Szakmódszertan
A KÖZLEKEDÉS FIZIKÁJÁNAK FELDOLGOZÁSA, BEMUTATÁSA INTERAKTÍV MÓDZSERTANI ESZKÖZÖKKEL Mészáros Péter Mobilis Interaktív Kiállítási Központ, Győr,
[email protected], az ELTE Fizika Tanítása doktori program hallgatója ÖSSZEFOGLALÁS Az interaktív science centerek célja a nagyvilágban és Magyarországon is a szórakoztatáson túl az élményszerű ismeretszerzés, az érdeklődés felkeltés, a kreativitás, innovatív gondolkodás kialakítása. A győri Mobilis Interaktív Kiállítási Központ a közlekedés tematikáján keresztül hozza közelebb a műszaki és természettudományokat a diákokhoz és felnőttekhez, nem formális oktatási módszereket alkalmazva egy speciális tanulási környezetben, inspiráló eszközökkel, tevékenységekkel, tartalmakkal. SCIENCE CENTEREK ÉS A MOBILIS A science centerek külföldön évtizedek óta nagy népszerűségnek örvendenek. A legelső 1969-ben, San Franciscoban jött létre, Frank Oppenheimer vezetésével, Exploratorium néven. Az amerikai kontinensen és Nyugat-Európában az 1980-as évek végére terjedtek el a szórakoztató, interaktív tudományos ismeretterjesztés és a nem formális tanulás intézményei. Magyarországon a hetvenes évek első éveitől Öveges József szorgalmazta a természettudományi játszóházak létrejöttét, de csak jóval halála után, az 1990-es évektől alakultak meg a különböző interaktív, tudományos, kísérleti bemutató központok. Az övegesi elvek, hagyományok sorát a Csodák Palotája nyitotta, 1996-os állandó helyű kiállításával. Ez szolgál ma is mintául és viszonyítási alapként a legtöbb hazai tudományos játszóház kialakításában, illetve a potenciális látogatók körében a Csodák Palotája név önmagában definícióként szolgál egy-egy új intézmény tevékenységére. A teljesség igénye nélkül – mivel jelen pillanatban is vannak tervezés, kivitelezés alatt ilyen központok – meg kell említeni a Pannon Csillagdát (Bakonybél), a Varázskuckót (Debrecen), a Varázstornyot (Eger), a Futurát (Mosonmagyaróvár), a Csodák Pécsi Palotáját (Pécs), a Titokszobát (Piliscsév), a Csoda Tornyot (Szeged). Ebbe a felsorolásba illeszkedik a 2012. március 15-én nyílt a Mobilis Interaktív Kiállítási Központ. Szaknyelvi elnevezéssel science centernek nevezzük. Részt vettem a Mobilis-projekt előkészítésében (interaktív eszközök tervezése, eszközbeszerzések, tevékenységi profil kialakítása, pedagógiai program írása), és jelenleg szakmai vezetőként a tartalmak és tevékenységek meghatározását végzem. A Mobilis ugyanakkor nem illeszkedik teljesen a hazai tudományos játszóházak sorába, mert a megközelítési iránya más. Európa első, közlekedésre tematizált tudományos játszóházaként az autó-jármű-közlekedés szűknek látszó, de tudományos modellalkotásra, általános természettudományi elvek felismertetésére rendkívül alkalmas területet választotta ki fókuszául. A közlekedésen keresztül nyitni lehet a fizika összes főbb témaköre felé, kémiai, biológiai, tudomány- és technikatörténeti, technológiai, logisztikai, gazdasági, társadalmi problémák felé. Ellenben a legtöbb külföldi és az összes magyarországi interaktív
323
Szakmódszertan tudományos játszóház az általános természettudományok felől közelít a konkrét alkalmazások, technikai megoldások irányába. A MOBILIS JELLEMZÉSE, CÉLJAI A kifejezetten science center célra tervezett épületben 1200 m2 az interaktív kiállítás, kísérleti bemutató és foglalkoztató terekkel. Az alapvető és általános cél a kézzel fogható, kipróbálható, játékos kísérleti eszközök segítségével tervezési, technológiai folyamatok és természettudományi jelenségek bemutatása, motiválóan, élményeken keresztül, a szórakoztatva tanulás segítségével, miközben az alkotóvágyat, a kíváncsiságot, a kreativitást is felkeltjük. Másodlagos, de nem kevésbé jelentős cél a diákok felé a nem formális oktatás támogatása élmény- és tevékenység alapú tanulással, a pedagógusoknak pedig módszertani segítségadással. A természettudományos szemléletformálás, a középfokú és felsőfokú pályaorientáció, az iskolai tananyag és módszertan kiegészítése, a tehetséggondozás irányába való elmozdulás is kiemelt