Πρωτοτυπία – Καινοτομία

Η δυναμική προσομοίωση παρέχει τη δυνατότητα χαρτογράφησης του «χώρου» γύρω από ένα ηλεκτρικό φορτίο και τον προσδιορισμό του όρου «ηλεκτρικό πεδίο».

Η διεξαγωγή ενός εικονικού πειράματος συμβάλλει στον ορισμό και τη δημιουργία της μαθηματικής έκφρασης της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου.

Προστιθέμενη αξία

Το ψηφιακό μαθησιακό αντικείμενο «Ηλεκτροστατικό πεδίο» αποτελεί μια δυναμική προσομοίωση με στόχο  τη μελέτη του ηλεκτροστατικού πεδίου. Παρέχει τη δυνατότητα οπτικοποίησης των σχετικών φυσικών μεγεθών όπως οι δυναμικές γραμμές, τα διανύσματα της ηλεκτρικής δύναμης και της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, τη δημιουργία διαφορετικών τύπων ηλεκτρικών πεδίων, την κίνηση φορτίου στα πεδία. Η μεταβολή των τιμών των φυσικών μεγεθών επιτρέπει την «ανακάλυψη» του νόμου του Coulomb, την εκτίμηση και τον υπολογισμό της δύναμης και της έντασης του πεδίου από τους μαθητές και τις μαθήτριες, μέσω εικονικών πειραμάτων.

Η αξιοποίηση του διδακτικού μοντέλου της διερευνητικής μάθησης με τις τέσσερις φάσεις της, προσανατολισμού και αναδόμησης αντιλήψεων, έρευνας και συμπερασμάτων, αναπτύσσει κίνητρα μάθησης. Σε συνδυασμό με την αλληλεπίδραση που γίνεται με την προσομοίωση διατηρεί το ενδιαφέρον των μαθητών/ριών (φάσεις προσανατολισμού και αναδόμησης αντιλήψεων). Οι μαθητές/ριες μπαίνουν σε διερευνητική διαδικασία και οδηγούνται στην οικοδόμηση της γνώσης (φάσεις έρευνας και συμπερασμάτων).

Γνωστικά – διδακτικά προβλήματα

Ορισμένες ενδεικτικές εναλλακτικές ιδέες μαθητών σχετικά με τις έννοιες του ηλεκτρικού πεδίου, συνοψίζονται ως εξής (Gunstone, 2015; Horton, 2007):

• Το ηλεκτρικό πεδίο είναι μια συλλογή από φορτία.
• Το πεδίο δεν υπάρχει εκτός αν υπάρχει κάτι που να το ανιχνεύει.
• Η δύναμη σε κάποιο σημείο υπάρχει ακόμα και αν δεν υπάρχουν φορτία σε αυτό.
• Το ηλεκτρικό πεδίο και η ηλεκτρική δύναμη είναι το ίδιο πράγμα, και έχουν την ίδια κατεύθυνση.
• Οι δυναμικές γραμμές είναι το πεδίο, δηλαδή το πεδίο υπάρχει όπου βρίσκονται οι δυναμικές γραμμές.

Παιδαγωγική προσέγγιση και στρατηγικές Παιδαγωγική προσέγγιση

Η παιδαγωγική προσέγγιση είναι γνωστική.

Οι μαθητές/ριες οικοδομούν τη γνώση τους, κατά την παιδαγωγική αλληλεπίδραση στην τάξη αλλά και από τις εμπειρίες τους κατά την αλληλεπίδραση τους με το ευρύτερο περιβάλλον.

Η γνωστική προσέγγιση ενδείκνυται για την εκπαίδευση στις Φυσικές Επιστήμες, όπου απαιτείται η κατάλληλη σύνδεση μεταξύ αφηρημένων εννοιών για την κατανόηση των φυσικών φαινομένων.

Διδακτικό μοντέλο

Το διδακτικό μοντέλο που ακολουθείται στο σενάριο είναι η καθοδηγούμενη διερευνητική μάθηση. Αποτελεί την πλέον ενδεδειγμένη προσέγγιση για τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών και οφείλεται κυρίως στην απαίτηση για επαγωγικό συλλογισμό, τη διατύπωση και έλεγχο υποθέσεων, την επίλυση προβλημάτων.

