Διδακτικά εργαλεία

Με τον όρο «Διδακτικά εργαλεία» νοούνται: Δραστηριότητες (activities) Πειράματα ( experiments) Προσομοιώσεις (simulations) Επιδείξεις (demonstrations) Α ναπαραστάσεις( representations) Α πεικονίσεις( illustrations) Μοντέλα (models) Αναλογίες(analogies)

Με τον όρο Διδακτικά εργαλεία νοούνται (συνέχεια): Στοχευμένες ερωτήσεις (focused questions) Συζητήσεις (discussions) Επεξηγήσεις( explanations) παραδείγματα( examples) προβλήματα( problems) Παιχνίδια (games) Γεφύρωμα ( bridging) εξερευνήσεις( investigations) Πρακτική εργασία (practical work)

Πείραμα

Ο πειραματισμός είναι ιδιαίτερα χρήσιμος στη διαχείριση αφηρημένων εννοιών ( συγκεκριμένης κατηγορίας ) Ορισμοί /παραδείγματα Συγκεκριμένες έννοιεςΕΕ (στερ./υγρ.) Αφηρημένες έννοιεςΔΕ (Ουσ./Μίγμ.) ΔΔ (άτομο/μόριο)

Το πείραμα μπορεί να εμπεριέχει μετρήσεις

Το πείραμα στο επιδιασκόπιο Π.χ. Διάλυση μιας ουσίας, ηλεκτρόλυση, αντίδραση διπλής αντικατάστασης, κ.λ.π.

Νοητικά πειράματα Το νοητικό πείραμα δεν είναι κάτι το πραγματικό, αλλά κατασκευάζεται στο μυαλό του δάσκαλου, του επιστήμονα ή του μαθητή Συνδυάζει λογική και φαντασία

Έχουν βοηθήσει πολλές φορές την επιστήμη π.χ. το κανόνι του Νεύτωνα Τι θα συμβεί αν η ταχύτητα ισούται με αυτήν που αντιστοιχεί σε κεντρομόλο δύναμη ίση με τη βαρύτητα?

Έχουν ιδιαίτερη χρησιμότητα σε περιπτώσεις που δεν μπορούν να γίνουν πειράματα στην πραγματικότητα

Εικονικά πειράματα π.χ. ChemLab

Τα μοντέλα στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών

Μοντέλο είναι η απλούστευση μιας περιοχής της πραγματικότητας (πραγματικής κατάστασης, διαδικασίας, συστήματος κ.λ.π.) που γίνεται με σκοπό την καλύτερη κατανόηση αυτής από ένα ορισμένο επίπεδο ανθρώπινης νόησης μέσα σε ένα συγκεκριμένο πλαίσιο διαδικασιών.

Κάθε μοντέλο χαρακτηρίζεται: 1.από έναν τρόπο αναπαράστασης της πραγματικότητας που μπορεί να είναι εικόνα, σχέδιο, μαθηματικός τύπος κ.λ.π. και 2. από ένα πλαίσιο διαδικασιών (που περιέχει κανόνες, παραδοχές κ.λ.π.), με βάση τις οποίες γίνεται μια πορεία από την πραγματικότητα στο μοντέλο

Είδη των μοντέλων Μοντέλα κλίμακας π.χ. Προπλάσματα βιολογίας Αναλογικά μοντέλα π.χ. Το άτομο σαν σφαίρα

Μαθηματικά μοντέλα Θεωρητικά μοντέλα π.χ. Θεωρία των τροχιακών (συνδέονται με τα μαθηματικά μοντέλα)

Μια άλλη σημαντική διάκριση των μοντέλων Επιστημονικά μοντέλα Νοητικά μοντέλα Διδακτικά μοντέλα

Επιστημονικά μοντέλα Είναι μοντέλα που κατασκευάζουν οι επιστήμονες, με σκοπό να ερμηνεύσουν φαινόμενα, να περιγράψουν ή προβλέψουν καταστάσεις και γενικότερα περιοχές του πραγματικού

Αντίστοιχα μιλάμε για μοντέλα: Ερμηνευτικά ( της συμπεριφοράς του μικρόκοσμου ) Περιγραφικά ( πορεία μιας αντίδρασης ) Προβλεπτικά ( πρόβλεψης καιρού )

Ένα μοντέλο μπορεί να είναι μια εικόνα, σχέδιο ή ένας μαθηματικός τύπος.

