ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (Ε.Χαραλάμπους)

Transcript

1 ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (Ε.Χαραλάμπους) Όνομα Παιδιού: Ναταλία Ασιήκαλη ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ: Πως οι παράγοντες υλικό, μήκος και πάχος υλικού επηρεάζουν την αντίσταση και κατ επέκταση την ένταση του ρεύματος ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ: Αρχικά η Ναταλία ανάφερε μερικούς παράγοντες που η ίδια πίστευε ότι επηρέαζαν την αντίσταση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και αποφασίσαμε να εξετάσουμε τους παράγοντες υλικό, μήκος και πάχος αγωγού. Η διερεύνηση βασίστηκε σε τρεις ομάδες πειραμάτων. Σε κάθε ομάδα εξετάζαμε ένα παράγοντα. Α Ομάδα Πειραμάτων: Υλικό Καθορίσαμε τα υλικά που χρησιμοποιήσαμε: χαλκός, χρωμονικελλίνη, μισίνα, σχοινί. Όλα διαμέτρου 1mm και μήκος 20cm. Ακολούθως κατασκευάσαμε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα το οποίο περιλάμβανε ένα αμπερόμετρο, μία μπαταρία, ένα λαμπτήρα (πάντοτε τον ίδιο), ένα αμπερόμετρο. (Με το ίδιο κύκλωμα κάναμε τις μετρήσεις μας αλλάζοντας κάθε φορά τον αγωγό.) Διεξαγάγαμε 4 πειράματα στα οποία κάθε φορά χρησιμοποιούσαμε διαφορετικό υλικό, και καταγράφαμε την ένταση του ρεύματος. Πάχος Μήκος Υλικό Ένταση του ρεύματος Χαλκός 3A 1mm 20cm Χρωμονικελλίνη 1.8A Μισίνα 0A σχοινί 0A Συμπέρασμα: ορισμένα υλικά είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρ. ρεύματος ενώ άλλα είναι μονωτές. Επίσης ο κάθε καλός αγωγός έχει διαφορετική αντίσταση με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται διαφορετική ένταση του ρεύματος στο ίδιο κύκλωμα. Β Ομάδα Πειραμάτων: Μήκος αγωγού Σε αυτή την ομάδα πειραμάτων χρησιμοποιήσαμε χρωμονικελλίνη 1mm και 0,5mm. Με τον ίδιο τρόπο μετρούσαμε την ένταση του ρεύματος αλλάζοντας κάθε φορά το μήκος του αγωγού: 10cm, 20cm, 30cm Πάχος Μήκος Υλικό Ένταση του ρεύματος 10cm 2.2A 1mm 20cm Χρωμονικελλίνη 1.8A 30cm 1.2A 10cm 1.3A 0.5mm 20cm Χρωμονικελλίνη 0.9A 30cm 0.6A Συμπέρασμα: όσο πιο μεγάλο το μήκος του αγωγού τόσο πιο μεγάλη η αντίσταση και ως αποτέλεσμα τόσο πιο μικρή η ένταση του ρεύματος. Γ Ομάδα Πειραμάτων: Πάχος της αντίστασης Σε αυτή την ομάδα πειραμάτων χρησιμοποιήσαμε χρωμονικελλίνη με διάμετρο 1,5mm, 1mm και 0,5mm καθώς επίσης eureka με διάμετρο 0.2mm, 0.4mm και 0.6mm. το μήκος διατηρήθηκε 30cm. Μήκος Πάχος Υλικό Ένταση του ρεύματος 0.5mm 0.48A 30cm 1mm Χρωμονικελλίνη 1A 1.5mm 1.5A 0.2mm 0.2A 30cm 0.4mm Eureka 0.4A 0.6mm 0.6A Συμπέρασμα: όσο πιο μεγάλη η διάμετρος κάποιου αγωγού τόσο πιο μικρή η αντίσταση του και κατ επέκταση τόσο πιο μεγάλη η ένταση του ρεύματος.

