Θεάσεις: 25.083
Παραδείγματα εκπαιδευτικού λογισμικού εποικοδομητικού τύπου στις Φυσικές Επιστήμες
Στη συνέχεια παρουσιάζεται το λογισμικό «Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά», «Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α.» «Αλληλεπιδράσεις Σωμάτων» που προσομοιώνει καταστάσεις της καθημερινής ζωής, τις οποίες μοντελοποιεί με κατάλληλο κάθε φορά επιστημονικό μοντέλο. Προωθεί τη δημιουργία πολλαπλών αναπαραστάσεων από τα παιδιά, εξυπηρετώντας ταυτόχρονα την ανάγκη για αυξημένη, γνωστικού τύπου, αλληλεπίδραση με τον/ην χρήστη, ώστε να εξασφαλίζει την ενεργό, διερευνητική και εποικοδομητική μάθηση.
«Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά»
Το λογισμικό «Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά»* αποτελεί ένα ανοικτό περιβάλλον δημιουργίας και επεξεργασίας διανυσμάτων που επιτρέπει στον/ην χρήστη να δημιουργεί και να χειρίζεται διανύσματα με τρόπο που μοιάζει με παιχνίδι (Γρηγοριάδου κ.ά., 1998, 2000, Μητρόπουλος κ.ά., 1999). Στοχεύει να βοηθήσει τους/ις εκπαιδευτικούς να διδάξουν και τους/ις μαθητές να οικοδομήσουν έννοιες σχετικές με τα διανύσματα και διανυσματικές έννοιες της Φυσικής (ταχύτητα, δύναμη, βάρος, τριβή, ορμή). Κατά την ανάπτυξη του λογισμικού λήφθηκαν υπόψη δεδομένα ερευνών από τη Διδακτική των Μαθηματικών και τη Διδακτική των ΦΕ σχετικά με τις λανθασμένες ιδέες, παρανοήσεις και γνωστικές δυσκολίες που εμφανίζουν συνήθως οι μαθητές/ριες στην προσπάθειά τους να μάθουν τα διανύσματα και τις συγκεκριμένες έννοιες της Φυσικής. Περιλαμβάνει πέντε θεματικές ενότητες, για κάθε μια από τις οποίες έχει αναπτυχθεί ένας αριθμός σεναρίων, ενώ για κάθε σενάριο ένας μικρόκοσμος προσομοιώνει μια αληθινή κατάσταση με προβλήματα και θέματα από την καθημερινή ζωή.
Πίνακας 1: Ενότητες και σενάρια του λογισμικού
«Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά»
| α/α |
Ενότητες |
Σενάρια |
|
1
|
«Θέση-Μετατόπιση»
|
«Πηγαίνοντας για ψάρεμα», «Προετοιμάζοντας ένα ταξίδι»
|
|
2
|
«Κίνηση»
|
«Ποιο πλοίο πηγαίνει πιο γρήγορα», «Ταξιδεύοντας», «Κυλιόμενος διάδρομος», «Διάσωση κολυμβητή», «Παίζοντας γκολφ»
|
|
3
|
«Δυνάμεις-Ισορροπία»
|
«Σώματα που ισορροπούν», «Φανταστική αναρρίχηση»
|
|
4
|
«Δυνάμεις-Κίνηση»
|
«Το Ταχυδρομείο», «Σώματα που πέφτουν», «Μακριά από τη Γη»
|
|
5
|
«Δυνάμεις-Ορμή»
|
«Κρούσεις μεταξύ σωμάτων»
|
Για κάθε σενάριο αναπτύχθηκαν και προτείνονται ορισμένες δραστηριότητες για τα παιδιά, οι οποίες περιλαμβάνονται στο Τετράδιο του Μαθητή και της Μαθήτριας που συνοδεύει το λογισμικό. Επίσης στον Οδηγό για τον Καθηγητή και την Καθηγήτρια αναλύονται οι στόχοι κάθε δραστηριότητας, ώστε να βοηθηθεί ο/η εκπαιδευτικός να χρησιμοποιήσει το λογισμικό με εποικοδομητικό τρόπο, εφόσον το επιθυμεί. Παρόλα αυτά, πρόκειται για ένα ανοικτό περιβάλλον προσομοιώσεων, με εργαλεία χειρισμού των διανυσμάτων, των κινήσεων και των διανυσματικών μεγεθών της Μηχανικής, που παρέχει στο/η χρήστη τη δυνατότητα να χρησιμοποιεί τα έτοιμα σενάρια και τις δραστηριότητες και να κατασκευάζει και να δοκιμάζει τα δικά του/ης σενάρια και δραστηριότητες.
