1.Τίτλος διδακτικού σεναρίου: Νόμος του ΩΜ- Αντίσταση μεταλλικού αγωγού

2.Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές: Φυσική (Ηλεκτρισμός)

3.Τάξεις στις οποίες απευθύνεται: Γ' Τάξη Γυμνασίου

4.Χρονική διάρκεια: διδακτικές ώρες

5.Συμβατότητα με το αναλυτικό πρόγραμμα:  

Στο σχολικό βιβλίο προβλέπεται η διδασκαλία του μαθήματος "Ηλεκτρικά δίπολα" στην Ενότητα «2.3", στο κεφάλαιο "2. Ηλεκτρικό Ρεύμα" οι πρώτες δύο υποενότητες του οποίου είναι οι «Αντίσταση διπόλου» και «Νόμος του Ωμ». Στον οδηγό του εκπαιδευτικού (ΟΕΔΒ, 2008) προβλέπεται να διατεθούν οκτώ (8) διδακτικές ώρες για τη διδασκαλία του Κεφαλαίου «2. Το Ηλεκτρικό Ρεύμα» από τις οποίες 2 ώρες προβλέπεται να αφιερωθούν στη διδασκαλία των θεμάτων «Νόμος του Ωμ» και «Νόμος αντίστασης συρμάτινου αγωγού» μέσα από την διενέργεια εργαστηριακών ασκήσεων. Στο υπαρίθμ. 144958/Δ2/16-09-2015 έγγραφο του Υπουργείου Παιδείας, με θέμα «Οδηγίες για τη διδασκαλία των θετικών μαθημάτων Ημερήσιου και Εσπερινού Γυμνασίου για το σχ. έτος 2015-2016» προβλέπεται από το Κεφάλαιο 2.3 Ηλεκτρικά δίπολα να διδαχθεί η εισαγωγή και οι υποενότητες: «Αντίσταση του διπόλου» και «Νόμος του Ωμ».

Για το συγκεκριμένο θέμα, οι στόχοι που προτείνονται στον οδηγό του εκπαιδευτικού (ΟΕΔΒ, 2008) όσον αφορά το μαθητή είναι οι εξής:

1. Να μπορεί να σχεδιάζει πειραματική διάταξη για τον πειραματικό έλεγχο του νόμου του Ωμ,
2. Να μπορεί να διατυπώνει λεκτικά και με μαθηματικό συμβολισμό το νόμο του Ωμ
3. Να να μπορεί να σχεδιάζει την γραφική παράσταση έντασης –τάσης για συγκεκριμένους αντιστάτες
4. Να μπορεί να εφαρμόζει το νόμο του Ωμ στην επίλυση προβλημάτων
5. Να μπορεί να χρησιμοποιεί το μοντέλο των ελεύθερων ηλεκτρονίων για να ερμηνεύσει σε μικροσκοπικό επίπεδο την προέλευση του νόμου του Ωμ

Στον οδηγό του εκπαιδευτικού προτείνονται δύο διδακτικές προσεγγίσεις. Η πρώτη είναι η καθοδηγούμενη ανακάλυψη του νόμου του Ωμ μέσα από σχετική εργαστηριακή άσκηση και η δεύτερη είναι η προσέγγιση του νόμου μέσα από ένα πείραμα επίδειξης που εκτελεί ο εκπαιδευτικός. 

Στο προτεινόμενο σενάριο, η προσέγγιση του θέματος αρχίζει μέσα από την εκτέλεση του κλασικού (αναλογικού) πειράματος μέτρησης της έντασης του ρεύματος καθώς μεταβάλλεται η τάση στο κύκλωμα και στη συνέχεια αξιοποιούνται οι ΤΠΕ - τα λογισμικά excel και PHET (https://phet.colorado.edu/) για την κατασκευή και ερμηνεία των διαγραμμάτων και για την μικροσκοπική ερμηνεία του νόμου. Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες 3-4 ατόμων και σε αρκετές φάσεις τις διδασκαλίας συνεργάζονται και συζητούν ως μια ομάδα (ολομέλεια τάξης).

