Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική:

Παρουσίαση με θέμα: "Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική:"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική:
Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΟΛΟΓΙΑΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

2 Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους i. Τα Όργανα στην Επιστήμη ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

3 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
«Η ιστορία της επιστήμης και ακόμη περισσότερο αυτή του σύγχρονου πολιτισμού είναι στην πραγματικότητα η ιστορία των οργάνων και η ευφυής, ή μη κάποιες φορές, χρήση τους» D. Baird, Think Knowledge: A Philosophy of Scientific Instruments, 2004 Επιστημονική πρόοδος ` ΚΑΙ ΜΕΣΩ της ανάπτυξη και χρήσης των επιστημονικών οργάνων, ιδιαίτερα από τις αρχές του 17ου αι. με την κατασκευή επιστημονικών οργάνων, όπως το τηλεσκόπιο, το μικροσκόπιο, το βαρόμετρο, η αεραντλία και το εκκρεμές (Van Helden, 1983) Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

4 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
Ο όρος «επιστημονικό όργανο» συναντάται ευρέως μετά τα μέσα του 19ου αι. και αυτή η ευρεία χρήση οφείλεται κυρίως στους Γάλλους και Γερμανούς επιστήμονες και κατασκευαστές. ΟΡΙΣΜΟΙ Τα επιστημονικά όργανα λειτουργούν σύμφωνα με τη βασική αρχή διατήρησης της προκαθορισμένης λειτουργικής σχέσης μεταξύ μιας φυσικής μεταβλητής που εισάγεται προς επεξεργασία και εξάγεται ως παραγόμενο αποτέλεσμα. Μάλιστα προτείνεται ότι η συγκεκριμένη αυτή αρχή λειτουργίας είναι καθολική, αποτελεί την ουσία ενός επιστημονικού οργάνου και είναι αυτή που διαφοροποιεί το όργανο από άλλες μηχανές που σκοπό έχουν την παραγωγή ή τη μετάδοση της ενέργειας. 1876 1973 Οποιοσδήποτε μηχανισμός που έχει κατασκευαστεί ειδικά και απαιτείται για τη διεξαγωγή ενός πειράματος James C. Maxwell (μέλος της Βρετανικής Επιτροπής του Συμβουλίου Εκπαίδευσης - British Committee of Council on Education) Συσκευές που χρησιμοποιούνται για μετρήσεις και υπολογισμούς. Τα όργανα είναι τα ουσιαστικά εργαλεία της επιστημονικής παρατήρησης, πάνω στην οποία στηρίζεται ολόκληρο το οικοδόμημα της επιστήμης (Finkelstein) Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

5 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
Ο όρος «επιστημονικό όργανο» συναντάται ευρέως μετά τα μέσα του 19ου αι. και αυτή η ευρεία χρήση οφείλεται κυρίως στους Γάλλους και Γερμανούς επιστήμονες και κατασκευαστές. ΟΡΙΣΜΟΙ 1999 2004 Tο σύνολο των τεχνικών διατάξεων που χρησιμοποιούνται σε διάφορες επιστημονικές και τεχνικές πρακτικές. Περιλαμβάνει τα όργανα που χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για επιστημονικούς λόγους όπως π.χ. τα εργαστηριακά γαλβανόμετρα, καθώς επίσης και όργανα ή συσκευές που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση φαινομένων σε ένα εκπαιδευτικό πλαίσιο. Μια άλλη κατηγορία επιστημονικών οργάνων αντιπροσωπεύει τα όργανα που χρησιμοποιούνται σε διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η ναυσιπλοΐα, η χαρτογραφία και η τοπογραφία (Holland). α) εκείνα που μετρούν, αναπαριστούν και ανιχνεύουν ορισμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα ή παραμέτρους ενός αντικειμένου, μιας διαδικασίας ή ενός φαινόμενου, β) εκείνα που λειτουργούν ως μοντέλα φυσικών ή τεχνολογικών αντικειμένων, διαδικασιών και συστημάτων και γ) εκείνα που παράγουν φαινόμενα που είτε βασίζονται σε νέες θεωρητικές υποθέσεις είτε έχουν ερευνηθεί μόνο σε θεωρητικό επίπεδο (Baird, Moon). Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

