαντήσεων δήλωσε ότι η ερώτηση δεν θα απαντηθεί ακόμη αλλά θα τεθεί και πάλι σε διερεύνηση στο τέλος του μαθήματος. Από την κατανομή αυτή προκύπτει ότι η μεγάλη πλειοψηφία των φοιτητών απαντάει λανθασμένα επιλέγοντας την απάντηση 3, όπως ακριβώς έπραξαν και οι φοιτητές του Τμήματος Δ1 στην ίδια ερώτηση (Διάγραμμα 131, Α γύρος). Συνεπώς, σε αυτή τη φάση της διδακτικής παρέμβασης οι διδασκόμενοι δεν μπορούν να εφαρμόσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να προβλέψουν ότι μία μεταλλική ράβδος έλκεται από και άρα έλκει τις μαγνητικές βελόνες. Διάγραμμα 131. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q1/Q12/Q13. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Ο διδάσκων κάλεσε δύο φοιτητές, το Φοιτητή 4 και το Φοιτητή 6, και πραγματοποίησε στην τάξη την κατάσταση που φαίνεται στο σχήμα της ερώτησης Q2 (Παράρτημα Δ ). Ενώ οι δύο φοιτητές παρέμειναν ανενεργοί κλήθηκαν όλοι να απαντήσουν με τα κλίκερς, ο καθένας μόνος του, την ερώτηση Q2. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 132). Σύμφωνα με αυτήν όλοι οι φοιτητές απαντούν σωστά ανασύροντας από τη μνήμη τους ό,τι έχουν διδαχθεί κατά το παρελθόν σχετικά με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. Η αντίφαση που καταγράφεται σε σχέση με την ερώτηση Q1 υποδεικνύει τη σημασία που έχει για τη σωστή εφαρμογή μίας έννοιας το πλαίσιο στο οποίο εμφανίζεται, ακόμη και για τους τελειόφοιτους φοιτητές του Τμήματος Φυσικής. [330]

351 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 132. Κατανομή απαντήσεων, Q2. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Ο διδάσκων ζήτησε από το φοιτητή που βρίσκεται αριστερά στη διάταξη του σχήματος της ερώτησης Q2 να σπρώξει με τα πόδια του το φοιτητή που βρίσκεται στα δεξιά, ενώ κλήθηκαν οι υπόλοιποι φοιτητές να παρατηρήσουν τι θα συμβεί. Έγινε το πείραμα και οι φοιτητές εξήγησαν ότι ο Φοιτητής 4 έσπρωξε το Φοιτητή 6 και επειδή τον είδαν να κουνιέται προς τα πίσω συμπέραναν ότι και στο Φοιτητή 4 ασκήθηκε επίσης δύναμη. Ακολούθησε η Συζήτηση 1. Συζήτηση 1 Διδάσκων: Μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι οι δυνάμεις είναι ίσου μέτρου; Φοιτητής 8: Όχι. Στο πλαίσιο αυτό ο διδάσκων παρουσίασε μία εκδοχή του ιστορικού πειράματος του Νεύτωνα. Σε μία λεκάνη με νερό έβαλε δύο μικρές «βάρκες» από φελιζόλ πάνω στις οποίες είχαν τοποθετηθεί δύο μικρού μεγέθους ισχυροί μαγνήτες νεοδυμίου. Οι «βάρκες» τοποθετήθηκαν σε μία νοητή ευθεία έτσι ώστε ο βόρειος μαγνητικός πόλος της μίας να βρίσκεται απέναντι από το νότιο μαγνητικό πόλο της άλλης, σε απόσταση περίπου μισό μέτρο. Η νοητή ευθεία είχε τη διεύθυνση βορρά νότου ώστε να μην ασκούνται ροπές στις δύο «βάρκες» όταν αφήνονται ελεύθερες να κινηθούν. Κρατώντας τη μία «βάρκα» σταθερή με το χέρι, ο διδάσκων άφησε τη δεύτερη βάρκα να κινηθεί. Αυτή κινήθηκε και κόλλησε στην πρώτη. Ο διδάσκων ζήτησε από τους φοιτητές να περιγράψουν ό,τι είδαν. Ακολούθησε η Συζήτηση 2. Συζήτηση 2 Διδάσκων: Τι έγινε, τι διαπιστώνουμε; Φοιτητής 9:: Τα δύο αυτά έλκονται, και αυτό που μπορούσε να κινηθεί, κινήθηκε προς το άλλο. Διδάσκων: Εγώ δεν είδα να έλκονται και τα δύο. Αυτό το είχα σταθερό. Αυτό είδα μόνο να κινείται. Φοιτητής 9: Ναι, αλλά το άλλο το τράβηξε, άρα θα έλκονται [331]

352 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Εμείς αυτό που βλέπουμε λέμε μόνο. Φοιτητής 9: Βλέπουμε ότι κινείται το ένα. Διδάσκων: Αυτό! Άρα, αυτό τί σημαίνει; Φοιτητής 9: Ότι μεταξύ τους ασκούνται δυνάμεις. Διδάσκων: Ότι το πρώτο, ασκεί δύναμη στο δεύτερο, οπότε αυτό κινείται. Αν κρατήσω τώρα το δεύτερο σταθερό, και αφήσω το πρώτο (ταυτόχρονα το κάνει), τι συμβαίνει; Φοιτητής 7: Βλέπουμε ότι και το 2ο ασκεί δύναμη στο 1ο. Διδάσκων: Άρα το ένα ασκεί δύναμη στο 1ο και το 1ο ασκεί δύναμη στο 2ο. Αν αφήσω τώρα και τα δύο (το κάνει). Το αποτέλεσμά μας ποιο είναι; Φοιτητής 8: Βλέπουμε το ένα να ασκεί δύναμη στο άλλο. Διδάσκων: Τώρα θα βάλω ένα εμπόδιο μεταξύ τους (τοποθετεί ένα μικρό κομμάτι φελιζόλ στη μέση της διαδρομής) και τα ξανά αφήνω Τι παρατηρώ; Φοιτητής 5: Ότι πάλι ασκεί το ένα στο άλλο δύναμη, αλλά δεν πλησιάζουν τόσο πολύ γιατί υπάρχει στη μέση το εμπόδιο. Διδάσκων: Θα επηρεάσει το εμπόδιο όμως; Φοιτητής 5: Όχι. Πάλι ασκεί και το ένα στο άλλο και το 2ο στο 1ο. Διδάσκων: Για το μέτρο τους μπορούμε να πούμε κάτι και για τη φορά τους; Φοιτητής 2: Τη φορά τους, ότι είναι αντίθετες οι δύο δυνάμεις Διδάσκων: Το παρατηρούμε, το ένα κινείται προς τη μία κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Φοιτητής 2: Και το μέτρο τους όμως; Διδάσκων: Μπορούμε να το παρατηρήσουμε; Φοιτητής 2: Όχι Τι επειδή κινούνται με τον ίδιο τρόπο; Με την ίδια ταχύτητα; Διδάσκων: Ναι, είναι μία σκέψη. Μία σωστή σκέψη. Φοιτητής 2: Έχουν την επιτάχυνση, έχουν την ίδια μάζα, άρα δέχονται την ίδια δύναμη; Διδάσκων: Ναι, η δύναμη από τι εξαρτάται; [332]

353 Κεφάλαιο 6 Φοιτητής 2: Το 2ο νόμο; Διδάσκων: Ναι, Φοιτητής 2: Δύναμη ίσον μάζα επί επιτάχυνση. Διδάσκων: Ωραία, εδώ δε βλέπουμε ότι η επιτάχυνση είναι ίδια; Φοιτητής 2: Άντε, το βλέπουμε! (γέλια) Φοιτητής 2: Οπότε με την ίδια μάζα θα έχουν το ίδιο μέτρο δύναμης Διδάσκων: (Βγάζει τα βαρκάκια από το νερό) Τώρα δε θα βάλω τους δύο μαγνήτες, γιατί με τους δύο μαγνήτες το είδαμε. Θα πάρω ένα μεταλλικό υλικό (παίρνει ένα μεταλλικό βαρίδιο) αλλά επειδή δεν μπορώ να το βάλω μέσα στο νερό επειδή θα βουλιάξει, θα το κρατήσω σταθερό και θα αφήσω τον άλλο μαγνήτη. (τοποθετεί τη μία βαρκούλα μέσα στο νερό. Η βαρκούλα κινείται και τελικά κολλάει πάνω στο μεταλλικό αντικείμενο). Ωραία, τι παρατηρήσατε; Φοιτητής 3: Ότι το μεταλλικό υλικό άσκησε δύναμη στο μαγνήτη. Οπότε ο μαγνήτης κινήθηκε προς το μεταλλικό υλικό. Διδάσκων: Και αυτό προφανώς άσκησε (δείχνει τι βαρίδι) αλλά δεν το άφησα γιατί είναι βαρύ και θα έπεφτε Οπότε μπορούμε να βγάλουμε συμπέρασμα. Μπορεί κάποιος να μας πει τι συμπεραίνουμε από όλα αυτά; Φοιτητής 9: Ότι μεταξύ δύο σωμάτων που έχουν μαγνητικές ιδιότητες υπάρχουν ελκτικές δυνάμεις. Διδάσκων: Ωραία. Τι μπορούμε να πούμε για τη φορά; Φοιτητής 9: Ότι είναι ίσες και αντίθετες. Διδάσκων: Ωραία. Θα κάνουμε τώρα ένα πείραμα. Καθόσαστε σε ομάδες Φοιτητής 4: Να κάνω μία ερώτηση; Αν οι δυνάμεις είναι ίσες και αντίθετες δεν θα πρέπει η συνισταμένη τους να βγαίνει μηδέν άρα να μην υπάρχει καμία κίνηση; Διδάσκων: Θα το δούμε σε λίγο Ο στόχος του διδάσκοντα ήταν μέσα από την πειραματική επίδειξη να συναχθεί ότι τόσο η μία όσο και η άλλη «βάρκα» ασκούν δύναμη η μία στην άλλη. Στη συνέχεια, τοποθετώντας το εμπόδιο ανάμεσά στους να δείξει ότι αφού το εμπόδιο ισορροπεί οι δύο δυνάμεις που δέχεται από τις δύο [333]

354 Κεφάλαιο 6 «βάρκες» είναι ίσες μεταξύ τους κατά μέτρο και αντίθετης φοράς. Αρχικά, ο Φοιτητής 9 δυσκολεύεται να διαχωρίσει την παρατήρηση (κινήθηκε η μία μόνο «βάρκα») από το συμπέρασμα θεωρώντας, χωρίς να το έχει παρατηρήσει, ότι υπάρχει αλληλεπίδραση ανάμεσα στις δύο «βάρκες». Αντίστοιχα, ο Φοιτητής 2 δεν μπορεί να αξιοποιήσει την παρατήρηση ότι το εμπόδιο μεταξύ των δύο «βαρκών» ισορροπεί για να συνάγει την ισότητα των μέτρων των δύο δυνάμεων και, εξαιτίας της ελλιπούς καθοδήγησης από το διδάσκοντα, καταφεύγει τελικά στο δεύτερο νόμο του Νεύτωνα και την αμφιβόλου αντικειμενικότητας παρατήρηση ότι οι δύο «βάρκες» κινήθηκαν με την ίδια επιτάχυνση. Ταυτόχρονα, ο διδάσκων έχασε την ευκαιρία να δείξει στο σημείο αυτό ότι η ισότητα των μέτρων των δύο δυνάμεων είναι ανεξάρτητη από το μέγεθος των δύο βαρκών, γεγονός που έχει μεγάλη διδακτική αξία καθώς αντιμετωπίζει την ευρέως διαδεδομένη ιδέα ότι το μεγαλύτερο σώμα ασκεί μεγαλύτερη δύναμη σε ένα μικρό από ό,τι το μικρότερο στο μεγάλο. Στη συνέχεια η αντικατάσταση του ενός μαγνήτη από ένα μεταλλικό αντικείμενο, σε συμφωνία με το ιστορικό πείραμα του Νεύτωνα, σκοπεύει να φέρει στο προσκήνιο το χαρακτήρα της αλληλεπίδρασης και του γεγονότος ότι ο διαχωρισμός των δύο δυνάμεων σε δράση και αντίδραση είναι τεχνικός και στερείται κάποιου βαθύτερου νοήματος. Στο σημείο αυτό η ερώτηση του Φοιτητή 4 έχει ιδιαίτερο διδακτικό ενδιαφέρον, ακόμη όμως και ιστορικό, καθώς με τέτοιου τύπου ερωτήσεις επιχειρήθηκε να καταδειχθεί από τους αντιπάλους του Νεύτωνα η ανεπάρκεια της θεωρίας του. Η ερώτηση αυτή αναδεικνύει την ανάγκη εμβάθυνσης και ταυτόχρονα την ανεπάρκεια της παθητικής παρακολούθησης ενός πειράματος από τους διδασκόμενους για να αντιληφθούν τα χαρακτηριστικά ενός φυσικού νόμου. Προχωρώντας ένα βήμα ακόμη προς την αυστηρή ποσοτικοποίηση, ο διδάσκων μοίρασε δυναμόμετρα σε όλους τους φοιτητές και τους ζήτησε να ενώσουν τα δυναμόμετρα ανά δύο. Ο ένας φοιτητής να τραβήξει το δυναμόμετρό του ασκώντας κάποια δύναμη, ενώ ο άλλος να κρατήσει παθητικά το δικό του δυναμόμετρο. Ζητήθηκε από τους φοιτητές να προβλέψουν τη σχέση μεταξύ των ενδείξεων των δύο δυναμόμετρων δικαιολογώντας τις απόψεις τους. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσουν το πείραμα και να καταγράψουν τις ενδείξεις των δυναμόμετρων. Ακολούθησε η Συζήτηση 3. Συζήτηση 3 Διδάσκων: Τι παρατηρήσατε; Φοιτητής 8: Σ εμάς ήταν πάντα ίσες οι δυνάμεις. Δηλαδή το δοκιμάσαμε 2 φορές, μία να τραβάει ό ένας μία ο άλλος, και είδαμε στην αρχή 20 και μετά 30, και στα δύο δυναμόμετρα. Διδάσκων: Τις ίδιες ενδείξεις και στα δύο δυναμόμετρα Το είδαν όλες οι ομάδες αυτό; Ομάδες: Ναι! [334]

355 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Άρα δείξαμε ότι οι δυνάμεις έχουν ίσα μέτρα Άρα (γράφει στον πίνακα) μπορούμε να πούμε ότι αφού οι δυνάμεις είναι ίσες και αντίθετες ισχύει αυτό (F1=-F2). Έχει κάποιος αντίρρηση; Φοιτητές: Διδάσκων: Οπότε μπορούμε να γράψουμε, και να λύσουμε την απορία του Φοιτητή 4 που είπε πριν λίγο, (γράφει: F1+F2=0 ΣF=0). Αυτό δεν μας είπες Φοιτητή 4; Φοιτητής 4: Ναι, αν και βασικά μάλλον το κατάλαβα τώρα Διδάσκων: Τι κατάλαβες, μπορείς να μας πεις; Φοιτητής 4: Πιστεύω ότι αυτό δεν μπορεί να γραφεί γιατί είναι διανυσματικό, γιατί στην ουσία οι δυνάμεις ασκούνται σε διαφορετικά σώματα, οπότε αποκλείεται να πάρουμε συνισταμένη δυνάμεων. Συνισταμένη ορίζεται μόνο όταν δυνάμεις ασκούνται στο ίδιο σώμα. Εφόσον ασκούνται σε διαφορετικά σώματα δεν μπορούμε να έχουμε συνισταμένη δυνάμεων, ούτε και μπορούμε να βάλουμε διανύσματα στο ΣF, έτσι δεν υφίσταται ότι ΣF=0 Από τη Συζήτηση 3 προκύπτει ότι ο Φοιτητής 4 έχει αντιληφθεί το λεπτό σημείο του τρίτου νόμου του Νεύτωνα. Φαίνεται, στο σημείο αυτό, ότι η προσφυγή στα δυναμόμετρα προσφέρει ένα ισχυρό εποπτικό μέσο για να αντιληφθούν βιωματικά οι φοιτητές ότι οι δυνάμεις δράση αντίδραση είναι αντίθετες και ασκούνται σε διαφορετικά σώματα. Προκειμένου να καταγραφεί η αντικειμενικότητα του παραπάνω ευρήματος τέθηκε η ερώτηση Q3 (Παράρτημα Δ ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 133) και ακολούθησε η Συζήτηση 4. Διάγραμμα 133 Κατανομή απαντήσεων, Q3. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Συζήτηση 4 [335]

356 Κεφάλαιο 6 Διδάσκων: Ποιος θέλει να υποστηρίξει την άποψή του; Φοιτητής 10: Εγώ απάντησα το 3. Διδάσκων: Ποιο λάθος πιστεύεις ότι υπάρχει; Φοιτητής 10: Πιστεύω ότι οι δυνάμεις που σκέφτεται το άλογο, είναι οι δυνάμεις αντίδρασης μεταξύ του άλογου και του κάρου, δεν είναι η δύναμη που θα δώσει την κίνηση στο σύστημα. Διδάσκων: Διαφωνεί κάποιος με το Φοιτητή 10; Φοιτητής 8: Εγώ νομίζω πως υπάρχει ένα όριο το οποίο αν το άλογο το ξεπεράσει, δηλαδή, μέχρι κάποια στιγμή εεε, θα ασκεί μία δύναμη η οποία δεν, είναι και η τριβή δεν είναι; Το βάρος, το βάρος του κάρου κάτι τέλος πάντων. Όπως και να χει, έχει μια συνισταμένη δύναμη που θα υπάρχει πάνω στο κάρο, και αν την ξεπεράσει το άλογο αυτή τη δύναμη θα κινηθεί, αν δεν την ξεπεράσει δεν θα κινηθεί Διδάσκων: Το άλογο κινείται ή δεν κινείται; Φοιτητής 8: Με κάρο; Διδάσκων: Με κάρο. Φοιτητής 8: Κινείται, ναι. Διδάσκων: Οπότε κι εσύ λες ότι κινείται. Δε μένει σταθερό. Φοιτητής 8: Ναι, δε λέω ότι συμβαίνει συνέχεια αυτό Θα μπορούσε να υπάρχει μία δύναμη αρκετά μεγάλη αντίθετη της ε, φοράς αυτής που θα ασκήσει το άλογο, έτσι άλλωστε να μην μπορεί να κουβαλήσει το κάρο. Να μην μπορεί να προχωρήσει με το κάρο. Διδάσκων: Ποια μπορεί να είναι αυτή η δύναμη; Φοιτητής 8: Το βάρος του κάρου. Δηλαδή να είναι τόσο βαρύ το κάρο που να μην μπορεί να το τραβήξει. Δε ξέρω Διδάσκων: Ο Φοιτητής 4 έχει άλλη αίσθηση (σηκώνει το χέρι) Φοιτητής 4: Δε νομίζω ότι παίζει ρόλο, εμείς εδώ πέρα κοιτάμε με βάση τη συνισταμένη των δύο δυνάμεων, όχι τη συνισταμένη ακριβώς, κοιτάμε τις δύο δυνάμεις αντίθετες με βάση το νόμο του Νεύτωνα, οπότε η τριβή γενικώς είναι άσχετη με το φαινόμενο. Δηλαδή, το μελετάμε βάσει των δύο δυνάμεων. Τώρα για το αν υπάρχει, δεν υπάρχει τριβή, είτε αν είναι μεγάλη είτε αν το αφήσει να κινηθεί, είτε είναι μικρή οπότε θα κινηθεί προφανώς, δε μας επηρεάζει στο πώς θα σκεφτούμε. Το θεωρώ [336]