2 ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΠΑΝΗΓΥΡΙΟΥ: Επιλέξαμε για δραστηριότητα, με την οποία θα λάμβανε μέρος το κοινό, ένα Μοντέλο Σταθερότητας του χεριού. Κατά την κατασκευή του μοντέλου συναντήσαμε διάφορες δυσκολίες π.χ. να εξασφαλίσουμε καλή επαφή των μπαταριών, έτσι στην κατασκευή μας βοήθησε και ο πατέρας της Ναταλίας, π.χ. χρησιμοποίησε καλάι για να κολλήσει τις μπαταρίες. Ο τρόπος κατασκευής του μοντέλου ήταν ο εξής: Κατασκευάσαμε ένα ανοικτό κύκλωμα το οποίο περιλάμβανε 2 μπαταρίες, 2 λαμπτήρες, 2Χ30 cm γυμνό καλώδιο χαλκού, 1 μηχανισμό που έβγαζε ήχο, καλώδια χαλκού για τις συνδέσεις. Ενώσαμε παράλληλα τους δύο λαμπτήρες και το μηχανισμό ήχου, ακολούθως ενώσαμε αυτό τον κλάδο με τον ένα πόλο της μπαταρίας και με το ένα κομμάτι γυμνό καλώδιο χαλκού. Με τον άλλο πόλο της μπαταρίας ενώσαμε το άλλο καλώδιο χαλκού, του οποίου την άλλη άκρη δώσαμε κυκλικό σχήμα ώστε να μπορούμε να περάσουμε το άλλο κομμάτι χαλκού μέσα. Το κύκλωμα κλείνει μόνο όταν έρθουν σε επαφή τα δύο καλώδια χαλκού. Το κοινό έπρεπε να περάσει το κυκλικό καλώδιο από την μια άκρη του 2 ου καλωδίου μέχρι την άλλη, χωρίς να φέρει σε επαφή τα δύο καλώδια. (βλέπε σχήμα) ΠΟΡΕΙΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ- ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΤΗ ΝΑΤΑΛΙΑ: Πριν ξεκινήσουμε τη διερεύνηση με τη Ναταλία χρειάστηκε να απαντήσουμε στα εξής ερωτήματα άλλοτε με πειραματισμούς και άλλοτε με την παροχή πληροφοριών από μέρους μου:!" Τι είναι διερεύνηση; Η Ναταλία δεν είχε ξανακούσει τον όρο διερεύνηση. Αρχικά τη ρώτησα τι νόμιζε ότι είναι και ακολούθως της έδωσα τις σωστές πληροφορίες. Δυσκολεύτηκε αρχικά να κατανοήσει την πορεία μιας διερεύνησης αλλά το πρόβλημα ξεπεράστηκε αφού ξεκινήσαμε τη δική μας διερεύνηση. Με το τέλος της διερεύνησης η Ναταλία κατασκεύασε νοητικά ένα ξεκάθαρο σχήμα για το τι είναι Διερεύνηση.!" Τι είναι μεταβλητές; Ποιες μεταβλητές διατηρούμε σταθερές και ποιες μεταβάλλουμε σε κάθε πειραματισμό και γιατί; Η Ναταλία όπως και με τον όρο διερεύνηση δεν γνώριζε τον όρο μεταβλητή ή την αναγκαιότητα σε ένα πείραμα να μεταβάλλουμε μόνο μία μεταβλητή ενώ τις υπόλοιπες να τις κρατούμε σταθερές. Για να καταλάβει την αναγκαιότητα και σπουδαιότητα του πιο πάνω της είπα το εξής παράδειγμα: Υπάρχουν τρεις μαθητές που θέλει κάποιος δάσκαλος να αξιολογήσει. Ο δάσκαλος αποφασίζει να δώσει στους 3 μαθητές ένα γραπτό και να το απαντήσουν ομαδικά. Της ζήτησα να μου πει αν θεωρεί αυτό τον τρόπο αξιολόγησης αντικειμενικό για τον κάθε μαθητή και αν όχι για ποιους λόγους. Αφού μου έδωσε την απάντηση της η Ναταλία (Απ:οι μαθητές πρέπει να απαντήσουν το δοκίμιο ο κάθε ένας μόνος του, γιατί με αυτό τον τρόπο δε θα μπορούσε ο δάσκαλος να ξέρει πόσο εργάστηκε ο κάθε μαθητής ξεχωριστά για να τον αξιολογήσει, μ αυτό τον τρόπο η αξιολόγηση δε θα ήταν αντικειμενική) και το συζητήσαμε κάναμε την εξής αντιστοιχία: Δάσκαλος ερευνητής Ναταλία, αντικειμενική αξιολόγηση αξιόπιστα αποτελέσματα πειραμάτων, εξεταζόμενος