6 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
Τα επιστημονικά όργανα θα πρέπει α) να έχουν μια υλική υπόσταση, β) να αποτελούν μέρος μιας ευρύτερης προσπάθειας του ανθρώπου να επιτύχει κάποιο στόχο και γ) να αναπτύσσεται αλληλεπιδραστική σχέση μεταξύ οργάνων και ανθρώπου που τα σχεδιάζει, τα τροποποιεί και τα χρησιμοποιεί. Επιπλέον… Tα φαινόμενα που εμφανίζονται και ενυπάρχουν στη δομή και λειτουργία ενός οργάνου είναι το ίδιο σημαντικά με τα φαινόμενα που γίνονται αισθητά μέσω της διαμεσολάβησης των οργάνων (Fellgett, 1973). Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

7 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
18ος αι. Επιστημονικά όργανα χρησιμοποιούνταν στις χώρες της Δυτικής Ευρώπης είτε από μεμονωμένους επιστήμονες για τις έρευνές τους είτε για σκοπούς επίδειξης. Ο Ε. Νικολαΐδης (2003) αναφέρει χαρακτηριστικά: «Περιπλανώμενοι “επιστήμονες” έδιναν διαλέξεις στα ευρωπαϊκά σαλόνια, συνοδεύοντάς τες με θεαματικά “πειράματα” τα οποία γίνονταν με τη βοήθεια ηλεκτροστατικών μηχανών. Καμιά φορά, το κοινό είχε τη δυνατότητα να θαυμάσει τη φύση με τη βοήθεια ενός μικροσκοπίου». Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

8 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
19ος αι. (1820–1850) Mεθοδολογικά προβλήματα σχετικά με την απόκτηση της γνώσης μέσω των πειραμάτων απαίτησαν την κατασκευή εξειδικευμένων επιστημονικών οργάνων για την επίτευξη μετρήσεων ακρίβειας (Sydenham, 1979). Η μεθοδολογία των μετρήσεων στη Φυσική τελειοποιήθηκε μέσω της ερευνητικής εργασίας του De la Rive και του Regnault στη Γαλλία και των Gauss, Ohm και Magnus στη Γερμανία. Η χρήση των όρων «φυσική φιλοσοφία» και «φιλοσοφικά όργανα» άρχισε να φθίνει και σταδιακά αντικαταστάθηκαν από τους όρους «επιστήμη» και «επιστημονικά όργανα» αντίστοιχα. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

9 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
19ος αι. (1820–1850) Ο όρος «επιστημονικά όργανα» απέκτησε ιδιαίτερη βαρύτητα γύρω στα 1850, όταν, όπως αναφέρει η D. Warner, η Μ. Βρετανία, συνειδητοποιώντας ότι υπάρχουν και άλλα κράτη που αναπτύσσονταν επιστημονικά και τεχνολογικά, και μάλιστα με ταχύτερους ρυθμούς σε πολλές περιπτώσεις, αντέδρασε βελτιώνοντας την κρατική τεχνική εκπαίδευση, στο πλαίσιο της οποίας ο ρόλος του επιστημονικού οργάνου αναβαθμίστηκε. Οι πειραματικές συσκευές και τα όργανα μέτρησης αποτέλεσαν μέρος της εξέτασης των φυσικών φαινομένων, θεμελιώνοντας το συνδυασμό πειράματος και θεωρίας με την χαρακτηριστική ονομασία «πειραματική φυσική» (Jungnickel & McCormmach 1986). Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

10 ΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ
i. Τα Όργανα στην Επιστήμη 20ος αι. ΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ Τα όργανα έχουν διαδραματίσει έναν σημαντικό επιστημολογικό ρόλο, ανάλογο με εκείνο της θεωρίας, διαμεσολαβώντας σε επιστημονικές διεργασίες, όπως η έρευνα, η εξήγηση, η πρόβλεψη και η κατανόηση φαινομένων και η διατύπωση θεωριών (Baird, 2004). Ο ίδιος συγγραφέας τονίζει επιπλέον ότι, ενώ επιστημονικά όργανα και θεωρία τυπικά λειτουργούν από κοινού, έχουν καταγραφεί περιπτώσεις, στις οποίες τα όργανα έχουν αναπτυχθεί αυτόνομα ή ακόμα και σε αντίθεση με μια θεωρία που έχει διαψευστεί, δείχνοντας έτσι ότι δεν είναι δυνατό να αμφισβητηθεί η γνωσιακή αξία των οργάνων σε σχέση με την γνωσιακή αξία της θεωρίας. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

