چگونه مي توان ميزان يادگيري اثر كاهش فشار هوا بر نقطه جوش آب را در كلاس اول راهنمائي افزايش داد

عنوان صفحه
مقدمه
بيان مساله
مشكل چيست؟
ويژگي گروههاي مورد پژوهش
گردآوري اطلاعات(شواهد۱)
تحليل يافته هاي ۱
برداشت از يافته هاي ۱
گردآوري اطلاعات(شواهد ۲)
تحليل يافته هاي ۲
برداشت از يافته هاي ۲
فهرست منابع و ماخذ

مقدمه
دوره اي را كه در آن زندگي مي كنيم عصر مي كنيم انفجار اطلاعات مي نامند و فراگيران همواره زير بمباران اطلاعات از طريق راديو، تلويزيون، انواع كتب، روزنامه، مجلات، اينترنت و انواع نرم افزارهاي كامپيوتري و غيره مي باشند. كه در فرآيند ياددهي و يادگيري مي توان از اين رسانه ها در كنار كتاب درسي استفاده كرد.
البته در مورد تدريس علوم تجربي روش مشاهده مستقيم و انجام آزمايش بهترين شيوه آموزش مي باشد. مخصوصا اگر ابزار و وسايل مشاهده و آزمايش داراي ويژگيهايي از قبيل: در دسترس بودن، ارزان بودن، قابل ساخت و استفاده توسط خود دانش آموز باشد مي تواند علاوه بر آموزش موضوع تدريس، موجب تقويت روحيه جستجوگري و حس كنجكاوي دانش آموزان شده و فرآيند يادگيري لذت بخش باشد و دانش آموز به دنبال ابداع و ابتكار باشد.
علوم تجربي به بخشي از دانش بشري گفته مي شود كه حاصل تحقيق و جستجوي او در جهت شناخت جهان مادي و نظامها و قوانين حاكم بر آن است.
همچنين علوم تجربي با گستردگي فراوان و شاخه هاي مختلفي كه دارد مي تواند يكي از بهترين راههاي خداشناسي(از طريق قانون عليت) باشد و زمينه پرورش نسلي خداجو و معتقد را براي آينده فراهم آورد.

«انشاء الله»
بيان مساله
در بخش فيزيك علوم تجربي سال اول راهنمايي فصلي از كتاب با عنوان«اثر گرما بر حالت مواد» وجود دارد كه در اين مبحث دانش آموزان با انواع تغيير حالتهاي ماده از جمله تبخير و عوامل موثر بر آن و همچنين با نقطه جوش مايعات و با انجام يك آزمايش و مقايسه نتيجه اين آزمايش با نتيجه اين آزمايش در شهرهاي ديگر با عوامل موثر در نقطه جوش مايعات آشنا مي شوند.

عوامل مختلفي در سرعت تبخير مايعات موثر هستند كه عبارتند از:
الف- جنس مايع ب- دماي مايع ج- سرعت جريان هوا

د- سطح تبخير ذ- مقدار رطوبت هوا(تراكم گاز) ر- ميزان ناخالص مايع
ز- فشار هوا

مايعات در هر دمايي داراي تبخير سطحي هستند يعني مايع فقط از سطح مايع تبخير مي شود و هر چه دما مايع افزايش يابد سرعت تبخير نيز افزايش مي يابد با افزايش دماي مايع وضعيتي پيش مي آيد كه مايع فقط از سطح تبخير نمي شود بلكه از تمام قسمتهاي مايع تبخير صورت مي گيرد كه در اين حالت گفته مي شود مايع به نقطه جوش خود رسيده و در حال جوشيدن است.

نقطه جوش يك مايع دمايي است كه در آن دما، فشار بخار آن مايع كاملا با فشار خارجي كه بر مايع وارد مي شود برابر مي شود.
بنابراين نقطه جوش هر مايع به جنس آن مايع و فشار وارد بر مايع بستگي دارد. در يك ظرف معمولي مايعات را فقط مي توان تا نقطه جوش هر مايع گرم كرد. اما در ظروف در بسته مانند ديگ بخار، زودپز به علت وجود فشار زياد گاز درون ظرف كه به راحتي اجازه تبخير به مايع را نمي دهد مي توان دماي مايع را بسيار بيشتر از نقطه جوش معمولي آن مايع بالا برد.

يعني هر چه فشار گاز بيشتر باشد نقطه جوش يك مايع افزايش مي يابد. اكنون عكس همين مطاب هم صادق است يعني اگر بتوانيم در يك ظرف فشار گاز را از حد استاندارد يك اتمسفر يا ۱۰۵*۰۱/۱ پاسكال يا ۷۶۰ ميلي متر جيوه پايينتر بياوريم مايع در دمايي كمتر مي جوشد به طوري كه تغييرات فشار هوا در يك جغرافيايي نقطه جوش آب را تا دو درجه سانتيگراد تغيير مي دهد.

