Π Α Ν Ε Π Ι Σ Τ Η Μ Ι Ο Δ Υ Τ Ι Κ Η Σ Μ Α Κ Ε Δ Ο Ν Ι Α Σ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΦΛΩΡΙΝΑΣ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΔΗΜΟΤΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ Τηλ.: (23850) 55004 Fax.: (23850)-55003, 53100 Φλώρινα, Ηλεκτρονική Διεύθυνση.: http://eled.uowm.gr/ Μεταπτυχιακό Μάθημα ΑΡΧΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Τίτλος εργασίας: «Σχεδίαση ηλεκτρικών κυκλωμάτων με τη χρήση του αγώγιμου στυλού scribe conductive ink pen» ΕΡΓΑΣΙΑ Γ ΕΞΑΜΗΝΟΥ Χειμερινό Εξάμηνο 2015 Φοιτήτριες: Γιαννάκου Αθηνά Φάλκα Δήμητρα Α.Ε.Μ.: 423 Α.Ε.Μ.: 424 Διδάσκων: Παλαιγεωργίου Γιώργος Φλώρινα, Μάρτιος 2016
2 Περιεχόμενα Θεωρητικό πλαίσιο...2 Ενναλακτικές λύσεις για τη διδασκαλία του ηλεκτρικού κυκλώματος...5 Πειράματα...5 Scratch...13 Προσωμοιώσεις...14 Παιχνίδια...16 Η πρότασή μας: Δημιουργία ηλεκτρικών κυκλωμάτων με τη χρήση ειδικού αγώγιμου στυλού. 19 5 3 1 1 1 Αξιολόγηση... 24 Βιβλιογραφία...27 1
Θεωρητικό πλαίσιο Οι μαθητές, στα Φυσικά της Ε Δημοτικού, στην έκτη ενότητα τη σχετική με τον ηλεκτρισμό και συγκεκριμένα στην υποενότητα πέντε, διδάσκονται για τον διακόπτη, το ανοιχτό και το κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Στο βιβλίο του δασκάλου (σελ. 165) αναφέρονται οι παρακάτω διδακτικοί στόχοι: 1. Να διαπιστώσουν οι μαθητές πειραματικά τη χρησιμότητα του διακόπτη σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. 2. Να αναγνωρίσουν οι μαθητές τα σύμβολα για τον ανοιχτό και για τον κλειστό διακόπτη. 3. Να αναφέρουν οι μαθητές ότι στη σύνδεση σε σειρά ο διακόπτης μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιαδήποτε θέση του κυκλώματος. Η σύνδεση σε σειρά και η παράλληλη σύνδεση είναι τα αντικείμενα της έκτης υποενότητας. Οι διδακτικοί στόχοι που αναφέρονται στο βιβλίο του δασκάλου (σελ. 168) είναι: 1. Να διαπιστώσουν οι μαθητές τις διαφορές και ομοιότητες μεταξύ της σύνδεσης σε σειρά και της παράλληλης σύνδεσης. 2. Να αναφέρουν οι μαθητές ότι οι ηλεκτρικές συνδέσεις στα σπίτια μας είναι παράλληλες. 3. Να διακρίνουν οι μαθητές τη σύνδεση σε σειρά από την παράλληλη σύνδεση σε ένα σκίτσο ηλεκτρικού κυκλώματος με σύμβολα. Γενικά, η διδασκαλία του ηλεκτρισμού και ιδιαίτερα των απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων είναι ένα από τα πεδία μεγάλου διδακτικού και ερευνητικού ενδιαφέροντος, δεδομένου ότι εμφανίζεται στα περισσότερα προγράμματα σπουδών, σε όλες τις βαθμίδες εκπαίδευσης, σε όλο τον κόσμο και οι μαθητευόμενοι συναντούν δυσκολίες κατανόησης του ηλεκτρισμού, ακόμη και σε επίπεδο εισαγωγικό, οι οποίες αναφέρονται σε ένα ευρύ φάσμα θεμάτων, από τη συγκρότηση διαδικασιών και εννοιών μέχρι την περιγραφή και οργάνωση της εξήγησης των φαινομένων (Μπάρμπας, 2005). Το τελευταίο επιβεβαιώνεται και από άλλους ερευνητές (Κώτσης & Ευαγγέλου, 2012), σύμφωνα με τους οποίους οι μαθητές αντιμετωπίζουν δυσκολίες και έχουν εναλλακτικές όσον αφορά τα ηλεκτρικά κυκλώματα και γενικότερα τον ηλεκτρισμό. Συγκεκριμένα, για να μελετήσουν οι μαθητές τα ηλεκτρικά φαινόμενα, πρέπει να κάνουν συλλογισμούς με αφηρημένες έννοιες, όπως ρεύμα, ενέργεια, φορτίο κ.ά. Πολλοί μαθητές συναντούν δυσκολίες στη διάκριση εννοιών, όπως ηλεκτρικό ρεύμα, ηλεκτρική ενέργεια, φορτίο, ενώ χρησιμοποιούν συχνά το γενικό όρο ηλεκτρισμός αντί για τον κάθε φορά ορθό όρο. Επιπλέον, δυσκολίες αντιμετωπίζουν πολλοί μαθητές και στην κατανόηση της διατήρησης του φορτίου. Συγκεκριμένα, αρκετοί μαθητές θεωρούν ότι το φορτίο χάνεται στη διαδρομή μέσα από τα καλώδια και το ηλεκτρικό ρεύμα εξασθενεί. Τέλος, οι μαθητές συναντούν γενικότερα δυσκολίες σχετικά με την κατανόηση της μεταφοράς ενέργειας από το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα. Για να εξηγήσουν πώς φτάνει το ρεύμα από την πηγή στον καταναλωτή, τα παιδιά στρέφονται σε έξι εναλλακτικά μοντέλα (Tarciso Borges & Gilbert, 1999), τα οποία είναι τα εξής: α. το μονοπολικό μοντέλο: ονομάστηκε έτσι από τον Osborne (1981). Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο υπάρχει μια ροή ηλεκτρικής τάσης από το θετικό πόλο της μπαταρίας προς τη βάση της λάμπας. Το δεύτερο καλώδιο μοιάζει αχρείαστο, χωρίς 2
κρίσιμο ρόλο στο κύκλωμα. Το συγκεκριμένο νοητικό μοντέλο υπάρχει στα μικρότερα παιδιά και με τη διδασκαλία περιορίζεται. β. το μοντέλο των δύο στοιχείων: η αρνητική και θετική τάση ταξιδεύουν από τη μπαταρία προς τη λάμπα και εκεί όπου συναντιούνται και παράγουν ενέργεια, φωτίζοντας το λαμπτήρα. Αυτό το μοντέλο είναι κυρίως δημοφιλές ανάμεσα σε παιδιά από 10-13 ετών. γ. το μοντέλο του κλειστού κυκλώματος: σύμφωνα με αυτό το μοντέλο όλα τα στοιχεία του κυκλώματος έχουν δύο συνδέσεις. Η τάση κυκλοφορεί γύρω από το κύκλωμα σε μια κατεύθυνση και το κύκλωμα λειτουργεί μόνο όταν ο διακόπτης είναι κλειστός. Αυτό το μοντέλο αναγνωρίζει τη διπολικότητα των στοιχείων του κυκλώματος αλλά υποθέτει ότι η τάση δε συντηρείται. δ. το μοντέλο ηλεκτρικής κατανάλωσης: η ηλεκτρική τάση περιγράφεται