11 i. Τα Όργανα στην Επιστήμη
20ος αι. ΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ Αποτέλεσμα είναι η ανάδειξη του τεχνολογικού χαρακτήρα της επιστήμης H νεότερη επιστήμη είναι ενσωματωμένη σε όργανα – τεχνολογίες (Idhe, 1993) Tο οικοδόμημά της στηρίζεται σε εργαστηριακού τύπου διαδικασίες παρέμβασης στη φύση (Hacking, 1983) H πραγματικότητα μιας οντότητας δε γίνεται αντιληπτή, παρά μόνο με τη βοήθεια της τεχνολογίας και των οργάνων που αυτή χρησιμοποιεί (Heelan, 1983) Όργανα και θεωρία πρέπει να προσεγγίζονται υπό το πρίσμα μιας διαρκούς αλληλεπίδρασης και συνεξάρτησης (Baird, 2004) H επιστήμη εμφανίζεται ως ένας κοινωνικός και πολιτισμικός θεσμός που εντάσσεται σε συγκεκριμένα πλαίσια και ενσωματώνει, για τη λειτουργία του, τα όργανα και την τεχνολογία τους, δηλ. μια επιστήμη με χαρακτήρα εργαλειακό, ρεαλιστικό και κοινωνικά προσδιοριζόμενο. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

12 ΕΥΡΕΣΗ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟΥ ΜΗΚΟΥΣ
ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΦΙΛΟΣΟΦΙΚΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΕΣ ΟΡΓΑΝΩΝ vs ΕΥΡΕΣΗ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟΥ ΜΗΚΟΥΣ η σημαντικότερη επιστημονική πρόκληση την περίοδο των Μεγάλων Ανακαλύψεων Βαθιά ρήξη μεταξύ φυσικών φιλοσόφων και μηχανικών Στενή σχέση και αλληλεξάρτηση μεταξύ φιλοσοφικών και πρακτικών οργάνων Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

13 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
Η κρισιμότητα του προβλήματος φαίνεται από τον απολογισμό του Φλωρεντιανού εξερευνητή Amerigo Vespucci, ο οποίος το 1499 παραδεχόταν ότι: «Όσον αφορά στο γεωγραφικό μήκος, δηλώνω ότι αντιμετώπισα μεγάλη δυσκολία στον καθορισμό του και κατέβαλα μεγάλη προσπάθεια να εξακριβώσω την απόσταση που είχα καλύψει στον άξονα Ανατολής - Δύσης. Το τελικό αποτέλεσμα των εργασιών μου ήταν ότι δεν βρήκα τίποτε καλύτερο από τις νυχτερινές παρατηρήσεις της συνύπαρξης των ουράνιων σωμάτων, και ειδικά τη σχέση της Σελήνης με τους άλλους πλανήτες, εξαιτίας του ότι η Σελήνη έχει ταχύτερη πορεία από οποιονδήποτε άλλο πλανήτη (Boorstin, 1983, p.247, in Matthews M.R., 2000) Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

