Η μελέτη της Γης με το μικρόκοσμο της ΓΑΙΑΣ. Των Δαπόντε Ν. κ.α.
Ημερομηνία Thursday, February 12 @ 09:09:18 EET
Θέμα Παρουσίαση Εκπαιδευτικού Λογισμικού


Νίκος Δαπόντες, Γιάννης Κωτσάνης, Σπύρος Τσοβόλας, Βασίλης Οικονόμου

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το λογισμικό ΓΑΙΑ σχεδιάστηκε έτσι ώστε να επιτρέπει στους μαθητές να ακολουθούν τη στρατηγική που συνίσταται από τρεις βασικές φάσεις: προβληματική κατάσταση – διατύπωση υποθέσεων – έλεγχος. Γι αυτό το σκοπό οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες και για την καθοδήγησή τους  χρησιμοποιούν απαραίτητα ένα «Φύλλο εργασίας» στο οποίο καταγράφονται οι απαντήσεις τους. Από την άλλη, ιδιαίτερη φροντίδα δίνεται στη χρήση των πολλαπλών αναπαραστάσεων, των πολλαπλών εισόδων και του άμεσου χειρισμού αντικειμένων.   Σκοπός της εισήγησής μας είναι η παρουσίαση τεσσάρων  μικρόκοσμων του λογισμικού (Ιάσων, Gilbert, Νεύτωνας, Torricelli) στην ομάδα των ενδιαφερομένων εκπαιδευτικών και η παιδαγωγική αναζήτηση αναφορικά α) με την ένταξη του λογισμικού στη διδασκαλία της Γεωγραφίας στο Γυμνάσιο και της Φυσικής στο Λύκειο και β) με τους στόχους, τη δομή και το περιεχόμενο συγκεκριμένων δραστηριοτήτων που συνοδεύουν τους μικρόκοσμους. 



ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Σημείο αφετηρίας της ΓΑΙΑΣ είναι η ιδέα μιας διαθεματικής μελέτης της ίδιας της Γης, κατοικίας του ανθρώπου και πεδίο δράσης του για χιλιάδες χρόνια, αποτελώντας αντικείμενο όχι μόνο στοχασμού αλλά και πρακτικών εφαρμογών. Πρόκειται για ένα αντικείμενο το οποίο, μέσω του εκπαιδευτικού λογισμικού το οποίο αναπτύχθηκε, μαθητές και εκπαιδευτικοί, εμπλέκονται σε ποικίλες διερευνήσεις: από ταξίδια στην επιφάνεια της Γης, την ατμόσφαιρα ή το εσωτερικό της μέχρι τη γεωμαγνητική μελέτη, τη δορυφοροποίηση και τη θέση της Γης στο ηλιακό σύστημα (κάθε μία από τις οποίες συσχετίζεται και με έναν «κόσμο» στο λογισμικό).  Σε επίπεδο προγράμματος σπουδών, στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, η Γη αξιοποιείται ως αντικείμενο μελέτης με διάσπαρτο και ασύνδετο τρόπο, οικοδομώντας έννοιες οι οποίες σχετίζονται με διαφορετικές αναπαραστάσεις και μοντέλα της Γης, όπως για παράδειγμα ο παγκόσμιος χάρτης, η υδρόγειος σφαίρα αλλά και το ουράνιο σώμα.
 