6.Προαπαιτούμενες Γνώσεις μαθητών:

Οι μαθητές θα πρέπει

• να γνωρίζουν τις έννοιες της τάσης και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος όπως και να μπορούν να συναρμολογήσουν ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα (με πηγή, αγωγό, αντιστάτη, διακόπτη). 
• να μπορούν να συνδέσουν στο κύκλωμα ένα αμπερόμετρο και ένα βολτόμετρο και να πάρουν μετρήσει με τα όργανα.  Αυτή η γνώση διδάχθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο «2.2. Ηλεκτρικό κύκλωμα» και αναμένεται ότι οι μαθητές θα την κατέχουν.
• Να είναι εξοικειωμένοι με τις “βασικές” λειτουργίες του λογισμικού Excel, δηλαδή να μπορούν να εισάγουν απλές μαθηματικές εξισώσεις και να δημιουργούν διαγράμματα.   

Σε περίπτωση που οι μαθητές αντιμετωπίζουν δυσκολίες στα παραπάνω, τότε θα πρέπει να αφιερωθεί περισσότερος από τον προβλεπόμενο στο σενάριο χρόνο για την εξοικείωση των μαθητών με την κατασκευή απλών κυκλωμάτων και μέτρησης της ένταση και της τάσης στο κύκλωμα, κατά την διάρκεια της εργαστηριακής άσκησης η οποία αποτελεί το 1ο μέρος της  προτεινόμενης διδασκαλίας. Επίσης σε περίπτωση που οι μαθητές δεν γνωρίζου τη βασική λειτουργία του λογισμικού Excel, θα πρέπει και για την εξοικείωση με το λογισμικό να αφιερωθεί επί πλέον χρόνος.  Για την εξοικείωση με τα παραπάνω, ο απαιτούμενος χρόνος εξαρτάται από το επίπεδο των γνώσεων των μαθητών, αλλά σε κάθε περίπτωση, 30 λεπτά αρκούν για την εξοικείωσή τους με τις συγκεκριμένες δεξιότητες  που απαιτούνται στο σενάριο.          

7.Στόχοι: Στο τέλος του μαθήματος ο μαθητής πρέπει κατακτήσει τους γνωστικούς στόχους που προβλέπονται στον οδηγό του εκπαιδευτικού, δηλαδή:

Γνωστικοί στόχοι:

1. Να μπορεί να σχεδιάζει και να συναρμολογεί πειραματική διάταξη για τον πειραματικό έλεγχο του νόμου του Ωμ,
2. Να μπορεί να διατυπώνει λεκτικά και με μαθηματικό συμβολισμό το νόμο του Ωμ
3. Να να μπορεί να σχεδιάζει (μέσα από το λογισμικό excel) τη γραφική παράσταση έντασης –τάσης για συγκεκριμένους αντιστάτες
4. Να μπορεί να εφαρμόζει το νόμο του Ωμ στην επίλυση προβλημάτων
5. Να αντιλαμβάνεται τη σημασία/χρησιμότητα του Νόμου του Ωμ
6. Να γνωρίζει του περιορισμούς της ισχύος του νόμου του Ωμ (σε ποιες περιπτώσεις ισχύει και σε ποιες όχι)
7. Να μπορεί να χρησιμοποιεί το μοντέλο των ελεύθερων ηλεκτρονίων για να ερμηνεύσει σε μικροσκοπικό επίπεδο την προέλευση του νόμου του Ωμ

Και επί πλέον:

Στόχοι ως προς τις ΤΠΕ:

1. Να εξοικειωθεί με την χρήση του λογισμικού PHET (https://phet.colorado.edu/) αλλά και να αντιληφθεί την συμβολή των μοντέλων του μικρόκοσμου (ΤΠΕ) στη βαθύτερη κατανόηση του Νόμου του Ωμ αλλά και γενικότερα των φαινομένων του μικρόκοσμου

Στάσεις-αξίες-δεξιότητες:

1. Να εξοικειωθεί με την επιστημονικό τρόπο σκέψης/έρευνας  (υπόθεση-έλεγχος-συμπέρασμα) και να εκτιμήσει την αποτελεσματικότητά του. Δηλαδή να μάθει την διαδικασία μάθησης που χαρακτηρίζει τις Φυσικές Επιστήμες. 
2. Να αποκτήσει την δεξιότητα/ικανότητα να συνεργάζεται με τους συμμαθητές του, να παρουσιάζει τις απόψεις του στο κοινό (τάξη) και να  επιχειρηματολογεί για να στηρίξει τις απόψεις του στο επίπεδο της ομάδας αλλά και της ολομέλειας της τάξης.  

