Μελέτη του διδακτικού μετασχηματισμού σε θέματα μηχανικής του στερεού σώματος και των ρευστών στη μη τυπική εκπαίδευση
Creators: name: Τσαρούχας Ευάγγελος Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: μηχανική στερεού σώματος
Μη τυπική εκπαίδευση
Οργάνωση σχολικών επισκέψεων στο ΝΟΗΣΙΣ
mechanics of solid objects
Non-formal education
School visit at Noesis

description: Η διδασκαλία της Φυσικής στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση έγκειται μεταξύ άλλων στην περιγραφή, ερμηνεία και πρόβλεψη των φυσικών φαινομένων. Η μελέτη εννοιών και φαινομένων που δυσκολεύουν τους μαθητές, ενδεχομένως λόγω υψηλών απαιτήσεων σε μαθηματικό υπόβαθρο, θα μπορούσαν να προσεγγιστούν σε ένα διαφορετικό πλαίσιο εκπαίδευσης (μη τυπικής) όπου το θεωρητικό υπόβαθρο δεν είναι προαπαιτούμενο για την κατανόηση του φαινομένου. Ειδικά για το στερεό σώμα, αντιμετωπίζεται ως ένα υλικό σημείο, ενώ τα ρευστά μελετώνται σε κατάσταση ισορροπίας (υδρο/αερο-στατική). Η πρώτη αναφορά σε στερεό σώμα με διαστάσεις καθώς και σε ρευστά εν κινήσει (υδρο/αερο-δυναμική) γίνεται στη Γ’ λυκείου. Λόγω της απαίτησης των πανελληνίων εξετάσεων σε έντονο φορμαλισμό, τα, σχετικά με αυτά τα κεφάλαια, φαινόμενα, όπως η κίνηση του γυροσκοπίου και η δημιουργία δίνης, αν και πολύ ενδιαφέροντα και πολλές φορές βιωματικά, δεν αντιμετωπίζονται σε εννοιολογικό επίπεδο, ώστε οι μαθητές να μπορούν να τα ερμηνεύουν. Στην παρούσα εργασία θα προσεγγίσουμε κάποια θέματα της φυσικής της Γ’ λυκείου. Θα αξιοποιηθούν για τον στόχο αυτό hands-on διατάξεις που είναι εγκατεστημένες στο τεχνοπάρκο του NOESIS και συγκεκριμένα το γυροσκόπιο, το κανόνι αέρα και η μηχανή δημιουργίας δίνης, εκθέματα που ούτως ή άλλως προσελκύουν το ενδιαφέρον των επισκεπτών. Το γυροσκόπιο πραγματοποιεί μια πολύ ιδιαίτερη κίνηση που λέγεται μετάπτωση. Με την κίνηση αυτή τα παιδιά εξοικειώνονται φαινομενολογικά από μικρή ηλικία, λόγω του παιχνιδιού της σβούρας. Παρόλα αυτά δεν είναι σε θέση να την ερμηνεύουν, λόγω του υψηλού μαθηματικού φορμαλισμού και συγκεκριμένα τη χρήση του εξωτερικού γινομένου, το οποίο βρίσκεται εκτός ύλης σε όλο το λύκειο. Από την άλλη μεριά το πείραμα με το κανόνι αέρα ίσως είναι πρωτόγνωρο για τα παιδιά καθώς η κίνηση αυτή του αέρα, λόγω διαφάνειας, δε είναι εύκολα παρατηρήσιμη. Ωστόσο τόσο η σβούρα όσο και η δίνη είναι πιθανές εμπειρίες τους.Μέσα από την μελέτη μας, θα προσπαθήσουμε να μετασχηματίσουμε την απαραίτητη γνώση, ώστε να μην εξαρτάται από το μαθηματικό υπόβαθρο των μαθητών, δημιουργώντας προϋποθέσεις για μια βιωματική αντίληψη της έννοιας του εξωτερικού γινομένου, της έννοιας της συνέχειας καθώς και της αρχής του Bernoulli. Επιλέξαμε η μελέτη μας να γίνει σε ένα περιβάλλον μη τυπικής εκπαίδευσης, όπως αυτό του Τεχνοπάρκου στο NOESIS, με φυσικά αντικείμενα κατάλληλα σχεδιασμένα για την επίδειξη των φαινομένων, καθώς πιστεύουμε ότι η φύση του χώρου ευνοεί τέτοιου είδους εφαρμογές. Πιο αναλυτικά, το περιβάλλον της μη τυπικής εκπαίδευσης επιλέγεται οικειοθελώς από τους μαθητές ενώ έρχονται στον χώρο με προδιάθεση να μάθουν και γνήσιο ενδιαφέρον για το αντικείμενο. Το Ερευνητικό ερώτημα που θα μας απασχολήσει στην παρούσα μελέτη είναι το ακόλουθο: Η αξιοποίηση της μη τυπικής εκπαίδευσης διευκολύνει την κατανόηση φαινομένων που απαιτούν υψηλό μαθηματικό και εννοιολογικό επίπεδο Και θα διερευνηθεί μέσα από τα ακόλουθα υποερωτήματα Α) Μπορούν οι μαθητές να αναγνωρίσουν τα φαινόμενα που παρουσιάζονται στο μουσείο, σχετικά με την περιστροφική κίνηση των στερεών σωμάτων και την κίνηση των ρευστών και να τα συνδέσουν με τη σχολική γνώση; Β) Μπορούν οι μαθητές να επεκτείνουν την ερμηνεία των φαινομένων -περιστροφική κίνηση των στερεών σωμάτων και την κίνηση των ρευστών- για να εξηγήσουν τα φαινόμενα που βασίζονται στις ίδιες αρχές και αναφέρονται στα φύλλα εργασίας; Για να απαντηθούν τα ανωτέρω ερωτήματα προχωρήσαμε σε διδακτικό μετασχηματισμό περιεχομένου αναφορικά με τα τρία μελετώμενα εκθέματα. Ο Διδακτικός μετασχηματισμός περιλάμβανε απλοποίηση των εννοιών της συνέχειας, της γωνιακής ταχύτητας, της διατήρησης της ενέργειας και της στροφορμής. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκαν καθημερινά υλικά όπως τα μπατόν και οι σβούρες, αλλά και πειραματικές διατάξεις του κέντρου διάδοσης επιστημών και μουσείου τεχνολογίας Νόησις. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές, αναμένεται να κατανοήσουν πρακτικά τη νέα γνώση, βιώνοντάς τη και αποφεύγοντας τον μαθηματικό φορμαλισμό, ο οποίος μπορεί να δυσκολεύσει την κατανόηση από μέρους των μαθητών. Για την προτεινόμενη μη τυπική παρέμβαση, αναπτύχθηκαν κατάλληλα φύλλα εργασίας. Η όλη διαδικασία δεν μπόρεσε να εφαρμοστεί λόγο συνθηκών
