Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Σχέδια μαθήματος ΜΕΡΟΣ Β΄

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 6

Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι:

1. Να εξοικειωθούν με τη χρήση θερμομέτρων

2. Να αναγνωρίζουν την ανεπάρκεια της έννοιας θερμοκρασία προκειμένου να ερμηνεύουν και να προβλέπουν ορισμένα φαινόμενα θερμοκρασιακών μεταβολών

3. Να προϊδεαστούν για τη διδασκαλία της έννοιας θερμότητα .

Μέθοδος

Διδασκαλία με εργαστηριακή υποστήριξη

Πορεία από το συγκεκριμένο στο αφηρημένο

Από τις εμπειρικές καταγραφές στη διαμόρφωση θεωρίας

Εννοιολογικά εμπόδια

1. Το θερμότερο σώμα μεταβιβάζει «βαθμούς Κελσίου» στο ψυχρότερο, έτσι ώστε, όσο χαμηλώνει η θερμοκρασία του κατά ίσους βαθμούς να αυξάνεται η θερμοκρασία του άλλου.

2. Η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι το ίδιο πράγμα.

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Οι διδασκόμενοι οφείλουν να γνωρίζουν

α. Τη μονάδα 1⁰C για τη μέτρηση της θερμοκρασίας

β. να χρησιμοποιούν την τεχνική της γραφικής παράστασης

Απαραίτητα υλικά

Δοχείο με νερό, αναδευτήρας, πηγή παροχής θερμότητας, θερμιδόμετρο, χρονόμετρο

Διαδικασίες

Ο διδάσκων:

1. Μοιράζει στους μαθητές ένα φύλλο εργασίας με χώρο να κάνουν την καταγραφή των πειραματικών δεδομένων. Στο κάτω μέρος του φυλλαδίου υπάρχουν και τέσσερα ερωτήματα για την αξιολόγηση.

2. Αναθέτει σε μία ομάδα τριών μαθητών να θερμάνουν μία ποσότητα νερού και στη συνέχεια να καταγράφουν την εξέλιξη της θερμοκρασίας ανά ίσα χρονικά διαστήματα. Η καταγραφή να γίνεται με κιμωλία στον πίνακα της τάξης και όλοι οι μαθητές καλούνται να αντιγράφουν τα πειραματικά δεδομένα στο φυλλάδιο

3. Καλεί όλους τους μαθητές να κάνουν τη γραφική παράσταση θερμοκρασίας και χρόνου να περιγράψουν με λέξεις αυτό που συνέβη ότι δηλαδή το νερό κρυώνει όλο και πιο αργά 4. Βάζει ο ίδιος σε μεμονωμένο δοχείο, στο οποίο υπάρχει και θερμόμετρο, 100 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 20 ⁰C προσθέτει ίση ποσότητα νερού αρχικής θερμοκρασίας 40 ⁰C και αναδεύει. Καλεί κάθε μαθητή να καταγράψει στο φυλλάδιο εργασίας την πρόβλεψή του για την εξέλιξη της θερμοκρασίας του μίγματος, καθώς και την προσωπική του ερμηνεία για αυτό που θα συμβεί. Μετά από ορισμένο χρόνο η θερμοκρασία σταθεροποιείται και κάθε μαθητής καλείται να γράψει στο φυλλάδιο εάν η πρόβλεψή του δικαιώθηκε

4. Βάζει σε μεμονωμένο δοχείο στο οποίο υπάρχει και θερμόμετρο, 100 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 20 ⁰C προσθέτει 300 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 60 ⁰C και επαναλαμβάνει τα ίδια καλώντας τους μαθητές να καταγράψουν την καινούρια πρόβλεψη. Μετά την αποκατάσταση της θερμικής ισορροπίας βασιζόμενος στην τελική ένδειξη του θερμομέτρου και στην ενδεχομένως αποτυχημένη πρόβλεψη ορισμένων μαθητών συμβάλλει στο να προκληθεί συζήτηση μέσα από την οποία να διαφανεί η ανεπάρκεια του μεγέθους θερμοκρασία στο να προβλέψουμε αυτό που θα συμβεί αλλά και στο να ερμηνεύσουμε αυτό που συνέβη.

5. Αποκαλύπτει στους διδασκόμενους ότι ανάλογο πρόβλημα θα είχαμε εάν μέσα σε ένα δοχείο με 300 ml νερού, το οποίο αντιστοιχεί σε μάζα 300 γραμμαρίων, βάζαμε μια πέτρα με την ίδια ακριβώς μάζα και με θερμοκρασία την καταγραμμένη θερμοκρασία του περιβάλλοντος

6. Θέτει το ερώτημα: «Υπάρχει άραγε κάποια θεωρία βάσει της οποίας θα μπορούσαμε να προβλέψουμε την τελική θερμοκρασία;». Αφήνει το ερώτημα αναπάντητο.

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων ζητεί από τους μαθητές να συμπληρώσουν τις απαντήσεις στα τέσσερα ερωτήματα στο κάτω μέρος του φυλλαδίου εργασίας

1. Αν βάλουμε σε μεμονωμένο δοχείο 200 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 32 ⁰C και προσθέσουμε 200 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 48⁰C , η τελική θερμοκρασία θα είναι

α. 40 ⁰C β. 48 ⁰C γ. μία θερμοκρασία την οποία, εάν βασιστούμε μόνο στην έννοια θερμοκρασία, δεν μπορούμε θεωρητικά να την προβλέψουμε

2. Αν βάλουμε σε μεμονωμένο δοχείο 50 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 36 ⁰C και προσθέσουμε 400 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 50 ⁰C , η τελική θερμοκρασία θα είναι

α. 43 ⁰C β. μεγαλύτερη από 43 ⁰C γ. μικρότερη από 43 ⁰C

3. Αν βάλουμε σε μεμονωμένο δοχείο 200 ml νερού αρχικής θερμοκρασίας 60 ⁰C και βυθίσουμε ένα κομμάτι σίδερο 200 γραμμαρίων με αρχική θερμοκρασία τη θερμοκρασία 20⁰C του περιβάλλοντος , η τελική θερμοκρασία θα είναι

α. 40 ⁰C β. 20 ⁰C

γ. μία θερμοκρασία την οποία, εάν βασιστούμε μόνο στην έννοια θερμοκρασία, δεν μπορούμε να θεωρητικά την προβλέψουμε

4. Εάν ζεστάνουμε 100 ml νερού στους 80 ⁰C και το ρίξουμε στο Σαρωνικό κόλπο το νερό του οποίου έχει θερμοκρασία 20 ⁰C η τελική θερμοκρασία θα είναι

α. 50 ⁰C β. 20 ⁰C γ. μεγαλύτερη από 50 ⁰C

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 7

Η ΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι:

1. Να αναγνωρίζουν ότι η θερμότητα είναι μορφή μεταβιβαζόμενης ενέργειας

2. Να είναι σε θέση να διακρίνουν τη διαφορά των εννοιών θερμότητα και θερμοκρασία

3. Να γνωρίζουν από τι εξαρτάται η μεταβολή της θερμοκρασίας ενός στερεού ή ενός υγρού σώματος

4. Να μπορούν προβλέπουν την εξέλιξη ορισμένων φαινομένων με τη βοήθεια των εννοιών θερμοκρασία και θερμότητα

Μέθοδος

Διδασκαλία με εργαστηριακή υποστήριξη

Πορεία από το συγκεκριμένο στο αφηρημένο, από τα εμπειρικά δεδομένα στη διαμόρφωση μιας θεωρίας

Εννοιολογικά εμπόδια

1. Η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι το ίδιο πράγμα.

