1. ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Ι – ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΦΕΙΑ – 1ο Μάθημα Εισαγωγή: Γιατί ΦΕ στο Νηπιαγωγείο και στους / στις Νηπιαγωγούς Περιγραφή του μαθήματος και των απαιτήσεων

2. Έννοιες Φυσικών Επιστημών Ι και Αναπαραστάσεις τους (ΕΦΕΙΑ) Μάθημα 3-ωρο, 3 διδακτικές μονάδες, υποχρεωτικό του Α’ εξαμήνου Παραδόσεις και ένα 3-ωρο εργαστήριο Γραπτές εξετάσεις (8 μονάδες) και υποχρεωτική εργασία (2 μονάδες)

3. Σκοπός του Μαθήματος Να προσεγγίσουν οι φοιτητές /τριες ολιστικά πτυχές του περιεχομένου των ΦΕ, των νοητικών αναπαραστάσεων των μαθητευομένων και κυρίως των ίδιων και των νηπίων και διδακτικών εφαρμογών κατάλληλων για το Νηπιαγωγείο

4. Περιεχόμενο Μαθήματος Θεμελιώδεις έννοιες, φαινόμενα και αρχές των ΦΕ Επιστημολογικές δυσκολίες Εννοιολογικές δυσκολίες / Εναλλακτικές Αναπαραστάσεις Απλές διδακτικές προτάσεις για δημιουργική απασχόληση των νηπίων

5. Διδακτική Μέθοδος Μαθήματος Εργασία σε ομάδες με δομημένο φύλλο εργασίας Συζήτηση των απόψεων των ομάδων Εισαγωγή νέας γνώσης Workshop (εργαστήριο) 1-2 τρίωρα για τη μεθοδολογία ανάδειξης των αναπαραστάσεων των νηπίων

6. Γιατί ΦΕ σε Νηπιαγωγούς / Νηπιαγωγείο Διπλή οπτική: Επιστημονικός Αλφαβητισμός Διεθνής τάση και Ελληνική περίπτωση (Οδηγός Νηπιαγωγού – Κεφάλαιο 10 / Μελέτη περιβάλλοντος: αξιοποιώντας το περιβάλλον και μαθαίνοντας για τον κόσμο) Δημιουργική απασχόληση νηπίων Άσκηση σε διαδικασίες επιστημονικών μεθόδων Μάθηση περιεχομένου δεν είναι στόχος

7. Η γνώση των παιδιών – νηπίων για τις Φυσικές Επιστήμες θεωρία των νοητικών αναπαραστάσεων περιγραφή των αναπαραστάσεων για επιλεγμένες έννοιες και φαινόμενα στοιχεία μεθοδολογίας ανάδειξης των αναπαραστάσεων των νηπίων (κλινική ημιδομημένη συνέντευξη) Οργάνωση δραστηριοτήτων ΦΕ για νήπια στηριγμένων στο ανακαλυπτικό – διερευνητικό διδακτικό παράδειγμα.

8. Η επιστημονική γνώση  Τι κάνουν – παράγουν οι επιστήμονες (επιστημονικό προϊόν)  Πως το παράγουν; Διαδικασίες των επιστημονικών μεθόδων

9. Η γνώση των εκπαιδευτικών για τις Φυσικές Επιστήμες Η έννοια και παραδείγματα του διδακτικού μετασχηματισμού του περιεχομένου σε γνώση κατάλληλη να διδαχτεί σε στοχούμενο πληθυσμό Η έννοια της γνώσης παιδαγωγικού περιεχομένου

10. Εργασία Υποχρεωτική ( 2 μονάδες στην τελική αξιολόγηση) Σε επιλεγμένη γνωστική περιοχή εννοιών και φαινομένων θα γίνουν τα εξής: θα μελετηθεί σύντομα η επιστημονική γνώση: έννοιες, φαινόμενα, μεθοδολογία, εφαρμογές, κλπ θα αναδειχθούν μέσω έρευνας οι σχετικές αναπαραστάσεις των νηπίων για κάποια έννοια / φαινόμενο θα γίνει πρόταση διδακτικού μετασχηματισμού του περιεχομένου σε γνώση κατάλληλη να διδαχτεί σε νήπια Τα θέματα των εργασιών βρίσκονται σε χωριστό αρχείο. Οι εργασίες ανατίθενται μετά το 3ο Μάθημα και παραδίδονται, πριν τις εξετάσεις, σε ημερομηνία που καθορίζεται.

11. Περιεχόμενα των 12 Μαθημάτων 1ο Εισαγωγή: Γιατί ΦΕ στο Ν ηπιαγω γείο – Ν ηπιαγω γούς / Περιγραφή του μαθήματος και των απαιτήσεων 2ο Οι ι.μ. και τα χαρακτηριστικά τους 3ο Ανάδειξη των ι.μ., Μεθοδολογία, Workshop 4o Οι Φυσικές καταστάσεις της ύλης και οι αλλαγές τους 5o Οι ι.μ. για τις Φ.Κ.Υ., και τις αλλαγές τους, 6o Ατομικό μοντέλο, άτομα, μόρια, δομή ατόμου

12. 7o Οι ι.μ. για την ατομική δομή της ύλης 8o Άνωση, Πλεύση / Βύθιση, Πίεση 9o Οι ι.μ. για Άνωση, Πλεύση / Βύθιση, Πίεση 10o Θερμότητα και θερμοκρασία, Διαστολές, Διάδοση θερμότητας 11o Οι ι.μ. για θερμότητα και θερμικά φαινόμενα 12o Ο ήχος, τα ηχητικά φαινόμενα και οι σχετικές ι.μ.

13. ΕΦΕΙΑ – 2ο Μάθημα Οι Φυσικές καταστάσεις της ύλης και οι αλλαγές τους

14. Περιεχόμενα Κριτήρια Διάκρισης ΦΚΥ – Όρια Αλλαγές ΦΚΥ – Επισημάνσεις Πυκνότητα Νερό Αέρας Διδακτικές Επισημάνσεις

15. Εργασίες Ταξινομήστε τα παρακάτω υλικά, σε στερεά, υγρά και αέρια: Ζάχαρη, Μέλι, Πλαστικός σωλήνας, Αλεύρι, Καυσαέρια, Οξυγόνο, Τούβλο, Σαμπουάν. Ποια σώματα λέμε ρευστά; Συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα

16. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΕΡΕΑ ΥΓΡΑ ΑΕΡΙΑ 1.Αυξάνεται ο όγκος τους με μικρή έκταση 2.Μειώνεται ο όγκος τους με μικρή συμπίεση 3.Μεταβάλλεται το σχήμα τους με μετάγγιση 4.Έχουν βάρος 5.Έχουν πίεση 6. 7.

17. Κριτήρια Κατάταξης Τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα και όγκο Τα υγρά σταθερό όγκο, αλλά όχι σχήμα Τα αέρια δεν έχουν ούτε σταθερό σχήμα, ούτε όγκο Ρευστά λέγονται τα σώματα που ρέουν, ή τα υγρά και τα αέρια. Οι σκόνες ανήκουν στα στερεά γιατί εξετάζουμε ως μονάδα μελέτης τον ένα κόκκο

18. ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΜΙΚΡΟΜΑΚΡΟ δομή ύλης  μόρια φυσικές καταστάσεις  στερεά, υγρά, αέρια Μοντέλο ιδιότητες Επινόησηαντιληπτές

19. Αλλαγές ΦΚΥ

20. Η σταθερότητα της θερμοκρασίας στις αλλαγές ΦΚΥ

21. Η Έννοια της πυκνότητας Η πυκνότητα είναι ένα εντατικό φυσικό μέγεθος, που μας δείχνει πόσο πυκνή είναι η ύλη, από την οποία αποτελείται ένα σώμα (ή πόσο κοντά βρίσκονται τα μόρια μεταξύ τους). Εντατικό είναι ένα μέγεθος που η τιμή του δεν εξαρτάται από την ποσότητα στην οποία αναφερόμαστε. Αποτελεί φυσική σταθερά του υλικού, με την οποία το ταυτοποιούμε. Ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας προς τον όγκο του σώματος. Πυκνότητα = Μάζα / Όγκο, d = m / V (gr / cm 3 )

22. Πειραματικός Προσδιορισμός Πυκνότητας & Εφαρμογές της Μέτρηση μάζας με ζύγιση Μέτρηση όγκου με ογκομετρικό κύλινδρο Μαθηματικός τύπος Εφαρμογή: α) στην πλεύση – βύθιση β) στην διαστρωμάτωση υγρών

23. Το νερό: μια σπουδαία χημική Ένωση Γιατί το νερό είναι μια σπουδαία χημική ένωση ή ένα σπουδαίο μίγμα Το νερό στις 3 ΦΚΥ και οι «περίεργες» συμπεριφορές του στις αλλαγές Οι φυσικές σταθερές του νερού (0 o C – 100 o C, 1gr/cm 3 ) Ο κύκλος του νερού Η σπουδαιότητα του νερού και στη διδασκαλία

24. Ο Ατμοσφαιρικός αέρας: ένα σπουδαίο μίγμα Γιατί ο αέρας είναι ένα σπουδαίο μίγμα Τα συστατικά του μίγματος και η χρησιμότητά τους Ιδιότητες και σταθερές του αέρα Η σπουδαιότητα του αέρα και στη διδασκαλία

25. ΕΦΕΙΑ – 3ο Μάθημα Οι ιδέες των μαθητευομένων και τα χαρακτηριστικά τους

26. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΝΗΠΙΑΓΩΓΩΝ Διδακτικές προσεγγίσεις Φυσικών Επιστημών Ι 2 ο Μάθημα: Οι ιδέες των παιδιών και τα χαρακτηριστικά τους ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ονόματα φοιτητών /τριών: Ερωτήσεις 1. Μια πέτρα ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω, ανεβαίνει ως κάποιο σημείο και επιστρέφει. Ποιες δυνάμεις ασκούνται πάνω στην πέτρα, α) όταν ανεβαίνει, β) όταν κατεβαίνει γ) όταν βρίσκεται στο ανώτερο σημείο. Εξηγείστε. 2. Μοιράζω το υγρό του δοχείου Α στα Β και Γ, όπως φαίνεται στο σχήμα. Συγκρίνετε α) τις πυκνότητες του υγρού στα δοχεία Α, Β, Γ. β) τις πιέσεις σε ένα σημείο των πυθμένων των τριών δοχείων. Δικαιολογείστε.

27. A Β Γ

28. 3. Στο παρακάτω κύκλωμα όταν ανάβει η λάμπα το αμπερόμετρο Α1 δείχνει ένα Ampere. Πόσο δείχνει το Α2; Περισσότερο, λιγότερο, το ίδιο με το Α1; Εξηγείστε. Α1 Λ Α2

29. Η ΑΠΟΨΗ ΤΩΝ ΠΑΙΔΙΩΝ ΓΙΑ ΤΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΤΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Οι ιδέες είναι ατομικές και προέρχονται από την κατασκευή προσωπικών νοημάτων, ως αποτέλεσμα της επίδρασης του περιβάλλοντος (φυσικού, κοινωνικού, διδασκαλίας, …..) Η ύπαρξη ατομικών διαφορών έχει ως αποτέλεσμα η μάθηση να έχει ατομικό χαρακτήρα, έστω και μετά από ομαδική διδασκαλία. Η νέα πληροφορία επεξεργάζεται στο υπάρχον νοητικό πλαίσιο και παίρνει προσωπικό νόημα.