Νοητικά μοντέλα Τα νοητικά μοντέλα (Mental models) είναι προσωπικές εσωτερικές νοητικές αναπαραστάσεις των μαθητών που προσπαθούν να αποδώσουν ιδέες τους για τον κόσμο.

Παράδειγμα: Διαστολή ενός αερίου

Τα νοητικά μοντέλα των μαθητών απέχουν γενικά από αυτά των επιστημόνων. Ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι να βοηθήσει μια τέτοια μετάβαση Αυτό προϋποθέτει να ξεπεραστούν κάποια εμπόδια

Επιστημονικά μ οντέλα Νοητικά μ οντέλα των παιδιών Πως; εμπόδια Στην πορεία αυτή μπορεί να δημιουργηθούν ενδιάμεσα μοντέλα (συνθετικά)

Τα εμπόδια δημιουργούνται γιατί τα αρχικά νοητικά μοντέλα των μαθητών κατασκευάζονται μέσα στο δικό τους εννοιολογικό πλαίσιο (διαισθητικές θεωρίες για τη Φυσική) π.χ. η Γη εκλαμβάνεται ως αντικείμενο, όχι ως ουράνιο σώμα όλα τα σώματα πέφτουν από πάνω προς τα κάτω ….

Διδακτικά μοντέλα Κατασκευάζονται για εκπαιδευτικούς σκοπούς και στόχο έχουν να αλλάξουν τα νοητικά μοντέλα των μαθητών προς την επιστημονικά ορθή κατεύθυνση

Π.χ. το μοντέλο του νερού στο μικρόκοσμο

Στις περιπτώσεις ερμηνείας φαινομένων όπως ο βρασμός, τα σωματίδια (μόρια) της ουσίας που διαχειριζόμαστε αναπαρίστανται ως: Αν όμως θέλαμε να ερμηνεύσουμε γιατί το νερό είναι υγρό σε κανονικές συνθήκες (δεσμός υδρογόνου), τότε ?

Κι αν μ’ ενδιέφερε το είδος των δεσμών ?

Άρα:

Όρια εγκυρότητας

Κάθε μοντέλο δηλαδή δημιουργείται για να εξυπηρετήσει ένα συγκεκριμένο πεδίο αναφοράς, στα όρια του οποίου μόνο μπορεί να κινηθεί ικανοποιητικά και τα οποία είναι γνωστά ως όρια εγκυρότητας του μοντέλου. Όμως τα όρια εγκυρότητας λειτουργούν ανταγωνιστικά με την απλότητα του μοντέλου.

Η κατασκευή ενός διδακτικού μοντέλου μπορεί να γίνει: από το διδάσκοντα Συνεργασία από το διδασκόμενο

Η σωστή κατασκευή και χρήση των μοντέλων έχει ιδιαίτερη σημασία στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών. Πολλές παρανοήσεις των μαθητών έχουν σχέση με τη λανθασμένη χρήση τους. Μερικές περιπτώσεις είναι οι εξής:

1. Κατά τη χρήση ενός μοντέλου δεν γίνεται σαφές στους μαθητές ότι πρόκειται για μοντέλο, π.χ. μαθητές πιστεύουν ότι τα μόρια του νερού αποτελούνται από στερεές σφαίρες.

2. Κατά την κατασκευή του μοντέλου γίνεται ανάμιξη μικροσκοπικών και μακροσκοπικών στοιχείων, π.χ. μαθητές πιστεύουν ότι ανάμεσα στα μόρια του νερού υπάρχει νερό.

3. Δεν γίνονται ξεκάθαροι οι κανόνες της μοντελοποίησης, π.χ. μαθητές πιστεύουν ότι τα σωματίδια που αποτελούν μία στερεή ουσία είναι ακίνητα

Ενδιαφέροντα μοντέλα είναι αυτά του μικρόκοσμου, όπου θα πρέπει να εξηγείται η λογική κατασκευής τους

Mεταφορά νοηματικών διαδικασιών, που χρησιμοποιούνται με επιτυχία σε οικείες καταστάσεις, σε άλλες περισσότερο πολύπλοκες, άγνωστες και προβληματικές καταστάσεις. Μεταφορές και αναλογίες

οικεία κατάσταση κατάσταση στόχος ΜεταφοράΑναλογία Ίδια κατάσταση Έμφαση στις ομοιότητες Παράδειγμα: Πάνω από ένα υγρό που βράζει δημιουργείται ένα «νέφος» (ομοιότητα με το νέφος στον ουρανό) Ανάλογη κατάσταση Ομοιότητες και διαφορές Παράδειγμα: Η «συγκέντρωση» στη Χημεία αφορά ποσότητες ουσιών σε ορισμένο χώρο, και είναι σαν τη «συγκέντρωση» που αφορά σε άτομα (ανθρώπους) που βρίσκονται σε ορισμένο χώρο

