Περιγραφή Εκπαιδευτικού Σεναρίου

Transcript

1 Μια ενδοσχολική συνεργασία για την εφαρµογή δραστηριοτήτων διερευνητικής µάθησης στα Μαθηµατικά και τις Φυσικές Επιστήµες Παναγιώτα Κοταρίνου Μαθηµατικός, Καλλιτεχνικό Γυµνάσιο Γέρακα µε Λυκειακές Τάξεις, Μαρία Πλιάκου Χηµικός, Καλλιτεχνικό Γυµνάσιο Γέρακα µε Λυκειακές Τάξεις, m_ Μαρία Χούπη Φυσικός, Καλλιτεχνικό Γυµνάσιο Γέρακα µε Λυκειακές Τάξεις, Περίληψη Στην εργασία µας αυτή θα παρουσιάσουµε τη συνεργασία τριών εκπαιδευτικών του Καλλιτεχνικού Σχολείου Γέρακα για την εφαρµογή στο Γυµνάσιο και στο Λύκειο δραστηριοτήτων µε χρήση διερευνητικής µάθησης στα µαθηµατικά και τις φυσικές επιστήµες, µε τρόπους που συνδέονται µε τον χώρο εργασίας. Το θέµα αφορούσε στην εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στην ταράτσα µιας κατοικίας καθώς και στα οικονοµικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα από τη γενικότερη χρήση των φωτοβολταϊκών. Από την ανάλυση των δεδοµένων µας διαπιστώθηκε µια ενεργότερη εµπλοκή των µαθητών στην πορεία δόµησης της γνώσης όπου οι ίδιοι θέτουν ερωτήµατα, τα διερευνούν και αξιολογούν τα αποτελέσµατα καθώς και η σηµαντική επίδραση της συνεργασίας των εκπαιδευτικών στη σχεδίαση και υλοποίηση των δραστηριοτήτων. Λέξεις κλειδιά: διερευνητική µάθηση, χώρος εργασίας, φωτοβολταϊκά Εισαγωγή Το κυρίαρχο µοντέλο διδασκαλίας στα µαθήµατα των Μαθηµατικών και των Φυσικών επιστηµών αποτελεί το δασκαλοκεντρικό µοντέλο διδασκαλίας, το οποίο συχνά στα µαθήµατα αυτά καλείται κανόνας και παράδειγµα (rule and example) διότι ο εκπαιδευτικός εξηγεί τους νόµους/κανόνες και οι µαθητές εξασκούνται µε ασκήσεις. Στο µοντέλο αυτό της διδασκαλίας ο εκπαιδευτικός καθορίζει τη γνώση που πρέπει να διδαχθεί, µε τους µαθητές να παραµένουν παθητικοί δέκτες της γνώσης αυτής, χωρίς να εµπλέκονται ενεργά µε την ίδια τους τη µάθηση. Αντίθετα η διερευνητική µάθηση (inquiry based learning) σύµφωνα µε τους Dorier και Maaß () αναφέρεται σε ένα παράδειγµα διδασκαλίας Μαθηµατικών και Φυσικών επιστηµών µε κέντρο τον µαθητή, στο οποίο οι µαθητές καλούνται να εργαστούν µε τρόπους παρόµοιους µε αυτούς που χρησιµοποιούν οι µαθηµατικοί και οι φυσικοί. Αυτό σηµαίνει ότι πρέπει να παρατηρήσουν φαινόµενα, να διατυπώσουν ερευνητικά ερωτήµατα, να αναζητήσουν επιστηµονικούς τρόπους για να απαντήσουν στα ερωτήµατα αυτά (όπως να διεξάγουν πειράµατα, να ελέγξουν µεταβλητές, να σχεδιάσουν διαγράµµατα, να βρουν patterns και σχέσεις, να κάνουν εικασίες και γενικεύσεις, να διακρίνουν εναλλακτικές λύσεις) να ερµηνεύσουν και να αξιολογήσουν τις λύσεις τους και να επικοινωνήσουν και να συζητήσουν τα επιχειρήµατά τους µε οµοίους (peers) (Linn, Davis & Bell, 4). Mε τον τρόπο αυτό δίνεται η δυνατότητα στους µαθητές να βιώσουν τη διαδικασία δηµιουργίας της γνώσης, προετοιµαζόµενοι για τη δια βίου µάθηση. Τους δίνονται ταυτόχρονα οι ευκαιρίες να επιτύχουν αποτελέσµατα όπως η ανάπτυξη κριτικής σκέψης, η ικανότητα για ανεξάρτητη έρευνα, η ευθύνη για την αυτοκατευθυνόµενη µάθηση, η πνευµατική ανάπτυξη και ωριµότητα (Spronken-Smith, ). Οι Kremer & Schlüter (, ο. α. στο Bruder & Prescott, ) διακρίνουν τη διερευνητική µάθηση σε δοµηµένη διερεύνηση (Structural Inquiry) κατά την οποία ο δάσκαλος θέτει το ου Πανελλήνιου Συνεδρίου για την Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας, Λάρισα - 5 Οκτωβρίου 5