30. Ιστορική θεώρηση της εμφάνισης και του ρόλου των ι.μ. στη διδασκαλία και τη μάθηση {> 60 (tabula rasa), 60 – 70 Piaget, Ausubel, 80< εποικοδόμηση}. Οι ι.μ. είναι ατομικές, αλλά ομαδοποιούνται. Συγκρίνετε τις πιέσεις (ή τις πυκνότητες) σε δύο σημεία του πυθμένα των δοχείων Α (φαρδύ) και Β (στενό) που περιέχουν νερό μέχρι το ίδιο ύψος. Α Β

31. Οι ι.μ. στερούνται συνοχής και συνέπειας, με αποτέλεσμα να δίνονται αντιφατικές απαντήσεις. Οι ι.μ. κατά περίπτωση εμφανίζουν σταθερότητα ή αλλάζουν με τη διδασκαλία ή την ηλικία. Οι ι.μ. επηρεάζουν τη διδασκαλία; Ναι λόγω του ρόλου της προϋπάρχουσας γνώσης στη διδασκαλία και τη μάθηση (εποικοδομητική προσέγγιση). Οι ι.μ. εστιάζουν στα αισθητηριακά χαρακτηριστικά των έργων

32. Οι ι.μ. χαρακτηρίζονται από περιορισμένη εστίαση. Οι ι.μ. εστιάζονται περισσότερο σε διαδικασίες παρά σε καταστάσεις ισορροπίας. Οι ι.μ., σε ορισμένες περιπτώσεις, μοιάζουν με τις ιδέες των πρώιμων επιστημόνων. Ωστόσο η συσχέτιση είναι επικίνδυνη πέραν κάποιων ορίων Οι ι.μ. μπορούν να αλλάξουν. Η εννοιολογική αλλαγή γίνεται με πολλούς τρόπους, είναι συνεχής και μακρόχρονη.

33. Μια ταξινόμηση των ι.μ. (Viennot 1993) Σκέψη με τη χρήση “αντικειμένων” Κατανοούν ή χρησιμοποιούν μια πραγματική οντότητα. Π.Χ. Κύμα που διαδίδεται σε σχοινί. Μια ακτίνα φωτός Σκέψη με μείωση μεταβλητών Κατανόηση του “σταθερού” ως “χαρακτηριστικού” Π.Χ. Η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή. Η αντίσταση μεταλλικού αγωγού είναι σταθερή

34. Εννοιολογική Αλλαγή Εμπλουτισμός, Διαφοροποίηση, Συνένωση, Αύξηση ιεραρχικής οργάνωσης. Επαύξηση (accretion), Φυσική διαδικασία μάθησης μέσω κατανόησης (comprehension). Εναρμόνιση (tuning), Συμβαίνει όταν μένει αναλλοίωτη η σχεσιακή δομή του σχήματος, αλλά γίνονται μικρές αλλαγές. Αναδιοργάνωση (restructuring): Είναι η ριζική αλλαγή της υπάρχουσας γνωστικής δομής

35. ΕΦΕΙΑ – 4ο Μάθημα Ανάδειξη των ι.μ. – Μεθοδολογία Workshop

36. ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΑΔΕΙΞΗΣ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΙΔΕΩΝ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 1. Δημιουργία αρχικής ερευνητικής υπόθεσης (γενικής) / ανάγκη θεωρίας 2. Παρατήρηση τάξης: εντοπισμός εννοιολογικών δυσκολιών 3. Δημιουργία αρχικού ενδεικτικού ερωτηματολογίου, για τη λήψη ατομικών / ομαδικών ημιδομημένων συνεντεύξεων. - Ομάδες ερωτήσεων 4. Κλινικές ημιδομημένες συνεντεύξεις. - Επιλογή δείγματος, ρόλος του συνεντευξιαστή, χαρακτηριστικά του συνεντευξιαζόμενου. - Δημιουργία συνεργατικού - φιλικού περιβάλλοντος

37. - Παρουσίαση έργων: αντικείμενα / φαινόμενα, κάρτες έργων, χάρτες εννοιών/ιδεών, απλή ανάγνωση - “Σκάψιμο” για την ανάδειξη των χαρακτηριστικών των ι.μ. και των ορίων τους - “Προβοκάρισμα” της σκέψης των μαθητών / τριών - Συμπεριφορά συνεντευξιαστή, στη διάρκεια της συνέντευξης - Καταγραφή, μη λεκτικοί τρόποι επικοινωνίας, αποκωδικοποίηση - Μελέτη, διερεύνηση της αποκωδικοποιημένης συνέντευξης, ανάδειξη μοντέλων σκέψης 5. Δημιουργία τελικής ερευνητικής υπόθεσης (συγκεκριμένης) 6. Ανάπτυξη / διακίνηση του τελικού ερωτηματολογίου

38. - Κατάστρωση του τελικού ερωτηματολογίου / σκοπός - Ανοιχτές / κλειστές ερωτήσεις - Εγκυροποίηση ερωτηματολογίου - Επιλογή δειγμάτων / κοινωνικό / οικονομικό / πολιτιστικό υπόβαθρο δείγματος. - Πιλοτική εφαρμογή - Διακίνηση ερωτηματολογίων / δυσχέρειες /…. - Συλλογή / ταξινόμηση ερωτηματολογίων 7. Ανάλυση ερωτηματολογίων - Ιδεογραφικές / νομοθετικές έρευνες - Μέθοδοι ανάλυσης ερωτηματολογίων - Διασταύρωση απαντήσεων / ανάδειξη μοντέλων μαθητών / τριών - εγκυροποίηση κατηγοριοποίησης - Στατιστική επεξεργασία (συχνότητες, ποσοστά %, διάστημα εμπιστοσύνης, Χ 2 )

39. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤ. ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΝΗΠΙΑΓΩΓΩΝ Διδακτικές προσεγγίσεις ΦΕ Ι 3 ο – 4 ο Μάθημα: ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΣΠΑΣΗ ΤΩΝ ΙΔΕΩΝ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ, ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ονόματα φοιτητών /τριών: Ερωτήσεις 1) Ταξινομήστε τις μη αναμενόμενες απαντήσεις των μαθητών/τριών, στο 1ο ερώτημα των έξι (6) πρωτοκόλλων. Μπορούν να ταξινομηθούν αυτές σε 2 - 3 κατηγορίες ?

40. 2) Μελετήστε τις απαντήσεις των μαθητών/τριών στην ερώτηση 2δ. Μπορείτε με αυτές να ερμηνεύσετε κάποιες από τις μη αναμενόμενες απαντήσεις της 1ης ερώτησης ? 3) Μελετήστε τις απαντήσεις των μαθητών/ τριων στα ερωτήματα 2α, β, γ των έξι (6) πρωτοκόλλων. Τα κριτήρια κατάταξης στις τρεις φυσικές καταστάσεις της ύλης είναι συμβατά με τα επιστημονικά ? Μπορούμε να διακρίνουμε κατηγορίες κριτηρίων ? π.χ. κατάταξη με βάση φυσικές έννοιες, καθημερινές δραστηριότητες, μοριακή περιγραφή κ.λ.π 4) Μελετήστε το ερώτημα 4 του ερωτηματολογίου, και τις απαντήσεις των μαθητών/τριών σ’ αυτό. Ποια ιδέα των μαθητών/τριών νομίζετε ότι ελέγχει το ερώτημα αυτό ?

41. Ταξινομήσετε τις απαντήσεις στο ερώτημα αυτό σε Σωστές / Λανθασμένες, με Σωστή / Λανθασμένη αιτιολόγηση. 5) Μελετήστε το ερώτημα 3 του ερωτηματολογίου, και τις απαντήσεις των μαθητών/τριών σ’ αυτό. Ποια ιδέα των μαθητών/τριών νομίζετε ότι ελέγχει το ερώτημα αυτό ? Με βάση τις κατηγορίες των σωμάτων που περιλαμβάνονται στο ερώτημα και τις απαντήσεις των μαθητών / τριών μπορείτε να δημιουργήσετε τρεις κατηγορίες σωμάτων για τις οποίες υπάρχουν παρόμοιες απαντήσεις 6) Μελετήστε το ερώτημα 5. Ποιες ιδέες των μαθητών/ τριών νομίζετε ότι ελέγχει ?

42. 7) Μελετήστε τις απαντήσεις των μαθητών / τριών στα ερωτήματα 5α, β, γ (όσες υπάρχουν). Εκτός των προφανών απαντήσεων, ναι - όχι, ορισμένες από αυτές δείχνουν το ιδιαίτερο νόημα που αποδίδουν οι μαθητές/ τριες στις έννοιες. Π.χ. προσέξτε τις απαντήσεις του 1ου μαθητή/τριας στο 5α, του 2ου στο 5β και 5γ, του 3ου στα 5α, β, γ. Κάποιες απαντήσεις δείχνουν τη δυσκολία των μαθητών / τριών στην εφαρμογή της γνώσης π.χ. η απάντηση 1ου στο 5γ, ή την συνέπεια στις απαντήσεις όπως του 3ου στα 4 και 5α.

43. 8) Από ορισμένες απαντήσεις που υπάρχουν στα πρωτόκολλα που μελετήσατε, αλλά και από την καθημερινή σας εμπειρία της τάξης, γνωρίζετε ότι μαθητές θεωρούν το βάρος ενός σώματος ως ιδιότητά του, κάτι δηλ. που το έχει το σώμα. Αντί ως το αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης γης - σώματος. Συζητήστε 2 - 3 έργα (πειράματα, ερωτήσεις) με τα οποία μπορείτε να επαληθεύσετε ή να διαψεύσετε αυτή την υπόθεση. 9) Τα ρευστά σώματα ορίζονται ως ενοποιητική κατηγορία υγρών και αερίων. Όμως πολλοί μαθητές / τριες τα ταυτίζουν με τα υγρά ή τα παχύρευστα σώματα. Συζητήστε 2 - 3 έργα (πειράματα, ερωτήσεις) με τα οποία μπορείτε να επαληθεύσετε ή να διαψεύσετε αυτή την υπόθεση.

