Απ' την Τραμπάλα στο Μοχλό, την Απλούστερη Μηχανή!

Απ' την Τραμπάλα στο Μοχλό, την Απλούστερη Μηχανή! Συγγραφέας Φωτογλίδης Χρήστος, Φυσικός (Α.Π.Θ.), MEd Τίτλος διδακτικού σεναρίου Ισορροπία τραμπάλας - Παιχνίδι και Μάθηση Περιοχή γνωστικού αντικειμένου Το σενάριο αφορά τη γνωστική περιοχή της Φυσικής. Τάξη στην οποία απευθύνεται Το σενάριο απευθύνεται σε μαθητές της Β' Γυμνασίου. Συμβατότητα με το αναλυτικό πρόγραμμα (Α.Π.) Το περιεχόμενο του σεναρίου είναι συμβατό με το αναλυτικό πρόγραμμα του μαθήματος της Φυσικής Β' Γυμνασίου. Συγκεκριμένα μπορεί να θεωρηθεί ως επέκταση της έννοιας της ισορροπίας υλικού σημείου που διδάσκεται στο Κεφ. 3 όπως επίσης μπορεί να εξυπηρετήσει ιδιαίτερα αποτελεσματικά τις έννοιες του έργου, της απλής μηχανής του μοχλού και της διατήρησης της ενέργειας, που διαπραγματεύεται το Κεφ. 5. Συγκεκριμένα: Κεφ. 3: Δυνάμεις - Ενότητα: 3.5 (Ισορροπία υλικού σημείου) Κεφ. 5: Ενέργεια - Ενότητες: 5.1 (Έργο και Ενέργεια) & 5.5 (Διατήρηση της ενέργειας) 1 22

Λογισμικό - Εργαλεία (ΤΠΕ) Τα λογισμικά-εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν είναι τα παρακάτω: Διαδίκτυο με χρήση του φυλλομετρητή Mozilla Firefox. Προσομοίωση PhET - Balancing Act. Οι μαθητές έχουν πρόσβαση στη συγκεκριμένη προσομοίωση τόσο από Η/Υ όσο και από tablets ή smartphones. (https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-act/latest/balancing-act_en.html) Βίντεο "Ο Μοχλός" της σειράς Eureka! (1981) της καναδικής τηλεόρασης TVO. Μεταγλωττισμένο από την εκπαιδευτική τηλεόραση της ΕΡΤ και απεσταλμένο από το Υπουργείο Παιδείας στα δημοτικά σχολεία σε μορφή βιντεοκασσέτας. Μια σειρά ντοκιμαντέρ κινουμένων σχεδίων που με χιουμοριστικό τρόπο επεξηγεί βασικές έννοιες της Φυσικής. (https://www.youtube.com/watch?v=txx7o3iivhm) Προαπαιτούμενες γνώσεις Οι μαθητές έχουν διδαχθεί την έννοια της ισορροπίας υλικού σημείου υπό την επίδραση συγγραμμικών δυνάμεων, στην ενότητα 3.5. Έχουν μάθει να συσχετίζουν την ισορροπία με την ακινησία (απουσία μεταφορικής κίνησης) ή την ευθύγραμμη ομαλή κίνηση (κίνηση σε ευθεία γραμμή με σταθερή ταχύτητα). Σε ότι αφορά τις ΤΠΕ είναι απαραίτητο οι μαθητές να μπορούν να πλοηγηθούν στο διαδικτύου. Η χρησιμοποιούμενη προσομοίωση είναι ιδιαίτερα απλή οπότε δεν κρίνεται αναγκαίο να αφιερωθεί χρόνος εξάσκησης. Διδακτικοί Στόχοι Οι μαθητές να: Γνωστικός τομέας: 1. Κατανοήσουν τη βασική αρχή λειτουργίας της τραμπάλας και το ρόλο του υπομόχλιου. 2. Επεκτείνουν την έννοια της ισορροπίας αντιλαμβανόμενοι ότι το τελικό αποτέλεσμα είναι ένας συνδυασμός δύναμης και απόστασης. 2 22

