materiale auxiliare pentru cadre didactice · 2012-12-27 · de informaţii de înscriere,...
TRANSCRIPT
Concursul Odysseus
Îndrăzneşte să visezi...
Îndrăzneşte să descoperi...
Îndrăzneşte să creezi...
Materiale auxiliare
pentru cadre didactice
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 2
Redactori
ELLINOGERMANIKI AGOGI
Tsourlidaki Eleftheria
Dr. Sofoklis Sotiriou
SOCIETATEA EUROPEANĂ DE FIZICĂ
Lee deavid
Huchet Beneticte
Prezentare grafică
ELLINOGERMANIKI AGOGI
Pentheroudaki Sylvia
Această lucrare este publicată conform prevederilor licenţei Creative Commons Attribution-
NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported.
Proiectul Odysseus beneficiază de sprijinul financiar al Comisiei Europene, în cadrul Programului
Cadru 7 (FP7/2007-2013). Documentul reflectă exclusiv punctele de vedere ale autorilor, iar Comisia
nu poate fi făcută responsabilă pentru întrebuinţarea informaţiilor cuprinse în acest document.
Traducere
SCIENTIX (www.scientix.eu)
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 3
Cuprins
Argument ...................................................................................................... 4
Informaţii utile despre concursul Odysseus ................................................ 4
Introducere ................................................................................................. 10
Educaţia în domeniul ştiinţelor bazată pe cercetare .................................. 10
Metodologia „Învăţare bazată pe resurse” ................................................ 13
Cum să vă pregătiţi pentru a vă susţine echipa eficient ............................ 19
Prezentarea proiectului: fişa de proiect ..................................................... 28
Recomandări pentru succes ....................................................................... 34
Recomandări pentru profesorul-coordonator ..................................................... 34
Recomandări pentru elevi ................................................................................ 36
Exemple de cursuri educaţionale ............................................................... 37
Curs educaţional pentru categoria tematică „Sistemul solar” .............................. 37
Curs educaţional pentru categoria tematică „Coevoluţia vieţii” ........................... 55
Curs educaţional pentru categoria tematică „Nava spaţială – cooperare globală” 72
Resurse suplimentare pentru cadre didactice............................................ 89
Laboratoare online şi biblioteci digitale ............................................................. 89
Aplicaţii educaţionale ...................................................................................... 92
Referinţe ..................................................................................................... 93
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 4
Argument
Acest document îşi propune să pună la dispoziţia profesorilor-coordonatori materiale
şi instrucţiuni cu ajutorul cărora aceştia să faciliteze eforturile echipelor de punere în
practică a proiectelor. Lucrarea cuprinde scurte descrieri ale strategiei didactice
„Educaţie în domeniul ştiinţelor bazată pe cercetare” şi ale metodologiei didactice
„Învăţare bazată pe resurse”. Acestea au rolul de a ajuta cadrele didactice să
conceapă planuri de lecţii care să faciliteze eforturile elevilor şi să-i ghideze prin
intermediul tehnicilor de predare moderne. Documentul mai cuprinde un număr de
exemple de cursuri educaţionale, axate pe temele concursului, care le vor permite
cadrelor didactice să înţeleagă cum să-şi conceapă propriul plan de lecţie, pe baza
subiectului ales de elevi, să le ghideze procesul de cercetare şi să-i ajute să realizeze
un proiect interesant şi atractiv, pe baza fişei de proiect.
Informaţii utile despre concursul Odysseus
Despre concursul Odysseus Concursul Odysseus îşi propune să inspire şi să atragă elevii europeni către „noua
frontieră” prin intermediul unui concurs ştiinţific european pe teme de explorare a
spaţiului. Elevii au ocazia că conceapă un proiect ştiinţific care să îmbine creativitatea
cu inteligenţa şi inovaţia. Concursul urmăreşte să subsumeze activităţile didactice
curente din domeniul ştiinţelor unei perspective paneuropene, oferindu-le astfel
ocazia elevilor să concureze cu colegii lor din alte ţări europene.
Concursul Odysseus îi invită pe elevii cu vârste cuprinse între 14 şi 18 ani din toate
ţările UE să-şi folosească cunoştinţele, talentul creativ şi gândirea critică pentru a
concepe un proiect axat pe explorarea spaţiului. Elevii care doresc să participe
trebuie să formeze echipe de câte 2-5 membri, coordonate de un cadru didactic.
Echipele participante la concurs pot concura la una dintre următoarele trei categorii
tematice:
Temele concursului
Sistemul solar
Nava spaţială – cooperare globală
Coevoluţia vieţii
În primă fază, echipele participante vor concura la nivel naţional. La finalul acestei
runde, va fi aleasă câte o echipă câştigătoare la fiecare dintre cele trei categorii.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 5
Apoi, echipele laureate la nivel naţional vor concura la nivel european, proces în
urma căruia va fi selectat cel mai bun proiect din Europa la fiecare categorie de
concurs. Echipele declarate câştigătoare la cele trei categorii vor fi recompensate cu
o excursie în Olanda, în luna aprilie 2013, ocazie cu care vor vizita centrul
expoziţional SPACE EXPO, îşi vor prezenta proiectele în cadrul ceremoniei de
premiere Odysseus şi vor vizita ESTEC (Centrul European de Cercetări şi Tehnologii
Spaţiale), centrul tehnic al ESA.
Date importante 1 mai 2012: prima zi de înscriere a echipelor
1 iulie 2012: prima zi de trimitere a lucrărilor
8 ianuarie 2013: ultima zi de înscriere
15 ianuarie 2013: ultima zi de trimitere a lucrărilor
1 februarie 2013: anunţarea câştigătorilor la nivel naţional
1 martie 2013: anunţarea câştigătorilor la nivel european
Cum se desfăşoară concursul Concursul Odysseus îi invită pe elevii cu vârste cuprinse între 14 şi 18 ani din toate
ţările UE să-şi folosească cunoştinţele, talentul creativ şi gândirea critică pentru a
concepe un proiect axat pe explorarea spaţiului. Elevii care doresc să participe
trebuie să formeze echipe de câte 2-5 membri, coordonate de un cadru didactic, să
realizeze şi să trimită spre jurizare un proiect la una dintre categoriile concursului: i)
sistemul solar, ii) nava spaţială – cooperare globală şi iii) coevoluţia vieţii. Lucrările
vor fi trimise sub forma unui fişier digital de orice tip şi vor cuprinde un rezumat al
ideaţiei care a stat la baza proiectului, într-un format pus la dispoziţie de
organizatori. Concursul se va desfăşura în perioada iulie 2012 – ianuarie 2013.
Toate lucrările vor fi evaluate şi notate de către evaluatori cu multă experienţă,
conform criteriilor de evaluare predefinite, avându-se în vedere cunoştinţele
ştiinţifice, implementarea practică şi creativitatea. Din fiecare ţară vor fi selectate trei
lucrări, câte una la fiecare categorie, care vor accede în runda finală de evaluare.
Echipele care ajung în runda finală vor trebui să prezinte un rezumat al proiectului în
limba engleză. În urma comparării proiectelor naţionale, vor fi selectate trei lucrări
câştigătoare (câte una la fiecare categorie), care vor fi recompensate cu o
experienţă educativă unică în cadrul centrului expoziţional Space Expo din Olanda,
ocazie cu care vor fi premiate.
Regulament
- Concursul se adresează elevilor la zi cu vârste între 14 şi 18 ani. Pot participa elevi
care au cel puţin 14 ani, dar nu mai mult de 18 în ziua în care lucrarea este trimisă
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 6
spre jurizare. Pot participa doar concurenţi care frecventează o şcoală pe perioada
de desfăşurare a concursului (2012-2013).
- Toate echipele trebuie să aibă între 2 şi 5 membri şi un cadru didactic
coordonator. Membrii unei echipe pot proveni din şcoli diferite, din aceeaşi ţară sau
din clase diferite, din aceeaşi şcoală.
- Fiecare echipă poate participa doar cu un singur proiect, iar elevii pot concura
doar într-o singură echipă.
- Pot trimite lucrări doar echipele înscrise în concursul Odysseus. În momentul
înscrierii, coordonatorii echipelor vor trebui să accepte regulamentul şi menţiunile
legale ale concursului şi vor trebui să confirme că părinţii/tutorii elevilor au fost
informaţi în legătură cu participarea acestora şi şi-au dat acordul.
- Participanţii la concursul Odysseus vor pune la dispoziţia organizatorilor o serie
de informaţii de înscriere, menţionate în formularul de înscriere online.
Coordonatorul fiecărei echipe trebuie să aibă dreptul de a confirma şi de a asigura
acurateţea tuturor datelor personale şi este de acord ca organizatorii să poată folosi
informaţiile puse la dispoziţie pentru a verifica respectivul drept.
- Lucrările digitale pot fi trimise în perioada 1 iulie 2012 - 15 ianuarie 2013. După
această dată, nu se mai acceptă lucrări.
- Lucrările participante la concurs pot fi trimise doar prin intermediul site-ului
Odysseus. Înainte de a trimite lucrările, echipele trebuie să se înscrie pe site şi să
primească acordul organizatorilor. Cu ocazia înscrierii, fiecare membru de echipă va
primi un nume de utilizator şi o parolă unice. Organizatorii pot şterge contul unui
participant sau al unei echipe şi pot bloca accesul la site-ul Odysseus în următoarele
condiţii: dacă echipa nu a finalizat procesul de înscriere, dacă informaţiile oferite
sunt false (sau organizatorii le consideră astfel), inexacte, vechi şi incomplete sau
dacă organizatorii nu pot să verifice datele de înscriere ale echipei.
- Lucrările trebuie să aparţină integral participanţilor. Aceştia sunt de acord să nu
includă în lucrări materiale care încalcă şi/sau violează drepturi de proprietate
intelectuală terţă, inclusiv drepturi de autor sau comerciale sau dreptul la viaţă
privată sau publicitate, fără a se limita însă la acestea.
- Plagiatul, de orice natură, este strict interzis, ducând la descalificarea
participanţilor. Este permisă folosirea ideilor sau fragmentelor din alte opere, cu
condiţia indicării sursei.
- Responsabilitatea conţinutului lucrării înscrise în concurs revine participanţilor.
Divulgarea unor informaţii personale în lucrări se face pe risc propriu. Organizatorii
nu îşi asumă nicio responsabilitate pentru conţinutul trimis de participanţi.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 7
- Participanţii sunt de acord să nu trimită lucrări cu caracter defăimător, abuziv,
deranjant, insultător sau ameninţător la adresa unor persoane, intolerant, răuvoitor
sau rasist, vulgar, obscen sau explicit sexual, ilegal sau care promovează activităţile
ilegale.
- În faza de selecţie a celor mai bune proiecte la nivel european, laureaţii primelor
locuri vor fi recompensaţi fără a se ţine seama de cetăţenia sau rezidenţa
participanţilor la concursul Odysseus. Acordarea diplomelor şi premiilor, precum şi
afişarea numelor laureaţilor pe portalul Odysseus nu sunt constrânse de
cetăţenie/rezidenţă.
- Responsabilitatea siguranţei contului echipei şi a activităţilor derulate prin
intermediul contului revine participanţilor. Coordonatorii echipelor vor anunţa imediat
organizatorii în cazul în care contul echipei lor a fost utilizat neautorizat sau în cazul
în care securitatea contului a fost compromisă.
- Lucrările participante nu trebuie să fi fost publicate înainte de concurs şi nici nu
trebuie să fi fost declarate câştigătoare sau finaliste ale altor concursuri şcolare.
- Sunt eligibile pentru participare echipele ale căror membri sunt rezidenţi ai
statelor membre ale Uniunii Europene şi ai ţărilor candidate la integrare: Austria,
Belgia, Bulgaria, Croaţia, Cipru, Cehia, Danemarca, Estonia, Finlanda, Franţa,
Germania, Grecia, Ungaria, Irlanda, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburg, Malta,
Olanda, Polonia, Portugalia, România, Slovacia, Slovenia, Spania, Suedia şi Regatul
Unit.
- Numărul participanţilor la excursiile oferite drept premiu celor mai bune proiecte
din cadrul fiecărei categorii de concurs este de un cadru didactic şi maxim cinci elevi.
Aceştia vor vizita centrul expoziţional Space Expo din Olanda şi vor participa la
ceremonia de premiere, care va fi organizată acolo în luna aprilie 2013.
- Înscrierile în concursul Odysseus se fac doar prin intermediul site-ului omonim.
- Lucrările participante la concurs pot fi redactate în oricare dintre cele 23 de limbi
oficiale ale Uniunii Europene. În cazul celor care ajung în runda finală a competiţiei,
echipa de proiect trebuie să pună la dispoziţia juriului un rezumat sau traducerea
integrală a lucrării în limba engleză.
- Toate echipele participante la concursul Odysseus, ale căror proiecte au
respectat regulamentul de participare, cerinţele concursului şi termenele-limită de
trimitere a lucrărilor, vor primi diplome de participare. Echipele care termină pe
primele locuri la nivel naţional şi intră în runda finală vor primi diplome de merit.
- Lucrările înscrise cu întârziere, după ora 24.00 CET a zilei de 15 ianuarie 2013, şi
cele care nu respectă regulamentul, menţiunile legale şi instrucţiunile disponibile pe
site-ul concursului vor fi descalificate de organizatori, fără explicaţii suplimentare.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 8
- Deciziile juriilor de evaluare sunt finale, nefiind admise contestaţii. Materialele
înscrise în concurs nu vor fi returnate, ele devenind proprietatea proiectului
„Odysseus”. În această calitate, acestea pot fi folosite în scopuri publicitare şi/sau de
promovare. Elevii nu vor primi răspunsuri la solicitări. Cererile de evaluare ulterioare
nu vor fi onorate.
- După terminarea perioadei de trimitere a lucrărilor, acestea vor fi accesibile
publicului pe portalul Odysseus.
- Echipele înscrise în concurs îşi dau acordul ca numele, vârsta şi naţionalitatea
membrilor echipei câştigătoare să fie publicate pe site-ul Odysseus. De asemenea, le
dau dreptul organizatorilor să publice sau să folosească lucrarea în cadrul unei
expoziţii publice.
- Premiile nu fac obiectul niciunei negocieri sau al vreunui transfer. Organizatorii
îşi rezervă dreptul de a modifica sau de a amenda, în orice moment, premiile,
regulamentul, clauzele şi condiţiile concursului.
- Organizatorii îşi rezervă dreptul de a solicita returnarea unui premiu dacă se
descoperă ulterior că un participant a încălcat condiţiile de participare.
Organizatorii concursului pot solicita echipelor să trimită obiectele asociate cu
lucrarea înscrisă în concurs în Olanda, pentru a expuse în cadrul unei expoziţii.
Costul expedierii obiectelor va fi suportat de organizatori.
Procesul de evaluare Lucrările trebuie trimise între 1 iulie 2012 şi 15 ianuarie 2013. Procesul de evaluare
comportă două etape: semifinala naţională şi finala europeană. În continuare, vă
prezentăm modul de desfăşurare al celor două etape. În prima rundă, cea a
semifinalei naţionale, un juriu format din evaluatori naţionali va evalua lucrările din
fiecare ţară. Cele mai bune trei lucrări din fiecare ţară, câte una la fiecare categorie,
vor accede în runda a doua. Toate echipele vor primi din partea membrilor juriului
feedback scris vizavi de proiectul înscris în concurs şi rezumatul acestuia. În urma
evaluării iniţiale, va rezulta un număr de 28 de proiecte per categorie sau 84 de
proiecte în total.
În runda finală, europeană, cele 28 de proiecte per categorie vor fi evaluate
comparativ de comitetul ştiinţific internaţional al concursului, care va selecta cel mai
bun proiect din fiecare categorie. Va fi declarată câştigătoare echipa care
acumulează cele mai multe puncte în timpul jurizării.
În paralel, echipele participante vor vota, pe site-ul Odysseus, echipa care va primi
premiul publicului. Echipa/proiectul selectată în urma votului va fi declarată cea de-a
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 9
patra câştigătoare a concursului, alături de cele trei echipe selectat de comitetul
ştiinţific internaţional. *De reţinut că toate proiectele vor fi accesibile publicului pe
site-ul Odysseus după încheierea perioadei de trimitere a lucrărilor.
Criterii de evaluare
Proiectele vor fi evaluate în funcţie de trei criterii: i) valoare ştiinţifică, ii)
implementare practică şi iii) creativitate şi originalitate. Vă prezentăm în continuare
cele trei direcţii de evaluare şi cele nouă criterii individuale, care vor fi folosite la
notarea tuturor lucrărilor participante la concursul Odysseus. Fiecare criteriu este
caracterizat de o anumită pondere care reflectă importanţa pe care o are în
economia fiecărei sfere de evaluare. În prima rundă, fiecare lucrare va fi evaluată
de doi evaluatori. Punctajul final şi ierarhia lucrărilor va fi determinată de punctajul
mediu acordat fiecărui proiect de către cei doi evaluatori din juriul naţional. Punctajul
final şi ierarhia lucrărilor din runda finală vor avea la bază aceleaşi criterii şi vor fi
stabilite pe bază de consens de către comitetul ştiinţific internaţional.
1. Valoare ştiinţifică (50%)
Relevanţa subiectului în raport cu categoria tematică – pondere 3/25 (6%)
Acurateţe ştiinţifică – pondere 10/25 (20%)
Capacitatea de a folosi date şi teoria – pondere 5/25 (10%)
Dificultatea şi complexitatea proiectului – pondere 7/25 (14%)
2. Implementare practică (20%)
Claritatea şi structurarea prezentării – pondere 3/10 (6%)
Calitatea ilustraţiilor şi a aşezării în pagină – pondere 2/10 (4%)
Structura proiectului (metodologia de lucru şi documentarea subiectului ales) –
pondere 5/10 (10%)
3. Creativitate şi originalitate (30%)
Creativitate – pondere 10/15 (20%)
Pentru informaţii suplimentare şi înscrieri, consultaţi site-ul concursului Odysseus,
http://www.odysseus-contest.eu/, sau trimiteţi un e-mail pe adresa info@odysseus-
contest.eu.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 10
Introducere
Concursul Odysseus oferă cadrelor didactice ocazia unică de a-şi ajuta elevii să
descopere explorarea spaţiului, să experimenteze şi să observe obiecte şi fenomene
interesante, să abordeze idei teoretice semnificative şi să-şi lărgească orizontul
ştiinţific. Iniţiativele precum concursul Odysseus au darul de a stimula interesul
elevilor faţă de ştiinţă, de a le îmbogăţi bagajul de cunoştinţe despre concepte,
procedee, unelte şi competenţe care pot contribui la o înţelegere mai bună a
chestiunilor ştiinţifice. Elevii vor lua parte la activităţi educative în timpul cărora vor
învăţa să colaboreze cu colegii, să interacţioneze cu materiale sau cu surse de
informaţii, să observe şi să înţeleagă lumea.
În calitate de coordonatori, cadrele didactice au un rol cheie în desfăşurarea
proiectului: ghidând eforturile de cercetare ale elevilor, îi vor ajuta să înţeleagă mai
bine fenomenele ştiinţifice întâlnite, le vor consolida competenţele de căutare şi
gândire, pe scurt, îi vor ajuta să-şi dezvolte competenţele de soluţionare a
problemelor. Profesorul-coordonator are rolul de a orchestra eforturile echipei în
direcţia implementării proiectului. Pentru a fi pregătit pe măsură pentru acest rol,
profesorul-coordonator trebuie să redacteze un plan de lecţie care să-i permite să
schiţeze etapele proiectului. În acest fel, va fi pregătit în orice moment să le ghideze
paşii elevilor în direcţia optimă, să le propună surse de informare şi instrumente de
lucru importante şi să-i ajute să evite capcanele sau demersurile exploratorii prea
complicate. Pentru a-i ajuta pe profesorii-coordonatori să faciliteze eforturile de
învăţare ale elevilor, vom prezenta în continuare metodele de predare „Educaţia în
domeniul ştiinţelor bazată pe cercetare” şi „Învăţarea bazată pe resurse” şi modul
cum pot fi folosite în contextul concursului.
Educaţia în domeniul ştiinţelor bazată pe cercetare
De-a lungul anilor, învăţarea bazată pe cercetare a fost caracterizată într-o varietate
de moduri (Collins, 1986, De Boer, 1991, Rakow, 1986), fiind promovată dintr-o
multitudine de perspective. Unii au subliniat natura activă a implicării elevilor, care
asociază cercetarea cu învăţarea practică şi cu cea bazată pe activităţi. Alţii au
asociat cercetarea cu metoda bazată pe descoperire sau cu formarea de competenţe
asociate „metodei ştiinţifice”. Deşi aceste concepte sunt interconectate, învăţarea
bazată pe cercetare nu este sinonimă cu niciunul dintre ele.