2 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας πρόβληµα ή το ερώτηµα στους µαθητές καθώς και την κατάλληλη µέθοδο και τα υλικά για τη λύση του, σε καθοδηγούµενη διερεύνηση (Guided Inquiry) κατά την οποία ο δάσκαλος θέτει το ερώτηµα και δίνει µόνο τα απαραίτητα υλικά και σε ανοιχτή διερεύνηση (Open Inquiry) κατά την οποία οι ίδιοι οι µαθητές βρίσκουν τα προβλήµατα και τα ερωτήµατα και αποφασίζουν για τις µεθόδους και τα υλικά που θα χρησιµοποιήσουν. Η πλειοψηφία των ερευνών σχετικά µε την διερευνητική µάθηση αφορά στην καθοδηγούµενη διερεύνηση και δείχνει ότι έχει τα µεγαλύτερα ωφέλη ταυτόχρονα και ως προς το περιεχόµενο αλλά και ως προς την ίδια τη διαδικασία της διδασκαλίας (Bruder & Prescott, ) συντελώντας στην βελτίωση της εκπαίδευσης στα Μαθηµατικά και τις Φυσικές Επιστήµες. Με στόχο την εφαρµογή διδασκαλιών µε δοµηµένη διερεύνηση σχεδιάσαµε και πραγµατοποιήσαµε ένα διαθεµατικό project µε θέµα τα Φωτοβολταϊκά, το οποίο και θα περιγράψουµε στη συνέχεια. Περιγραφή Εκπαιδευτικού Σεναρίου Η παρέµβαση έγινε σε µαθητές Β τάξης Λυκείου και Γ Γυµνασίου, του Καλλιτεχνικού σχολείου Γέρακα στα µαθήµατα Μαθηµατικών, Φυσικής και Χηµείας, στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού προγράµµατος Mascil, το οποίο έχει ως στόχο την προώθηση της διδασκαλίας µε χρήση διερευνητικής µάθησης στα µαθηµατικά και τις φυσικές επιστήµες, µε τρόπους που συνδέονται µε τον χώρο της εργασίας. Οι δραστηριότητές µας στηρίχτηκαν στην καθοδηγούµενη διερευνητική µάθηση (Guided Inquiry based learnig) και αφορούσαν στην εγκατάσταση φωτοβολταϊκών (Φ/Β) στην ταράτσα µιας κατοικίας καθώς και στα οικονοµικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα από την εγκατάσταση αυτή. Το ανοιχτό ερώτηµα που πραγµατεύθηκαν οι µαθητές ήταν: Συµφέρει ή όχι σε ένα νοικοκυριό στην Ελλάδα και γενικότερα στην ίδια τη χώρα να επενδύσει σε φωτοβολταϊκά; Η επιλογή του θέµατος αυτού έγινε τόσο γιατί επέτρεπε τη διαθεµατική προσέγγιση της γνώσης όσο και γιατί είχε τη δυνατότητα να συνδεθεί µε τα αναλυτικά προγράµµατα των τάξεων στις οποίες διδάσκαµε τα αντίστοιχα αντικείµενα. Ο χρόνος εφαρμογής στο Λύκειο ήταν διδακτικές ώρες ( ώρες στα μαθηματικά, ώρες στη Χημεία και τη Φυσική), ενώ στο Γυμνάσιο διδακτικές ώρες ( στη Φυσική και στη ώρα Χημεία). Μία επιπλέον διδακτική ώρα απαιτήθηκε για την πραγματοποίηση ενός στρογγυλού τραπεζιού με παιχνίδι ρόλων με μαθητές και από τις δύο σχολικές βαθμίδες. Η εφαρµογή συνδέθηκε µε το αντίστοιχο Πρόγραµµα σπουδών των δύο τάξεων. Συγκεκριµένα στα Μαθηµατικά µε τις ενότητες της Τριγωνοµετρίας και των εµβαδών, στη Χηµεία µε τα καύσιµα, πετρέλαιο και παράγωγά του, φυσικό αέριο, ρύπανση και στη Φυσική γενικής παιδείαςπροσανατολισµού µε το ηλεκτρικό πεδίο, την απόδοση µηχανών, την ισχύ και την ενέργεια. Οι διδακτικοί µας στόχοι ήταν: α) Η καλλιέργεια διερευνητικής σκέψης, β) η σύνδεση των γνωστικών αντικειµένων µαθηµατικών, φυσικής και χηµείας γ) η εφαρµογή επιστηµονικής γνώσης στην καθηµερινή ζωή, δ) η κατανόηση του πώς τα µαθηµατικά και οι φυσικές επιστήµες χρησιµοποιούνται στον χώρο εργασίας, ε) η άσκηση των µαθητών στην επιχειρηµατολογία, στ) η προετοιµασία για ενεργητική συµµετοχή στον σύγχρονο κόσµο και ζ) η καλλιέργεια της αίσθησης του πολίτη. Η προσέγγιση µε τον χώρο εργασίας πραγµατοποιήθηκε µέσα από τη συνέντευξη που πήρε ένας µαθητής από εκπρόσωπο εµπορίας Φ/Β καθώς και µέσα από παιχνίδι ρόλων στο στρογγυλό τραπέζι όπου οι µαθητές ανέπτυξαν επιχειρηµατολογία αντίστοιχη του επαγγέλµατος που εκπροσωπούσαν. Οι µαθητές εργάστηκαν σε οµάδες µε τη βοήθεια φύλλων εργασίας ελαφρώς διαφοροποιηµένων ανάλογα µε τη σχολική βαθµίδα, ενώ για την εισαγωγή σε κάθε δραστηριότητα δηµιουργήθηκαν ψηφιακές προβολές οι οποίες και πραγµατοποιήθηκαν στην αίθουσα των υπολογιστών ή στο εργαστήριο Φυσικής. Για τη δηµιουργία κινήτρων για την ενασχόληση των µαθητών µε το θέµα των Φ/Β, στην ψηφιακή µας προβολή αξιοποιήσαµε την έκκληση, µε αφορµή την παγκόσµια συνδιάσκεψη για το κλίµα, του διαδικτυακού κινήµατος AVAAZ προς τους πολίτες όλης της υφηλίου για πόλεις ενεργεικά πράσινες.