Οργάνωση της τάξης και υλικοτεχνική υποδομή

Το προτεινόμενο σενάριο σχεδιάστηκε για εφαρμογή στο σχολικό εργαστήριο Φυσικών Επιστημών ή και στην καθημερινή αίθουσα διδασκαλίας εφόσον τα απαραίτητα υλικά (τα στοιχεία του απαιτούμενου ηλεκτρικού κυκλώματος και τα όργανα μέτρησης-βολτόμετρο και αμπερόμετρο) είναι διαθέσιμα για όλες τις ομάδες. Σε κάθε περίπτωση απαιτείται α) ένα σύστημα Η/Υ-βιντεοπροβολέα, για να μπορεί ο εκπαιδευτικός (ή και οι μαθητές) να προβάλει τα διαγράμματα του λογισμικού excel και τις προσομοιώσεις στον πίνακα και β) πρόσβαση στο διαδίκτυο για την χρήση των προσομοιώσεων του λογισμικού PHET.  Σε κάθε περίπτωση, κατά την εκτέλεση κάποιας δραστηριότητας του ΦΕ από τους μαθητές, η ίδια δραστηριότητα προβάλλεται και στον πίνακα για να δίνονται ευκολότερα εξηγήσεις όταν υπάρχουν απορίες από τους μαθητές αλλά και να εστιάζει ο εκπαιδευτικός την προσοχή των μαθητών σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο ή κείμενο όταν αυτό κρίνεται απαραίτητο. Επίσης πρέπει να είναι εγκατεστημένο στον υπολογιστή - ή σε όλους τους υπολογιστές αν υπάρχει η δυνατότητα η κάθε ομάδα να έχει πρόσβαση σε υπολογιστή -  ένα λογισμικό «λογιστικού φύλλου» όπως π.χ. το λογισμικό excel. Σε περίπτωση που  δεν υπάρχει πρόσβαση στο διαδίκτυο, ο εκπαιδευτικός μπορεί εν των προτέρων να κατεβάσει την σχετική προσομοίωση του PHET στον υπολογιστή/ές.   

Παρότι το προτεινόμενο σενάριο θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε όλα τα παραπάνω περιβάλλοντα διδασκαλίας, το περισσότερο κατάλληλο περιβάλλον διδασκαλίας είναι το εργαστήριο πληροφορικής  όπου η κάθε ομάδα μαθητών θα μπορεί να έχει άμεση πρόσβαση σε υπολογιστή, το διαδίκτυο, τα λογισμικά, την ψηφιακή πλατφόρμα ΑΙΣΩΠΟΣ και στα Φύλλα Εργασίας -  που σε αυτήν την περίπτωση - μπορούν να είναι σε ψηφιακή μορφή (ΨΦΕ). Το προτεινόμενο σενάριο προβλέπει ένα τέτοιο αναβαθμισμένο τεχνολογικά περιβάλλον διδασκαλίας.

Το προτεινόμενο σενάριο, στο μεγαλύτερο μέρος του προβλέπει εργασία των μαθητών σε 3-μελείς ή και 4-μελείς ομάδες.  Υπάρχουν όμως και φάσεις της διδασκαλίας στις οποίες όλοι οι μαθητές λειτουργούν ως μέλη μιας ενιαίας ομάδας – της ολομέλειας της τάξης αλλά και φάσεις κατά τις οποίες ο εκπαιδευτικός αφηγείται-εισηγείται ή και περιγράφει την επιφάνεια διεπαφής (interface) των λογισμικών.  Ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι κυρίως καθοδηγητικός – διευκολυντικός και οι μαθητές καλούνται να ανακαλύψουν τη γνώση με την καθοδήγηση του εκπαιδευτικούς και του ΦΕ.  η τάξη λειτουργεί ως μια ομάδα (ολομέλεια) συνήθως στο τέλος της κάθε δραστηριότητας όταν τα συμπεράσματα απαντήσεις των ομάδων παρουσιάζονται στην ολομέλεια της τάξης.   

