Teaching the electrical potential with the discovery method and the use virtual laboratory

ISSN : 2241-4665

Αρχική σελίδα περιοδικού C.V.P. Παιδαγωγικής & Εκπαίδευσης

Σύντομη βιογραφία του συγγραφέα

Κριτικές του άρθρου

ISSN : 2241-4665

Ημερομηνία έκδοσης: Αθήνα 11 Ιουλίου 2019

«Διδασκαλία του ηλεκτρικού δυναμικού με την ανακαλυπτική μέθοδο και τη χρήση εικονικού εργαστηρίου»

Μπουγιουκλής Γ. Χρήστος

«Teaching the electrical potential with the discovery method and the use virtual laboratory»

Bougiouklis G. Christos

Περίληψη

Σκοπός της εργασίας είναι η παρουσίαση ενός σεναρίου διδασκαλίας για την ενότητα του ηλεκτρικού δυναμικού, της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού και της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας. Η κατανόηση των παραπάνω εννοιών δυσκολεύει πολύ τους μαθητές και γι’αυτό προτείνεται ένα σενάριο διδασκαλίας το οποίο ολοκληρώνεται σε δύο διδακτικές ώρες. Εφαρμόζεται η πειραματική μέθοδος με τη χρήση λογισμικού προσομοίωσης, σε ένα πλαίσιο ανακαλυπτικής διδασκαλίας που περιλαμβάνει συνδυασμό διδακτικών τεχνικών (καταιγισμό ιδεών, ομαδοσυνεργατική διδασκαλία).

Abstract

The aim of this paper is to present an educational scenario for the unity of the electrical potential, the electric potential difference and the electrostatic field. Understanding the above concepts creates difficulties for students and therefore proposes an educational scenario that ends in two teaching hours. The experimental method is implemented using simulation software, in a framework of discovery teaching, which includes a combination of teaching techniques (brainstorming, collaborative group teaching).

1. Εισαγωγή

Στη μελέτη της ηλεκτροστατικής, το ηλεκτρικό πεδίο, το ηλεκτρικό δυναμικό, η διαφορά δυναμικού και η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια είναι πολύ σημαντικές έννοιες. Είναι όμως αφηρημένες έννοιες και η κατανόησή τους δυσκολεύει πολύ τους μαθητές. Η πλειοψηφία των μαθητών θεωρεί την ηλεκτρική ενέργεια σαν ρευστό που αποτελείται από σωματίδια που μπορούν να μεταδοθούν μέσω αγωγών και δεν είναι σε θέση να εξηγήσει επιστημονικά φαινόμενα που περιλαμβάνουν δράσεις από απόσταση. Σύμφωνα με τον Guisasola οι μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης αλλά και οι φοιτητές κάνουν εσφαλμένες εφαρμογές αυτών των εννοιών και αυτό οφείλεται σε μια κακώς κατανοητή ανάκληση των πληροφοριών που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας (Guisasola, 2014).

2. Διδασκαλία της έννοιας του ηλεκτρικού δυναμικού

Στο βιβλίο του καθηγητή αναφέρεται μόνο ότι η κατανόηση της έννοιας δυναμικό είναι δύσκολη γι' αυτό προτρέπει τους διδάσκοντες να επιστρατεύσουν την εμπειρία τους από το βαρυτικό πεδίο, κατά τη κίνηση μάζας σ' αυτό και το αποτέλεσμα της κίνησης στην δυναμική ενέργειά της (Αλεξάκης και άλλοι, 2007).

Όμως η έννοια του δυναμικού στο βαρυτικό πεδίο είναι άγνωστη στους μαθητές και όσον αφορά τη βαρυτική δυναμική ενέργεια οι μαθητές έχουν την αντίληψη ότι έχει μόνο θετικές τιμές (αφού ως επίπεδο μηδενικής βαρυτικής ενέργειας το σχολικό εγχειρίδιο θεωρεί την επιφάνεια της Γης). Επίσης, για να γίνει η μελέτη του βαρυτικού πεδίου εργαλείο αντιμετώπισης των δυσκολιών μελέτης του ηλεκτροστατικού πεδίου, πρέπει να ξεπεραστούν και άλλα εμπόδια σχετικά με τις ιδέες των μαθητών αφού το ηλεκτρικό φορτίο υπάρχει σε θετικό και αρνητικό είδος. Ακόμα η παραπάνω αναλογία εμπεριέχει και άλλους κινδύνους, όπως να θεωρήσουν οι μαθητές ότι οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις είναι ως προς τη φύση τους ίδιες με τις βαρυτικές. Οπότε η χρήση της παραπάνω αναλογίας δεν ενδείκνυται.

