Hudba do uší Návrh a výroba generátoru zvuku

Hudba do uší Návrh a výroba generátoru zvuku Akustické inženýrství Zvuk Určeno pro žáky ve věku 9 až 11 let

Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

Obsah Obsah ......................................................................................................................................... Přehled projektu .......................................................................................................................... Potřeby ........................................................................................................................................ Lekce 1 – Jak je zadání? Seznámení s úkolem .......................................................................... Lekce 2 – Co potřebujeme vědět? .............................................................................................. Seznámení se se zvukem a akustikou ........................................................................................ Lekce 3 – Začínáme stavět! ........................................................................................................ Lekce 4 – Co jsme udělali? ......................................................................................................... Splnili jsme zadání? .................................................................................................................... Přílohy ......................................................................................................................................... Úvodní příběh – Poslouchejme! .................................................................................................. Konstrukční proces ..................................................................................................................... Pracovní a odpovědní listy .......................................................................................................... Pracovní list 1, lekce 1 – Zvukový záznam ................................................................................. Pracovní list 2, lekce 2 – Experimenty s pravítkem, Strana 1...................................................... Pracovní list 2, lekce 2 – Experimenty s pravítkem, Strana 2...................................................... Odpovědi – pracovní list 2, lekce 2 – Experimenty s pravítkem .................................................. Pracovní list 3, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek, Strana 1 ............................................... Pracovní list 3, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek, Strana 2 ............................................... Odpovědi – pracovní list 3, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek ............................................ Pracovní list 4, lekce 3 – Začínáme stavět! ................................................................................. Hodnoticí list, lekce 4 – Konstrukční proces ................................................................................ Odpovědi – hodnoticí list, lekce 4 – Konstrukční proces ............................................................. Možné rezonanční skříňky ........................................................................................................... Tipy a triky týkající se upevnění struny ........................................................................................ Obrázky potřeb ............................................................................................................................ Vědecké poznámky pro učitele, týkající se zvuku a akustického inženýrství .............................. Některé klíčové vědecké koncepty zahrnuté v lekci 2 ................................................................. Některé nápady žáků týkající se vědy spojené se zvukem a inženýrstvím .................................

2 3 4 7 11 11 16 19 19 21 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 32 33 34 35 36 39 40 40 43


2

Přehled projektu Potřebná doba: 4 hodiny a 55 minut (295 minut) Cílová skupina: žáci ve věku 9, 10 a 11 let

Popis: V rámci tohoto projektu žáci navrhují a vyrábějí svůj vlastní jednoduchý strunný generátor, s nímž mohou zkomponovat zvukový doprovod k videoklipu bez zvuku. To jim umožní učit se a získávat zkušenosti s vlastnostmi zvuku, například že zvuk je vibrace, a poznávat vibrační rozdíly mezi nízkými a vysokými tóny. Budou také pracovat s konstrukčním procesem jako inženýři. Rámcově vzdělávací program: • člověk a svět práce – konstrukční činnosti – práce s návodem, předlohou, jednoduchým náčrtkem • člověk a svět práce – konstrukční činnosti – stavebnice (plošné, prostorové, konstrukční), sestavování modelů • člověk a svět práce – práce s drobným materiálem – vlastnosti materiálu (přírodniny, modelovací hmota, papír a karton, textil, drát, folie aj.) Technický obor: Tento projekt představuje žákům obor akustického inženýrství. Cíle: V tomto projektu se žáci naučí: • používat konstrukční proces k výrobě generátoru zvuku, • zkoumat vědecké charakteristiky zvuku, • používat vědecký jazyk spojený se zvukem, • provádět konstrukční experimenty v rámci vzájemné spolupráce. Ve smyslu vědeckém se žáci naučí, že • zvuk je produkován vibrační silou a potřebuje se šířit určitým médiem, • velká vibrace produkuje hlasitý zvuk a malá vibrace produkuje tichý zvuk, • rychlá vibrace produkuje vysoký zvuk a pomalá vibrace produkuje nízký zvuk, • základními koncepty vibrace jsou frekvence a amplituda, • použitý materiál a velikost rezonanční skříňky ovlivňují výši zvuku. Ve smyslu konstrukcí a designu se žáci naučí, že • technologické konstrukce jsou významným aspektem každodenního života, • mohou používat konstrukční proces i při svých vlastních inženýrských aktivitách, • úspěšný inženýr musí mít znalosti z oblasti vědy, • kreativitu při navrhování technologií lze nejlépe uplatnit v rámci společné práce, v průběhu níž je shodně oceňován příspěvek každého člena skupiny. Důkaz o zvládnutí studia bude možné získat prostřednictvím • společného setkání vedeného učitelem, v průběhu něhož je hodnoceno, jak žáci porozuměli tématu, • vyplnění pracovních listů. Lekce v tomto projektu: Přípravná lekce je zaměřená na zlepšení povědomí žáků o tom, jak se inženýrství podílí na našem každodenním životě, i když to není na první pohled patrné. Lekce 1 představuje inženýrský problém, jeho kontext a konstrukční proces. Naším problémem je, že máme krátký videoklip bez zvuku. Žáci jsou vyzváni, aby vytvořili zvukový záznam dle svého vlastního návrhu a vyrobili strunný generátor zvuku. V lekci 2 vede fáze „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu k prozkoumání zvuku. Žáci provedou experimenty, v nichž odhalí vlastnosti zvuku. Zjistí také, jak je zvuk ovlivněn velikostí rezonanční skříňky. Lekce 3 vede žáky k použití konstrukčního procesu, aby se vypořádali s předloženým zadáním. Žáci jsou vyzváni, aby vytvořili zvukový záznam k videoklipu s použitím strunného generátoru zvuku vlastní výroby. V lekci 4 nadejde čas k vyhodnocení procesu výroby generátoru zvuku a prezentování zvukového záznamu. Jedná se zároveň o okamžik, kdy žáci ukáží, zda jsou schopni splnit všechna kritéria a hovořit o tom, jaká provedli vylepšení. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