description: The teaching of Physics in Secondary education lies, among other things, in the description, interpretation and prediction of natural phenomena. The study of concepts and phenomena that are difficult for students, possibly due to high demands on a mathematical background, could be approached in a different context (non-formal) where the mathematical background is not a prerequisite for understanding the phenomenon. Especially for the solid body, it is treated as a point mass, while the fluids are studied in equilibrium (hydro / aerostatics). The first reference to a solid body with dimensions as well as to fluids in motion (hydro / aerodynamics) is made in the last grade of high school. Due to the requirement of the national examinations, the phenomena related to these chapters, such as the gyroscopic motion and the creation of a vortex, although very interesting, are not treated on a conceptual level to interpret them. In this work we will approach some issues of physics of the senior grade. For this purpose, hands-on devices installed in the NOESIS technopark will be utilized, in particular the gyroscope, the air cannon and the vortex generator, exhibits that attract the interest of the visitors anyway. Gyroscopic motion also describes a very special motion called a transition.Students are familiarized with this kind of motion from an early age, due to the drill toy. However, they are not able to interpret it, due to the high mathematical formalism and specifically the use of the external product, which is out of the curriculum. On the other hand, the experiment with the air cannon may be unprecedented for children as this movement of the air, due to transparency, is not easily observable. However, both the drill and the vortex are possible experiences. Through our study, we will try to transform the necessary knowledge so that it does not depend on the mathematical background of the students, creating conditions for a hands on understanding of the concept of the external product, the concept of continuity and the Bernoulli principle. Our study is suggested to take place in a non-formal education environment, such as that of the Sciences-park at NOESIS, with physical objects appropriately designed to display the phenomena, as we believe that the nature of the area favors such applications. More analytically, the environment of non-formal education is chosen by the students while they come to the place with a predisposition to learn and genuine interest in the subject. The research question is the following: The utilization of non-formal education improves the understanding of topicsthat require a high mathematical and conceptual level And will be explored through the following sub-questions A) Can students identify the phenomena presented in the museum, about the rotational motion of solids and the motion of fluids and relate them to school knowledge? B) Can students extend the interpretation of phenomena - rotational motion of solids and fluid motion - to explain phenomena based on the same principles and referred to in worksheets? To answer the above questions, we proceeded to didactic content transformation regarding the three appropriate exhibits. The didactic transformation included simplification of the concepts of continuity, angular velocity, conservation of energy and rotation. In addition, everyday materials such as poles and drills were used, as well as experimental devices from Noisis. In this way, students are expected to practically understand the new concept, experiencing it and avoiding mathematical formalism, which can make it difficult for students to understand. Appropriate worksheets were developed. Unfortunately, the whole process could not be implemented due to 2020 Global health crises