Σ.Ε.Π. (Σύνθετο Εργαστηριακό Περιβάλλον)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Σ.Ε.Π. (Σύνθετο Εργαστηριακό Περιβάλλον)"

Ἰεζάβελ Αποστόλου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ: ΝΟΜΟΙ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ με τη βοήθεια του λογισμικού Σ.Ε.Π. (Σύνθετο Εργαστηριακό Περιβάλλον) Φυσική Β Λυκείου Θετικής & Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Νοέμβριος

2 ΤΙΤΛΟΣ ΝΟΜΟΙ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΕΜΠΛΕΚΟΜΕΝΗ ΓΝΩΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ Φυσική Β Λυκείου Θετικής & Τεχνολογικής Κατεύθυνσης: Κεφάλαιο 1 Κινητική Θεωρία των Αερίων, 1.2 Οι νόμοι των αερίων. (Σε συμφωνία με το αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών.) ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΤΠΕ ΠΟΥ ΑΞΙΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ Το λογισμικό Σ.Ε.Π. Σύνθετο Εργαστηριακό Περιβάλλον με χρήση πολυμέσων επιτρέπει μέσω προσομοιώσεων τον πειραματισμό σε θέματα θερμότητας και θερμοδυναμικής. Αποτελείται από δύο ανοιχτά εικονικά εργαστήρια, το Εργαστήριο Θερμότητας και το Εργαστήριο Θερμοδυναμικής, ενώ παράλληλα με τα εργαστήρια αυτά, προσφέρεται επιλεγμένη σειρά θεμάτων, σε πολυμεσική παρουσίαση (κείμενα ιστορικών πληροφοριών, video πειραμάτων, προσομοιώσεις φαινομένων, θέματα τεχνολογίας ή καθημερινής ζωής και πειράματα), που άπτονται της τεχνολογίας και των καθημερινών εφαρμογών. Το λογισμικό ανήκει σε τρεις κατηγορίες: Υπερκείμενα και Ηλεκτρονικά βιβλία πολυμέσων, Συστήματα προσομοιώσεων, Ανοικτά περιβάλλοντα διερεύνησης ειδικών θεμάτων. Κάθε ένα από τα δυο εικονικά εργαστήρια αποτελεί και έναν προσομοιωμένο μικρόκοσμο θερμικών φαινομένων, μέσω του οποίου ο εκπαιδευτικός ή ο μαθητής μπορεί να πειραματίζεται υπό συνθήκες που ανταποκρίνονται επακριβώς στη σύσταση του φυσικού φαινομένου. Ο μικρόκοσμος δεν είναι προκατασκευασμένος ούτε αυστηρά συγκεκριμένος, αλλά μπορεί να δημιουργηθεί είτε από το μαθητή είτε από τον εκπαιδευτικό, σύμφωνα με τις κατευθύνσεις που προσδίδει στη διδασκαλία του. Ιδιαίτερο βάρος αποδίδεται στη δημιουργία και την ερμηνεία από το μαθητή των γραφικών παραστάσεων. Από την άποψη της οπτικής απεικόνισής του, των χειρισμών και των λειτουργιών στο εσωτερικό του, το εικονικό εργαστήριο προσφέρει αξιοπιστία κατά την αναπαραγωγή των φυσικών φαινομένων και σε μεγάλο βαθμό πιστότητα των πειραματικών δραστηριοτήτων και ρεαλιστική απόδοσή τους. Η μαθηματική μηχανή που το συνοδεύει διαχειρίζεται το σύνθετο πρόβλημα των θερμικών ανταλλαγών. Υπάρχει η δυνατότητα διακοπής και συνέχισης του πειράματος και εμφάνισης γραφικών παραστάσεων πραγματικού χρόνου. ΓΝΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΛΗΨΕΙΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ Προαπαιτούμενες γνώσεις: οι έννοιες της πίεσης, όγκου, θερμοκρασίας, αντιστρεπτές μεταβολές. 1