ως μια χρονοεξαρτώμενη σειρά γεγονότων. Η ηλεκτρική τάση συντηρείται γιατί περνάει μέσα από αντιστάσεις του κυκλώματος, παρόλα αυτά ένα κομμάτι της επιστρέφει στο άλλο άκρο, τη μπαταρία. ε. το μοντέλο συνεχόμενης τάσης: υιοθετεί τα διπολικά στοιχεία του κυκλώματος, την κυκλική κυκλοφορία της τάσης και την αναγκαιότητα του κλειστού κυκλώματος. Η μπαταρία φαίνεται να θεωρείται ως η μόνη πηγή συνεχούς τάσης, αλλά και της μεταβλητότητας της τάσης. Εδώ βρίσκεται και ο κανόνας ότι ίδιες λάμπες συνδεδεμένες εν σειρά ή παράλληλα φωτοβολούν το ίδιο λαμπερά. στ. το μοντέλο του Ohm: η ηλεκτρική τάση ρέει γύρω από το κύκλωμα μεταδίδοντας ενέργεια. Η τάση συντηρείται και διαφοροποιείται από την ενέργεια. Το κύκλωμα αντιμετωπίζεται σαν ένα αλληλεπιδρών σύστημα, έτσι ώστε μια αλλαγή σε ένα σημείο του να το επηρεάζει ολόκληρο. Το μοντέλο γίνεται αυξανόμενα δημοφιλές όσο οι σπουδαστές μεγαλώνουν ηλικιακά, ίσως σαν αποτέλεσμα της διδασκαλίας (Κυριτσόπουλος, 2010). Παρανοήσεις συναντούμε και στην καθημερινή μας ζωή. Όταν σβήνουμε το φως, για παράδειγμα, λέμε συχνά «κλείνω τον διακόπτη». Αντίστοιχα, όταν θέλουμε να έχουμε φως σε έναν σκοτεινό χώρο, λέμε «ανοίγω τον διακόπτη». Ωστόσο, οι εκφράσεις αυτές δεν είναι σωστές. Διότι όταν λέμε «κλείνω τον διακόπτη», ουσιαστικά ανοίγουμε το κύκλωμα, αντίθετα, όταν λέμε «ανοίγω τον διακόπτη», κλείνουμε το κύκλωμα που μεταφέρει ενέργεια στη λάμπα. Στη βιβλιογραφία αναπτύσσεται η επιχειρηματολογία ότι οι δυσκολίες αυτές δεν μπορούν να αντιμετωπιστούν με τις παραδοσιακές σειρές μαθημάτων, που βασίζονται κυρίως στην ποσοτική προσέγγιση των ηλεκτρικών φαινομένων, γιατί πυρήνας της θεωρίας τους είναι ένα σύνολο βασικών νόμων βάσει των οποίων οι μαθητευόμενοι μαθαίνουν κυρίως να συλλογίζονται αλγεβρικά (Μπάρμπας, 2005). Συνεπώς, για να ξεπεραστούν αυτές οι δυσκολίες, αλλά και για να πετύχουμε μια διαισθητική μάθηση, εμείς προτείνουμε τη δημιουργία μιας διεπαφής μέσω της οποίας οι ίδιοι οι μαθητές θα εμπλακούν στη διαδικασία μάθησης. Άλλωστε, ερευνητές και εκπαιδευτικοί υποστηρίζουν ότι κατά τη διδασκαλία του μαθήματος της Φυσικής η εμπλοκή των μαθητών σε πειραματικές πρακτικές έχει πολύ μεγάλη αξία. Σύμφωνα με πολλούς ερευνητές στο χώρο της διδακτικής των Φυσικών Επιστημών οι προσομοιώσεις επιτρέπουν στους μαθητές να εμπλέκονται ενεργά στη διαδικασία διδασκαλίας και μάθησης, να ερμηνεύσουν τα φαινόμενα των Φυσικών Επιστημών, να διατυπώσουν και να διερευνήσουν υποθέσεις, καθώς και να επιλύσουν πιθανές ασυμφωνίες ανάμεσα στις ιδέες τους και σε αυτές που παρουσιάζονται στα 3
πειράματα. Οι υποστηρικτές των πραγματικών πειραμάτων ισχυρίζονται ότι τα εικονικά πειράματα στερούν την άμεση εμπειρία με φυσικά και πραγματικά υλικά, η οποία θεωρείται ουσιαστική για τη μάθηση (Κώτσης, 2012). 4
Εναλλακτικές λύσεις για τη διδασκαλία του ηλεκτρικού κυκλώματος Πειράματα Στη διδασκαλία της Φυσικής το επίπεδο των φαινομένων και το επίπεδο των εννοιών αλληλοπλέκονται (σχήμα 4). Το πείραμα χρησιμοποιείται για να δώσει την απαραίτητη εμπειρία, όπου ο δάσκαλος ξεκινώντας από τα δεδομένα της άμεσης εμπειρίας βοηθά τους μαθητές μέσα από συζήτηση: να διατυπώσουν την τυχόν υπάρχουσα δική τους εμπειρία (βέλος 1 στο σχήμα 4) να ελέγξουν αν ισχύει ή όχι η δική τους άποψη (βέλη 2,3 στο σχήμα 4) να συνθέσουν τα εμπειρικά δεδομένα, να καταλάβουν την ανάγκη εισαγωγής εννοιών και τις σχέσεις μεταξύ των εννοιών (βέλος 4 στο σχήμα 4) να εφαρμόσουν το επιστημονικό πρότυπο για να ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα πειράματος που δεν ερμηνεύονταν με τη δική τους άποψη, όσο και να ξαναερμηνεύσουν πειράματα που ερμήνευαν με την άποψή τους (βέλος 5 στο σχήμα 4) να συγκρίνουν την αρχική δική τους ερμηνεία με την επιστημονική και να αναγνωρίσουν τους λόγους για τους οποίους η αρχική δική τους ερμηνεία ήταν περιορισμένης ισχύος (βέλος 6 στο σχήμα 4) Επιπλέον, τα πειράματα προτείνεται να γίνονται με υλικά καθημερινά χρήσης, καθώς διαθέτουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως η εστίαση της προσοχής του μαθητή στο φαινόμενο και όχι στη συσκευή που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση του πειράματος, οπότε αφαιρείται ένα ποσοστό από το μυστήριο που περιβάλλει την 5
επιστήμη και συνεπώς οδηγεί στην απομυθοποίηση οργάνων και συσκευών. Ακόμη, με αυτόν τον τρόπο υπάρχει σύνδεση με την καθημερινή ζωή και εμπειρία του μαθητή, με σημαντική ενθάρρυνση των μαθητών που προέρχονται από χαμηλά κονωνικοοικονονικά στρώματα, ενώ δραστηριοποιούνται τα κίνητρα μάθησης για όλους τους μαθητές μια και η δουλειά για το σπίτι είναι διαφορετική από τη συνηθισμένη. Συγκεκριμένα, ζητείται από τους μαθητές να πραγματοποιούν ακίνδυνα πειράματα με υλικά που θα βρουν στο σπίτι τους αντί να απαντούν σε ερωτήσεις ή να λύνουν προβλήματα. Για παράδειγμα, αν δεν έχουμε διακόπτη για να δημιουργήσουμε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με μπαταρία, υπάρχουν εναλλακτικές κατασκευές με υλικά καθημερινής χρήσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διακόπτες. Α. Μια απλή κατασκευή Υλικά: ένα κομμάτι σκληρό χαρτόνι (π.