Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές
Φυσική: Οπτική
Τάξη στην οποία απευθύνεται:
Γ΄ Γυμνασίου
Εκτιμώμενη διάρκεια :
3 διδακτικές ώρες
Διδακτική μέθοδος:
ανακαλυπτική προσέγγιση με στοιχεία εποικοδομισμού
Διδακτικοί στόχοι:
Οι μαθητές:
- Να εξοικειωθούν οι μαθητές με το φαινόμενο της διάθλασης και τις έννοιες που απαιτούνται για την περιγραφή του (φύλλο εργασίας 1)
- Να σχεδιάζουν γραφικές παραστάσεις από πειραματικά δεδομένα (φύλλα εργασίας 2-4)
- Να εξοικειωθούν με τη ανακαλυπτική μέθοδο (φύλλα εργασίας 2, 3, 4, 5).
- Να ανακαλύψουν την εξάρτηση της γωνίας διάθλασης από την γωνία πρόσπτωσης και τους δείκτες διάθλασης (φύλλα εργασίας 3, 4, 5).
- Να περιγράφουν τι είναι ολική ανάκλαση και κάτω από ποιες συνθήκες παρατηρείται (φύλλα εργασίας 3-4).
Υλικοτεχνική υποδομή:
Υπολογιστές ανά ομάδα (σε Εργαστήριο Φυσικής ή Πληροφορικής), διαδραστικός πίνακας ή προτζέκτορας, φύλλα εργασίας, υλικά για απλά πειράματα διάθλασης (μολύβι ή στυλό και ποτήρι ή μικρό μπουκάλι με νερό)
Λογισμικό που θα χρησιμοποιηθεί:
- Φυλλομετρητής (ενδεικτικά Google Chrome ή Firefox)
- Γρήγορη σύνδεση στο διαδίκτυο
- Λογισμικό προβολής βίντεο (υπηρεσία YouTube)
- Υπολογιστικά φύλλα (MS Office Excel, OpenOffice Calc κλπ)
Δραστηριότητές και οργάνωση της διδασκαλίας
1η δραστηριότητα: Παρουσίαση διάθλασης και ορισμοί
Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες. Ο εκπαιδευτικός προβάλει ένα σύντομο βίντεο (https://sites.google.com/site/anaklasediathlase/diathlase-tou-photos) και κατόπιν αναθέτει στις ομάδες να αναζητήσουν στο διαδίκτυο ή το σχολικό βιβλίο τους ορισμούς για το οπτικό μέσο, την διάθλαση, τον δείκτη διάθλασης, την προσπίπτουσα ακτίνα, τη διαθλώμενη ακτίνα και τις γωνίες διάθλασης και πρόσπτωσης (έχουν ήδη παρουσιαστεί με λεπτομέρειες στο βίντεο). Αυτή η εργασία θα βοηθήσει την ολοκλήρωση των δύο επόμενων, κύριων, φάσεων του σεναρίου. (Φύλλο εργασίας 1)
2η δραστηριότητα- Εικονικό Πείραμα 1: Δείκτης διάθλασης 1
Στο φύλλο εργασίας (2ο μέρος – Πείραμα 1) οι μαθητές, ανά ομάδες, επιλέγουν μία υπόθεση-πρόβλεψη για το πώς η μεταβολή του δείκτη διάθλασης του πρώτου μέσου θα επηρεάσει τη γωνία διάθλασης. Στη συνέχεια χρησιμοποιούν την προσομοίωση για να μεταβάλλουν το δείκτη διάθλασης του 2ου μέσου (ανεξάρτητη μεταβλητή) και καταγράφουν τόσο αυτόν όσο και την προκύπτουσα γωνία διάθλασης (εξαρτημένη μεταβλητή).
Σχεδιάζουν την γραφική παράσταση στην περιοχή με το χαρτί μιλιμετρέ του φύλλου εργασίας (ή καλύτερα στο αρχείο Excel και στη συνέχεια το παραδίδουν μαζί με το φύλλο εργασίας).
