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L’insegnamento sarà sia pratico che basato sulla gamification. Gli studenti avranno a disposizione gli elementi importanti della teoria sul moto accelerato, il moto del piano inclinato, la puleggia fissa e il teorema lavoro-energia. Affinché l’esperimento abbia successo, gli studenti devono avere una comprensione approfondita della teoria prima di passare alla parte pratica. Per una migliore pratica degli studenti, saranno eseguiti 4 diversi quiz per ognuna delle unità teoriche di cui sopra. I quiz saranno online con domande multiple domande a scelta.
La descrizione del moto di un corpo in funzione del tempo è una parte della meccanica chiamata cinematica. Quando, invece, associamo il moto alle forze che agiscono su un corpo, abbiamo a che fare con la dinamica. Un problema fondamentale della dinamica di un corpo è scoprire come il corpo si muoverà, quando conosciamo le forze che lo influenzano. In altre parole, dobbiamo trovare che la posizione del corpo in studio cambia nel tempo. Gli studenti in questo modo sono in grado di studiare l’accelerazione di un corpo in base al suo movimento su un piano inclinato. In questo modo hanno la possibilità di migliorare la loro osservazione e la loro capacità di studiare il movimento e i fenomeni meccanici.
Lo scopo dell’esperimento è una determinazione sperimentale dell’accelerazione di gravità g, così come la verifica del teorema lavoro-energia.
Siete un team di ricerca e siete stati ingaggiati dalla NASA per studiare il moto di un razzo che sarà inviato nello spazio per studiare un meteorite che minaccia di colpire la Terra. La vostra missione è quella di studiare il moto del razzo e in particolare la sua accelerazione dovuta alla gravità.
Il teorema lavoro-energia deve anche essere verificato.
Elenco delle competenze:
Gamification, attività di apprendimento “convenzionali”, sistemi di risposta in classe, formazione e inquadrare le domande.
4 ore
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Movimento accelerato ● La forza F esercitata su un corpo di massa m è costante, l’accelerazione a che il corpo acquisirà sarà anch’essa costante e secondo la 2a legge di Newton, sarà uguale a α = F / m. (grafico 1.0, allegato III) ● Ogni punto del grafico, la pendenza, ci dà la velocità al momento corrispondente (velocità istantanea). ● Per il calcolo sperimentale dell’accelerazione ottenuta da un corpo e la descrizione del moto corrispondente, si può utilizzare il piano inclinato o la carrucola fissa, con cui si ottiene l’applicazione di una forza costante, la cui misura può essere facilmente regolata.
Movimento del pendio ● Un corpo di massa m si trova su un piano inclinato di angolo θ e si muove sotto l’influenza di una forza costante F = mgsinθ. La forza di attrito è considerata trascurabile. (immagine 1.1, allegato III)
Puleggia fissa ● Un cubo di massa M situato su una superficie orizzontale liscia è tirato da un filo legato a un peso di massa m, attraverso una puleggia, come mostrato nell’immagine 1.2, allegato III. ● La superficie liscia non mostra attrito quando il corpo si muove su di essa. Consideriamo anche che la puleggia non ha massa, né causa attrito, e che cambia semplicemente la direzione della tensione del filo T nel punto in cui è attaccata. Le forze esercitate sul cubo di massa M sono mostrate anche nell’immagine 1.2, allegato III. Il cubo sotto l’influenza della forza T accelererà solo in direzione orizzontale.
Teorema lavoro-energia ● Si definisce come il lavoro che produce una forza costante su un corpo, il prodotto della componente della forza nella direzione del moto, alla distanza x percorsa dal corpo in quella direzione, cioè W = Fx X x, dove Fx è la componente della forza nella |
| direzione dello spostamento x. Nel Sistema Internazionale di Unità (S.I.) l’unità del progetto è 1 Joule = 1 N m. |
Movimento accelerato, movimento in pendenza, puleggia fissa, teorema lavoro-energia
Usa il modello dell’Inchiesta Scientifica e il modello Test Your Idea per aiutarti con la tua inchiesta investigativa. Vedi gli allegati I. e II.
