Naïve Theories of Motion M. McCloskey Παρουσίαση Φλώρου Βασιλική

Καθημερινή παρατήρηση & αλληλεπίδραση με κινούμενα σώματα Όλοι έχουμε κάποια γνώση σχετικά με την κίνηση Naïve Theories of Motion - McCloskey

ΕΜΠΕΙΡΙΑ 1) Acquisition of concrete facts : συμπεριφορά συγκεκριμένων σωμάτων σε συγκεκριμένες συνθήκες 2) Περιγραφικές γενικεύσεις : επαγωγικά από ποικιλία παρατηρήσεων 3) Ανάπτυξη θεωρίας κίνησης : εξήγηση & περιγραφή της συμπεριφοράς των κινούμενων σωμάτων ΣΤΟΧΟΣ:  Τι είδους γνώση προκύπτει από την εμπειρία με κινούμενα σώματα?  Αλληλεπιδρά και πως αυτή η εμπειρική γνώση με την τυπική διδασκαλία της φυσικής? 3 ενδεχόμενα :

ΠΑΡΑΝΟΗΣΕΙΣ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ Πειράματα Συμπεριφορά κινούμενων σωμάτων σε απλά, μη ποσοτικά προβλήματα Συμμετέχοντες : προπτυχιακοί φοιτητές Naïve Theories of Motion - McCloskey Α) κανένα μάθημα φυσικής Β) διδασκαλία φυσικής στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση (high school physics) Γ) τουλάχιστον ένα πανεπιστημιακό μάθημα φυσικής (college physics)

Πρόβλημα 1 –Σπειροειδής Σωλήνας ΣΩΣΤΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ :ΣΥΝΗΘΗΣ ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ : 51% στο σύνολο! Naïve Theories of Motion - McCloskey

Πρόβλημα 2 – Μπάλα-σκοινί σε κυκλική τροχιά ΣΩΣΤΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ :ΣΥΝΗΘΗΣ ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ : 30% στο σύνολο Naïve Theories of Motion - McCloskey

Πρόβλημα 3 – Ρίψη από αεροπλάνο Naïve Theories of Motion - McCloskey ΣΩΣΤΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 40% (19 συμμ.) [4 συμμ. : το αεροπλάνο μακρύτερα ΛΑΘΟΣ 1 – διαγώνια γραμμή : 13% στο σύνολο ΛΑΘΟΣ 2 – κίνηση προς τα πίσω : 11% στο σύνολο ΣΥΝΗΘΕΣ ΛΑΘΟΣ – ευθύγραμμη πτώση : 36% στο σύνολο

Πρόβλημα 4 – Γκρεμός Naïve Theories of Motion - McCloskey (135 συμμετέχοντες) Α ΒC ΣΩΣΤΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ Παραβολική Τροχιά : 74% ΣΥΝΗΘΕΣ ΛΑΘΟΣ Καμπυλόγραμμη => ευθύγραμμη πτώση: 22%

Διδασκαλία Φυσικής => Naïve Theories of Motion - McCloskey ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ :  Ίδιες κατηγορίες/τύποι λαθών (παρανοήσεων)  Μείωση αριθμού ( Α > Β > Γ ) Κοινό μοτίβο απαντήσεων =>  Σταδιακή ευθυγράμμιση καμπυλόγραμμης τροχιάς

ΑΦΕΛΗΣ ΘΕΩΡΙΑ ΚΙΝΗΣΗΣ Προσωπική εξέταση συμμετεχόντων : λύση προβλημάτων, εξήγηση απαντήσεων, λύση διευκρινιστικών προβλημάτων 1,5 – 2,5 ώρες ανά συμμετέχοντα 13 φοιτητές : Α) 4 συμμ., Β) 3 συμμ., Γ) 6 συμμ. Naïve Theories of Motion - McCloskey

Ίδιοι τύποι λαθών/παρανοήσεων 11 από 13 : ανεπτυγμένη αφελής θεωρία κίνησης Ίδια βασική θεωρία!! => αφελής θεωρία εσωτερικής ορμής/ώθησης, impetus theory Naïve Theories of Motion - McCloskey ΑΦΕΛΗΣ ΘΕΩΡΙΑ ΚΙΝΗΣΗΣ  Θεμελιώδεις παραδοχές: 1) όταν ένα σώμα τίθεται σε κίνηση, του «μεταδίδεται» μια εσωτερική δύναμη/ορμή – impetus – που τείνει να διατηρεί την κίνηση 2) το impetus ενός κινούμενου σώματος σταδιακά εξαντλείται (είτε αυθόρμητα είτε ως αποτέλεσμα εξωτερικών επιδράσεων) με συνέπεια τη σταδιακή επιβράδυνση και τελικά την παύση της κίνησης του σώματος