În multe ţări, învăţarea bazată de cercetare este promovată în mod oficial drept
strategie didactică de îmbunătăţire a educaţiei în domeniul ştiinţelor (Hounsell &
McCune, 2002, NRC, 2000, Rocard et al., 2007). Cercetarea poate fi definită drept
„demersul deliberat de a diagnostica problemele, de a evalua critic experimentele, de
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 11
a distinge alternativele, de a planifica analizele, de a cerceta ipotezele, de a căuta
informaţii, de a construi modele, de a dezbate cu colegii şi de a forma argumente
coerente" (Linn, Davis, & Bell, 2004). Este promovată în mod frecvent ca modalitate
de implementare a metodei ştiinţifice în şcoli: „Diferenţa esenţială dintre formulările
actuale ale cercetării şi „metoda ştiinţifică” tradiţională constă în recunoaşterea
explicită a naturii ciclice şi neliniare a cercetării." (Sandoval & Bell, 2004).
Figura 1. Ciclul cercetării
Metodologia de predare bazată pe cercetare urmăreşte să abordeze probleme
educaţionale concrete, precum predarea teoretică şi abstractă, folosită pe larg în
orele de curs de astăzi, şi predarea bazată în mare parte pe instrucţiunile din
manuale, demers care nu reuşeşte să ia în colimator concepţiile greşite ale elevilor.
Obiectivul educaţional al acestei strategii este de a permite elevilor să înţeleagă
anumite concepte şi analogiile dintre acestea. Elevii îşi formează competenţe de
descoperire autonomă a procedeelor de cercetare şi competenţe de cercetare cu
ajutorul tehnologiei şi matematicii, într-un context didactic organizat. Ei învaţă să
conceapă şi să desfăşoare activităţi de cercetare ştiinţifică, să formuleze şi să
revizuiască explicaţii şi modele ştiinţifice , cu ajutorul logicii şi probelor, precum şi să
recunoască şi să analizeze explicaţii şi modele alternative. Această metodă îi ajută pe
elevi să aprecieze chestiunile ştiinţifice de bază, prin intermediul contactului cu
subiecte similare, şi să înveţe să comunice şi să-şi susţină ideile cu argumente
ştiinţifice.
Noi însă folosim învăţarea bazată pe cercetare cu o semnificaţie mai concretă,
referitoare la un model de predare aparte, caracterizat de procesul iterativ de:
1. activităţi care dau naştere la întrebări;
2. cercetare activă;
3. creaţie;
4. discuţie;
5. reflecţie.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 12
La rândul său, procesul de reflecţie duce la naşterea unor întrebări noi, mai precise,
(1) şi ciclul se reia. Cuvântul „cercetare” din descrierea modelului îi dezvăluie
obiectivul, şi anume de a-i ajuta pe elevi să descopere singuri tehnicile de cercetare,
iar cuvântul „ghidată” subliniază faptul că acest efort de cercetare are loc sub forma
unei descoperiri structurate, într-un context didactic organizat. Acest model de
predare cuprinde cinci etape (transformarea fenomenului într-o problemă, sugestii
de soluţionare a problemei, implementarea sugestiei, abstractizarea concluziei,
consolidare), care sunt, la rândul lor, structurate pe mai multe etape intermediare
(Schmidkunz & Lindemann, 1992). Şi totuşi, în practica şcolară, această strategie
beneficiază şi de o implementare liniară. Aceşti cinci paşi pot fi sistematizaţi în
scenariul didactic standard descris mai jos.
Tabelul 1. Model standard – strategia IBSE
Implementarea strategiei IBSE
Activităţi care dau naştere la întrebări
Manifestarea curiozităţii Profesorul încearcă să atragă atenţia elevilor prezentându-le/arătându-le materialele adecvate. Definirea întrebărilor pe baza cunoştinţelor actuale Profesorul propune întrebări cu specific ştiinţific, care îi angrenează pe elevi.
Cercetare activă
Propunerea unor explicaţii sau ipoteze preliminare Elevii propun câteva explicaţii posibile la întrebările formulare la activitatea precedentă. Profesorul identifică eventualele concepţiile greşite. Planificarea şi realizarea unei cercetări simple Elevii acordă prioritate probelor, fapt care le permite să conceapă explicaţii la întrebările cu specific ştiinţific. Profesorul coordonează activitatea.
Creaţie
Strângerea de probe pe baza observaţiilor Grupul de elevi formulează şi evaluează explicaţiile pe baza probelor, pentru a răspunde la întrebările cu specific ştiinţific.
Discuţie
Explicaţii bazate pe probe Profesorul dă explicaţia corectă a temei de cercetare respective.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 13
Implementarea strategiei IBSE
Luarea în consideraţie a altor explicaţii Fiecare grup de elevi îşi evaluează explicaţiile din perspectiva altor variante de explicaţii, cu precădere a celor care reflectă înţelegere ştiinţifică.
Reflecţie
Prezentarea explicaţiilor Fiecare grup de elevi redactează un raport cu propriile concluzii, îşi prezintă şi justifică explicaţiile propuse în faţa celorlalte grupuri şi a profesorului.
Metodologia „Învăţare bazată pe resurse”
În ultimii ani, definiţia, rolul şi utilizările resurselor au suferit o metamorfoză. Aceste
schimbări au transformat modul în care ne raportăm la resurse, la producţia
deconcentrată şi accesul la resurse digitale şi la modul, momentul şi scopul în care
creăm şi folosim resurse. Metamorfoza a fost propulsată de creşterea exponenţială a
sistemelor informaţionale precum Internetul şi reţeaua web şi de prezenţa ubicuă a
tehnologiilor generice în sălile de clasă, în biblioteci, muzee, case şi comunităţi. Deşi
creşterea numărului de resurse şi a accesului la acestea este încurajatoare,
conştientizarea potenţialului educaţional al acestor progrese pare a fi un demers
copleşitor. Această stare de fapt este cu atât mai adevărată în mediile care
promovează învăţarea formală (şcoli şi universităţi), în care practicile curente nu pun
accent pe optimizarea resurselor existente sau pe pregătirea persoanelor pentru a
învăţa în medii bogate în resurse. Predarea se axează pe obiective curriculare,
secvenţe, resurse şi activităţi consacrate.
O temă precum explorarea spaţiului ne oferă ocazia de a exploata alternativele
aferente „Învăţării bazate pe resurse (RBL)”, lărgind astfel orizontul materialelor şi
metodelor folosite în predare-învăţare.
Învăţarea bazată pe resurse „…implică reutilizarea mijloacelor existente în slujba
unor nevoi de învăţare variate”. (Beswick 1990). Viabilitatea RBL se datorează mai
multor factori: 1) accesul ridicat la resurse (tipărite, electronice, umane) într-o
varietate de contexte neexistente anterior; 2) manipularea şi utilizarea resurselor
este extrem de flexibilă şi 3) realităţile economice fac ca resursele să fie accesate,
manipulate şi distribuite mult mai uşor, în contexte şi cu scopuri diversificate.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 14
Componentele învăţării bazate pe resurse
RBL cuprinde patru componente de bază: contexte facilitatoare, resurse, instrumente
şi eşafodaje. Împreună, aceste componente permit cadrelor didactice să creeze şi să
implementeze medii de învăţare extrem de diverse şi flexibile. Caracteristicile cheie
ale acestor componente sunt prezentate în tabelul 2 de mai jos.
Tabelul 2. Componentele şi caracteristicile învăţării bazate pe resurse
Componente RBL
Caracteristici cheie Tangenţă cu Odysseus
Contexte facilitatoare
Impuse: obiectivul este fixat de profesor sau de o autoritate externă.
Induse: obiectivul este fixat de elev sau de către elev şi profesor.
Subiectul proiectului este ales de întreaga echipă, alături de coordonator.
Resurse Persoane, lucruri sau idei care facilitează procesul de învăţare.
Elevilor şi profesorilor-coordonatori li se pune la dispoziţie un volum considerabil de resurse digitale, care au rolul de a facilita implementarea proiectelor. În plus, forumul concursului permite schimbul de idei între elevi.
Instrumente
Obiecte care contribuie la facilitarea procesului de învăţare. Variază de la instrumente de procesare la cele de organizare şi comunicare.
Echipelor li se pune la dispoziţie o suită de laboratoare virtuale şi la distanţă, simulări şi aplicaţii aferente, care să le ajute la implementarea proiectelor. Pentru a facilita desfăşurarea proiectului, se propun şi instrumente de organizare.
Eşafodaje Eşafodaje conceptuale, metacognitive, procedurale şi strategice
„Fişa de proiect” oferă asistenţă echipelor şi facilitează procesul de învăţare la capitolele procesare şi organizare, dat fiind că asigură un eşafodaj strategic foarte clar în care să se desfăşoare echipele, unul care respectă regulile cercetării ştiinţifice.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 15
Contextele facilitatoare
Contextele facilitatoare oferă situaţia sau problema care orientează elevii către o
nevoie sau o problemă, cum ar fi recunoaşterea sau generarea de probleme şi
structurarea nevoilor de învăţare. Crearea şi activarea contextelor permite
concretizarea unei învăţări semnificative, cu ajutorul resurselor puse la dispoziţie sau
obţinute. Contextele facilitatoare pot fi impuse, induse sau generate. Contextele
impuse clarifică aşteptările în mod explicit şi ghidează strategiile elevilor şi ale
cadrelor didactice în mod implicit. Cadrele didactice pot folosi obiective prestabilite
(de ex., curriculumul naţional, curriculumul universitar). Contextele induse introduc
un domeniu general, în care se situează problemele sau chestiunile, şi nu probleme
concrete, ce se cer. Un scenariu obişnuit facilitează generarea sau studierea mai
multe probleme sau chestiuni, pe baza unor ipoteze diferite, a relevanţei subiectelor
şi a contextului utilizării. În cazul contextelor generate, nu se dau contextele
concrete ale problemei. Elevul este cel care stabileşte un context de interpretare, pe
baza nevoilor şi circumstanţelor proprii.
Raportat la sfera concursului, se recomandă folosirea unui context indus: profesorul
poate prezenta o serie de idei iniţiale de proiect, legate de curriculumul şcolar, însă
este de dorit ca obiectivele finale ale proiectului să fie alese cu precădere de elevi.
Resursele
Resursele reprezintă „materialele brute” care facilitează învăţarea: baze de date
electronice, manuale, clipuri video, imagini, documente originale şi persoane.
Resursele pot fi puse la dispoziţie de către o persoană mai bine informată (de ex.,
profesorul), cu scopul de a lărgi sau aprofunda cunoştinţele sau percepţia altora. De
asemenea, resursele pot fi adunate şi de către elev, pe măsură ce apar întrebările
şi/sau nevoile. Dată fiind varietatea contextelor de utilizare, utilitatea unei resurse se
modifică radical de la o situaţia la alta. Reţeaua WWW, de exemplu, permite accesul
la milioane de documente resursă, însă integritatea şi utilitatea acestora este
validată de utilizator, în conformitatea cu contextul de utilizare. Pe măsură ce
resursele devine tot mai relevante pentru necesităţile elevilor, precum şi accesibile,
ele dobândesc o utilitate mai mare. Elevii trebuie încurajaţi să folosească o gamă cât
mai variată de resurse pe parcursul documentării. De asemenea, trebuie îndrumaţi
să verifice şi să compare informaţiile pe acelaşi subiect, provenind din surse diferite,
şi nu să se bazeze pe o singură sursă. În cadrul eforturilor de strângere de informaţii
şi de îmbogăţire a anumitor părţi ale proiectului, de o mare utilitate se dovedesc
resurse precum site-urile, documentele originale şi discuţiile cu experţii din domeniu.
Acest gen de resurse îşi dovedeşte cu prisosinţă utilitatea cu precădere în etapa în
care elevii trebuie să caute informaţii teoretice de bază, dar şi date despre ultimele
realizări din domeniul studiat. Graţie acestui proces de căutare activă a informaţiilor
relevante, elevii învaţă cum să adune informaţii, cum să verifice sursele şi cum să
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 16
evalueze calitatea informaţiilor adunate, contribuind astfel la consolidarea
competenţelor de soluţionare a problemelor şi de gândire critică.
În ceea ce priveşte proiectul, este esenţial ca elevii să menţioneze referinţele
bibliografice. Un alt gen de resurse valoroase sunt şi clipurile video şi imaginile, dacă
ţinem cont că acestea contribuie de multe ori la înţelegerea unor date şi fenomene şi
îmbogăţesc proiectul.
Instrumentele
Prin intermediul instrumentelor, elevii reuşesc să abordeze şi să manipuleze atât
resursele, cât şi ideile. Utilizarea instrumentelor variază în funcţie de contextele
facilitatoare şi intenţiile utilizatorilor: acelaşi instrument poate fi folosit în activităţi şi
cu funcţii diferite. Învăţarea bazată pe resurse foloseşte opt tipuri de instrumente:
de procesare, de căutare, de colectare date, de organizare, de integrare, de
generare, de manipulare şi de comunicare.
Instrumentele de procesare îi ajută pe elevi să facă faţă solicitărilor cognitive
asociate cu învăţarea bazată pe resurse. Instrumente precum sistemele de învăţare
auto-direcţionată, de exemplu, permit elevilor să lucreze cu idei, consolidându-le
abilităţile cognitive şi reducând nevoia de „a memora” sau de a se angaja în
demersuri intelectuale inutile [vezi Jonassen şi Reeves, 1996 pentru o discuţie
despre instrumentele cognitive].
Instrumentele de căutare (de ex., căutări după cuvinte cheie, indexuri de
subiecte, motoare de căutare) contribuie la localizarea şi accesare resurselor.
Instrumentele de căutare pot fi adaptate şi unui context concret. De exemplu,
„Sustainable Table” pune la dispoziţie un portal educaţional care oferă acces la
numeroase resurse, activităţi şi jocuri şi care promovează tranziţia către agricultura
durabilă, locală, pe scară mică. „Sustainable Table” a fost conceput în scopul de a
oferi consumatorilor o educaţie pe teme de alimentaţie şi de a contribui la
consolidarea comunităţilor cu ajutorul alimentelor.
(http://www.sustainabletable.org/intro/)
Instrumentele de colectare date variază de la fişele de lucru clasice la PDA-urile
de ultimă generaţie şi servesc la acumularea de resurse şi date de studiu. Elevii pot
folosit instrumente de culegere date în timp ce explorează un spaţiu de învăţare sau
după ce au efectuat un tur de familiarizare. Spre exemplu, site-ul MEATRIX,
(http://www.themeatrix.com/interactive/), cuprinde macheta animată şi interactivă a
unei ferme industriale de vaci, oferind elevilor o modalitate atractivă de a înţelege
problematică asociată cu fermele industriale.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 17
Instrumentele de organizare se folosesc la reprezentarea şi definirea relaţiilor
dintre idei, concepte sau „noduri”. Ca şi în cazul instrumentelor de colectare date,
instrumentele de organizare cuprind atât dispozitive electronice, cât şi ne-
electronice. Instrumentele de realizare a hărţilor conceptuale (de ex.,
http://www.inspiration.com/ sau https://bubbl.us/) sunt dispozitive puternice, care
permit utilizatorilor să demonstreze relaţiile şi legăturile dintre idei.
Instrumentele de integrare ajută elevii să asocieze cunoştinţele noi cu cele
existente, contribuind la organizarea şi integrarea ideilor. Instrumentele de integrare
variată de la programe de tehnoredactare la site-uri web. Profunzimea şi anvergura
a ceea ce poate fi reprezentat cu un singur instrument sau cu un set de instrumente
variază în funcţie de nevoile şi abilităţilor utilizatorului.
Instrumentele de generare variază de la cele simple, precum site-urile web, la
cele sofisticate, precum aplicaţiile de modelare (de ex., SimEarth), şi îi ajută pe elevi
să creeze „obiecte” de înţelegere.
Instrumentele de manipulare variază, de asemenea, în complexitate şi servesc la
studierea concepţiilor şi teoriilor transpuse în practică.
Instrumentele de comunicare, atât cele sincrone, cât şi cele asincrone, susţin
eforturile de a iniţia sau desfăşura schimburi între elevi, profesori şi experţi.
Elevii pot folosit diferite tipuri de instrumente, în funcţie de etapele proiectului. Instrumentele de procesare şi căutare pot fi folosite în primele etape ale proiectului, cu ocazia cercetării iniţiale şi căutării de informaţii de bază, efectuate de echipă. Instrumentele de colectare date şi de generare pot fi folosite în etapa în care se adună date şi se analizează concluziile. Celelalte tipuri de instrumente (de comunicare, de organizare etc.) pot fi folosite pe durata întregului proiect, în scopul de a facilita desfăşurarea acestuia. De exemplu, elevii pot folosi instrumentele de realizare a hărţilor conceptuale pentru a-şi organiza rolurile, iar instrumentele de comunicare precum forumurile sau chat-urile pentru a-şi putea comunica şi înregistra ideile şi comentariile, chiar şi atunci când au loc în aceleaşi loc.
Eşafodajul
Eşafodajul, definit ca sprijinul oferit elevilor şi ulterior atenuat (Vygotsky, 1980),
variază în funcţie de problemele întâmpinate şi de cerinţele contextului facilitator. În
vederea căutării unor modalităţi de a introduce învăţarea bazată pe resurse în
mediile educaţionale formale, patru tipuri de eşafodaj îşi dovedesc utilitatea:
eşafodajul conceptual, metacognitiv, procedural şi strategic.
Eşafodajele conceptuale ghidează demersurile reflexive ale elevilor, identificând
cunoştinţele legate de o problemă sau evidenţiind structura lor. În mod tradiţional,
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 18
fişele de lucru au fost folosite în mediile de învăţare formale, având rolul de a-i ajuta
pe elevi să descopere un concept sau un subiect nou. Eşafodajul conceptual poate fi
extins cu ajutorul instrumentelor de comunicare, luând forma unor întrebări sau
scenarii sugestive, care conturează contextul de învăţare pe un site. Învăţarea
bazată pe probleme foloseşte în foarte mare măsură eşafodajul conceptual pentru a
ghida eforturile elevilor de a descoperi noi domenii şi de a creşte gradul de
înţelegere (Knowlton şi Sharp, 2003).
Întrebările ştiinţifice adresate de profesori la început, în timp ce elevii încearcă să
definească subiectul proiectului, constituie eşafodajul conceptual al proiectului. Ele
definesc contextul iniţial la care se raportează elevii.
Eşafodajele metacognitive susţin cerinţele cognitive fundamentale ale învăţării
bazate pe resurse, ajutându-i pe elevi să iniţieze, să compare şi să-şi revizuiască
strategiile. Pentru a ghida eforturile de explorare şi de înţelegere ale elevilor, cel mai
adesea se folosesc scenariile şi cazurile. Acestea supun atenţiei elevilor atât idei, cât
şi puncte de verificare, în care elevii îşi evaluează gradul de înţelegere, într-un efort
de a elucida ceea ce ştiu şi ceea ce nu ştiu sau nu înţeleg (Kolodner, 1993).
Şi profesorul-coordonator apelează la eşafodajul metacognitiv atunci când îi ghidează
pe elevi în timp ce aceştia se documentează. În acest caz, îndrumarea nu trebuie să
se limiteze doar la instrucţiuni verbale, ci se poate concretiza şi sub forma unor
reprezentări schematice sau reprezentări care demonstrează elevilor cum pot lucra.
Eşafodajul procedural îl ajută pe elev în timp ce navighează şi atrage atenţia
asupra modului de utilizare a caracteristicilor şi funcţiilor mediului de învăţare. De
exemplu, WebQuest-urile folosesc eşafodajul procedural pe scară largă şi sunt
utilizate într-o gamă variată de contexte şi domenii de conţinut. Potrivit lui Bernie
Dodge, cel care a creat conceptul de WebQuest, „acestea au fost concepute pentru
folosi timpul elevilor într-o manieră optimă, pentru a se axa pe utilizarea informaţiilor
şi mai puţin pe căutarea acestora şi pentru a susţine gândirea elevilor la nivel
analitic, sintetic şi de evaluare”. Axându-se pe aspectele practice, eşafodajele
procedurale alocă resurse cognitive altor activităţi de învăţare importante (de ex.,
soluţionare de probleme, gândire de ordin superior).
În principiu, eşafodajul procedural schiţează paşii ce vor fi urmaţi în timpul analizei şi
evaluării datelor adunate în timpul documentării. Acesta este pus la dispoziţie de
profesorul-coordonator cu scopul de a-şi ajuta echipa să-şi organizeze şi să
efectueze analiza datelor acumulate.
Eşafodajul strategic oferă modalităţi de analiză, planificare şi răspuns, precum
identificarea şi selectarea informaţiilor, evaluarea resurselor şi integrarea
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 19
cunoştinţelor şi experienţei. Mai multe modele s-au dovedit extrem de utile în
selectarea şi evaluarea resurselor. Eşafodajul strategic al procesului I-Search (Joyce
şi Tallmann, 1997) se axează pe integrarea cunoştinţelor într-o experienţă. I-Search
permite elevilor să aleagă un subiect de interes personal, apoi le ghidează eforturile
de căutare şi utilizare a informaţiilor şi de concepere a unui produs final.
