---

Β) Εποικοδομητική Προσέγγιση
Διδακτική ενότητα: Η άνωση στα υγρά

Ο χρόνος που απαιτείται είναι περίπου 90 λεπτά δηλαδή δύο διδακτικές ώρες.

Η προσέγγιση απευθύνεται σε μαθητές Δημοτικού Σχολείου και Γυμνασίου.. Οι διδακτικές ενέργειες αναφέρονται κατά στάδιο σύμφωνα με το μοντέλο διδακτικής προσέγγισης των Driver , Oldham (1985).

Οι μαθητές είναι οργανωμένοι σε ομάδες των 4-5 ατόμων που κάθονται γύρω από μεγάλα τραπέζια ή θρανία ενωμένα ή όταν υπάρχει εργαστήριο η κάθε ομάδα κάθεται γύρω από τον πάγκο εργασίας. Απαιτούνται τα κάτωθι υλικά-όργανα:

Λεκάνη με νερό βρύσης, 5 πλαστικά ποτήρια,5 φελλοί, 5 δυναμόμετρα, 5ογκομετρικοί κύλινδροι, 5 κομμάτια πλαστελίνης, αλατόνερο, 5 νήματα, 5 σώματα φτιαγμένα από πλαστικό που έχουν τον ίδιο όγκο και διαφορετικό βάρος λόγω της διαφορετικής ποσότητας της πλαστελίνης που περιέχουν εσωτερικά.

Φάση του προσανατολισμού

Στόχος μας σ’ αυτή τη φάση είναι να προκληθεί το ενδιαφέρον και η περιέργεια των μαθητών για τα φυσικά φαινόμενα που αναφέρονται στην άνωση και έχουν σχέση με τις καθημερινές τους εμπειρίες.

Μπορούμε να προβάλλουμε στον ανακλαστικό προβολέα μια διαφάνεια μ’ ένα πλοίο στη θάλασσα. Επίσης μπορούμε να πάρουμε μια μικρή σφαίρα από πλαστελίνη και να την βάλουμε σε μια λεκάνη νερό, τότε παρατηρούν ότι βυθίζεται ενώ εάν της δώσουμε το σχήμα βάρκας επιπλέει.

Μετά απ’ αυτά είναι δυνατόν να ρωτήσουμε: «Πώς το πλοίο ή η βάρκα από πλαστελίνη επιπλέει ενώ όταν έχει η πλαστελίνη το σχήμα μπάλας βυθίζεται;» Συνήθως αναφέρουν σαν αιτία την άνωση αλλά δε μπορούν να ερμηνεύσουν τα παραπάνω. Προβληματίζονται, υποβάλλουν ερωτήσεις, συζητούν και στην προσπάθειά τους να τα ερμηνεύσουν έχουν αρκετό ενδιαφέρον γι’ αυτά που θα επακολουθήσουν.

Φάση της ανάδειξης των ιδεών

Στο στάδιο αυτό της διδασκαλίας δίνουμε στους μαθητές το παρακάτω ερωτηματολόγιο για την ανάδειξη των ιδεών τους σχετικά με την έννοια, τη μέτρηση και τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η άνωση. Ειδικότερα όταν το μάθημα αφορά τους μαθητές της Ε’ Τάξης του Δημοτικού Σχολείου οι οποίοι δεν έχουν διδαχθεί την έννοια της άνωσης θα πρέπει ο διδάσκων να ακολουθήσει όμοια με την ανακαλυπτική για να εισάγει την έννοια και στη συνέχεια να δοθεί το ερωτηματολόγιο. Η εισαγωγή μπορεί να γίνει με το πρώτο πείραμα του Φύλλου Εργασίας, όπου οι μαθητές διαπιστώνουν την ύπαρξη κάποιας δύναμης που ωθεί το σώμα προς τα πάνω. Ο διδάσκων ονομάζει τη δύναμη αυτή άνωση και εξηγεί τον όρο ετυμολογικά. Στη συνέχεια εφαρμόζει το ερωτηματολόγιο αρχίζοντας από την ερώτηση 2.