Στόχος των σεναρίων της πρώτης ενότητας ‘Θέση-Μετατόπιση’ είναι η μελέτη της έννοιας ‘κίνηση’ με την εισαγωγή της έννοιας ‘θέση’ ενός σώματος και αλλαγή της θέσης (‘μετατόπιση’). Στο πρώτο σενάριο ‘Πηγαίνοντας για ψάρεμα’ προτείνεται ένα παιχνίδι, όπου ο/η χρήστης καλείται να επιλέξει από ένα σύνολο ερωτήσεων εκείνες που θα τον/ην οδηγήσουν στον προσδιορισμό της θέσης μιας ξέρας πάνω στον χάρτη των Κυκλάδων. Στόχος είναι ο/η μαθητής/ρια να κατανοήσει ότι απαραίτητο στοιχείο για την κίνηση είναι να προσδιοριστεί η ευθεία και η κατεύθυνση πάνω στην οποία θα κινηθεί ένα κινητό. Στο σενάριο ‘Προετοιμάζοντας ένα ταξίδι’ προτείνεται στο/η χρήστη να σχεδιάσει με γραφικό τρόπο πάνω στο χάρτη ένα ταξίδι σε νησιά των Κυκλάδων, χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία του λογισμικού ώστε να προσδιορίσει τα χαρακτηριστικά των αντίστοιχων διανυσμάτων. Στη συνέχεια τροποποιεί το ταξίδι, ώστε να περιλάβει και ενδιάμεσους σταθμούς. Οι προτεινόμενες δραστηριότητες δίνουν την ευκαιρία στα παιδιά να εργαστούν με διανύσματα πάνω σε αληθινές καταστάσεις κίνησης και να κατανοήσουν τα χαρακτηριστικά της, ώστε να γίνει ομαλά η εισαγωγή της διανυσματικής έννοιας της ταχύτητας.
Στόχος της ενότητας ‘Κίνηση’ είναι η εξοικείωση με την έννοια της ταχύτητας για τον συμβολισμό και την περιγραφή της κίνησης ενός σώματος. Αρχικά το παιδί παρατηρεί διαδοχικά τις κινήσεις δύο διαφορετικών πλοίων και συγκρίνει το ρυθμό της κίνησής τους ( ‘Ποιο πλοίο πηγαίνει πιο γρήγορα’). Στη συνέχεια, συγκρίνει τους χρόνους που χρειάζονται δύο διαφορετικά πλοία για να διανύσουν το ίδιο διάστημα, καθώς και τα διαστήματα που διανύουν δύο διαφορετικά πλοία στον ίδιο χρόνο προς διαφορετικές κατευθύνσεις (‘Ταξιδεύοντας’). Τέλος, μελετά την κίνηση ενός πλοίου με τη χρήση των βοηθητικών εργαλείων που προσφέρει το λογισμικό στο χειριστήριο κίνησης (Εικόνα 1).
 |
| Εικόνα 1 |
Σημαντική καινοτομία του λογισμικού είναι ότι ο/η χρήστης πρέπει υποχρεωτικά να επιλέξει μια διεύθυνση-ευθεία πάνω στην οποία θα κινηθεί ένα κινητό. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιεί το ειδικό ‘τιμόνι’ που υπάρχει στο χειριστήριο της κίνησης για να στρέψει μια οριζόντια ευθεία γραμμή κατάλληλα, ώστε το κινητό να κινηθεί πάνω στη διεύθυνση και φορά (κατεύθυνση) που επιθυμεί. Εάν δεν κάνει τη ρύθμιση αυτή με το ‘τιμόνι’, το κινητό κινείται οριζόντια στην κατεύθυνση ενός νοητού άξονα Οχ. Το λογισμικό παρέχει δυνατότητες χειρισμού της κίνησης, π.χ. ο/η χρήστης θέτει σε λειτουργία με το χειριστήριο την προσομοίωση της κίνησης του κινητού, μπορεί να παγώσει την κίνηση, να κάνει επανεκκίνηση και επαναφορά στην αρχική θέση, να κάνει μετρήσεις, πρόσθετες παρατηρήσεις, να δει διαγράμματα, κλπ. που του/ης επιτρέπουν τη μελέτη των διαφόρων κινήσεων. Μπορεί επίσης να διαφοροποιήσει τις ιδιότητες των αντικειμένων-κινητών και να δει τα αποτελέσματα των επιλογών του/ης.
