Ανάπτυξη Εκπαιδευτικού Λογισμικού και Ολοκληρωμένων Εκπαιδευτικών Πακέτων για τα Ελληνικά σχολεία της Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης & Διάθεση Προϊόντων Εκπαιδευτικού Λογισμικού στα Σχολεία «Ανάπτυξη ολοκληρωμένων προϊόντων εκπαιδευτικού λογισμικού» : Εκπαιδευτικό Εργαλείο ανάπτυξης αλληλεπιδραστικών προσομοιώσεων και δραστηριοτήτων για το Ελληνικό Σχολείο Σενάριο 8 Θερμοκρασία και θερμότητα - Μεταβολές καταστάσεων της ύλης Τελική έκδοση ολοκληρωμένου προϊόντος εκπαιδευτικού λογισμικού Έκδοση 1η Μάρτιος 2008 Σελίδα 1
Ανάδοχος Φορέας Tessera Συστήματα Έργου Πληροφορικής Α.Ε. Ομάδα Ανάπτυξης του Έργου Υπεύθυνος έργου: Βασίλης Εφόπουλος «: Εκπαιδευτικό Εργαλείο ανάπτυξης Σύμβουλοι Εκπαιδευτικού Περιεχομένου: αλληλεπιδραστικών Βίγκλας Λίνος, Σπυρόπουλος Χαράλαμπος προσομοιώσεων και δραστηριοτήτων για το Συγγραφική Ομάδα Εκπαιδευτικών Σεναρίων: Ελληνικό Σχολείο» Σπυρόπουλος Χαράλαμπος, Βίγκλας Λίνος, Παπαδόπουλος Ιωάννης, Κολτσιδόπουλος Ευριπίδης, Μαρίνη Κωνσταντίνα, Πετσούκα Τάνια Προγραμματισμός Λογισμικού: Σπυρόπουλος Χαράλαμπος, Ioannidou Andri, Πετσούκα Τάνια, Κωνσταντίνα Μαρίνη, Φώτης Αθανάσιος, Μπαλασάς Αντώνης Γραφικά: Κοτζαμανίδης Χρήστος, Μαρόγλου Σμαρώ Ομάδα δοκιμών ελέγχου λογισμικού: Υπεύθυνος/οι Εφοπούλου Αναστασία, Κλεφτοδήμος Αλέξανδρος Δήμητρα Εγγάρχου παρακολούθησης εκ μέρους Κώστας Διαμαντής του ΕΑ.ΙΤΥ: Άρης Λούβρης Τρέχουσα Έκδοση Δώρα Μαζιώτη Τελική έκδοση ολοκληρωμένου προϊόντος εκπαιδευτικού Εκπαιδευτικού Πακέτου λογισμικού Μάρτιος 2008 Σελίδα 2
Λίγα λόγια για το Το είναι ένα εργαλείο δημιουργίας προσομοιώσεων με πράκτορες που δίνει τη δυνατότητα επαγγελματίες) να σε μια ευρεία κατασκευάσουν κλίμακα τις χρηστών δικές τους (από παιδιά μέχρι αλληλεπιδραστικές προσομοιώσεις και παιχνίδια. Το πρόγραμμα συνοδεύεται από πλήρες εγχειρίδιο λειτουργιών καθώς και από οδηγό χρήσης, που εγκαθίστανται αυτόματα στον υπολογιστή σας ταυτόχρονα με την εγκατάσταση του προγράμματος. Επιπλέον, στο παρόν CD-ROM περιέχεται ένα βίντεο (Εκπαιδευτικός οδηγός.mpg), που παρουσιάζει βήμα προς βήμα τα βασικά στάδια κατασκευής ενός έργου. Σελίδα 3
8. Θερμοκρασία και θερμότητα - Μεταβολές καταστάσεων της ύλης Ταυτότητα Σεναρίου Τίτλος: Μεταβολές καταστάσεων της ύλης Γνωστικό Αντικείμενο: Μελέτη Περιβάλλοντος Διδακτική Ενότητα: Μεταβολές καταστάσεων της ύλης Τάξη: Δ' Δημοτικού Εκτιμώμενη Διάρκεια: 2 ώρες Σύντομη ανασκόπηση σεναρίου Ιδέα που διέπει το σενάριο Στο παρόν σενάριο χρησιμοποιείται μια προσομοίωση, η οποία δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να πειραματιστούν με διάφορα υλικά σε διαφορετικές θερμοκρασίες, ώστε να διακρίνουν τις έννοιες που σχετίζονται με τις μεταβολές καταστάσεων της ύλης, όπως πήξη τήξη, εξάτμιση υγροποίηση και βρασμός. Τεχνολογικά εργαλεία που προτείνονται προς χρήση Η προσομοίωση «Μεταβολές καταστάσεων», η οποία λειτουργεί με τη βοήθεια του Internet Explorer ή οποιουδήποτε άλλου φυλλομετρητή. Για να είναι δυνατή η λειτουργία της προσομοίωσης, θα πρέπει να εγκατασταθεί πρώτα το Java Runtime Environment που διατίθεται δωρεάν από την εταιρεία SUN στην ιστοσελίδα: http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp. Σελίδα 4