357 Κεφάλαιο 6 δηλαδή ότι δεν έχει σχέση με τον 3ο νόμο, καθόλου, οι δυνάμεις του 3ου νόμου θα είναι ούτως ή άλλως κάποιες συγκεκριμένες ασχέτως αν υπάρχει ή αν δεν υπάρχει τριβή. Φοιτητής 5:: Ναι αλλά για αν το θα κινηθεί ή όχι δεν παίζει ρόλο; Φοιτητής 3: Αν θα κινηθεί η τριβή παίζει ρόλο. Φοιτητής 4: Ναι, εννοείται, Φοιτητής 7: Αν ήταν μηδέν η τριβή θα κινιόταν έτσι κι αλλιώς. Φοιτητής 11: Για να ξεκινήσει να κινείται η άμαξα, θα πρέπει να αλλάξει κινητική κατάσταση. Αλλά, λόγω της αδράνειας ίσως καθυστερήσει να ξεκινήσει. Διδάσκων: Εμείς βλέπουμε ότι ξεκινάει, αυτό λέει η καθημερινή μας εμπειρία. Οπότε τώρα θέλουμε να βρούμε το λάθος στη σκέψη του αλόγου. Ο Φοιτητής 9 τι θέλει να μας πει; Φοιτητής 9: Ότι οι δυνάμεις δεν θα αλληλοεξουδετερώνονται αφού ασκούνται σε διαφορετικά σώματα. Το άλογο ασκεί δύναμη στο κάρο επομένως στο κάρο ασκείται μία δύναμη η οποία το κινεί. Αν υποθέσουμε ότι υπάρχει και η τριβή μπορούμε να υποθέσουμε ότι μετά από ένα σημείο θα είναι ίσες, ΣF=0 και η κίνηση είναι ευθύγραμμη ομαλή. Στο άλογο ασκείται η δύναμη από το κάρο οπότε το άλογο κουράζεται σιγά-σιγά ως αποτέλεσμα αυτής της δύναμης. Διδάσκων: Οπότε αφού οι δυνάμεις δεν ασκούνται στο ίδιο σώμα δεν έχει νόημα και η συνισταμένη. Ωραία. Αυτό ήταν και το λάθος του αλόγου που έκανε Ο Φοιτητής 10 αν και φαίνεται να αντιλαμβάνεται μέχρι ένα σημείο τι συμβαίνει, αδυνατεί να επικαλεστεί και να εφαρμόσει τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να λύσει το δίλημμα που θέτει το άλογο. Ο Φοιτητής 8 έχει διάφορες έννοιες μπερδεμένες στο μυαλό του υποδεικνύοντας, με αυτά που λέει, ότι δεν κατανοεί, πέρα από τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα και τους άλλους δύο. Ο Φοιτητής 4 αν και προσπαθεί να καταρρίψει τα επιχειρήματα των Φοιτητών 3, 5 και 8 δεν ακολουθεί με συνέπεια όσα διατύπωσε με σαφήνεια κατά τη Συζήτηση 3, θέτοντας σε αμφισβήτηση τη σε βάθος κατανόηση εκ μέρους του, του τρίτου νόμου του Νεύτωνα. Αντίθετα, ο Φοιτητής 9 φαίνεται να εφαρμόζει ξεκάθαρα ότι η δράση και η αντίδραση ασκούνται σε διαφορετικά σώματα. Ο διδάσκων διατύπωσε τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα και ακολούθησε η Συζήτηση 5. Συζήτηση 5 Φοιτητής 8: Γι αυτό που είπαμε στον πίνακα, ότι από τη στιγμή που μιλάμε για διανύσματα δε χρειάζεται το μείον σε αυτή τη σχέση, γιατί έτσι κι αλλιώς το διάνυσμα υποδηλώνει ότι θα βάλουμε και [337]

358 Κεφάλαιο 6 μία διανυσματική φορά που θα δηλώνει τη φορά Και όσο αφορά το άλογο, ακόμη δε μου λύθηκε η απορία, ποιες δυνάμεις συγκρίνουμε εμείς; Διδάσκων: Εμείς θέλουμε να συγκρίνουμε τη δράση και την αντίδραση. Φοιτητής 8: Η δράση ποια είναι; Η δύναμη που θα ασκήσει το άλογο στο κάρο. Διδάσκων: Και η αντίδραση η δύναμη που θα ασκήσει το κάρο στο άλογο. Φοιτητής 8: Ωραία. Είναι ίσες οι δυνάμεις. Διδάσκων: Και αντίθετες. Οπότε (δείχνει στον πίνακα) εδώ τις προσθέτουμε και βγαίνει μηδέν. Αυτό πίστευε το άλογο. Αυτό όμως, όπως είπαν ο Φοιτητής 4 και ο Φοιτητής 9, δεν μπορούμε να το ισχυριστούμε γιατί οι δύο δυνάμεις δεν ασκούνται στο ίδιο σώμα. Οπότε το άλογο έκανε λάθος σκέψη. Φοιτητής 8: Άρα αυτό το κάναμε για να δείξουμε ότι δεν μπορείς να βρεις συνισταμένη Διδάσκων: Ακριβώς αυτό! Φοιτητής 8: Εντάξει, ωραία Διδάσκων: Επειδή ασκούνται σε διαφορετικά σώματα το ζεύγος δράσης αντίδρασης. Φοιτητής 8: Εντάξει, καλύφθηκα. Όπως προκύπτει από τη Συζήτηση 5 ο Φοιτητής 8, με την καθοδήγηση του διδάσκοντα, φαίνεται να ξεκαθαρίζει πλέον ότι η δράση και η αντίδραση ασκούνται σε διαφορετικά σώματα. Για να αποσαφηνιστεί πλήρως το θέμα τέθηκε η ερώτηση Q4 (Παράρτημα Δ ). Οι φοιτητές απάντησαν αρχικά ο καθένας μόνος του με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 134, Α γύρος) και ζητήθηκε από τους φοιτητές να στραφούν στις ομάδες τους και να προσπαθήσουν να επιχειρηματολογήσουν για την ακρίβεια της άποψής τους. Στη συνέχεια απάντησαν εκ νέου στην ίδια ερώτηση (ερώτηση Q5, Παράρτημα Δ ) και προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 134, Β γύρος). Ακολούθησε η Συζήτηση 6. [338]

359 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 134. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q4/Q5. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Συζήτηση 6 Διδάσκων: Κάποιος που άλλαξε γνώμη; Φοιτητής 8: Καταρχάς εγώ να πω ότι ναι μεν άλλαξα γνώμη αλλά γιατί μου φαίνεται ολόσωστο το 3 και όχι γιατί μου φαίνεται και τελείως λάθος το 1 Αλλά το 2 είναι σωστό αφού το σώμα είναι ακίνητο. Φοιτητής 11: Δεν είναι το πρώτο γιατί δεν έχουμε δράση αντίδραση επειδή οι δύο δυνάμεις ασκούνται στο ίδιο σώμα και άρα μόνο η συνισταμένη των δυνάμεων μπορεί να είναι μηδέν. Διδάσκων: Τα ζεύγη τους ποιες δυνάμεις είναι; Φοιτητής 8: Όντως είναι στο ίδιο σώμα Φοιτητής 2: Το βάρος του είναι με το κέντρο της Γης τέλος πάντων, και έχουμε μία αντίδραση από το αυτοκίνητο στο δάπεδο. Η αρχική κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 134, Α γύρος) υποδεικνύει ότι παρά τις εκτενείς συζητήσεις και αναφορές που έχουν γίνει το 40% των φοιτητών εξακολουθεί να πιστεύει ότι η δράση και η αντίδραση ασκούνται στο ίδιο σώμα. Από τον Πίνακα 30 προκύπτει μέσα σε κάθε ομάδα υπάρχει τουλάχιστον ένας φοιτητής που υιοθετεί αυτό το λανθασμένο μοντέλο. Ωστόσο, μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες όλοι οι φοιτητές υιοθετούν τη σωστή απάντηση. Η Συζήτηση 6 όμως αποκαλύπτει ότι ο Φοιτητής 8, μολονότι απαντάει σωστά δεν έχει ακόμη πειστεί απόλυτα ότι η απάντηση 1 είναι λανθασμένη. Απαιτείται η παρέμβαση του Φοιτητή 11 και στο τέλος του Φοιτητή 2 για αποσαφηνιστεί η κατάσταση. Επιχειρώντας την εμβάθυνση στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα με την εφαρμογή του σε καθημερινές καταστάσεις, ο διδάσκων παρουσίασε έναν ζυγό ο οποίος ισορροπούσε. Στους δύο δίσκους του ζυγού είχαν τοποθετηθεί δύο ίδια ποτήρια γεμισμένα με ίσες ποσότητες νερού. Ο [339]

360 Κεφάλαιο 6 διδάσκων ζήτησε από τους φοιτητές να προβλέψουν τι θα συμβεί αν τοποθετήσει ένα του δάκτυλο μέσα στο νερό ενός από τα δύο ποτήρια. Έθεσε έτσι την ερώτηση Q6 (Παράρτημα Δ ) την οποία οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 135, Α γύρος) και ζητήθηκε από τους φοιτητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι φοιτητές απάντησαν ξαναχρησιμοποιώντας τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 135, Β γύρος) και ακολούθησε η Συζήτηση 7. Διάγραμμα 135. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q6/Q7. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Συζήτηση 7 Διδάσκων: Θα μας πει κάποιος που υποστηρίζει την απάντηση 1 τους λόγους που την υποστηρίζει; Φοιτητής 8: Να πω εγώ που απάντησα αρχικά 1 και άλλαξα τελικά στη διαδρομή; Θέλω να πω κι εγώ τίποτα από τα παραπάνω. Νομίζω ότι δεν είναι θέμα αν εξουδετερώνεται η δύναμη του βάρους του χεριού. Φοιτητής 11: Κι εγώ συμφωνώ με το Φοιτητή 8, καταλαβαίνω, πιστεύω ότι δεν θα αλλάξει η ισορροπία της ζυγαριάς, αλλά όχι εξαιτίας της άνωσης. Παρόλα αυτά δεν μπορώ να σκεφτώ ποια θα είναι αυτή η δύναμη Διδάσκων: Ποιος θέλει να έρθει να βάλει το δάκτυλό του να δούμε τι θα γίνει; Σηκώθηκε ο Φοιτητής 11 και πραγματοποίησε το πείραμα. Η ζυγαριά έγειρε προς το ποτήρι μέσα στο οποίο ο φοιτητής έβαλε το δάκτυλό του. Οι φοιτητές ξαφνιάστηκαν και άρχισαν να συζητούν μεταξύ τους. Ακολούθησε η Συζήτηση 8. [340]

361 Κεφάλαιο 6 Συζήτηση 8 Φοιτητής 4: Εγώ ψήφισα το 2, γιατί πιστεύω ότι απλά βάζοντας το χέρι μέσα, το νερό θα ασκήσει μία δύναμη στο χέρι μας. Το χέρι μας θα ασκήσει λόγω αντίδρασης μία δύναμη στο νερό ίση με την άνωση κατά μέτρο και αντίθετη, η οποία θα χαλάσει την ισορροπία της ζυγαριάς. Φοιτητής 7: Διαφωνώ με την απάντηση 2 στο ότι η δύναμη νομίζω δεν ασκείται από το χέρι μας στο νερό αλλά από το νερό στο χέρι μας. Φοιτητής 4: Ναι, μα είναι ζεύγος Φοιτητής 7: Εγώ απάντησα το 3, τίποτα από τα παραπάνω γιατί δε συμφωνούσα με αυτό το πράγμα στο 2. Διδάσκων: Αυτό που σας εξήγησε τώρα ο Φοιτητής 4; Ο Φοιτητής 4 είπε ότι όταν χέρι ασκήσει μία δύναμη στο νερό και το νερό ασκεί την άνωση. Φοιτητής 7: Ναι, ωραία Φοιτητής 4: Η δράση είναι η άνωση και υπάρχει η αντίδραση από το χέρι μας. Διδάσκων: Από το χέρι στο νερό. Φοιτητής 7: Εντάξει, ναι, αλλά θα ήταν πιο ωραίο αν ήταν ανάποδο Διδάσκων: Τι εννοείς ανάποδο; Φοιτητής 7: Από το νερό στο χέρι μας Διδάσκων: Μα και τα δύο είναι! Φοιτητής 7: Ναι, αλλά θα μου φαινότανε καλύτερο. Διδάσκων: Δηλαδή αν έλεγε η άσκηση ότι η δύναμη είναι από το νερό στο χέρι μας; Αντί από το χέρι στο νερό; Φοιτητής 7: ν αι! Διδάσκων: Θα λιγόστευε το βάρος του εννοείς; Φοιτητής 7: Όχι. Απλά θα μου ήτανε πιο εύκολο να επιλέξω την απάντηση 2. Από το Διάγραμμα 135 προκύπτει ότι μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες μόλις το 30% των φοιτητών υιοθετεί τη σωστή απάντηση, ποσοστό που είναι ωστόσο βελτιωμένο σε σχέση το αρχικό [341]

362 Κεφάλαιο 6 10%. Από τον Πίνακα 30 προκύπτει ότι οι μετακινήσεις των φοιτητών προς τη σωστή απάντηση πραγματοποιήθηκαν στην ομάδα Α στην οποία συμμετείχε ο Φοιτητής 2 ο οποίος απαντούσε από τον Α γύρο σωστά. Από το Διάγραμμα 130 προκύπτει ότι ο μέσος χρόνος απόκρισης των φοιτητών στην ερώτηση Q7 ήταν τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερος από το μέσο χρόνο όλων των υπόλοιπων απαντήσεων, υποδεικνύοντας ότι αναπτύχθηκαν εκτενείς συζητήσεις μέσα στις ομάδες χωρίς οι φοιτητές να μπορούν εύκολα να καταλήξουν κάπου. Από τη Συζήτηση 7 προκύπτει ότι ο Φοιτητής 4 έχει αντιληφθεί πλήρως το φαινόμενο σε αντιδιαστολή με το Φοιτητή 7 που αδυνατεί να αποδώσει σε κάθε δράση μία αντίδραση. Επιχειρώντας να αξιολογηθεί ξανά η ικανότητα των φοιτητών να αντιλαμβάνονται την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης, τέθηκε η ερώτηση Q8 (Παράρτημα Δ ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 136) και, λόγω της ταύτισης των απόψεων, δόθηκε η σωστή ερμηνεία από το Φοιτητή 9. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με αυτά της ερώτησης Q2, η οποία εξέταζε επίσης την ικανότητα των φοιτητών να αντιλαμβάνονται την ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης, προκύπτει ότι οι φοιτητές με συνέπεια εξακολουθούν να απαντούν σωστά. Μοναδική εξαίρεση ο Φοιτητής 11 (Πίνακας 30) ο οποίος θεωρεί ότι το μήλο ασκεί μεγαλύτερη δύναμη στη Γη από ό,τι η Γη σε αυτό. Δυστυχώς ο διδάσκων δεν επιχείρησε να αναδείξει τον τρόπο σκέψης του συγκεκριμένου Φοιτητή. Διάγραμμα 136. Κατανομή απαντήσεων, Q8. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Επανερχόμενοι στην αξιολόγηση της ικανότητας των φοιτητών να εφαρμόζουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, τέθηκε η ερώτηση Q9 (Παράρτημα Δ ). Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 137) και ακολούθησε η Συζήτηση 9. [342]

363 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 137. Κατανομή απαντήσεων, Q9. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Συζήτηση 9 Φοιτητής 2: Εγώ απάντησα το 4. Αλλά δε ξέρω γιατί. Μάλλον δεν έχω καταλάβει πώς δουλεύει το δυναμόμετρο Δε ξέρω, το σχήμα μου φαίνεται ότι έχει ισορροπία για αυτό ίσως. Διδάσκων: Ποιος απάντησε το 2; Φοιτητής 8: Εγώ. Νομίζω ότι στην 1η περίπτωση το κανταράκι θα δείξει 5 και στη 2η 10 Διδάσκων: Δηλαδή το διπλάσιο επειδή έχω τις δύο μάζες Φοιτητής 8: Ναι. Διδάσκων: Όλοι οι άλλοι είπατε την απάντηση 3 Φοιτητής 4: Να εξηγήσω εγώ; Απλά πιστεύω ότι στο πρώτο σχήμα στο δυναμόμετρο ασκούνται στην ουσία η δύναμη εεε, μία από το δάπεδο, και μία από το σώμα. Οι οποίες στην ουσία Διδάσκων: Θέλεις να τις σχεδιάσεις στον πίνακα; Φοιτητής 4: Βασικά μισό λεπτό να το σκεφτώ Από την κατανομή των απαντήσεων στο Διάγραμμα 137 προκύπτει ότι οι περισσότεροι φοιτητές (ποσοστό 80%) επιλέγουν τη σωστή απάντηση. Από τη Συζήτηση 9 ωστόσο δεν αποσαφηνίζεται αν οι φοιτητές κατανοούν το φυσικό μηχανισμό και αν χρησιμοποιούν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να απαντήσουν. Ενδεχομένως επιλέγουν τη σωστή απάντηση βασιζόμενοι στην εμπειρία που είχαν με τα δυναμόμετρα που χρησιμοποίησαν ανά ομάδες των δύο ατόμων στην αρχή της διδακτικής παρέμβασης. Εισάγοντας στοιχεία ιστορίας της Φυσικής και εξακολουθώντας την αξιολόγηση της ικανότητας των φοιτητών να εφαρμόζουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, περιγράφηκε από το [343]

364 Κεφάλαιο 6 διδάσκοντα η ιστορία των ημισφαιρίων του Μαγδεμβούργου και το πείραμα που πραγματοποίησε ο Otto von Güricke για να επιδείξει την τεράστια πιεστική δύναμη της ατμόσφαιρας. Τέθηκε η ερώτηση Q10 (Παράρτημα Δ ) την οποία οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 138, Α γύρος) και ζητήθηκε από τους φοιτητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι φοιτητές απάντησαν ξανά χρησιμοποιώντας τα κλίκερς (ερώτηση Q11, Παράρτημα Δ ). Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 138, Β γύρος) και ακολούθησε η Συζήτηση 10. Διάγραμμα 138. Κατανομή απαντήσεων ανά γύρο, Q10/Q11. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Συζήτηση 10 Φοιτητής 8: Να πω εγώ που πείστηκα; Χρησιμοποιώντας το προηγούμενο παράδειγμα που κάναμε, είχαμε, όπως φαίνεται στα αριστερά του πίνακα, είναι η 1η περίπτωση με τα ημισφαίρια στη μέση και τα άλογα από δω κι από κει. Μετά βάζουμε τον τοίχο, που είναι ουσιαστικά το δέντρο, αλλά τώρα το αντίστοιχο Β μας (εννοεί το βάρος) είναι 16 οπότε διπλασιάζει έτσι τη δύναμη. Δηλαδή, σε κείνο το σχήμα (δείχνει της προηγούμενης άσκησης) θα είχαμε 2Β πλέον Οπότε, γι αυτό έβαλα διπλάσια. Διδάσκων: Έχει κανείς κάτι άλλο; Συμφωνείτε; Πλήθος: Ναι. Από το Διάγραμμα 138 προκύπτει ότι ενώ αρχικά το 40% επιλέγει τη σωστή απάντηση, το ποσοστό αυτό μεγιστοποιείται μετά τη συζήτηση στις ομάδες. Από το Διάγραμμα 130 φαίνεται ότι ο μέσος χρόνος απόκρισης στην ερώτηση Q11 είναι πολύ μικρός υποδεικνύοντας ότι δεν απαιτήθηκε μεγάλη προσπάθεια για να μεταπειστούν όσοι είχαν απαντήσει αρχικά λανθασμένα, γεγονός που [344]

