Ανάπτυξη και οικοδόμηση της γνώσης στις Φυσικές Επιστήμες ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Άννα Σπύρτου Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών «Εκπαίδευση στις Φυσικές Επιστήμες, το Περιβάλλον και την Τεχνολογία 24/01/2016

Ανάπτυξη και οικοδόμηση της γνώσης στις Φυσικές Επιστήμες 2 Ιδέες και τα προβλήματα κατανόησης των μαθητών Περιβάλλον μάθησης Διδακτικός Μετασχη- ματισμός του περιεχο- μένου Nanotechnology Nanoscience Forces Force Interactions Energy Density Floating/Sinking

Δύναμη Περιγράφει ποσοτικά την αλληλεπίδραση δύο οντοτήτων π.χ. μαζών 3 Η κατανόηση της δύναμης απαραίτητη για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων της αλληλεπίδρασης: αλλαγή στην κινητική κατάσταση και στην ακινησία σε διαφορετικά πλαίσια. Π.χ. Η ισορροπία 2 φορτισμένων σφαιρών ή 2 ακίνητων μαζών

Ερευνητικές μελέτες  οι περισσότερες έρευνες επικεντρώνονται στις περιπτώσεις όπου τα σώματα είναι σε επαφή ένα βιβλίο πάνω σε ένα τραπέζι 4 Ένα σώμα συνδέεται με ένα ελατήριο πάνω σε ένα λείο επίπεδο Μια πέτρα ισορροπεί πάνω σε μια άλλη Ένας άνθρωπος σπρώχνει ένα κουτί

Ερευνητικές μελέτες  οι περισσότερες έρευνες επικεντρώνονται στις περιπτώσεις όπου τα σώματα κινούνται με σταθερή ή μεταβαλλόμενη ταχύτητα, ένα βιβλίο κινείται πάνω σε ένα τραπέζι 5 Δυο παιδιά πάνω σε rollers σπρώχνονται Ένα βαγονάκι κινείται πάνω σε ένα τραπέζι Ένα ποδήλατο επιταχύνεται

Ερευνητικές μελέτες  είναι λιγότερες οι έρευνες που επικεντρώνονται στην αλληλεπίδραση δύο ακίνητων σωμάτων που βρίσκονται σε απόσταση 6

7 η κίνηση συνεπάγεται την άσκηση μιας δύναμης στην κατεύθυνση της κίνησης η κίνηση συνεπάγεται την άσκηση μιας δύναμης στην κατεύθυνση της κίνησης Ιδέες των μαθητών για τη δύναμη Αριστοτελική λογική

8 Ιδέες των μαθητών για τη δύναμη Π.χ. δυσκολεύονται να αντιληφθούν την άνωση που ασκεί το νερό ως συνέπεια της αλληλεπίδρασης σώματος – νερού δυσκολεύονται να αναγνωρίσουν τις δυνάμεις που ασκούνται σε μια αλληλεπίδραση

9 Ιδέες των μαθητών για τη δύναμη τείνουν να εφαρμόζουν την δράση και την αντίδραση στο ίδιο σώμα

10 Η δράση και η αντίδραση έχουν άνισα μέτρα Α Β Ιδέες των μαθητών για τη δύναμη

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων Inanimate bodies can exert force, e.g. like a stone or a chair 11 Forces can be exerted on a stationary body, e.g. on a stationary car

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων 12 Forces can be exerted on a stationary body, e.g. on a stationary car

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων 13 Force interaction can be developed between distant bodies

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων 14 ‘Terrestrial’’ as well as celestial bodies can interact with the gravitational force, e.g. they cannot comprehend that the Earth and an apple are objects and it is, therefore, possible for a gravitational interaction to be exercised between them

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων 15 The cause of reaction force, they think that the upward force of a table on a book comes from air pressure, air molecules when one body is resting on another, the lower body possesses a passive resistance that ‘‘cannot be regarded as a force’’

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων 16 The placement of the vector of force on the body that receives the force e.g. students place the arrow on the object that exerts the force which results in identifying the force with an attribute of the object Α Β

Προβλήματα κατανόησης του περιεχομένου των δυναμικών αλληλεπιδράσεων 17 Interaction is a mutual relationship between two objects, e.g. ‘‘the use of the verb to ‘act’ associated to a linear causal reasoning leads to see that on one hand A acts on B and B acts on A on the other hand, that is independently’’ Α Β

18 οι δυσκολίες των μαθητών να χρησιμοποιούν τη δύναμη στην πρόβλεψη και ερμηνεία φαινομένων ηρεμίας και κίνησης οφείλεται στο ότι δεν κατανοούν τη δύναμη ως το μέτρο της αλληλεπίδρασης δυο σωμάτων /οντοτήτων. Συμπερασματικά Περιγράφει ποσοτικά την αλληλεπίδραση δύο οντοτήτων π.χ. μαζών Φυσικοί Οι μαθητές

