Μετάβαση στο κύριο περιεχόμενο

Δυσκολίες στη διδασκαλία της Φυσικής.

Η Φυσική θεωρείται από τα δυσκολότερα μαθήματα για τους περισσότερους μαθητές σ’ όλο τον κόσμο. Κατά τον Carey (1985) υπάρχει ιδιαίτερη δυσκολία για την κατανόηση του μαθήματος των φυσικών επιστημών.  Όμως σ’ αυτήν την δύσκολη επιστήμη οφείλουν την ύπαρξή τους τα αυτοκίνητα, τα τρένα, τα αεροπλάνα, τα τηλέφωνα, οι τηλεοράσεις  και τόσα άλλα που κάνουν τη ζωή μας εύκολη. Είναι η βάση των θετικών επιστημών και για πολύ κόσμο είναι μαγική. Για τον κόσμο που ασχολείται μαζί της βέβαια δεν αποτελεί κάτι μαγικό, πλην όμως τους έχει μαγέψει. Όμως τι ειρωνεία, με τη Φυσική καταφέραμε να μετατρέψουμε τους άχαρους πολέμους του περασμένου αιώνα σε πολέμους θεαματικούς με τεράστιες δυνατότητες μαζικής καταστροφής.

Η εισαγωγή των μαθηματικών στη Φυσική ήταν σημαντική στην πορεία της εξέλιξής της και ήταν αυτό που της έδωσε την τεράστια ανάπτυξη. Κατάφερε να περιγράψει τα διάφορα φυσικά φαινόμενα με τη χρήση μαθηματικών τύπων. Δεν θα πρέπει όμως όσοι ασχολούμαστε με τη Φυσική, να μένουμε στη χρήση των μαθηματικών τύπων, διότι τότε δε θα ξέρουμε τι πραγματικά σημαίνουν αυτοί οι τύποι ή θα αδυνατούμε να εκφράσουμε με μαθηματικούς τύπους ένα φυσικό φαινόμενο. Αυτό που συνδέει το φυσικό φαινόμενο με τους τύπους των μαθηματικών είναι το πείραμα και η μοντελοποίησή του.
Το πείραμα μπορεί να πραγματοποιηθεί στο φυσικό περιβάλλον, στο εργαστήριο ή  αντί του πραγματικού πειράματος να κάνουμε χρήση του ηλεκτρονικού υπολογιστή για την προσομοίωσή του.

Η διδασκαλία της Φυσικής.

Η διδασκαλία της Φυσικής παρουσιάζει πολύ μεγάλα προβλήματα διεθνώς. Τα προβλήματα εντοπίζονται στο ίδιο το μάθημα, στον τρόπο διδασκαλίας και στους μαθητές. Κατά τη διδασκαλία εισάγονται έννοιες της Φυσικής μερικές των οποίων είναι δύσκολες ακόμη και για μας τους δασκάλους που ασχολούμαστε με τη Φυσική επί σειρά ετών. Η παραδοσιακή διδακτική προσέγγιση και η συμβολική αναπαράσταση  της Φυσικής που ακολουθείται στα Πανεπιστήμια τείνει να υιοθετηθεί από τους περισσότερους δασκάλους της Φυσικής. Αυτοί διδάσκουν τους μαθητές όπως οι ίδιοι διδάχτηκαν στα Πανεπιστήμια. Αλλά και από μεριάς  των μαθητών το μάθημα της Φυσικής απαιτεί ένα αρκετά καλό επίπεδο γλώσσας, αρκετή ευχέρεια στη χρήση των μαθηματικών και αφαιρετική ικανότητα. Κατά τον Carey τα βιβλία των φυσικών συχνά εισάγουν περισσότερες λέξεις ανά σελίδα από ότι τα εγχειρίδια των ξένων γλωσσών. Πάρα πολλοί μαθητές στερούνται των παραπάνω ικανοτήτων με αποτέλεσμα να μην μπορούν να κατανοήσουν τη Φυσική οπότε την κατατάσσουν στα δύσκολα μαθήματα και προσπαθούν να την αποφύγουν. Η θεραπεία των ανωτέρω δυσκολιών μπορεί να επιτευχθεί με τον κατάλληλο δάσκαλο και την πειραματική διδασκαλία του μαθήματος.

Κατάλληλος δάσκαλος.

Κατάλληλος δάσκαλος είναι εκείνος που ξέρει πολύ καλά το αντικείμενο που θα διδάξει, αλλά και έχει αρκετά μεγάλη μεταδοτικότητα. Η ευρηματικότητα και η φαντασία είναι επίσης προτερήματα που πρέπει απαραίτητα να έχει ο δάσκαλος της Φυσικής, αφού καλείται να διδάξει στους μαθητές του άλλοτε πράγματα καινούργια και άλλοτε πράγματα που αντιστέκονται. Ο τελευταίος όρος έχει την έννοια ότι οι μαθητές πριν τη διδασκαλία είχαν μια λαθεμένη άποψη για την ερμηνεία ενός Φυσικού φαινομένου, αυτή που θεωρεί σωστή το πλατύ κοινό, πείθονται κατά τη διάρκεια του μαθήματος για τη σωστή άποψη, αλλά μετά την παρέλευση κάποιου χρονικού διαστήματος επανέρχονται μόνοι τους στην προηγούμενη άποψη, αυτή που κοινώς επικρατεί. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι εκείνο της ελεύθερης πτώσης. Επικρατεί η άποψη ότι τα βαρύτερα σώματα πέφτουν γρηγορότερα. Πάρα πολλοί μαθητές, ενώ πείθονται κατά τη διάρκεια του μαθήματος ότι η πρόταση αυτή δεν είναι σωστή, μετά από κάποιο διάστημα επανέρχονται στην επικρατούσα άποψη.

Ο καθηγητής ο Φυσικός φέρνει τους μαθητές κοντά στη Φυσική, κάνει το    μάθημά του μάθημά τους.

Θα πρέπει ο καθηγητής να επιστρατεύσει την ευρηματικότητα και τη φαντασία του για να κεντρίσει το ενδιαφέρον των μαθητών του. Να τους κάνει να πιστέψουν ότι το μάθημα της  Φυσικής δεν είναι ένα μάθημα ξεκομμένο από την πραγματικότητα, φτιαγμένο για λίγους, αλλά εκείνο το μάθημα που μελετά αυτά που οι άνθρωποι είπαν και σκέφτηκαν για τη φύση και ασχολείται με την καθημερινή πραγματικότητα. Πρέπει να πείσει τους μαθητές του ότι η Φυσική ασχολείται με ότι πιο μοντέρνο υπάρχει στον κόσμο και άρα είναι το μάθημα εκείνο που ταιριάζει περισσότερο στους νέους.

Μπορεί ν’ αρχίσει  το μάθημα με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή που ο κοινός πολίτης τα εξηγεί ή τα ονομάζει με διαφορετικό τρόπο απ’ ότι η Φυσική. Ένας πρόσφορος τρόπος είναι ν’ αρχίζει το μάθημα, κάνοντας μια ανάλυση μαζί με τους μαθητές τους σε μια πρόταση που γράφει στον πίνακα όπως οι παρακάτω:
  • Είναι επικίνδυνο να αποκρούσεις την μπάλα όταν αυτή έχει πολλή φόρα.
  • Η φυγόκεντρη δύναμη τον έβγαλε έξω στην στροφή.
  • Και τα δυο αυτοκίνητα πιάνουν την ίδια τελική ταχύτητα αλλά το ένα είναι πιο γρήγορο από το άλλο.
  • Γιατί τόσα χρόνια στέλνουμε στο φεγγάρι πυραύλους και δεν στέλνουμε ελικοφόρα αεροπλάνα με μεγάλη μηχανή;
  • Δεν πήγε στο πάρτι που σχεδίαζε τόσο καιρό γιατί όταν σιδέρωσε το μεταξωτό της φόρεμα άνοιξε σαν αλεξίπτωτο.
  • Δεν έπαιρνε μπροστά το αυτοκίνητο γιατί είχαν μείνει από μπαταρία. Ο Κωστάκης πρότεινε στον πατέρα του να φέρει 8 μπαταρίες του 1.5 V από τα παιγνίδια του για να βοηθήσει την κατάσταση.
  • Στον παγωμένο δρόμο ρίχνουμε αλάτι. Στο νερό του ψυγείου του αυτοκινήτου ζάχαρη. Στη βενζίνα δε ρίχνουμε ούτε αλάτι ούτε ζάχαρη.

Κάνοντας μία ολιγόλεπτη αναφορά σε θέματα όπως τα ανωτέρω ανάλογα με την εκάστοτε θεματική ενότητα που θα διδάξουμε, το μάθημα δε γίνεται μονότονο, ενώ οι μαθητές μας συνειδητοποιούν ότι η Φυσική ασχολείται με την επίλυση καθημερινών προβλημάτων που τους αφορούν άμεσα.

Όντως η διδασκαλία της Φυσικής παρουσιάζει αρκετές δυσκολίες αλλά με τον «κατάλληλο» εκπαιδευτικό o οποίος χρησιμοποιεί πρόσφορες για τη Φυσική εκπαιδευτικές προσεγγίσεις θα κάνουμε το μάθημα της Φυσικής προσιτό στους μαθητές μας, θα τους κάνουμε να το αγαπήσουν και όταν το αγαπήσουν η επιτυχία της διδασκαλίας θα είναι εξασφαλισμένη.

Δ. Τσαούσης Σχολικός Σύμβουλος.




Σχόλια

Δημοφιλείς αναρτήσεις από αυτό το ιστολόγιο

Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ) Εξισώσεις κίνησης

Περιοδικά ονομάζονται τα φαινόμενα που επαναλαμβάνονται με τον ίδιο τρόπο σε ίσα χρονικά διαστήματα. Π.χ. ομαλή κυκλική κίνηση, κίνηση εκκρεμούς, περιστροφή γης γύρω από τον ήλιο κ.ά. (Σκέψου μερικά ακόμη …) Στοιχεία περιοδικής κίνησης Κάθε περιοδική κίνηση χαρακτηρίζεται από τα παρακάτω τρία στοιχειά: Περίοδος (Τ) ενός περιοδικού φαινομένου ονομάζεται ο χρόνος που απαιτείται για μια πλήρη επανάληψη του φαινομένου ή ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών επαναλήψεων του φαινομένου. Η περίοδος είναι μονόμετρο μέγεθος και η μονάδα μέτρησής της είναι το 1 sec . Συχνότητα (f) ενός περιοδικού φαινομένου ονομάζεται το φυσικό μέγεθος του οποίου το μέτρο θα δίνεται από το σταθερό πηλίκο του αριθμού Ν των επαναλήψεων του φαινομένου σε κάποιο χρόνο t, προς το χρόνο αυτό.Δηλαδή:        Η συχνότητα είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μονάδα μέτρησης το 1 sec -1 ή 1 κύκλος/sec ή 1 Hz (Hertz) . Σχέση μεταξύ περιόδου – συχνό...

Ενέργεια Ταλάντωσης

Η ενέργεια της ταλάντωσης Ε (ή ολική ενέργεια) ενός συστήματος που εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση ισούται με την ενέργεια που προσφέραμε αρχικά στο σύστημα για να το θέσουμε σε κίνηση (ταλάντωση).  Η ενέργεια αυτή θα δίνεται από τη σχέση:  Από την σχέση αυτή προκύπτει ότι το πλάτος Α καθορίζεται από την ενέργεια  της ταλάντωσης, δηλαδή από την ενέργεια που προσφέραμε αρχικά στο σύστημα ώστε  να αρχίσει να ταλαντώνεται. Σε όλη την διάρκεια της ταλάντωσης η ενέργεια παραμένει  σταθερή. Η ενέργεια μιας απλής αρμονικής ταλάντωσης είναι σταθερή και ανάλογη µε το τετράγωνο του πλάτους της. Απόδειξη της παραπάνω σχέσης. Αν το σώμα βρίσκεται ακίνητο στην θέση ισορροπίας, για να μετακινηθεί σε µια άλλη θέση πρέπει να του ασκηθεί κατάλληλη εξωτερική δύναμη F εξ . Κατά την μετακίνηση αυτή θα ασκείται στο σώμα και η δύναμη επαναφοράς.  Για να μετακινηθεί το σώμα στην θέση (x) θα πρέπει το μέτρο της εξωτερικής δύναμης να είναι ίσο ...

Ταλάντωση και Ελατήριο

Ελατήριο ονομάζεται ένα μηχανικό εξάρτημα το οποίο έχει την ικανότητα να αποθηκεύει μηχανική ενέργεια παραμορφώμενο προσωρινά. Συνήθως το σχήμα είναι ελικοειδές, αλλά υπάρχουν και ελατήρια σε σχήμα ράβδου, οι σούστες. Το κάθε ελατήριο μπορεί να παραμορφωθεί ως προς μία διάστασή του υπό την επίδραση δύναμης. Όταν ασκείται δύναμη σε αυτήν τη διάσταση, το ελατήριο παραμορφώνεται αποθηκεύοντας το έργο της δύναμης.   Ιδανικό ελατήριο Σε ιδανικά θεωρητικά ελατήρια ισχύει απόλυτα ο νόμος του Hook , δε χάνεται ενέργεια στο περιβάλλον και τα ελατήρια μπορούν πάντα να επιστρέψουν στο αρχικό τους μήκος. Επίσης η μάζα του ιδανικού ελατηρίου θεωρείται αμελητέα. [Στην πραγματικότητα χάνεται μικρό ποσό ενέργειας στο περιβάλλον ως θερμική ενέργεια, ενώ η παραμόρφωση μπορεί να γίνει μόνιμη. Κάθε ελατήριο έχει κάποια όρια αντοχής αν τα υπερβούν θα παραμορφωθεί ή θα σπάσει. Επιπλέον, με την επαναλαμβανόμενη χρήση το υλικό χάνει τις ιδιότητές του λόγω μηχανικής κόπωσης και αν ...

Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ) - Συνισταμένη Δύναμη

Από την Α΄ Λυκείου γνωρίζεις τον θεμελιώδη νόμο της Μηχανικής (2 ος νόμος του Newton), ΣF=mα . Επίσης, όπως γνωρίζεις για να υπάρχει επιτάχυνση πρέπει να υπάρχει και δύναμη που ασκείται σε κάποιο σώμα. Στην Α.Α.Τ. ισχύει α=-ω 2 x, ο συνδυασμός αυτών των δυο σχέσεων δίνει τη σχέση:  Σ F=-m ω 2 x     Από τη σχέση αυτή φαίνεται ότι όταν ένα σώμα εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση η συνολική δύναμη που δέχεται είναι ανάλογη με την απομάκρυνση του σώματος από την Θ.Ι. της τροχιάς του και έχει αντίθετη φορά από αυτήν. Όταν το σώμα περνά από την Θ.Ι. η συνολική δύναμη που δέχεται ισούται με μηδέν. (Για το λόγο αυτό, ονομάζεται θέση ισορροπίας της ταλάντωσης). Επίσης, στις ακραίες θέσεις της ταλάντωσης η ΣF είναι μεγίστη. Στο βίντεο δες το διάνυσμα της δύναμης επαναφοράς (είναι πάντα προς την θέση ισορροπίας).      Αν συμβολίσουμε το γινόμενο mω 2 με D (που είναι σταθερό για κάθε ταλαντωτή), δηλαδή D = mω 2 Τότε θ...

Πως αποδεικνύουμε ότι ένα σώμα κάνει απλή αρμόνική ταλάντωση

Το είδες εδώ , τώρα λίγο πιο αναλυτικά. Σε ασκήσεις που έχουμε ένα σώμα συνδεδεμένο με ένα ελατήριο και μας ζητείται να αποδείξουμε ότι σώμα εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση δουλεύουμε πάντα έχοντας στο μυαλό μας ότι αρκεί να αποδείξουμε ότι σε μιά τυχαία θέση της κίνησης του σώματος η συνισταμένη δύναμη που ασκείται σε αυτό μπορεί να γραφεί στη μορφή:  Σ F=-Dx Για το σκοπό αυτό ακολουθούμε τα παρακάτω βήματα: 1. Σχεδιάζουμε το ελατήριο στη θέση φυσικού μήκους (ΘΦΜ). 2. Σχεδιάζουμε το σύστημα ελατήριο - σώμα στη θέση ισορροπίας του (Θ.Ι.) και   σχεδιάζουμε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα. (γράφουμε:)  Στη θέση ισορροπίας του συστήματος ισχύει   ΣF=0 Από τη σχέση αυτή για τη συνισταμένη των δυνάμεων στη θέση ισορροπίας προκύπτει μια συνθήκη για τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα στην κατάσταση ισορροπίας. Δηλαδη:  Σ F =0  ή   mg - F ελ  =0   ή    mg = kx 1  (1) ...

Ταλάντωση και πλαστική κρούση

Θυμήσου την ορμή:  Για ένα σώμα μάζας m που κινείται µε ταχύτητα u η ορμή του p δίνεται από τη σχέση: p=mu Η ορμή p είναι ένα διανυσματικό μέγεθος το ο­ποίο έχει: μέτρο p = m u , διεύθυνση και φορά ίδια µε τη διεύθυνση και τη φορά της ταχύτητας u , μονάδα μέτρησης στο S.I. το 1 kg ∙ m/s (ισοδύναμη μονάδα είναι το 1 Ν∙s). Η ορμή, ως διανυσματικό μέγεθος, έχει όλες τις ιδιότητες των διανυσμάτων. Έτσι: μπορεί ν' αναλυθεί σε άξονες, δηλαδή σε συ­νιστώσες p x και p y, μεταβάλλεται αν μεταβληθεί τουλάχιστον ένα από τα στοιχεία της, δηλαδή το μέτρο της, η διεύθυνσή της ή η φορά της. Ο ρυθμός μεταβολής της ορμής (dp/dt) ισούται με την δύναμη ή τη συνισταμένη των δυνάμεων (ΣF) που ασκούνται στο σώμα. Προσοχή: Όταν στις ασκήσεις πρέπει να υπολογίσεις την μεταβολή της ορμής τότε θα υπολογίζεις την σχέση:    Δp = p τελ – p αρχ Ενώ όταν  ζητείται ο ρυθμό μεταβολής της ορμής θα υπολογίζεις τη σχέση:...

Αρχική Φάση Στην Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ.) - Μεθοδολογία και Ασκήσεις

Σκοπός: Η ανάπτυξη δεξιοτήτων στις τριγωνομετρικές εξισώσεις σε συνδυασμό με τα βασικά μεγέθη της απλής αρμονικής ταλάντωσης .  Απαιτούμενες γνώσεις: Τριγωνομετρικές Εξισώσεις – Εξισώσεις στην Α.Α.Τ. Βασικές παρατηρήσεις:  1. Η ταλάντωση ενός σώματος δεν έχει αρχική φάση μόνο στην κατάσταση κατά την οποία τη χρονική στιγμή t=0 το σώμα διέρχεται από τη θέση ισορροπίας του έχοντας θετική ταχύτητα. Σε οποιαδήποτε άλλη κατάσταση η ταλάντωση του σώματος έχει αρχική φάση και την υπολογίζουμε μέσω των τριγωνομετρικών εξισώσεων.  2. Η αρχική φάση μιας απλής αρμονικής με βάση το σχολικό βιβλίο παίρνει τιμές:  0≤φο<2π rad. 3. Για να προσδιορίσουμε την αρχική φάση πρέπει να γνωρίζουμε σε κάποια χρονική στιγμή (συνήθως τη στιγμή t=0) την κατάσταση που βρίσκεται ο ταλαντωτής (δηλαδή, τις αλγεβρικές τιμές τουλάχιστον δύο μεγεθών: ταχύτητα, θέση, επιτάχυνση). Απλές ασκήσεις εφαρμογής των παραπάνω. 1. Στις παρακάτω περιπτώσεις να βρεθεί η αρχική φάση της ταλάν...