Οδηγίες για τη χρήση του λογισμικού Οι προσομοιώσεις προσφέρονται σε δύο διαφορετικές εκδόσεις: Η μία έκδοση, η οποία περιέχει και τον πηγαίο κώδικα, αποτελεί έργο του και λειτουργεί μόνο στο περιβάλλον της εφαρμογής. Η δεύτερη έκδοση είναι σε μορφή applet και λειτουργεί μέσω ενός οποιουδήποτε φυλλομετρητή (Internet Browser), όπως ο Internet Explorer ή ο Mozilla Firefox. Στα σενάρια επισημαίνεται κάθε φορά αναλυτικά, ποια έκδοση θα πρέπει να χρησιμοποιήσει ο εκπαιδευτικός και πού ακριβώς θα τη βρει. Για να λειτουργήσουν ορθά τα applets θα πρέπει ο υπολογιστής να έχει εγκατεστημένο το Java Runtime Environment (JRE) και ο φυλλομετρητής να είναι ενεργοποιημένος ως προς την εκτέλεση εντολών Java (Java enabled). To JRE μπορείτε να το κατεβάσετε από το Internet (http://www.java.com), αλλά για ευκολία εγκαθίσταται αυτόματα και κατά την εγκατάσταση του. Αν έχετε εγκαταστήσει το ή έχετε κατεβάσει το JRE στον υπολογιστή σας και παρόλα αυτά δεν μπορείτε να δείτε τις προσομοιώσεις στα applets, τότε θα πρέπει να ελέγξετε τις ρυθμίσεις του φυλλομετρητή που χρησιμοποιείτε. Στον I.E. επιλέξτε Εργαλεία -> Επιλογές Internet. Στο παράθυρο που ανοίγει επιλέξτε Ασφάλεια -> Προσαρμοσμένο Επίπεδο και εκεί κάντε κλικ στην επιλογή Ενεργοποίηση κάτω από την περιγραφή Εκτέλεση βοηθητικών εφαρμογών της Java. Αντίστοιχα, στο Mozilla Firefox επιλέξτε Εργαλεία -> Επιλογές. Στο παράθυρο που ανοίγει επιλέξτε Περιεχόμενο και κάντε κλικ στο πεδίο Ενεργοποίηση Java. Συσχέτιση γνωστικού αντικειμένου και σεναρίου Οι μεταβολές καταστάσεων της ύλης σχετίζονται με φαινόμενα που είναι εξαιρετικά συνηθισμένα στην καθημερινή ζωή των μαθητών, όπως το λιώσιμο του πάγου, η εξάτμιση του νερού, κλπ. Ωστόσο, αν και οι μαθητές είναι εξοικειωμένοι με τα φαινόμενα, αντιμετωπίζουν δυσκολία στη χρήση της σωστής ορολογίας για να τα περιγράψουν. Συχνά συγχέουν τις λέξεις «τήξη» και «πήξη» ή χρησιμοποιούν χωρίς διάκριση τους όρους «τήξη» και «υγροποίηση». Επίσης, δυσκολεύονται να Σελίδα 5
χρησιμοποιήσουν τους όρους που περιγράφουν τη φυσική κατάσταση μιας ουσίας, για παράδειγμα το νερό βρίσκεται σε «υγρή κατάσταση». Πέραν αυτών των δυσκολιών, ο διδάσκων θα πρέπει να δώσει ιδιαίτερη προσοχή στις συνήθεις παρανοήσεις και εναλλακτικές ιδέες των μαθητών σχετικά με την ουσία των φαινομένων. Συχνά οι μαθητές θεωρούν ότι η αλλαγή κατάστασης εμπεριέχει κάποια αλλαγή στη χημική σύσταση του υλικού. Επιπρόσθετα, οι μαθητές τείνουν να συγχέουν το βρασμό με την εξάτμιση, καθώς το αποτέλεσμα των δύο μεταβολών μοιάζει παρόμοιο. Η προσομοίωση θα δώσει τη δυνατότητα στους μαθητές να πειραματιστούν με