44. ΕΦΕΙΑ – 5ο Μάθημα Οι ιδέες των μαθητευομένων για τις Φυσικές Καταστάσεις της Ύλης και τις αλλαγές τους και οι σχετικές διδακτικές προτάσεις

45. Animation για τις 3 ΦΚΥ Τα μικρότερα από τα παιδιά 5 – 13 ετών που μελετήθηκαν θεωρούν ως στερεό κάθε άκαμπτο υλικό π.χ. πέτρα και όχι σφουγγάρι. Κάθε σκόνη ως υγρό και κάθε εύκαμπτο ως ενδιάμεσο στερεού - υγρού. Αυτό σημαίνει ότι τα παιδιά αποφασίζουν για την κατάσταση κάθε υλικού σύμφωνα με την εμφάνιση και τη συμπεριφορά και όχι με κάποιους γενικότερους κανόνες ταξινόμησης, όπως στην επιστήμη. Προσοχή στην εισαγωγή της έννοιας του κόκκου πούδρας /σκόνης ως μονάδας θεώρησης της ύλης. Είναι δυνατόν τα παιδιά να θεωρήσουν ότι οι “κόκκοι” αποτελούν τα μόρια / άτομα, όπως διδάσκονται. Ιδέες για τις 3 ΦΚΥ

46. Τα παιδιά θεωρούν τα υγρά ως τα σώματα που «τρέχουν» ή είναι σαν νερό ή περιέχει νερό, τα “ρευστά” ή που “μπορούν να χυθούν” και με την έννοια αυτή κατατάσσουν τις σκόνες στα υγρά. Το νερό λειτουργεί ως “υπόδειγμα” για όλα τα υγρά, που γι αυτό θεωρούνται “νερουλά” ή φτιαγμένα από νερό. Τα παχύρευστα σώματα τα θεωρούν ως ενδιάμεσα στ / υγ ή ως «ρευστά».

47. Ι δέες τον Ατμοσφαιρικό Αέρα Τα παιδιά των μικρότερων ηλικιών δεν κατανοούν ότι τα αέρια καταλαμβάνουν όλο το χώρο, αλλά πιστεύουν ότι συγκεντρώνονται σε ορισμένους χώρους (όπως τα υγρά). Τα παιδιά των μικρότερων ηλικιών δεν κατανοούν την υλική υπόσταση του αέρα, ότι έχει βάρος ή καταλαμβάνει κάποιον όγκο.

48. Περίπου τα ¾ των οκτάχρονων και το ½ των δωδεκάχρονων παιδιών θεωρούσαν ότι ο αέρας έχει “αρνητικό βάρος” ή και καθόλου. Μόνο το ¼ των δεκαεξάχρονων έχει κατακτήσει την ιδέα ότι ο αέρας έχει “θετικό βάρος”. Παιδιά ηλικίας 5 ετών δεν διαφοροποιούσαν το βάρος από τον όγκο του αέρα και χρησιμοποιούσαν το εμφανές μέγεθος του δοχείου για να εκτιμήσουν το βάρος του περιεχόμενου αέρα. Στα 8 έτη η ιδέα του βάρους συνδέθηκε πιο ισχυρά με την εικόνα της πτώσης των σωμάτων και ο αέρας έμοιαζε μάλλον “να αιωρείται τριγύρω” παρά “να πιέζει προς τα κάτω”.

49. Οι μαθητές – γύρω στα 12 – θεωρούν ότι μόνο ο άνεμος έχει πίεση, και μάλιστα η πίεση αυτή έχει τη διεύθυνση του ανέμου. Αντίθετα ο ακίνητος αέρας, θεωρούν ότι δεν έχει πίεση. Παράλληλα δυσκολεύονται να συσχετίσουν την πίεση στο εσωτερικό μιας μπάλας με την ατμοσφαιρική. Οι μικροί μαθητές ερμηνεύουν την κίνηση ρευστών (πόση πορτοκαλάδας με καλαμάκι ή γέμισμα σύριγγας) με την επίκληση της έννοιας του κενού. Σε λίγο μεγαλύτερες ηλικίες χρησιμοποιούν την έννοια της δύναμης ή της πίεσης που “τραβάει” το ρευστό. Σπανιότατα όμως χρησιμοποιούν την έννοια της διαφοράς πιέσεων και το ρόλο της ατμοσφαιρικής πίεσης.

50. Στην ηλικία των 5 ετών όλα τα παιδιά χρησιμοποιούν τη λέξη “αέρας”, αλλά η ύπαρξή του διαπιστώνεται όταν υπάρχει κίνηση π.χ. άνεμος. Κάποια απ’ αυτά τα παιδιά αναγνωρίζουν ότι ο αέρας παίρνει μέρος στην αναπνοή, αλλά μόνο το 1/3 εκτιμάει ότι ο αέρας καταλαμβάνει όγκο. Τα ¾ των παιδιών 5 ετών αναγνωρίζουν ότι ο αέρας αντιστέκεται στην κίνηση των σωμάτων. Σχεδόν όλα τα παιδιά αυτής της ηλικίας συγκρίνουν το “βάρος” των δοχείων που περιέχουν αέρα, με τον όγκο τους. Το 1/3 των παιδιών ταυτίζει τον αέρα μέσα σ’ ένα δοχείο, όπου η πίεση είναι μικρότερη της ατμοσφαιρικής με το “ρούφηγμα”. Ο αέρας είναι “καλός” χρήσιμος για την αναπνοή και τη ζωή, αλλά το αέριο είναι “κακό”

51. Ιδέες για την αλλαγή φάσης ή/και τις φυσικές καταστάσεις νερού και αέρα Συνήθως η αλλαγή φάσης αποδίδεται από τα παιδιά στη φύση των υλικών αναγνωρίζεται υπό ορισμένες συνθήκες, εξηγείται εντελώς εμπειρικά, ενώ αγνοούνται βασικά χαρακτηριστικά του φαινομένου π.χ. η σταθερότητα της θερμοκρασίας στη διάρκεια της αλλαγής. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα παιδιά να δυσκολεύονται στην κατανόηση της διατήρησης του υγρού, όπως και της ποιοτικής ταυτότητας υγρού και αερίου, που προκύπτει από το υγρό.

52. Όλα σχεδόν τα παιδιά ηλικίας 5 – 6 ετών αναγνωρίζουν – προβλέπουν το φαινόμενο της τήξης σε συνθήκες περιβάλλοντος π.χ. ότι ο πάγος λειώνει όταν αφεθεί στο περιβάλλον. Μόνο όμως τα μισά από αυτά προβλέπουν το ίδιο όταν το παγάκι θερμαίνεται. Τα υπόλοιπα δίνουν ανεπαρκείς απαντήσεις: “θα καεί”, “θα σπάσει” κ.λ.π.

53. Ιδέες για το βρασμό Τα μισά παιδιά αυτής της ηλικίας δίνουν ανεπαρκείς ερμηνείες για “το που θα πάει το νερό” που θερμαίνεται από ένα γκαζάκι. Λένε π.χ. “θα βράσει”, “θα φουσκώσει και θα χυθεί”. Αλλά, όχι ότι δεν εξαφανίζεται και απλά γίνεται αέριο. Παρόμοια είναι τα αποτελέσματα και του ερωτήματος “που πηγαίνει το νερό”, αν στην προηγούμενη περίπτωση υλοποιήσουμε το πείραμα. Όλα σχεδόν χρησιμοποιούν ανεπαρκείς απαντήσεις του είδους: “θα πάει στο πάτωμα”, στη “φιάλη γκαζιού” κ.λ.π. Τα παραπάνω οδηγούν στη σχηματοποίηση τριών γνωστικών δυσκολιών:

54. Α. Το φαινόμενο της εξαέρωσης ως αποτέλεσμα μιας διαδικασίας θέρμανσης του νερού, Β. Τη μετατόπιση του νερού στον αέρα, με διατήρηση της ποιοτικής του ταυτότητας, Γ. τη μετακίνηση φυσαλίδων από το εσωτερικό του δοχείου προς την επιφάνεια και θραύση τους, μ ε απελευθέρωση του υδρατμού.

55. Διατήρηση βάρους στις αλλαγές ΦΚΥ Τα παιδιά είναι δυνατόν να θεωρούν ότι ένα υλικό στην υγρή κατάσταση έχει λιγότερο βάρος απ’ ότι η ίδια μάζα του υλικού σε στερεή κατάσταση. Παρόμοια σκέψη υπάρχει και για τα αέρια.

57. Ιδέες για τον κύκλο του νερού Για να διαπιστωθεί η άποψη μικρών παιδιών 5 – 7 ετών για τον κύκλο του νερού δόθηκαν οι εξής ερωτήσεις: “Από πού προέρχονται τα σύννεφα; Πως ξεκινάνε; Πως πέφτει η βροχή; πως ξεκινάει;” κ.λ.π.

58. Η πιο συνηθισμένη ιδέα των παιδιών αυτών των ηλικιών είναι ότι η βροχή πέφτει όταν κάποιος, πιθανόν ο Θεός, ανοίγει τα αποθέματα νερού. Είπαν ότι τα σύννεφα είναι από βαμβάκι / καπνό. Το γεγονός δείχνει ότι δεν σχετίζονται με τη βροχή. Εναλλακτικά τα σύννεφα θεωρούνται ως σακούλες νερού που φυλάσσονται πάνω ή μέσα στον ουρανό. Όταν τα σύννεφα συγκρούονται, μπορεί να εκραγούν ή να ανοίξουν ή να σχιστούν, ώστε να πέσει βροχή.

59. Ιδέες για την πυκνότητα Υπάρχει σύγχυση βάρους / μάζας και πυκνότητας, σε όλες τις ηλικίες. Το ποσοστό μειώνεται με την ηλικία Στα 5 – 7 και σε πολύ μικρό ποσοστό συναντάται η άποψη «βαρύ / ελαφρύ για το μέγεθός του». Στα 9 – 10 έτη συσχετίζουν την πυκνότητα ενός υλικού με αυτήν ενός άλλου π.χ. «το βότσαλο είναι βαρύ για το νερό, αλλά ελαφρύ για μένα» Φορμαλιστικά η δυσκολία στην κατανόηση της πυκνότητας προέρχεται από αντίστοιχη δυσκολία στην κατανόηση του ρόλου του όγκου (11 ετών, Αυστραλία).

60. Η πυκνότητα ως εντατικό μέγεθος Τα εντατικά μεγέθη είναι πηλίκα δυο εκτατικών, δεν εξαρτώνται από την ποσότητα και δεν αθροίζονται. Τέσσερα μοντέλα για την πυκνότητα με έλεγχο συνέπειας των απαντήσεων των μαθητών (Φασουλόπουλος κ.α. 1997) Επιστημονική (1/3), Ανάλογη ποσότητας (1/4), Αντίστροφα ανάλογη ποσότητας (1/10), Αταξινόμητες (1/3) Η προηγούμενη ταξινόμηση έχει ευρύτερη εφαρμογή.

61. Διδακτικές παρεμβάσεις στο Νηπιαγωγείο Ταξινόμηση υλικών στις 3 ΦΚΥ Διάκριση των ΦΚΥ Πειράματα με τον αέρα Πειράματα με το νερό Πειράματα πλεύσης – βύθισης Πειράματα διαστρωμάτωσης

62. Ταξινόμηση υλικών στις 3 ΦΚΥ (εργασία για παράδοση) Επιλέγω 6-7 σώματα οικεία στα παιδιά Ζητώ ταυτοποίηση Ζητώ να τα ταξινομήσουν σε ομάδες με βάση ότι κοινό στοιχείο αναγνωρίζουν Εισάγω τις έννοιες Στ / Υγ / Αε και ζητώ να τα επανακατατάξουν Τους ζητώ να ανακαλύψουν παρόμοια υλικά στο περιβάλλον τους

63. Διάκριση των ΦΚΥ Αναφέρομαι στην ίδια ομάδα υλικών Ζητώ να μου εξηγήσουν γιατί βάλαμε την πέτρα στερεό και το λάδι υγρό. Επεκτείνομαι και στις άλλες αλλαγές. Εισάγω κριτήρια: τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα. Τα υγρά δεν έχουν σταθερό σχήμα, αλλά παίρνουν του δοχείου. Τα αέρια συμπιέζονται.