آب خالص در شرايط استاندارد هم سطح دريا يعني فشار يك اتمسفر يا ۱۰۵*۰۱/۱ پاسكال در دماي cْ۱۰۰ مي جوشد در صورتي كه در يك ارتفاع پنج هزار پايي(حدود ۱۵۰۰ متر) فشار هوا به ۸۳/۰ اتمسفر كاهش مي يابد در نتيجه نقطه جوش آب نيز كاهش يافته و در cْ۹۵ مي جوشد.
مشكل چيست؟

مشكل اول اين است كه چون مفهوم فشار در كلاس دوم راهنمايي مورد بررسي قرار مي گيرد دانش آموزان كلاس اول راهنمايي هيچ تصور از وجود فشار هوا بر روي اجسام ندارند و هنگامي كه به آنها مي گوييم كه هوا بر روي تمام اجسام فشار و سنگيني وارد مي كند با اين سوال آنها مواجه مي شويم كه پس چرا اين فشار را حس نمي كنيم؟ و يا اينكه چرا اين سنگيني را نمي توانيم با ترازو اندازه بگيريم؟ كه علت ايجاد اين شبهات نوعي كج فهمي ادراكي در دانش آموزان مي باشد.

مشكل دوم: ايجاد شرايطي كه فشار هوا از حد معمول كمتر باشد تا بتوان اثر كاهش فشار هوا بر نقطه جوش آب را خود دانش آموزان بررسي كنند كمي مشكل است.
در اين تحقيق عملي اثر كاهش فشار بر نقطه جوش آب، در دو كلاس جدا با شرايط كاملا مشابه اما با دو روش متفاوت انجام مي شود و نتايج آن با تاكيد بر روش گروهي مورد بررسي قرار مي گيرد.

ويژگي گروههاي مورد پژوهش
در سال تحصيلي ۸۸-۱۳۸۷ در مدرسه شاهد المهدي شهرستان خمين مشغول تدريس در علوم تجربي در اين سال چهار كلاس پايه اول راهنمايي در اين آموزشگاه داير بود كه تدريس علوم تجربي دو كلاس ۳A و ۴A به عهده اينجانب بود.

هر كلاس داراي ۲۸ دانش آموز بود كه به طور يكسان براساس ميانگين معدل كلاس پنجم ابتدايي تقسيم بندي شده بود. به طوري كه در هر كلاس به طور مساوي دانش آموزاني با معدل عالي، خوب، متوسط حضور داشتند. و در درس علوم تجربي هر يك از اين دو كلاس به هفت گروه چهار نفري گروه بندي شده بودند.

گردآوري اطلاعات(شواهد ۱)
براي تدريس اثر كاهش فشار بر نقطه جوش آب در كلاس ۳A به اين صورت تئوري براي دانش آموزان توضيح داده شد كه عامل به وجود آورنده فشار هواي اطراف زمين نيروي گرانش زمين است و زمين همه اجسام و حتي هواي اطراف خود را به طرف زمين مي كشد و موجودات زنده در حقيقت در كف دريايي از هوا زندگي مي كنند. و هر چه از سطح زمين بالاتر برويم ضخامت لايه هوا كمتر مي شود در نتيجه سنگيني و فشار هوا نيز كمتر مي شود. سپس نقش و اهميت وجود فشار هوا براي تنفس آسان و جلوگيري از آسيب ديدن رگها در اثر فشار خون، بيان شد.

و براي اينكه ببينيم كاهش فشار چه اثري بر نقطه جوش دارد به اين صورت عمل شد كه ابتدا به هر گروه يك سرنگ بزرگ داده شد و در يك بشر مقداري آب گرم حدود cْ۶۰ تهيه كردم سپس از اعضاي هر گروه خواستم كه تا يك سوم سرنگ را از آب گرم پر كنند و با انگشت نوك سرنگ را نگه دارند و پيستون آن را به طرف عقب بكشند و خودم بر كار آنها نظارت مي كردم البته در بسياري از موارد آنها نمي توانستند دهانه سرنگ را نگه دارند و هوا وارد سرنگ مي شد و بنابراين از آنها مي خواستم آزمايش را تكرار كنند و در مواردي كه يك گروه آزمايش را درست انجام مي داد به آنها مي گفتم كه چند بار ديگر آن را تكرار كنند. پس از اين مرحله چند سوال از دانش آموزان پرسيدم:

