Η δραματοποίηση της επιστήμης Teach article

Μετάφραση: Νίκος Σκουλίδης (Nikos Skoulidis). ου αρέσει η δραματοποίηση της επιστήμης; Το χρώμα, η μυρουδιά, η πλοκή; Γιατί να μην ακολουθήσετε τις προτάσεις του Bernhard Sturm,…

Η δραματοποίηση μπορεί να συνδυάζει στοιχεία της τέχνης, μουσική και αθλήματα, και να αναπτύσσει την δημιουργικότητα των μαθητών και την άσκηση καθώς και την συναισθηματική και αισθητική τους επαγρύπνηση. Σαν ομαδικές δραστηριότητες, επίσης προωθούν την επικοινωνία και την συνεργασία μεταξύ των νεαρών μαθητών. Γιατί λοιπόν να μην χρησιμοποιήσετε τη δραματοποίηση στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών;

Αυτό το άρθρο προσφέρει μια συλλογή δραστηριοτήτων βασισμένων στη δραματοποίηση για να ενεργοποιήσει ή επανα-θεσπίσει την επιστήμη στις αίθουσες της φυσικής και της χημείας.

Χημεία

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

Αυτή είναι μια μέθοδος για να οπτικοποιήσει την ανταλλαγή οξυγόνου μεταξύ διαφόρων μεταλλικών ατόμων στα πλαίσια της σειράς της οξειδοαναγωγής (του Lavoisier). Κάθε μαθητής φοράει ένα κάλυμμα ενός από τρία χρώματα, που αναπαριστούν άτομα οξυγόνου και δυο διαφορετικών μετάλλων (πρέπει να υπάρχεί ίσος αριθμός από το κάθε χρώμα). Σε ομάδες των 8-10 ατόμων περίπου, οι μαθητές καθορίζουν απλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής με στοιχειομετρία 1:1, όπως η CuO + Fe → Cu + FeO, και μετά τις παρουσιάζουν σε όλη την τάξη. Οι μαθητές συχνά βρίσκουν δημιουργικούς τρόπους για να παρουσιάσουν την ενέργεια ενεργοποίησης και την ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτές τις αντιδράσεις.

Χημικός Δεσμός: Αγωγιμότητα του νερού (μηχανισμός Grotthuss)

Η επόμενη μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει πως το ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από το νερό, παρόλο που τα πρωτόνια δεν κινούνται, ενώ το θετικό φορτίο μεταφέρεται. Οι μαθητές θα πρέπει να φορούν καλύμματα δύο χρωμάτων, που αναπαριστούν τα άτομα του υδρογόνου και του οξυγόνου (με λόγο 2:1). Σχηματίζουν μια γραμμή μορίων νερού: κάθε μόριο αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου (γονατιστά) και ένα άτομο οξυγόνου (όρθιο). Το άτομο του οξυγόνου αγγίζει το ένα άτομο του υδρογόνου με το δεξί του χέρι και το άλλο με το δεξί του πόδι (δες το διάγραμμα στα δεξιά). Τα χέρια και τα πόδια των ατόμων του υδρογόνου δεν κινούνται. Ένα επιπλέον άτομο υδρογόνου κολλάει στο άτομο οξυγόνου (πιασμένο από το αριστερό του χέρι) στην μια άκρη της γραμμής (H₃O⁺). Τα χέρια και τα πόδια των μαθητών – οξυγόνων παριστάνουν ζευγάρια ηλεκτρονίων. Το επιπλέον ζεύγος ηλεκτρονίων περνά από το ένα άκρο της γραμμής των μορίων του νερού στο άλλο, καθώς το άτομο οξυγόνου στο μόριο H₃O⁺ αφήνει να φύγει το άτομο υδρογόνου από το δεξί του χέρι και το άτομο του οξυγόνου του γειτονικού μορίου νερού το αγγίζει με το αριστερό του χέρι, και έτσι συνεχίζεται κατά μήκος της γραμμής.