όλα τα φαινόμενα αλλαγών καταστάσεων σε χώρους με διαφορετικές θερμοκρασίες. Εμφανίζεται ο χώρος μιας κουζίνας με διάφορες ουσίες, που μπορούμε να βρούμε σε ένα συνηθισμένο σπίτι (νερό, σοκολάτα, παγωτό, οινόπνευμα). Οι μαθητές μπορούν να παρατηρούν τις ουσίες αυτές σε θερμοκρασία δωματίου αλλά και να πειραματίζονται μ' αυτές, τοποθετώντας τις στο ψυγείο (την κατάψυξη ή τη συντήρηση) ή πάνω από την εστία της ηλεκτρικής κουζίνας. Μέσα από την προσομοίωση, τα φαινόμενα πραγματοποιούνται σε πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα από ότι στην πραγματική ζωή και ταυτόχρονα είναι εύκολα αντιστρέψιμα. Η επαναλαμβανόμενη πραγματοποίηση των αντίστροφων αλλαγών στην ίδια ουσία θα καταστήσει σαφές στους μαθητές ότι η διαδικασία δεν μεταβάλλει τη φύση της. Επίσης, μέσα από τη διδακτική αξιοποίηση της προσομοίωσης θα επιχειρηθεί η εξοικείωση των μαθητών με την ορολογία και τον τρόπο περιγραφής και διατύπωσης αυτών των φαινομένων. Η διδακτική μέθοδος που προτείνεται για το σενάριο αυτό είναι η συνεργατική μάθηση. Στο πλαίσιο της μεθόδου αυτής, οι μαθητές οδηγούνται στη γνωστική ανάπτυξη μέσα από τη συνεργασία με συνομήλικούς τους, υπό την καθοδήγηση του εκπαιδευτικού. Προϋποθέσεις για την επιτυχία της μεθόδου είναι η σχεδίαση του μαθήματος να περιλαμβάνει συλλογικές δραστηριότητες που να ευνοούν τη συνεργασία. Ο διδάσκων θα πρέπει να συντονίζει τη μαθησιακή διαδικασία προσφέροντας υποστήριξη και θετικά κίνητρα στους μαθητές. Τέλος, σημαντικός παράγοντας επιτυχίας της ομαδοσυνεργατικής μάθησης είναι η ανομοιογένεια στη σύνθεση των ομάδων. Σελίδα 6
Εκπαιδευτικές δραστηριότητες Δραστηριότητα 1: «Μεταβολές καταστάσεων» Γενικοί διδακτικοί στόχοι: Να συσχετίσουν οι μαθητές τη μεταφορά θερμότητας με ορισμένες μεταβολές των καταστάσεων της ύλης. Ειδικοί διδακτικοί στόχοι: Να αναφέρουν ότι την αλλαγή φυσικής κατάστασης από στερεή σε υγρή την ονομάζουμε τήξη. Να αναφέρουν ότι την αλλαγή φυσικής κατάστασης από υγρή σε στερεή την ονομάζουμε πήξη. Να αναφέρουν ότι ονομάζουμε εξάτμιση την αλλαγή της φυσικής κατάστασης μιας ποσότητας υγρού από την επιφάνειά του από υγρή σε αέρια. Να αναφέρουν ότι την αλλαγή φυσικής κατάστασης από αέρια σε υγρή την ονομάζουμε συμπύκνωση ή υγροποίηση. Να αναφέρουν ότι την αλλαγή της φυσικής κατάστασης από υγρή σε αέρια, όταν αυτή γίνεται σε όλο το υγρό, την ονομάζουμε βρασμό. Να διακρίνουν όλα τα παραπάνω φαινόμενα μεταξύ τους. Προαπαιτούμενα: Οι μαθητές θα πρέπει καταρχήν να γνωρίζουν τις τρεις καταστάσεις της ύλης. Να έχουν ολοκληρώσει το κομμάτι της ύλης που αφορά την έννοια της θερμοκρασίας και της θερμομέτρησης και επιπλέον να έχουν διδαχθεί σχετικά με τη διάκριση των εννοιών θερμοκρασία θερμότητα. Επιπρόσθετα, θεωρείται ότι τόσο ο διδάσκων όσο και οι μαθητές θα πρέπει να έχουν μια στοιχειώδη εξοικείωση με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή. Σελίδα 7
