Σενάριο στη Φυσική Β Γυµνασίου. ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΗΟΟΚ 1. Τίτλος Νόµος του HOOK- Μέτρηση δύναµης. 2. Εµπλεκόµενες γνωστικές περιοχές Φυσική Β Γυµνασίου. Ενότητα : υνάµεις. Σε αυτό εµπλέκονται γνωστικά αντικείµενα από : Μαθηµατικά,Τεχνολογία. 3. Γνώσεις και αντιλήψεις των µαθητών Πολλοί µαθητές συνδέουν τη λέξη δύναµη µε την ανθρώπινη δραστηριότητα,οπότε δυσκολεύονται να αποδεχτούν ότι τα άψυχα αντικείµενα,όπως το έδαφος,ο τοίχος,το πάτωµα, ασκούν δυνάµεις. Θεωρούν ότι αυτά τα αντικείµενα απλώς ανθίστανται ή εµποδίζουν άλλα αντικείµενα να πέσουν. Ιδιαίτερα δύσκολα οι µαθητές κατανοούν το διανυσµατικό χαρακτήρα των δυνάµεων. Πολλοί µαθητές συγχέουν το βάρος µε τη µάζα και θεωρούν το βάρος ως ιδιότητα κάθε σώµατος και όχι ως ( βαρυτική) δύναµη που ασκείται από κάποιο άλλο σώµα, όπως η Γη. Πριν τη διδασκαλία αυτής της ενότητας : Α) Έχει εισαχθεί η έννοια της δύναµης µέσω των αποτελεσµάτων που προκαλεί όταν ασκείται σε ένα σώµα ( παραµόρφωση, µεταβολή της ταχύτητας σώµατος). Β) Έχει γίνει διάκριση των παραµορφώσεων,µε την επίδραση δύναµης, σε ελαστικές και µόνιµες. Οι µαθητές γνωρίζουν ότι ελαστική είναι η παραµόρφωση κατά την οποία το σώµα επανέρχεται στο αρχικό του σχήµα, όταν πάψει να ενεργεί σ αυτό η δύναµη που το παραµόρφωσε. Επίσης έχουν αναφερθεί οι έννοιες επιµήκυνση (αύξηση µήκους) και συσπείρωση ( ελάττωση µήκους ) του ελατηρίου. Γ) Οι µαθητές ξέρουν σώµατα που παθαίνουν ελαστική παραµόρφωση π.χ το λάστιχο, το ελατήριο κ.τ.λ. ) Οι µαθητές έχουν διδαχθεί την έννοια του βάρους στο ηµοτικό. Τώρα µαθαίνουν να την υπολογίζουν µε τη σχέση W = m.g ή να τη µετρούν µε δυναµόµετρο. Ε) Από τα µαθηµατικά ξέρουν ποια ποσά (µεγέθη) είναι ανάλογα,την µαθηµατική σχέση που εκφράζει τα ανάλογα ποσά y= α.χ καθώς και τη µορφή της γραφικής παράστασης της σχέσης αυτής (ευθεία που διέρχεται από την αρχή των αξόνων ). 1
4. Στόχοι 1) Εξοικείωση µε τη χρήση των νέων τεχνολογιών στη διαδικασία µάθησης. 2) Εξοικείωση µε την µαθησιακή διαδικασία πρόβλεψη, πειραµατική επαλήθευση, συµπέρασµα. 3) ιαχείριση οµαδοσυνεργατικής διδασκαλίας. ΟΙ µαθητές πρέπει : 4) Να προσεγγίζουν την έννοια της δύναµης µέσω των µεταβολών που προκαλεί στο σχήµα των σωµάτων, 5) Να ελέγχουν πειραµατικά, αν η επιµήκυνση του ελατηρίου είναι ανάλογη της δύναµης που την προκαλεί. 6) Να σχεδιάζουν την αντίστοιχη γραφική παράσταση από τον πίνακα πειραµατικών τιµών επιµήκυνσης δύναµης 7) Να καταλήγουν στο νόµο του Hook. και να µπορούν να τον χρησιµοποιούν για να µετρούν δυνάµεις. 8) Να εξασκηθούν στην οµαδοσυνεργατική µάθηση µε χρήση ΤΠΕ 9) Να αξιοποιούν τις ΤΠΕ για την κατανόηση και την εµβάθυνση των εννοιών της Φυσικής. 