Διδακτικό σενάριο στην “εκπαίδευση STEM”:

μετάδοση θερμότητας με αγωγή

Α. Παλιούρας1, Σ. Ψυχάρης

2

1Εκπαιδευτικός Δ.Ε. Πληροφορικής, arispaliouras@gmail.com

2Καθηγητής, Παιδαγωγικό Τμήμα Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε., spsycharis@gmail.com

Περίληψη

Η συγκεκριμένη εργασία παρουσιάζει μια διδακτική πρόταση για το μάθημα της Φυσικής της

ΣΤ΄ Δημοτικού και εντάσσεται στην ενότητα «Θερμοκρασία – Θερμότητα». Στόχος του

διδακτικού σεναρίου είναι οι μαθητές να μπορέσουν να αντιληφθούν και να οπτικοποιήσουν

το φαινόμενο της μετάδοσης της θερμότητας με τη χρήση σύγχρονων εκπαιδευτικών μέσω

και εργαλείων, όπως είναι ο μικροελεγκτής Arduino και το λογισμικό Easy Java

Simulations(Ejs), εφαρμόζοντας τη μεθοδολογία που ολοκληρώνει τα γνωστικά αντικείμενα

STEM με την ανακαλυπτική/διερευνητική μάθηση.

Λέξεις Κλειδιά: Θερμότητα, Easy Java Simulations, Arduino, Stem

1. Εισαγωγή

Τα τελευταία χρόνια τόσο στην Αμερική όσο και στην Ευρώπη οι αρμόδιοι

φορείς των χωρών που ασκούν εκπαιδευτική πολιτική αναφέρονται στο

STEM. Ο όρος «STEM» [Science, Technology, Engineering

and Mathematics] είναι το ακρωνύμιο το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως από

άτομα σχετικά με την εκπαιδευτική πολιτική, για τα πεδία που αναφέρονται

στις Φυσικές Επιστήμες, την Τεχνολογία, την Επιστήμη των Μηχανικών και

τα Μαθηματικά.

Ο όρος «εκπαίδευση STEM» αναφέρεται στη διδασκαλία και τη μάθηση

στους τομείς της Eπιστήμης, της Tεχνολογίας/Επιστήμης των Υπολογιστών,

της Επιστήμης των Μηχανικών και των Mαθηματικών. Η εκπαίδευση στο

STEM περιλαμβάνει διδακτικές-μαθησιακές ακολουθίες σε όλες τις βαθμίδες

της εκπαίδευσης-από την προσχολική ηλικία έως το μεταδιδακτορικό επίπεδο

- τόσο κατά την διάρκεια του κανονικού ωρολογίου προγράμματος (π.χ.

αίθουσες διδασκαλίας) όσο και κατά την διάρκεια δραστηριοτήτων που

λαμβάνουν χώρα μετά την λήξη του κανονικού ωρολογίου προγράμματος

(π.χ. προγράμματα σχολικών δραστηριοτήτων) (Gonzalez & Kuenzi, 2012).

Η λογική και οι πρακτικές του STEM ξεκίνησαν από τις ΗΠΑ με βασικό

σκοπό την αύξηση της ανταγωνιστικότητας στα πεδία του STEM και την

εμπλοκή των μαθητών σε δραστηριότητες με θέματα σχετικά με τα γνωστικά

αντικείμενα του STEM. Σήμερα, κέντρα STEM υπάρχουν σε όλα τα

Αμερικανικά Πανεπιστήμια και σε πολλά σχολεία δευτεροβάθμιας

εκπαίδευσης, ενώ υπάρχουν και ειδικά σχολεία STEM. Προς την ίδια

κατεύθυνση κινείται και η Ευρώπη. Σύμφωνα με το European Schoolnet

(http://www.eun.org/focus-areas/stem) η Ευρωπαϊκή Ένωση χρηματοδοτεί

έργα που προωθούν το STEM στην εκπαίδευση με σκοπό την προσέλκυση

περισσότερων μαθητών στα πεδία του STEM λόγω των ελλείψεων που

προβλέπονται τα επόμενα χρόνια.