Χρονισμός εφαρμογής: Η δραστηριότητα αυτή έχει διάρκεια δύο ωρών και προτείνεται να διδαχθεί στο πλαίσιο της θεματικής ενότητας Μεταβολές καταστάσεων της ύλης (πήξη-τήξη, εξάτμιση, βρασμός - υγροποίηση). Προετοιμασία: Ο εκπαιδευτικός ελέγχει τους υπολογιστές του εργαστηρίου και φροντίζει να έχουν όλοι εγκατεστημένο το Java Runtime Environment, σύμφωνα με τις οδηγίες που περιγράφονται παραπάνω. προσομοιώσεων, 1024Χ768. Για να εμφανίζονται ορθά τα applets των η ανάλυση της οθόνης θα πρέπει να είναι τουλάχιστον Επίσης, το παράθυρο του φυλλομετρητή θα ήταν καλό να μεγιστοποιηθεί με τη χρήση του πλήκτρου F11. Αντιγράφει το φάκελο Σενάριο_8_Μαθητής, που περιέχει την προσομοίωση, στον κατάλογο «Τα έγγραφά μου» κάθε υπολογιστή. Ελέγχει το έτοιμο φύλλο εργασίας που περιέχεται στο παρόν σενάριο και επεμβαίνει κάνοντας αλλαγές, όπου επιθυμεί να ακολουθήσει διαφορετική διαδικασία. Τέλος, εκτυπώνει όσα φύλλα εργασίας χρειαστούν, ανάλογα με τον αριθμό των ομάδων που θα χωρίσει τους μαθητές. Στην αρχή του μαθήματος, χωρίζει τους μαθητές σε ομάδες τριών - τεσσάρων ατόμων και τους μοιράζει τα φύλλα εργασίας. Ροή της δραστηριότητας: 1η διδακτική ώρα Βήμα 1ο: Ο διδάσκων καταστάσεων», καλεί τους που μαθητές βρίσκεται να ανοίξουν στη το διαδρομή φάκελο «Τα «Μεταβολές έγγραφά μου/σενάριο_8_μαθητής». Κάνουν κλικ στο αρχείο index και παρατηρούν την οθόνη της προσομοίωσης. Σελίδα 8
Εικόνα 8- Το περιβάλλον εργασίας αναπαριστά την κουζίνα ενός σπιτιού. Παρουσιάζονται ο νεροχύτης και ο πάγκος, η ηλεκτρική κουζίνα, ένα θερμαντικό σώμα και το ψυγείο. Τους καλεί να αναγνωρίσουν τις ουσίες και τα αντικείμενα που εμφανίζονται. Αυτά περιλαμβάνουν τα εξής: Ένα γυάλινο δοχείο Ένα κομμάτι γυαλί Μια σοκολάτα Μια παγοθήκη Ένα παγωτό Ένα μπουκάλι με οινόπνευμα Μια βρεγμένη κάλτσα Ένα θερμόμετρο Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές να αναγνωρίσουν τις καταστάσεις ορισμένων υλικών σωμάτων που εμφανίζονται στην οθόνη. Κάθε ομάδα συμπληρώνει το αντίστοιχο τμήμα του φύλλου εργασίας: Το οινόπνευμα είναι...υγρό... Το οινόπνευμα βρίσκεται σε σοκολάτα βρίσκεται σε...υγρή... κατάσταση. Η σοκολάτα είναι...στερεή... Η...στερεή... κατάσταση. Σελίδα 9
Τα παγάκια είναι...στερεά... Τα παγάκια βρίσκονται σε βρίσκεται σε...στερεή... κατάσταση. Το παγωτό είναι...στερεό... Το παγωτό...στερεή... κατάσταση. Το νερό είναι...υγρό... Το νερό βρίσκεται σε...υγρή... κατάσταση. Βήμα 2ο: Ο εκπαιδευτικός καλεί τους μαθητές να βάλουν τη σοκολάτα στο δοχείο και να την τοποθετήσουν πάνω στην ηλεκτρική κουζίνα. Ανοίγουν την ηλεκτρική κουζίνα και παρατηρούν τι συμβαίνει. Εικόνα 8Οι μαθητές πατούν το πλήκτρο Run για να εκκινήσουν την προσομοίωση. Αντίστοιχα, με το πλήκτρο Stop, μπορούν να τη σταματήσουν. Κάνουν κλικ στο βελάκι από την εργαλειοθήκη αριστερά και κατόπιν επιλέγουν το γυάλινο δοχείο από τα εικονίδια που φαίνονται στο πάνω μέρος της προσομοίωσης. Σέρνουν το δοχείο πάνω στην ηλεκτρική κουζίνα και το τοποθετούν σε μια από τις εστίες. Κατόπιν, επιλέγουν το κομμάτι της σοκολάτας και το σέρνουν μέσα στο δοχείο. Στη συνέχεια, κάνουν δεξί κλικ στο διακόπτη που ρυθμίζει την εστία, για να την ανοίξουν. Σελίδα 10
