Σελίδα Εκπαιδευτικού
| Συζήτηση και σχόλια για την Ιστοεξερεύνηση |  |
Ο Νόμος του Ωμ
Α: ΤΑΥΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ
1.1Γνωστικό αντικείμενο ή γνωστικά αντικείμενα
Ηλεκτροτεχνία (Κυκλώματα συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος) – Εργαστηριακό μέρος
1.2 Τάξη ή τάξεις στις οποίες απευθύνεται
Β΄ τάξη Ημερήσιου ΕΠΑ.Λ., Τομέας Ηλεκτρολογίας, Ηλεκτρονικής και Αυτοματισμού.
1.3Διάρκεια Εφαρμογής Σεναρίου
2 Διδακτικές ώρες.
Β. ΠΛΑΙΣΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ
1.4Διδακτικοί στόχοι ή αναμενόμενα αποτελέσματα
Μετά την πραγματοποίηση του σεναρίου οι μαθητές θα είναι ικανοί να:
- Αναφέρουν ότι σε ένα κύκλωμα με μία δεδομένη τιμή αντίστασης όσο αυξάνεται η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος, τόσο αυξάνεται και η ένταση του ρεύματος στο κύκλωμα.
- Αναγνωρίζουν ότι σε ένα απλό κύκλωμα με μία αντίσταση, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της αντίστασης αυτής, τόσο μικρότερο θα είναι το ρεύμα του κυκλώματος.
- Αναφέρουν το σωστό τρόπο σύνδεσης του βολτόμετρου και του αμπερόμετρου για τη μέτρηση της αντίστασης ενός απλού κυκλώματος.
- Υπολογίζουν ένα από τα V, I,R αν γνωρίζουν δύο από αυτά.
- Αναγνωρίζουν ότι η γραφική παράσταση του νόμου του Ωμ (τάσεως – ρεύματος) για ωμικό αντιστάτη είναι ευθεία γραμμή.
- Αναπτύσσουν δεξιότητες στην εξ αποστάσεως επικοινωνία και συνεργασία με τους άλλους.
1.5Ενορχήστρωση της τάξης
Οι μαθητές θα εργαστούν σε ομάδες των 2-3 ατόμων ενισχύοντας την ομαδοσυνεργατική διαδικασία. Ο εκπαιδευτικός έχει το ρόλο του συντονιστή και συμβούλου για τις ομάδες των μαθητών του όταν του ζητηθεί.
1.6Τεκμηρίωση του σεναρίου
1.6.1 Προϋπάρχουσες γνώσεις
Για να πραγματοποιηθεί το συγκεκριμένο σενάριο πρέπει οι μαθητές να έχουν ήδη διδαχθεί το νόμο του Ωμ στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος και τα τρία βασικά ηλεκτρικά μεγέθη που συνδέονται με το νόμο του Ωμ (της ηλεκτρικής αντίστασης, του ηλεκτρικού ρεύματος και της ηλεκτρικής τάσης). Θα πρέπει επίσης να γνωρίζουν τα ηλεκτρικά μεγέθη που μετρούν το αμπερόμετρο και το βολτόμετρο αντίστοιχα.
1.6.2 Γνωστικές παρανοήσεις για την ενότητα
Ο Ηλεκτρισμός αποτελεί ένα από τα πιο δύσκολα θέματα διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών. Η αόρατη φύση του, το κάνει αφηρημένο θέμα διδασκαλίας. Αυτό που είναι απαραίτητο, είναι ο μαθητής να αναπτύξει ένα νοητικό μοντέλο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει προβλέψεις για τη συμπεριφορά βασικών ηλεκτρικών κυκλωμάτων.
Όταν οι μαθητές μελετούν τα ηλεκτρικά κυκλώματα κάνουν συλλογισμούς με αφηρημένες έννοιες όπως ρεύμα, τάση και ενέργεια και συναντούν μεγάλη δυσκολία στη διαφοροποίηση τους. Αυτό έχει ως συνέπεια να βλέπουμε συχνά τους όρους ενέργεια, ρεύμα, ισχύς, ηλεκτρισμός, φορτίο και τάση να χρησιμοποιούνται ως συνώνυμα. Επιπλέον, οι μαθητές σχηματίζουν μία ποικιλία εννοιολογικών μοντέλων μέσω των οποίων “κατανοούν” τα φαινόμενα που αντιμετωπίζουν. Η έρευνα έχει αποκαλύψει ότι μερικά από αυτά τα μοντέλα, αφού σχηματιστούν, έχουν την τάση να παρουσιάζουν εκπληκτική ανθεκτικότητα στην αλλαγή δια της διδασκαλίας.