pedagógiai célok. Általánosságban elmondhatjuk, hogy a Mobilis egy különleges hálózatot épít a közoktatás, a felsőoktatás, a gazdaság, az ipar, a turisztika szolgáltatói és megrendelői szereplői között, de nem átvéve a szerepüket. Elsődleges célcsoportunk a pályaorientációs elvek miatt a tizenévesek korosztálya, de mindenki találhat élményt és információt az eszközökben, tevékenységekben. Egyének, családok, óvodai, általános- és középiskolai osztályok, egyetemisták, szakmai látogatók is megelégedéssel használják a Házat. ESZKÖZTERVEZÉSI ALAPELVEK A 74 darab interaktív kísérleti eszköz tervezését és kivitelezését közbeszerzésen a londoni Science Projects Ltd nyerte el. Nekik van olyan interaktív eszköz tervezői módszertani tapasztalatuk, amely Magyarországon nem található meg senkinél. Az alapvető fizikai jelenségek nem öncélúan jelennek meg, hanem alkalmazásként. Ilyenek például az ötleteim alapján megvalósult következő eszközök, mint a polarizált fényben látszó feszültségeloszlás átlátszó műanyagból készült alkatrészekben, vagy a Zsukovszkij-profil, amely egyik irányban a repülőgépre ható dinamikus felhajtóerőt adja, átfordítva pedig a Forma 1-es járművek leszorító erejét modellezi.
1. ábra. Mechanikai feszültség kimutatása polarizált fénnyel. A kísérleti bemutatók eszközeit részben taneszköz forgalmazóktól vásároljuk, részben saját fejlesztésűek. Az egyik leglátványosabb saját fejlesztésű kísérleti eszközünk a tűztornádó. Ez lényegében egy fordított működésű gázturbina, amelyben a forgás hatására jön létre a tökéletes égés, miközben az aceton 10-15 cm-es lángjából egy felemelkedve csavarodó 1 méteres lángoszlop keletkezik. A tűztornádó országos szinten is elismertté vált azáltal, hogy az evoPro Kft és az Oktatáskutató és Fejlesztő Intézet közös kiírású pályázatán díjat nyertünk 324
Szakmódszertan vele, a hozzá tartozó alkalmazás módszertani leírás egy tudásbázisban megjelenik, sőt a sorozatgyártásra is lehetőség nyílik.
2. ábra. A díjnyertes tűztornádó. TEVÉKENYSÉGEK, PROGRAMOK, MÓDSZEREK Az interaktív eszközök egyéni felfedezésén és a kísérleti bemutatókon felül több lehetőség és alkalom adódik a közlekedés fizikájának megismerésére, akár rendszeres, akár alkalmi jelleggel. A tanévet tematikus hónapokra osztjuk, minden hónapban egy nagyobb főrendezvénnyel. A 2012/13-as tanévben minden hónapban az autó egy-egy fontos egységével, rendszerével foglalkozunk, illetve az ezzel kapcsolatos természettudományos összefüggéseket mutatjuk be. A havi tematikákra tevékenységeket, speciális programokat szervezünk. Szem előtt tartjuk a természeti és technikai összefüggéseket. A kísérleti bemutatók és a rendezvények tematikái is a hónap témájához illeszkednek. A honlapunkon [1] és a facebook-oldalunkon [2] rendszeresen megjelennek a havi tematikákhoz illeszkedő „hét kísérletei‖[3] és a kiemelt havi interaktív játék, a „hónap eszköze‖. Alapvető célunk, hogy a természet- és műszaki tudományok iránt kevésbé érdeklődő emberek is kedvet kapjanak, rácsodálkozzanak egyes problémakörökre. Nagy hangsúlyt fektetünk a magyar teljesítmények bemutatására. Többek között látható volt és lesz egy valódi Audi-motor látványszerelése, stabilmotor és a Kreatív Magyarország Mérnöki Tudás kiállítások. Domokos Gábor, a Gömböc, és Rátai Dániel, a Leonar3Do megalkotója is foglalkozást és előadást tart. Foglalkozunk járművezérlési és navigációs kérdésekkel, vezetéstechnikával, a közlekedés biofizikájával és fénytani problémáival, áramlástani jelenségekkel, környezettudatossággal, dizájnnal, művészet és műszaki tudományok kapcsolatával. A 2013/14-es tanév „Élhető város‖ címmel közlekedési, társadalmi, technikai, természettudományi témákat vet fel, főleg a fenntarthatósághoz, környezetvédelemhez, alternatív meghajtásokhoz, gazdaságossági megfontolásokhoz kapcsolódóan. Ehhez a gondolatkörhöz illeszkedve a 2013-as Kutatók Éjszakájára 30 középiskolát választunk ki az Észak-dunántúli régióból, akik saját fejlesztésű folyamatos kísérleti bemutatóval vesznek részt a Mini Science Picnic nevű rendezvényünkön.