Σύμφωνα με τον Ψυχάρη (2016) η μεθοδολογία που ακολουθεί το STEM είναι

η εγκάρσια διεπιστημονικότητα που εστιάζει στην επίλυση

αυθεντικών­πραγματικών προβλημάτων με την επιλογή θεωριών­ εννοιών και

εργαλείων από διάφορες επιστήμες ώστε να λυθεί ένα πρόβλημα ή να

δημιουργηθεί μια κατασκευή που να συνδυάζει έννοιες και εργαλεία από τις

τέσσερις επιστήμες του STEM (για παράδειγμα, σκεφθείτε τον τρισδιάστατο

εκτυπωτή ­ μια πραγματικά STEM κατασκευή και την έννοια του ορισμένου

ολοκληρώματος για τον υπολογισμό του όγκου των στερεών από τα

μαθηματικά και την έννοια της πυκνότητας από τη Φυσική που θα μπορούσαν

να διδαχθούν με τη χρήση του τρισδιάστατου εκτυπωτή). Η υλοποίηση του

STEM στην διδακτική και την εκπαίδευση, προφανώς δεν απαιτεί εξειδίκευση

των μαθητών και φοιτητών με έννοιες από τα τέσσερα γνωστικά πεδία αλλά

μπορεί να ενσωματωθεί στα αναλυτικά προγράμματα των σχολείων ή των

ΑΕΙ μέσω κυρίως της χρήσης της μεθοδολογίας του STEM σε συνδυασμό με

την ανακαλυπτική/διερευνητική μάθηση μέσω καινοτόμων παιδαγωγικών

μεθόδων. Μια τέτοια, μέθοδος είναι για παράδειγμα η χρήση απλών

αλγορίθμων για την επίλυση όχι προβλημάτων μη σχετικών με τη

καθημερινότητα αλλά προβλημάτων που σχετίζονται με τις βιωματικές

εμπειρίες των μαθητών-φοιτητών και έχουν την ανάγκη ολοκλήρωσης των

τεσσάρων γνωστικών αντικειμένων. Η υλοποίηση του STEM συνδυάζεται με

την Υπολογιστική Επιστήμη (Computational Science), (Psycharis, 2016) ενώ

ως μέθοδο επίλυσης προβλήματος χρησιμοποιείται η υπολογιστική σκέψη

(computational thinking), (Wing,2006).

Στη διδακτική πρόταση που προτείνουμε οι μαθητές θα έρθουν σε επαφή με

τον μικροελεγκτή Arduino (Παράρτημα Α), για να εκτελέσουν το πείραμα που

προτείνεται, και θα μελετήσουν γραφήματα που θα δημιουργούνται σε

πραγματικό χρόνο προκειμένου να απαντήσουν στις ερωτήσεις των φύλλων

εργασίας. Αν υπάρχει ο διαθέσιμος χρόνος ο εκπαιδευτικός θα μπορούσε να

ζητήσει απο τους μαθητές να φτιάξουν το ηλεκτρικό κύκλωμα με το Arduino

(αντί να τους το δώσει έτοιμο) και στη συνέχεια να τους εξηγήσει αναλυτικά

πως δουλεύει η πειραματική διάταξη μελετώντας μαζί με τους μαθητές έννοιες

από τα ηλεκτρικά κυκλώματα και την επιστήμη της Πληροφορικής (hardware,

Προγραμματισμός Η/Υ).

Το σενάριο προβλέπεται να διαρκέσει συνολικά 2 διδακτικές ώρες. Για την

υλοποίηση του σεναρίου οι μαθητές πρέπει να έχουν κατανοήσει και

διαχωρίσει τις έννοιες «θερμότητα» και «θερμοκρασία».

2. Σκοπός και Στόχοι του Διδακτικού Σεναρίου

Στόχος του διδακτικού σεναρίου είναι οι μαθητές να μπορέσουν να

αντιληφθούν και να οπτικοποιήσουν το φαινόμενο μετάδοσης της θερμότητας,

με τη χρήση σύγχρονων εκπαιδευτικών μέσων όπως είναι ο μικροελεγκτής

Arduino (Παράρτημα Α).

Συγκεκριμένα, επιμέρους στόχοι είναι οι εξής:

Σε επίπεδο γνώσεων, επιθυμούμε να διαπιστώσουν οι μαθητές

πειραματικά τη μετάδοση της θερμότητας με αγωγή σε στερεό σώμα.