Στο σενάριο ‘Κυλιόμενος διάδρομος’ μελετά τη σχετική κίνηση δύο παιδιών, από τα οποία το ένα κινείται πάνω σε κυλιόμενο διάδρομο και το άλλο είναι ακίνητο έξω από αυτόν. Στόχος των επόμενων δύο σεναρίων της ενότητας ‘Κίνηση’ είναι η εισαγωγή της έννοιας ‘επιτάχυνση’ και του νόμου της ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης. Στο σενάριο ‘Διάσωση κολυμβητή’ ο/η χρήστης παρατηρεί ένα ταχύπλοο να κινείται πηγαίνοντας να σώσει έναν κολυμβητή που κινδυνεύει. Παρατηρεί τα ίχνη της κίνησης σε ίσα χρονικά διαστήματα, καλείται να χρησιμοποιήσει τα ίχνη για να υπολογίσει τη μέση ταχύτητα, την αύξηση της τιμής της από ίχνος σε ίχνος και τον ρυθμό αύξησης της ταχύτητας. Στη συνέχεια θέτει το ταχύπλοο σε κίνηση, αφού επιλέξει την επιτάχυνσή του και τέλος μελετά την κίνηση ποσοτικά, μέσα από προτεινόμενες δραστηριότητες, χρησιμοποιώντας και τα βοηθητικά εργαλεία του λογισμικού. Ανάλογοι είναι οι στόχοι των δραστηριοτήτων στο σενάριο ‘Παίζοντας γκολφ’, όπου το σκηνικό περιλαμβάνει ένα γήπεδο του γκολφ και διάφορα μπαλάκια, τα οποία ο/η χρήστης πρέπει να κατευθύνει προς μια οπή στο έδαφος, έχοντας προηγουμένως ορίσει την επιτάχυνση της μπάλας. Έχει γίνει ρύθμιση κατά τον προγραμματισμό, ώστε η κίνηση σε όλες τις περιπτώσεις να είναι ευθύγραμμη ομαλή.
Τα σενάρια της 5ης ενότητας ‘Δυνάμεις-Κίνηση’ στοχεύουν στην αντιμετώπιση των δυσκολιών των μαθητών/ριών σε σχέση με τον 2ο νόμο του Νεύτωνα. Το σενάριο ‘Το Ταχυδρομείο’ στοχεύει να βοηθήσει στην οικοδόμηση της ευθύγραμμης ομαλά επιβραδυνόμενης κίνησης. Ο/η χρήστης παρατηρεί την κίνηση ενός κιβωτίου σε οριζόντιο δρόμο, αφού το θέσει σε κίνηση με κλωτσιά ή καθώς το ωθεί συνεχώς (βλ. Εικόνα 2). Μπορεί να πειραματιστεί με διαφορετικό οδόστρωμα (πλακάκια, τσιμέντο ή πάγο), διαφορετική μάζα κιβώτιου, διαφορετική κινούσα δύναμη ή δύναμη κλωτσιάς, να κάνει ποιοτικές συγκρίσεις χρησιμοποιώντας τα εργαλεία του λογισμικού. Στόχος των δραστηριοτήτων είναι να διαπιστώσει ότι η δύναμη της τριβής ενεργεί κάθε στιγμή πάνω στο σώμα σε κατεύθυνση αντίθετη με την κίνηση και να εξάγει ποσοτικά συμπεράσματα για τη σχέση μεταξύ δύναμης και επιτάχυνσης ή δύναμης και κίνησης (που αποτελούν από τα δυσκολότερα σημεία της Φυσικής για τους/ις μαθητές). Με την εργασία στην ενότητα αυτή θα πρέπει να οδηγηθεί στο συμπέρασμα ότι η κίνηση δεν χρειάζεται πάντα μια δύναμη στην κατεύθυνσή της, αλλά αντίθετα ότι μπορεί να ενεργούν σε κινητά δυνάμεις αντίθετες με την κίνηση που τα επιβραδύνουν ή τα ακινητοποιούν (Solomonidou et al., 1999).
 |
| Εικόνα 2 |
Tα σενάρια ‘Σώματα που πέφτουν’ και ‘Μακριά από τη Γη’ της ενότητας ‘Κίνηση’ εστιάζονται στην πτώση των σωμάτων κοντά στη Γη ή μακριά από τη Γη. Το πρώτο σενάριο στοχεύει να βοηθήσει τους/ις μαθητές/ριες να οικοδομήσουν ορθές αναπαραστάσεις για τη πτώση των σωμάτων στη Γη με ή χωρίς αντίσταση του αέρα, και στη Σελήνη, όπου η βαρύτητα είναι μικρότερη και ο χρόνος πτώσης μεγαλύτερος. Το σκηνικό περιλαμβάνει μια εξέδρα μεταβλητού ύψους που μπορεί να βρίσκεται είτε στη Γη ή τη Σελήνη, όπου η εξέδρα μετατρέπεται σε γερανό. Ο/η χρήστης επιλέγει ένα ή δύο από τέσσερα αντικείμενα, τα μεταφέρει σύροντάς τα στην εξέδρα ή στο γερανό και χρησιμοποιεί το χειριστήριο κίνησης για τα αφήσει να πέσουν από ορισμένο ύψος ώστε να μελετήσει την πτώση τους. Όταν επιλέγει την πτώση δύο σωμάτων, συγκρίνει το χρόνο πτώσης τους στον αέρα και δίχως αέρα, κάτι που δεν είναι μεν ρεαλιστικό, αλλά είναι απαραίτητο για την κατανόηση του ρόλου που παίζει η αντίσταση του αέρα στο χρόνο πτώσης των σωμάτων κοντά στη Γη. Πειραματίζεται και με άλλα σώματα στη Γη ή τη Σελήνη, όπου δεν υπάρχει ατμόσφαιρα και η πτώση γίνεται στο κενό. Επιλέγει την ‘εμφάνιση δυνάμεων’ και παρατηρεί ότι σε κάθε περίπτωση ασκείται μόνο μια δύναμη σε κάθε σώμα, το βάρος του. Η δραστηριότητα απαντά και στην παρανόηση που έχουν οι μαθητές/ριες ότι στο κενό δεν ασκούνται δυνάμεις ή ότι τα σώματα δεν έχουν βάρος.