Σκοπός της παρούσας εισήγησης είναι:
• H παρουσίαση των τεσσάρων από τους επτά «κόσμους» της ΓΑΙΑΣ σε ομάδα εκπαιδευτικών οι οποίοι διδάσκουν τα μαθήματα Φυσικών Επιστημών, Μαθηματικών και Γεωγραφίας (δηλ. των κλάδων ΠΕ3 και ΠΕ4). Ποιο συγκεκριμένα η παρουσίαση των «κόσμων» του λογισμικού (κάθε ένας από τους οποίους αποτελείται από επιμέρους μικρόκοσμους), επικεντρώνεται στα ακόλουθα ζητήματα:
- Το διερευνητικό μαθησιακό περιβάλλον και ο διαθεματικός χαρακτήρας του περιβάλλοντος ΓΑΙΑ.
- Η προσομοίωση των φαινομένων και η διαδικασία μοντελοποίησης.
- Η αναζήτηση και η συσχέτιση πληροφοριών με τη βοήθεια συστημάτων διαχείρισης δεδομένων
- Ο έλεγχος της ορθότητας των ιδεών και η πορεία επίλυσης ενός προβλήματος με την αξιοποίηση των «πολλαπλών αναπαραστάσεων» και v. Η παραδοχή ότι η μάθηση ενός γνωστικού τομέα διευκολύνεται όταν ο μαθητής ασκείται στο να μεταβαίνει από μια αναπαράσταση σε άλλη και όταν επιτρέπονται τα «λάθη» σε συγκεκριμένες φάσεις της διδασκαλίας. 
• H εξοικείωση των συμμετεχόντων εκπαιδευτικών με τις λειτουργίες και τις δυνατότητες κάθε μικρόκοσμου με τη βοήθεια επιλεγμένων δραστηριοτήτων και
• H παρουσίαση αυτών των δραστηριοτήτων με τη μορφή «Φύλλων Εργασίας» τα οποία έχουν οικοδομηθεί με βάση τη στρατηγική που ακολουθεί το  βασικό σχήμα:
Πρόβλεψη -> Επιβεβαίωση -> Συμπέρασμα
και την άποψη ότι τα «Φύλλα Εργασίας» οικοδομούνται έτσι ώστε να συνυπάρχουν τα δύο περιβάλλοντα: το παραδοσιακό περιβάλλον χαρτί – μολύβι και το πληροφορικό περιβάλλον του προγράμματος.  Σε όλες τις  περιπτώσεις φροντίζουμε ώστε κάθε δραστηριότητα να έχει μια δομή δηλαδή να αποτελείται από  διακριτά μέρη ή πεδία τα οποία συνδέονται μεταξύ τους χωρίς όμως να διατηρούν μια άκαμπτη γραμμική σειρά παρουσίασης.

Σύμφωνα με την προτεινόμενη  παιδαγωγική προσέγγιση του περιβάλλοντος της ΓΑΙΑΣ κάθε δραστηριότητα  συγκροτείται από 4 βασικά πεδία:
• το πεδίο αναφοράς μιας δραστηριότητας (περιγραφή μιας κατάστασης, προετοιμασία για τα ερωτήματα που πρόκειται να ακολουθήσουν, ανάκληση βασικών γνώσεων)
• το πεδίο ερωτημάτων αναφορικά με την κατάσταση ή το φαινόμενο, τις μετρήσεις, την αναζήτηση στοιχείων και τις προβλέψεις
• το πεδίο ελέγχου των απαντήσεων των μαθητών με τη βοήθεια των πολλαπλών αναπαραστάσεων, και
• τη φάση ολοκλήρωσης κατά την οποία οι μαθητές παρακινούνται να συζητούν μεταξύ τους για τα αποτελέσματα και τον τρόπο με τον οποίο δούλεψαν τα επιμέρους προβλήματα. 

Ακολουθεί μία σύντομη περιγραφή των τεσσάρων κόσμων της ΓΑΙΑΣ (Ιάσονα, Gilbert, Torricelli και Νεύτωνα), εστιάζοντας το ενδιαφέρον μας στο συγκεκριμένο προς διερεύνηση μικρόκοσμο.
ΙΑΣΟΝΑΣ και Ταξίδια στον Κόσμο

 

