ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM

• Αρχική
• Εισαγωγή
• Δραστηριότητα
• Διαδικασία
• Πηγές-Μέσα
• Αξιολόγηση
• Συμπέρασμα
• Εκπαιδευτικός

Εισαγωγή

1. Τίτλος

Νόμος του Ώμ  «Ο ηλεκτρικός πολιτισμός μας!»

2. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές

Φυσική Γ’ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Κεφάλαιο 2.3 Ηλεκτρικά Δίπολα (Έκδοση 2014 ISBN978-960=06-2779-4)

3. Γνώσεις και πρότερες ιδέες ή αντιλήψεις των μαθητών

Οι μαθητές του Γυμνασίου κάνουν τα πρώτα βήματά τους σε έννοιες της Φυσικής που αργότερα θα τις αναπτύξουν διεξοδικά. Το βιβλίο της Γ’ Γυμνασίου ξεκινά στο κεφάλαιο 1 με την έννοια του ηλεκτρικού φορτίου, και τις δυνάμεις που αναπτύσσονται ανάμεσα στα φορτία. Στο κεφάλαιο προσπαθεί να εξηγήσει πώς από ένα απλά κινούμενο φορτίο έχουμε την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος. Συνεχίζει με τη σύνδεση των τριών μεγεθών (αντίσταση – ρεύμα – τάση) προσπαθώντας να δώσει μία μαθηματική σχέση που συνδέει τα τρία αυτά μεγέθη. 

Μέχρι τώρα οι μαθητές δεν έχουν καμία ουσιαστική επαφή με το αντικείμενο τόσο σε θεωρητικό όσο σε πρακτικό επίπεδο.

Αυτό προκαλεί συγχύσεις στην αντίληψη των μαθητών σχετικά με το αντικείμενο. Οι περισσότεροι δεν ξέρουν ακόμη να ξεχωρίζουν τη φυσική υπόσταση των τριών μεγεθών.

Σε πολλούς απ’ αυτούς θα περάσουν πολλά χρόνια για να μπορέσουν να εμβαθύνουν την έννοια του νόμου του Ώμ.

Η άγνοια πολλές φορές βοηθάει περισσότερο από την ημιμάθεια αλλά η παντελής έλλειψη πληροφορίας απαιτεί την εκκίνηση από πολύ βασικά στάδια ενημέρωσης.

Η πρότερη γνώση περί φορτίων θεωρείται απαραίτητη και βασική. Η γνώση της εμφάνισης ηλεκτρικού πεδίου γύρω από φορτίο  προαπαιτείται. Η αιτία κίνησης των φορτίων βοηθάει.

Το προτεινόμενο σενάριο συμπληρώνει με οπτικό αλλά και πειραματικό υλικό, την θεωρία του βιβλίου, βοηθώντας το μαθητή, με πειραματικά δεδομένα να τεκμηριώσει την ορθότητα των μαθηματικών μοντέλων και ουσιαστικά να έλθει σε επαφή με την αλληλεπίδραση των τριών μεγεθών. Το επίπεδο είναι προσαρμοσμένο στον πρωτόπειρο μαθητή και διαδοχικά μεταλλάσσεται προσαρμοζόμενο στο επίπεδο δυσκολίας του αντικειμένου.

Οι πειραματικές διαδικασίες προβλέπουν διατάξεις όπου τα αποτελέσματα που θα προκύψουν θα έλθουν σε σύγκρουση με τις προϋπάρχουσες αντιλήψεις τους. Έτσι θα γίνει προσπάθεια για την ανασκευή των παρανοήσεων και την υπέρβαση πρότερων λαθών.

4. Σκοπός και στόχοι

• Σκοπός είναι να καταλάβει ο μαθητής τι είναι η αντίσταση, το ρεύμα και η τάση. Πώς συναρμολογούμε έναν απλό κύκλωμα. Πώς μετράμε διάφορα φυσικά μεγέθη. Ποιες είναι οι βασική συμπεριφορά του κυκλώματος και από πιο μαθηματικό μοντέλο περιγράφεται.
• Οι στόχοι είναι να παρατηρήσουν αρχικά τη συμπεριφορά ενός κυκλώματος πηγής μεταβαλλόμενης αντίστασης και λυχνίας. Στη συνέχεια να μετρήσουν τα διάφορα μεγέθη που ποιοτικά μετέβαλαν και αφού υπολογίσουν τις μαθηματικές παραμέτρους να εξηγήσουν τα αποτελέσματά τους.
  