3. Διδακτική τεχνική

Ο όρος διδακτική τεχνική ή τεχνική διδασκαλίας ή εκπαιδευτική τεχνική είναι ένα παιδαγωγικό εργαλείο το οποίο αξιοποιείται στο πλαίσιο των διδακτικών και μαθησιακών δραστηριοτήτων μιας στρατηγικής και τη διδακτική μορφή της διδασκαλίας (Μπέλλου, 2011).

Στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών τα αποτελέσματα που αναδύονται από την εφαρμογή της πειραματικής μεθόδου είναι ιδιαίτερα ωφέλιμα για τους μαθητές αφού το μάθημα αποκτά ζωντάνια και δημιουργεί ευχάριστα συναισθήματα και διάθεση για περαιτέρω μάθηση και οι γνώσεις που παράγονται συνειδητά από τους ίδιους τους μαθητές γίνονται πλήρως κατανοητές (Ρίζου και Φυσάκη, 2007). Βέβαια είναι πολύ δύσκολο να γίνουν πειράματα μέτρησης του δυναμικού σε πραγματικό ηλεκτροστατικό πεδίο στο εργαστήριο φυσικών επιστημών του σχολείου, όμως υπάρχουν αρκετές και πολύ αξιόλογες προσομοιώσεις, όπως η προσομοίωση «Ηλεκτρικά Φορτία & Πεδία» διαθέσιμη στην ηλεκτρονική διεύθυνση: https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-andfields/latest/charges-and-fields_el.html και η προσομοίωση <<Ηλεκτροστατικό πεδίο>> διαθέσιμη στην ηλεκτρονική διεύθυνση: http://photodentro.edu.gr/lor/r/8521/1621.

Στην περίπτωση εφαρμογής της πειραματικής μεθόδου σε φυσικό ή εικονικό εργαστήριο η διδακτική τεχνική είναι η ανακαλυπτική διδασκαλία η οποία είναι έμμεση διδασκαλία αλλά δεν είναι μαθητοκεντρική αφού ο εκπαιδευτικός αποφασίζει ποιά προβλήματα είναι κατάλληλα για τις ανάγκες των μαθητών και ποιά στρατηγική θα ακολουθηθεί. Έτσι είναι σκόπιμο η μέθοδος να πλαισιωθεί ως ένα βαθμό και με άλλες τεχνικές και ο εκπαιδευτικός να έχει προετοιμάσει ένα ολοκληρωμένο σενάριο διδασκαλίας. Με τον καταιγισμό ιδεών οι μαθητές εκφράζουν ελεύθερα και αυθόρμητα ιδέες για το αντικείμενο μελέτης και δίνεται ένα έναυσμα για την έναρξη του μαθήματος και η ευκαιρία στον εκπαιδευτικό να ανιχνεύσει της προϋπάρχουσες ιδέες των μαθητών ενώ με την εργασία των μαθητών σε ομάδες που συζητούν τις ιδέες τους δίνεται η δυνατότητα στον εκπαιδευτικό να κατανοήσει που έχουν δυσκολίες.

4. Σενάριο διδασκαλίας

ΓΝΩΣΤΙΚΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ: Φυσική

ΤΑΞΗ: Β΄ Λυκείου – Γενικής Παιδείας

ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: 3.4. Δυναμικό – Διαφορά δυναμικού

ΘΕΜΑ: Ορισμός του ηλεκτρικού δυναμικού γύρω από ακίνητο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο πηγή. Μελέτη των παραγόντων από τους οποίους εξαρτάται η τιμή του ηλεκτρικού δυναμικού γύρω από ακίνητο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο πηγή. Ποιοτική μελέτη του ηλεκτρικού δυναμικού σε ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από δύο ακίνητα σημειακά ηλεκτρικά φορτία. Τι είναι η διαφορά δυναμικού και σύνδεση των εννοιών του δυναμικού και της διαφοράς δυναμικού με το αντικείμενο άλλων μαθημάτων του λυκείου καθώς και με γενικότερα θέματα της επιστήμης και τεχνολογίας.