365 Κεφάλαιο 6 υποδεικνύει ενδεχομένως ότι οι φοιτητές αυτοί δεν ήταν βέβαιοι για την απάντησή τους. Εντύπωση προκαλεί ότι ενώ στην ομάδα Γ (Πίνακας 30) όλοι οι φοιτητές απάντησαν αρχικά λανθασμένα, κατάφεραν να μετακινηθούν στη σωστή απάντηση. Από τη Συζήτηση 9 προκύπτει ότι ο Φοιτητής 8 έχει αντιληφθεί ικανοποιητικά το φυσικό μηχανισμό της ερώτησης. Προκειμένου να αξιολογηθεί η διδακτική παρέμβαση στο σύνολό της, τέθηκε η ερώτηση Q12 (Παράρτημα Δ ) η οποία είναι η ερώτηση Q1 που τέθηκε στην αρχή του μαθήματος. Οι φοιτητές απάντησαν, ο καθένας μόνος του, με τα κλίκερς. Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 131, Β γύρος) και ζητήθηκε από τους φοιτητές να συνεργαστούν μέσα στις ομάδες τους προσπαθώντας να πείσουν ο ένας τον άλλο για την αλήθεια της απάντησής τους. Σε περίπτωση ομοφωνίας να επιχειρήσουν να τεκμηριώσουν πώς μπορεί να σκέφτηκε κάποιος που απάντησε διαφορετικά, εντοπίζοντας το αδύνατο σημείο της σκέψης του. Αμέσως μετά οι φοιτητές απάντησαν ξανά χρησιμοποιώντας τα κλίκερς (ερώτηση Q13, Παράρτημα Δ ). Προβλήθηκε η κατανομή των απαντήσεων (Διάγραμμα 131, Γ γύρος) και ο διδάσκων πρότεινε προσφυγή στο πείραμα, το οποίο πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια ενός φοιτητή. Οι φοιτητές κλήθηκαν να χρησιμοποιήσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να εξηγήσουν τις παρατηρήσεις τους. Ακολούθησε η Συζήτηση 11. Συζήτηση 11 Φοιτητής 8: Εγώ αποφάσισα να επιλέξω μόνο τα πρώτα δύο, γιατί σκέφτηκα ότι όταν χρησιμοποιούμε μία πυξίδα η οποία μας καθοδηγεί, αν είχαμε οτιδήποτε μεταλλικό πάνω μας και εκτρεπότανε από τα μέταλλα, τότε δεν θα μπορούσε να μας δείξει πού να πάμε. Εκτός κι αν είναι πια τόσο μικρή η αλληλεπίδραση Διδάσκων: Αλλά υπάρχει, την είδαμε! Φοιτητής 8: Άρα αυτή είναι η εξήγηση ότι είναι πολύ μικρή η αλληλεπίδραση. Φοιτητής 4: Απλά στην ουσία, η πυξίδα λειτουργεί σαν μαγνήτης, και επομένως επιδρά σε όλα τα μεταλλικά αντικείμενα γιατί ασκεί μαγνητικές δυνάμεις. Φοιτητής 8: Πώς συνδέεται όμως αυτό με τον 3ο νόμο; Διδάσκων: Δράση αντίδραση Φοιτητής 8: Ότι δηλαδή η μαγνητική βελόνα ασκεί μία δύναμη πάνω στη ράβδο, Διδάσκων: και η ράβδος ασκεί πάνω στην πυξίδα Από το Διάγραμμα 131 προκύπτει ότι οι φοιτητές απαντούν σωστά στο Β γύρο σε ποσοστό 70% έναντι αρχικού ποσοστού σωστών απαντήσεων μόλις 20%. Το κέρδος αυτό μπορεί να αποδοθεί στην διδακτική παρέμβαση που προηγήθηκε. Το ποσοστό αυτό γίνεται 90% μετά τη συζήτηση στις [345]

366 Κεφάλαιο 6 ομάδες. Ο μόνος φοιτητής που απαντάει τελικά λανθασμένα είναι ο Φοιτητής 8 που επιλέγει την απάντηση 3 (Πίνακας 30). Σύμφωνα με τη Συζήτηση 10 ο Φοιτητής 8 απορρίπτει τη σωστή απάντηση, αν και την είχε υιοθετήσει κατά το Β γύρο (Πίνακας 30), επειδή προβλέπει, σωστά, την επίδραση που θα έχει ένα μεταλλικό αντικείμενο σε μία πυξίδα, φαινόμενο που δεν ταιριάζει με τον κόσμο της εμπειρίας του Ανάλυση συγκέντρωσης Στον Πίνακα 31 δίνονται οι τιμές των δεικτών S, C και Γ (παράγραφος 2.3.4) για τις 13 συνολικά ερωτήσεις (Q1-Q13) που τέθηκαν στους φοιτητές του Δ1. Επίσης, για κάθε ερώτηση δίνεται και η κωδικοποίηση κατά Bao και Redish των προτύπων των απαντήσεων των μαθητών (Πίνακας 1). Q1 Q12 Q13 Q2 Q8 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q9 Q10 Q11 S 0,11 0,70 0,90 1,00 0,90 0,90 0,50 1,00 0,10 0,30 0,80 0,40 1,00 C 0,63 0,52 0,83 1,00 0,81 0,81 0,17 1,00 0,36 0,10 0,62 0,34 1,00 Γ 0,77 0,49 1,00-1,00 1,00 0,40-0,40 0,18 0,31 1,00 - LH HH HH HH HH HH ML HH LM LL HH MM HH Πίνακας 31. Τιμές των δεικτών S, C και Γ. 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Όπως ήδη έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 (παράγραφος 2.3.5), οι κατηγορίες HH και ΜΗ δείχνουν ότι οι μαθητές αντιπαρέρχονται ικανοποιητικά στις απαιτήσεις του συγκεκριμένου θέματος. Από τον Πίνακα 32, προκύπτει ότι σε αυτές τις δύο κατηγορίες κατατάσσονται οι ερωτήσεις Q2, Q3, Q5, Q8,Q9, Q11, Q12 και Q13. Κατηγορία LM, LL LH ML MH HH Ερώτηση Q6, Q7 Q1 Q4 Q3 Q2, Q3, Q5, Q8, Q9, Q11, Q12, Q13 Πίνακας 32. Κατανομή των ερωτήσεων ανά πρότυπο (κατά Bao & Redish). 3ος νόμος του Νεύτωνα (Δ2). Στα Διαγράμματα 139 και 140 αποτυπώνεται γραφικά η εξέλιξη στη γνωστική κατάσταση των μαθητών. Στο Διάγραμμα 139 αποτυπώνεται η εξέλιξη σχετικά με την επιλογή της σωστής απάντησης, ενώ στο Διάγραμμα 140 αποτυπώνεται η μεταβολή σχετικά με την κατανομή των λανθασμένων απαντήσεων. Σε ό,τι αφορά την πρώτη ερώτηση (Q1) οι φοιτητές υιοθετούν αρχικά ένα κυρίαρχο λανθασμένο μοντέλο εννοιών (LΗ). Μετά τη διδακτική παρέμβαση οι φοιτητές απαντούν στην ίδια ερώτηση (Q12) υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗΗ), κατάσταση που ουσιαστικά εξακολουθεί μετά τη συνεργασία στις ομάδες (ερώτηση Q13). Σε ό,τι αφορά τις [346]

367 Κεφάλαιο 6 ερωτήσεις Q2 και Q8 οι οποίες θεωρούνται ισομορφικές, οι φοιτητές ξεκινούν υιοθετώντας ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ), κατάσταση η οποία παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της παρέμβασης, αφού το ίδιο μοντέλο υιοθετούν απαντώντας την ερώτηση Q8 (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την ερώτηση Q3 υιοθετούν ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q4 και Q5 οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q4) υιοθετώντας ένα συνδυασμό τυχαίων μοντέλων (ML) αλλά μετά τη συζήτηση στις ομάδες οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q5 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗH). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q6 και Q7 οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q4) υιοθετώντας δύο λανθασμένα μοντέλα εννοιών (LM), ενώ μετά τη συζήτηση στις ομάδες οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q7 υιοθετώντας ένα συνδυασμό τυχαίων μοντέλων (LL). Σε ό,τι αφορά την ερώτηση Q9 υιοθετούν ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (ΗΗ). Σε ό,τι αφορά την ομάδα των ερωτήσεων Q10 και Q11 οι φοιτητές ξεκινούν (ερώτηση Q10) υιοθετώντας δύο μοντέλα εννοιών, ένα σωστό και ένα λανθασμένο (MΜ) αλλά μετά τη συζήτηση στις ομάδες οι φοιτητές απαντούν στην ερώτηση Q11 υιοθετώντας ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο (ΗH). Διάγραμμα 139. Απεικόνιση S-C, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ2. [347]

368 Κεφάλαιο 6 Διάγραμμα 140. Απεικόνιση S-Γ, 3ος νόμος του Νεύτωνα, Δ2 [348]

369 Κεφάλαιο 7 Κεφάλαιο 7ο. Συμπεράσματα-Συζήτηση 7ο Κεφάλαιο. Εισαγωγή Στα κεφάλαια 5 και 6 παρουσιάστηκαν τα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διερεύνηση των δύο ερευνητικών ερωτημάτων καθώς και τα αποτελέσματα της ανάλυσής τους. Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο επιχειρείται η εξαγωγή συμπερασμάτων και η αποτίμηση της βασικής υπόθεσης της έρευνάς μας σύμφωνα με την οποία, η βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής στην Τριτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση μπορεί να επιτευχθεί μέσω της παιδαγωγικής αναπλαισίωσης της παραδοσιακής διδασκαλίας, με την υιοθέτηση μαθητοκεντρικών περιβαλλόντων ενεργούς μάθησης και την αξιοποίηση διαδραστικής εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Στην παράγραφο 7.1 συζητούνται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος. Στην παράγραφο 7.2 συζητούνται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη διερεύνηση του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος. Στην παράγραφο 7.3 επιχειρείται η αποτίμηση της βασικής υπόθεσης της έρευνάς μας. Στην παράγραφο 7.4 κατατίθενται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα που θα μπορούσε να προάγει τα αποτελέσματα της δικής μας έρευνας. 7.1 Αποτελέσματα από τη διερεύνηση του πρώτου ερευνητικού ερωτήματος Το πρώτο ερευνητικό ερώτημα της παρούσης διατριβής ήταν το εξής: Είναι αποτελεσματική η χρήση ενός CRS, εντός του παιδαγωγικού πλαισίου της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων και μέσα στο ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα, σε μικρά ακροατήρια μαθητών και φοιτητών; Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή ενός CRS στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή ενός CRS στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. [349]

370 Κεφάλαιο Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών Ένα CRS εφαρμόστηκε σε δύο τμήματα του Γενικού Εργαστηρίου Φυσικής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ. Σκοπός της εφαρμογής ήταν να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της διδακτικής μεθόδου της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων σε συνάρτηση με τον αριθμό των επαναλήψεων διατύπωσης μίας ερώτησης και να καταγραφούν τα οφέλη και τα προβλήματα που προκύπτουν από αυτές τις διαφοροποιήσεις. Εφαρμόστηκαν τέσσερα πρότυπα υποβολής κλειστού τύπου ερωτήσεων, το Α, το Β, το Γ και Δ, ενώ τέθηκαν 25 συνολικά ερωτήσεις σε κάθε τμήμα. Για την μέτρηση της αποτελεσματικότητας υπολογίστηκε ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους για κάθε ενδιάμεσο στάδιο των τεσσάρων προτύπων. Σύμφωνα με την ανάλυση που προηγήθηκε στην παράγραφο 5.1: 1. Η διδακτική μεθοδολογία που εφαρμόστηκε στα δύο τμήματα του Γενικού Εργαστηρίου Φυσικής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των ποσοστών σωστών απαντήσεων επιβεβαιώνοντας τα πορίσματα της διεθνούς έρευνας. 2. Η συζήτηση μέσα στις ομάδες οδήγησε σε βελτίωση κατά την εφαρμογή των προτύπων Α, Γ και Δ με τιμή του κανονικοποιημένου δείκτη κέρδους που κατατάσσει τη δράση στις μέσης αποτελεσματικότητας παρεμβάσεις. Η χαμηλή βελτίωση που καταγράφηκε κατά την εφαρμογή της δράσης στο πρότυπο Β σχετίζεται ενδεχομένως με την απαίτηση ομοφωνίας που ζητήθηκε από τις ομάδες. 3. Η πλέον αποτελεσματική φάση της διδακτικής μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε προκύπτει ότι είναι η συζήτηση στην ολομέλεια αμέσως μετά τη συζήτηση στις ομάδες (τρίτος γύρος απαντήσεων, πρότυπα Γ και Δ ). Η τιμή του δείκτη κέρδους κατατάσσει τη δράση στις υψηλής αποτελεσματικότητας παρεμβάσεις. 4. Η εφαρμογή του προτύπου Δ μπορεί να είναι αποτελεσματική σε περιπτώσεις όπου τα αρχικά ποσοστά σωστών απαντήσεων είναι πολύ χαμηλά. Η μεγάλη επένδυση σε χρόνο που απαιτεί το συγκεκριμένο πρότυπο δεν συνηγορεί, όμως, υπέρ της χρήσης του σε γενικότερες περιπτώσεις. 5. Η ανάλυση των συζητήσεων μεταξύ των φοιτητών, σύμφωνα με τις απομαγνητοφωνήσεις που παρατίθενται παραγράφους και , υποδεικνύει ότι τα πολύ υψηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων που προκύπτουν από την επεξεργασία των δεδομένων δημιουργούν, σε μερικές περιπτώσεις, πλασματικά καλή εικόνα σε σχέση με την πραγματική κατανόηση των εννοιών εκ μέρους των φοιτητών. Υπάρχουν περιπτώσεις που οι φοιτητές απαντούν σωστά για λάθος όμως λόγους, μολονότι τα ποσοστά σωστών απαντήσεων μπορεί να υποδεικνύουν ότι η συζήτηση στις ομάδες ή στην ολομέλεια οδηγούν σε καλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα. Η συζήτηση στην [350]

371 Κεφάλαιο 7 ολομέλεια μπορεί επομένως να αξιοποιηθεί ως εργαλείο ελέγχου εγκυρότητας των ποσοτικών δεδομένων που συλλέγονται, τροφοδοτώντας το διδάσκοντα με πληροφορίες που μπορεί να αξιοποιήσει για την αναπροσαρμογή της διδακτικής του προσέγγισης. 6. Αν και στην παρούσα έρευνα εφαρμόστηκε κάθε ένα από τα τέσσερα προτεινόμενα πρότυπα αξιολόγησης της εννοιολογικής κατανόησης εννοιών της Φυσικής, κατά αποκλειστικότητα σε ένα μάθημα, κάτι τέτοιο φαίνεται ότι δεν οδηγεί στα καλύτερα δυνατά μαθησιακά αποτελέσματα. Φαίνεται ότι ο διδάσκων θα πρέπει, ανάλογα με τα ποσοστά σωστών απαντήσεων στον πρώτο γύρο, να κρίνει πόσο πολύ θα πρέπει να επιμείνει σε κάποια ερώτηση και να υιοθετήσει το αντίστοιχο πρότυπο. Επιπλέον, πέρα από την αλληλεπίδραση μέσα σε μία ομάδα 3-4 ατόμων, κάθε διδασκόμενος φαίνεται ότι αποκομίζει σημαντικά μαθησιακά οφέλη από τη συζήτηση μέσα στην τάξη, τουλάχιστον στο επίπεδο των μικρών τάξεων που δουλέψαμε και με δεδομένο το μικρό δείγμα που εξετάσαμε. 7. Τέλος, η προβολή των πρώτων απαντήσεων των φοιτητών φαίνεται να ευνοεί τη μαθησιακή διαδικασία μόνο όταν οι απαντήσεις εμφανίζουν μεγάλη διασπορά. Τότε προκαλείται ιδιαίτερο ενδιαφέρον και λαμβάνουν χώρα εντονότερες και με περισσότερα επιχειρήματα συζητήσεις, όπου οι διδασκόμενοι εκθέτουν στο διδάσκοντα τον τρόπο σκέψης τους και τις ενδεχόμενες εννοιολογικές τους παρεξηγήσεις. Αντίθετα, όταν όλοι οι φοιτητές υιοθετούν κοινή στάση, είτε σωστή είτε λανθασμένη, όπως στην περίπτωση της ερώτησης 2 στο πρότυπο Α (παράγραφος ), η προβολή των απαντήσεων θα πρέπει να αποφεύγεται καθώς φαίνεται να κατευθύνει τις απαντήσεις των φοιτητών και να μειώνει την διάθεση για αλληλεπίδραση. Στην περίπτωση που οι φοιτητές απαντούν σωστά ο διδάσκων πρέπει να επιταχύνει τη διαδικασία και να προχωρήσει παρακάτω, ενώ στην περίπτωση που υπάρχει λανθασμένη κοινή απάντηση θα πρέπει να υιοθετήσει την προσέγγιση του προτύπου Δ. Ας σημειωθεί, ωστόσο, ότι στην περίπτωση που προχωρήσει γρήγορα παρακάτω, θα ήταν παιδαγωγικά χρήσιμο να επανέλθει σύντομα με μία παρόμοια ερώτηση (ισομορφική ερώτηση) προκειμένου να εξακριβώσει την πραγματική κατανόηση των εννοιών και να μειώσει την πιθανότητα τυχαίας απάντησης Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών Σκοπός της εφαρμογής ενός CRS, και της παιδαγωγικής καινοτομίας που επιφέρει η χρήση του, στα δύο Γυμνάσια, ήταν η διερεύνηση της διδακτικής αποτελεσματικότητας μιας σύγχρονης διαδραστικής εκπαιδευτικής τεχνολογίας (CRS) και μιας ενεργούς μεθόδου διδασκαλίας όπως είναι η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων, στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Εφαρμόστηκαν δύο πρότυπα υποβολής κλειστού τύπου ερωτήσεων, το Γ και το Ε, ενώ υποβλήθηκαν 4 διαφορετικές ερωτήσεις που περιλαμβάνονται στο ερωτηματολόγιο FCI και σχετίζονται με την έννοια της δύναμης και τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα. [351]