χ με μήκος 10 cm και πλάτος 10 cm), αλουμινόχαρτο, συρραπτικό. Τι θα κάνεις: 1. Πάρε ένα κομμάτι χαρτόνι με μήκος π.χ. 10 cm και πλάτος επίσης 10 cm. Τσάκισέ το στη μέση, ώστε να μπορεί να διπλώνει στα δύο, και δυο πλευρές του, π.χ ΑΒ και ΓΔ, να μπορούν να ακουμπήσουν η μία πάνω στην άλλη (φωτογραφία 61α). 2. Κόψε από το αλουμινόχαρτο δυο λωρίδες με μήκος 12 cm και πλάτος 2 cm. Άπλωσε τη μια λωρίδα του αλουμινόχαρτου κατά μήκος της πλευράς ΑΒ έτσι, ώστε 1 cm αυτής να γυρίζει, σε κάθε άκρη της πλευράς ΑΒ από την πίσω όψη του χαρτονιού και, με τη βοήθεια του συρραπτικού, σύρραψέ την πάνω στο χαρτόνι. Κάνε το ίδιο με την άλλη λωρίδα του αλουμινόχαρτου κατά μήκος της πλευράς ΓΔ (φωτογραφία 61β). Βεβαιώσου ότι, όταν διπλώνεις το αλουμινόχαρτο στα δύο, οι δυο λωρίδες αλουμινόχαρτου ακουμπάνε η μια πάνω στην άλλη. 3. Σύνδεσε το κροκοδειλάκι από ένα καλώδιο στη γωνία Α του χαρτονιού έτσι, ώστε να πιάνει καλά πάνω στο αλουμινόχαρτο και το κροκοδειλάκι από ένα άλλο καλώδιο στη γωνία Γ (διαγώνια με την Α) και ο διακόπτης είναι έτοιμος (φωτογραφία 62α). 6
Όταν κλείνεις το χαρτόνι, όταν δηλαδή οι λωρίδες του αλουμινόχαρτου ακουμπάνε μεταξύ τους, η λάμπα ανάβει (φωτογραφία 62β). Β. Μια περισσότερο ανθεκτική, πιο επαγγελματική αλλά και πιο δύσκολη κατασκευή Από μαγαζί σιδερικών αγόρασε τρεις σιδερένιες γωνίες και μια ευθεία λάμα με τρύπες. Σε ένα κομμάτι ξύλου βίδωσε τις τρεις γωνίες. Σε δυο σημεία, μέρος από το οριζόντιο τμήμα των δυο γωνιών είναι έξω από τη ξύλινη βάση. Αυτό έγινε για να συνδέονται σε αυτά τα σημεία τα κροκοδειλάκια των δύο καλωδίων. Στη συνέχεια βίδωσε την ευθεία στη μονή γωνία έτσι, ώστε, όταν κατεβαίνει, να μπαίνει ανάμεσα στις ράχες των δυο άλλων γωνιών. Σύνδεσε τα καλώδια και ο διακόπτης είναι έτοιμος (φωτογραφία 63β). 7
Ας δούμε τώρα μερικά πειράματα που προτείνονται στη βιβλιογραφία σχετικά με την κατανόηση του ηλεκτρικού κυκλώματος από την πλευρά των μαθητών, αλλά και με την άρση των παρανοήσεών τους. Πείραμα 1: Τι κάνει και πως ένας διακόπτης Τι χρειάζεσαι: Μια μπαταρία, μια λάμπα, ένα διακόπτη, τρία καλώδια. Τι θα κάνεις: Σύνδεσε τη μπαταρία με το διακόπτη και τη λάμπα, όπως φαίνεται στο σχήμα 21. Άνοιξε και κλείσε το διακόπτη. Σε ποιά θέση του διακόπτη ανάβει η λάμπα; Τι θα δεις: Η λάμπα ανάβει, όταν κλείνει το κενό που υπάρχει στο κύκλωμα. Ερμηνεία: Για να ανάψει η λάμπα πρέπει να υπάρχει ένας πλήρης μεταλλικός δρόμος που να ξεκινάει από τον ένα πόλο της μπαταρίας, να περνάει μέσα από τη λάμπα και να καταλήγει στον άλλο πόλο της μπαταρίας. Τότε λέμε ότι έχουμε ένα πλήρες κύκλωμα. Αν κάπου κόψουμε αυτό το κύκλωμα, η λάμπα θα σβήσει. Αν αποκαταστήσουμε το κύκλωμα, η λάμπα θα ανάψει. Η συσκευή που μας επιτρέπει να κόβουμε (ανοίγουμε) και να αποκαθιστούμε (κλείνουμε) ένα κύκλωμα είναι ο διακόπτης. Σημειώνουμε ότι, όταν στην καθημερινή ζωή λέμε άνοιξε το φως, στην πραγματικότητα κλείνουμε ένα κενό που υπάρχει στο κύκλωμα με τη βοήθεια του διακόπτη. Παρατήρηση: Οι μαθητές θεωρούν τον διακόπτη ως μια ειδική συσκευή που κλείνει το κύκλωμα, κάτι παρόμοιο με μια βάνα που κλείνει το νερό. Έτσι, η συνηθισμένη απάντηση των μαθητών στην ερώτηση που ακολουθεί είναι ότι, αφού ο διακόπτης δεν έχει κλείσει (στη γλώσσα του παιδιού), το ρολόι θα συνεχίσει να γράφει. Δεν αναγνωρίζει εύκολα ότι, από τη στιγμή που, ξεβιδώνοντας τη λάμπα, δημιουργήθηκε ένα κενό στο κύκλωμα, αυτό λειτουργεί σαν διακόπτης. Ερώτηση: Στο σπίτι του Γιώργου όλες οι ηλεκτρικές συσκευές είναι κλειστές. Είναι αναμμένη μόνο μια λάμπα και το ρολόι της ΔΕΗ γράφει αργά - αργά. Ο πατέρας του Γιώργου χωρίς να πειράξει καθόλου τον διακόπτη με τη βοήθεια ενός πανιού, για να μην καεί, ξεβιδώνει τη λάμπα. Το ρολόι της ΔΕΗ θα συνεχίσει να γράφει; 8
Πείραμα 2: Σύνδεση λαμπών σε σειρά και παράλληλα Τι χρειάζεσαι: 3 μπαταρίες, 5 λάμπες, 3 διακόπτες, καλώδια, δύο κόμβους (καρφιά). Σημείωση: Όλες οι λάμπες όπως και όλες οι μπαταρίες πρέπει να είναι εντελώς ίδιες μεταξύ τους, δηλαδή να φωτοβολούν το ίδιο όταν συνδέονται με την ίδια μπαταρία και οι μπαταρίες να έχουν την ίδια περίπου τάση υπό λειτουργία. Κατασκεύασε τα παρακάτω τρία κυκλώματα: 1. Τι θα κάνεις: Σύγκρινε τη φωτοβολία της λάμπας 2 (σχήμα 23) με τη φωτοβολία της λάμπας 1 (σχήμα 22). Παρατηρείς διαφορές στη φωτοβολία; Εξήγησε τις παρατηρήσεις σου. Σύγκρινε τη φωτοβολία της λάμπας 4 (σχήμα 24) με τη φωτοβολία της λάμπας 1 (σχήμα 22). Παρατηρείς διαφορές στη φωτοβολία; Εξήγησε τις παρατηρήσεις σου. Τι θα δεις, ερμηνεία: Η λάμπα 2 φωτοβολεί λιγότερο από τη λάμπα 1. Στο κύκλωμα του σχήματος 23 υπάρχουν δύο λάμπες (αντιστάσεις) στη σειρά, άρα το ρεύμα που δημιουργείται στο κύκλωμα του σχήματος 23 είναι λιγότερο (I = V/R) από το ρεύμα που δημιουργείται στο κύκλωμα του σχήματος 22. Ο φωτισμός της λάμπας 1 είναι ανάλογος του P 1 = I 1 2. R = V2 / R, ενώ της λάμπας 2 είναι: P 2 = I 2 2. R = V2 / 4R. Η λάμπα 4 φωτοβολεί το ίδιο με τη λάμπα 1. Στο κύκλωμα του σχήματος 24 υπάρχουν δύο λάμπες (αντιστάσεις) συνδεδεμένες παράλληλα και άρα το ρεύμα που δημιουργείται στο κύκλωμα της κάθε μιας είναι ίδιο με το ρεύμα που δημιουργείται στο κύκλωμα του σχήματος 22. Παρατήρηση: Τα αποτελέσματα ερευνών έχουν δείξει ότι οι μαθητές για να προβλέψουν τη λαμπρότητα λάμπας, περιλαμβανόμενης σε συνδυασμό λαμπών με μια μπαταρία, δε χρησιμοποιούν σχέσεις ανάμεσα στα μεγέθη Τάση ή Ένταση και Αντίσταση (P = V 2 / R), αλλά μια ποσοτική αιτιακή σχέση μεταξύ του αριθμού των λαμπών και του αριθμού των μπαταριών που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα, χωρίς 9
