Ηλεκτρικό κύκλωμα, αντίσταση, τάση και ένταση

Φυσική (ΔΕ) (Γυμνάσιο)

Ηλεκτρικό κύκλωμα, αντίσταση, τάση και ένταση

2 ώρες

Γενική περιγραφή περιεχομένου

Το σενάριο προτείνει την αξιοποίηση και εικονικού εργαστηρίου ηλεκτρικών κυκλωμάτων (ως εργασία στο σπίτι) ως συνέχεια/συμπλήρωμα/επέκταση πραγματικού εργαστηρίου στο σχολείο. Μετά από τη στοιχειώδη τουλάχιστον εξοικείωση των μαθητών με το πραγματικό ηλεκτρικό κύκλωμα (πηγές, καλώδια, λαμπτήρες, διακόπτης, αμπερόμετρο, βολτόμετρο κτλ) οι επιπλέον δυνατότητες του εικονικού εργαστηρίου μπορούν να προσφέρουν πολλαπλά επιπρόσθετα οφέλη, και η αξιοποίησή του να αποτελέσει τη βάση για την ολοκλήρωση της διδασκαλίας της ενότητας "ηλεκτρικό κύκλωμα".

Η προτεινόμενη διδακτική προσέγγιση (διάρκειας 2 διδακτικών ωρών, με μιας ώρας ενδιάμεση εργασία στο σπίτι) συνδυάζει στοιχεία εποικοδόμησης, διερευνητικής και ανακαλυπτικής μάθησης αλλά και συνεργατικής μάθησης, με στοιχεία peer instruction (με ενδεχόμενες γνωστικές συγκρούσεις, οι οποίες θα πρέπει να διαχειρισθούν κατάλληλα από τον εκπαιδευτικό). Επιδιώκεται δε ομαλή μετάβαση της εργασίας των μαθητών από το πραγματικό εργαστήριο σε εύχρηστο (και πολλών δυνατοτήτων) εικονικό εργαστήριο.

Στο σενάριο, μετά την πραγματοποίηση εργαστηριακής άσκησης στο σχολείο (μετωπικά ή -στην ανάγκη- με επίδειξη), αξιοποιείται applet από το Physics Education Technology,

Στο σενάριο προτείνεται επιπλέον η αξιοποίηση εργαλείων web 2.0 και -προαιρετικά- στοιχεία μοντέλου μικτής μάθησης (blended learning): προτείνεται η αξιοποίηση φόρμας google και συνοδευτικού λογιστικού φύλλου και η ανταλλαγή αρχείων μεταξύ μαθητών και εκπαιδευτικού μέσω e-mail (ή όποιου άλλου τρόπου επιλέξει ο εκπαιδευτικός).

Στο σενάριο αξιοποιούνται 2 φύλλα εργασίας: ένα για την ανίχνευση/ανάδειξη προϋπαρχουσών/εναλλακτικών ιδεών και αντιλήψεων σύμφωνα με τα νοητικά μοντέλα των μαθητών για το ηλεκτρικό κύκλωμα, όπως αυτά αποτυπώνονται στη σχετική βιβλιογραφία και ένα με δραστηριότητες στο εικονικό εργαστήριο. Ο χρόνος διδασκαλίας συμπληρώνεται από κατάλληλες δραστηριότητες του εκπαιδευτικού στην/με την τάξη, ο οποίος, ανάλογα με τις ανάγκες και δυνατότητες των μαθητών του και της διδασκαλάις του, αφήνεται αρκετά ελεύθερος να τις επιλέξει/τροποποιήσει/συμπληρώσει κατά την κρίση του.

Ο εκπαιδευτικός μπορεί να τροποποιήσει/απλοποιήσει τις δραστηριότητες του σεναρίου, ώστε αυτό να είναι (μερικώς αλλά ικανοποιητικά επαρκώς) πραγματοποιήσιμο εξ ολοκλήρου στη σχολική τάξη.