Ο νόμος του Ωμ συσχετίζει τρία βασικά μεγέθη και οι πιο συνηθισμένες εναλλακτικές (προβληματικές) αντιλήψεις των μαθητών σε σχέση με αυτά και σε σχέση με τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα είναι οι ακόλουθες:
- Υπάρχουν τέσσερα βασικά εννοιολογικά μοντέλα που χρησιμοποιούν συνήθως οι μαθητές για να περιγράψουν τη ροή του ρεύματος σε ένα απλό κύκλωμα (Εικόνα 1):
- Το μονοπολικό μοντέλο. Οι μαθητές θεωρούν δηλαδή ότι δεν υπάρχει ρεύμα στη διαδρομή επιστροφής και ότι μόνο ο ένας ακροδέκτης του τροφοδοτικού είναι ενεργός. Έτσι στο εργαστηριακό μάθημα, συνδέουν στο κύκλωμα μόνο τον έναν ακροδέκτη, θεωρώντας ότι ο άλλος δεν είναι ενεργός.
- Το μοντέλο των συγκρουόμενων ρευμάτων. Οι μαθητές θεωρούν ότι το ρεύμα ρέει προς τη λάμπα ή την αντίσταση και από τους δύο πόλους της μπαταρίας.
- Το μοντέλο της εξασθένισης του ρεύματος. Οι μαθητές θεωρούν ότι το ρεύμα που κυκλοφορεί στο κύκλωμα κάνει την εξής πορεία: φεύγει από τον έναν ακροδέκτη της μπαταρίας, κάποιο μέρος του καταναλώνεται στον λαμπτήρα και επιστρέφει πίσω στον άλλο ακροδέκτη της μπαταρίας λιγότερο ρεύμα.
- Το μεριστικό μοντέλο. Σύμφωνα με αυτό, το ρεύμα διαιρείται και μοιράζεται ισόποσα στα στοιχεία του κυκλώματος.
Εικόνα 1: Τα μοντέλα των μαθητών για το ρεύμα σε απλά κυκλώματα (τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος).
- Οι μαθητές δυσκολεύονται να κατανοήσουν ότι υπάρχουν δύο διαφορετικές μεταβλητές, η τάση και το ρεύμα, οι οποίες είναι απαραίτητες για να ερμηνεύσουν ένα απλό κύκλωμα. Σε πολλές εργασίες που αφορούν κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, οι μαθητές χρησιμοποιούν μία έννοια που ονομάζουν ρεύμα ή ενέργεια και έχει τις ιδιότητες της κίνησης, της αποθήκευσης και της κατανάλωσης.
- Η διαφορά δυναμικού παραμένει μία αφηρημένη έννοια στην οποία αναφέρονται οι μαθητές είτε με τον νόμο του Ωμ (V=RI) είτε πειραματικά με την ανάγνωση της ένδειξης ενός βολτόμετρου. Κατά αυτόν τον τρόπο δεν αντιλαμβάνονται ότι η διαφορά δυναμικού μπορεί να υπάρξει μεταξύ μη συνδεδεμένων σημείων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Ο μηχανισμός που συνδέει τη διαφορά δυναμικού με το ρεύμα δεν γίνεται κατανοητός από τους μαθητές και η σχέση μεταξύ τους παραμένει μαθηματική. Δηλαδή, όταν τα προβλήματα παρουσιάζονται στους μαθητές με αριθμητικά δεδομένα αυτοί χρησιμοποιούν τους νόμους του Ωμ ή του Kirchhoff για να τα λύσουν μάλλον με έναν μηχανικό τρόπο. Όταν όμως τους παρουσιάζεται ένα πρόβλημα που χρειάζεται μία ποιοτική διερεύνηση και μία βαθύτερη κατανόηση των φυσικών επιστημών και όχι μία επίλυση με αλγόριθμους, τότε αντιμετωπίζουν πολλά προβλήματα. Στο πλαίσιο αυτό οι μαθητές έχουν την τάση να υιοθετούν μία «μερική» άποψη για το κύκλωμα: δεν αντιλαμβάνονται ότι η αλλαγή σε ένα σημείο του κυκλώματος επιφέρει αλλαγές σε ολόκληρο το κύκλωμα.
- Σε ένα κύκλωμα με ένα βρόχο η τάση μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ένα είδος ώθησης. Επειδή όμως αυτή είναι πάντα σε αναλογία με το ρεύμα οι μαθητές δυσκολεύονται να τη διακρίνουν σαν έννοια από το ρεύμα.
| Συζήτηση και σχόλια για την Ιστοεξερεύνηση | |