να λαμβάνουν υπόψη τους τον τρόπο σύνδεσης. Οι προβλέψεις των μαθητών γίνονται με βάση τον κανόνα: Όσο περισσότερες λάμπες είναι συνδεδεμένες με μια μπαταρία, τόσο λιγότερο φωτοβολεί κάθε μία από τις λάμπες. Έτσι, προβλέπουν ότι η λάμπα 2 θα φωτοβολεί λιγότερο από τη λάμπα 1, μέσα όμως από τη λογική ότι η μπαταρία δίνει σταθερό ρεύμα (ενέργεια, ισχύ, δύναμη κ. ά.), το οποίο στο κύκλωμα του σχήματος 22 το παίρνει όλο η λάμπα 1, ενώ στο κύκλωμα του σχήματος 23 η λάμπα 2 το μοιράζεται με τη λάμπα 3. Παρόμοια πρόβλεψη κάνουν και για τη λάμπα 4. Όταν δουν ότι η λάμπα 4 φωτοβολεί σαν να ήταν μόνη της συνδεδεμένη με τη μπαταρία, εύκολα μπορούν να φτάσουν στο συμπέρασμα ότι η επίδραση της δεύτερης λάμπας (λάμπα 5) δεν είναι στην ένταση φωτισμού αλλά στη διάρκεια. 2. Τι θα κάνεις: α) Ξεβίδωσε λίγο τη μια από τις λάμπες, αρχικά στο κύκλωμα του σχήματος 23 και στη συνέχεια στο κύκλωμα του σχήματος 24. Τί παρατηρείς κάθε φορά; Πώς εξηγείς την παρατήρησή σου; β) Βρες δυο καμένες λάμπες. Αντικατάστησε τη μια από τις λάμπες του σχήματος 23 με μια καμμένη λάμπα. Τί παρατηρείς στη λάμψη της άλλης λάμπας; Αιτιολόγησε γιατί συμβαίνει αυτό. Αντικατάστησε τώρα μια από τις λάμπες του σχήματος 24 με μια καμένη λάμπα. Τί παρατηρείς στη λάμψη της άλλης λάμπας; Αιτιολόγησε γιατί συμβαίνει αυτό. Τι θα δεις, ερμηνεία: Στο κύκλωμα του σχήματος 23 είτε ξεβιδώσεις λίγο τη μία από τις λάμπες είτε αντικαταστήσεις τη μια από τις λάμπες με μια καμένη λάμπα, θα σβήσει και η άλλη λάμπα. Αυτό συμβαίνει γιατί δημιουργείται κενό στο κύκλωμα στο οποίο υπάρχει και η άλλη λάμπα. Στο κύκλωμα του σχήματος 24 είτε ξεβιδώσεις λίγο είτε αντικαταστήσεις τη μια από τις λάμπες με μια καμένη, η άλλη λάμπα θα συνεχίσει να φωτοβολεί. Η θέση στην οποία δημιουργείται το κενό στο κύκλωμα δεν έχει σχέση με τον κύκλωμα της άλλης λάμπας. 3. Τι θα κάνεις: α) Στο κύκλωμα του σχήματος 24 πρόσθεσε έναν διακόπτη, ώστε το κύκλωμα να γίνει όπως φαίνεται στο σχήμα 25. Άνοιξε και κλείσε τον διακόπτη. Με τη βοήθεια του διακόπτη, ποιά λάμπα μπορείς να ανάβεις και να σβήνεις; Γιατί; Κατασκεύασε κύκλωμα όμοιο με το κύκλωμα του σχήματος 25, αλλά τώρα με τον διακόπτη να ανάβει και να σβήνει η λάμπα 5 αντί για τη λάμπα 4. Κατασκεύασε κύκλωμα όμοιο με το κύκλωμα του σχήματος 25 έτσι, ώστε με τον διακόπτη να ανάβουν και να σβήνουν και οι δύο λάμπες συγχρόνως. 10
β) Στο κύκλωμα του σχήματος 23 είναι δυνατό να βάλουμε έναν διακόπτη έστι, ώστε με αυτόν να ανάβει και να σβήνει μόνο η μια λάμπα; Σε ποιό συμπέρασμα κατέληξες; Τι θα δεις, ερμηνεία: Με τη βοήθεια του διακόπτη που υπάρχει το σχήμα 25 μπορεί να ανάβει και να σβήνει η λάμπα 4. Ο διακόπτης δημιουργεί ένα κενό στο μέρος του κυκλώματος που ανήκει αποκλειστικά στη λάμπα 4. Για να ανάβει και να σβήνει με τον διακόπτη η λάμπα 5, πρέπει ο διακόπτης να μπει μεταξύ του κόμβου (καρφί) και της λάμπας 5. Αυτό το μέρος του κυκλώματος ανήκει αποκλειστικά στη λάμπα 5. Για να ανάβουν και να σβήνουν και οι δύο λάμπες συγχρόνως, πρέπει ο διακόπτης να παρεμβληθεί μεταξύ του κόμβου (καρφί 1 ή καρφί 2) και της μπαταρίας. Ο διακόπτης εκεί δημιουργεί ένα κενό στο μέρος του κυκλώματος που ανήκει και στις δύο λάμπες. Εφαρμογή: Ζήτησε από τους μαθητές σύμφωνα με όσα είδαν παραπάνω να αποφασίσουν ποιον από τους δύο τρόπους σύνδεσης λαμπών μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να φωτίσουμε τα σπίτια μας και να δικαιολογήσουν την απάντησή τους. (Κάθε λάμπα στο σπίτι μας φωτοβολεί το ίδιο, ανεξάρτητα αν ανάβει ή όχι και άλλη λάμπα στο σπίτι, αν καεί μια λάμπα σβήνει μόνο αυτή, κάθε λάμπα ανάβει και σβήνει με τον δικό της διακόπτη και όλες μαζί με τον γενικό). Μπορεί να γίνει επίδειξη κυκλώματος με λαμπάκια για χριστουγεννιάτικο δέντρο, όπου αν καεί ή βγει από τη θέση του ένα, σβήνουν όλα ή τουλάχιστον όλα που είναι συνδεδεμένα στον ίδιο κλάδο. Παρατήρηση: Την παράλληλη σύνδεση των λαμπών μπορείς αρχικά να τη δείξεις στους μαθητές, συνδέοντας τις λάμπες κατευθείαν με τους πόλους της μπαταρίας (σχήμα 6). Γίνεται έτσι πιο εύκολα κατανοητό γιατί κάθε λάμπα ανάβει σαν να είναι μόνη της στο κύκλωμα. Στη συνέχεια, συζητώντας με τους μαθητές, μπορείς να φτάσεις στο κύκλωμα του σχήματος 24, λέγοντας ότι τα καλώδια από τους πόλους μέχρι τα σημεία Α και Β θα μπορούσαν να αντικατασταθούν με ένα 11