Ερωτηματολόγιο

ΕΡΩΤΗΣΗ 1. Η άνωση είναι μετρήσιμο μέγεθος; Αν ναι, με ποιο τρόπο θα μπορούσαμε να τη μετρήσουμε;

ΕΡΩΤΗΣΗ 2. Έχουμε δύο ογκομετρικούς κυλίνδρους. Στον ένα βάζουμε νερό και στον άλλο αλατόνερο. Βυθίζουμε διαδοχικά την ίδια σφαίρα και στους δύο κυλίνδρους. Η άνωση που δέχεται η σφαίρα από το νερό είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση με αυτή που δέχεται από το αλατόνερο;
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

ΕΡΩΤΗΣΗ 3. Μια πέτρα βυθίζεται σε νερό σε βάθος 5 m. Αν η ίδια πέτρα βυθιστεί σε βάθος 20 m η άνωση που θα δεχτεί θα είναι όση και προηγουμένως ή διαφορετική;
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

ΕΡΩΤΗΣΗ 4. Σε δύο όμοια δοχεία με νερό βυθίζουμε δύο σφαίρες, μια χάλκινη και μια σιδερένια. Η χάλκινη είναι βαρύτερη από τη σιδερένια. Επιπλέον και οι δύο έχουν τον ίδιο όγκο. Η άνωση που δέχεται η χάλκινη σφαίρα είναι μεγαλύτερη ή ίση με αυτή που δέχεται η σιδερένια;
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

ΕΡΩΤΗΣΗ 5. Παίρνουμε ένα κομμάτι πλαστελίνης. Πρώτα το πλάθουμε σε σχήμα «σφαίρας» και το βυθίζουμε μέσα σε νερό. Μετά το μετασχηματίζουμε σε «κύλινδρο» και το βυθίζουμε στο ίδιο δοχείο. Η «σφαίρα» δέχεται μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση άνωση με με αυτή που δέχεται ο «κύλινδρος»;
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

ΕΡΩΤΗΣΗ 6. Η άνωση που δέχεται ένας άνθρωπος όταν κολυμπάει στη θάλασσα είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση με αυτή που δέχεται όταν ο ίδιος άνθρωπος κολυμπάει στη λίμνη;
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

 

ΕΡΩΤΗΣΗ 7. Πώς ερμηνεύετε το γεγονός ότι εάν ένα κομμάτι πλαστελίνης έχει το σχήμα σφαίρας βυθίζεται ενώ εάν το σχήμα βάρκας επιπλέει;
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

Ο κάθε μαθητής εργάζεται μόνος του και μετά ακολουθεί ανταλλαγή απόψεων σε επίπεδο ομάδας.

Οι ιδέες των μαθητών

Μετά από την επεξεργασία των απαντήσεων των μαθητών συμπεραίνουμε ότι αυτοί πιστεύουν ότι η άνωση εξαρτάται ;
Aπό το βάρος του σώματος, ένα βαρύτερο σώμα δέχεται μεγαλύτερη άνωση.
Από τον όγκο του σώματος και όχι τον όγκο του βυθιζόμενου τμήματος του σώματος.
Από το βάθος του υγρού στο οποίο είναι βυθισμένο το σώμα. ΄Οσο βαθύτερα στο νερό ή σε ένα υγρό είναι βυθισμένο ένα σώμα τόσο μεγαλύτερη άνωση δέχεται. Από το σχήμα του σώματος, .Εάν αλλάξει το σχήμα σ’ ένα βυθισμένο σώμα, αλλάζει και η άνωση.
Από την ποσότητα του υγρού στο οποίο είναι βυθισμένο το σώμα.

Φάση της αναδόμησης των ιδεών

Διδακτικοί στόχοι;

Υπάρχουν όλοι οι διδακτικοί στόχοι της ανακαλυπτικής προσέγγισης, όπως αυτοί περιγράφησαν στην ανακαλυπτική προσέγγιση και επιπλέον οι διδακτικοί στόχοι λόγω των παρανοήσεων των μαθητών που είναι οι εξής;

• Να διαπιστώσουν οι μαθητές ότι η ΄Ανωση δεν εξαρτάται από το βάρος του Σώματος.
• Να διαπιστώσουν ότι η Άνωση δεν έξαρτάται από το σχήμα του σώματος.
• Να διαπιστώσουν ότι η Άνωση δεν εξαρτάται από το βάθος του υγρού.
• Να διαπιστώσουν ότι η Άνωση δεν εξαρτάται από την ποσότητα του υγρού.

Μοιράζεται Φυλλάδιο εργασίας, όπου δίνονται οδηγίες για τις δραστηριότητες των μαθητών, τη χρήση των οργάνων και των υλικών που αναφέραμε.

Ο ενθουσιασμός από την εκτέλεση των πειραμάτων από τους ίδιους τους μαθητές ενισχύει την περιέργειά τους και αποτελεί ουσιαστικό παράγοντα για την αναδόμηση των ιδεών τους.