372 Κεφάλαιο 7 Για την μέτρηση της αποτελεσματικότητας υπολογίστηκε ο δείκτης κανονικοποιημένου κέρδους για κάθε ενδιάμεσο στάδιο των δύο προτύπων, ενώ πραγματοποιήθηκε και ανάλυση συγκέντρωσης των λανθασμένων απαντήσεων των μαθητών. Σύμφωνα με την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 5.2): 1. Η διδακτική μεθοδολογία που εφαρμόστηκε στα δύο Γυμνάσια οδήγησε εν γένει σε βελτίωση των ποσοστών σωστών απαντήσεων επιβεβαιώνοντας τα πορίσματα της έρευνας που έλαβε χώρα και στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση (παράγραφος 5.1). Η βελτίωση αυτή ήταν ωστόσο σε αρκετά μικρότερο βαθμό από αυτή που καταγράφηκε στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση. Ένας πιθανός λόγος για την απόκλιση αυτή είναι η δυσκολία των μαθητών να συνεργαστούν σε ομάδες λόγω της μικρής εξοικείωσης με αντίστοιχες ομαδοσυνεργατικές μεθόδους διδασκαλίας. Επιπλέον, η παρέμβαση έγινε κατά τη διάρκεια μίας μόνο διδακτικής ώρας ενώ η αντίστοιχη παρέμβαση στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση εφαρμόστηκε τέσσερεις φορές κατά τη διάρκεια ενός εξαμήνου σπουδών. 2. Η συζήτηση μέσα στις ομάδες των μαθητών δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν οι αρχικές απαντήσεις των μαθητών παρουσιάζουν πολύ χαμηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων ή αντίστοιχα, υιοθετούνται δύο ή περισσότερα λανθασμένα μοντέλα εννοιών. Μοναδική εξαίρεση αποτέλεσε η ερώτηση Π2-2η (παράγραφος ). Αντίθετα, όταν τα αρχικά ποσοστά σωστών απαντήσεων ήταν της τάξης του 50% ή αντίστοιχα οι μαθητές ξεκινούσαν από την περιοχή ενός σωστού και ενός λανθασμένου μοντέλου (ΜΜ), τότε η συζήτηση μέσα στις ομάδες βοήθησε την πλειοψηφία των μαθητών να μεταβάλλουν τις απαντήσεις προς τη σωστή κατεύθυνση (ερωτήσεις Π1-1η, Π2-3η, Π3-2η). Εξαίρεση αποτέλεσε η ερώτηση Π1-2η. 3. Η συζήτηση στην ολομέλεια, μετά τη συζήτηση στις ομάδες, οδηγεί σε αρκετές περιπτώσεις σε αξιόλογα μαθησιακά αποτελέσματα. Οπισθοχωρήσεις παρουσιάστηκαν σε περιπτώσεις όπου μετά τη συζήτηση στις ομάδες (δεύτερος γύρος απαντήσεων) οι μαθητές απαντούσαν σωστά σε πολύ υψηλά ποσοστά, μεγαλύτερα από 90%. Ωστόσο, όταν κυριαρχεί ευρέως μία λανθασμένη άποψη, τότε ακόμη και η συζήτηση στην ολομέλεια μπορεί να εγκαθιδρύσει την άποψη αυτή (ερώτηση Π3-3η) γεγονός που σημαίνει ότι απαιτείται ιδιαίτερα προσεκτική διαπραγμάτευση εκ μέρους του διδάσκοντα και πιθανότατα επανασχεδιασμός της διδακτικής του προσέγγισης. 4. Ο τέταρτος γύρος απαντήσεων μετά την επαναδιαπραγμάτευση μέσα στις ομάδες για δεύτερη φορά, οδήγησε σε τρεις από τις τέσσερις περιπτώσεις που εφαρμόστηκε σε βελτίωση του ποσοστού σωστών απαντήσεων (αύξηση του δείκτη κέρδους). Επίσης, σε δύο περιπτώσεις (ερωτήσεις Α2-1η και Α2-2η) οδήγησε στην υιοθέτηση του σωστού μοντέλου (ΗΗ) από την πλειοψηφία των μαθητών. Το πρότυπο αυτό, ωστόσο, απαιτεί αρκετά μεγάλη επένδυση χρόνου οδηγώντας σε διαπραγμάτευση λιγότερων εννοιών και προβληματικών καταστάσεων. Θα πρέπει επομένως να επιλέγεται από το διδάσκοντα σε περιπτώσεις που κρίνει ότι υπάρχουν ακόμη [352]

373 Κεφάλαιο 7 περιθώρια βελτίωσης του τμήματος που εφαρμόζεται, και ταυτόχρονα το τμήμα απαντάει σε κάθε γύρο όλο και καλύτερα. 5. Προσοχή θα πρέπει να δοθεί σε ό,τι αφορά την προβολή της αρχικής κατανομής των απαντήσεων. Και στα δύο πρότυπα που εφαρμόστηκαν οι μαθητές είχαν πρόσβαση στην κατανομή των απαντήσεων των μαθητών όλης της τάξης. Υπάρχει ωστόσο ένας κίνδυνος σε αυτή την πρακτική: σε περίπτωση συντριπτικής πλειοψηφίας μίας απάντησης, είτε σωστής είτε λανθασμένης, οι μαθητές έχουν την αίσθηση ότι δεν υπάρχει λόγος να συζητήσει κανείς και να προβληματιστεί πάνω σε αυτή την ερώτηση. Τότε οι συζητήσεις μέσα στις ομάδες αποδυναμώνονται και ουσιαστικά το κεντρικό σημείο αυτής της διδακτικής προσέγγισης, η αλληλεπίδραση μεταξύ των μαθητών και η ανταλλαγή απόψεων με τη χρήση της δικής τους γλώσσας, καταρρέει. 6. Κατά τις διδακτικές παρεμβάσεις που περιγράφηκαν εφαρμόστηκε κάθε φορά ένα μόνο πρότυπο, είτε το Γ είτε το Ε. Η επιλογή αυτή λειτούργησε περιοριστικά και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να κούρασε τους μαθητές. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης που προηγήθηκε, το πόσες φορές θα πρέπει να επαναλάβει ο διδάσκων την ίδια ερώτηση, βοηθώντας τους μαθητές του να εμβαθύνουν και να ξεκαθαρίσουν τις έννοιες της Φυσικής που εμπλέκονται, εξαρτάται ισχυρά από το αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων. Επειδή είναι ιδιαίτερα χρήσιμο να δοθεί ο λόγος στους μαθητές ώστε να δικαιολογήσουν τις επιλογές τους και να εκθέσουν τον τρόπο σκέψης τους στο διδάσκοντα, είναι μάλλον χρήσιμο να αποφεύγεται να μένει κάποιος μόνο στην πραγματοποίηση δύο γύρων απαντήσεων. Ακόμη και αν μετά τη συζήτηση στην ολομέλεια έχουν δοθεί σωστές απαντήσεις και ερμηνείες, η προσφυγή σε έναν τρίτο γύρο απαντήσεων δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να αυτό-επιβεβαιώσουν τον βαθμό κατάληψης της νέας γνώσης και βελτιώνει την αυτοπεποίθησή τους και τη στάση τους απέναντι στο μάθημα. 7.2 Αποτελέσματα από τη διερεύνηση του δεύτερου ερευνητικού ερωτήματος Το δεύτερο ερευνητικό ερώτημα της παρούσης διατριβής ήταν το εξής: Είναι αποτελεσματική η αξιοποίηση ενός CRS, η χρήση του οποίου έχει ενσωματωθεί σε εκπαιδευτικό σενάριο με χαρακτηριστικά ενεργούς μάθησης, σε μικρά ακροατήρια μαθητών και φοιτητών; Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή ενός CRS στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή ενός CRS στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση. [353]

374 Κεφάλαιο Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών Για τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας ενός CRS σε μικρά ακροατήρια μαθητών εφαρμόστηκαν δύο εκπαιδευτικά σενάρια. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου του πρώτου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου Εφαρμογή του σεναρίου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διδακτικής παρέμβασης εφαρμόστηκε το εκπαιδευτικό σενάριο για τη διδασκαλία του μοντέλου του ηλεκτρικού ρεύματος σε μαθητές της Β Λυκείου. Το σενάριο εφαρμόστηκε σε τέσσερα τμήματα του ίδιου σχολείου από τον ίδιο διδάσκοντα-ερευνητή. Στα δύο τμήματα το σενάριο υποστηρίχθηκε από τη χρήση ενός CRS ενώ στα άλλα δύο τμήματα πραγματοποιήθηκε χωρίς τη χρήση σύγχρονης διαδραστικής τεχνολογίας. Για τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας οι μαθητές απάντησαν πριν την παρέμβαση αλλά και αμέσως μετά σε ένα τεστ έξι ερωτήσεων. Για τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων στο αρχικό και τελικό τεστ υπολογίστηκαν το μέσο κανονικοποιημένο κέρδος g και οι δείκτες S, C και Γ, ενώ αναπαραστάθηκαν οι γνωστικές μετακινήσεις των μέσων όρων των τμημάτων για κάθε ερώτηση μέσω κατάλληλων γραφικών παραστάσεων. Για να συγκριθούν οι μέσοι όροι της απόδοσης των τεσσάρων τμημάτων έγινε, επιπλέον, στατιστική ανάλυση με τη βοήθεια του λογισμικού SPPS. Σύμφωνα με την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.1): 1. Η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης κατατάσσεται, σύμφωνα με το δείκτη g, στις χαμηλής αποτελεσματικότητας δράσεις. Αντίστοιχα, λαμβάνοντας υπόψη το μη παραμετρικό τεστ Wilcoxon signed-rank (παράγραφος ), το μόνο τμήμα που παρουσίασε στατιστικά σημαντική βελτίωση μετά τη διδακτική παρέμβαση ήταν το Α7, στο οποίο δεν χρησιμοποιήθηκε το CRS. Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η αποτίμηση των διδασκαλιών με βάση τα ποσοστά σωστών απαντήσεων και την επεξεργασία τους που ακολουθεί, αποτυπώνει ένα μέρος μόνο της γνωστικής κατάστασης των μαθητών. Για παράδειγμα, η ερώτηση 3 φαίνεται να συγκεντρώνει υψηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων από τον πρώτο ακόμη γύρο (pre test) και στα τέσσερα τμήματα. Ωστόσο η εικόνα αυτή είναι αμφισβητήσιμη όπως προκύπτει από τις συζητήσεις που πραγματοποιήθηκαν στην ολομέλεια της τάξης. Έτσι, ενώ η συντριπτική πλειοψηφία θεωρεί ότι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η ίδια στα σημεία 1 και 2, οι περισσότεροι μαθητές πιστεύουν ότι αυτό συμβαίνει επειδή τα δύο σημεία ισαπέχουν από την πηγή. Η κατάσταση αυτή φάνηκε να διαφοροποιείται μετά τη διδακτική παρέμβαση, με βάση τις συζητήσεις που έλαβαν χώρα κατά την [354]

375 Κεφάλαιο 7 τέταρτη ώρα της διδακτικής παρέμβασης, μολονότι τα αντίστοιχα ποσοστά των σωστών απαντήσεων παρουσιάζουν στασιμότητα, ακόμη και μικρή μείωση. Οι μαθητές, σε σημαντικό ποσοστό, επιχειρηματολόγησαν χρησιμοποιώντας πλέον το σωστό μοντέλο του ηλεκτρικού ρεύματος και την αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου, βελτίωση η οποία όμως δεν αποτυπώνεται στους διάφορους δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν. 2. Η εισαγωγή της διαδραστικής τεχνολογίας των κλίκερς δεν φαίνεται να μεταβάλλει την αποτελεσματικότητα της διδακτικής παρέμβασης, τουλάχιστον σε ό,τι αφορά τους δείκτες που υπολογίστηκαν. Σύμφωνα με τη στατιστική ανάλυση οι μαθητές και των τεσσάρων τμημάτων ξεκινούν από την ίδια αφετηρία, αφού δεν υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές στους μέσους όρους των αρχικών τεστ. Μετά την παρέμβαση οι μέσες τιμές των σωστών απαντήσεων εμφανίζουν στατιστικά σημαντική διαφορά η οποία αποδόθηκε στη βελτίωση του τμήματος Α7. Το εύρημα αυτό υποστηρίζεται και από την τιμή του δείκτη κέρδους g, καθώς το τμήμα Α7 το οποίο δεν χρησιμοποίησε τα κλίκερς, εμφανίζει την μεγαλύτερη τιμή. Θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι σημαντικό ρόλο στα χαμηλά ποσοστά επιτυχίας παίζει το πολύ μικρό χρονικό διάστημα εφαρμογής, μόλις τέσσερεις διδακτικές ώρες, συμπεριλαμβανομένων των δύο διδακτικών ωρών που συμπληρώθηκε το αρχικό και το τελικό τεστ. Το γεγονός αυτό αποτελεί σοβαρό περιορισμό στην παρούσα διερεύνηση. Θα είχε σαφώς μεγάλο ενδιαφέρον να μετρηθεί η αποτελεσματικότητα μιας αντίστοιχης διδακτικής παρέμβασης μετά από ευρεία εφαρμογή διάρκειας αρκετών εβδομάδων. Θα μπορούσε επίσης να υποστηριχθεί ότι η χαμηλή αποτελεσματικότητα της παροχής ανάδρασης μέσω της προβολής των κατανομών και της επακόλουθης συζήτησης, η οποία καταγράφηκε στα τμήματα Α4 και Α6, οφείλεται εν μέρει και στην αδυναμία των μαθητών να εγκλιματιστούν στον νέο τρόπο αυτό διδασκαλίας, σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα. Οι μαθητές δεν είναι εξοικειωμένοι ούτε να συζητούν μεταξύ τους αναζητώντας λύσεις και απαντήσεις ούτε να ακούν και να μαθαίνουν από τους συμμαθητές τους. Έχουν συνηθίσει να εκτιμούν ότι πηγή γνώσης είναι ο δάσκαλός τους και όχι οι συμμαθητές τους. Το γεγονός αυτό αποτελεί τροχοπέδη κατά τη εφαρμογή της παιδαγωγικής προσέγγισης που επιχειρήθηκε. Επίσης, υπάρχουν στοιχεία που καταγράφηκαν στις τάξεις που χρησιμοποίησαν τα κλίκερς τα οποία αν και δεν μπορούν να μετρηθούν ποσοτικά με τους δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν συνηγορούν ωστόσο προς τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας. Ενδεικτικά, στα δύο τμήματα που χρησιμοποιήθηκαν τα κλίκερς καταγράφηκε ενεργός συμμετοχή της πλειοψηφίας των μαθητών. Όλοι οι μαθητές μπήκαν στη διαδικασία να στείλουν την απάντησή τους στις ερωτήσεις που τέθηκαν, ακόμη κι αν μερικοί από αυτούς δεν μπήκαν στη διαδικασία να προβληματιστούν σε βάθος γύρω από τις έννοιες της Φυσικής. Μεγάλο μέρος του μαθητικού πληθυσμού αυτών των τάξεων συμμετείχαν στις συζητήσεις που πραγματοποιήθηκαν. Σε [355]

376 Κεφάλαιο 7 αντιδιαστολή, στα άλλα δύο τμήματα όπου δεν χρησιμοποιήθηκαν τα κλίκερς, στη διαδικασία ανταλλαγής απόψεων παρατηρήθηκε μικρότερη συμμετοχή που οδήγησε σε μικρότερο ενδιαφέρον για το μάθημα. Η συμμετοχή στο μάθημα, ιδιαίτερα των «αδύναμων» μαθητών, οδηγεί σε θετικότερη στάση απέναντι στο μάθημα, ευνοεί την κοινωνικοποίηση των μαθητών και αυξάνει την ικανότητά του να εκφράσουν τις σκέψεις τους χρησιμοποιώντας την επιστημονική γλώσσα. Όλα αυτά είναι δεξιότητες οι οποίες είναι επιθυμητές να αποκτηθούν από τους μαθητές μας και οι οποίες δεν μετρώνται από τους δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν. Τέλος, μπορεί να υποστηριχθεί ότι το εκπαιδευτικό σενάριο που χρησιμοποιήθηκε αν και εισήγαγε στοιχεία ενεργούς μάθησης, όπως οι απαντήσεις μέσω των κλίκερς, η συζήτηση στις ομάδες και η συζήτηση στην ολομέλεια, εξακολουθεί να διατηρεί αρκετά στοιχεία της δασκαλοκεντρικής διδασκαλίας. Για παράδειγμα, οι πειραματικές διατάξεις σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν από το διδάσκοντα αφήνοντας, στο συγκεκριμένο σημείο, έναν παθητικό ρόλο για τους μαθητές. 3. Η πρώτη και η πέμπτη ερώτηση εμφανίζουν συστηματικά εξαιρετικά χαμηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων τόσο στο pre test όσο και στο post test, για όλα τα τμήματα. Το γεγονός αυτό φαίνεται να υποδεικνύει ότι οι συγκεκριμένες ερωτήσεις είναι δυσνόητες, ή ακατάλληλα διατυπωμένες ή ακατάλληλες για το επίπεδο των μαθητών. Η προσμέτρησή τους στην αποτίμηση της διδασκαλίας μειώνει τις τιμές των δεικτών κέρδους οδηγώντας την κατάταξη των δράσεων σε χαμηλής αποτελεσματικότητας. Ενδεικτικά, στον Πίνακα 33 δίνονται οι τιμές του δείκτη κέρδους για κάθε τμήμα για όλες τις ερωτήσεις <g> 6 καθώς και οι τιμές του δείκτη αν παραληφθούν οι ερωτήσεις 1 και 5, <g> 4. Αν εξαιρεθεί το τμήμα Α5, το οποίο έτσι κι αλλιώς είχε σημειώσει τις χαμηλότερες επιδόσεις από τα τέσσερα τμήματα, για το οποίο ο δείκτης, αν και βελτιωμένος, παραμένει χαμηλός, για τα υπόλοιπα τρία τμήματα παίρνει πολύ μεγαλύτερες τιμές. Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις τιμές οι διδακτικές παρεμβάσεις για τα δύο τμήματα από χαμηλής αποτελεσματικότητας μπορεί να θεωρηθούν ως μέσης αποτελεσματικότητας, ενώ για το Α7 η δράση θεωρείται υψηλής αποτελεσματικότητας. <g> 6 <g> 4 Α4 0.24± ±0.09 Α5 0.06± ±0.13 Α6 0.08± ±0.13 Α7 0.26± ±0.09 Πίνακας 33. Τιμές των δεικτών κέρδους <g>6 και <g>4. Συνεπώς, οι ερωτήσεις 1 και 5 θα πρέπει να επαναελεγχθούν ως προς τη συνάφειά τους με τις υπό διαπραγμάτευση έννοιες και να επαναδιατυπωθούν κατάλληλα ώστε να είναι κατανοητές και κατάλληλες για το επίπεδο των μαθητών στους οποίους απευθύνεται. [356]