14 η ανάπτυξη της μεταλλουργίας,
ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα Κατά τη διάρκεια του 16ου αι. δεν σημειώθηκε κάποια πρόοδος στις προσπάθειες επίλυσης του προβλήματος του γεωγραφικού μήκους. Η πρακτική της ναυσιπλοΐας με μόνη βοήθεια τη θέση των ουράνιων σωμάτων διατηρούσε την αποδοχή της από το σύνολο σχεδόν του ναυτικού κόσμου. Για το λόγο αυτό προέκυψε μια βελτιωμένη σειρά οργάνων ναυσιπλοΐας κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης, που υποστήριζε το νέο πολιτικό, εμπορικό και αποικιοκρατικό καθεστώς (Stephenson et al., 2000). Ο Δ. Ρωσσικόπουλος (2006) αναφέρει ότι από τις αρχές του 16ου αι. έκαναν την εμφάνισή τους τα πρώτα εργαστήρια παραγωγής μαθηματικών οργάνων για την αστρονομία, τη ναυσιπλοΐα και την τοπογραφία. Για τη δημιουργία αυτών των εργαστηρίων κατασκευής οργάνων έπαιξαν σημαντικό ρόλο παράγοντες, όπως: η ανάπτυξη της μεταλλουργίας, η οικονομική και πολιτική υποστήριξη της ναυσιπλοΐας και συνεπακόλουθα η ενίσχυση του εμπορίου, το ενδιαφέρον της Μαθηματικής Επιστήμης για την επίλυση πρακτικής φύσης προβλημάτων με τη βοήθεια οργάνων καθώς και η αυξημένη ζήτηση για εξειδικευμένους τεχνίτες που θα αναλάμβαναν την κατασκευή τέτοιου είδους οργάνων. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

15 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
Τα προβλήματα σχετικά με τον προσδιορισμό του γεωγραφικού μήκους ήταν δυο: Αδυναμία ακριβούς προσδιορισμού του μηδενικού μεσημβρινού. Έτσι, ενώ για το γεωγραφικό πλάτος ο Ισημερινός ήταν ο μηδενικός παράλληλος, για το γεωγραφικό μήκος ο καθορισμός του μηδενικού (0ο) μεσημβρινού αποτελούσε πολιτικό πρόβλημα. Πολλαπλότητα των μεθόδων και των οργάνων που κατά καιρούς είχαν προταθεί για τη λύση στο πρόβλημα εύρεσης του γεωγραφικού μήκους, καθώς και δυσκολία εφαρμογής κάποιας λύσης, εξαιτίας των δυσμενών συνθηκών των θαλάσσιων ταξιδιών. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

16 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
Εκείνη την εποχή αναπτύχθηκαν δύο μέθοδοι για τον ασφαλή πλου: Α) μέτρηση της γωνίας που σχημάτιζε ένα προκαθορισμένο αστέρι με τη Σελήνη Β) μέτρηση του ύψους κάποιου ουράνιου σώματος (π.χ. αστεριού), σε συνάρτηση με την ακριβή μέτρηση του χρόνου εν πλω δυσκολία μέτρησης γωνιακών αποστάσεων εν πλω και έλλειψη ναυτικών πινάκων Αδυναμία εφαρμογής λόγω έλλειψης ακριβούς χρονόμετρου Ήταν φυσικό λοιπόν το ότι το θέμα του γεωγραφικού μήκους ενδιέφερε τόσο πολύ τις μεγάλες ναυτικές δυνάμεις της εποχής. Οι κυβερνήσεις και οι βασιλείς προσέφεραν τεράστια χρηματικά έπαθλα σε αυτόν που θα έβρισκε τη λύση στο πρόβλημα του γεωγραφικού μήκους (Ισπανία, Πορτογαλία, Βενετία, Γαλλία, Ολλανδία, Αγγλία) Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

17 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
1514, Johann Werner, Γερμανός ιερέας και αστρονόμος Mέθοδος σεληνιακής απόστασης (lunar distance) H Σελήνη κινείται αρκετά γρήγορα και με μεγαλύτερη ακρίβεια σε σχέση με τα υπόλοιπα αστέρια. Αν λοιπόν μπορούσαν να κατασκευαστούν χάρτες με την απόσταση της Σελήνης από τα άλλα αστέρια, τότε θα ήταν δυνατό να προσδιοριστεί ο ακριβής χρόνος για τον τόπο της παρατήρησης και συνεπώς να καθοριστεί το γεωγραφικό μήκος συγκρίνοντας τον ακριβή χρόνο με την τοπική ώρα. Μετρήσεις με «μαθηματικά όργανα», μια κατηγορία οργάνων που περιελάμβανε πάνω από 1600 όργανα που είχαν κατασκευαστεί από χαρτί, ξύλο και μερικές φορές από μέταλλο, ειδικά από ορείχαλκο, και χρησιμοποιούνταν για γραμμικές ή γωνιακές μετρήσεις από πρακτικούς μαθηματικούς και γεωδαίτες. Χρήση σταυροειδούς ράβδου (cross-staff), Βενετία, 1715 Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