3 Εναλλακτικές ιδέες μαθητών: Η αύξηση του όγκου του δοχείου που περιέχει ένα αέριο, οδηγεί πάντα σε μείωση της πίεσης του αερίου και αντίστροφα. Η μείωση του όγκου του δοχείου που περιέχει ένα αέριο, οδηγεί πάντα σε μείωση της θερμοκρασίας του αερίου και αντίστροφα. Αν ο όγκος του δοχείου που περιέχει ένα αέριο είναι σταθερός, τότε η πίεση δεν μπορεί να μεταβληθεί. ΣΤΟΧΟΙ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ Σκοπός του πειράματος είναι η μελέτη ενός θερμοδυναμικού κύκλου που περιλαμβάνει τρεις αντιστρεπτές μεταβολές. Με το πείραμα αυτό, οι μαθητές καθίστανται ικανοί 1. Να προβλέπουν το είδος της αντιστρεπτής μεταβολής (ισοβαρής εκτόνωση, ισόθερμη συμπίεση, ισόχωρη ψύξη) επεξεργαζόμενοι τα δεδομένα του πειράματος. 2. Να καταγράφουν σε πίνακα τις τιμές πίεσης, όγκου και θερμοκρασίας, κατά την εξέλιξη του πειράματος. 3. Να αναγνωρίζουν το είδος της αντιστρεπτής μεταβολής και να αναφέρουν τον αντίστοιχο νόμο. 4. Να σχεδιάζουν διαδοχικά τις αντιστρεπτές μεταβολές σε διαγράμματα (p,v), (p,t), (V,T), δημιουργώντας θερμοδυναμικό κύκλο. ΔΕΞΙΟΤΗΤΕΣ (Σχετικές με τη χρήση του λογισμικού Σ.Ε.Π.) Οι μαθητές καθίστανται ικανοί 5. Να ορίζουν το είδος και την ποσότητα του υπό μελέτη ιδανικού αερίου και να θέτουν αρχική τιμή για τη θερμοκρασία. 6. Να μεταβάλλουν τη θερμοκρασία κρατώντας σταθερή την πίεση, να μεταβάλλουν τον όγκο κρατώντας σταθερή τη θερμοκρασία, να μεταβάλλουν τη θερμοκρασία κρατώντας σταθερό τον όγκο. 7. Να ελέγχουν την έναρξη-παύση του πειράματος, προκειμένου να καταγράφουν τις τιμές. 8. Να εξάγουν τα αριθμητικά δεδομένα σε αρχείο Excel για να τα συγκρίνουν με αυτά που κατέγραψαν σε πίνακα. 9. Να εμφανίζουν τη γραφική παράσταση (p,v), για να τη συγκρίνουν με αυτή που δημιούργησαν. ΣΤΑΣΕΙΣ Οι μαθητές συνεργάζονται για να συμπληρώσουν τους πίνακες τιμών, να σχεδιάσουν τις γραφικές παραστάσεις, να απαντήσουν στις ερωτήσεις, και λαμβάνουν από κοινού αποφάσεις για να ανακοινώσουν τα αποτελέσματά τους στην ολομέλεια και να αναδιανείμουν τους ρόλους τους μέσα στην ομάδα αν κριθεί απαραίτητο. 2