64. Πειράματα με τον αέρα (εργασία για παράδοση) Ο αέρας καταλαμβάνει όγκο: Στερεώνω λίγο βαμβάκι στον πάτο ποτηριού και το αναποδογυρίζω σε λεκάνη με νερό. Το βαμβάκι δεν βρέχεται γιατί ο αέρας καταλαμβάνει κάποιο όγκο που εμποδίζει το νερό. Ύπαρξη αέρα: Τοποθετώ μια μεμβράνη / μπαλόνι σε ένα χωνί, από το στόμιο του οποίου ρουφώ τον αέρα. Η μεμβράνη κοιλαίνεται προς τα μέσα και αυτό δείχνει την ύπαρξη αέρα που δεν τον βλέπουμε αλλά υπάρχει και έχει πίεση.

65. Πειράματα με τον αέρα Ο αέρας περιέχει οξυγόνο (κερί αναμμένο σε πιάτο με νερό, που σκεπάζεται με ποτήρι) Ο αέρας έχει βάρος (ισορροπία μπαλονιών σε ράβδο  σπάμε το ένα)

66. Δραστηριότητες στην αλλαγή των Φυσικών καταστάσεων ύλης Πειραματική μελέτη της: τήξης / πήξης, βρασμού /εξαέρωσης του νερού. Ξεκινάμε με τη δημιουργία υποθέσεων: «τι θα συμβεί αν …», περνάμε στην υλοποίηση του πειράματος επίδειξης, ζητούμε να παρατηρούν και να περιγράφουν / σχεδιάζουν τα φαινόμενα. Κατά περίπτωση ζητάμε ερμηνεία ή απλά στοιχεία της.

67. Μεθοδολογία Δραστηριοτήτων - Πειράματα με το νερό Η μέθοδος που ακολουθούμε στις δραστηριότητες είναι διερευνητική – ανακαλυπτική: πρώτα υποθέτουν τι θα συμβεί, προτείνουν τρόπο επαλήθευσης / διάψευσης των υποθέσεων, ελέγχουμε τις υποθέσεις, επαναλαμβάνουμε και με μια άλλη περίπτωση, ανακοινώνουμε τα αποτελέσματα – συμπεράσματα.

69. ΕΦΕΙΑ – 6ο Μάθημα Ατομικό μοντέλο της ύλης Άτομα, μόρια, δομή ατόμου Στοιχεία / Ενώσεις / Μίγματα

70. Αναπαράσταση δομής ατόμων

71. Η Δομή του Ατόμου Η ατομική υπόθεση (Αριστοτέλης, Δημόκριτος, Dalton, Einstein, …….) Πυρήνας – ηλεκτρόνια Πρωτόνια + νετρόνια = νουκλεόνια Ηλεκτρόνια (τροχιές, στοιβάδες, τροχιακά, …) Σχέσεις φορτίων / μαζών των σωματιδίων Αναπαράσταση του ατόμου

72. Που βρίσκεται η μεγαλύτερη συγκέντρωση μάζας; Ποια η ηλεκτρική συμπεριφορά ενός ατόμου;

73. Αναπαράσταση Στερεού Σώματος

74. Αναπαράσταση κίνησης μορίων Υγρού και Αερίου

75. Τα μόρια στις 3 ΦΚΥ Στερεά: Τα μόρια έχουν σταθερές θέσεις γύρω από τις οποίες ταλαντώνονται. Μπορεί να είναι κρυσταλλικά (διάταξη κρυσταλλικού πλέγματος: μέταλλα, άλατα, ορυκτά) ή άμορφα (τυχαία διάταξη: καουτσούκ, γυαλί, πλαστικό…). Ισχυρές δυνάμεις συνοχής Υγρά: Τα μόρια δεν έχουν σταθερές θέσεις, αλλά βρίσκονται κοντά και έχουν μέσες σταθερές αποστάσεις μεταξύ τους. Μετακινούνται ελεύθερα (γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο). Ασθενέστερες των στερεών δυνάμεις συνοχής. Αέρια: Τα μόρια απέχουν μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους, κινούνται τυχαία, ελεύθερα από δυνάμεις συνοχής.

76. Ερμηνεία των ιδιοτήτων των ΦΚΥ Τα στερεά δεν αλλάζουν σχήμα και όγκο γιατί τα μόριά τους έχουν σταθερές θέσεις και συνδέονται με ισχυρές δυνάμεις συνοχής Τα υγρά έχουν σταθερό όγκο γιατί συνδέονται με δυνάμεις συνοχής, αλλά όχι σταθερό σχήμα γιατί τα μόριά τους κινούνται Τα αέρια δεν έχουν ούτε σταθερό σχήμα ούτε όγκο γιατί τα μόριά τους κινούνται και δεν συγκρατούνται με δυνάμεις συνοχής

77. Χημικά Στοιχεία – Χημικές Ενώσεις Mόριο Νερού Διατομική Χημική Ένωση

78. Αναπαραστάσεις διαφόρων μορίων

79. Αναπαράσταση μίγματος δυο σωμάτων 1 ο σώμαΜίγμα2 ο σώμα Σχήμα 2

80. Αναπαραστάσεις Μιγμάτων Μίγμα Μονατομικών Μίγμα Στοιχείου και Στοιχείων Χημικής Ένωσης

81. Στοιχεία – Μίγματα – Ενώσεις Τα χημικά στοιχεία αποτελούνται από όμοια άτομα και μόρια Οι χημικές ενώσεις αποτελούνται από όμοια μόρια, αλλά το κάθε μόριο έχει τουλάχιστον δυο διαφορετικά άτομα. Προκύπτουν από την αντίδραση δυο τουλάχιστον στοιχείων με σταθερή πάντα αναλογία. Το προϊόν έχει διαφορετικές ιδιότητες από τα αρχικά συστατικά. Διαχωρίζονται με χημικές διεργασίες. Τα μίγματα έχουν τουλάχιστον δυο διαφορετικά είδη μορίων. Προκύπτουν από ανάμιξη ενώσεων ή στοιχείων με τυχαία αναλογία. Διατηρούν τις αρχικές ιδιότητες των συστατικών. Διαχωρίζονται με φυσικές διεργασίες.

82. Παραδείγματα Χημικά Στοιχεία: Οξυγόνο – Ο 2, σίδηρος – Fe, άνθρακας – C, χλώριο – Cl 2. Χημικές Ενώσεις: Χλωριούχο Νάτριο - NaCl, Θειικό οξύ – H 2 SO 4, Γλυκόζη – C 6 H 12 O 6 Μίγματα: Τσάι (ρόφημα), Γιαούρτι (γάλα, μαγιά, νερό), Οικοδομικός σίδηρος (Fe + C), Πόσιμο νερό (νερό + άλατα)

83. Είδη και διαχωρισμός μιγμάτων Ομογενή – Ετερογενή Τσάι – νερό + χώμα Μπρούτζος – Χορτόσουπα Διαλογή, Φιλτράρισμα, Φυγοκέντρηση, Απόσταξη, Μαγνητικά

84. Χημικές αντιδράσεις Μια χημική ένωση π.χ. χλωριούχο νάτριο είναι το αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης. Μιας αλλαγής κατά την οποία από δυο ή περισσότερα στοιχεία ή ενώσεις προκύπτει νέο σώμα με εντελώς διαφορετικές ιδιότητες. Π.χ. 2Η 2 (αέριο) + Ο 2 (αέριο)  2Η 2 Ο (υγρό)

85. Νόμος της αφθαρσίας της ύλης (Lavoisier) Σε κάθε χημική αντίδραση η ποσότητα της ύλης διατηρείται σταθερή ή το βάρος των προϊόντων σωμάτων ισούται με το βάρος των αντιδρώντων σωμάτων Π.χ. 2Η 2 (αέριο) + Ο 2 (αέριο)  2Η 2 Ο (υγρό) 1g Η 2 + 8 g Ο 2  9 g Η 2 Ο 1+8 = 9

86. Νόμος των σταθερών λόγων (Proust) Όταν δύο (ή περισσότερα) χημικά στοιχεία ενώνονται για να σχηματίσουν μια χημική ένωση, ο λόγος των βαρών με τα οποία ενώνονται είναι απλός και σταθερός. Π.χ. Βάρος Η 2 / Βάρος Ο 2 = 1/8

87. Νόμος των αερίων όγκων (Gay - Lussac) Οι όγκοι με τους οποίους δύο αέρια σώματα ενώνονται για να σχηματίσουν μια χημική ένωση, σε σταθερές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, έχουν λόγο απλών ακεραίων. Π.χ. 3 Η 2 + Ν 2  2ΝΗ 3 3 Όγκοι Υδρογόνου + 1 Όγκος Αζώτου  2 Όγκους Αμμωνίας

88. ΕΦΕΙΑ – 7ο Μάθημα Οι ιδέες των μαθητευομένων για την ατομική δομή της ύλης

89. 7 ο Μάθημα: Οι νοητικές αναπαραστάσεις παιδιών για τη δομή της ύλης – ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ονόματα φοιτητών /τριών: Ερωτήσεις 1) Παρακάτω βλέπετε μια κωνική φιάλη με πλευρικό άνοιγμα. Υποθέστε ότι φοράτε τα «μαγικά γυαλιά» του επιστήμονα και «βλέπετε» το εσωτερικό της φιάλης. Σχεδιάστε όσο πιστότερα μπορείτε το περιεχόμενο της φιάλης. Εισαγωγή σχήματος Φιάλης

91. Απόψεις για τη Σωματιδιακή Δομή της ύλης Ορισμένα παιδιά δημιουργούν αυθόρμητα την ιδέα ότι τα υλικά είναι φτιαγμένα από “μικρά κομματάκια” ή “μόρια” ή “άτομα”. Αυτά όμως τα θεωρούν ως “μικρά κομμάτια στερεού” ή “μικρές σταγόνες υγρού”, γεγονός που πιθανόν μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ενδιάμεσο μοντέλο μεταξύ της συνεχούς και ασυνεχούς δομής της ύλης. Πολλά παιδιά θεωρούν την υγρή κατάσταση ως ενδιάμεση στερεής και αέριας. Πριν τη διδασκαλία θεωρούν τα υγρά συνεχή και “ακίνητα”.

92. ΤΑ ΑΕΡΙΑ ΚΑΙ Η ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Υποθέσετε ότι φοράτε τα μαγικά γυαλιά του επιστήμονα και προσπαθείτε να δείτε στο εσωτερικό μιας κωνικής φιάλης. Σχεδιάστε το περιεχόμενό της. Φανταστείτε ότι με μια μηχανή αφαιρούμε το μισό αέρα από τη φιάλη. Σχεδιάστε ξανά το περιεχόμενό της.