18 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
16101, Γαλιλαίος Μέθοδος μελέτης των δορυφόρων του πλανήτη Δία Εφαρμογή τηλεσκοπίου για την παρατήρηση των ηλιακών κηλίδων και την ανακάλυψη των δορυφόρων του πλανήτη Δία. Υπολογίζοντας την περίοδο των τροχιών τους και μετρώντας πόσες φορές αυτοί εξαφανίζονται πίσω από το Δία, ο Γαλιλαίος βρήκε ότι τέτοιες εκλείψεις γίνονται σχεδόν χίλιες φορές ετησίως και έτσι θα μπορούσε κάποιος να φτιάξει ένα ρολόι με βάση αυτές τις εκλείψεις. Χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις του, έφτιαξε χάρτες που έδειχναν τις αναμενόμενες εμφανίσεις και εξαφανίσεις των δορυφόρων του Δία κατά τη διάρκεια μερικών μηνών. 1περίοδος κατά την οποία εμφανίστηκαν στο επιστημονικό προσκήνιο όργανα οπτικής και σχηματίστηκε, με κατάλληλους συνδυασμούς και διατάξεις φακών, το πρώτο τηλεσκόπιο γύρω στα Ένα ακόμα όργανο οπτικής που αναπτύχθηκε το 17ο αι. ήταν το μικροσκόπιο, το οποίο παρουσιάστηκε στη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου (Royal Society of London) και συμπεριλήφθηκε στο βιβλίο του R. Hooke Micrographia, που εκδόθηκε το 1665. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

19 Huygens, Leibniz, Newton
ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα 1634, Jean-Baptiste Morin Παραλλαγή της μεθόδου με την απόσταση της σελήνης. Η μέθοδος του δεν ήταν ούτε ακριβής ούτε πρακτική, αν και ο ίδιος πρότεινε να στηθεί ένα παρατηρητήριο το οποίο να μπορεί να παρέχει ακριβή σεληνιακά δεδομένα για να πείσει τα μέλη της επιτροπής για την ορθότητα των απόψεών του. 1666, Βασιλική Ακαδημία των Επιστημών (Academie Royale des Sciences), Γαλλία Μελέτη ενός ευρύ πεδίου επιστημονικών δραστηριοτήτων και ειδικότερα τη βελτίωση των χαρτών. Huygens, Leibniz, Newton Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

20 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
1656, Huygens, εφαρμογή της θεωρίας του εκκρεμούς στην ωρολογοποιία και κατασκευή ρολογιού με εκκρεμές 1657, Henry Phillippes, «Η εξέλιξη της τέχνης της Ναυσιπλοΐας» (The Advancement of the Art of Navigation ) Πρόταση για την αξιοποίηση της ανακάλυψης του Γαλιλαίου για τον ισοχρονισμό του εκκρεμούς ως την πιθανή λύση στο πρόβλημα εύρεσης του γεωγραφικού μήκους με τη χρήση του εκκρεμούς ως όργανο μέτρησης του χρόνου. Τέτοιου είδους ρολόγια δοκιμάζονταν από το 1662 μέχρι το 1687. 1668, Cassini, Ιταλός μαθηματικός και αστρονόμος Έκδοση χαρτών των δορυφόρων του Δία, που ήταν πολύ πιο ακριβείς από εκείνους του Γαλιλαίου. Το γεγονός αναζωπύρωσε το ενδιαφέρον για νέες παρατηρήσεις στο Παρατηρητήριο του Παρισιού. Ο Huygens κατασκεύασε νέα είδη φακών και καθρεφτών και πιο σύγχρονα τηλεσκόπια, γεγονός που επέτρεψε στον ίδιο να υπολογίσει την περίοδο περιστροφής του Κρόνου και να ανακαλύψει έναν από τους δορυφόρους του Κρόνου. Οι επιστήμονες τότε άρχισαν να πιστεύουν ότι το πρόβλημα μπορούσε να λυθεί χρησιμοποιώντας τους δορυφόρους του Κρόνου και την παγκόσμια χρονική μέτρηση που εκείνοι προσέφεραν. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

