ΠΡΟΤΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΤΟ ΝΕΡΟ ΣΤΗ ΦΥΣΗ» ΤΗΣ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Καζάκης Ν. 1, Βουδούρης Κ. 1 1 Εργ. Τεχνικής Γεωλογίας & Υδρογεωλογίας, Τµήµα Γεωλογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. E-mail: kvoudour@geo.auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το µάθηµα το νερό στη φύση εντάσσεται στην ύλη της A Γυµνασίου. Η σύνδεση της δηµιουργίας των ποταµών και των λιµνών µε τον κύκλο του νερού και η διάκριση των καταστάσεων του νερού είναι δύο από τους διδακτικούς στόχους του µαθήµατος. Η δυσκολία για την επίτευξη αυτών των στόχων είναι η σύνδεση του κύκλου του νερού µε την επίδραση της θερµότητας και της βαρύτητας. Η προτεινόµενη πειραµατική προσέγγιση θα διευκολύνει αυτή τη σύνδεση και µέσω αυτής της βιωµατικής διαδικασίας οι µαθητές θα διαπιστώσουν την αξία των φαινοµένων αυτών στην καθηµερινή τους ζωή. Η πειραµατική διαδικασία χωρίζεται σε τρία στάδια, διαρκεί περίπου 30 λεπτά και τα µέσα για την υλοποίηση της είναι καθηµερινά αντικείµενα. Στο τέλος της πειραµατικής διαδικασίας προτείνεται να γίνει προβολή ενός βίντεο animation όπου παρουσιάζεται ο κύκλος του νερού. EXPERIMENTAL PROPOSAL OF THE WATER CYCLE FOR THE LESSON WATER IN NATURE FOR A CLASS OF HIGH SCOOL Kazakis N. 1, Voudouris K. 1 1 Lab. of Engineering Geology & Hydrogeology, Dept. of Geology, Aristolte University, Thessaloniki, Greece.E-mail:kvoudour@geo.auth.gr ABSTRACT The lesson water in nature is part of the material of A class in high school. The connection of the creation of rivers and lakes with the water cycle and the separation of states of water are two of the teaching objectives of the course. The difficulty in achieving these teaching objectives is to connect the water cycle on the effects of heat and gravity. The proposed experimental approach will facilitate this connection and through this experiential process students will find the value of these phenomena in their everyday lives. The experimental procedure is divided into three stages, lasting about 30 minutes and means to implement are everyday objects. At the end of the experimental procedure is proposed to be presented an animation video of water cycle.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σύµφωνα µε το Αναλυτικό Πρόγραµµα Σπουδών η σύνδεση της δηµιουργίας των ποταµών και των λιµνών µε τον κύκλο του νερού, η διάκριση των διαφόρων καταστάσεων του νερού και η γεωγραφική κατανοµή τους στην επιφάνεια της Γής αποτελούν διδακτικούς στόχους του µαθήµατος «Το νερό στη φύση». Η διάκριση των µορφών του νερού στη φύση σε συνδυασµό µε τις αιτίες που προκαλούν τη µετάβαση από τη µία µορφή στην άλλη θα διευκολύνει στην κατανόηση του κύκλου του νερού. Βασική αρχή της πειραµατικής προσέγγισης είναι να πείσει τους µαθητές ότι οι µεταβολές στη φύση του νερού έχουν αξία για τους ίδιους στην καθηµερινή τους ζωή είτε άµεσα είτε έµµεσα. Για το λόγο αυτό τα µέσα που επιλέχτηκαν είναι αντικείµενα, µε τα οποία έχουν έρθει σε επαφή οι µαθητές στην καθηµερινότητα τους. Η αλλαγή των καταστάσεων του νερού παρουσιάζεται σε µικροκλίµακα µε στόχο να εξηγηθούν ευκολότερα τα φαινόµενα στη φύση. Με το τέλος της πειραµατικής διαδικασίας η προβολή ενός animation βίντεο όπου παρουσιάζεται ο κύκλος του νερού θα συνδέσει όλα τα φαινόµενα µαζί και θα παρουσιάσει τη διαδικασία στη φύση. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Η πειραµατική διαδικασία διαρκεί περίπου 30 λεπτά και τα αντικείµενα που απαιτεί είναι του εµπορίου και µικρά σε κόστος συνεπώς, είναι σχετικά εύκολο από τους εκπαιδευτικούς να τα συγκεντρώσουν, ακόµη και να τα αγοράσουν. Το στήσιµο και η εκτέλεση του πειράµατος είναι απλή και χωρίζεται σε τρία στάδια: 1) Στο πρώτο στάδιο θα εξεταστεί η εξάτµιση και η υγροποίηση του νερού, 2) Στο δεύτερο στάδιο θα εξεταστούν τα κατακρηµνίσµατα και η απορροή, 3) Στο τρίτο στάδιο θα εξεταστεί η κατείσδυση και η επιφανειακή απορροή. Κατά τη διάρκεια του πειράµατος µπορούν να συµµετέχουν και οι µαθητές ενεργά βοηθώντας στην υλοποίηση του. Αναλυτικά παρουσιάζεται παρακάτω και απεικονίζεται στο σχήµα 2. Στάδιο 1. Η διαδικασία ξεκινάει µε τo φαινόµενο της εξάτµισης. Τα µέσα που θα χρησιµοποιηθούν είναι πηγή θερµότητας, ταµιευτήρας νερού, αλάτι και ένα ψυχρό σκεύος. Αρχικά πραγµατοποιείται η θέρµανση του νερού και στη συνέχεια τοποθετείται πάνω από τους υδρατµούς το ψυχρό σκεύος όπου θα συγκεντρώνεται τµήµα των υδρατµών και θα υγροποιείται. Στη συνέχεια θα θερµανθεί νερό στο οποίο θα έχει προστεθεί ποσότητα αλατιού µε στόχο να δούνε οι µαθητές ότι το νερό µε υψηλή αλατότητα δεν εξατµίζεται εύκολα. Η πηγή θερµότητας και το ψυχρό σκεύος χρησιµοποιείται ώστε να γίνει η σύνδεση του κύκλου του νερού µε την επίδραση της θερµότητας. Στόχος είναι να κατανοήσουν οι µαθητές τις εναλλαγές των καταστάσεων του νερού και να γίνει σύνδεση της εξάτµιση του νερού µε την αύξηση της θερµότητας και η υγροποίηση του νερού µε την ψύξη του. Η διαπνοή των φυτών µπορεί να παρουσιαστεί µε την παρουσία ενός φυτού στην τάξη που θα καλυφθεί µε νάιλον σακούλα ένα τµήµα του. Μετά από µερικές ηµέρες θα έχουν συγκεντρωθεί σταγόνες νερού στη σακούλα οι οποίες είναι προϊόν της διαπνοής (Σχήµα 1).
Σχήµα 1: Πειραµατική παρουσίαση της διαπνοής των φυτών από κολλέγιο του Hong Kong. Στάδιο 2. Στο δεύτερο στάδιο θα γίνει προσοµοίωση της βροχόπτωσης, θα παρουσιαστεί η µεταβολή του νερού από τη στερεή µορφή στην υγρή, η συγκέντρωση του νερού και η απορροή. Τα µέσα που θα χρειαστούν είναι µια πηγή για τη δηµιουργία βροχής (ποτιστήρι), ταµιευτήρας συλλογής νερού µε έξοδο για απορροή (Λεκάνη µε σωλήνας), βάση για την τοποθέτηση του ταµιευτήρα νερού, βάση για να τοποθετηθούν παγάκια (η χιόνι αν είναι εφικτό). Το δεύτερο στάδιο ξεκινάει τοποθετώντας τα παγάκια στη βάση και ρίχνοντας το νερό στον ταµιευτήρα. Στη συνέχεια τµήµα του νερού θα αρχίσει να κινείται από το σωλήνα προς τα κάτω. Στο στάδιο αυτό ο εκπαιδευτικός µπορεί να ρίξει νερό και έξω από τη λεκάνη και να εξηγήσει ότι η συγκέντρωση του νερού εξαρτάται από τη µορφολογία και τη γεωλογία της περιοχής. Για παράδειγµα αν δεν υπάρχει ταµιευτήρας δεν συγκεντρώνεται νερό. Συνεπώς η δηµιουργία λιµνών εξαρτάται από την ποσότητα νερού αλλά και από τις γεωλογικές συνθήκες της περιοχής. Η τοποθέτηση των αντικειµένων σε βάση είναι απαραίτητη