Στο σενάριο ‘Μακριά από τη Γη’ το σκηνικό δείχνει τη Γη στο διάστημα, όπου οι χρήστες επιλέγουν ένα από τέσσερα σώματα και σύροντάς το με το ποντίκι το αφήνουν σε μια θέση μακριά από τη Γη όπου επιθυμούν να το μεταφέρει ένας πύραυλος. Το σώμα αφήνεται να κινηθεί χωρίς αρχική ταχύτητα (άλλη μια υπέρβαση της πραγματικότητας, απαραίτητη για την κατανόηση της πτώσης λόγω βάρους μακριά από τη Γη). Καλούνται να προβλέψουν αν το σώμα θα μείνει ακίνητο ή τι κίνηση θα κάνει και να σχεδιάσουν τη δύναμη του βάρους που ασκείται σε αυτό. Τους/ις προτείνεται να δοκιμάσουν την πρόβλεψή τους και να την επαληθεύσουν πατώντας το πλήκτρο ‘Δοκιμή’, οπότε παρατηρούν πώς κινείται το σώμα σύμφωνα με τις επιλογές τους. Με το πλήκτρο ‘Πραγματικότητα’ μπορούν να διαπιστώσουν πώς είναι η κίνηση σύμφωνα με το επιστημονικό μοντέλο. Οι δυνατότητες αυτές επιτρέπουν στα παιδιά να εκφράσουν τις αρχικές τους ιδέες για την κατακόρυφη, την οποία συχνά θεωρούν κάθετη στην επιφάνεια της Γης -που θεωρούν πάντα οριζόντια- και να τροποποιήσουν τις ιδέες αυτές, μελετώντας παράλληλα τον τρόπο που μεταβάλλεται το βαρυτικό πεδίο της Γης σε διάφορες αποστάσεις από τη Γη. Ο μικρόκοσμος προσομοιώνει το βαρυτικό πεδίο της Γης και προσφέρει την ευκαιρία στα παιδιά να αντιμετωπίσουν και να μεταβάλουν τις αρχικές τους ιδέες για τη διανυσματική έννοια του βάρους (Σολομωνίδου κ.ά., 1999). Η διπλή Εικόνα 3 δείχνει δύο διαφορετικές προσεγγίσεις της ίδιας κατάστασης. Στην πάνω εικόνα φαίνεται μια πιθανή σχεδίαση από μαθητή/ρια του βάρους του σώματος μακριά από τη Γη, οπότε η ενεργοποίηση της επιλογής ‘Δοκιμή’ δείχνει κίνηση σύμφωνα με τη δύναμη αυτή κατακόρυφα προς τα κάτω και όχι προς το κέντρο της Γης. Η κάτω οθόνη δείχνει τη σωστή σχεδίαση του βάρους και την προσομοίωση της κίνησης προς το κέντρο της Γης όπως γίνεται στην πραγματικότητα, σύμφωνα με το επιστημονικό μοντέλο. Η δραστηριότητα δίνει στα παιδιά την ευκαιρία να εκφράσουν και να τροποποιήσουν τις ιδέες τους για τη διεύθυνση της κατακόρυφης, και τούτο διότι αρκετά παιδιά θεωρούν ότι η διεύθυνση αυτή είναι κάθετη στην επιφάνεια της Γης, η οποία υποτίθεται ότι είναι οριζόντια.
 |
 |
| Εικόνα 3α |
Εικόνα 3β |
Η τελευταία ενότητα ‘Δυνάμεις-Ορμή’ περιέχει το σενάριο ‘Κρούσεις μεταξύ σωμάτων’, με τη βοήθεια του οποίου ο/η χρήστης μπορεί να μελετήσει τις κινήσεις, τις ταχύτητες και τις επιταχύνσεις δύο σωμάτων που συγκρούονται, καθώς και τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτά. Η προσομοίωση επιτρέπει να συγκρούονται τόσο σώματα που είναι το ένα σε ισορροπία και το άλλο σε κίνηση, όσο και σώματα που κινούνται και τα δύο, κάτι που δεν μελετάται συνήθως κατά την κλασσική διδασκαλία. Το λογισμικό προσφέρει την ευκαιρία να συνδυαστεί η δύναμη με τη μεταβολή της κίνησης για διαφορετικές μάζες και αρχικές ταχύτητες σωμάτων.
