Σκοπός & Στόχοι της Διδακτικής Πρακτικής Γενικός Σκοπός Με το μοντέλο ροής θερμότητας οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να εξηγούν γιατί αντικείμενα διαφορετικών θερμοκρασιών έρχονται σε θερμική ισορροπία, διακρίνοντας τις έννοιες θερμοκρασία, θερμότητα και θερμική ενέργεια. Επιμέρους Στόχοι ως προς το γνωστικό αντικείμενο και ως προς τη μαθησιακή διαδικασία. Γνώσεις Οι μαθητές: να διαπιστώσουν ότι αυτό που μεταφέρεται από το ζεστό στο κρύο δεν είναι η θερμοκρασία, να αναγνωρίζουν τη θερμότητα ως τη μορφή ενέργειας που μεταφέρεται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, να αναγνωρίζουν ότι η θερμότητα προκαλεί θερμοκρασιακές μεταβολές, να διακρίνουν τη θερμότητα από τη θερμοκρασία, να περιγράφουν τη χρονική εξέλιξη των θερμοκρασιών δύο σωμάτων σε θερμική επαφή, να διατυπώνουν και να αναγνωρίζουν πότε υπάρχει κατάσταση θερμικής ισορροπίας και πότε όχι. Ικανότητες Στάσεις να διατυπώνουν και να ελέγχουν υποθέσεις να καταγράφουν σωστά και να αναλύουν τα δεδομένα. Να είναι ικανοί να εργάζονται ως ομάδα, να επικοινωνούν αποτελεσματικά, να σέβονται τις ιδέες των άλλων, Σημειώστε αν αξιοποιούνται εκπαιδευτικά λογισμικά και υπηρεσίες των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και Επικοινωνίας (ΤΠΕ) Το λογισμικό ΣΕΠ, Η/Υ και video projector. Ώρα έναρξης: Εκτιμώμενη διάρκεια Οι μαθητές έχουν διδαχθεί τις έννοιες θερμοκρασία, θερμότητα και θερμική ενέργεια. Επίσης έχουν διδαχθεί ότι όταν δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική αλληλεπίδραση (θερμική επαφή) τότε υπάρχει η δυνατότητα ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ τους. Έχουν μελετήσει θερμικές καταστάσεις με τη βοήθεια μικροσκοπικών μοντέλων στον Η/Υ.
Διάρκεια: 45 λεπτά Γενική Περιγραφή Διδακτικής Πρακτικής Η προσέγγιση του θέματος γίνεται με εμπλουτισμένη ομαδική διδασκαλία. Η μέθοδος είναι ανακαλυπτική. Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των 4 ατόμων στο εργαστήριο των φυσικών επιστημών. Συμπληρώνουν ομαδικά το φύλλο εργασίας και αναφοράς. Ο εκπαιδευτικός: α) φροντίζει για το σχηματισμό των ομάδων των μαθητών (εννοείται ότι αυτό έχει επαναληφθεί στο παρελθόν και οι μαθητές είναι εξοικειωμένοι), β) δίνει σε κάθε ομάδα ένα φύλλο εργασίας και αναφοράς, γ) συντονίζει τη συζήτηση στην ολομέλεια, συμβουλεύει, επισημαίνει και φροντίζει να γίνεται σωστή διαχείριση του χρόνου, δ) εκτελεί πείραμα επίδειξης με το εκπαιδευτικό λογισμικό ΣΕΠ στο οποίο δίνεται η δυνατότητα ταυτόχρονης, με την εξέλιξη του φαινομένου, δημιουργίας γραφημάτων που δείχνουν τη χρονική εξέλιξη των θερμοκρασιών, απελευθερώνοντας τους μαθητές από την ανιαρή συλλογή των μετρήσεων αναπτύσσοντας Σωκρατικούς διαλόγους, ε) παραλαμβάνει τα συμπληρωμένα φύλλα εργασίας και αναφοράς τα οποία χρησιμοποιεί σε συνδυασμό με το φύλλο παρατηρήσεων και το φύλλο αυτοαξιολόγησης για την αξιολόγηση των μαθητών. ΦΑΣΗ 1: Διαμόρφωση πρότερων εμπειριών και γνώσεων Ξεκινάμε από τις