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 – συχνότητας Επειδή σε χρόνο t ίσο με μια περίοδο Τ έχουμε μια επανάληψη (Ν=1) του φαινομένου έχουμ…

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 Fεξ . 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 µε το μέτρο της δύναμης επαναφοράς και να έχει αντίθετη φορά, σε κάθε χρονι…

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 δεν αντικατασταθεί θα σπάσει.]

Νόμο…

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

Από την Α΄ Λυκείου γνωρίζεις τον θεμελιώδη νόμο της Μηχανικής (2ος 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=-ω2x, ο συνδυασμός αυτών των δυο σχέσεων δίνει τη σχέση: 
ΣF=-m ω2x 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 mω2 με D (που είναι σταθερό για κάθε ταλαντωτή), δηλαδή D = mω2
Τότε θα έχουμε τη σχέση που δίνει τη δύναμη:F = −Dx (Μάθε την απόδειξη)

Η παραπάνω σχέση είναι γνωστή και σαν συν…

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.