Παραδείγματα απαντήσεων : Momentum – Ορμή (p = m * υ) ως impetus Naïve Theories of Motion - McCloskey

ΑΦΕΛΗΣ ΘΕΩΡΙΑ (impetus theory) ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ένα κινούμενο σώμα διαθέτει μια εσωτερική δύναμη (impetus) Ένα κινούμενο σώμα “διαθέτει” ορμή (p), θεμελιακό φυσικό μέγεθος που περιγράφει την κινητική κατάσταση του σώματος (διανυσμ., m*υ) Εφαρμογή εξωτερικής δύναμης στο σώμα του μεταδίδει εσωτερική δύναμη (impetus) που εξακολουθεί να επιδρά ακόμα και μετά την παύση της εξ. δύναμης H επίδραση εξωτερικής δύναμης στο σώμα παύει όταν παύει η εφαρμογή της (J = F*Δt, ώθηση, φυσικό διανυσμ. μέγεθος) Απουσία εξωτερικών δυνάμεων : το σώμα κινείται μέχρι να εξαντληθεί το impetus Απουσία εξωτερικών δυνάμεων : το σώμα είτε ηρεμεί είτε εκτελεί ομαλή ευθύγραμμη κίνηση Ποιοτική διαφορά ανάμεσα σε καταστάσεις ηρεμίας και κίνησης Όχι ποιοτική διαφορά ανάμεσα σε καταστάσεις ηρεμίας και ομαλής κίνησης

ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ 1)Ύπαρξη καμπυλόγραμμου impetus 2)Πως εξαντλείται το impetus ► Αυθόρμητα Vs επιδράσεις Αλληλεπίδραση με βαρύτητα i.Βαρύτητα επιδρά πάντα ii.Βαρύτητα επιδρά όταν impetus κάτω από κρίσιμο επίπεδο iii.Βαρύτητα επιδρά όταν impetus εξαντληθεί 1)Πως το impetus μεταδίδεται σ’ ένα σώμα i.Μέσω οποιασδήποτε δράσης θέτει το σώμα σε κίνηση ii.Μέσω άμεσης (ενεργητικής) δράσης «σπρωξίματος» ή «τραβήγματος» Naïve Theories of Motion - McCloskey

Μετάδοση impetus : διάκριση άμεσης-έμμεσης κίνησης Naïve Theories of Motion - McCloskey impetus Όχι impetus «άμεση» κίνηση«έμμεση» κίνηση

ΑΦΕΛΕΙΣ ΘΕΩΡΙΕΣ & ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Δυσκολίες κατά την εκμάθηση της φυσικής: –Παρερμηνεία ή διαστρέβλωση διδασκόμενων εννοιών ώστε ομαλή ενσωμάτωση στην αφελή θεωρία (πχ ορμή, ώθηση) Οι μαθητές βγαίνουν από την αίθουσα με ελαφρές τροποποιήσεις της αφελούς θεωρίας και χωρίς κατανόηση της κλασσικής μηχανικής Διδακτική πρόταση : –Πρώτα συζήτηση πάνω στις πεποιθήσεις που προκύπτουν από αφελή θεωρία, κατάδειξη των λαθών σύμφωνα με επιστημονική θεώρηση, επισήμανση διαφορών Naïve Theories of Motion - McCloskey

ΚΑΤΑΛΗΚΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Ανάπτυξη εκλεπτυσμένων αφελών θεωριών κίνησης πάνω στη βάση της καθημερινής εμπειρίας Ομοιότητα με μεσαιωνικές θεωρίες για την κίνηση Επιστράτευση και άλλων μηχανισμών επικουρικά της αφελούς θεωρίας για λύση προβλημάτων –Αναλογία, συγκεκριμένες εμπειρίες, απομονωμένες επιστημονικές προτάσεις, τροποποιημένη εφαρμογή γνώσης από διδασκαλία Πώς αναπτύσσεται η αφελής θεωρία? (*) Πώς χρησιμοποιείται η αφελής θεωρία στην αντιμετώπιση καθημερινών προβλημάτων? Naïve Theories of Motion - McCloskey