21 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
1669, Cassini, κατασκευή παγκόσμιου χάρτη με το Βόρειο Πόλο στο κέντρο Παρόλο που αυτό τροποποιούσε πάρα πολύ τη μορφή της γης, έδινε ωστόσο ακριβή γεωγραφικά μήκη και πλάτη. Στο κέντρο ήταν τοποθετημένη μια ακίδα με έναν κινούμενο δείκτη. Ο δείκτης τοποθετούνταν σε ένα γεωγραφικό πλάτος και η ακίδα περιστρεφόταν και έδειχνε το σωστό μήκος για να προσδιορισθεί η ακριβής τοποθεσία. Μετά από πολλές προσπάθειες κατάφεραν να πετύχουν τη μέτρηση του γεωγραφικού πλάτους και μήκους στη γη. Ωστόσο το πρόβλημα της εύρεσης του γεωγραφικού μήκους στη θάλασσα παρέμενε άλυτο, αν και σήμαινε πολλά για το εμπόριο και γενικότερα για τη ναυσιπλοΐα. Κι αυτό συνέβαινε διότι οι κινήσεις του πλοίου καθιστούσαν αδύνατη τη μέτρηση των εκλείψεων. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

22 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
1675, Greenwich, μηδενικός μεσημβρινός 1714, Αγγλικό Κοινοβούλιο, «Πράξη του Γεωγραφικού Μήκους» (Longitude Act) «Όλοι όσοι ασχολούνται και κατέχουν την τέχνη της Ναυσιπλοΐας, γνωρίζουν καλά ότι τίποτα δεν είναι πιο αναγκαίο και κρίσιμο από την ανακάλυψη της μεθόδου εύρεσης του Γεωγραφικού Μήκους για την ασφάλεια των πληρωμάτων και των πλοίων και τη μείωση του χρόνου των θαλάσσιων ταξιδιών» (Αγγλικό Κοινοβούλιο, Εναρκτήρια Παράγραφος της Πράξης του Γεωγραφικού μήκους, 1714) Μια από τις προσπάθειες των επιστημόνων του Βασιλικού Παρατηρητηρίου του Greenwich ήταν να αποδείξουν ότι η Γη περιστρεφόταν γύρω από τον άξονα της με σταθερό ρυθμό και άρα κατά την περιστροφή της καλύπτει μια συγκεκριμένη απόσταση σε κάθε λεπτό. Ο Ισαάκ Νεύτων πίστευε πως η λύση βρισκόταν στη χρήση ρολογιού, ενώ ταυτόχρονα παραδεχόταν ότι οι διαφορές στη θερμοκρασία, την υγρασία και τη δύναμη της βαρύτητας στα διάφορα γεωγραφικά πλάτη καθιστούσαν την κατασκευή ενός τέτοιου ρολογιού σχεδόν αδύνατη. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

23 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα
1714, Jeremy Thacker, Βρετανός ωρολογοποιός, κατασκευή πρώτου χρονομέτρου Τo χρονόμετρό του ήταν τοποθετημένο σε μια γυάλινη θήκη για την προστασία του ρολογιού από τις αλλαγές στην υγρασία και στην ατμοσφαιρική πίεση. Επιπλέον το χρονόμετρο διέθετε ένα ευφυές σύστημα από όμοια μεταλλικά κομμάτια, συνδυαζόμενα κατά ζεύγη, που βοηθούσαν στο να δουλεύει το ρολόι καθώς κουρδιζόταν. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

24 Μεταλλικό πλαίσιο από ράβδους χάλυβα και ορείχαλκου
ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα 1735, John Harrison ( ), ξυλουργός και αυτοδίδακτος ωρολογοποιός ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΡΟΛΟΓΙΟΥ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ Μεταλλικό πλαίσιο από ράβδους χάλυβα και ορείχαλκου Ειδικά λιπαντικά και έξυπνα τεχνάσματα για τη μείωση των τριβών ανάμεσα στα διάφορα εξαρτήματα του ρολογιού «Grasshopper-escapement», ένα εργαλείο ελέγχου της συνεχούς λειτουργίας του ρολογιού για να μην χάνει το ρυθμό του Το μοντέλο Η-Ι, Εθνικό Ναυτικό Μουσείο, Greenwich, Λονδίνο Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

