by 
Ένα φύλλο εργασίας αφιερωμένο στο αγαπημένο εργαλείο της φυσικής: το ελατήριο.
Μια διαφορετική προσέγγιση σε σχέση με το επίσημο φύλλο εργασίας (εργαστηριακή άσκηση “νόμος του Hook”), στη φυσική της Β’ γυμνασίου.
Θα το βρείτε εδώ
(περισσότερα φύλλα εργασίας μπορείτε να βρείτε στο epsimos.com)
Γιώργο προσπαθώ να κατεβάσω το εν’ λόγω αρχείο αλλά δε με αφήνει. Λέει ότι πρέπει να δωθεί πρωτα άδεια από τον συγγραφέα…
Καλημέρα.
Βασίλη το πρόβλημα νομίζω είναι αν προσπαθείς να ανοίξεις το αρχείο από το κινητό σου. Αν το πρόβλημα το αντιμετώπισες από τον υπολογιστή σου, δοκίμασε να το ανοίξει από άλλο φυλλομετρητή (web browser).
Βασίλη κάνε κλικ εδώ.
Ω, βλέπω το "σύστημα" αυτοδιορθώθηκε μόνο του!
Διονύση ευχαριστώ πολύ για την εξυπηρέτηση, Νίκο επίσης ευχαριστώ για τη διευκρίνηση.
Βασίλη, αν θες ενημέρωσε με αν το πρόβλημα είναι όπως το περιγράφει ο Νίκος, δηλ αν αφορά σε κατέβασμα από κινητό.
Μια καλημέρα σε όλους!
Ναι τελικά το προβλημα ήταν ότι προσπαθούσα να κατεβάσω το αρχείο από κινητο…ευχαριστώ.
Προέκυψε ποτέ αυθεντική μαθητική ερώτηση γιατί ένα τυποποιημένο δυναμόμετρο αυξάνει την επιμήκυνσή του ανάλογα με το φορτίο που εξαρτάται στο άγκιστρό του;
Αντίστοιχα, προέκυψε σχετική απορία γιατί τα ιδανικά αέρια σε σταθερή θερμοκρασία συμπεριφέρονται με βάση το νόμο του Boyle;
Το γιατί της ελαστικής συμπεριφοράς σχετίζεται με τη δομή των υλικών που ακολουθούν γραμμική σχέση φορτίου και απομάκρυνσης και δεν είναι διαπραγματεύσιμο σε καμία φάση των δευτεροβάθμιων σπουδών.
Τότε γιατί να βασίσεις μια εργαστηριακή δραστηριότητα μόνο για να επιβεβαιώσεις μια ισχυρή διαίσθηση, χωρίς να έχεις τη δυνατότητα να οικοδομήσεις πάνω της κάποιο επιστημονικό μοντέλο;
Αυτό το παραδοσιακό πείραμα είναι δημοφιλές μεταξύ των δασκάλων, λόγω της εύκολης διεξαγωγής του αλλά και γιατί προσφέρεται για στοιχειώδη μαθηματική επεξεργασία των δεδομένων με γραφική αναπαράσταση.
Που όμως εστιάζουν οι μαθητές όταν το διεξάγουν οι ίδιοι;
Παραδόξως, εκεί που εστιάζει και η Φυσική!
Στην διατήρηση της μηχανικής ενέργειας του ταλαντωμένου ελατηρίου, που έχει ως προϋπόθεση την αναλογική σχέση τάσης – απομάκρυνσης από τη Θ.Ι.
Η Φυσική, με βάση την ελαστική συμπεριφορά των ελατηρίων συγκροτεί ένα εξαιρετικά χρηστικό μοντέλο, τον αρμονικό ταλαντωτή,
ενώ οι μαθητές μεταχειρίζονται διαισθητικά τη διατήρηση για να εκτοξεύουν βαρίδια προς τους συμμαθητές τους, δραστηριότητα σχετικά επικίνδυνη, αλλά και προς στους προγραμματισμένους διδακτικούς στόχους, στάση απόλυτα προβλέψιμη, που πρέπει να εκτονωθεί με τροποποίηση της πρότασης.
Γιώργο,
η πρότασή σου ξεπερνά αυτό το πρόβλημα τοποθετώντας το ερώτημα που λείπει και μπορεί να απαντηθεί από τη σύγκριση της συμπεριφοράς των δυο ελατηρίων. Αυτό το ερώτημα θα φρεσκάρει μια τελετουργική μέτρηση, που όποτε εμπλέκονται “μικροί πειραματιστές”,
οι πιο δυναμικοί μετασχηματίζουν τα μαλακά ελατήρια σε πλαστελίνες
ενώ οι πιο cool περιπίπτουν σε νιρβάνα, ατενίζοντας με άδειο βλέμμα την αρμονική κίνηση των ταλαντωμένων βαριδιών.
Το ερώτημα:
Βρες πόσες φορές είναι σκληρότερο το ένα ελατήριο από το άλλο.