3η δραστηριότητα- Εικονικό Πείραμα 2: Δείκτης διάθλασης 2
Στο φύλλο εργασίας (3ο μέρος- Εικονικό Πείραμα 2) οι μαθητές, ανά ομάδες, επιλέγουν μία υπόθεση-πρόβλεψη για το πώς η μεταβολή του δείκτη διάθλασης του 1ου μέσου θα επηρεάσει τη γωνία διάθλασης.
Στη συνέχεια χρησιμοποιούν την προσομοίωση για να μεταβάλλουν το δείκτη διάθλασης του 1ου μέσου (ανεξάρτητη μεταβλητή) και καταγράφουν τόσο αυτόν όσο και την προκύπτουσα γωνία διάθλασης (εξαρτημένη μεταβλητή).
Σχεδιάζουν την γραφική παράσταση στην περιοχή με το χαρτί μιλιμετρέ του φύλλου εργασίας (ή καλύτερα στο αρχείο Excel και στη συνέχεια αντιγράφουν το γενικό σχήμα στο φύλλο εργασίας). Παρατηρούν τι θα συμβεί αν ο δείκτης διάθλασης του 1ου μέσου είναι μεγαλύτερος από του δεύτερου και συγκρίνουν με την άλλη περίπτωση, όπως επίσης και την ύπαρξη ολικής ανάκλασης. Εξετάζουν ξεχωριστά την περίπτωση της μηδενικής γωνίας πρόσπτωσης.
4η δραστηριότητα- Εικονικό Πείραμα 3: Γωνία πρόσπτωσης
Στο φύλλο εργασίας (4ο μέρος – Εικονικό Πείραμα 3) οι μαθητές, ανά ομάδες, επιλέγουν μία υπόθεση-πρόβλεψη για το πως η μεταβολή της γωνίας πρόσπτωσης θα επηρεάσει τη γωνία διάθλασης. Στη συνέχεια χρησιμοποιούν την προσομοίωση για να μεταβάλλουν την γωνία πρόσπτωσης (ανεξάρτητη μεταβλητή) και καταγράφουν τόσο αυτήν όσο και την προκύπτουσα γωνία διάθλασης (εξαρτημένη μεταβλητή).
Σχεδιάζουν την γραφική παράσταση στην περιοχή με το χαρτί μιλιμετρέ του φύλλου εργασίας (ή καλύτερα στο αρχείο Excel ή στο online εργαλείο σχεδιασμού γραφικών παραστάσεων desmos και στη συνέχεια αντιγράφουν το γενικό σχήμα στο φύλλο εργασίας).
Κρίνουν εάν η υπόθεσή τους επαληθεύθηκε ή όχι και σημειώνουν στο φύλλο εργασίας.
Οι μαθητές θα απαντήσουν ανά ομάδες τις ερωτήσεις ανακεφαλαίωσης (διαδραστικές), οι οποίες θα συζητηθούν στην τάξη (περίπου 5′)
Στη συνέχεια θα συμπληρώσουν το φύλλο εργασίας που στόχο έχει να επεκτείνει το θέμα στο πώς χτίζεται μία θεωρία και ένας νόμος.
Ακολουθεί συζήτηση των απαντήσεων κάθε ομάδας.
5η δραστηριότητα: Συζήτηση/ανακεφαλαίωση/εφαρμογή
Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες. Κάθε ομάδα καλείται να πραγματοποιήσει το πείραμα που περιγράφεται στο φύλλο εργασίας με το διάφανές πλαστικό μπουκάλι με νερό και το μολύβι και να απαντήσουν στην ερώτηση “Γιατί εμφανίζεται το μολύβι σπασμένο όταν στο μπουκάλι τοποθετηθεί νερό μέχρι τη μέση;” (Εναλλακτικά, οι μαθητές παρακολουθούν σχετικό βίντεο online-https://www.youtube.com/watch?v=tQG28wZcRaA). Οι μαθητές ανά ομάδες πρέπει να διατυπώσουν μία απάντηση την οποία θα δηλώσουν σε 1 λεπτό μετά την πραγματοποίηση του πειράματος. Ο εκπαιδευτικός γράφει τις απαντήσεις ανά ομάδα στον πίνακα ή, εναλλακτικά, σε διαδραστικό πίνακα. Το μάθημα ολοκληρώνεται με τελική ανακεφαλαίωση και ανάθεση εργασίας, η οποία δίνει την ευκαιρία στους μαθητές να ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα του αρχικού πειράματος που πραγματοποίησαν.
