Τίτλος: Δροσερά φλιτζάνια Θέματα: Μεταφορά ενέργειας, γραφική αναπαράσταση, δύναμη και συζήτηση των αποτελεσμάτων. Χρόνος: 120 λεπτά Ηλικία: 13-14 Διαφοροποίηση: Οι περισσότερο ικανοί μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να υπολογίζουν την απώλεια ενέργειας κάθε δευτερόλεπτο κατά τη διάρκεια του πειράματος και συνεπώς τη δύναμη. Τα διαφοροποιημένα φύλλα εργασίας επιτρέπουν στους μαθητές να επικεντρώνονται στις δεξιότητες και στη γνώση του αντικειμένου ανάλογα με τις δυνατότητές τους. Οδηγίες, Χρήση ΤΠΕ κ.τ.λ.: Δεν απαιτείται ειδικός εξοπλισμός ή χρήση συγκεκριμένων τεχνολογικών πηγών για τη διεκπεραίωση της συγκεκριμένης δραστηριότητας. Η ανατροφοδότηση που λαμβάνεται από εκπαιδευτικούς που έχουν εφαρμόσει τη συγκεκριμένη δραστηριότητα είναι ότι απαιτείται αρκετός χρόνος για τις ομάδες ώστε να εργαστούν ανενόχλητες. Οι μαθητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον ηλεκτρονικό επεξεργαστή κειμένου ώστε να συμπληρώσουν τα φύλλα εργασίας και ακολούθως να γίνει εκτύπωσή τους ώστε να σχεδιάσουν στο χέρι τις γραφικές παραστάσεις.
Εξοπλισμός που απαιτείται για τη δραστηριότητα: 4 φλιτζάνια για κάθε ομάδα Ένα θερμόμετρο για κάθε ομάδα Χρονόμετρο Χαρτί για γραφικές παραστάσεις Υλικά για κατασκευή μόνωσης Υπολογιστική μηχανή Χαρτί για καταγραφή αποτελεσμάτων Μαθησιακά αποτελέσματα δραστηριότητας: Οι μαθητές θα είναι ικανοί να σχεδιάζουν ένα δίκαιο πείραμα που θα δίνει τη δυνατότητα σε διαφορετικά μέλη της ομάδας να συνεισφέρουν. Οι μαθητές θα είναι ικανοί να κατασκευάζουν πίνακες και γραφικές παραστάσεις με ακρίβεια χωρίς βοήθεια. Οι μαθητές θα είναι ικανοί να υπολογίζουν χωρίς βοήθεια την απώλεια ενέργειας χρησιμοποιώντας την έννοια της ειδικής θερμοχωρητικότητας. Προαπαιτούμενη γνώση: Βασικές αριθμητικές πράξεις Υγεία και Ασφάλεια: Υγεία και Ασφάλεια: Κατά τη διάρκεια του πειράματος θα χρησιμοποιηθεί ζεστό νερό, έτσι θα πρέπει να ληφθούν κατάλληλα μέτρα. Περιγραφή Μαθήματος Αφόρμηση (20 λεπτά) Οι μαθητές πρέπει να γνωρίζουν από πριν τις έννοιες της μετάδοσης θερμότητας με αγωγή, με μεταφορά και με ακτινοβολία. Μια σύντομη υπενθύμιση των εννοιών μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές. Ένα ποτήρι μιας χρήσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίδειξη των πιο πάνω εννοιών: Έχει υπερυψωμένη βάση ώστε να προκαλείται ελάχιστη επαφή με την επιφάνεια, μειώνοντας έτσι τη μετάδοση θερμότητας. Η εσωτερική του επένδυση είναι λευκή ώστε να περιορίζεται η επίδραση της ακτινοβολίας. Το πώμα του μειώνει την επίδραση της μετάδοσης θερμότητας. Έχοντας το ποτήρι γεμάτο με ζεστό νερό και μια ψηφιακή οθόνη που να δείχνει τη μείωση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της αφόρμησης, μπορεί να είναι ιδιαίτερα
χρήσιμο για την πρόκληση του ενδιαφέροντος των μαθητών για συζήτηση. Κύρια δραστηριότητα (80 λεπτά) Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες μικτής ικανότητας. Καλούνται να σχεδιάσουν ένα πείραμα και να ετοιμάζουν τα υλικά που θα χρησιμοποιήσουν στο δεύτερο μέρος της δραστηριότητας. Ο εκπαιδευτικός προβληματίζει τους μαθητές: Όταν ένα φλιτζάνι κρυώνει, η απώλεια ενέργειάς του οφείλεται σε μεγαλύτερο βαθμό σε μεταφορά θερμότητας με αγωγή, με μεταφορά ή με ακτινοβολία; Οι μαθητές πρέπει: Να κατασκευάσουν μια βάση για να σταματήσουν τη μεταφορά θερμότητας με αγωγή και να μετρήσουν τα αποτελέσματά τους. Να κατασκευάσουν μια μόνωση για να σταματήσουν τη μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία και να μετρήσουν τα αποτελέσματά τους. Να κατασκευάσουν ένα πώμα για να περιορίσουν τη μεταφορά θερμότητας με μεταφορά και να μετρήσουν τα αποτελέσματά τους. Οι μαθητές πρέπει ακόμη να κατασκευάσουν κατάλληλο πίνακα όπου θα καταγράφουν τα αποτελέσματά τους και να αποφασίσουν ποιο είδος γραφικής παράστασης θα χρησιμοποιήσουν για την αναπαράστασή τους. Δίνεται ένα φύλλο εργασίας για να βοηθήσει τους μαθητές χαμηλότερης επίδοσης. Το φύλλο εργασίας μπορεί να μετατραπεί με τέτοιο τρόπο ώστε να βοηθήσει και τους υπόλοιπους μαθητές της τάξης. Δίνεται ένα φύλλο εργασίας ως επέκταση που έχει ως στόχο να χρησιμοποιηθεί από τους πιο ικανούς μαθητές για να μετατρέψουν την πτώση της θερμοκρασίας σε πραγματική απώλεια ενέργειας. Δραστηριότητα στην ολομέλεια της τάξης (20 λεπτά) Οι μαθητές καλούνται να παρουσιάσουν τα αποτελέσματά τους, να εντοπίσουν τυχόν ασυνήθιστα αποτελέσματα και να εισηγηθούν προτάσεις για βελτίωση της διαδικασίας που ακολούθησαν. Γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των ομάδων και οι μαθητές καλούνται να επεξηγήσουν τυχόν διαφορές μεταξύ τους. Αυτή η διαδικασία αξιολόγησης του τρόπου που εργάστηκαν καθώς και των αποτελεσμάτων τους αναδεικνύει την επιστημονική προσέγγιση. Στο τέλος οι ομάδες καλούνται να προσδιορίσουν την κύρια πηγή απώλειας θερμότητας από ένα φλιτζάνι που κρυώνει και να αιτιολογήσουν την απάντησή τους.
Δροσερά φλιτζάνια Φύλλο Εργασίας 1 Τι διερευνάτε; ( Με δικά σας λόγια να εξηγήσετε γιατί κάνετε αυτή τη διερεύνηση) Να δημιουργήσετε έναν κατάλογο με τον εξοπλισμό που θα χρησιμοποιήσετε. Κατάλογος εξοπλισμού 1 2 3 4 5 6 7 8 Πλάνο εργασίας (Να εξηγήσετε τι πρόκειται να κάνετε σε αυτή τη διερεύνηση) 1 2 3 4 5 6 7 8 Να λάβετε μερικές φωτογραφίες από τις διερευνήσεις σας.
Διαφανές Φλιτζάνι Πώμα (μετάδοση θερμότητας με μεταφορά) Μόνωση (μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία) θερμότητας με αγωγή) Βάση (μετάδοση Αποτελέσματα Διαφανές Φλιτζάνι Αρχική θερμοκρασία Τελική θερμοκρασία Διαφορά Πώμα Μόνωση Βάση
Γραφική παράσταση (να περιγράψετε τα αποτελέσματά σας γραφικά) Συμπέρασμα (Να εξηγήσετε σε τι συμπεράσματα καταλήγετε με βάση τα αποτελέσματά σας) Αξιολόγηση(Να εξηγήσετε τι θα αλλάζατε στο πείραμά σας ώστε να το βελτιώσετε)
Να εξηγήσετε τι διερευνάτε. Δροσερά φλιτζάνια Φύλλο εργασίας 2 Να καταγράψετε τον εξοπλισμό σας εδώ (Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε περισσότερες γραμμές εάν είναι απαραίτητο) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Να περιγράψετε το πλάνο εργασίας που θα ακολουθήσετε (Σε σημεία να καταγράψετε πώς θα διεξάγετε τη διερεύνησή σας). Πώς θα διασφαλίσετε την ασφάλεια σας κατά τη διάρκεια του πειράματος;
Αποτελέσματα Πίνακας αποτελεσμάτων 50 ml νερού Διαφανές Φλιτζάνι Αρχική θερμοκρασία Τελική θερμοκρασία Αλλαγή στη θερμοκρασία Απώλεια ενέργειας Ελάχιστη ενέργεια απώλειας Γραφική Παράσταση Μείωση της μετάδοσης θερμότητας με αγωγή Μείωση της ακτινοβολίας Μείωση της μεταφοράς θερμότητας
Συμπέρασμα (Χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες από τον πίνακα και τη γραφική παράσταση να εξηγήσετε σε τι συμπεράσματα έχετε καταλήξει μέσω τις συγκεκριμένης διερεύνησης) Αξιολόγηση (Μπορείτε να εισηγηθείτε αλλαγές που θα μπορούσαν να βελτιώσουν το πείραμά σας; Θα πρέπει να εξηγήσετε πώς οι εισηγήσεις σας μπορούν να βελτιώσουν τα αποτελέσματά σας). Αξιολόγηση