μαθητής μεταβλητή που εξετάζουμε (μεταβάλλουμε), μαθητές που δεν εξετάζονται μεταβλητές που κρατούμε σταθερές.!" Τι είναι απλό ηλεκτρικό κύκλωμα και πώς το κατασκευάζουμε; Πότε είναι ανοικτό ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και πότε κλειστό; Ρώτησα τη Ναταλία αρχικά τι νόμιζε ότι είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και ποια στοιχεία περιλαμβάνει. Ακολούθως καθορίσαμε τα υλικά που θα περιλάμβανε το ηλεκτρικό

3 κύκλωμα (μπαταρία, καλώδια, λαμπτήρα, αμπερόμετρο, αντίσταση.) Φτιάξαμε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που δεν περιλάμβανε αμπερόμετρο και αντίσταση. Αρχικά το κύκλωμα ήταν κλειστό και μετά ζήτησα από τη Ναταλία να διακόψει το κύκλωμα σε διάφορα σημεία ένα κάθε φορά. Μόνη της έβγαλε συμπεράσματα για το τι είναι το ανοικτό και κλειστό κύκλωμα σύμφωνα με το αν φωτοβολεί ή όχι ο λαμπτήρας.!" Πως ενσωματώνουμε διάφορα άλλα στοιχεία στο ηλεκτρικό κύκλωμα; Π.χ. αμπερόμετρο, αντίσταση Στα δύο τελευταία ερωτήματα δοκίμαζε η Ναταλία και όπου ήταν απαραίτητο της έδινα ανατροφοδότηση ώστε να ενσωματώσουμε σωστά τα δύο στοιχεία στο κύκλωμα μας.!" Τι είναι ένταση του ρεύματος και ποια η μονάδα μέτρησης; Η Ναταλία όρισε την ένταση του ρεύματος ως την ποσότητα/δύναμη του ηλεκτρικού ρεύματος. Σ αυτό το σημείο η Ναταλία συναντούσε δυσκολία στο να χρησιμοποιεί την συγκεκριμένη έννοια και τη μονάδα μέτρησης Ampere.!" Πως η ένταση του ρεύματος επηρεάζει τη φωτοβολία του λαμπτήρα; Απαντήθηκε μέσα από πειράματα όπου μεταβάλλαμε την ένταση του ρεύματος (διαφορετικός αριθμός μπαταριών) και παρατηρούσε τη φωτοβολία του λαμπτήρα. Έφτασε στο συμπέρασμα ότι όσο πιο μεγάλη η ένταση του ρεύματος τόσο πιο έντονα φωτοβολεί ο λαμπτήρας.!" Τι είναι αμπερόμετρο και πως εντάσσεται σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα; Από την ονομασία του οργάνου η Ναταλία κατάλαβε τη λειτουργία του και δοκίμασε η ίδια να το εντάξει στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Της τόνισα ότι είναι σημαντικό να λαμβάνει υπόψη της την πολικότητα της μπαταρίας κατά την ένωση του.!" Ποια η χρησιμότητα των δύο κλιμάκων μέτρησης της έντασης του ρεύματος στο αμπερόμετρο και πότε χρησιμοποιούμε την κάθε μία; Απαντήθηκε το ερώτημα μέσα από πειράματα κατά τα οποία χρειαζόταν να χρησιμοποιήσουμε άλλοτε την κλίμακα μέτρησης μέχρι το 1 Αμπέρ και άλλοτε την κλίμακα μέτρησης των 5 Αμπέρ.!" Για ποιο λόγο ο μετρήσιμος παράγοντας στα πειράματα μας θα ήταν η ένταση του ρεύματος και όχι η φωτοβολία του λαμπτήρα; Διαπιστώθηκε μέσα από πειραματισμούς κατά τους οποίους η φωτοβολία του λαμπτήρα δεν είχε αλλαγή που μπορούσαμε να παρατηρήσουμε με το μάτι, αλλά το αμπερόμετρο παρουσίαζε αλλαγές στην ένταση του ρεύματος.!" Τι είναι αντίσταση; Έφθασε στο συμπέρασμα ότι η αντίσταση είναι ένας παράγοντας που μεταβάλλει, με την παρουσία του στο κύκλωμα, την ένταση του ηλεκτρ. ρεύματος, μέσα από πειράματα στα οποία μετρούσαμε την ένταση του ρεύματος σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα και στη συνέχεια ενώναμε ένα αγωγό στο κύκλωμα. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την αντίσταση θα ήταν το θέμα που θα διερευνούσαμε κατά τη διερεύνηση μας.!" Κατά τη διάρκεια της διερεύνησης έγινε χρήση του αναλογικού μοντέλου του ηλεκτρικού κυκλώματος με ένα υδραυλικό σύστημα. Δηλ. μπαταρία-ντεπόζιτο νερού, σωλήνες νερού- ηλεκτρικά καλώδια, αντίσταση- οι δυσκολίες που παρουσιάζονταν κατά τη ροή του νερού μέσα από το σύστημα, ταχύτητα/ποσότητα ροής του νερούένταση του ρεύματος. Αφού ολοκληρώθηκε η πιο πάνω προεργασία, η διερεύνηση ολοκληρώθηκε χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα. Κατά την 1 η ομάδα πειραμάτων στην οποία ελέγχαμε την επίδραση του υλικού στην αντίσταση η Ναταλία ήταν επιφυλακτική αν ήταν σωστή σε κάθε βήμα και ζητούσε την δική μου γνώμη. Στη 2 η και 3 η ομάδα πειραμάτων έκανε το κάθε τι μόνη της και απλά ζητούσε τη βοήθεια μου κατά την κατασκευή των κυκλωμάτων (πρακτικά προβλήματα όπως να τις κόβω τα καλώδια ή να της κρατώ κάποια στοιχεία του κυκλώματος), και επίσης κατά τη διατύπωση των συμπερασμάτων (ενώ έφθανε στα σωστά συμπεράσματα ζητούσε τη βοήθεια μου για να τα διατυπώσει καλύτερα). Το σημαντικό όμως είναι ότι όριζε σωστά ποιες μεταβλητές θα κρατούσαμε σταθερές και ποιες όχι σε κάθε πειραματισμό, γνωρίζοντας για ποιο λόγο το έκανε, έκανε τις υποθέσεις της, τις οποίες στήριζε στο αναλογικό μοντέλο του υδραυλικού συστήματος που χρησιμοποιήσαμε από την αρχή.

4 Εκείνο που μου έκανε εντύπωση με τη Ναταλία είναι το γεγονός ότι από μόνη της όριζε τα υλικά και τις διαστάσεις που θα χρησιμοποιούσαμε σε κάθε πείραμα. Επίσης για την ομάδα πειραμάτων κατά τα οποία θα ελέγχαμε πως επιδρά το πάχος του υλικού στην αντίσταση, αντιμετώπιζα το εξής πρακτικό πρόβλημα: δε μπόρεσα να βρω στην αγορά το ίδιο υλικό με διαφορετική διάμετρο εκτός από το χαλκό που η αντίσταση του είναι μηδενική. Αποφάσισα να ανέβαλλα για τη δεύτερη μου επίσκεψη την πιο πάνω ομάδα πειραματισμών, αφού θεώρησα ότι αν πρότεινα στην Ναταλία να διπλώναμε το καλώδιο για να διπλασιάσουμε τη διάμετρο, θα της δημιουργούσα διάφορα ερωτήματα. Όταν της είπα ότι θα ανέβαλλα αυτή την ομάδα πειραμάτων γιατί δεν είχα βρει ακόμη τα κατάλληλα υλικά από μόνη της αυθόρμητα μου πρότεινε τη λύση που εγώ απέρριψα. Έτσι ολοκληρώσαμε όλους τους πειραματισμούς χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα. Η Ναταλία με το τέλος της διερεύνησης ήταν σε θέση να απαντήσει σε ερωτήματα του τύπου: της έδινα 3 διαφορετικές τιμές έντασης του ρεύματος και τη ρωτούσα τι συμπεράσματα θα μπορούσε να βγάλει για τη μεσαία τιμή σε σχέση με τις δύο άλλες για το πάχος ή το μήκος της αντίστασης. Πιστεύω ότι αρκετά βοηθητικό στην όλη διερεύνηση ήταν τα φύλλα εργασίας που ετοίμασα για τη Ναταλία. Τα φύλλα την βοήθησαν να δημιουργήσει ένα νοητικό μοντέλο διερεύνησης. Έτσι όταν την ρωτούσα υποθετικά αν ήθελε να διερευνήσει άλλους παράγοντες μου καθόριζε την πορεία διερεύνησης που θα ακολουθούσε (ήταν η ορθή) και ποίες μεταβλητές θα έλεγχε