Μια διαμορφωτική αξιολόγηση του λογισμικού με μαθητές/ριες Γυμνασίου και καθηγητές/ριες Φυσικής και Μαθηματικών είχε πολύ θετικά αποτελέσματα. Επίσης αρκετές δραστηριότητες αξιολογήθηκαν με έρευνα σε 15 μαθητές/ριες Γ’ τάξης του 5ου Γυμνασίου Βόλου, οπότε φάνηκε ότι αυτές ανταποκρίνονται στο επίπεδό τους και τους/ις βοηθούν να μάθουν τα διανύσματα καθώς εργάζονται σε ένα τεχνολογικό περιβάλλον φιλικό και ελκυστικό. Φάνηκε επίσης ότι η χρήση του λογισμικού συμβάλλει σημαντικά στη διόρθωση ορισμένων εναλλακτικών ιδεών των μαθητών/ριών, όπως η πτώση σώματος μακριά από τη Γη, καθώς και στην κατανόηση της σωστής κατεύθυνσης του βάρους και της κατακόρυφης διεύθυνσης. Μετά και από την τεχνική αξιολόγηση του λογισμικού που έχει πραγματοποιηθεί από υπεύθυνους/ες του ΥπΕΠΘ, επόμενο βήμα αποτελεί η χρήση και αξιολόγησή του μέσα σε τάξεις σχολείων.
* Αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου ΣΕΙΡΗΝΕΣ (ΕΠΕΑΕΚ) από τους συνεργαζόμενους φορείς Τμήμα Πληροφορικής Πανεπιστημίου Αθηνών, Π.Τ.Δ.Ε. του Π.Θ., 01-ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ, Inte*learn, με επιστημονική υπεύθυνη τη Μ. Γρηγοριάδου, καθηγήτρια στο Τμήμα Πληροφορικής του ΕΚΠΑ
Σχετικά
Φορτώνει...
Ιαν 3 2006
Εκπαιδευτικό λογισμικό Φυσικών Επιστημών
Παραδείγματα εκπαιδευτικού λογισμικού εποικοδομητικού τύπου στις Φυσικές Επιστήμες
Στη συνέχεια παρουσιάζεται το λογισμικό «Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά», «Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α.» «Αλληλεπιδράσεις Σωμάτων» που προσομοιώνει καταστάσεις της καθημερινής ζωής, τις οποίες μοντελοποιεί με κατάλληλο κάθε φορά επιστημονικό μοντέλο. Προωθεί τη δημιουργία πολλαπλών αναπαραστάσεων από τα παιδιά, εξυπηρετώντας ταυτόχρονα την ανάγκη για αυξημένη, γνωστικού τύπου, αλληλεπίδραση με τον/ην χρήστη, ώστε να εξασφαλίζει την ενεργό, διερευνητική και εποικοδομητική μάθηση.
«Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά»
Το λογισμικό «Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά»* αποτελεί ένα ανοικτό περιβάλλον δημιουργίας και επεξεργασίας διανυσμάτων που επιτρέπει στον/ην χρήστη να δημιουργεί και να χειρίζεται διανύσματα με τρόπο που μοιάζει με παιχνίδι (Γρηγοριάδου κ.ά., 1998, 2000, Μητρόπουλος κ.ά., 1999). Στοχεύει να βοηθήσει τους/ις εκπαιδευτικούς να διδάξουν και τους/ις μαθητές να οικοδομήσουν έννοιες σχετικές με τα διανύσματα και διανυσματικές έννοιες της Φυσικής (ταχύτητα, δύναμη, βάρος, τριβή, ορμή). Κατά την ανάπτυξη του λογισμικού λήφθηκαν υπόψη δεδομένα ερευνών από τη Διδακτική των Μαθηματικών και τη Διδακτική των ΦΕ σχετικά με τις λανθασμένες ιδέες, παρανοήσεις και γνωστικές δυσκολίες που εμφανίζουν συνήθως οι μαθητές/ριες στην προσπάθειά τους να μάθουν τα διανύσματα και τις συγκεκριμένες έννοιες της Φυσικής. Περιλαμβάνει πέντε θεματικές ενότητες, για κάθε μια από τις οποίες έχει αναπτυχθεί ένας αριθμός σεναρίων, ενώ για κάθε σενάριο ένας μικρόκοσμος προσομοιώνει μια αληθινή κατάσταση με προβλήματα και θέματα από την καθημερινή ζωή.