Εκπαιδευτικό Πρόβλημα

Η εξάσκηση των μαθητών σε πραγματικά ηλεκτρικά κυκλώματα (για τη διαπραγμάτευση εννοιών όπως αντίσταση, τάση, ένταση, νόμων όπως του Ohm και κανόνων όπως του Kirchhoff, καθώς και στη χρήση οργάνων μέτρησης όπως βολτόμετρο και αμπερόμετρο) στο εργαστήριο περιορίζεται συνήθως από έλλειψη χρόνου, εξοπλισμού, δυσκολίες στις μετρήσεις κ.α.. Το εικονικό εργαστήριο ηλεκτρικού κυκλώματος μπορεί -συμπληρωματικά προς το πραγματικό εργαστήριο- να υποστηρίξει την παραπάνω εξάσκηση και τη διδασκαλία, γενικότερα.

at 50/100 Πολύ δύσκολο

Εκπαιδευτική Βαθμίδα που απευθύνεται το σενάριο

Γυμνάσιο

Θεματική Ταξινομία

Φυσική (ΔΕ) > Ηλεκτρισμός και Μαγνητισμός > Ηλεκτρικό κύκλωμα >

Τύπος Διαδραστικότητας

Ενεργός μάθηση

Επίπεδο Διαδραστικότητας

πολύ υψηλό

Προτεινόμενη ηλικιακή ομάδα:

-6

6-9

9-12

12-15

15-18

18-25

25+

Φάσεις Ψηφιακού Σεναρίου:

Ανίχνευση

10λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Σχολική τάξη ή εργαστήριο, με έναν υπολογιστή ανά ομάδα 2-3 μαθητών. Εναλλακτικά, σχολική τάξη με οθόνη προβολής.

Κατασκευή ηλεκτρικού κυκλώματος και μετρήσεις

25λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Εικονικό πείραμα (εργασία στο σπίτι)

50λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Εργασία στο σπίτι

Νόμος Ohm, σύνδεση αντιστατών σε σειρά και σε διακλάδωση

45λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Σχολική τάξη με υπολογιστή και οθόνη προβολής

Διδακτικοί Στόχοι

Να περιγράφουν τη χρήση του αμπερόμετρου ως οργάνου μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος

Να γνωρίζουν τα όργανα μέτρησης της τάσης στους ακροδέκτες μιας ηλεκτρικής διάταξης.

Να διατυπώνουν και να εφαρμόζουν το νόμο του Ohm για αντιστάτη

Να ορίζουν την έννοια της ισοδύναμης αντίστασης ενός κυκλώματος που περιέχει πολλούς αντιστάτες

Λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν τη θεματική του σεναρίου

ηλεκτρικό κύκλωμα, βολτόμετρο, αμπερόμετρο, τάση, ένταση, νόμος Ohm,

Υλικοτεχνική υποδομή

Ηλεκτρονικός υπολογιστής (ή tablet ή smartphone) ανά μαθητή με πρόσβαση στο διαδίκτυο και εγκατεστημένη java.

Πνευματικά δικαιώματα ή άλλοι αντίστοιχοι περιορισμοί

Διατίθεται για ελεύθερη χρήση, αναπαραγωγή, αναδιανομή, παρουσίαση και αξιοποίηση, με την προϋπόθεση να μην υπάρχει πρόθεση εμπορικής εκμετάλλευσης, με αναφορά στο δημιουργό ή το δικαιούχο της άδειας και συναίνεση διανομής με την ίδια ή παρόμοια άδεια οποιουδήποτε παράγωγου του πρωτότυπου έργου (CC BY-NC-SA 3.0 GR http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/).

Δημιουργός Σεναρίου: ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΚΟΛΤΣΑΚΗΣ (Εκπαιδευτικός)
Έλεγχος Σεναρίου με τα Προγράμματα Σπουδών: ΚΕΡΑΜΙΔΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ (Σχολικός Σύμβουλος)
Έλεγχος Επιστημονικής Επάρκειας Σεναρίου: ΚΑΛΚΑΝΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ (Συντονιστής)

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΤΙΚΟ (τι είναι;)

Αesop - 9130

Το σενάριο «Ηλεκτρικό κύκλωμα, αντίσταση, τάση και ένταση» έχει χαρακτηρισθεί ως Υποδειγματικό ύστερα από εργασία επιστημονικής επιτροπής εμπειρογνωμόνων (Εκπαιδευτικός Αυξημένων Προσόντων, Σχολικοί Σύμβουλοι, Μέλος ΔΕΠ / Επιστημονικό Προσωπικό του ΙΕΠ).

Διάθλαση και αρχή του ελάχιστου χρόνου

Το σενάριο προτείνει διδασκαλία μιας διδακτικής ώρας (45 λεπτών) με επιπρόσθετη εργασία στο σπίτι.

