The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by giorgiosfyttas, 2018-10-09 13:01:05

ΣΥΝΕΔΡΙΑ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ-ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΕΙΣ

3Ο ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟ ΕΚΠ/ΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ 5-7 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2018
ΣΥΝΕΔΡΙΑ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ




ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΡΟΜΕΣ ΣΤΟ ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΣΧΟΛΕΙΟ
6 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2018


«Είναι η μόνη περίπτωση που δεν ισχύει το θουμουκουέ».
Διδακτική και επιστημολογική προσέγγιση ενός θεωρήματος της Φυσικής
Κωνσταντίνος Γριβόπουλος
Δρ Διδακτικής ΦΕ Aix-Marseille Université, Φυσικός ΓΕ.Λ. Νεοχωρίου Αιτωλοακαρνανίας [email protected]


Προβληματική
ØΘουμουκουέ, αδμέ και αδέ. Μήπως οι μαθητές τα εφαρμόζουν «φροντιστηριακά» και άκριτα; Ποιο διδακτικό εμπόδιο;
«Μαθητής: Ο καθηγητής στο σχολείο μας είπε ότι στην περίπτωση που όλες οι δυνάμεις είναι συντηρητικές, τότε εφαρμόζουμε την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας. Όταν όμως ασκούνται και μη συντηρητικές δυνάμεις τότε εφαρμόζουμε το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας.»
Ø Η επιστημολογική σχέση μεταξύ ΘΜΚΕ / ΑΔΜΕ / ΑΔΕ
Ø Η σχέση αυτή μπορεί και πρέπει να αναδειχθεί στη διδασκαλία με τη βοήθεια του εργαλείου των πραξεολογιών
1


Ερευνητικά ερωτήματα
• Ποιο είναι το επιστημολογικό προφίλ του θεωρήματος έργου - ενέργειας; Γιατί «θεώρημα»;
• Ποιες πραξεολογίες μπορούν να ταυτοποιηθούν στη Φυσική, όταν γίνεται χρήση του ΘΜΚΕ;
2


Η επιστημολογία του ΘΜΚΕ 1/2
Ø 18ος αι. Ποιο είναι το «αληθινό» μέτρο της δράσης μιας δύναμης σε ένα φ.σ.; o Descartes: η μεταβολή ορμής που παράγεται σε ορισμένο χρόνο
o Leibnitz: η μεταβολή της κινητικής ενέργειας (vis viva: mυ2 )
o D’Alembert: το ολοκληρωμένο αποτέλεσμα στο χρόνο (∫ F dt) το οποίο παράγει μεταβολή ορμής ή το ολοκληρωμένο αποτέλεσμα στο χώρο (∫F dx) το οποίο παράγει μεταβολή κινητικής ενέργειας
o Σήμερα: εστίαση όχι στη δύναμη, αλλά σε αρχές διατήρησης και συμμετρίες, άρα εντοπισμός αναλλοίωτων μεγεθών, όπως ορμή και ενέργεια
Ø Επιτρέπει τον ορισμό της κινητικής ενέργειας: η Κ ενός κινούμενου φ.σ. ισούται προς το έργο που αποδίδει ηρεμώντας
3