Η προστιθέμενη αξία των ΤΠΕ:

Στο προτεινόμενο σενάριο οι ΤΠΕ που χρησιμοποιούνται είναι: Το λογισμικό PHET (https://phet.colorado.edu/) και συγκεκριμένα η προσομοίωση https://phet.colorado.edu/el/simulation/legacy/circuit-construction-kit-dc, το διαδίκτυο για πρόσβαση στο λογισμικό PHET αλλά και στη δικτυακή πλατφόρμα αποθήκευσης σεναρίων «ΑΙΣΩΠΟΣ» (http://aesop.iep.edu.gr/), και το λογισμικό λογιστικού φύλλου «Excel».

Η πρόσβαση στο ίντερνετ είναι σημαντική α) επειδή θα προσφέρει πρόσβαση στο δικτυακό περιβάλλον κατασκευής σεναρίων (ψηφιακή πλατφόρμα) «ΑΙΣΩΠΟΣ».  Στο σενάριο προβλέπεται ότι μέσα από την πλατφόρμα  οι μαθητές θα έχουν πρόσβασή στα  αναρτημένα Ψηφιακά Φύλλα Εργασίας (ΨΦΕ) αλλά και ο εκπαιδευτικός θα μπορεί να  παρουσιάσει περιεχόμενο από το αναρτημένο σενάριο, και β) επειδή μαθητές και εκπαιδευτικός θα έχουν πρόσβαση στην παραπάνω προσομοίωση του λογισμικού PHET.

  Το λογισμικό Excel προσφέρει την δυνατότητα γρήγορης κατασκευής της γραφικής παράστασης για τη σχέση τάση – ένταση με τη μορφή εντυπωσιακού διαγράμματος. Έτσι εξοικονομείται πολύτιμος διδακτικός χρόνος από την χειρονακτική κατασκευή του διαγράμματος - που δεν είναι ο στόχος του μαθήματος - και η αφιέρωσή του στην ερμηνεία του που αποτελεί στόχο του σεναρίου.

Το λογισμικό PHET προσφέρει το μοντέλο της κίνησης των ηλεκτρονίων στον μικρόκοσμο που δεν είναι δυνατόν να παρατηρηθούν στο κλασικό εργαστήριο και μπορεί να συντελέσει στην καλύτερη κατανόηση του νόμου του Ωμ.

 Η προστιθέμενη αξία των ΤΠΕ συνίσταται και στο ότι το μάθημα με τη χρήση των λογισμικών που αναφέρθηκαν παραπάνω α) αναμένεται ότι θα είναι περισσότερο ελκυστικό για τους μαθητές, β) θα μπορέσουν να εργαστούν ως ομάδες αυτόνομα με βάση την προσομοίωση του PHET αλλά και τους πίνακες-διαγράμματα του Excel,  δηλαδή θα διευκολυνθεί η μαθητοκεντρική διάσταση της διδασκαλίας. Το αποτέλεσμα θα είναι να αυξηθεί η ενεργή συμμετοχή των μαθητών.    

Η διδακτική προσέγγιση:

Η προτεινόμενη διδακτική προσέγγιση υιοθετεί τη φιλοσοφία του εποικοδομιτισμού  (κονστρουκτιβισμού) και ειδικότερα του κοινωνικού εποικοδομισμού, σύμφωνα με τον οποίο η γνώση κατασκευάζεται από τον ίδιο το μαθητή μέσα σε συγκεκριμένα κοινωνικο-πολιτισμικά πλαίσια.  Απαραίτητη προϋπόθεση είναι ο μαθητής να έχει  ενεργό ρόλο.  Για τη διδασκαλία, το κοινωνικοπολιτισμικό περιβάλλον είναι η το περιβάλλον της τάξης και το διδακτικό υλικό.  Προβλέπεται η εργασία των μαθητών σε ομάδες (4-άδες).  Η συνεργασία και η συζήτηση στην ομάδα και στην ολομέλεια είναι βασικά χαρακτηριστικά της προτεινόμενης διδασκαλίας.  Στόχος της διδασκαλίας δεν είναι μόνο η κατάκτηση της γνώσης αλλά και η εξοικείωση με τον επιστημονικό τόπο/μέθοδο απόκτησης της γνώσης.  Αν θα έπρεπε να δοθεί ένας χαρακτηρισμός στην προτεινομένη διδακτική προσέγγιση αυτός, για το μεγαλύτερο μέρος της διδασκαλίας, μάλλον θα ήταν η «καθοδηγούμενη ανακάλυψη».  Οι μαθητές καθοδηγούνται από το ΦΕ αλλά και τον εκπαιδευτικό.    