„Fişa de proiect”, propusă a fi rezultatul principal al proiectelor, reprezintă eşafodajul
strategic. Aceasta se concretizează printr-un plan clar de redactare a proiectului,
urmat de instrucţiuni şi recomandări pentru căutarea şi utilizarea eficientă a
informaţiilor. Fişa are rolul de a facilita eforturile echipelor de a realiza un proiect cu
o structură bine organizată, ale cărui segmente să fie prezentate într-o manieră bine
structurată şi coerentă. Obiectivul său principal este de a-i familiariza pe elevi cu
metodologia specifică cercetării ştiinţifice, de a-i ajuta să-şi structureze gândurile şi
acţiunile în timp ce lucrează la proiect şi să înveţe cum să transmită rezultatele şi
concluziile într-o manieră eficientă, cu ajutorul unor argumente ştiinţifice solide.
Cum să vă pregătiţi pentru a vă susţine echipa eficient
Deşi elevii realizează toate etapele proiectului prin efort propriu, îndrumarea
profesorului-coordonator este esenţială la fiecare etapă. În contextul concursului,
şablonul IBSE poate fi folosit pentru a-i ajuta pe profesori să se pregătească pentru
rolul de coordonatori, responsabili cu implementarea proiectului echipei lor.
Profesorul poate crea un plan de lecţie care va servi drept principal instrument
îndrumător pe parcursul proiectului.
Conceperea unui plan de lecţie le va permite profesorilor-coordonatori să realizeze o
documentare preliminară asupra subiectului în cauză, pentru a fi astfel capabili să-şi
ghideze elevii şi să-i îndrume în direcţia bună. Graţie acestui plan, profesorul îşi va
face o idee asupra gradului de complexitate al proiectului, va depista în avans
segmentele sale dificile, va identifica dificultăţile cu care se pot confrunta elevii şi
modalităţile de surmontare ale acestora şi, nu în ultimul rând, dacă întregul demers
este fezabil sau dacă vor putea apărea unele aspecte cărora elevii nu le vor putea
face faţă. În timp ce redactează planul de lecţie, profesorul-coordonator are ocazia
de a aduna resurse şi instrumente, facilitând astfel eforturile echipei de accesare a
informaţiilor.
Planul de lecţie al profesorilor-coordonatori se poate baza pe şablonul IBSE, care
încorporează toate caracteristicile RBL. Tabelul 3 prezintă şablonul IBSE, adaptat la
nevoile profesorilor participanţi la concursul Odysseus, şi cuprinde caracteristicile
RBL.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 20
Tabelul 3. Şablonul IBSE-RBL Odysseus
Faza 1: activităţi care dau naştere la întrebări
Manifestarea curiozităţii
Începeţi prin a căuta subiecte care ar putea interesa echipa. Încercaţi să găsiţi
subiecte legate de programa şcolară. Astfel, proiectul va facilita activitatea
didactică formală şi le va permite elevilor să realizeze corespondenţe între
ceea ce învaţă la şcoală, chestiuni ştiinţifice autentice şi viaţa cotidiană.
Prezentaţi pe scurt fiecare subiect pentru a afla care îi entuziasmează cel mai
mult pe elevi.
Definirea întrebărilor pe baza cunoştinţelor actuale
Introduceţi întrebări care vă vor permite să estimaţi cunoştinţele teoretice ale
elevilor despre subiectul ales. Asiguraţi-vă că volumul de cunoştinţe pentru
proiect nu le depăşeşte posibilităţile. În funcţie de subiectul ales de elevi,
propuneţi o serie de întrebări iniţiale, cu care să-şi înceapă activitatea de
documentare. Aceste întrebări ştiinţifice le vor îndrepta cercetările preliminare
în direcţia optimă. Pe baza cercetării preliminare, ajutaţi-i pe elevi să-şi
definească propriile întrebări, pe care, mai apoi, să le cerceteze. Întrebările lor
de cercetare trebuie să fie clare şi precise.
E posibil să fiţi nevoiţi să prezentaţi teoria aferentă subiectului. Verificaţi
noţiunile teoretice expuse în manual şi recomandaţi-le surse suplimentare de
informare. Discutaţi cu echipa noţiunile teoretice aferente subiectului şi
prezentaţi-le elevilor conceptul de referinţe şi importanţa acestora. Explicaţi-le
cum să ţină evidenţa acestora şi cum să le integreze în proiect.
La finalul acestei etape, elevii vor fi stabilit cu precizie subiectul şi obiectivele
concrete (întrebările de cercetare) ale proiectului.
Componente RBL
Context
Indus: Echipa alege subiectul şi întrebările de cercetare
pe baza preferinţelor membrilor. Profesorul-coordonator
facilitează acest proces propunând câteva subiecte
iniţiale, circumscrise programei şcolare, apoi îi ajută pe
elevi să aleagă un subiect accesibil.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 21
Resurse
Site-uri cu ştiri, clipuri video, articole etc. despre
realizările actuale din domeniul explorării spaţiului şi cel al
spaţului, în general.
Arhive de resurse educaţionale gratuite şi biblioteci
digitale. Există arhive şi biblioteci digitale care dispun de
numeroase planuri de lecţie ce s-ar putea dovedi
relevante pentru subiectul ales de către echipă. Aceste
planuri de lecţie se pot dovedi o sursă utilă de informare:
prin intermediul lor puteţi afla ce au făcut alte cadre
didactice în cadrul unor demersuri educaţionale similare şi
pe ce întrebări ştiinţifice s-au axat.
Instrumente
Instrumente de căutare: motoare de căutare, indexuri
de subiecte, site-ul Odysseus, portaluri educaţionale
Instrumente de integrare: prezentarea variantelor de
subiecte şi a întrebărilor de cercetare cu ajutorul
prezentărilor PowerPoint, a clipurilor video sau a site-
urilor
Eşafodaj
Eşafodaj conceptual: Fiecare subiect prezentat va fi
urmat de o scurtă descriere a ideii de bază şi a
obiectivului principal, astfel încât elevii să înţeleagă clar
care este specificul fiecărui subiect. În prezentarea
fiecărui subiect, integraţi câteva întrebări de cercetare, ce
ar putea servi drept puncte de plecare ale proiectului.
Aceste întrebări vă vor permite să aflaţi ce ştiu deja elevii
despre subiect şi vor constitui fundamentul proiectului.
Încercaţi să formulaţi întrebări de cercetare simple şi
legate de programa şcolară. Încurajaţi elevii să adapteze
întrebările şi să le personalizeze conform preferinţelor lor
sau să formuleze întrebări proprii. Ajutaţi-i să înţeleagă
importanţa întrebărilor de cercetare şi faptul că vor
concepe proiectul în jurul acestora.
Faza 2: cercetarea activă
Propunerea unor explicaţii sau ipoteze preliminare
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 22
Îndrumaţi echipa astfel încât, prin intermediul discuţiilor şi întrebărilor
aferente, elevii să poată face unele predicţii preliminare şi să poată propune
unele explicaţii posibile pentru subiectul în cauză. Îndrumaţi elevii să fie
precişi şi să consemneze toate ideile. Identificaţi concepţiile greşite care apar
şi clarificaţi-le.
Planificarea şi realizarea unei cercetări simple
Ajutaţi echipa să conceapă un plan de analiză, care să le permită să ofere
explicaţii la întrebările cu conţinut ştiinţific vizând problema studiată. Se
recomandă ca echipa să noteze toate aspectele ce ţin de analiza lor, precum
şi membrii care se vor ocupa de fiecare sarcină. De asemenea, este esenţial
să se stabilească un calendar, astfel încât proiectul să poată fi predat la timp.
Nu uitaţi să alocaţi puţin timp pentru corectura şi reglajul fin al proiectului.
În perioada în care echipa îşi planifică cercetarea, îi puteţi ajuta pe elevi cu
propuneri de instrumente, aplicaţii sau proceduri experimentale interesante,
care să contribuie la realizarea cercetării.
La finalul acestei etape, echipele vor fi făcut predicţii clare despre subiectul în
cauză şi vor avea un plan foarte clar de desfăşurare a analizei sau a
experimentului.
Componente RBL
Context
Indus: elevii propun explicaţii preliminare şi întocmesc
planul investigaţiei. Profesorul-coordonator facilitează
desfăşurarea activităţii, ghidându-le eforturile elevilor de
pregătire a experimentului, şi îi ajută să ia în consideraţie
toate aspectele problemei.
Resurse
Site-uri cu ştiri, clipuri video, articole, experimente
practice, manuale sau cărţi cu experimente despre
subiectul abordat. În funcţie de ţară, elevii pot veni cu
idei şi informaţii în urma unei vizite într-un muzeu de
ştiinţe sau într-un centru ştiinţific.
Instrumente Instrumente de căutare: motoare de căutare, indexuri
de subiecte, site-ul Odysseus, arhive
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 23
Instrumente de organizare: încurajaţi-vă elevii să
folosească un instrument de realizare a hărţilor
conceptuale, cu ajutorul căruia să-şi organizeze
cercetarea sau experimentul într-un mod eficient şi să-şi
facă o idee de ansamblu asupra rolului fiecărui membru şi
asupra ordinii în care trebuie efectuat fiecare pas.
Instrumente de integrare: îndrumaţi-vă elevii să pună
la punct modalităţi de înregistrare şi descriere a
activităţilor.
Instrumente de comunicare: de îndată ce încep să
lucreze pe un anumit subiect, elevii trebuie să găsească
instrumentele de comunicare cele mai convenabile.
Printre instrumentele de comunicare se pot număra e-
mail-urile trimise pe adresa unei liste de corespondenţă
care cuprinde toţi membrii echipei, Skype sau alte aplicaţii
de mesagerie instantanee, un forum sau un spaţiu de
lucru în care pot să-şi stocheze toate materialele.
Încurajaţi elevii să folosească o linie de comunicare care
să le permită să lucreze cu uşurinţă chiar şi atunci când
nu sunt împreună.
Eşafodaj
Eşafodaj procedural: îndrumaţi echipa să conceapă un
eşafodaj procedural, care să indice direcţia de desfăşurare
a activităţilor şi care să-i ajute să-şi planifice investigaţia.
Eşafodajul poate lua forma unei scheme de lucru sau a
unei hărţi conceptuale şi le va permite elevilor să
identifice rolurile fiecărui membru şi astfel să lucreze într-
o manieră mai organizată. O altă variantă ar fi ca
profesorii-coordonatori să aloce câte un rol fiecărui elev
pe baza competenţelor şi abilităţilor acestora.
Eşafodaj metacognitiv: Este foarte important, cu
precădere în această etapă a proiectului, ca elevii să
înţeleagă cum să-şi consemneze acţiunile şi cum să-şi
prezinte observaţiile. Eşafodajul metacognitiv îi va învăţa
să-şi consemneze acţiunile şi datele într-un mod eficient
în timp ce se derulează cercetarea sau experimentul. La
nivelul concursului, poate fi redactat un jurnal de echipă.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 24
Se recomandă ca propunerile şi indicaţiile de pregătire a
experimentului sau cercetării să nu fie acordate într-o
formă verbală, ci una grafică, schematică. Astfel, elevii
vor putea să o consulte mult mai uşor, în orice moment.
Faza 3: creaţia
Strângerea de probe pe baza observaţiilor
În urma investigaţiei, grupul de elevi va aduna probe, pe baza cărora vor
formula şi evalua explicaţiile, cu scopul de a răspunde la întrebările cu specific
ştiinţific.
Ajutaţi echipa să consemneze şi să descrie etapele parcurse în timpul
investigaţiei. Asiguraţi-vă că sunt foarte meticuloşi în consemnarea
activităţilor. Notaţi dificultăţile întâmpinate, ideile apărute şi motivaţia fiecărei
etape a investigaţiei. Înregistraţi datele adunate într-o manieră organizată. Nu
uitaţi să inseraţi şi o scurtă descriere a instrumentelor sau aplicaţiilor folosite.
Experimentele, activităţile practice şi demonstraţiile sunt foarte utile pentru a
vă face proiectul mai atrăgător. De asemenea, puteţi concepe propriile
materiale video, ca mai apoi să le integraţi în proiect.
La finalul acestei etape, elevii trebuie să fi finalizat investigaţia sau cercetarea
şi trebuie să fi adunat şi înregistrate toate datele şi observaţiile.
Componente RBL
Context
Indus: Echipa desfăşoară întreaga investigaţie sau
experiment. Cadrele didactice oferă răspunsuri la
întrebările elevilor şi fac sugestii cu privire la sursele de
informare, facilitând astfel activitatea.
Resurse Site-uri ştiri, clipuri video, articole, baze de date (de ex.,
galerii de imagini cu spaţiul), biblioteci digitale
Instrumente
Instrumente de căutare: motoare de căutare, indexuri
de subiecte, site-ul Odysseus
Instrumente de integrare: instrumente de
consemnare a datelor şi observaţiilor (de ex., caiet, MS
Office, spaţiul interior), instrumente de editare video,
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 25
procesor de imagini
Instrumente de colectare date: telescoape robotice,
simulări, laboratoare la distanţă, instrumente specifice
laboratorului de ştiinţe, unelte şi piese pentru construirea
de machete
Eşafodaj
Eşafodaj procedural: Cu ajutorul lui, echipa va folosi
toate resursele şi instrumentele pe care le are la
dispoziţie. Ajutaţi-i pe elevi să-şi respecte planul,
asiguraţi-vă că înţeleg procedurile pe care trebuie să le
urmeze şi că îşi înregistrează acţiunile şi observaţiile.
Faza 4: discuţie
Explicaţii bazate pe probe
Îndrumaţi echipa să realizeze o analiză a datelor culese şi să nu omită nicio
informaţie. Propuneţi metode diferite de analiză. Încurajaţi elevii să folosească
grafice, imagine şi resurse digitale diverse. Ajutaţi-i să-şi îndrepte analiza în
direcţia corectă şi să vizeze ideile/problemele iniţiale, întrebările ştiinţifice în
cauză şi ipotezele iniţiale. Explicaţiile iniţiale trebuie revizuite şi comentate pe
baza analizei şi a noilor concluzii. Încurajaţi elevii să-şi consemneze detaliat
ideile, gândurile şi explicaţiile.
Luarea în consideraţie a altor explicaţii
Încercaţi să găsiţi şi să sugeraţi explicaţii alternative pentru subiectul în cauză.
Solicitaţi-le elevilor să caute explicaţii alternative viabile (în cazul în care
echipele au realizat un experiment sau au construit o machetă, această etapă
ar putea presupune sugestii pentru decelări ulterioare) pentru subiectul în
cauză. Mai există şi alte modalităţi de abordare a subiectului? Mai sunt
aspecte pe care nu le-au luat în considerare?
La finalul acestei etape, elevii trebuie să fi terminat de analizat datele şi de
revizuit ipotezele iniţiale. De asemenea, trebuie să fi ajuns la anumite
concluzii şi să fi răspuns la întrebările de cercetare propuse.
Componente RBL
Context Indus: elevii analizează datele culese, pentru a putea
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 26
răspunde la întrebările de cercetare. Profesorul facilitează
activitatea.
Resurse
Site-uri cu ştiri, clipuri video, articole, studii ştiinţifice,
baze de date (de ex., galerii de imagini despre spaţiu),
biblioteci digitale
Instrumente
Instrumente de căutare: motoare de căutare, indexuri
de subiecte, site-ul Odysseus
Instrumente de integrare: instrumente de
consemnare a datelor şi observaţiilor (de ex., caiet, MS
Office, spaţiul interior), instrumente de editare video şi
foto
Instrumente de organizare: încurajaţi-vă elevii să
folosească în mod constant un instrument de realizare a
hărţilor conceptuale, cu ajutorul căruia să consemneze
progresul cercetării sau experimentului şi să aibă o
imagine de ansamblu clară asupra activităţii fiecărui
membru şi asupra aspectelor restante.
Instrumente de procesare: instrumente de procesare
a imaginilor, instrumente MS Office (de ex., Excel pentru
realizarea diagramelor), instrumentele matematice (de
ex., Mathematica), simulări
Eşafodaj
Eşafodaf conceptual: ajutaţi-i pe elevi să-şi amintească
întrebările de cercetare şi ipotezele iniţiale şi să le
raporteze la cercetarea lor.
Faza 5: reflecţie
Prezentarea explicaţiilor
Ajutaţi-i pe elevi să completeze fişa de proiect şi să prezinte concluziile care
susţin explicaţiile propuse. Îndrumaţi-le eforturile, astfel încât să prezinte
explicaţii valabile. Ajutaţi-i să redacteze texte simple şi de efect şi, de
asemenea, să-şi îmbogăţească proiectul cu ajutorul fotografiilor, diagramelor
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 27
şi a altor materiale. Încurajaţi-i în mod constant să-şi folosească imaginaţia şi
inventivitatea.
Pentru ca prezentarea proiectului să fie cât mai aerisită, elevii pot alege să
redacteze anumite secţiuni ale acestuia sub forma unor fişiere separate. De
exemplu, dacă elevii au fişiere cu date sau dacă au redactat un jurnal de
activitate în PowerPoint, acestea pot fi păstrate separat. În cazul în care elevii
au conceput astfel de fişiere auxiliare, nu uitaţi să le includeţi în fişa de
proiect, sub formă de referinţe bine clasificate, astfel încât cititorul să
înţeleagă cărei părţi a proiectului aparţine respectivul fişier auxiliar.
Aceasta e ultima etapă a parcursului educaţional. Produsul final al acestei
etape este versiunea finală a proiectului, care cuprinde tot ce au făcut elevii,
precum şi materialele adunate de aceştia, prezentate într-o formă coerentă şi
organizată.
Componente RBL
Context
Indus: echipa redactează proiectul final, care cuprinde
cercetarea preliminară, ipotezele iniţiale, cercetarea sau
experimentul, analiza datelor şi observaţiilor şi concluziile.
Profesorul-coordonator facilitează procesul.
Resurse Site-uri cu ştiri, clipuri video, imagini etc.
Instrumente
Instrumente de căutare: motoare de căutare, indexuri
de subiecte, site-ul Odysseus
Instrumente de integrare: prezentarea proiectului
folosind drept punct de referinţă „fişa de proiect”
Eşafodaj
Eşafodaj metacognitiv: sprijiniţi-vă elevii în timpul
prezentării proiectului şi asiguraţi-vă că au răspuns la
întrebările de cercetare.
Eşafodaj strategic: constă în „fişa de proiect”, propusă
a fi rezultatul principal al proiectelor. Îndrumaţi elevii să o
folosească drept reper de bază în timp ce prezintă
proiectul. Ajutaţi-i să-i dea un aspect atractiv cu ajutorul
imaginilor, fotografiilor, graficelor, capturilor de ecran şi
adreselor de site-uri folosite în proiect.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 28
Prezentarea proiectului: fişa de proiect Toate segmentele şablonului descris mai sus corespund cu segmentele „fişei de
proiect” pe care elevii sunt rugaţi să o completeze pentru a-şi redacta proiectul
(figura 3). Astfel, fiecare parte a cursului pe care profesorul- coordonator a pregătit-
o în avans cu ajutorul şablonului IBSE-RBL Odysseus îl va ajuta să îndrume eficient
eforturile elevilor de a completa fiecare segment al fişei de lucru şi de a redacta un
proiect bine organizat.
Figura 2. Legătura dintre şablonul IBSE-RBL Odysseus şi „fişa de proiect”
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 29
„Fişa de proiect” are la bază structura studiilor ştiinţifice şi corespunde strategiei
didactice IBSE. Acest instrument îşi propune să-i ajute pe elevi să înţeleagă cum se
realizează cercetarea ştiinţifică: elevii parcurg aceeaşi paşi pe care îi parcurg oamenii
de ştiinţă implicaţi în activităţi de cercetare. În plus, fişa de lucru caută să le
faciliteze elevilor eforturile de organizare a gândurilor şi de prezentare a activităţii
într-o manieră structurată. Tabelul de mai jos prezintă „fişa de proiect”. Fiecare
segment este însoţit de instrucţiunile transmise elevilor şi de un set suplimentar de
instrucţiuni, adresate profesorului-coordonator.
Tabelul 4. „Fişa de proiect”
Rezumat
Instrucţiuni pentru elevi
Redactaţi un rezumat care să prezinte în mod concis
conţinutul proiectului vostru. Prin intermediul acestui
document, comitetul de jurizare trebuie să înţeleagă
foarte clar ideea de proiect şi informaţiile pe care le
conţine acesta. Aspectul cel mai important este
subiectul proiectului şi contribuția pe care o aduc
activităţile desfăşurate. Nu uitaţi să realizaţi şi o scurtă
descriere a concluziilor. Rezumatul trebuie să fie de
sine stătător, adică persoana care îl citeşte să poată
percepe esenţa proiectului fără a fi nevoie să lectureze
întregul formular.
Recomandare: Cel mai bine e să scrieţi rezumatul la
final, după ce aveţi o idee generală despre proiect.
(maxim 200 de cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Solicitaţi elevilor să completeze această parte la final.
Asiguraţi-vă că menţionează întrebările de cercetare şi
concluziile la care au ajuns. Conţinutul rezumatului vă
arată cât de clar le este şi lor proiectul.
Introducere – Descrierea problemei
Instrucţiuni pentru elevi
Introducerea va cuprinde două secţiuni (structurate
sub formă de paragrafe, fără subdiviziuni ulterioare).