3 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Στις διδακτικές µας παρεµβάσεις η µία εκπαιδευτικός πραγµατοποιούσε την παρέµβαση ενώ οι άλλες εκπαιδευτικοί παρευρίσκονταν µε το ρόλο του µη συµµετοχικού παρατηρητή. Οι δραστηριότητες Ως εισαγωγή πραγµατοποιήθηκε ψηφική παρουσίαση για τα Φ/Β κατά την οποία συζητήθηκαν θέµατα που αφορούν τη λειτουργία τους και τους παράγοντες που επηρεάζουν τη απόδοσή τους. Έµφαση δόθηκε στο πρόβληµα του προσανατολισµού και της καταλληλότερης κλίσης για την εγκατάστασή των Φ/Β καθώς και στο επακόλουθο πρόβληµα δηµιουργίας σκιάς από τον τρόπο τοποθέτησής τους, ζητήµατα απαραίτητα για τη διερεύνηση των προβληµάτων που τέθηκαν αργότερα στους µαθητές. Στη συνέχεια πραγµατοποιήθηκε εργασία των µαθητών σε οµάδες, µε τον εκπαιδευτικό σε ρόλο συντονιστή και εµψυχωτή. Οι µαθητές στα µαθήµατα Φυσικής και Χηµείας, και στις δύο βαθµίδες, πραγµατεύτηκαν ερωτήµατα ανάλογα µε το ρόλο που θα αναλάµβαναν στο στρογγυλό τραπέζι, ενώ στο µάθηµα των Μαθηµατικών στο Λύκειο όλες οι οµάδες των µαθητών εργάστηκαν µε το ίδιο ερώτηµα. Απαραίτητες συµπληρωµατικές πληροφορίες για τη διερεύνηση του προβλήµατος που τους τέθηκε στα µαθήµατα Φυσικής και Χηµείας υπήρχαν στο φύλλο εργασίας, ενώ στο µάθηµα των Μαθηµατικών τους µοιράστηκε το φυλλάδιο του Συνδέσµου Εταιριών Φωτοβολταϊκών, κατάλληλα προσαρµοσµένο από εµάς για τους µαθητές. Επί πλέον για τους µαθητές του Γυµνασίου θέµατα που αφορούσαν σε έννοιες της Φυσικής και της Χηµείας καθώς και σε εφαρµογές των Μαθηµατικών πραγµατεύθηκαν από την καθηγήτρια. Στο µάθηµα Φυσικής Α) Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: α) Εταιρεία εµπορίας Φ/Β β) Εκπρόσωπος καταναλωτών Ερωτήµατα προς διερεύνηση Βρείτε την βέλτιστη ενέργεια που µπορεί να παραχθεί σε ετήσια βάση, αν χρησιµοποιήσουµε ένα Φ/Β πλέγµα. Υπολογίστε το κέρδος σε ευρώ για µια οικογένεια από κάθε Φ/Β. Εκτιµείστε τη δυνατότητα των Φ/Β για επάρκεια σε οικιακή ηλεκτρική ενέργεια αν µπορούσαµε να χρησιµοποιήσουµε την αυτόνοµη λειτουργία των φωτοβολταϊκών. Β)Ρόλος στο στρογγυλό τραπέζι: Επιστήµονας φυσικός Ερώτηµα προς διερεύνηση: Η αρχή λειτουργίας των Φ/Β είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο. Περιγράψτε το και µε βάση αυτό πώς µπορείτε να εξηγήσετε τη χαµηλή απόδοση των Φ/Β. Στο µάθηµα της Χηµείας Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: α) Εκπρόσωπος ΥΠΕΚΑ (Υπουργείο Περιβάλλοντος-Ενέργειας και Κλιµατικής Αλλαγής) β) Εκπρόσωπος περιβαλλοντικής οργάνωσης Ερωτήµατα προς διερεύνηση Να συγκρίνετε την περιβαλλοντική επιβάρυνση από τη χρήση Φ/Β και συµβατικών καυσίµων (πετρέλαιο-φυσικό αέριο). Πόση ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα αποτρέπεται να εκλυθεί στην ατµόσφαιρα µε τη χρήση ενός m φωτοβολταϊκού; Με βάση τα αποτελέσµατα της διερεύνησής σας µε ποια επιχειρήµατα θα υποστηρίζατε την επιλογή Φ/Β ή µη ανανεώσιµων πηγών ενέργειας; Στο µάθηµα των Μαθηµατικών Ρόλος στο στρογγυλό τραπέζι: Ηλεκτρολόγος µηχανικός Ερώτηµα προς διερεύνηση:συµµετέχοντας στην κίνηση για µια πράσινη ενεργειακά πόλη, θέλουµε να πείσουµε τους γονείς µας, φίλους των γονιών µας, τον διαχειριστή µιας πολυκατοικίας ότι η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στην ταράτσα, εκτός από τα µεγάλα περιβαλλοντικά οφέλη έχει και οικονοµικά οφέλη για τους ίδιους, µια και η τοποθέτησή τους είναι µια δαπανηρή υπόθεση. Για το λόγο αυτό θέλουµε να φτιάξουµε ένα φυλλάδιο µε ένα παράδειγµα που να δείχνει αυτά τα οφέλη. Με βάση τα δεδοµένα και πληροφορίες που θα αντλήσουµε από το φυλλάδιο του Συνδέσµου Εταιριών Φωτοβολταϊκών µπορούµε να να υπολογίσουµε τον µέγιστο αριθµό φωτοβολταϊκών πλεγµάτων που µπορούµε να εγκαταστήσουµε στην ταράτσα ώστε να βρούµε το κέρδος που θα µας αποφέρουν κάθε χρόνο και τελικά να απαντήσουµε στο ερώτηµα αν συµφέρει οικονοµικά η