4 ΘΕΩΡΙΕΣ ΜΑΘΗΣΗΣ - ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η δραστηριότητα βασίζεται στο γνωστικό/ κοινωνιογνωστικό οικοδομισμό -που εντάσσεται στη θεωρία του εποικοδομισμού (κονστρουκτιβισμού)-, και στις θεωρίες συνεργατικών δραστηριότητων -που εντάσσονται στις κοινωνιοπολιτισμικές/ κοινωνιογνωστικές θεωρίες για τη μάθηση-. Αναλυτικά: Ο εποικοδομισμός υποστηρίζει την ενεργητική συμμετοχή του μαθητή, ο οποίος μέσα από καταστάσεις, προβλήματα και γνωστικές συγκρούσεις, ανακαλύπτει, τροποποιεί και διαμορφώνει τις νέες γνώσεις και δεξιότητες. Η γνωστική σύγκρουση είναι αυτή που δίνει το έναυσμα προς την ανακάλυψη. Στο πλαίσιο αυτό, ακολουθείται η ανακαλυπτική πορεία μάθησης (discovery learning), σύμφωνα με το σχήμα: πρόβλεψη/υπόθεση πείραμα/έλεγχος επαλήθευση/συμπέρασμα Η ανακαλυπτική μάθηση, ως καθοδηγούμενη ανακάλυψη, αποτελεί ιδιαίτερα σημαντικό κίνητρο για το μαθητή, τον οποίο ο εκπαιδευτικός καθοδηγεί, βοηθά, διευκολύνει και εμψυχώνει. Ο σύγχρονος εποικοδομισμός τέλος, αναγνωρίζει ότι η διαμαθητική επικοινωνία μέσω της συνεργασίας, οδηγεί σε ανώτερα σχήματα από ό,τι η ατομική δράση (αξιοποίηση της ομάδας). Σύμφωνα με τις κοινωνιοπολιτισμικές θεωρίες μάθησης, ο μαθητής δεν κατασκευάζει την προσωπική του γνώση μέσα σε ένα πολιτισμικό και επικοινωνιακό κενό, αλλά πάντα μέσα σε ένα ευρύτερο περιβάλλον όπου η γνώση δημιουργείται και σηματοδοτείται. Είναι σαφές ότι οι κοινωνιοπολιτισμικές θεωρίες υποστηρίζουν τη συνεργατική μάθηση, και στο πλαίσιο αυτό, ακολουθείται η ομαδοσυνεργατική μέθοδος, που ενθαρρύνει τη συνεργασία και την αλληλεπίδραση των μαθητών. Τόσο σύμφωνα με τον εποικοδομισμό, όσο και με τις κοινωνιοπολιτισμικές θεωρίες μάθησης, ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι να οργανώνει διδακτικές καταστάσεις μέσα από τις οποίες ο μαθητής μπορεί να εκφραστεί, να διερευνήσει και να αλληλοεπιδράσει με το περιβάλλον του, προκειμένου να οικοδομήσει τη νέα γνώση. Η ανακαλυπτική πορεία μάθησης (σύμφωνα με το σχήμα: πρόβλεψη / υπόθεση πείραμα / έλεγχος επαλήθευση / συμπέρασμα) Κατά τη διάρκεια συμπλήρωσης του φύλλου εργασίας, οι μαθητές προβλέπουν το είδος της αντιστρεπτής μεταβολής με βάση τα δεδομένα, εκτελούν το πείραμα θέτοντας αρχικές-τελικές συνθήκες ή σταδιακά, για αν ελέγξουν την ορθότητα των προβλέψεών τους, επαληθεύουν το νόμο που ισχύει σε κάθε περίπτωση και τελικά συμπεραίνουν ότι πρόκειται για έναν θερμοδυναμικό κύκλο που μπορούν να αναπαραστήσουν. 3