Ο/Η εκπαιδευτικός καθοδηγεί τη μαθησιακή διαδικασία μέσα από ερωτήσεις, την αλληλεπίδραση των μαθητών με την προσομοίωση και με αναστοχαστικές διεργασίες.

Διδακτικές στρατηγικές / τεχνικές

Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης των μαθητών/ριών με την προσομοίωση, σε όλες τις φάσεις της διερεύνησης, εφαρμόζεται η τεχνική των ερωταποκρίσεων.

Οι ερωταποκρίσεις είναι νοηματοδοτημένες, στοχοθετημένες, σύντομες και περιεκτικές.

Η μελέτη του θέματος μέσω της αλληλεπίδρασης του μαθητή/ριας με τη δυναμική προσομοίωση παρέχει το πλαίσιο για την καλλιέργεια της κριτικής σκέψης, του αναστοχασμού και την ανάπτυξη μεταγνωστικών δεξιοτήτων.

Στοχευόμενο κοινό (ομάδα-στόχος ή σε ποιους απευθύνεται)

Το σενάριο  απευθύνεται σε μαθητές Β’ Λυκείου.

Η αλληλεπίδραση με την προσομοίωση μέσω οπτικών αναπαραστάσεων, συμβόλων και αριθμητικών τιμών διευκολύνει και μαθητές που δεν μιλούν άπταιστα την Ελληνική.

Γλώσσα στοχευόμενου κοινού

ελληνικά

Εκτιμώμενος χρόνος υλοποίησης σεναρίου (διάρκεια)

μικρή διάρκεια: έως 3 ώρες

Το σενάριο υλοποιείται στο πλαίσιο των δύο διδακτικών ωρών, που συνήθως καλύπτουν την ενότητα «1.2 Ηλεκτρικό πεδίο» του βιβλίου μαθητή της Φυσικής Β’ Λυκείου γενικής παιδείας.

Χώρος υλοποίησης

Η προσέγγιση είναι μαθητοκεντρική, επομένως κάθε μαθητής και μαθήτρια χρησιμοποιεί το ψηφιακό μαθησιακό αντικείμενο. Το μάθημα γίνεται σε εργαστήριο πληροφορικής ή σε αίθουσα με υπολογιστές. Εναλλακτικά, μπορούν οι μαθητές/ριες να χρησιμοποιούν φορητές συσκευές.

Ενορχήστρωση τάξης

Το σενάριο ακολουθεί το διδακτικό μοντέλο της διερευνητικής μάθησης.

Οι δραστηριότητες χωρίζονται στις τέσσερις φάσεις του προσανατολισμού, της αναδόμησης αντιλήψεων, της έρευνας και των συμπερασμάτων.

Οι μαθητές/ριες σε συνεργασία με τον/την εκπαιδευτικό εφαρμόζουν τη διδακτική τεχνική των ερωταποκρίσεων ώσπου να φτάσουν στο συμπέρασμα κάθε δραστηριότητας.

Απαιτήσεις εφαρμογής σεναρίου Προαπαιτούμενες γνώσεις των μαθητών

Οι γνώσεις που απαιτούνται είναι αυτές που προκύπτουν από την ενότητα «1.1 Ο νόμος του Coulomb», http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2682/Fysiki_B-Lykeiou-GP_html-empl/index1_1.html και η εισαγωγική παράγραφος της ενότητας «1.2 Ηλεκτρικό πεδίο» του βιβλίου μαθητή της Φυσικής Β’ Λυκείου γενικής παιδείας, http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2682/Fysiki_B-Lykeiou-GP_html-empl/index1_2.html.