Prima parte va expune aspecte generale ale problemei
studiate, va prezenta starea ei actuală şi cunoştinţele
care există despre ea şi poate chiar referinţe din
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 30
literatura de specialitate, cu ajutorul cărora cititorul să
se familiarizeze cu subiectul. În partea a doua, se va
prezenta aspectul care face obiectul proiectului,
întrebările la care urmăreşte să răspundă sau
obiectivele pe care caută să le atingă. (maxim 200 de
cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Încurajaţi elevii să scrie câteva rânduri despre
motivaţia alegerii subiectului respectiv (ce problemă
abordează) şi să definească întrebările de cercetare în
mod clar. Utilizarea unor date teoretice de bază
(referinţe şi definiţii) s-ar putea dovedit un demers util,
dat fiind că ar demonstra că elevii s-au documentat
suficient în prealabil.
(Legătura cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Activităţi
care dau naştere la întrebări – Definirea întrebărilor pe
baza cunoştinţelor actuale)
Ipoteza – Idei iniţiale
Instrucţiuni pentru elevi
Secţiunea ipotezei şi ideilor iniţiale trebuie să prezinte
ipoteza preliminară despre subiectul proiectului,
ipoteză bazată pe cunoştinţele curente. De asemenea,
trebuie să detalieze termenii şi conceptele necesare
pentru a înţelege problema studiată şi să descrie un set
de idei sau acţiuni recomandate pentru a ajunge la o
soluţie.
(maxim 200 de cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Încurajaţi elevii să-şi folosească imaginaţia şi
cunoştinţele teoretice despre subiect pentru a avansa
unele ipoteze. De obicei, elevii sunt sceptici cu privire
la ideea de a face predicţii, de frică să nu greşească.
Încurajaţi-i să facă predicţii şi explicaţi-le că greşelile
fac parte din procesul în sine. Eliminaţi concepţiile
greşite pe care le identificaţi de-a lungul procesului şi
solicitaţi-le elevilor să-şi reconsidere ideile.
(Legătură cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Cercetare
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 31
activă – Propunerea unor explicaţii sau ipoteze
preliminare)
Metodologia de proiect
Instrucţiuni pentru elevi
Faza pregătitoare a proiectului descrie, de obicei,
procedura urmărită în vederea atingerii obiectivelor.
Descrieţi metodele folosite pentru a cerceta ipoteza şi
ideile iniţiale descrise mai sus, cu scopul de a vă atinge
scopurile. Dacă folosiţi experimente în cadrul
proiectului, va trebui să descrieţi echipamentul şi
coordonatele experimentelor.
(maxim 500 de cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Rugaţi elevii să descrie procedeul pe care-l vor urma
pentru a efectua cercetarea. O idee bună ar fi să
realizeze o schemă cu acţiunile pe care vor să le
efectueze (ar fi excelent să puteţi folosi un instrument
de realizare a hărţilor conceptuale, dar e bună şi o
schemă realizată pe o coală mare de hârtie). Mai întâi,
ar putea elabora o simplă listă care să evidenţieze
direcţia de acţiune a cercetării lor, după care să
evidenţieze şi să detalieze fiecare activitate în parte şi
să împartă roluri membrilor. Schema de lucru finală ar
putea fi inclusă în această secţiune, sub forma unei
imagini.
Propuneţi-le diferite instrumente de lucru care i-ar
putea ajuta. Se recomandă menţionarea mijloacelor şi
instrumentelor folosite în derularea activităţii de
cercetare.
(Legătura cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Cercetare
activă – Planificarea şi realizarea unei cercetări simple)
Efectuarea cercetării
Instrucţiuni pentru elevi Această secţiune cuprinde descrierea analitică a
activităţii voastre de cercetare. Descrieţi detaliat cum
s-a desfăşurat activitatea de cercetare şi explicaţi
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 32
motivaţia fiecărei etape şi relaţia cu etapa următoare.
Menţionaţi seturile de date, informaţiile şi toate
resursele folosite şi descrieţi modul de utilizare al
fiecăreia.
(maxim 500 de cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Toţi membrii de echipă trebuie să-şi consemneze
acţiunile şi să descrie cum s-au achitat de sarcina
atribuită. Ajutaţi elevii să folosească instrumentele de
lucru într-un mod eficient. Atrageţi-le atenţia că nu
trebuie să piardă niciodată din vedere întrebările de
cercetare.
(Legătura cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Creaţie –
Strângerea de probe pe baza observaţiilor)
Analiza datelor
Instrucţiuni pentru elevi
În această secţiune, vă puteţi prezenta datele şi
măsurătorile şi, de asemenea, puteţi procesa şi analiza
datele. Folosiţi grafice şi tabele pentru a prezenta
rezultatele şi aveţi grijă care analiza voastră să fie
prezentată clar, fără pierderi de conţinut. Asiguraţi-vă
că respectă raţionamentul descris şi corespunde cu
structura proiectului. Figurile şi tablele vor fi
numerotate (de ex., Figura 1 sau Tabelul 1).
(maxim 500 de cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Încurajaţi-vă elevii să-şi folosească imaginaţia şi să-şi
axeze cercetarea pe găsirea unor răspunsuri la
întrebările de cercetare. Graficele, imaginile şi alte
forme de reprezentare sunt foarte utile pentru
prezentarea rezultatelor într-o manieră elegantă, însă
elevii trebuie să fie pregătiţi să explice de ce şi cum le-
au obţinut. În cazul diagramelor, este important să se
descrie figura.
(Legătura cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Discuţie –
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 33
Explicaţii bazate pe probe)
Discuţii pe marginea rezultatelor
Instrucţiuni pentru elevi
Prezentați-vă observaţiile bazate pe concluzii şi
comentaţi rezultatele obţinute. Aveţi ocazia să explicaţi
şi să evaluaţi concluziile şi să le raportaţi la ipotezele şi
ideile iniţiale. De asemenea, comparaţi concluziile
voastre cu cele din bibliografia curentă (dacă este
cazul). Structuraţi-vă discuţiile pe întrebările adresate
în introducere. Verificaţi cât de complete şi
mulţumitoare sunt răspunsurile voastre.
(maxim 350 de cuvinte)
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
În această etapă, echipa trebuie să realizeze o legătură
clară între concluziile lor, ipotezele iniţiale (verificaţi
dacă ipotezele au fost corecte sau nu şi care ar fi
explicaţia) şi întrebările de cercetare. Rugaţi elevii să
verifice ce au făcut. Răspund analiza şi concluziile lor la
întrebările de cercetare? Există teorii care să le sprijine
concluziile? Este foarte important să subliniaţi că toate
concluziile lor trebuie însoţite de argumente ştiinţifice
solide.
(Legătura cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Discuţie –
Explicaţii bazate pe probe şi Luarea în consideraţie a
altor explicaţii)
Concluzii
Instrucţiuni pentru elevi
Secţiunea de concluzii trebuie să rezume definirea
problemei şi conţinutul general al proiectului. Această
secţiune trebuie să fie de sine stătătoare, adică
persoana care o citeşte să poată percepe esenţa
concluziei fără a fi nevoie să lectureze întregul proiect.
De obicei, concluziile se încheie cu prezentarea unor
posibile continuări ale abordărilor curente şi chiar cu
sugestii de activităţi viitoare.
(maxim 100 de cuvinte)
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 34
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Concluzia trebuie să rezume întregul proiect. Pentru a
testa gradul de eficienţă al concluziei, o idee bună ar fi
să rugaţi o persoană din afara proiectului să o
lectureze şi să spună dacă a înţeles ideea proiectului.
(Legătura cu şablonul IBSE-RBL Odysseus: Discuţie – Explicaţii bazate pe probe şi Luarea în consideraţie a altor explicaţii)
Referinţe
Instrucţiuni pentru elevi
La finalul proiectului trebuie menţionate toate sursele
de informare. Dacă sursa este un site web, adresa
acestuia trebuie inserată aici. În cazul în care sursa
este o carte, referinţa va conţine titlul, autorul şi
editura volumului. Referinţele vor fi structurate uniform
(numele autorului, titlu sau URL), iar autorii în ordine
alfabetică. Toate referinţele menţionate trebuie să aibă
corespondent în text, iar fiecare referinţă din text va
trebui inclusă în lista de la final.
Instrucţiuni pentru profesorul-coordonator
Reamintiţi-le elevilor să ţină mereu evidenţa surselor
de informare. Fiecare elev îţi poate ţine singur
evidenţa, consemnând secţiunile în care au folosit
sursele. După finalizarea cercetării, adunaţi toate
referinţele şi structuraţi-le corespunzător.
Recomandări pentru succes
Pentru a facilita şi mai mult activitatea cadrelor didactice, am alcătuit o listă de recomandări de ordin general. De asemenea, am pregătit şi recomandări pentru elevi.
Recomandări pentru profesorul-coordonator
În calitate de coordonator, aveţi rolul de a îndruma elevii. Pentru a învăţa mai
eficient, elevii trebuie să găsească singuri răspunsurile. Puneţi accentul pe oferirea
de sfaturi şi pe sugerarea unor instrumente de lucru şi referinţe.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 35
Elevii pot începe să lucreze fie pe „fişa de proiect”, fie cu fişiere separate, urmând ca la final să insereze toate informaţiile în fişă. Indiferent de variantă, este foarte important să folosiţi un spaţiu de lucru comun pentru implementarea proiectului, astfel încât elevii să fie la curent cu activităţile desfăşurate, iar profesorul-coordonator să poate verifica uşor evoluția proiectului. Pentru a facilita activitatea echipei, puteţi folosit instrumente de colaborare online precum http://moodle.org/, http://pbworks.com/ sau https://www.dropbox.com/home. Alegeţi instrumentul cu care vă înţelegeţi cel mai bine şi prezentaţi-l elevilor de la bun început.
Încurajaţi elevii să facă o schemă a activităţii lor, pe care să o actualizeze pe parcurs. La început, pot trece întrebările de cercetare, după care pot consemna acţiunile pe care le vor întreprinde pentru a răspunde la aceste întrebări. De asemenea, pot nota cele mai importante secvenţe ale cercetării. Schema poate lua forma unei liste cu marcatori, la care să adauge informaţii pe parcurs.
Încurajaţi-i să se fotografieze în timp ce lucrează la proiect. Fotografiile vor putea fi mai apoi folosite pentru a îmbogăţi proiectul. Un alt material auxiliar util se dovedeşte a fi jurnalul de proiect. Funcţia de jurnal o poate îndeplini şi un blog creat de elevi, în care aceştia pot să consemneze evoluţia proiectului.
Atrageţi-le atenţia că nu trebuie să ia nimic ca pe ceva de la sine înţeles. Atunci când explică demersul lor, trebuie să aibă în vedere că persoanele care le citesc proiectul nu au de unde să ştie ce tratează proiectul.
Ţineţi un mic jurnal în care consemnaţi performanţele elevilor. Veţi putea astfel să le evaluaţi cunoştinţele acumulate şi progresul realizat.
Încurajaţi-i să-şi îmbogăţească proiectul cu propriile imagini, clipuri video şi
fotografii. O variantă optimă ar fi să redacteze o parte a proiectului în fişiere
separate, care să figureze sub formă de referinţe în fişa de lucru. De exemplu, pot
ţine un mic jurnal de proiect, într-un fişier separat, pe care apoi să-l menţioneze în
secţiunea metodologică a fişei de proiect.
Ajutaţi-i pe elevi să folosească termeni ştiinţifici corecţi atât în timpul discuţiilor,
cât şi la redactarea proiectului. Corectaţi greşelile de scriere şi de exprimare.
Să nu vă fie frică să spuneţi „Nu ştiu”. Nu pierdeţi ocazia de a învăţa alături de
elevii dumneavoastră. Contactaţi cercetători sau alţi profesori care ar putea să vă
ajute.
În etapa de organizare a proiectului, stabiliţi un calendar al acţiunilor. Nu pierdeţi
din vedere factorul timp şi asiguraţi-vă că proiectul se desfăşoară în parametrii
calendarului stabilit.
Dacă aveţi nevoie de clarificări, trimiteţi întrebări organizatorilor pe adresa
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 36
Recomandări pentru elevi
Înţelegeţi concursul
Citiţi cu atenţie descrierea generală şi a componentelor concursului. Înţelegeţi
spiritul concursului? Înainte de a propune subiecte pentru proiect, documentaţi-vă
pe mai multe teme.
Încercaţi să găsiţi subiecte interesante, de actualitate, care se înscriu în limita
cunoştinţelor voastre.
Aveţi grijă ca subiectul propus să corespundă cu unul din cele ale concursului.
Axaţi-vă eforturile pe direcţia îndeplinirii criteriilor de evaluare
Comitetul ştiinţific este format din oameni de ştiinţă, cercetători şi cadre didactice.
Aceştia vor evalua fiecare lucrare pe baza criteriilor de evaluare ale concursului.
Factorul determinant al deciziilor lor va fi conţinutul şi exactitatea ştiinţifică a
acestuia.
Citiţi cu atenţie criteriile de evaluare. Acestea vă vor ajuta să înţelegeţi spiritul
concursului.
Încercaţi să fiţi concreţi, nu scrieţi nimic până nu i-aţi verificat exactitatea şi mai
ales nu scrieţi ceva ce nu înţelegeţi.
Folosiţi diagrame şi grafice pentru analiza datelor. Folosiţi imagini relevante în
raport.
Căutaţi site-uri utile despre spaţiu şi surse cu materiale relevante pentru proiect.
Aveţi grijă să le notaţi, ca să nu pierdeţi din vedere vreo sursă de informare.
Folosiţi cuvinte cheie pentru a căuta pe Internet informaţii relevante, însă alegeţi
surse de încredere şi care se bucură de reputaţie (de ex., site-urile ESA sau NASA şi
site-urile cu terminaţia .edu).
Proiectele concentrate au şanse mai mare de succes pentru că sunt minuţioase şi
mai explicite.
Încercaţi să concepeţi o lucrare cu un aspect atractiv. Poate fi factorul
determinant în cazul a două lucrări excelente, însă nu el numeşte câştigătorul. Nu se
câştigă din oficiu. Câştigătorii trebuie să dea dovadă de excelenţă.
Axaţi-vă pe aspectele de bază
Ghidaţi-vă după fişa de proiect pusă la dispoziţie. Cu ajutorul ei veţi descrie
proiectul şi veţi face referire la celelalte fişiere. Deşi echipa voastră nu va fi eliminată
dacă nu-l folosiţi, vă veţi limita foarte mult şansele de a câştiga. Studiaţi
instrucţiunile din fişa de proiect şi exemplele oferite ca să vă faceţi o idee asupra
modului de a concepe un proiect de succes.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 37
De multe ori, aspectul unei lucrări este un indicator al eforturilor depuse de elevi.
O lucrare aerisită, bine redactată, cu un text lizibil, fără greşeli ortografice are şanse
de câştig mai mari. Proiectele trebuie verificate de alte persoane decât autorii lor.
Lucrările redactate pe computer trebuie verificate ortografic.
Înainte de a trimite lucrarea, revizuiţi-o şi corectaţi-o. Nu trebuie să apelaţi la un
expert pentru asta. Oricine e dispus să vă citească lucrarea va puncta greșelile
ortografice, lacunele de logică, propoziţiile confuze, informaţiile lipsă, vorbitorii
neclari etc.
Recitiţi proiectul
Rugaţi pe altcineva să verifice dacă formularul este complet şi dacă totul, inclusiv
numele vostru, este lizibil.
Planificaţi-vă activităţile
La începutul proiectului, planificaţi-vă fiecare pas şi stabiliţi termene-limită
concrete. Faceţi o schiţă a proiectului, evidenţiind principala direcţie de acţiune şi
rolurile fiecărui membru.
Planificaţi-vă activităţile astfel încât să alocaţi în programul vostru timp pentru
corectura şi revizuirea lucrării. Acest pas poate face diferenţa dintre a participa şi a fi
descalificat.
Exemple de cursuri educaţionale În secţiunea de mai jos vă prezentăm o serie de cursuri educaţionale. Aceste exemple vă vor ajuta să înţelegeţi cum poate fi iniţiat un proiect şi cum poate facilita planul de lecţie conceput de profesorul-coordonator acest proces. La fiecare categorie, veţi avea la dispoziţie planul de lecţie redactat de profesorul-coordonator.
Curs educaţional pentru categoria tematică „Sistemul solar”
Calcularea temperaturii efective a soarelui
Informaţii generale: Acest proiect oferă informaţii şi materiale despre studiul experimental al temperaturii efective a soarelui. Elevii for desfăşura o documentare organizată cu scopul de a se familiariza cu termenii esenţiali pentru înţelegerea temperaturii efective. Vor efectua o activitate experimentală pentru a adunate date necesare la calculul temperaturii efective, după care vor efectua calculele cu ajutorul MS Excel. Obiectivul principal al proiectului: calcularea temperaturii efective a soarelui pe baza experimentelor Obiective didactice: - să utilizeze şi să combine numeroase ecuaţii matematice; - să afle ce este temperatura efectivă şi cum se calculează; - să înveţe despre legea lui Wien şi legea Stefan – Boltzmann;
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 38
- să înveţe cum să folosească foile de calcul Ms Excel.
Faza 1: activităţi care dau naştere la întrebări
Manifestarea curiozităţii
În imaginile de mai jos apare acelaşi obiect?
Ce temperatură credeţi că are obiectul din fiecare imagine?
În toate imaginile apare soarele. În funcţie de filtrul folosit în timpul observaţiei, putem vedea diferite caracteristici şi învelişuri ale acestuia. Materiale recomandate: - http://www.amnh.org/education/resources/rfl/web/sunscapes/sunscapes.xml.html - http://brierleyhillsolar.blogspot.gr/2012_01_01_archive.html
Definirea întrebărilor pe baza cunoştinţelor actuale
Discutaţi cu elevii despre imaginile prezentate. Arătaţi-le elevilor materiale video în care se manifestă activitatea solară şi adresaţi-le câteva întrebări preliminare:
Ce vedeţi în imagini şi în clipurile video? Soarele are mai multe învelișuri?
De unde provine lumina pe care o vedem pe Pământ? Ce înseamnă temperatură efectivă?
Rugaţi-i să efectueze o cercetare preliminară pe aceste subiecte. În timpul cercetării preliminare, elevii se familiarizează cu termeni precum „temperatură efectivă” sau „constantă solară”. Asiguraţi-vă că au înţeles termenii noi şi insistaţi să-i folosească pe viitor. O activitate plăcută ar fi să întocmească o listă cu termenii noi şi explicaţiile acestora. După finalizarea documentării iniţiale, informaţi elevii că trebuie să-şi fixeze obiective concrete (întrebări de cercetare), cărora vor trebui să le găsească răspunsuri. Puteţi introduce câteva întrebări de cercetare proprii.
Credit: SOHO
(ESA & NASA) Credit: NASA/JAXA SOHO (ESA & NASA)
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 39
Studiul nostru:
Care este temperatura efectivă a soarelui? O putem calcula?
Materiale recomandate:
- http://www.youtube.com/watch?v=EATDvxnLXyc&feature=related
- http://www.youtube.com/watch?v=dvxpha1_FjI&feature=related
- http://www.astronomynotes.com/starsun/s2.htm
- http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html
- http://planetfacts.org/temperature-of-the-sun/
- http://sohowww.nascom.nasa.gov/home.html
Faza 2: cercetare activă
Propunerea unor explicaţii sau ipoteze preliminare
Rugaţi elevii să estimeze temperatura fotosferei. Pentru a putea face această estimare, sugeraţi-le să studieze următoarele aspecte:
- Ce afectează temperatura fotosferei? - Temperatura fotosferei este omogenă sau nu? - Ce simplificări trebuie luate în consideraţie pentru a putea măsura temperatura efectivă prin intermediul unui experiment simplu? - Care este relaţia dintre temperatură şi căldura primită de Pământ? - Ce este constanta solară?
Materiale recomandate:
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 40
- http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_constant
- http://www.ehow.com/how-does_4566644_earth-receive-heat-sun.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/Effect_of_sun_angle_on_climate
- http://fusedweb.llnl.gov/cpep/chart_pages/5.plasmas/sunlayers.html
Planificarea şi realizarea unei cercetări simple
Rugaţi elevii să-şi întocmească planul. Vor trebui să afle mărimile şi ecuaţiile
matematice pe care le presupune temperatura efectivă a soarelui. Putem măsura
vreuna din aceste cantităţi?
Demersul lor de cercetare va trebui să cuprindă următoarele repere:
- temperatura efectivă (Teff) a soarelui este asociată cu cantitatea totală de
energie (L ) emisă de soare: 2 4
effL 4 R T
- cantitatea totală de energie emisă de soare este raportată la constanta solară
(S ): 2
LS
4 r
( r este distanţa de la suprafaţa soarelui la cea a Pământului)
- constanta solară poate fi calculată dacă se cunoaşte radiaţia primită de la soare
pe unitate de suprafaţă (Q): eff
QS
A X , unde Aeff este suprafaţa reală, iar X
este factorul de transmisie, care poate fi calculat cu ajutorul unui grafic precum
cel de mai jos:
- radiaţia primită de la soare pe unitate de suprafaţă (Q) poate fi calculată cu
ajutorul formulei căldurii specifice Q=m∙c∙ΔΤ dacă putem măsura modificarea
temperaturii unei substanţe într-un interval anume de timp.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 41
- Putem realiza un experiment pentru a măsura cum se modifică temperatura
unei substanţe?