Προτάσεις διδασκαλίας 19 Επικεντρώνονται κυρίως στον 1 ο και 2 ο Νόμο του Νεύτωνα

Προτάσεις διδασκαλίας 20 Η έρευνα στην εννοιολογική αλλαγή αναζητά ένα ευρύτερο θεωρητικό πλαίσιο (a broader theoretical framing) για να ερμηνεύσουν αυτές τις δυσκολίες

Θεωρητική προσέγγιση κατά DiSessa 21 ‘‘contextuality’’ ‘‘specification’’

22 Το φάσμα των πλαισίων στο οποίο μια έννοια (θεωρία, μοντέλο, έννοια) εφαρμόζεται Contextuality Η έννοια της συγκειμενοποίησης συνεισφέρει στο να κατανοήσουμε :  στο πώς ανταποκρίνονται οι μαθητές σε ποικίλες περιπτώσεις Η έννοια της συγκειμενοποίησης συνεισφέρει στο να κατανοήσουμε :  στο πώς ανταποκρίνονται οι μαθητές σε ποικίλες περιπτώσεις

23 Το είδος των όψεων που χρειαζόμαστε για να καθορίσουμε μια έννοια Specification Για τον προσδιορισμό του εννοιολογικού περιεχομένου προτείνονται 5 όψεις :  Existential – υπαρξιακή  Ontological - οντολογική  Coarse quantitative –ποσοτική  Compositional - συνθετική  Causal - τυχαία Για τον προσδιορισμό του εννοιολογικού περιεχομένου προτείνονται 5 όψεις :  Existential – υπαρξιακή  Ontological - οντολογική  Coarse quantitative –ποσοτική  Compositional - συνθετική  Causal - τυχαία

24 Σε ποιες περιπτώσεις ένα άτομο αποδίδει την ύπαρξη μιας δύναμης? Existential aspect Για παράδειγμα, οι μαθητές δεν δέχονται την ύπαρξη δυνάμεων όταν τα σώματα είναι σε ηρεμία

25 Ποιες είναι οι αντιλήψεις των μαθητών για τη φύση της δύναμης? Ontological aspect  Μια απλοϊκή αντίληψη είναι ότι η δύναμη είναι ιδιότητα ενός αντικειμένου.  Ο διανυσματικός χαρακτήρας της δύναμης είναι βασικό χαρακτηριστικό της φύσης της. Οι μαθητές παρουσιάζουν πολλά προβλήματα στο να αντιληφθούν το διανυσματικό χαρακτήρα της.  Μια απλοϊκή αντίληψη είναι ότι η δύναμη είναι ιδιότητα ενός αντικειμένου.  Ο διανυσματικός χαρακτήρας της δύναμης είναι βασικό χαρακτηριστικό της φύσης της. Οι μαθητές παρουσιάζουν πολλά προβλήματα στο να αντιληφθούν το διανυσματικό χαρακτήρα της.

26 Πώς αντιλαμβάνονται οι μαθητές την ποσοτική φύση της δύναμης? Coarse quantitative  Μια διαφορά στις αντιλήψεις που έχουν οι επιστήμονες και οι μαθητές είναι ότι οι μαθητές δεν δέχονται την ισότητα των μέτρων της δράσης και της αντίδρασης

27 Contextual coherence  is used to evaluate the extent to which pupils “can apply a concept or a physical principle in a variety of familiar and novel situations”’

28 Representational coherence  concerns students’ capability to use multiple representations correctly, for instance verbal, graphical

29 Διδακτικές προσεγγίσεις Επικεντρωνόμαστε στην existential aspect των δυνάμεων  σε ίδια φαινομενολογικά περιβάλλοντα π.χ. βαρυτικά,  σε διαφορετικά περιβάλλοντα π.χ. ηλεκτροστατικά, μαγνητικά… Επικεντρωνόμαστε στην existential aspect των δυνάμεων  σε ίδια φαινομενολογικά περιβάλλοντα π.χ. βαρυτικά,  σε διαφορετικά περιβάλλοντα π.χ. ηλεκτροστατικά, μαγνητικά…

30 Διδακτικές προσεγγίσεις Όταν οι μαθητές αναγνωρίζουν τις δυναμικές αλληλεπιδράσεις σε ποικίλα πλαίσια, δεν σημαίνει ότι έχουν κατακτήσει την οντολογική όψη των δυνάμεων ή την ποσοτική τους.

31 Διδακτικές προσεγγίσεις Οι μαθητές μπορεί να αναγνωρίζουν ότι ένας μαγνήτης ασκεί δύναμη σε ένα υλικό, ή μια πέτρα ασκεί δύναμη σε μια άλλη πέτρα, αλλά συνολικά να θεωρούν ότι είναι ιδιότητα ενός σώματος