ραστηριότητα για το Γενικό Μέρος Ενότητα 5: "Χρήση εκπαιδευτικού λογισµικού" Παπαδηµητρόπουλος Νικόλαος ΠΕ04 Χηµικός ΠΑΚΕ: Αττικής και Στερεάς Ελλάδας Τµήµα: 4880-4 email: npapadimitropoulos@gmail.com Εκφώνηση: Οργανώστε µέσα σε wiki σενάριο έως τρίωρης διάρκειας για οµαδική εργασία µε τη χρήση και αξιοποίηση εκπαιδευτικού λογισµικού και προσοµοιώσεων που υπάρχουν στο διαδίκτυο ή και µαθησιακών αντικειµένων κατασκευασµένων µε εργαλεία web2.0 για την ειδικότητά σας. Επίβλεψη ραστηριότητας: Τσαγκάνου Γραµµατική 1. Τίτλος Σεναρίου Η διδασκαλία τoυ νόµου του Ohm σε µαθητές Γ Γυµνασίου. 2. Εµπλεκόµενες γνωστικές περιοχές Φυσική: Ηλεκτρισµός Τάξεις στις οποίες απευθύνεται: Φυσική Γ τάξης Γυµνασίου. Wiki: Η διδασκαλία τoυ νόµου του Ohm σε µαθητές Γ Γυµνασίου (http://pake04.wikispaces.com/η+διδασκαλία+τoυ+νόµου+του+ohm+σε+µαθητές+γ +Γυµνασίου) 3. Προαπαιτούµενες γνώσεις και δεξιότητες ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ - ΕΞΙΟΤΗΤΕΣ Οι µαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να: σχεδιάζουν ένα ηλεκτρικό κύκλωµα. µετρούν την τάση και την ένταση µε τη χρήση βολτόµετρου και αµπερόµετρου. µεταφράζουν αριθµητικά δεδοµένα σε γραφικές παραστάσεις και να σχεδιάζουν γραφικές παραστάσεις στο Excel. περιγράφουν την έννοια του αντιστάτη. 4. Στόχοι Οι µαθητές µετά την υλοποίηση του σεναρίου πρέπει να είναι σε θέση να: 1. υπολογίζουν την αντίσταση ενός αντιστάτη. 2. σχεδιάζουν τη γραφική παράσταση της έντασης συναρτήσει της τάσης. 3. διατυπώνουν τον ορισµό του νόµου του Ohm. 1
5. Απαιτούµενη υλικοτεχνική υποδοµή-λογισµικό Εφόσον οι µαθητές εργαστούν σε οµάδες 2 3 ατόµων απαιτείται κατάλληλος αριθµός Η/Υ και το µάθηµα µπορεί να γίνει στην αίθουσα πληροφορικής ή µε τη χρήση netbook. Χρησιµοποιείται το applet του phet: «εργαστήριο κατασκευής κυκλωµάτων συνεχούς ρεύµατος». Στο συγκεκριµένο applet οι µαθητές µπορούν εύκολα να πειραµατιστούν σχεδιάζοντας το κατάλληλο κάθε φορά κύκλωµα. Πλεονεκτήµατα από τη χρήση του λογισµικού είναι ότι: παρέχει τη δυνατότητα για µεγάλο αριθµό µετρήσεων από τους ίδιους µαθητές, οι οποίες θα ήταν αδύνατο να πραγµατοποιηθούν στη χρονική διάρκεια µιας διδακτικής ώρας. αποτελεί σηµαντική εναλλακτική λύση στην περίπτωση που δεν υπάρχει κατάλληλη εργαστηριακή υποδοµή (αµπερόµετρα, βολτόµετρα, αντιστάτες κ.τ.λ.). 6. ιάρκεια 1 διδακτική ώρα για την εφαρµογή του φύλλου εργασίας, και µισής διδακτικής ώρας για το κριτήριο αξιολόγησης. Πρέπει να τονιστεί ότι ο προβλεπόµενος χρόνος βρίσκεται σε συµφωνία µε το Αναλυτικό Πρόγραµµα Σπουδών. 2
7. Ανάλυση περιεχοµένου διδακτικό αντικείµενο Η τάση και η ένταση είναι ποσά ανάλογα µόνο στην περίπτωση που δεν µεταβάλλεται σηµαντικά η θερµοκρασία, πράγµα που δεν συµβαίνει σε έναν ηλεκτρικό λαµπτήρα. Οι µαθητές εργάζονται µόνο στην περίπτωση του Ωµικού αντιστάτη. 