4 4 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας εγκατάσταση τους; (Η ταράτσα µας µε σχήµα ορθογωνίου και έχει διαστάσεις µ και µ µε προσανατολισµό στο νότο). Στρογγυλό τραπέζι µε παιχνίδι ρόλων Οι µαθητές στη διάρκεια µιας διδακτικής ώρας πραγµατοποίησαν στρογγυλό τραπέζι µε παιχνίδι ρόλων µε θέµα τα Φωτοβολταϊκά στο πλαίσιο της τηλεοπτικής εκποµπής Η επιστήµη στη ζωή µας. Μία µαθήτρια σε ρόλο δηµοσιογράφου συντόνισε το στρογγυλό τραπέζι, ενώ προβλήθηκε µέρος ενός ρεπορτάζ µαθητή µε µηχανικό εργαζόµενο σε εταιρία εµπορίας εγκατάστασης ΦΒ. Οι µαθητές-σε-ρόλο στο στρογγυλό τραπέζι πήραν διαδοχικά το λόγο αναπτύσσοντας επιχειρηµατολογία αντίστοιχη του επαγγέλµατος που εκπροσωπούσαν. Αναστοχασµός από την υλοποίηση στην τάξη Α. Ως προς τους µαθησιακούς στόχους Στη Φυσική -Χηµεία Γυµνασίου: Διαπιστώθηκε ότι οι µαθητές χωρίς προηγούµενη σχετική γνώση χρησιµοποίησαν τις πληροφορίες που τους δόθηκαν στα φύλλα εργασίας για να ερµηνεύσουν φαινόµενα και να απαντήσουν στα ερωτήµατα ποιοτικά και όχι ποσοτικά. Γενικότερα παρουσιάστηκαν δυσκολίες στους υπολογισµούς π.χ. της απόδοσης (δεν είχαν ακόµα διδαχθεί τις σχετικές έννοιες). Στα Μαθηµατικά Λυκείου: Διαπιστώθηκαν δυσκολίες στην ανάκληση προηγούµενης γνώσης για την επίλυση πραγµατικού προβλήµατος, ενώ δε διερεύνησαν όλες τις δυνατές περιπτώσεις τοποθέτησης των Φ/Β ώστε να επιλέξουν τη βέλτιστη. Στη Φυσική-Χηµεία Λυκείου: Διαπιστώθηκε ότι οι µαθητές µπόρεσαν να κάνουν υπολογισµούς αλλά δεν µπόρεσαν να διαχειριστούν έννοιες που αφορούν στον µικρόκοσµο µόνο µε λίγες πληροφορίες (θεωρητική προσέγγιση). Η οµάδα θετικού προσανατολισµού είχε, όπως ήταν αναµενόµενο, µεγαλύτερη ευχέρεια στους υπολογισµούς και την φορµαλιστική αντιµετώπιση των δεδοµένων. Στο τέλος της δραστηριότητας υπήρξε η ικανοποίηση της επιστηµονικής προσέγγισης ενός θέµατος που είναι επίκαιρο στην εποχή µας (αποδέσµευση από τα συµβατικά καύσιµα, ανάγκη χρησιµοποίησης καθαρής ενέργειας και µείωσης ρύπων κλπ). Παρουσιάστηκε επίσης αδυναµία να χρησιµοποιήσουν γνώση που είχαν αποκτήσει σε µικρότερη βαθµίδα εκπαίδευσης σε πρόβληµα που δεν είχε ενταχθεί σε συγκεκριµένο κεφάλαιο του γνωστικού τους αντικειµένου. Β. Ως προς τη σύνδεση ανάµεσα στον χώρο εργασίας και τα γνωστικά αντικείµενο Οι µαθητές συνέδεσαν φυσικά µεγέθη (ισχύς, ενέργεια, απόδοση) και τς µονάδες τους (W, kw, kwh, J), φαινόµενα (φωτοηλεκτρικό, θερµοκηπίου), τριγωνοµετρικούς και γεωµετρικούς τύπους και υπολογισµούς µε την τοποθέτηση, λειτουργία και βέλτιστη απόδοση των Φ/Β. Γ. Δεξιότητες που καλλιεργήθηκαν: Στους µαθητές καλλιεργήθηκε η συνεργατικότητα καθώς και δεξιότητες για τη διερεύνηση προβληµάτων. Δ. Κίνητρο στους µαθητές: Η διαθεµατικότητα, η σύνδεση µε την πραγµατικότητα και µε προβλήµατα που αφορούν την παγκόσµια κοινότητα, η εργασία σε οµάδες έδωσε κίνητρο και σε µαθητές που τις περισσότερες φορές είναι αδιάφοροι µε το αντικείµενο του µαθήµατος. Ε. Η καλλιέργεια της αίσθησης του πολίτη: Μέσα από το διερευνητικό ερώτηµα που δόθηκε στους µαθητές για µια ενεργειακά πράσινη πόλη, καλλιεργήθηκε η αίσθηση του πολίτη που συµµετέχει ενεργητικά σε θέµατα που αφορούν όχι µόνο την Ελληνική αλλά και την παγκόσµια κοινότητα. Ζ. Άσκηση των µαθητών στην επιχειρηµατολογία: Οι µαθητές ασκήθηκαν στην επιχειρηµατολογία µέσα από τον επαγγελµατικό ρόλο που έπρεπε να υποστηρίξουν στο στρογγυλό τραπέζι. ΣΤ. Η επαγγελµατική εξέλιξη των εκπαιδευτικών: Όσον αφορά στους εκπαιδευτικούς που σχεδίασαν και υλοποίησαν τις διδασκαλίες διαπιστώθηκε δυσκολία στη µετατροπή µιας δοµηµένης δραστηριότητας που αναφέρεται σε ένα εξειδικευµένο θέµα συνδεδεµένο µε τον εργασιακό χώρο, σε διερευνητική, ώστε οι µαθητές να εµπλακούν σε πρακτικές δράσης και αναζήτησης. Το πρόβληµα αυτό αντιµετωπίστηκε µέσα από τη συνεργασία των εκπαιδευτικών όχι

