by Οδηγίες διδασκαλίας για το μάθημα της Φυσικής.
Φέτος είναι η πέμπτη χρονιά για την Κβαντομηχανική στο Λύκειο. Το συγκεκριμένο πρόγραμμα σπουδών που αφαίρεσε τα ρευστά και μέρος της Μηχανικής στερεού σώματος ενώ πρόσθεσε το κεφάλαιο για την Εισαγωγή της Κβαντομηχανικής, έμεινε στην Ιστορία ως «Μεταβατικό πρόγραμμα σπουδών». Τα τελευταία πέντε χρόνια έχουν έρθει στα σχολεία αναλυτικές οδηγίες διδασκαλίας που περιλαμβάνουν ενδεικτικά προτάσεις διδασκαλίας με προσομοιώσεις από αξιόπιστους ιστό-τόπους, αναλυτικές οδηγίες για πειράματα που εκμεταλλεύονται συσκευές των σχολικών εργαστηρίων με προτάσεις από τα κατά τόπους ΕΚΦΕ, παρατηρήσεις που αφορούν και επεξηγούν την θεωρία του σχολικού βιβλίου και όπως κάθε άλλη χρονιά προτάσεις για συγκεκριμένες ερωτήσεις, ασκήσεις και προβλήματα του σχολικού βιβλίου που είναι «εντός ύλης» και αντίστοιχες προτάσεις για ερωτήσεις ασκήσεις και προβλήματα που είναι «εκτός ύλης». Οι οδηγίες διδασκαλίας είναι απαραίτητο εργαλείο για τη σχολική κοινότητα αφού εξειδικεύουν τους στόχους και τα προσδοκώμενα μαθησιακά αποτελέσματα του Αναλυτικού Προγράμματος Σπουδών.
Σε αυτό το έγγραφο στηρίζονται ή καλύτερα θα έπρεπε να στηρίζονται τόσο οι εκπαιδευτικοί για την καθημερινή τους διδασκαλία, όσο και η επιτροπή επιλογής των θεμάτων για την Αξιολόγηση των μαθητών στις πανελλαδικές εξετάσεις.
Εξαιτίας της κρισιμότητας του συγκεκριμένου εγγράφου, θα ήθελα να σημειώσω μια αβλεψία που αφορά στην ενότητα της Κβαντομηχανικής. Είχα ενημερώσει υπηρεσιακά την πρώτη χρονιά εφαρμογής του Μεταβατικού προγράμματος σπουδών τον σύμβουλο Κύριλλο Τσερμπάκ που τελείως ξαφνικά τον Οκτώβριο του 2022 απεβίωσε αφήνοντας πίσω του ένα δυσαναπλήρωτο κενό. Το έκανα και πέρσι με αναρτήσεις σε ιστοσελίδες εκπαιδευτικών, αλλά βλέποντας ότι δεν γίνεται καμία αλλαγή στο έγγραφο, θέτω υπόψιν σας αυτές τις σκέψεις διότι πιθανόν να είναι και λανθασμένες.
Αφορά μια πρόταση για το φαινόμενο Compton. Συγκεκριμένα στο έγγραφο αναφέρεται:
«Στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο υπάρχει η δυνατότητα συλλογής και επεξεργασίας πειραματικών δεδομένων. Στο φαινόμενο Compton αν και δεν υπάρχει η δυνατότητα αυτή προτείνονται δραστηριότητες επεξεργασίας πειραματικών δεδομένων όπως για παράδειγμα η παρακάτω:
Σε ένα πείραμα φωτόνια με μήκος κύματος 1,500 x 10-14 m σκεδάζονται από ελεύθερα ηλεκτρόνια ενός μετάλλου και η μεταβολή του μήκους κύματός τους Δλ μετρήθηκε για διάφορες γωνίες σκέδασης. Το αποτέλεσμα φαίνεται στο παρακάτω γράφημα:
Ζητείται το μήκος κύματος ενός φωτονίου το οποίο έχει σκεδαστεί κατά γωνία 1500 μοίρες σε σχέση με την αρχική του διεύθυνση η ορμή του φωτονίου αυτού και η ενέργεια που μεταφέρθηκε στο ηλεκτρόνιο κατά την σκέδασή του ερωτήματος».
Δραστηριότητα επεξεργασίας πειραματικών μετρήσεων
Συνήθως σε δραστηριότητες αυτού του είδους οι μαθητές τοποθετούν τις πειραματικές μετρήσεις σε χαρτί millimetre και η σχέση που συνδέει τα δύο φυσικά μεγέθη είναι γραμμική. Στη συνέχεια ο μαθητής σχεδιάζει μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από τα σημεία, στην ουσία η ευθεία θα πρέπει να αφήνει εκατέρωθεν τον ίδιο αριθμό σημείων και υπολογίζει την εφαπτομένη της γωνίας που σχηματίζει η ευθεία με τον οριζόντιο άξονα και έτσι βρίσκει τον συντελεστή αναλογίας μεταξύ των φυσικών μεγεθών.