3

Potřeby Seznam všech materiálů a jejich množství potřebných pro 30 žáků.

Materiál

Celkové množství

Lekce 0

Interaktivní tabule nebo počítač s projektorem

1

1

1

1

1

Internetové připojení (k promítání videoklipu)

1

1

1

1

1

Videoklip (viz lekce 1, strana 10)

1

1

1

1

Konstrukční proces vytištěný na velkém papíru (A2) Papír velikosti A4

1

1

1

12

12

Pracovní list 1, lekce 1 – Zvukový záznam

30

30

30

30

Seznam otázek z lekce 1

1

1

1

1

Pracovní list 2, lekce 2 - Experimenty s pravítkem Pracovní list 2, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek Pracovní list 1, lekce 1 – Začínáme stavět

15

15

15

15

30

30

Hodnoticí list, lekce 4 – Konstrukční proces

30

30

Rezonanční skříňky (např. čisté misky od jídla, miska od tvarohu, krabička od brambůrků, plechovky, lahve atd. Příklady jsou uvedeny v přílohách.)

30 (1 pro každého žáka)

30 (1 pro každého žáka)

Krabice na materiály (k uskladnění)

5

5

Strunný nástroj (je-li to možné)

1

1

Pružina

1

1

Pravítko (ne dřevěné)

15

Papírový pohárek

75

45

30

Plastikový pohárek

30

15

15

1

Lekce 1

1

15

Lekce 2

1

Lekce 3

Lekce 4

15


4

Materiál

Celkové množství

Lekce 0

Lekce 1

Lekce 2

Lekce 3

Velká čtvercová kartónová krabice

1

1

Malá čtvercová kartónová krabice

1

1

Malé množství cukru krystal (pro doplňkovou aktivitu) Balónek (pro doplňkovou aktivitu) Zubní nit

1 dávka 1 6 krabiček

Rybářský vlasec (0,3–0,8 mm)

6 špulek

Kancelářské sponky

90

15

Knoflíky

90

15

Špejle

105

15

Silné gumičky

90

Slabé gumičky

105

Šicí niť

5 špulek

5 špulek (1 pro každou skupinu)

Závlačky

75

75 (15 pro každou skupinu)

Lekce 4

1 dávka 1 1 krabička 6 krabiček (1 pro každou skupinu) 1 špulka 5 (1 pro každou skupinu) 75 (15 pro každou skupinu) 75 (15 pro každou skupinu) 90 (18 pro každou skupinu) 90 (18 pro každou skupinu) 15



5

Materiál

Celkové množství

Lekce 0

Lekce 1

Lekce 2

Lekce 3

Oko

90


Zmrzlinová dřívka

90


Nůžky

15

15


Vyšívací jehla s tupým hrotem nebo děrovací nástroj

15

15


Lepicí páska

5

Lekce 4

5 rolí (1 pro každou skupinu)


6

Lekce 1 – Jak je zadání? Seznámení s úkolem Potřebná doba: 60 minut

Cíle: V této lekci: • bude žákům představen koncept vývojového a konstrukčního procesu jako prostředku pro efektivní výrobu produktů, • žáci prozkoumají práci zvukařů, • žáci zjistí, jaké jsou základní kvality zvukového záznamu, • se žáci zapojí do aktivit spojených s tímto projektem.

Výstupy: V této lekci se žáci naučí: • používat různé kroky konstrukčního procesu a pracovat s nimi jako inženýři, • že konstrukční proces lze použít za účelem řešení určitého problému.

Potřeby (pro 30 žáků) • Konstrukční proces vytištěný na velkém papíru (A2), • listy papíru A4, • videoklip v délce cca 50 sekund, • pracovní list 1, lekce 1 – Zvukový záznam, • interaktivní tabule nebo počítač s projektorem.

Příprava • Vyberte videoklip v délce cca 50 sekund (viz strana 10). • Připravte si nástroje k promítnutí videoklipu. • Vytvořte kopie pracovního listu 1, lekce 1 – Zvukový záznam. • Vyvěste plakát s konstrukčním procesem.

Způsob práce • Diskuse ve třídě, • práce ve skupinách.