8. Εναλλακτικές αντιλήψεις των µαθητών Η διδασκαλία του ηλεκτρισµού στο Γυµνάσιο φέρνει τον εκπαιδευτικό αντιµέτωπο µε ποικίλες δυσκολίες. Οι µαθητές προσπαθούν να ερµηνεύσουν µικροσκοπικά φαινόµενα όπως είναι η κίνηση των ηλεκτρονίων µέσα στα καλώδια αλλά και να εργαστούν µε µακροσκοπικές µεταβλητές όπως η τάση, η ένταση και η αντίσταση. Οι µαθητές µπορεί να έχουν ακούσει στην καθηµερινή τους ζωή για αυτά τα φυσικά µεγέθη αλλά συχνά τα συγχέουν µεταξύ τους. Ο ρόλος του εκπαιδευτικού του είναι να σχεδιάσει το κατάλληλο σενάριο/φύλλο εργασίας το οποίο θα διαχειριστεί όλες αυτές τις διδακτικές παραµέτρους. 9. Συσχετισµός µε το Αναλυτικό Πρόγραµµα Το σενάριο ακολουθεί το ΑΠΣ της σχολικής χρονιάς 2011-12. 10. Οργάνωση τάξης Οι µαθητές κάθονται σε πάγκους εργασίας µε έναν Η/Υ ανά 2-3 άτοµα. Ο εκπαιδευτικός έχει απλά το ρόλο του συντονιστή και όχι του κριτή σωστού-λάθους. Οι µαθητές θα είναι οι ίδιοι χειριστές του applet. Για αυτό θα χρειαστεί προεργασία όσο αφορά την επίδειξη των κύριων σηµείων του. Στο τελευταίο στάδιο συµπληρώνονται τα συµπεράσµατα. Εδώ όλες οι οµάδες απευθύνονται στην ολοµέλεια της τάξης, παρουσιάζοντας τα συµπεράσµατά. Εδώ ο ρόλος του εκπαιδευτικού ως συντονιστή της συζήτησης είναι ιδιαίτερα σηµαντικός καθώς όλες οι οµάδες πρέπει να συµµετέχουν ενεργά στην εξαγωγή και καταγραφή των συµπερασµάτων. 11. ιδακτικές προσεγγίσεις Πυρήνας της διδασκαλίας είναι ένα φύλλο εργασίας που αντιστοιχεί σε µία διδακτική ώρα. Αλληλεπίδραση µαθητών - εκπαιδευτικού: Χρησιµοποιείται η οµαδοσυνεργατική διδασκαλία, καθώς µε αυτή αναπτύσσονται ικανότητες επικοινωνίας και συνεργασίας µεταξύ των µαθητών, ενώ µπορεί να αντιµετωπίσει υλικοτεχνικές ελλείψεις µε τη χρήση ενός Η/Υ από παραπάνω από έναν µαθητή. 3
Μέθοδος διδασκαλίας: Ακολουθείται η Επιστηµονική µέθοδος. Επίσης περιλαµβάνονται στάδια (διατύπωση και έλεγχος υποθέσεων εναλλακτικών ιδεών) σε συµφωνία µε την εποικοδοµητική προσέγγιση ώστε να γίνει διαχείριση των εναλλακτικών απόψεων των µαθητών. Στρατηγική διδασκαλίας ροή µαθήµατος: α. ιατυπώνεται ένα πρόβληµα, ως έναυσµα και για τον προσανατολισµό των µαθητών σε ότι πρόκειται να ακολουθήσει. β. ιατυπώνονται προβλέψεις που έχουν ως στόχο την καταγραφή των εναλλακτικών ιδεών των µαθητών. γ. Σχεδίαση του πειράµατος ελέγχου των προβλέψεων, καθώς έρευνες έχουν δείξει ότι οι µαθητές δυσκολεύονται να κατανοήσουν διαδικασίες που σχεδίασαν άλλοι. δ. Πραγµατοποίηση του πειράµατος ελέγχου και επεξεργασία των δεδοµένων ε. Έλεγχος των προβλέψεων, ώστε να τροποποιηθούν οι εναλλακτικές ιδέες. στ. Καταγραφή συµπερασµάτων. 12. Περιγραφή και αιτιολόγηση των διδακτικών δραστηριοτήτων Αλληλεπίδραση µαθητών: Οµαδοσυνεργατική διδασκαλία Κύρια µέθοδος διδασκαλίας: Επιστηµονική µέθοδος - Εποικοδοµητική προσέγγιση Στρατηγική διδασκαλίας ροή µαθήµατος: 1) Στόχοι του µαθήµατος. Κοινοποιούνται στους µαθητές οι στόχοι του µαθήµατος. 2) ιέγερση του ενδιαφέροντος-φάση προσανατολισµού Παρουσιάζεται ένα πρόβληµα όπου η µεταβολή στην τάση που εφαρµόζεται στα άκρα ενός διπόλου προκαλεί υπερθέρµανση λόγω µεγάλης αύξησης της έντασης του ρεύµατος. 3) Πρόβλεψη ιατυπώνονται ερωτήσεις που διερευνούν τη σχέση της τάσης µε την ένταση και την αντίσταση. Επιδιώκουµε: (α) Να διατυπώσουν οι µαθητές τις απόψεις που έχουν για το φαινόµενο. (β) Να αναδιατυπώσουν τις απόψεις τους ως υποθέσεις προς πειραµατικό έλεγχο. Αποφεύγεται να γίνει συζήτηση για το ποιες απόψεις είναι σωστές ή λάθος. Αυτή η κρίση θα προκύψει από τον έλεγχο των προβλέψεων. 4