377 Κεφάλαιο Εφαρμογή του σεναρίου του πρώτου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διδακτικής παρέμβασης εφαρμόστηκε το εκπαιδευτικό σενάριο για τη διδασκαλία του πρώτου νόμου του Νεύτωνα σε μαθητές της Β Γυμνασίου. Το σενάριο εφαρμόστηκε σε δύο τμήματα του ίδιου σχολείου από τον ίδιο διδάσκοντα-ερευνητή. Και στα δύο τμήματα το σενάριο υποστηρίχθηκε από τη χρήση ενός CRS. Και στα δύο τμήματα είχε προηγηθεί την προηγούμενη διδακτική ώρα μία σύντομη εισαγωγή στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα με παραδοσιακή διδασκαλία. Για τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας οι μαθητές απάντησαν στην αρχή της διδακτικής ώρας αλλά και στο τέλος σε δύο ερωτήσεις. Όπως προκύπτει από την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.1.2): 1. Η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης κατατάσσεται, σύμφωνα με το δείκτη g (Πίνακας 17) στις χαμηλής αποτελεσματικότητας διδακτικές δράσεις. Σε ό,τι αφορά την ερώτηση 1 ένα μικρό ποσοστό των μαθητών και στα δύο τμήματα υιοθετεί τη σωστή απάντηση («τίποτα από τα παραπάνω»), αλλά και από αυτούς τους μαθητές που την υιοθετούν, λίγοι μόνο μπορούν να αντιληφθούν την ισοταχή κίνηση της διαστημοσυσκευής ως συνέπεια του πρώτου νόμου του Νεύτωνα (Συζήτηση 7Β, παράγραφος ). Σε ό,τι αφορά την ερώτηση 2, η οποία έχει υιοθετηθεί από το ερωτηματολόγιο FCI, οι μαθητές του τμήματος Α8 εμφανίζουν βελτίωση που κατατάσσει την παρέμβαση στις μέσης αποτελεσματικότητας δράσεις, ενώ οι μαθητές του τμήματος Α9 εμφανίζουν οριακή οπισθοδρόμηση. Η συζήτηση 8Β (παράγραφος ) είναι ενδεικτική της ανθεκτικότητας της Αριστοτελικής θεώρησης της φύσης από τους μαθητές. 2. Η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων που επιχειρήθηκε για τις ερωτήσεις 3 και 4, σύμφωνα με το δείκτη g (Πίνακας 17), φαίνεται να διαφοροποιείται με την ερώτηση και με το τμήμα. Έτσι, για την ερώτηση 3 οδηγεί στο τμήμα Α8 σε μέσης αποτελεσματικότητας παρέμβαση (g=0.58) ενώ για το τμήμα Α9 σε αμελητέα βελτίωση (g=0.07). Αντίστροφα, στην ερώτηση 4 δεν παρατηρείται καμία μεταβολή στις απόψεις των μαθητών του τμήματος Α8 (g=0) ενώ στο τμήμα Α9 έχουμε το μέγιστο δυνατό κέρδος (g=1). Η φαινομενική αυτή αντίφαση μπορεί ωστόσο να ερμηνευθεί υπό το πρίσμα των συμπερασμάτων που προέκυψαν από τη διερεύνηση της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση (παράγραφος 7.1.1) και στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση (παράγραφος 7.1.2). Πράγματι, στο τμήμα Α9 δεν υπήρξε μεταβολή κατά τη διαπραγμάτευση της ερώτησης 3 επειδή το ποσοστό των σωστών απαντήσεων ήταν εξαρχής πολύ υψηλό, περίπου 85%. Αντίθετα, στο τμήμα Α8 στην ίδια ερώτηση το αρχικό ποσοστό των σωστών απαντήσεων ήταν μόλις 50% ενώ μετά τη συζήτηση στις ομάδες έφτασε στο 80%. Στην ερώτηση 4, το αρχικό ποσοστό των σωστών απαντήσεων στο τμήμα Α9 ήταν περίπου 60% και μετά τη συζήτηση στις ομάδες έφτασε το 100%. Αντίθετα, στο τμήμα Α8, το αρχικό ποσοστό των σωστών απαντήσεων ήταν 40% ενώ ταυτόχρονα το 40% των μαθητών επέλεξαν την απάντηση 2. Υπό αυτές τις συνθήκες, ποσοστό σωστών απαντήσεων χαμηλότερο του 50% και υιοθέτηση δύο μοντέλων [357]

378 Κεφάλαιο 7 εννοιών, ενός σωστού και ενός λανθασμένου, η συζήτηση στις ομάδες δεν κατάφερε να μεταβάλλει τη συνολική εικόνα. 3. Οι συζητήσεις στην ολομέλεια ανέδειξαν ότι μόνο η καταγραφή των απαντήσεων των μαθητών μπορεί να οδηγήσει σε πλασματική εικόνα της γνωστικής κατάστασής τους και της εξέλιξης αυτής της κατάστασης στο χρόνο. Όπως προκύπτει από τις συζητήσεις που πραγματοποιήθηκαν (παράγραφος ) σε αρκετές περιπτώσεις οι μαθητές υιοθετούν τη σωστή απάντηση είτε στην τύχη, είτε για λανθασμένους λόγους είτε για λόγους που είναι διαισθητικά σωστοί αλλά στερούνται τεκμηρίωσης. Το γεγονός αυτό αναδεικνύει τη σημασία της συζήτησης στην ολομέλεια ως εργαλείου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το διδάσκοντα για να καταγράψει τη γνωστική κατάσταση των μαθητών και τη χρονική της εξέλιξη. 4. Οι μαθητές δυσκολεύονται να απαντήσουν σε ισομορφικές ερωτήσεις αδυνατώντας να εντοπίσουν τα χαρακτηριστικά εκείνα μίας ερώτησης που αφορούν τη φυσική αρχή που πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Όπως προκύπτει από τις κατανομές των απαντήσεων στην ερώτηση 2 (Διαγράμματα 76 και 77, pre), αλλά και από τις κατανομές στην ερώτηση 5 (Διαγράμματα 82 και 83), όπου οι μαθητές δηλώνουν σωστά ότι απαιτείται δύναμη για να αλλάξει η κινητική κατάσταση ενός αντικειμένου, όταν όμως τους ζητείται να εφαρμόσουν την αρχή αυτή της Φυσικής σε διαφορετικό πλαίσιο, όπως αυτό ερώτησης 1 (Διάγραμμα 74, post) επανέρχονται στις αρχικές τους, λανθασμένες ιδέες. Η πληροφορία αυτή που παρέχεται στο διδάσκοντα από τα διαγράμματα σε πραγματικό χρόνο πρέπει να ληφθεί υπόψη σε ό,τι αφορά το σχεδιασμό των επόμενων βημάτων της διδασκαλίας του, αλλά και στην επιλογή των ερωτήσεων που τίθενται. 5. Και στα δύο τμήματα ενεργοποιήθηκαν όλοι ανεξαιρέτως οι μαθητές, συμμετέχοντας στις συζητήσεις που έλαβαν χώρα στην ολομέλεια. Επίσης, μεγάλο μέρος των μαθητών συμμετείχε ενεργά στις συζητήσεις που πραγματοποιήθηκαν στις ομάδες στο πλαίσιο των Ερωτήσεων 3 και 4. Όπως, μάλιστα, καταγράφηκε από τις συζητήσεις που ακολούθησαν την Ερώτηση 4 και στα δύο τμήματα, οι συζητήσεις στις ομάδες ήταν αρκετά ουσιαστικές και δεν φάνηκε να μονοπωλούνται από κάποιους μαθητές. Είναι αξιοσημείωτο ότι παρά την αλληλεπίδραση στις ομάδες πολλοί μαθητές διατήρησαν τις απόψεις τους τις οποίες και εξέφρασαν στην ολομέλεια. Ως συνέπεια, οι μαθητές έλαβαν το λόγο για χρονικό διάστημα που ξεπέρασε το 55% του διδακτικού χρόνου, με το υπόλοιπο να μοιράζεται κυρίως στην πραγματοποίηση διατάξεων και στην παρακολούθηση του βίντεο παρά στο διδάσκοντα, σε αντιδιαστολή με μία παραδοσιακή τάξη, στην οποία σπάνια καλούνται να εκφράσουν τις απόψεις τους για ένα φαινόμενο ή να προβλέψουν την έκβαση κάποιου άλλου. Τα οφέλη που απεκόμισαν με τον τρόπο αυτό οι μαθητές, δηλαδή η καλλιέργεια κοινωνικών αλλά και λεκτικών δεξιοτήτων, δεν μπορεί να απεικονιστεί από τους δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή. [358]

379 Κεφάλαιο Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών Για τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας ενός CRS σε μικρά ακροατήρια φοιτητών εφαρμόστηκαν πέντε δράσεις. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου για τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου για τη διδασκαλία του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ2. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου για τη διδασκαλία των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ2. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου για τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1. Στην παράγραφο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την εφαρμογή του σεναρίου για τη διδασκαλία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ Εφαρμογή του σεναρίου του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1 Στο πλαίσιο εφαρμογής του σεναρίου του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1 τέθηκαν συνολικά 12 ερωτήσεις και εφαρμόστηκαν διάφορες διδακτικές προσεγγίσεις. Όπως προκύπτει από την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.2.1): 1. Η διδακτική μεθοδολογία που εφαρμόστηκε οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των ποσοστών των σωστών απαντήσεων των φοιτητών τόσο σε ομάδες ισομορφικών ερωτήσεων (Ερωτήσεις Q1-Q2-Q9 και Ερωτήσεις Q8-Q10) όσο και στην ίδια ερώτηση (Ερώτηση Q3-Q5-Q7-Q11- Q12). Σύμφωνα με τα Διαγράμματα 93 και 94 για τις παραπάνω ομάδες ερωτήσεων παρατηρήθηκε μετακίνηση του συνόλου των φοιτητών από την περιοχή υιοθέτησης ενός ή δύο λανθασμένων μοντέλων στην περιοχή υιοθέτησης ενός κυριάρχου και σωστού μοντέλου. Αξίζει να σημειωθεί ότι μολονότι κατά τη διάρκεια της παρέμβασης δεν καταγράφηκε πρόοδος στην γνωστική εξέλιξη των εννοιών που σχετίζονται με την Ερώτηση Q3 (Παράρτημα Α ), όπως προκύπτει από το Διάγραμμα 87 (Α, Β και Γ γύρος), εντούτοις ο αντίκτυπος της συνολικής παρέμβασης φαίνεται να είναι θετικός. Πράγματι, οι ίδιοι φοιτητές υιοθετούν σε ποσοστό 70% τη σωστή απάντηση 45 μέρες περίπου μετά τη διδακτική παρέμβαση στο πλαίσιο επόμενου μαθήματος (Διάγραμμα 87, Επόμενο), ενώ στο ίδιο ποσοστό (70%) απαντούν σωστά στο πλαίσιο γραπτών εξετάσεων μερικούς μήνες αργότερα. Είναι ωστόσο διαφωτιστικό από τον Πίνακα 18 και από τη σύγκριση των δύο στηλών που αντιστοιχούν στις απαντήσεις των ερωτήσεων Q11 και Q12, ότι αν και [359]

380 Κεφάλαιο 7 το ποσοστό των σωστών απαντήσεων παραμένει το ίδιο σε αυτές τις καταγραφές που επιχειρήθηκαν, υπάρχουν εσωτερικές μετακινήσεις μεταξύ διάφορων απαντήσεων. Έτσι, επτά (7) από τους εννιά (9) φοιτητές διατηρούν σταθερά σωστή στάση (ποσοστό 78%), παρατηρούνται δύο (2) διαρροές προς την απάντηση 3 ενώ ταυτόχρονα δύο (2) φοιτητές μετακινούνται τελικά στη σωστή απάντηση 2 ξεκινώντας από διαφορετική αφετηρία. Η εικόνα αυτή αναπαριστάται και από το Διάγραμμα 94 από όπου προκύπτει ότι αν και το ποσοστό των σωστών απαντήσεων μένει σταθερό για τις ερωτήσεις Q11 και Q12 (αμετάβλητη τιμή του δείκτη S), η αύξηση του δείκτη Γ δηλώνει αύξηση της διασποράς των λανθασμένων απαντήσεων. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει ίσως ότι ένα μέρος των φοιτητών υιοθετεί τη σωστή απάντηση χωρίς να έχει καταφέρει να αποτινάξει τις αρχικές εναλλακτικές ιδέες του ή ακόμη χωρίς να έχει αναπτύξει ένα συνεπές εξηγητικό μοντέλο. Σε ό,τι αφορά το Διάγραμμα 87 (Α, Β και Γ γύρος), μπορεί να ισχυριστεί κανείς ότι επιβεβαιώνει, μέχρι ενός σημείου, το συμπέρασμα 7 της παραγράφου 7.1.1, σύμφωνα με το οποίο θα πρέπει να αποφεύγεται η προβολή της κατανομής απαντήσεων όταν σε αυτήν μία απάντηση, σωστή ή λάθος, μονοπωλεί τις επιλογές των φοιτητών, καθώς φαίνεται να υποσκάπτει το ενδιαφέρον των εκπαιδευόμενων να σκεφτούν σε βάθος στην ίδια ερώτηση όταν αυτή επαναδιατυπωθεί. Το γεγονός πάντως ότι σύμφωνα με το Διάγραμμα 85 η ερώτηση Q7 παρουσιάζει το μεγαλύτερο εύρος τιμών του χρόνου απόκρισης από όλες τις ερωτήσεις και επιπλέον, σε σχέση με τις ερωτήσεις Q3 και Q5, αποδυναμώνει τη θέση αυτή. 2. Γνωστικά, οι τελειόφοιτοι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής εμφανίζουν πολλές από τις εναλλακτικές ιδέες και μοντέλα που είναι διαδεδομένα και στους μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Η χρήση της γλώσσας γίνεται χωρίς προσοχή υποδεικνύοντας ότι διάφορες έννοιες είναι συγκεχυμένες στο μυαλό τους. Η αξιοποίηση των συζητήσεων στην ολομέλεια (χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η Συζήτηση 4), μπορεί να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τον τρόπο σκέψης των φοιτητών ενώ ταυτόχρονα μπορεί να πληροφορήσει για την εγκυρότητα και την αξιοπιστία των ποσοτικών δεδομένων που συλλέγονται μέσω των απαντήσεων σε κλειστού τύπου ερωτήσεις. 3. Η πραγματοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων διερευνητικού χαρακτήρα στο πλαίσιο ομάδων εργασίας οδήγησε σε βελτίωση των σωστών απαντήσεων κατά τη διαπραγμάτευση των ερωτήσεων Q1 και Q2. Ωστόσο το ποσοστό των σωστών απαντήσεων στην ερώτηση Q2 αν και βελτιωμένο παραμένει χαμηλό (περίπου 54%). Φαίνεται ότι οι πειραματικές ασκήσεις από μόνες τους δυσκολεύονται να προσφέρουν το επιθυμητό επίπεδο κατανόησης. Η συζήτηση στην ολομέλεια και η ανταλλαγή επιχειρημάτων, που στο συγκεκριμένο σημείο αυτής της διδακτικής παρέμβασης δεν έγινε, ίσως να μπορούσε να βοηθήσει τους φοιτητές να εμβαθύνουν και να αντιληφθούν αποτελεσματικότερα τις πειραματικές ενδείξεις στις οποίες εκτέθηκαν. [360]

381 Κεφάλαιο 7 4. Οι φοιτητές χειρίζονται με ευκολία τους μαθηματικούς τύπους ενώ την ίδια στιγμή έχουν προβλήματα στο να απαντήσουν χρησιμοποιώντας ποιοτικά επιχειρήματα και έννοιες της Φυσικής. Ενδεικτικό είναι το παράδειγμα που αναδείχθηκε κατά τη Συζήτηση 5. Επιπλέον, η υιοθέτηση εκ μέρους των φοιτητών του μαθηματικού φορμαλισμού ως του φορέα της φυσικής γνώσης οδηγεί σε παρερμηνείες και στην ενδυνάμωση εναλλακτικών ιδεών. Η Συζήτηση 4 αναδεικνύει τη σύγχυση που δημιουργεί ο αποκλειστικά μαθηματικός χειρισμός της σχέσης I=V/R σχετικά με την αιτία και τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος. 5. Ο ρόλος του διδάσκοντα ως συντονιστή και καθοδηγητή της συζήτησης στην ολομέλεια είναι σημαντικός για την αποσαφήνιση των εννοιών που είναι υπό διαπραγμάτευση, τουλάχιστον στο παιδαγωγικό πλαίσιο της συγκεκριμένης διδακτικής παρέμβασης. Στο συγκεκριμένο σενάριο ο φοιτητής που ανέλαβε το ρόλο του διδάσκοντα δεν ανταποκρίθηκε ικανοποιητικά σε αυτό το ρόλο, σε διάφορα σημεία της παρέμβασης, με αποτέλεσμα αρκετά πράγματα σχετικά με τον τρόπο σκέψης των φοιτητών να παραμείνουν αδιευκρίνιστα. Έτσι, ο διδάσκων δεν είχε όλες εκείνες τις πληροφορίες που θα μπορούσαν να τον ενημερώσουν για το τρέχον επίπεδο κατανόησης των εννοιών εκ μέρους των «μαθητών» του, βοηθώντας τον να αναπροσαρμόσει τη διδακτική του προσέγγιση. Για παράδειγμα, δεν έγινε προσπάθεια αποσαφήνισης του τρόπου σκέψης των φοιτητών μετά την απάντηση της ερώτησης Q7, της τρίτης κατά σειρά εφαρμογής της ίδιας ερώτησης, η οποία διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη του διδακτικού σεναρίου. Η μη ικανοποιητική διαχείριση του σεναρίου από το διδάσκοντα φοιτητή αναδεικνύει τις ενδεχόμενες δυσκολίες που μπορεί να προκύψουν από την απόπειρα εφαρμογής της συγκεκριμένης τεχνολογίας και της παιδαγωγικής μεθόδου σε ευρεία κλίμακα. Για την επιτυχή εισαγωγή και τη διδακτική αποτελεσματικότητα της μεθόδου φαίνεται ότι θα πρέπει να θεωρείται προαπαιτούμενη η εκπαίδευση των εκπαιδευτικών που θα κληθούν να την εφαρμόσουν Εφαρμογή του σεναρίου του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ2 Στο πλαίσιο εφαρμογής του σεναρίου του νόμου του Ωμ στο τμήμα Δ1 τέθηκαν συνολικά 11 ερωτήσεις και εφαρμόστηκαν διάφορες διδακτικές προσεγγίσεις. Όπως προκύπτει από την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.2.2): 1. Η διδακτική μεθοδολογία που εφαρμόστηκε οδήγησε σε βελτίωση των ποσοστών των σωστών απαντήσεων των φοιτητών τόσο σε μία ομάδα ισομορφικών ερωτήσεων (Ερωτήσεις Q1- Q2-Q9) όσο και στην ίδια ερώτηση (Ερώτηση Q3-Q5-Q7-Q11), ενώ οδήγησε σε μικρή οπισθοχώρηση σε άλλη ομάδα ερωτήσεων (Ερωτήσεις Q8-Q10). Σύμφωνα με τα Διαγράμματα 104 και 105 για τις παραπάνω ομάδες ερωτήσεων παρατηρήθηκε μετακίνηση μέρους των φοιτητών προς την περιοχή υιοθέτησης ενός κυριάρχου και σωστού μοντέλου (Ερωτήσεις Q1-Q2-Q9) ενώ στις δύο άλλες ομάδες ερωτήσεων (Ερώτηση Q3-Q5-Q7-Q11 και Ερωτήσεις Q8-Q10) οι φοιτητές μοιράζονται ανάμεσα σε [361]