Αν σε κάποιο σημείο θελήσουν να ξανατρέξουν την προσομοίωση αναιρώντας τις αλλαγές που έχουν κάνει, μπορούν να πατήσουν το πλήκτρο Reset. Οι ομάδες συμπληρώνουν πρώτα το φύλλο εργασίας και κατόπιν ανακοινώνουν τα συμπεράσματά τους στην τάξη: Η σοκολάτα ήταν σε...στερεή... κατάσταση. Βάζοντάς τη πάνω από την ηλεκτρική κουζίνα, της..προσφέραμε... θερμότητα. Η σοκολάτα..έλιωσε... Τώρα βρίσκεται σε...υγρή... κατάσταση. Αυτή η μεταβολή ονομάζεται...τήξη... Είναι πιθανόν να χρησιμοποιηθούν λανθασμένες εκφράσεις. Για παράδειγμα, κάποια παιδιά να αναφέρουν ότι η σοκολάτα «υγροποιήθηκε». Αν διαπιστώσει τέτοια προβλήματα, ο εκπαιδευτικός καθοδηγεί τα παιδιά στη χρήση των ορθών εκφράσεων με ερωτήσεις όπως: Όταν τοποθετούμε κάτι πάνω από τη φωτιά, του προσφέρουμε ή του αφαιρούμε θερμότητα; Τι έκφραση χρησιμοποιούμε για τη σοκολάτα, όταν αυτή ζεσταίνεται στα χέρια μας; Τι θα συμβεί αν γείρουμε το δοχείο; Σε τι κατάσταση βρίσκεται η σοκολάτα; Στη συνέχεια, τους αναφέρει τον όρο «τήξη» και τους καλεί να τον γράψουν στο φύλλο εργασίας τους, κάτω από την περιγραφή του αντίστοιχου φαινομένου. Ο εκπαιδευτικός χρησιμοποιεί το ουσιαστικό και το ρήμα σε μια πρόταση, για να επιδείξει τη χρήση τους στους μαθητές. Κατόπιν τους ζητά να τα χρησιμοποιήσουν κι εκείνοι, τόσο στον προφορικό λόγο όσο και στο φύλλο εργασίας: Η μεταβολή από...στερεό... σε...υγρό... ονομάζεται...τήξη... Η σοκολάτα πάνω από τη φωτιά...τήκεται... Σελίδα 11
Βήμα 3ο: Ο εκπαιδευτικός ρωτά τους μαθητές αν μπορούν να εντοπίσουν κι άλλες ουσίες στην κουζίνα, στις οποίες μπορούν εύκολα να προκαλέσουν τήξη. Οι μαθητές πιθανόν να εντοπίσουν το παγωτό και τα παγάκια, που βρίσκονται μέσα στην κατάψυξη του ψυγείου. Αν τα σύρουν έξω από το ψυγείο, θα παρατηρήσουν ότι αυτά πραγματικά τήκονται. Εικόνα 8- Οι μαθητές θα πρέπει πάλι να περιγράψουν το φαινόμενο χρησιμοποιώντας τις ορθές εκφράσεις, καθώς και τους όρους «τήξη» και «τήκομαι». Θα πρέπει να επισημανθεί ότι σ' αυτές τις δύο περιπτώσεις τήξης είναι λιγότερο εμφανές στους μαθητές ότι προσφέρεται πάλι θερμότητα, για να πραγματοποιηθεί το φαινόμενο. Γι' αυτό το λόγο θα πρέπει να γίνουν οι κατάλληλες ερωτήσεις και να δοθεί βοήθεια στους μαθητές για να το κατανοήσουν: Η..τήξη... του παγωτού: Όταν το παγωτό μείνει έξω από το ψυγείο...τήκεται/λιώνει... Εξήγηση: Το παγωτό ήταν σε...στερεή... κατάσταση. Βρίσκονταν μέσα...στην κατάψυξη... Όταν το βγάλαμε από εκεί, το περιβάλλον είχε...μεγαλύτερη... θερμοκρασία. Επομένως, το παγωτό...απορρόφησε... θερμότητα. Σελίδα 12