Πίνακας 1: Ενότητες και σενάρια του λογισμικού
«Διανύσματα στη Φυσική και τα Μαθηματικά»
Στόχος της ενότητας ‘Κίνηση’ είναι η εξοικείωση με την έννοια της ταχύτητας για τον συμβολισμό και την περιγραφή της κίνησης ενός σώματος. Αρχικά το παιδί παρατηρεί διαδοχικά τις κινήσεις δύο διαφορετικών πλοίων και συγκρίνει το ρυθμό της κίνησής τους ( ‘Ποιο πλοίο πηγαίνει πιο γρήγορα’). Στη συνέχεια, συγκρίνει τους χρόνους που χρειάζονται δύο διαφορετικά πλοία για να διανύσουν το ίδιο διάστημα, καθώς και τα διαστήματα που διανύουν δύο διαφορετικά πλοία στον ίδιο χρόνο προς διαφορετικές κατευθύνσεις (‘Ταξιδεύοντας’). Τέλος, μελετά την κίνηση ενός πλοίου με τη χρήση των βοηθητικών εργαλείων που προσφέρει το λογισμικό στο χειριστήριο κίνησης (Εικόνα 1).
Σημαντική καινοτομία του λογισμικού είναι ότι ο/η χρήστης πρέπει υποχρεωτικά να επιλέξει μια διεύθυνση-ευθεία πάνω στην οποία θα κινηθεί ένα κινητό. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιεί το ειδικό ‘τιμόνι’ που υπάρχει στο χειριστήριο της κίνησης για να στρέψει μια οριζόντια ευθεία γραμμή κατάλληλα, ώστε το κινητό να κινηθεί πάνω στη διεύθυνση και φορά (κατεύθυνση) που επιθυμεί. Εάν δεν κάνει τη ρύθμιση αυτή με το ‘τιμόνι’, το κινητό κινείται οριζόντια στην κατεύθυνση ενός νοητού άξονα Οχ. Το λογισμικό παρέχει δυνατότητες χειρισμού της κίνησης, π.χ. ο/η χρήστης θέτει σε λειτουργία με το χειριστήριο την προσομοίωση της κίνησης του κινητού, μπορεί να παγώσει την κίνηση, να κάνει επανεκκίνηση και επαναφορά στην αρχική θέση, να κάνει μετρήσεις, πρόσθετες παρατηρήσεις, να δει διαγράμματα, κλπ. που του/ης επιτρέπουν τη μελέτη των διαφόρων κινήσεων. Μπορεί επίσης να διαφοροποιήσει τις ιδιότητες των αντικειμένων-κινητών και να δει τα αποτελέσματα των επιλογών του/ης.
Στο σενάριο ‘Κυλιόμενος διάδρομος’ μελετά τη σχετική κίνηση δύο παιδιών, από τα οποία το ένα κινείται πάνω σε κυλιόμενο διάδρομο και το άλλο είναι ακίνητο έξω από αυτόν. Στόχος των επόμενων δύο σεναρίων της ενότητας ‘Κίνηση’ είναι η εισαγωγή της έννοιας ‘επιτάχυνση’ και του νόμου της ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης. Στο σενάριο ‘Διάσωση κολυμβητή’ ο/η χρήστης παρατηρεί ένα ταχύπλοο να κινείται πηγαίνοντας να σώσει έναν κολυμβητή που κινδυνεύει. Παρατηρεί τα ίχνη της κίνησης σε ίσα χρονικά διαστήματα, καλείται να χρησιμοποιήσει τα ίχνη για να υπολογίσει τη μέση ταχύτητα, την αύξηση της τιμής της από ίχνος σε ίχνος και τον ρυθμό αύξησης της ταχύτητας. Στη συνέχεια θέτει το ταχύπλοο σε κίνηση, αφού επιλέξει την επιτάχυνσή του και τέλος μελετά την κίνηση ποσοτικά, μέσα από προτεινόμενες δραστηριότητες, χρησιμοποιώντας και τα βοηθητικά εργαλεία του λογισμικού. Ανάλογοι είναι οι στόχοι των δραστηριοτήτων στο σενάριο ‘Παίζοντας γκολφ’, όπου το σκηνικό περιλαμβάνει ένα γήπεδο του γκολφ και διάφορα μπαλάκια, τα οποία ο/η χρήστης πρέπει να κατευθύνει προς μια οπή στο έδαφος, έχοντας προηγουμένως ορίσει την επιτάχυνση της μπάλας. Έχει γίνει ρύθμιση κατά τον προγραμματισμό, ώστε η κίνηση σε όλες τις περιπτώσεις να είναι ευθύγραμμη ομαλή.