Kontext a pozadí Nejprve představte zadání (problém) a konstrukční proces. Úkolem je navrhnout a vyrobit strunný generátor zvuku. S pomocí strunného generátoru žáci zkomponují zvukový doprovod k videoklipu. Před tím, než v lekci 3 začnou navrhovat a vyrábět generátor zvuku, musejí žáci nejprve uvážit, jaké vědomosti budou pro splnění úkolu potřebovat.


7

1.1

Úvodní aktivita – představení konstrukčního procesu – diskuse ve třídě / ve skupinách – 10 minut

Učitel uvede lekci tak, že použije předmět, který žáci každý den používají, jako příklad k vysvětlení procesu konstrukčního cyklu. Například čajový sáček, papírový kelímek nebo pero. Proč je navržen tímto způsobem? A kdo ho vyrábí? Konstrukční proces je představen tak, že učitel požádá žáky, aby vyřešili jednoduchý problém. Tímto problémem je list papíru A4, který je třeba přemístit z jedné strany třídy na druhou. • Jaký je náš problém? Tento list papíru A4 je třeba přemístit z jedné strany třídy na druhou stranu třídy. • Co potřebujete vědět? V tomto případě žáky pravděpodobně napadnou pouze omezení (materiály, čas, náklady), která musejí vzít v úvahu. Je-li však problém/úkol komplexnější, požádejte je, aby přemýšleli i nad potřebnými znalostmi. • Každá skupina má k dispozici jeden list papíru a na 2 minuty se společně zamyslí nad řešením a jeho provedením. Dokud neskončí všechny skupiny, je možné řešení zkoušet. • Jakmile naleznou řešení všichni žáci, nechte je, aby ho vyzkoušeli/ukázali. • Vezměte si velké zobrazení konstrukčního procesu (viz příloha). Projděte jeho cyklus krok po kroku a poukažte na proces, kterým žáci prošli při provádění tohoto jednoduchého úkolu s přemisťováním papíru. • Jak jste úkol vyřešili? Většina skupin pravděpodobně vyrobila z papíru letadlo. Proč jste vyrobili papírové letadlo? • Dobře, rozhodli jste se udělat papírové letadlo; jak jste to vyřešili? Vyrobili jste ho. • A pak? Všichni jste ho vyzkoušeli (otestovali). Když jste teď svoje letadlo vyzkoušeli a podívali se, co udělali ostatní, chcete něco změnit?

1.2

Úkol – diskuse ve třídě – 10 minut

Úkolem je navrhnout a vyrobit jednoduchý generátor zvuku, který bude použit ke zkomponování zvukového doprovodu pro krátký videoklip. Tento videoklip je bez zvuku – zvuk byl omylem vymazán. Mohli by žáci učiteli pomoci a vytvořit zvukový záznam dle svého vlastního návrhu s použitím strunného generátoru zvuku, který sami vyrobí?

Pokud jde o videoklip, existuje několik množností. Vyberte si jednu z následujících variant: 1. Vyberte videoklip v délce cca 50 sekund. Může se jednat o kreslený film nebo o video ve vašem vlastním jazyce nebo o klip, který se hodí ke konkrétnímu tématu, jež se právě vyučuje ve škole, například vesmír nebo divoká příroda. Zhlédněte video s vypnutým zvukem. 2. Použijte předem nahrané video, které vytvořili vaši žáci a které se hodí k tématu, jež se právě vyučuje ve škole. 3. Nechte žáky, ať si vyberou svůj vlastní videoklip / kreslený film. Ujistěte se, že videoklipy odpovídají věku žáků.

Tip – na stránce http://movieclips.com je velké množství videoklipů. Můžete například použít část (0,40 –1,35 sekund) videoklipu „Modern times“ s Charlie Chaplinem http://cli.ps/xruv. Nebo scénu s ledem z Bambiho (0,0 –0,50 sekund) http://cli.ps/hGMo nebo stroj Rube Goldberga, například http://youtu.be/qybUFnY7Y8w (OK Go – také by se mohl hodit).


8

Proberte funkci zvuku u filmů nebo rozhlasových her. Nechte žáky, aby se zamysleli nad zvukem a nad tím, proč je jejich součástí. Proč je zvuk u filmu důležitý? Zvuk může navodit silné pocity, které vám umožní intenzivněji prožít to, co vidíte. Zhlédněte videoklip. Co se v něm děje?

1.3

Pracovní list 1, lekce 1 – Zvukový záznam – diskuse ve třídě / ve skupinách – 15 minut

Každý žák si vyrobí svůj vlastní jednoduchý strunný zvukový generátor; při komponování zvukového doprovodu pracují žáci ve skupinách. Rozdělte třídu do skupin s přibližně 5 žáky v každé skupině. Každé skupině dejte kopii pracovního listu 1 lekce 1 – Zvukový záznam. Ještě jednou jim pusťte videoklip a nechte žáky pracovat na předloženém pracovním listu (s výjimkou poslední otázky). Po 10 minutách zahajte diskusi a povídejte si se žáky o tom, jaký typ zvuků chtějí vytvořit. Najděte si také příležitost pohovořit o tom, jaké zvuky vytvářejí inženýři. Inženýři, kteří řeší problémy spojené se zvukem, se nazývají akustickými inženýry. Hlavním úkolem akustických inženýrů je snažit se dostat zvuk pod kontrolu. To může znamenat jeho tlumení nebo používání k užitečnému účelu. Může se jednat o: • řešení pro nechtěné zvuky, jako jsou zvukové bariéry nebo zvukotěsné místnosti pro skládání hudby, • výstavbu koncertní haly s dobrou akustikou, • vývoj řešení pro minimalizaci zvuku produkovaného automobily, • řešení pro navigaci, jako je sonar nebo echolokace, • ultrazvuk pro lékařskou diagnostiku, • optimalizaci zvukových efektů pro hudebníky.