Η επιστημολογία του ΘΜΚΕ 2/2
Ø ΘΜΚΕ και ΑΔΜΕ / ΑΔΕ:
o Συντηρητικέςδυνάμεις
υπάρχει μια συνάρτηση των συντεταγμένων χώρου, U (x,y,z), για την οποία: – το αντίθετο της κλίσης της δίνει τη δύναμη
– η διαφορά μεταξύ αρχικής και τελικής τιμής δίνει το έργο που παράγεται κατά τη μετατόπιση του υποθέματος (μάζα, φορτίο) από μία θέση σε μία άλλη
Π.χ. ελεύθερη πτώση
WB=U1–U2=mgy1–mgy2 => Κ2–K1=U1–U2 =>Κ2+U2=Κ1+U1.ΘΜΚΕ=ΑΔΜΕ
o Μησυντηρητικέςδυνάμεις
δεν υπάρχει συνάρτηση U (x,y,z), η μηχανική ενέργεια δεν διατηρείται. ΘΜΚΕ = ΑΔΕ
Ø Αποκαλείται θεώρημα έργου – ενέργειας, γιατί επιτρέπει να ορίζουμε τις διάφορες μορφές ενέργειας, μέσω του έργου δυνάμεων (που λειτουργεί ως μέσο ανταλλαγής ή μετατροπής ενέργειας). Π.χ. βαρυτική δυναμική ενέργεια, ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια, δυναμική ενέργεια ελατηρίου.
Ø Ενοποιητική λειτουργία: η ενέργεια, με ποικίλες μορφές, ενοποιητική έννοια των Φ.Ε.
Ø Ισχύει πάντα, αλλά είναι βολικό μόνο όταν όλα τα έργα εκφράζονται αλγεβρικά
4


Θεωρητικό πλαίσιο Διδακτικής
Ø Πραξεολογική οργάνωση της γνώσης (Chevallard, 1997 ; 2003) Πραξεολογίες [t, T / τ / θ / Θ]
Ένα παράδειγμα:
§ «υπολογίστε το άθροισμα δύο κλασμάτων» = τύπος ασκήσεων, ενεργειών... Τ
§ «υπολογίστε το άθροισμα: » = συγκεκριμένη άσκηση, δοκιμασία, ενέργεια... t
§ Οι μαθητές θα μετατρέψουν τα κλάσματα σε ομώνυμα, βρίσκοντας το Ελάχιστο Κοινό Πολλαπλάσιο των παρονομαστών, βάζοντας «καπελάκια»..., δηλαδή, θα εφαρμόσουν μια τεχνική τ, η οποία αιτιολογείται από μια τεχνολογία θ, εκείνη της «Πρόσθεσης κλασμάτων». Η θ αντλεί την επιστημονική αξιοπιστία της από τη θεωρία Θ, εν προκειμένω, την Άλγεβρα και, ειδικότερα, τη Θεωρία Αριθμών.
Ø Μεικτή μαθηματική οργάνωση,
όταν T, τ, θ et Θ ∈ Μαθηματικά ∩ Εξωμαθηματικό πεδίο
5


Πραξεολογική ανάλυση σχετικά με το ΘΜΚΕ
Ø Άσκηση t από το σχολικό εγχειρίδιο Φυσικής Α′ Λυκείου:
Ø Εξωμαθηματικό πεδίο: Μηχανική
Ø Πραξεολογίες στη Φυσική: τεχνική τ, η γενική γραφή του ΘΜΚΕ· τεχνολογία θ, η έκφραση WB = m g h και (ως λανθάνουσα θ) η διατύπωση της ΑΔΜΕ· θεωρία Θ, η Μηχανική
Ø Επιστροφή στη Μηχανική
Διδακτικός στόχος: Οι μαθητές να είναι ικανοί να εφαρμόζουν εναλλακτικά ΘΜΚΕ και ΑΔΜΕ και να καταδεικνύουν πότε και πώς η 2η «σημειωτική μορφή» (registre de représentation sémiotique, Duval, 1993) οδηγεί στην πρώτη
6


Συμπεράσματα
Ø Αν το έργο είναι μέσο ανταλλαγής ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη, το ΘΜΚΕ είναι εναλλακτική γραφή της ΑΔΜΕ (συντηρ. δυν.) ή ΑΔΕ (μη συντηρ.)
Ø Επιτρέπει να θεωρούμε ποικίλες μορφές ενέργειας. Έχει ενοποιητική λειτουργία
Ø Ισχύει πάντα, αλλά είναι πρακτικά χρήσιμο όταν τα έργα μπορούν να εκφραστούν
αλγεβρικά
Ø Η διδασκαλία του ΘΜΚΕ μπορεί να αναλυθεί με όρους πραξεολογιών: τύπος ασκήσεων, τεχνική, τεχνολογία, θεωρία
Ευχαριστώ πολύ
7