ΓΕΝΙΚΟΙ ΣΚΟΠΟΙ: Το σενάριο αυτό ακολουθεί το «Ενιαίο Πλαίσιο Προγράμματος Σπουδών για τη Διδασκαλία της Φυσικής στο Λύκειο» και επιδιώκει να υπηρετήσει για το μαθητή τους παρακάτω διδακτικούς σκοπούς:

> να γνωρίζει την έννοια δυναμικό και τη φυσικό της περιεχόμενο, δηλαδή ότι ως φυσικό μέγεθος μας παρέχει την ενέργεια ανά μονάδα ηλεκτρικού φορτίου σε συγκεκριμένη θέση του πεδίου.

> να γνωρίζει ότι το δυναμικό ελαττώνεται κατά μήκος μιας δυναμικής γραμμής, όπως και κατά τη φορά κίνησης θετικού φορτίου όταν αφεθεί σε ηλεκτρικό πεδίο να κινηθεί.

> να γνωρίζει την έννοια διαφορά δυναμικού και το φυσικό της περιεχόμενο.

ΣΤΟΧΟΙ:

α. Παρακίνηση του ενδιαφέροντος των μαθητών σχετικά με τις έννοιες δυναμικό και διαφορά δυναμικού με αναφορά σε καθημερινές εμπειρίες.

β. Οι μαθητές να δραστηριοποιηθούν στην διερευνητική μάθηση, ανακαλύπτοντας πως μεταβάλλεται το δυναμικό σε συνάρτηση με το φορτίο της πηγής του ηλεκτρικού πεδίου και την απόσταση από την πηγή.

γ. Οι μαθητές να ασκηθούν στη συνεργατική σχολική δράση, προτρέποντας τους μαθητές να εργαστούν σε ομάδες 2-3 ατόμων και στη συνέχεια οι ομάδες να ανταλλάξουν απόψεις – αποτελέσματα μεταξύ τους.

δ. Καλλιέργεια δεξιοτήτων των μαθητών, όπως ανάκλιση, αναγνώριση, σύγκριση, πρόβλεψη, συμπερασμός, παρατήρηση.

ε. Αποσαφήνιση αν η διαφορά δυναμικού είναι το αίτιο ή το αποτέλεσμα του ηλεκτρικού ρεύματος.

στ. Οι μαθητές να αναλάβουν το ρόλο του φυσικού, μέσω της δυνατότητας ποιοτικής μελέτης παραγόντων και συνθηκών που σχετίζονται με τις έννοιες δυναμικό και διαφορά δυναμικού σε ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται από περισσότερα από ένα ηλεκτρικά φορτία.

ΠΡΟΒΛΕΠΟΜΕΝΟΣ ΧΡΟΝΟΣ: Δύο διδακτικές ώρες.

ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: Οι στόχοι αυτής της διδακτικής πρότασης ανταποκρίνονται πλήρως στο ισχύον πρόγραμμα της διδασκαλίας της Φυσικής. Η συγκεκριμένη διδασκαλία γίνεται στο κεφάλαιο ''3.4. Δυναμικό – Διαφορά δυναμικού'' της Φυσικής της Β΄ Λυκείου Γενικής Παιδείας.

ΔΙΔΑΚΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ: Διδακτικό εγχειρίδιο « Φυσική Γενικής Παιδείας, Β Λυκείου», Ενότητα 3.4. Δυναμικό – Διαφορά δυναμικού.

ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ:

· Οι γνώσεις φυσικής Β΄ λυκείου γενικής παιδείας των ενοτήτων:

3.1 Ο νόμος του Coulomb, 3.2. Ηλεκτρικό πεδίο, 3.3. Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια, καθώς οι μαθητές έχουν επίσης διδαχθεί στη Γ΄ γυμνασίου και το ηλεκτρικό κύκλωμα και το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα.

