ISSN : 2241-4665
|
Σύντομη βιογραφία των συγγραφέων |
Κριτικές του άρθρου |
ISSN : 2241-4665
Ημερομηνία έκδοσης: Αθήνα 22
Ιανουαρίου 2024
‘’ Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΩΝ STEM ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ. Παρουσίαση διδασκαλίας ενός ανθρώπινου νευρώνα. Διερεύνηση
του τρόπου μετάδοσης της πληροφορίας στα κύτταρα μέσω
του νευρώνα.‘’
‘’ THE
IMPORTANCE OF STEM IN THE EDUCATIONAL PROCESS. Teaching presentation of a human
neuron. INVESTIGATING HOW INFORMATION IS TRANSMITTED TO CELLS THROUGH THE
NEURON’’
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ
ΣΑΛΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ
ΣΑΧΙΝΙΔΗΣ
ΣΥΜΕΩΝ Καθηγητής (Μηχανολόγος
Μηχανικός)
Καθηγητής Φυσικός
ΣΑΧΙΝΙΔΟΥ
ΧΡΥΣΗ ΓΕΡΟΝΤΙΔΟΥ
ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ
Δασκάλα Σχολική Νοσηλεύτρια ( Νοσηλεύτρια ΤΕ)
Τρέβλας
Ιωάννης
Ηλεκτρονικός
μηχανικός
Sachinidis Simeon Salis Anastasios
Physical Professor Professor Secondary (Mechanical Engineer)
Education
Sachinidou Chrisi
Gerontidou Evangelia
Teacher School Nurse (Nurse TE)
Trevlas Ioannis
Professor (Electronic engineer)
Περίληψη
Ο
όρος STEM [Science, Technology, Engineering, Mathematics] αναφέρεται στις
Φυσικές Επιστήμες, την Τεχνολογία, την Επιστήμη των Μηχανικών και τα
Μαθηματικά. Στη διδασκαλία με μεθοδολογία STEM υπάρχει μετασχηματισμός της
δασκαλοκεντρικής μεθόδου μάθησης σε ανακαλυπτική - διερευνητική μάθηση. STEM
είναι η σύγχρονη και καινοτόμος διδακτική προσέγγιση που αξιοποιεί 4 κλάδους:
Φυσική , Χημεία, Βιοτεχνολογία και Βιολογία.
Η
εκπαίδευση STEM διδάσκει την ανεξάρτητη καινοτομία και επιτρέπει στους μαθητές
να εξερευνήσουν καλύτερα και εις βάθος όλα τα μαθήματα, χρησιμοποιώντας τις
δεξιότητες που αποκτήθηκαν μέσω αυτής. Υποδειγματικό μάθημα ολοκληρωμένου STEM που θα ασχοληθεί με τον τρόπο
μετάδοσης της πληροφορίας στα κύτταρα μέσω του νευρώνα.
.
Summary
In teaching with STEM [Science, Technology,
Engineering, Mathematics] methodology
there is a transformation of the teacher-centered learning method into
discovery-inquiry-inquiry-based learning. STEM is the modern and innovative
teaching approach that utilizes 4 disciplines: Physics, Chemistry,
Biotechnology and Biology.
STEM education teaches independent
innovation and allows students to explore better and in depth all subjects,
using the skills acquired through it.Exemplary integrated STEM course that will
deal with how information is transmitted to cells through the neuron.
