Κάθοδος στη γη-Ιδέες για τη διδασκαλία των επιστημών που αφορούν τη γη Teach article

Μετάφραση από τη Βαρβάρα Παναγιωτίδου (Barbara Panagiotidou). Ψάχνετε ιδέες ώστε να δώσετε μια διαφορετική πνοή στο μάθημα των επιστημών της γης (γεωγραφίας/γεωλογίας);…

Για να συμπέσουν με το, από τον ΟΗΕ, ανακηρυγμένο παγκόσμιο έτος για τον πλανήτη Γη (2007-2009) τρεις καθηγητές για τις επιστήμες που αφορούν τη γη, από το Ηνωμένο Βασίλειο, κατασκεύασαν μια ιστοσελίδα με μια ευρεία συλλογή από πολλές και ποικίλες διδακτικές δραστηριότητες: Ιδέες μάθησης για τη γη (Earth Learning Idea)^w1.

Οι απλές δραστηριότητες απαιτούν την ύπαρξη λίγων μέσων και υλικών (αλλά μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν χρησιμοποιώντας το βασικό εργαστηριακό εξοπλισμό των σχολείων) και είναι σχεδιασμένες για να ενθαρρύνουν τους μαθητές ηλικίας 8-18 ετών να ανακαλύψουν πως λειτουργεί η γη (για κάθε δραστηριότητα συστήνεται η κατάλληλη ηλικία).

Για κάθε ιδέα υπάρχει μια διαδικτυακή συζήτηση, με σκοπό να αναπτυχθεί ένα παγκόσμιο υποστηρικτικό δίκτυο και κάθε δραστηριότητα συνοδεύεται από υποστηρικτικές σημειώσεις για τους/τις εκπαιδευτικούς. Οι δραστηριότητες μεταφράζονται επίσης στα ισπανικά, νορβηγικά, ιταλικά, κινέζικα και στη γλώσσα των Ταμίλ.

Αν είστε επιμορφωτής εκπαιδευτικών ή εκπαιδευτικός για τις επιστήμες της γεωγραφίας ή της γεωλογίας, μπορείτε να βοηθήσετε την ομάδα (και τον εαυτό σας), υπογράφοντας δωρεάν στην ιστοσελίδα του πρότζεκτ, ώστε κάθε μήνα του 2010, να παίρνετε δύο νέες ιδέες για μαθήματα σχετικά με τη γη. Μετά μπορείτε να συζητήσετε την ιδέα με άλλους ενδιαφερόμενους απ’ όλο τον κόσμο που είναι εγγεγραμμένοι στο σχετικό ιστολόγιο. Όλες οι δραστηριότητες είναι ελεύθερες σε οποιοδήποτε χρόνο να μεταφορτωθούν αλλά αν υπογράψετε, θα ενημερώνεστε μόλις δημοσιευτεί μια καινούργια δραστηριότητα.

Στην ιστοσελίδα, οι δραστηριότητες διαιρούνται σε εννέα διαφορετικές κατηγορίες: «Η γη ως ένα σύστημα», «Η ενέργεια της γης», « Η γη στο διάστημα», «τα υλικά της γης», «Η εξέλιξη της ζωής», «Γεωλογικός χρόνος», «Ερευνώντας τη γη», «Φυσικοί κίνδυνοι», «πόροι και περιβάλλοντα». Οι κατηγορίες αυτές περιλαμβάνουν δραστηριότητες για τα ηφαίστεια, τα τσουνάμι, τους δεινόσαυρους, το πετρέλαιο και το αέριο, τους σεισμούς, την διαπερατότητα του εδάφους και πολλά άλλα. Οι περισσότερες είναι πρακτικές δραστηριότητες, ενώ άλλες μπορούν να θεωρηθούν πειράματα, όπως μια δραστηριότητα που, διπλώνοντας ένα χαρτί, βοηθά τους μαθητές να οπτικοποιήσουν το πως ο Δαρβίνος ανέπτυξε τη θεωρία του για το πώς σχηματίστηκαν οι κοραλλιογενείς ατόλλες. Πολλά πρωτόκολλα περιλαμβάνουν ακόμη ένα τμήμα επιπρόσθετων πειραμάτων για επέκταση και εμπέδωση.