3. Καλλιεργήσουν τον επαγωγικό συλλογισμό στην προσπάθεια μαθηματικοποίησης του προβλήματος. 4. Επιλύουν απλές ασκήσεις προσδιορισμού της ακριβούς θέσης ενός σώματος πάνω στην τραμπάλα προκειμένου αυτή να ισορροπεί. 5. Συσχετίζουν τη λειτουργία της τραμπάλας μ' αυτήν της απλής μηχανής του μοχλού. Δεξιότητες στο εργαστήριο 6. Εξοικειωθούν με τη χρήση εκπαιδευτικών τεχνολογικών εργαλείων αναπτύσσοντας ψηφιακές δεξιότητες. Συναισθηματικός/Στάσεων 7. Έχουν θετική στάση για το μάθημα της Φυσικής, μέσω της σύνδεσής της με την καθημερινή ζωή. 8. Ενδυναμώσουν τα εσωτερικά κίνητρα μέσω της δημιουργικής ανακάλυψης. 9. Έχουν θετική στάση για την ομαδοσυνεργατική διδασκαλία. 10. Αναγνωρίζουν τη συμβολή της τεχνολογίας στη μάθηση. Μεταγνωστικός 11. Βελτιώσουν την ικανότητα αυτοαξιολόγησης. 12. Αναπτύξουν μεταγνωστικές δεξιότητες. 13. Καλλιεργήσουν την κριτική σκέψη τους. Χρονική διάρκεια Το σενάριο αναμένεται να ολοκληρωθεί σε (4) διδακτικές ώρες. 3 22

Φύλλο εργασίας 1 Στόχοι: 1, 2, 7, 8, 9, 10 Δ1.1 Να δώσετε τον ορισμό της ισορροπίας υλικού σημείου. Δ1.2 Αν κάθεσαι σε μια τραμπάλα ψάχνοντας κάποιον για να κάνει τραμπάλα μαζί σου και τότε ένας ψηλός χοντρούλης παρουσιάζεται, τι κάνεις; Πως θα καταφέρεις να ισορροπήσεις στην τραμπάλα; Ποιό είναι το μυστικό ώστε να ισορροπούν 2 άνθρωποι, με διαφορετικά βάρη, σε μια τραμπάλα; Ποιά είναι η άποψή σου; Πιστεύετε ότι μπορεί να εξηγηθεί με τις γνώσεις που έχετε μέχρι τώρα; Δ1.3 Παρακολουθήστε το παρακάτω βίντεο (έως 2:17), συνεργαστείτε στις ομάδες σας και προσπαθήστε να απαντήσετε τις ερωτήσεις του Quiz. https://www.youtube.com/watch?v=txx7o3iivhm&list=pla311bb3db3caac26&index=2 4 22

Quiz 1. Το στήριγμα της τραμπάλας ονομάζεται:... 2. Για να ισορροπήσουν 2 άνθρωποι με διαφορετικά βάρη στη τραμπάλα, τι θα πρέπει να κάνουν; Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. α. Το υπομόχλιο να πλησιάσει στο βαρύτερο άνθρωπο. β. Ο βαρύτερος άνθρωπος να πλησιάσει στο υπομόχλιο. γ. και το α και το β είναι σωστά. 3. Να συμπληρώσετε την παρακάτω πρόταση: Το μυστικό ώστε να ισορροπούν 2 άνθρωποι, με διαφορετικά βάρη, σε μια τραμπάλα είναι ο βαρύτερος να απέχει... απόσταση απ' το υπομόχλιο απ' ότι ο ελαφρύτερος. (μεγαλύτερη, μικρότερη) 4. Για να ισορροπήσει ένα βάρος 100 Ν μ' ένα άλλο πάλι 100 Ν σε μια τραμπάλα, θα πρέπει να απέχουν την ίδια απόσταση απ' το υπομόχλιο; Διαφορετική; Θα πρέπει να απέχουν την ίδια απόσταση. Θα πρέπει να απέχουν διαφορετική απόσταση. 5 22

Φύλλο εργασίας 2 Στόχοι: 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13 Εάν θέλεις να ισορροπήσεις ένα σώμα βάρους 100 Ν μ' ένα άλλο 2 φορές βαρύτερο μετακινείς το βάρος των 200 Ν όλο και πιο κοντά στο υπομόχλιο μέχρι να βρεθεί ακριβώς στη σωστή θέση ώστε να ισορροπήσουν τα 2 βάρη! Ποιά είναι όμως η σωστή θέση; Πειραματίσου με την παρακάτω προσομοίωση και προσπάθησε να διατυπώσεις το μυστικό της ισορροπίας της τραμπάλας μ' ένα μαθηματικό τύπο. https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-act/latest/balancing-act_en.html 6 22