Εισαγωγή
Στη
διδασκαλία με μεθοδολογία STEM υπάρχει μετασχηματισμός της δασκαλοκεντρικής
μεθόδου μάθησης σε ανακαλυπτική - διερευνητική μάθηση. STEM είναι η σύγχρονη
και καινοτόμος διδακτική προσέγγιση που αξιοποιεί 4 κλάδους: Φυσική , Χημεία, Βιοτεχνολογία
και Βιολογία. Το νευρικό σύστημα δεν είναι μόνο συναρπαστικό, αλλά και ένα από
τα πιο σύνθετα θέματα στο μάθημα της σχολικής βιολογίας, ιδιαίτερα επειδή η
εργασία με πραγματικούς νευρώνες δεν είναι εφικτή στο σχολείο. Σε αυτήν την
εργασία περιγράφεται μια δραστηριότητα στην οποία χρησιμοποιείται μια μεμβράνη
από σελοφάν για να ερευνηθεί πώς δημιουργείται σε έναν νευρώνα το δυναμικό
ηρεμίας (Ιντερνετ 1)
Κυρίως
Θέμα
Το νευρικό σύστημα δεν είναι
μόνο συναρπαστικό, αλλά και ένα από τα πιο σύνθετα θέματα στο μάθημα της
σχολικής βιολογίας, ιδιαίτερα επειδή η εργασία με πραγματικούς νευρώνες δεν
είναι εφικτή στο σχολείο. Σε αυτήν την εργασία περιγράφεται μια δραστηριότητα
στην οποία χρησιμοποιείται μια μεμβράνη από σελοφάν για να ερευνηθεί πώς
δημιουργείται σε έναν νευρώνα το δυναμικό ηρεμίας
Το
STEM δηλαδή αποτελεί μια προσέγγιση στην εκπαίδευση που σχεδιάζεται έτσι, ώστε
στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών, οι
οποίες καθίστανται απαραίτητες για την κατανόηση βασικών που σχετίζονται με τις
επιστήμες των Τεχνολογιών και των Φυσικών Επιστημών, καθώς αποτελούν για τον
άνθρωπο
τα μέσα αλληλεπίδρασης με το σύμπαν (Ματσαγγούρας., 2012).
Η εκπαίδευση STEM διδάσκει την ανεξάρτητη καινοτομία και επιτρέπει στους
μαθητές να εξερευνήσουν καλύτερα και εις βάθος όλα τα μαθήματα, χρησιμοποιώντας
τις δεξιότητες που αποκτήθηκαν μέσω αυτής.
Όλα τα επαγγέλματα απαιτούν πλέον εργαζόμενους που έχουν την ικανότητα να
σκέφτονται κριτικά, να δουλεύουν ως μέλη μιας ομάδας και συγχρόνως ανεξάρτητα
και να διαθέτουν δεξιότητες STEM . (Fioriello.,2015)
Σκοπός και ο στόχος της εκπαίδευσης STEM είναι να προετοιμάσει τους μαθητές της
πρωτοβάθμιας και δευτεροβαθμιας εκπαίδευσης να μπορούν να
προσαρμόζονται , να διαχειρίζονται και να αναπτύσσουν καινοτόμες δραστηριότητες που στις τάξεις του λυκείου να είναι σε θέση
να τις διαχειριστούν σαν πραγματικά πλαίσια γνώσεων.
Στόχος
της συγκεκριμένης έρευνας είναι οι μαθητές:
§ σε
συνεργασία με τους εκπαιδευτικούς του σχολείου να αντιμετωπίσουν ένα πρόβλημα που
συναντούν κάθε φορά στο μάθημα και να δώσουν λύση χρησιμοποιώντας την
επιστημονική μέθοδο και τη σύγχρονη τεχνολογία
§ να
εφαρμόσουν τις γνώσεις τους από τα μαθήματα της φυσικής, χημείας και της βιολογίας για να κατανοήσουν
το πως
μεταφέρεται η κυτταρική πληροφορία
από τους νευρώνες
§ να
συνεργαστούν με σχολεία του νομού και με πανεπιστήμια για την επίτευξη ενός
στόχου,
§ με
την ενασχόλησή τους με το project, να καλλιεργήσουν δεξιότητες του 21ου αιώνα,
όπως η επικοινωνία, συνεργασία, δημιουργικότητα και κριτική σκέψη.
§ να
βιώσουν επιτυχίες από τη συμμετοχή, την ολοκλήρωση και παρουσίαση της δημιουργίας
ανθρώπινου νευρώνα.
Διεγείροντας
το νευρώνα τροποποιείται το δυναμικό ηρεμίας, προκαλώντας την εμφάνιση της
ηλεκτρικής ώθησης μέσω της οποίας ο νευρώνας διαβιβάζει πληροφορίες. Προτού ο
νευρώνας μπορέσει να μεταδώσει ξανά πληροφορίες, το δυναμικό ηρεμίας πρέπει να
αποκατασταθεί.