Η επεξεργασία γίνεται κατά δραστηριότητα

Συνήθως οι ίδιοι οι μαθητές προτείνουν για επαλήθευση των απόψεών τους το πείραμα σύμφωνα με το οποίο βυθίζουν το ίδιο σώμα στο νερό της βρύσης και στο αλατόνερο και παρατηρούν τη διαφορά στις τιμές της άνωσης.

Στην ερώτηση εάν η άνωση του σώματος που βυθίζεται εξαρτάται από το βάρος του, οι μαθητές εφ’ όσον ο όγκος παραμένει σταθερός, απαντούν ότι το βάρος σχετίζεται με την άνωση και κυρίως μεγαλύτερο βάρος, συνεπάγεται μεγαλύτερη άνωση.

Σ’ αυτή την περίπτωση κάνουν τη σχετική δραστηριότητα που βυθίζουν δύο σώματα με τον ίδιο όγκο και διαφορετικό βάρος στο ίδιο υγρό. Παρατηρούν ότι η άνωση είναι ίδια και στα δυο σώματα δηλαδή ανεξάρτητη από το βάρος τους εφ’ όσον ο όγκος παραμένει σταθερός.

 

 

Φύλλο Εργασίας: «Η Άνωση στα Υγρά»

Εδώ μεταφέρονται όλες οι δραστηριότητες της ανακαλυπτικής προσέγγισης (Δραστηριότητες 1 έως και 6);

Δραστηριότητα 5

Συνήθως λίγοι μαθητές προτείνουν τη μέτρηση της άνωσης με το δυναμόμετρο. Σ’ αυτή την περίπτωση προτείνουμε τη μέτρηση της άνωσης με το δυναμόμετρο για ένα σώμα σε κυλινδρικό σχήμα που αποτελείται από πλαστελίνη.

Ζυγίζουμε το κομμάτι της πλαστελίνης στον αέρα και μετά στο νερό βυθίζοντας κάθε φορά και ένα διαφορετικό μέρος του όγκου του. Διαπιστώνουν ότι η άνωση παίρνει διαφορετικές τιμές ανάλογα με τον όγκο του σώματος που βυθίζεται. Ένας παράγοντας από τον οποίο εξαρτάται η άνωση είναι ο όγκος του βυθισμένου σώματος. Οι μαθητές κυρίως πιστεύουν ότι εξαρτάται από τον όγκο του σώματος. Για ν’ αλλάξουν οι μαθητές τις ιδέες τους επιλέχθηκε αυτή η πειραματική διαδικασία.

Υλικά: Δυναμόμετρο, ογκομετρικός σωλήνας, κομμάτι πλαστελίνης, νερό.

Ζυγίζουμε ένα κομμάτι πλαστελίνης με τη βοήθεια δυναμόμετρου. Καταγράφουμε την ένδειξη του δυναμόμετρου στον πίνακα που ακολουθεί. Βάζουμε νερό στον ογκομετρικό κύλινδρο μέχρι τη μέση. Βυθίζουμε την πλαστελίνη στο νερό και καταγράφουμε τη νέα ένδειξη του δυναμόμετρου στον πίνακα.. Επαναλαμβάνουμε το πείραμα προσθέτοντας το νερό σιγά-σιγά και καταγράφουμε τις ενδείξεις του δυναμόμετρου όταν: 1) Η πλαστελίνη είναι βυθισμένη κατά 1/4 και 2) Η πλαστελίνη είναι βυθισμένη μέχρι τη μέση.

Τι διαπιστώνουμ ε;

Τι συμπεραίνουμε ;

 

 

Δραστηριότητα 6

Στην ερώτηση αν η άνωση είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση στο αλατόνερο ή στο νερό της βρύσης, δίνουν απαντήσεις που αναφέρονται και στις τρεις περιπτώσεις. Για το λόγο αυτό σχεδιάζουμε το πείραμα αυτό με στόχο να ανακαλύψουν οι μαθητές αν η άνωση εξαρτάται από το είδος του υγρού.

 

Υλικά: Δύο ογκομετρικοί κύλινδροι, ένα κομμάτι πλαστελίνης, δυναμόμετρο, νερό, αλατόνερο.

 

Διαδικασίες: Παίρνουμε δύο ογκομετρικούς κυλίνδρους, στον ένα βάζουμε νερό και στον άλλον αλατόνερο. Βυθίζουμε διαδοχικά το κομμάτι της πλαστελίνης και στους δύο κυλίνδρους. Καταγράφουμε τις ενδείξεις του δυναμόμετρου στον πίνακα που ακολουθεί.

