Μη γραμμικά δυναμικά συστήματα στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών

PDF (ελληνικά)
Published: Jan 1, 2013
Δημήτρης Σταύρου
Παιδαγωγικό Τμήμα Δημοτικής Εκπαίδευσης, Πανεπιστήμιο Κρήτης
Abstract

Στην παρούσα εργασία γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση ερευνών που υλοποιήθηκαν στο πλαίσιο του προγράμματος «Διδακτική Αναδόμηση μη Γραμμικών Δυναμικών Συστημάτων». Στόχο των ερευνών αυτών αποτελεί η διερεύνηση της δυνατότητας να διδαχθούν βασικές ιδέες ντετερμινιστικού χάους, αυτοοργάνωσης και φράκταλ και η καταγραφή των αντίστοιχων διαδικασιών μάθησης. Τα ερευνητικά δεδομένα είναι ενθαρρυντικά για τη διδασκαλία μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων και παρέχουν κατευθυντήριες γραμμές, που μπορούν να αξιοποιηθούν σε μια ενδεχόμενη εισαγωγή μια τέτοιας θεματικής στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών.

Article Details
  • Section
  • Articles
Downloads
Download data is not yet available.
References
Adams, H.M., & Russ, J.C. (1992). Chaos in the classroom: Exposing gifted elementary school children to chaos and fractals. Journal of Science Education and Technology, 1, 191-209.
Bae, S. (2009). Chaos: a topic for interdisciplinary education in physics. European Journal of Physics, 30, 677-684.
Bell, T. (2004). Komplexe Systeme und Strukturprinzipien der Selbstregulation im fächerübergreifenden Unterricht – eine Lernprozessstudie in der SII [Διδασκαλία πολύπλοκων συστήματα και δομικών αρχών αυτορρύθμισης σε διεπιστημονικό πλαίσιο – Μια μελέτη των διαδικασιών μάθησης σε μαθητές Λυκείου]. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 10, 162-180.
Bunde, A., & Havelin, S. (1994). Fractals in science. Berlin: Springer.
Βücker, N., & Stavrou, D. (2006) Strukturen: Zufall trifft Naturgesetz [Δομές: Η τυχαιότητα συναντά το φυσικό νόμο] Naturwissenschaften im Unterricht, Physik, 17, 32-37.
Capra, F. (1996). Lebensnetz [Το δίκτυο της ζωής]. Bern, Scherz
Chacón, R., Batres, Y., & Cuadros, F. (1992). Teaching deterministic chaos through music. Physics Education, 27, 151-154.
Crutchfield, J.P., Farmer, J.D., Packard, N.H., & Shaw, R.S. (1986). Chaos. Scientific American 255, 38-49.
Dimitriadi, K., & Halkia, K. (2012). Secondary students’ understanding of basic ideas of special relativity. International Journal of Science Education, 34, 2565–2582.
Duit, R., & Komorek, M. (1997). Understanding the basic ideas of chaos-theory in a study of limited predictability. International Journal of Science Education, 19, 247-264.
Duit, R., Komorek, M., & Wilbers J. (1997). Studies on educational reconstruction of chaos theory. Research in Science Education, 27, 339-357.
Duit, R., Gropengießer, H., Kattmann, U., Komorek, M., & Parchmann, I. (2012). The Model of Educational Reconstruction – A framework for improving teaching and learning science. In D. Jorde & J. Dillon (eds.), The World Handbook of Science Education – Handbook of Research in Europe (pp. 13-37). Rotterdam, Taipei: Sense Publisher.
Hedrich, R. (1999). Physik, Philosophie und komplexe Systeme [Φυσική, φιλοσοφία και πολύπλοκα συστήματα]. Praxis der Naturwissenschaften – Physik, 48, 4, 2-5.
Kalkanis, G., Hadzidaki, P., & Stavrou, D. (2003). An instructional model for a radical conceptual change towards quantum mechanics concepts. Science Education, 87, 257-280.