Tip: Možná bude potřeba předložit žákům přesnější popis výrazu „tón“. To lze provést ve formě diskuse.

1.4

Krok „zadání a pokládání otázek“ – diskuse ve třídě – 20 minut

Zaměřte se na krok „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu. Co potřebujeme vědět pro splnění tohoto úkolu? • Zeptejte se žáků, co potřebují vědět, aby tento úkol mohli splnit. Každá skupina to prodiskutuje a zapíše dvě otázky na pracovní list 1 lekce 1 – Zvukový záznam. Tip: Budou-li žáci klást pouze otázky týkající se materiálů nebo kritérií, snažte se je přimět k zamyšlení nad vědeckými otázkami a ptejte se jich například: Víte, jak vyrobit zvuk? Jaký je rozdíl mezi vysokým tónem a nízkým tónem? • Po 10 minutách otázky sepište na tabuli. Na které z nich lze odpovědět hned a které vyžadují další průzkum? • Ujistěte se, že mají žáci jasno ohledně omezení a kritérií. Některé otázky se budou týkat vědecké stránky úlohy. Řekněte žákům, že v lekci 2 budou provádět experimenty, aby se dozvěděli více o zvuku a akustice. Je důležité, aby používané pojmy byly pro žáky srozumitelné. Například je velmi snadné plést si koncept hlasitého a vysokého zvuku. Na viditelné místo napište výrazy vysoký/nízký tón, hlasitý/ tichý zvuk a další slova, jež vyžadují vysvětlení. Sepište také seznam dalších slov, která žákům nejsou jasná. Tato slova prodiskutujte. Seznam uchovejte na viditelném místě po celou dobu, kdy budete pracovat na tomto projektu. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

9

Tip: Při vyučování tohoto projektu okomentujte slovníček pojmů.

1.5

Společná diskuse – přezkoumejte učební výstupy formou diskuse ve třídě – 5 minut

Tuto lekci zakončete tak, že si znovu projdete, co jste v průběhu lekce zjistili. Možné otázky: • K čemu můžeme využít konstrukční proces? • Kdo dokáže vysvětlit různé kroky konstrukčního procesu? • Co již víme o zvuku? • Na které otázky si potřebujeme odpovědět?

10

Lekce 2 – Co potřebujeme vědět? Seznámení se se zvukem a akustikou Potřebná doba: 85 minut Cíle: V této lekci žáci: • prozkoumají, jak se šíří zvuk, • prostřednictvím experimentování prozkoumají některé vlastnosti zvuku, • prozkoumají způsoby, jak lze zvuk zesilovat, • přezkoumají konstrukční proces. Výstupy: V této lekci se žáci naučí: • že zvuk je vibrací, • že zvuky potřebují médium, aby se mohly šířit, • že materiál a velikost rezonanční skříňky ovlivňuje vlastnosti zvuku, • základním konceptům frekvence a amplitudy vibrace a jejich dopadu na produkovaný zvuk. Potřeby (pro 30 žáků) • Pružina, • seznam otázek z lekce 1, • slovníček pojmů, • malé množství cukru, • 1 balónek, • interaktivní tabule nebo počítač pro zhlédnutí videa z YouTube, • 15 pracovních listů 2 lekce 2 – Experimenty s pravítkem, • 15 pravítek (ne dřevěných), • 15 pracovních listů 3 lekce 2 – Experimenty s gumičkou a papírovým pohárkem, • 45 papírových pohárků,

• • • •

• • • • • •

15 slabých gumiček, 15 kusů nůžek, 15 pravítek, 1 velká krabice a 1 malá krabice, obě vyrobené ze stejného materiálu a stejného tvaru, 15 plastových pohárků, 1 krabička dentální niti (20 cm pro každou dvojici), 1 špulka rybářského vlasce (20 cm pro každou dvojici), 15 kancelářských sponek, 15 knoflíků, 15 špejlí.

Příprava • Připravte si potřebné materiály, včetně kytary nebo jiného strunného nástroje. • Vytvořte kopie pracovních listů. • Vyvěste seznam otázek z lekce 1. • Vyvěste slovníček pojmů. • Připravte si interaktivní tabuli nebo počítač pro zhlédnutí videa z YouTube o vlně na stadionu. Způsob práce • Aktivita ve třídě, • diskuse ve třídě, • práce ve dvojicích. Kontext a pozadí Krok „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu vede k prozkoumání zvuku. Žáci provedou experimenty, v nichž odhalí vlastnosti zvuku. Zjistí také, jak je zvuk ovlivněn velikostí rezonanční skříňky. Obecně se naučí, že provedení výzkumu může vést k nalezení odpovědí.


11

2.1

Úvodní aktivita – zvuk je vibrací – aktivita ve třídě – 5 minut

Dnes se budeme zabývat zvukem. Jakému kroku konstrukčního procesu se věnujeme? Na které otázky si dnes chceme odpovědět? Nejprve položte žákům několik otázek a odpovědi sepište na tabuli okolo slova „zvuk“. Možné otázky: • Co je podle vás zvuk? • Jaké typy zvuků znáte? Nechte žáky vydávat zvuky, jako je broukání písně nebo tleskání. Představte pojem tón tak, že necháte žáky vydávat vysoké a nízké tóny. To samé udělejte s pojmy hlasitý a tichý zvuk. • Požádejte žáky, aby si dali ruku na krk a vnímali, co cítí. • Pak je nechte udělat to samé při broukání melodie. Co cítíte teď? Cítí, jak jejich hrdlo vibruje. Tuto aktivitu shrňte slovy, že zvuk je vibrací. Vezměte si seznam otázek z lekce 1. Byla to jedna z našich otázek?

2.2

Zvuk se šíří skrze médium – aktivita ve třídě – 10 minut

Zjistili jsme, že zvuk je vibrací. Pohyblivý zvuk se nazývá zvukovou vlnou. • Kdo ví, co je to vlna? Žáci mohou přijít s vlnami na moři. • Co je to vlna na moři? Na moři je vlna tvořena vodou, která se pohybuje. • Platí to také pro zvuk ve vzduchu? Ne, neplatí. Ve vzduchu se zvuk šíří, ale není vzduchem „foukán“. Demonstrujte to s pružinou. Konce pružiny umístěte asi 80 centimetrů od sebe a uveďte pružinu do pohybu. Poproste žáky, aby se dívali. • Vidí vlnu (oblast komprese), která probíhá z jedné strany na druhou? Ano. • Pružina se pohybuje ze strany na stranu, a pak se vrátí do původní pozice. • Zvuk cestuje stejným způsobem. Vzduch se trochu pohybuje, nefouká však zvuk do našich uší. Částečky vzduchu jsou uvedeny do pohybu, vibrace cestuje vzduchem.

Tip: Na jednoduchém modelu demonstrujte, jak pracuje ušní bubínek. Ustřihněte tu část balónku, kde se nachází nafukovací otvor, a zbylou část přetáhněte přes plastikový pohárek. Na balónek dejte trochu cukru. Papírový pohárek držte blízko pusy s otvorem směrem k vám. Nasměrujte ho k modelu ušního bubínku. Zakřičte „Ahoj“. Choďte po třídě a požádejte žáky, aby vám řekli, co vidí. Vibrace hlasu rozvibrují balónek, takže zrnka cukru na něm začnou poskakovat.

Shrnutí: Zvuk tedy potřebuje médium, skrze které se může šířit, například vzduch. Myslíte si, že se zvuk šíří výhradně vzduchem? Mohl by se šířit třeba i stolem? Požádejte žáky, aby položili ucho na stůl a zaklepali na stůl prsty. Co mohou slyšet? Zvuk cestuje dřevem stolu.


12

Tip: Děti se často mylně domnívají, že vlna ve vodě a zvuková vlna jsou shodné. Věnujte tomu dostatečnou pozornost.

Tip: Můžete také provést srovnání s vlnou na stadionu. Nejsou to lidé, kdo se pohybuje z jednoho konce stadionu na druhý, pohybuje se vlna. Například: http://youtu.be/6SGeUVOP3GE (2012-05-26 Dánsko–Brazílie | Vlna pohybující se stadionem).

2.3

Experimentujte s pravítkem – diskuse ve dvojicích / ve třídě – 20 minut

Nechte žáky provádět ve dvojicích pokusy dle pracovního listu 2 lekce 2 – Experimenty s pravítkem. V tomto experimentu žáci zkoumají rozdíl mezi vibrací hlasitého a měkkého zvuku. Zkoumají také rozdíl ve vibraci mezi vysokým tónem a nízkým tónem.

Tip: Jsou-li žáci na příslušné úrovni, je možné je seznámit s výrazy frekvence a amplituda.

Všimněte si, že popsat to, co žáci slyší, nemusí být snadné – připomeňte jim slovníček pojmů. Při této aktivitě může vzniknout hodně hluku. Po 10–15 minutách proberte s žáky jejich zjištění a doplňte následující body: • Hlasitý zvuk vytvářejí ……….. vibrace. Velké. • Tichý zvuk vytvářejí ……….. vibrace. Malé. • Vysoký zvuk vytvářejí ……….. vibrace. Rychlé. • Nízký zvuk vytvářejí ………….. vibrace. Pomalé. Jsou-li žáci na příslušné úrovni, je možné je seznámit s výrazy frekvence a amplituda. Přidejte je do slovníčku pojmů. • Je-li vibrace velká, amplituda vibrace je také velká. • Je-li vibrace malá, amplituda vibrace je také malá. • Vysoký tón má velkou frekvenci vibrací (mnoho vibrací za časovou jednotku). • Nízký tón má malou frekvenci vibrací (málo vibrací za časovou jednotku).

