dbotsakis's blog

1. ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΣΕΝΑΡΙΟΥ 

1.1.      ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ

Μελέτη της ταλάντωσης στο απλό εκκρεμές – Μελέτη της εξάρτησης της περιόδου του απλού εκκρεμούς, αφενός από τη μάζα και το μήκος του και αφετέρου από την επιτάχυνση της βαρύτητας. – Μέτρηση της επιτάχυνσης της βαρύτητας στη Γη, τη Σελήνη, τον Δία και σε άγνωστο πλανήτη Χ.

1.2.      ΕΜΠΛΕΚΟΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΤΙΚΕΣ  ΠΕΡΙΟΧΕΣ

Φυσική: Μηχανική

1.3.      ΤΑΞΕΙΣ ΣΤΙΣ ΟΠΟΙΕΣ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΠΕΥΘΥΝΕΤΑΙ

Φυσική Γενικής Παιδείας Β΄’ τάξης Λυκείου

1.4.      ΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕ ΤΟ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ

Στο Α.Π. Φυσικής Β΄ Λυκείου δεν προβλέπεται η διδασκαλία της ενότητας: «Ταλαντώσεις», αλλά προτείνετε η εργαστηριακή άσκηση μέτρησης της έντασης του πεδίου βαρύτητας, με χρήση του απλού εκκρεμούς. Το προτεινόμενο διδακτικό σενάριο έχει ως πυρήνα δυο (2) Φύλλα Εργασίας τα οποία ακολουθούν το πρότυπο: «Πρόβλεψη, Επιβεβαίωση, Συμπέρασμα». Αυτή η οργάνωση της μαθησιακής διαδικασίας είναι κατάλληλη και σε άλλες γνωστικές περιοχές.

• ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ & ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΥΛΙΚΟΤΕΧΝΙΚΗ ΥΠΟΔΟΜΗ

Εφόσον οι μαθητές εργαστούν σε ομάδες 2-3 ατόμων απαιτείται κατάλληλος αριθμός Η/Υ και το μάθημα μπορεί να γίνει στην αίθουσα πληροφορικής. Εναλλακτικά, για εργασία σε ομάδες 3-4 ατόμων απαιτείται κατάλληλος αριθμός Laptop, ενώ το μάθημα μπορεί να γίνει επίσης με όλη την τάξη, στην αίθουσα διδασκαλίας με έναν υπολογιστή και ένα βιντεο-προβολέα.

Λογισμικό: PheT

Ο διδάσκων μπορεί επίσης να σχεδιάσει δικές του εφαρμογές ή να αναζητήσει έτοιμες εφαρμογές Interactive Physics (IP) στο διαδίκτυο.

1.6.      ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ

α.     Γενικότεροι διδακτικοί στόχοι

Οι μαθητές να

1. εξοικειωθούν με τη διαδικασία «Πρόβλεψη, Επιβεβαίωση, Συμπέρασμα»,
2. αξιοποιούν αναπαραστάσεις
3. κατασκευάζουν και ερμηνεύουν διαγράμματα βγάζοντας συμπεράσματα από αυτά.

β.     Ειδικότεροι διδακτικοί στόχοι

Οι μαθητές να

1. αναγνωρίζουν την ταλάντωση ως ένα φυσικό φαινόμενο και να διακρίνουν τον «κινητικό» από τον «δυναμικό» όρο της έννοιας «ενέργεια ταλάντωσης»,
2. συνδυάζουν την εξέλιξη του φαινομένου μέσα από τις ενεργειακές μετατροπές
3. κατανοούν τη σχέση της περιόδου με τη σταθερά D της ταλάντωσης,
4. χρησιμοποιούν τη διατήρηση της μηχανικής ενέργειας ως παράγοντα ταλάντωσης σταθερού πλάτους.
5. συμπεράνουν ότι η ταλάντωση δε διατηρεί σταθερό πλάτος όταν υπάρχουν τριβές ή αντιστάσεις του αέρα.
6. συμπεράνουν ότι η περίοδος είναι ανεξάρτητη της μάζας του εκκρεμούς αλλά εξαρτάται από το μήκος του νήματος και από την ένταση του πεδίου βαρύτητας.
7. συνδυάζουν τη μείωση της μηχανικής ενέργειας με το έργο μη συντηρητικών δυνάμεων, όπως π.χ. η αντίσταση του αέρα.
8. συμπεραίνουν ότι ολική ενέργεια διατηρείται πάντα σε αντιδιαστολή με τη μηχανική ενέργεια που δεν διατηρείται πάντα.