Le conoscenze acquisite in questa lezione possono essere utilizzate per dimostrare l’accelerazione di gravità. Alcuni esempi sono lo studio del moto degli aeroplani, il galleggiamento delle navi attraverso la legge del galleggiamento, anche il moto delle automobili poiché l’attrito sui pneumatici dipende dalla accelerazione di gravità. Può essere usato nei campi della fisica, della matematica e dell’ingegneria.
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Impegnarsi: L’insegnante aiuta gli studenti a riflettere su ciò che già sanno e a identificare eventuali lacune di conoscenza. E’ importante stimolare l’interesse per i concetti futuri in modo che gli studenti siano pronti ad imparare. Gli insegnanti potrebbero incaricare gli studenti di fare domande iniziali o di scrivere ciò che già sanno sull’argomento. Questo è anche il momento in cui il concetto viene introdotto agli studenti per la prima volta.
Inizialmente, gli studenti saranno divisi in 2 gruppi. L’insegnante darà a tutti alcuni link di video e alcuni appunti che vedranno a casa. Questi video contengono alcune parti della teoria che gli studenti devono conoscere prima di iniziare l’esperimento. È importante che gli studenti comprendano appieno i concetti e i fenomeni che verranno studiati. Poi gli studenti devono rispondere ad alcune domande a scelta multipla basate sul contenuto di questi video. Dovranno poi scrivere su un pezzo di carta le loro domande sulla teoria che sarà discussa in classe. Lo scopo di questo esercizio è che il gruppo A esprima le proprie domande al gruppo B e che ci sia una discussione e di conseguenza uno scambio di conoscenze tra i gruppi. A tutte le domande che non trovano risposta in nessun gruppo risponderà l’insegnante. Il processo di domanda e risposta darà agli studenti l’opportunità di esprimere le loro domande e poi cercare di rispondere alle domande dei loro compagni di classe. Infine, gli studenti dovrebbero fare ipotesi sui risultati dell’esperimento e alla fine esaminare se questi risultati erano effettivamente corretti.
Materiali: Collegamenti video, appunti, questionario, carta
Prima di 1a Lezione: ● Cos’è l’accelerazione: https://www.youtube.com/watch?v=vxFYfumAAlY
● Movimento accelerato: https://www.youtube.com/watch?v=hSho5Wm117Q
● Accelerazione e velocità – Movimento unidimensionale: https://www. youtube.com/watch? v=P0UYC8S4kUI
Prima del 2a Lezione: ● Introduzione ai piani inclinati: https://www.youtube.com/watch?v=ufgY237M5KQ
● Fissare il rimbalzo della pendenza e il jittering: https://www.youtube.com/watch?v=b7bmNDdYPzU
● Stabilità del pendio: definizione di fallimento e fattore di sicurezza: https://www.youtube.com/watch?v=lfrRzlPlv-I
Prima del 3a Lezione: ● La puleggia e i suoi tipi: https://www.youtube.com/watch?v=V9L1eeKjFZU |
| ● Ingegneria meccanica: Equilibrio delle particelle: https://www.youtube.com/watch?v=6GuldysCVjI
Prima del 4a Lezione: ● TEOREMA DELL’ENERGIA DEL LAVORO: https://www.youtube.com/watch?v=gvoqENvHLE0
● Il lavoro e il principio del lavoro-energia: https://www.youtube.com/watch?v=30o4omX5qfo
Preparazione: [20] Minuti per preparare il laboratorio per gli esperimenti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [10] Minuti Transizione: [5] Minuti L’insegnante: condurrà le sessioni di domande e risposte, spiegherà i concetti all’inizio di ciascuna delle 4 lezioni Gli studenti: ascolteranno attentamente, prenderanno appunti e faranno domande |
| Esplorare: Durante la fase di esplorazione, gli studenti esplorano attivamente il nuovo concetto attraverso esperienze di apprendimento concrete. Potrebbe essere chiesto loro di seguire il metodo scientifico e di comunicare con i loro compagni per fare delle osservazioni. Questa fase permette agli studenti di imparare in modo pratico.