Εξήγησε τώρα, με δικά σου λόγια, τι συνέβη στα παγάκια:........ Οι μαθητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν το θερμόμετρο για να διαπιστώσουν τη διαφορά θερμοκρασίας στα διάφορα σημεία του δωματίου (κοντά στο θερμαντικό σώμα, μέσα στο ψυγείο και την κατάψυξη, κοντά στην αναμμένη εστία). Μ' αυτόν τον τρόπο, μπορεί να τους καταστεί πιο προφανής η μεταφορά θερμότητας κατά τη διάρκεια των διαφόρων φαινομένων. Στη συνέχεια, ο διδάσκων ρωτά τα παιδιά πώς ονομάζεται η υγρή κατάσταση του πάγου και τους καλεί να περιγράψουν το φαινόμενο ξανά χρησιμοποιώντας τη λέξη «νερό». Βήμα 4ο: Ο εκπαιδευτικός θέτει στα παιδιά τον προβληματισμό για το πόσο αντιστρεπτή είναι η όλη διαδικασία. Η τήξη προκάλεσε κάποια μη αναστρέψιμη «βλάβη» η «αλλαγή» στις ουσίες; Οι μαθητές μπορεί να μην είναι σίγουροι για το παγωτό και τη σοκολάτα, καθώς μπορεί να θεωρήσουν ότι οι ουσίες αυτές «χάλασαν» ή έστω «άλλαξαν» με την τήξη. Ωστόσο, διαισθητικά είναι σε θέση να φτάσουν στο σωστό συμπέρασμα στην περίπτωση του νερού και του πάγου. Τους καλεί να διαπιστώσουν την αντιστρεψιμότητα της τήξης, πραγματοποιώντας την αντίστροφη διαδικασία. Ποια θα πρέπει να είναι αυτή η διαδικασία; Για να προκαλέσουμε τήξη,..προσφέραμε... θερμότητα. Για να αντιστρέψουμε τη διαδικασία θα πρέπει να...αφαιρέσουμε... θερμότητα. Πώς μπορεί να γίνει αυτό;...π.χ. να τοποθετήσουμε τα σώματα στο ψυγείο... Ο εκπαιδευτικός καλεί τα παιδιά να τοποθετήσουν την παγοθήκη με το νερό και το παγωτό στην κατάψυξη. Αφού αναφέρουν τι παρατηρούν, συμπληρώνουν το φύλλο εργασίας: Σελίδα 13
Το νερό ήταν σε...υγρή... κατάσταση. Βάζοντάς το στην κατάψυξη, του..αφαιρέσαμε... θερμότητα. Το νερό..έπηξε... Τώρα βρίσκεται σε...στερεή... κατάσταση. Αυτή η μεταβολή ονομάζεται...πήξη... Στη συνέχεια, τους αναφέρει τον όρο «πήξη» και τους καλεί να τον γράψουν στο φύλλο εργασίας τους, κάτω από την περιγραφή του αντίστοιχου φαινομένου. Ο εκπαιδευτικός χρησιμοποιεί το ουσιαστικό και το ρήμα σε μια πρόταση, για να επιδείξει τη χρήση τους στους μαθητές. Κατόπιν τους ζητά να τα χρησιμοποιήσουν κι εκείνοι, τόσο στον προφορικό λόγο όσο και στο φύλλο εργασίας: Η μεταβολή από...υγρό... σε...στερεό... ονομάζεται...πήξη... Το νερό μέσα στην κατάψυξη...πήζει... και μετατρέπεται σε...πάγο... Βήμα 5ο: Ο εκπαιδευτικός καλεί τους μαθητές να αφαιρέσουν το δοχείο με τη σοκολάτα από την εστία της ηλεκτρικής κουζίνας και να την ακουμπήσουν στον πάγκο. Τι συμβαίνει μετά από λίγο; Η..πήξη... της σοκολάτας: Όταν η σοκολάτα απομακρυνθεί από την εστία...πήζει... Εξήγηση: Η σοκολάτα ήταν σε...υγρή... κατάσταση. Βρίσκονταν...πάνω στην εστία... Όταν τη βγάλαμε από εκεί, το περιβάλλον είχε...μικρότερη... θερμοκρασία. Επομένως, η σοκολάτα...απέβαλε... θερμότητα. Σ' αυτήν την περίπτωση, οι μαθητές θα δυσκολευθούν να καταλάβουν ότι η σοκολάτα αποβάλει θερμότητα, καθώς είναι λιγότερο εμφανές από ότι στο προηγούμενο πείραμα, που τοποθέτησαν τον πάγο στο ψυγείο. Ωστόσο, ο διδάσκων με κατάλληλες ερωτήσεις και καθοδήγηση μπορεί να τους βοηθήσει να φτάσουν στο ορθό συμπέρασμα. Σελίδα 14