  Αναλυτικά:
   

• Γνωστικοί:
   

• Να αναγνωρίζουν ένα απλό κύκλωμα. Πώς λειτουργεί.
• Να διακρίνουν τα την τάση και το ρεύμα.
• Να αναπαριστούν τις μετρήσεις σε διαγράμματα.
• Να συνδέουν όργανα και να μετρούν.
   

• Δεξιότητες:
   

• Να χειρίζονται όργανα όπως το βολτόμετρο και το αμπερόμετρο.
• Να ρυθμίζουν τη θέση πειραματικών μοντέλων
• Να καταγράφουν μετρούμενα μεγέθη.
• Να εξάγουν συμπεράσματα.
• Να χειρίζονται το απαραίτητο λογισμικό.
   

• Στάσεις:
   

• Να τους κινήσουμε το ενδιαφέρον για τη χρήση των νέων τεχνολογιών και για παραγωγικούς σκοπούς.
• Να συνδέουν τη θεωρητική γνώση με το πειραματικό μοντέλο.
• Να συνεργάζονται και να ανταλλάσουν γνώσεις, ιδέες και προτάσεις.
• Να μπορέσουν στο τέλος να απορρίψουν ή να τροποποιήσουν ιδέες του παρελθόντος.
   

5. Κατηγορία λογισμικού – συνδυασμός κατηγοριών λογισμικού

Μετά από έρευνα που έγινε προκειμένου να βρεθεί το καλύτερο λογισμικό για την υλοποίηση των στόχων του συγκεκριμένου σεναρίου δύο είναι τα λογισμικά που θα χρησιμοποιηθούν με κατάλληλες τροποποιήσεις προσαρμοσμένες στη φιλοσοφία του σεναρίου.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση θα χρησιμοποιηθούν:

1. Τμήματα από το:          http://www.physics-chemistry-interactive-flash-animation.com/
2. Και από το:                www.falstad.com

Προτιμήθηκε το συγκεκριμένο στην πρώτη περίπτωση γιατί αποτελεί κατεξοχήν ένα περιβάλλον προσομοίωσης με μεγάλο βαθμό αλληλεπιδραστικότητας έχοντας δυνατότητες διερεύνησης με την ποικιλία εργαλείων που διαθέτει. Στις εφαρμογές του μπορεί να παρουσιαστεί η προσομοίωση μιας κατάστασης ή μιας διαδικασίας. Όμως, λαμβάνοντας υπόψη τις προσφερόμενες δυνατότητές του, οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι αυτό το λογισμικό μπορεί να ενταχθεί και στα ανοικτά περιβάλλοντα διερεύνησης ειδικών θεμάτων - εικονικά εργαστήρια.

Η προστιθέμενη εκπαιδευτική αξία του παραπάνω λογισμικού  αναδεικνύεται από το ελκυστικό  περιβάλλον διεπαφής το οποίο εντυπωσιάζει το μαθητή και εξασφαλίζει τη θετική στάση του. Η προσομοίωση είναι απλή στη χρήση και δεν απαιτεί ιδιαίτερες τεχνικές γνώσεις . Είναι σημαντική για τα γνωστικά οφέλη η δυνατότητα των πολλαπλών αναπαραστάσεων . Ο μαθητής μπορεί να αξιοποιήσει τα αριθμητικά δεδομένα και να εκμεταλλευτεί τις γραφικές παραστάσεις. Έτσι μέσω των εναλλακτικών παρουσιάσεων και των μεταβάσεων από τη μια μορφή στην άλλη, ο μαθητής ξεκαθαρίζει, συγκρίνει και συνδέει δεδομένα και αποτελέσματα. 

Στην δεύτερη περίπτωση το λογισμικό δίνει τη δυνατότητα στο μαθητή να κατασκευάσει το δικό του μοντέλο και να πειραματισθεί με αυτό. Διαθέτοντας πληθώρα εξαρτημάτων και επιλογών, εξασκείται ο εκπαιδευόμενος στην κατασκευή και μελέτη ηλεκτρονικών αλλά και ηλεκτρικών κυκλωμάτων.

Επίσης ένα χαρακτηριστικό των εφαρμογών είναι ότι παρουσιάζουν διάφορα φυσικά φαινόμενα/ έννοιες μέσα στο πλαίσιο αυθεντικών καταστάσεων. Οι μαθητές εμπλέκονται σε δραστηριότητες που εντάσσονται στο πεδίο των βιωματικών τους εμπειριών.