Πώς
όμως δημιουργείται και διατηρείται το δυναμικό ηρεμίας;
Η
απάντηση βρίσκεται εν μέρει στην ημιπερατή φύση της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό
το σημείο αποτελεί αντικείμενο της ερευνάς μας.
Μεταξύ
άλλων συστατικών των ενδοκυτταρικών και εξωκυτταρικών μέσων, υπάρχουν και
διαλυμένα ιόντα, περιλαμβανομένων των ιόντων νατρίου (Na+), βρωμίου (Βr–)
και, κυρίως, των ιόντων καλίου (K+). Όταν ένας νευρώνας μεταδώσει
την ώση και το δυναμικό ηρεμίας αρχίσει να αποκαθίσταται, η συγκέντρωση των
ιόντων καλίου είναι μεγαλύτερη μέσα στο νευρώνα απ’ ότι έξω από αυτόν. Σε
αντίθεση με τα περισσότερα ιόντα, τα ιόντα καλίου μπορούν να μπαινοβγαίνουν
ελεύθερα μέσα και έξω από το κύτταρο, μέσω ειδικών καναλιών ιόντων που υπάρχουν
στη μεμβράνη. Οδηγούμενα από την διαφορά συγκεντρώσεως, τα ιόντα καλίου
διαχέονται έξω από το νευρώνα, προκαλώντας μια καθαρή κίνηση θετικού φορτίου .
Αυτό προκαλεί μια διαφορά δυναμικού κατά μήκος της μεμβράνης, με το
ενδοκυτταρικό μέσο να είναι περισσότερο αρνητικά φορτισμένο από το
εξωκυτταρικό. Αυτό είναι το δυναμικό ηρεμίας, με τιμή περίπου -70 mV. Εικόνα 1
Εικόνα
1 .
Όταν
τα διαλύματα σε κάθε μεριά της ημιπερατής μεμβράνης έχουν διαφορετικές
συγκεντρώσεις (πάνω βέλος), δεν υπάρχει ισορροπία στην κατανομή των θετικών και
αρνητικών φορτίων κατά μήκος της μεμβράνης (κάτω βέλος ), προκαλείται μια διαφορά δυναμικού. Να σημειωθεί ότι η
συγκέντρωση των ιόντων καλίου παραμένει μεγαλύτερη στη μια μεριά της μεμβράνης,
ως αποτέλεσμα της έλξης τους με τα ανιόντα, που έχουν παγιδευτεί από τη
μεμβράνη.
Σε
συνθήκες ηρεμίας, το εσωτερικό του
νευρώνα είναι αρνητικά φορτισμένο σε σχέση με το εξωτερικό και η τιμή του κυμαίνεται από -40 έως -75mV.
Παρόλο
που υπάρχουν επιπλέον παράγοντες που συμμετέχουν στη δημιουργία του δυναμικού
ηρεμίας σε ένα νευρώνα, η συνολική συνεισφορά της διαβάθμισης της συγκέντρωσης
και των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των ανιόντων και των κατιόντων, μπορεί εύκολα να
παρασταθεί στην τάξη χρησιμοποιώντας σελοφάν για την αναπαράσταση της
ημιπερατής μεμβράνης, όπως περιγράφεται παρακάτω.
Υλικά
Για
κάθε ομάδα 2-4 μαθητών, θα χρειαστείτε:
- 300ml διαλύματος βρωμιούχου καλίου (KBr) συγκέντρωσης 0,01Μ
- 100ml διαλύματος βρωμιούχου καλίου (KBr) συγκέντρωσης 0,1Μ
- Αποσταγμένο νερό
- Βολτόμετρο
- Ηλεκτρόδια (χλωριωμένο σύρμα από ασήμι)
- Γυάλινο δοχείο (200-300 ml)
- Χωνί
- Σελοφάν τυλίγματος
- Λαστιχάκι
- Τρεις σφιγκτήρες και σταντ για τους σφιγκτήρες
- Δυο καλώδια με ακροδέκτες
- Σιφώνια
- Ψαλίδι
Διαδικασία
της έρευνας.
Προτού
ξεκινήσετε τη δραστηριότητα, συζητήστε με τους μαθητές πώς εκείνοι θεωρούν ότι
μπορεί να υπάρξει διαφορά δυναμικού σε ένα κύτταρο, και ποια συστατικά του
κυττάρου είναι σημαντικά για τη δημιουργία του. Αναφερθείτε εν συντομία στο
δυναμικό ηρεμίας. Καλούνται οι μαθητές να χρησιμοποιήσουν τις γνώσεις του μαθήματος της χημείας για την
παρασκευή διαλυμάτων 0,1Μ και 0,01Μ.
Στη συνέχεια, ζητήστε από τους μαθητές:
1.Να
γεμίσουν το γυάλινο δοχείο με περίπου 200ml διαλύματος Βρωμιούχο καλίου (KBr)
συγκέντρωσης 0.01 Μ. Εικόνα 2
Εικόνα
2
Αυτό
αντιπροσωπεύει το εξωκυτταρικό μέσο της μεμβράνης. Εικόνα 3
Εικόνα
3
2.Να
κόψουν ένα κομμάτι σελοφάν αρκετά μεγάλο, ώστε να καλύψει τη βάση του χωνιού,
και μετά να ξεπλύνουν το σελοφάν σε αποσταγμένο νερό για να γίνει πιο εύκαμπτο.
Το σελοφάν αντιπροσωπεύει την ημιπερατή μεμβράνη. Εικόνα 4
3,Να
τυλίξουν ένα κομμάτι σελοφάν σφιχτά γύρω από τη βάση του χωνιού και να το
ασφαλίσουν με το λαστιχάκι.
Εικόνα
4
4.Να
χρησιμοποιήσουν έναν σφιγκτήρα για να σταθεροποιήσουν το χωνί στο σταντ,
βυθίζοντας παράλληλα τη βάση του χωνιού στο διάλυμα KBr που βρίσκεται στο γυάλινο δοχείο. Εικόνα
5
Εικόνα
5
5.
Να προσθέσουν διάλυμα 0.1 M KBr στο χωνί, χρησιμοποιώντας
σιφώνιο, μέχρι τα επίπεδα του υγρού εντός και εκτός του χωνιού να είναι ίδια.
Το διάλυμα μέσα στο χωνί αντιπροσωπεύει το ενδοκυτταρικό μέσο
6.
Να συνδέσουν με τους ακροδέκτες τα δυο ηλεκτρόδια στο βολτόμετρο και να
τοποθετήσουν, με τη βοήθεια σφιγκτήρα, το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεμένο με
την κάθοδο του βολτόμετρου μέσα στο διάλυμα του γυάλινου δοχείου. Με τη βοήθεια
άλλου σφιγκτήρα, να τοποθετήσουν το δεύτερο ηλεκτρόδιο, που είναι συνδεδεμένο
με την άνοδο, μέσα στο διάλυμα που βρίσκεται στο χωνί. Εικόνα 6
Εικόνα
6
Η
μετακίνηση των ιόντων γίνεται από το πυκνό στο αραιό.
Το
ιόν του καλίου Κ περνά μέσω της
μεμβράνης. Το ιόν του βρωμίου Br παραμένει στην θέση του.
Αν
αραιώσω το εξωτερικό διάλυμα ( 0,1Μ)
αυξάνεται η τάση, Περνούν περισσότερα Κ.
Οι
μαθητές κατά την διάρκεια της διαδικασίας θα την βιντεοσκοπήσουν, θα ττην φωτογραφίσουν
και θα την καταγράψουν.
Η
κατασκευή της διάταξης και οι πειραματικές δοκιμές μπορεί να γίνουν δια ζώσης
από ολιγομελή ομάδα μαθητών τηρώντας όλα τα απαραίτητα μέτρα ασφαλείας και όσα
ορίζουν τα υγειονομικά πρωτόκολλα.
Βιβλιογραφία
2.Ματσαγγούρας,
Η., Η Διαθεματικότητα στη Σχολική Γνώση, Αθήνα:
Γρηγόρη, 2012.
3.Fioriello, P., Understanding
the Basics of STEM Education, 2015.
© Copyright-VIPAPHARM. All rights reserved