Τεκμηρίωση των επιλογών
Το σενάριο στοχεύει στο να εξοικειωθούν με την διάθλαση ως φαινόμενο (στόχος 1), κάτι το οποίο επιτυγχάνεται τόσο με το έναυσμα όσο και με την φάση 2, όπου παρακολουθούν την διάθλαση ποιοτικά, αλλά και εκτίθενται στους βασικούς, απλούς ορισμούς. Για να επιτευχθεί η ενεργή συμμετοχή, δεν τους δίνονται οι ορισμοί, αλλά αυτοί δημιουργούνται από κάθε ομάδα με τη βοήθεια αναφορών και του 2ου μέρους του φύλλου εργασίας (κάτι που επιτυγχάνει να αποτρέψει τους μαθητές από την επίκληση του σχολικού βιβλίου και του εκπαιδευτικού ως μοναδικών πηγών της γνώσης). Η εξοικείωση βαθαίνει με την βοήθεια των φάσεων 3,4, 5 και 6 που είναι οι δύο προσομοιώσεις πειραμάτων. Εδώ, από τη μια οι μαθητές εκτίθενται σε πιο ποσοτικά στοιχεία του φαινομένου και από την άλλη εξασκούνται στην επιστημονική/ανακαλυπτική μέθοδο με τη διατύπωση υπόθεσης, την εκτέλεση του πειράματος (προσομοίωσης) και τον έλεγχο της υπόθεσης μέσω του αποτελέσματος (στόχος 3) (είναι και βασικό μέρος της φιλοσοφίας του νέου αναλυτικού προγράμματος της φυσικής). Για να φτάσουν σε αυτό το σημείο πρέπει πρώτα να σχεδιάσουν γραφική παράσταση από τα πειραματικά τους δεδομένα, το οποίο μπορούν να κάνουν με έναν από 3 τρόπους (απευθείας στο φύλλο εργασίας, με αρχείο λογιστικού φύλλου που τους δίνεται έτοιμο, ή με το online εργαλείο Desmos) (στόχος 2). Η συζήτηση που ακολουθεί στο τέλος των φάσεων 2, 3 και 4, σε συνδυασμό με μέρος της φάσης 6 (4ο μέρος του φύλλου εργασίας) βοηθούν στο να ικανοποιηθούν οι στόχοι 5 και 6, η οποίοι είναι η πρόβλεψη της επίδρασης τριών παραγόντων στην γωνία διάθλασης και η ερμηνεία του φαινομένου της ολικής ανάκλασης, ενώ επεκτείνουν και το στόχο 3, δίνοντας μία εικόνα για το πως προκύπτει μία νέα επιστημονική θεωρία. Η ανακεφαλαίωση, με διαδραστικές ερωτήσεις, σύντομη παρουσίαση του τι μάθαμε και ανάθεση εργασιών ολοκληρώνει το μάθημα – σενάριο.
Βιβλιογραφία:
Christian, W., & Belloni, M. (2001). Physlets: Teaching Physics with Interactive Curricular Material. New Jersey: Pearson Education.
Driver, R., Squires, A., Rushworth, P., & Wood-Robinson, V. (2008). Making Sense of Secondary Science, Research Into Children’s Ideas. Abingdon: Routledge-Falmer.
National Research Council. (2000). Inquiry and the National Science Education Standards. Washington: National Academy Press.
National Research Council. (2003). National Science Education Standards. Washington: National Academy Press.
Το πλήρες σενάριο και τα αρχεία με τις απαντήσεις των μαθητών:
Σενάριο διδασκαλίας Ιωάννη_Ν._Βελονάκη_v2(10-04-2019)
anastasia maria
nikos dimitirs
γ γυμνασίου φυσική
λαζαρος φιλιππος