εμπειρίες των μαθητών δραστηριότητα 1.1 όπου οι μαθητές καταθέτουν τις απόψεις τους και ο εκπαιδευτικός αποκτά μια πρώτη ιδέα για τα νοητικά μοντέλα που έχουν αναπτύξει οι μαθητές. Μπορεί να οδηγήσει τη συζήτηση στο αν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αυξάνεται τόσο όσο μειώνεται η θερμοκρασία του φαγητού. ΦΑΣΗ 2: Διατύπωση υποθέσεων Στις δραστηριότητες 2.1 και 2.2 οι μαθητές διατυπώνουν υποθέσεις για την επίλυση προβλημάτων με βάση τις πρότερες γνώσεις και εμπειρίες τους. Στη φάση αυτή ο εκπαιδευτικός δε διορθώνει τα πιθανά λάθη των μαθητών. Απλά οι απόψεις τους καταγράφονται στο φύλλο εργασίας και αναφοράς. ΦΑΣΗ 3: Πειραματισμός-Δεδομένα Στις δραστηριότητες 3.1 3.2 Οι μαθητές καταγράφουν τις αρχικές θερμοκρασίες, παρακολουθούν την εξέλιξη των θερμοκρασιών όπως αυτές εξελίσσονται στην προσομοίωση και καταγράφουν τις τελικές θερμοκρασίες διαπιστώνοντας τη μορφή της χρονική εξέλιξη των θερμοκρασιών ελέγχοντας τις υποθέσεις τους. Ο εκπαιδευτικός δείχνει την προσομοίωση με το ΣΕΠ και επιχειρείται η πρόκληση γνωστικής σύγκρουσης με στόχο τη διάκριση των εννοιών θερμοκρασία, θερμότητα και θερμική ενέργεια αλλά και τη μελέτη της χρονικής εξέλιξης των θερμοκρασιών μέχρι τη θερμική ισορροπία.
ΦΑΣΗ 4: Ανάλυση δεδομένων Στη δραστηριότητα 4.1 οι μαθητές συμπληρώνουν τον πίνακα ανάλυσης των δεδομένων και στην 4.2 καλούνται να αποφανθούν για τις ποσότητες του κρύου και του ζεστού νερού οι οποίες πρέπει να είναι διαφορετικές και αυτό να φαίνεται καθαρά στο εικονικό εργαστήριο. ΦΑΣΗ 5: Συζήτηση Στη δραστηριότητα 5 οι μαθητές συζητούν στις ομάδες και ανακοινώνουν τα αποτελέσματα. Επιχειρούνται πάλι γνωστικές συγκρούσεις, αναδόμηση των ιδεών των μαθητών αλλά και εφαρμογή της νέας γνώσης. Συγκεκριμένα, στη δραστηριότητα 5.1 συζητείται ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. Στη δραστηριότητα 5.2 αναμένεται οι μαθητές να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι μεταβάλλεται περισσότερο η θερμοκρασία του νερού με τη μικρότερη μάζα. Στη δραστηριότητα 5.3 αναμένεται οι μαθητές να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι αυτό που μεταφέρθηκε από το τη μια ποσότητα νερού στην άλλη δεν είναι η θερμοκρασία, αλλά η θερμότητα, και το αποτέλεσμα αυτής της μεταφοράς είναι η μείωση της θερμοκρασίας και της θερμικής ενέργειας του ζεστού νερού, και η αύξηση της θερμοκρασίας και της θερμικής ενέργειας του κρύου νερού μέχρις ότου οι θερμοκρασίες εξισωθούν, οπότε λέμε ότι αποκαταστάθηκε η θερμική ισορροπία. Στη δραστηριότητα 5.4 ξαναδίνεται για συζήτηση το πρόβλημα της δραστηριότητας 2.1 ώστε να εφαρμόσουν τη νέα γνώση. Εδώ μπορεί να τεθεί και το ερώτημα «τι λέγατε στην αρχή; τι λέτε τώρα;» Μεταγνώση. ΦΑΣΗ 6: Αξιολόγηση O εκπαιδευτικός παραλαμβάνει τα συμπληρωμένα φύλλα εργασίας και αναφοράς των ομάδων τα οποία αξιολογεί στο γραφείο του. Φύλλα Εργασίας Η παρούσα Διδακτική Πρακτική συνοδεύεται από φύλλο εργασίας το οποίο δίνεται σε έντυπη μορφή