Οι Φυσικές Επιστήμες στο σχολείο… και όχι μόνο

Μελέτη της βαρυτικής δύναμης με διερευνητική τεχνική

Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές

Φυσική: Βαρύτητα

Τάξη στην οποία απευθύνεται:

B’ Λυκείου- Προσανατολισμός Θετικών Σπουδών

Εκτιμώμενη διάρκεια :

3 διδακτικές ώρες

Διδακτική μέθοδος:

διερυνητική προσέγγιση με στοιχεία εποικοδομισμού

Διδακτικοί στόχοι:

Οι μαθητές:

• Να σχεδιάζουν γραφικές παραστάσεις από πειραματικά δεδομένα (φύλλο εργασίας 1-3)
• Να εξοικειωθούν με τη ανακαλυπτική μέθοδο (φύλλα εργασίας 1-3).
• Να ανακαλύψουν την εξάρτηση της βαρυτικής δύναμης από τις μάζες οποιονδήποτε σωμάτων (φύλλο εργασίας 1)
• Να ανακαλύψουν την εξάρτηση της βαρυτικής δύναμης από την απόσταση μεταξύ των σωμάτων (φύλλο εργασίας 2).
• Να ελέγξουν τυχόν εξάρτηση της βαρυτικής δύναμης από τον όγκο των σωμάτων (φύλλο εργασίας 3)

Υλικοτεχνική υποδομή:

Υπολογιστές ανά ομάδα (σε Εργαστήριο Φυσικής ή Πληροφορικής), διαδραστικός πίνακας ή προτζέκτορας, φύλλα εργασίας

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)

Διαβάστε όλο το άρθρο »

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

1^η 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)

2^η 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 2^ου 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).

3^η δραστηριότητα- Εικονικό Πείραμα 2: Δείκτης διάθλασης 2

Στο φύλλο εργασίας (3^ο μέρος- Εικονικό Πείραμα 2) οι μαθητές, ανά ομάδες, επιλέγουν μία υπόθεση-πρόβλεψη  για το πώς η μεταβολή του δείκτη διάθλασης του 1^ου μέσου θα επηρεάσει τη γωνία διάθλασης.

Στη συνέχεια χρησιμοποιούν την προσομοίωση για να μεταβάλλουν το δείκτη διάθλασης του 1^ου 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 1^ου 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.

4^η 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.

5^η 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

Τίτλος μαθήματος: Οπτική

Τάξη: Γ’ Γυμνασίου

Προαπαιτούμενες Γνώσεις: οι μαθητές έχουν ήδη διδαχτεί και κατανοήσει τις έννοιες της ανάκλασης, του κατόπτρου (καθρέφτη), τα είδη των κατόπτρων και τα κυριότερα μέρη τους. Επίσης έχουν μια σχετική εξοικείωση με το εικονικό εργαστήριο οπτικής του Noesis.

https://www.noesis.edu.gr/eikonika-ergastiria-fysikis/optiki/

Στόχοι:

1. Να περιγράφουν οι μαθητές την έννοια του ειδώλου.
2. Να διακρίνουν οι μαθητές τα πραγματικά από τα φανταστικά είδωλα.
3. Να αισθητοποιήσουν οι μαθητές την έννοια της κατοπτρικής συμμετρίας.
4. Να αναγνωρίζουν οι μαθητές τα βασικά χαρακτηριστικά των ειδώλων κάθε καθρέφτη και αν αυτά αλλάζουν καθώς αλλάζει η θέση του φωτεινού αντικειμένου σε σχέση με αυτόν.

Σχέση με Α.Π.Σ.: Φυσική Α΄ Λυκείου, Ενότητα 2.1 Διατήρηση της μηχανικής ενέργειας, Φυσική Β’ Λυκείου κατεύθυνση, Κεφάλαιο 2 Διατήρηση της ορμής.

Αν χρησιμοποιηθούν οι ερωτήσεις που έχουν σχέση με την ορμή αφορά την Β΄ Λυκείου. Αν δεν χρησιμοποιηθούν, την Α΄ Λυκείου.

Στόχοι:

1. Να κατανοήσουν οι μαθητές τις μετατροπές της ενέργειας και ότι η ολική ενέργεια διατηρείται σταθερή.
2. Να αναγνωρίσουν τους παράγοντες που επηρεάζουν την διατήρηση της μηχανικής ενέργειας.
3. Να σχεδιάσουν μια προσομοίωση στο Algodoo
4. Να ερευνήσουν και να ξεπεράσουν τα εμπόδια στην κατασκευή της προσομοίωσης που θα επιλέξουν.

Διάρκεια: 1 διδακτική ώρα

Υλικό, λογισμικό & πρόσθετο διδακτικό όφελος από τη χρήση του συγκεκριμένου λογισμικού (ΤΠΕ)

Υπολογιστές με εγκατεστημένο το Algodoo και προτζέκτορας. Το συγκεκριμένο λογισμικό προσφέρεται για την κατασκευή προσομοιώσεων μηχανικής αφού δίνει την δυνατότητα στον εκπαιδευτικό ή και στον μαθητή να τοποθετήσει αντικείμενα, επίπεδα, ελατήρια, δυνάμεις, εμπόδια, σχοινιά με όποια παραμετροποίηση χρειάζεται (κλίση, συντελεστή τριβής, μάζα, σταθερά ελατηρίου κλπ) και δίνει την δυνατότητα επίσης να οπτικοποιήσει ασκήσεις μηχανικής που υπάρχουν στο γυμνάσιο και στο λύκειο. Μπορεί με αυτόν τον τρόπο να γίνει πρώτα πρόβλεψη, να εκτελεστεί η άσκηση και να επιβεβαιωθεί μέσω του λογισμικού.