Να διακρίνουν οι μαθητές διάφορα υλικά σε καλούς ή κακούς αγωγούς

της θερμότητας.

Να κατασκευάζουν γραφικές παραστάσεις στο Excel.

Σε επίπεδο δεξιοτήτων επιθυμούμε οι μαθητές να διαπιστώσουν

πειραματικά ότι η απορρόφηση θερμότητας από ένα σώμα έχεις ως

αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του.

Σε επίπεδο στάσεων επιθυμούμε οι μαθητές να είναι ικανοί να

δικαιολογήσουν τις διαφορές των συντελεστών θερμικής αγωγιμότητας

μεταξύ διαφορετικών υλικών.

Να χρησιμοποιούν τα όργανα μέτρησης των πειραματικών συσκευών.

Να συνεργάζονται σε ομάδες.

Να αναπτύξουν θετική στάση σχετικά με τον επιστημονικό τρόπο

σκέψης.

Να αναπτύξουν θετική στάση για τη διδασκαλία του μαθήματος της

φυσικής.

Να αποδεχθούν την άποψη ότι οι φυσικές επιστήμες είναι κατεξοχήν

πειραματικές επιστήμες.

3. Περιγραφή του διδακτικού σεναρίου

Οι μαθητές μέσα από την υλοποίηση του διδακτικού σεναρίου θα

διαπιστώσουν με τη διαδικασία του υπολογιστικού πειράματος τη μετάδοση

της θερμότητας με αγωγή καθώς και το διαχωρισμό των διαφόρων υλικών σε

καλούς και κακούς αγωγούς της θερμότητας.

Αρχικά, ο εκπαιδευτικός χρησιμοποιεί σαν έναυσμα ενδιαφέροντος των

μαθητών μια εικόνα, προκαλώντας τη συζήτηση μεταξύ των μαθητών και τη

διατύπωση υποθέσεων με βάση το εισαγωγικό ερώτημα που έχει παραθέσει

δίπλα στην εικόνα (Φάση 1),σύμφωνα με τη διαδικασία του υπολογιστικού

πειράματος (Psycharis, 2015; Psycharis, 2016). Επιπλέον, ζητά από τους

μαθητές να απαντήσουν σε δύο ερωτήματα, τα οποία παρατίθενται στο φύλλο

εργασίας, έτσι ώστε να ελέγξει τις πρότερες γνώσεις τους και εννοιολογικές

δομές . Υπενθυμίζει ότι κατά τη μετάδοση της θερμότητας με αγωγή, τα μόρια

του σώματος που βρίσκονται σε περιοχές με υψηλότερη θερμοκρασία

μεταδίδουν τη θερμική ενέργεια σε γειτονικά τους μόρια που βρίσκονται σε

περιοχές με χαμηλότερη θερμοκρασία. Η μετάδοση μπορεί να γίνεται και από

μόρια ενός σώματος σε μόρια άλλου σώματος χαμηλότερης θερμοκρασίας,

όταν τα σώματα είναι σε επαφή. Ακολούθως, προβάλλεται στην τάξη βίντεο

(https://www.youtube.com/watch?v=Ghf81at3H_U) που δίνει μια μικροσκοπική

εξήγηση του φαινομένου της μετάδοσης της θερμότητας με αγωγή.

Στη συνέχεια, (Φάση 2), οι μαθητές εργαζόμενοι σε ομάδες ακολουθούν βήμα

προς βήμα τις οδηγίες της Δραστηριότητας 1 που αφορά στη μέτρηση

θερμοκρασίας των τριών σημείων μιας μεταλλικής ράβδου πριν θερμανθεί,

αφότου αρχίζει να θερμαίνεται και μερικά λεπτά αφότου έχει σταματήσει η

θέρμανση της ράβδου. Στο στάδιο αυτό θα υπάρχει σύνδεσμος προς έναν

εκπαιδευτικό πόρο που έχει αναρτηθεί στην κοινότητα Easy Java Simulations

του αποθετηρίου σεναρίων Open Discovery Space

(http://portal.opendiscoveryspace.eu/edu-object/heat-transfer-conduction-

monitoring-tool-844601). Μέσα σε αυτόν τον εκπαιδευτικό πόρο υπάρχει ένα

αρχείο .jar (εκτελέσιμο αρχείο) με την εκτέλεση του οποίου θα εμφανίζονται

τρία διαγράμματα «Χρόνου – Θερμοκρασίας». Τα τρία αυτά διαγράμματα θα

αντιστοιχούν σε 3 σημεία (Α, Β, Γ) μιας μεταλλικής ράβδου. Στα σημεία Α, Β,

Γ θα υπάρχουν τρεις αισθητήρες θερμοκρασίας οι οποίοι θα συνδέονται με

έναν μικροελεγκτή Arduino.

