El sistema Sol - Terra: idees prèvies i estratègies tè d ensenyament

Transcripción

1 "El goig d'ensenyar ciències" 1r Memorial Antoni Vilaseca CIÈNCIES DE LA TERRA: Propostes per treballar a l'aula, al laboratori i al camp 22 maig 2014 El sistema Sol - Terra: idees prèvies i estratègies tè d ensenyament Joan Bach joan.bach@uab.cat Dpt. Geologia. UAB Materials produïts per: Joan Franch i Joan Bach cat/index php/ect/article/view/89009/

2 Introducció Temes de ciències - no arriben a formar part de la cultura científica dels alumnes quan acaben l ESO. Coneixement bàsic d'un model del sistema Sol-Terra, que permeti respondre a les preguntes relatives al per què de les estacions i les seves conseqüències? Marc: Formació de professors de primaria i infantil Facultat de CCEE de la UAB. Assignatura obligatòria de ciències: Temes bàsics de ciències - 40 h, 1r curs Actualment: Societat, Ciència i Cultura 30h (15 T+15P), 1r curs 4 2

3 Objectius Presentar els resultats obtinguts sobre les idees prèvies dels alumnes de magisteri. Donar a conèixer les activitats dissenyades per produir el canvi de model. Suggerir l'adaptació d'algunes activitats a altres nivells educatius -ensenyament secundari obligatoriper ajudar aimpartir el model Sol-Terra vigent i incorporar-lo a la cultura científica dels ciutadans. 5 IDEES PREVIES DELS ALUMNES La detecció de les idees prèvies es va dur a terme a partir del qüestionari dissenyat per De Manuel (1995) amb algunes petites modificacions: 6 3

4 IDEES PREVIES DELS ALUMNES Resultats: Total Pregunta nº 2 % % % % % % % % % % Respuesta aceptable Distancia de la Tierra al Sol Distancia e inclinación tierra Otras Total alumnos encuestados Curso Total Pregunta nº 1 % % % % % % % % % % A B C No responden Total alumnos encuestados La resposta majoritària en aquest cas està relacionada amb el concepte de rotació terrestre, correspon a un 28% de mitjana, però arriba a assolir el 43%. De fet, utilitzen la rotació per continuar referint-se a la distància. Així, una resposta tipus d'aquesta concepció és: "Perquè en girar la Terra sobre ella mateixa en diferents parts d'ella, depenent de Cursola seva situació o hemisferi, tindran estacions diferents, per la seva proximitat o llunyania del Sol" encara que els alumnes tinguin un Curso model d'òrbita terrestre correcte no és Total Pregunta nº 3 % % % % % % % % % % suficient per entendre el Respuesta perquè aceptable de les 22 estacions i 22 fins 19 i tot 33 l'ús 12 de 20 dibuixos Distancia de la Tierra al Sol que representen òrbites molt excèntriques, per reforçar aquest concepte, Distancia e inclinación tierra interpretem que pot ser Rotación perjudicial terrestre per 30 entendre que 24 la 32 distància no 43 és 24 el 28 Rayos solares más intensos factor determinant según hemisferio Otras No responden Total alumnos encuestados IDEES PREVIES DELS ALUMNES En resum, els resultats obtinguts reflecteixen que els estudiants de primer curs de magisteri tenen de mitjana: un model d'òrbita el líptica amb el Sol situat en un dels seus focus recorren a la concepció de la variació de la distància Sol-Terra, per explicar l'existència d'estacions; en situacions més complexes, combinen la concepció anterior amb altres, rotació terrestre, inclinació de l'eix de la Terra,... En els nou cursos d'aplicació del qüestionari s'ha obtingut una mitjana d'un 12% de respostes acceptables en la pregunta n º 2 i un 21% a la pregunta n º 3. Així doncs, els continguts d'aquest tema impartits en l'ensenyament primari i la secundària només han aconseguit: que els alumnes tinguin el model d'òrbita el líptica, però no que sàpiguen utilitzar la inclinació de l'eix terrestre i l'angle d'incidència dels raigs solars per justificar les diferències estiu-hivern 8 4