94. Ιδέες για τα μίγματα Τα περισσότερα υλικά που συναντούν τα παιδιά στην καθημερινή ζωή είναι μείγματα, που επιστημονικά δεν μπορούν να θεωρηθούν ως απλά σώματα. Άρα μπορεί να δημιουργηθεί σύγκρουση, αν αυτά τα υλικά χαρακτηρισθούν «απλά». Πολλοί μαθητές χαρακτηρίζουν ομογενή μίγματα ως «απλά» σώματα, π.χ. γιαούρτι λόγω της εξωτερικής του εμφάνισης Τα παιδιά δεν εκτιμούν πάντα ότι οι ιδιότητες ενός μίγματος εξαρτώνται από τη σύστασή του

95. Ιδέες για τις απλές (καθαρές) ουσίες 60 – 70 % 13-χρονων μαθητών κατανοεί τον όρο «απλή ουσία» ως «μη μίγμα» και 15% ως «καθαρή», «λαμπερή», «όμορφη», …… Συστήνεται η χρήση των όρων «καθαρή ουσία» ή «απλή ουσία» για να βοηθηθούν τα παιδιά να κατανοήσουν την έννοια της «χημικής ουσίας». «ουσία»  «ομογενής ουσία»  «χημική ουσία»

96. Ιδέες για τα χημικά στοιχεία 25% 15-χρονων μαθητών δεν μπορούν να εφαρμόσουν την ιδέα ότι ένα χημικό στοιχείο είναι μια ουσία που δεν μπορεί να αποσυντεθεί, περιέχει δηλ. ενός μόνον είδους άτομα. Τα παιδιά δημιουργούν εναλλακτικές ιδέες λόγω των εξωτερικών χαρακτηριστικών π.χ. «το αλάτι είναι χημικό στοιχείο». Οι μαθητές αναγνωρίζουν ευκολότερα τα μέταλλα με βάση τα ευδιάκριτα χαρακτηριστικά τους π.χ. ανακλούν το φως, γίνονται σύρματα, παρά το γεγονός ότι δεν εκτιμούν πάντα ότι αυτά τα χαρακτηριστικά οφείλονται στον τρόπο συγκρότησης των ατόμων. 50% 15-χρονων θεωρεί ότι ένα άτομο π.χ. χαλκού έχει τις ίδιες ιδιότητες με ένα π.χ. σύρμα χαλκού

97. 22 Νοεμβρίου Πέμπτη 3 – 6 Έκτακτο μάθημα αντί αυτού που χάθηκε στην απεργία και για να τελειώσουμε πριν τις γιορτές

98. Ιδέες για τη διάλυση / διαλύματα Μέχρι τα 8 έτη τα παιδιά θεωρούν ότι η διαλυμένη ουσία π.χ. η ζάχαρη που πέφτει στο νερό «απλά φεύγει», «εξαφανίζεται», «λιώνει» (όπως ο πάγος που γίνεται ρευστό) Σε μεγαλύτερες ηλικίες: «Η ζάχαρη μετατρέπεται σε μικρά κομματάκια» ή «τα μόρια της ζάχαρης γεμίζουν τα κενά των μορίων του νερού» 67% 8-χρονων θεωρούν ότι η ουσία διατηρείται, 50% αυτών είπαν ότι «αυτή (η ζάχαρη) ζυγίζει κάτι». Φαίνεται ότι τα υπόλοιπα παιδιά θεωρούν με κάποιο τρόπο ότι η ζάχαρη δεν βαραίνει στον πάτο του ποτηριού. Οι μικροί μαθητές δεν θεωρούν ότι το διάλυμα είναι σε μία φάση, αλλά ότι κάποια χοντρά αόρατα σωματίδια ζάχαρης παραμένουν. Επίσης θεωρούν ότι τα σωματίδια μπορεί να φιλτράρονται ή να απομονωθούν από το διάλυμα. Λίγα παιδιά θεωρούν το διάλυμα περισσότερο ως μια μόνο ουσία, παρά ως ένα ομογενές μίγμα.

99. Ιδέες για τις χημικές μεταβολές Τα παιδιά χρησιμοποιούν τον όρο χημική μεταβολή για να περιγράψουν αλλαγή στη φυσική κατάσταση ή το χρώμα. Επίσης αναγνωρίζουν ότι συμβαίνει μια χημική αντίδραση όταν ακολουθείται από απρόσμενα συμβάντα, π.χ. σφύριγμα, έκρηξη, αλλαγή χρώματος, ενώ επιστημονικά κριτήριο αποτελεί η διαπίστωση διαφορών στις ιδιότητες αντιδρώντων – προϊόντων π.χ. πυκνότητα, κρυσταλλική μορφή, σημείο βρασμού κλπ Έλληνες μαθητές 8 -17 ετών πέτυχαν στη διάκριση φυσικών από χημικά φαινόμενα (18 περιπτώσεις) όταν χρησιμοποιούσαν το κριτήριο της αντιστρεψιμότητας, αλλιώς αποτύγχαναν. Οι ιδέες των μαθητών για την καύση είναι πολύ απομακρυσμένες από αυτές της αντίδρασης άνθρακα με οξυγόνο. Π.χ. το οξυγόνο παρότι θεωρείται απαραίτητο στην καύση, δεν πίστευαν ότι αλληλεπιδρά με τον άνθρακα. «Μια καύσιμη ύλη αποτελείται από ουσίες που εμφανίζονται μετά την καύση ως προϊόντα» «Το οινόπνευμα καίγεται και στη θέση του εμφανίζονται αέρια» «Η καύση είναι παρόμοια με την εξάτμιση μόνο που γίνεται γρηγορότερα» (άρα το οινόπνευμα θα μπορούσε να ξαναφτιαχτεί από τα αέρια)

100. Οι ιδέες για τις χημικές μεταβολές «Αυτό απλά συμβαίνει» Η ύλη εξαφανίζεται Τα προϊόντα προϋπήρχαν στα αντιδρώντα Τα προϊόντα είναι τροποποιημένη μορφή του αρχικού υλικού Τα αρχικά υλικά υφίστανται μετατροπή σε παραγόμενα προϊόντα Τα αρχικά υλικά αλληλεπιδρούν και σχηματίζουν ένα διαφορετικό προϊόν.

101. Δραστηριότητες για το Νηπιαγωγείο Να δείξουμε 2-3 απλά μοντέλα ατόμων και μορίων. Να φτιάξουμε μίγμα ρινισμάτων σιδήρου και άμμου και να τα διαχωρίσουμε με μαγνήτη. Να φτιάξουμε μίγμα νερού και κιμωλίας και να τα διαχωρίσουμε με φιλτράρισμα (ή νερό και χώμα). Να φτιάξουμε μίγμα νερού και ζάχαρης και να τα διαχωρίσουμε με απόσταξη

103. ΕΦΕΙΑ – 8ο Μάθημα Οι έννοιες της Πίεσης και Άνωσης Υγρών και Αερίων και οι παράγοντες που τις επηρεάζουν Το φαινόμενο της πλεύσης – Βύθισης και οι παράγοντες που το επηρεάζουν

104. Η Πίεση Είναι ένα μέγεθος που χρησιμοποιείται στην πρόβλεψη, περιγραφή και ερμηνεία φαινομένων κίνησης και ηρεμίας ρευστών (υγρών και αερίων). Είναι εντατικό μέγεθος, δηλ. δεν εξαρτάται από την ποσότητα του συστήματος στο οποίο αναφέρεται. Άρα δεν αθροίζεται. Είναι μονόμετρο μέγεθος, συνάρτηση σημείου.

105. Η υδροστατική πίεση εξαρτάται από το βάθος και το είδος του υγρού Νόμος της υδροστατικής πίεσης Ρ = ε h Η ατμοσφαιρική πίεση εξαρτάται από το ύψος στην ατμόσφαιρα, αλλά όχι γραμμικά όπως η υδροστατική

106. ΠΙΕΣΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ Κάθε σώμα που βυθίζεται ή έρχεται σε επαφή με ένα ρευστό δέχεται από αυτό μια δύναμη κάθετη στην επιφάνεια επαφής, από το ρευστό στην επιφάνεια. F = P S Πιεστική Δύναμη = Πίεση Χ Εμβαδόν επιφάνειας

107. Διαφορές Πίεσης – Πιεστικής Δύναμης ΠΙΕΣΗΠΙΕΣΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΑριθμητικόΔιανυσματικό ΚαταστατικόΑλληλεπίδρασης ΕντατικόΕκτατικό Μη προσθετικόΠροσθετικό Διατυπώνεται ως; “έχει” ή “υπάρχει” Διατυπώνεται ως; “ασκείται” ή “δέχεται”

108. Αρχή του Pascal Η πίεση που προκαλείται σε ένα σημείο του ρευστού μεταδίδεται αμετάβλητη σε όλα τα σημεία του Με αυτή την αρχή ερμηνεύεται η λειτουργία των υδραυλικών φρένων των αυτοκινήτων

109. Κίνηση Ρευστών Όταν σε δυο σημεία ενός ρευστού επικρατεί διαφορά πίεσης, τότε προκαλείται κίνηση του ρευστού από τα σημεία υψηλής σε αυτά χαμηλής πίεσης Έτσι εξηγείται το φύσημα των ανέμων, π.χ. υψηλή βαρομετρική πίεση στη Ρωσία (βαρομετρικό υψηλό) και χαμηλή (βαρομετρικό χαμηλό) στη Μεσόγειο ποιας κατεύθυνσης ανέμους προκαλεί; Έτσι εξηγείται και η πόση αναψυκτικών με καλαμάκι, καθώς και το γέμισμα της σύριγγας

110. ΑΝΩΣΗ

111. Άνωση Υγρών και αερίων Είναι η συνισταμένη των πιεστικών δυνάμεων που ασκεί ένα ρευστό, υγρό ή αέριο, σε κάθε στερεό που βυθίζεται σε αυτό. Έχει κατεύθυνση κατακόρυφη προς τα πάνω. Εξαρτάται από τον όγκο του βυθισμένου σώματος και από το είδος του ρευστού Ισούται με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζεται Α (άνωση) = ε (ειδικό βάρος) V (όγκο) Κάθε σώμα που βυθίζεται σε ένα υγρό, χάνει τόσο από το βάρος του όσο είναι το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται (Αρχή Αρχιμήδη). Το ιστορικό πείραμα του Αρχιμήδη

112. Πότε πλέει / βυθίζεται ένα σώμα; (σύγκριση άνωσης - βάρους) Όταν η άνωση είναι μικρότερη του βάρους το σώμα βυθίζεται Όταν η άνωση είναι ίση με το βάρος, πλέει βυθισμένο ολόκληρο Όταν η άνωση είναι μεγαλύτερη του βάρους, ανεβαίνει στην επιφάνεια και ισορροπεί έτσι ώστε η άνωση να γίνει ίση με το βάρος. Η άνωση τότε αφορά μόνο το βυθισμένο μέρος