Οι μαθητές θα ζεστάνουν την μια άκρη της μεταλλικής ράβδου (με έναν απλό

αναπτήρα) και θα παρατηρήσουν πως μεταβάλλεται η θερμοκρασία στα

σημεία Α, Β, Γ. Από τις μετρήσεις αυτές οι μαθητές θα συμπληρώσουν τους

πίνακες των φύλλων εργασίας.

Στην επόμενη φάση (Φάση 3), οι μαθητές επαναλαμβάνουν τη διαδικασία

μέτρησης θερμοκρασίας μετά τη θέρμανση της ράβδου αλλά αυτή τη φορά

χρησιμοποιούν τρεις ράβδους ιδίων διαστάσεων αλλά από διαφορετικό υλικό

(Αλουμίνιο, Ορείχαλκος Κίτρινος, Ατσάλι (χάλυβας)). Με αυτόν τον τρόπο θα

μελετήσουν το πόσο γρήγορα μεταδίδεται η θερμότητα ανάλογα με το υλικό.

Μετά την ολοκλήρωση των πειραμάτων, στην 4η Φάση, οι μαθητές

χρησιμοποιούν το σύνδεσμο http://photodentro.edu.gr/v/item/ds/8521/8583

και παρατηρούν την κίνηση των μορίων όταν θερμαίνουμε ένα τηγάνι στην

εστία της κουζίνας. Με την υποστήριξη του δασκάλου, εάν χρειαστεί,

διατυπώνουν τα συμπεράσματά τους και πιθανώς προκαλείται γνωστική

σύγκρουση με τις προϋπάρχουσες αντιλήψεις τους.

Συγκεκριμένα, πρέπει να επισημανθούν τα εξής:

Ανάλογα με το «πόσο καλά» μεταδίδεται η θερμότητα σε ένα υλικό, το

υλικό αυτό το χαρακτηρίζουμε καλό ή κακό αγωγό της θερμότητας.

Κατά τη μετάδοση της θερμότητας με αγωγή, τα μόρια του σώματος

που βρίσκονται σε περιοχές με υψηλότερη θερμοκρασία μεταφέρουν τη

θερμική τους ενέργεια σε γειτονικά τους μόρια που βρίσκονται σε

περιοχές με χαμηλότερη θερμοκρασία.

Η μετάδοση μπορεί να γίνεται και από μόρια ενός σώματος σε μόρια

άλλου σώματος χαμηλότερης θερμοκρασίας, όταν τα σώματα είναι σε

επαφή.

Τα διάφορα σώματα χωρίζονται σε καλούς και κακούς αγωγούς της

θερμότητας ανάλογα με το πόσο εύκολα μεταδίδεται η θερμότητα σε

αυτά.

Τα υλικά που είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας λέμε ότι έχουν μεγάλη

θερμική αγωγιμότητα.

Καλοί αγωγοί είναι κυρίως τα μέταλλα, όπως χαλκός, σίδηρος κλπ ενώ

κακοί είναι το γυαλί, το ξύλο, το πλαστικό, ο φελλός, το χαρτί, ο αέρας

κλπ

Οι κακοί αγωγοί λέγονται και θερμομονωτικά υλικά.

Στην 5η Φάση οι μαθητές καλούνται να συνδέσουν τη νέα γνώση με

εφαρμογές της στην καθημερινή ζωή. Με αυτόν τον τρόπο διαπιστώνουν την

πρακτική εφαρμογή των όσων έμαθαν ενώ παράλληλα αφομοιώνουν

καλύτερα τις νέες πληροφορίες.