Το αντιδιαισθητικό όμως ερώτημα για το πώς θα μεταβληθεί η σκληρότητα του συστήματος δυο όμοιων ελατηρίων, αν το ένα εξαρτηθεί από την ουρά του άλλου, πιθανόν να αξίζει να απαντηθεί την περίοδο που εμπεδώνεται η ενότητα των δυνάμεων, με διδακτικό στόχο την εξοικείωση του πώς μεταφέρεται μια εξωτερική τάση στα διάφορα σημεία ενός γραμμικού μέσου, όπως τα νήματα και τα ελατήρια.
Αν επιχειρηθεί αυτή η δραστηριότητα, καλό είναι να επιλεγεί η οριζόντια θέση.
Γιώργο καλησπέρα.
Θα ήθελα να διατυπώσω έναν προβληματισμό:
Διαβάζοντας: "Μέτρησε τη δύναμη που ασκεί το μικρό βαρίδιο, όταν το κρατάμε στον αέρα. Ζωγράφισε στο διπλανό πλαίσιο πώς έκανες τη μέτρηση.",
δεν αντιλαμβάνομαι αμέσως ποια δύναμη ζητάς να μετρηθεί: αυτή που ασκεί το βαρίδιο σε ποιον;
Εννοείς στο χέρι που το κρατάει; Πώς όμως θα τη μετρήσει (αρχικά υποθέτω άμεσα) ο μαθητής; Προφανώς δεν μπορεί.
Καταλήγω πως μάλλον εννοείς ότι "κρατάμε" το σώμα μέσω δυναμομέτρου.
Δηλαδή το χέρι κρατά το πάνω άκρο του δυναμόμετρου και το σώμα κρέμεται από το κάτω άκρο του δυναμόμετρου. Αυτό εννοείς;
Αν είναι έτσι, τότε δε θα συμφωνούσα με τη διατύπωση που δίνεις, γιατί δεν περιγράφει αυτό που υπονοεί.
Το "κρατάμε" δημιουργεί την εικόνα της άμεσης επαφής του χεριού με το βαρίδιο. Δεν κρατάμε όμως το σώμα, κρατάμε το δυναμόμετρο.
Θα προτιμούσα να περιγράφεις επακριβώς την οδηγία, ώστε να είναι σαφές ποια δύναμη καλούμαστε να μετρήσουμε.
Και μετά γράφεις: "Κόλλησε πάνω στο μικρό βαρίδιο ένα χαρτί με τη φράση: "Ασκεί δύναμη … Ν"
Δε θα συμφωνούσα και με αυτή την πρακτική.
Υπάρχει κίνδυνος να σχηματιστεί η εντύπωση της γενικότητας αυτής της δύναμης, ότι δηλαδή την ασκεί το βαρίδιο σε όλους και πάντα, γι' αυτό δε βρίσκω λόγο να γραφεί κάτι πάνω στο βαρίδιο (ας σημειωθεί σε έναν πίνακα μετρήσεων).
Διαφορετικά, αν επιμένεις, θα προτιμούσα να προσδιορίζεται επακριβώς σε ποιον την ασκεί και κάτω από ποιες συνθήκες. Ότι δηλαδή την ασκεί το βαρίδιο στο κάτω άκρο κατακόρυφου ελατηρίου, ισορροπώντας στον αέρα, κρεμασμένο από αυτό.
Γιώργο και Ελευθερία σας ευχαριστώ αμφότερους για τα (ιδιαιτέρως εποικοδομητικά) σχόλια σας. Τα σημειώνω στο αρχείο μου και σίγουρα θα επηρεάσουν επόμενες (βελτιωμένες) εκδοχές του φύλλου εργασίας. Μερικά σχόλια/απαντήσεις ακολουθούν.
α) Η ματιά σου Γιώργο με βοηθά πολύ. Πάντοτε κοιτάς το υλικό με ένα τρόπο που εγώ δεν το καταφέρνω και με βοηθά.
Θα υπερασπιστώ μια απάντησή στο "γιατί να βασίσεις μια εργαστηριακή δραστηριότητα μόνο για να επιβεβαιώσεις μια ισχυρή διαίσθηση, χωρίς να έχεις τη δυνατότητα να οικοδομήσεις πάνω της κάποιο επιστημονικό μοντέλο;". Θα πω ότι αυτή η εργαστηριακή δραστηριότητα δεν προτείνεται (τουλάχιστον από μένα) ούτε για να επιβεβαιώσει μια διαίσθηση, ούτε για να οικοδομήσει ένα επιστημονικό μοντέλο. Προτείνεται για να αναδείξει ένα εργαλείο. Πρακτικό εργαλείο, του εργαστηρίου. Οκ, μπορεί κανείς να χειριστεί το ίδιο φύλλο εργασίας για να διδάξει οτι εφίσονκαπαχί (υποπτεύομαι ότι οι περισσότεροι αυτό θα κάνουν), όμως εγώ το χρησιμοποιώ για να διδάξω ότι το ελατήριο είναι η πιο απλή κατασκευή που μπορεί να μας βοηθήσει να "δούμε" το μέτρο μιας δύναμης. Κάπως με τη λογική του μάστορα που λέει "κοίτα τι κάνει το κατσαβίδι" (και όχι με τη λογική του θεωρητικού που λέει "κοίτα τι είναι η ροπή δύναμης"). Και για να διαπιστώσουμε ότι, όπως υπάρχει το σταυροκατσάβιδο αλλά υπάρχει και το απλό κατσαβίδι, έτσι υπάρχουν ελατήρια καλά για να μετράμε (και να διαφοροποιούμε μεταξύ τους) μικρές δυνάμεις και υπάρχουν και άλλα ελατήρια, καλά για μεγάλες δυνάμεις. Η καρδιά κάθε δυναμομέτρου, το ελατήριο, έχει αρκετή διδακτική αξία και (κρατιέμαι να μην πω "κυρίως") στο εργαστηριακό πλαίσιο.