Τι διαπιστώνουμε; Τι συμπεραίν ουμε ;

 

Δραστηριότητα 7

Υλικά: Ογκομετρικός κύλινδρος, νερό, δύο κομμάτια πλαστελίνης ίδιου όγκου αλλά διαφορετικού βάρους( Στο ένα κομμάτι πλαστελίνης έχουμε βάλλει ένα κομμάτι μολύβι), δυναμόμετρο.

Βυθίζουμε με το χέρι μας τα δύο κομμάτια πλαστελίνης διαδοχικά στον ογκομετρικό κύλινδρο. Διαπιστώνουμε ότι έχουν τον ίδιο όγκο, παρατηρώντας τη στάθμη του νερού στον ογκομετρικό κύλινδρο.

2. Ζυγίζουμε τα δύο κομμάτια με το δυναμόμετρο, διαπιστώνουμε ότι έχουν διαφορετικό βάρος. Καταγράφουμε τις ενδείξεις στον πίνακα που ακολουθεί.

3. Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία βυθίζοντας τα δυο κομμάτια διαδοχικά στον ογκομετρικό κύλινδρο. Καταγράφουμε τις νέες ενδείξεις.

Τι διαπιστών ουμε ; Τι συμπεραίν ουμε ;

 

Δραστηριότητα 8

Υλικά: Ογκομετρικός σωλήνας, δυναμόμετρο, ένα κομμάτι πλαστελίνης.

Σε έναν ογκομετρικό κύλινδρο, βάζουμε 350 ml νερό. Βυθίζουμε την πλαστελίνη ολόκληρη και καταγράφουμε την ένδειξη του δυναμόμετρου στον πίνακα που ακολουθεί. Προσθέτουμε νερό μέχρι 500  ml . Επαναλάμβάνουμε τη διαδικασία και καταγράφουμε τη νέα ένδειξη του δυναμόμετρου.

Τι διαπιστώ νουμε ; Τι συμπεραίν ουμε ;

 

Τι διαπιστώνετε; Τι συμπεραίνετε;

Δραστηριότητα 9

Υλικά: Δυναμόμετρο, πλαστελίνη, ογκομετρικός σωλήνας, σχοινί.

Παίρνουμε το κομμάτι πλαστελίνης και πλάθουμε σε σχήμα «σφαίρας». Μετρούμε την ΄Ανωση. Μετασχηματίζουμε τη «σφαίρα» σε «λουκάνικο». Μετρούμε πάλι την ΄Ανωση.

Τι διαπιστώνουμε; Τι συμπεραίνουμε;

Φάση της εφαρμογής

Στη φάση αυτή μπορούμε να ζητήσουμε από τους μαθητές να εφαρμόσουν αυτά που έμαθαν για να λύσουν προβλήματα και απορίες που έχουν σχέση με την καθημερινή τους ζωή.

Μπορούμε να τους ρωτήσουμε «Πώς ερμηνεύουν ότι το πλοίο επιπλέει;» Με βάση τα παραπάνω θα είναι σχετικά εύκολο να το ερμηνεύσουν.

Επίσης μπορούμε να τους ρωτήσουμε «Πώς ερμηνεύουν ότι το υποβρύχιο άλλοτε βυθίζεται και άλλοτε επιπλέει;»

Με ενδιάμεσες ερωτήσεις «Τι μεταβάλλεται στο υποβρύχιο κάθε φορά που αλλάζει θέση;» θα έχουμε τις επιθυμητές απαντήσεις.

 

Φάση της ανασκόπησης

Στη φάση αυτή οι μαθητές μπορούν να συμπληρώσουν ένα πίνακα στον οποίο γίνεται έλεγχος παραμέτρων με τις οποίες ασχοληθήκαμε στις προηγούμενες δραστηριότητες.

 

 

Αφού συμπληρώσουν τον πίνακα οι μαθητές καλούνται να συγκρίνουν τις νέες απόψεις τους μ’ αυτές που είχαν στην αρχή του μαθήματος.

Μπορούμε να τους υποβάλλουμε τις ερωτήσεις: «Τι υποστηρίζατε πριν;» «Τι υποστηρίζετε τώρα;» «Πώς αλλάξατε γνώμη;»

Η σύγκριση αυτή των απόψεων γίνεται σε προσωπικό επίπεδο και σε επίπεδο τάξης. Εντοπίζουν έτσι ταυτόχρονα και τις δραστηριότητες με τις οποίες έφτασαν στις τελικές απόψεις τους, συνειδητοποιούν δηλαδή το πώς έμαθαν.