3. ábra. Kreatív foglalkozás a nyári táborban. 325
Szakmódszertan Egy TÁMOP 3.2.13 pályázat keretében 11 általános és középiskolával kötünk együttműködést, ahonnan kifejezetten tehetséggondozási céllal várunk szakköreinkre diákokat. Ők komplex természettudományi és műszaki tematikájú felkészítést kapnak. A tematikát külső pedagógiai szakértők segítségével és minőségbiztosításával állítjuk össze. A megvalósítási időszak 3 féléves, a fenntartási időszak 6 éves. Az emelt szintű fizika érettségi kísérleteit tételenként összeállítjuk, és az erre való felkészülést, ezekkel történő gyakorlást biztosítjuk az érdeklődő középiskoláknak. A saját fejlesztésű szakköreink (Gokart, Fifikus Fizikus, Versenyistálló F1 pörgésű agyaknak) mind a kiváló diákok megtalálására és felkarolására irányul. A 2012-es nyár két hétnyi napközis tábora után 2013-ban hat hétnyi tábort indítunk, 1-6. osztályos célcsoportnak. Meglepően nagy igény van a műszaki, természettudományi profilú, de tanulásra és szórakozásra egyaránt alkalmas szabadidő eltöltésre. Ezek tematikáit és becsatlakozó programjait, előadóit a Mobilis határozza meg, szervezi be. A tartalmi kidolgozást és részben a lebonyolítást is egyetemista demonstrátorok végzik.
4. ábra. Alternatív járművek a Győrkőc Fesztivál Fenntartható Közlekedési roadshow-ján. A Fenntartható Közlekedési Roadshow 25 általános és középiskolában jelent meg Győrben és a kistérségi településeken. Az alternatív meghajtások, hőtani és mechanikai elvek látványos, kísérletekre alapozott bemutatása, a közösségi közlekedés előnyeinek bemutatása volt a cél. Hatásosság mérésére egy fenntartható közlekedéssel kapcsolatos kérdőívet állítottam össze külön általános iskolásoknak és külön a középiskolásoknak. A roadshow egyik eleme volt a legalább negyvenezres látogatottságú Győrkőc Fesztiválon való megjelenés, ahol folyamatos kísérleti bemutatókkal, aludobozos járműorigamival, egokartozással, alternatív meghajtású és különleges járművek, robotok bemutatásával és kipróbálásával jelentünk meg. Itt összehasonlító hangteljesítményszint mérést is végeztünk az egyes motorfajták között (elektromos, gáz, benzin üzem).
5. ábra. Összehasonlító hangteljesítmény-szint mérés a Kutatók Éjszakáján. A Kutatók Éjszakáján a motoros fesztivál keretében hitelesített hangteljesítmény-szint mérést („hang-versenyt‖) végeztünk motorok, robbanásos fizikai kísérletek és ütős hangszerek között. Itt dBA szintet mértünk, amelyben a négy ütős hangszer nyert 106 dB-lel öt emberi hangú sikítás, folyékony nitrogénes lufi durrantás, a kémiai robbantás (kálium klorát és vörös foszfor), és 30 db kétezres fordulatszámú motorkerékpár előtt. 326
Szakmódszertan Szujó Zoltán az MTVA megbízásából a Forma-1 fizikájához a Mobilisben forgatott hat tudományos kisfilmet, amelyeket a 2013-as évad futamai előtt adnak le [4]. A gyakran használatos fizikai alapfogalmak, jelenségek magyarázatát adjuk meg kísérletekkel, és szövegesen. Dr. Hanula Barna dékánhelyettes közreműködésével az alapkoncepció kidolgozásában és a kísérleti eszközök megvalósításában vettem részt. Többek között az aquaplaninget bemutató eszköz tervezését végeztem, ahol a folyadékfilm réteget légpárnás asztal levegőjével helyettesítettük, miközben egy téglatest egyik oldalán sima felületű, másik oldalán bordázott abroncsfelületet helyeztünk el. A leszorító erő, a diffúzor, az abroncstapadási jelenségek, az ideális ív, a dead air jelenség modellezése is a megvalósítandó feladatok közé tartozott.