113. Πότε πλέει / βυθίζεται ένα ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΣΩΜΑ; (σύγκριση πυκνοτήτων) Όταν η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη του υγρού βυθίζεται (πέτρα στο νερό) Όταν είναι ίση αιωρείται βυθισμένο (π.χ. πλαστική σακούλα με νερό μέσα στο νερό) Όταν είναι μικρότερη τότε επιπλέει με ένα μέρος έξω από το νερό

114. Πότε πλέει / βυθίζεται ένα ΜΗ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΣΩΜΑ; Ισχύουν τα ίδια, αλλά τώρα μιλάμε για τη μέση πυκνότητα του σώματος Π.χ. μια σιδερένια σφαίρα βυθίζεται, αλλά αν της κάνουμε κοιλότητα, τέτοια ώστε η μέση πυκνότητα σιδήρου / αέρα να είναι μικρότερη του νερού (1) τότε επιπλέει Κάτι παρόμοιο, αλλά πιο σύνθετο γίνεται με τα πλοία

115. Πλεύση – Βύθιση σώματος Βάρος > Άνωσης Βάρος = Άνωση Βάρος = Άνωση(*) (*) Η άνωση στην περίπτωση αυτή είναι μικρότερη από πριν

116. Ασκήσεις Πως θα κάνετε μια σφαίρα πλαστελίνης (που βουλιάζει) να πλέει στο νερό; Πως θα ερμηνεύσετε το γέμισμα της σύριγγας με νερό; Γιατί τα ποταμόπλοια βυθίζονται λιγότερο όταν βγαίνουν στην ανοιχτή θάλασσα; Γιατί «πετάνε» τα μπαλόνια που αγοράζουν τα μικρά παιδιά στο πάρκο (περιέχουν ήλιο);

117. ΕΦΕΙΑ – 9 ο Μάθημα Οι Ιδέες των μαθητών έννοιες της Πίεσης και της Άνωσης Υγρών και Αερίων και για τους παράγοντες που τις επηρεάζουν Οι Ιδέες των μαθητών για το φαινόμενο της πλεύσης – Βύθισης Διδακτικές παρεμβάσεις

118. Ιδέες για την πίεση Πολλοί μαθητές:  δυσκολεύονται να αντιληφθούν την έννοια της πίεσης, την οποία συγχέουν με τη δύναμη.  αποδίδουν στην πίεση εκτατικό και διανυσματικό χαρακτήρα, που έχει η δύναμη. αναγνωρίζουν τη σχέση πίεσης και βάθους σε απλά περιβάλλοντα. Ερμηνεύουν φυσικά φαινόμενα που περιλαμβάνουν ισορροπία και κίνηση, όπως η πόση πορτοκαλάδας με καλαμάκι ή το γέμισμα της σύριγγας, με όρους πίεσης / δύναμης ή κενού, παρά με όρους διαφοράς πίεσης. θεωρούν ότι μόνο ο άνεμος έχει πίεση και μάλιστα η πίεση αυτή έχει τη διεύθυνση του ανέμου. Αντίθετα ο ακίνητος αέρας, θεωρούν, ότι δεν έχει πίεση. δυσκολεύονται να συσχετίσουν την πίεση στο εσωτερικό μιας μπάλας με την ατμοσφαιρική.

119. Τα μοντέλα της πίεσης α) Συνωστισμένου πλήθους: οι μαθητές που το χρησιμοποιούν θεωρούν την πυκνότητα του υγρού μεταβλητή β) Πιεσοδύναμης: οι μαθητές που το χρησιμοποιούν αντικαθιστούν την έννοια της πίεσης με την έννοια της πιεστικής δύναμης. γ) Υγρότητας: οι μαθητές που το χρησιμοποιούν θεωρούν την πίεση ιδιότητα του υγρού, γεγονός που είναι κοντά στην επιστημονική άποψη, όπως και τα άλλα στοιχεία που συγκροτούν το μοντέλο.

120. Ιδέες για την Άνωση Πολλοί μαθητές δεν αναγνωρίζουν τους παράγοντες που επηρεάζουν την άνωση. Αν και κάποιοι από αυτούς γνωρίζουν το σχετικό τύπο, δεν μπορούν να τον εφαρμόσουν στην πρόβλεψη και ερμηνεία σχετικών φαινομένων. Πολλοί μαθητές θεωρούν ότι η άνωση εξαρτάται από το βάθος στο οποίο βυθίζεται ένα σώμα, αλλά και από το βάρος του σώματος. Πολλοί μαθητές, όταν συγκρίνουν ανώσεις σωμάτων βυθισμένων μερικώς σε υγρό θεωρούν ότι, μεγαλύτερη άνωση δέχεται αυτό που εξέχει περισσότερο από το υγρό. Μια συνηθισμένη εξήγηση είναι: «… γιατί είναι πιο πάνω … η άνωση το αναγκάζει … ».

121. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδέες των μαθητών για την ΠΛΕΥΣΗ / ΒΥΘΙΣΗ Οι ιδέες των παιδιών για την πλέυση – βύθιση αναπτύσσονται σε τέσσερα πλαίσια:  Ρόλος υλικού – βάρους  Ρόλος σχήματος / κοιλοτήτων / τρυπών  Ρόλος αέρα  Ρόλος νερού

122. Ιδέες για την πλεύση - βύθιση Οι περισσότεροι μαθητές θεωρούν ότι ένα σώμα πλέει αν είναι ελαφρύ και βυθίζεται όταν είναι βαρύ. Οι πιο μικρής ηλικίας μαθητές, από αυτούς, αντί για το βάρος χρησιμοποιούν και άλλες μεταβλητές που αντιστοιχούν σε μέγεθος, π.χ. όγκο, μήκος κ.λ.π. Πολλοί μαθητές (5 – 15 ετών) θεωρούν ότι η πλεύση / βύθιση των σωμάτων επηρεάζεται από τις διαστάσεις του δοχείου πλεύσης, π.χ. «.. το σώμα ανεβαίνει πάνω γιατί το δοχείο είναι φαρδύ…», αν και μπορεί να συναντήσει κανείς και την αντίθετη λογική. Μια μικρή μάδα μαθητών, που αυξάνεται με την ηλικία, χρησιμοποιεί μια έννοια που πλησιάζει αυτή της πυκνότητας, για να προβλέψει την πλεύση / βύθιση των σωμάτων: « … το σώμα βυθίζεται γιατί είναι βαρύ για το μέγεθός του …. »

123. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΜΕ ΠΛΕΥΣΗ - ΒΥΘΙΣΗ Πειράματα για την αισθητοποίηση της άνωσης, της κατεύθυνσης και του ρόλου του νερού Ζητάμε από τα νήπια να βυθίσουν μια μπάλα στο νερό και να την αφήσουν Ρωτάμε τι παρατηρούν Ρωτάμε ποιος σπρώχνει τη μπάλα και προς τα πού τη σπρώχνει Οδηγούμε τα παιδιά στην ιδέα ότι όταν βάλουμε ένα σώμα στο νερό, αυτό το σπρώχνει προς τα πάνω Ονομάζουμε αυτή τη δύναμη άνωση

124.  Πειράματα για να αλλάξει η ιδέα τα βαρύτερα / μεγαλύτερα βυθίζονται, τα ελαφρύτερα / μικρότερα πλέουν Παίρνουμε δυο ζευγάρια υλικών: βαρύ και ελαφρύ που βυθίζεται π.χ. δυο μπάλες πλαστελίνης βαρύ και ελαφρύ που επιπλέει π.χ. δυο ξύλινους κύβους

125. Ζητάμε: - Να περιγράψουν τα υλικά - Να προβλέψουν την πλεύση βύθιση - Να εκτελέσουν το πείραμα - Να περιγράψουν το αποτέλεσμα - Να βγάλουν συμπέρασμα Τα σώματα πλέουν ή βυθίζονται ανάλογα με το είδος του υλικού (πυκνότητα) και όχι ανάλογα με το μέγεθος

126. Ένα σώμα πλέει ή βυθίζεται ανεξάρτητα του σχήματός του Ένας βόλος πλαστελίνης που γίνεται λουκάνικο βυθίζεται και στις δυο περιπτώσεις Ένας ξύλινος κύβος και ένα ξύλινο ραβδί ίδιου βάρους επιπλέουν Ακολουθούμε τη διαδικασία της δημιουργίας και ελέγχου των υποθέσεων

127. Μετατροπή ενός σώματος που βυθίζεται σε ένα που επιπλέει και αντίστροφα - Ένας βόλος πλαστελίνης βυθίζεται, ενώ αν τον πλάσω σαν βάρκα επιπλέει. -Ένα κομμάτι αλουμινόχαρτο που μετατρέπεται σε μπάλα επιπλέει, ενώ αν το πιέσω πολύ, ώστε να φύγει ο αέρας από μέσα, τότε βυθίζεται - Συζητάμε για τις κοιλότητες που έχουν τα πλοία

128. ΕΦΕΙΑ – 10 ο Μάθημα Η Θερμότητα και η θερμοκρασία, Οι Θερμικές Διαστολές, Η Διάδοση της θερμότητας

129. Έννοιες  Θερμοκρασία  Θερμότητα Αρχές  Θερμική Ισορροπία  Βασικός Νόμος Θερμιδομετρίας Πειραματική Μεθοδολογία  Βαθμο νόμηση  Θερμομέτρου  Γραφήματα  Σώματα  Στερεά – Νερό – Αέρας  Δοχεία  Πηγές θέρμανσης Φαινόμενα  Αλλαγή μεγέθους  Αλλαγή φυσικής κατάστασης  Διάδοση θερμότητας Όργανα  Θερμόμετρο  Ζυγαριά

130. Θερμοκρασία – Θερμότητα Η θερμοκρασία είναι εντατικό μέγεθος που δείχνει πόσο θερμό ή ψυχρό είναι ένα σώμα, μετριέται σε βαθμούς Κελσίου π.χ. 20 ο C. Η θερμότητα είναι εκτατικό μέγεθος, μια μορφή ενέργειας που μετακινείται από το ζεστό σώμα στο κρύο, όταν αυτά έλθουν σε επαφή. Μετριέται σε θερμίδες (cal ή Kcal, joule ή Kjoule) Τα δυο μεγέθη είναι διαφορετικά, π.χ. η θερμότητα αθροίζεται η θερμοκρασία όχι. Συνδέονται μεταξύ τους με το βασικό νόμο της θερμοδυναμικής και με το λειτουργικό κανόνα που ακολουθούν. Υπάρχει και έννοια «κρυότητα», αντίθετη της θερμότητας;;;;;;

131. Βασικός Νόμος Θερμοδυναμικής Q = m c Δθ [Θερμότητα] = [μάζα] χ [ειδική θερμότητα] χ [αύξηση θερμοκρασίας] Σχέση με θερμίδες των τροφών

132. Αρχή θερμικής ισορροπίας Όταν δυο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας έλθουν σε επαφή τότε ρέει θερμότητα από το θερμότερο στο ψυχρότερο μέχρι να αποκατασταθεί θερμική ισορροπία Το ίδιο ισχύει και για ένα μεγάλο σώμα που σε δυο σημεία επικρατεί διαφορά θερμοκρασίας.