2. Ένα σώμα έχει θερμότητα η οποία μπορεί να αυξηθεί ή να ελαττωθεί

3. Ένα σχετικά ψυχρότερο σώμα μεταβιβάζει ψύχος σε ένα θερμότερο.

4. Η θερμότητα είναι κάτι που έχει σχέση μόνο με τα θερμά σώματα

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Οι διδασκόμενη οφείλουν να γνωρίζουν

α. την έννοια ενέργεια και την σχετική μονάδα μέτρησης

β. την έννοια θερμοκρασία και τη σχετική μονάδα μέτρησης

Απαραίτητα υλικά

Δοχείο με νερό , δύο παρόμοιες εστίες παροχής θερμότητας, αναδευτήρας, θερμόμετρα, χρονόμετρα

Διαδικασίες

Το γνωστικό αυτό αντικείμενο απαιτεί για τη διδασκαλία του δύο διδακτικές ώρες

Στο σχολικό εργαστήριο. Ο διδάσκων καλεί ένα μαθητή να γράψει με κιμωλία στον πίνακα τα δύο ερωτήματα

Τι είναι η θερμότητα;

Από τι εξαρτάται η μεταβολή της θερμοκρασίας ενός σώματος;

ζητώντας από όλους τους μαθητές να τα αντιγράψουν στο τετράδιό τους. Στη συνέχεια

1. Χρησιμοποιώντας δύο παρόμοιες εστίες, θερμαίνει ταυτόχρονα 200 ml νερού μέχρι τους 80 ⁰C και 600 ml νερού επίσης μέχρι τους 80 ⁰C. Στο μεταξύ έχει αναθέσει σε δύο μαθητές με χρονόμετρα να μετρούν τους αντίστοιχους χρόνους που απαιτήθηκαν για κάθε θέρμανση τους οποίους γράφουν με την κιμωλία στον πίνακα.

2. Ενθαρρύνει μία συζήτηση κατά την οποία εισάγει την ιδέα «καύσιμο που απαιτήθηκε για κάθε θέρμανση». Εισάγει επίσης την ιδέα ενός «κάτι» το οποίο μεταβιβάζεται μέσω της φλόγας στο νερό και το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ανάλογο προς το καύσιμο που ξοδεύτηκε

3. Χρησιμοποιώντας στη συνέχεια τις ίδιες εστίες θερμαίνει ταυτόχρονα και μέχρι τους 70 ⁰C 200 g νερού και 200 g γλυκερίνης, ενώ οι δύο μαθητές μετρούν τους αντίστοιχους χρόνους για κάθε θέρμανση τους οποίους γράφουν στον πίνακα.

4. Παρουσιάζει στους μαθητές την ιδέα ότι για τη Φυσική αυτό το «κάτι», το οποίο σχετίζεται με την ποσότητα καυσίμου που ξοδεύτηκε, είναι μεταβιβαζόμενη ενέργεια στην οποία έχει δοθεί το όνομα θερμότητα. Επισημαίνει ότι η αιτία για τη μεταφορά θερμότητας είναι το να υπάρχουν δύο σώματα με διαφορετικές θερμοκρασίες και ότι η μεταφορά συντελείται με κατεύθυνση από το σώμα με την υψηλότερη θερμοκρασία προς το σώμα με τη χαμηλότερη θερμοκρασία. Στην περίπτωση των θερμάνσεων που προηγήθήκαν η ροή θερμότητας γίνεται από την εστία προς το νερό ή προς τη γλυκερίνη

5. Ζητεί από κάθε διδασκόμενο να βασιστεί στις μετρήσεις που έγιναν και στα όσα εκείνος είπε και να καταγράψει στο τετράδιό του τη «δική του» απάντηση σε κάθε ερώτημα

6. Παρουσιάζει στη συνέχεια ο ίδιος - τόσο με λέξεις όσο και με σύμβολα - την απάντηση που δίνει η Φυσική στο δεύτερο από τα ερωτήματα. Γράφει στον πίνακα τη σχέση Δθ = Q/mc, την οποία αποκαλεί θεμελιώδη εξίσωση της θερμιδομετρίας εισάγοντας και την έννοια ειδική θερμότητα μιας ουσίας.

7. Επισημαίνει ότι με βάση την έννοια θερμότητα και τη θεμελιώδη εξίσωση της θερμιδομετρίας μπορούν να προβλέψουν την τελική θερμοκρασία κατά την ανάμιξη δύο ποσοτήτων υγρού αρκεί το σύστημα να είναι θερμικά μονωμένο. Η πρόβλεψη θα βασιστεί στη θεώρηση ότι η θερμότητα που αποδίδεται από το θερμότερο σώμα είναι ίση με τη θερμότητα που μεταβιβάζεται στο ψυχρότερο.

8. Επισημαίνει ότι για τη Φυσική δεν υπάρχει η έννοια ψύχος και ότι αν κάποιος ακουμπήσει με το χέρι τον πάγο της κατάψυξης και στη γλώσσα της καθημερινής μας ζωής πει ότι «του ήρθε ψύχος», αυτό το οποίο, σύμφωνα με τη Φυσική, συνέβη είναι ότι μεταβιβάστηκε θερμότητα από το χέρι του προς τον πάγο

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων δίνει σε κάθε μαθητή ένα φυλλάδιο αξιολόγησης με το οποίο του ζητεί σε χρόνο 15 λεπτών

1. Να υπολογίσει τη θερμότητα που μεταβιβάστηκε, σε κάθε θέρμανση, από την εστία της φωτιάς προς τη γλυκερίνη καλώντας τον να βασιστεί στα δεδομένα των μετρήσεων και δίδοντας την αρχική θερμοκρασία και την τιμή της ειδικής θερμότητας της γλυκερίνης.

2. Να δώσει μία ερμηνεία στο γεγονός ότι κατά την ανάμιξη 200 γραμμαρίων νερού αρχικής θερμοκρασίας 20 ⁰C με 800 γραμμάρια νερού αρχικής θερμοκρασίας 60 ⁰C, σε σύστημα θερμικώς μονωμένο, η τελική θερμοκρασία ήταν 52⁰C.

3. Να γράψει ένα μικρό κείμενο με το οποίο να συγκρίνει τις έννοιες θερμότητα και θερμοκρασία

Το παραπάνω σχέδιο μπορεί να εμπλουτιστεί με στοιχεία από το Ο Μακρόκοσμος της θερμοκρασίας και της ενέργειας στο βιβλίο Το μακρόν Φυσική προ του βραχέος διδάσκω, σελίδα 211.