6. ábra. Aquaplaning és kiküszöbölése légpárnás asztalon modellezve: könnyen csúszó és tapadó abroncsfelületek ugyanazon testen. A súrlódási jelenségeket több eszközünk is magyarázza. Ilyen a különböző cv tényezőjű, de azonos keresztmetszetű profilok, amelyeket izomerővel forgatva összehasonlításban érzékeljük a különböző nyomatékok szükségességét.
7. ábra. Kézi erővel forgatott, különböző légellenállású testek. A súrlódási erő anyagpárosítás függését egy lendkerekes eszközzel mutatjuk be. A lendkerekes acél tengelyt műanyaggal, rézzel, gumival külön-külön fékezhetjük.
8. ábra. A súrlódás anyagpárosítás függése. 327
Szakmódszertan A két levegős szélcsatornánk alkalmas közegellenállási erő mérésére is. A folyadékban mozgó test körül kialakuló Kármán-féle örvénysorokat saját kezűleg lehet előállítani. A digitális szélcsatornánkban tetszőleges karosszéria alakot lehet tesztelni, hogy milyen áramlási kép alakul ki körülötte. Darabokból lehet összeválogatni egy karosszéria sziluettet, amelyet infra lámpák világítanak meg, infra kamerák érzékelnek, és digitális ‖füst‖ áramlik a kialakított elrendezés körül.
9. ábra. Digitális szélcsatorna. A pedagógusok számára is módszertani megújulási lehetőséget adó eszközeink és tevékenységeink sorába illeszthető a 2012-es Fizikatanári Ankét kísérleti versenyhelyszíne, az iskolai projektnapok közös tervezésének lehetősége, és a 2013-as Kutatók Éjszakájára tervezett Észak-dunántúli Mini Science Picnic – Kísérletbazár, amelyet kísérletező tanárok és tanítványaik számára szervezünk bemutatkozási lehetőségként és konferenciaként. FELSŐOKTATÁSI KAPCSOLATOK A Széchenyi Egyetem stratégiai kapcsolatot jelent a Mobilis számára. Egyrészt beiskolázási szempontból a Mobilis a megfelelő kommunikációs felület, másrészt a SZE tudomány-disszeminációs feladataihoz minden korosztály irányába jól alkalmazható a Mobilis nem formális tanítási-tanulási módszertana. Erre példa a különböző kísérleti eszközfejlesztői pályázatok előkészítése és zsűrizése, egyetemi projekttermékek bemutatása mellett a 10-18 éves korosztálynak szervezett, projekttevékenységre alapozott jUNIor Egyetem, a Kutatók Éjszakájának rendezvényei, az Audi Tanszékcsoport tudomány- és életpálya népszerűsítő programja. A Tudomány-népszerűsítés című tantárgy tematikáját Horváth András tanszékvezetővel közösen dolgozzuk ki, amelyben BsC-s hallgatók számára demonstrátori képzést biztosítunk. A NYME Apáczai karáról természetismeret műveltségi területes tanító hallgatók jönnek demonstrátorként és pedagógiai gyakorlatra, illetve hivatalos szakdolgozati külső konzulensséget végzek, egy nem formális oktatásmódszertant választott hallgatónak. A BME ipari formatervezői szakának végzős hallgatója a mozgás tematikájához illesztett kitelepülésre alkalmas eszközkészletet tervez MsC diplomamunka keretében. Vele koncepcionális fizikai és eszköztervezési szakmai konzultációkat folytatok. HIVATKOZÁSOK 1. http://mobilis.gyor.hu 2. http://mobilis.gyor.hu/tudomanyrol-maskepp/a-het-kiserlete 3. https://www.facebook.com/mobilis.gyor egyben a fotók forrása 4. http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=NeGenp5aMXE
328