25 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα 1756, Η3
Διμεταλλικό έλασμα που αντιδρά και εξουδετερώνει κάθε αλλαγή στη θερμοκρασία που θα μπορούσε να επηρεάσει και να αλλάξει το ρυθμό της λειτουργίας του ρολογιού. Ειδικό εξάρτημα για τη μείωση των τριβών χωρίς την ανάγκη λίπανσης. 1739, Η2 Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

26 ii. Το Ιστορικό Παράδειγμα Η4
«Τολμώ να πω ότι δεν υπάρχει άλλο μαθηματικό ή μηχανικό όργανο ή αντικείμενο στον κόσμο που να είναι τόσο όμορφο και πολύπλοκο από αυτό το ρολόι, ή αλλιώς το χρονόμετρο, για την εύρεση του Γεωγραφικού Μήκους. Ευχαριστώ από τα βάθη της καρδιάς μου τον παντοδύναμο Θεό που μου χάρισε χρόνια ζωής για να το ολοκληρώσω» J. Harrison (Could, 1923) Το Η-4 έμοιαζε με ένα μεγάλο ρολόι τσέπης, διαμέτρου 12 εκατοστών και ζύγιζε 1,45 χγρ., πολύ μικρότερο και ελαφρύτερο από όλα τα προηγούμενα μοντέλα του. Κύριο στοιχείο για την πολύ μεγάλη ακρίβεια αυτού του ρολογιού ήταν ο μηχανισμός κουρδίσματος, ο οποίος χρησιμοποιείται ως αρχή μέχρι σήμερα στα χρονόμετρα Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

27 Εισαγωγή της διαθεματικότητας στο Δ.Ε.Π.Π.Σ.
iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων Εισαγωγή της διαθεματικότητας στο Δ.Ε.Π.Π.Σ. (Υπ.Ε.Π.Θ. – Π.Ι., 2002) Συμβολή της Ιστορίας των Φ.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε. (Matthews, 1994) Ιστορία των Επιστημονικών Οργάνων Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

28 (Ενδεικτικά: Bannon & Bodker 1991, Nardi 1996, Cole & Wertsch 1996)
iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων Ιστορικο-πολιτισμική θεωρία της δράσης των Vygotsky – Leontiev (Αctivity Τheory) (Ενδεικτικά: Bannon & Bodker 1991, Nardi 1996, Cole & Wertsch 1996) Σύλληψη και κατανόηση των Φυσικών Επιστημών ως πρακτική εφαρμογή που προκύπτει από διανοητικές διεργασίες και διαμεσολαβείται από τη χρήση επιστημονικών οργάνων Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

29 iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων
Η επιστημονική παρατήρηση στηρίζεται γενικά στα όργανα που διαμεσολαβούν μεταξύ του φυσικού κόσμου και του ανθρώπινου αισθητηριακού συστήματος ως… μηχανισμός ενδυνάμωσης της αποτελεσματικότητας των αισθήσεων στην προσπάθεια των επιστημόνων να διεισδύσουν στα μυστικά της φύσης, να αυξήσουν το εύρος και το βάθος των παρατηρήσεών τους, να τεκμηριώσουν εικασίες ή/και υποθέσεις τους. Μηχανισμός επίτευξης μετρήσεων μεγεθών, τα οποία στη συνέχεια αναπαρίστανται με αφαιρετικό τρόπο μέσω αξιωματικών – παραγωγικών μαθηματικών μεθόδων, και έτσι ελέγχονται, αντικρούονται και, ενδεχομένως, αλλάζουν νόμοι, αρχές ή θεωρίες που διατυπώθηκαν και καθιερώθηκαν στο παρελθόν. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