Απαιτούμενα βοηθητικά υλικά και εργαλεία

Οι μαθητές/ριες αλληλεπιδρούν με το ψηφιακό μαθησιακό αντικείμενο «Ηλεκτροστατικό πεδίο» από το φωτόδεντρο, http://photodentro.edu.gr/v/item/ds/8521/1621. Ενδείκνυται κάθε μαθητής/ρια να χρησιμοποιεί τον υπολογιστή ή φορητή συσκευή. Για την καταγραφή των τιμών των φυσικών μεγεθών, τις γραφικές παραστάσεις και υπολογισμούς προτείνεται λογιστικό φύλλο ελεύθερης χρήσης. Στην εκδοχή ομαδοσυνεργατικής υλοποίησης του σεναρίου, οι μαθητές/ριες συνεργάζονται με τη χρησιμοποίηση ελεύθερων συνεργατικών εργαλείων.

Απαιτούμενη προετοιμασία

Οι αρχικές συνθήκες για το εκπαιδευτικό σενάριο με τη δυναμική προσομοίωση «Ηλεκτροστατικό πεδίο» http://photodentro.edu.gr/v/item/ds/8521/1621, αναφέρονται στις ρυθμίσεις για να ξεκινήσει η πρώτη δραστηριότητα. Το φορτίου Q1=1μC που θεωρείται ότι δημιουργεί το πεδίο τοποθετείται στο κέντρο των αξόνων, το Q2=0, και το δοκιμαστικό φορτίο q=1μC βρίσκεται σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου (επιπέδου). Η «Δύναμη» είναι επιλεγμένη, ενώ οι επιλογές «Συνιστώσες» και «Δυναμικές γραμμές» δεν είναι ενεργές.

Οι μαθητές/ριες έχουν πρόσβαση σε συνεργατικά εργαλεία αυτοματισμού γραφείου ελεύθερης χρήσης.

Διδακτικοί στόχοι Ειδικοί διδακτικοί στόχοι (κατά Bloom) Ως προς γνωστικό τομέα

Σύμφωνα με το Πρόγραμμα Σπουδών του μαθήματος «Φυσική» της Α΄ και Β΄ τάξης Γενικού Λυκείου (ΦΕΚ 184/23.1.2015, σ. 2785, http://ebooks.edu.gr/ebooks/handle/8547/2055, μετά την υλοποίηση του σεναρίου «οι μαθητές θα πρέπει να περιγράφουν τις ηλεκτροστατικές επιδράσεις, αξιοποιώντας την έννοια του πεδίου και της έντασης του».

Συγκεκριμένα, μετά την υλοποίηση του σεναρίου οι μαθητές αναμένεται να:

1. κατανοήσουν την έννοια του ηλεκτρικού πεδίου
2. ανακαλύψουν το βασικό χαρακτηριστικό της έννοιας «ηλεκτρικό πεδίο»
3. τον ορισμό του ηλεκτρικού πεδίου με βάση την ηλεκτρική δύναμη
4. δημιουργήσουν τη μαθηματική έκφραση για  την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου.

Ως προς συναισθηματικό τομέα

Με την υλοποίηση του σεναρίου οι μαθητές και οι μαθήτριες θα είναι σε θέση να «αντιλαμβάνονται το εύρος, να αξιοποιούν και να ερμηνεύουν τις διασυνδέσεις και τις αναπαραστάσεις μεταξύ των πεδίων της προσέγγισης ΦΥ.Τ.ΕΜ.ΜΑ.Γ.». Επίσης να «εμπλακούν στον καταμερισμό του έργου κατά την ομαδική εργασία και να αναπτύξουν πνεύμα συνεργασίας και αμοιβαίου σεβασμού» (Πρόγραμμα Σπουδών του μαθήματος «Φυσική» της Α΄ και Β΄ τάξης Γενικού Λυκείου, ΦΕΚ 184/23.1.2015, σ. 2785). Αυτό συνεισφέρει στην απόκτηση κινήτρων μάθησης και για άλλα γνωστικά αντικείμενα όπως τα μαθηματικά.