Βήμα 6ο: Ο διδάσκων καλεί τα παιδιά να σκεφθούν παραδείγματα από την καθημερινή τους ζωή, όπου συμβαίνουν φαινόμενα τήξης ή πήξης. Κάθε ομάδα θα πρέπει να περιγράψει ένα τέτοιο φαινόμενο με τους ορθούς όρους και να αναφέρει αν κατά τη διαδικασία η ουσία απορροφά ή αποβάλει θερμότητα. 2η διδακτική ώρα Βήμα 7ο: Ο διδάσκων πληροφορεί τα παιδιά ότι θα μελετήσουν τη μετατροπή του υγρού σε αέριο. Καλεί τις ομάδες να επιλέξουν τη βρεγμένη κάλτσα από την εικονοθήκη και να την τοποθετήσουν σε κάποιο σημείο του δωματίου για να στεγνώσει. Εικόνα 8Βήμα 8ο: Σ' αυτό το σημείο, ο διδάσκων μπορεί να ρωτήσει τα παιδιά πού πήγε το νερό που μετατράπηκε σε αέριο. Προφανώς, διασκορπίστηκε στον αέρα του δωματίου. Τα πληροφορεί ότι ο όρος που χρησιμοποιείται για την αέρια κατάσταση του νερού είναι «υδρατμοί». Σελίδα 15
Κατόπιν, ρωτά τους μαθητές αν είναι σε θέση να επαναφέρουν τους υδρατμούς στην υγρή κατάσταση, αν ακολουθήσουν την αντίστροφη διαδικασία. Ποια θα πρέπει να είναι αυτή; Για να προκαλέσουμε εξάτμιση,..προσφέραμε... θερμότητα. Για να αντιστρέψουμε τη διαδικασία θα πρέπει να...αφαιρέσουμε... θερμότητα. Πώς μπορεί να γίνει αυτό;...π.χ. να φέρουμε το αέριο σε επαφή με κάτι κρύο... Ο εκπαιδευτικός καλεί τα παιδιά να χρησιμοποιήσουν το κομμάτι του γυαλιού. Αν το φέρουν στο περιβάλλον του δωματίου, δε θα συμβεί απολύτως τίποτα. Τους προτείνει να το τοποθετήσουν στο ψυγείο και κατόπιν να το επαναφέρουν στο δωμάτιο. Τότε, παρατηρούν σταγονίδια νερού πάνω στο γυαλί. Γιατί συνέβη αυτό; Το γυαλί μπήκε στο ψυγείο και έτσι απέκτησε...χαμηλότερη... θερμοκρασία από αυτή του περιβάλλοντος. Μόλις οι υδρατμοί ήρθαν σε επαφή με το γυαλί...απέβαλαν... θερμότητα. Έτσι από την...αέρια... κατάσταση μετέβησαν στην...υγρή... κατάσταση. Στη συνέχεια, τους αναφέρει τους όρους «υγροποίηση» και «υγροποιούμαι» και τους καλεί να τους χρησιμοποιήσουν στο φύλλο εργασίας, συμπληρώνοντας την περιγραφή του φαινομένου. Οι υδρατμοί...υγροποιήθηκαν... και μετατράπηκαν σε σταγονίδια νερού. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται...υγροποίηση... Σελίδα 16
Εικόνα 8- Βήμα 9ο: Ο διδάσκων καλεί τα παιδιά να σκεφθούν παραδείγματα από την καθημερινή τους ζωή, όπου συμβαίνουν φαινόμενα εξάτμισης ή υγροποίησης. Κάθε ομάδα θα πρέπει να περιγράψει ένα τέτοιο φαινόμενο με τους ορθούς όρους και να αναφέρει αν κατά τη διαδικασία η ουσία απορροφά ή αποβάλει θερμότητα. Βήμα 10ο: Στα παραδείγματα που θα παραθέσουν οι μαθητές, πιθανόν να αναφερθούν και περιπτώσεις βρασμού ενός υγρού, ως παραδείγματα εξάτμισης. Ο διδάσκων θα δεχτεί και τα παραδείγματα αυτά, εκδηλώνοντας όμως κάποια επιφύλαξη και αναφέροντας ότι θα ερευνήσουν παρακάτω τις διαφορές της εξάτμισης και του βρασμού. Καλεί τα παιδιά να επιλέξουν το οινόπνευμα, να βγάλουν το καπάκι του και να παρακολουθήσουν τι θα συμβεί. Το οινόπνευμα θα αρχίσει να εξατμίζεται