Tip: Nechcete-li s žáky používat pracovní list, sepište pokyny a otázky na tabuli. Nebo se zeptejte pouze na hlavní otázky, např.: Co musíte udělat s pravítkem, aby vydalo tichý zvuk? Co musíte udělat s pravítkem, aby vydalo vysoký zvuk?

2.4

Experimentujte s gumičkou a papírovým pohárkem – diskuse ve dvojicích / ve třídě – 20 minut

V tomto experimentu žáci zkoumají dvě věci. Zaprvé zkoumají rozdíl mezi výškou tónu, který vydává napjatá a méně napjatá gumička. Zadruhé odhalují funkci rezonanční skříňky a skutečnost, že čím větší je rezonanční skříňka, tím hlasitější je zvuk. Představte pojem „poctivé testování“. Vysvětlete, že solidní závěry mohou žáci získat pouze v případě experimentu, v rámci něhož se mění jen jedna proměnná. V opačném případě nebudou schopni zjistit, proč se věci dějí.

Pracujte ve dvojicích a nejprve pracujte s pracovním listem 3 lekce 2 – Gumička a papírový pohárek.


13

Když žáci skončí, proberte, co zjistili o napjatosti struny. • Napjatá gumička vytváří vysoký tón. • Volnější gumička vytváří hlubší tón. • Pokud budete chtít vytvořit vysoký tón, jaká musí být vaše struna? Napjatá. • Pokud budete chtít vytvořit nízký tón, jaká musí být vaše struna? Trochu napjatá, protože jinak struna nemůže vibrovat, avšak nikoli příliš napjatá. • S žáky také společně proberte, co zjistili o rezonanční skříňce. • Zvuk z velkého papírového pohárku je hlasitější než z malého papírového pohárku. Papírový pohárek se chová jako rezonanční skříňka. Zesiluje zvuk. Čím větší je rezonanční skříňka, tím hlasitější je zvuk. • Společně prodiskutujte, zda má velikost skříňky ještě vliv. • Zvuk z větší rezonanční skříňky vydává nižší tón než zvuk z menší rezonanční skříňky. Jako příklad můžete použít rozdíl mezi kontrabasem a violou.

Tip: Rozdíly v tónech může být těžké slyšet. Máte-li k dispozici strunný nástroj, demonstrujte s jeho pomocí v průběhu diskuse rozdíly v tónech – struny více napněte.

2.5

Průzkum materiálů – diskuse ve dvojicích / ve třídě – 10 minut

Řekněte žákům, že rezonanční skříňku pro svoji ozvučnou skříňku si musejí přinést z domova. Proberte některé příklady toho, co si mohou přinést. Misku od tvarohu, misku od margarínu, pevnou kartónovou krabici, krabičku od brambůrků, prázdnou plechovku, malou nebo velkou plastovou láhev. Další příklady jsou uvedeny v přílohách. Žáci už vědí, že velikost rezonanční skříňky ovlivňuje vlastnosti zvuku. Čím větší skříňka je, tím hlasitější a nižší bude zvuk. Nyní provedou experiment, aby si vyjasnili, že zvuk také ovlivňuje materiál ozvučné skříňky. Nechte žáky, aby ve dvojicích prozkoumali rozdíl ve zvuku mezi papírovým pohárkem a plastovým pohárkem tak, že na ně zabubnují prsty. Pro tento experiment není k dispozici žádný pracovní list. Možné otázky: • Co můžete použít jako rezonanční skříňku? • Je zvuk vydávaný oběma pohárky stejný? • Proč může být zajímavé zkontrolovat zvuk vaší případné rezonanční skříňky?

Tip: Rozšíření práce: Nechte žáky prozkoumat, jak velikost otvoru rezonanční skříňky ovlivňuje zvuk. Co se například stane, když jsou v rezonanční skříňce otvory? Co se stane, jsou-li tyto otvory velké?

2.6

Upevnění strun – diskuse ve dvojicích / ve třídě – 15 minut

Nechte žáky vyzkoušet různé způsoby upevnění různých strun (dentální nit a rybářský vlasec) na papírový pohárek. K upevnění struny lze použít kancelářskou sponku, knoflík nebo špejli. K proděravění pohárku použijte tupou vyšívací jehlu nebo děrovací nástroj. Viz také fotografie v přílohách.


14

Po 10 minutách diskutujte, co je vhodné a co není vhodné. Možné otázky: • Jak jste připevnili struny na svoji rezonanční skříňku? • Můžete dát tip svým spolužákům?

Protože napětí strun má velký vliv na výši zvuku, je velmi důležité, jak jsou struny upevněny na rezonanční skříňku.

Tip: Obrázky možných upevnění jsou uvedeny v přílohách. Aby struny vydávaly dobrý a jasný zvuk, je třeba, aby byly dost napjaté. Jejich dobré připevnění je tedy důležité, avšak někdy těžké. Žáci mohou zjistit, že je těžké nalézt způsob, jak to udělat. • Na jedné straně skříňky použijte knoflík nebo kancelářskou sponku a omotejte strunu kolem nich. • Použijte špejli: namotejte strunu na špejli a pak špejlí několikrát otočte, abyste strunu napnuli. • Použijte oko, kterým také můžete několikrát otočit k napnutí struny.