Π.χ. σύνθεση θειούχου σιδήρου

Οι αναλογίες μπορεί να είναι: λεκτικές(verbal) το μυαλό των μαθητών είναι σαν σφουγγάρι μαθηματικές(mathematical) F=kx οπτικές(visual) δραστικές – λειτουργικές (actional-operational) Η έννοια του δεσμού όταν οι μαθητές πιάνονται μεταξύ τους

Aναλογικά (διδακτικά) μοντέλα Είναι μοντέλα που βασίζονται σε αναλογίες Π.χ. στο ηλεκτρικό ρεύμα, για να ξεπεραστούν νοητικά μοντέλα των μαθητών, όπως ότι το ρεύμα (ένταση) καταναλώνεται, έχουν κατασκευαστεί τα εξής μοντέλα:

Ο κυκλικός συρμός του τραίνου, όπου τα βαγόνια είναι το ρεύμα και οι επιβάτες είναι η ηλεκτρική ενέργεια αυξάνεται όταν ανεβαίνουν (αναλογία με την μπαταρία) και κατεβαίνουν σε άλλο τόπο (λάμπα) ή ο ιμάντας αποσκευών

Προσομοιώσεις Η προσομοίωση είναι δυναμική μορφή μοντέλου (συνήθως διαδραστική) που «λειτουργεί» με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή

Εννοιολογικοί χάρτες

Ο εννοιολογικός χάρτης: είναι εξωτερίκευση των εννοιολογικών δομών αποτελείται από:  έννοιες-κόμβους  βέλη ή γραμμές προτάσεις  ετικέτες (λέξεις ή σύμβολα)

μπορεί να είναι:  στατικός (έμφαση στ ον ορισμό μιας έννοιας )  ιεραρχικός (έμφαση στην ιεραρχία)  με μορφή δικτύου (έμφαση στις αλληλεπιδράσεις) μπορεί να είναι συνδυασμός (ιεραρχικά σημασιολογικά δίκτυα) εξαρτάται από τη γνωστική περιοχή που εξετάζει ένα θέμα είναι πάντα μη πλήρης

Στατικοί εννοιολογικοί χάρτες

ουσίες ύλη στοιχεία ενώσεις άτομα e n p

Ιεραρχημένα Αλληλοσυνδεδεμένα Δίκτυα/ Σημασιολογικά Δίκτυα άτομα e n p καταστάσεις ύλη ουσίες στοιχεία ενώσεις αέρια στερεή υγρή

ενεργεί ως:  διαγνωστικό εργαλείο (π.χ. προϋπάρχουσα γνωστική δομή, τοποθέτηση νέας γνώσης) (δυνατότητα για επέμβαση σε σημεία λάθους) - Αξιολόγηση  εργαλείο διδασκαλίας και μάθησης (π.χ. περιγραφή μαθήματος, εξαγωγή νοήματος από βιβλίο)

Τρόποι εργασίας με τον εννοιολογικό χάρτη: Να γίνει δόμηση ενός χάρτη για μια έννοια (στατικά ή ιεραρχικά) Να γίνει δόμηση ενός χάρτη για ένα σύνολο εννοιών (ιεραρχικά ή σε δίκτυο)

Να συμπληρωθούν κενά (εννοιών ή ετικετών) σε σκελετό ενός χάρτη Μπορεί να δίνεται ένας αριθμός εναλλακτικών εννοιών (ή ετικετών) προς χρήση Να υπάρχουν επιπλέον συνθήκες (να προσδιορίζεται αν τα βέλη θα είναι αμφίδρομα, ο αριθμός των συνολικών συνδέσεων κ.λ.π.)

Αξιολόγηση ενός εννοιολογικού χάρτη: Τρόποι αξιολόγησης: Αξιολόγηση των συστατικών του χάρτη του μαθητή Σύγκριση με έναν πρότυπο χάρτη Συνδυασμός των παραπάνω

Τι αξιολογούμε: Τις χρησιμοποιούμενες έννοιες Τις σχέσεις (σαν αριθμό) μεταξύ των εννοιών Την ορθότητα των ετικετών Την κατεύθυνση των βελών Την ορθότητα των προτάσεων Την ιεραρχία Τη συσχέτιση μεταξύ τμημάτων Τα παραδείγματα