Partea experimentală a proiectului presupune încălzirea unui balon cu apă şi
măsurarea schimbărilor de temperatură a apei.
- Echipa va pregăti experimentul. Elevii vor pune un balon de sticlă, cu apă la
soare, timp de 20 de minute, vor măsura temperatura apei (din minut în minut) şi
vor nota valorile acesteia, împreună cu ora, în fişa lor.
- Apoi vor folosi aceste date pentru a calcula constata solară. Ulterior, vor folosi
constanta solară pentru a calcula cantitatea totală de energie emisă de soare şi
temperatura efectivă a soarelui.
Elevii vor întocmi o schemă care evidenţiază principala direcţie de acţiune, care este complet opusă celei descrise mai sus:
Materiale recomandate:
- http://www.eaae-astronomy.org/WG3-SS/WorkShops/SunLuminosity.html
- http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html
- https://www.math.duke.edu//education/prep02/teams/prep-15/index.html
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html
- http://www.ehow.com/info_8715383_projects-water-heating-earths-surface.html
Încălziţi un balon
cu apă şi măsuraţi
variaţia temperaturii(ΔΤ)
Măsuraţi energia necesară acestei
variaţii de temperatură (Q)
Q=m∙c∙ΔΤ
Măsuraţi constanta solară
totală (So) pe
baza energiei măsurate
eff
QS
A
Calculaţi
luminozitatea solară (Lo) cu
ajutorul constantei solare
2
LS
4 r
Folosiţi
luminozitatea solară (Lo) pentru
a calcula
temperatura efectivă (Teff) cu
ajutorul legii Stefan-Boltzman
2 4L 4 R T
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 42
Faza 3: creaţia
Strângerea de probe pe baza observaţiilor
Echipa realizează experimentul şi înregistrează variaţia temperaturii într-un interval
de 20 de minute. De asemenea, elevii vor măsura:
- diametrul balonului;
- volumul apei;
- diferenţa medie de temperatură;
- lungimea umbrei.
Faza 4: discuţie
Explicaţii bazate pe probe
Echipa adună datele şi efectuează calculele necesare cu ajutorul ecuaţiilor
matematice menţionate mai sus. Îi puteţi sfătui să creeze un fişier Excel care să
calculeze automat constanta solară pe baza ecuaţiilor matematice.
După ce elevii calculează temperatura efectivă, rugaţi-i să o compare cu ipoteza lor
iniţială şi cu valoarea teoretică adevărată. Interesant ar fi să se calculeze şi factorul
de eroare.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 43
Luarea în consideraţie a altor explicaţii
Încurajaţi elevii să comenteze pe marginea factorilor care ar fi putut afecta
experimentul:
- încălzirea balonului;
- efectele de reflexie;
- latitudinea.
Materiale recomandate:
- http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0074-latitude-effects-
temperature.php
- http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0067-heat-reflection.php
Faza 5: Reflecţie
Prezentarea explicaţiilor
Elevii adună toate materialele produse (rezultatele cercetării, imagini, grafice, fotografii, capturi de ecran, texte) şi întocmesc proiectul cu ajutorul „fişei de proiect”.
Încurajaţi echipa să propună modalităţi inovatoare şi amuzante de prezentare a proiectului.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 44
Proiectul realizat de elevi
Rezumat
Cercetarea noastră oferă informaţii şi materiale despre studiul experimental al
temperaturii efective a soarelui. Ne-am documentat pe marginea terminologiei
esenţiale, pentru a înţelege ce este temperatura efectivă, şi am realizat o
activitate experimentală pentru a culege date şi a calcula temperatura efectivă
a soarelui. Obiectivul principal al experimentului nostru a fost să măsurăm
cantitatea de energie emisă de soare şi absorbită de un balon cu apă într-un
anumit interval de timp. Am folosit datele obţinute în urma experimentului şi
am calculat temperatura efectivă a soarelui cu ajutorul teoriei radiaţiei unui
corp negru şi a legii Stefan-Boltzmann.
Introducere – Descrierea problemei
Temperatura efectivă1 (Teff) a unui corp
(precum o stea sau o planetă) este egală
cu temperatura unui corp negru2 care ar
emite acelaşi volum de radiaţii
electromagnetice. Temperatura efectivă
se foloseşte la estimarea temperaturii
unui corp atunci când nu se cunoaşte
curba de emisii a respectivului corp.
Aproximând soarele cu un corp negru,
atunci temperatura sa efectivă este
foarte apropiată de temperatura reală a
suprafeţei soarelui şi poate fi calculată
cu ajutorul teoriei radiaţiilor unui corp negru şi a legii Stefan-Boltzmann. Pe
baza acestei teorii, se poate afla temperatura efectivă, dacă se calculează
constanta solară mai întâi. Constanta solară este egală cu căldura primită de
la soare pe unitate de suprafaţă. Astfel, o putem calcula cu ajutorul ecuaţiei
căldurii specifice. Conform acestei ecuaţii, dacă se cunoaşte variaţia de
temperatură a unui anumit volum de apă într-un interval de timp definit, se
poate calcula volumul de căldură necesar pentru producerea acestei variaţii
de temperatură. Dacă împărţim această căldură (cu condiţia să provină doar
de la soare) la suprafaţa reală a volumului de apă, obţinem valoarea
constantei solare.
În cadrul proiectului nostru, vom folosi această metodologie pentru a calcula
Figura 2. Soarele observat cu un filtru Ha
Credit: NASA
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 45
temperatura efectivă a soarelui cu ajutorul unor mijloace simple, demonstrând
astfel că şi cele mai complicate măsurători se pot realiza cu ajutorul unor
experimente simple, artizanale.
Ipoteza – Idei iniţiale
Soarele nostru este un corp foarte fierbinte. Obiectivul nostru este să aflăm
cu aproximaţie cât de fierbinte este. În cadrul proiectului nostru, vom face
estimări pe baza căldurii primite de la soare. Soarele radiază energie în toate
direcţiile, în sistemul nostru solar, asemenea unui bec care radiază lumină
într-o cameră. O parte din această energie ajunge pe Pământ. Obiectivul
nostru este să captăm o parte din această căldură şi să o măsurăm. Dacă se
cunoaşte o parte din energia emisă, se poate calcula întreaga energie solară
emisă. Odată cunoscut volumul de energie emis, se poate calcula temperatura
efectivă a soarelui cu ajutorul teoriei radiaţiei unui corp negru.
Primul etapă a tentativei noastre este să captăm căldura soarelui. Pentru
aceasta, vom folosi un balon cu apă. Apa se va încălzi exclusiv sub acţiunea
căldurii solare. Pe parcursul acestui proces, vom măsura variaţia de
temperatură a apei, iar pe baza acestei variaţii vom calcula cantitatea de
energie captată de apă.
După ce am măsurat cantitatea de energie captată de apă, în partea a doua a
cercetării noastre, vom folosi teoria radiaţiei unui corp negru şi legea Stefan-
Boltzmann pentru a calcula temperatura efectivă.
Pentru a realiza experimentul corect, ne-am documentat pe marginea
parametrilor care ne afectează calculele. Aceştia sunt:
Unghiul zenital: Atunci când razele solare nu sunt perpendiculare pe
suprafaţa balonului cu apă, cantitatea de energie primită pe metru pătrat este
mai mică3. Pentru a măsura unghiul zenital, va trebui să măsurăm lungimea
umbrei unui băţ la momentul efectuării experimentului.
Transmisia atmosferică: În funcţie de condiţiile meteo, cantitatea de
energie absorbită de atmosferă variază. Astfel, cantitatea de energie captată
de apă la un moment dat depinde şi de transmisia atmosferică4.
Metodologia de proiect
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 46
Cea mai importantă parte a experimentului nostru presupune încălzirea unui balon
cu apă şi măsurarea variaţiei de temperatură a apei.
Instrumente:
balon de sticlă (de formă sferică şi cu dop de plută)
stativ
metru (2 bucăţi)
apă
termometru
cerneală neagră
material izolator (bandă adezivă şi staniol)
cronometru
Date de cules:
temperatura apei din minut în minut
diferenţa de temperatură dintre două măsurători
diferenţa de temperatură totală în cele 20 de minute
diametrul balonului de sticlă
volumul apei
lungimea umbrei
Desfăşurare:
Mai întâi, vom măsura diametrul balonului de sticlă. Apoi, practicăm un mic
orificiu în dopul de plută pentru a putea introduce şi fixa termometrul. Vom
introduce forţat termometrul prin dop, asigurându-ne că este fixat bine. Orificiul
trebuie să fie cât mai mic, altfel termometrul nu va sta fix, iar apa va ieşi din
balon.
Apoi vom umple balonul cu apă şi îi vom măsura volumul. Vom pune puţină
cerneală neagră în apă, ca să absoarbă mai bine lumina solară, apoi vom sigila
balonul cu ajutorul dopului de plută. Pentru a fi siguri că apa va fi încălzită doar
de către energia solară primită din partea superioară a balonului, vom acoperi
partea perpendiculară a balonului cu staniol.
Vom aştepta puţin, până ce termometrul va indica temperatura iniţială corectă a
apei, apoi vom expune balonul de sticlă la soare, cu dopul în jos. Trei membri ai
echipei se vor ocupa cu măsurarea temperaturii apei. Vom face măsurători din
minut în minut.
Ceilalţi doi membri vor măsura unghiul zenital. Vom folosi un metru, pe care-l
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 47
vom aşeza vertical faţă de sol, după care îi vom măsura umbra. Experimentul
trebuie realizat într-o zi însorită, fără nori, astfel încât să nu fim nevoiţi să luăm în
considerare rata de absorbţie a luminii prin nori.
Figura 3. Montajul nostru experimental
Efectuarea cercetării
Mai întâi, am introdus termometrul în dopul de plută, după care am aşezat balonul cu dopul în jos. Pentru a fixa termometrul şi a sigila dopul, am folosit plastilină.
Figura 4. Realizarea experimentului în laboratorul de fizică
Apoi, am dus montajul afară şi am urmat procedura descrisă mai sus pentru a măsura creşterea de temperatură. De asemenea, am folosit metrul pentru a măsura unghiul zenital.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 48
Figura 5. Măsurarea umbrei metrului în timpul experimentului nostru
Datele culese în timpul experimentului sunt prezentate mai jos, în tabelul 1:
Tabelul 1
Măsurătoare Interval
(sec) Temperatură (oC)
Diferenţă de temperatură
1 0 25 0
2 60 25,2 0,2
3 120 25,4 0,2
4 180 25,7 0,3
5 240 26 0,3
6 300 26,4 0,4
7 360 26,8 0,4
8 420 27,2 0,4
9 480 27,7 0,5
10 540 28,2 0,5
11 600 28,8 0,6
12 660 29,4 0,6
13 720 29,9 0,5
14 780 30,3 0,4
15 840 30,7 0,4
16 900 31 0,3
17 960 31,2 0,2
18 1020 31,4 0,2
19 1080 31,6 0,2
20 1140 31,9 0,3
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 49
Diametrul balonului de sticlă:
7 cm
Volumul de apă:
100 cm3
Diferenţa de temperatură:
6,9 oC
Lungimea umbrei:
10,5 cm
Analiza datelor
După ce am finalizat experimentul, am trecut la analiza datelor înregistrate, pentru
a putea calcula variaţia temperaturii apei. Vă prezentăm mai jos ecuaţiile folosite la
efectuarea analizei.
Pentru a modifica temperatura unei substanţe, trebuie consumată o anumită
cantitate de energie sub formă de căldură. Căldura necesară pentru obţinerea
diferenţei de temperatură se obţine cu formula căldurii specifice (eq. 1):
(eq. 1)
Q m c T
unde Q este cantitatea de căldură, m este masa substanţei (în cazul nostru 1 gr de
apă = 1 cm3), c este căldura specifică a substanţei, iar ΔT este variaţia de
temperatură. În cadrul experimentului nostru, pe lângă diferenţa de temperatură,
am mai măsurat şi volumul apei şi dimensiunile balonului de sticlă. Căldura
specifică a apei5 este de 4,187 J∙cm-3∙oC-1.
În timpul experimentului, soarele nu s-a aflat deasupra balonului de sticlă. Astfel,
am calculat suprafaţa reală (Aeff) a balonului cu ajutorul unghiului zenital (θ) şi a
ariei suprafeţei balonului (A) (eq. 2), (eq. 3), (eq. 4)).
Figura 6. Reprezentarea modelului folosit la măsurare umbrei
Figura 7. Diferenţa dintre suprafaţa balonului şi suprafaţa reală
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 50
(eq. 2) S
tanL
(eq. 3) 2
flaskA R
(eq. 4) effA A cos
Dat fiind că am încălzit apa din balon cu energia solară, Q împărţit la suprafaţa
reală a balonului (Aeff) este egal cu radiaţia primită de la soare pe unitate de
suprafaţă. Însă radiaţia solară pe unitate de suprafaţă şi timp se numeşte
constanta solară (S ) (figura 8). Prin urmare, cantitatea de căldură (Q) calculată
cu ajutorul acestei ecuaţii (1), împărţită la suprafaţa reală a balonului (Aeff) şi la
intervalul de timp (Δt) în care a avut loc variaţia de temperatură, este egală cu
constanta solară (eq. 5). Pentru a calcula însă corect constanta solară, trebuie să
luăm în considerare şi energia absorbită în atmosferă. În ecuaţia de mai jos, X este
factorul de transmisie atmosferică, calculat pe baza unghiului zenital şi cu ajutorul
graficului de mai jos.
(eq. 5)
eff
QS X
A t
Figura 8. Graficul pentru calculul factorului de absorbţie atmosferică
După ce am calculat constanta solară, putem folosi ecuaţia sa (eq. 6) pentru a
calcula cantitatea totală de energie emisă de soare (L๏):
(eq. 6)
2L 4 r S
r este distanţa de la suprafaţa soarelui la cea a Pământului (1 unitate astronomică)
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 51
Figura 9. Reprezentarea schematică a fluxului energetic solar
Având în vedere că putem aproxima soarele cu un corp negru, putem folosi teoria
radiaţiei unui corp negru şi legea Stefan – Boltzmann pentru a calcula
temperatura efectivă a soarelui (eq. 7).
(eq. 7) 2 4
effL 4 R T
În plus, odată calculată temperatura efectivă, putem folosi legea lui Wien (eq. 8),
(eq. 8) max
b
T
pentru a calcula maximul lungimii de undă.
Din dorinţa de a repeta experimentul ori de câte ori vrem, pentru a calcula valorile
menţionate mai sus, am creat o foaie calcul Excel în loc să efectuăm calculele pe
hârtie. Graţie acestei foi de calcul, odată valorile iniţiale modificate, calculele se
efectuează automat şi se obţin noile valori experimentale. Valorile de intrare ale
foii noastre de calcul sunt următoarele:
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 52
Valori de intrare:
Valori obţinute experimental
ΔΤ: creşterea totală a temperaturii
Δt: timpul necesar pentru respectiva creştere a temperaturii
Rbalon: raza balonului de sticlă
V: volumul de apă
X: factorul de transmisie
L: lungimea băţului
S: umbra băţului
Constante obţinute din literatura de specialitate:
C: căldura specifică a apei
r : distanţa de la suprafaţa soarelui la cea a Pământului
A : suprafaţa soarelui
Fişierul Excel care conţine toate calculele noastre, prezentate analitic, este fişierul
auxiliar „ Data and Analysis.xlsx”. Merită subliniat faptul că, în timpul analizei,
am avut grijă ca unităţile de măsură să fie corecte şi în aceeaşi scală.
În urma experimentului nostru şi a analizei datelor obținute, am aflat că
temperatura efectivă a soarelui este:
Maximul lungimii de undă este:
Discuţii pe marginea rezultatelor obţinute
Am căutat valorile teoretice ale temperaturii efective şi ale maximului lungimii
de undă în bibliografia de specialitate şi le-am comparat cu valorile noastre
experimentale cu ajutorul formulei erorii relative, exprimată procentual:
theoretical experimental
theoretical
x xx 100%
x
Valoarea teoretică a temperaturii efective7,1 este de 5777 oK (5504 oC), prin
Teff=5.343 oC
λmax=515,979 nm
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 53
urmare, devierea valorii obţinute de noi este de
theoretical experimental o oeff eff
eff theoretical o
eff
T T 5504 C 5343 CT 100% 100% 2,9%
T 5504 C
Valoarea teoretică a maximului lungimii de undă este 550nm8,9, prin urmare,
devierea valorii obţinute de noi este de
theoretical experimental
max maxmax theoretical
max
550nm 516nm100% 100% 6,2%
550nm
Pe baza erorii relative, deşi experimentul nostru a obţinut valori care deviază
de la cele teoretice, valorile mici ale erorilor ne îndreptăţesc să spunem că a
fost un experiment încununat de succes. Deviaţia de la valorile teoretice sunt
rezultatul mai multor factori:
Încălzirea balonului de sticlă: O parte din energia primită este absorbită
de balon. Acest lucru afectează temperatura apei, indicată de termometru.
Efectul de reflexie joacă un rol semnificativ în cantitatea de energie primită
de apă. Razele de lumină sunt reflectate de suprafaţa apei şi a balonului de
sticlă, reducând astfel cantitatea de energie primită.
Latitudine: Razele de soare cad vertical doar dacă experimentul este
efectuat la tropice. Măsurarea umbrei compensează acest fapt, însă există şi
alţi factori de eroare.
În ciuda acestor erori, care ar putea fi luate în consideraţie cu ocazia unui nou
experiment, eforturile noastre au fost încununate de succes: valorile noastre
experimentale sunt foarte apropiate de cele teoretice.
Concluzii
În cadrul acestui proiect, ne-am propus să studiem principiile fizice asociate
cu temperatura efectivă a soarelui. Am realizat o activitate de cercetare
pentru a vedea care este legătura dintre temperatura efectivă a soarelui şi
energia emisă de acesta şi cum putem să o măsurăm cu ajutorul unui
experiment simplu şi a unor ecuaţii matematice. După ce am adunat
informaţii, am realizat un experiment plecând de la ideea că putem calcula
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 54
temperatura efectivă a soarelui dacă măsurăm cantitatea de energie primită
de la soare într-un interval anume de timp, pe o suprafaţă anume şi folosim
teoria radiaţiilor unui corp negru şi legea Stefan-Boltzmann. Am realizat
experimentul şi am măsurat variația de temperatură dintr-un balon cu apă, pe
durata a 20 de minute. Apoi, am conceput o foaie calcul Excel, prin
intermediul căreia am procesat datele, folosind ecuaţii matematice şi legi ale
fizicii. Rezultatele obţinute au arătat că experimentul s-a bucurat de succes:
deviaţia de la valorile teoretice s-a situat sub 10%.
Referinţe
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_temperature 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body 3. http://www.elic.ucl.ac.be/textbook/chapter2_node5_2.xml 4. http://www.everythingweather.com/atmospheric-
radiation/absorption.shtml 5. http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-
d_162.html 6. http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html 7. http://adsabs.harvard.edu/abs/2006A%26A...450..735M 8. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wien.html 9. http://en.wikipedia.org/wiki/Wien's_displacement_law 10. http://www.pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/air-mass
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 55
Curs educaţional pentru categoria tematică „Coevoluţia vieţii”
Simulare pentru detectarea exoplanetelor
Informaţii generale: Acest proiect vizează conceperea unei metode de detecţia a
exoplanetelor care ar putea susţine viaţa. Elevii adună informaţii şi materiale despre
parametrii ce trebuie luaţi în consideraţie. Apoi, proiectează un program cu ajutorul
aplicaţiei Scratch, efectuează experimente care le permit să detecteze exoplanete şi
le calculează temperatura şi raza, pentru a stabili dacă ar putea susţine viaţa.
Obiectivul principal al proiectului: identificarea exoplanetelor care ar putea susţine viaţa Obiective didactice:
- să se familiarizeze cu exoplanetele;
- să utilizeze şi să combine diferite ecuaţii matematice;
- să folosească Scratch.
Faza 1: activităţi care dau naştere la întrebări
Manifestarea curiozităţii
Familiarizaţi elevii cu subiectul propus prin intermediul unui clip video relevant, după care adresaţi-le câteva întrebări fascinante:
Oamenii au căutat mereu viaţă pe alte planete. Credeţi că există alte planete care ar putea susţine viaţa?
Aţi auzit despre asemenea planete?
Cum se numesc?
Cu ocazia primei întâlniri cu elevii, puteţi prezenta şi alte subiecte în acelaşi mod. La fiecare etapă a planului de lecţie, aveţi posibilitatea să menţionaţi adresele online ale materialelor auxiliare care vor fi prezentate elevilor.
Materiale recomandate:
- http://www.youtube.com/watch?v=Sil1TZhMxBg
- http://www.brighthub.com/science/space/articles/43500.aspx
Credit: NASA
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 56
Definirea întrebărilor pe baza cunoştinţelor actuale
Cum putem detecta o exoplanetă?