Άρα για τη συγκεκριμένη δραστηριότητα, ο μαθητής θα πρέπει να καταλάβει ότι η σχέση που συνδέει την μεταβολή του μήκους κύματος με τη γωνία είναι γραμμική, να σχεδιάσει ίσως μια ευθεία γραμμή, να υπολογίσει την εφαπτομένη της γωνίας και άρα τον συντελεστή αναλογίας και έτσι να υπολογίσει την μεταβολή Δλ για τη συγκεκριμένη γωνία των 1500 μοιρών. Έπειτα γνωρίζοντας την μεταβολή και το αρχικό μήκος κύματος να υπολογίσει το μήκος κύματος του φωτονίου που σκεδάζεται και έπειτα την ορμή και την ενέργεια.
Που είναι η αβλεψία σε αυτή την πρόταση που για τρίτη χρονιά προτείνεται στις οδηγίες διδασκαλίας.
Η μεταβολή του μήκους κύματος στο φαινόμενο Compton δεν είναι γραμμική συνάρτηση της γωνίας σκέδασης. Αν θα θέλαμε να σχεδιάσουμε τη σχέση που συνδέει τη μεταβολή του μήκους κύματος με τη γωνία σκέδασης θα ήταν κάπως έτσι:
Σίγουρα ο μαθητής δεν μπορεί για τη γωνία των 1500 μοιρών από το διάγραμμα να υπολογίσει με ακρίβεια την μεταβολή του μήκους κύματος. Θεωρώ δηλαδή, ότι με το διάγραμμα που δίνεται στις οδηγίες διδασκαλίας (καμπύλη), δεν μπορεί κάποιος να ζητήσει από μαθητή να υπολογίσει την μεταβολή του μήκους για συγκεκριμένη γωνία από παρόμοιο διάγραμμα. Συνάδελφος με ενημέρωσε ότι στο pdf οι μετρήσεις – τελείες έχουν μετακινηθεί και δείχνουν λανθασμένα μια γραμμική σχέση ενώ στο αρχικό αρχείο κειμένου το σχήμα ήταν διαφορετικό. Πόσο δύσκολο είναι να αλλάξει ένα σχήμα σε ένα τόσο κρίσιμο έγγραφο;
Νομίζω ότι θα πρέπει αντί αυτού στο φαινόμενο Compton να πάμε σε γραμμική σχέση. Η συγκεκριμένη πρόταση αφορά επεξεργασία πειραματικών δεδομένων και ίσως θα ήταν καλύτερο να αναφερθούμε στην εξάρτηση της μεταβολής του μήκους κύματος όχι με τις γωνίες σκέδασης φ αλλά με το συνημίτονο αυτών των γωνιών. Η σωστή μορφή είναι αυτή που φαίνεται στην επόμενη εικόνα. Από την οποία μπορεί εύκολα ο μαθητής να υπολογίσει με τη βοήθεια του millimetre τον συντελεστή αναλογίας και με γνωστό το συνημίτονο της γωνίας σκέδασης να υπολογίσει τη μεταβολή του μήκους κύματος.
Να συμπληρώσω σε αυτό το σημείο και τη συνέχεια της λύσης με τα δεδομένα που δίνονται.
Ο μαθητής στο millimetre χαρτί ίσως με κάποιο χάρακα θα υπολογίσει τη μεταβολή του μήκους κύματος. Άρα θα έχει ως δεδομένο το Δλ που είναι της τάξης του 10-17m. Επίσης έχει ως δεδομένο το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας που είναι της τάξης του 10-14m. Το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας υπολογίζεται από το άθροισμα αυτών, αλλά με τα δεδομένα αυτά βγαίνει το συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει αξιόλογη μεταβολή. Με την πειραματική σχέση του Compton για γωνία 1500 μοιρών το ποσοστό αύξησης του μήκους είναι περίπου 30%, ενώ με τα υπάρχοντα δεδομένα το ποσοστό είναι 0,6%. Ίσως θα έπρεπε να γίνει αλλαγή ή του αρχικού μήκους κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ή της κλίμακας των μετρήσεων του Δλ.
Αυτά τα προβλήματα εμφανίζονται όταν προσπαθούμε να χρησιμοποιήσουμε πειραματικές μετρήσεις μετασχηματίζοντας τη γνώση για το επίπεδο της βαθμίδας στην οποία βρίσκεται ο μαθητής. Ίσως αυτός είναι και ο λόγος που, ενώ στο ΦΕΚ αξιολόγησης για την εξέταση στο μάθημα της Φυσικής αναφέρεται: «Το δεύτερο θέμα αποτελείται από ερωτήσεις, με τις οποίες ελέγχεται η κατανόηση της θεωρίας, η κριτική ικανότητα των μαθητών/-τριών, καθώς και οι νοητικές δεξιότητες που απέκτησαν κατά την εκτέλεση των εργαστηριακών ασκήσεων ή άλλων πειραματικών δραστηριοτήτων που έγιναν στο πλαίσιο του μαθήματος», στις πανελλαδικές δεν έχουμε τέτοια θέματα αφού είναι δύστροπα και στη διατύπωση και στην αξιολόγηση της επίδοσης των μαθητών.
Παναγιώτης Πετρίδης Φυσικός Εσπερινό Γυμνάσιο με Λ.Τ. Κω.