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 8

ΤΟ ΑΠΛΟ ΕΚΚΡΕΜΕΣ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι

1. να διαπιστώσουν ότι ένα ορισμένο εκκρεμές έχει πάντα την ίδια περίοδο

2. να ερευνήσουν τη σχέση ανάμεσα στην περίοδο ενός εκκρεμούς και στη μάζα του

3. να ερευνήσουν τη σχέση ανάμεσα στο μήκος ενός εκκρεμούς και στην περίοδό του

4. να ασκηθούν στην απεικόνιση εμπειρικών δεδομένων σε γραφική παράσταση

Παράλληλα επιδιώκεται η διδασκαλία μας να συμβάλει στην εξυπηρέτηση του γενικότερου σκοπού διδασκαλίας της Φυσικής, σύμφωνα με τον οποίο επιδιώκεται οι μαθητές

να εξοικειωθούν με τη ΜΕΘΟΔΟ που χρησιμοποιεί η Επιστήμη ( Οικοδόμηση εννοιών, πειραματική έρευνα, και «ανάγνωση των δεδομένων στη γλώσσα των εννοιών, διαμόρφωση μιας θεωρίας) και ακόμα

να γνωρίσουν και να αναγνωρίσουν στην εργασία τους την αρμονική συνύπαρξη της χειρωνακτικής πράξης με τους μηχανισμούς της αφαιρετικής σκέψης

Μέθοδος

Πειραματική διδασκαλία με στοιχεία κονστρουκτιβιστικής πρακτικής

Εννοιολογικά εμπόδια

1. Όσο βαρύτερο είναι το σφαιρίδιο του εκκρεμούς, τόσο μικρότερη είναι η περίοδος.

2. Η περίοδος μιας ελεύθερης ταλάντωσης εξαρτάται από το πλάτος της.

Περιεχόμενο

Ο διδάσκων καθορίζει το βασικό πρόβλημα υπό μορφή ερωτημάτων

Καθώς αιωρείται ένα εκκρεμές και μικραίνει το πλάτος τι συμβαίνει με την περίοδο;

Αν αυξήσουμε τη μάζα του εκκρεμούς τι θα συμβεί με την περίοδο;

Αν αυξήσουμε το μήκος του εκκρεμούς τι θα συμβεί με την περίοδο;

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Κάθε διδασκόμενος οφείλει

Να είναι σε θέση να χρονομετρεί μία πλήρη αιώρηση ενός εκκρεμούς

Να μπορεί να μετράει το μήκος ενός εκκρεμούς

Να γνωρίζει πως διαμορφώνεται μία γραφική παράσταση

Να αναγνωρίζει το μοντέλο απλό εκκρεμές

Να γνωρίζει τις έννοιες πλάτος και περίοδος μιας ταλάντωσης

Απαραίτητα υλικά

Σπάγκος, στηρίγματα, σφαιρίδια, χρονόμετρα, μετροταινίες

Διαδικασίες

1. Ο διδάσκων ελέγχει κατά πόσον οι διδασκόμενοι διαθέτουν τις γνωσιακές προϋπόθεσης και εφόσον διακριβώσει ότι αυτό δεν ισχύει για κάποια από αυτές , φροντίζει να τους υπενθυμίσει ορισμένα πράγματα

2 . Στο σχολικό εργαστήριο είτε, με αναδιάταξη των θρανίων, μέσα στη σχολική αίθουσα. Ο διδάσκων δημιουργεί έξι ομάδες μαθητών και μοιράζει σε κάθε μια από αυτές δύο σφαιρίδια διαφορετικού βάρους, σπάγκο, χρονόμετρο και μετροταινία. Τους καλεί αρχικά να φτιάξουν ένα απλό εκκρεμές και να χρονομετρήσουν την περίοδό του. Τους καθοδηγεί να επινοήσουν - και εφόσον δεν το καταφέρνει τους συμβουλεύει - ότι για την ακρίβεια της μέτρησης χρειάζεται να χρονομετρήσουν περισσότερες από μία διαδοχικές πλήρεις αιωρήσεις και να διαιρέσουν με το πλήθος των αιωρήσεων.

3. Η πρώτη δραστηριότητα είναι να ερευνήσουν εάν ένα ορισμένο εκκρεμές έχει σταθερή περίοδο κατά την αιώρησή τους . Για το σκοπό αυτό τους καλεί να καταγράψουν στο τετράδιό τους αυτό που προβλέπουν για τα αποτελέσματα των μετρήσεων και στη συνέχεια να μετρήσουν την τιμή της περιόδου κατά τις δέκα πρώτες αιωρήσεις και στη συνέχεια την τιμή κατά τις δέκα επόμενες .

4. Η δεύτερη δραστηριότητα είναι να ερευνήσουν τη σχέση ανάμεσα στη μάζα ενός εκκρεμούς - ορισμένου μήκους - και στην περίοδό του. Ο διδάσκων του καλεί πριν αρχίσουν να παίρνουν μετρήσεις να καταγράψουν στο τετράδιο την προϋπάρχουσα ιδέα τους σχετικά με το εάν η περίοδος ενός εκκρεμούς εξαρτάται από τη μάζα του σφαιριδίου

5. Η τρίτη δραστηριότητα είναι να προσδιορίσουν τη σχέση ανάμεσα στο μήκος ενός εκκρεμούς και στην περίοδό του. Τους συμβουλεύει ότι σε μία τέτοια περίπτωση μία δοκιμασμένη πρακτική είναι η απεικόνιση των πειραματικών δεδομένων σε γραφική παράσταση. Εφόσον αναζητηθεί κατ’ αυτόν τον τρόπο η σχέση δύο μεγεθών –εν προκειμένω του μήκους και της περιόδου – και προκύψει ευθεία γραμμή το συμπέρασμα είναι ότι τα μεγέθη είναι ανάλογα. Εφόσον όμως δεν προκύψει θα ήταν σκόπιμο να δοκιμάσουμε να απεικονίσουμε τη συνάρτηση των τιμών του ενός μεγέθους με τα τετράγωνα των τιμών του άλλου. Στην προκειμένη περίπτωση η συμβουλή του αξιοποιείται. Οι μαθητές απεικονίζουν τις τιμές του μήκους σε συνάρτηση με τα τετράγωνα της περιόδου και διαπιστώνουν ότι το γράφημα είναι ευθεία γραμμή. Τους καθοδηγεί να διατυπώσουν το συμπέρασμα για την αναλογία και στη συνέχεια το συμπέρασμα ότι το η περίοδος κάθε εκκρεμούς είναι ανάλογη προς την τετραγωνική ρίζα του μήκους

6. Ο διδάσκων τους γνωστοποιεί ότι τα συμπεράσματά τους οδηγούν σε ένα από τους πειραματικούς νόμους στους οποίους καταλήγουν οι φυσικοί ακολουθώντας τον δρόμο των έμπρακτων εργαστηριακών αναζητήσεων.