3o ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΡΟΜΕΣ
στο σημερινό σχολείο
Ο Ρόλος της Ιστορίας της Φυσικής στην Κατανόηση Βασικών Εννοιών της Μηχανικής από άτομα με Αναπηρία Όρασης
Μαλεζά, Ο.1, Αργυρόπουλος,Β,2Βαβουγυιός,Δ.3 1,2,3Π.Τ.Ε.Α., Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας


Βιβλιογραφική Ανασκόπηση
üΟι δυσκολίες που συναντούν οι
φοιτητές/τριες στο πεδίο της
μηχανικής
(Halloun & Hestenes 1985, Rosenquist & McDermott 1987· Καράογλου και συν. 2011, Κώτσης & Στύλος 2007· Στύλος και συν. 2007).
üΕιδικότερα, για τους φοιτητές/τριες
με αναπηρία όρασης, οι δυσκολίες
φαίνεται να είναι περισσότερες (Jones et al. 2009, Wild et al. 2013).
2


Βιβλιογραφική Ανασκόπηση
üΜια διδακτική προσέγγιση: η ιστορία της φυσικής. Γιατί:
vγίνονται ευκολότερα κατανοητοί κάποιοι μηχανισμοί σχετικοί με την αλληλεπίδραση του ανθρώπου με το φυσικό περιβάλλον καθώς και τα διάφορα εργαλεία που έχουν χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο για να κατανοήσει αυτούς τους μηχανισμούς στην πορεία του χρόνου.
(McGuire, 20013)


Στόχος της Έρευνας
q Η παρούσα έρευνα χαρακτηρίζεται ως πιλοτική και είχε διττό στόχο:
ü τη διερεύνηση των εναλλακτικών ιδεών φοιτητών με αναπηρία όρασης σχετικά με βασικές έννοιες της Μηχανικής και
üτην τροποποίηση αυτών των εναλλακτικών ιδεών μέσα από την ιστορία της φυσικής.
4


Μεθοδολογία
üΗ μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε ήταν η έρευνα δράσης
üΗ συλλογή των δεδομένων έγινε μέσω παρατήρησης και ηχογράφησης συνεντεύξεων
5


Μεθοδολογία 1
Δείγμα: 19 Άτομα με ολική απώλεια όρασης εκ των οποίων 7
φοιτητές σε:
q Παιδαγωγικό τμήμα
q Πληροφορική
qΑΣΟΕ(Οργάνωση και ΔιοίκησηΕπιχειρήσεων) q Ψυχολογία
qΤΕΙ Λογιστική
qΙΕΚ Τηλεφωνική
qΙΕΚ Φυσιοθεραπεία
6


Μεθοδολογία 2 Εργαλεία:
qΕρωτηματολόγιο Inventory of Basic Conceptions in Mechanics (I.B.C.M.) του Halloun (Καράογλου & Ρίζου, 2006), προσαρμοσμένο στα ελληνικά.
qΗμιδομημένες Συνεντεύξεις
7


Μεθοδολογία3 Ερευνητικός Σχεδιασμός
Η πιλοτική έρευνα χωρίστηκε σε 3 φάσεις.
1η Φάση:
ü 4 άτομα
ü Διαφοροποίηση στη μορφή χορήγησης
ü Μετατροπή σε braille
ü Προέκυψαν τα διαφοροποιημένα απτικά ερωτηματολόγια.
2η Φάση:
ü 8 άτομα
ü Απτική χορήγηση
ü Καταμέτρηση χρόνου
ü Παρατηρήθηκε ότι η απτική χορήγηση των εργαλείων ήταν
χρονοβόρα και κουραστική.
8