Προτείνεται να εργαστούν οι μαθητές/τριες σε ομάδες των 2 ή 3, με έναν υπολογιστή ανά ομάδα (ή tablet ή smartphone με δυνατότητα flash player) και παράλληλη αξιοποίηση οθόνης προβολής (κατά προτίμηση διαδραστικού πίνακα) στην τάξη (ή το εργαστήριο). Το σενάριο δεν είναι δεσμευτικόως προς τον εξοπλισμό και την οργάνωση της τάξης, όπως περιγράφηκε αμέσως πριν, μπορεί να υλοποιηθεί και μόνο με έναν υπολογιστή με πρόσβαση στο διαδίκτυο και βιντεοπροβολέα στην τάξη. Σε κάθε περίπτωση, απαιτούνται τρία μονοσέλιδα και ένα δισέλιδο φύλλο εργασίας για κάθε μαθητή/τρια, τα οποία δεν διανέμονται όλα μαζί, αλλά καθένα στην έναρξη της αντίστοιχης δραστηριότητας. Επαφίεται στην προτίμηση του εκπαιδευτικού το αν θα συλλέξει τα φύλλα εργασίας προς αξιολόγηση ή όχι.

Το σενάριο αποτελείται από 4 φάσεις. Οι τρεις φάσεις ολοκληρώνονται στη σχολική τάξη και η τέταρτη στο σπίτι.

Στις δραστηριότητες, οι μαθητές ζητείται άλλοτε να εργαστούν ατομικά και άλλοτε συνεργατικά (με στοιχεία της μεθόδου peer instruction). Κατά κανόνα ακολουθείται η διδακτική προσέγγιση: πρόβλεψη-επαλήθευση ή βεβαίωση-γενίκευση, με ενδεχόμενες γνωστικές συγκρούσεις. Απαιτείται η στοχευμένη ανάπτυξη κατάλληλων συζητήσεων από τον εκπαιδευτικό, σε συγκεκριμένα σημεία της διδασκαλίας, τόσο για την μέχρι τότε αξιολόγηση της διδασκαλίας, όσο και για διαμορφωτική αξιολόγηση, αλλά και για την ομαλή διασύνδεση των διαδοχικών φάσεων. Η αξιολόγηση των μαθητών γίνεται διακριτικά, κυρίως μέσω της συμμετοχικής παρατήρησης του εκπαιδευτικού, αλλά και μέσω του τέταρτου φύλλου εργασίας. Σε καμιά περίπτωση δεν ζητείται σωστή ή λανθασμένη απάντηση από τους μαθητές, αλλά προγνώσεις τους, απόψεις τους και συμπεράσματα, καθώς και αναστοχαστικές και μεταγνωστικές δραστηριότητες.

Στην 1η φάση, διάρκειας 10 λεπτών, οι μαθητές εργάζονται με φύλλο εργασίας, σε μια προσπάθεια να συνδεθεί το φαινόμενο της διάθλασης με την αρχή του ελάχιστου χρόνου.

Στη 2η φάση, διάρκειας 15 λεπτών, ο εκπαιδευτικός, αρκετά ελεύθερα (πάντα βέβαια στο πλαίσιο του σεναρίου) και ανάλογα με τις ανάγκες και δυνατότητες των μαθητών του και τη στοχοθεσία του, καλέιται να εισαγάγει και να διαπραγματευτεί την έννοια του δείκτη διάθλασης και το νόμο του Snell.

Στην 3η φάση, διάρκειας 15 λεπτών, και αφού ο εκπαιδυτικός επιδείξει σύντομα πρίσμα και την πορεία ακτίνας LASER που περνά μέσα από αυτό (ως σύντομο πείραμα επίδειξης), οι μαθητές εργάζονται με δραστηριότητες δυο φύλλων εργασίας, περνώντας σταδιακά από την ποιοτική στην ποσοτική επιβεβαίωση του νόμου του Snell. Αξιοποιείται applet από το Φωτόδεντρο: http://photodentro.edu.gr/v/item/ds/8521/1640

Στην 4η φάση, διάρκειας 5 λεπτών, ο εκπαιδευτικός εισάγει τους μαθητές στις δραστηριότητες του τέταρτου φύλλου εργασίας, τις οποίες οι μαθητές πραγματοποιούν ως εργασία στο σπίτι και επιστρέφουν το φύλλο και τα αποτελέσματα της εργασίας τους στο αμέσως επόμενο μάθημα. Αξιοποιείται applet από το Φωτόδεντρο: http://photodentro.edu.gr/v/item/ds/8521/1630

Επαφίεται στην κρίση του εκπαιδευτικού το αν θα γίνει αναφορά (και σε ποια φάση) στην αρχή του Fermat. Σχετικό υλικό, υπάρχει στο http://users.sch.gr/kassetas/zzzzzzzzOpticsFerrmat.htm .