133. Θερμικές Διαστολές Κάθε σώμα που θερμαίνεται αυξάνουν οι διαστάσεις του (θερμική διαστολή). Κάθε σώμα που ψύχεται μικραίνουν οι διαστάσεις του (θερμική συστολή). Μ = Μ 0 (1 + κ θ) Μέγεθος στους θ ο C = Μέγεθος σε 0 ο C χ (1 + συντελεστής διαστολής χ αύξηση θερμοκρασίας)

134. Ερμηνείες θερμικής διαστολής ΣΤΕΡΕΑ: Αύξηση της θ οδηγεί σε αύξηση του πλάτους ταλάντωσης των μορίων, άρα τα ακραία μόρια φθάνουν μακρύτερα από την αρχική θέση. ΡΕΥΣΤΑ (ΥΓΡΑ & ΑΕΡΙΑ): Αύξηση της θ οδηγεί σε αύξηση της μέσης ελεύθερης διαδρομής.

135. Εφαρμογές θερμικής διαστολής Η παραμόρφωση των σιδηροτροχιών στις γραμμές των τρένων Η καμπύλωση των καλωδίων της ΔΕΗ το καλοκαίρι Τα «κενά στις μεταλλικές γέφυρες»

136. ΑΕΡΙΟ ΥΓΡΟ ΣΤΕΡΕΟ ΤΗΞΗ ΠΗΞΗ ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗ ΕΞΑΕΡΩΣΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΕΞΑΧΝΩΣΗ ΑΛΛΑΓΕΣ ΦΑΣΗΣ

137. Θ Ε Ρ Μ Ο Κ Ρ Α Σ Ι Α Χ Ρ Ο Ν Ο Σ ΥΓΡΟ + ΑΕΡΙΟ Α Ε Ρ Ι Ο ΥΓΡΟ

138. Σημεία βρασμού και τήξης Τα σημεία βρασμού ή τήξης πήξης ενός υλικού είναι φυσικές σταθερές του υλικού και δεν εξαρτώνται από την ποσότητα του σώματος. Εξαρτώνται όμως από την πίεση. Αφού είναι φυσικές σταθερές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταυτοποίηση των υλικών. Π.χ. ένα υγρό που σε πίεση 1 ατμόσφαιρας πήζει στους 0 ο C και βράζει στους 100 ο C είναι το νερό.

139. Ανωμαλία στη διαστολή του νερού Θ ε ρ μ ο κ ρ α σ ί α Ό γ κ ο ς Στους 4 ο C ελάχιστος όγκος, άρα μέγιστη πυκνότητα Πυκνότητα = μάζα / όγκο d = m /V 4ο C4ο C

140. Ανωμαλία στη διαστολή του νερού Ποιες οι συνέπειες από αυτή την «ανωμαλία»; Ουσιαστικά χάρις σ’ αυτήν διατηρείται η χλωρίδα και η πανίδα ωκεανών, λιμνών και ποταμών.

141. Διάδοση Θερμότητας Αγωγή Στερεά – χερούλια κατσαρόλας Ρεύματα Ρευστά – καλοριφέρ – ανοδικά / καθοδικά ρεύματα στην ατμόσφαιρα Ακτινοβολία Στον αέρα και στο κενό – ηλιακή ακτινοβολία – ηλεκτρικές θερμάστρες

142. ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ  Δοχείο με όγκο V περιέχει πολύ μεγάλο αριθμό Ν πανομοιότυπων μορίων, με μάζα m το καθένα  Τα μόρια συμπεριφέρονται σαν υλικά σημεία. Το μέγεθός τους είναι μικρό σε σύγκριση με τη μέση απόστασή τους και με τις διαστάσεις του δοχείου.  Τα μόρια βρίσκονται σε συνεχή κίνηση σύμφωνα με τους νόμους του Νεύτωνα. Κάθε τόσο συγκρούονται με τα τοιχώματα του δοχείου. Οι κρούσεις είναι τελείως ελαστικές.  Τα τοιχώματα του δοχείου θεωρούνται τελείως άκαμπτα με άπειρη μάζα και δεν μετακινούνται (Young, 1992).

143. ΧΑΡΤΗΣ ΕΝΝΟΙΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΛΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ ΜΕΣΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΜΟΡΙΩΝ ανεβαίνει έχουν ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Τ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Q κατεβαίνει προσφέρετ αι αφαιρείται ΑΛΛΑΓΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ Q=m c ΔΤ ΓΙΑ ΕΝΑ ΣΩΜΑ ΣΧΕΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΑΣ ΑΓΩΓΗΡΕΥΜΑΤ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΕΡΕΑ ΡΕΥΣΤΑΥΛΙΚΑ-ΚΕΝΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑ θερμότητα λέγεται η ενέργεια που ανταλ- λάσσεται λόγω ΔΤ διαδίδε ται με παίρνουν δίνουν προσφέρεται/ αφαιρείται σ υ μ με τα β ο λ ή στ α θε ρ ή στ η δι ά ρ κε ια α λλ α γ ή φ ά σ η ς σχετίζεται προκαλώντας

144. ΕΦΕΙΑ – 11ο Μάθημα Οι ιδέες των μαθητών για θερμότητα τη θερμοκρασία και τα θερμικά φαινόμενα

145. Οι σημαντικότερες εναλλακτικές ιδέες  Η έλλειψη διαφοροποίησης θερμότητας – θερμοκρασίας ανάγεται στη δυσκολία διάκρισης εκτατικού – εντατικού μεγέθους (όπως πίεση – πιεστική δύναμη).  Η σταθερότητα των σημείων τήξεως / πήξεως των σωμάτων και η ανεξαρτησία τους από την ποσότητα και την ένταση της πηγής θερμότητας.

146. Η αντιμετώπιση αυτών των εναλλακτικών ιδεών Το ανοιχτό λογισμικό «Σύγχρονο Εργαστηριακό Περιβάλλον Θερμότητας» - «Ναυσικά» Ένα απλό πείραμα για τη διαφοροποίηση θερμοκρασίας – θερμότητας Σχεδιάστε ένα πείραμα για να αποδείξετε ότι το σ.ζ. / σ.π. είναι ανεξάρτητο π.χ. της ποσότητας

147. Χ Ρ Ο Ν Ο Σ Θ ε ρ μ ο κ ρ α σ ί α Θ ε ρ μ ό τ η τ α

148. ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΤΕΛΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΜΙΓΜΑΤΩΝ Τα προβλήματα: 1.Αναμιγνύονται όμοιες ποσότητες νερού ίδιας θερμοκρασίας 2.Αναμιγνύονται όμοιες και διαφορετικές ποσότητες νερού διαφορετικής θερμοκρασίας.

149. Οι σημαντικότερες απαντήσεις στις π οσοτικές ερωτήσεις: «…. Πόσο θα είναι η θερμοκρασία του μίγματος…» o«Προσθετικές» στρατηγικές: «Ίσες ποσότητες νερού 30 ο C και 40 ο C θα δώσουν μίγμα 70 ο C». o «Αφαιρετικές» στρατηγικές: «Ίσες ποσότητες νερού 30 ο C και 40 ο C θα δώσουν μίγμα 10 ο C».

150. Οι σημαντικότερες απαντήσεις στις π οιοτικές ερωτήσεις: «…. Θα είναι πιο ζεστό, το ίδιο ή λιγότερο ζεστό»  Η ανάμιξη κρύου νερού 2 δοχείων : 4 – 6 ετών ίδια θερμοκρασία 5 – 8 ετών δύο φορές πιο κρύα.

151. ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ «ΔΙΑΣΤΟΛΗ – ΣΥΣΤΟΛΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ» ΣΤΑ ΝΗΠΙΑ Σε σχετική έρευνα 35/40 νήπια προβλέπουν ότι μια μεταλλική σφαίρα που μόλις περνάει από σχετική οπή, δεν θα περνάει μετά τη θέρμανσή της. Μόλις όμως 6/40 σχετίζουν τη διαστολή με τη θέρμανση. Μετά την εκτέλεση του σχετικού πειράματος 35/40 περιγράφουν σωστά το πείραμα αλλά μόνο οι 24/40 το ερμηνεύουν με όρους θέρμανσης – διαστολής.

152. Δραστηριότητες για θερμότητα i.Διαστολή και συστολή ράβδων ii.Διαστολή και συστολή σφαιρών iii.Θερμική Αγωγιμότητα ράβδων iv.Επίδειξη θερμικής ισορροπίας με κάποια προσομοίωση παράλληλα με το σχετικό πείραμα.

153. Θερμική Αγωγιμότητα Ράβδων Η γνώση: Η θερμότητα διαδίδεται μέσα από τα στερεά με αγωγή και συγκεκριμένο ρυθμό, που εξαρτάται από την ένταση της πηγής και το είδος του υλικού Τα πειράματα: 1) Σε μεταλλική ράβδο κολλάμε 3 μπίλιες από κερί σε διαφορετικές αποστάσεις και θερμαίνουμε στη μια άκρη 2) Σε δυο μεταλλικές ράβδους κολλάμε μια μπίλια σε κάθε μια και θερμαίνουμε στην άκρη τους

154. Συνθήκες και Διαδικασία Ποιες συνθήκες πρέπει να ισχύουν στα προηγούμενα πειράματα για να τηρούμε τις αρχές της πειραματικής μεθοδολογίας; Διατυπώστε τις ερωτήσεις για τα προηγούμενα πειράματα ακολουθώντας τη μέθοδο της δημιουργίας και ελέγχου των υποθέσεων

155. Επίδειξη θερμικής ισορροπίας με το σχετικό πείραμα. Δυο διαφανή δοχεία με νερό, το ένα μεγάλο 2 0 ο C και το άλλο μικρότερο 5 0 ο C Σε κάθε ένα βάζουμε ένα θερμόμετρο Τοποθετούμε το μικρό μέσα στο μεγάλο Παρατηρούμε τη θερμοκρασία κάθε θερμομέτρου Τι θα παρατηρήσουμε; Πως θα το εξηγήσουμε;

156. ΕΦΕΙΑ – 12ο Μάθημα Τα ηχητικά φαινόμενα και η έννοια του ήχου Οι ιδέες των μαθητών για τον ήχο και τα ηχητικά φαινόμενα

157. Ο Ήχος Ήχο ονομάζουμε κάθε περιοδική ή μη περιοδική μεταβολή της πίεσης και της πυκνότητας ενός αερίου, η οποία έχει τέτοια συχνότητα, ώστε να είναι ικανή να διεγείρει το αισθητήριο της ακοής.

158. Η παραγωγή του ήχου Η παραγωγή του ήχου από ένα αντικείμενο οφείλεται στις ταλαντώσεις του ίδιου του αντικειμένου. Αυτές οι ταλαντώσεις προκαλούνται από τη μεταφορά ενέργειας, συχνά, λόγω μιας φυσικής δράσης (π.χ. το κτύπημα της χορδής μιας κιθάρας). Τελικά ο ακροατής ακούει έναν ήχο, χωρίς να βλέπει πάντα την πηγή ή την ταλάντωσή της που μπορεί να απέχει πολύ μακριά του.