Παραδείγματα από δύο δραστηριότητες δίνονται παρακάτω (δίχως τις υποστηρικτικές σημειώσεις που εμφανίζονται στην ιστοσελίδα).

Εγκλωβισμένα! Γιατί το πετρέλαιο και το αέριο δεν μπορούν να δραπετεύσουν από την υπόγεια φυλακή τους;

Αυτό το πείραμα χρησιμοποιείται για να δείξει πως το πετρέλαιο και το αέριο μπορούν να εγκλωβιστούν. σε κοιλότητες στο εσωτερικό της γης^w2.

Ηλικία: 14-18 ετών

Απαιτούμενος χρόνος: 10 min

Διδακτικοί στόχοι:

Οι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να:

• Εξηγούν ότι το πετρέλαιο και το αέριο επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού, εξαιτίας της χαμηλής τους πυκνότητας.
• Εξηγούν ότι το πετρέλαιο και το αέριο μπορούν να εγκλωβίζονται στο υπέδαφος, αν ανεβαίνουν μέχρι να φτάσουν σε ένα αδιαπέραστο στρώμα πετρωμάτων.
• Εκτιμούν την ανάγκη ελέγχου της εξόρυξης πετρελαίου και αερίου, ώστε να αποφεύγονται εκρήξεις στην επιφάνεια. 

Περιεχόμενο: Η δραστηριότητα θα μπορούσε να είναι μέρος ενός μαθήματος για τους παγκόσμιους φυσικούς πόρους. Θα μπορούσε να συνοδεύσει ένα μάθημα για το πορώδες και τη διαπερατότητα.

Υλικά

• Οποιοδήποτε μεγάλο δοχείο, π.χ. ένας κουβάς, κατά προτίμηση με καθαρά τοιχώματα, σχεδόν γεμάτος με νερό

• Το επάνω μέρος από ένα κομμένο καθαρό πλαστικό μπουκάλι (π.χ. μπουκάλι 2 l ), για να χρησιμοποιηθεί ως χωνί.

• Ένας λεπτός σωλήνας, π.χ. το σωληνάριο από ένα παλιό στυλό διαρκείας, με ένα πώμα

• Πηλός για να σφραγιστεί ο σωλήνας στο λαιμό του μπουκαλιού

• Ένα καλαμάκι ή σωλήνωση για διοχέτευση αέρα μέσα στο χωνί

• Λάδι μαγειρέματος (εφόσον είναι δυνατόν)

Πορεία

1. Τοποθετείστε το λεπτό σωλήνα ή το στυλό διαρκείας μέσα στο χωνί ή στο επάνω μέρος του μπουκαλιού, έτσι ώστε το μεγαλύτερο τμήμα του να βρίσκεται προς τα έξω και σφραγίστε το μπουκάλι με πηλό (δείτε την εικόνα).
2. Σπρώξτε το χωνί μέχρι κάτω στο νερό του μεγάλου δοχείου.
3. Μόνο τότε σφραγίστε το επάνω μέρος του λεπτού σωλήνα με ένα πώμα.
4. Φυσήξτε αέρα κάτω από το χείλος του χωνιού με ένα κομμάτι σωληναρίου ή με ένα καλαμάκι, εκτοπίζοντας βίαια το μισό του νερού. Ο αέρας αντιστοιχεί στο αέριο.
5. Τοποθετείστε λίγο μαγειρικό λάδι μέσα στο σωληνάριο και φυσήξτε προς το ανεστραμμένο χωνί, για να συμβολίσετε το πετρέλαιο.
6. Εξηγείστε ότι το ανεστραμμένο χωνί (ή το επάνω μέρος ενός καθαρού πλαστικού μπουκαλιού) αντιπροσωπεύει το αδιαπέραστο πέτρωμα που σχηματίζει μια παγίδα μέσα σε ένα διαπερατό στρώμα που περιέχει φυσικό αέριο και πετρέλαιο.
7. Θέστε στους μαθητές τις ακόλουθες ερωτήσεις, που οι απαντήσεις τους βρίσκονται στο PDF^w2:

   • Με ποια σειρά εμφανίζονται τα διαφορετικά στρώματα αερίου, πετρελαίου και νερού;

   • Γιατί το αέριο (και το πετρέλαιο) βρίσκονται πάνω από το νερό και όχι αντίστροφα;

   • Οι βάσεις των στρωμάτων αερίου και πετρελαίου πάνω από το νερό είναι οριζόντιες ή όχι;

   • Τι θα συμβεί όταν το πώμα μετακινηθεί από το χωνί;

   • Γιατί αυτό αποτελεί πρόβλημα για μια πραγματική πηγή πετρελαίου ή αερίου;

8. Μετακινήστε το πώμα βίαια και δείτε τι συμβαίνει..

9. Ρωτήστε γιατί αυτό αποτελεί πρόβλημα σε μια πραγματική πηγή πετρελαίου ή αερίου.

Σημείωση: Αν δεν υπάρχει διαθέσιμο λάδι μαγειρικής, τα κύρια στοιχεία μπορούν να δειχθούν χρησιμοποιώντας μόνο το φύσημα του αέρα διαμέσου του σωληνάριου.

Πώς να ζυγίσετε ένα δεινόσαυρο

Πως μπορεί να χρησιμοποιηθεί η σχέση μεταξύ πίεσης, δύναμης και εμβαδού για να υπολογίσετε τη μάζα ενός δίποδου δεινόσαυρου από το εμβαδό και το βάθος ενός απολιθωμένου αποτυπώματος του ποδιού του; Μερικές φορές οι δεινόσαυροι άφηναν αποτυπώματα ποδιού σε υγρή λάσπη ή άμμο, τα οποία σκλήραναν και άφησαν απολιθωμένα ίχνη. Μπορούμε στην τάξη, να βρούμε πόσο βαρύς ήταν ο δεινόσαυρος, αν συγκρίνουμε το αποτύπωμα με το σημάδι που αφήνει ένα γνωστό βάρος.

Δίνουμε εδώ ένα δοκιμασμένο παράδειγμα, για να είναι πιο εύκολο να παρακολουθήσει κανείς τους υπολογισμούς. Στο σχολείο μπορούν να ληφθούν άλλες τιμές, ανάλογα με το διαθέσιμο εξοπλισμό^w3.

Ηλικία: 14-18 ετών

Απαιτούμενος χρόνος: 30 min

Διδακτικοί στόχοι:

Οι περισσότεροι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να:

• Υπολογίζουν την πίεση όταν δίνονται η δύναμη και το εμβαδόν.

• Αντιστρέφουν την εξίσωση και να υπολογίζουν μια άγνωστη δύναμη όταν είναι γνωστά η πίεση και το εμβαδόν.

• Συζητούν αν το αποτέλεσμα δίνει τη μάζα του δεινοσαύρου, ή αν χρειάζεται να διπλασιαστεί για να υπολογίσουμε το ότι είναι δίποδο.

• Εκτιμούν ότι τέτοιοι υπολογισμοί μπορεί να είναι μόνο μια προσέγγιση.

Περιεχόμενο:Το μάθημα εισάγει την έννοια ότι ένα αποτύπωμα (απολιθωμένο ίχνος) έχει την αξία ενός απολιθώματος όπως και τα απολιθωμένα υπολείμματα του ίδιου του σώματος. και μερικές φορές μπορεί να δώσει πολύ αξιόλογες πληροφορίες για τον τρόπο ζωής του οργανισμού. Παρέχει μια χρήσιμη σύνδεση μεταξύ της Φυσικής, των Μαθηματικών και της Γεωλογίας.

Υλικά

• Ένα βαθύ (π.χ. 10 cm) δοχείο με απαλή, πολύ υγρή άμμο
• Μια μάζα 1kg, ή ένα πλαστικό μπουκάλι 1 l γεμάτο με νερό ( το οποίο ασκεί δύναμη 10 Ν)
• Ένας υπολογιστής και ένας χάρακας
• Ένα ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο 2 cm x 2 cm (δηλ. εμβαδό διατομής 4cm2 ) ας πούμε 10 cm μήκος, κατά προτίμηση σημειωμένο σε διαστήματα του 1 cm
• Ένα διάγραμμα που να δείχνει ένα εξωτερικό περίγραμμα ενός αποτυπώματος ποδιού ενός δεινοσαύρου σε ένα πλέγμα τετραγώνων πλευράς 5 cm για να υπολογιστεί η επιφάνεια (βρίσκεται στα δεξιά ή να εκτυπωθεί από το PDF^w3)

Πορεία

1. Γεμίστε το δοχείο με άμμο και μουσκέψτε καλά την άμμο με νερό. Χύστε το πλεονάζον νερό.
2. Τοποθετείστε το ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο όρθιο πάνω στην υγρή άμμο.
3. Τοποθετείστε τη μάζα του 1 kg επάνω από το ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο και αφήστε το να βυθιστεί μέσα στην υγρή άμμο. Αυτό ασκεί δύναμη περίπου 10 Ν. Καλό θα ήταν να υπολογίζατε και το βάρος του ορθογώνιου παραλληλεπίπεδου, αλλά είναι μικρό σε σχέση με τη μάζα του 1 kg, έτσι μπορεί να αγνοηθεί και να δεχθούμε ότι η ολική δύναμη είναι περίπου 10 Ν.
4. Μετρείστε σε εκατοστά (cm) το βάθος στο οποίο το ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο βυθίζεται μέσα στην άμμο. (1.5 cm).
5. Πίεση = Δύναμη/εμβαδό, έτσι η πίεση που ασκεί το ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο = 10 N / (2 cm x 2 cm) = 2.5 N/cm2.
6. Το διάγραμμα (δείτε την εικόνα) δείχνει ένα αποτύπωμα ποδιού που άφησε ένας μικρός δεινόσαυρος με δύο πόδια.
7. Μετρήστε την επιφάνεια του αποτυπώματος του ποδιού, μετρώντας τα τετράγωνα όπου κάθε τετράγωνο αντιστοιχεί σε 25 cm2. (Απάντηση: 325 cm2.)
8. Από την πλαϊνή όψη στο διάγραμμα, εκτιμήστε, σε εκατοστά του μέτρου, κατά μέσο όρο το βάθος του αποτυπώματος του ποδιού (3 cm).
9. Υποθέστε ότι το «βυθιζόμενο βάθος» είναι ανάλογο της πίεσης (π.χ. αν η πίεση είναι διπλάσια το βάθος βύθισης του πέλματος του δεινοσαύρου θα είναι διπλάσιο) Υπολογίστε την πίεση που ασκείται από το πέλμα του δεινοσαύρου (2.5 N/cm2 x 3 cm / 1.5 cm = 5 N/cm2).
10. Δύναμη = πίεση x επιφάνεια, επομένως δύναμη (π.χ βάρος) = 5 N/cm2 x 325 cm2 = 1625 N.
11. Τα 10 Ν αντιστοιχούν σε ένα kg, επομένως η μάζα του δεινόσαυρου που φέρει κάθε πόδι θα έπρεπε να είναι1625Ν / 10 Ν/kg = 162.5 kg. Αυτή είναι η μάζα ενός ανθρώπου ύψους περίπου 2.7 μέτρα (9 πόδια) – ενός γίγαντα.
12. Αντιπροσωπεύει αυτό την ολική μάζα του δεινόσαυρου; Τι άλλη εξήγηση θα μπορούσε να δοθεί;

 

Για περισσότερη έρευνα, θα μπορούσαν οι μαθητές να επινοήσουν τρόπους για να διερευνήσουν, αν το βυθιζόμενο βάθος είναι πράγματι ανάλογο με την πίεση, χρησιμοποιώντας μια ποικιλία αντικειμένων σε μια σειρά υποστρωμάτων. Επίσης θα μπορούσε να διερευνηθεί το αποτέλεσμα της ποσότητας του νερού που περιέχει το υπόστρωμα.

Ευχαριστίες

Η δραστηριότητα για το παγιδευμένο πετρέλαιο και αέριο βασίζεται σε μια αρχική ιδέα του DB Thompson που δημοσιεύθηκε στην. Earth Science Teachers’ Association (1992).

Η δραστηριότητα με τον δεινόσαυρο βασίζεται εν μέρει σε ένα επιμορφωτικό εργαστήριο που έγινε από τη Εκπαιδευτική Μονάδα για τις Επιστήμες της Γης.

Επιπροσθέτως ευχαριστίες οφείλονται στον Dr Martin Whyte του Πανεπιστημίου του Sheffield για τα πολύ βοηθητικά σχόλια σε ένα προσχέδιο αυτής της δραστηριότητας.

Download

Download this article as a PDF