1.7.      ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ

Δυο  (2) διδακτικές ώρες για την εφαρμογή ενός φύλλου εργασίας στην τάξη.

2. ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

Η ταλάντωση αποτελεί μια πολύ σημαντική ενότητα της φυσικής, κυρίως στην επόμενη τάξη. Στην τάξη αναφοράς μας οι απαιτήσεις του ΑΠ εστιάζονται στην μέτρηση της έντασης της βαρύτητας μέσω της ταλάντωσης του απλού εκκρεμούς. Πριν τη διδασκαλία της οι μαθητές της Β’ τάξης Λυκείου έχουν ήδη διδαχθεί την έννοια της περιόδου. Τις έννοιες της δυναμικής και της κινητικής ενέργειας, καθώς και τη διατήρηση της ενέργειας και τις μετατροπές της, έχουν διδαχθεί στην Α΄ Λυκείου. Ο διδάσκων συναντά αρκετά μαθησιακά εμπόδια (εναλλακτικές ιδέες μαθητών) στην προσπάθειά του να επιτύχει τους διδακτικούς στόχους αυτής της ενότητας.

Ενεργητικές μαθησιακές διαδικασίες, οι οποίες βασίζονται στην πειραματική εργασία, στη γνωστική σύγκρουση, στην εφαρμογή συνεργατικής εργασίας με κατάλληλα λογισμικά κ.α. ενεργοποιούν περισσότερες γνωστικές δεξιότητες των μαθητών, κάτι που αυξάνει τις πιθανότητες επιτυχίας της διδασκαλίας, δηλαδή η τελική άποψη των μαθητών να είναι σύμφωνη με την επιστημονικά αποδεκτή.

Στο πλαίσιο αυτό, η αξιοποίηση των δυνατοτήτων που προσφέρουν οι ΤΠΕ και ιδιαίτερα οι προσομοιώσεις στην ανάπτυξη διδασκαλιών, παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον.

2.1.      ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ ΠΟΥ ΠΡΟΤΕΙΝΟΥΝ ΤΑ ΣΧΟΛΙΚΑ ΒΙΒΛΙΑ

Τα σχολικό βιβλίο που χρησιμοποιήθηκε τα τελευταία χρόνια για τη διδασκαλία της Φυσικής Β’ τάξης Λυκείου προσπαθεί να προσεγγίσει τη γραμμική αρμονική ταλάντωση μέσω στατικών εικόνων (που αναφέρονται σε υποθετικά πειράματα). Προτείνετε η χρήση ΤΠΕ για τη μέτρηση του g καθώς εκτός από το Γήινο μπορούν οι μαθητές να μετρήσουν την ένταση του πεδίου στη Σελήνη, τον Δία και σε άγνωστο πλανήτη Χ.

2.2.      ΤΟ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΣΕΝΑΡΙΟ

Η προτεινόμενη οργάνωση της διδασκαλίας:

• Ακολουθεί σε γενικές γραμμές τη διάταξη της ύλης όπως είναι στο σχολικό βιβλίο. Οι δραστηριότητες που προτείνονται στους μαθητές είναι περίπου ίδιες με αυτές του σχολικού βιβλίου.
• Έχει ως πυρήνα δυο φύλλα εργασίας στα οποία ο μαθητής καθοδηγούμενος, εκφράζει της αντιλήψεις του, υποθέτει, παρατηρεί, μελετά και συμπεραίνει. Το πλεονέκτημα είναι ότι η πληροφόρηση παρέχεται με εποπτικό τρόπο μέσω προσομοιώσεων και πολλαπλών αναπαραστάσεων.

Το φύλλο εργασίας αποτελείται από 2 δραστηριότητες. Σε κάθε δραστηριότητα ακολουθείται το πρότυπο «Πρόβλεψη, Επιβεβαίωση, Συμπέρασμα».

Η 1^η δραστηριότητα στοχεύει στην ανάδειξη των αρχικών απόψεων-εναλλακτικών ιδεών των μαθητών και στην αναδόμηση ή τη συμπλήρωση των αρχικών απόψεων των μαθητών και στη διατύπωση με ακρίβεια της γνώσης που ανακαλύφθηκε.

Η 2^η δραστηριότητα είναι εφαρμογή των νέων γνώσεων, ώστε οι μαθητές να εξετάσουν αν οι νέες απόψεις παρέχουν επαρκέστερες των δικών τους ερμηνείες των φυσικών φαινομένων και στοχεύει στη σύνδεση με άλλες γνωστικές περιοχές και στην προετοιμασία για την εισαγωγή νέων γνώσεων.

Το φύλλο εργασίας: Μέτρηση της Περιόδου Τ

Δραστηριότητα 1^η

Επιδιώκουμε να διατυπωθούν οι απόψεις των μαθητών για το φαινόμενο της ταλάντωσης του απλού εκκρεμούς και να αναδειχθούν πιθανές εναλλακτικές ιδέες τους που αφορούν την ενέργεια ταλάντωσης και την εξάρτηση της περιόδου από το μήκος ή τη μάζα. του εκκρεμούς αλλά και από την ένταση του πεδίου βαρύτητας. Δε γίνεται συζήτηση για το ποιες απόψεις είναι σωστές ή λάθος. Αυτή η κρίση θα προκύψει από τη συζήτηση στη 2^η δραστηριότητα.

Δραστηριότητα 2^η

Από τη συζήτηση των μαθητών τόσο μέσα σε κάθε ομάδα όσο και στο σύνολο της τάξης, επιδιώκουμε να εξαχθούν συμπεράσματα που αφορούν τον τρόπο με τον οποίο μεταβάλλεται η κινητική και η δυναμική ενέργεια στην ταλάντωση καθώς και για τη διατήρηση του αθροίσματός τους. Δίνεται έμφαση στο γεγονός ότι κατά τη φορά της κίνησης του εκκρεμούς δρα μόνο συνιστώσα του βάρους του. Επισημαίνεται ότι η σπουδαιότητα της μηχανικής ενέργειας συνδέεται με τη διατήρησή της, σε αντιδιαστολή με τον κινητικό και το δυναμικό όρο οι οποίοι συνεχώς μεταβάλλονται.

3. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Φυσική Β΄ τάξης Γενικού Λυκείου, έκδοση ΟΕΔΒ., Αθήνα 2010

Φυσική Β΄ τάξης Γενικού Λυκείου – Βιβλίο Καθηγητή, έκδοση ΟΕΔΒ, Αθήνα 2010

Κουλαϊδής Β.: (1995) Αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου, Εκδόσεις Gutenberg

Κόκκοτας Π.:(2000) (Επιμ.) Διδακτικές προσεγγίσεις στις φυσικές επιστήμες – Σύγχρονοι προβηματισμοί, εκδόσεις τυπωθήτω.

Πατάπης Σ.: (1995) Μεθοδολογία της διδασκαλίας της Φυσικής Β΄ Έκδοση

Arons A.B.: (1992) Οδηγός διδασκαλίας της Φυσικής – Μετάφραση Βαλαδάκη Α., Εκδόσεις Τροχαλία.

Driver R., Squires A., Rushworth P., Wood-Robinson V.: (1999) Οικοδομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών – Μια παγκόσμια σύνοψη των ιδεών των μαθητών Επιμ. Π. Κόκκοτας, Μετ. Μ. Χατζή, Εκδόσεις τυπωθήτω.