καλώδιο. Είναι σαν να προεκτείνεται ο πόλος μέχρι το σημέιο Α ή Β και από εκεί να ξεκινάνε τα καλώδια για τις λάμπες. Αντίστοιχα για τα σημεία Γ και Δ (σχήμα 26). Πείραμα 3: Σύνδεση μπαταριών σε σειρά και παράλληλα Τι χρειάζεσαι: 5 μπαταρίες, 3 λάμπες, 3 διακόπτες, καλώδια, δυο κόμβους (καρφιά). Σημείωση: Όλες οι λάμπες όπως και όλες οι μπαταρίες πρέπει να είναι εντελώς ίδιες μεταξύ τους, δηλαδή να φωτοβολούν το ίδιο όταν συνδέονται με την ίδια μπαταρία και οι μπαταρίες να έχουν την ίδια περίπου τάση υπό λειτουργία. Κατασκεύασε τα παρακάτω τρία κυκλώματα. Κλείσε τους διακόπτες. 1. Τι θα κάνεις: Έλεγξε ποιοι πόλοι των παταριών πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους, ώστε να ανάβει η λάμπα στο σχήμα 28. Ποιοί στο σχήμα 29; Τι θα δεις: Στο σχήμα 28 ο αρνητικός πόλος της μιας μπαταρίας συνδέεται με τον θετικό της άλλης και η λάμπα συνδέεται με τους εναπομείναντες ελεύθερους πόλους. Στο σχήμα 29 οι δύο θετικοί συνδέονται μεταξύ τους, όπως και οι δύο αρνητικοί. Εδώ η λάμπα συνδέεται με τον κοινό θετικό και κοινό αρνητικό πόλο. 2. Τι θα κάνεις: Σύγκρινε τη φωτοβολία της λάμπας στο σχήμα 28 με τη φωτοβολία της λάμπας στο σχήμα 27. Παρατηρείς διαφορές στη φωτοβολία; Αιτιολόγησε την απάντησή σου. Σύγκρινε τη φωτοβολία της λάμπας στο σχήμα 29 με τη φωτοβολία της λάμπας στο σχήμα 27. Παρατηρείς διαφορές στη φωτοβολία; Εξήγησε τις παρατηρήσεις σου. Σύγκρινε τη φωτοβολία της λάμπας στο σχήμα 28 με τη φωτοβολία της λάμπας στο σχήμα 29. Παρατηρείς διαφορές στη φωτοβολία; Εξήγησε τις παρατηρήσεις σου. Τί νομίζεις πως κερδίζουμε με την παράλληλη σύνδεση μπαταριών; 12
Τι θα δεις, ερμηνεία: Η λάμπα στο σχήμα 28 φωτοβολεί εντονότερα από τη λάμπα στο σχήμα 27. Στο κύκλωμα του σχήματος 28 υπάρχουν δυο μπαταρίες συνδεδεμένες σε σειρά, με αποτέλεσμα να υπάρχει διπλάσια τάση από αυτή στο κύκλωμα του σχήματος 27. Ο φωτισμός της λάμπας στο σχήμα 27 είναι ανάλογος του P 1 = I 1 2. R = V2 / R, ενώ της λάμπας στο σχήμα 28 είναι P 2 = I 2 2. R = 4V2 / R (για ευκολία έχει υποτεθεί ότι η μπαταρία έχει αμελητέα εσωτερική αντίσταση και ότι η αντίσταση της λάμπας δεν αλλάζει με τη θερμοκρασία, άρα με το ρεύμα που την διαρρέει, κάτι βέβαια που δεν ισχύει). Η λάμπα στο σχήμα 29 φωτοβολεί το ίδιο με τη λάμπα στο σχήμα 27. Στο κύκλωμα του σχήματος 29 υπάρχουν δυο μπαταρίες συνδεδεμένες παράλληλα, με αποτέλεσμα να υπάρχει ίδια τάση με αυτή στο κύκλωμα του σχήματος 27, Ο φωτισμός της λάμπας και στο σχήμα 27 και στο σχήμα 29 είναι P = I 1 2. R = V2 / R. Παρατηρήσεις: Τα αποτελέσματα ερευνών έχουν δείξει ότι οι μαθητές για να προβλέψουν τη λαμπρότητα λάμπας συνδεδεμένης με αριθμό μπαταριών, δε χρησιμοποιούν σχέσεις ανάμεσα στα μεγέθη Τάση ή Ένταση και Αντίσταση (P = V 2 / R), αλλά μια ποσοτική αιτιακή σχέση με τον αριθμό των μπαταριών που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα, χωρίς να λαμβάνουν υπόψη τους τον τρόπο σύνδεσης. Οι προβλέψεις των μαθητών γίνονται με βάση τον κανόνα: Με όσο περισσότερες μπαταρίες είναι συνδεδεμένη μια λάμπα, τόσο περισσότερο φωτοβολεί. Οι μαθητές στις προβλέψεις τους λαμβάνουν υπόψη τους μόνο τον αριθμό των μπαταριών και όχι τον τρόπο σύνδεσης. Έτσι, προβλέπουν ότι η λάμπα στο σχήμα 28 θα φωτοβολεί περισσότερο από τη λάμπα στο σχήμα 27, μια και η λάμπα αυτή τροφοδοτείται από δύο μπαταρίες (η κάθε μια δίνει σταθερό ρεύμα, ενέργεια, ισχύ, κ. ά., άρα οι δύο μπαταρίες δίνουν το διπλάσιο). Παρόμοια πρόβλεψη κάνουν και για τη λάμπα του σχήματος 29. Όταν οι μαθητές δουν ότι η λάμπα στο σχήμα 29 φωτοβολεί σαν να ήταν συνδεδεμένη με μια μπαταρία, δεν φτάνουν σε αδιέξοδο. Παρόλο που δεν το προέβλεπαν, μπορούν να το εξηγήσουν και να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι η επίδραση της δεύτερης μπαταρίας δεν είναι στην ένταση του φωτισμού, αλλά στη διάρκεια (Κουμαράς, 2009). Scratch https://scratch.mit.edu/projects/63929852/ https://scratch.mit.edu/projects/60281916/ https://scratch.mit.edu/projects/23930773/ https://scratch.mit.edu/projects/60526506/ https://scratch.mit.edu/projects/1904921/ https://scratch.mit.edu/projects/60618266/ https://scratch.mit.edu/projects/61373040/ https://scratch.mit.edu/projects/36680528/ https://scratch.mit.edu/projects/20522148/ https://scratch.mit.edu/projects/49987426/ https://scratch.mit.edu/projects/1065515/ https://scratch.mit.edu/projects/42492410/ https://scratch.mit.edu/projects/21009464/ https://scratch.mit.edu/projects/21396075/ https://scratch.mit.edu/projects/20361519/ 13
