Podpora pre fyziku eransk Peter Katedra fyziky Pedagogickej

Podpora pre fyziku Čerňanský Peter Katedra fyziky Pedagogickej fakulty Trnavskej univerzity pcernan@truni. sk

Zameranie na kompetencie • Identifikácia a správne používanie pojmov Žiak správne používa fyzikálne pojmy: merateľných veličín, kvalitatívnych charakteristík a vlastností, javov a procesov, prírodných objektov, modelových (teoretických) objektov, metateoretických objektov. Žiak chápe význam pojmov a vie ich aktívne používať.

• • Kvalitatívny a kvantitatívny opis objektov, systémov, javov a ich klasifikácia. Žiak dokáže napr. klasifikovať druhy pohybov, klasifikovať látky z hľadiska elektrickej vodivosti, teplotnej rozťažnosti, hustoty, magnetických vlastností Vysvetľovanie a predvídanie javov a kauzálnych súvislostí. Žiak dokáže určiť napr. prečo sa niektoré telesá vo vode ponoria a iné nie, prečo niektoré látky vedú elektrický prúd, žiak predpovie, ako sa zmení dĺžka či objem telesa pri danej zmene jeho teploty.

• Grafické vnímanie, tvorba a interpretácia grafov, tvorba a interpretácia schém a náčrtov. Žiak vie zostrojiť grafy závislosti dráhy od času, rýchlosti od času. Zostrojí voltampérové charakteristiky kovových vodičov a diód. Podľa schémy zapojí elektrický obvod, podľa reálneho elektrického obvodu nakreslí jeho schému.

• Aplikácia poznatkov, použitie fyzikálnych zákonov na riešenie problémov z praxe, riešenie výpočtových a problémových úloh. Žiak využíva poznatky o vzájomných premenách rôznych foriem energie a ich prenosu pri riešení konkrétnych problémov a úloh, určí v jednoduchých prípadoch teplo prijaté či odovzdané telesom. Zhodnotí výhody a nevýhody využívania rôznych energetických zdrojov z hľadiska vplyvu na životné prostredie.

• Pozorovanie, experimentovanie, meranie. Žiak zmeria vhodne zvolenými meracími prostriedkami niektoré dôležité fyzikálne veličiny charakterizujúce látky a telesá, zmeria veľkosť pôsobiacej sily, rozlíši jednosmerný prúd od striedavého a zmeria elektrický prúd a napätie. Napríklad pozorovaním demonstračného fyzikálneho experimentu, ktorý vykoná učiteľ, sa môžu rozvíjať alebo upevňovať senzorické schopnosti spojené so získavaním empirických (zmyslových) údajov. Realizáciou žiackych experimentov sa môžu rozvíjať a upevňovať i senzomotorické schopnosti spojené s realizáciou alebo prípravou fyzikálnych experimentov.

Niekoľko poznámok • Efektívnosť učenia a fixácia vedomostí – motivácia • Motivácia – dynamizujúce odhodlanie • Motivácia – podľa Smitha nestačí – treba zmysluplný obsah • Zmysluplnosť – spojená so známym a pre žiaka zvládnuteľným

• Motivácia vo fyzike – kuriozity, paradoxy, experiment, IKT • Kompetencie – možno dosiahnuť len aktivitami (podporené aj Wiemanovým zistením) • Zameranie podpory na – Projekty – Experimentovanie – Práca s apletmi

Zadanie úlohy Hustotu kvapaliny možno merať tak, že na váhach zmeriame jej hmotnosť a odmerným valcom jej objem. Podiel hmotnosti a objemu určuje hustotu. Môžeme ju zmerať aj priamo hustomerom. Viete, že ju možno merať aj obyčajným pravítkom? (Dať priestor na premýšľanie a nápady) Na konce ľahkej pevnej tyčky zavesíme dve rovnaké telieska (napr. hliníkové guľôčky). Každé teliesko ponoríme do inej nádoby (pozri obrázok)

Obrázok meracieho zariadenia

Ľavá nádoba je naplnená vodou, pravá kvapalinou neznámej hustoty. Tyčku (ktorej hmotnosť je malá a nemá vplyv na výsledok merania) posúvame po závese tak, aby zaujala vodorovnú polohu. • Pravítkom sme zmerali, že pomer úsekov tyčky na jednotlivých stranách od bodu závesu je x : y = 2 : 3. Vypočítajte hustotu neznámej kvapaliny, ak hustota hliníka je ρ1= 2 700 kg/m 3 a hustota vody ρ0= 1 000 kg/m 3.