Τα σενάρια της 5ης ενότητας ‘Δυνάμεις-Κίνηση’ στοχεύουν στην αντιμετώπιση των δυσκολιών των μαθητών/ριών σε σχέση με τον 2ο νόμο του Νεύτωνα. Το σενάριο ‘Το Ταχυδρομείο’ στοχεύει να βοηθήσει στην οικοδόμηση της ευθύγραμμης ομαλά επιβραδυνόμενης κίνησης. Ο/η χρήστης παρατηρεί την κίνηση ενός κιβωτίου σε οριζόντιο δρόμο, αφού το θέσει σε κίνηση με κλωτσιά ή καθώς το ωθεί συνεχώς (βλ. Εικόνα 2). Μπορεί να πειραματιστεί με διαφορετικό οδόστρωμα (πλακάκια, τσιμέντο ή πάγο), διαφορετική μάζα κιβώτιου, διαφορετική κινούσα δύναμη ή δύναμη κλωτσιάς, να κάνει ποιοτικές συγκρίσεις χρησιμοποιώντας τα εργαλεία του λογισμικού. Στόχος των δραστηριοτήτων είναι να διαπιστώσει ότι η δύναμη της τριβής ενεργεί κάθε στιγμή πάνω στο σώμα σε κατεύθυνση αντίθετη με την κίνηση και να εξάγει ποσοτικά συμπεράσματα για τη σχέση μεταξύ δύναμης και επιτάχυνσης ή δύναμης και κίνησης (που αποτελούν από τα δυσκολότερα σημεία της Φυσικής για τους/ις μαθητές). Με την εργασία στην ενότητα αυτή θα πρέπει να οδηγηθεί στο συμπέρασμα ότι η κίνηση δεν χρειάζεται πάντα μια δύναμη στην κατεύθυνσή της, αλλά αντίθετα ότι μπορεί να ενεργούν σε κινητά δυνάμεις αντίθετες με την κίνηση που τα επιβραδύνουν ή τα ακινητοποιούν (Solomonidou et al., 1999).
Tα σενάρια ‘Σώματα που πέφτουν’ και ‘Μακριά από τη Γη’ της ενότητας ‘Κίνηση’ εστιάζονται στην πτώση των σωμάτων κοντά στη Γη ή μακριά από τη Γη. Το πρώτο σενάριο στοχεύει να βοηθήσει τους/ις μαθητές/ριες να οικοδομήσουν ορθές αναπαραστάσεις για τη πτώση των σωμάτων στη Γη με ή χωρίς αντίσταση του αέρα, και στη Σελήνη, όπου η βαρύτητα είναι μικρότερη και ο χρόνος πτώσης μεγαλύτερος. Το σκηνικό περιλαμβάνει μια εξέδρα μεταβλητού ύψους που μπορεί να βρίσκεται είτε στη Γη ή τη Σελήνη, όπου η εξέδρα μετατρέπεται σε γερανό. Ο/η χρήστης επιλέγει ένα ή δύο από τέσσερα αντικείμενα, τα μεταφέρει σύροντάς τα στην εξέδρα ή στο γερανό και χρησιμοποιεί το χειριστήριο κίνησης για τα αφήσει να πέσουν από ορισμένο ύψος ώστε να μελετήσει την πτώση τους. Όταν επιλέγει την πτώση δύο σωμάτων, συγκρίνει το χρόνο πτώσης τους στον αέρα και δίχως αέρα, κάτι που δεν είναι μεν ρεαλιστικό, αλλά είναι απαραίτητο για την κατανόηση του ρόλου που παίζει η αντίσταση του αέρα στο χρόνο πτώσης των σωμάτων κοντά στη Γη. Πειραματίζεται και με άλλα σώματα στη Γη ή τη Σελήνη, όπου δεν υπάρχει ατμόσφαιρα και η πτώση γίνεται στο κενό. Επιλέγει την ‘εμφάνιση δυνάμεων’ και παρατηρεί ότι σε κάθε περίπτωση ασκείται μόνο μια δύναμη σε κάθε σώμα, το βάρος του. Η δραστηριότητα απαντά και στην παρανόηση που έχουν οι μαθητές/ριες ότι στο κενό δεν ασκούνται δυνάμεις ή ότι τα σώματα δεν έχουν βάρος.