Κεντρομόλος δύναμη, φυγόκεντρος δύναμη και μπογιά: Τέχνη.

Κεντρομόλος δύναμη: Όταν ένα σώμα εκτελεί κυκλική κίνηση, δηλαδή περιστρέφεται διαγράφοντας κύκλο γύρω από ένα σταθερό σημείο στον χώρο, τότε στο σώμα ασκείται δύναμη η οποία έχει φορά προς το κέντρο του κύκλου αυτού που διαγράφει η τροχιά του. Αυτή η δύναμη ονομάζεται κεντρομόλος. Η κεντρομόλος δύναμη είναι η συνιστώσα της συνολικής δύναμης που ασκείται στο σώμα κατά τη διεύθυνση που ορίζει κάθε στιγμή η θέση του με το κέντρο της κυκλικής τροχιάς του, έχει κατεύθυνση (φορά) προς το κέντρο αυτό και είναι κάθε χρονική στιγμή κάθετη στην ταχύτητα του σώματος. Φυγόκεντρος δύναμη: Η φυγόκεντρος δύναμη είναι φαινόμενη (ψευδής) δύναμη που «αισθάνεται» ένα σώμα το οποίο εκτελεί κυκλική κίνηση, η οποία μοιάζει να το σπρώχνει (ή να το τραβά) να φύγει από την κυκλική του τροχιά, προς τα έξω. Κάθε σώμα που κινείται σε μη επιταχυνόμενο σύστημα αναφοράς τείνει να διατηρήσει την ταχύτητα προς την κατεύθυνση που έχει κάθε στιγμή. Η εξανάγκαση ενός σώματος να κινείται κυκλικά και όχι ευθύγρ...

Θέματα πανελληνίων εξετάσεων: Ταλαντώσεις

Τα θέματα των πανελληνίων μπορείς να τα δεις κι εδώ , αλλά σ’ αυτό το αρχείο θα βρεις όλα τα θέματα από το 2001 ως το 2012 τα οποία αναφέρονται στις ταλαντώσεις, αποκλειστικά,  μηχανικές, ηλεκτρικές. Καλή δουλειά σου εύχομαι. 

Η διαίρεση με το μηδέν και μια απόδειξη ότι ο περιπτεράς της γειτονιάς σας είναι καρότο.

Ένα πρόβλημα στα μαθηματικά είναι οι πράξεις με το μηδέν και ιδιαίτερα η διαίρεση με παρονομαστή το μηδέν. Γύρω από αυτό το πρόβλημα (ή την απροσδιοριστία αν θέλεις) έχουν γραφτεί διάφορα, πολλά από τα οποία ήταν μπούρδες, περί αποδείξεως του θεού κι άλλα τέτοια. Το παρακάτω κείμενο το οποίο το άντλησα από το blog Μαθη...μαγικα σου εξηγεί το εξής: πως μπορείς να αποδείξεις το οτιδήποτε κάνοντας μια λάθος μαθηματική υπόθεση. Για δες:  «Τι είναι το μηδέν, Μπαμπά ;» «Ο αριθμός των φτερωτών ελεφάντων που στέκονται δίπλα σου.» « Οι ροζ ή οι άσπροι;»    Το μηδέν δεν πειθαρχεί σε όλους τους κανόνες των αριθμών.O Ινδός μαθηματικός  Βραχμαγκούπτα παρότι ήταν ο πρώτος που ασχολήθηκε μαζί του ενδελεχώς, ομολογουμένως δεν κατάφερε να χειριστεί την διαίρεση. Την διαίρεσή ενός αριθμού με το μηδέν.Ο μεταγενέστερος του, επίσης Ινδός μαθηματικός Μπασκάρα γνώριζε ότι όσο μικρότερος είναι ο διαιρέτης σε μια διαίρεση τόσο  μεγαλύτερο είναι το πη...