6. Διάρκεια

Το συγκεκριμένο σενάριο προκειμένου να υλοποιηθεί αξιοποιώντας τα παραπάνω html & applet, χρειάζεται την εφαρμογή ενός φύλλου εργασίας των 120’.

Πέραν όμως της εκτέλεσης του φύλλου θα χρειασθεί και χρόνος συζήτησης στην τάξη προκειμένου να ολοκληρωθεί η διαδικασία της διδαχής των μαθητών στον Νόμο του Ώμ!

 7. Οργάνωση τάξης & απαιτούμενη υλικοτεχνική υποδομή

Το μάθημα είναι εργαστηριακό. Οι μαθητές εργάζονται ανά ένας σε κάθε υπολογιστή ή το πολύ δύο. Επιπρόσθετα εργαλεία είναι φορητός υπολογιστής και προβολέας. Όλο το λογισμικό είναι προεγκατεστημένο ώστε να μην χρειάζεται η ύπαρξη καν δικτύου. Διανέμεται φύλλο εργασίας στον κάθε μαθητή όπου περιέχονται όλα τα μέρη της εκτέλεσης της άσκησης.

Εάν υπάρχει δυνατότητα εργάζονται οι μαθητές ένας σε κάθε υπολογιστή. Στην περίπτωση αδυναμιών μπορούμε να τοποθετήσουμε και δύο μαθητές σε κάθε μηχάνημα. Όχι όμως πάνω από δύο γιατί υπάρχει αδυναμία συνεργασίας των λογισμικών.

Στην περίπτωση που έχουμε έλλειψη πολλών μηχανημάτων τότε υποχρεωτικά κατασκευάζουμε μεγαλύτερες ομάδες.

Εάν έχουμε μόνο έναν υπολογιστή τότε εκτελούμε τα φύλλα σε μορφή επίδειξης.

Φροντίζουμε πάντα να έχουμε εύκολη πρόσβαση στους υπολογιστές μέσα στο εργαστήριο ώστε να υποστηρίζουμε τεχνικά τους εκπαιδευόμενους.

Κάθε μαθητής έχει φύλλο εργασίας σε τυπωμένη μορφή. Σ’ αυτό υπάρχει άφθονος χώρος για να γράφουν μετρήσεις και συμπεράσματα προκειμένου να αξιοποιηθούν στο μέλλον. Επιθυμητό είναι να έχουμε αποστείλει εκ των προτέρων το φύλλο εργασίας στους μαθητές μας στην ηλεκτρονική τους μερίδα σε αναγνώσιμη μορφή.

 8. Περιγραφή και αιτιολόγηση του σεναρίου

Α. Αιτιολόγηση θεωρητικού πλαισίου.

Το συγκεκριμένο εκπαιδευτικό σενάριο στοχεύει στη διερεύνηση της λειτουργίας του Νόμου του Ώμ. Γίνεται εναρμονισμός της διδακτέας ύλης του σχολικού βιβλίου με τις φάσεις εκτέλεσης πειραματικών προσομοιώσεων σε ηλεκτρονικό περιβάλλον. Για το σκοπό αυτό επιλέγεται το συγκεκριμένο λογισμικό που προέρχεται δύο sites. Το λογισμικό δεν είναι εξελληνισμένο και εντάσσεται στην κατηγορία του εικονικού εργαστηρίου. Είναι χρήσιμο οι μαθητές να συνηθίζουν στην ορολογία φυσικών μεγεθών στα Αγγλικά. Στις δραστηριότητες των ασκήσεων περιλαμβάνονται το πείραμα, η δοκιμή, η επαλήθευση ή ακόμα και η διάψευση

Β. Περιγραφή δραστηριοτήτων του σεναρίου.

Κατά την υλοποίηση του σεναρίου και κατ’ επέκταση των φύλλων εργασίας εφαρμόζονται διάφορες δραστηριότητες προκειμένου να συμβάλουμε στην ομαλότερη και αποδοτικότερη διεξαγωγή της διδασκαλίας ώστε να προσεγγίσουμε τα προσδοκώμενα μαθησιακά αποτελέσματα.

• Οι δραστηριότητες ψυχολογικής και γνωστικής προετοιμασίας.
  Αρχικά γίνεται μία θεωρητική εισαγωγή για το τι θα ακολουθήσει. Εξηγούμε στην τάξη ότι πρόκειται να ασχοληθούμε με κάποιο βασικό κομμάτι του ηλεκτρισμού. Εάν διαθέτουμε βίντεο-προβολέα εμφανίζουμε εικόνες ή σκίτσα που εμφανίζουν το θέμα μας με φωτογραφικό ίσως  και αστείο τρόπο ώστε να αποκτήσει ο μαθητής μια πρώτη εικόνα από το φαινόμενο. Μπορούμε να κάνουμε και μία ιστορική εισαγωγή για το ποιος διατύπωσε το νόμο και πότε.
  Ρωτάμε τους μαθητές αν έχουν μια ιδέα για το τι είναι τα τρία μεγέθη που περιγράφει ο νόμος, αν έχουν ξανακούσει τη λέξη και τι συμπεράσματα έχουν αποκομίσει μέχρι τώρα.
  Τους αναφέρουμε τα στάδια που θα ακολουθήσουν ώστε να διεξαχθεί ομαλά η εκτέλεση του πειράματος. Τους αναλύουμε τους ρόλους του εκπαιδευτή και του εκπαιδευόμενου.
  Οι μαθητές θα γράφουν τις απαντήσεις τους σε κενές γραμμές στο φύλλο εργασίας.
   
• Οι δραστηριότητες διδασκαλίας του γνωστικού αντικειμένου.
  Εδώ εντάσσεται το κυρίως μέρος εκτέλεσης του πειράματος.
  Μέσα από διαδοχικά στάδια με απλό και κατανοητό τρόπο προσπαθούμε να οδηγήσουμε το μαθητή ώστε να συμπεράνει το προσδοκώμενο. Δηλαδή προσπαθούμε να ενισχύσουμε προϋπάρχουσες γνώσεις, ή να ανασκευάσουμε λανθασμένες αντιλήψεις ώστε να οικοδομήσουμε νέες γνώσεις.
  Γίνεται φανερό στους μαθητές το πλεονέκτημα των υπολογιστικών περιβαλλόντων σε σύγκριση με τον τυπικό τρόπο διδασκαλίας.
  Ενθαρρύνουμε τον πειραματισμό, τη μοντελοποίηση, τη συνεργασία, και γενικά τα βοηθητικά εργαλεία ώστε να ολοκληρώσουμε το έργο.
• Οι δραστηριότητες εμπέδωσης.
  Κατά την εκτέλεση του φύλλου οι μαθητές καλούνται να κατασκευάσουν διαγράμματα από τα οποία να παρατηρήσουν τη σχέση που συνδέει τα τρία μεγέθη.
  Τους ζητιέται να γράψουν τα συμπεράσματά τους και να τα αιτιολογήσουν. Να εφαρμόσουν τις νέες γνώσεις τους ώστε να αποδείξουν μαθηματικούς τύπους.
   
• Οι δραστηριότητες αξιολόγησης του γνωστικού αντικειμένου. 
  Μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας ακολουθεί η φάση ελέγχου του τι κατάφεραν σε πρώτη φάση να αποκομίσουν οι μαθητές από την όλη διαδικασία. Κάποιες ερωτήσεις αντιστοίχισης, πολλαπλών επιλογών ή και ερωτήσεις ανοιχτού τύπου, θα βοηθήσουν στο να αξιολογήσουμε το βαθμό της διάχυσης της πληροφορίας.
   
• Οι μεταγνωστικές δραστηριότητες.
  Αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία του πειράματος οι μαθητές καλούνται να

συμπληρώσουν διατυπώνοντας την ιδέα τους σχετικά με αυτό που μόλις

ολοκλήρωσαν τα υπέρ και τα κατά και να αντιπροτείνουν δικές τους ιδέες για το πώς θα το προτιμούσαν ή θα ήθελαν σε μελλοντική χρήση να μετασχηματισθεί η διεξαγωγή του φύλλου.
 

9. Φύλλα εργασίας

Για την υλοποίηση του σεναρίου εκτελούν οι μαθητές ένα φύλλο εργασίας των 120 λεπτών.

• Έγινε προσπάθεια ώστε να χρησιμοποιηθεί γλώσσα κατάλληλη για την ηλικία των παιδιών με σαφείς και περιεκτικές οδηγίες.
• Δόθηκαν οι απαραίτητες πληροφορίες που απαιτούνται για την ομαλή υλοποίηση των δραστηριοτήτων.
• Καταβλήθηκε ιδιαίτερη προσοχή ώστε το φύλλο εργασίας να αφήνει περιθώρια πρωτοβ&omicr