4. Επιστημολογική προσέγγιση και εννοιολογική ανάλυση –

Θέματα θεωρίας διδακτικού σεναρίου

Όσον αφορά τη διδακτική προσέγγιση υιοθετούμε τις βασικές ιδέες του

Piaget και του Papert: «Ο διδάσκων οφείλει να δημιουργεί κατάλληλες

συνθήκες για να μπορέσουν οι μαθητές να οικοδομήσουν τις γνώσεις τους».

Το σενάριο είναι θεμελιωμένο στην θεωρία μάθησης του εποικοδομητισμού

διότι ο μαθητής χτίζει την γνώση του ανιχνεύοντας, διερευνώντας και

αλληλεπιδρώντας με την πειραματική διάταξη (με τον μικροελεγκτή Arduino)

και το λογισμικό Heat transfer by conduction Monitoring Tool

(Παράρτημα Β).

5. Χρήση Η/Υ και γενικά ψηφιακών μέσων

Το σενάριο έχει ως στόχο οι μαθητές να κατακτήσουν τη νέα γνώση και να

δομήσουν τις έννοιες μέσα από την διερεύνηση και την ανακάλυψη.

Χρησιμοποιώντας τις αρχικές τους αντιλήψεις, κάνουν υποθέσεις,

παρατηρούν, προβλέπουν, συγκρίνουν, πραγματοποιούν μετρήσεις,

ταξινομούν, ελέγχουν τις υποθέσεις τους, εξάγουν συμπεράσματα, κάνουν

γενικεύσεις και αναθεωρούν. Οι μαθητές έχουν ενεργητικό ρολό στην

διεξαγωγή του μαθήματος. Δεν είναι απλά παθητικοί δέκτες της

επιστημονικής γνώσης αλλά συμμετέχουν στην οικοδόμηση αυτής.

Μαθαίνουν να συνεργάζονται σε ομάδες, να παραθέτουν τις ιδέες τους και να

συζητούν μεταξύ τους. Ο δάσκαλος έχει απλά καθοδηγητικό και οργανωτικό

ρόλο. Με τη χρήση Η/Υ διεγείρεται το ενδιαφέρον των μαθητών και

παρέχεται η δυνατότητα της χρησιμοποίησης ενός υπολογιστικού πειράματος

ισοδύναμου με το κλασικό πείραμα. Οι μαθητές οικοδομούν τη γνώση

διερευνητικά - ανακαλυπτικά μέσω της υπολογιστικής διαδικασίας καθώς

επίσης καλλιεργούν και τον υπολογιστικό τρόπο σκέψης.

6. Αναπαραστάσεις των μαθητών / Πρόβλεψη δυσκολιών

Στο βιβλίο του δασκάλου "ΕΡΕΥΝΩ ΚΑΙ ΑΝΑΚΑΛΥΠΤΩ - ΒΙΒΛΙΟ ΓΙΑ

ΤΟΝ ΔΑΣΚΑΛΟ - ΣΤ' ΔΗΜΟΤΙΚΟΥ" αναφέρεται ότι:

Οι περισσότεροι μαθητές συγχέουν τα φυσικά μεγέθη "Θερμοκρασία"

και "Θερμότητα". Η σύγχυση αυτή επιτείνεται από την πολλές φορές

λανθασμένη χρήση των όρων στην καθημερινή ζωή.

Πολλοί μαθητές, για να ερμηνεύσουν τα σχετικά με την θερμότητα

φαινόμενα, "επινοούν" ένα νέο μέγεθος, την "ψυχρότητα". Αντί δηλαδή

να αντιλαμβάνονται το ψύχος ως έλλειψη θερμότητας, του προσδίδουν

ανεξάρτητη απόσταση. Καθημερινές εκφράσεις, όπως "κλείσε το

παράθυρο για να μην μπει κρύο μέσα", "κλείσε το ψυγείο για να μην

φύγει η ψύξη", "σήμερα κάνει κρύο, έχει ψύχρα", επιτείνουν τη

σύγχυση των μαθητών.