αργά (φυσικά στην προσομοίωση αυτό γίνεται πολύ γρηγορότερα από ότι στην πραγματικότητα). Κατόπιν, καλεί τα παιδιά να επιλέξουν ένα γυάλινο σκεύος, να το βάλουν κάτω από τη βρύση για να γεμίσει νερό και να το τοποθετήσουν πάνω στην εστία της κουζίνας. Οι μαθητές ανοίγουν την εστία και το νερό, μετά από λίγη ώρα, αρχίζει να βράζει και να εξατμίζεται. Στη συνέχεια, ο διδάσκων καλεί τα παιδιά να εντοπίσουν τις διαφορές στις δύο περιπτώσεις. Σελίδα 17
Εικόνα 8- Το καπάκι του οινοπνεύματος καθώς και η εστία της κουζίνας ανοίγουν με δεξί κλικ του ποντικιού. Οι διαφορές πιθανόν να μην είναι τόσο εμφανείς στους μαθητές καθώς το μέγεθος των εικόνων δε βοηθά την παρατήρηση. Ο εκπαιδευτικός μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να οδηγηθούν στα ορθά συμπεράσματα, επικεντρώνοντάς τους την προσοχή στα σημαντικότερα σημεία και καθοδηγώντας τα με ερωτήσεις. Στη συνέχεια, συμπληρώνουν το φύλλο εργασίας: Το οινόπνευμα εξατμίζεται: από όλη τη μάζα του / μόνο από την ανοιχτή επιφάνειά του. Το νερό βράζει και εξατμίζεται: από όλη τη μάζα του / μόνο από την ανοιχτή επιφάνειά του. Πίνακας 1 Βρασμός Βρασμός Σελίδα 18
Εξάτμιση Εξάτμιση Βρασμός Εξάτμιση Βήμα 11ο: Στο τέλος της δεύτερης διδακτικής ώρας, ο εκπαιδευτικός βοηθά τους μαθητές να ανακεφαλαιώσουν, συμπληρώνοντας το συγκεντρωτικό πίνακα στο φύλλο εργασίας: Πίνακας 2 Αλλαγή κατάστασης Ονομασία διαδικασίας Μετακίνηση θερμότητας Στερεό σε υγρό Τήξη Απορρόφηση θερμότητας Υγρό σε στερεό Πήξη Αποβολή θερμότητας Αέριο σε υγρό Υγροποίηση Απορρόφηση θερμότητας Υγρό σε αέριο Εξάτμιση (και βρασμός) Αποβολή θερμότητας Στερεό σε αέριο Εξάχνωση Απορρόφηση θερμότητας Προτάσεις για επεκτάσεις / διαφοροποιήσεις: Ο εκπαιδευτικός μπορεί κάνει εισαγωγή στις έννοιες τήξη-πήξη, εξάτμισηυγροποίηση με εργαστηριακό μάθημα και να χρησιμοποιήσει την παρούσα δραστηριότητα για την αξιολόγηση της μαθησιακής διαδικασίας και την εμπέδωση των εννοιών. Σελίδα 19
Επίσης, μπορεί να χρησιμοποιήσει το ίδιο περιβάλλον για να διδάξει τον κύκλο του νερού. Η προσομοίωση γενικά είναι ανοικτή και ευνοεί τον ελεύθερο πειραματισμό, οπότε ο διδάσκων μπορεί να σκεφθεί διάφορους τρόπους για να την εκμεταλλευτεί διδακτικά. Τέλος, στο φάκελο «Σενάριο 8_Θερμοκρασία και θερμότητα - Μεταβολές καταστάσεων της ύλης \ Σενάριο_8_Εκπαιδευτικός \ Προσομοίωση - Μεταβολές καταστάσεων της ύλης» παρατίθεται η προσομοίωση σε μορφή πηγαίου προγράμματος. Ο εκπαιδευτικός μπορεί να επέμβει δημιουργώντας τις δικές του παραλλαγές επεκτάσεις στην παρούσα δραστηριότητα. Βιβλιογραφία και διευθύνσεις στο Διαδίκτυο: http://www.chm.davidson.edu/ronutt/che115/phase/phase.htm http://galileo.phys.virginia.edu/outreach/8thgradesol/tastyphasechange.ht m http://www.scientific-journal-articles.com/greek/free-online- journals/education/education-articles/p-edu-02.htm#κ12 http://www.primedu.uoa.gr/sciedu/old/resoursches/xatzi.pdf Σελίδα 20