7. α. Εφόσον οι διδασκόμενοι είναι μαθητές Λυκείου τους παρουσιάζει, με βάση τον δεύτερο νόμο του Newton και τη σχετική θεωρία του φαινομένου αρμονική ταλάντωση, τη θεωρητική διαδρομή μέσω της οποίας καταλήγει η Φυσική καταλήγει σε συμπέρασμα παρόμοιο με αυτό στο οποίο κατέληξαν πειραματικά. Παρουσιάζει επίσης την έννοια μοντέλο απλό εκκρεμές

β. Εφόσον οι διδασκόμενοι είναι μαθητές Γυμνασίου τους παρουσιάζει την εξίσωση στην οποία καταλήγουν οι φυσικοί μέσω του δρόμου της θεωρίας υπό μορφή της αλγεβρικής σχέσης Τ= 2π√ℓ /g, την οποία μπορούν να αντιμετωπίσουν είτε ως συνάρτηση είτε ως εξίσωση

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων

1. Καλεί τους μαθητές

να παρουσιάσουν στο επόμενο μάθημα μία έκθεση πεπραγμένων για όσα συνέβησαν και μία «ανάγνωση» των εργαστηριακών αυτών δεδομένων.

2. Ζητεί από κάθε μεμονωμένο μαθητή να φτιάξει μόνος του, στο σπίτι, ένα απλό εκκρεμές, με τη βοήθεια ενός χρονομέτρου και ενός υποδεκάμετρου να μετρήσει, την περίοδο και την τιμή της βαρυτικής επιτάχυνσης και να φέρει το εκκρεμές του για παρουσίαση στο επόμενο μάθημα ανακοινώνοντας τα αποτελέσματα στα οποία εκείνος κατέληξε και καλώντας τους υπόλοιπους να επιβεβαιώσουν ότι τα αποτελέσματά του είναι έγκυρα.

Το παραπάνω σχέδιο μπορεί να εμπλουτιστεί με στοιχεία από το Η αρμονία μιας κίνησης στο βιβλίο Το μακρόν Φυσική προ του βραχέος διδάσκω, σελίδα 155.

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 9

ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε, οι διδασκόμενοι

1. Να χρησιμοποιήσουν την ιδέα ότι η οντότητα ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ εμφανίζεται με δύο «πρόσωπα» το θετικό και το αρνητικό

2. Να εξοικειωθούν με την ιδέα ότι το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί και μεταβιβάζεται από ένα σώμα σε ένα άλλο.

3. Να εξοικειωθούν με την ιδέα ότι το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί και άγεται μέσω συγκεκριμένα υλικά

4. Να αναγνωρίσουν τον συνδυασμό των αισθητηριακών δεδομένων με αφηρημένες έννοιες της Φυσικής, ο οποίος αποτελεί βασικό στοιχείο της οικοδόμησης της επιστήμης.

Μέθοδος

Διδασκαλία βασιζόμενη σε εργαστηριακή έρευνα. Εννοιακή οικοδόμηση. Από τα εμπειρικά δεδομένα στη γλώσσα των εννοιών

Περιεχόμενο

Ο διδάσκων καθορίζει το βασικό πρόβλημα

Θα επιχειρήσουμε, μέσα από πειραματικές διαδικασίες, να δείξουμε την αλληλεπίδραση θετικού και αρνητικού φορτίου, καθώς και το βάσιμο της ιδέας ότι το ηλεκτρικό φορτίο μεταβιβάζεται από ένα αντικείμενο σε ένα άλλο και μεταφέρεται μέσω αγωγών .

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Κάθε διδασκόμενος οφείλει να γνωρίζει ότι:

1. Καθώς τρίβουμε ένα γυάλινο αντικείμενο, με πλαστική σακούλα, στο αντικείμενο εμφανίζεται ηλεκτρικό φορτίο το οποίο «ευθύνεται» για ορισμένες αλληλεπιδράσεις

2. Υπάρχουν δύο τύποι φορτίων. Θετικό και αρνητικό και ως θετικό φορτίο ορίζεται το ηλεκτρικό φορτίο που αναπτύσσεται στο γυαλί

3. Το ηλεκτροστατικό εκκρεμές είναι ανιχνευτής ηλεκτρικού φορτίου

4. Κατά τη λειτουργία της ηλεκτροστατικής μηχανής σε κάθε ακροδέκτη «συγκεντρώνεται» ηλεκτρικό φορτίο

5. Ο μεγάλος εχθρός των σχετικών πειραμάτων είναι η υγρασία

Απαραίτητα υλικά

Ηλεκτροστατική μηχανή Whimhurst, καλώδια με βύσμα και κροκοδειλάκι, ηλεκτροστατικό εκκρεμές, γυάλινη ράβδος, πλαστική σακούλα, ηλεκτρικός θύσανος

Διαδικασίες

Στο σχολικό εργαστήριο. Ο διδάσκων δίδει οδηγίες σε οκτώ τουλάχιστον μαθητές και μαθήτριες και διευθύνει τη διαδικασία έτσι ώστε όλοι οι μαθητές να μπορούν να παρατηρούν τα γεγονότα . Επισημαίνει επίσης ότι θα χρειαστεί να διακρίνουν τη διαφορά ανάμεσα στα εμπειρικά δεδομένα και στην «ανάγνωσή» τους στη γλώσσα της Φυσικής. Ο ίδιος κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παρεμβαίνει έτσι ώστε να συμβάλλει στο να μπορέσουν τελικώς οι διδασκόμενοι να περιγράψουν τα γεγονότα στη γλώσσα των εννοιών.

Τι κάνουμε . Τι παρατηρούμε. Τα γεγονότα

Η ανάγνωση των γεγονότων στη γλώσσα της Φυσικής

1. Ένας μαθητής τρίβει το ένα άκρο της γυάλινης ράβδου, με την πλαστική σακούλα, και αμέσως το πλησιάζει στο ηλεκτροστατικό εκκρεμές. Οι παριστάμενοι διαπιστώνουν ότι το σφαιρίδιο του εκκρεμούς μετακινείται. 2. Ο μαθητής ενεργεί έτσι ώστε η γυάλινη ράβδος να αγγίξει το σφαιρίδιο του εκκρεμούς 3. Ένας άλλος μαθητής έχει θέσει σε λειτουργία την ηλεκτροστατική μηχανή. Ένας τρίτος μαθητής πλησιάζει το σφαιρίδιο του εκκρεμούς στον ένα από τους ακροδέκτες οπότε το σφαιρίδιο απωθείται. Το πλησιάζει, στη συνέχεια, στον άλλο ακροδέκτη και το σφαιρίδιο έλκεται. 4. Ένας τέταρτος μαθητής επιλέγει ένα καλώδιο με βύσματα και συνδέει με αυτό το ένα άκρο του ακροδέκτη της μηχανής με τον ηλεκτρικό θύσανο και ενώ η μηχανή διατηρείται σε λειτουργία. Ο θύσανος «αναστατώνεται», οι χάρτινες δηλαδή λωρίδες του ανυψώνονται και τεντώνουν 5. Ένας άλλος μαθητής παίρνει τον θύσανο και τον μεταφέρει έξω από την αίθουσα. Δύο ακόμα εντεταλμένοι μαθητές, συνεργαζόμενοι μαζί του, χρησιμοποιώντας καλώδια με κροκοδειλάκια, συνδέουν τον θύσανο με ένα ακροδέκτη της μηχανής η οποία τίθεται σε λειτουργία. Ο θύσανος αναστατώνεται. Υπάρχουν δύο τουλάχιστον, «εντεταλμένοι» μάρτυρες οι οποίοι το βεβαιώνουν. 6. Ένας ακόμα μαθητής αντικαθιστά ένα από τα καλώδια με μία γομολάστιχα. Διαπιστώνεται ότι ο θύσανος μένει «ασυγκίνητος» .