5 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας 5 µόνο στο σχεδιασµό αλλά και στην υλοποίηση των διδασκαλιών µε τη ταυτόχρονη παρουσία όλων των εκπαιδευτικών στην τάξη. Συµπεράσµατα Ενώ παρουσιάστηκαν δυσκολίες στους µαθητές σχετικά µε την εφαρµογή προηγούµενης γνώσης σε πραγµατικό πρόβληµα καθώς και διερεύνησης ενός προβλήµατος, συµµετείχαν περισσότερο από ό,τι σε ένα παραδοσιακό µάθηµα και λειτούργησαν µε καλύτερο τρόπο όταν συνεργάστηκαν για να διερευνήσουν ένα ερώτηµα. Για όλες τις οµάδες µαθητών κοινή παραδοχή ήταν ότι η διαθεµατική αντιµετώπιση ενός θέµατος και η σύνδεση φυσικών επιστηµών και µαθηµατικών µε την καθηµερινότητα τους ενεργοποίησε περισσότερο ενώ η συνεργασία µεταξύ τους ήταν πολύ σηµαντική και είχε ως αποτέλεσµα να µαθαίνουν ευκολότερα και µε πιο «διασκεδαστικό» τρόπο. Όσον αφορά στους εκπαιδευτικούς κοινή διαπίστωση ήταν ότι παρόλο που υπήρξε αρχική δυσκολία στην προσέγγιση απόλυτα διερευνητικής µάθησης, αυτή αντιµετωπίστηκε µε τη γόνιµη συνεργασία τους. Θεωρούµε ότι διδασκαλίες αυτής της µορφής ενεργοποιούν τους µαθητές να χρησιµοποιήσουν τις γνώσεις τους για να επιλύσουν ένα πρόβληµα, να συνδιαλέγονται µε τα µέλη της οµάδας εξηγώντας στους άλλους τις σκέψεις τους, να µιλούν για έννοιες και φαινόµενα, να αναστοχάζονται πάνω στη διαδικασία και τα αποτελέσµατα και να διαπιστώνουν συνδέσεις ανάµεσα στα µαθήµατα του αναλυτικού προγράµµατος και το χώρο εργασίας. Βιβλιογραφία Bruder, R. & Prescott, A. (). Research evidence on the benefits of IBL. ZDM Mathematics Education 45, Dorier, J.-L., & Maaß, K. (). Inquiry-based mathematics education. In S. Lerman (Ed.), Encyclopedia of mathematics education. Heidelberg: Springer. Retrieved May, 5. Kremer, A., & Schlüter, K. (). Analyse von Gruppensituationen beim forschend entdeckenden Lernen. Ergebnisse einer ersten Studie. Erkenntnisweg Biologiedidaktik, 5, Linn, M.C., Davis E.A. & Bell, P.L. (4) Inquiry and Technology. In M.C. Linn, E.A. Davis & P.L. Bell (Eds.), Internet environments for science education. (pp -7). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates. Spronken-Smith, R. (). Experiencing the process of knowledge creation: The nature and use of inquiry-based learning in higher education. Journal of Geography in Higher Education,,.

6 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Παράρτηµα Τίτλος διδακτικού σεναρίου: Συµµετέχοντας στην εκστρατεία για µια Πράσινη ενεργειακά πόλη: Εγκατάσταση Φωτοβολταϊκών πάνελ σε επίπεδη ταράτσα. Διαθεµατικές διδασκαλίες στα Μαθηµατικά και τις Φυσικές επιστήµες µε θέµα την εγκατάσταση και χρήση Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων από τη µέση ελληνική οικογένεια και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις αυτής. Διάρκεια διδακτικού σεναρίου Επτά (7) διδακτικές ώρες στο Λύκειο. Τρεις () διδακτικές ώρες στο Γυµνάσιο. Ένταξη του διδακτικού σεναρίου στο πρόγραµµα σπουδών/προαπαιτούµενες γνώσεις Πρόγραµµα σπουδών της Γ Γυµνασίου: Φυσική: Ηλεκτρισµός- Ενέργεια και ισχύς του ηλεκτρικού ρεύµατος. Χηµεία: Καύσιµα, ρύπανση Πρόγραµµα σπουδών της Β Λυκείου: Μαθηµατικά: Τριγωνοµετρία και εµβαδά. Χηµεία: Καύσιµα, πετρέλαιο και παράγωγά του, φυσικό αέριο, ρύπανση. Φυσική γενικής παιδείας-προσανατολισµού: Ηλεκτρικό πεδίο, απόδοση µηχανών, ισχύς, ενέργεια. Προαπαιτούµενες γνώσεις στους µαθητές Γ Γυµνασίου Στη Χηµεία: Πετρέλαιο, φυσικό αέριο, ρύπανση. Στη Φυσική: Ενέργεια, ισχύς.μονάδες µέτρησης φυσικών µεγεθών(si) Προαπαιτούµενες γνώσεις στους µαθητές Β Λυκείου Στη Χηµεία: Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο, ρύπανση. Στη Φυσική γενικής παιδείας-προσανατολισµού: Ενέργεια, ισχύς, απόδοση, φωτόνια. Στα Μαθηµατικά: Οι γνώσεις Τριγωνοµετρίας Β Γυµνασίου. Σκοποί και στόχοι του διδακτικού σεναρίου Η καλλιέργεια διερευνητικής σκέψης Σύνδεση των δυο γνωστικών αντικειµένων µαθηµατικών και φυσικής. Εφαρµογή επιστηµονικής γνώσης στην καθηµερινή ζωή. Να γνωρίσουν οι µαθητές ένα παράδειγµα µε το πώς τα µαθηµατικά και οι φυσικές επιστήµες χρησιµοποιούνται στον χώρο εργασίας. Άσκηση των µαθητών στην επιχειρηµατολογία Προετοιµασία για ενεργητική συµµετοχή στον σύγχρονο κόσµο. Η καλλιέργεια της αίσθησης του πολίτη. Περιγραφή του διδακτικού σεναρίου Ως εισαγωγή θα πραγµατοποιηθεί ψηφική παρουσίαση για τα Φ/Β κατά την οποία θα συζητηθούν θέµατα που αφορούν τη λειτουργία τους και τους παράγοντες που επηρεάζουν τη απόδοσή τους. Έµφαση δόθηκε στο πρόβληµα του προσανατολισµού και της καταλληλότερης κλίσης για την εγκατάστασή των Φ/Β καθώς και στο επακόλουθο πρόβληµα δηµιουργίας σκιάς από τον τρόπο τοποθέτησής τους, ζητήµατα απαραίτητα για τη διερεύνηση των προβληµάτων που τέθηκαν αργότερα στους µαθητές. Στη συνέχεια πραγµατοποιήθηκε εργασία των µαθητών σε οµάδες, µε τον εκπαιδευτικό σε ρόλο συντονιστή και εµψυχωτή. Οι µαθητές στα µαθήµατα Φυσικής και Χηµείας, και στις δύο βαθµίδες, πραγµατεύτηκαν ερωτήµατα ανάλογα µε το ρόλο που θα αναλάµβαναν στο στρογγυλό τραπέζι, ενώ στο µάθηµα των Μαθηµατικών στο Λύκειο όλες οι οµάδες των µαθητών εργάστηκαν µε το ίδιο ερώτηµα. Απαραίτητες συµπληρωµατικές πληροφορίες για τη διερεύνηση του προβλήµατος που τους