Materiali: Attrezzatura pratica e analisi di ogni parte Preparazione: [20] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [30] Minuti Transizione: [2] Minuti L’insegnante: Facilitare la classe pratica, dare istruzioni agli studenti e renderli consapevoli della salute e della sicurezza
● Lezione 1: test cinematico – pratica in laboratorio ● Lezione 2: Prova di un corpo di massa m situato su un piano inclinato con angolo di inclinazione θ – pratica in laboratorio ● Lezione 3: Un cubo di massa M che giace su una superficie orizzontale liscia è tirato da un filo legato a un peso di massa m, tramite una carrucola – pratica in laboratorio ● Lezione 4: Discussione sul teorema lavoro-energia
Gli studenti: Eseguiranno le loro pratiche in modo sicuro e accurato, gli studenti leggeranno le istruzioni e le comprenderanno prima di iniziare l’attività. |
| Spiegare: Questa è una fase guidata dall’insegnante che aiuta gli studenti a sintetizzare le nuove conoscenze e a fare domande se hanno bisogno di ulteriori chiarimenti. Affinché la fase di spiegazione sia efficace, gli insegnanti dovrebbero chiedere agli studenti di condividere ciò che hanno imparato durante la fase di esplorazione prima di introdurre informazioni tecniche in modo più diretto, secondo “The 5E Instructional Model: A Learning Cycle Approach for Inquiry-Based Science Teaching”. Questo è anche il momento in cui gli insegnanti utilizzano video, software per computer o altri aiuti per aumentare la comprensione.
Se gli studenti hanno difficoltà a svolgere una qualsiasi delle pratiche, l’insegnante spiegherà ulteriormente e potrà affrontare la difficoltà durante l’attività.
Materiali: Attrezzatura da laboratorio per supportare ulteriori spiegazioni Preparazione: [2] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [5] Minuti Transizione: [0] Minuti L’insegnante: Spiegherà ulteriormente il concetto o la tecnica da applicare in laboratorio Gli studenti: Ascolteranno attentamente e applicare la conoscenza |
| Elaborare: La fase di elaborazione del Modello 5E si concentra sul dare agli studenti lo spazio per applicare ciò che hanno imparato. Questo li aiuta a sviluppare una comprensione più profonda. Gli insegnanti possono chiedere agli studenti di creare presentazioni o condurre ulteriori indagini per rafforzare le nuove competenze. Questa fase permette agli studenti di cementare le loro conoscenze prima della valutazione.
Dopo ogni lezione, agli studenti viene chiesto di lavorare in gruppo e di ricercare l’argomento in modo più dettagliato. Poi prepareranno una presentazione come compito a casa e insegneranno alla classe un aspetto diverso della pratica.
Materiali: Software Power Point, appunti Preparazione: Circa [90] minuti per gli studenti per effettuare la ricerca e preparare le diapositive Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [15] Minuti per gruppo per presentare la loro lezione Transizione: [1] minuto L’insegnante: Valuterà la presentazione fatta dagli studenti su ciò che hanno trovato dopo l’analisi pratica. Gli studenti: Presenteranno all’insegnante e risponderanno a domande pertinenti da parte dell’insegnante per valutare il loro livello di comprensione. |
| Valutare: Il Modello 5E permette una valutazione sia formale che informale. Durante questa fase, gli insegnanti possono osservare i loro studenti e vedere se hanno una comprensione completa dei concetti fondamentali. E’ anche utile notare se gli studenti affrontano i problemi in modo diverso in base a ciò che hanno imparato. Altri elementi utili della fase di valutazione includono l’autovalutazione, la valutazione tra pari, i compiti di scrittura e gli esami.
Gli studenti hanno a disposizione appunti e collegamenti video in modo che possano comprendere appieno i punti fondamentali della teoria. L’insegnante darà loro un questionario in modo che possano determinare il livello al quale hanno capito ciò che è stato detto. |
| Materiali: Questionario
Preparazione: [10] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [5] Minuti per fornire agli studenti il questionario e [45] minuti per gli studenti per rispondere alle domande Transizione: [0] Minuti L’insegnante: Dare agli studenti le istruzioni sulla procedura e rispondere a tutte le domande che gli studenti potrebbero avere Gli studenti: Comprendere appieno la teoria tramite collegamenti video e appunti e poi rispondere al questionario |
| Compiti di apprendimento indipendenti (ILT): Fornire due-tre sfide agli studenti da completare prima della lezione successiva.