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ g

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

• Δραστηριότητα 1^η

Στο σχήμα φαίνεται το απλό εκκρεμές, δηλαδή μια μικρή σφαίρα μάζας m  που κρέμεται από  νήμα μήκους L και ισορροπεί με το νήμα στην κατακόρυφη θέση Ο. Αν εκτρέψουμε τη σφαίρα κατά μια γωνία φο, έστω 30^ο, με το νήμα τεντωμένο (θέση Σ) και το αφήσουμε ελεύθερο αυτή θα εκτελέσει «παλινδρομική» κίνηση διαδοχικά από τα σημεία Α (ακραία θέση), Ο (κατώτερη θέση) και Β (ακραία θέση). Μια τέτοια κίνηση ονομάζεται ταλάντωση. Θεωρούμε ότι δεν υπάρχει αντίσταση αέρα και μετράμε το χρόνο της επανάληψης του φαινομένου (Α-Ο-Β-Ο-Α) την οποία ονομάζουμε περίοδο Τ της ταλάντωσης, για συγκεκριμένα μάζα και μήκος.

Πειραματισμός και επιβεβαίωση (στο περιβάλλον του προγράμματος)

Ανοίξτε το αρχείο phet-pendulum-lab. για να τρέξει η εφαρμογή. Επιλέξτε μάζα 0,1kg και μήκος 0,5m. Επιλέξτε χρονόμετρο φωτοπύλης, εκκρεμές 1 και πατήστε το κουμπί ξεκίνημα. Εκτρέψτε το σώμα σε γωνία 30^ο και κάντε  κλικ στο κουμπί  σταμάτημα-ξεκίνημα. Καταγράψτε τη μέτρηση της περιόδου Τ στο χρονόμετρο. Διατηρείστε σταθερή τη μάζα και μετρήστε με το χρονόμετρο την περίοδο Τ, για μήκος 0,5m, 1m, 1,5m και 2m. Συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα Ι. Επαναλάβετε τη μέτρηση της περιόδου με σταθερή γωνία 30^ο, σταθερό μήκος 1m, για μάζα 0.5kg, 1kg, 1,5kg, 2kg και συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα ΙΙ.

ΠΙΝΑΚΑΣ Ι                                                                                      ΠΙΝΑΚΑΣ ΙΙ

Διατυπώστε τα συμπεράσματά σας. …………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

• Δραστηριότητα 2^η

Προκειμένου να υπολογίσουμε την ένταση της βαρύτητας μετράμε την περίοδο Τ του εκκρεμούς για σταθερή  γωνία και μάζα, αλλάζοντας το μήκος του εκκρεμούς. Επιλέξτε Γη στο πράσινο πλαίσιο. Για σταθερή γωνία φο=30^ο και μάζα m=0.5kg, επαναλάβετε την προηγούμενη διαδικασία για διάφορα μήκη και καταγράψτε τις μετρήσεις στον αντίστοιχο πίνακα. Επιλέξτε διαδοχικά Σελήνη, Δίας και Πλανήτης Χ για να μετρήσετε την περίοδο σε αυτά τα πεδία βαρύτητας, συμπληρώνοντας τους αντίστοιχους πίνακες.

ΓΗ                                                                     ΣΕΛΗΝΗ

ΔΙΑΣ                                                                  ΠΛΑΝΗΤΗΣ Χ

ΦΥΛΛΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

(παραδοτέο από τους μαθητές)

Σε χαρτί μιλιμετρέ κάνε τις γραφικές παραστάσεις =f(L), του τετραγώνου της περιόδου  ως προς το μήκος του εκκρεμούς. Η κλίση της καμπύλης που θα προκύψει είναι το κλάσμα k=  .

Από την κλίση της καμπύλης για κάθε πλανήτη, υπολόγισε την ένταση του πεδίου βαρύτητάς του.