Σάββατο, 14 Αυγούστου 2010

Μελέτη της κίνησης στο χώρο με το wiimote

Η δραστηριότητα που ακολουθεί πραγματοποιήθηκε, με κατάλληλες προσαρμογές,  στο μάθημα της Φυσικής της Β' Γυμνασίου (κινήσεις), της Γ' Γυμνασίου (ταλαντώσεις) και της Α' Λυκείου (κινήσεις). Μπορείτε να απομονώσετε τα αντίστοιχα διδακτικά αντικείμενα προκειμένου να τα εφαρμόσετε στα μαθήματα που επιθυμείτε.

(Λόγω της αξιοποίησης σε αυτό το σενάριο του Wiimote, θα ήταν ενδεχομένως χρήσιμο καταρχάς να ενημερωθείτε  για το Wiimote από αυτή τη σελιδα του ιστολογίου.)

Το θεωρητικό πλαίσιο
Η έρευνα στη διδακτική έχει δείξει ότι η επίτευξη διάφορων ψυχοκινητικών στόχων κατά τη διδασκαλία της Φυσικής, είναι ιδιαίτερα σημαντική, ειδικά για τους μικρότερους  σε ηλικία μαθητές. Η ποσοτική και μόνο διαπραγμάτευση των εννοιών που εμπλέκονται στην περιγραφή των κινήσεων (που αποτελούν σημαντικό μέρος του αναλυτικού προγράμματος σπουδών), αποκόπτει τη σύνδεση εκ μέρους των μαθητών των εννοιών αυτών με την καθημερινή τους ζωή. Η διδασκαλία γίνεται στείρα, το μάθημα βαρετό και το συναισθηματικό κλίμα της τάξης ανίκανο να προωθήσει τη μάθηση.
Άρα, η ενεργοποίηση των μαθητών με την πραγματοποίηση από τους ίδιους μέσα στο χώρο της σχολικής αίθουσας ή του σχολικού εργαστηρίου των κινήσεων που θέλουμε να διδάξουμε, μπορεί να εξυπηρετήσει την ευόδωση των διδακτικών ψυχοκινητικών στόχων μας.
Η χρήση των νέων τεχνολογιών μπορεί να παράσχει επιπλέον τις πολλαπλές αναπαραστάσεις που είναι χρήσιμες για την ενσωμάτωση των νέων εννοιών στο εννοιολογικό  σχήμα κάθε μαθητή. Ιδιαίτερα η χρήση μιας συσκευής πέρα από το πλαίσιο για το οποίο έχει σχεδιαστεί, όπως εδώ προτείνουμε για το χειριστήριο  Wiimote της παιχνοδομηχανής Nintendo, διεγείρει το ενδιαφέρον των μαθητών καθιστώντας τους πιο δεκτικούς και ενεργούς.

Η εφαρμογή
Oι μαθητές, στα διάφορα μαθήματα, κλήθηκαν να κινηθούν με διάφορους τρόπους μέσα στο πεδίο της κάμερας υπερύθρων που διαθέτει ενσωματωμένη το Wiimote, έχοντας προσαρτημένο στη ζώνη τους ένα LED υπερύθρου με την μπαταρία του, ώστε να καταγράφεται η κίνησή τους στο χώρο. Συγκεκριμένα, ζητήθηκε από τους μαθητές να κινηθούν με σταθερό ή μεταβαλλόμενο βηματισμό, να κινηθούν κυκλικά, να χοροπηδήσουν, να κινηθούν κάθετα στον άξονα της κάμερας ή σχηματίζοντας γωνία με αυτόν.
Κατά τη διάρκεια της κίνησής τους τα δεδομένα που συνέλεγε το Wiimote στέλνονταν και αποθηκεύονταν σε ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω διασύνδεσης Bluetooth. Μετά την ολοκλήρωση της κίνησης το αρχείο, τύπου .txt, ανοίγεται με κάποιο πρόγραμμα διαχείρισης φύλλων εργασίας (π.χ. Excel) και δημιουργούνται γραφικές παραστάσεις της θέσης σε συνάρτηση με το χρόνο.
Στο Σχήμα 1 αναπαριστάται η κίνηση μαθήτριας της Α' Λυκείου μπροστά από την κάμερα. Από τη μαθήτρια ζητήθηκε να κινηθεί αρχικά με σταθερό βηματισμό, μετά να παραμείνει για λίγα δευτερόλεπτα ακίνητη, στη συνέχεια να κινηθεί με πιο γρήγορο βηματισμό από ό,τι αρχικά, να παραμείνει και πάλι για λίγο ακίνητη, να επιστρέψει προς τα πίσω, να σταματήσει για λίγο και τελικά να επιστρέψει ακόμη πιο γρήγορα στην αρχική της θέση. Το διάγραμμα αυτό δόθηκε σε τρίτους μαθητές, που δεν παρακολούθησαν την κίνηση της συμμαθήτριάς τους, για να το μελετήσουν με σκοπό να επαναλάβουν την ίδια κίνηση.