ώστε να συνδεθεί η κίνηση του νερού µε την µείωση του υψοµέτρου και συνεπώς µε την επίδραση της βαρύτητας. Στάδιο 3. Στο τελευταίο στάδιο θα εξεταστεί η κατείσδυση και η επιφανειακή απορροή. Για την υλοποίηση της τελευταίας φάσης του πειράµατος χρειάζεται ένα σφουγγάρι, ένα δοχείο και µια µικρή ποσότητα χαλικιού. Τα χαλίκια θα τοποθετηθούν εντός του δοχείου ενώ το σφουγγάρι από πάνω. Η κατασκευή θα πρέπει να βρίσκεται υπό µικρή κλίση. Τα χαλίκια θα δώσουν µια εικόνα του υπεδάφους και τη δυνατότητα αποθήκευσης του νερού. Όταν το νερό πέσει πάνω στο σφουγγάρι µία ποσότητα θα απορρέει ενώ η υπόλοιπη θα κατεισδύσει. Με τη διαδικασία αυτή οι µαθητές µπορούν να αντιληφθούν την παρουσία πόρων στα πετρώµατα και τη δυνατότητα τους να φιλοξενούν το υπόγειο νερό. Με την ολοκλήρωση του πειράµατος η προβολή του βίντεο animation του κύκλου του νερού θα συνδέσει τα φαινόµενα που παρουσιάστηκαν µεταξύ τους αλλά και µε το φυσικό περιβάλλον. Στο σχήµα 3 & 4 παρουσιάζονται τµήµατα ενός βίντεο µε θέµα τον κύκλο του
νερού που δηµιουργήθηκε από την Nasa. Το παραπάνω βίντεο καθώς και άλλα, υπάρχουν ελεύθερα στο διαδύκτιο. Σχήµα 2: Σχηµατική απεικόνιση της πειραµατικής διαδικασίας για την κατανόηση του κύκλου του Νερού. 1) Πηγή Θερµότητας (Γκαζάκι), 2) Ταµιευτήρας νερού (Μπρίκι), 3) Σκεύος για την υγροποίηση των ατµών 4) Πηγή για την προσοµοίωση κατακρηµνισµάτων (Ποτιστήρι), 5) Βάση, 6) Βάση, 7) Παγάκια, 8) Ταµιευτήρας συλλογής νερού µε έξοδο για απορροή (Λεκάνη µε λάστιχο), 9) Πορώδες µέσο (Σφουγγάρι), 10) Ταµιευτήρας νερού µε χαλίκια ( ιάφανο οχείο). Σχήµα 3: Εικόνα από το βίντεο του κύκλου του νερού που παρουσιάζει την εξατµισοδιαπνοή. (watercycle.gsfc.nasa.gov)
Σχήµα 4: Εικόνα από το βίντεο του κύκλου του νερού που παρουσιάζει τη βροχόπτωση και την απορροή. (watercycle.gsfc.nasa.gov) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η προτεινόµενη πειραµατική διαδικασία είναι εύκολη και σύντοµη στην υλοποίηση της και µπορεί να ενταχθεί στα πλαίσια του µαθήµατος το νερό στη φύση. ίνει τη δυνατότητα στους µαθητές να συµµετέχουν ενεργά στην υλοποίηση τους ενισχύοντας µε αυτό τον τρόπο τη βιωµατική µάθηση. Τα αντικείµενα που απαιτεί είναι του εµπορίου και µικρά σε κόστος συνεπώς, είναι σχετικά εύκολο από τους εκπαιδευτικούς να τα συγκεντρώσουν, ακόµη και να τα αγοράσουν. Με την ολοκλήρωση του πειράµατος η προβολή του βίντεο animation του κύκλου του νερού θα συνδέσει τα φαινόµενα που παρουσιάστηκαν µεταξύ τους αλλά και µε το φυσικό περιβάλλον και θα δώσει τη δυνατότητα για συζήτηση στην τάξη.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Γ. Μανουσάκη, ιδακτική της Χηµείας, Εκδ. Αδελφών Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη Η πειραµατική διδασκαλία των Φυσικών Επιστηµών στην Ελλάδα, επιµέλεια. Κολιόπουλος, εκδ. Γ.Πνευµατικού. Μ.Σ. Μαυρόπουλου, ιδάσκω Χηµεία, εκδ. Σαββάλα. Μύρωνα Ζαβλανού, ιδακτική Φυσικών Επιστηµών, εκδ. ΙΩΝ. Π.Β.Κόκκοτα, ιδακτική των Φυσικών Επιστηµών, εκδ. Γρηγόρη Κουρεµένου Κ.,Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστηµών στο Γυµνάσιο και στο Λύκειο, εκδ. Γρηγόρη. Τσαπαρλή Γ., Θέµατα ιδακτικής Φυσικής και Χηµείας στη Μέση Εκπαίδευση, εκδ. Γρηγόρη.