https://scratch.mit.edu/projects/21216713/ https://scratch.mit.edu/projects/21327779/ Προσομοιώσεις Η δυνατότητα για διαφορετικούς εικονικούς «πειραματισμούς» παρέχει στον εκπαιδευτικό τη δυνατότητα να προσφέρει το κατάλληλο επίπεδο υποστήριξης («σκαλωσιά», ζώνη επικείμενης ανάπτυξης) σε κάθε μαθητή και δίνει ευκαιρίες για αναστοχασμό. Η πρόταση μπορεί να υλοποιηθεί αξιοποιώντας και την ομαδοσυνεργατική μέθοδο, με την παρουσίαση της αναπαράστασης στον πίνακα μέσω προβολικού. Εναλλακτικά, οι μαθητές μπορούν να εργαστούν σε ομάδες, με έναν υπολογιστή ανά ομάδα. Προσομοίωση ενός βασικού ηλεκτρικού κυκλώματος με διακόπτες και λαμπτήρες στο οποίο ο χρήστης μπορεί να πειραματιστεί χρησιμοποιώντας και τοποθετώντας διακόπτες και λαμπτήρες σε διάφορες θέσεις διερευνώντας τη λειτουργία του. Προσομοίωση ηλεκτρικού κυκλώματος στο οποίο ο χρήστης μπορεί να βάλει περισσότερες ή λιγότερες μπαταρίες, περισσότερες ή λιγότερες λάμπες, και να δει κάθε φορά πώς μεταβάλλεται ο φωτισμός της λάμπας (και πότε καίγεται). Συγκεκριμένα τίθενται ερωτήσεις σχετικά με τα κυκλώματα και ο παίχτης πειραματίζεται με διάφορα υλικά έτσι ώστε να απαντήσει τις ερωτήσεις αυτές. 14
Προσομοίωση ηλεκτρικού κυκλώματος στο οποίο ο χρήστης μπορεί να σύρει μπαταρίες, καλώδια, διακόπτες φωτάκια, κλπ. στο κυρίως πλαίσιο και να φτιάξει κυκλώματα σε σειρά και σε παράλληλη σύνδεση Προσομοίωση ηλεκτρικού κυκλώματος στο οποίο ο χρήστης μπορεί να γυρίσει το διακόπτη και τα ηλεκτρόνια θα αρχίσουν σιγά σιγά να κινούνται κατά μήκος του αγωγού. Το φως θα ανάψει μόλις φθάσει το σήμα. 15
Παιχνίδια Το εκπαιδευτικό παιχνίδι μπορεί να λειτουργήσει ως ένα «εργαλείο» μάθησης ενισχύοντας την ενεργητική συμμετοχή και διευκολύνοντας την συνεργατική μάθηση. Συμβάλλει στην κατανόηση και την επίλυση προβλημάτων, στον αυτοέλεγχο και στην αναδόμηση της προϋπάρχουσας γνώσης (Μαραγκός & Γρηγοριάδου, 2006). Τα εκπαιδευτικά παιχνίδια αποτελούν πηγή κινήτρου για τους μαθητές που τους δίνει τη δυνατότητα να δοκιμάσουν τις γνώσεις τους, να τις εφαρμόσουν και να μάθουν πράγματα που δεν γνωρίζουν ή να εμπεδώσουν νέες έννοιες, ενώ ταυτόχρονα διασκεδάζουν (Malone, 1980). Μέσω του ενθουσιασμού και της κινητοποίησης των μαθητών οι υπόλοιποι γνωστικοί και μαθησιακοί στόχοι επιτυγχάνονται έμμεσα με τρόπο αβίαστο. Το "ηλεκτρο-δωμάτιο" αποτελεί μια προσπάθεια υλοποίησης ενός ρεαλιστικού διαδραστικού περιβάλλοντος, το οποίο προσομοιώνει ένα πραγματικό «εργαστήριο» ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ο κεντρικός στόχος του παιχνιδιού είναι ο παίκτης να ανακαλύψει όλες τις κρυμμένες δοκιμασίες, με ένα ελάχιστο αρχικών οδηγιών και να τις επιλύσει, συγκεντρώνοντας έτσι το μεγαλύτερο δυνατό σκορ http://users.sch.gr/mtomara/ilektrodwmatio.html. 16
Στο site αυτό, υπάρχει ένα παιχνίδι το οποίο σχετίζεται με κυκλώματα και αγωγούς. Συγκεκριμένα, δίνεται ένα σενάριο στα παιδιά: Ο Γιάννης, θα πρέπει να κολυμπήσει σε νερά με ηλεκτρικά χέλια, από τι είδους υλικό πρέπει να είναι φτιαγμένη η στολή του για να μην τον πιάσει ηλεκτρισμός; Στο παιχνίδι αυτό ο παίκτης περιπλανιέται σε μια εικονική πόλη και αναζητά τους κρυφούς κινδύνους του ηλεκτρισμού για να σώσει τους συμπολίτες του. 17
Επιτραπέζιο παιχνίδικατασκευή πλατφόρμας ηλεκτρισμού 18
Η πρότασή μας: Δημιουργία ηλεκτρικών κυκλωμάτων με τη χρήση ειδικού αγώγιμου στυλού. Η πρότασή μας περιλαμβάνει δύο είδη δραστηριοτήτων. Το πρώτο είναι φύλλα εργασίας με δραστηριότητες συμπλήρωσης ηλεκτρικών κυκλωμάτων και το δεύτερο μακέτες με δημουργία από την αρχή ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Συνολικά κατασκευάσαμε δύο μακέτες, μια μακέτα αεροπλάνου και μια μακέτα χωριού. Αναλυτικότερα: 1) Τα φύλλα εργασίας περιλαμβάνουν δραστηριότητες βαθμιαίας δυσκολίας που ζητούν από τους μαθητές να συμπληρώσουν τα κυκλώματα που τους δίνονται. Αρχικά οι δραστηριότητες είναι πολύ κατευθυνόμενες (δραστηριότητες 1-4), ενώ στη συνέχεια πιο ελεύθερες με ενεργητικότερη τη συμμετοχή και την κριτική σκέψη του μαθητή (δραστηριότητες 5 και 6), καθώς ο ίδιος πρέπει να επέμβει στο κύκλωμα και να βρει τρόπο ώστε να το κλείσει. 1η δραστηριότητα: Στόχος της είναι η αναγνώριση των εξαρτημάτων (μπαταρία και λαμπάκι) και του υλικού (αγώγιμο στυλό) από τους μαθητές, καθώς και η αναγνώριση της διαδικασίας που πρέπει να ακολουθήσουν κατά τη συμπλήρωση του φύλλου εργασίας και η οποία είναι η εξής: να χρωματίσουν τους κύκλους με το ειδικό στυλό, έπειτα να ενώσουν τις διακεκομμένες γραμμές που υπάρχουν ενώνοντας τα 19
επιμέρους εξαρτήματα και, τέλος, να απαντήσουν στις ερωτήσεις που τους δίνονται. Αυτή είναι η πιο απλή δραστηριότητα, καθώς αφορά την απλούστερη περίπτωση ηλεκτρικού κυκλώματος με τη σύνδεση της μπαταρίας με ένα λαμπάκι. Η δραστηριότητα αυτή, ακόμη, καλείται να αντιμετωπίσει τις παρανοήσεις των μαθητών σχετικά με την κατανόηση της μεταφοράς ενέργειας από το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα, όπου οι μαθητές στρέφονται συνήθως σε έξι εναλλακτικά μοντέλα, όπως αναλύθηκε στο θεωρητικό πλαίσιο. 2η δραστηριότητα: Στόχος της δεύτερης δρατστηριότητας είναι να αναγνωρίσουν οι μαθητές τον διακόπτη ως εξάρτημα και να κατανοήσουν πειραματικά τη χρησιμότητά του σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, καθώς και σε ποια περίπτωση έχουμε κλειστό και σε ποια ανοιχτό κύκλωμα. Σε αυτή τη δραστηριότητα αντιμετωπίζεται η παρανόηση που συναντούμε στην καθημερινή μας ζωή και σχετίζεται με τη σχέση κλειστός διακόπτης - κλειστό κύκλωμα - το φως ανάβει με την καθημερινή έκφραση ανοίγω τον διακόπτη = ανοίγω το φως και το αντίστροφο, δηλαδή η σχέση ανοιχτός διακόπτης - ανοιχτό κύκλωμα - το φως σβήνει με την καθημερινή έκφραση κλείνω τον διακόπτη = σβήνω το φως. 3η δραστηριότητα: Στόχος της δραστηριότητας αυτής είναι να κατανοήσουν οι μαθητές τη σύνδεση των λαμπών σε σειρά. 