 Σχήμα 1. Η θέση σε συνάρτηση με το χρόνο μαθήτριας μπροστά από το Wiimote.


Στο  Σχήμα 2 αναπαριστάται η ταλαντευτική κίνηση που κατέγραψε το wiimote όταν ένας μαθητής της Γ' Γυμνασίου στο μάθημα των ταλαντώσεων, κινούσε το χέρι του περιοδικά μπροστά από την κάμερα.

Σχήμα 2. Ταλαντωτική κίνηση του χεριού μπροστά από το Wiimote.

Η γραφική παράσταση έδωσε τη δυνατότητα να συζητηθούν όλα τα βασικά χαρακτηριστικά της ταλάντωσης. Πέρα από το πλάτος και την περίοδο, η συσσώρευση των σημείων που παρατηρείται στις κορυφές και τις κοιλάδες και η μεγαλύτερη απόσταση των σημείων κοντά στη θέση ισορροπίας οδηγεί αβίαστα στη διαπραγμάτευση της έννοιας ταχύτητα, χωρίς τη χρήση μαθηματικού μοντέλου.
Από άλλο μαθητή της Γ' Γυμνασίου ζητήθηκε να προσπαθήσει να διαγράψει έναν κύκλο με το χέρι του, κρατώντας το αναμμένο LED υπερύθρου μπροστά από την κάμερα του wiimote. Τα δεδομένα που προέκυψαν αναπαριστώνται στο Σχήμα 3.

Σχήμα 3. «Κυκλική» κίνηση με το χέρι όπως καταγράφεται από το wiimote.

Αναπαριστώντας τις θέσεις x και y σε συνάρτηση με το χρόνο, σε αυθαίρετες μονάδες, προκύπτουν οι δύο παρακάτω γραφικές παραστάσεις (Σχήμα 4 και Σχήμα 5 αντίστοιχα).

Σχήμα 4. Η προβολή μιας κυκλικής κίνησης στον άξονα x είναι συνημιτονοειδής.

Σχήμα 5. Η προβολή μιας κυκλικής κίνησης στον άξονα y είναι ημιτονοειδής.

Από αυτές γίνεται φανερό, χωρίς και πάλι να χρησιμοποιηθεί κάποιο μαθηματικό μοντέλο, ότι μια κυκλική κίνηση συνίσταται από δυο περιοδικές κινήσεις, μια με μορφή συνημίτονου και μια με μορφή ημιτόνου.

Συμπεράσματα
Η πραγματοποίηση των κινήσεων που θέλουμε να διδάξουμε εκ μέρους των ίδιων των μαθητών και όχι από κάποιο τρίτο αντικείμενο, αλλά και η γραφική τους απεικόνιση,  βοήθησε τους μαθητές να αντιληφθούν τις κινήσεις και το φυσικό περιεχόμενο των γραφικών παραστάσεων με τρόπο πρωτότυπο και βιωματικό.
Οι μαθητές συμμετείχαν με ενθουσιασμό στο εγχείρημα, ενώ κατάφεραν να περιγράψουν τις κινήσεις που αναπαριστούσαν γραφικές παραστάσεις που τους δόθηκαν σε επόμενο μάθημα, με πολύ μεγαλύτερη επιτυχία από ό,τι συμμαθητές τους άλλου τμήματος που δε συμμετείχαν  στη δραστηριότητα.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου