Πέμπτη, 1 Σεπτεμβρίου 2011

Διαχωρίζοντας την τριβή ολίσθησης από τη στατική τριβή

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η κοινωνική συνιστώσα της μάθησης έχει προσελκύσει το ερευνητικό ενδιαφέρον τις τελευταίες δύο δεκαετίες, μέσα από τις προσπάθειες για την βελτίωση της παρεχόμενης εκπαίδευσης στις φυσικές επιστήμες. Οι παραδοσιακές διαλέξεις, οι οποίες υιοθετούνται από την πλειοψηφία των διδασκόντων στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, βασίζονται στη μονόδρομη επικοινωνία διδάσκοντος– διδασκόμενου. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στην παραδοχή ότι οι μαθητές είναι ικανοί να προσλάβουν την παρεχόμενη πληροφορία και να την ενσωματώσουν στο σύνολο των γνώσεών τους, υπερβαίνοντας τις γνωστικές συγκρούσεις μεταξύ όσων καταλαβαίνουν και πιστεύουν και των νέων γνώσεων στις οποίες εκτίθενται. Ελάχιστοι ωστόσο μαθητές είναι ικανοί να κάνουν κάτι τέτοιο.
Η αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη διδακτικών προσεγγίσεων που αυξάνουν τη συχνότητα και την ποιότητα των αλληλεπιδράσεων κατά τη διάρκεια του μαθήματος, όπως είναι η διδασκαλία μεταξύ ομότιμων (peer instruction) και την προώθηση ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων που εμπλέκουν ενεργά το σύνολο των μαθητών. Κοινός σκοπός όλων αυτών είναι η ενεργοποίηση των μαθητών και η αύξηση του ενδιαφέροντος για τις φυσικές επιστήμες, η ανάπτυξη συνεργατικού πνεύματος των μαθητών και η βαθύτερη κατανόηση των εννοιών των φυσικών επιστημών.
Σημαντικό ρόλο στις διδακτικές προσεγγίσεις που επιχειρούνται διαδραματίζει η σύγχρονη εκπαιδευτική τεχνολογία, παρέχοντας αυξημένες δυνατότητες επικοινωνίας και αλληλεπίδρασης αλλά και εξατομίκευσης της μαθησιακής διαδικασίας. Μία τέτοια τεχνολογία συνιστούν και τα συστήματα απόκρισης (Classroom Response Systems - CRSs) ή «κλίκερς», όπως αλλιώς ονομάζονται. Με τη χρήση τους επιχειρείται η δημιουργία ενεργού περιβάλλοντος μάθησης.