4η δραστηριότητα: Στόχος της δραστηριότητας είναι να κατανοήσουν οι μαθητές την παράλληλη σύνδεση των λαμπών σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και να την διακρίνουν από τη σύνδεση σε σειρά που μόλις προηγήθηκε, διαπιστώνοτας τις διαφορές και ομοιότητες μεταξύ τους. 5η - 6ηδραστηριότητα: Οι τελευταίες δύο δραστηριότητες απαιτούν την ενεργητικότερη συμμετοχή του μαθητή, μια και καλείται να κλείσει ο ίδιος το κύκλωμα συμπληρώνοντάς το κατάλληλα, ώστε να ανάψουν και τα τρία λαμπάκια. Δεν υπάρχει μόνο ένας σωστός τρόπος συμπλήρωσης. 2) Οι δύο μακέτες (αεροπλάνο και χωριό) περιλαμβάνουν δραστηριότητες δημιουργίας κυκλωμάτων από την αρχή, που θεωρείται το δυσκολότερο είδος δραστηριότητας, γι αυτο και αποτελεί το τελικό στάδιο της εφαρμογή μας. Αεροπλάνο: Αρχικά, τοποθετούμε τους μαθητές μέσα σε ένα σενάριο: Βρίσκεσαι στο αεροδρόμιο Μακεδονία της Θεσσαλονίκης. Είσαι ο/η πιλότος του αεροπλάνου που ετοιμάζεται να απογειωθεί με προορισμό τη Μαδρίτη.. 20
Έπειτα, τους ζητάμε να πραγματοποιήσουν μια σειρά από ενέργειες. Πρώτα, καλούνται να ανάψουν τα φώτα του αεροδιαδρόμου. Στη συνέχεια, τους τοποθετούμε νοερά μέσα στο πιλοτήριο, όπου τους ζητείται να ανάψουν τα αντίστοιχα φώτα, να βάλουν μπροστά τη μηχανή, καθώς και να ανάψουν τα φώτα απογείωσης. 21
Οι συγκεκριμένες δραστριότητες προωθούν τη συνεργατικότητα μεταξύ των μαθητών, καθώς για την ολοκλήρωσή τους απαιτείται ένας συγκεκριμένος αριθμός αυτών (περίπου 5-6). Επίσης, οι μαθητές καλούνται να δημιουργήσουν συνδέσεις τόσο σε σειρά όσο και παράλληλα. Μακέτα χωριό: 22
1η δραστηριότητα: Καλώς ήρθατε στο Ηλεκτροχωριό! Η ώρα είναι 8μ.μ και έχει αρχίσει σιγά σιγά να νυχτώνει. Άναψε τις λάμπες στο δρόμο! 2η δραστηριότητα: Ο Φώτης που μένει στο τρίτο σπίτι δεν έχει τελειώσει ακόμη τα μαθήματά του και χρειάζεται φως. Βοήθησέ τον να ανάψει το φως στο σπίτι του! 3η δραστηριότητα: Ήρθε η ώρα για δείπνο! Στο σπίτι του Λάμπρου και της Ηλέκτρας ετοιμάζονται να κάτσουν στο τραπέζι. Άναψε τα φώτα στο σπίτι 1 και στο σπίτι 2. Καλή όρεξη! 4η δραστηριότητα: Ήρθε η ώρα για ύπνο. Σβήσε τα φώτα σε όλο το Ηλεκτροχωριό, ώστε όλοι να κοιμηθούν. Καλό βράδυ! 23
Αξιολόγηση Η εφαρμογή μας παρουσιάστηκε και δοκιμάστηκε από προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές, αλλά και ορισμένους εν ενεργεία εκπαιδευτικούς στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας κατά το διήμερο 1-2 Μαρτίου 2016. Μέσα από ερωτήσεις μας προς τους χρήστες, αλλά και κάποιες συζητήσεις που πραγματοποιήσαμε με αυτούς αξιολογήσαμε τους παράγοντες ευχρηστίας της εφαρμογής μας. Σε γενικές γραμμές, η εφαρμογή μας χαρακτηρίστηκε καινοτόμα και εντυπωσιακή από το σύνολο των φοιτητών που τη δοκίμασαν και διατυπώθηκε ότι θα προσελκύσει τους μαθητές και θα κεντρίσει το ενδιαφέρον τους. Παράγοντες ευχρηστίας: α) Αποτελεσματικότητα: οι χρήστες έδειξαν μεγάλο ενδιαφέρον για την εφαρμογή μας αν και δεν επρόκειτο για ένα παιχνίδι με αρχή μέση και τέλος, οπού οι παίκτες θα έπρεπε να περάσουν από όλα τα στάδια. Οι χρήστες έδειχναν ενδιαφέρον για το στυλό και ήθελαν να το δοκιμάσουν, ωστόσο οι περισσότερο μετά από την εκτέλεση μιας δραστηριότητας δεν επιθυμούσαν να συνεχίσουν και στις επόμενες. β) Αποδοτικότητα: η αποδοτικότητα του συγκεκριμένου εργαλείου ήταν αρκετά χαμηλή. Παρόλο που οι φοιτητές αντιλήφθηκαν πολύ εύκολα τον τρόπο χρήσης του στυλού έκαναν αρκετά λάθη στις δραστηριότητες τα οποία όμως δεν σχετίζονταν με το εργαλείο, αλλά με τις ελλιπείς γνώσεις τους πάνω στο αντικείμενο του ηλεκτρισμού. γ) Ικανοποίηση: ο παράγοντας «ικανοποίηση» επετεύχθη σε μεγάλο βαθμό. Υπήρχε ενθουσιασμός ο οποίο πήγαζε κατά κύριο λόγο από το πρωτότυπο της εφαρμογής μας. Κανένας από τους χρήστες δεν γνώριζε για την ύπαρξη ενός τέτοιου στυλού. Ο αρχικός ενθουσιασμός υποχωρούσε μόνο στις περιπτώσεις που το στυλό για κάποιους λόγους δεν λειτουργούσε με αποτέλεσμα δ) Χρόνος εκμάθησης: ο χρόνος εκμάθησης ήταν πολύ σύντομος δεδομένου ότι δεν υπήρχαν συγκεκριμένοι κανόνες, με ελάχιστες εξαιρέσεις όπου οι χρήστες δυσκολεύτηκαν να αντιληφθούν τον τρόπο λειτουργίας του στυλού και το γεγονός ότι το μελάνι του λειτουργεί ουσιαστικά ως καλώδιο. Επομένως, η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα και από μαθητές χωρίς να απαιτείται χρόνος για να εξηγηθεί και να γίνει κατανοητή. ε) Διατήρηση στον χρόνο: ο παράγοντας αυτός δεν διερευνήθηκε ωστόσο θεωρούμε ότι από τη στιγμή που ο χρήστης έρθει σε επαφή με το στυλό είναι σε θέση και στο μέλλον να το χρησιμοποιήσει σε ίδιες ή παρόμοιες δραστηριότητες. 24