Στο σενάριο ‘Μακριά από τη Γη’ το σκηνικό δείχνει τη Γη στο διάστημα, όπου οι χρήστες επιλέγουν ένα από τέσσερα σώματα και σύροντάς το με το ποντίκι το αφήνουν σε μια θέση μακριά από τη Γη όπου επιθυμούν να το μεταφέρει ένας πύραυλος. Το σώμα αφήνεται να κινηθεί χωρίς αρχική ταχύτητα (άλλη μια υπέρβαση της πραγματικότητας, απαραίτητη για την κατανόηση της πτώσης λόγω βάρους μακριά από τη Γη). Καλούνται να προβλέψουν αν το σώμα θα μείνει ακίνητο ή τι κίνηση θα κάνει και να σχεδιάσουν τη δύναμη του βάρους που ασκείται σε αυτό. Τους/ις προτείνεται να δοκιμάσουν την πρόβλεψή τους και να την επαληθεύσουν πατώντας το πλήκτρο ‘Δοκιμή’, οπότε παρατηρούν πώς κινείται το σώμα σύμφωνα με τις επιλογές τους. Με το πλήκτρο ‘Πραγματικότητα’ μπορούν να διαπιστώσουν πώς είναι η κίνηση σύμφωνα με το επιστημονικό μοντέλο. Οι δυνατότητες αυτές επιτρέπουν στα παιδιά να εκφράσουν τις αρχικές τους ιδέες για την κατακόρυφη, την οποία συχνά θεωρούν κάθετη στην επιφάνεια της Γης -που θεωρούν πάντα οριζόντια- και να τροποποιήσουν τις ιδέες αυτές, μελετώντας παράλληλα τον τρόπο που μεταβάλλεται το βαρυτικό πεδίο της Γης σε διάφορες αποστάσεις από τη Γη. Ο μικρόκοσμος προσομοιώνει το βαρυτικό πεδίο της Γης και προσφέρει την ευκαιρία στα παιδιά να αντιμετωπίσουν και να μεταβάλουν τις αρχικές τους ιδέες για τη διανυσματική έννοια του βάρους (Σολομωνίδου κ.ά., 1999). Η διπλή Εικόνα 3 δείχνει δύο διαφορετικές προσεγγίσεις της ίδιας κατάστασης. Στην πάνω εικόνα φαίνεται μια πιθανή σχεδίαση από μαθητή/ρια του βάρους του σώματος μακριά από τη Γη, οπότε η ενεργοποίηση της επιλογής ‘Δοκιμή’ δείχνει κίνηση σύμφωνα με τη δύναμη αυτή κατακόρυφα προς τα κάτω και όχι προς το κέντρο της Γης. Η κάτω οθόνη δείχνει τη σωστή σχεδίαση του βάρους και την προσομοίωση της κίνησης προς το κέντρο της Γης όπως γίνεται στην πραγματικότητα, σύμφωνα με το επιστημονικό μοντέλο. Η δραστηριότητα δίνει στα παιδιά την ευκαιρία να εκφράσουν και να τροποποιήσουν τις ιδέες τους για τη διεύθυνση της κατακόρυφης, και τούτο διότι αρκετά παιδιά θεωρούν ότι η διεύθυνση αυτή είναι κάθετη στην επιφάνεια της Γης, η οποία υποτίθεται ότι είναι οριζόντια.
Μια διαμορφωτική αξιολόγηση του λογισμικού με μαθητές/ριες Γυμνασίου και καθηγητές/ριες Φυσικής και Μαθηματικών είχε πολύ θετικά αποτελέσματα. Επίσης αρκετές δραστηριότητες αξιολογήθηκαν με έρευνα σε 15 μαθητές/ριες Γ’ τάξης του 5ου Γυμνασίου Βόλου, οπότε φάνηκε ότι αυτές ανταποκρίνονται στο επίπεδό τους και τους/ις βοηθούν να μάθουν τα διανύσματα καθώς εργάζονται σε ένα τεχνολογικό περιβάλλον φιλικό και ελκυστικό. Φάνηκε επίσης ότι η χρήση του λογισμικού συμβάλλει σημαντικά στη διόρθωση ορισμένων εναλλακτικών ιδεών των μαθητών/ριών, όπως η πτώση σώματος μακριά από τη Γη, καθώς και στην κατανόηση της σωστής κατεύθυνσης του βάρους και της κατακόρυφης διεύθυνσης. Μετά και από την τεχνική αξιολόγηση του λογισμικού που έχει πραγματοποιηθεί από υπεύθυνους/ες του ΥπΕΠΘ, επόμενο βήμα αποτελεί η χρήση και αξιολόγησή του μέσα σε τάξεις σχολείων.
* Αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου ΣΕΙΡΗΝΕΣ (ΕΠΕΑΕΚ) από τους συνεργαζόμενους φορείς Τμήμα Πληροφορικής Πανεπιστημίου Αθηνών, Π.Τ.Δ.Ε. του Π.Θ., 01-ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ, Inte*learn, με επιστημονική υπεύθυνη τη Μ. Γρηγοριάδου, καθηγήτρια στο Τμήμα Πληροφορικής του ΕΚΠΑ
Κοινοποιήστε:
Σχετικά
By eduportal • Εκπαιδευτικό Λογισμικό • 0 • Tags: εκπαιδευτικό λογισμικό, φυσικές επιστήμες