Eρωτηματολόγιο ΠΑΤΕΜ IV
9


Ερωτηματολόγιο I.B.C.M.
10


Άξονες Ημιδομημένων Συνεντεύξεων üΆξονας 1: Ιδέες και αντιλήψεις για έννοιες
φυσικής και πειράματα
üΆξονας 2: Συμβολή της ιστορίας της φυσικής για την κατανόηση εννοιών φυσικής
üΆξονας 3: Διδασκαλία φυσικής μέσω πειραμάτων και αυτοεκτίμηση
üΆξονας 4: Διαφοροποίηση αναλυτικού προγράμματος με στοιχεία από την ιστορία της φυσικής και κατανόηση εννοιών φυσικής
11


Μεταγραφή Bralle
12


Μεθοδολογία 4
Ερευνητικός Σχεδιασμός 3η Φάση
qΤα εργαλεία χορηγήθηκαν σε 7 φοιτητές
qΤo ΠΑΤΕΜ-IV σε ακουστική μορφή
qΤο IBCM σε ακουστική μορφή ως προς το κείμενο και σε απτική μορφή ως προς τα σχήματα
13


Απτική Χορήγηση
14


Από τις απομαγνητοφωνήσεις των συνεντεύξεων προέκυψε:
q Όλοι οι φοιτητές ήξεραν τον Νεύτωνα
qΟι φοιτητές θα ήθελαν να έχουν ενεργητικό ρόλο στην διδασκαλία και να κάνουν πειράματα
qΟι φοιτητές θα ήθελαν να μάθουν πώς ανακαλύφθηκε η βαρύτητα.
qΟι φοιτητές προτιμούν το μάθημα της φυσικής να γίνεται με πειράματα και με στοιχεία από την ιστορία της φυσικής
qΚατανοούν καλύτερα με πειράματα
Από το IBCM προέκυψε:
q Οι εναλλακτικές ιδέες που αφορούν στην κινηματική - δυναμική με τη μεγαλύτερη συχνότητα αφορούσαν στην κίνηση και στην κατεύθυνση και ήταν οι εξής:
ü (1) η κίνηση προϋποθέτει δύναμη προς την κατεύθυνση της και
ü(2) η δύναμη είναι ανάλογη της ταχύτητας ή της κίνησης γενικότερα.
Αποτελέσματα
15


Συμπεράσματα
qΜέσα από την ιστορία της φυσικής οι φοιτητές/ τριες με ΑΟ φαίνεται να κατανοούν καλύτερα τις έννοιες της κίνησης και της κατεύθυνσης, τροποποιώντας κατάλληλα τις εναλλακτικές τους ιδέες.
qΗ κυρίως έρευνα είναι σε εξέλιξη
qΤα αποτελέσματα της πιλοτικής έρευνας χρησιμοποιούνται στην κυρίως έρευνα
16


Συμπεράσματα
qΥποστηρίζεται ότι όλα τα παραπάνω μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμο υλικό για το σχεδιασμό κατάλληλων εκπαιδευτικών παρεμβάσεων στοχεύοντας στην ορθή κατανόηση των φοιτητών/τριών με αναπηρία όρασης όσον αφορά σε βασικές έννοιες της Μηχανικής.
17


Υποτροφία Ι.Κ.Υ.
Ευχαριστώ για την προσοχή σας
Χρηματοδοτείται από την Πράξη με τίτλο «Πρόγραμμα χορήγησης υποτροφιών για μεταπτυχιακές σπουδές δεύτερου κύκλου σπουδών» από πόρους του ΕΠ «ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ, ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ». (ΕΣΠΑ 2014-2020)
18


ΒΑΣΙΚΑ ΣΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ.
ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ
ΤΟΥ EINSTEIN.
Μάρκελλος Αναστάσιος, Σφαέλος Ιωάννης


ΑΔΡΑΝΕΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ


ΝΕΥΤΩΝΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗ
ΝΕΥΤΩΝΑΣ
ΓΑΛΙΛΑΙΟΣ
! = !# − %& ' = '#
( = (#
& = &#
ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ


EINSTEIN
LORENTZ
1905: Η ταχύτητα του φωτός είναι αναλλοίωτη
t ' = γ (t − β x) x'=γ(x−ut)
y'=y z'=z
MINKOWSKI
ΕΙΔΙΚΗ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ
)=1
1 − +, -,
.=+ -,


1907-1915
=


ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΓΘΣ


1.Η αρχή του Mach
α) Η κατανομή της ύλης καθορίζει
τη γεωμετρία του χώρου.
β) Αν δεν υπάρχει ύλη, τότε δεν υπάρχει γεωμετρία.
γ) Ένα σώμα σε κενό Σύμπαν
δεν μπορεί να έχει αδρανειακές ιδιότητες.