κάθε φορά. Προβλήματα πρακτικής φύσης αντιμετωπίσαμε στη κατασκευή της δραστηριότητας του Πανηγυριού. Σε αυτά τα προβλήματα μας βοήθησε ο πατέρας της Ναταλίας αφού είχε τα απαραίτητα εργαλεία. Στη Ναταλία δεν εξήγησα λεπτομερώς τον τρόπο συνδεσμολογίας (παράλληλη σύνδεση λαμπτήρων) αφού θεώρησα ότι δεν ήταν απαραίτητο. Η μόνη πληροφορία που της έδωσα είναι ότι με αυτό τον τρόπο αν καιόταν ένας από τους λαμπτήρες θα άναβε ο άλλος. ΤΟ ΠΑΝΗΓΥΡΙ ΩΣ ΜΕΣΟ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΔΕΞΙΟΤΗΤΩΝ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ: Μέσα από την κοινή εμπειρία που είχα με τη Ναταλία θα έλεγα ότι το Πανηγύρι της επιστήμης είναι ένα εξαιρετικό μέσο για καλλιέργεια των Δεξιοτήτων Διερεύνησης του παιδιού αλλά και του μελλοντικού εκπαιδευτικού που λαμβάνει μέρος. Πιστεύω ότι είναι μια εξαιρετική ευκαιρία για τους φοιτητές να βάλουν σε πρακτική εφαρμογή τις γνώσεις τους, να ασχοληθούν με ένα θέμα που τους ενδιαφέρει και κυρίως να δουν μέσα από την άμεση επαφή με το παιδί ποια είναι τα σημεία που δυσκολεύονται οι μαθητές, τον τρόπο σκέψης τους και τόσα άλλα. Όλα αυτά είναι στοιχεία που ένας φοιτητής μπορεί να αξιοποιήσει στη μελλοντική του πορεία σαν εκπαιδευτικός μέσα στα πλαίσια της διδασκαλίας του μαθήματος των φυσικών επιστημών. Όσο για τους μαθητές είναι πιστεύω από τις λίγες ευκαιρίες που τους δίνονται στα πλαίσια της δημοτικής εκπαίδευσης να έχουν τόσο στενή επαφή με κάποιο εκπαιδευτικό. Ιδιαίτερα στο θέμα των φυσικών επιστημών, μια ευκαιρία να επιλύσουν κάθε απορία για το συγκεκριμένο θέμα που διερευνούν. Πιστεύω ότι όπως και η Ναταλία έτσι και κάθε παιδί που έλαβε μέρος στο Πανηγύρι της Επιστήμης ξεκαθάρισε τι είναι η διερεύνηση, και ποιες οι απαραίτητες συνθήκες ώστε να θεωρείται ότι ακολουθήθηκε η επιστημονική πορεία. Αναμφίβολα αυτοί οι μαθητές είναι τώρα σε πλεονεκτική θέση σε σχέση με άλλους μαθητές, που δεν έλαβαν μέρος ποτέ σε τέτοια εκδήλωση, όσο αφορά το σχεδιασμό πειραμάτων, τον εντοπισμό και έλεγχο μεταβλητών, εξαγωγή συμπερασμάτων, και οι άλλες επιστημονικές πληροφορίες που κέρδισε ο μαθητής μέσα από τη μελέτη του θέματος. Σε πολλές περιπτώσεις μαθητές είχαν την ευκαιρία να διερευνήσουν ένα θέμα που δεν περικλείεται στα πλαίσια του Α.Π. του εκπαιδευτικού μας συστήματος. Πέρα από το γνωσιολογικό τομέα και την καλλιέργεια δεξιοτήτων επιστημονικών μεθόδων οι μαθητές έζησαν μια εμπειρία που τους ανέπτυξε, πιστεύω, θετικές στάσεις για τις Φ.Ε., και πιο συγκεκριμένα για το θέμα που μελέτησαν. Ήρθαν σε επαφή με συνομήλικα παιδιά στα οποία πολλές φορές χρειαζόταν να τους εξηγήσουν τι έκαναν και πώς. Το τελευταίο

5 τους έδωσε αυτοπεποίθηση και μια βαθιά ικανοποίηση αφού σαν καλύτεροι γνώστες του αντικειμένου που μελέτησαν, έμπαιναν στο ρόλο του δασκάλου ώστε να δώσουν στο κοινό τις απαραίτητες πληροφορίες. Η πληθώρα των θεμάτων που παρουσιάστηκε στο Πανηγύρι μέσα από πρωτότυπες και δελεαστικές δραστηριότητες δημιούργησε στη Νάταλη την περιέργεια να μελετήσει και άλλα θέματα των Φ.Ε.