Καινοτόμα στοιχεία της προτεινόμενης διδασκαλίας

Η καινοτομία της προτεινόμενης διδασκαλίας έγκειται κυρίως στα παρακάτω:

• Συνδυάζει πειραματική εργασία του κλασικού εργαστηρίου με τη χρήση των ΤΠΕ (προσομοιώσεις PHET και επεξεργασία των δεδομένων στο Excel).
• Προβλέπει μαθητοκεντρική και ειδικότερα ομαδοσυνεργατική διδασκαλία που προάγει την ενεργό συμμετοχή των μαθητών αλλά και την συνεργασία τους σε επίπεδο ομάδας και τάξης
• Χρησιμοποιεί ΨΦΕ και την ψηφιακή πλατφόρμα ΑΙΣΩΠΟΣ
• Βασίζεται κυρίως στις σύγχρονες θεωρίες μάθησης και συγκεκριμένα στον εποικοδομητισμό (κονστρουκτιβισμό)

Ο πίνακας που ακολουθεί συνοψίζει τη δομή της προτεινόμενης διδασκαλίας

Α/Α
Διάρκεια (λεπτά)
Υποενότητα διδασκαλίας
Στόχος/ προσδοκώμενα αποτελέσματα
Δραστηριότητα
Διδακτικό/ εποπτικό υλικό

1
5

1ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:
Εισαγωγή (5’)Εισαγωγή στο μάθημα (προκαταβολικός οργανωτής)
Προσέλκυση ενδιαφέροντος – σύνδεση με προηγούμενη γνώση 
Εισαγωγή
-

2
15

2ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:

Η διερεύνηση της σχέσης τάσης-έντασης (35’)

Κυρίως διδασκαλία

Στόχοι: 1ος ,  7ος,  9ος  και  10ος  

Δραστηριότητα 1η:
«Τι πρέπει να κάνουμε (διαδικασία) για να βρούμε την όποια σχέση συνδέει τα φυσικά μεγέθη τάση – ένταση» 
-

3
20
Κυρίως διδασκαλία
Στόχοι 1, 2, 3, 7, 8 και 10ος

Δραστηριότητα 2η:
«Η πειραματική διερεύνηση της σχέσης τάσης –έντασης»   

1) Η/Υ-βιντεοπροβολέας

2) υλικά για την κατασκευή ηλεκτρικού κυκλώματος για κάθε ομάδα μαθητών και
3) το λογισμικό excel. 

4
15

3Ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:

Η χρησιμότητα του νόμου του Ωμ και η χρήση του στην πράξη (εφαρμογές) (40’)

Κυρίως διδασκαλία

Στόχοι 5ος  και 10ος

Δραστηριότητα 3η:
«Η χρησιμότητα του νόμου του Ωμ»    

1.Η/Υ-βιντεοπροβολέας,

 
2. Διάφοροι αντιστάτες (δείγματα) 

5
20
Κυρίως διδασκαλία
Στόχοι 4ος , 5ος   και 10ος
Δραστηριότητα 4η: «Εφαρμογές του νόμου του Ωμ» 
Η/Υ-βιντεοπροβολέας 

6
20

4ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:

Η μικροσκοπική ερμηνεία του Νόμου του Ωμ - Ισχύει ο Νόμος σε κάθε κύκλωμα;  (40’)

Κυρίως διδασκαλία

Στόχοι 7ος  και 10ος
Δραστηριότητα 5η: Μικροσκοπική ερμηνεία του νόμου του Ωμ 

1.Η/Υ-βιντεοπροβολέας
2. Λογισμικό PHET

7
20
Κυρίως διδασκαλία
Στόχοι  6ος   και 10ος
Δραστηριότητα 6η: «Ισχύει σε κάθε κύκλωμα ο νόμος του Ωμ;»

1.Η/Υ-βιντεοπροβολέας
2. Ηλεκτρικός κινητήρας και τα βασικά μέρη για την κατασκευή ενός  ηλεκτρικού κυκλώματος

8
5
Αξιολόγηση
Τελική αξιολόγηση
Αξιολόγηση

Η/Υ-βιντεοπροβολέας

Βιβλιογραφικές Αναφορές

ΟΕΔΒ (2008). Φυσική Γ΄ Γυμνασίου, Βιβλίο Εκπαιδευτικού, ΟΕΔΒ Έκδοση 2008