Riešenie: • Analýza problému: – rovnováha na páke – Identifikácia síl pôsobiacich na guľôčky – Vyjadrenie síl • Sily na ľavú guľôčku: Ťiažová: FLT = ρ1 Vg Vztlaková: FLV = ρ0 Vg Celková: FLT = (ρ1 - ρ0)Vg

• Sily na pravú guľôčku: Ťiažová: FPT = ρVg Vztlaková: FPV = ρ0 Vg Celková: FPT = (ρ - ρ0)Vg • Rovnováha na páke: FLT. x = FPT. y (ρ1 - ρ0)Vg. x = (ρ - ρ0)Vg. y ρ = (ρ1 - ρ0)x/y + ρ0

Ďalšie aktivity: • Vyjadrite graficky závislosť hustoty ρ od pomeru x/y a z grafu zistite, akú hustotu má kvapalina pre ktorú sa pomer x/y rovná 4/3 • Doma si zostrojte také zariadenie na meranie hustoty kvapalín • Podľa zostrojeného grafu vyznačte priamo na tyčku merané hustoty

Záver • Úloha: Popremýšľajte, ktoré kompetencie sú uvedenou úlohou rozvíjané. • Na osvojenie si akejkoľvek kompetencie je potrebné žiaka vtiahnuť do aktivít podporujúcich rozvíjanie príslušnú kompetenciu. • Výborným prostriedkom na to sú aplety, ktoré možno nájsť na internete • Predtým je však vhodné príslušný aplet preveriť po fyzikálnej aj metodickej stránke.

Dodatok: POHYBOVÁ ENERGIA TELESA alebo O sile pohybu

Experimentujte Pohybujúci sa vozík narazí do vozíka v pokoji a uvedie ho do pohybu. Pri náraze pohybujúci sa vozík vykoná prácu.

Experimentujte Pohybujúce sa teleso má pohybovú (kinetickú) energiu. Pri náraze pohybujúci sa vozík odovzdá pohybovú energiu inému vozíku vykonaním práce.

Experimentujte Rýchlejší vozík pri náraze vykoná väčšiu prácu. Jeho pohybová energia pred nárazom je väčšia ako pohybová energia pomalšieho vozíka. Pohybová energia telesa je väčšia, ak sa pohybuje väčšou rýchlosťou.

Experimentujte Vozík s väčšou hmotnosťou pri náraze vykoná väčšiu prácu. Jeho pohybová energia pred nárazom je väčšia ako pohybová energia vozíka s menšou hmotnosťou. Pohybová energia telesa závisí od hmotnosti telesa.

Analýza toho, čo ponúka aplet. Rozvíja: • Digitálnu kompetenciu – prácou v príslušnom prostredí • Matematickú kompetenciu – kvantitatívnou analýzou môže smerovať k matematickému vyjadreniu kinetickej energie • Kompetenciu v oblasti vedy – vedie k definícii pojmu; vedeckému poznatku zákona zachovania energie; rozvíja vedecké metódy

Čo ponúka navyše? • Kritickú analýzu apletu z hľadiska jeho korešpondencie s realitou • Konfrontáciu našich teoretických poznatkov s tým, čo na aplete vidíme Pozrime si poslednú animáciu znova!

Experimentujte Vozík s väčšou hmotnosťou po náraze zastal. Pri skutočnom náraze tak nie je!

Porovnaním so skúsenosťou zistíme, že čosi nie je v poriadku • Zo skúsenosti vieme, že po náraze pohybujúceho sa hmotnejšieho telesa na stojace menej hmotné teleso sa hmotnejšie teleso nezastaví, ale bude sa ďalej pohybovať menšou rýchlosťou. • Teoretickou analýzou zistíme, že jeho zastaveniu bráni ďalší fundamentálny zákon dynamiky – zákon zachovania hybnosti.

Implikácie z predchádzajúcich zistení • Snaha o názornosť môže zviesť na falošnú cestu • Poznanie, že pri vedeckej práci treba všetko podrobovať kritickej analýze – nutnosť pestovania kritického myslenia • Aj falošná cesta môže byť pre poznanie veľmi inštruktívna a vhodne využiteľná vo vzdelávaní

Záver dodatku : Aj pomocou takýchto animácií, zjavne odporujúcich realite, a teda aj základným zákonom fyziky, môžeme prehlbovať kompetenciu v oblasti vedy. Súčasne nadproduktom tohto postupu je aj pestovanie kritického myslenia študentov. Kritické myslenie však nie je len súčasťou vedeckej metodológie, ale je aj podstatným atribútom občianskej kompetencie.

Ďakujem za pozornosť!