 
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΚΛΙΚΕΡΣ
Τα κλίκερς είναι εξειδικευμένοι υπολογιστές παλάμης με δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας με έναν σταθμό βάσης. Ο σταθμός βάσης συλλέγει τα δεδομένα και τα μεταφέρει σε έναν Η/Υ με τον οποίο είναι συνδεδεμένος μέσω θύρας USB. Κάθε μονάδα (κλίκερ) αναγνωρίζεται από το σύστημα μέσω ενός αριθμού ταυτότητας που του αντιστοιχεί. Ανάλογα με τον τύπο της συσκευής, κάθε μαθητής ή ομάδα μαθητών ή/και όλοι οι μαθητές μπορούν να δέχονται συγκεκριμένες ερωτήσεις (τις ίδιες ή διαφορετικές ανά μαθητή ή ανά ομάδα) στην οθόνη της συσκευής τους, να απαντούν στέλνοντας κείμενο (με λατινικούς χαρακτήρες), αριθμητικά αποτελέσματα, απαντήσεις σε ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, απαντήσεις τύπου Σωστό – Λάθος και απαντήσεις ακολουθίας («να βάλετε στη σωστή σειρά»). Οι μαθητές πληροφορούνται ότι η απάντησή τους καταχωρήθηκε, ενώ υπάρχει η δυνατότητα να ενημερώνονται αν έχουν απαντήσει σωστά ή λανθασμένα (ανάδραση μαθητών). Μέσω λογισμικού, που συνεργάζεται με εμπορικά πακέτα παρουσιάσεων, είναι δυνατό αμέσως μετά την αποστολή των απαντήσεων από όλους τους μαθητές να παρουσιαστούν στατιστικά στοιχεία για τις απαντήσεις που δόθηκαν. Τα στοιχεία αυτά είναι δυνατό να προβάλλονται σε όλη την τάξη με τη βοήθεια προβολικού συστήματος.
Τα κλίκερς αποτελούν μια εκπαιδευτική τεχνολογία αιχμής η οποία μπορεί να εμπλέξει ενεργά στην εκπαιδευτική διαδικασία το σύνολο των μαθητών. Όπως κάθε τεχνολογία, όμως, είναι αδύναμη να παράσχει ουσιαστικά μαθησιακά οφέλη αν δεν αξιοποιηθεί παιδαγωγικά ορθά. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος αξιοποίησης των κλίκερς είναι η διδακτική μεθοδολογία που είναι γνωστή ως διδασκαλία μεταξύ ομότιμων, η οποία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία τόσο σε Πανεπιστήμια των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής όσο και άλλων χωρών του εξωτερικού.
Σύμφωνα με αυτή τη διδακτική προσέγγιση, ο διδάσκων θέτει μία ερώτηση εννοιολογικού περιεχομένου την οποία απαντάει κάθε μαθητής μόνος του. Κατά περίσταση, ο διδάσκων προβάλλει ή όχι την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών αμέσως μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας αποστολής των απαντήσεων από τους μαθητές (παροχή ανάδρασης) και στη συνέχεια ζητείται από τους μαθητές να συσκεφθούν σε ομάδες των 3-4 ατόμων προσπαθώντας να υπερασπιστούν την άποψή τους και να πείσουν για την ακρίβειά της τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας. Μετά από μερικά λεπτά οι μαθητές απαντούν και πάλι στην ίδια ερώτηση. Ο διδάσκων αποκαλύπτει την κατανομή των απαντήσεων των μαθητών και ζητά από εκπροσώπους των διάφορων απαντήσεων να τεκμηριώσουν τις απόψεις τους και να δικαιολογήσουν την επιλογή τους. Στο τέλος αποκαλύπτεται από το διδάσκοντα η σωστή απάντηση και η διαδικασία προχωράει με την επόμενη ερώτηση. Με τον τρόπο αυτό καταργείται ουσιαστικά η κλασική δασκαλοκεντρική διδασκαλία υπό μορφή διαλέξεων.
Η διαφοροποίηση της προσέγγισής μας έγκειται στην εστίαση στην παιδαγωγικά ορθή διαχείριση των κλίκερς και στην αξιοποίηση των πορισμάτων της έρευνας στη διδακτική των φυσικών επιστημών. Έτσι, δημιουργήθηκαν διάφορα εκπαιδευτικά σενάρια για τη διδασκαλία διάφορων εννοιών της Φυσικής, στα οποία η χρήση των κλίκερς είχε ως στόχους:
  1. Να ανιχνεύσει μέσω διαγνωστικών ερωτήσεων στην αρχή του μαθήματος τη γνωστική αφετηρία και τις εναλλακτικές ιδέες των μαθητών.
  2. Να εμπλέξει όλους τους μαθητές στην εκπαιδευτική διαδικασία μέσω ερωτήσεων κλειστού τύπου κατά τη διάρκεια του μαθήματος.
  3. Να καταγράψει την εξέλιξη στο χρόνο της κατανόησης εννοιών κλειδιά για όλους τους μαθητές, θέτοντας την ίδια ερώτηση σε διάφορα στάδια της διδασκαλίας.
  4. Να προωθήσει την αλληλεπίδραση μεταξύ των μαθητών μέσω της υιοθέτησης στοιχείων της διδασκαλίας μεταξύ ομότιμων.
  5. Να παράσχει διαμορφωτική αξιολόγηση στο διδάσκοντα αλλά και στους μαθητές για το τρέχον επίπεδο κατανόησης κάποιας έννοιας, ώστε ο μεν διδάσκων αν θεωρήσει σκόπιμο να μπορεί να επαναπροσδιορίσει τη διδακτική του μεθοδολογία, οι δε μαθητές να προσδιορίζουν την επίτευξη εκ μέρους τους των διδακτικών στόχων.
  6. Να αποτυπώσει τον τρόπο σκέψης όλων των μαθητών προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες τόσο σε γνωστικό όσο και σε μεταγνωστικό επίπεδο.