7 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας 7 τέθηκε στα µαθήµατα Φυσικής και Χηµείας υπήρχαν στο φύλλο εργασίας, ενώ στο µάθηµα των Μαθηµατικών τους µοιράστηκε το φυλλάδιο του Συνδέσµου Εταιριών Φωτοβολταϊκών, κατάλληλα προσαρµοσµένο από εµάς για τους µαθητές. Χρήση Η.Υ., ΤΠΕ, καθώς και άλλων µέσων για το διδακτικό σενάριο Θα πραγµατοποιηθούν ψηφιακές παρουσιάσεις από τις εκπαιδευτικούς, αλλά και δηµιουργία από µαθητή βίντεο µε τη συνέντευξή του µε έναν µηχανικό ειδικευµένο στις εγκαταστάσεις Φωτοβολταϊκών πάνελ. Πρόβλεψη δυσκολιών στο διδακτικό σενάριο Θεωρούµε ότι οι µαθητές θα συναντήσουν δυσκολίες να χρησιµοποιήσουν γνώση που είχαν αποκτήσει σε µικρότερη βαθµίδα εκπαίδευσης σε πρόβληµα που δεν έχει ενταχθεί σε συγκεκριµένο κεφάλαιο του γνωστικού τους αντικειµένου. Ειδικότερα στα πλαίσια του µαθήµατος της Φυσικής θεωρούµε ότι θα παρουσιαστούν δυσκολίες στην κατανόηση του φωτοηλεκτρικού φαινοµένου καθώς και στην διάκριση µεταξύ των µονάδων κιλοβάτ (kw) και κιλοβατώρας (kwh).δυσκολίες στη διάκριση και εφαρµογή των εννοιών της ενέργειας και της ισχύος αναµένεται επίσης να παρουσιαστούν. Διδακτικό συµβόλαιο Το διδακτικό συµβόλαιο θα ανατραπεί. Από µιας µορφής δασκαλοκεντρικό µάθηµα, θα περάσουµε σε ένα διαφορετικό µάθηµα µάθηµα, µε τον εκπαιδευτικό σε ρόλο εµψυχωτή και υποστηρικτή των µαθητών οι οποίοι εργάζονται σε οµάδες. Οι µαθητές θα αντλήσουν πληροφορίες από το υλικό που θα τους δοθεί και δεν θα απευθύνονται στον εκπαιδευτικό για τυχόν απορίες τους αλλά στα άλλα µέλη της οµάδας. Ο εκπαιδευτικός όταν του ζητηθεί βοήθεια από όλη την οµάδα θα την δώσει µέσα από κατάλληλες ερωτήσεις που θα τους θέσει. Τέλος η επικύρωση της γνώσης δεν θα γίνει από τον εκπαιδευτικό, αλλά από τους ίδιους τους µαθητές µετά από συζήτηση κατά την παρουσίαση των αποτελεσµάτων των οµάδων. Υποκείµενη θεωρία µάθησης Οι διδασκαλίες µας βασίζονται στην καθοδηγούµενη διερευνητική µάθηση (Guided Inquiry based Learning). Οργάνωση της τάξης εφικτότητα σχεδίασης Εργασία των µαθητών σε οµάδες, µε φύλλα εργασίας, µε τον εκπαιδευτικό σε ρόλο συντονιστή και εµψυχωτή. Για τις ψηφιακές παρουσιάσεις θα αξιοποιηθούν το εργαστήριο των υπολογιστών και το εργαστήριο της Φυσικής-Χηµείας. Αξιολόγηση Η αξιολόγηση θα πραγµατοποιηθεί µέσα από τα φύλλα εργασίας, από την ανάλυση των διαλόγων στο στρογγυλό τραπέζι και από ερωτηµατολόγια. Προτάσεις για περαιτέρω δραστηριότητες προτεινόµενες εργασίες Πραγµατοποίηση και άλλων διδασκαλιών µε διερευνητική µάθηση στα µαθήµατα Μαθηµατικών, Φυσικής και Χηµείας. Χρήση εξωτερικών πηγών α) Υλικό από το πρόγραµµα Mascil µε θέµα Η εγκατάσταση ηλιακών πλεγµάτων, β) Η πτυχιακή εργασία του Ανδρέα Θανόπουλου µε θέµα Η διεπιστηµονικότητα στο επαγγελµατικό λύκειο που εκπονήθηκε στην Ανωτάτη Σχολή Παιδαγωγικής και Τεχνολογικής Εκπαίδευσης,Γενικό Τµήµα Παιδαγωγικών Μαθηµάτων ΕΠΠΑΙΚ Πάτρας, το. γ) Φυλλάδιο Συνδέσµου Εταιριών Φωτοβολταϊκών Ηλιακές στέγες.