Ριζικός πολυμερισμός αιθενίου σε πολυαιθάνιο

Η επόμενη μέθοδος είναι χρήσιμη για την κατανόηση του μηχανισμού του πολυμερισμού και την διαφοροποίηση από την σύνθεση των ευθύγραμμων και διακλαδούμενων πολυμερών. Ο πολυμερισμός του αιθενίου δείχνεται, με την συμμετοχή όλων των μαθητών με τη σειρά. Κάθε σώμα αντιπροσωπεύει ένα άτομο άνθρακα, κάθε πόδι ένα άτομο υδρογόνου και κάθε χέρι ένα ηλεκτρόνιο σθένους. Κάθε μαθητής (που αντιπροσωπεύει μια ρίζα μεθυλίου) κουνάει τα χέρια του (ένα μονήρες ηλεκτρόνιο). Δύο μαθητές που κρατιούνται και με τα δύο χέρια τους (έναν διπλό δεσμό) αναπαριστούν ένα μόριο αιθενίου. Οι ριζικοί δεσμοί στο μόριο αιθενίου: ένα από τα μέρη του αιθενίου πρέπει να σπάσει τη μια χειραψία (ηλεκτρόνιο σθένους) και να συνδεθεί με το ελεύθερο ηλεκτρόνιο της ρίζας (νέα χειραψία). Το καινούριο μόριο με τα τρία άτομα άνθρακα είναι πάλι μια ρίζα. Αυτό συνδέεται με ένα καινούριο μόριο αιθενίου, και ούτω καθ’ εξής (δες διάγραμμα στα αριστερά)

Αυτό το μοντέλο μπορεί να επεκταθεί για να αναπαραστήσει και την διακλάδωση του βουτα-1,3-διένιου: οι μαθητές που παριστάνουν τα C₂ και C₃ άτομα του μορίου αγγίζουν τα πόδια για να συμβολίσουν τον απλό δεσμό (δες διάγραμμα στα αριστερά). Η άφιξη μια ρίζας μεθυλίου αναγκάζει έναν από τους διπλούς δεσμού (διπλή χειραψία) στο μόριο του βουτα-1,3-διένιου να σπάσει, και έναν νέο απλό δεσμό (χειραψία) να σχηματισθεί ανάμεσα στη ρίζα μεθυλίου και, για παράδειγμα, στο άτομο C₄ Το νεοσχηματισμένο μόριο είναι επίσης ρίζα, με ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο στο C₃. Το C₁ άτομο του δεύτερου μορίου βουτα-1,3-διένιου μπορεί έτσι να συνδεθεί, σπάζοντας τον διπλό του δεσμό (διπλή χειραψία) και να σχηματίσει μια διακλάδωση (με χειραψία) με το C₃ του αρχικού μορίου. Το σχηματισμένο μόριο 9 ανθράκων είναι επίσης μια ρίζα, με ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο δεσμού στο C₂ του δεύτερου μορίου βουτα-1,3-διένιου.

Φυσικές καταστάσεις του νερού

Οι αποστάσεις και οι ταχύτητες των μορίων του νερού διαφέρουν στην στερεή, υγρή και αέρια κατάσταση. Σε αυτή την άσκηση, οι μαθητές δρουν σαν μόρια νερού. Από την εμπειρία μου, αυτό γίνεται καλύτερα σε εξωτερικούς χώρους, όπου υπάρχει περισσότερος χώρος, και βοηθάει να χωριστεί η τάξη σε αγόρια και κορίτσια – η μια ομάδα δρα και η άλλη παρακολουθεί. Ο δάσκαλος λέει στους μαθητές πώς να κινηθούν: ξεκινώντας από το χειμώνα (0 °C), οι μαθητές θα πρέπει να στέκονται ακίνητοι και να σχηματίζουν ένα πλέγμα. Καθώς ο χρόνος προχωρά, έρχεται η άνοιξη και το καλοκαίρι, και τα μόρια κινούνται γρηγορότερα (μέχρι τους 40 °C), αλλά πάλι μένουν σε επαφή. Τελικά, τα μόρια καταλήγουν σε ένα βραστήρα, θερμαίνονται και εξατμίζονται (100 °C).

Σε κάθε φάση, ο δάσκαλος παίρνει ένα στιγμιότυπο φωνάζοντας «Στοπ!». Οι ηθοποιοί (πχ τα κορίτσια) και οι θεατές (πχ τα αγόρια) περιγράφουν τι είχε συμβεί πριν και τι βλέπουν τώρα γύρω τους.
Οι ομάδες των ηθοποιών και των θεατών αλλάζουν ρόλους, και τα μόρια «κρυώνουν» στους 0 °C πάλι.