· Διαθεσιμότητα των ηλεκτρονικών υπολογιστών του εργαστηρίου πληροφορικής.

· Μικρή εξοικείωση των μαθητών και του διδάσκοντα στη χρήση του διαδικτύου και διερευνητικού λογισμικού.

· Προηγούμενη εμπειρία των μαθητών σε συνεργατική δραστηριότητα.

· Ευελιξία στο ωρολόγιο σχολικό Πρόγραμμα προκειμένου να γίνει κάποια τροποποίηση αν χρειαστεί, έτσι ώστε να διατεθούν δύο συνεχόμενες διδακτικές ώρες.

ΠΟΡΕΙΑ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ: Οι μαθητές έρχονται στο εργαστήριο πληροφορικής έχοντας διδαχθεί τις παραπάνω προαπαιτούμενες ενότητες φυσικής.

Χωρίζονται σε ομάδες 2-3 μαθητών και κάθε ομάδα έχει διαθέσιμο ένα Η/Υ. Κριτήριο για τη σύνθεση των ομάδων είναι να υπάρχει σε κάθε μια ένας τουλάχιστον μαθητής, που να είναι εξοικειωμένος στη χρήση του διαδικτύου. Ένας μαθητής θα χρησιμοποιεί το πληκτρολόγιο για να αναζητήσει τα κατάλληλα ευρήματα. Οι άλλοι καταγράφουν στοιχεία στο φύλλο εργασίας. Όταν πρόκειται να απαντήσουν σε ερωτήσεις, συνεργάζονται όλοι μαζί.

Α ΦΑΣΗ (στόχοι α, γ, ε – χρόνος 20 λεπτά)

Ζητάμε από τους μαθητές να παρακολουθήσουν στο διαδίκτυο το βίντεο ''Electric Potential: Physics Concept Trailer'' (ή κάποιο ανάλογο) σχετικά με το ηλεκτρικό δυναμικό στο ανθρώπινο σώμα και διάφορες τεχνολογικές εφαρμογές, διαθέσιμο στην ηλεκτρονική διεύθυνση:

https://www.youtube.com/watch?v=ZZJ5znGvYAU&feature=youtu.be

το οποίο (καταιγισμός ιδεών) μπορεί να αποτελέσει έναυσμα για την έναρξη του μαθήματος και αφετηρία για μία γενίκευση (στόχος α).

Τους κατευθύνουμε, ώστε οι ομάδες μαθητών που έχουμε δημιουργήσει να αναζητήσουν στο διαδίκτυο και άλλες εφαρμογές ή φαινόμενα στα οποία οι έννοιες δυναμικό και διαφορά δυναμικού διαδραματίζουν σπουδαίο ρόλο. Συζητάμε μαζί τους, καθώς και οι ομάδες μεταξύ τους, για τα φαινόμενα που ανέφεραν και τα φαινόμενα που παρουσιάζονται στο βίντεο (στόχοι α, γ).

Αναφέρουμε τη μονάδα μέτρησης του δυναμικού και της διαφοράς δυναμικού και συζητάμε με τους μαθητές ποιό άλλο μέγεθος μετριέται σε V, περιμένοντας την απάντηση η τάση μιας πηγής ή η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος, για να καταλήξουμε με τη συζήτηση στην αποσαφήνιση ότι η διαφορά δυναμικού είναι το αίτιο του ηλεκτρικού ρεύματος και όχι το ηλεκτρικό ρεύμα το αίτιο της διαφοράς δυναμικού. Γενικά είναι εύκολο οι μαθητές να διακρίνουν αν υπάρχει ή όχι ηλεκτρικό ρεύμα καθώς και ότι το δυναμικό και η διαφορά δυναμικού συσχετίζονται με την έννοια ομπρέλα ΄΄ηλεκτρισμός΄΄ γι’αυτό είναι αναγκαία η ποιοτική αρχικά προσέγγιση των παραπάνω εννοιών, με τη βοήθεια της Δραστηριότητας 1 του φύλλου εργασίας. (στόχος ε)

Β ΦΑΣΗ (στόχοι β, γ, στ - χρόνος 20 λεπτά)

Οι ομάδες μαθητών σε κάθε υπολογιστή εισέρχονται στο λογισμικό «Ηλεκτρικά Φορτία & Πεδία» διαθέσιμο στην ηλεκτρονική διεύθυνση: https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_el.html και μελετούν με μεταβολή του δυναμικού σε σχέση με την απόσταση από την πηγή του ηλεκτρικού πεδίου εκτελώντας τη Δραστηριότητα 2 του φύλλου εργασίας.