Η υδρόγειος τρισδιάστατη σφαίρα, ο παγκόσμιος χάρτης καθώς και οι επίπεδοι χάρτες του Ιάσονα (γεωφυσικοί, πολιτικοί ή σκαριφήματα), αποτελούν το βασικό σκηνικό μέσα στο οποίο μπορούν να κινηθούν εξερευνητές με μορφή οχημάτων. Οι δραστηριότητες μπορεί να αναφέρονται σε εκμάθηση εννοιών (όπως το γεωγραφικό μήκος, το γεωγραφικό πλάτος, η κλίμακα και οι ζώνες, η μέτρηση της διαμέτρου της Γης) καθώς και σε εμπέδωση άλλων, παρόμοιων με αυτές. Η εμπειρία από τη σχολική πράξη αποδεικνύει ότι οι μαθητές μπορεί να διδάσκονται τις έννοιες αυτές με τη βοήθεια εποπτικού υλικού (υδρόγειος σφαίρα, χάρτες με δυνατότητα zoom κτλ.) αλλά δεν τις εμπεδώνουν, ώστε να τους γίνονται μόνιμο κτήμα. Ειδικότερα, στον ένα από τους 4 μικρόκοσμους του Ιάσονα, ο μαθητής μπορεί να προκαλέσει, με κατάλληλο χειρισμό, την κίνηση του εξερευνητή και να πραγματοποιήσει ταξίδια στις ηπείρους της Γης έχοντας πρόσβαση σε γεωγραφικές πληροφορίες από τη βάση δεδομένων του μικρόκοσμου.

GILBERT και Μαγνητικοί Χάρτες

 

Από το πείραμα του Gilbert με τις μαγνητικές βελόνες, το οποίο και αποτελεί προσομοίωση του ιστορικού πειράματος (terrela), εμπνέεται ο «κόσμος» αυτός. Για τη μελέτη του μαγνητικού πεδίου ενός τόπου ο μαθητής στην τρισδιάστατη απεικόνιση επιλέγει κάποιο σημείο του χώρου γύρω από τη γήινη σφαίρα και μετακινεί τον εξερευνητή - μαγνητόμετρο γύρω από τη Γη, ώστε να δείχνεται τόσο η γωνία έγκλισης όσο και η γωνία απόκλισης. Σε άλλη αναπαράσταση έχουμε την τρισδιάστατη διανυσματική απεικόνιση του πεδίου και των δύο συνιστωσών (οριζόντια και κατακόρυφη συνιστώσα). Οι γωνίες της απόκλισης και της έγκλισης αισθητοποιούνται σχηματικά. Η αποτύπωση των τριών στοιχείων του μαγνητικού πεδίου (ένταση, απόκλιση, έγκλιση) σε χάρτες, διευκολύνει τους μαθητές να συνειδητοποιήσουν ότι τα τρία αυτά στοιχεία συνυπάρχουν σε κάθε σημείο και μεταβάλλονται ταυτόχρονα. Οι μαθητές μπορούν για παράδειγμα να παρατηρήσουν τους μαγνητικούς πόλους και στους τρεις χάρτες, να συγκρίνουν τις παρατηρήσεις τους και να διαπιστώσουν ότι έχουν χαρακτηριστικά γνωρίσματα και στις τρεις αποτυπώσεις. Συνειδητοποιούν ακόμη ότι σε πολλά μέρη της γης η πυξίδα δείχνει προς μια κατεύθυνση αρκετά διαφορετική από το Βορρά.

TORRICELLI και Ατμόσφαιρα

 