Chiar dacă o detectăm, cum putem afla dacă poate susţine viaţa?
Care este metoda cea mai bună?
Rugaţi elevii să se documenteze asupra metodelor folosite la detectarea exoplanetelor. Ajutaţi-i să aleagă metoda optimă.
Putem realiza un experiment propriu pentru a detecta exoplanete?
Informaţi elevii despre aplicaţia „Scratch”, cu care vor efectua experimentul.
Cu ocazia acestei documentări preliminare, elevii se familiarizează cu termeni precum „stea gazdă” sau „viteză radială”. Asiguraţi-vă că au înţeles termenii noi şi insistaţi să-i folosească pe viitor. O activitate plăcută ar fi să întocmească o listă cu termenii noi şi explicaţiile acestora. După finalizarea documentării iniţiale, informaţi elevii că trebuie să-şi fixeze obiective concrete (întrebări de cercetare), cărora vor trebui să le găsească răspunsuri. Puteţi introduce câteva întrebări de cercetare proprii. Ce vom studia?
Cum putem detecta o exoplanetă prin metoda tranzitului?
Cum putem să-i definim caracteristicile principale şi să aflăm dacă are condiţii
pentru a întreţine forme de viaţă?
În acest moment, echipa poate începe să întocmească un plan de lucru.
Materiale recomandate: - http://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_extrasolar_planets#Transit_method
- http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/
- http://scratch.mit.edu/
- http://www.brighthub.com/science/space/articles/94867.aspx?cid=parsely_rec
- http://www.brighthub.com/science/space/articles/102693.aspx?cid=parsely_rec
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 57
Faza 2: cercetare activă
Propunerea unor explicaţii sau ipoteze preliminare
După ce elevii au convenit asupra metodei ce o vor folosi, în
acest caz, o simulare numerică cu ajutorul aplicaţiei Scratch,
rugaţi-i să facă unele predicţii vizavi de ceea ce se aşteaptă
să descopere prin intermediul simulării. Rugaţi-i să verifice
dacă ideea lor este fezabilă.
Dacă în jurul unei stele orbitează o exoplanetă, e de aşteptat ca strălucirea stelei
să înregistreze o scădere. Această scădere ne va ajuta să calculăm orbita şi
dimensiunile planetei şi să-i determinăm temperatura. Programul pe care-l vom
concepe va înregistra strălucirea stelei gazdă în momentului în care este tranzitată
de exoplanetă.
Materiale recomandate:
- http://www.hao.ucar.edu/research/stare/hd209458.html
- http://planetquest.jpl.nasa.gov/
- http://exoplanets.org/
Planificarea şi realizarea unei cercetări simple
Rugaţi elevii să-şi întocmească planul. Pot începe cu o schemă, care să schiţeze direcţia de acţiune stabilită. Elevii vor crea un program Scratch şi îl vor testa în cadrul unui experiment preliminar.
Experiment preliminar, bazat pe o prezentare PowerPoint şi o placă Scratch - Prezentarea PowerPoint simulează un tranzit. Pe parcursul celor câtorva secunde ale simulării, echipa va înregistra datele emise de senzorul luminos al plăcii Scratch cu ajutorul programului creat.
- Programul va stoca datele într-un fişier .txt. Echipa va procesa datele într-un fişier Excel, obţinând astfel curbe de lumină. Curbele de lumină sunt dovada scăderii luminozităţii stelei gazdă atunci când aceasta este tranzitată de planete cu raze diferite.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 58
Experimentul principal: - Elevii vor studia parametrii care trebuie luaţi în considerare:
În jurul cărui tip de stele orbitează exoplanetele?
Ce masă, rază şi temperatură au stelele gazdă?
Cum alegem caracteristicile exoplanetei?
Care va fi raza exoplanetei şi distanţa faţă de steaua gazdă?
Cum vor fi reprezentate steaua gazdă şi exoplaneta?
- Pe baza acestor parametri, îşi vor optimiza simularea şi o vor face mult
mai corectă din punct de vedere ştiinţific.
Materiale recomandate: - http://fysikapeiramatika.blogspot.gr/search/label/Scratchboard
Faza 3: creaţie
Strângerea de probe pe baza observaţiilor
După ce au realizat experimentul preliminar, pentru a vedea dacă ideile lor sunt fezabile, elevii trec la partea principală a proiectului.
Mai întâi, se documentează pe marginea parametrilor menţionaţi mai sus, care trebuie luaţi în considerare atunci când îşi optimizează simularea.
Elevii se documentează pe cont propriu pentru a vedea ce parametri trebuie să ia în consideraţie, după care îi notează în schema lor. Profesorul-coordonator le oferă sugestii şi îi ghidează în direcţia bună. Fiecare membru de echipă se ocupă de un parametru.
Elevii integrează parametrii aleşi în simulare şi efectuează experimentul.
Faza 4: discuţie
Explicaţii bazate pe probe
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 59
Elevii folosesc datele experimentale pentru a măsura perioada de revoluţie şi raza planetei. Profesorul îi ajută să folosească formulele matematice corecte.
- Programul informează elevii despre intervalul de timp alocat colectării de date. Pe baza acestei informaţii şi a graficului produs de program, elevii calculează perioada de revoluţie a exoplanetei cu ajutorul mărimilor proporţionale.
Elevii introduc perioada de revoluţie în program, iar acesta calculează distanţa de la exoplanetă la steaua gazdă (D).
- Apoi calculează procentul cu care scade luminozitatea (L) în urma tranziţiei
planetei: in
in
L LL
L
min
Pe baza respectivului rezultat, calculează raza:
2
planet
2
star
RL 100
R%
şi temperatura planetei: starplanet star
RT T
2D 214
(prezenţa factorului „214” se datorează conversiei razei stelei din raze solare în
unităţi astronomice (UA).
Pe baza calculelor şi a documentării iniţiale, elevii răspund la întrebările de cercetare şi îşi notează concluziile:
Are exoplaneta condiţii optime pentru a susţine viaţa?
Luarea în consideraţie a altor explicaţii
Elevii vor trebuie să discute dacă metoda lor a luat în consideraţie toţi parametri sau dacă unii au fost omişi:
- Masa planetei nu poate fi calculată cu ajutorul simulării.
- Ce tipuri de factori de eroare mai există?
Faza 5: reflecţie
Prezentarea explicaţiilor
Elevii adună toate materialele produse (rezultatele cercetării, imagini, grafice, fotografii, capturi de ecran, texte) şi întocmesc proiectul cu ajutorul „fişei de proiect”.
Încurajaţi echipa să propună modalităţi inovatoare şi amuzante de prezentare a proiectului.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 60
Proiectul realizat de elevi
Rezumat
Identificarea exoplanetelor este un proces foarte dificil din cauză că acestea
sunt obiecte foarte estompate comparativ cu planeta lor gazdă. Pe lângă
descoperirea în sine, astronomii trebuie să identifice şi anumite caracteristici
ale planetelor, precum temperatura şi masa, pentru a putea decide dacă
acestea seamănă cu Pământul şi ar putea susţine viaţa. În cadrul proiectului
nostru, echipa a conceput o metodă de detectare a exoplanetelor cu ajutorul
unei simulări şi a unei plăci Scratch. Metodologia noastră are la bază tranzitul
planetelor. Membrii echipei au realizat două experimente. Primul a urmărit să
verifice dacă simularea noastră poate reproduce curbe de lumină autentice.
Odată finalizat cu succes acest pas, am efectuat al doilea experiment, care a
luat în consideraţie tipul spectral al stelei gazdă. În acest fel, am făcut un pas
înainte în direcţia identificării exoplanetei şi, de asemenea, am estimat dacă
exoplaneta identificată ar putea susţine viaţa. Şi într-adevăr, pe baza simulării
noastre şi a datelor obţinute, am reuşit să calculăm temperatura exoplanetei
şi să-i ajutăm astfel pe astronomi să decidă dacă anumite exoplanete
întrunesc condiţiile pentru a susţine viaţa.
Pentru a ne prezenta proiectul, am creat propria diagramă Hertzsprung–
Russell, în care am surprins toate etapele şi momentele esenţiale ale
proiectului (fişierul auxiliar „Poster.ppt”).
Figura 10. Proiectul nostru pe scurt!!!
Introducere – Descrierea problemei
Planetele extrasolare sau exoplanetele sunt planete din afara sistemului
nostru solar. Până în acest moment, s-au descoperit aproximativ 480 de
exoplanete. Planetele sunt obiecte cu o luminozitate foarte scăzută
comparativ cu stelele în jurul orbitează (stelele gazdă). Din acest motiv, pot fi
observate doar în anumite condiţii, graţie unor metode speciale. Cele mai des
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 61
folosite metode sunt: astrometria, viteza radială sau metoda Doppler,
sincronizarea pulsarului, metoda tranzitului şi microlentilele gravitaţionale.
Atunci când o planetă traversează discul unei stele gazdă, strălucirea
observată a stelei scade puţin.
Figura 11. Metoda tranzitului1
Printre factorii care contribuie la scăderea luminozităţii stelei se numără
dimensiunile acesteia şi ale planetei care o tranzitează. Cu cât planeta este
mai mare, cu atât luminozitatea va scădea mai mult. De exemplu, în cazul
planetei care se roteşte în jurul stelei HD209458, luminozitatea stelei scade
cu 1,7%. Curba de lumină aferentă este redată în figura de mai jos:
Figura 12. Curba de lumină a stelei HD2094582
Această metodă comportă două probleme. Pentru a putea observa tranzitul,
trebuie să fim poziţionaţi astfel încât să vedem planeta tranzitând discul stelei.
Conform calculelor realizate, există o probabilitate de 0,47% ca un astfel de
eveniment să aibă loc în cazul unei stele cum este soarele nostru. În plus,
metoda generează u număr mare de detectări false din cauza numeroşilor
factori asociaţi cu tranzitul planetei. Ca atare, metoda tranzitului se foloseşte
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 62
în combinaţie cu alte metode.
Având în vedere că scăderea luminozităţii stelei depinde de mărimea planetei,
metoda tranzitului este utilă pentru aflarea razei şi dimensiunilor planetei.
Ipoteză – idei iniţiale
Ideea de testare iniţială
Pentru a produse o simulare cu ajutorul metodei tranzitului, mai întâi am
simulat tranzitul planetei prin faţa stelei gazdă cu ajutorul aplicaţiei
PowerPoint (fişier auxiliar: „Transit Sim.ppt”)
Meniul principal le oferă utilizatorilor posibilitatea de a alege şase dimensiuni
ale planetei. Începe simularea: planeta se mişcă de la stânga la dreapta.
Mişcarea sa, punctele de intrare şi ieşire au fost stabilite de echipă.
Figura 13. Două capturi de ecran din simularea noastră PPT
Apoi am folosit aplicaţia Scratch3 şi placa Scratch pentru a înregistra scăderea
luminozităţii stelei tranzitate de planetă. Placa Scratch este un circuit
imprimat, cu senzori, compatibil cu aplicaţia omonimă. Am redactat o pagină4
despre activităţile noastre pe blogul şcolii.
Pentru a asigura interacțiunea dintre placa Scratch şi simularea omonimă, am
scris o secvenţă de cod denumită „light_measure” (măsurarea luminii).
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 63
Figura 14. Captură de ecran cu programul Scratch scris de noi pentru a înregistra
luminozitatea stelei gazdă
Figura 15. Montajul experimental
În cadrul experimentului nostru am folosi două laptop-uri: unul pentru
derularea simulării, iar celălalt pentru înregistrarea datelor prin intermediul
plăcii Scratch. După cum se poate vedea în figura 6, placa Scratch a fost
amplasată la o distanţă de 11 cm de ecranul laptop-ului. Distanţa a fost
stabilită în urma unui număr considerabil de teste, astfel încât să fim siguri că
variaţiile luminozităţii nu depindeau de distanţa faţă de ecran şi de raza
exoplanetei.
De exemplu, am plasat placa Scratch şi mai aproape de ecran, iar raza
exoplanetei era atât de mare încât acoperea o mare parte din discul stelei.
Acest test a demonstrat că variaţiile luminozităţii nu se modificau odată cu
creşterea razei planetei. Cauza acestei situaţii a fost distanţa prea mică dintre
placa Scratch şi ecran, ceea ce nu a permis acoperirea întregului disc. În cazul
contrar, când distanţa era prea mare, datele înregistrate au fost afectate de
lumina înconjurătoare.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 64
Metodologia de proiect
Primul nostru experiment
Vă prezentăm procedura urmată în timpul experimentului.
• Mai întâi, am ales raza planetei şi am pornit simularea PowerPoint.
• Pe durata celor câteva secunde în care s-a derulat simularea, am înregistrat
datele furnizate de senzorul luminos al plăcii Scratch cu ajutorul simulării
Scratch (light_measure).
• Simularea „light_measure” a stocat datele într-un fişier .txt, după care le-am
procesat cu ajutorul programului Excel pentru a obţine curbele de lumină.
Graficele de mai jos, (1A-1F), prezintă curbele de lumină obţinute în cazul
unor planete cu raze diferite.
Axa X reprezintă timpul (intervalele depind de rata cu care placa Scratch
primeşte datele), iar axa Y reprezintă datele primite de la senzorul luminos.
Cu cât valoarea înregistrată a fost mai mare, cu atât mai mare a fost şi
intensitatea luminoasă.
Curba de lumină 1Α Curba de lumină 1Β
Curba de lumină 1C Curba de lumină 1D
Curba de lumină 1E Curba de lumină 1F
Curbele de lumină exemplifică scăderea luminozităţii stelei în timpul tranzitului
unor planete cu raze diferite.
Deşi această valoare nu este afectată de lumina mediului înconjurător, merită
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 65
menţionat că valoarea maximă înregistrată depinde şi de lumina din camera în
care se desfăşoară experimentul.
În ciuda eforturilor noastre de a menţine stabilitatea luminoasă, au apărut
unele variaţii. Aşa se explică apariţia unor curbe luminoase diferite. În plus,
nu am sesizat nicio diferenţă în forma curbei de lumină atunci când planeta s-
a deplasat de la dreapta la stânga.
Tabelul 1 prezintă raportul dintre raza stelei gazdă şi raza planetei. Datele au
fost obţinute în timpul derulării simulării PowerPoint. Deviaţia luminozităţii
stelei, %, s-a înregistrat cu ajutorul plăcii Scratch.
Tabelul 1
Formă Rstea/Rplanetă
% scăderea
luminozităţii
stelei
A 10.5 1.7
B 5 11.9
C 4.7 13.7
D 4.4 15
E 3.6 17.5
F 3 21.5
În urma comparării curbelor de lumină 1A - 1F cu datele reale obţinute pentru
steaua HD209458, am ajuns la concluzia că simularea noastră pentru
detectarea exoplanetelor cu ajutorul metodei tranzitului oferă date
experimentale2 apropiate de cele adevărate. Graţie acestei simulări, am reuşit
să obţinem curbe de lumină identice cu cele realizate cu date ştiinţifice
autentice, demonstrând astfel că scăderea luminozităţii stelei depinde de raza
planetei care o tranzitează. Procentul de scădere a luminozităţii este egal cu
cel observat în cazul stelei HD 209458, mai ales în cazul curbei de lumină 1A.
Acest fapt demonstrează că raportul dintre raza stelei şi raza exoplanetei care
o tranzitează este aproximativ 10, ceea ce este în concordanţă cu predicţiile
simulării noastre. Raportul adevărat este de 8,8: raza planetei este de 91.000
km, iar cea a stelei este de 800.000 km (de 1,14 ori mai mare decât raza
soarelui). Prin urmare, simularea noastră are un grad de exactitate
satisfăcător.
Au mai rămas însă unele probleme. Din cauza limitărilor PowerPoint, nu am
avut posibilitatea de controla viteza tranzitului aşa cum ne-am fi dorit. De
asemenea, nu am putut controla caracterul continuu al mişcării (numărul de
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 66
Realizarea cercetării
cadre pe secundă).
Experimentul principal
Ideea noastră s-a dovedit fezabilă, aşa că am decis să o facem mai realistă.
Am luat hotărârea de a o implementa cât mai precis din punct de vedere
ştiinţific, pentru a demonstra că metoda tranzitului poate fi folosită la
identificarea caracteristicilor unei planete şi la stabilirea capacităţii acesteia de
susţine viaţa. Cum primul nostru experiment a demonstrat că placa Scratch
poate măsura deviaţia luminozităţii unui ecran, am decis să facem tocmai aşa
ceva! De asemenea, am decis să renunţăm la simularea PowerPoint şi să
scriem un program Scratch (vezi fişierul auxiliar „Scratch Simulation.sb”.
Este necesară instalarea programului Scratch.) cu ajutorul căruia să avem
controlul deplin al simulării noastre. Pentru a obţine o simulare cât mai
precisă, ne-am documentat pe subiectul exoplanetelor, pentru a identifica
parametrii pe care trebuie să-i luăm în considerare, punctul de plecare al
proiectului nostru. Prin urmare, să începem!
În jurul căror stele orbitează exoplanetele?
Ar fi foarte tentant să discutăm despre stele neutronice şi pitice albe. Având
însă în vedere că ne interesează exoplanete care ar putea susţine viaţa, ne-
am limitat căutarea la stelele din zona habitabilă5 şi din secvenţa principală6.
Ce masă, rază şi temperatură ar trebui să aibă stelele gazdă?
Masa stelei este cea care-i determină raza şi temperatura. Pe de altă parte,
temperatura este depinde în mod direct de categoria spectrală.
Am căutat pe Internet şi am găsit categoriile spectrale de stele în jurul cărora
au fost descoperite deja exoplanete. Pentru a realiza o simulare cât mai
realistă, am hotărât să să ne limităm cercetarea noastră la următoarele tipuri
spectrale: Α5, F0, F5, G0, G5, K0, K5, M0 şi M5.
În cadrul acestor categorii, aproximativ 20-30% dintre stele au raza, masa şi
temperatura date.
Astfel, înainte de a demara simularea, alegem mai întâi categoria spectrală,
ceea ce ne oferă, indirect, raza, masa şi temperatura stelei6.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 67
Figura 16. Pagina iniţială a simulării noastre
Utilizatorii încep prin a alege categoria spectrală.
Cum alegem caracteristicile exoplanetei?
Pasul următor este să alegem caracteristicile exoplanetei. Se pune întrebarea
dacă aceste caracteristici să fie alese de utilizator sau să fie alese aleatoriu.
Am ales varianta aleatorie, astfel încât fiecare simulare să fie diferită. În plus,
această variantă le oferă elevilor ocazia de calcula singuri datele, după cum
vom demonstra mai jos, simularea devenind astfel mai interactivă.
Care va fi raza exoplanetei şi care va fi distanţa faţă de steaua
gazdă?
Exoplanetele descoperite până acum au raze cuprinse între 1,68 – 24,6
RPământ. Simularea noastră va folosi o rază cuprinsă între 1 şi 25 RPământ,
(interval minim - 0,1 RPământ). De asemenea, exoplanetele descoperite se
situează la o distanţă de 0,1– 68 UA faţă de steaua gazdă. În marea lor
majoritate, se situează între 0,1 – 5 UA (interval minim 0,1 UA).
Cum vor fi reprezentate steaua gazdă şi exoplanetele?
Raza stelei gazdă şi cea a exoplanetei se cunosc deja de la pasul anterior. În
realitate, toate stelele sunt la o distanţă atât de mare de Pământ încât, chiar
şi cu un telescop foarte puternic, sunt reprezentate ca nişte puncte (deşi sunt
afectate de turbulenţele atmosferice). Din păcate, placa Scratch nu poate
detecta variaţii în cazul unei surse de forma unui punct. Astfel, am decis ca
dimensiunea stelei să fie atât de mare cât ne permite ecranul calculatorului.
Cum distanţa dintre Pământ şi sistemul planetar extrasolar este foarte mare în
comparaţie cu raza planetei, am decis ca raza stelei gazdă din simularea
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 68
noastră să fie cât ecranul calculatorului, iar raza planetei să fie direct
proporţională cu cea a stelei.
Simularea permite alegerea unor stele cu raze între 2,2 şi 0,22RSoare. Noi însă
am decis ca steaua să aibă mereu aceeaşi rază.
Figura 17. Captură de ecran din simulare:
steaua are de fiecare dată aceeaşi rază.
Cât de repede să se deplaseze planeta?
Răspunsul ne este oferit de legile fizicii: cunoscând masa şi raza stelei gazdă,
perioada de revoluţie se obţine cu ajutorul celei de-a treia legi a lui Kepler.
Simularea a calculat perioada fără a dezvălui răspunsul utilizatorului.
Presupunând că orbita planetei este circulară, vom afla perioada de tranzitare
calculând raportul dintre diametrul stelei şi circumferinţa orbitei.
32
star
startransit
DT
M
2TRt
2 D
Cu toate acestea, literatura de specialitate indică faptul că probabilitatea de a
descoperi o exoplanetă cu o perioadă de revoluţie mai mare de doi ani prin
metoda tranzitului este foarte mică. Astfel, de fiecare dată când raza selectată
aleatoriu duce la obţinerea unei perioade mai mari de doi ani, simularea
trebuie să aleagă automat o nouă rază.