5 5

6 ACTIVITATS DISSENYADES Davant la situació reflectida a partir de les idees prèvies, l'estratègia seguida va abordar diferents aspectes: Presentar situacions que permetin evidenciar que la concepció dominant: la variació de la distància Terra-Sol no és vàlida per explicar les observacions que podem fer buscar la confrontació amb les seves pròpies òi idees (anàlisi i de les respostes al qüestionari). Exposar els elements teòrics necessaris del sistema Sol-Terra per poder realitzar modelitzacions. Treballar models a escala reduïda que reforcin els conceptes d'inclinació de l'eix terrestre i angle d'incidència dels raigs solars que, com s'ha comprovat, són més difícils de fixar. Fomentar les observacions de la trajectòria aparent del Sol i relacionar-les amb les previsions que els models ens permeten realitzar Resoldre problemes amb els models a escala reduïda que permetin relacionar els resultats obtinguts amb observacions realitzables en la nostra vida quotidiana, nombre d'hores de llum en una situació de solstici, hora de sortida i posta del Sol, alçada del Sol al migdia. 12 6

7 Anàlisi de les respostes al qüestionari Quina et penses que és la raó del per què fa calor a l estiu i fred a l hivern? Si et penses que és perquè la Terra està més a prop del Sol! Llavors per què és el 3 de gener quan la Terra està més propera al Sol? i Per què a l hemisferi sud tenen l estació oposada a l hemisferi nord? Com és l orbita de la terra al voltant del sol? Equinocci de primavera 21 de març Periheli Solsctici d estiu 21 de juny Afeli 3 gener Focus de l'el lipse Solsctici d hivern 22 de desembre 4 juliol Equinocci de tardor 23 de setembre 7

8 Quines observacions ha d explicar el nostre model? L existència de les estacions: Perquè fa fred a l hivern i calor a l estiu? Perquè en alguns indrets del planeta es parla del Sol de mitjanit. Perquè es veuen diferents constel lacions zodiacals segons l època de l any. Quina és la trajectòria del Sol damunt de l horitzó?: Les variacions d alçada del Sol. La durada desigual del dia i la nit en un lloc del planeta segons les seves coordenades. Les variacions dels punts de sortida i posta (Azimut) 15 Sortida del Sol des de Llançà (Alt Empordà) 8

9 Elements teòrics Moviments de la Terra que intervenen en el model inicial Equinocci de primavera Rotació Translació 21 de març Periheli 3 gener Solsctici d estiu S d 21 de juny Afeli Focus de l'el lipse d 4 juliol Període de rotació 24 h Equinocci de tardor Període de 23 translació de setembre = 365 1/4 dies Com viatge la terra al voltant del sol? Estrella polar Sol Pla de l eclíptica Pla de l equador Eix de rotació 9

10 Com viatge la terra al voltant del sol? Estel polar Com a conseqüència de mantenir-se paral lel a si mateix durant tot el moviment de translació, l eix de rotació de la terra apunta durant tot l any aproximadament al mateix punt de l espai. En aquest punt hi ha un estel força brillant: l estel polar. Aquest estel ha estat utilitzat des de fa molt de temps com a referència per navegants i astrònoms Com viatge la terra al voltant del sol? 10

11 Com viatge la terra al voltant del sol? Eclíptica Pla de l eclíptica 23,5º Com viatge la terra al voltant del sol? Vist des d una altra perspectiva 11

12 L angle d incidència dels raigs del Sol 1 KW/m 2 1 KW/m 2 1 m 2 2 m 2 L angle d incidència dels raigs del Sol Variació de la insolació, segons l angle d incidència dels raigs del sol. Raigs obliqües Raig vertical Raigs obliqües 12

13 La il luminació de la terra i les estacions 23,5º La il luminació de la terra i les estacions Pla de l eclíptica 23,5º 23,5º 13

14 La il luminació de la terra i les estacions 21 de desembre: solstici d hivern Nord: Hivern Sud: Estiu La il luminació de la terra i les estacions 21 de juny: solstici d estiu Nord: Estiu Sud: Hivern 14

15 La il luminació de la terra i les estacions La il luminació de la terra i les estacions 15

16 La il luminació de la terra i les estacions 21 de març i 22 de setembre: equinoccis Nord: Primavera o Tardor Sud: Tardor o Primavera La il luminació de la terra i les estacions 21 de març 21 de juny 21 de dec. 22 de set. 16