στ) Ο παιδαγωγικός μετασχηματισμός: Σε γενικές γραμμές, η εφαρμογή μας θεωρήθηκε ότι μπορεί να αποτελέσει ένα χρήσιμο διδακτικό εργαλείο για την κατανόηση του ηλεκτρικού κυκλώματος και του τρόπου σύνδεσής του, που μπορεί εύκολα να ενταχθεί στη διδασκαλία. Συγκριτικά με τον παραδοσιακό τρόπο διδασκαλίας των ηλεκτρικών κυκλωμάτων με τη χρήση καλωδίων, η πρόταση για διδασκαλία με τη χρήση του αγώγιμου στυλού θεωρήθηκε ως περισσότερο ασφαλής. Ακόμη, έγινε λόγος από τους φοιτητές που δοκίμασαν την εφαρμογή μας, ότι το στυλό είναι πιο εύκολο στη χρήση από ότι τα καλώδια, στοιχείο που ενισχύει την ευχρηστία της εφαρμογής μας, ενώ οι δραστηριότητες των φύλλων εργασίας χαρακτηρίστηκαν από φοιτητές και ειδικότερα από εν ενεργεία εκπαιδευτικούς ως καλά δομημένες, διότι ήταν βαθμιαίας δυσκολίας και βοηθούσαν στο σταδιακό χτίσιμο εννοιών πάνω στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Τέλος, όσον αφορά τη μαθησιακή αξία και το καινούργιο που προσφέρει η εφαρμογή μας, ο ίδιος ο μαθητής είναι ο δημιουργός των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, ο κατασκευαστής και δοκιμαστής τους. Επιπλέον, η εφαρμογή μας διακρίνεται για την αυθεντικότητά της, διότι ο μαθητής δημιουργεί κυκλώματα in real time and life. Προβληματισμοί: Στο σημείο αυτό θα αναφερθούμε σε ορισμένα ζητήματα που μας προβλημάτισαν κατά την παρουσίαση της εφαρμογής μας: Σε πολλές περιπτώσεις, αν για παράδειγμα δεν πατηθεί καλά το στυλό ή υπάρχει έστω και ένα μικρό κενό στη γραμμή του κυκλώματος, το κύκλωμα που έχουμε δημιουργήσει δεν λειτουργεί, με αποτέλεσμα, ενώ ο χρήστης μπορεί να έχει σχεδιάσει το κύκλωμα σωστά, να μην φωτίζει το λαμπάκι. Συνεπώς, μπορεί να παίρνει λάθος ανατροφοδότηση, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει σύγχυση, ειδικά αν πρόκειται για μαθητές. Αν και αναμέναμε οι φοιτητές να δείξουν περισσότερο ενδιαφέρον για τις μακέτες που ήταν περισσότερο εντυπωσιακές, εντούτοις φάνηκε ότι τα φύλλα εργασίας προσέλκυσαν περισσότερο το ενδιαφέρον τους. Στην προσπάθειά μας να εξηγήσουμε το γεγονός αυτό, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η χρήση του στυλού ήταν πιο ξεκάθαρη στα φύλλα εργασίας, σε αντίθεση με τις μακέτες που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν εξίσου καλά και με τον παραδοσιακό τρόπο, δηλαδή μόνο με τη χρήση καλωδίων. Αυτό επισημάνθηκε και από ορισμένους χρήστες, οι οποίοι θεώρησαν ότι η χρήση του στυλού στην περίπτωση των μακετών δεν προσέφερε κάποιο μαθησιακό πλεονέκτημα -δεδομένου ότι υπήρχαν και καλώδιακαι πολλές φορές προκαλούσε σύγχυση. Επιπλέον στα φύλλα εργασίας, όπου χρησιμοποιήθηκαν τα εξαρτήματα που περιλαμβάνονταν στο κουτί του scribe conductive ink pen (λαμπάκια, διακόπτης, μπαταρία), το στυλό λειτουργούσε καλύτερα, σε αντίθεση με τις μακέτες, όπου χρησιμοποιήσαμε δικά μας εξαρτήματα (λαμπάκια, καλώδια, μπαταρία), με αποτέλεσμα η σύνδεση να είναι δυσκολότερη και 25
πολλές φορές αποτυχημένη. Γι αυτόν τον λόγο, οι δραστηριότητες των μακετών παρουσιάστηκαν σε μορφή επίδειξης χωρίς την ενεργή συμμετοχή των χρηστών στη δημιουργία κυκλωμάτων από την αρχή. Τέλος, είναι σημαντικό να τονίσουμε ότι προσεγγίσαμε διερευνητικά τη χρήση του αγώγιμου στυλoύ για τη δημιουργία κυκλωμάτων από φοιτητές. Θα ήταν, ωστόσο, ενδιαφέρον να δούμε αν θα λαμβάναμε την ίδια ανατροφοδότηση από μαθητές δημοτικού, καθώς και σε τι αποτελέσματα θα καταλήγαμε αν το στυλό αυτό χρησιμοποιούταν για διδασκαλία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση. 26
Βιβλιογραφία Κουμαράς, Π. (2009). Οδηγός για την πειραματική διδασκαλία της Φυσικής. (5η εκδ.) Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Χριστοδουλίδη. Κυριτσόπουλος, Κ. (2010). Ανίχνευση των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών της ΣΤ τάξης του δημοτικού σχολείου για τον ηλεκτρομαγνητισμό (Doctoral dissertation). Κώτσης, Κ. Θ., & Ευαγγέλου, Φ. Β. (2012). Μαθησιακά αποτελέσματα μετά από την εκτέλεση πραγματικών και εικονικών πειραμάτων Φυσικής σε μαθητές Πέμπτης και Έκτης Δημοτικού σχετικά με την έννοια του απλού ηλεκτρικού κυκλώματος. Θέματα Επιστημών και Τεχνολογίας στην Εκπαίδευση, 3(3), σ-141. Malone, T.W. (1980). What makes things fun to learn? A study of intrinsically motivating computer games. Palo Alto, CA: Xerox. Μαραγκός Κ., Γρηγοριάδου Μ. (2006). Διδασκαλία εννοιών Πληροφορικής με Εκπαιδευτικά Ηλεκτρονικά Παιχνίδια, 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο με διεθνή συμμετοχή "Οι Τεχνολογίες της Πληροφορίας και Επικοινωνίας στην Εκπαίδευση", Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2006. Μπάρμπας, Α. (2005). Μελέτη της κατανόησης φαινομένων και εννοιών στατικούδυναμικού ηλεκτρισμού από μαθητευόμενους κατά την εφαρμογή διδακτικήςμαθησιακής σειράς βασισμένης σε προσομοιώσεις μικροσκοπικών αλληλεπιδράσεων. Ανακτήθηκε στις 24/11/2015 από http://thesis.ekt.gr/thesisbookreader/id/15153#page/1/mode/2up. Tarciso Borges, A., & Gilbert, J. K. (1999). Mental models of electricity.international Journal of Science Education, 21(1), 95-117. 27