Οδηγίες: 1. Να μεταβείς στην επιλογή Balance lab. 2. Κάνε τις ακόλουθες επιλογές: 3. Απομάκρυνε τα στηρίγματα της τραμπάλας. Να προσπαθείς να τοποθετείς τα βάρη (άνθρωποι, τούβλα, κιβώτια) σε κατάλληλες θέσεις ώστε η τραμπάλα να ισορροπεί (να ευθυγραμμίζεται με τα 2 βελάκια). Οι θέσεις (υποδιαιρέσεις πάνω στην τραμπάλα) ισαπέχουν μεταξύ τους. Η μεταξύ τους απόσταση είναι 0,25 m. Αν σε διευκολύνει περισσότερο κάνε την επιλογή Position Marks. Σ' αυτή την περίπτωση σε κάθε θέση αντιστοιχίζεται ένας αύξοντας αριθμός. 7 22

Δ2.1 Αν θέλεις να ισορροπήσεις το βάρος των 5 κιλών μ' ένα άλλο 15 κιλών, σε τι απόσταση θα πρέπει να το βάλεις απ' το υπομόχλιο; α. 0,25 m β. 0,5 m γ. 0,75 m δ. 1 m Συμπλήρωσε τα δεδομένα για τις στήλες (γ), (ε) και (ζ) στον πίνακα μετρήσεων Α του φύλλου εργασίας 2. Δ2.2 Σε τι απόσταση θα πρέπει να καθίσει απ' το υπομόχλιο ο μπαμπάς σου για να ισορροπήσετε στην τραμπάλα; α. 0,25 m β. 0,5 m γ. 1,25 m δ. 2 m Συμπλήρωσε τα δεδομένα για τις στήλες (γ), (ε) και (ζ) στον πίνακα μετρήσεων Α του φύλλου εργασίας 2. 8 22

Δ2.3 Αν θέλεις να ισορροπήσεις το βάρος των 10 κιλών μ' ένα άλλο 5 κιλών, σε τι απόσταση θα πρέπει να το βάλεις απ' το υπομόχλιο; α. 0,25 m β. 1,5 m γ. 1,75 m δ. 2 m Συμπλήρωσε τα δεδομένα για τις στήλες (γ), (ε) και (ζ) στον πίνακα μετρήσεων Α του φύλλου εργασίας 2. Δ2.4 Παρατηρώντας και την παρακάτω περίπτωση ισορροπίας, έχεις καταλήξει σε κάποιον πρακτικό κανόνα ώστε να βρίσκεις που πρέπει να βάζεις το σώμα; Συμπλήρωσε τα δεδομένα για τις στήλες (γ), (ε) και (ζ) στον πίνακα μετρήσεων Α του φύλλου εργασίας 2. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 22

Δ2.5 Σε ποιά θέση θα πρέπει να καθίσει απ' το υπομόχλιο ο νεαρός για να ισορροπήσει η τραμπάλα; α. 2 β. 5 γ. 6 δ. 7 Συμπλήρωσε τα δεδομένα για τις στήλες (ε), (η) και (κ) στον πίνακα μετρήσεων Β του φύλλου εργασίας 2. Δ2.6 Παρατηρώντας και την παρακάτω περίπτωση ισορροπίας, έχεις καταλήξει σε κάποιον γενικό κανόνα ώστε να βρίσκεις που πρέπει να βάζεις το σώμα, ακόμη και όταν τα σώματα είναι περισσότερα από 2, ώστε η τραμπάλα να ισορροπεί; Συμπλήρωσε τα δεδομένα για τις στήλες (ε), (η) και (κ) στον πίνακα μετρήσεων Β του φύλλου εργασίας 2. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 22