Στην περιοχή που τρίφτηκε η ράβδος «εμφανίστηκε» ηλεκτρικό φορτίο. Εφόσον η ράβδος είναι από γυαλί το φορτίο είναι θετικό. Το ηλεκτρικό φορτίο μεταβιβάστηκε. Στο σφαιρίδιο έχει «εμφανισθεί» φορτίο θετικό. Καθώς λειτουργεί η ηλεκτροστατική μηχανή στον έναν ακροδέκτη εμφανίζεται θετικό φορτίο. Είναι εκείνος στην οποίο το σφαιρίδιο με το θετικό φορτίο απωθήθηκε. Στον άλλο ακροδέκτη εμφανίζεται αρνητικό φορτίο. Στο στέλεχος του θυσάνου εμφανίζεται ηλεκτρικό φορτίο. Το ηλεκτρικό αυτό φορτίο μεταφέρεται από τον ακροδέκτη της ηλεκτροστατικής μηχανής Από τον ακροδέκτη της μηχανής στον ηλεκτρικό θύσανο άγεται ηλεκτρικό φορτίο, μέσα από τα καλώδια, ακόμα κι αν ο θύσανος βρίσκεται έξω από την αίθουσα. Τα καλώδια είναι αγωγοί. Αν παρεμβληθεί η γομολάστιχα δεν Άγεται ηλεκτρικό φορτίο . Η γομολάστιχα δεν είναι αγωγός

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων

1. Μοιράζει στους μαθητές ένα φυλλάδιο με το περιεχόμενο της παραπάνω καταγραφής στο οποίο έχει συμπληρώσει μόνο τη αριστερή στήλη ΤΑ ΓΕΓΟΝΟΤΑ και τους ζητεί να συμπληρώσουν τη δεξιά στήλη, Η ΑΝΑΓΝΩΣΗ ΤΩΝ ΓΕΓΟΝΟΤΩΝ ΣΤΗ ΓΛΩΣΣΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

2. Στο ίδιο φυλλάδιο θέτει ερωτήματα προκείμενου να απαντηθούν .

Τι το διαφορετικό θα είχε συμβεί εάν αντί για ράβδο από γυαλί είχαμε χρησιμοποιήσει ράβδο από εβονίτη;

Τι θα συνέβαινε εάν, καθώς λειτουργούσε η μηχανή, πλησιάζαμε τους δύο ακροδέκτες και τους φέρναμε σε επαφή;

Θα μπορούσε να αναστατωθεί ο θύσανος εάν καθώς αντικαθιστούσαμε ένα από τα καλώδια με λίγο αλουμινόχαρτο;

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 10

ΣΥΝΔΕΣΗ ΔΥΟ ΑΝΤΙΣΤΑΤΩΝ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι

1. να κατανοήσουν την έννοια ισοδύναμη αντίσταση δύο συνδεδεμένων αντιστατών

2. να αποδείξουν, μέσα από εργαστηριακή δραστηριότητα, τη σχέση η οποία συνδέει τις τιμές των αντιστάσεων δύο συνδεδεμένων αντιστατών και την τιμή της ισοδύναμης αντίστασης

3. να εκγυμναστούν στη συναρμολόγηση ενός κυκλώματος

4. να ασκηθούν σε μετρήσεις με βολτόμετρο και αμπερόμετρο

5. να ασκηθούν στην απεικόνιση εμπειρικών δεδομένων σε γραφική παράσταση

Παράλληλα επιδιώκεται η διδασκαλία μας να συμβάλει στην εξυπηρέτηση του γενικότερου σκοπού διδασκαλίας της Φυσικής, σύμφωνα με τον οποίο επιδιώκεται οι μαθητές

να εξοικειωθούν με τη ΜΕΘΟΔΟ που χρησιμοποιεί η Επιστήμη και ειδικότερα

να γνωρίσουν και να αναγνωρίσουν τους «δύο δρόμους της Φυσικής». Τον δρόμο της θεωρητικής σκέψης στον οποίο πρωταγωνιστεί η νοησιακή δράση, η γλώσσα των εννοιών και η μαθηματική πρακτική και τον δρόμο των εργαστηριακών διεργασιών στον οποίο τον πρώτο λόγο έχουν τα αντικείμενα, τα όργανα και οι μετρήσεις.

Μέθοδος

Διδασκαλία με εργαστηριακή πρακτική

Εννοιολογικά εμπόδια

1. Η αντίσταση σχετίζεται με «κάτι» το οποίο κατά τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος εμποδίζει το ρεύμα να κυκλοφορεί.

2. Η ισοδύναμη αντίσταση δύο αντιστατών σε παράλληλη σύνδεση είναι μεγαλύτερη από τη μεγαλύτερη από αυτές.

Περιεχόμενο

Βασιζόμενοι στη θεωρητική επεξεργασία του ζητήματος καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι κατά τη σύνδεση δύο αντιστατών η ισοδύναμη αντίσταση έχει τιμή ίση με το άθροισμα των τιμών των δύο αντιστάσεων. Καλούμαστε να ερευνήσουμε εάν το συμπέρασμα αυτό επιβεβαιώνεται με εργαστηριακή δραστηριότητα. Καλούμαστε επίσης να ερευνήσουμε εάν επιβεβαιώνεται και το αντίστοιχο συμπέρασμα για την παράλληλη σύνδεση δύο αντιστατών.

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Κάθε διδασκόμενος οφείλει

Να μπορεί να συναρμολογεί ένα από απλό ηλεκτρικό κύκλωμα

Να είναι σε θέση να κάνει μετρήσεις με αμπερόμετρο και με βολτόμετρο

Να γνωρίζει τον ορισμό της έννοιας ηλεκτρική αντίσταση

Να γνωρίζει τα συμπεράσματα της θεωρητικής προσέγγισης αναφορικά με την τιμή της ισοδύναμης αντίστασης δύο σε σειρά συνδεδεμένων αντιστατών καθώς και δύο αντιστατών σε παράλληλη σύνδεση.

Απαραίτητα υλικά

Τροφοδοτικό ή ηλεκτρικές στήλες, ποτενσιομετρική διάταξη, αντιστάτες με γνωστή αντίσταση, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, καλώδια , χαρτί μιλιμετρέ.

Διαδικασίες

1. Ο διδάσκων προβαίνει εξ αρχής σε εννοιακές αποσαφηνίσεις. Επαναπροσδιορίζει την έννοια ισοδύναμη αντίσταση δύο αντιστατών οι οποίοι συνδέονται είτε σε σειρά και είτε παράλληλα.