سوال اول: چرا درون سرنگ جناب ايجاد مي شد؟
سوال دوم: چرا هنگامي كه دهانه سرنگ بسته بود پيستون سرنگ به سختي كشيده
مي شد؟
سوال سوم: چرا هنگامي كه دهانه سرنگ بسته بود با كشيدن و رها كردن سرنگ به جاي اول بر مي گردد؟
سوال چهارم: چگونه مي توان فشار هواي درون يك ظرف را كاهش داد؟
تحليل يافته هاي ۱
در پاسخ سوال اول چهار گروه علت تشكيل حباب را جوشيدن و سه گروه علت آن را ورود هوا به درون سرنگ مي دانستند.
۱۰۰ * ۴ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست
۱/۵۷ = =

۷ تعداد كل گروهها
يعني ۱/۵۷ درصد پاسخ صحيح دارند.
در پاسخ به سوال دوم سه گروه علت آن را وجود فشار هوا مي دانستند و سه گروه وارد نشدن هوا به داخل سرنگ و كاهش فشار هوا و يك گروه جوابي ندارند.
۱۰۰ * ۳ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست

۸/۴۲ = =
۷ تعداد كل گروهها
يعني ۸/۴۲ درصد پاسخ صحيح دارند.

در پاسخ به سوال سوم سه گروه علت آن را بيشتر بودن فشار هوا بيرون نسبت به فشار هواي درون سرنگ مي دانستند و دو گروه علت آن را كشيده شدن سرنگ توسط نيروي گرانش زمين مي دانستند و دو گروه بدون جواب بودند.
۱۰۰ * ۳ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست
۸/۴۲ = =

۷ تعداد كل گروهها
يعني ۸/۴۲ درصد پاسخ صحيح دادند.
در پاسخ به سوال چهارم چهار گروه بيان كردند كه بايد هواي داخل ظرف را خارج كرده دو گروه بيان نمودند كه اجازه ورود هوا به داخل ظرف را ندهيم و يك گروه بيان كرد كه بايد جاذبه زمين را از بين برد.
۱۰۰ * ۴ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست

۱/۵۷ = =
۷ تعداد كل گروهها
يعني ۱/۵۷ درصد پاسخ صحيح دادند.
برداشت از يافته هاي ۱

با بررسي يافته ها به اين نتيجه رسيدم كه در كلاس ۳A يادگيري كمتر از حد انتظارم بوده است و برداشتم اين بود كه دانش آموزان به خوبي مفهوم كاهش فشار را متوجه نمي شوند و بهتر ديدم ابتدا مفهوم افزايش فشار به دانش آموزان آموخته شود تا به قرينه مفهوم كاهش فشار را نيز متوجه شوند همچنين روش انجام آزمايش را به گونه اي تغيير دهم كه بعضي از معايب آن رفع شود.
لذا در كلاس ۴A همين عنوان درسي يعني اثر كاهش فشار بر نقطه جوش آب را به روش ديگري تدريس نمودم.
گردآوري اطلاعات(شواهد ۲)

براي تدريس اثر فشار بر نقطه جوش آب در كلاس ديگر يعني در كلاس ۴A مانند كلاس قبل ابتدا در مورد عامل به وجود آورنده فشار هوا و اهميت وجود فشار هوا و رابطه تغيير فشار با افزايش ارتفاع از سطح زمين مطالبي را براي دانش آموزان بيان كردم.

سپس براي آنكه دانش آموزان را با مفهوم تغيير فشار آشنا نمايم ابتدا سرنگي را پر از آب نمودم و آن را وارونه نگه داشتم به طبع آب آن خارج نمي شد و هر بار با نيروي بيشتري پيستون را فشار مي دادم سپس از دانش آموزان پرسيدم علت خارج شدن آب درون.

سرنگ چيست؟ تمام دانش آموزان علت آن را فشار وارد شده توسط دست به پيستون سرنگ مي دانستند سپس ضمن تاييد پاسخ آنها از آنها پرسيدم اكنون كه حركت پيستون به طرف داخل سرنگ باعث افزايش فشار به آب درون سرنگ مي شود اگر پيستون را بيرون بكشيم چه اتفاقي مي افتد تقريبا اكثر دانش آموزان به قرينه پاسخ دادند اين كار باعث كاهش فشار به آب داخل سرنگ مي شود.

سپس به آنها گفتم آزمايشي انجام دهيم تا ببينم كه با كاهش فشار آب درون سرنگ چه تغييري مي كند؟ و براي انجام آزمايش مواد و وسايل مورد نياز شامل: سرنگ بزرگ ۵۰ سي سي- انتهاي بريده يك ميخ كوچك- يك بشر بزرگ آب شير.
– مقدار كمي قير را به هر يك از هفت گروه كلاس دادم.