159. Η διάδοση του ήχου Ο ήχος διαδίδεται με τα ηχητικά κύματα, που δημιουργούνται από κάθε σώμα, το οποίο πάλλεται γρήγορα μέσα σε κάποιο υλικό μέσο (αέριο, υγρό ή στερεό) με συχνότητα ικανή να διεγείρει το αισθητήριο της ακοής. Καθώς το ηχητικό κύμα διαδίδεται, τα σωμάτια του υλικού μέσου ταλαντώνονται γύρω από μια θέση ισορροπίας δημιουργώντας διαδοχικά πυκνώματα και αραιώματα. Τα ηχητικά κύματα διαδίδονται σε οποιοδήποτε υλικό μέσο (αέριο, υγρό ή στερεό) με συγκεκριμένη ταχύτητα, η οποία εξαρτάται μόνον από τις ιδιότητες του υλικού μέσου και την συχνότητα του κύματος και όχι από την ένταση της διαταραχής.

160. Πώς διαδίδεται ο ήχος στον αέρα, το νερό, το σπάγκο; Ο ήχος διαδίδεται με τα πυκνώματα και τα αραιώματα του αέρα που προκαλούνται από τις ταλαντώσεις των σωματιδίων του ίδιου του αέρα. Ο ήχος διαδίδεται με τα πυκνώματα και τα αραιώματα του «ασυμπίεστου» νερού που προκαλούνται από τις ταλαντώσεις των σωματιδίων του ίδιου του νερού. Ο ήχος ταξιδεύει με τα πυκνώματα και τα αραιώματα του ίδιου του σπάγκου που προκαλούν «τρέμουλο» λόγω των ταλαντώσεων των ίδιων των σωματιδίων του σπάγκου. Ο ήχος ταξιδεύει με τα πυκνώματα και τα αραιώματα του ίδιου του τοίχου, που προκαλούνται από τις ταλαντώσεις των ίδιων των σωματιδίων του τοίχου.

161. Ταχύτητα διάδοσης του ήχου Στους 20° C στον αέρα με ταχύτητα 340 m/sec. Στο νερό με ταχύτητα 1500 m/sec Στα στερεά με ταχύτητα 4000 m/sec και μεγαλύτερη

162. Ασκήσεις Πως παράγεται ο ήχος από δύο πέτρες που τις κτυπάμε μεταξύ τους; Ο ήχος διαδίδεται πιο γρήγορα στον αέρα ή στο κενό; Γιατί; Ο ήχος διαδίδεται πιο γρήγορα στον αέρα ή στο νερό; Γιατί; Ο ήχος διαδίδεται πιο γρήγορα στον αέρα ή στο ξύλο; Γιατί;

163. ΙΔΕΕΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΗΧΟ Τα μικρότερα παιδιά συνδέουν τον ήχο ως μέρος ενός μουσικού οργάνου, ο οποίος ‘απελευθερώνεται’ εξ’ αιτίας της ανθρώπινης δράσης πάνω σ’ αυτό. Δυσκολεύονται να αντιληφθούν την παραγωγή ήχου ή αλλά και τον ίδιο τον ήχο ως κύμανση Ερμηνείες για την παραγωγή του ήχου : Ø Αυτές που περιλαμβάνουν φυσικά χαρακτηριστικά του αντικειμένου π.χ. τέντωμα του τυμπάνου. Ø Αυτές που αναφέρονταν στη δύναμη που απαιτείται για την παραγωγή του ήχου π.χ. η δράση του να χτυπάς ένα τύμπανο. Ø Αυτές που περιλαμβάνουν δονήσεις.

164. ΕΡΕΥΝΑ ΣΕ 4 ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΧΟΥ : α) Χορδή κιθάρας : δόνηση της πηγής. β) Κόρνα παιχνιδιού : προσωπική δράση. γ) Πέτρες που τις χτυπάμε : προσωπική δράση. δ) Κύμβαλο : δόνηση πηγής.

165. Διδακτικές συνέπειες Τα μικρά παιδιά δεν αναγνωρίζουν τη διάδοση του ήχου ή αναζητούν ‘μονοπάτι’ διάδοσης. Όπως επίσης δεν αναγνωρίζουν το ρόλο του αέρα στη διάδοση του ήχου. ……να παρέχουν στα παιδιά εμπειρίες παραγωγής του ήχου τόσο για τις λιγότερο, όσο και για τις περισσότερο εμφανείς περιπτώσεις, όσο και για τις περιπτώσεις εκείνες που είναι πιο εμφανείς οι δονήσεις. Θα είναι ίσως χρήσιμο να δοθεί η δυνατότητα στα παιδιά να πειραματισθούν με την εφαρμογή των ιδεών που έχουν αναπτύξει για τις δονήσεις στα εμφανή πλαίσια και στις λιγότερο εμφανείς περιπτώσεις με σκοπό την ανάπτυξη μιας γενικευμένης θεωρίας (Asoko 1999).

166. Οι ιδέες των μαθητών για την παραγωγή του ήχου  «Ο ήχος της φωνής μας παράγεται γιατί βγαίνει αέρας από το στόμα μας».  «Όταν χτυπάμε το πόδι μας στο πάτωμα τότε σπρώχνεται ο αέρας και ακούγεται ο ήχος».  «Για να βγει ήχος κάτι πρέπει να κινηθεί, να έρθει σε επαφή το ένα με το άλλο για να βγάλει ήχο.»  «Από τριβή αντικειμένων. Από τα όργανα (μουσικής) που επίσης είναι τριβή αντικειμένων. Και έτσι παράγονται κύματα».  «Όταν κτυπάμε ένα σώμα και αυτό πάλλεται, παράγει ήχο».  «…Οι φωνητικές χορδές πάλλονται και δημιουργείται ήχος. Και ότι άλλο πάλλεται παράγει ήχο.».

167. Τα μοντέλα παραγωγής του ήχου (Ι) μαθητών α) Ώθησης του αέρα: ο ήχος παράγεται από την ροή του αέρα που ωθεί με την κίνησή της η ηχητική πηγή. β) Σύγκρουσης δύο σωμάτων: ο ήχος παράγεται από την σύγκρουση δύο σωμάτων, χωρίς να συμμετέχει ο αέρας σ’ αυτήν. γ) Ταλάντωσης ηχητικής πηγής: ο ήχος παράγεται από την ταλάντωση μιας ηχητικής πηγής (όταν αυτή είναι εμφανής), η οποία προκαλεί τα πυκνώματα και τα αραιώματα στον αέρα που την περιβάλλει. (Αρβανιτάκης 2009)

168. Τα μοντέλα παραγωγής του ήχου (ΙΙ) μαθητών

169. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδέες για την παραγωγή του ήχου Οι ιδέες των παιδιών για την παραγωγή του ήχου επηρεάζονται από το είδος των ηχητικών πηγών και από την ηλικία των ερωτώμενων. Το μοντέλο της ώθησης του αέρα το συναντήσαμε κυρίως σε μαθητές του Δημοτικού, ως ερμηνεία της ανθρώπινης φωνής. Το μοντέλο της σύγκρουσης δύο σωμάτων το συναντήσαμε στην Στ΄ Δημοτικού, στο Γυμνάσιο και σε αρκετές νηπιαγωγούς. Το μοντέλο της ταλάντωσης της ηχητικής πηγής το συναντήσαμε κυρίως στους εκπαιδευτικούς και όπου αυτή η ταλάντωση ήταν ορατή (π.χ. στην χορδή της κιθάρας).

170. Τα μοντέλα διάδοσης του ήχου (Ι) α) Ροής του «ήχου»: ο διαδιδόμενος ήχος έχει χαρακτηριστικά ενός ρευστού υλικού (αέρα ή νερού) που ρέει συνεχώς από την ηχητική πηγή στον ακροατή και σπρώχνει τον ήχο ή σπρώχνεται από αυτόν. β) Κινούμενης «οντότητας»: ο διαδιδόμενος ήχος έχει χαρακτηριστικά μιας κινούμενης υλικής «οντότητας», που ταξιδεύει στον ακροατή. Εδώ το μέσο διάδοσης μάλλον δυσκολεύει τη μετακίνηση/διείσδυση αυτής της «οντότητας» και όσο πιο πυκνό είναι το μέσο τόσο πιο δύσκολη και αργή γίνεται η μετακίνηση. γ) Διαδιδόμενου «κύματος»: ο ήχος φθάνει στον ακροατή ως μια διαδιδόμενη κυματική «διαταραχή», χωρίς να διευκρινίζεται ακριβώς ο μηχανισμός της. Άλλοι μαθητές εννοούν τα πυκνώματα και αραιώματα του ελαστικού μέσου διάδοσης, ενώ άλλοι υπονοούν μια μικρή μετατόπιση (όπως στο ντόμινο).

171. Τα μοντέλα διάδοσης του ήχου (ΙΙ)

172. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδέες των μαθητών για τη διάδοση του ήχου (Ι) Οι ιδέες των παιδιών για τη διάδοση του ήχου επηρεάζονται από την ηλικία:  Οι περισσότερες απαντήσεις των δασκάλων ανήκουν στο μοντέλο του διαδιδόμενου «κύματος» (31 απ. στις 50).  Οι περισσότερες απαντήσεις των νηπιαγωγών ανήκουν στο μοντέλο της ροής του «ήχου» (23 απ. στις 50), με δεύτερο σε συχνότητα το μοντέλο της κινούμενης «οντότητας» (16 απ. στις 50).  Οι περισσότερες απαντήσεις των μαθητών της Στ΄ Δημοτικού ανήκουν στο μοντέλο της ροής του «ήχου» (34 απ. στις 50).  Και στις απαντήσεις των μαθητών της Δ΄ Δημοτικού το κυρίαρχο μοντέλο είναι το μοντέλο της ροής του «ήχου» (26 απ. στις 50).

173. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδέες των μαθητών για τη διάδοση του ήχου (ΙΙ) Οι ιδέες των παιδιών για τη διάδοση του ήχου επηρεάζονται από το μέσο διάδοσης:  Όταν το μέσο διάδοσης είναι ο αέρας το κυρίαρχο μοντέλο είναι το μοντέλο της ροής του «ήχου» (30 απ. στις 50) και ειδικά η ιδέα της ροής του «αέρα» (19 απ. στις 50).  Όταν το μέσο διάδοσης είναι το νερό το κυρίαρχο μοντέλο είναι η ιδέα της σκληρής «σφαίρας» (13 απ. στις 50), δηλαδή το μοντέλο της κινούμενης «οντότητας».  Όταν το μέσο διάδοσης είναι ο σπάγκος το κυρίαρχο μοντέλο είναι την ιδέα της σκληρής «σφαίρας» (17 απ. στις 50), δηλαδή το μοντέλο της κινούμενης «οντότητας».  Όταν το μέσο διάδοσης είναι ο τοίχος το κυρίαρχο μοντέλο είναι είναι το μοντέλο της ροής του «ήχου» (19 απ. στις 50) και ειδικά η ιδέα της ροής του «αέρα» (19 απ. στις 50).