2. Γνωρίζοντας τις σχετικές μαθησιακές συγχύσεις τις συνδεόμενες με τη γλώσσα επισημαίνει ότι

ο όρος σύνδεση σε σειρά δεν σημαίνει ότι οι δύο αντιστάτες βρίσκονται σε ευθεία αλλά ότι βρίσκονται σε τέτοιες θέσεις στο κύκλωμα ώστε να μην παρεμβάλλεται διακλάδωση και ότι η συγκεκριμένη σύνδεση θα μπορούσε να χαρακτηρίζεται «ισορρευματική».

Επισημαίνει επίσης ότι ο όρος παράλληλη σύνδεση δεν σημαίνει ότι για τη διάταξη των δύο αντιστατών ισχύει μία γεωμετρική παραλληλία αλλά ότι συνδέονται κατά τρόπον ώστε να συνδέονται ανά δύο τα άκρα τους και ότι η συγκεκριμένη σύνδεση θα μπορούσε να χαρακτηρίζεται «ισοτασική»

3. Στο σχολικό εργαστήριο . Ο διδάσκων δημιουργεί τέσσερις ομάδες μαθητών και μοιράζει σε κάθε μια από αυτές τροφοδοτικό ή ηλεκτρικές στήλες, ποτενσιομετρική διάταξη, αντιστάτες με γνωστή αντίσταση, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, καλώδια , χαρτί μιλιμετρέ και στη συνέχεια τους περιγράφει τη διαδικασία

4. Σε κάθε μία από τις ομάδες οι διδασκόμενοι σημειώνουν τις αναγραφόμενες πάνω στους αντιστάτες τιμές των αντιστάσεων και στη συνέχεια σχεδιάζουν την πρώτη έρευνα για τη σύνδεση των δύο αντιστατών και μοιράζονται τους ρόλους. Ένας από αυτούς αναλαμβάνει τη συναρμολόγηση του κυκλώματος, ένας το ποτενσιόμετρο ένας το βολτόμετρο, ένας το αμπερόμετρο, ένας την καταγραφή των αποτελεσμάτων σε πίνακα και ένας άλλος τη κατασκευή των γραφικών παραστάσεων στο μιλιμετρέ χαρτί. Με τη βοήθεια του ποτενσιόμετρου, εφαρμόζουν διάφορες τιμές τάσης στα άκρα του συστήματος, οπότε προκύπτουν κα αντίστοιχες τιμές ρεύματος τις οποίες μετρούν με αμπερόμετρο. Καταγράφουν τα αποτελέσματα σε πίνακα χαράσσουν τη χαρακτηριστική καμπύλη παράσταση τάσης-ρεύματος από την οποία υπολογίζουν την τιμή της ισοδύναμης αντίστασης. Συγκρίνουν την τιμή αυτή με το άθροισμα των τιμών των αντιστάσεων των δύο αντιστατών και συζητούν το αποτέλεσμα της σύγκρισης

5. Οι διδασκόμενοι, σε κάθε μία από τις ομάδες, σχεδιάζουν και υλοποιούν την επόμενη έρευνα για την παράλληλη σύνδεση των δύο αντιστατών για να καταλήξουν στη σύγκριση της τιμής της ισοδύναμης αντίστασης, στην οποία κατέληξαν μέσα από τον δρόμο του πειράματος, με την αντίστοιχη τιμή η οποία καθορίζεται από τη θεωρητική επεξεργασία.

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές:

1. Να παρουσιάσουν στο επόμενο μάθημα μία έκθεση πεπραγμένων για όσα συνέβησαν, και ένα σχολιασμό της διαφοράς που κατεγράφη ανάμεσα στην τιμή του της ισοδύναμης αντίστασης που έδωσε η εργαστηριακή έρευνα και στην τιμή που προκύπτει από τη θεωρία.

2. Βασιζόμενοι στα δεδομένα που έχουν καταγράψει όλοι οι διδασκόμενοι να χαράξουν τις καμπύλες τάσης και ρεύματος τόσο για τη σε σειρά σύνδεση όσο και για την παράλληλη σύνδεση.

3. Βασιζόμενοι στα δεδομένα που έχουν καταγράψει για την παράλληλη σύνδεση να υπολογίσουν τις τιμές του ρεύματος σε κάθε αντιστάτη για μία τιμή της τάσης του ποτενσιόμετρου την οποία τους προτείνει εκείνος.

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 11

Ο ΡΕΥΜΑΤΟΦΟΡΟΣ ΑΓΩΓΟΣ ΕΠΙΔΡΑ ΣΕ ΜΑΓΝΗΤΗ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι

1. να εξοικειωθούν με τον τρόπο λειτουργίας της μαγνητικής βελόνας

2. να εκγυμναστούν στη συναρμολόγηση ενός συγκεκριμένου κυκλώματος

3. να εξοικειωθούν με την έννοια μαγνητικό πεδίο ρευματοφόρου αγωγού

4. να είναι σε θέση να περιγράφουν το συγκεκριμένο πείραμα, ένα από τα κρισιμότερα στην ιστορική εξέλιξη της φυσικής

5. να αναγνωρίσουν το γενικότερο φαινόμενο επίδραση ρευματοφόρου αγωγού σε μαγνήτη

6. να αναγνωρίσουν, με αφορμή το συγκεκριμένο πείραμα, τη διαπλοκή εμπειρίας και θεωρητικής σκέψης η οποία οδηγεί στην οικοδόμηση της επιστήμης.

Παράλληλα επιδιώκεται η διδασκαλία μας να συμβάλει στην εξυπηρέτηση του γενικότερου σκοπού διδασκαλίας της Φυσικής, σύμφωνα με τον οποίο επιδιώκεται οι μαθητές να εξοικειωθούν με τη ΜΕΘΟΔΟ που χρησιμοποιεί η Επιστήμη ( Οικοδόμηση εννοιών, πειραματική έρευνα, και «ανάγνωση των δεδομένων στη γλώσσα των εννοιών, διαμόρφωση μιας θεωρίας).

Μέθοδος

Εργαστηριακή διδασκαλία. Καθοδηγούμενη αναζήτηση λύσεων.

Εννοιολογικά εμπόδια

1. Το ρευματοφόρο καλώδιο έλκει τη μαγνητική βελόνα

2. Υπάρχουν δύο διαφορετικά μαγνητικά πεδία. Το ένα δημιουργείται από μαγνήτες και το άλλο από ρευματοφόρους αγωγούς.

Περιεχόμενο

Ο διδάσκων καθορίζει το βασικό πρόβλημα υπό μορφή ερωτημάτων:

Ένας ρευματοφόρος αγωγός μπορεί να επιδράσει σε ένα μαγνήτη;

Πώς θα μπορούσαμε να το ερευνήσουμε;

Ένας ρευματοφόρος αγωγός δημιουργεί μαγνητικό πεδίο;

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Οι διδασκόμενοι οφείλουν να γνωρίζουν:

Να συναρμολογούν ένα κύκλωμα

Το ότι η μαγνητική βελόνα είναι μαγνήτης

Την έννοια μαγνητικό πεδίο

Το ότι εφόσον μία βελόνα βρεθεί σε μαγνητικό πεδίο θα ασκηθεί πάνω της μία δύναμη εκτός εάν ο άξονάς της είναι έχει τη διεύθυνση της έντασης του πεδίου.

Απαραίτητα υλικά

Μαγνητική βελόνα στρεπτή περί κατακόρυφα άξονα, καλώδια, τρεις στήλες των 4,5 βολτ και έναν διακόπτη. Θα μπορούσαμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε δύο μονωτικούς στύλους .

Διαδικασίες

Ο διδάσκων

1. Ελέγχει κατά πόσον οι διδασκόμενοι διαθέτουν τις γνωσιακές προϋπόθεσης και εφόσον διακριβώσει ότι αυτό δεν ισχύει για κάποια από αυτές , φροντίζει να τους υπενθυμίσει ορισμένα πράγματα

2. Δεν παρουσιάζει εξ αρχής το εργαστηριακό υλικό αλλά θέτει το βασικό ερώτημα το εάν, δηλαδή, «ο ρευματοφόρος αγωγός επιδρά σε μαγνήτη» και συζητεί με τους μαθητές με στόχο να εκπονηθεί ένα σχέδιο έρευνας και να επιλεγούν τα υλικά με τα οποία θα υλοποιηθεί.

Παρουσιάζει στους μαθητές την ιδέα ότι η συγκεκριμένη ΕΠΙΔΡΑΣΗ θα μπορούσε να γίνει αισθητή εφόσον ο μαγνήτης είναι αρχικά ακίνητος και μετακινηθεί.

Η κατάληξη της συζήτησης πρέπει να είναι ότι για να γίνει αισθητή η επίδραση του μαγνήτη πρέπει να είναι ελαφρός και σε τέτοια διάταξη ώστε να μην εμποδίζεται η αισθητηριακή διαπίστωση της επίδρασης. Η μαγνητική βελόνα είναι μια πολύ καλή λύση. Το σχέδιο έρευνας πρέπει να είναι ελαφρός και σε τέτοια διάταξη ώστε να μην εμποδίζεται η αισθητηριακή διαπίστωση της επίδρασης επίσης διαμορφώνεται και με την άποψη ότι για να δημιουργηθεί ρευματοφόρος αγωγός πρέπει να συναρμολογηθεί ένα κύκλωμα με στήλη και καλώδια στου οποίο ο εν λόγω αγωγός θα είναι τμήμα.

3. Παρουσιάζει το εργαστηριακό υλικό, αναθέτει σε δύο μαθητές να συναρμολογήσουν το κύκλωμα, σε ένα τρίτο να διατηρεί τον αγωγό οριζόντιο και σε μικρή απόσταση πανω από την οριζόντια μαγνητική βελόνα και σε έναν τέταρτο μαθητή να έχει την ευθύνη του διακόπτη. Καλεί ταυτόχρονα το σύνολο των μαθητών να καταγράφουν στο τετράδιό τους τα σημαντικά στοιχεία της εμπειρικής έρευνας.

4. Καλεί τον «υπεύθυνο» του διακόπτη να κλείσει το κύκλωμα και διαπιστώνεται ότι η βελόνα εκτρέπεται από την αρχική της θέση και ισορροπεί σε μια νέα θέση.

5. Καλεί τον «υπεύθυνο» του διακόπτη να ανοίξει το κύκλωμα και διαπιστώνεται ότι η βελόνα επανέρχεται στην αρχική της θέση.

6. Ο διδάσκων καλεί έναν από τους μαθητές που συναρμολόγησαν το κύκλωμα να αλλάξουν την πολικότητα της τροφοδοσίας οπότε με το κλείσιμο του διακόπτη διαπιστώνεται ότι η βελόνα εκτρέπεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την προηγούμενη.

7. Ο διδάσκων καλεί τον μαθητή που κρατά τον αγωγό να τον στρέψει ,διατηρώντας τον οριζόντιο, έτσι ώστε να βρεθεί πάνω από τη βελόνα κάθετος στον άξονά της και καλεί τους μαθητές να ρευματοδοτήσουν τον αγωγό, οπότε, διαπιστώνεται ότι, σε αυτή την περίπτωση,

η βελόνα δεν εκτρέπεται.

8. Καθοδηγεί στη συνέχεια τη συζήτηση με στόχο τη διατύπωση ενός γενικού συμπεράσματος διατυπωμένου αρχικά με βάση το φαινόμενο της επίδρασης και στη συνέχεια με βάση την έννοια μαγνητικό πεδίο και ειδικά για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου σε περίπτωση που αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Εστιάζει επίσης στο «αίνιγμα» της βελόνης η οποία δεν συγκινήθηκε όταν ο ευθύγραμμος αγωγός είναι κάθετος στον άξονά της

9. Παρουσιάζει στους μαθητές την τοπογραφία του μαγνητικού πεδίου ενός ευθύγραμμου ρευματοφόρου αγωγού τονίζοντας το γεωμετρικά ευθύγραμμο. Η παρουσίαση γίνεται είτε με σχέδιο με δυναμικές γραμμές στον πίνακα είτε με την αξιοποίηση ενός κατάλληλου λογισμικού στην οθόνη υπολογιστή.

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές

να παρουσιάσουν στο επόμενο μάθημα μία έκθεση πεπραγμένων για όσα συνέβησαν και μία «ανάγνωση των εργαστηριακών αυτών δεδομένων.

να σχεδιάσουν προσεκτικά στο τετράδιο την τοπογραφία του συγκεκριμένου μαγνητικού πεδίου με βάση την εικόνα που εκείνος τους παρουσίασε

να δώσουν μία ερμηνεία στο αίνιγμα της βελόνας που έμεινε ασυγκίνητη και στο σημείο αυτό τους υπενθυμίζει ότι «εφόσον μία βελόνα βρεθεί σε μαγνητικό πεδίο δεν θα ασκηθεί πάνω της δύναμη μόνο εάν ο άξονάς της είναι έχει τη διεύθυνση της έντασης του πεδίου».

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 12

Η ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

Το φαινόμενο

Ένα σχέδιο μαθήματος για τη διδασκαλία του

ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 13

ΤΟ ΠΛΑΝΗΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ

Διδακτικοί στόχοι

Με τη διδασκαλία μας επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι

1. Να μπορούν να περιγράφουν το συγκεκριμένο πείραμα το οποίο ενθάρρυνε την πρόταση για το πλανητικό μοντέλο του ατόμου

2. Να μπορούν να περιγράφουν το πλανητικό μοντέλο και να το συγκρίνουν με εκείνο του ηλιακού συστήματος

4. Να μπορούν να αναγνωρίζουν ότι το προτεινόμενο μοντέλο δεν εναρμονίζεται ούτε με κάποια στοιχεία της προϋπάρχουσας αποδεκτής θεωρίας ούτε και με ορισμένα από τα εμπειρικά δεδομένα και να γνωρίζουν ποια είναι τα στοιχεία και τα δεδομένα αυτά

Παράλληλα επιδιώκεται η διδασκαλία μας να συμβάλει στην εξυπηρέτηση γενικότερων σκοπών της διδασκαλίας της Φυσικής σύμφωνα με τους οποίους επιδιώκεται οι διδασκόμενοι να εξοικειωθούν με τη Μέθοδο που ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΊ Η ΕΠΙ που χρησιμοποιεί η Επιστήμη ( Οικοδόμηση εννοιών, πειραματική έρευνα, επινόηση μοντέλων , διαμόρφωση θεωριών) . Ειδικότερα, με αφορμή την πρόταση του Rutherford για το πλανητικό μοντέλο, να αναγνωρίσουν τη διαπλοκή εμπειρίας και θεωρητικής σκέψης , μία διαπλοκή η οποία συχνά οδηγεί στην οικοδόμηση επιστημονικών θεωριών

Μέθοδος

Αξιοποίηση στοιχείων της Ιστορίας της Επιστήμης

Διδασκαλία με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού

Εννοιολογικά εμπόδια

Τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα, όπως οι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο.

Γνωσιακές προϋποθέσεις

Οι διδασκόμενοι οφείλουν να γνωρίζουν:

α. Το ατομικό μοντέλο το οποίο είχε προτείνει ο J.J. Thomson

β. την ύπαρξη και τις ιδιότητες των σωματιδίων πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και άλφα

γ. ότι κατά την ομαλή κυκλική κίνηση υπάρχει επιτάχυνση

δ. ότι, σύμφωνα με τη θεωρία του Maxwell, κάθε σωματίδιο με φορτίο και επιτάχυνση εκπέμπει ακτινοβολία

ε. τον δεύτερο νευτωνικό νόμο της κίνησης

Απαραίτητα υλικά

Ειδικό λογισμικό με το πείραμα βομβαρδισμού φύλλων χρυσού με σωματίδια α

Αpplet με το πλανητικό μοντέλο

Περιεχόμενο

Ο διδάσκων καθορίζει το βασικό πρόβλημα υπό μορφή ερωτημάτων:

α. Ποιο ήταν το μοντέλο του Rutherford για τη δομή του ατόμου;

β. Σε ποια εμπειρικά δεδομένα βασίστηκε;

γ. Σε τι πλεονεκτούσε σε σχέση με το ατομικό μοντέλο του «πατέρα του ηλεκτρονίου» J.J. Thomson;

δ. Ποιες ήταν οι αδυναμίες του;

Διαδικασίες

1. Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές να παρακολουθήσουν μία προσομοίωση πειράματος βομβαρδισμού φύλλων χρυσού με σωμάτια άλφα και στη συνέχεια να συζητήσουν την αδυναμία ερμηνείας βάσει του μοντέλου του Thomson

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/ http://physics.rug.ac.be/fysica/applets/Rutherford4/index.htm

http://www.scri.fsu.edu/~jac/Java/rutherford.html

2. Τους εκθέτει την ιδέα του Rutherford, το έτος 1911, για ένα μοντέλο ανάλογο με εκείνο του ηλιακού συστήματος

3. Αξιοποιεί διδακτικά ένα ειδικό applet με το οποίο αποσαφηνίζονται οι διαφορές των δύο μοντέλων

http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/rutherford/rutherford2.html

Τι θα συνέβαινε εάν λειτουργούσε το μοντέλο του Thomson

http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/rutherford/rutherford.html

Τι θα συνέβαινε εάν λειτουργούσε το μοντέλο του Rutherford

4. Ζητεί από κάθε μαθητή να σχεδιάσει στο τετράδιό του έναν πλανήτη περιφερόμενο γύρω από τον ήλιο μαζί και την τροχιά του καθώς και ένα ηλεκτρόνιο περιφερόμενο γύρω από τον ατομικό πυρήνα - μαζί και την τροχιά του - και να γράψει, στο τετράδιό του, την απάντηση στο ερώτημα «ποια είναι η δύναμη που ασκείται στον πλανήτη και τον κάνει συνεχώς να στρίβει» καθώς και την απάντηση στο αντίστοιχο ερώτημα για το περιφερόμενο ηλεκτρόνιο. Στη συνέχεια διατυπώνει εκείνος τις επιστημονικά αποδεκτές απαντήσεις για τα δύο ερωτήματα

5. Καθοδηγεί τη συζήτηση, έτσι ώστε οι μαθητές αν διακρίνουν την αδυναμία του πλανητικού μοντέλου στο να εναρμονιστεί με ένα συγκεκριμένο θεωρητικό στοιχείο της θεωρίας του Maxwell .

6. Αξιοποιεί διδακτικά ένα applet με γραμμικά φάσματα αερίων και στη συνέχεια τους επισημαίνει ότι το προτεινόμενο μοντέλο αδυνατεί να ερμηνεύσει το εμπειρικό δεδομένο ότι τα αέρια εκπέμπουν ακτινοβολίες με ένα συγκεκριμένο ρεπερτόριο συχνοτήτων.

7. Εκθέτει στους διδασκόμενους τη διαφορά ανάμεσα στο πλανητικό μοντέλο του ατόμου και στο αντίστοιχο μοντέλο για το ηλιακό σύστημα για να φωτίσει τη σοβαρή αδυναμία του πλανητικού μοντέλου στο να δώσει μια λύση στο «αίνιγμα» της σταθερότητας των ατόμων.

Αξιολόγηση

Ο διδάσκων δίνει σε κάθε μαθητή ένα φυλλάδιο αξιολόγησης με ένα κείμενο και τους καλεί να συμπληρώσουν τα κενά με λέξεις και φράσεις τις οποίες θα επιλέξουν από τις προτεινόμενες

Το κείμενο

Προκειμένου για την εσωτερική δομή του ατόμου, ο Rutherford, το έτος . . . . . . , προτείνει ένα μοντέλο το οποίο θα χαρακτηριστεί πλανητικό, δεδομένου ότι θυμίζει . . . . . . . . . . του ηλιακού συστήματος. Σύμφωνα με την πρόταση, το άτομο συγκροτείται από έναν . . . . . . . . με . . . . . . . . . φορτίο, γύρω από τον οποίο περιφέρονται . . . . . . . . . . καθένα τους με . . . . . . . . φορτίο και με μάζα ελάχιστη συγκριτικά με εκείνη του πυρήνα. Η πρόταση προέκυψε από έναν ενδιαφέροντα συνδυασμό εμπειρίας και . . . . . . . . . Ωστόσο το προτεινόμενο μοντέλο δεν εναρμονίζεται με ένα από τα στοιχεία της αποδεκτής θεωρίας . . . . . . . . αλλά και με το εμπειρικό δεδομένο ότι τα αέρια εκπέμπουν . . . . . . . . . . με συγκεκριμένες συχνότητες

Οι φράσεις από τις οποίες θα γίνει η επιλογή :

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΕΣ 1900 ΠΥΡΗΝΑ ΘΕΤΙΚΟ ΤΟΥ THOMSON ΜΙΚΡΟΓΡΑΦΙΑ TOY MAXWELL ΠΡΩΤΟΝΙΑ ΑΡΝΗΤΙΚΟ ΝΕΤΡΟΝΙΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ 1911

Επιστροφή στην κεντρική σελίδα ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