Αυτή η δραστηριότητα μπορεί να τροποποιηθεί για να δείξει την θερμική διαστολή του βενζενίου, με 8 μαθητές να περιβάλλουν 20 μαθητές «βενζενίου» κρατώντας χαλαρά ένα σχοινί, μέχρι που η πίεση από την θέρμανση να γίνει τόσο μεγάλη και οι περιβάλλοντες μαθητές να αφήσουν το σχοινί.

Φυσική

Κενό

Ο πίνακας Ένα Πείραμα με ένα Πουλί στην Αεραντλία^w1 από τον Joseph Wright του Derby (1768) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διδασκαλία της ιστορίας του κενού.
Διαιρέστε την τάξη σε ομάδες των τριών, και δώστε σε κάθε ομάδα ένα αντίγραφο του πίνακα και ένα φύλο εργασίας που να δείχνει την σκαρίφημα της κύριας συσκευής και των χαρακτήρων (δες την εικόνα στα δεξιά, για επιφόρτωση^w2). Οι επόμενες τρεις ερωτήσεις έχουν σκοπό να ξεκινήσουν τη συζήτηση σχετικά με τον πίνακα:

1. Για τι πείραμα πρόκειται;
2. Πως τελειώνει;
3. Ποιοι είναι οι ρόλοι και τα χαρακτηριστικά των διαφορετικών χαρακτήρων που φαίνονται;

Μετά τη συζήτηση, η όλη σκηνή μπορεί να επανα-πραγματοποιηθεί από τους μαθητές χρησιμοποιώντας μιαν αντλία κενού, με ένα ‘Schokokuss’ ( ένα μικρό κομμάτι κέικ καλυμμένο με σοκολάτα) που αντικαθιστά το πουλί.

Ηλεκτρικό κύκλωμα

Αυτή η δραστηριότητα είναι χρήσιμη για την εισαγωγή της ιδέας των κινούμενων ηλεκτρικών φορτίων που μεταφέρουν ενέργεια. Ένας μαθητής παριστάνει την πηγή της ενέργειας (μια μπαταρία), και στέκεται στην μια άκρη της αίθουσας και κρατά σακουλάκια ζελεδάκια (ενέργεια). Στην άλλη άκρη της αίθουσας, ένας άλλος μαθητής παριστάνει τον «καταναλωτή» της ενέργειας, μαζεύει τα σακουλάκια. Μπορείτε να βάλετε μερικά τραπεζάκια στη μέση της αίθουσας για να χαράξετε το κύκλωμα.

Οι υπόλοιποι μαθητές παριστάνουν τα ηλεκτρόνια, πάνε στην πηγή ενέργειας και ένα – ένα, παίρνουν ένα σακουλάκι ζελεδάκια, μετά εισέρχονται στο κύκλωμα και περπατούν / τρέχουν στον καταναλωτή για να του δώσουν τα γλυκά (ενέργεια). Επιστρέφουν στην πηγή και συνεχίζουν. Ο «ηλεκτρισμός» συνεχίζεται μέχρι ο μαθητής – πηγή να μείνει από σακουλάκια (αδειάζει η μπαταρία). Αυτή η δραστηριότητα μπορεί να επεκταθεί για να παραστήσει και παράλληλα ή σε σειρά κυκλώματα.

Αγωγιμότητα εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία

Αυτή η δραστηριότητα είναι ένας χρήσιμος τρόπος για να δείξουμε ότι η αγωγιμότητα των μετάλλων ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, κάτι που μπορεί να προσδιορισθεί μόνο πειραματικά. Σε εξωτερικό χώρο, με κιμωλία σχηματίστε ένα ορθογώνιο 2 x 5 m που παριστάνει την διατομή ενός αγώγιμου καλωδίου. Ζητάτε από περίπου 20 μαθητές να σταθούν στο εσωτερικό του, παριστάνοντας τα άτομα του μετάλλου. Οι υπόλοιποι 10 μαθητές (ηλεκτρόνια) προσπαθούν να τρέξουν μέσα από το καλώδιο καθώς τα άτομα είναι είτε ακίνητα (χαμηλή θερμοκρασία) είτε ταλαντώνουν το σώμα τους (υψηλή θερμοκρασία). Ο χρόνος που χρειάζεται για τα ηλεκτρόνια να περάσουν μέσα από το καλώδιο μετρείται με ένα χρονόμετρο.