Παράδειγμα ενός τέτοιου εκπαιδευτικού σεναρίου αποτελεί το σενάριο που ακολουθεί και που αφορά στη διδασκαλία της τριβής στην Α’ Λυκείου.

ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΤΡΙΒΗΣ

Απαιτούμενη υλικοτεχνική υποδομή για την υποστήριξη της δραστηριότητας:
1. Ηλεκτρονικός υπολογιστής
2. Προβολικό σύστημα
3. Μία ασύρματη συσκευή κλίκερ για κάθε μαθητή
4. Παιχνίδι Hover football
5. Power Point
6. Λογισμικό συλλογής απαντήσεων των κλίκερς (π.χ. Verdict plus)

Γενικός Σκοπός: Οι μαθητές να ασκηθούν στην επιστημονική μεθοδολογία, εξασκούμενοι να παρατηρούν, να θέτουν ερωτήματα, να κάνουν υποθέσεις και να σχεδιάζουν πειράματα για να ελέγξουν τις υποθέσεις τους.

Επιμέρους Στόχοι ως προς το γνωστικό αντικείμενο και ως προς τη μαθησιακή διαδικασία.
Οι μαθητές, μετά το τέλος του μαθήματος, θα πρέπει:
1. Να αναγνωρίζουν τα φαινόμενα τριβής στην καθημερινή τους ζωή και να μπορούν να τα ερμηνεύουν.
2. Να διατυπώνουν τους ορισμούς και να διαχωρίζουν τη στατική τριβή από την τριβή ολίσθησης.




Διάρκεια: 2 διδακτικές ώρες (2x45 λεπτά)
1η διδακτική ώρα
Αρχικά αναφέρουμε ρητά τους δύο διδακτικούς στόχους στους μαθητές μας.
Προκειμένου να καταγράψουμε τη γνωστική αφετηρία των μαθητών θέτουμε την παρακάτω κλειστή ερώτηση πολλαπλών επιλογών, την οποία οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν χρησιμοποιώντας τα κλίκερς τους (έτσι έχουμε πρόσβαση σε πληροφορίες, οι οποίες αποθηκεύονται, για τη γνωστική αφετηρία όλων των μαθητών):

Το Pioneer 10 ταξιδεύει ήδη από το 2000 έξω από τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, με σταθερή ταχύτητα μέτρου 40000 km/h. Πώς μπορεί και κινείται με τόσο μεγάλη ταχύτητα;
1. Χρησιμοποιεί πυρηνικά καύσιμα
2. Αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια
3. Χρησιμοποιεί πετρέλαιο
4. Σύμφωνα με τον 1ο νόμο του Νεύτωνα, δε χρειάζεται κάποια πηγή ενέργειας
5. Τίποτα από τα παραπάνω
6. Δε γνωρίζω

Με δεδομένο ότι έχει προηγηθεί η διδασκαλία του 1ου νόμου του Νεύτωνα, με την ερώτηση αυτή επιδιώκουμε να καταγράψουμε αν οι μαθητές μας έχουν κατακτήσει τις προαπαιτούμενες γνώσεις ώστε να προχωρήσουμε στην οικοδόμηση των νέων εννοιών. Η πράξη δείχνει ότι λίγοι μαθητές απαντούν σωστά αυτή την ερώτηση αφού οι περισσότεροι θεωρούν ως σωστές τις απαντήσεις 1 και 2, αν και η διδασκαλία του 1ου νόμου του Νεύτωνα δεν απέχει πολύ χρονικά. Ο λόγος είναι ότι οι μαθητές συνήθως ασκούνται στην επίλυση ασκήσεων και όχι στη σύνδεση της παρεχόμενης γνώσης με την καθημερινότητα. Χωρίς να προβάλλουμε την κατανομή των απαντήσεων στην ολομέλεια των μαθητών, ζητάμε από κάποιον μαθητή που απάντησε «τίποτα από τα παραπάνω» να παρουσιάσει το συλλογισμό του. Δεν αποκαλύπτουμε τη σωστή απάντηση αλλά υποσχόμαστε ότι αυτή θα συζητηθεί κατά τη διάρκεια του μαθήματος.