382 Κεφάλαιο 7 ένα σωστό και ένα λανθασμένο μοντέλο, δυσκολευόμενοι να μεταβάλλουν τις εναλλακτικές τους ιδέες. Όπως συνέβη και στην αντίστοιχη ακολουθία ερωτήσεων στο τμήμα Δ1 (παράγραφος ) κατά τη διάρκεια της παρέμβασης δεν καταγράφηκε πρόοδος στην γνωστική εξέλιξη των εννοιών που σχετίζονται με την Ερώτηση Q3 (Παράρτημα Α ), όπως προκύπτει από το Διάγραμμα 98 (Α, Β και Γ γύρος). Η Συζήτηση 6, η οποία έλαβε χώρα αφού οι φοιτητές απάντησαν την Ερώτηση Q7, και η Συζήτηση 7, η οποία έλαβε χώρα μετά την πειραματική επιβεβαίωση, κατάφεραν πέρα από το να φέρουν στο φως τον τρόπο σκέψης των φοιτητών, να δώσουν τη δυνατότητα σε αρκετούς από αυτούς να μεταβάλλουν την άποψή τους και να υιοθετήσουν τη σωστή (βλ. τις αντίστοιχες συζητήσεις). Αποτελούν επομένως χαρακτηριστικά παραδείγματα της θετικής επίδρασης που μπορεί να έχει η παροχή ανάδρασης και η συζήτηση στην ολομέλεια στην αναδόμηση των ιδεών των εκπαιδευόμενων. Αν και η βελτίωση του ποσοστού των σωστών απαντήσεων δεν καταγράφηκε μέσω της απάντησης σε κάποια επόμενη ερώτηση κατά τη διάρκεια της παρέμβασης, οι ίδιοι φοιτητές απάντησαν σωστά στην ερώτηση αυτή, σε ποσοστό μεγαλύτερο του 50%, όταν τέθηκε σε επόμενο μάθημα. 2. Γνωστικά, επιβεβαιώθηκε η εικόνα που αναδύθηκε και στο τμήμα Δ1 (παράγραφος ) ότι οι τελειόφοιτοι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής εμφανίζουν πολλές από τις εναλλακτικές ιδέες και μοντέλα που είναι διαδεδομένα και στους μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Για άλλη μια φορά η χρήση της γλώσσας γίνεται χωρίς προσοχή υποδεικνύοντας ότι διάφορες έννοιες είναι συγκεχυμένες στο μυαλό τους. 3. Η πραγματοποίηση απλών πειραματικών διατάξεων διερευνητικού χαρακτήρα στο πλαίσιο ομάδων εργασίας απέτυχε να οδηγήσει σε βελτίωση των σωστών απαντήσεων κατά τη διαπραγμάτευση των ερωτήσεων Q1 και Q2. Το ποσοστό των σωστών απαντήσεων στην ερώτηση Q2 παραμένει αμετάβλητο και εξαιρετικά χαμηλό (25%) μολονότι οι φοιτητές χειρίστηκαν μόνοι τους ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα το οποίο κατάφεραν να λειτουργήσει. Η υπόθεση που έγινε μετά το αντίστοιχο εύρημα στο τμήμα Δ1 (παράγραφος ), σύμφωνα με το οποίο φαίνεται ότι οι πειραματικές ασκήσεις από μόνες τους δυσκολεύονται να προσφέρουν το επιθυμητό επίπεδο κατανόησης, φαίνεται να επιβεβαιώνεται. Η συζήτηση στην ολομέλεια και η ανταλλαγή επιχειρημάτων, που στο συγκεκριμένο σημείο της διδακτικής παρέμβασης δεν έγινε, ίσως να μπορούσε να βοηθήσει τους φοιτητές να εμβαθύνουν και να αντιληφθούν αποτελεσματικότερα τις πειραματικές ενδείξεις στις οποίες εκτέθηκαν. Στη συγκεκριμένη παρέμβαση είναι ενδεικτικό ότι ο Φοιτητής 5 (Συζήτηση 1) δεν κατάλαβε καν από το σχήμα της ερώτησης Q1 (Παράρτημα Α ) ότι το συγκεκριμένο σύμβολο αναπαριστά λαμπάκι. [362]

383 Κεφάλαιο 7 4. Αν και τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων στις διάφορες ερωτήσεις δεν είναι τόσο υψηλά όσο εκείνα των αντίστοιχων ερωτήσεων που τέθηκαν στο τμήμα Δ1, η πρόκληση συζήτησης στην ολομέλεια και η προσεκτική διαχείρισή της εκ μέρους του διδάσκοντα φοιτητή, οδήγησε σε ενθαρρυντικά αποτελέσματα, ακόμη και σε μεταστροφή μεγάλου μέρους των φοιτητών προς τη σωστή απάντηση, ακόμη κι αν αυτό δεν καταγράφηκε ποσοτικά. Ενδεικτική είναι τόσο η Συζήτηση 6 όσο και η Συζήτηση 10. Συγκρίνοντας, υπό αυτό το πρίσμα, τις παρεμβάσεις στα τμήματα Δ1 και Δ2 θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι καταγράφηκε η επίδραση του διδάσκοντα στην αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας η οποία γίνεται με τη χρήση διαδραστικής τεχνολογίας και της παιδαγωγικής μεθόδου που τη συνοδεύει Εφαρμογή του σεναρίου των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ2 Στο πλαίσιο εφαρμογής του σεναρίου των κανόνων του Κίρκοφ στο τμήμα Δ2 τέθηκαν συνολικά 11 ερωτήσεις και εφαρμόστηκαν διάφορες διδακτικές προσεγγίσεις. Όπως προκύπτει από την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.2.3): 1. Η διδακτική μεθοδολογία που ακολουθήθηκε οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των απαντήσεων για τα ζευγάρια ερωτήσεων Q2/Q5 και Q3/Q4. Και στις δύο περιπτώσεις οι φοιτητές ξεκίνησαν υιοθετώντας δύο λανθασμένα συστήματα εννοιών και κατέληξαν σε ένα κυρίαρχο και σωστό μοντέλο (Διαγράμματα 118, και 119). Η Συζήτηση 4 (παράγραφος ) αναδεικνύει τη δυναμική της ανταλλαγής επιχειρημάτων μεταξύ των φοιτητών ακόμη κι όταν κανένας αρχικά δεν έχει απαντήσει ορθά και για σωστούς λόγους. Η συζήτηση αυτή οδήγησε τους φοιτητές να απαντήσουν σωστά στην Ερώτηση Q4 σε ποσοστό 75% όταν το αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων στην αντίστοιχη ερώτηση Q3 ήταν λίγο πάνω από 10%. Στη συνέχεια, επιστρέφοντας στην Ερώτηση Q2/Q5, στην οποία αρχικά κανείς δεν απάντησε σωστά, απάντησαν σωστά σε ποσοστό 100% και μάλιστα χρειάστηκαν το μικρότερο μέσο χρόνο απόκρισης από όλες τις ερωτήσεις (Διάγραμμα 107) γεγονός που υποδεικνύει τη βεβαιότητά τους. Οι υπόλοιπες ερωτήσεις τέθηκαν από μία φορά. Στην Ερώτηση Q6 ποσοστό των φοιτητών μεγαλύτερο από 60% απαντάει σωστά. Ο μεγάλος χρόνος απόκρισης, ο μεγαλύτερος από όλες τις άλλες ερωτήσεις (Διάγραμμα 107), υποδεικνύει ότι οι φοιτητές προβληματίστηκαν αρκετά και απάντησαν έχοντας προσπαθήσει να είναι ακριβείς. Η Συζήτηση 8 όμως αποκαλύπτει ότι αρκετοί από τους φοιτητές απαντούν σωστά αλλά για λάθους λόγους. Αυτό σημαίνει ότι οι εναλλακτικές τους ιδέες που σχετίζονται με αυτή την απάντηση είναι μάλλον ισχυρές. Αντίστοιχα συμπεράσματα προκύπτουν και από τη διαπραγμάτευση της Ερώτησης Q9 και της αντίστοιχης Συζήτησης 12. Τα χαμηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων Q7 και Q10 και οι συζητήσεις που ακολούθησαν έδειξαν ότι οι φοιτητές δυσκολεύονται να εφαρμόσουν το δεύτερο κανόνα του Κίρκοφ σε ηλεκτρικά κυκλώματα με δύο πηγές ή/και με διακόπτες. Συνεπώς το εκπαιδευτικό σενάριο θα πρέπει να αναθεωρηθεί στο σημείο αυτό ώστε να αντεπεξέλθει στις δυσκολίες που εγείρουν οι εναλλακτικές ιδέες των φοιτητών. [363]

384 Κεφάλαιο 7 2. Είναι αξιοσημείωτη η ενεργοποίηση όλων των φοιτητών οι οποίοι στο πλαίσιο των συζητήσεων που εκτυλίχθηκαν έδωσαν τη δυνατότητα στο διδάσκοντα να εκτιμήσει με ικανοποιητική διακριτική ικανότητα τον τρόπο σκέψης τους. Οι συζητήσεις ήταν ιδιαίτερα εκτενείς και διεξήχθησαν κυρίως μεταξύ των φοιτητών. Ο διδάσκων παρενέβη κυρίως για να συντονίσει και να θέσει προβληματισμούς που είχαν ως στόχο να ενεργοποιήσουν και τους υπόλοιπους φοιτητές. Η παροχή ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο μέσω των κλίκερς αλλά και η προσεκτική διαχείριση από το διδάσκοντα, οδήγησε στην πραγματοποίηση μιας διδακτικής παρέμβασης με έντονα τα στοιχεία της ενεργούς μάθησης. 3. Γνωστικά, διαπιστώθηκε ότι οι τελειόφοιτοι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής εμφανίζουν και σε αυτό το κομμάτι του δυναμικού ηλεκτρισμού πολλές από τις εναλλακτικές ιδέες και μοντέλα που είναι διαδεδομένα και στους μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Για άλλη μια φορά η χρήση της γλώσσας γίνεται χωρίς προσοχή υποδεικνύοντας ότι διάφορες έννοιες είναι συγκεχυμένες στο μυαλό τους, αν και καταγράφηκαν απόπειρες από τους ίδιους του φοιτητές να επιχειρηθεί η ορθή χρήση διάφορων όρων, όπως για παράδειγμα των όρων τάση και δυναμικό Εφαρμογή του σεναρίου του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1 Στο πλαίσιο εφαρμογής του σεναρίου του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1 τέθηκαν συνολικά 8 ερωτήσεις και εφαρμόστηκαν διάφορες διδακτικές προσεγγίσεις. Όπως προκύπτει από την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.2.4): 1. Η διδακτική μεθοδολογία που ακολουθήθηκε οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των ποσοστών σωστών απαντήσεων για τα ζευγάρια ερωτήσεων Q3/Q4 και Q6/Q7. Στην ερώτηση Q3 οι φοιτητές ξεκίνησαν υιοθετώντας κυρίως ένα σωστό μοντέλο και μετά τη συζήτηση στις ομάδες οδηγήθηκαν σε ένα κυρίαρχο σωστό μοντέλο. Από το Διάγραμμα 121 προκύπτει ότι για να απαντήσουν στην ερώτηση για δεύτερη φορά απαιτήθηκε ο μισός περίπου χρόνος σε σχέση με την πρώτη φορά, γεγονός που υποδεικνύει τον υψηλό βαθμό βεβαιότητάς τους. Αντίστοιχα, στην ερώτηση Q6 το αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων ήταν ελαφρώς μεγαλύτερο από 50%, ενώ μετά τη συζήτηση στις ομάδες το ποσοστό ξεπέρασε το 80%. Ας σημειωθεί ότι στη συγκεκριμένη ερώτηση δεν προβλήθηκε η αρχική κατανομή των σωστών απαντήσεων για να διαπιστωθεί αν αυτή μπορεί να επηρεάσει την τελική απάντηση των φοιτητών. Όπως προκύπτει, έχοντας αρχικά μία κρίσιμη μάζα σωστών απαντήσεων που ξεπερνάει το 50% αρκεί για να οδηγήσει σε υψηλά ποσοστά σωστών απαντήσεων, μετά τη συζήτηση μέσα στις ομάδες. Από την άλλη, το πολύ υψηλό ποσοστό λανθασμένων απαντήσεων στην ερώτηση Q1 δεν κατέστη δυνατό να μεταβληθεί μετά τη συζήτηση στις ομάδες. Ο μικρός μέσος χρόνος απόκρισης (Διάγραμμα 121) υποδεικνύει ότι οι φοιτητές θεώρησαν προφανή την απάντηση. Στην περίπτωση αυτή ο διδάσκων θα έπρεπε εν γένει να ακολουθήσει ίσως διαφορετική διδακτική προσέγγιση. Στη συγκεκριμένη παρέμβαση κάτι τέτοιο δεν επιχειρήθηκε επειδή θεωρήθηκε ότι δίνεται η ευκαιρία να [364]

385 Κεφάλαιο 7 αποτιμηθεί ολόκληρη η διδακτική παρέμβαση με την επαναδιαπραγμάτευση της ερώτησης στο τέλος του μαθήματος. Στο πλαίσιο αυτό έλαβε χώρα η Συζήτηση 9. Από αυτή προέκυψε ότι οι φοιτητές δυσκολεύτηκαν να εφαρμόσουν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για να περιγράψουν την εκτροπή των μαγνητικών βελονών από τη μεταλλική ράβδο. Για να καταλήξουν σε αυτό απαιτήθηκε η εκμαίευση της απάντησης από το διδάσκοντα. 2. Από τη δυσκολία που συνάντησαν οι φοιτητές στο τέλος του μαθήματος στη θεωρητική διαχείριση της ερώτησης Q1/Q2 διαπιστώνεται ότι το πλαίσιο διατύπωσης μίας ερώτησης διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην επιτυχή αντιμετώπιση της ερώτησης. Οι φοιτητές δυσκολεύονται να εφαρμόσουν νέες γνώσεις εκτός του πλαισίου στο οποίο εισήχθησαν. Το συμπέρασμα αυτό ενισχύεται και από την κατανομή των απαντήσεων στην Ερώτηση Q5 και τη Συζήτηση 7 που ακολούθησε. Ποσοστό περίπου 40% των φοιτητών θεωρεί, σύμφωνα με την απάντηση που επιλέγει, ότι οι δυνάμεις δράση και αντίδραση ασκούνται στο ίδιο σώμα, όταν λίγα λεπτά νωρίτερα, στην Ερώτηση Q4, ποσοστό μεγαλύτερο από 90% έχει απορρίψει αυτή την ιδέα. Συνάγεται επομένως ότι οι φοιτητές δεν έχουν κατακτήσει στον επιθυμητό βαθμό την ικανότητα εφαρμογής του τρίτου νόμου του Νεύτωνα σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής. 3. Από την ανάλυση των συζητήσεων προκύπτει ότι ο διδάσκων παρά το ότι επιχείρησε να προκαλέσει την ενεργό συμμετοχή των φοιτητών, σε πολλές περιπτώσεις δεν κατάφερε να δώσει το λόγο στους φοιτητές και μονοπώλησε τη συζήτηση πηγαίνοντας σε αρκετά εκτενείς μονολόγους. Η αστοχία αυτή δεν του επέτρεψε να καταγράψει με ακρίβεια τις σκέψεις των μαθητών του στερώντας του τη δυνατότητα να εστιάσει στις ανάγκες και στις αδυναμίες τους. Επιπλέον, η επιλογή της πειραματικής διάταξης του αεροδιαδρόμου δεν φάνηκε να πετυχαίνει το σκοπό της. Οι τεχνικές αστοχίες και η αδυναμία εστίασης του βλέμματος των φοιτητών σε συγκεκριμένες παρατηρήσεις, εκ μέρους του διδάσκοντα, δεν κατάφεραν να αναδείξουν τα χαρακτηριστικά του τρίτου νόμου του Νεύτωνα που επιδίωκε (Συζήτηση 5) Εφαρμογή του σεναρίου του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ2 Στο πλαίσιο εφαρμογής του σεναρίου του τρίτου νόμου του Νεύτωνα στο τμήμα Δ1 τέθηκαν συνολικά 13 ερωτήσεις και εφαρμόστηκαν διάφορες διδακτικές προσεγγίσεις. Όπως προκύπτει από την ανάλυση που προηγήθηκε (παράγραφος 6.2.5): 1. Η διδακτική μεθοδολογία που ακολουθήθηκε οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των ποσοστών σωστών απαντήσεων για τα ζευγάρια ερωτήσεων Q1/Q12/Q13, Q4/Q5, Q6/Q7 και Q10/Q11, δηλαδή για όλες εκείνες τις ερωτήσεις οι οποίες τέθηκαν περισσότερες από μία φορές. [365]

386 Κεφάλαιο 7 Αν και οι φοιτητές απάντησαν σωστά σε ποσοστό μόλις 10% στην ερώτηση Q1, εξίσου χαμηλό με το ποσοστό των φοιτητών στο τμήμα Δ1 στην αντίστοιχη ερώτηση, το ποσοστό αυτό αυξήθηκε σε 70% στο τέλος της διδακτικής παρέμβασης (Ερώτηση Q12) και σε ποσοστό 90% μετά τη συζήτηση στις ομάδες (Ερώτηση Q12). Συνάγεται επομένως ότι η διδακτική παρέμβαση βοήθησε τους φοιτητές να αντιληφθούν τα βασικά χαρακτηριστικά του τρίτου νόμου Νεύτωνα ώστε να μπορούν να το εφαρμόζουν σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής. Επιπλέον, η συζήτηση στις ομάδες (διδασκαλία μεταξύ ομότιμων) εξακολουθεί να είναι αποτελεσματική. Η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων συνάγεται και από τη βελτίωση των ποσοστών σωστών απαντήσεων για τα υπόλοιπα ζεύγη ερωτήσεων. Έτσι, πολύ σημαντική είναι η βελτίωση από την Ερώτηση Q4, με αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων 50%, στην Ερώτηση Q5 με ποσοστό σωστών απαντήσεων 100%. Αντίστοιχα, στην Ερώτηση Q10 ενώ το αρχικό ποσοστό σωστών απαντήσεων είναι 40% μετά τη συζήτηση στις ομάδες γίνεται 100%. Μικρότερη είναι η βελτίωση από την ερώτηση Q6 όπου από 10% το ποσοστό σωστών απαντήσεων γίνεται 30%. Είναι πάντως ενδιαφέρον ότι η ερώτηση Q7 παρουσιάζει τη μεγαλύτερη, με διαφορά, μέση τιμή χρόνου απόκρισης από όλες τις ερωτήσεις που τέθηκαν, ενδεικτικό του γεγονότος ότι οι φοιτητές προβληματίστηκαν ιδιαίτερα. 2. Οι διαδοχικές ερωτήσεις και οι συζητήσεις που ακολούθησαν έδωσαν τη δυνατότητα να καταγραφεί ότι αν και σε κάποιες περιπτώσεις ένας φοιτητής απαντάει σωστά και δικαιολογεί σωστά την απάντησή του, εντούτοις, σε επόμενη ερώτηση υιοθετεί διαφορετική άποψη η οποία έρχεται σε σύγκρουση με την προηγουμένως διατυπωθείσα θέση του. Ενδεικτικά, στην Ερώτηση 4 το 40% των φοιτητών απαντάει αρχικά λανθασμένα αν και μόλις πριν όλοι σχεδόν είχαν συμφωνήσει ότι οι δυνάμεις δράση και αντίδραση ασκούνται σε διαφορετικά σώματα. Ωστόσο, μετά από διαδοχικές ερωτήσεις πάνω στο ίδιο θέμα, οι οποίες τίθενται σε διαφορετικό πλαίσιο, φαίνεται ότι οι φοιτητές αρχίζουν να αντιλαμβάνονται καλύτερα τις έννοιες και καταλήγουν να απαντούν πιο ορθά (ενδεικτικό παράδειγμα, η Ερώτηση Q8). 7.3 Αποτίμηση της βασικής υπόθεσης της έρευνας Η διατριβή αυτή προέκυψε από την ανάγκη βελτίωσης της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής τόσο στην Τριτοβάθμια όσο και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση (υποχρεωτική και μη), όπως συνεπάγεται από δεδομένα διεθνών ερευνών. Η βασική υπόθεση της έρευνάς μας ήταν ότι η βελτίωση αυτή μπορεί να επιτευχθεί μέσω της παιδαγωγικής αναπλαισίωσης της παραδοσιακής διδασκαλίας, με την υιοθέτηση μαθητοκεντρικών περιβαλλόντων ενεργούς μάθησης και την αξιοποίηση αναδραστικής εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Έτσι, το βασικό κορμό της διατριβής αποτέλεσαν ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη, η εφαρμογή και η αποτίμηση μεθόδων διδασκαλίας [366]

387 Κεφάλαιο 7 με την ενσωμάτωση και την αξιοποίηση ενός συστήματος τηλεκαταγραφής απαντήσεων σε πραγματικό χρόνο (CRS). Η υιοθέτηση/επιλογή του συστήματος CRS έγινε επειδή αφενός προσφέρει δυνατότητες καταγραφής και παροχής ανάδρασης, σε πραγματικό χρόνο, δεδομένων τα οποία σχετίζονται με τη μαθησιακή διαδικασία και αφετέρου, επειδή η ίδια η χρήση του υποστηρίζεται διεθνώς ότι λειτουργεί καταλυτικά στη δημιουργία μαθησιακού περιβάλλοντος που προάγει την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας της Φυσικής. Η παιδαγωγική προσέγγιση που υιοθετήθηκε στηρίχθηκε, σε ό,τι αφορά τη γνωστική διάσταση, στη θεωρία του εποικοδομητισμού, σε ό,τι αφορά την κοινωνική διάσταση στο έργο του Vygotsky και στο ρόλο της συζήτησης στην εκπαιδευτική διαδικασία, και σε ό,τι αφορά την ψυχολογική διάσταση στη σημασία των κινήτρων και των μηχανισμών αυτορυθμιζόμενης μάθησης. Για την αποτίμηση των διδακτικών παρεμβάσεων υπολογίστηκαν διάφοροι δείκτες (παράγραφος 3.3) οι οποίοι όμως δεν μπορούν να αποτυπώσουν παρά μερικές μόνο πτυχές μιας διδασκαλίας. Σύμφωνα με τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη διερεύνηση των δύο ερευνητικών ερωτημάτων, τα οποία παρουσιάστηκαν στις παραγράφους 7.1 και 7.2, αλλά και την εμπειρία που αποκομίστηκε από την επαφή με τους μαθητές και τους φοιτητές που ενεπλάκησαν στην έρευνα ως εκπαιδευόμενοι είτε ως εν δυνάμει εκπαιδευτές, προκύπτει ότι: 1. Η εφαρμογή της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων, στις διάφορες εκδοχές που επιχειρήθηκε, και με την ταυτόχρονη χρήση των κλίκερς, οδηγεί σε καλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα και στις δύο βαθμίδες της εκπαίδευσης όπου εφαρμόστηκε. Η βελτίωση αυτή προκύπτει τόσο από τους ποσοτικούς δείκτες που υπολογίστηκαν όσο και από την ανάλυση των συζητήσεων που έλαβαν χώρα. Η βελτίωση που καταγράφηκε στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση ήταν μικρότερη από αυτήν που καταγράφηκε στην Τριτοβάθμια, γεγονός που πιθανόν να σχετίζεται με το αποσπασματικό, χρονικά, χαρακτήρα της επέμβασης που επιχειρήθηκε σε αυτή τη βαθμίδα. 2. Η εφαρμογή της τεχνολογίας των κλίκερς εντός του πλαισίου ολοκληρωμένων εκπαιδευτικών σεναρίων οδηγεί επίσης σε καλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα και στις δύο βαθμίδες της εκπαίδευσης όπου εφαρμόστηκε. Από τις εφαρμογές που παρουσιάστηκαν παραπάνω προκύπτει ότι η αποτελεσματικότητα της διδακτικής παρέμβασης εξαρτάται ισχυρά από το διδάσκοντα. Όπως και οι μαθητές, έτσι και οι εκπαιδευτικοί πρέπει να μεταβάλλουν το διδακτικό τους παράδειγμα προκειμένου να εφαρμόσουν με επιτυχία τα σενάρια που παρουσιάστηκαν. 3. Η χρήση των κλίκερς και της παιδαγωγικής μεθόδου που την ακολουθεί, οδήγησε στην ενεργοποίηση των συνόλου των μαθητών και των φοιτητών των τάξεων στις οποίες εφαρμόστηκε. [367]

388 Κεφάλαιο 7 Ιδιαίτερα σημαντική ήταν η ενεργοποίηση των φερόμενων ως «αδύναμων» μαθητών/φοιτητών οι οποίοι χάρη στην τεχνολογία των κλίκερς απέκτησαν βήμα για να διατυπώσουν την άποψή τους. Χάρη στην ανωνυμία που προσέφερε η χρήση της τεχνολογίας αλλά και την δεδηλωμένη πρόθεση να μην ληφθεί υπόψη καμία απάντηση που δόθηκε στο πλαίσιο της έρευνας στη βαθμολόγια τους, οι περισσότεροι μαθητές/φοιτητές εξέφρασαν με ειλικρίνεια την προσωπική τους γνώμη. Με τον τρόπο αυτό ο διδάσκων είχε την ευκαιρία να καταγράψει τις ιδέες όλων των μαθητών/φοιτητών ώστε να εντοπίσει τις αδυναμίες τους και να εστιάσει στις ανάγκες του καθενός. Χάρη στην τεχνολογία των κλίκερς φαίνεται ότι η εξατομίκευση της διδασκαλίας, που είναι ένας από τους βασικούς στόχους της σύγχρονης εκπαίδευσης, είναι επιτεύξιμη, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, σε επίπεδο πραγματικής τάξης. 4. Η χρήση των κλίκερς παρείχε ανάδραση σε πραγματικό χρόνο τόσο στο διδάσκοντα όσο και στους εκπαιδευομένους. Η ανάδραση αυτή φάνηκε να εκτιμείται περισσότερο από τους φοιτητές της Τριτοβάθμιας εκπαίδευσης οι οποίοι σε πολλές περιπτώσεις οδηγήθηκαν σε εκτενείς συζητήσεις ανταλλάσσοντας επιχειρήματα, υποστηρίζοντας τις απόψεις τους και μεταβάλλοντας σε πολλές περιπτώσεις τη θέση τους. Αρκετοί φοιτητές ισχυρίστηκαν κατά τη διάρκεια συνεντεύξεων ότι χάρη στην προβολή των κατανομών των απαντήσεων μπόρεσαν να αυτό-αξιολογήσουν τη γνωστική τους κατάσταση και να τη συγκρίνουν με αυτή των συμφοιτητών τους. Στις περισσότερες περιπτώσεις το γεγονός αυτό τους βοήθησε να εντοπίσουν τους αδύναμους κρίκους στο συλλογισμό τους. Από την άλλη, μερικοί φοιτητές δήλωσαν ότι επανειλημμένες λανθασμένες απαντήσεις εκ μέρους τους σε μερικές περιπτώσεις τους έκαναν να αισθανθούν άσχημα και να απογοητευτούν. Αντίστοιχα οι μαθητές της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, και ειδικότερα οι μαθητές των Γυμνασίων, φάνηκε ότι εκμεταλλεύτηκαν σε μικρότερο βαθμό την παροχή ανάδρασης. Η συμπεριφορά τους φάνηκε να εξαρτάται από το τμήμα στο οποίο έγινε η εφαρμογή. Ως αποτέλεσμα, σε κάποια τμήματα έλαβαν χώρα εκτενείς συζητήσεις, ενώ σε άλλα τμήματα οι μαθητές δεν έδειξαν διάθεση να επιχειρηματολογήσουν και να ακούσουν τους συμμαθητές τους. Και πάλι, η αποσπασματική, χρονικά, επέμβαση που επιχειρήθηκε στα τμήματα της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης ίσως να ευθύνεται για αυτά τα αποτελέσματα. Απαιτείται προφανώς ικανό χρονικό διάστημα για να εξοικειωθούν οι μαθητές με τη νέα τεχνολογία και να εγκλιματιστούν στο νέο τρόπο διδασκαλίας όπου από παθητικοί δέκτες καθίστανται πρωταγωνιστές. 5. Οι μαθητές αλλά και οι φοιτητές θεώρησαν ότι το μάθημα της Φυσικής έγινε πιο προσιτό και πιο ευχάριστο με την αξιοποίηση των κλίκερς και τις συζητήσεις που έλαβαν χώρα. Επιπλέον, θεώρησαν ότι η προσπάθεια παρουσίασης προβλημάτων σε συναδέλφους τους, πέρα από την ανάπτυξη της ομαδικότητας τους βοήθησε να καταλάβουν καλύτερα και οι ίδιοι το εννοιακό περιεχόμενο των προβληματικών καταστάσεων. [368]

389 Κεφάλαιο 7 6. Οι μαθητές και οι φοιτητές θεώρησαν ότι μέσω των διαδοχικών ερωτήσεων και της υποχρέωσης να απαντάνε όλοι με τα κλίκερς οδήγησε σε αύξηση της προσοχής τους και της συγκέντρωσής τους στη διδακτική διαδικασία. 7. Κατά τη διάρκεια των αρχικών, ιδιαίτερα εφαρμογών, των διδακτικών παρεμβάσεων παρουσιάστηκαν διάφορα προβλήματα τόσο στο λογισμικό συλλογής απαντήσεων όσο και τεχνικές αστοχίες (για παράδειγμα, γρήγορη αποφόρτιση κάποιου κλίκερ). Τα προβλήματα αυτά οδήγησαν για σύντομο χρονικό διάστημα σε αποπροσανατολισμό της τάξης από το διδακτικό αντικείμενο. Προβλήματα σχετικά με το λογισμικό διευθετήθηκαν με την αξιοποίηση νεώτερων εκδόσεων που προσφέρεται από την εταιρεία κατασκευής των κλίκερς, στο δικτυακό της τόπο. Μια ευρεία χρήση της συγκεκριμένης τεχνολογίας θα πρέπει να εξασφαλίσει την ομαλή λειτουργία των συσκευών που χρησιμοποιούν οι μαθητές και ο διδάσκων. 8. Η επιλογή των ερωτήσεων που τίθενται κατά τη διάρκεια των διδακτικών παρεμβάσεων διαδραματίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην επιτυχία της διδακτικής παρέμβασης και την έγκυρη και αξιόπιστη καταγραφή δεδομένων. Με δεδομένο ότι οι ερωτήσεις που τίθενται είναι κυρίως ερωτήσεις κλειστού τύπου, οι οποίες προκαταβάλλουν τις απαντήσεις των εκπαιδευομένων, μειώνουν τη δημιουργικότητά τους και ενδεχομένως δεν αποκαλύπτουν το πραγματικό επίπεδο κατανόησής τους, πρέπει να καταβληθεί σημαντική προσπάθεια ώστε να επιλεγούν εκείνες οι ερωτήσεις που σχετίζονται με τις υπό διαπραγμάτευση έννοιες και αναφέρονται στο επίπεδο των εκπαιδευομένων. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας, μολονότι έγινε προσπάθεια να υιοθετηθούν ερωτήσεις από σταθμισμένα διεθνώς ερωτηματολόγια, καταγράφηκαν κάποιες περιπτώσεις στις οποίες η επιλογή των ερωτήσεων δεν ήταν η καταλληλότερη. 9. Η υιοθέτηση της παιδαγωγικής μεθόδου της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων και η αποστολή απάντησης εκ μέρους όλων των διδασκόμενων με τα κλίκερς, απαίτησε αρκετό διδακτικό χρόνο. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε κάλυψη μικρότερου ποσοστού διδακτέας ύλης. Από την άλλη, οι έννοιες που τίθενται υπό διαπραγμάτευση με τον τρόπο αυτό εξαντλούνται σε πολύ μεγαλύτερο βάθος. 10. Μερικοί μαθητές/φοιτητές δήλωσαν ότι υπήρξαν φορές που λόγω πίεσης χρόνου υποχρεώθηκαν να απαντήσουν σε κάποιες ερωτήσεις χωρίς να προλάβουν να ολοκληρώσουν τη σκέψη τους. Έτσι οδηγήθηκαν σε τυχαίες απαντήσεις που ενδεχομένως αλλοιώνουν την εικόνα που προσλαμβάνει ο διδάσκων για τους μαθητές του. Στο πλαίσιο αυτό κρίνεται επιβεβλημένη η συζήτηση που ακολουθεί την προβολή μίας κατανομής προκειμένου να αποσαφηνιστεί από το διδάσκοντα η πραγματική γνωστική κατάσταση της τάξης του. 11. Μερικοί μαθητές/φοιτητές δήλωσαν ότι λόγω των διαδοχικών ερωτήσεων που τέθηκαν στο πλαίσιο των διδακτικών παρεμβάσεων που επιχειρήθηκαν, ακόμη και στην αρχή του μαθήματος για την καταγραφή των αρχικών ιδεών τους, τους έδωσαν την αίσθηση της διαρκούς εξέτασης κατά [369]

390 Κεφάλαιο 7 την παράδοση του μαθήματος. Αντίστοιχα, υπήρξαν απόψεις που θεώρησαν ότι η προβολή κατανομών και στατιστικών στοιχειών δε συνάδει με τον παιδαγωγικό χαρακτήρα της εκπαίδευσης καθώς δίνει την αίσθηση ότι οι άνθρωποι μετατρέπονται σε αριθμούς. Κρίνεται επομένως απαραίτητο οι εκπαιδευόμενοι να ενημερώνονται στην αρχή κάθε παρέμβασης για τα χαρακτηριστικά τόσο των συσκευών και του λογισμικού συλλογής απαντήσεων όσο και για τη σκοπιμότητα και τα οφέλη της χρήσης τους. Συνεπώς, σύμφωνα με όλα τα παραπάνω, μπορεί να θεωρηθεί ότι η βασική υπόθεση της έρευνας ισχύει. Η παιδαγωγική αναπλαισίωση της παραδοσιακής διδασκαλίας, με την υιοθέτηση μαθητοκεντρικών περιβαλλόντων ενεργούς μάθησης και την αξιοποίηση αναδραστικής εκπαιδευτικής τεχνολογίας, όπως αυτής των κλίκερς, μπορεί, να οδηγήσει στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής ιδιαίτερα στην Τριτοβάθμια αλλά, υπό προϋποθέσεις, και στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση. 7.4 Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα Λόγω των περιορισμών που τέθηκαν στην παρούσα έρευνα αλλά και λόγω των ευρημάτων που προέκυψαν από τη διερεύνηση της βασικής της υπόθεσης, θεωρείται ότι υπάρχουν διάφοροι ερευνητικοί δρόμοι που θα μπορούσαν να ακολουθηθούν, με εφαλτήριο αυτή την έρευνα, με σκοπό την περαιτέρω μελέτη εκείνων των τρόπων και των συνθηκών που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας της Φυσικής στη μέση και ανώτατη βαθμίδα εκπαίδευσης. Ενδεικτικά, θα μπορούσαν να διερευνηθούν: 1. Η ισχύς των συμπερασμάτων που προέκυψαν σε μεγαλύτερο πληθυσμό μαθητών και φοιτητών. Ένας από τους περιορισμούς αυτής της έρευνας ήταν ο σχετικά μικρός αριθμός φοιτητών που συμμετείχαν στην έρευνα αλλά και ο περιορισμένος αριθμός σχολείων της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Προκειμένου να επιβεβαιωθούν οι παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια των διδακτικών παρεμβάσεων ώστε να οδηγήσουν σε έγκυρες και αξιόπιστες γενικεύσεις προτείνεται η εφαρμογή των μεθόδων και των σεναρίων αυτής της έρευνας σε περισσότερα σχολεία της Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης αλλά και σε περισσότερα τμήματα φοιτητών. Την ίδια στιγμή θα ήταν ενδιαφέρουσα η εισαγωγή της διδακτικής μεθοδολογίας που παρουσιάστηκε σε αυτή την έρευνα σε γενικά μαθήματα Φυσικής στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση, μιας και στην έρευνα αυτή η παρέμβαση έγινε είτε σε μάθημα επιλογής, με όλους τους περιορισμούς που μπορεί να επιφέρει στην τυχαιότητα του δείγματος των φοιτητών που το παρακολουθούν, είτε σε εργαστηριακό μάθημα, στο οποίο οι φοιτητές έχουν την προδιάθεση να εργαστούν σε ομάδες. 2. Η αποτελεσματικότητα της παρέμβασης στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση σε μεγαλύτερο εύρος χρόνου εφαρμογής. Ένας σημαντικός περιορισμός της έρευνας αυτής ήταν ο αποσπασματικός, χρονικά, χαρακτήρας της επέμβασης στους μαθητές της μέσης εκπαίδευσης. Προκειμένου να βγουν [370]

391 Κεφάλαιο 7 ασφαλέστερα συμπεράσματα προτείνεται η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης των κλίκερς και της παιδαγωγικής μεθόδου που τα συνοδεύει για τη διδασκαλία τουλάχιστον μίας ενότητας εννοιών, κατά τάξη εφαρμογής, για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από ένα τρίμηνο. Με τον τρόπο αυτό θα δοθεί χρόνος στους μαθητές να εξοικειωθούν με την τεχνολογία των κλίκερς και να τα εντάξουν στην καθημερινή διδακτική πρακτική ως εργαλεία όπως είναι ο πίνακας και η κιμωλία, ενώ ταυτόχρονα θα έχουν τη δυνατότητα να αναπτύξουν τις κατάλληλες δεξιότητες που θα τους επιτρέψουν να αναπτύσσουν τη γνώμη τους σε επίπεδο ομάδας και ολομέλειας. 3. Η δυνατότητα ανάπτυξης κατάλληλων ερωτήσεων για την υποστήριξη της διδασκαλίας συγκριμένων βασικών εννοιών της Φυσικής. Όπως υποστηρίχθηκε και παραπάνω (παράγραφος 7.3, σημείο 8) η επιλογή των ερωτήσεων που τίθενται στο πλαίσιο της εισαγωγής και της αξιοποίησης των κλίκερς στην εκπαιδευτική διαδικασία είναι κομβικής σημασίας. Μία ανεπαρκής ή ακατάλληλη επιλογή ερωτήσεων, είτε ως προς το επίπεδο των εκπαιδευομένων είτε ως προς τις έννοιες που υποστηρίζονται, μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλό ενδιαφέρον των μαθητών ακόμη και στην εξαγωγή λανθασμένων συμπερασμάτων. Στη βιβλιογραφία είναι διαθέσιμα σταθμισμένα ερωτηματολόγια για πολλές γνωστικές περιοχές της Φυσικής. Θα είχε ερευνητικό ενδιαφέρον η αποτίμηση αυτών των ερωτηματολογίων και στις συνθήκες του ελληνικού εκπαιδευτικού συστήματος αλλά και η προσπάθεια βελτίωσης και επαναδιατύπωσης μέρους αυτών ώστε να συνάδουν με τα αναλυτικά προγράμματα και τα πρόγραμμα σπουδών στην Ελλάδα. Επίσης θα είχε ενδιαφέρον η προσπάθεια σύνταξης νέων ερωτήσεων και η αποτίμηση της εγκυρότητας και της αξιοπιστίας τους ως ερευνητικών εργαλείων καταγραφής της γνωστικής κατάστασης μαθητών/φοιτητών. 4. Η αποτελεσματικότητα νέων εκπαιδευτικών σεναρίων τα οποία θα σχεδιαστούν και θα υλοποιηθούν για τη διδακτική διαπραγμάτευση βασικών εννοιών της Φυσικής. Για την ανάπτυξη των σεναρίων που εφαρμόστηκαν στο πλαίσιο της παρούσης έρευνας υιοθετήθηκε μία συγκεκριμένη παιδαγωγική προσέγγιση. Θα είχε ερευνητικό ενδιαφέρον, προκειμένου να αποτιμηθεί περαιτέρω η αποτελεσματικότητα αυτής της προσέγγισης, ο σχεδιασμός και η υλοποίηση σε τάξεις μαθητών και φοιτητών νέων εκπαιδευτικών σεναρίων είτε για τις ίδιες έννοιες είτε για άλλες βασικές έννοιες της Φυσικής. 5. Η αποτίμηση των διδακτικών παρεμβάσεων με επιλογή διαφορετικών στατιστικών εργαλείων και ποιοτικών δεικτών. Η αποτίμηση της αποτελεσματικότητας των διδακτικών δράσεων που επιχειρήθηκαν πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ποσοτικών κυρίως δεικτών, με εξαίρεση την ανάλυση των συζητήσεων μεταξύ των μαθητών στην ολομέλεια. Με τον τρόπο αυτό έχει αφεθεί εκτός διαπραγμάτευσης η μέτρηση μιας σειράς άλλων παραγόντων, όπως ενδεικτικά είναι η ικανοποίηση και το ενδιαφέρον για τη Φυσική, η κατανόηση της φύσης, των μεθόδων και των περιορισμών της επιστήμης, η ικανότητα συνεργασίας σε ομάδες, οι δεξιότητες επικοινωνίας και χρήσης της επιστημονικής γλώσσας. Θα είχε ερευνητικό ενδιαφέρον η απόπειρα αποτίμησης των διδακτικών [371]