8 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Φύλλο εργασίας (ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ -Φ/Β- ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ) η και η Οµάδα Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: α) Εταιρεία εµπορίας Φ/Β β) Εκπρόσωπος καταναλωτών Tα Φ/Β µετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Η µετατροπή αυτή γίνεται αθόρυβα, αξιόπιστα και χωρίς περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Μία τυπική Φ/Β συστοιχία αποτελείται από ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια συνδεδεµένα µεταξύ τους. Όλη η παραγόµενη από το φωτοβολταϊκό ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο της ΔΕΗ και πληρώνεστε γι αυτή µε βάση τη συµφωνηθείσα τιµή πώλησης, τιµή που είναι εγγυηµένη για 5 χρόνια. Τα ΦΒ έχουν απόδοση 5,% : δηλαδή όταν τα Φ/Β πλαίσια εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία, µετατρέπουν ποσοστό 5,% περίπου της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν µηδενικές. Έχουν µεγάλη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία κατά τη λειτουργία. Οι εγγυήσεις που δίνονται από τους κατασκευαστές για τις Φ/Β γεννήτριες είναι περισσότερο από 5 χρόνια καλής λειτουργίας. Το µέσο εµβαδόν κάθε Φ/Β που µπορεί να τοποθετηθεί στην οροφή ενός σπιτιού είναι,m. Η αποζηµίωση της ΔΕΗ ανά παραγόµενη kwh είναι, ευρώ. (Οικιακό τιµολόγιο ΔΕΗ:,77 ευρώ/kwh). Ένα µέσο ελληνικό σπίτι µε ηλιακό θερµοσίφωνα και λαµπτήρες οικονοµίας αλλά και µε air condition, καυστήρα πετρελαίου και ηλεκτρική κουζίνα καταναλώνει περίπου 5-45 KWh/µήνα ΠΙΝΑΚΑΣ : Μηνιαία Ηλιακή Ενέργεια για την βέλτιστη κλίση γωνίας των Φ/Β πλεγμάτων (kwh/m. μήνα), καθώς και σε ετήσια βάση(y), το χειμώνα (W) και το καλοκαίρι (S). Κλίση (σε βαθμούς ) J F Μ Α Μ J J Α S Ο Ν D Y W S Θεωρία Ισχύς P: Ενέργεια στη µονάδα του χρόνου P=!! Ενέργεια W : W= P t Μονάδα: J=W s Άλλες µονάδες: Wh=W h, kwh=kw h Aπόδοση e ή α: α=!!"έ!"#$!!"#"$ώ!"#$ και α=!!"έ!"#$!!"#"$ώ!"#$ Μονάδα: W(Watt), kw=w Διερεύνηση Χρησιµοποιώντας στοιχεία του πίνακα βρείτε την βέλτιστη ενέργεια που µπορεί να παραχθεί σε ετήσια βάση, αν χρησιµοποιήσουµε ένα Φ/Β πλέγµα.

9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Υπολογίστε το κέρδος σε ευρώ για µια οικογένεια από κάθε Φ/Β. Με βάση τα αποτελέσµατα της διερεύνησής σας, µε ποια επιχειρήµατα θα υποστηρίζατε, τη χρήση ή όχι των Φ/Β από τη µέση ελληνική οικογένεια;

10 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας η Οµάδα Φύλλο εργασίας (ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ) Ρόλος στο στρογγυλό τραπέζι: Επιστήµονας Φυσικός Tα Φ/Β µετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Η µετατροπή αυτή γίνεται αθόρυβα, αξιόπιστα και χωρίς περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Μία τυπική Φ/Β συστοιχία αποτελείται από ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια συνδεδεµένα µεταξύ τους. Τα Φ/Β πλαίσια έχουν σκουρόχρωµη επιφάνεια. Ο χώρος που θα τοποθετηθούν θα πρέπει να είναι ασκίαστος και, ει δυνατόν, ο προσανατολισµός τους να είναι νότιος και να έχουν µια κλίση κοντά στις µοίρες (για δώµατα). Ισχύς P: Ενέργεια στη µονάδα του χρόνου P=! Μονάδα: W(Watt), kw=w! Ενέργεια W : W= P t Μονάδα: J=W s Άλλες µονάδες:wh=w h, kwh=kw h Aπόδοση e ή α: α=!!"έ!"#$ και α=!!"έ!"#$!!"#"$ώ!"#$!!"#"$ώ!"#$ Τα ΦΒ έχουν απόδοση 5,% : δηλαδή όταν τα Φ/Β πλαίσια εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία, µετατρέπουν ποσοστό 5,% περίπου της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. ΠΙΝΑΚΑΣ : Μηνιαία Ηλιακή Ενέργεια για την βέλτιστη κλίση γωνίας β των Φ/Β πλεγμάτων (kwh/m. μήνα), καθώς και σε ετήσια βάση(y), το χειμώνα (W) και το καλοκαίρι (S). Κλίση (σε βαθμούς ) J F Μ Α Μ J J Α S Ο Ν D Y W S

