Φυσική (ΔΕ) (Γενικό Λύκειο)
Κατεβάστε σε μορφή PDF
 3 ώρες

ΑΝΑΚΑΛΥΠΤΟΝΤΑΣ ΤΗ ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΤΟΥΣ ΝΟΜΟΥΣ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

Γενική περιγραφή περιεχομένου: 

Το κεφάλαιο της Θερμοδυναμικής απαιτεί για την κατανόησή του από τους μαθητές κάποιες προηγούμενες γνώσεις, πάνω στις οποίες θα οικοδομηθεί η εμπέδωση των νέων εννοιών, κυρίως πάνω στις διαφορές ανάμεσα στις καταστάσεις της ύλης, στερεά - υγρή - αέρια, και στην επίδραση παραγόντων όπως η θερμοκρασία στην μικροσκοπική δομή ενός αερίου. Σε αυτό το σημείο όμως συχνά εμφανίζονται λανθασμένες αντιλήψεις μαθητών, όπως ότι το αποκλειστικό κριτήριο για να θεωρηθεί ένα σώμα στερεό είναι η σκληρότητά του, ότι τα μόρια στα υγρά κινούνται ελεύθερα και μακριά το ένα από το άλλο, ότι η πίεση του αερίου δεν ασκείται ισότιμα σε όλες τις κατευθύνσεις ή ότι οι τιμές της πίεσης, του όγκου και της θερμοκρασίας ενός αερίου δεν μπορεί να αλληλεξαρτώνται (Εναλλακτικές ιδέες των μαθητών, Αντωνίου Αντώνης & Εναλλακτικές ιδέες των μαθητών, το λάθος και η Φυσική, Α.Ι.Κασσέτας). Το σενάριο στοχεύει στη διερεύνηση εκ μέρους των μαθητών αυτών των εννοιών, με διαδραστική και ενεργό διαδικασίακαι αφού προηγηθεί η απαραίτητη αφόρμηση και η πρόκληση ενδιαφέροντος μέσω ενός βίντεο. Στη δεύτερη διδακτική ώρα, γίνεται ανακάλυψη των τριών νόμων των αερίων, προσεγγίζοντας την επιστημονική ανακαλυπτική μέθοδο μέσω εικονικών πειραμάτων, παρόμοιων με εκείνα που οδήγησαν τους Boyle κτλ στην διατύπωση των νόμων. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές απομακρύνονται από τη στείρα μάθηση των νόμων και γίνονται ενεργό κομμάτι της ανακάλυψής τους (Driver, Squires, Rushworth & Wood-Robinson,1998, Οικοδομώντας τις έννοιεςτων Φυσικών Επιστημών). Ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας τα πειραματικά δεδομένα εξασκούνται στην αποτύπωση τους μέσα από πολλαπλούς τύπους διαγραμμάτων, π.χ. p-V και V-T. Προετοιμάζονται έτσι ώστε να προχωρήσουν με σταθερά βήματα στις βαθύτερες έννοιες και διεργασίες της θερμοδυναμικής. Η τρίτη διδακτική ώρα περιλαμβάνει πραγματικά πειράματα, που παρουσιάζονται σε σχετικό βίντεο και αναπαράγονται κατά το δοκούν στο εργαστήριο φυσικών επιστημών. Περιλαμβάνει ενδιαφέροντα και εκπαιδευτικά πειράματα σχετικά με τους νόμους των αερίων, πέραν του κλασικού εργαστηρίου το οποίο μπορεί να γίνει επικουρικά, που ενισχύουν την εμπέδωση και αποτελούν συμπλήρωμα των εικονικών πειραμάτων που προηγήθηκαν, αναπτύσσοντας διαφορετικές δεξιότητες των μαθητών.

Ο εκπαιδευτικός έχει συμβουλευτικό κυρίως ρόλο, φροντίζει για τη δημιουργία των ομάδων, παραδίδει τα φύλλα εργασίας και συντονίζει τη συζήτηση στην ολομέλεια, αφήνοντας χώρο για αυτενέργεια στους μαθητές του.

