Με την ολοκλήρωση της διδακτικής παρέμβασης  αναμένεται να μπορείτε:

Σε επίπεδο γνώσεων

• Να εξηγήτε τη σχέση που συνδέει τα τρία μεγέθη: τάση V, ένταση Ι και αντίσταση R, στον νόμο του Ohm.
• Να αναγνωρίζετε και να ερμηνεύετε τη γραφική παράσταση V-I για ωμικό φορτίο ως ευθεία που διέρχεται από την αρχή των αξόνων, με κλίση ίση με την αντίσταση R.
• Να διακρίνετε τη φυσική σημασία της αντίστασης ως μέγεθος που εκφράζει τη δυσκολία διέλευσης του ρεύματος.

Σε επίπεδο δεξιοτήτων

• Να διατυπώνετε υπόθεση για τη σχέση μεταξύ V, I, R και να την ελέγχετε πειραματικά.
• Να κατασκευάζετε απλό κύκλωμα συνεχούς ρεύματος στο εικονικό εργαστήριο του PhET (πηγή τάσης, αντίσταση, διακόπτης, αμπερόμετρο, βολτόμετρο).
• Να εκτελείτε μετρήσεις V και I μεταβάλλοντας ελεγχόμενα τη μία μεταβλητή με την άλλη σταθερή και να τις καταγράφετε σε δομημένο πίνακα.
• Να υπολογίζετε την κλίση γραφικής παράστασης και να τη συνδέετε με τη φυσική σημασία της αντίστασης.

Σε επίπεδο στάσεων

• Να συνεργάζεστε αποτελεσματικά σε ζευγάρια κατά τον πειραματισμό και τη συζήτηση των αποτελεσμάτων.
• Να αναπτύσσετε κριτική στάση απέναντι σε μετρήσεις και αποτελέσματα προσομοίωσης.

Να αναγνωρίζετε τη χρησιμότητα του νόμου του Ohm στην επαγγελματική πρακτική του ηλεκτρολόγου.

Θα εμπλακείτε σε διαδικασίες ψηφιακού πειραματισμού και ερμηνείας δεδομένων.

Στη φάση του πειραματισμού της Διερεύνησης,  θα ανοίξετε αρχικά το περιβάλλον Phet Colorado (https://phet.colorado.edu/en/simulations/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab) και θα κατασκευάσετε ένα απλό κύκλωμα DC. Πρόκειται για εικονικό εργαστήριο κατασκευής και προσομοίωσης ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Μέσω αυτού,σας  δίνεται η δυνατότητα όχι μόνο να συνδέσετε πηγή τάσης, αντίσταση, αμπερόμετρο και βολτόμετρο σε ένα λειτουργικό κύκλωμα, αλλά και να καταγράψετε την ένταση ρεύματος I με δυναμικούς χειρισμούς με μεταβολή των μεγεθών τάσης V και αντίστασης R. Στη συνέχεια, καλείστε να εκτελέσετε διάφορες παραλλαγές “παίζοντας” με τα τρία βασικά μεγέθη του νόμου, συμπληρώνοντας τους πίνακες, ώστε να επαληθεύσουν τα δεδομένα τους και να εξαγάγετε συμπεράσματα για την μεταβολή αυτών καθώς και την γραμμική σχέση που τα διέπει μέσα από τις ενότητες Εφαρμογής και Διερεύνησης που περιλαμβάνει το αντικείμενο.

Θα σας παρέχετε βοήθεια  ως προς τις διαδικασίες οργάνωσης του μαθήματος.  Θα, εργασθείτε σε ομάδες των δύο ατόμων,ακολουθόντας τις οδηγίες του φύλλου εργασίας, ώστε να αναδείξετε στο προσκήνιο τις ιδέες σας.

Γεια σας και καλώς ήρθατε στο ψηφιακό μας μάθημα με τίτλο «V, I, R: Οι Τρεις Μασκοφόροι του Ηλεκτρισμού στον Νόμο του Ωμ».

Στην ενότητα αυτή θα αναλάβετε τον ρόλο του ερευνητή και θα προσπαθήσετε να ανακαλύψετε μόνοι σας τη σχέση που συνδέει την τάση (V), την ένταση του ρεύματος (I) και την αντίσταση (R) σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Τι θα μάθετε;

Μέσα από δραστηριότητες διερεύνησης και ψηφιακού πειραματισμού θα είστε σε θέση:

• Να εξηγείτε τη σχέση μεταξύ τάσης, έντασης ρεύματος και αντίστασης.