Για να επιδιώξουμε τη σύνδεση της διδασκαλίας με την καθημερινή πραγματικότητα, φέρνουμε στην τάξη το παιδικό παιχνίδι Hover football (παρακάτω φωτογραφία). Το συγκεκριμένο παιχνίδι είναι ένας δίσκος εξοπλισμένος στο εσωτερικό του με ένα μικρό ηλεκτρικό μοτέρ, το οποίο τροφοδοτείται από δύο μπαταρίες. Το μοτέρ στέλνει αέρα στο κάτω μέρος του δίσκου δημιουργώντας ένα λεπτό στρώμα αέρα το οποίο επιτρέπει στο δίσκο να κινείται με πολύ μικρή τριβή.

 
Έχοντας αρχικά κλειστό το μοτέρ καλούμε ένα μαθητή να σπρώξει το παιχνίδι στο πάτωμα της αίθουσας. Ο δίσκος διανύει μικρό διάστημα και σταματάει, όπως θα έκανε κι ένα συνηθισμένο αντικείμενο, π.χ. ένα βιβλίο.
Ρωτάμε τους μαθητές να περιγράψουν με όρους φυσικής αυτό που είδαν. Θέτουμε την εξής ερώτηση, την οποία απαντούν χρησιμοποιώντας τα κλίκερς (οι πιθανές απαντήσεις είναι ιδιαίτερα διαδεδομένες εναλλακτικές ιδέες των μαθητών σε όλο τον κόσμο):

Ο δίσκος σταματάει επειδή:
1. Δεν ασκείται πάνω του κάποια δύναμη ώστε να μπορεί να συνεχίσει να κινείται
2. Στο δίσκο ασκείται μία δύναμη αντίθετη της ταχύτητάς του από το τραπέζι
3. Η δύναμη από το χέρι μου όλο και μικραίνει μέχρι να μηδενιστεί οπότε σταματάει και ο δίσκος
4. Για κάποιον άλλο λόγο που δεν γνωρίζω


 
Προβάλλουμε την κατανομή των απαντήσεων σε όλους τους μαθητές και σχολιάζουμε το γεγονός ότι οι απόψεις τους δεν ταυτίζονται αλλά μοιράζονται σε όλες σχεδόν τις απαντήσεις. Το γεγονός αυτό συμβάλλει στην απενεχοποίηση τους λάθους και βοηθάει τους μαθητές να αποκτήσουν αυτοπεποίθηση ώστε να διατυπώνουν χωρίς ντροπή τις απόψεις τους ενώπιον των συμμαθητών τους και του εκπαιδευτικού. Έτσι, ο εκπαιδευτικός έχει τη δυνατότητα να έχει εικόνα του τρόπου με τον οποίο σκέφτονται οι μαθητές και δομούν τις διάφορες έννοιες και επομένως μπορεί να αποφασίσει σε πραγματικό χρόνο για τους τρόπους δράσης του. Από την άλλη, οι μαθητές αναπτύσσουν λεκτικές δεξιότητες, ενώ επιχειρώντας να παρουσιάσουν τις ιδέες τους αντιλαμβάνονται σε μεγαλύτερο βάθος το εύρος και το πεδίο ισχύος των υπό διαπραγμάτευση εννοιών.
Ανοίγουμε το μοτέρ του δίσκου, εξηγούμε εν τάχει πώς λειτουργεί ο δίσκος χωρίς ωστόσο να χρησιμοποιήσουμε όρους φυσικής, και ζητάμε από τον ίδιο μαθητή να σπρώξει το δίσκο, ασκώντας όσο το δυνατόν δύναμη ίδιου μέτρου με την προηγούμενη φορά. Ο δίσκος διανύει σαφώς μεγαλύτερο διάστημα από ό,τι πριν μέχρι να σταματήσει. Χωρίζουμε τους μαθητές σε 4μελείς ομάδες και τους θέτουμε την ίδια ερώτηση:

Ο δίσκος σταματάει επειδή:
1. Δεν ασκείται πάνω του κάποια δύναμη ώστε να μπορεί να συνεχίσει να κινείται
2. Στο δίσκο ασκείται μία δύναμη αντίθετη της ταχύτητάς του από το τραπέζι
3. Η δύναμη από το χέρι μου όλο και μικραίνει μέχρι να μηδενιστεί οπότε σταματάει και το σώμα
4. Για κάποιον άλλο λόγο που δεν γνωρίζω