Komorek, Μ. (2005). Lehren und Lernen nichtlinearer Physik – eine Didaktische Rekonstruktion [Διδασκαλία και Μάθηση μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων – μια Διδακτική Αναδόμηση]. Habilitationsschrift, University of Kiel.
Komorek, M., & Duit, R. (2004). The teaching experiment as a powerful method to develop and evaluate teaching and learning sequences in the domain of non-linear systems. International Journal of Science Education, 26, 619-633.
Komorek, M., Duit, R., Bücker, N., & Naujack, B. (2001). Learning process studies in the field of fractals. In H. Behrendt, H. Dahncke, R. Duit, W. Gräber, M. Komorek, A. Kross, & P. Reiska (eds.), Research in Science Education – Past, Present and Future (pp. 95-100). Dordrecht: Kluwer.
Komorek, M., & Kattmann, U. (2009). The model of educational reconstruction In S. Mikelskis-Seifert, U. Ringelband & M. Brückmann (eds.), Four decades of research in science education – From curriculum development to quality improvement (pp.171-188). Münster: Waxmann.
Komorek, M., Stavrou, D., & Duit, R. (2003). Nonlinear physics in upper physics classes: Educational Reconstruction as a frame for development and research in a study of teaching and learning basic ideas of nonlinearity. In D. Psillos, P. Kariotoglou, V. Tselfes, E. Hatzikraniotis, G. Fassoulopoulos & M. Kallery (eds.), Science Education Research in the Knowledge Based Society (pp.269-276), Dordrecht: Kluwer.
Komorek, M., Wendorff, L., & Duit, R. (2002). Expertenbefragung zum Bildungswert der nichtlinearen Physik [Απόψεις ειδικών για την εκπαιδευτική αξία μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων]. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 8, 33-51.
Kuhn, W. (1994). Historische Entwicklungslinien der Chaos-Vorstellungen [Ιστορική Εξέλιξη των Ιδεών για το Χάος]. Computer und Unterricht, 14, 54-60.
Laws, P. W. (2004). A unit on oscillations, determinism and chaos for introductory physics students. American Journal of Physics, 72(4), 446-452.
Mandelbrot, B.B. (1983). The fractal geometry of nature. New York: Freeman.
Mayring, P. (2000). Qualitative Inhaltsanalyse [Ποιοτική ανάλυση περιεχομένου]. Weinheim: Deutscher Studien Verlag.
Nicolis, G. (1989). Physics of far-from-equilibrium systems and self-organisation. In P. Davies (ed.), The New Physics (pp. 316-347). Cambridge: University Press.
Nicolis, G., & Prigogine, I. (1977). Self-organization in nonequilibrium systems. New York: Wiley.
Nordmeier, V., & Schlichting, H.J. (1997). Nichtlineare Physik und Physikunterricht - eine Bestandsaufnahme: 35 Experimente zu Synergetik, Fraktalen & Chaos. In: H. Berehndt (ed.), Zur Didaktik der Physik und Chemie – Probleme und Perspektiven (pp. 391-396). Alsbach: Leuchtturm.
Prigogine, I. (1980). From being to becoming. San Francisco: Freeman.
Sander, L. M. (1989). Fraktales Wachstum [Φράκταλ ανάπτυξη]. In H. Jürgens (ed.), Chaos und Fraktale (pp. 120 -126). Heidelberg: Spektrum der Wissenschaft.
Schuster, G.H. (1989), Deterministic Chaos. Weinheim: VCH
Shabajee, P., & Postlethwaite, K. (2000). What happened to modern physics? School Science Review 81, 51-55.
Schlichting, H. J. (1993). Naturwissenschaften zwischen Zufall und Notwendigkeit [Φυσικές Επιστήμες μεταξύ τυχαιότητας και αναγκαιότητας]. Praxis der Naturwissenschaften - Physik 42, 1, 35-44.
Stavrou, D. (2004). Das Zusammenspiel von Zufall und Gesetzma¨ßigkeiten in der nichtlinearen Dynamik. Didaktische Analyse und Lernprozesse [The interplay of chance and deterministic laws in nonlinear systems. Educational analysis and learning processes]. Berlin: Logos.