30 iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων
Παιδαγωγικές και εκπαιδευτικές διαστάσεις από τη μελέτη των ιστορικών επιστημονικών οργάνων Επιλεγμένα επιστημονικά όργανα μπορούν να διαδραματίσουν το ρόλο της επιστημολογικής σύνδεσης μεταξύ ενός πραγματικού ερωτήματος πρακτικής φύσης, που παρεμβάλλεται σε μια εποχή με συγκεκριμένο π.χ. πολιτικό, οικονομικό, θρησκευτικό ή κοσμολογικό πλαίσιο από τη μια πλευρά και, της θεωρητικής γνώσης συγκεκριμένων επιστημονικών πεδίων, όπως η Γεωμετρία, η Μηχανική, η Χημεία κ.ά. από την άλλη. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

31 iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων
Όμως… η εργαστηριακή και τεχνολογική διάσταση της επιστήμης, ως διερευνητική και βιωματική μαθησιακή εμπειρία, δεν αξιοποιείται. Η δημιουργία αντιγράφων ιστορικών πειραμάτων και η μελέτη και χρήση των ιστορικών επιστημονικών οργάνων μπορεί να συμβάλλει στη διδασκαλία και μάθηση των εννοιών των Φυσικών Επιστημών (Reiß 1995 & 2000, Heering 1996 & 2003), αφού τα όργανα, σύμφωνα με τον D. Baird (2004), αποτελούν φορείς γνώσης μέσω της ιδιότητάς τους να παράγουν, με λειτουργικό και ενεργό τρόπο, φαινόμενα. Δραστηριότητες όπως η ανακατασκευή και μελέτη επιστημονικών οργάνων στο πλαίσιο δημιουργίας ιστορικών πειραμάτων συμβάλλουν στην κατανόηση των αλληλεξαρτήσεων ανάμεσα στις δυνατότητες και τον πρακτικό ρόλο των οργάνων στη διαμόρφωση της επιστημονικής γνώσης αφενός και στο πολιτισμικό πλαίσιο κατασκευής και χρήσης τους αφετέρου (McKinney 2004, Metz & Stinner 2006). Πειραματικές διατάξεις, σχεδιασμένες με αφετηρία τις αντίστοιχες ερευνητικές πρακτικές των επιστημόνων στην ιστορία της φυσικής, εισάγουν τους μαθητές στη μεθοδολογία της έρευνας, με τα οποία αναδεικνύονται οι επιστημονικές αρχές. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

32 iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων
Η Ιστορία των Επιστημονικών Οργάνων μπορεί να συμβάλλει στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών Μ Ε Σ Ω της μελέτης της αλληλεπίδρασης του «πλαισίου κατασκευής» με το «πλαίσιο χρήσης» (Warner, 1990), που: εντάσσει την εξέλιξη των Φυσικών Επιστημών σε συγκεκριμένα ιστορικά - πολιτισμικά πλαίσια, τεκμηριώνει την καθιέρωσή τους ως αποτέλεσμα του γνωσιακού τους πλεονεκτήματος και συσχετίζει την κοινωνική τους αποδοχή με τις επιτυχείς τεχνολογικές τους εφαρμογές Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους

33 iii. Παιδαγωγική αξιοποίηση της Ιστορίας των Επιστημονικών Οργάνων
Επομένως… μια πιθανή πρόταση διδακτικής προσέγγισης των Φυσικών Επιστημών είναι μέσω της μελέτης των Επιστημονικών Οργάνων που οι Φυσικές Επιστήμες χρησιμοποίησαν και χρησιμοποιούν κατά την εξελικτική τους πορεία. Τέτοιες διδακτικές προσεγγίσεις καθιστούν τους μαθητές ικανούς να διατυπώνουν υποθέσεις, να πραγματοποιούν έρευνες, να συλλέγουν δεδομένα και να καταλήγουν σε συμπεράσματα. Η διαδικασία στο σύνολό της ευνοεί την ανακαλυπτική μέθοδο, με αποτέλεσμα οι μαθητές να εμπλέκονται ενεργά στην κατανόηση των δύσκολων και αφηρημένων εννοιών, διαμορφώνοντας νέα γνωστικά σχήματα με βιωματικό και διερευνητικό τρόπο. Επιστημονικά Όργανα στη Φυσική: Το πρόβλημα της Μέτρησης του Γεωγραφικού Μήκους