5. Λογισµικό συνδυασµός λογισµικών Θα χρησιµοποιηθεί η διαδικτυακή εφαρµογή Βαρίδια και ελατήρια Phet colorado (http://phet.colorado.edu/sims/mass-spring-lab/mass-spring-lab_el.html) 6. ιάρκεια ύο διδακτικές ώρες. 7. Οργάνωση τάξης & απαιτούµενη υλικοτεχνική υποδοµή. Η παρούσα διδασκαλία θα γίνει σε αίθουσα µε διαδραστικό πίνακα. Θα χρησιµοποιηθούν υπολογιστής,διαδραστικός πίνακας, το λογισµικό phet colorado και φύλλα εργασίας. Παράλληλα µπορεί να γίνει πραγµατικό εργαστήριο µε ελατήριο, βαρίδια,δυναµόµετρα και κανόνα ή µεζούρα 1 m για να έχουν οι µαθητές άµεση εποπτική εικόνα του πειράµατος. Οι µαθητές χωρίζονται σε τετραµελείς οµάδες και τους µοιράζονται 2 φύλλα εργασίας. Αρχικά ο καθηγητής κάνει µια σύντοµη εισήγηση για το τι θα ακολουθήσει. Στη συνέχεια καλείται ένας εκπρόσωπος από κάθε οµάδα να << τρέξει >> την 2
προσοµοίωση Βαρίδια και ελατήρια phet colorado. Όλες οι οµάδες σηµειώνουν τις µετρήσεις. Η κάθε οµάδα επεξεργάζεται τις µετρήσεις, σύµφωνα µε τα φύλλα εργασίας και εξάγει τα συµπεράσµατά της. Στο τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα από κάθε οµάδα και εξάγεται το γενικό συµπέρασµα. 8. Περιγραφή και αιτιολόγηση του σεναρίου Στο προτεινόµενο σενάριο η προσέγγιση της γνώσης βασίζεται στον εποικοδοµισµό σύµφωνα µε τον οποίο η νέα γνώση οικοδοµείται βήµα-βήµα πάνω σε προϋπάρχουσες γνωστικές δοµές των µαθητών. Οι µαθητές, καθοδηγούµενοι, συνεργάζονται µεταξύ τους και ανακαλύπτουν την νέα γνώση µέσα από δηµιουργικές δραστηριότητες που απαιτούν την ενεργό συµµετοχή τους. Στα φύλλα εργασίας οι µαθητές αρχικά καλούνται να προβλέψουν, στην συνέχεια να επιβεβαιώσουν την ορθότητα των προβλέψεων τους και τελικά να διατυπώσουν τα συµπεράσµατά τους. Με την προτεινόµενη οργάνωση της ύλης ο µαθητής καθοδηγούµενος, υποθέτει, παρατηρεί και µελετά, συνδυάζει, σχεδιάζει, συµπεραίνει. Το χρησιµοποιούµενο εποπτικό υλικό δίνει τη δυνατότητα στους µαθητές να παρατηρήσουν και να κατανοήσουν µε εύκολο και ευχάριστο τρόπο µέσα από προσοµοιώσεις και πολλαπλές αναπαραστάσεις τα αποτελέσµατα που προκαλούν οι δυνάµεις στα σώµατα στα οποία ασκούνται και ειδικότερα τις ελαστικές παραµορφώσεις. Το προτεινόµενο σενάριο αποτελείται από 2 φύλλα εργασίας. Το 1 ο φύλλο περιλαµβάνει 3 δραστηριότητες που έχουν ερωτήσεις πρόβλεψης επιβεβαίωσηςκατανόησης και εξαγωγής συµπεράσµατος. Το 2 ο φύλλο εργασίας περιλαµβάνει 4 δραστηριότητες όπου οι µαθητές εξασκούνται στην κατασκευή γραφικής παράστασης και καλούνται να εφαρµόσουν το συµπέρασµα,του πρώτου φύλλου εργασίας, για την µέτρηση µιας δύναµης. Επίσης συµπεραίνουν ότι η πειραµατική διαδικασία που ακολουθήθηκε χρησιµοποιείται στην κατασκευή δυναµόµετρων. ΠΡΟΣΤΙΘΕΜΕΝΗ ΠΑΙ ΑΓΩΓΙΚΗ ΑΞΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΠΕ Αξιοποιεί τις δυνατότητες των πολλαπλών αναπαραστάσεων του φαινοµένου. ίνεται η δυνατότητα εκτέλεσης πολλών πειραµάτων σε µικρό χρονικό διάστηµα. Προσφέρει ευελιξία στη ρύθµιση των παραµέτρων του πειράµατος. 9. Φύλλα εργασίας 3