Οι μαθητές αλληλεπιδρούν μέσα στις ομάδες τους, ανταλλάσσουν απόψεις και αρκετοί αλλάζουν άποψη σε σχέση με την απάντηση που έδωσαν όταν ο δίσκος κινήθηκε με κλειστό το μοτέρ. Προκαλείται συζήτηση ανάμεσα στις ομάδες όπου ανακύπτουν διαφωνίες. Προτείνουμε την προσφυγή στη φυσική…
Καλούμε κάποιον μαθητή να θυμίσει στην τάξη τι συμβαίνει, σύμφωνα με τον 1ο νόμο του Νεύτωνα, όταν η συνισταμένη δύναμη σε ένα αντικείμενο είναι ίση με μηδέν. Στη συνέχεια ζητάμε από κάποιον άλλο μαθητή να θυμίσει στην τάξη τι συμβαίνει, σύμφωνα με το 2ο νόμο του Νεύτωνα, όταν η συνισταμένη δύναμη σε ένα αντικείμενο είναι διαφορετική από μηδέν. Σχολιάζουμε ιδιαίτερα την περίπτωση που η συνισταμένη δύναμη έχει αντίθετη φορά από την ταχύτητα του αντικειμένου.
Ζητάμε από τους μαθητές να συγκρίνουν την κίνηση που κάνει ο δίσκος που είδαν και η διαστημοσυσκευή Pioneer, η οποία αναφέρθηκε στην πρώτη ερώτηση. Τι είδους κίνηση εκτελεί καθένα από τα δύο αυτά αντικείμενα; Που μπορεί να οφείλεται κάθε κίνηση;
Αρκετοί μαθητές συνδέουν την επιβραδυνόμενη κίνηση του δίσκου με την άσκηση δύναμης με αντίθετη φορά από αυτή της ταχύτητας του δίσκου, ενώ αποδίδουν την ομαλή κίνηση του Pioneer στη μηδενική τιμή της συνισταμένης δύναμης που του ασκείται.
Ο εκπαιδευτικός θέτει τότε την ερώτηση: Ποιος ή τι ασκεί τη δύναμη πάνω στο δίσκο;
Μέσα από τη συζήτηση στην ολομέλεια οι μαθητές διαπιστώνουν ότι, σε αντίθεση με το Pioneer, ο δίσκος βρίσκεται σε επαφή με το πάτωμα ως προς το οποίο κινείται. Άρα, το πάτωμα ασκεί δύναμη στο δίσκο αντίθετης φοράς από αυτή της ταχύτητάς του, αφού τελικά ο δίσκος σταματάει.
Ο εκπαιδευτικός συνοψίζει τις απόψεις δίνοντας τον ορισμό της τριβής ολίσθησης ως τη δύναμη που αναπτύσσεται ανάμεσα σε δύο σώματα που βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους όταν βρίσκονται σε σχετική κίνηση το ένα ως προς το άλλο. Η δύναμη αυτή αντιτίθεται στη σχετική κίνηση των δύο σωμάτων.
Προκειμένου να συνδεθεί η νέα έννοια με την καθημερινή πραγματικότητα ζητείται από τους μαθητές να περιγράψουν καταστάσεις που έχουν βιώσει στις οποίες να εμφανίζεται η τριβή ολίσθησης. Επιστρέφοντας στο παιχνίδι, ζητάμε από τους μαθητές να εξηγήσουν τις συνέπειες που έχει η τριβή ολίσθησης στην κίνηση του δίσκου.

2η διδακτική ώρα
Έχοντας οικοδομήσει μέσα από τη μελέτη καθημερινών καταστάσεων την έννοια της τριβής ολίσθησης, το επόμενο βήμα είναι η ανάπτυξη της έννοιας της στατικής τριβής. Θέλοντας να τονίσουμε τη σημασία του να παρατηρούμε ό,τι συμβαίνει τριγύρω μας για να ανακαλύψουμε τον κόσμο της φυσικής, δείχνουμε στους μαθητές μία εικόνα από έναν σερβιτόρο που κρατάει ένα δίσκο πάνω στον οποίο βρίσκεται ένα ποτήρι. Τονίζουμε ότι αν και όλοι είναι εξοικειωμένοι με αυτή την εικόνα, όταν ο σερβιτόρος αρχίζει να κινείται, τότε συμβαίνει κάτι μαγικό! Τους ρωτάμε να εντοπίσουν αυτό το «μαγικό» στοιχείο…