Să presupunem că perioada calculată este de 200 zile. Bineînţeles, va trebui
să găsim o modalitate de a accelera simularea, pentru a fi viabilă. Am
experimentat cu multe valori ca să aflăm cât de mult vor accelera simularea.
Am ajuns la concluzia că timpii cei mai buni se obţin dacă stabilim că 1 zi
reală este egală cu 0,02 secunde în simulare. Pe baza datelor noastre,
perioada minimă care se poate obţine este de 7,8 zile, iar cea maximă, de
730 zile. Raportat la simulare, s-ar obţine perioade de revoluţie ce variază
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 69
Analiza datelor
între 0,2 şi 15 secunde. Pentru a obţine simulări corecte, am hotărât să
efectuăm câte trei tranzituri la o simulare, astfel încât fiecare simulare să
dureze între 0,6 şi 45 de secunde. Per total, în ciuda simplificărilor,
preconizăm ca simularea noastră să ofere rezultate realiste.
La pasul următor, am cules datele. Mai întâi, am amplasat placa Scratch în
faţa ecranului laptop-ului pe care rula simularea. După cum am menţionat mai
sus, distanţa dintre ecran şi placa Scratch a fost de 11 cm. Programul începe
să ruleze după ce utilizatorul introduce categoria spectrală a stelei gazdă.
După cum am explicat mai sus, programul calculează diferiţii parametri în
timp ce rulează simularea. Rezultatele procesului sunt afişate pe ecran după
finalizarea simulării, fiind prezentate în figura de mai jos. Axa X (t) reprezintă
timpul, iar axa Y (L), luminozitatea stelei gazdă, aşa cum este aceasta
înregistrată de placa Scratch.
Figura 18. Scăderea luminozităţii stele gazdă
Simularea informează utilizatorul pe perioada în care adună date, iar
utilizatorul calculează perioada de revoluţie. Pentru aceasta, utilizatorul va
trebui să măsoare distanţa dintre două valori minime ale luminozităţii cu
ajutorul unei rigle. Fişierul auxiliar „Sim Representation.ppt” vă prezintă
reprezentarea simulării. Un mic material video cu experimentul nostru poate fi
urmărit pe blog4.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 70
Analiza datelor obţinute ne va permite să măsurăm perioada de revoluţie şi
raza exoplanetei. În cadrul experimentului nostru, intervalul de timp necesar
culegerii datelor a fost măsurat ca fiind 600 de zile. Mai întâi, am măsurat
distanţa (D1) între primul şi ultimul minim (care depinde de ecranul
calculatorului), după care am măsurat distanţa (D2) între două minimuri
succesive. Apoi, folosind metoda de trei simplă am calculat numărul de zile ce
corespunde distanţei D2.
distanţa D1 corespunde la 600 zile
distanţa D2 corespunde la ? zile
Utilizatorul face calculele şi introduce perioada în simulare. Apoi, simularea
calculează şi prezintă distanţa dintre exoplanetă şi steaua gazdă, precum şi
factorul de eroare corespunzător (simularea ştie distanţa reală de la primul
pas, atunci când utilizatorul alege categoria spectrală).
Apoi utilizatorul calculează procentul cu care scade luminozitatea stelei
tranzitate de planetă. Calculele pot fi realizate cu ajutorul unei rigle, ca în
exemplul de mai sus, însă, de data aceasta, măsurătoarea se efectuează pe
axa Y:
in
in
L LL
L
min
Dat fiind că procentul depinde de raportul dintre pătratul razei planetei şi
pătratul razei stelei gazdă, putem afla raza planetei: 2
planet
2
star
RL 100
R%
Discuţii pe marginea rezultatelor obţinute
Este exoplaneta capabilă să susţină viaţa?
Acest lucru depinde de 2 parametri: de temperatura şi masa planetei.
Temperatura trebuie să se situeze între 273K şi 373K, astfel încât apa să
poate exista sub formă lichidă. În acelaşi timp, masa planetei trebuie să fie
cuprinsă între 0,5MPământ (astfel încât planeta să poată avea atmosferă) şi
10MPământ (dacă gravitaţia ar fi mai mare, am avea o planetă gazoasă
gigantică).
Din păcate, metoda tranzitului nu ne poate ajuta să calculăm masa planetei.
Putem însă să-i calculăm temperatura aproximativă, neţinând seama de
caracteristicile principale ale atmosferei planetei (dacă există). Vom lua în
calcula temperatura stelei gazdă, distanţa dintre steaua gazdă şi planetă şi
faptul că energia este distribuită uniform pe suprafaţa unei sfere cu rază
egală cu distanţa dintre stea şi planetă (constanta solară) şi vom calcula
temperatura planetei cu ajutorul următoarei formule:
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 71
starplanet star
RT T
2D 214
(D este raza orbitei, iar factorul 214 apare ca urmare a conversiei razei stele
din raze solare în unităţi astronomice (UA).
Simularea noastră foloseşte această formulă pentru a afla temperatura
planetei. Dacă temperatura calculată nu se încadrează în limitele menţionate
mai sus (273 – 373K), exoplaneta nu întruneşte condiţii pentru a susţine
viaţa. Nu putem şti însă sigur deoarece nu cunoaştem masa planetei, însă
este un candidat bun.
Concluzii
Echipa noastră şi-a propus să realizeze o simulare Scratch care să poată
identifica exoplanetele cu ajutorul metodei tranzitului. Curbele de lumină
obţinute de noi prin intermediul datelor înregistrate de placa Scratch s-au
apropiat foarte mult de curbele de lumină obţinute cu date ştiinţifice autentice
pentru steaua HD209458. De asemenea, am calibrat simularea astfel încât să
putem calcula temperatura exoplanetei şi astfel să determinăm dacă aceasta
întruneşte condiţii pentru a susţine viaţa. Dat fiind că simularea noastră nu
poate calcula, pe lângă temperatură, şi masa exoplanetei, nu poate fi folosită
cu titlu exclusiv la identificarea tuturor caracteristicilor exoplanetei. Cu toate
acestea, poate funcţiona ca filtru în cadrul procesului de căutare a planetelor
asemănătoare Pământului.
Referinţe
1. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Planetary_transit.svg
2. http://www.hao.ucar.edu/research/stare/hd209458.html
3. http://scratch.mit.edu/
4. http://fysikapeiramatika.blogspot.com/search/label/Scratchboard
5. http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/habzone.html
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Main_sequence
7. Schneider, Jean. Interactive Extra solar planets catalog. The extrasolar
planets Encyclopedia. Htto://exoplanet.eu/catalog.php
8. Charbonneau, D., Brown, M. T., Latham, W. D., Mayor, M, Detection of
planetary transits across sun-like star, The Astrophysical Journal, 529:L45-
L48, 2000 January 20. Retrieved from the internet
http://www.iop.org/EJ/article/1538-4357/529/1/L45/995832.html
9. http://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_extrasolar_planets#Tra
nsit_method
10. http://youtube.com/watch?v=FPmVf6VuJRs
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 72
Curs educaţional pentru categoria tematică „Nava spaţială – cooperare globală”
Coronograf pentru observarea coroanei solare exterioare
Informaţii generale: Acest proiect se axează pe construirea unui coronograf cu
ajutorul căruia să se observe coroana solară exterioară. Elevii se vor documenta pe
marginea coroanei solare şi a coronografelor, după care vor proiecta propriul
coronograf. Apoi vor folosi proiectul pentru a construi echipamentul propriu-zis.
Obiectivul principal al proiectului: Obiectivul principal al acestui proiect este de
a proiecta şi a construi un coronograf pentru studierea coroanei solare exterioare.
Coronograful ar putea constitui prototipul unui dispozitiv care să se regăsească la
bordul unei nave spaţiale trimise într-o misiune de studiere a coroanei solare.
Obiective didactice:
- să se documenteze despre coroana solară şi soare, în general;
- să folosească formule matematice;
- să proiecteze şi să construiască echipamente.
Faza 1: activităţi care dau naştere la întrebări
Manifestarea curiozităţii
Credit:
NASA
Foto: Miloslav Druckmuller / SWNS
Foto: F. Espenak
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 73
Rugaţi elevii să privească aceste imagini ale soarelui.
- Care parte a soarelui o vedeţi?
- Ce diferenţe observaţi?
- De ce are coroana solară atât de multe forme?
- Mai sunt şi alte modalităţi de a observa coroana solară în afara
eclipselor?
Cu ocazia primei întâlniri cu elevii, puteţi prezenta şi alte subiecte într-un mod
similar.
Materiale recomandate:
- http://www.youtube.com/watch?v=inCkOHzwCrs
- http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/corona.html
- http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/mysteries_l1/corona.html
- http://hypertextbook.com/facts/2000/CCoraThomas.shtml
- http://nineplanets.org/sol.html
Definirea întrebărilor pe baza cunoştinţelor actuale
Ce temperatură are coroana solară?
Cum afectează coroana solară Pământul?
Coroana interioară e mult mai luminoasă decât cea exterioară. Cum putem
studia coroana exterioară?
Rugaţi elevii să facă o documentare preliminară vizând coroana solară şi
cronografele.
În timpul documentării preliminare, elevii se familiarizează cu termeni precum „fotosferă” sau „disc de ocultare”. Asiguraţi-vă că au înţeles termenii noi şi insistaţi să-i folosească pe viitor. O activitate plăcută ar fi să întocmească o listă cu termenii noi şi explicaţiile acestora. După finalizarea documentării iniţiale, informaţi elevii că trebuie să-şi fixeze obiective
concrete (întrebări de cercetare), cărora vor trebui să le găsească răspunsuri. Puteţi
introduce câteva întrebări de cercetare proprii.
Credit: Miloslav Druckmuller / SWNS
Credit: F. Espenak
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 74
Putem construi un instrument pentru observarea coroanei exterioare?
Materiale recomandate:
- http://solarscience.msfc.nasa.gov/corona.shtml
- http://www.earthzine.org/2011/10/10/what-does-a-solar-geomagnetic-storm-
mean-for-the-earth/
- http://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/news/solarstorm-tracking.html
- http://www.esa.int/esaSC/SEMLC2T1VED_index_0.html
- http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/corona.html
- http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/Eclipse/Ecl1995i/Outcor/0-info.htm
- http://www.aviationweek.com/
Faza 2: cercetare activă
Propunerea unor explicaţii sau ipoteze preliminare
Ideea de bază este ca elevii să construiască un
coronograf care să acopere, cu ajutorul unui disc de
ocultare, nu doar discul solar, ci să diminueze
treptat şi lumina coroanei interioare, astfel încât
coroana exterioară să poate fi observată mai uşor.
Rugaţi elevii să studieze forma coronografelor
clasice şi să-şi imagineze alternative care să
faciliteze şi diminuarea graduală a luminii coroanei
interioare.
O idee ar fi să se conceapă un disc de ocultare cu două fante identice, care să
permită eliminarea luminii coroanei interioare în timp ce se roteşte.
Foto: SOHO (ESA & NASA)
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 75
Elevii vor parcurge următorii paşi:
- se vor documenta pentru a defini forma celor două fante în funcţie de
luminozitatea coroanei.
- vor construi coronograful.
Materiale recomandate:
- http://www.lyot.org/background/coronagraphy.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/Coronagraph
- http://www.scribd.com/doc/51097825/72/DESIGN-OF-A-LYOT-TYPE-
CORONAGRAPH
Planificarea şi realizarea unei cercetări simple
Echipa va realiza proiectul instrumentului lor, pe care mai apoi îl vor pune în
practică. Membrii echipei pot lucra separat la diferitele secţiuni ale proiectului.
Metodologia folosită de echipă poate fi rezumată în etapele următoare:
a) Proiectarea discului de ocultare
Pentru a obţine forma corectă a fantelor discului de ocultare, echipa se va
documenta asupra curbelor de lumină ale coroanei solare.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 76
b) Proiectarea coronografului
Odată proiectat discul de ocultare, echipa se va documenta pe marginea proiectului
coronografului. Aspectul cel mai important va fi proiectarea monturii luând în
consideraţie următorii parametri:
- rotaţia lină a discului;
- evitarea unor monturi care ar afecta imaginile obţinute.
Prototipul lor va putea fi testat pe un telescop. În acest scop, în momentul în care
întocmesc proiectul coronografului, elevii vor trebui să calculeze mărimea discului
central al discului de ocultare şi distanţa la care trebuie amplasat discul de ocultare
în raport cu distanţa focală a telescopului.
c) Construirea coronografului
După finalizarea proiectului de coronograf, echipa va construi instrumentul ce va
servi drept prototip pentru un dispozitiv ulterior, folosit în cadrul unei misiuni spaţiale
de studiere a soarelui.
Materiale recomandate:
- http://photographingtransitofvenus.wordpress.com/2012/05/31/venushowbig/
- http://www.eclipse-chasers.com/Photo4.html
- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corona_Brightness_Profile.png
- http://www.stsci.edu/hst/acs/documents/handbooks/cycle19/c06_pol3.html
Faza 3: creaţie
Strângerea de probe pe baza observaţiilor
După finalizarea proiectului, echipa va trebui să identifice şi să procure materialele
necesare pentru construcţia coronografului.
Odată procurate toate materialele, pot începe construcţia instrumentului. Asiguraţi-
vă că elevii consemnează acţiunile derulate, însoţite de explicaţii ale fiecărui pas. În
timpul fazei de construcţie, echipa ar putea fi nevoită să viziteze un atelier de
prelucrare a metalelor.
Rugaţi echipa să facă multe fotografii şi clipuri video în timpul fazei de construcţie,
pentru a putea ilustra mai apoi întregul proces.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 77
Faza 4: Discuţie
Explicaţii bazate pe probe
Echipa va trebui să explice au ajuns la proiectul propus:
cum au ajuns la forma fantelor;
pe ce bază au ales materialele;
cum au ajuns la forma finală a construcţiei.
O idee bună ar fi ca elevii să comenteze pe marginea dificultăţilor întâmpinate şi a
modalităţilor prin care le-au surmontat.
De asemenea, se recomandă testarea prototipului şi formularea unor concluzii
despre rezultatele testelor.
Luarea în consideraţie a altor explicaţii
Pe baza testelor echipamentului, rugaţi elevii să propună o serie de măsuri pentru
perfecţionarea coronografului.
De asemenea, pot propune idei sau variante constructive de coronograf diferite.
Faza 5: Reflecţie
Prezentarea explicaţiilor
Elevii adună toate materialele produse (rezultatele cercetării, imagini, grafice, fotografii, capturi de ecran, texte) şi întocmesc proiectul cu ajutorul „fişei de proiect”.
Încurajaţi echipa să propună modalităţi inovatoare şi amuzante de prezentare a
proiectului.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 78
Proiectul realizat de elevi
Rezumat
Proiectul nostru vizează construirea unui coronograf cu ajutorul căruia să
observăm coroana solară exterioară. Coronograful conceput de echipă
serveşte drept prototip pentru un instrument care va face parte din
echipamentul uneia dintre misiunile de heliofizică viitoare, misiune ce-şi
propune să studieze soarele şi efectele acestuia asupra Pământului şi a
sistemului nostru solar. Prototipul nostru a fost conceput pentru un telescop
cu distanţa focală de 600 mm.
Proiectul nostru descrie metodologia folosită la proiectarea pieselor
coronografului, cu precădere a discului de ocultare, care permite observarea
coroanei exterioare prin eliminarea graduală a luminii provenite de la coroana
interioară. În acest scop, echipa a studiat luminozitatea totală a coroanei
solare şi a proiectat coronograful pe baza acestei documentări.
Introducere – Descrierea problemei
Coroana solară1 este învelişul exterior al soarelui.
Este vizibil doar în timpul eclipselor de soare, când
lumina care provine de la discul solar (cromosferă)
este blocată de lună. Cromosfera este mult mai
strălucitoare decât coroana, astfel că atunci când
aceasta este vizibilă, coroana solară nu poate fi
observată. Oamenii de ştiinţă şi inginerii au
conceput instrumente speciale, care le permit să
observe coroana în orice moment. Aceste
instrumente se numesc coronografe şi sunt
proiectate astfel încât să blocheze lumina de la
cromosferă asemenea unui eclipse. Observaţiile efectuate cu coronografe au
jucat un rol esenţial în înţelegerea soarelui şi au relevat comportamentul
complicat al coroanei solare.
Figura 19. Coroana solară
observată în timpul eclipsei din 2006
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 79
Obiectivul acestui proiect este de a construi un coronograf specializat pe
observarea porţiunii exterioare a coroanei solare.
Partea exterioară a coroanei este şi mai vagă
decât partea interioară. Blocând lumina care
provine de la coroana interioară, oamenii de
ştiinţă au ocazia să descopere structuri ascunse
ale coroanei, iar cu datele obţinute să răspundă
la întrebări rămase încă fără răspuns. În acest
scop, dorim să proiectăm un coronograf care să
blocheze lumina discului solar, dar şi să
estompeze treptat lumina coroanei interioare.
Ipoteză – idei iniţiale
Echipa a căutat o modalitate de a elimina lumina coroanei interioare. Unele
filtre estompează şi lumina coroanei, aşa că s-a căutat un mecanism care să
permită estomparea graduală a luminii coroanei pe măsură ce înaintăm spre
coroana externă. O soluţie ar fi crearea unui disc a cărui grosime scade
treptat (figura 3).
O astfel de soluţie ar implica mai multe erori cauzate de absorbţia luminii de
către disc.
O altă soluţie ar fi proiectarea unui dis cu două orificii triunghiulare. Deşi, în
principiu, rotaţia cauzează turbulenţe, coronograful nostru nu va fi afectat,
deoarece va fi folosit pe un satelit sau o navă spaţială, aflate pe o orbită
extraatmosferică. Pentru a se obţine o imagine uniformă, discul va trebui să
Foto: SOHO (ESA & NASA)
Figura 20. Coroana solară
observată cu ajutorul unui
coronograf
Figura 21. Vedere transversală a unui disc de ocultare,
care prezintă o grosime ce se micşorează treptat
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 80
se rotească cu o viteză foarte mare, iar pentru a obţine rezultate şi mai bune,
discul ar putea avea două orificii (figura 4).
Figura 22. Un disc de ocultare cu două orificii
Soluţia cu două orificii ar echilibra mai bine discul şi i-ar permite să se
rotească mai bine. Astfel, varianta constructivă aleasă pentru discul de
ocultare ne va permite să blocăm atât lumina discului solar, cât şi, treptat, pe
cea a coroanei solare, permiţându-ne să observăm coroana exterioară.
Conturul celor două orificii va fi finalizat graţie identificării formei laturii de
culoare roşie din figura 4. Curba acestei laturi se va obţine pe baza curbei de
lumină a coroanei.
Metodologia de proiect
Metodologia folosită de echipă poate fi rezumată în următoarele trei etape:
a) Proiectarea discului de ocultare
Pentru a obţine forma corectă a fantelor discului de ocultare, echipa se va
documenta asupra curbelor de lumină ale coroanei solare.
b) Proiectarea coronografului
Odată proiectat discul de ocultare, echipa se va documenta pe marginea
proiectului coronografului. Cei mai importanţi parametri ce vor fi luaţi în
consideraţie sunt rotaţia lină a discului şi evitarea unor monturi care ar afecta
imaginile obţinute.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 81
c) Construirea coronografului
După finalizarea proiectului de coronograf, echipa va începe să construiască
instrumentul. Principalele materiale folosite la obţinerea acestui prototip vor fi
aluminiul pentru disc şi plastic pentru restul pieselor.
Efectuarea cercetării
a) Proiectarea discului de ocultare
Luminozitatea coroanei solare se obţine din următoarea ecuaţie empirică2:
6
18 7,8 2,5
o
I(R) 3,670 1,939 0,055110 ; R 1
I R R R
În imaginea de mai jos (figura 5), linia albastră corespunde curbei de lumină
a coroanei. Prin urmare, aceasta va fi forma folosită în cazul discului de
ocultare.
Figura 23. Profilul intensităţii medii a coroanei solare, bazat pe ecuaţia empirică de mai sus
Având în vedere că dorim să blocăm lumina coroanei interioare, forma
orificiilor trebuie să oglindească curba de lumină. Pentru a obţine curba cu
ajutorul ecuaţiei menţionate mai sus, am folosit aplicaţia de calcul
„Mathematica”. (Figura 6)
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 82
1 2 3 4
50
100
150
200
250
Figura 24. Graficul obţinut de „Mathematica” pentru proiectarea discului de ocultare
Între cele două orificii, trebuie să existe o porţiune destul de mare încât să
acopere discul solar. Diametrul unghiular maxim al soarelui este 32’ 36’’ (circa
0.543ο)3. Telescopul folosit pentru prototipul nostru are distanţa focală
f=600mm, prin urmare diametrul discului solar este
R f tan(0.543) R 5.7mm
Figura 25. Calculul diametrului discului solar
Astfel, distanţa dintre cele două orificii ale discului de ocultare trebuie să fie
de 5,7 mm. Pentru a fi însă siguri că nu vom deteriora aparatul foto folosit la
observaţii, am decis să o mărim puţin. Valoarea aleasă pentru distanţa dintre
cele două orificii este de 7,0 mm. De asemenea, plecând de la caracteristicile
coroanei1, am luat decizia ca diametrul total al discului de ocultare să fie de
cinci ori mai mare decât diametrul soarelui.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 83
Figura 26. Forma finală a discului de ocultare.
Cercul din mijloc indică discul solar.
Pentru a testa mai bine coronograful nostru, am hotărât să mai facem două
discuri de ocultare, unul cu formă de semicerc, al doilea care să acopere doar
discul solar. Mărimea totală şi diametrul părţii centrale sunt identice în cazul
tuturor discurilor de ocultare.
Figura 27. Cele două discuri de ocultare create suplimentar
b) Montura coronografului
Am decis ca discul de ocultare să se rotească cu ajutorul a două roţi în locul
soluţiei clasice, a axului rotitor central. Ideea se inspiră din modelul
constructiv al rulmenţilor4,4, folosiţi pe scară largă la motoare. În acest fel,
discul va avea o mişcare constantă, iar piesele suplimentare ale
coronografului nu vor distorsiona imaginile obţinute de coronograf.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 84
Figura 28. Stânga: Structura unui rulment, sursa noastră de inspiraţie
Dreapta: Montajul care asigură rotaţia discului nostru de ocultare
Ultimul lucru care ne mai rămânea de făcut era suportul coronografului. Ne
trebuia o soluţie care să susţină discul de ocultare în poziţie verticală şi să-i
permit să se rotească. Am considerat că soluţia cea mai bună este un cilindru
prevăzut cu o fantă în mijloc, unde să poată fi pus discul de ocultare. Lăţimea
cilindrului trebuie să permită vizibilitate totală discului de ocultare şi, de
asemenea, trebuie să ne permită practicarea a două găuri, pentru roţile
rotative. Coronograful va fi apoi interpus între ocularul şi corpul telescopului
prin intermediul unui tub de plastic. Coronograful a fost proiectat astfel încât
discul de ocultare să fie amplasat exact în focarul telescopului.
Figura 29. Cilindrul care susţine discul de ocultare şi îi permite să se rotească în
poziţie verticală. Imaginea a fost creată cu ajutorul aplicaţiei AutoCad.
În privinţa imprimării mişcării de rotaţie, am decis să ne inspirăm tot de la
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 85
motoare, dat fiind că acestea ne-au dat ideea sistemului de rotaţie. S-a
dovedit o decizie inspirată, pentru că soluţia a apărut imediat. Am decis să
rotim discul la fel cum sunt angrenate alternatoarele5,6 maşinilor. Am ales să
folosim un mic motor, care urma să transmită mişcarea de rotaţie discului prin
intermediul unei curele. Pentru a putea regla cureaua pe disc, am creat o
flanşă laterală.
Figura 30. Flanşa din lateralul discului de
ocultare. Imaginea a fost creată în AutoCad.
Figura 31. Stânga: Alternatorul unei maşini, sursa noastră de inspiraţie
Dreapta: Proiectul final al coronografului
c) Construirea coronografului
Pentru a realiza coronograful nostru, am luat legătura cu un strungar,
persoana cea mai indicată în această situaţie, dat fiind că dispunea de utilaj
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 86
de debitat, pentru debitarea discurilor de ocultare metalice, şi de strung,
pentru modelarea pieselor de plastic ale monturii. Instantanee din timpul
realizării coronografului sunt redate în fişierul auxiliar „Building the
Coronagraph” (Construcţia coronografului).
Analiza datelor
Am efectuat o serie de teste cu coronograful nostru, ocazie cu care ne-am
confruntat cu foarte puţine probleme. Principala problemă care a apărut a fost
asigurarea unei rotaţii uniforme roţilor suport. Soluţia a constat în cizelarea
axurilor de susţinere. În rest, echipamentul nu s-a mai confruntat cu
probleme, nici la capitolul rotaţiei discului, nici la ajustarea acestuia pe
telescop.
O altă problemă cu care ne-am confruntat a fost creşterea rapidă a
temperaturii în interiorul coronografului. Deşi creşterea a fost semnificativă,
nu a afectat funcţionarea echipamentului. Într-o versiune perfecţionată a
coronografului nostru, fenomenul acesta poate fi contracarat cu ajutorul unor
materiale de calitate superioară, precum superaliajele7, care rezistă mai bine
la temperaturi înalte.
În timpul testelor efectuate cu echipamentul nostru, am folosit un ocular în
locul unei aparat foto CCD. Pentru a ne proteja ochii, am folosit ţinte terestre.
Cu toate acestea, am făcut câteva teste şi cu soarele, de data aceasta
purtând ochelari speciali.
Imaginea observată prin ocular, cu discul aflat în mişcare, a fost identică cu
cea observată fără disc, cu excepţia strălucirii, care se diminua către centrul
imaginii. În centrul imaginii, discul de ocultare a blocat complet lumina, după
cum ne aşteptam. Per total, imaginile observate au fost conforme cu
predicţiile şi aşteptările noastre: un punct întunecat în mijloc şi o strălucire din
ce în ce mai mare pe măsură de ne deplasam de la centru către exteriorul
imaginii.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 87
Discuţii pe marginea rezultatelor obţinute
Pe baza observaţiilor noastre, am propus unele îmbunătăţiri ale prototipului:
- într-o versiune viitoare, mecanismul de rotaţie poate fi optimizat cu
ajutorul unui motor mai puternic. Calitatea şi suportul roţilor de rotaţie pot
fi, de asemenea, îmbunătăţite.
- aluminiul din care este confecţionat discul de ocultare poate fi înlocuit cu
un superaliaj.
- şi metoda de debitare poate fi îmbunătăţită. Pentru o a obţine o precizie
mai bună, maşina de debitat cu jet de apă poate fi înlocuită cu una cu laser.
- optimizarea curbei orificiilor. O documentare mai aprofundată asupra
curbei de lumină a coroanei poate duce la obţinerea unei curbe mai bune a
discului de ocultare.
- în sfârşit, întreaga construcţie poate fi realizată cu materiale mai bune,
precum fibră de carbon şi superaliaje.
Următorul pas al proiectului nostru a fost să găsim un aparat foto CCD
adecvat pentru a testa coronograful mai eficient. Din păcate, ne-a fost
imposibil, dat fiind că aparatele foto CCD sunt destul de scumpe. Imaginile
obţinute cu coronograful pot fi procesate şi analizate, pentru a testa curbele
de lumină ale imaginilor şi a le compara cu curba de lumină a coroanei solare.
Discul de ocultare poate fi perfecţionat pe baza acestor teste. După
perfecţionarea prototipului nostru, inginerii ar putea adapta proiectul într-un
echipament mai sofisticat, care să fie folosit în cadrul unei misiuni spaţiale
viitoare de studiere a soarelui.
Concluzie
În cadrul proiectului nostru, ne-am propus să construim un coronograf
specializat pe observarea coroanei solare exterioare. Piesa cea mai importantă
a echipamentului nostru este discul de ocultare, care blochează lumina
discului solar şi estompează treptat strălucirea coroanei interioare. Pentru a
putea proiect această piesă, ne-am axat documentarea pe curba de strălucire
a coroanei solare. Celelalte piese ale modelului nostru s-au inspirat din diverse
piese ale motoarelor de maşină, copiind principiul de funcţionare al
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 88
rulmenţilor şi al alternatoarelor auto.
Produsul final a fost obţinut cu ajutorul unui strungar care a folosit utilaje
speciale precum maşină de debitat cu jet de apă şi strung. Odată finalizată
etapa de construcţie, am testat echipamentul, iar observaţiile noastre au
corespuns aşteptărilor iniţiale. Imaginea observată cu ajutorul coronografului
aveau un punct întunecat în mijloc, puţin mai mare decât discul solar. Restul
imaginii a fost caracterizat de o strălucire tot mai mare dinspre centru către
exterior.
Putem astfel concluziona că o versiune îmbunătăţită a prototipului nostru ar
putea fi folosită într-o misiune spaţială viitoare de studiere a soarelui.
Referinţe
1. http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/corona.html
2. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corona_Brightness_Profile.png
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_diameter
4. http://www.youtube.com/watch?v=eGyoMuE4gDQ http://en.wikipedia.org/wiki/Ball_bearing
5. http://www.2carpros.com/articles/how-an-alternator-works
6. http://www.youtube.com/watch?v=Zdw8JxL_diY&feature=related
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Superalloy
8. http://www.lyot.org/background/coronagraphy.html
9. http://umbra.nascom.nasa.gov/spartan/coronagraphs.html
10. http://www-astro.unice.fr/~marcel/presentations/Natalia.Yaitskova-Coronagraph.ELT.pdf
11. http://astroforum.gr
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 89
Resurse suplimentare pentru cadre didactice
Laboratoare online şi biblioteci digitale
Portalul Descoperă COSMOSUL (http://www.discoverthecosmos.eu/) Portalul „Discover the COSMOS” (Descoperă COSMOSUL) este un laborator experimental pentru elevi şi profesori, care reuneşte resurse, experimente virtuale şi laboratoare online din domeniul astronomiei şi fizicii particulelor elementare. Acesta îşi propune să extindă gama resurselor de predare-învăţare din şcoli şi să ofere experienţe de învăţare mai solicitante şi mai autentice, îmbunătăţind astfel educaţia în domeniul ştiinţelor. Portalul „Discover the Cosmos” cuprinde numeroase materiale şi scenarii didactice, planuri de lecţie, proiecte realizate de elevi, animaţii şi instrucţiuni pentru instrumente şi laboratoare online, în scopul asigurării unor experienţe interactive cu resursele de astronomie şi fizică a particulelor elementare.
Proiectul telescopul Faulkes (http://www.faulkes-telescope.com/) Proiectul Telescopul Faulkes (FTP) oferă acces la două telescoape de 2 metri, unul în Hawaii, celălalt în Australia. FTP este partener al Reţelei globale de telescoape a Observatorului Las Cumbres, care administrează o reţea de telescoape robotice de cercetare. Aceste telescoape (şi arhivele lor de date) sunt puse la dispoziţia şcolilor şi a altor grupuri educaţionale, pentru a fi folosite în activităţi curriculare sau extracurriculare.
Programul educaţional FTP beneficiază de sprijinul unei întregi game de materiale online şi al unei echipe de profesori şi astronomi profesionişti.
Observatorul naţional şcolar (NSO) (http://www.schoolsobservatory.org.uk)
Observatorul naţional şcolar (NSO) este un site
educaţional de anvergură înfiinţat de
Universitatea John Moores din Liverpool. Acesta
permite şcolilor să efectueze observaţii, alături
de astronomi profesionişti, cu cel mai mare
telescop complet robotizat din lume, telescopul
Liverpool. NSO oferă şi resurse educaţionale,
venind astfel în sprijinul lecţiilor de ştiinţe,
tehnologie şi matematică în sălile de clasă. Se
ştie că astronomia le creează elevilor de toate
Foto: Faulkes Telescopes
Foto: NSO
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 90
vârstele un sentiment de încântare şi uluire. NSO exploatează aceste sentimente în
direcţia aprofundării cunoştinţelor ştiinţifice şi matematică ale elevilor, le
îmbunătăţeşte competenţele TIC şi de comunicare, le consolidează gândirea critică şi
le oferă ocazia de a descoperi aplicaţiile practice ale ştiinţei şi tehnologiei.
Componenta cea mai importantă a acestui site este oportunitatea de a folosi
telescoapele. Şcolile înscrise pe acest site au ocazia de a face observaţii cu ajutorul
telescopului Liverpool. În ultimele 12 luni, şcolile au efectuat 9.151 de observaţii.
După finalizarea observaţiilor, elevii au posibilitatea să descarce datele înregistrate
de telescop şi să analizeze imaginile rezultate cu ajutorul unei aplicaţii speciale de
procesare a imaginilor (LTImage).
Să observăm cu NASA (http://mo-www.cfa.harvard.edu/OWN/) Cercetătorii în domenii spaţiale ai NASA controlează unele dintre cele mai sofisticate sonde şi telescoape spaţiale, obţinând imagini deosebite ale obiectelor din spaţiu. Profesorii şi
elevii au ocazia să acţioneze telescoape robotice adevărate, din „microobservatoare” terestre. „Microobservatorul” este o reţea de telescoape automatizate, care pot fi controlate pe Internet. Telescoapele au fost create de către oamenii de ştiinţă şi profesorii Centrului pentru astrofizică Harvard-Smithsonian, fiind concepute pentru a permite tinerilor din toată ţara să cerceteze minunile spaţiului direct din sala de clasă. Ele sunt amplasate în observatoare afiliate Centrului pentru astrofizică, care se ocupă şi de întreţinerea lor. Printre acestea se numără Observatorul Colegiului Harvard, din Cambridge, Massachussets şi Observatorul Whipple,din Amado, Arizona. Site-urile observatoarelor cuprind şi o gamă variată de proiecte şi activităţi, precum şi instrumente de procesare a imaginilor şi materiale de instruire.
Telescopul global Microsoft (www.worldwidetelescope.org)
Telescopul global (WWT) este un mediu de vizualizare Web 2.0, care permite calculatorului utilizatorului să funcţioneze ca un telescop virtual. Acesta combină imagini de la cele mai bune telescoape terestre şi spaţiale din lume şi permite o explorare continuă a universului. Telescopul global este un sistem lansat recent (2007), creat cu ajutorul performantului motor de vizualizare Microsoft® Visual Experience Engine™, şi permite panoramarea şi focalizarea imaginilor bolţii cereşti pe timp de noapte, a planetelor şi a mediilor create din imagini. Utilizatorii au ocazia să privească cerul în spectre diferite: pot alege vizualizarea cerului în raze X, pot focaliza pe norii de radiaţie incandescenți, apoi pot trece în spectrul vizibil, ca să descopere rămăşiţele de nori ale exploziei unei supernove de acum 1.000 de ani. Utilizatorii au ocazia de a comuta în modul de vizualizare H-alfa, pentru a vedea distribuţia şi modul de iluminare al masivelor structuri nebuloase primordiale, luminate de radiaţia de înaltă energie provenind de
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 91
la stele apropiate din Calea Lactee. Acestea sunt doar două dintre posibilităţile de a vizualiza structurile ascunse ale universului oferite de Telescopul global. Graţie Microsoft Visual Experience Engine, aveţi posibilitatea să panoramaţi şi să focalizaţi continuu imagini aeriene cu Luna şi alte planete şi, de asemenea, să le descoperiţi poziţia precisă pe cer, din orice punct de pe Terra şi în orice moment din trecut sau din viitor. WWT este un portal compact şi bogat în informaţii, care combină un volum uriaş de imagini, informaţii şi reportaje din diferite surse de pe Internet şi le transformă într-o experienţă media imersivă şi fluidă. Copiii se vor simţi mult mai motivaţi să exploreze şi să înţeleagă universul cu această interfaţă simplă şi puternică.
Sun4all (http://www.mat.uc.pt/sun4all/index.php/en/)
Proiectul „Soare pentru toți”, înfiinţat de Ciência Viva, urmăreşte să promoveze ştiinţa, cu precădere astronomia, în rândul elevilor. Proiectul are la bază peste 30.000 de imagini cu soarele (spectroheliograme), aflate în observatorul astronomic al Universităţii Coimbra, rezultat al peste 80 de ani de observaţii solare, începute în 1926.
Actualmente, publicul larg are acces la circa 15.000 imagini digitizate, graţie unui alt proiect înfiinţat „Ciência Viva”, desfăşurat între 2002 şi 2004. Colecţia de observaţii solare are o valoare ştiinţifică enormă. Proiectul îşi propune să pună la dispoziţia elevilor portughezi şi străini varianta digitizată a acestei colecţii, precum şi un set de activităţi care să le permită să folosească imaginile şi astfel să-i familiarizeze cu metoda ştiinţifică prin intermediul informaţiilor despre soare şi atmosfera acestuia.
Resurse federale pentru excelenţă în educaţie
(http://free.ed.gov/subjects.cfm?subject_id=48&toplvl=41)
FREE oferă o gamă largă de resurse didactice din diferite domenii. Arhiva cuprinde peste 120 resurse despre astronomie, aeronautică şi ştiinţe spaţiale.
Resursele dispun de planuri de lecţie şi galerii de instrumente educaţionale.
Resurse didactice pentru predarea astronomiei
(http://www.phy.duke.edu/~kolena/astroteach.html)
Site-ul oferă o gamă largă de resurse pentru predarea astronomiei. Printre acestea, se numără instrumente de procesare a imaginilor, aplicaţii diverse, animaţii.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 92
Expoziţie de proiecte şi experimente: astronomie şi explorarea spaţiului
(http://www.juliantrubin.com/astronomyprojects.html)
Expoziţia de proiecte şi experimente este o bibliotecă digitală care cuprinde numeroase proiecte de ştiinţă pentru şcoli primare şi secundare. Cadrele didactice au la dispoziţie diverse proiecte şi experimente vizând construcţii simple, realizarea de experimente şi utilizarea mai multor instrumente şi simulări.
Aplicaţii educaţionale
LTImage (http://www.schoolsobservatory.org.uk/astro/tels/ltimage) LTImage este un instrument de procesare a imaginilor simplificat, conceput special pentru elevi. A fost creat de Observatorul naţional şcolar şi vizează facilitarea activităţilor educaţionale care necesită analiza datelor imaginilor provenite de la observatoare astronomice. LTImage este compatibil cu formatul de imagini FITS, fiind optim pentru analiza imaginilor de la cele mai profesionale telescoape.
SalsaJ (http://www.euhou.net/)
SalsaJ este un instrument de analiză a imaginilor astronomice uşor de folosit de către elevi. Este compatibil cu formatul de imagini FITS, fiind optim pentru analiza imaginilor de la cele mai profesionale telescoape. SalsaJ este uşor de instalat şi utilizat. Aplicaţia le permite elevilor să afişeze, să analizeze şi să studieze imagini şi alte
date astronomice autentice asemenea astronomilor profesionişti, pentru a face acelaşi gen de descoperiri care stârnesc pasiunea faţă de ştiinţă. SalsaJ este disponibil în 25 de limbi europene şi este foarte folosit de cadre didactice din multe ţări europene.
Stellarium (http://www.stellarium.org/)
Stellarium este un planetariu gratuit ce poate fi rulat pe calculatorul propriu. Aplicaţia afişează un cer realist, în format 3D, asemenea celui pe care-l vedem cu ochiul liber, cu binoclul sau cu telescopul. Se foloseşte în proiectoarele din planetarii. Stellarium vă permite să exploraţi orice porţiune de cer, în orice moment.
FP7 284442 - ODYSSEUS
M a t e r i a l e a u x i l i a r e p e n t r u c a d r e d i d a c t i c e 93
Referinţe 1. Beswick, N. (1990) Resource Based Learning. London: Heinemann.
2. Collins, A. (1986). A sample dialogue based on a theory of inquiry teaching (Tech. Rep. No. 367). Cambridge, MA: Bolt, Beranek, and Newman, Inc. ED 266 423
3. Hill, J.R. & Hannafin, M.J. (2001) Teaching and Learning in Digital Environments: The resurgence of resource-based learning environments. Educational Technology Research and Development, 49(3), 37
4. Hounsell, D. and McCune, V. (2002). Teaching-Learning Environments in Undergraduate Biology: Initial Perspectives and Findings. (ETL Occasional Reports, no. 2). Universities of Edinburgh, Durham 43 and Coventry, ETL Project
5. Joyce, M.Z. & Tallmann, J.I. (1997) Making the writing and research connections with the I-Search process. Neal-Schuman.
6. Knowlton, D.S. & Sharp, D. (Eds) (2003) Problem-based learning in the information age: New directions for teaching and learning. New York: Jossey-Bass
7. Linn, M.C., Davis, E.A., and Bell, P. (2004). Internet Environments for Science Education.
8. National Research Council (2000) Inquiry and the National Science Education Standards (Washington: National Academy Press).
9. Nickerson, R. S. (2004). Cognition and chance: The psychology of probabilistic reasoning. Mahwah, NJ: Erlbaum.
10. Rakow, S. J. (1986). Teaching science as inquiry. Fastback 246. Bloomington, IN: Phi Delta Kappa Educational Foundation. ED 275 506
11. Rocard, M. et al. (2007). Science Education Now: A Renewed Pedagogy for the Future of Europe. Brussels. Directorate General for Research, Science, Economy and Society.
12. Rocard, M. et al. (2007). Science Education Now: A Renewed Pedagogy for the Future of Europe. Brussels. Directorate General for Research, Science, Economy and Society.
13. Sandoval, W. A., & Bell, P. (2004). Design-Based Research Methods for Studying Learning in Context: Introduction. Educational Psychologist, 39(4), 199-201.
14. Schmidkunz H., Lindemann H. (1992). “Das forschend-entwickelnde Unterrichtsverfahren. Problemlösen im naturwissenschaftlichen Unterricht”. Westarp Wissenschaften, Essen
15. Vygotsky, L.S. (1980). Mind in society: The development of higher psychological processes. Boston: Harvard University Press.