στους μαθητές, ως οδηγός πραγματοποίησης των προαναφερθέντων δραστηριοτήτων και ως φύλλο αναφοράς και αξιολόγησης. Υλικοτεχνική Υποδομή Εκπαιδευτικό λογισμικό ΣΕΠ Η/Υ και video projector Η αξιολόγηση θα μπορούσε να γίνει με το φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. Το φύλλο αυτό έχει τέσσερις τομείς. Κάθε τομέας αξιολογείται ξεχωριστά. Η παρακάτω πρόταση για την αξιολόγηση ισχύει για κάθε εργαστηριακή άσκηση. ΤΟΜΕΑΣ Υποθέσεις- Προβλέψεις ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ Έως 10 μόρια: Αξιολογούμε αν οι μαθητές διατύπωσαν κάποια υπόθεση ή πρόβλεψη, που θα μπορούσε να επαληθευτεί από τα αποτελέσματα του πειράματος.
Δεδομένα και Ανάλυση δεδομένων Έως 30 μόρια: Οι μαθητές σημειώνουν τις μετρήσεις τους στον πίνακα των δεδομένων, που υπάρχει στον εργαστηριακό οδηγό. Σκοπός Συζήτηση- Συμπεράσματα- Γενικεύσεις. Έως 10 μόρια: Αξιολογούμε αν οι μαθητές έχουν αντιληφθεί το σκοπό του πειράματος. Έως 50 μόρια: Οι μαθητές, αφού συζητήσουν, εκτιμήσουν και εξηγήσουν τα αποτελέσματά τους, καταγράφουν τις δυσκολίες που συνάντησαν και πώς τις ξεπέρασαν. Καταγράφουν επίσης τις απαντήσεις τους σε διάφορα ερωτήματα για προβληματισμό. Ακόμη οι μαθητές θα πρέπει να συζητήσουν το σκοπό και τους στόχους του πειράματος σε σχέση με τα αποτελέσματα. Τα συμπεράσματα θα πρέπει να είναι καθαρά και θα πρέπει να δηλώνεται αν επαληθεύτηκαν οι υποθέσεις και οι προβλέψεις τους. Ένα άλλο εργαλείο που βοηθά στην αξιολόγηση είναι το φύλλο ομαδικής αυτοαξιολόγησης της εργαστηριακής δραστηριότητας, που υπάρχει στο φύλλο εργασίας και συμπληρώνεται από τους μαθητές. Τέλος, επισυνάπτεται και ένα εργαλείο αξιολόγησης της συμπεριφοράς, το οποίο συμπληρώνεται από τον καθηγητή την ώρα που οι μαθητές εργάζονται ή και μετά το τέλος του μαθήματος. Μπορεί να είναι ατομικό ή ομαδικό. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΜΑΘΗΤΗ Ή ΟΜΑΔΑΣ Μαθητής ή ομάδα Δραστηριότητες: 1. 2 κλπ. Α=σπάνια Β=περιστασιακά Γ= συχνά Δ=συστηματικά 1 2 3 4 5 6 Παραμένει στο καθήκον Ακολουθεί τις κατευθύνσεις Εκδηλώνει αρχηγία Σέβεται τις ιδέες των άλλων Συνεργάζεται Επικοινωνεί αποτελεσματικά Μοιράζεται τα καθήκοντα ισοδύναμα Εργάζεται με ασφάλεια Χειρίζεται τον εξοπλισμό σωστά Αναπτύσσει πρωτοβουλίες Εκδηλώνει επιστημονική περιέργεια
ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Θερμική ισορροπία ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ 1.1 Τι κάνετε όταν το φαγητό σας είναι πολύ ζεστό και δε μπορείτε να το φάτε; 2.1 Μπορούμε με ένα κανονικό θερμόμετρο να μετρήσουμε τη θερμοκρασία νερού μέσα σε μια δακτυλήθρα; 2.2 Ένα μεγάλο ποτήρι περιέχει 250 ml κρύο νερό θερμοκρασίας 20 o C. Μέσα στο μεγάλο ποτήρι έχουμε τοποθετήσει ένα μικρό ποτήρι με ζεστό νερό θερμοκρασίας 60 o C Το μικρό ποτήρι έχει τέτοια τοιχώματα, ώστε οι δύο ποσότητες νερού βρίσκονται σε θερμική επαφή. Τα τοιχώματα του μεγάλου ποτηριού δεν επιτρέπουν πρακτικά ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.