Οι μαθητές λένε διάφορα, σπάνια όμως κάποιος διαπιστώνει αυτό που θέλουμε: το ποτήρι πάνω στο δίσκο αρχίζει να κινείται, όταν κινείται ο σερβιτόρος που κρατάει τι δίσκο. Αρχικά οι μαθητές δυσπιστούν ως προς τη «μαγεία» του συγκεκριμένου γεγονότος καθώς είναι απόλυτα εξοικειωμένοι με αυτό. Τότε τους ρωτάμε: το ποτήρι αρχικά ήταν ακίνητο και τώρα κινείται. Ποιος ή τι του άσκησε δύναμη προκειμένου να μεταβάλλει την κινητική του κατάσταση;
Θέτουμε την παρακάτω ερώτηση, την οποία οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν ο καθένας μεμονωμένα με τα κλίκερς, αφού πρώτα αλληλεπιδράσουν μέσα στις ομάδες τους:

Το ποτήρι αρχίζει να κινείται επειδή:
  1. Του ασκεί δύναμη ο σερβιτόρος
  2. Αρχίζει να κινείται και ο σερβιτόρος
  3. Του ασκεί δύναμη τριβής ο δίσκος η οποία είναι ομόρροπη με την κίνηση
  4. Ισχύει κάτι άλλο
  5. Δε γνωρίζω

Οι περισσότεροι μαθητές θεωρούν ότι το ποτήρι κινείται επειδή ο σερβιτόρος του ασκεί δύναμη. Ο εκπαιδευτικός τους βοηθά να εστιάσουν στο γεγονός ότι οι δυνάμεις ασκούνται είτε από επαφή είτε από απόσταση θέτοντας την παρακάτω ερώτηση υπενθύμισης, την οποία οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν με τα κλίκερς τους:

Οι δυνάμεις μπορούν να δρουν:
  1. Από απόσταση
  2. Με επαφή
  3. Και από απόσταση και με επαφή
  4. Τίποτα από τα παραπάνω
  5. Δε γνωρίζω

Ο εκπαιδευτικός τονίζει ότι ο σερβιτόρος ΔΕΝ ακουμπάει το ποτήρι ενώ είναι μάλλον απίθανο να υποθέσουμε ότι διαθέτει τηλεκινητικές ικανότητες…
Στο σημείο αυτό έχουμε καταφέρει να κεντρίσουμε σε πολύ υψηλό βαθμό το ενδιαφέρον των μαθητών. Για να τους βοηθήσουμε να συγκεντρώσουν την προσοχή τους στα σημαντικά σημεία θέτουμε διαδοχικά τις ακόλουθες ερωτήσεις:

  • Προς τα πού κινείται το ποτήρι; 
  • Ποιος ή τι μπορεί να του ασκεί δύναμη προς αυτή την κατεύθυνση