بعد در يك ظرف مقداري آب گرم حدود ۶۰ درجه سانتي گراد تهيه نمودم و به آن چند قطره جوهر نيز اضافه كردم تا آب رنگي شود.
بعد از هر گروه خواستم تا سرنگ را تا يك سوم حجم آن از آب رنگي پر كند سپس انتهاي بريده شده ميخ را در سوراخ نوك سرنگ قرار دهند و كمي قير به اطراف آن بچسبانند كه با اين كار هم هوا به داخل سرنگ كشيده نمي شود و هم ميخ نمي گذارد قير وارد سرنگ شود.
بعد از آن خواستم سرنگ محتوي آب رنگي و گرم را در درون آب بشر بزرگ ببرند و پيستون آن را محكم بكشند و چند لحظه آن را به همين حالت نگه دارند. در اين حالت آب درون سرنگ شروع به جوشيدن مي نمود و پس از چند لحظه قطرات بسيار ريز آب بر اثر ميعان بر روي ديواره سرنگ تشكيل مي شد.(شبيه عرق كردن شيشه)

پس از انجام آزمايش سوالهايي را كه از دانش آموزان كلاس قبلي پرسيده بودم از دانش آموزان اين كلاس نيز پرسيدم:
سوال اول: چرا درون سرنگ حباب ايجاد مي شد؟

سوال دوم: چرا هنگامي كه دهانه سرنگ بسته بود پيستون آن به سختي كشيده مي شد.
سوال سوم: چرا هنگامي كه دهانه سرنگ بسته بود با كشيدن و رها كردن آن پيستون به جاي اول بر مي گردد؟
سوال چهارم: چگونه مي توان فشار هواي درون يك ظرف را كاهش داد؟
تحليل يافته هاي ۲

در پاسخ سوال اول شش گروه علت اين پديده را جوشيدن آب درون سرنگ مي دانستند و يك گروه علت آن را ورود هوا به درون سرنگ بيان كردند.
۱۰۰ * ۶ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست
۷/۸۵ = =
۷ تعداد كل گروهها
يعني ۷/۸۵ درصد پاسخ صحيح دارند.
در پاسخ به سوال دوم پنج گروه علت آن را كاهش فشار هوا مي دانستند و دو گروه علت آن را فشار آب مي دانستند كه به سرنگ وارد مي شود.
۱۰۰ * ۵ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست
۴/۷۱ = =
۷ تعداد كل گروهها
يعني ۴/۷۱ درصد پاسخ صحيح دارند.
در پاسخ به سوال سوم شش گروه علت آن را بيشتر بودن فشار هواي بيرون نسبت به فشار هواي درون سرنگ مي دانستند و يك گروه علت آن را كشيده شدن پيستون سرنگ توسط نيروي گرانش زمين مي دانستند.
۱۰۰ * ۶ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست
۷/۸۵ = =
۷ تعداد كل گروهها
يعني ۷/۸۵ پاسخها درست بود.
در پاسخ به سوال چهارم شش گروه گفتند گه بايد هواي داخل ظرف را خارج كنيم و يك گروه بيان كردند كه بايد اجازه ورود هوا به داخل ظرف داده نشود.
۱۰۰ * ۶ ۱۰۰ * تعداد گروهها با پاسخ درست
۷/۸۵ = =
۷ تعداد كل گروهها
يعني ۷/۸۵ درصد پاسخها درست بود.
برداشت از يافته هاي ۲
با مقايسه نتايج بدست آمده از دو روش تدريس متفاوت كه در كلاس ۳A و ۴A انجام شد به خوبي مشخص مي شود كه ميزان يادگيري در كلاس ۴A بسيار مطلوبتر از ميزان يادگيري در كلاس ۳A بوده است.
لذا مي توان نتيجه گيري نمود كه اگر شرايط انجام يك آزمايش را به گونه اي تغيير دهيم كه عواملي كه باعث بروز خطا در يادگيري دانش آموزان مي شود حذف شوند ميزان يادگيري به نحو مطلوبي افزايش مي يابد. مثلا براي اينكه ذهنيت ورود هوا به درون سرنگ در فراگيران ايجاد نشود عمل تخليه هوا و كاهش فشار هوا را در درون يك ظرف آب انجام مي دهيم.

فهرست منابع و ماخذ:
۱- دكتر قاسمي پويا، اقبال- راهنمائي معلمان پژوهنده نشر اشاره ۱۳۸۲٫
۲- رشد آموزش شيمي، دوره بيست و دوم بهار ۱۳۸۸٫
۳- فيزيك(۲) و آزمايشگاه ۲/۲۲۶
۴- رشد آموزش راهنمايي تحصيلي سال هفتم شماره مسلسل ۲۵
۵- www.daneshnameh.roshd.ir
6- www.tebyan.net
7- www.olympiadelmi.ir /sab-file/shimi/1/F3/shime-1-F3.htm