2.7


Je-li to možné, opakujte výsledky vědeckých experimentů se skutečným strunným nástrojem. Nástroj použijte ke kontrole učebních výsledků. velké vibrace. • Hlasitý zvuk • Tichý zvuk malé vibrace. • Vysoký zvuk rychlé vibrace. • Nízký zvuk pomalé vibrace. • Je-li vibrace velká, amplituda vibrace je také velká. • Je-li vibrace malá, amplituda vibrace je také malá. • Vysoký tón má velkou frekvenci vibrací (mnoho vibrací za časovou jednotku). • Nízký tón má malou frekvenci vibrací (málo vibrací za časovou jednotku). • Zvuk potřebuje médium, skrze které se může šířit. • Napjatá gumička produkuje vysoký tón. • Volnější gumička vytváří hluboký tón. • Čím větší je rezonanční skříňka, tím hlasitější je zvuk. • Čím větší je rezonanční skříňka, tím nižší je zvuk. Ujistěte se, že byly zodpovězeny všechny vědecké otázky, které žáci v souvislosti s úlohou předložili. Prostřednictvím společné diskuse přezkoumejte, nakolik byly splněny stanovené výstupy lekce. Následující lekce se týká dalších kroků konstrukčního procesu. To znamená, že již začneme navrhovat a stavět generátory zvuku. Každý si musí přinést svoji vlastní rezonanční skříňku! Před tím, než si vyberete svoji rezonanční skříňku, zamyslete se nad videoklipem, pro který komponujete zvukový doprovod. Mějte na paměti zvuky, které chcete vyprodukovat.


15

Lekce 3 – Začínáme stavět! Navrhněte a sestavte svoji ozvučnou skříňku. Potřebná doba: 90 minut Cíle: V této lekci žáci: • • •

použijí konstrukční proces jako inspiraci při návrhu a vývoji svého díla, naplánují a sestaví svůj generátor zvuku s cílem vytvořit efektivní zvukový záznam s použitím strun a ozvučné skříňky, bezpečným způsobem použijí některé nezvyklé materiály.

Výstupy: V této lekci se žáci naučí: • • •

•

• •

pojmu konstrukční zadání (úkol), jakým způsobem lze měnit výšku zvuku, že abychom mohli navrhnout a implementovat funkční řešení inženýrského problému, musíme se spolehnout na vědu (fyzikální principy), na jejímž základě problém stojí, že generátor zvuku lze sestavit různými způsoby a jeho konstrukce bude úspěšná, pokud bude splňovat stanovená kritéria; žáci zjistí, že neexistuje jen jedno správné řešení, ale celá řada možných řešení, že testování a hodnocení je důležitou součástí konstrukčního procesu, odpovídajícím způsobem se soustředit na otázky bezpečnosti a řádným způsobem používat nástroje.

Potřeby (pro 30 žáků) • Interaktivní tabule nebo počítač s projektorem,

•

•

•

• • •

• • •

internetové připojení (k promítnutí videoklipu), pracovní list 4 lekce 3 – Začínáme stavět!, 5 krabic pro uchování všech materiálů (1 pro každou skupinu), 30 rezonančních skříněk (1 pro každého žáka, například čisté misky od jídla, miska od tvarohu, krabička od brambůrků, plechovky, lahve, atd.), 5 špulek rybářského vlasce (1 špulka pro každou skupinu), 90 silných gumiček (18 pro každou skupinu), 90 slabých gumiček (18 pro každou skupinu),

• • • • •

• • • •

5 špulek šicí nitě (1 špulka pro každou skupinu), 5 krabiček dentální nitě (1 krabička pro každou skupinu), 90 knoflíků (18 pro každou skupinu), 75 kancelářských sponek (15 pro každou skupinu), 75 závlaček (15 pro každou skupinu), 90 ok (18 pro každou skupinu), 90 zmrzlinových dřívek (pro napnutí strun a jako můstky pro struny, 18 pro každou skupinu), 90 špejlí (18 pro každou skupinu), 5 rolí lepicí pásky (1 role pro každou skupinu), 10 kusů nůžek (2 pro každou skupinu), 15 vyšívacích jehel s tupým hrotem nebo děrovacích nástrojů (3 pro každou skupinu).

Příprava

Způsob práce

• •

• •

•

Nakopírujte pracovní list 4 lekce 3 – Začínáme stavět! Ujistěte se, že máte k dispozici všechny potřeby; je např. šikovné nachystat pro každou skupinu krabici s potřebnými materiály. Shromážděte několik rezonančních skříněk navíc jako rezervu.

Diskuse ve třídě, individuálně.

Kontext a pozadí V této lekci žáci projdou kroky „přemýšlení“, „plánování,“ „zkonstruování“ a „vylepšování“ konstrukčního procesu. Žáci využijí vědecké vědomosti, které získali v lekci 2, ve snaze splnit zadanou úlohu.


16

3.1

Úvodní aktivita – co jsme zatím udělali? – diskuse ve třídě – 5 minut

Spolu s žáky shrňte, co doposud udělali. Jak můžete vytvořit vysoký/nízký zvuk? Jaká je funkce rezonanční skříňky? Ovlivňuje velikost rezonanční skříňky vlastnosti zvuku? Co je důležité, pokud jde o upevnění strun? Jaké kroky konstrukčního procesu jsme již prošli? Jakému kroku se věnujeme teď?