Κάθε ομάδα ανακοινώνει στην ολομέλεια της τάξης τα συμπεράσματά της εξηγώντας πως κατέληξε σε αυτά.

Γ ΦΑΣΗ (στόχοι β, γ, στ - χρόνος 15 λεπτά)

Οι ομάδες μαθητών σε κάθε υπολογιστή εισέρχονται στο λογισμικό «Ηλεκτρικά Φορτία & Πεδία» διαθέσιμο στην ηλεκτρονική διεύθυνση: https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_el.html και μελετούν με μεταβολή του δυναμικού σε σχέση με το φορτίο της πηγής του ηλεκτρικού πεδίου εκτελώντας τη Δραστηριότητα 3 του φύλλου εργασίας.

Κάθε ομάδα ανακοινώνει στην ολομέλεια της τάξης τα συμπεράσματά της εξηγώντας πως κατέληξε σε αυτά.

Δ ΦΑΣΗ (στόχοι β, γ, στ - χρόνος 15 λεπτά)

Οι ομάδες μαθητών σε κάθε υπολογιστή εισέρχονται στο λογισμικό «Ηλεκτρικά Φορτία & Πεδία» διαθέσιμο στην ηλεκτρονική διεύθυνση: https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_el.html και μελετούν με μεταβολή του δυναμικού ανάμεσα σε δύο ηλεκροστατικά πεδία εκτελώντας τη Δραστηριότητα 4 του φύλλου εργασίας.

Κάθε ομάδα αξιοποιώντας τις παρατηρήσεις του εικονικού πειράματος καταλήγει σε συμπεράσματα σχετικά με το αν το δυναμικό είναι μονόμετρο ή διανυσματικό μέγεθος.

Κάθε ομάδα ανακοινώνει στην ολομέλεια της τάξης τα συμπεράσματά της εξηγώντας πως κατέληξε σε αυτά.

Ε ΦΑΣΗ (στόχοι δ, στ - χρόνος 15 λεπτά)

Οι ομάδες μαθητών σε κάθε υπολογιστή αλλά και στην ολομέλεια της τάξης συνεργάζονται ώστε να φτάσουν σε τελικές γενικεύσεις σχετικά με το δυναμικό και τη διαφορά δυναμικού, τόσο ποιοτικές όσο και μαθηματικών διατυπώσεων, εκτελώντας τη Δραστηριότητα 5 του φύλλου εργασίας.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ………………………………………………………

"Δυναμικό – διαφορά δυναμικού"

Δραστηριότητα 1

Χρησιμοποιήστε ορισμένα από τα παραδείγματα που συζητήσαμε και απαντήστε τις ερωτήσεις:

α) Σε ποιές από τις παραπάνω περιπτώσεις εμφανίζεται διαφορά δυναμικού;

...................................................................................................................................................................................................................................................................................

β) Σε ποιές από τις παραπάνω περιπτώσεις υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα; Είναι το αποτέλεσμα ή το αίτιο της διαφοράς δυναμικού;

γ) Σε ποιές από τις παραπάνω περιπτώσεις δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα αλλά θα μπορούσε να εμφανιστεί και υπό ποιές προϋποθέσεις;

Δραστηριότητα 2

Λογισμικό: «Ηλεκτρικά Φορτία & Πεδία» διαθέσιμο στην ηλεκτρονική διεύθυνση: https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_el.html

Οδηγίες

Κάντε κλικ στην επιλογή πλέγμα (άνω δεξί μέρος της επιφάνειας).

Τοποθετήστε στο αριστερό μέρος της επιφάνειας εργασίας ένα θετικό φορτίο +1 nC, οπότε δημιουργείται ένα εικονικό ηλεκτρικό πεδίο.

Μετρήστε το δυναμικό σε απόσταση 1m, 2m, 4m και 8m από την πηγή του ηλεκτρικού πεδίου. Η κλίμακα του μήκους εμφανίζεται κάνοντας κλικ στην επιλογή ''τιμές''.

Γράψτε τις τιμές του δυναμικού σε σχέση με την απόσταση στον παρακάτω πίνακα.

Επαναλάβατε τις μετρήσεις του δυναμικού στις ίδιες αποστάσεις από ένα αρνητικό φορτίο πηγή ηλεκτρικού πεδίου -1 nC και γράψτε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα.

απόσταση από την πηγή

1 m

απόσταση από την πηγή

2 m

απόσταση από την πηγή

4 m

απόσταση από την πηγή

8 m

φορτίο πηγής Q = +1 nC

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

φορτίο πηγής Q = -1 nC

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Υπολογισμοί – Γενικεύσεις

α) Υπολογίστε θεωρητικά (όχι με το λογισμικό) την τιμή του δυναμικού σε απόσταση 16 m από το φορτίο πηγή (και για το θετικό και για το αρνητικό).

β) Πως μεταβάλλεται η τιμή του δυναμικού (κατά απόλυτη αλλά και αλγεβρική τιμή) σε σχέση με την απόσταση από την πηγή;

Δραστηριότητα 3

Οδηγίες

Κάντε κλικ στην επιλογή πλέγμα (άνω δεξί μέρος της επιφάνειας).

Τοποθετήστε στο αριστερό μέρος της επιφάνειας ένα θετικό φορτίο +1 nC.

Μετρήστε το δυναμικό σε απόσταση 5 m από την πηγή του ηλεκτρικού πεδίου.

Επαναλάβατε τις μετρήσεις του δυναμικού στην απόσταση 5 m αυξάνοντας σταδιακά το φορτίο της πηγής σε +2 nC, +4 nC, +8 nC και γράψτε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα.

απόσταση από την πηγή

5 m

φορτίο πηγής Q = +1 nC

φορτίο πηγής Q = +2 nC

φορτίο πηγής Q = +4 nC

φορτίο πηγής Q = +8 nC

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Επαναλάβατε τις μετρήσεις του δυναμικού στην απόσταση 5 m αν το φορτίο της πηγής είναι αρνητικό, δηλαδή το φορτίο της πηγής να είναι -1 nC, -2 nC, -4 nC, -8 nC και γράψτε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα.

απόσταση από την πηγή

5 m

φορτίο πηγής Q = -1 nC

φορτίο πηγής Q = -2 nC

φορτίο πηγής Q = -4 nC

φορτίο πηγής Q = -8 nC

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Δυναμικό

V = …...... V

Υπολογισμοί – Γενικεύσεις

α) Υπολογίστε θεωρητικά (όχι με το λογισμικό) την τιμή του δυναμικού σε απόσταση 5 m από φορτίο πηγή +5 nC.

β) Πως μεταβάλλεται η τιμή του δυναμικού (κατά απόλυτη αλλά και αλγεβρική τιμή) σε σχέση με το φορτίο της πηγής;

Δραστηριότητα 4

Οδηγίες

Κάντε κλικ στην επιλογή πλέγμα (άνω δεξί μέρος της επιφάνειας).

Τοποθετήστε στην επιφάνεια ένα θετικό φορτίο +1 nC και σε απόσταση 6 m από αυτό ένα άλλο θετικό φορτίο +1 nC.

Μετρήστε το δυναμικό στη μέση της απόστασης των δύο παραπάνω φορτίων.

...............................................................................................................................

Τοποθετήστε στην επιφάνεια ένα αρνητικό φορτίο -1 nC και σε απόσταση 6 m από αυτό ένα άλλο αρνητικό φορτίο -1 nC.

Μετρήστε το δυναμικό στη μέση της απόστασης των δύο παραπάνω φορτίων.

...............................................................................................................................

Τοποθετήστε ένα θετικό φορτίο +1 nC και σε απόσταση 6 m από αυτό ένα άλλο αρνητικό φορτίο -1 nC.

Μετρήστε το δυναμικό στη μέση της απόστασης των δύο παραπάνω φορτίων.

...............................................................................................................................

Συμπέρασμα

Από τις παραπάνω μετρήσεις ποιό συμπέρασμα προκύπτει αν το δυναμικό είναι μονόμετρο ή διανυσματικό μέγεθος; Περιγράψτε πως καταλήξατε στο συμπέρασμά σας.

.................................................................................................................................

Δραστηριότητα 5 (γενικά συμπεράσματα)

α) Στηριζόμενοι στα συμπεράσματα των προηγούμενων δραστηριοτήτων ποιά μαθηματική σχέση προτείνεται ανάμεσα στο δυναμικό (V), το φορτίο της πηγής (Q), την απόσταση μέτρησης του δυναμικού από την πηγή (r) και μια σταθερά που εξαρτάται από το υλικό που μεσολαβεί ανάμεσα στην πηγή του ηλεκτρικού πεδίου και το σημείο μέτρησης του δυναμικού (k);

.................................................................................................................................

β) Το δυναμικό σε κάποιο σημείο του ηλεκτροστατικού πεδίου εκφράζει:

i) τη δυναμική ενέργεια της πηγής του ηλεκτρικού πεδίου.

ii) το μέτρο της δύναμης ανά μονάδα φορτίου σε ένα σημείο του ηλεκτρικού πεδίου.

iii) τη δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου σε ένα σημείο του ηλεκτρικού πεδίου.

iv) τη δυναμική ενέργεια ανά μονάδα μήκους μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

γ) Η διαφορά δυναμικού εκφράζει:

i) τη μεταβολή της δυναμικής ενέργεια της πηγής του ηλεκτρικού πεδίου.

ii) την ενέργεια που απαιτείται για τη μετακίνηση μεταξύ των δύο σημείων στο πεδίο της μονάδας του ηλεκτρικού φορτίου.

iii) τη μεταβολή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου σε σχέση με την απόσταση από την πηγή.

iv) τίποτα από τα παραπάνω.

5. Αποτελέσματα και συζήτηση.

Συμπερασματικά, αυτή η εργασία προσφέρει οδηγίες και διδακτική εμπειρία στους εκπαιδευτικούς σχετικά με την οργάνωση της διδασκαλίας με διδακτικά σενάρια. Ο σχεδιασμός διδακτικών σεναρίων απαιτεί μια πολύπλοκη διαδικασία εφαρμογής διδακτικών τεχνικών σε συγκεκριμένα πλαίσια διδασκαλίας, μια διαδικασία που στοχεύει στη γενίκευση απόκτησης γνώσεων σχετικά με τη χρήση των βελτιωμένων διδακτικών μέσων στην σχολική αίθουσα. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για το σχεδιασμό διδακτικών σεναρίων με βάση τα νέα μοντέλα και την εφαρμογή τους στην τάξη.

Βιβλιογραφία

Αλεξάκης Ν., Αμπατζής Σ., Γκουγκούσης Γ., Κουντούρης Β., Μοσχοβίτης Ν., Οβαδίας Σ., Πετρόχειλος Κ., Σαμπράκος Μ., Ψαλίδας Α. (2007). Φυσική Β' τάξης γενικού λυκείου βιβλίο καθηγητή. Αθήνα: Οργανισμός Εκδόσεως Διδακτικών Βιβλίων.

Guisasola J. (2014). Teaching and Learning Electricity: The Relations Between Macroscopic Level Observations and Microscopic Level Theories. Ανακτήθηκε στις 30 Ιουνίου 2019 από: https://www.researchgate.net/publication/264090577_Teaching_and_Learning_Electricity_The_Relations_Between_Macroscopic_Level_Observations_and_Microscopic_Level_Theories#pf16

Μπέλλου Ι. (2011). Διδακτικές τεχνικές. Πάτρα: Υλοποίηση επιμόρφωσης εκπαιδευτικών – επιμορφωτών πληροφορικής.

Ρίζου Β., Φυσάκη Π. (2007). Μέθοδοι και μορφές διδασκαλίας σε δημόσια σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης του νομού Αττικής. Αθήνα: Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο, Διπλωματική Εργασία.

Περιγραφή: Περιγραφή: Περιγραφή: vipapharm