4) Σχεδίαση της πειραµατικής διάταξης και της πειραµατικής διαδικασίας. Οι µαθητές σχεδιάζουν την πειραµατική διάταξη και διαδικασία. Είναι απαραίτητη διότι οι έρευνες έχουν δείξει ότι οι µαθητές εκτελούν µηχανικά και δεν κατανοούν πειραµατικές διαδικασίες που έχουν σχεδιαστεί από άλλους. 5) Εκτέλεση της πειραµατικής διαδικασίας - επεξεργασία Η διαδικασία εκτελείται από τους µαθητές αφού πρώτα συζητηθούν οι προτάσεις όλων των οµάδων των µαθητών, χρησιµοποιώντας την προσοµοίωση. Συγκεκριµένα: Σχηµατίζουν την ηλεκτρική διάταξη µε την οποία θα εργαστούν. Μετρούν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύµατος για διάφορες τιµές της τάσης. Υπολογίζουν την αντίσταση ενός αντιστάτη για διάφορες τιµές της τάσης. Σχεδιάζουν την γραφική παράσταση της έντασης συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης. 6) Σχολαστικός έλεγχος υποθέσεων πειραµατικών αποτελεσµάτων Η διαδικασία αυτή θα οδηγεί στην οικειοποίηση των συµπερασµάτων από τους µαθητές. 7) Σύνοψη και εφαρµογή της νέας γνώσης. Στο στάδιο αυτό οι µαθητές καταγράφουν το τι έµαθαν. Βασικός παράγοντας αποτελεσµατικής χρήσης του φύλλου εργασίας είναι παραγωγική οργάνωση της συζήτησης των απόψεων µεταξύ των µαθητών. Ο καθηγητής έχει το ρόλο του συντονιστή και όχι του κριτή του «σωστού λάθους». Η καλή οργάνωση των συζητήσεων θα επιτρέψει την ολοκλήρωση σε 1 διδακτική ώρα. 13. Φύλλο εργασίας και κριτήριο αξιολόγησης Στις επόµενες σελίδες ακολουθεί το φύλλο εργασίας, και το κριτήριο αξιολόγησης που θα συµπληρωθεί στο σχολείο. 5
Ο νόµος του Ohm Όνοµα:..Τµήµα.. Α. ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Όταν η τάση στην πρίζα είναι µεγαλύτερη από το κανονικό, τότε υπάρχει κίνδυνος οι ηλεκτρικές συσκευές να καταστραφούν ή ακόµα και να εκδηλωθεί πυρκαγιά λόγω της µεγάλης έντασης ρεύµατος που τις διαρρέει. Για αυτό αρκετές φορές µεταξύ της πρίζας και της ηλεκτρικής συσκευής παρεµβάλλεται ένας σταθεροποιητής τάσης. Β. ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ Ι. Η ένταση που διαρρέει έναν αντιστάτη και η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του: α. είναι ποσά ανάλογα β. είναι ποσά αντιστρόφως ανάλογα ΙΙ. Η αντίσταση του αντιστάτη: α. αυξάνεται όταν αυξάνεται η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. β. µειώνεται όταν αυξάνεται η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. γ. δεν εξαρτάται από την τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. Γ. ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ Με τα άλλα µέλη της οµάδας σου µπορεί να µην έχεις κάνει τις ίδιες προβλέψεις. Αν διαθέτετε µπαταρία, καλώδια, αντιστάτη, βολτόµετρο, αµπερόµετρο, συζητείστε και σχεδιάστε ένα πείραµα για να ελέγξετε αν οι προβλέψεις σας είναι σωστές. Με λίγα λόγια να περιγράψετε ή να ζωγραφίσετε το πείραµα ελέγχου που προτείνετε: Πριν ξεκινήσετε το πείραµα συζητήστε το µε την τάξη έτσι ώστε όλα τα παιδιά να εκτελέσετε την ίδια διαδικασία.
. ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ Ι. Προετοιµασία της πειραµατικής διάταξης: Ανοίξτε την προσοµοίωση «εργαστήριο κατασκευής κυκλωµάτων συνεχούς ρεύµατος». Στο εικονικό εργαστήριο που έχετε µπροστά σας τοποθετήστε στο πάγκο εργασίας ένα βολτόµετρο, ένα αµπερόµετρο, διακόπτη, µπαταρία και καλώδια. Πατήστε δεξί κλικ και στην τάση της µπαταρίας ορίστε τιµή 0. ΙΙ. Πραγµατοποίηση του πειράµατος: 1. Κατασκευάστε το κύκλωµα του σχήµατος. 2. Κλείστε τον διακόπτη. 3. Αλλάξτε µε δεξί κλικ τις τιµές της τάσης της µπαταρίας, ώστε να συµπληρώσετε την ένταση στον παρακάτω πίνακα. 4. Υπολογίστε την αντίσταση του αντιστάτη για κάθε ζεύγος τιµών τάσης έντασης. Τι παρατηρείτε; Τάση V (V) Ένταση Ι (Α) Αντίσταση R (Ω) 0 0-10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
5. Σχεδιάστε την γραφική παράσταση της έντασης συναρτήσει της τάσης. I (A) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 V (V) Τι ποσά είναι η ένταση και η τάση; Ε. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΩΝ ΠΡΟΒΛΕΨΕΩΝ ΜΕ ΤΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ I. Είχες προβλέψει ότι, η ένταση που διαρρέει έναν αντιστάτη και η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του: α. είναι ποσά ανάλογα β. είναι ποσά αντιστρόφως ανάλογα Από το πείραµα διαπίστωσες ότι, η ένταση που διαρρέει το έναν αντιστάτη και η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του: α. είναι ποσά ανάλογα β. είναι ποσά αντιστρόφως ανάλογα IΙ. Είχες προβλέψει ότι, η αντίσταση του αντιστάτη: α. αυξάνεται όταν αυξάνεται η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. β. µειώνεται όταν αυξάνεται η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. γ. δεν εξαρτάται από την τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. Από το πείραµα διαπίστωσες ότι, η αντίσταση του αντιστάτη: α. αυξάνεται όταν αυξάνεται η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. β. µειώνεται όταν αυξάνεται η τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. γ. δεν εξαρτάται από την τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. ΣΤ. ΣΥΝΟΨΗ α. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύµατος που διαρρέει έναν αντιστάτη είναι της τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του. β. Η αντίσταση του αντιστάτη από την τάση που εφαρµόζεται στα άκρα του.
ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟΝ ΝΟΜΟ ΤΟΥ ΟΗΜ Όνοµα:..Τµήµα.. 1. ιατυπώστε το νόµο του Ohm: 2. ίνεται το ηλεκτρικό κύκλωµα του σχήµατος: 2 Να συµπληρώσετε τον πίνακα του παρακάτω σχήµατος: Πράξεις: Τάση V (V) Ένταση Ι (Α) Αντίσταση R (Ω) 0 0-30 2 60 90 3. Σχεδιάστε την γραφική παράσταση της έντασης συναρτήσει της τάσης. I (A) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 V (V)
14. Βιβλιογραφία 1. Φυσική Γ Γυµνασίου - Βιβλίο Μαθητή, Νικόλαος Αντωνίου κ.α. ΟΕ Β 2. Φυσική Γ Γυµνασίου - Βιβλίο Εκπαιδευτικού, Νικόλαος Αντωνίου κ.α. ΟΕ Β 3. Οικοδοµώντας τις Έννοιες των Φυσικών Επιστηµών, R. Driver κ.α. Τυπωθήτω 4. Επιµορφωτικό Υλικό για την Επιµόρφωση των Εκπαιδευτικών στα ΚΣΕ, Β Έκδοση, σελ. 335-349, ΙΤΥ 5. Προσοµοίωση phet: Εργαστήριο κατασκευής συνεχούς ρεύµατος, University of Colorado