Συμπερασματικά, οι μαθητές καταλήγουν στο ότι μόνο ο δίσκος είναι σε επαφή με το ποτήρι άρα μόνο αυτός μπορεί να του ασκήσει δύναμη προς την κατεύθυνση της κίνησής του.
Ο εκπαιδευτικός ρωτάει τους μαθητές να φανταστούν τι θα συνέβαινε αν το ποτήρι ήταν απόλυτα λείο. Θα κινιόταν άραγε το ποτήρι;
Ακούγονται διάφορες απόψεις όπου οι μαθητές χρησιμοποιούν με διάφορους τρόπους την έννοια της τριβής. Δεν επιχειρούμε στο σημείο αυτό διορθώσεις, αλλά επειδή διαπραγματευτήκαμε μόλις παραπάνω την έννοια της τριβής ολίσθησης, ρωτάμε αν μπορεί η δύναμη αυτή να είναι η τριβή ολίσθησης.
Και πάλι ακούγονται διάφορες απόψεις. Για να τονίσουμε την αξία της δουλειάς που έγινε κατά την 1η ώρα, ανατρέχουμε στον ορισμό που δώσαμε. Καταρχάς, υπάρχει επαφή μεταξύ δύο αντικειμένων, όμως δεν υπάρχει σχετική κίνηση και επιπλέον, η δύναμη δεν είναι αντίθετη της κίνησης αλλά ομόρροπη. Άρα η δύναμη αυτή φαίνεται διαφορετική οπότε πρέπει να έχει και διαφορετικό όνομα. Επειδή φαίνεται όμως να σχετίζεται με ό,τι αποκαλείται τριβή (πολλοί μαθητές πιστεύουν ότι δεν θα υπήρχε κίνηση του ποτηριού αν ο δίσκος ήταν λείος), προτείνουμε το όνομα στατική τριβή. Τονίζουμε ότι ο επιθετικός προσδιορισμός «στατική» σχετίζεται με το γεγονός ότι η δύναμη αυτή εμφανίζεται ενόσω δεν υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ των δύο αντικειμένων. Αφήνουμε, ωστόσο, ανοικτό το ενδεχόμενο να επαναπροσδιορίσουμε τη στάση μας απέναντι στη νέα έννοια υπό το φως των χαρακτηριστικών της που θα ανακύψουν από την περαιτέρω διερεύνησή της (η επιστημονική γνώση είναι δυναμική και υφίσταται διαρκείς εκλεπτύνσεις και μετασχηματισμούς).

Προκειμένου να εφαρμοστεί η νέα έννοια σε πραγματικές καταστάσεις, και οι μαθητές να εμβαθύνουν σε αυτή, δείχνουμε μία φωτογραφία ενός αυτοκινήτου που βρίσκεται σταματημένο σε κατηφορικό δρόμο. Ρωτάμε τους μαθητές να μας πουν ποιες δυνάμεις ασκούνται στο αυτοκίνητο. Λόγω της ισορροπίας προκύπτει η ανάγκη να υποθέσουμε την ύπαρξη μιας δύναμης με φορά προς τα πάνω. 


Ρωτάμε τους μαθητές να προβληματιστούν για το ποιος ασκεί αυτή τη δύναμη στο αυτοκίνητο. Λόγω της εμπειρίας τους με το ποτήρι και το δίσκο οι μαθητές εύκολα απαντούν ότι τη δύναμη την ασκεί ο δρόμος. Τους ζητάμε να συζητήσουν μέσα στις ομάδες τους για να εντοπίσουν ομοιότητες και διαφορές με την περίπτωση του δίσκου. Οι μαθητές καταλήγουν ότι υπάρχει επαφή δύο αντικειμένων (αυτοκίνητο – δρόμος) ενώ επίσης δεν υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ τους. Σε αντίθεση με το ποτήρι, το αυτοκίνητο δεν κινείται μαζί με το δρόμο (αν και κάποιοι μαθητές αντιλέγουν στο σημείο αυτό ότι το σύστημα κινείται καθώς η Γη κινείται στο διάστημα!). Επομένως, η δύναμη αυτή έχει τα χαρακτηριστικά της στατικής τριβής, αν και εμφανίζει ένα διαφορετικό πρόσωπο: αντί να θέτει σε κίνηση (όπως ο δίσκος το ποτήρι) προκαλεί την ακινησία του αυτοκινήτου.

Για να αποτιμήσουμε την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας θέτουμε στο τέλος του μαθήματος τις εξής δύο ερωτήσεις του τύπου Σωστό/Λάθος, τις οποίες οι μαθητές απαντούν με τα κλίκερς τους:
Ένας ξύλινος δίσκος Α τοποθετείται πάνω στη λεία οριζόντια επιφάνεια ενός τραπεζιού. Πάνω στο δίσκο Α τοποθετείται ένας όμοιος δίσκος Β ο οποίος είναι δεμένος με μικρό αβαρές νήμα. Ασκούμε σταθερή οριζόντια δύναμη F, μέσω του νήματος, στο δίσκο Β και παρατηρούμε ότι το σύστημα των δύο δίσκων αρχίζει να γλιστράει πάνω στο τραπέζι. Άρα, 
1. Ο δίσκος Α κινείται επειδή ασκείται σε αυτόν η δύναμη F.
2. Ο δίσκος Α κινείται εξαιτίας της στατικής τριβής που ασκείται σε αυτόν από το δίσκο Β



Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου