1.Το φαινόμενο ΠΤΩΣΗ ΣΤΟΝ ΑΕΡΑ

Ο βασικός διδακτικός στόχος είναι το να αναγνωρίσουν οι μαθητές ότι οι «προσωπικές τους θεωρίες» για το φαινόμενο ’’πτώση στον αέρα’’ δεν είναι επιστημονικές θεωρίες και ότι το φαινόμενο είναι συνθετότερο από όσο νομίζουν.

Ο στόχος προσεγγίζεται με διδασκαλία κονστρουκτουβιστικού χαρακτήρα βασιζόμενη σε προσεκτική ΑΝΑΓΝΩΣΗ ΓΕΓΟΝΟΤΩΝ.

Το πρώτο γεγονός. Ο καθηγητής της φυσικής. Κρατάει στο ένα του χέρι ένα βαρίδι και στο άλλο ένα φυλλαράκι δέντρου και τα αφήνει να πέσουν από το ίδιο ύψος Το βαρίδι φθάνει πρώτο στο πάτωμα της αίθουσας και εκείνος θέτει στους διδασκόμενους το ερώτημα «Γιατί δεν φθάνουν ταυτόχρονα;» και τους ζητεί να γράψουν το ερώτημα αλλά και την -κατά τη γνώμη τους- απάντηση στο πρόχειρο. Αρκετοί από τους διδασκόμενους απαντούν επικαλούμενοι τη «θεωρία» ότι ‘’ τα βαρύτερα πέφτουν πιο γρήγορα’’. Ο καθηγητής χωρίς να σχολιάσει τις απαντήσεις τους γνωστοποιεί ότι επί δύο χιλιάδες χρόνια περίπου –από τον Αριστοτέλη μέχρι τον Γαλιλαίο- οι άνθρωποι πίστευαν ότι «τα βαρύτερα πέφτουν πιο γρήγορα».

Το δεύτερο γεγονός. Ο διδάσκων κρατάει τώρα στο ένα χέρι ένα φύλλο τετραδίου και στο άλλο ένα πολύ μικρό χαρτάκι το οποίο έχει τσαλακώσει. Ζητεί από τους μαθητές να προβλέψουν ποιο από τα δύο θα αντικείμενα θα φθάσει πρώτο και να καταγράψουν την πρόβλεψή τους στο πρόχειρο. Αφήνει τα δύο αντικείμενα ταυτόχρονα από τα χέρια του και διαπιστώνεται ότι το τσαλακωμένο χαρτάκι προσγειώνεται πρώτο. Στη συνέχεια καλεί όλους τους μαθητές να καταγράψουν την προσωπική τους ερμηνεία για το φαινόμενο. Ζητεί, τέλος, από όσους άλλαξαν άποψη για την ερμηνεία του προηγούμενου γεγονότος να το καταγράψουν επίσης. Ενδεχομένως ορισμένοι κατανοούν την αδυναμία της θεωρίας στην οποία βασίστηκαν για να ερμηνεύσουν το πρώτο γεγονός. Σ’ αυτή την περίπτωση προκαλείται ΓΝΩΣΤΙΚΗ ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ ανάμεσα στην προϋπάρχουσα πεποίθηση και στα στοιχεία που την αντικρούουν.

Το ερώτημα Ο ίδιος θέτει το ρητορικό ερώτημα

«Τελικά, ποια σώματα πέφτουν πιο γρήγορα; Τα βαρύτερα ή τα ελαφρύτερα; » και δίνει την απάντηση ότι

«δεν υπάρχει νόμος με βάση τον οποίο να μπορούμε να προβλέψουμε τι θα συμβεί κατά την πτώση δύο οποιωνδήποτε αντικειμένων στον αέρα ».

Στη συνέχεια παρουσιάζει συνοπτικά την ιστορική εξέλιξη των ιδεών σχετικά με το φαινόμενο ‘’πτώση στον αέρα’’ για να καταλήξει στον Γαλιλαίο και να γνωστοποιήσει ότι ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΕΙΝΑΙ Ο ΑΕΡΑΣ. Δίνει έμφαση στην ιδέα ότι «εάν δεν υπήρχε ο αέρας, θα συνέβαινε το εκπληκτικό- για την τρέχουσα εμπειρία- γεγονός όλα τα στερεά αντικείμενα, οσονδήποτε βαριά ή ελαφριά, να πέφτουν ταυτόχρονα».

2. Το φαινόμενο ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ

Η διδασκαλία του φαινομένου έχει δύο σημαντικούς διδακτικούς στόχους

α. την κατανόηση του ότι «όλα τα σώματα πέφτουν ταυτόχρονα» και

β. την αναγνώριση του ότι «η κίνηση κάθε αντικειμένου είναι ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη».