5 ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΤΑΞΗΣ & ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΥΛΙΚΟΤΕΧΝΙΚΗ ΥΠΟΔΟΜΗ Στο εργαστήριο πληροφορικής του σχολείου, οι μαθητές εργάζονται ομαδοσυνεργατικά, σε ομάδες των τεσσάρων μελών και κάθε ομάδα έχει στη διάθεσή της ένα φύλλο εργασίας και έναν Η/Υ, στον οποίο είναι εγκατεστημένο το πρόγραμμα Σ.Ε.Π. Ρόλοι μελών ομάδας: 1 ο μέλος: Θέτει στην εφαρμογή τις αρχικές συνθήκες και τις αλλάζει όταν του ζητείται. Έχει τον έλεγχο της έναρξης-εκτέλεσης και της παύσης της προσομοίωσης του πειράματος. 2 ο μέλος: Είναι υπεύθυνο για τη συμπλήρωση των πινάκων, απευθύνεται στο 1ο μέλος όταν θέλει να γίνει παύση της προσομοίωσης για να καταγράψει τις τιμές. 3 ο μέλος: Απαντάει στις ερωτήσεις που τίθενται σε κάθε διαδικασία. 4 ο μέλος: Δημιουργεί τα τρία διαγράμματα που ζητούνται με βάση τους πίνακες τιμών. Κατά την τέταρτη διαδικασία, τα μέλη της ομάδας εργάζονται συλλογικά, και ελέγχουν ότι το πείραμα έχει ολοκληρωθεί επιτυχώς. Σε διαφορετική περίπτωση, συναποφασίζουν για τους ρόλους τους, κατά την επανάληψη του περάματος. Στην πέμπτη διαδικασία, το 2 ο μέλος παρουσιάζει στην ολομέλεια τις απαντήσεις στις ερωτήσεις, ενώ το 4 ο μέλος παρουσιάζει τα διαγράμματα ερμηνεύοντάς τα. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Ενέργειες μαθητών: Μέσα στις ομάδες τους, προβλέπουν τη συμπεριφορά του αερίου από την περιγραφή των μεταβολών, προσομοιώνουν στο εικονικό πείραμα τις μεταβολές, συμπληρώνουν τον πίνακα τιμών (p,v,t), ελέγχουν την ορθότητα των προβλέψεών τους, σχεδιάζουν τις μεταβολές σε διαγράμματα (p,v), (p,t), (V,T) και συνδέουν τις μεταβολές με τους αντίστοιχους νόμους. Συγκρίνουν το διάγραμμα (p,v) που δημιουργήσαν με αυτό που εμφανίζει η εφαρμογή, ανακοινώνουν τα αποτελέσματα στην ολομέλεια. Αναλυτικά: 1 ο βήμα Ανοίγουν το πρόγραμμα Σ.Ε.Π. και μεταβαίνουν στο Εργαστήριο Θερμοδυναμικής. Εισάγουν τη δεδομένη ποσότητα ιδανικού αερίου και θέτουν τις αρχικές συνθήκες. Προβλέπουν τη συμπεριφορά του όγκου από την περιγραφή της μεταβολής. Προσομοιώνουν την ισοβαρή εκτόνωση και συμπληρώνουν τον πίνακα τιμών (p,v,t). Ελέγχουν την ορθότητα της πρόβλεψής τους, σχεδιάζουν τη μεταβολή σε διαγράμματα (p,v), (p,t), (V,T) και συνδέουν τη μεταβολή με τον αντίστοιχο νόμο. 2 ο βήμα Προβλέπουν τη συμπεριφορά της πίεσης από την περιγραφή της μεταβολής. Προσομοιώνουν την ισόθερμη συμπίεση και συμπληρώνουν τον πίνακα τιμών (p,v,t). 4

6 Ελέγχουν την ορθότητα της πρόβλεψής τους, σχεδιάζουν τη μεταβολή σε διαγράμματα (p,v), (p,t), (V,T) και συνδέουν τη μεταβολή με τον αντίστοιχο νόμο. 3 ο βήμα Προβλέπουν τη συμπεριφορά της πίεσης από την περιγραφή της μεταβολής. Προσομοιώνουν την ισόχωρη ψύξη και συμπληρώνουν τον πίνακα τιμών (p,v,t). Ελέγχουν την ορθότητα της πρόβλεψής τους, σχεδιάζουν τη μεταβολή σε διαγράμματα (p,v), (p,t), (V,T) και συνδέουν τη μεταβολή με τον αντίστοιχο νόμο. 4 ο βήμα Εξάγουν τις τιμές του πειράματος που εκτέλεσαν για να ελέγξουν τους πίνακες τιμών. Συγκρίνουν το διάγραμμα (p,v) που δημιουργήσαν με αυτό που εμφανίζουν στην εφαρμογή. 5 ο βήμα Ανακοινώνουν τα αποτελέσματα στην ολομέλεια. Ενέργειες καθηγητή: Τρέχει το εικονικό πείραμα στο δικό του Η/Υ και το εμφανίζει όταν πρέπει στο διαδραστικό πίνακα, τονίζει τα σημαντικά σημεία, εξηγεί και παρεμβαίνει όταν η διαδικασία το απαιτεί. 5

Σχετικά έγγραφα

ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. α. Χρησιμοποιώντας τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο έχουμε : J J J

ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. α. Χρησιμοποιώντας τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο έχουμε : J J J ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1 ος θερμοδυναμικός νόμος 1. α. Αέριο απορροφά θερμότητα 2500 και παράγει έργο 1500. Να υπολογισθεί η μεταβολή της εσωτερικής του ενέργειας. β. Αέριο συμπιέζεται ισόθερμα και αποβάλλει