392 Κεφάλαιο 7 παρεμβάσεων, ακόμη και των ίδιων, με τη βοήθεια διαφορετικών ερευνητικών εργαλείων, ερωτηματολογίων και προσωπικών συνεντεύξεων. 6. Οι δυνατότητες εφαρμογής της προτεινόμενης διδακτικής μεθοδολογίας από διάφορους διδάσκοντες σε συνθήκες πραγματικής τάξης. Σε αυτή την έρευνα όλες οι διδακτικές παρεμβάσεις υποστηρίχθηκαν από τον ερευνητή. Εξαίρεση αποτέλεσαν οι εφαρμογές των εκπαιδευτικών σεναρίων στα ακροατήρια φοιτητών (τμήματα Δ1 και Δ2) όπου ο ερευνητής είχε ρόλο υποστηριχτικό και επιχείρησε να εκπαιδεύσει τους διδάσκοντες-φοιτητές, τον καθένα από αυτούς μέσα σε διάστημα λίγων ημερών. Όπως προέκυψε από τα παραπάνω αποτελέσματα καταγράφηκε σε κάποιες εφαρμογές η θετική ή η αρνητική επίδραση του διδάσκοντα στη διαχείριση των εκπαιδευτικών σεναρίων. Θα είχε ερευνητικό ενδιαφέρον να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα των εκπαιδευτικών σεναρίων, είτε των παρόντων είτε νέων, όταν αυτά υποστηρίζονται από διαφορετικής κουλτούρας εκπαιδευτικούς στα ακροατήρια των μαθητών/φοιτητών τους. Με τον τρόπο αυτό θα μπορούσε να μελετηθεί αν η αποτελεσματικότητα μιας παρέμβασης οφείλεται στο σενάριο, στη μέθοδο ή/και στο διδάσκοντα, και μέχρι ποιο βαθμό. 7. Η παροχή επιπλέον στοιχείων ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο μέσω της χρήσης νέας γενιάς συστημάτων CRSs και της χρήσης του διαδικτύου. Περιορισμούς στη διερεύνηση του δεύτερου κυρίως ερευνητικού ερωτήματος έθεσαν τα τεχνικά χαρακτηριστικά και οι λειτουργίες του συστήματος CRS που χρησιμοποιήθηκε. Το συγκεκριμένο σύστημα δεν έδινε τη δυνατότητα στο διδάσκοντα να θέσει μία ερώτηση κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας εάν δεν την είχε προγραμματίσει. Με τον τρόπο αυτό ενώ σε αρκετές περιπτώσεις προέκυψαν από τις συζητήσεις ενδιαφέρουσες ιδέες και απόψεις για τις οποίες θα υπήρχε ερευνητικό ενδιαφέρον να τεθούν στην ολομέλεια και οι απαντήσεις των μαθητών να καταγραφούν με τα κλίκερς, δεν υπήρξε τέτοια τεχνολογική δυνατότητα. Επίσης, άλλη μία τεχνολογική αδυναμία που έθεσε περιορισμούς και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να αλλοίωσε την εικόνα της γνωστικής κατάστασης κάποιων μαθητών, ήταν το γεγονός ότι ο χειριστής ενός κλίκερ δεν μπορούσε να διορθώσει την απάντησή του εφόσον άλλαζε γνώμη και ενώ η διαδικασία των απαντήσεων ήταν ακόμη ενεργή. Τέλος το κόστος κτήσης ενός συστήματος CRS παραμένει ακόμη σχετικά υψηλό αν θελήσει κανείς να εξοπλιστεί με αριθμό συσκευών ικανό να καλύψει τις ανάγκες ενός υποχρεωτικού μαθήματος στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση. Έτσι, θα είχε ερευνητικό ενδιαφέρον να επιχειρηθεί η διερεύνηση της αξιοποίησης νέας γενιάς συστημάτων CRSs και συγκεκριμένα των «έξυπνων» κινητών τηλεφώνων των ίδιων των φοιτητών. Ήδη υπάρχουν διαθέσιμες δωρεάν εφαρμογές που αξιοποιώντας το διαδίκτυο επιτρέπουν τη συλλογή δεδομένων από τα κινητά τηλέφωνα, τα εν προκειμένω λειτουργούν ως εξελιγμένων δυνατοτήτων συσκευές κλίκερ. Θα είχε ιδιαίτερο ενδιαφέρον η ανάπτυξη εφαρμογής η οποία πραγματοποιεί σε πραγματικό χρόνο τους στατιστικούς ελέγχους που παρουσιάστηκαν στη διατριβή αυτή, παρέχοντας στο διδάσκοντα αλλά και στους φοιτητές νέα κανάλια πληροφορίας που θα μπορούσαν να [372]

393 Κεφάλαιο 7 αξιοποιηθούν για την αποτύπωση της γνωστικής κατάστασης των εκπαιδευομένων σε πραγματικό χρόνο, και τον ενδεχόμενο επαναπροσδιορισμό της διδακτικής πρακτικής. [373]

394 Παραρτήματα Παραρτήματα Παραρτήματα Παράρτημα Α. Ερωτήσεις στο νόμο του Ohm, τμήματα Δ1 και Δ2. Q1. Q2. Ποιο πραγματικό κύκλωμα αντιπροσωπεύει το σχηματικό διάγραμμα που δίνεται παρακάτω; (1) A (2) B (3) C (4) D (5) A και B (6) C και D Q3. Q5. Q7. Q11. Q12. Τι συμβαίνει με την φωτεινότητα των λαμπτήρων Α και Β όταν ο διακόπτης κλείσει; (Οι λαμπτήρες δεν είναι κατ ανάγκη όμοιοι.) 1. του Α μένει ίδια, ενώ του Β μειώνεται 2. του Α αυξάνει, ενώ του Β μειώνεται 3. Τόσο του A όσο και του Β αυξάνεται 4. Τόσο του Α όσο και του Β μειώνεται 5. Παραμένει ίδια και για τους δύο λαμπτήρες 6. Δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε [374]

395 Παραρτήματα Q4. Ποια είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων A και B; (Οι δύο λαμπτήρες είναι όμοιοι.) (A) 0V (B) 3V (C) 6V (D) 12V Q6. Πως αλλάζει η αντίσταση μεταξύ των σημείων Α και Β όταν κλείσει ο διακόπτης; 1. Αυξάνεται 2. Μειώνεται 3. Μένει η ίδια 4. Δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε Q8. Τι συμβαίνει με τη φωτεινότητα των λαμπτήρων Α και Β όταν ένα σύρμα συνδέεται μεταξύ των σημείων 1 και 2; 1. Μεγαλώνει και των δύο 2. Μικραίνει και των δύο 3. Δε μεταβάλλεται για καμία λάμπα 4. Καμία λάμπα δε θα λάμπει 5. Μία λάμπα θα ανάβει πιο έντονα και μία πιο αμυδρά 6. Δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε [375]

396 Παραρτήματα Q9. Ποιο σχηματικό διάγραμμα αντιπροσωπεύει το δοθέν πραγματικό κύκλωμα 1. Α 2. Β 3. C 4. D 5.Κανένα από αυτά Q10. Σύγκρινε τη φωτεινότητα των λαμπτήρων Α και Β στο κύκλωμα 1 με τη φωτεινότητα του λαμπτήρα C στο κύκλωμα 2. Ποιος λαμπτήρας ή λαμπτήρες είναι οι φωτεινότεροι; (Οι πηγές είναι ίδιες και ισχύει R A=R B=R C). 1. A 2. B 3. C 4. A=B 5. A=C 6. Β=C [376]

397 Παραρτήματα Παράρτημα Β. Ερωτήσεις στους κανόνες του Κίρκοφ, τμήμα Δ2. Q1. Τι θα συμβεί στην φωτεινότητα των δύο λαμπτήρων αν μεγαλώσουμε την αντίσταση που βρίσκεται μετά το λαμπάκι Α; (Τα λαμπάκια δεν είναι όμοια κατ ανάγκη) 1) του Α δεν μεταβάλλεται ενώ του Β μειώνεται 2) του Α μειώνεται ενώ του Β δε μεταβάλλεται 3) και οι δύο φωτεινότητες αυξάνονται 4) και οι δύο φωτεινότητες μειώνονται 5) δεν παρατηρείται καμία μεταβολή Q2. Q5. Το παρακάτω κύκλωμα (σχήμα α) διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα και ο λαμπτήρας 1 φωτοβολεί. Παράλληλα με αυτόν συνδέεται λαμπτήρας 2 (σχήμα β) ο οποίος δεν είναι κατ ανάγκη όμοιος με τον λαμπτήρα 1. Τότε, η φωτοβολία του λαμπτήρα 1, 1. Αυξάνεται 2. Μειώνεται 3. Παραμένει σταθερή 4. Δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε Σχήμα α Σχήμα β Q3. Στο διπλανό κύκλωμα οι λαμπτήρες Α, Β, Γ δεν είναι κατ ανάγκη όμοιοι μεταξύ τους. Αν ξεβιδώσουμε και απομακρύνουμε από τη θέση του το λαμπτήρα Γ, τότε η φωτεινότητα του λαμπτήρα Α: 1. αυξάνεται 2. μειώνεται 3. παραμένει σταθερή [377]

398 Παραρτήματα 4. δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε Q4. Στο διπλανό κύκλωμα οι λαμπτήρες Α, Β, Γ δεν είναι κατ ανάγκη όμοιοι μεταξύ τους. Αν ξεβιδώσουμε και απομακρύνουμε από τη θέση του το λαμπτήρα A, τότε η φωτεινότητα του λαμπτήρα Γ: 1. αυξάνεται 2. μειώνεται 3. παραμένει σταθερή 4. δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε Q6. Οι 4 αντιστάτες έχουν ίσες αντιστάσεις. Ένα αμπερόμετρο είναι συνδεδεμένο ανάμεσά τους, όπως φαίνεται στο σχήμα. Ποιά θα είναι η ένδειξή του; 1) Ι/2 2) Ι/4 3) μηδέν 4) δεν αρκούν τα στοιχεία για να απαντήσουμε όπου Ι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει την πηγή. Q7. Τι θα συμβεί στο κύκλωμα αν κλείσουμε τον διακόπτη; 1) Η τάση στα άκρα του Α μένει σταθερή 2) Η τάση στα άκρα του Β μένει σταθερή 3) Και οι δύο παραπάνω τάσεις μένουν σταθερές 4) Και οι δύο παραπάνω τάσεις μεταβάλλονται 5) Δε γνωρίζω (οι λαμπτήρες είναι όμοιοι) Q8. Ένας ανεμιστήρας είναι συνδεδεμένος σε κύκλωμα και λειτουργεί (περιστρέφεται). Τι θα συμβεί στην ταχύτητα περιστροφής του ανεμιστήρα αν στο κύκλωμα προστεθεί ακόμη μία όμοια με την αρχική; (Θεωρήστε ότι η ταχύτητα [378]

399 Παραρτήματα περιστροφής του ανεμιστήρα είναι ανάλογη με την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τον διαρρέει). 1) θα παραμείνει σταθερή. 2) Θα αυξηθεί 3) Θα ελαττωθεί 4) Ο ανεμιστήρας θα σταματήσει να γυρίζει Q9. Οι λάμπες και οι πηγές στο παρακάτω κύκλωμα είναι όμοιες, αντίστοιχα, μεταξύ τους. Όταν κλείσει ο διακόπτης, 1) Και οι δύο λάμπες σβήνουν 2) Οι φωτεινότητες και των δύο λαμπών αυξάνονται 3) Οι φωτεινότητες και των δύο λαμπών μειώνονται 4) δε συμβαίνει καμία μεταβολή στη φωτεινότητα των δύο λαμπών Q10. Οι λάμπες και οι πηγές στο παρακάτω κύκλωμα είναι όμοιες, αντίστοιχα. Όταν κλείσει ο διακόπτης, 1) Δεν υπάρχει μεταβολή στη φωτεινότητα των δύο λαμπών 2) Η φωτεινότητα της Α αυξάνεται 3) Η φωτεινότητα της Α μειώνεται 4) Η φωτεινότητα της Β αυξάνεται 5) Η φωτεινότητα της Β μειώνεται 6) Συμβαίνει κάποιος συνδυασμός των απαντήσεων 2 έως 5 Q11. Οι παρακάτω λαμπτήρες είναι όμοιοι μεταξύ τους. Ταξινομήστε τις εντάσεις των ηλεκτρικών ρευμάτων στα σημεία 1, 2, 3, 4, 5, 6 από το μεγαλύτερο προς το μικρότερο. 1) 5>1>3>2>4>6 2) 5>3>1>2>4>6 3) 5=6>3=4>1=2 4) 5=6>1=2=3=4 5) 1=2=3=4=5=6 [379]

400 Παραρτήματα Παράρτημα Γ. Ερωτήσεις στον 3ο νόμο του Νεύτωνα, τμήμα Δ1. Q1. Q2.Τοποθετούμε πάνω σε ένα τραπέζι μία μαγνητική βελόνα (πυξίδα) και πλησιάζουμε σε αυτήν διαδοχικά: 1. Έναν μαγνήτη 2. Ένα ρευματοφόρο καλώδιο 3. Μία απλή σιδερένια ράβδο Σε ποια από τις τρεις περιπτώσεις (μαγνήτης, ρευματοφόρο καλώδιο, απλή σιδερένια ράβδος) η βελόνα εκτρέπεται από την αρχική της ένδειξη; A. Μόνο στην πρώτη B. Μόνο στη δεύτερη C. Στην πρώτη και τη δεύτερη D. Και στις τρεις περιπτώσεις E. Δε γνωρίζω Q3. Q4. Συμφωνείτε με τη σκέψη του αλόγου; A. Συμφωνώ, σύμφωνα με τον 3 ο ν. του Νεύτωνα η άμαξα δεν θα κινηθεί B. Συμφωνώ μεν, αλλά αν και δεν γνωρίζω γιατί, η άμαξα θα κινηθεί C. Διαφωνώ, η σκέψη του αλόγου έχει σοβαρά λάθη φυσικής D. Δε γνωρίζω Q5. Μία ζυγαριά ισορροπεί όπως φαίνεται στο σχήμα. Τι θα γίνει αν τοποθετήσω το δάχτυλό μου μέσα στο νερό σε ένα από τα ποτήρια (χωρίς να ακουμπήσω το ποτήρι); [380]

401 Παραρτήματα A. Η ζυγαριά θα εξακολουθήσει να ισορροπεί, επειδή η δύναμη που ασκεί το χέρι μας εξουδετερώνεται από την άνωση B. Η ζυγαριά θα γείρει προς τη μεριά του ποτηριού, λόγω της δύναμης που ασκεί το χέρι μας στο νερό C. Τίποτα από τα προηγούμενα D. Δε γνωρίζω Q6. Q7. Θεωρήστε ένα ακίνητο αυτοκίνητο σε έναν οριζόντιο δρόμο. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η προς τα κάτω βαρυτική έλξη της Γης πάνω στο αυτοκίνητο και η προς τα πάνω κάθετη αντίδραση του δρόμου είναι ίσες και αντίθετες, επειδή: A. Οι δύο δυνάμεις σχηματίζουν ζεύγος δράσης - αντίδρασης. B. Η συνισταμένη δύναμη στο αυτοκίνητο είναι ίση με μηδέν. C. τίποτε από τα παραπάνω Q8. Ένας άντρας σπρώχνει ένα κιβώτιο πάνω στο πάτωμα. Ποια είναι η σωστή περιγραφή της κατάστασης; A. Το κουτί κινείται μπροστά επειδή ο άντρας ασκεί ελαφρώς μεγαλύτερη δύναμη στο κουτί από ό,τι το κουτί στον άντρα B. Επειδή η δράση ισούται με την αντίδραση, ο άντρας δε μπορεί να σπρώξει το κιβώτιο, οπότε δεν υπάρχει κίνηση. C. Ο άντρας κινεί το κουτί δίνοντάς του ένα μικρό στιγμιαίο σπρώξιμο κατά τη διάρκεια του οποίου ασκεί δύναμη λίγο μεγαλύτερη από τη δύναμη που του ασκεί το κουτί. D. Η δύναμη που ασκεί ο άντρας στο κουτί είναι ίση με τη δύναμη που ασκεί το κουτί στον άντρα, αλλά η τριβή από το πάτωμα στον άντρα είναι προς τα εμπρός και είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από την προς τα πίσω τριβή που ασκείται από το πάτωμα στο κουτί. E. Ο άντρας μπορεί να σπρώξει μπροστά το κουτί μόνο αν το βάρος του είναι μεγαλύτερο από του κουτιού. [381]

402 Παραρτήματα Παράρτημα Δ. Ερωτήσεις στον 3ο νόμο του Νεύτωνα, τμήμα Δ2. Q1. Q12. Q13. Έχουμε μια μαγνητική βελόνη (πυξίδα) και πλησιάζουμε σε αυτήν διαδοχικά 1) έναν μαγνήτη, 2) έναν ρευματοφόρο αγωγό και 3) μια μεταλλική ράβδο. Σε ποιες από τις παραπάνω περιπτώσεις η μαγνητική βελόνη εκτρέπεται από την αρχική της θέση; 1) Μόνο στην πρώτη 2) Μόνο στη δεύτερη 3) Στην πρώτη και στη δεύτερη 4) Σε όλες τις περιπτώσεις 5) Δε γνωρίζω Q2. Στην κατάσταση που φαίνεται στη διπλανή εικόνα: 1) κανένας από τους μαθητές δεν ασκεί δύναμη στον άλλον 2) ο μαθητής α ασκεί δύναμη στον b, αλλά ο b δεν ασκεί στον α 3) και οι δυο μαθητές ασκούν δύναμη ο ένας στον άλλον, αλλά ο b ασκεί μεγαλύτερη 4) και οι δυο μαθητές ασκούν δύναμη ο ένας στον άλλον, αλλά ο α ασκεί μεγαλύτερη 5) και οι δυο μαθητές ασκούν δύναμη ίσου μέτρου ο ένας στον άλλον Q3. Συμφωνείτε με τη σκέψη του αλόγου; A. Συμφωνώ, σύμφωνα με τον 3 ο ν. του Νεύτωνα η άμαξα δεν θα κινηθεί [382]