7. Διδακτικό συμβόλαιο – Διδακτική μετατόπιση – Θεωρητικά

θέματα – Διδακτικός θόρυβος

Κατά την εκτέλεση του σεναρίου εκτιμάται ότι δεν θα υπάρξουν σημαντικά

προβλήματα σε σχέση με την ταχύτητα λειτουργίας του Η/Υ – Λογισμικού

Heat transfer by conduction Monitoring Tool (Παράρτημα Β). Η

πειραματική διάταξη είναι απλή και θα δοθεί έτοιμη στους μαθητές. Συνεπώς,

δεν θα υπάρξουν προβλήματα χρήσης της πειραματικής διάταξης ή εκκίνησης

του λογισμικού ή δυσλειτουργίες που θα επηρεάσουν το μάθημα (διδακτικός

θόρυβος). Επίσης το διδακτικό συμβόλαιο δεν θα ανατραπεί διότι οι

δραστηριότητες κάθε φάσης είναι απλές, ρεαλιστικές και οδηγούν το μαθητή

βήμα-βήμα στην ομαλή εξοικείωσή του με το λογισμικό και το υλικό

(πειραματική διάταξη).

8. Υποκείμενη θεωρία μάθησης

Βασική ιδέα στην οποία στηρίζεται το σενάριο είναι κατ’ αρχάς ο

κονστρουκτιβισμός. Οι μαθητές, θα αλληλεπιδράσουν με το λογισμικό και το

υλικό (πειραματική διάταξη) προκειμένου να δημιουργήσουν την δική τους

γνώση για την μετάδοση της θερμότητας με αγωγή. Θα έχουν τη δυνατότητα

να αλληλεπιδράσουν σε μεγάλο βαθμό με τους συμμαθητές τους, να

αναπτύξουν κοινωνιογνωστικές συγκρούσεις και έτσι να αναγκαστούν να

διατυπώσουν τις γνώμες τους, να εκφράσουν απόψεις, να

επιχειρηματολογήσουν, να διαφωνήσουν και να εμπλουτίσουν έτσι και να

εκλεπτύνουν της αρχικές τους αντιλήψεις.

Οι μαθητές οικοδομούν μόνοι τους τη γνώση, αξιοποιώντας ποικίλους

ψηφιακούς πόρους, καθώς σύμφωνα με τον εποικοδομητισμό - θεωρία Piaget

- η γνώση είναι μία ενεργητική διαδικασία δόμησης η οποία δομείται σε

συνάφεια με το περιβάλλον όπου συναντάται, ενώ οι μαθητές οικοδομούν τη

μάθηση μέσω συνεργασίας και διαλόγου & μέσω των εμπειριών τους. Έτσι, οι

προτεινόμενες δραστηριότητες μάθησης αφορούν τη σταδιακή μετάβαση από

το απλοποιημένο στο συνθετότερο περιβάλλον μάθησης και ένα αυθεντικό

μαθησιακό περιβάλλον.

Πιο συγκεκριμένα, όσον αφορά στη διδακτική προσέγγιση υιοθετούμε τις

βασικές ιδέες του Piaget και του Papert: O διδάσκων οφείλει να δημιουργεί

κατάλληλες συνθήκες για να μπορέσουν οι μαθητές να οικοδομήσουν τις

γνώσεις τους (Papert, 1993). Το σενάριο είναι λοιπόν θεμελιωμένο βασικά

στη θεωρία μάθησης του εποικοδομητισμού διότι ο μαθητής χτίζει την γνώση

του ανιχνεύοντας, διερευνώντας και αλληλεπιδρώντας με την πειραματική

διάταξη (με τον μικροελεγκτή Arduino) και το λογισμικό Heat transfer by

conduction Monitoring Tool (Παράρτημα Β).

9. Οργάνωση της τάξης – Εφικτότητα σχεδίασης

Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των 4-5 ατόμων στην αίθουσα

υπολογιστών. Η κάθε ομάδα θα έχει στην διάθεσή της έναν υπολογιστή και

την πειραματική διάταξη με τον μικροελεγκτή Arduino. Ο δάσκαλος πρέπει

να έχει φροντίσει ότι όλοι οι υπολογιστές έχουν εγκατεστημένη την τελευταία

έκδοση της JAVA για να τρέχει χωρίς προβλήματα το λογισμικό Heat

transfer by conduction Monitoring Tool (Παράρτημα Β).