Η επιλογή των προσομοιώσεων του PheT έγινε με βάση τις παροχές τους που ενισχύουν την εκπαιδευτική διαδικασία. Συγκεκριμένα δίνουν τη δυνατότητα στο μαθητή να οπτικοποιήσει τα φαινόμενα και να επεξεργαστεί τις παραμέτρους που τα επηρεάζουν, παρατηρώντας την επίδρασή τους. Το όλο περιβάλλον αναπαριστά ένα εικονικό εργαστήριο, όπου οι μαθητές πραγματοποιούν μετρήσεις με εικονικά όργανα, κάτι που θα ήταν δύσκολο να πραγματοποιηθεί σε πραγματικό εργαστήριο, χωρίς να υπάρχει κίνδυνος κατά τη χρήση τους – π.χ. με τη θέρμανση αερίων σε υψηλές θερμοκρασίες. Μια πολύ χρήσιμη παροχή είναι η αναπαράσταση της κίνησης των μορίων των στερεών, υγρών και αερίων, δίνοντας τη δυνατότητα τους μαθητές να οπτικοποιήσουν κάτι που δεν θα μπορούσαν σε ενα πραγματικό εργαστήριο. Επιπλέον είναι ιδανικές για την εφαρμογή της διαδικασίας «πρόβλεψη-πειραματισμός-επιβεβαίωση» φέρνοντας τους μαθητές πιο κοντά στην επιστημονική πραγμάτευση των φαινομένων και βοηθώντας στην ανατροπή λανθασμένων ιδεών. Σε συνδυασμό με τα πραγματικά πειράματα και τη χρήση οπτικών ερεθισμών - βίντεο συγκροτούν ένα σύνολο από ποικίλες μορφές διδασκαλίας για την ολοκληρωμένη προσέγγιση του διδακτικού αντικειμένου.

Εκπαιδευτικό Πρόβλημα: 

Στην περίπτωση της μελέτης των καταστάσεων της ύλης και των ιδιοτήτων των αερίων οι μαθητές έχουν συχνά εναλλακτικές και λανθασμένες ιδέες, ενώ η μελέτη των τριών νόμων των αερίων στο λύκειο γίνεται συχνά μηχανικά, χωρίς ενεργό συμμετοχή του μαθητή και χωρίς σύνδεση με την πραγματικότητα. Το σενάριο ενεργοποιεί τους μαθητές να ανακαλύψουν τη δομή των αερίων, τους παράγοντες που την επηρεάζουν και να εξάγουν σαν μικροί επιστήμονες τους νόμους των Boyle, Charles και Gay-Lussac. Επιπλέον επιχειρείται σύνδεση όσων παρατηρούν με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή.

Φάσεις Ψηφιακού Σεναρίου: 
15 λεπτά
Φάση 1: Αφόρμηση - Έναυσμα ενδιαφέροντος
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών με υπολογιστή και δυνατότητα προβολής ή στην τάξη με δυνατότητα προβολής, ή στο εργαστήριο Η/Υ
30 λεπτά
Φάση 2: Διερεύνηση μέσω προσομοίωσης
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών με υπολογιστή και δυνατότητα προβολής ή στην τάξη με δυνατότητα προβολής, ή στο εργαστήριο Η/Υ
45 λεπτά
Φάση 3: Πειραματισμός σε εικονικό εργαστήριο
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών με υπολογιστή και δυνατότητα προβολής ή στην τάξη με δυνατότητα προβολής, ή στο εργαστήριο Η/Υ
15 λεπτά
Φάση 4: Εφαρμογή γνώσεων με χρήση βίντεο & συζήτησης
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών με υπολογιστή και δυνατότητα προβολής ή στην τάξη με δυνατότητα προβολής, ή στο εργαστήριο Η/Υ
30 λεπτά
Φάση 5: Πειραματική ενασχόληση
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών με υπολογιστή και δυνατότητα προβολής
Διδακτικοί Στόχοι: 
  1. Να ξεχωρίζουν τη στερεή, την υγρή και την αέρια κατάσταση με βάση τη συμπεριφορά των μορίων.
  2. Να περιγράφουν το ρόλο της θερμοκρασίας στην ταχύτητα κίνησης των μορίων.
  3. Να περιγράφουν τους τρεις νόμους των αερίων με πολλαπλές αναπαραστάσεις και με γραφικές παραστάσεις.
  4. Να σχεδιάζουν και να ερμηνεύουν γραφικές παραστάσεις p-V, p-T και V-T.
  5. Να πραγματοποιούν και να εξηγούν πειράματα που βασίζονται στους νόμους των αερίων.
Λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν τη θεματική του σεναρίου: 
αέρια
Boyle
Charles
Gay-Lussac
ισόθερμη
ισόχωρη
ισοβαρής
προσομοιώσεις
Υλικοτεχνική υποδομή: 
Απαιτείται η ύπαρξη ενός υπολογιστή ανά ομάδα μαθητών με πρόσβαση στο διαδίκτυο, ιδανικά στο εργαστήριο πληροφορικής. Εναλλακτικά, η ύπαρξη ενός βιντεοπροβολέα με δυνατότητα σύνδεσης με ηλεκτρονικό υπολογιστή, ώστε οι μαθητές θα περνάνε εναλλάξ από τον υπολογιστή. Υπάρχει η δυνατότητα τα βίντεο και οι προσομοιώσεις να είναι κατεβασμένα στον υπολογιστή, ώστε να μην απαιτείται καν σύνδεση στο διαδίκτυο. Για την εργαστηριακή φάση θα χρησιμοποιηθεί το εργαστήριο φυσικών επιστημών του σχολείου.
Δημιουργός Σεναρίου: Βασίλειος Βαρσάμης (Εκπαιδευτικός)