• Να αναγνωρίζετε τη φυσική σημασία της αντίστασης ως μέγεθος που δυσκολεύει τη διέλευση του ρεύματος.

• Να πραγματοποιείτε μετρήσεις τάσης και έντασης σε ηλεκτρικά κυκλώματα.

• Να ερμηνεύετε τη γραφική παράσταση τάσης – ρεύματος και να τη συνδέετε με την αντίσταση.

• Να διατυπώνετε και να ελέγχετε υποθέσεις μέσα από πειραματικά δεδομένα.

• Να καταλήγετε στη μαθηματική σχέση που περιγράφει τον Νόμο του Ωμ.

Πώς θα εργαστείτε;

Το μάθημα θα εξελιχθεί σε δύο φάσεις, συνδυάζοντας τη διδασκαλία στην τάξη με την εξ αποστάσεως μελέτη.

1η Συνεδρία (Δια ζώσης στην τάξη)

Θα συζητήσουμε ένα πρόβλημα σχετικό με τη λειτουργία ενός ηλεκτρικού κυκλώματος και θα διατυπώσουμε αρχικές υποθέσεις για τη σχέση μεταξύ τάσης, έντασης και αντίστασης. Θα γνωρίσουμε επίσης το περιβάλλον του εικονικού εργαστηρίου PhET.

1η Δράση (Εξ αποστάσεως στο e-Class)

Θα μελετήσετε το διαθέσιμο εκπαιδευτικό υλικό και θα συμπληρώσετε το πρώτο μέρος του φύλλου εργασίας, καταγράφοντας τις προβλέψεις και τις αρχικές σας σκέψεις.

2η Συνεδρία (Δια ζώσης στην τάξη)

Εργαζόμενοι σε ζευγάρια, θα κατασκευάσετε ηλεκτρικά κυκλώματα στο εικονικό εργαστήριο PhET, θα πραγματοποιήσετε μετρήσεις και θα καταγράψετε τα δεδομένα σας σε πίνακες.

2η Δράση (Εξ αποστάσεως στο e-Class)

Θα αναλύσετε τα αποτελέσματα των μετρήσεών σας, θα δημιουργήσετε γραφικές παραστάσεις, θα εξαγάγετε συμπεράσματα και θα ολοκληρώσετε τις δραστηριότητες αξιολόγησης.

Πώς θα αξιολογηθείτε;

Η αξιολόγησή σας θα βασιστεί:

• Στην ενεργή συμμετοχή σας στις δραστηριότητες.

• Στη συνεργασία με το ζευγάρι σας κατά τον πειραματισμό.

• Στη σωστή συμπλήρωση των φύλλων εργασίας.

• Στην τεκμηρίωση των συμπερασμάτων σας με βάση τα πειραματικά δεδομένα.

• Στην ολοκλήρωση των δραστηριοτήτων αυτοαξιολόγησης.

Στόχος μας δεν είναι να απομνημονεύσουμε έναν τύπο, αλλά να ανακαλύψουμε μέσα από τον πειραματισμό γιατί ο Νόμος του Ωμ αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα εργαλεία κάθε ηλεκτρολόγου.

Καλή επιτυχία και καλή εξερεύνηση στον κόσμο του ηλεκτρισμού!

Το πρόβλημα της ηλεκτρικής συσκευής στο εργαστήριο

Προσδοκώμενα Αποτελέσματα

Με την ολοκλήρωση της ενότητας  θα είσαστε σε θέση να:

• Αναγνωρίζετε και να διακρίνετε τις θεμελιώδεις μεταβλητές V (Τάση), I (Ένταση) και R (Αντίσταση) σε πραγματικές ηλεκτρικές διατάξεις.
• Διαβάζετε με ακρίβεια τις ενδείξεις των βασικών οργάνων μέτρησης (ψηφιακό/αναλογικό αμπερόμετρο και βολτόμετρο).