Ως προς ψυχοκινητικό τομέα

Με την υλοποίηση του σεναρίου οι μαθητές και οι μαθήτριες αναμένεται να:

1. αναπτύξουν δεξιότητες χειρισμού πολυπαραγοντικών δυναμικών προσομοιώσεων
2. ανταποκρίνονται σε καθοδηγούμενες ενέργειες για την ολοκλήρωση δραστηριοτήτων
3. προσαρμόσουν τις δεξιότητες τους στις νέες απαιτήσεις της διδασκαλίας, με την αξιοποίηση της εκπαιδευτικής τεχνολογίας.

Είδος αξιολόγησης

Αξιολόγηση μαθητών

1. Αξιολόγηση μέσω των δραστηριοτήτων

Η αξιολόγηση των μαθησιακών αποτελεσμάτων των μαθητών/ριών γίνεται μέσω της ολοκλήρωσης των τριών δραστηριοτήτων και άλλων, όπως τις «ασκήσεις» συνηθισμένου τύπου 

2. Αξιολόγηση άλλης μορφής

Στο τέλος του κεφαλαίου «1. Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων» ελέγχεται η διατήρηση γνώσης και η απόκτηση μεταγνωστικών δεξιοτήτων.

Μια ενδεικτική δραστηριότητα περιγράφεται παρακάτω.

Η προσομοίωση ρυθμίζεται ώστε να μην εμφανίζονται οι συνιστώσες της έντασης του πεδίου. Οι μαθητές/ριες εμφανίζουν ένα δεύτερο ηλεκτρικό φορτίο της επιλογής τους. Τους ζητείται να υπολογίσουν την ένταση του συνολικού πεδίου που δημιουργείται από τα δύο φορτία.

 

Αξιολόγηση σεναρίου

1. Αξιολόγηση ως προς το θέμα του σεναρίου

Μετά την υλοποίηση του σεναρίου συμπληρώνεται ο πίνακας 1.

Πίνακας 1. Αξιολόγηση σεναρίου ως προς το θέμα του

Θέμα	Ανεπαρκώς (1)	Ικανοποιητικά (2)	Πολύ καλά (3)
Ευθυγράμμιση με το αναλυτικό πρόγραμμα
Ανταπόκριση στο γνωστικό επίπεδο των μαθητών
Χρόνος υλοποίησης
Σχόλια

 

2. Αξιολόγηση ως προς την παιδαγωγική προσέγγιση

Μετά την υλοποίηση του σεναρίου συμπληρώνεται ο πίνακας 2.

Πίνακας 2. Αξιολόγηση σεναρίου ως προς την παιδαγωγική προσέγγιση

Παιδαγωγική προσέγγιση	Ανεπαρκώς (1)	Ικανοποιητικά (2)	Πολύ καλά (3)
Διδακτικό μοντέλο
Διδακτικές τεχνικές
Σχόλια

Επεκτασιμότητα

Το σενάριο μπορεί να επεκταθεί με τη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου από δύο φορτία. Σκοπός της εμφάνισης του δεύτερου φορτίου είναι η μελέτη διαφόρων μορφών πεδίων.

Μπορεί επίσης να τεθεί σε κίνηση το δοκιμαστικό φορτίο, με στόχο την υποστήριξη για την εννοιολογική αλλαγή που σχετίζεται με την εναλλακτική αντίληψη ότι ένα δοκιμαστικό φορτίο διαγράφει τροχιά που ταυτίζεται με τις δυναμικές γραμμές (Gunstone, 2015).

Μια ακόμα επέκταση μπορεί να αναφέρεται στη συγκριτική μελέτη της ηλεκτρικής και της βαρυτικής δύναμης. Μπορεί να αξιοποιηθεί το μαθησιακό αντικείμενο από το φωτόδεντρο http://photodentro.edu.gr/lor/r/8521/10482?locale=el. Η σύγκριση στοχεύει στην «ανατροπή» της εναλλακτικής ιδέας ότι οι δύο δυνάμεις είναι οι ίδιες (Gunstone, 2015).

Βιβλιογραφία

Gunstone, R. (2015). ‘Fields, force, energy and potential’: alternative conceptions, analogies and learning. Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2021 από https://www.vicphysics.org/issues/misconceptions/.

Horton, C. (2007). Student Alternative Conceptions in Chemistry. Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2021 από http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.694.2512.