10. Επεκτάσεις/Διασυνδέσεις των εννοιών ή των

δραστηριοτήτων

Μια επέκταση του συγκεκριμένου σεναρίου είναι η εισαγωγή των μαθητών

στην έννοια της θερμικής αγωγιμότητας. Με την προσθήκη δραστηριοτήτων

διερευνητικής μάθησης θα μπορούσαν οι μαθητές να απαντήσουν στα

παρακάτω ερωτήματα:

α) Τι είναι θερμική αγωγιμότητα και ποια η σχέση της στη μεταφορά

θερμότητας;

β) Ποιος είναι ο συντελεστής που την εκφράζει;

γ) Διαφέρει σε κάθε υλικό;

δ) Πως μπορούμε να τον υπολογίσουμε;

ε) Η διατομή του υλικού ( το πάχος ) έχει επίδραση και ποια;

11. Περιγραφή δραστηριοτήτων – Φύλλα εργασίας

Τα φύλλα εργασίας έχουν αναρτηθεί στις παρακάτω ιστοσελίδες:

Φύλλο Εργασίας Ιστοσελίδα

Φύλλο εργασίας 1 http://robotics-edu.gr/data/histem2016/fe1.pdf

Φύλλο εργασίας 2 http://robotics-edu.gr/data/histem2016/fe2.pdf

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ

Α) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ

Υλικά που χρειάζονται για την υλοποίηση της πειραματικής διάταξης:

• Arduino UNO microcontroller ή συμβατό UNO microcontroller

• Τρία thermistors με καλώδιο για 3D εκτυπωτή

(http://grobotronics.com/theristor-100kohm-with-cable-for-3d-

printer.html)

• Απλά καλώδια σύνδεσης ηλεκτρονικών στοιχείων στο Breadboard

• USB Cable

• 3 αντιστάσεις 220 Ohm

Υλοποίηση πειραματικής διάταξης με Arduino

Β) Heat transfer by conduction Monitoring Tool (EJS Monitoring Tool)

http://portal.opendiscoveryspace.eu/edu-object/heat-transfer-conduction-

monitoring-tool-844601

Το GUI της εφαρμογής αποτελείται από τρία γραφήματα και τρεις πίνακες

που αντιστοιχούν στα τρία thermistor. Το γράφημα απεικονίζει την

θερμοκρασία του thermistor και ο πίνακας (κάτω από το γράφημα)

καταγράφει τις θερμοκρασίες του thermistor ανά ένα δευτερόλεπτο. Τα τρία

thermistor τα τοποθετούμε στα σημεία της μεταλλικής ράβδου που θέλουμε να

πάρουμε μετρήσεις. Το γράφημα κάτω από τους πίνακες απεικονίζει

ταυτόχρονα την θερμοκρασία και των τριών thermistor.

Στιγμιότυπο Α: Πριν την θέρμανση της μεταλλικής ράβδου

Στιγμιότυπο Β: Η μεταλλική ράβδος θερμαίνεται

Στιγμιότυπο Γ: Έχει σταματήσει η παροχή θερμότητας στην ράβδο

Στιγμιότυπο Δ: Η θερμοκρασία της ράβδου έχει επανέλθει στην αρχική της

κατάσταση

Αναφορές

Gonzalez, H. B., & Kuenzi, J. J. (2012). Science, technology, engineering, and

mathematics (STEM) education: A primer. Congressional Research Service.

Ανακτήθηκε 7 Οκτωβρίου, 2016 από

http://www.fas.org/sgp/crs/misc/R42642.pdf.

Papert, S. (1993). The children’s machine: Rethinking schools in the age of the

computer. New York: Basic Books.

Psycharis, S. (2015). ‘The Impact of Computational Experiment and

Formative Assessment in Inquiry Based Teaching and Learning Approach

in STEM Education ; Journal of Science Education, and Technology

25(2),316-326 (JOST) DOI 10.1007/s10956-015-9595-z

Psycharis, S., (2016).‘Inquiry Based- Computational Experiment, Acquisition

of Threshold Concepts and Argumentation in Science and Mathematics

Education (Accepted for publication at Journal “Educational Technology &

Society”- Volume 19, Issue 3, 2016.

Wing, J. M .(2006). Computational thinking. Communications of the ACM, 49, 33-

35.

Ψυχάρης, Σ. (2016). Η Καινοτομία-Αριστεία στα Πρότυπα Σχολεία ως

συνάρτηση του STEM και της Διαφοροποιημένης Μάθησης. Ανακτήθηκε 7

Οκτωβρίου, 2016 από http://goo.gl/RsgWzV.