«Στο εργαστήριο, όταν συνδέουμε μια συγκεκριμένη ηλεκτρική συσκευή (π.χ. έναν ισχυρό προβολέα ή μια ηλεκτρική αντίσταση θέρμανσης) στην τάση του δικτύου, παρατηρούμε στο αμπερόμετρο του πίνακα ότι το ρεύμα ανεβαίνει απότομα και η ασφάλεια "πέφτει". Αν όμως συνδέσουμε την ίδια συσκευή σε μια πηγή με χαμηλότερη τάση, η συσκευή λειτουργεί χωρίς να πέφτει η ασφάλεια, αλλά υπολειτουργεί.»

•  Ερώτημα: «Όταν αυξάνουμε την τάση, το ρεύμα απλώς "στριμώχνεται" στα καλώδια (όγκος) ή μήπως τα ηλεκτρόνια "τρέχουν" με μεγαλύτερη ταχύτητα και ορμή μέσα από την αντίσταση της συσκευής, αυξάνοντας την ένταση;» .Θα εργαστείτει σε ζευγάρια, συζητάτε και καταγράφετε τις πρώτες διαισθητικές σας σκέψεις στο Φύλλο Εργασίας 1 . 

2. Ασύγχρονη Δράση 1 (Εξ Αποστάσεως μέσω e-class) – Διάρκεια: 1 ώρα ασύγχρονης απασχόλησης

• Μελέτη Υλικού: Μελετάτε το ψηφιακό υλικό (απόσπασμα από το διαδραστικό βιβλίο Ηλεκτροτεχνίας) που έχει αναρτηθεί στα «Έγγραφα» του e-class σχετικά με τη λειτουργία των αμπερομέτρων και βολτομέτρων.
• Ψηφιακός Πειραματισμός: Οι ομάδεςσυνδέονται στο PhET Colorado (Circuit Construction Kit: DC). Συναρμολογούν ένα απλό εικονικό κύκλωμα με μία πηγή, έναν αντιστάτη και τα όργανα μέτρησης.
• Εκτέλεση & Καταγραφή: Μεταβάλλετε την τάση στην ψηφιακή μπαταρία, μαθαίνετε να διαβάζετε τις ενδείξεις (Volt και Ampere) και παρατηρείτε οπτικά την κίνηση των φορτίων (μπλε σφαιρίδια). Διαπιστώνετε αν η αύξηση της τάσης κάνει τα φορτία να κινούνται πιο γρήγορα («χτυπούν» την αντίσταση). Καταγράφετε τις πρώτες σας μετρήσεις στο Φύλλο Εργασίας 1.

Συμπλήρωμα στο Φύλλο Εργασίας 1

ΒΗΜΑ 1 | Η Πρόκληση του Εργαστηρίου (Δια ζώσης στην τάξη)

1. Παρατηρήστε τα όργανα μέτρησης στον πάγκο εργασίας. Ποια ένδειξη μας δείχνει την «πίεση» που αναγκάζει το ρεύμα να ρεύσει (V) και ποια την ποσότητα των ηλεκτρονίων που περνάει ανά δευτερόλεπτο (I); ____________________
2. Η Υπόθεση της Ομάδας: Τι πιστεύετε ότι συμβαίνει στο ηλεκτρικό ρεύμα (I) που διαρρέει τη συσκευή όταν αυξάνουμε την ηλεκτρική τάση (V) της πηγής; (Επιλέξτε και αιτιολογήστε):

• [ ] Το ρεύμα παραμένει σταθερό, γιατί η αντίσταση της συσκευής δεν αλλάζει.
• [ ] Το ρεύμα αυξάνεται, επειδή η τάση «σπρώχνει» τα ηλεκτρόνια με μεγαλύτερη δύναμη.
• Αιτιολόγηση: _______________________________________________

ΒΗΜΑ 2 | Εξ Αποστάσεως Διερεύνηση (Ασύγχρονα στο e-class)

1. Ανοίξτε την προσομοίωση PhET. Αυξήστε την Τάση (V) της πηγής κρατώντας την Αντίσταση (R) σταθερή. Τι παρατηρείτε να συμβαίνει στην κίνηση των ηλεκτρονίων και στην ένδειξη του αμπερομέτρου (I); ____________________
2. Με βάση την οπτική παρατήρηση στην προσομοίωση, η αρχική υπόθεση που κάνατε στο ΒΗΜΑ 1 επαληθεύεται ή απορρίπτεται; ____________________