Ο Νόμος το Γαλιλαίου για την ελεύθερη πτώση

Για εισαγωγή, ζητάμε από ένα μαθητή (μαθητή 1) να διαβάσει δυνατά την ιστορία της ανακάλυψης του νόμου της ελεύθερης πτώσης^w3. Καθώς ένας από τους βοηθούς του Γαλιλαίου (μαθητής 2) σημειώνει τον χρόνο παίζοντας κανονικούς κτύπους κιθάρας, ο ίδιος ο Γαλιλαίος (μαθητής 3) και ο δεύτερος βοηθός του (μαθητής 4) πραγματοποιούν τα πειράματά τους με ένα μπαλάκι του πινγκ πονγκ (ή κάτι παρόμοιο – ένα πιο συμπαγές μπαλάκι δίνει καλύτερα αποτελέσματα) και ένα κεκλιμένο επίπεδο με (μεταλλικά) σύρματα κάθετα σε διάφορα ύψη (δες εικόνα αριστερά).

Η μπάλα αφήνεται να κατρακυλήσει στο κεκλιμένο επίπεδο από διάφορα ύψη. Ο μαθητής 4 καταγράφει:

• Τον αριθμό των κτύπων που χρειάζεται η μπάλα για να φτάσει κάτω στο κεκλιμένο επίπεδο.
• Την απόσταση που διανύθηκε από την μπάλα όπως φαίνεται από τα σύρματα (πχ 0, 4, 16, 36, 64 cm).

Πυρηνική διάσπαση μια ημιζωή

Σε ένα μόνο μάθημα, αυτή η μέθοδος αποδίδει εξαιρετικά στο να δείξει την ιδέα της ημιζωής, χωρίς κάποια πολύπλοκη ή επικίνδυνη πειραματική συσκευή.

Ένα επιτραπέζιο παιχνίδι με 6 x 6 πεδία – τετράγωνα γεμίζεται με 36 κόκκινα πιόνια παιχνιδιού. Δύο διαφορετικά και εύκολα αναγνωρίσιμα ζάρια ρίχνονται και οι αριθμοί τους χρησιμοποιούνται σαν η τιμή Χ (ζάρι 1) και Ψ (ζάρι 2). Το κόκκινο πιόνι που αντιστοιχεί στις συντεταγμένες (Χ, Ψ) των ζαριών διασπάται (αντικαθίσταται) με ένα μπλε πιόνι. Αν ένα ζευγάρι αριθμών έρθει για δεύτερη φορά, δεν συμβαίνει τίποτα στα πιόνια, αλλά η ριξιά μετρείται. Μετά από κάθε 10 ριξιές των ζαριών, ο συνολικός αριθμός των ζαριών που έχουν ριχθεί (t) και ο αριθμός την εναπομεινάντων κόκκινων πιονιών (Ν) καταγράφεται. Ένα διάγραμμα του t σε σχέση με το Ν μας προσδιορίζει την ημιζωή.

Για να δείξουμε διαφορετικές ημιζωές, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα 8-πλευρο ζάρι, και ένα παιχνίδι με 8 x 8 πεδία, ή να αλλάξουμε τους κανόνες του παιχνιδιού έτσι ώστε κάθε πεδίο να πρέπει να χτυπηθεί δύο φορές πριν το κόκκινο πιόνι διασπασθεί.

Ευχαριστίες

Μερικές από τις δραστηριότητες αυτού του άρθρου εμπνεύσθηκαν από την δουλειά άλλων. Ο συγγραφέας, θέλει να ευχαριστήσει εκ βάθους τους Pöpping (2003; Radical polymerisation of ethene to polyethylene), Schreiber (2004; Physical states of water), Fallscheer (2006; Electric circuit), Bührke (2003), Drake (1975), Hepp (2004) και Riess et al. (2005; Galileo’s law of free fall), και Barke & Harsch (2001; Nuclear disintegration and half-life).