2. Η αρχή της ισοδυναμίας
Δεν μπορούμε να διακρίνουμε
τις αδρανειακές δυνάμεις
από τις δυνάμεις βαρύτητας,
κατά συνέπεια ένα ομογενές βαρυτικό πεδίο είναι ισοδύναμο ως προς όλα τα φαινόμενα
με ένα ομαλά επιταχυνόμενο σύστημα αναφοράς.


3. Η αρχή του συναλλοίωτου
Οι νόμοι της Φυσικής πρέπει να είναι ίδιοι για όλους τους παρατηρητές.
Αυτό σημαίνει ότι όλοι οι νόμοι της Φυσικής πρέπει να έχουν τανυστική μορφή.


4. Η αρχή της γενικής αμεταβλητότητας
Όταν μετασχηματίζονται οι συντεταγμένες παραμένουν αμετάβλητες
οι αριθμητικές τιμές των σταθερών,
π.χ. η ταχύτητα του φωτός.


5. Η γεωδαισιακή υπόθεση
Αυτή καθορίζει το είδος των επιτρεπτών τροχιών στον καμπύλο χωροχρόνο
των ελεύθερα κινούμενων υλικών σωματιδίων και φωτεινών ακτίνων,
που λέγονται γεωδαισιακές.
Η γεωδαισιακή καμπύλη είναι μια γραμμή επάνω σε οποιαδήποτε επιφάνεια που ενώνει δύο σημεία της και έχει το ελάχιστο δυνατόν μήκος.
Στον επίπεδο Ευκλείδειο χώρο η γραμμή αυτή είναι η ευθεία.


6. Η αρχή της αντιστοιχίας


ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΓΘΣ


ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ GPS
• Λόγω του ότι οι δορυφόροι κινούνται πιο γρήγορα
από ότι εμείς στο έδαφος, η ΕΘΣ μας λέει ότι τα ρολόγια τους χάνουν σχεδόν 7000 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου την ημέρα σε σχέση με τα ρολόγια στο έδαφος.
• Λόγω του ότι το πεδίο βαρύτητας της Γης είναι
16 φορές πιο ισχυρό στο έδαφος απ´ότι στο ύψος του δορυφόρου,
η ΓΘΣ μας λέει ότι το ρολόι του δορυφόρου πρέπει να κερδίζει 45000 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου την ημέρα
σε σχέση με τα ρολόγια στο έδαφος.


H μετάπτωση του περιηλίου


H μετατόπιση του περιηλίου του Ερμή είναι πολύ αμυδρή, περίπου 574 δευτερόλεπτα του τόξου ανά αιώνα.


H καμπύλωση του φωτός


Πολλαπλές εικόνες από βαρυτικούς φακούς
.


H βαρυτική ερυθρά μετατόπιση
Το φως μπορεί να χάνει ή να κερδίζει ενέργεια στο βαρυτικό πεδίο.
Αν η συχνότητά του μειώνεται έχουμε (ερυθρά μετατόπιση)
ενώ αν αυξάνεται έχουμε
(κυανή μετατόπιση).
Το συγκεκριμένο φαινόμενο διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στην ανακάλυψη
της διαστολής του Σύμπαντος.


ΜΕΤΡΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ


Στον 3-διάστατο Ευκλείδειο χώρο, η απόσταση δύο σημείων δίνεται από το Πυθαγόρειο θεώρημα:
/0, = /!, + /', + /(,


Click to View FlipBook Version