11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας * Η ενέργεια των φωτονίων είναι ανάλογη µε την συχνότητά τους. Διερεύνηση Η αρχή λειτουργίας των Φ/Β είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο. Με βάση τα παραπάνω περιγράψτε το. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν χαµηλή απόδοση. Δηλαδή δεν µετατρέπεται όλο το ποσό της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Πώς µπορείτε να το εξηγήσετε µε βάση την αρχή στην οποία στηρίζεται η λειτουργία τους; Με βάση τα αποτελέσµατα της διερεύνησής σας πώς θα περιγράφατε εκλαϊκευµένα αλλά επιστηµονικά ορθά τον τρόπο µε τον οποίο τα Φ/Β µετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική και στηριζόµενοι σε αυτό πώς θα υποστηρίζατε την προτροπή της χρήσης ή όχι των Φ/Β από τη µέση ελληνική οικογένεια;

12 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Φύλλο εργασίας (ΑΠΕ-ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ) Ρόλοι στο στρογγυλό τραπέζι: α) Εκπρόσωπος ΥΠΕΚΑ (Υπουργείο Περιβάλλοντος-Ενέργειας και Κλιµατικής Αλλαγής) β) Εκπρόσωπος περιβαλλοντικής οργάνωσης Ø Το πετρέλαιο σχηµατίστηκε εκατοντάδες εκατοµµύρια χρόνια πριν, αντλείται µε γεωτρήσεις από τις πετρελαιοπηγές µε την µορφή του αργού (ακατέργαστου) πετρελαίου, επεξεργάζεται στα διυλιστήρια, µεταφέρεται στους τόπους κατανάλωσης, τα προϊόντα του καίγονται ή δίνουν τις πρώτες ύλες για πετροχηµικά προϊόντα. Ø Το φυσικό αέριο, συνυπάρχει συνήθως µε το πετρέλαιο, µεταφέρεται σε αέρια κατάσταση µε αγωγούς υπό υψηλή πίεση σε απόσταση χιλιάδων χιλιοµέτρων ενώ σε υγρή κατάσταση µεταφέρεται µε ειδικά διαµορφωµένα δεξαµενόπλοια. Ø Ø Ο ήλιος για δισεκατοµµύρια χρόνια συντήκοντας υδρογόνο παράγει το στοιχείο ήλιο και τεράστια ποσά ενέργειας. Τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήµατα µετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

13 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας m Φ/Β αποδίδει 5KWh Διερεύνηση *Το πετρέλαιο είναι µαζούτ χαµηλού θείου Να συγκρίνετε την περιβαλλοντική επιβάρυνση από τη χρήση Φ/Β και συµβατικών καυσίµων (πετρέλαιο-φυσικό αέριο). Πόση ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα αποτρέπεται να εκλυθεί στην ατµόσφαιρα µε τη χρήση ενός m φωτοβολταϊκού; Με βάση τα αποτελέσµατα της διερεύνησής σας µε ποια επιχειρήµατα θα υποστηρίζατε την επιλογή Φ/Β ή µη ανανεώσιµων πηγών ενέργειας;

14 4 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για ην Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Φύλλο εργασίας 4 (ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ) ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΝΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΣΤΡΑΤΕΙΑ ΓΙΑ ΜΙΑ ΠΡΑΣΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΠΟΛΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΠΑΝΕΛ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΗ ΤΑΡΑΤΣΑ Συµµετέχοντας στην κίνηση για µια πράσινη ενεργειακά πόλη, θέλουµε να πείσουµε τους γονείς µας, φίλους των γονιών µας, τον διαχειριστή µιας πολυκατοικίας ότι η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στην ταράτσα, εκτός από τα µεγάλα περιβαλλοντικά οφέλη έχει και οικονοµικά οφέλη για τους ίδιους, µια και η τοποθέτησή τους είναι µια δαπανηρή υπόθεση. Για το λόγο αυτό θέλουµε να φτιάξουµε ένα φυλλάδιο µε ένα παράδειγµα που να δείχνει αυτά τα οφέλη, µια και η ανάθεση του έργου σε µηχανικό κοστίζει. Για το λόγο αυτό επιλέγουµε: µία επίπεδη ταράτσα µε σχήµα ορθογωνίου και διαστάσεις µ και µ, που βλέπει στο νότο φωτοβολταϊκά µε διαστάσεις,54 και. και ισχύ 4 Watt/p γωνία κλίσης του φωτοβολταϊκού µε την ταράτσα Για την περιοχή µας είναι γνωστό ότι µέση ετήσια παραγωγή είναι 5KWh (κιλοβατώρες) ανά εγκαταστηµένο KWp (κιλοβάτ) Με βάση αυτά τα δεδοµένα και πληροφορίες που θα αντλήσουµε από το φυλλάδιο του Συνδέσµου Εταιριών Φωτοβολταϊκών µπορούµε να να υπολογίσουµε τον µέγιστο αριθµό φωτοβολταϊκών πλεγµάτων που µπορούµε να εγκαταστήσουµε στην ταράτσα ώστε να βρούµε το κέρδος που θα µας αποφέρουν κάθε χρόνο και τελικά να απαντήσουµε στο ερώτηµα αν συµφέρει οικονοµικά η εγκατάσταση τους; Για τους υπολογισµούς σας θα χρησιµοποιήσουµε υπολογιστή τσέπης.