Stavrou, D., Assimopoulos, S. & Skordoulis, C. (2013). A unit on deterministic chaos for student teachers. Physics Education, 48, (3), 355-359.
Stavrou, D., & Duit, R. (2013). Teaching and learning the interplay between chance and determinism in nonlinear systems. International Journal of Science Education, DOI:10.1080/09500693.2013.802056.
Stavrou, D., Duit, R., & Komorek, M. (2008). A teaching and learning sequence about the interplay of chance and determinism in nonlinear systems. Physics Education, 43(4), 417 – 422.
Strauss, A., & Corbin, J. (1990). Basics of qualitative research. Newbury Park, CA: Sage.
Strizhak, P., & Menzinger, M. (1996). Non-linear dynamics of the BZ reaction: A simple experiment that illustrates limit cycles, chaos, bifurcation, and noise. Journal of Chemical Education, 73(9), 868-873.
Vacc, N.N. (1999). Exploring fractal geometry with children. School Science and Mathematics, 99(2), 77-82.
Van Hook, S.J., & Schatz, M.F. (1997). Simple demonstrations of pattern formation. The Physics Teacher, 35(10), 391-395.
Velarde, M.G., & Normand, C. (1989). Konvektion [Διάδοση θερμότητας με μεταφορά]. In H. Jürgens (ed.), Chaos und Fraktale (pp. 38-51), Heidelberg: Spektrum der Wissenschaft.
Witten, T.A., & Sander, L.M. (1981). Diffusion-limited aggregation, a kinetic critical phenomenon. Physics Review Letters, 47(19), 1400-1403.
Witten, T.A., & Sander, L.M. (1983). Diffusion-limited aggregation. Physical Review B, 27(9), 5686-5697.
Ασημόπουλος Σ., Σταύρου Δ., & Σκορδούλης Κ. (2009). Εκπαιδεύοντας Φοιτητές του Π.Τ.Δ.Ε. σε σύγχρονες Θεωρίες της Φυσικής. Στο Π. Καριώτογλου, Α. Σπύρτου & Α. Ζουπίδης (επιμ.), Πρακτικά 6ου Πανελληνίου Συνεδρίου Διδακτικής των Φυσικών επιστημών και Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση - Οι πολλαπλές προσεγγίσεις της διδασκαλίας και της μάθησης των Φυσικών Επιστημών (σ. 216-223), Ανακτήθηκε στις 29 Ιουνίου 2013 από http://www.uowm.gr/kodifeet/?q=el/node/213
Σκορδούλης, Κ. (2013). Φράκταλς, Χάος, Πολυπλοκότητα: Διδακτικές Προσεγγίσεις. Στο Δ. Βαβουγιός & Σ. Παρασκευόπουλος (επιμ.), Πρακτικά 8ου Πανελληνίου Συνεδρίου Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών και Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση (σελ. 21-29), Βόλος: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Σταύρου Δ. (2006). Διδασκαλία της αλληλεπίδρασης τυχαιότητας και ντετερμινιστικών νόμων στα μη γραμμικά δυναμικά συστήματα: συσχέτιση θεωρητικών και εμπειρικών δεδομένων. Στο Ε. Σταυρίδου (επιμ.), Διδακτική των Φυσικών Επιστημών: Μέθοδοι και Τεχνολογίες Μάθησης, 3ο Πανελλήνιο Συνεδρίου της Ε.ΔΙ.ΦΕ (σ. 245-252), Αθήνα: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών
Σταύρου, Δ., & Ασημόπουλος, Σ. (2011). Μη γραμμικά δυναμικά συστήματα στην εκπαίδευση. Στο Γ. Παπαγεωργίου & Γ. Κουντουριώτης (επιμ.), Πρακτικά 7ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών και Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση – Αλληλεπιδράσεις Εκπαιδευτικής Έρευνας και Πράξης στις Φυσικές Επιστήμες (σ. 138- 145), Αλεξανδρούπολη: Πανεπιστήμιο Θράκης.