● Gli studenti guarderanno i link video dati loro dall’insegnante per migliorare le loro conoscenze. ● Gli studenti cercheranno applicazioni nella vita reale di ciò che hanno imparato all’interno dell’ aula. ● Gli studenti risponderanno alle domande dopo la lezione ● Gli studenti lavoreranno in gruppi per preparare presentazioni e presentarle alla loro classe |
Gli studenti riceveranno un feedback sulla loro performance sia nel questionario che nel corso in generale. Gli studenti daranno anche un feedback se gli è piaciuto il modo in cui la lezione è stata condotta e il contenuto.
Le conoscenze acquisite dagli studenti in tutte e 4 le materie possono essere utili anche nel campo della fisica e della matematica.
Pratica, presentazione degli studenti, valutazione a tempo e domande e risposte.
Traccia
Rotore compressore d’aria
Software Computer Sonar Ranger
Filo conduttore
Piombo
Barile
Bilance meccaniche di precisione Metro
Occhiali protettori
Camice da laboratorio
Guanti
L’insegnante dovrebbe trovare i collegamenti video appropriati e le note con i punti principali della teoria in modo che gli studenti possano studiarli prima di iniziare il processo. Inoltre, l’insegnante deve avere i questionari pronti per l’esame degli studenti. Gli studenti devono studiare ciò che l’insegnante ha dato loro e fare domande che avranno risposta in classe.
Gli studenti lavoreranno in gruppi. Questo aiuterà a creare un senso di lavoro di squadra e di solidarietà tra di loro. Impareranno ad ascoltare e ad aiutare i loro colleghi. Si crea anche un senso di competizione, che può migliorare l’efficienza della squadra.
| Indipendenza zero | Un sacco di aiuto con alcuni
Indipendenza |
Semi indipendente | Completamente indipendente |
| L’insegnante dà agli studenti un metodo completo con chiare istruzioni su come eseguire l’esperimento. | L’insegnante dà agli studenti uno schema per la procedura, ma permette opzioni* nelle diverse fasi. L’insegnante dà agli studenti uno schema della procedura per eseguire l’esperimento, ma con alcune opzioni nella tecnica e nelle attrezzature. | L’insegnante specifica il composto e la concentrazione della soluzione.
Gli studenti ricercano il metodo da eseguire per la preparazione dell’esperimento. Gli studenti ricercano metodi per realizzare gli esperimenti utilizzando le attrezzature fornito. |
Gli studenti scelgono l’attrezzatura e la concentrazione da realizzare.
Gli studenti ricercano metodi per realizzare l’esperimento e scelgono il metodo e l’attrezzatura da usare. |
| Seguire le procedure scritte e orali | Gli studenti seguono istruzioni scritte e orali | Gli studenti seguono istruzioni scritte e orali, facendo scelte individuali nella tecnica o
attrezzatura. |
Gli studenti seguono un metodo che hanno studiato | Gli studenti seguono un metodo che hanno studiato | ||
| Utilizza in modo sicuro una serie di attrezzature pratiche e
materiali |
Gli studenti devono usare l’attrezzatura in modo sicuro. | Gli studenti devono usare l’attrezzatura in modo sicuro. | Gli studenti riducono al minimo i rischi con un suggerimento minimo. | Gli studenti devono effettuare una valutazione completa dei rischi e ridurre al minimo
rischi. |
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| Applicare l’investigazione
si avvicina a |
Gli studenti devono usare correttamente
l’appropriato |
Gli studenti devono usare correttamente
l’appropriato |
Gli studenti devono correttamente
selezionare e utilizzare |
Lo studente deve scegliere un
appropriato |
| e metodi quando si usano strumenti e attrezzature | attrezzatura. La procedura dovrebbe essere seguita metodicamente e le variabili appropriate misurate o controllate. | attrezzatura. La procedura deve essere seguita metodicamente e le variabili adatte devono essere identificate, misurate e controllate. | l’attrezzatura appropriata. Le fasi procedurali devono essere ben sequenziate e regolate se necessario.
Variabili adatte identificate, misurate e controllate. |
approccio metodico, attrezzature e tecniche. Le fasi procedurali devono essere ben sequenziate e regolate se necessario.