Πίνακας μετρήσεων Α Σώμα αριστερά Σώμα δεξιά Δραστηριότητα (α) (β) (γ) (δ) (ε) (ζ) Μάζα (Kg) Βραχίονας (m) Μάζα*Βραχίονας Μάζα (Kg) Βραχίονας (m) Μάζα*Βραχίονας 2.1 5 1,5 5*1,5=... 15... 1,5*...=... 2.2 20 2 20*2=... 80... 80*...=... 2.3 10 0,75 10*0,75=... 5... 5*...=... 2.4 15 2 15*2=... 20 1,5 20*1,5=... * Βραχίονας = Απόσταση απ' το υπομόχλιο Σύγκρινε τις τιμές απ' τις στήλες (γ) και (ζ). Τι παρατηρείς; Έχεις καταλήξει σε κάποιον πρακτικό κανόνα ώστε να βρίσκεις που πρέπει να βάζεις το σώμα ώστε η τραμπάλα να ισορροπεί; ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Πίνακας μετρήσεων Β Σώματα αριστερά Σώματα δεξιά (α) (β) (γ) (δ) (ε) (ζ) (η) (θ) (ι) (κ) Δραστηριότητα Μάζα (Kg) Βραχίονας (m) Μάζα (Kg) Βραχίονας (m) Άθροισμα Μάζα*Βραχίονας Μάζα (Kg) Βραχίονας (m) Μάζα (Kg) Βραχίονας (m) Άθροισμα Μάζα*Βραχίονας 2.5 30 3 30 1 30*3+30*1=... 20... - - 20*...=... 2.6 15 8 5 2 15*8+5*2=... 10 1 20 6 10*1+20*6=... Σύγκρινε τις τιμές απ' τις στήλες (ε) και (κ). Τι παρατηρείς; Έχεις καταλήξει σε κάποιον γενικό κανόνα ώστε να βρίσκεις που πρέπει να βάζεις το σώμα, ακόμη και όταν τα σώματα είναι περισσότερα από 2, ώστε η τραμπάλα να ισορροπεί; ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 22

Φύλλο εργασίας 3 Στόχοι: 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 Οδηγίες: 1. Η κάθε ομάδα να μεταβεί στην επιλογή Game. 2. Έλεγξε τον εαυτό σας! Ξεκινήστε απ' το επίπεδο 1 (Level 1) και προχωρήστε προς τα δυσκολότερα επίπεδα. Μη βιάζεστε... προσπαθήστε να απαντήσετε σωστά! Σε περίπτωση λάθους να "βλέπετε" τη σωστή απάντηση και να σκέφτεστε "γιατί" απαντήσατε λάθος. 12 22

Level 1 Άσκηση 1 Άσκηση 2 Άσκηση 3 13 22

Άσκηση 4 Άσκηση 5 Άσκηση 6 14 22

Φύλλο εργασίας 4 Στόχοι: 4, 5 Κάθε ομάδα να αναλάβει μια απ' τις προτεινόμενες έξι εργασίες. Έχετε στη διάθεσή σας 10 λεπτά για την ολοκλήρωσή της. Ο αρχηγός κάθε ομάδας φέρει την ευθύνη να φροντίσει ώστε όλα τα μέλη της ομάδας του να είναι σε θέση να απαντήσουν στο πρόβλημα. Η κάθε ομάδα, εντός 5 λεπτών, να παρουσιάσει τα αποτελέσματά της στην ολομέλεια της τάξης. Η επιλογή του προσώπου που θα παρουσιάσει τα αποτελέσματα θα γίνει απ' τον καθηγητή. Εργασία 1 Τα 2 παιδιά διασκεδάζουν ενώ ισορροπούν στην τραμπάλα μιας παιδικής χαράς. Υποθέστε ότι το βάρος στην αριστερή πλευρά, όπου κάθεται το κορίτσι, αυξάνεται ξαφνικά κατά (π.χ επειδή κάποιος της δίνει να κρατήσει μια σακούλα με μήλα). Σε ποιό σημείο θα πρέπει να καθίσει το κορίτσι έτσι ώστε η τραμπάλα να διατηρηθεί σε ισορροπία, αν υποθέσουμε ότι το αγόρι δε μετακινείται απ' τη θέση του; Εργασία 2 Να ισορροπήσετε την εικονιζόμενη τραμπάλα χρησιμοποιώντας ακόμη ένα βάρος. Προσδιορίστε τη μάζα του και τη θέση που θα πρέπει να τοποθετηθεί. Μπορείτε να το καταφέρετε με περισσότερους από έναν τρόπους; Εργασία 3 Στην εικονιζόμενη τραμπάλα που ισορροπεί, πόσο ζυγίζει το αντικείμενο Α; 21 22

Εργασία 4 Ποιά σχέση έχουν οι μάζες των σωμάτων Η και F; Εργασία 5 Τι εννοούσε ο Αρχιμήδης όταν είπε "Δώστε μου που να σταθώ και θα κινήσω και τη Γη ακόμη"; Παρακολουθήστε το παρακάτω βίντεο (κυρίως μετά από 2:17): https://www.youtube.com/watch?v=txx7o3iivhm&list=pla311bb3db3caac26&index=2 Εργασία 6 Να σχεδιάσετε μια δραστηριότητα την οποία θα αναθέσετε στους συμμαθητές σας ώστε να ελέγξετε εάν έχουν κατανοήσει την αρχή της ισορροπίας της τραμπάλας. Καλή Επιτυχία!! 22 22