Θέματα Φυσικής Γ΄ Λυκείου Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών (Ημερήσια ΓΕΛ- 13-06-2018): them_fis_op_c_hmer_180613

Θέματα Φυσικής Γ΄ Λυκείου Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών (Εσπερινά ΓΕΛ- 13-06-2018): them_fis_op_d_esp_180613

Απαντήσεις (1) Φυσική Προσανατολισμού (13-06-2018): pane_eksetas_2018_fysikh_prosan.pdf

Απαντήσεις (2) Φυσική Προσανατολισμού (13-06-2018): fysiki_apantiseis_2.pdf

Πηγή: www.alfavita.gr

Πειράματα Φασματοσκοπίας Φυσικής Γυμνασίου και Λυκείου- πραγματοπιήθηκαν στις 22 Μάη του 2018 (Γ΄ Γυμνασίου, Γυμνάσιο Φιλιατών και Β΄ Λυκείου, ΓΕ.Λ. Φιλιατών) σε συνεργασία με το Ε.Κ.Φ.Ε. Θεσπρωτίας.

Φασματοσκόπιο Σχολικού Εργαστηρίου

Ενδεικτική περιγραφή του πειράματος: paratirisi fasmaton

Λίγα λόγια για την ιστορία του πειράματος

Ο Ερατοσθένης (3^ος π.Χ. αιώνας) ήταν Διευθυντής της μεγάλης Βιβλιοθήκης της Αλεξάνδρειας, όπου σε έναν πάπυρο διάβασε ότι το μεσημέρι της 21^ης Ιουνίου (θερινό ηλιοστάσιο), στη Συήνη (Ασσουάν), οι κατακόρυφοι στύλοι δεν έριχναν καθόλου σκιά και ο Ήλιος καθρεφτιζόταν ακριβώς στον πυθμένα ενός πηγαδιού. Παρατήρησε όμως ότι στην Αλεξάνδρεια, κατά την ίδια μέρα, οι κατακόρυφοι στύλοι έριχναν σκιά. Σκέφτηκε πως αν η Γη ήταν επίπεδη, οι κατακόρυφοι στύλοι στις δυο πόλεις θα ήταν παράλληλοι και θα έπρεπε και οι δυο να ρίχνουν σκιά. Αφού, λοιπόν, αυτό δεν είναι αλήθεια, τι μπορεί να συμβαίνει; Την απάντηση έδωσε ο Ερατοσθένης υποστηρίζοντας ότι η επιφάνεια της Γης δεν είναι επίπεδη όπως νόμιζαν τότε αλλά σφαιρική. Ο υπολογισμός της ακτίνας της Γης μπορεί να γίνει, αν είναι γνωστή η απόσταση Συήνης-Αλεξάνδρειας -την οποία σύμφωνα με μαρτυρίες, ο Ερατοσθένης για να τη μετρήσει προσέλαβε βηματιστές- και η διαφορά των γεωγραφικών πλατών των δύο πόλεων, η οποία -από το μήκος της σκιάς ενός οβελίσκου- υπολογίστηκε ίση με περίπου 7 μοίρες.

Η περιφέρεια της Γης υπολογίστηκε ίση με 40.000 Km, μια απάντηση που ο Ερατοσθένης έδωσε χρησιμοποιώντας ως μόνα εργαλεία ράβδους, μάτια, πόδια, μυαλό με απλότητα σκέψης και επινοητικότητα. Το λάθος στον υπολογισμό ήταν μόνο 2%, ένα πραγματικά αξιοσημείωτο επίτευγμα για περίπου πριν από 2,5 χιλιετίες. Επομένως, ο Ερατοσθένης ήταν ο πρώτος άνθρωπος που μέτρησε τις διαστάσεις του πλανήτη Γη, γι’ αυτό και θεωρείται δημιουργός της μαθηματικής γεωγραφίας.

Γυμνάσιο Φιλιατών Θεσπρωτίας

Ημερομηνία Διεξαγωγής του Πειράματος: Τρίτη 20 Μαρτίου 2018

Αριθμός Συμμετέχοντων Μαθητών: 40 (Γ1 και Γ2 Γυμνασίου καθώς και μεμονωμένα άτομα από άλλες τάξεις)

Γωνία που υπολογίσαμε: 0,705698 rad ή 40,433550

Ακτίνα της Γης που υπολογίσαμε: 6239,208 km (σφάλμα περίπου 2%)

Σχετικά Αρχεία:

Οδηγός Ερατοσθένη – Φύλλο εργασίας Ι Παρουσίαση Ερατοσθένης Πείραμα Ερατοσθένη (20-03-2018) Το Πείραμα του Ερατοσθένη -Φύλλο εργασίας ΙΙ Το πείραμα του Ερατοσθένη Υπολογισμός απόστασης δύο σημείων στην επιφάνεια της Γης με το Distance CalculatorΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΡΑΤΟΣΘΕΝΗ_ΜΑΡΤΙΟΣ_2018

Το αρχείο των μετρήσεων:

ΑΛΚΑΛΙΜΕΤΡΙΑ