Από την άλλη, η ιδέα σου για ένα μάθημα/φύλλο εργασίας σχετικά με το "πώς θα μεταβληθεί η σκληρότητα του συστήματος δυο όμοιων ελατηρίων, αν το ένα εξαρτηθεί από την ουρά του άλλου" είναι γαμάτη. Είναι βέβαια ένα λέβελ παραπάνω. Δεν εννοώ τόσο γνωστικά, όσο σε σχέση με όσα ζητά το αναλυτικό πρόγραμμα, αναφέρομαι δηλαδή στο χρόνο που έχουμε στη διάθεσή μας.
β) Ελευθερία, θα έλεγα ότι "πέρασα" από τους προβληματισμούς που περιγράφεις, καθώς έφτιαχνα όχι μόνο αυτό το φύλλο εργασίας αλλά και άλλα. Αποφάσισα ότι αυτό που βλέπει ο φυσικός σαν ασάφεια (ή έλλειψη) σε ένα φύλλο εργασίας μπορεί να διασαφηνίζεται εκεί, στο μάθημα, προφορικά. Δεν βλέπω το φύλλο εργασίας σαν να είναι ένα βιβλίο που θα τα περιγράψει όλα αναλυτικά και πλήρως, αλλά σαν μια φόρμα που συμπληρώνει το γεγονός που εξελίσσεται στην τάξη.
Πιο συγκεκριμένα, στα σημεία που θέτεις. Η "δύναμη που ασκεί το βαρίδιο όταν το κρατάμε στον αέρα" είναι η ίδια, είτε την ασκεί στο δάκτυλο μου (αν το κρατάω εγώ), είτε την ασκεί στο δυναμόμετρο (αν το έχω κρεμάσει από αυτό), είτε στο σπάγγο (αν το κρεμάσω από το ταβάνι). Είναι το βάρος του. Η λογική μου, όταν χειρίζομαι το θέμα προφορικά στην τάξη, ακολουθεί την εξής σειρά: 1) το βαρίδιο ασκεί στο δάκτυλο μου μια δύναμη 2) αν το δώσω σε κάποιον άλλον να το κρατάει, το βαρίδιο ασκεί στο δάκτυλο του την ίδια δύναμη 3) αν το "δώσω" να το κρατάει ένα δυναμόμετρο, το δυναμόμετρο μπορεί να μου δείξει και ποιο είναι το μέτρο αυτής της δύναμης (που πριν 2 λεπτά ασκούταν στο δάκτυλο μου).
Σχετικά με το "Κόλλησε πάνω στο μικρό βαρίδιο ένα χαρτί με τη φράση: "Ασκεί δύναμη … Ν"
Αν κατάλαβα καλά, θα συμφωνούσες με μια επιγραφή του τύπου "Ασκεί δύναμη … Ν όταν το κρατάμε στον αέρα κατακόρυφα, στη Γη". Σίγουρα είναι πληρέστερο. Επίσης είναι καλή και η λύση που προτείνεις, δηλαδή να μην αναγραφεί κάτι πάνω στο βαρίδιο, αλλά σε έναν πίνακα. Εγώ πάντως δεν ασπάζομαι την ανησυχία σου ότι μπορεί η αναγραφή πάνω στο βαρίδι να οδηγήσει σε μια (μη επιτρεπτή) γενικότητα. Αναγράφουμε στο βαρίδι το βάρος του! Ναι, υπάρχει το ρίσκο να θεωρήσει κάποιος μαθητής ότι σε μια άλλη περίπτωση (πχ. όταν δένουμε το βαρίδιο με σπάγγο και το κάνουμε "λάσσο") το βαρίδι θα συνεχίσει να ασκεί την ίδια δύναμη, αλλά αυτό είναι ένα ρίσκο μικρό κατά τη γνώμη μου. Και σίγουρα, σε αυτό το μάθημα ή σε επόμενα, μπορούμε προφορικά να χειριστούμε μια τέτοια παρανόηση.