Tο πείραμα του Torricelli αποτελεί το έναυσμα για τη διερεύνηση της γήινης ατμόσφαιρας και των ιδιοτήτων της, με τη βοήθεια αερόστατου (για αποστάσεις από 0 έως 120 km), με την προσομοίωση πτήσης αεροσκάφους (για αποστάσεις μέχρι 12 km) και με την προσομοίωση κίνησης σώματος (κοντά στην επιφάνεια της Γης). Στον 1ο από τους 3 αυτούς μικρόκοσμους χρησιμοποιείται εξερευνητής ο οποίος έχει τη μορφή αερόστατου και μεταφέρει διάφορα όργανα μέτρησης (όπως βαρόμετρο, θερμόμετρο, υγρόμετρο). Ο μαθητής καλείται να πραγματοποίηση ένα ταξίδι πάνω από την επιφάνεια της Γης με το αερόστατό του για να μετρήσει τις διάφορες τιμές για τη θερμοκρασία, την πίεση και την υγρασία σε συνάρτηση με το ύψος (από 0 έως 120 km), καθώς επίσης και την περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διάφορα συστατικά της (όπως CO, CO2, N2, O2 κλπ). Για καλύτερη παρουσίαση των μεταβολών αυτών σε πλανητική κλίμακα, καθορίζονται 7 διαφορετικές κλιματικές ζώνες: τροπικό, υποτροπικό, εύκρατο, ερημικό, ωκεάνιο, ηπειρωτικό και πολικό κλίμα. Κάθε κλιματική ζώνη διακρίνεται σε καλοκαίρι (Μάιο έως Οκτώβριο) και χειμώνα (υπόλοιπους μήνες) και οι μετρήσεις εγγράφονται σε βάσεις δεδομένων ανά χιλιόμετρο.

ΝΕΥΤΩΝΑΣ και Κίνηση Δορυφόρων

Η κίνηση των τεχνητών δορυφόρων είναι επίτευγμα του εικοστού αιώνα και συνιστά φαινόμενο που  δεν προσεγγίζεται πειραματικά. Οι μικρόκοσμοι  του Νεύτωνα οικοδομήθηκαν με σκοπό να προσφέρουν στους μαθητές ένα περιβάλλον κατάλληλο για πειραματισμό με άμεσο χειρισμό ενός ή δύο δορυφόρων γύρω από οποιοδήποτε πλανήτη του ηλιακού συστήματος. Από διδακτική σκοπιά το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στην ποιοτική μελέτη της κίνησης ενός δορυφόρου που διαγράφει κυκλική, ελλειπτική ή παραβολική τροχιά με τη βοήθεια ποικίλων αναπαραστάσεων (προσομοίωση κίνησης, στροβοσκοπική αναπαράσταση, διανυσματική αναπαράσταση της ταχύτητας και της κεντρομόλου δύναμης κατά τη διάρκεια της κίνησης, αναπαράσταση του δεύτερου νόμου Kepler).  Ο μαθητής μπορεί να πραγματοποιήσει μια επιθυμητή κίνηση σε ένα παράθυρο επιλέγοντας την αρχική θέση δορυφόρου (με κλικ και σύρσιμο) και την ταχύτητα του με χειρισμό του διανύσματος της αρχικής ταχύτητας ή των συνιστωσών της και από την άλλη να παρακολουθεί τη μεταβολή των μεγεθών ταχύτητας και δύναμης σε άλλο παράθυρο. Με άλλα λόγια, το περιβάλλον είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να εφαρμόζεται στην πράξη η ιδέα των «πολλαπλών αναπαραστάσεων» και του «άμεσου χειρισμού αντικειμένων» αλλά και η ιδέα της διαθεματικής προσέγγισης των φαινομένων.   

Η κίνηση ενός δορυφόρου που εκτοξεύεται από επιλεγμένη θέση παρέχει ευκαιρία για εφαρμογή συγκεκριμένων νόμων (του νόμου της Παγκόσμιας έλξης, των τριών νόμων του Kepler,  του πρώτου νευτωνικού νόμου της κίνησης) καθώς και εμβάθυνση εννοιών του γνωστικού τομέα της Μηχανικής (ταχύτητα, επιτάχυνση, κεντρομόλο δύναμη).







Το άρθρο αυτό προέρχεται από www.epyna.eu
http://www.epyna.eu

Το URL της ιστορίας αυτής είναι ο εξής
http://www.epyna.eu/modules.php?name=News&file=article&sid=341