1 Ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ραστηριότητα 1 η ( Ερωτήσεις πρόβλεψης ) α) Τι θα συµβεί αν στο ελεύθερο άκρο ενός κατακόρυφου ελατηρίου κρεµάσουµε ένα βαρίδι ; β) Τι θα συµβεί αν κρεµάσουµε ένα βαρίδι διπλάσιας µάζας ( άρα και βάρους ) από το αρχικό ; γ) Τι θα συµβεί αν κρεµάσουµε ένα βαρίδι πενταπλάσιας µάζας ( άρα και βάρους ) από το αρχικό ;.. δ) Τι σχέση µπορεί να έχει η επιµήκυνση του ελατηρίου µε τη δύναµη- βάρος που την προκαλεί ;. ραστηριότητα 2 η ( Eρωτήσεις επιβεβαίωσης ) Ανοίξτε την προσοµοίωση Βαρίδια ελατήρια από το διαδικτυακό λογισµικό Phet colorado. Α) Κρεµάστε το βαρίδι των 50g στο ελατήριο 1. Σύρετε το χάρακα έτσι ώστε να µετρά την επιµήκυνση του ελατηρίου σε σχέση µε το φυσικό του µήκος. Ξεκρεµάστε το βαρίδι των 50 g και επαναλάβετε τη διαδικασία µε τα βαρίδια των 100g και 250g. Kαταγράψτε τις τρεις επιµηκύνσεις και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα. Β) Θεωρείστε ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι g=10m/s 2 Μάζα (g) Μάζα (kg) ύναµη Βάρος Επιµήκυνση του ελατηρίου L F = W = m*g (N) (cm) 0 0 0 0 ραστηριότητα 3 η ( Ερωτήσεις συµπεράσµατος ) Γ) Τι σχέση παρατηρείτε ότι έχει η δύναµη που ασκείται κάθε φορά στο ελατήριο µε την επιµήκυνση που του προκαλεί ; ( Νόµος Hook )...... ) Με ποιο µαθηµατικό τύπο θα εκφράσουµε τη σχέση δύναµης επιµήκυνσης του ελατηρίου ;.. 4
2 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ραστηριότητα 1 η ( Eρώτηση πρόβλεψης) Τι µορφή θα έχει η γραφική παράσταση δύναµης (F) επιµήκυνσης ελατηρίου ( L) και γιατί ; ραστηριότητα 2 η ( Eρώτηση επιβεβαίωσης ) Να κάνετε τη γραφική παράσταση δύναµης ( F ) - επιµήκυνσης ( L ) στο παρακάτω σύστηµα αξόνων. Να χρησιµοποιήσετε τις τιµές των µεγεθών του προηγούµενου πίνακα. ραστηριότητα 3 η ( εφαρµογή του συµπεράσµατος για τη µέτρηση δύναµης ) Αξιοποιώντας το συµπέρασµα του φύλλου εργασίας 1 να προτείνετε και να περιγράψετε την πειραµατική διαδικασία µε τη βοήθεια της οποίας θα υπολογίσετε το βάρος του πράσινου, κίτρινου και κόκκινου βαριδίου αντίστοιχα. Η συµπλήρωση του παρακάτω πίνακα θα σας βοηθήσει να υπολογίσετε τα βάρη των βαριδίων. 5
Αντικείµενο Επιµήκυνση του ελατηρίου L (cm) Βάρος αντικειµένου σε ( N) Μάζα αντικειµένου σε ( g ) Πράσινο Κίτρινο Κόκκινο 10 1 100 ραστηριότητα 4 η ( Συµπέρασµα ) Πως µετράµε τις δυνάµεις ;. Πρόσθετες πληροφορίες Συζητάµε µε τους µαθητές για τα όργανα µέτρησης δύναµης, τα δυναµόµετρα, η κατασκευή των οποίων στηρίζεται στην παραπάνω πειραµατική διαδικασία Τσοπελογιάννη ήµητρα Φυσικός 6