Le variabili adatte dovrebbero essere identificate per la misurazione e il controllo. Dove le variabili non possono essere facilmente controllate, gli approcci dovrebbero essere pianificati per tenere conto di questo. |
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| Registra e fa osservazioni sui risultati. | Gli studenti registrano i dati in
modi specificati. |
Gli studenti registrano dati accurati in
modi specificati. |
Gli studenti registrano dati precisi e accurati, usando metodicamente unità appropriate, in modi specifici. | Gli studenti devono scegliere il modo più efficace per registrare dati precisi e accurati in modo metodico, usando un’appropriata
unità. |
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| Ricerche, riferimenti e rapporti | Si riportano i dati e si traggono le conclusioni.
Gli studenti realizzano presentazioni sulla pratica |
Si riportano i dati e si traggono le conclusioni.
Gli studenti confrontano i risultati e identificare |
Gli studenti devono ricercare i metodi disponibili.
Confrontano i risultati e riferiscono su differenze. |
Gli studenti devono ricercare delle alternative per pianificare il loro lavoro.
Il rapporto copre la pianificazione, |
| attività con molte indicazioni. | ragioni delle differenze. Gli studenti eseguono presentazioni sulle attività pratiche con qualche guida. | Si usa un software appropriato per elaborare i dati e riferire i risultati.
Gli studenti realizzano presentazioni sulle attività pratiche con un aiuto minimo dell’insegnante. |
lo svolgimento e un’analisi dei loro risultati. Si usano software e/o strumenti appropriati per elaborare i dati e riportare i risultati.
Gli studenti realizzano presentazioni sulle attività pratiche senza l’aiuto insegnante.
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*Opzioni: Più opzioni ci sono, maggiore è l’autonomia dello studente. Gli insegnanti danno agli studenti delle opzioni in modo che lo studente possa sviluppare le sue capacità di problem solving. Più opzioni l’insegnante dà agli studenti, più lo studente ha maggiori opportunità di apprendimento basato sui problemi e di apprendimento indipendente. Questo è misurato rispetto alle rubriche pratiche da zero indipendente a pieno apprendimento indipendente.
Allegato. I.
Inchiesta scientifica
Allegato II.
Prova il tuo modello di idea
| Testare il tuo organizzatore di idee | |
| 1. Domanda investigativa
La tua domanda dovrebbe mettere in relazione la variabile manipolata con la variabile rispondente. |
Domanda investigativa: Come influisce l’accelerazione di gravità sul moto di un’auto che viaggia in discesa? |
| 2. Ipotesi
La tua ipotesi dovrebbe essere scritta come un “SE, ALLORA, PERCHE’”. dichiarazione. |
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| 3. Variabili
● Variabile manipolata (cosa cambierete) ● Variabile rispondente (cosa misurerete) ● Variabili controllate (ciò che rimarrà costante durante il test) |
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| 4. Materiali
Crea una lista di tutti i materiali di cui hai bisogno. |
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| 5. Procedura
Dovrebbe includere… ● Variabile manipolata ● Variabile rispondente ● Variabili controllate ● Passi logici e ripetibili ● Registrazione di dati specifici ● Prove ripetute |
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| 6. Dati
● Progetta una tabella per organizzare i dati che raccoglierai durante il tuo test. ● Usa la tua procedura per raccogliere e registrare i dati. ● Mostra i tuoi dati usando grafici e/o tabelle appropriate. |
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| 7. Conclusione
● Indicate la vostra conclusione che mette in relazione la variabile manipolata con il variabile rispondente. |
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| ● Usa i dati per giustificare la tua conclusione.
● Dichiarate se la vostra ipotesi può essere accettata o rifiutata sulla base dei dati osservati. |
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| 8. Analisi
● Discutete le potenziali fonti di errore e la potenziale influenza sui vostri risultati.
● Fornire idee su come e perché il disegno sperimentale potrebbe essere migliorato.
● Descrivere dati sorprendenti.
● Elenca le idee per rivedere la tua idea di test o nuove idee correlate da testare. |
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| 9. Presenta i tuoi risultati alla tua classe. |
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Allegato III.
Grafico 1.0
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Immagine 1.2