Περιγράψτε τον τρόπο με τον οποίο θα μεταβάλλονται οι θερμοκρασίες των δύο ποσοτήτων νερού που είναι σε θερμική επαφή. (Εάν θέλετε μπορείτε και να παραστήσετε γραφικά στο ίδιο γράφημα τη χρονική εξέλιξη των θερμοκρασιών του νερού στα δύο δοχεία.) 3.1 Καταγράψτε στον παρακάτω πίνακα δεδομένων 1 τις αρχικές θερμοκρασίες. ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 1 Αρχική θερμοκρασία κρύου νερού στο μεγάλο ποτήρι ( ο C) Αρχική θερμοκρασία ζεστού νερού στο μικρό ποτήρι ( ο C) Παρακολουθήστε την εξέλιξη της θερμοκρασίας από το γράφημα που εμφανίζεται στην οθόνη προβολής. 3.2 Όταν σταθεροποιηθούν οι θερμοκρασίες καταγράψτε τις τελικές τιμές τους στον παρακάτω πίνακα δεδομένων 2. Τελική θερμοκρασία νερού στο μεγάλο ποτήρι ( ο C) ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 2 Τελική θερμοκρασία νερού στο μικρό ποτήρι ( ο C) 4.1 Υπολογίστε την τιμή της μεταβολής ΔΤ της θερμοκρασίας του νερού βρύσης και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του ζεστού νερού και συμπληρώστε τις τιμές τους στον παρακάτω πίνακα ανάλυσης δεδομένων,
ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Μεταβολή θερμοκρασίας νερού στο μεγάλο ποτήρι ΔΤ 1 ( ο C) Μεταβολή θερμοκρασίας νερού στο μικρό ποτήρι ΔΤ 2 ( ο C) 4.2. Διαγράψτε στην παρακάτω πρόταση μία από τις λέξεις κρύο-ζεστό. Μεγαλύτερη μάζα είχε το αρχικά κρύο/ζεστό νερό. ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ 5.1 Γράψτε, ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης..... 5.2 Τι διαπιστώνετε από τη σύγκριση των μαζών των δύο ποσοτήτων νερού και από τις αντίστοιχες μεταβολές στη θερμοκρασία τους;.. 5.3 Τι ήταν αυτό που μεταφέρθηκε από το τη μια ποσότητα νερού στην άλλη και ποιο το αποτέλεσμα αυτής της μεταφοράς; Απαντήστε σύντομα χρησιμοποιώντας μια ή περισσότερες φορές τις λέξεις θερμική, ενέργεια, θερμοκρασία, θερμότητα, ισορροπία.............
5.4 Μπορούμε με ένα κανονικό θερμόμετρο να μετρήσουμε τη θερμοκρασία νερού μέσα σε μια δακτυλήθρα; Σαράντος Οικονομίδης sarecon@gmail.com