Οι στόχοι προσεγγίζονται μέσα από ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΜΠΕΙΡΙΑ

α. Ο πρώτος διδακτικός στόχος. Το να κατανοηθεί ότι όλα τα σώματα στο κενό πέφτουν ταυτόχρονα και ότι όποτε αυτό δεν συμβαίνει «ευθύνεται ο αέρας».

Ο διδάσκων χρησιμοποιεί τον σωλήνα του Νεύτωνα μέσα στον οποίο έχει εισαγάγει ένα φτερό και ένα νόμισμα ή ένα βαρίδι 50 γραμμαρίων. Ο ίδιος έχει φροντίσει προηγουμένως να βγάλει τον αέρα με τη βοήθεια της αντλίας την οποία διαθέτει το σχολικό εργαστήριο. Παρουσιάζει στους μαθητές τον σωλήνα οριζόντιο και τους θέτει το ερώτημα « Πώς μπορούμε να διαπιστώσουμε εάν μέσα στον σωλήνα υπάρχει αέρας ή εάν δεν υπάρχει; ». Τα γεγονότα οδηγούνται στο να φέρει τον σωλήνα σε κατακόρυφη θέση οπότε οι μαθητές βλέπουν με τα μάτια τους το ταυτόχρονο της πτώσης και εντυπωσιάζονται όχι από την κίνηση του βαριδιού αλλά από την πτώση του φτερού το οποίο «πέφτει σαν βαρίδι». Εκείνος, αφού το επαναλάβει δύο τρεις φορές ακόμα, ανοίγει λίγο τη βαλβίδα για να μπει «λίγος αέρας» -διατηρώντας εννοείται τον σωλήνα οριζόντιο- και στη συνέχεια φέρνοντας τον σωλήνα σε κατακόρυφη θέση αφήνει τα δύο αντικείμενα να πέσουν. Διαπιστώνεται ότι το φτερό καθυστερεί αλλά όχι όσο σε αέρα μίας ατμόσφαιρας. Ανοίγει λίγο περισσότερο τη βαλβίδα και επαναλαμβάνει το εγχείρημα. Τώρα το φτερό πέφτει πιο νωχελικά. Ανοίγοντας τέλος τη βαλβίδα και αφήνοντάς την ανοιχτή, το φτερό πέφτει με τον γνωστό τρόπο. Ο καθηγητής τονίζει τον ρόλο του αέρα στην πτώση του φτερού και εστιάζει στο γεγονός ότι το βαρίδι στο κενό πέφτει περίπου όπως στον αέρα. Καλεί στη συνέχεια τους μαθητές να μοιραστούν μεταξύ τους την προσπάθεια για τη δημιουργία κενού μέσα στον γυάλινο σωλήνα χειριζόμενοι ο ένας μετά τον άλλον την αντλία, Αυτό βέβαια εφόσον η αντλία είναι χειροκίνητη. Η προσπάθεια αυτή των μαθητών είναι στοιχείο της διδασκαλίας δεδομένου ότι ενισχύει τις διεργασίες

μνήμης και όχι μόνον αυτές

β. Ο δεύτερος διδακτικός στόχος. Να αναγνωρίσει κάθε διδασκόμενος ότι «η κίνηση κάθε αντικειμένου είναι ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη».

Ο διδάσκων δίδει έμφαση στην εμπειρική διαπίστωση ότι η πτώση του βαριδιού στον αέρα είναι ως κίνηση σχεδόν ίδια με την ελεύθερη πτώση και καλεί τους μαθητές να μελετήσουν την πτώση ενός βαριδιού στον αέρα με τη βοήθεια ενός χρονομετρητή με ταινία που υπάρχει στο σχολικό εργαστήριο. Κάθε μαθητής κάνει το σχετικό πείραμα στηρίζοντας με κολλητική ταινία το βαρίδι στο άκρό της χαρτοταινίας και «αποκτά» τη «δική του» χαρτοταινία με τα σχετικά ίχνη. Μελετώντας την ταινία του καταλήγει μόνος του στο συμπέρασμα ότι η κίνηση είναι ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη.

3. Με αφετηρία το εμπειρικό αυτό δεδομένο

Επιστρέφουμε στο εντυπωσιακή διαπίστωση ότι «όλα τα σώματα στο κενό πέφτουν ταυτόχρονα» για να θέσουμε ένα ζήτημα μεγάλης σημασίας για την οικοδόμηση της Φυσικής.

Και το θέτουμε μέσα από ένα ερώτημα:

Μέσα στο σωλήνα του κενού βάζουμε δύο αντικείμενα, το ένα 100 φορές βαρύτερο από το άλλο. Η Φυσική μας λέει ότι το ένα από αυτά η Γη το «τραβάει» προς το μέρος της με δύναμη (βάρος) 100 φορές μεγαλύτερη από όσο το άλλο. «Πώς είναι δυνατόν» να πέφτουν ταυτόχρονα;

Και η απάντηση

.