3.2

Úkol – diskuse ve třídě – 10 minut

Úkolem je navrhnout a vyrobit jednoduchý generátor zvuku, který bude použit ke zkomponování zvukového doprovodu pro krátký videoklip. Aby se nám to podařilo, musí tento generátor zvuku splňovat určitá kritéria. Každý vyrobí svůj vlastní generátor zvuku. Ve skupinách pak žáci vytvoří zvukový záznam. Svůj zvukový záznam pak vytvoří a představí v lekci čtvrté. Kritéria pro generátor zvuku jsou: • Musí mít 2 struny a každá struna musí vyluzovat odlišný tón. • Struny musejí být vyrobeny minimálně ze dvou druhů materiálů.

Tip: U pokročilých žáků mohou být kritériem 3 struny s různými tóny. Tip: I když žáci vyrábějí strunný generátor zvuku, neznamená to, že nemohou použít zvukové efekty vyrobené jinak než strunami za předpokladu, že splnili uvedená kritéria. To může zvýšit kreativitu žáků. Tip: Sepište kritéria na plakát nebo na (chytrou) tabuli.

Diskutujte se třídou, jak budou hodnocena kritéria, zvukové generátory a zvukový záznam. Jaký názor na to žáci mají? Je třeba zvážit několik důležitých věcí: • Všichni (vy i žáci) byste se měli dohodnout, jak budou zvukové generátory hodnoceny. Je důležité, aby se k tomu žáci mohli vyjádřit; zvýší to jejich angažovanost. Názory žáků berte vážně. • Cílem není okamžitě vyrobit perfektní generátor zvuku. Je v pořádku, když něco vytvoří, a pak zjistí, že to nebylo nejlepší řešení. Konstrukční proces se týká testování a vylepšování. Inženýři to také tak dělají. • Dalším důležitým prvkem je, že žáci chápou, že se mohou učit jeden od druhého. Ačkoli tedy vyrábějí svůj vlastní generátor zvuku, mohou se zeptat na radu a dívat se na práci, kterou dělají ostatní žáci.

Představte materiály a nástroje: • Každá skupina má k dispozici stejné množství materiálů. Všechny materiály pojmenujte. • Pojmenujte také všechny nástroje. Věnujte pozornost bezpečnosti a předložte jasné příklady toho, jak se mají tyto nástroje a materiály používat. • Závisí to na typu materiálů, které nabízíte, může se však stát, že nástroje a materiály, které se používají, vyžadují speciální vedení a vysvětlení: například vytváření děr v plechovkách pomocí děrovacího nástroje. Připomeňte žákům různé typy upevnění, které si vyzkoušeli v lekci 2. Je důležité zjistit, zda existuje nějaký způsob upevnění provázku, který umožní, aby bylo možné po připevnění měnit napětí struny jako u kytary nebo houslí. Tip: Věnujte velkou pozornost bezpečnosti, až budou žáci používat vyšívací jehlu nebo děrovací nástroj a vyrábět otvory do svojí rezonanční skříňky. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

17

3.3

Přemýšlení, plánování, zkonstruování a vylepšování – diskuse ve třídě / individuální práce – 60 minut

Nejprve zhlédněte videoklip. Vědí žáci, jaké zvuky chtějí, aby jejich generátor zvuku vydával? Přemýšleli o tom v lekci 1, viz pracovní list 1 lekce 1 – Zvukový záznam. Pak mohou žáci začít přemýšlet a plánovat svoji vlastní ozvučnou skříňku. Někteří žáci si možná rádi vytvoří plán konstrukce ozvučné skříňky. Mohou to udělat pomocí náčrtku nebo svoje myšlenky sepsat. K tomu mohou použít pracovní list 4 lekce 3 – Začínáme stavět!.

Tip: Použití pracovního listu není povinné. Může sice žákům pomoci, ale může to být zároveň pro ně velmi těžké, což může omezit kreativitu žáků.

Tip: Než žáci začnou konstruovat, vysvětlete jim, proč je důležité připevnit provázky způsobem, který umožňuje jejich napínání a povolování. Je to zásadní pro produkci zvuku a různých typů tónů z jejich ozvučné skříňky.

Když žáci naplánovali svůj generátor zvuku (zhruba po 10 minutách), mohou si vyzvednout materiály k výrobě a začít s konstrukcí. Pro lepší organizaci dejte materiály a nástroje pro každou skupinu do jedné krabice.

Aktivitu po 15 minutách zastavte a zeptejte se žáků, jak jim to jde. Možné otázky: • Funguje váš nápad? • Jste schopni splnit kritéria pro konstrukci generátoru zvuku? • Můžete se podělit o některé tipy a triky? Žáci mohou představit svoje nápady zbytku třídy a vyměnit si rady a myšlenky. Pak nechte žáky pracovat na jejich generátoru zvuku.

3.4

Vyhodnocení úkolu – diskuse ve třídě – 10 minut

Jaká byla kritéria pro generátor zvuku? • Musí mít 2 struny a každá struna musí vyluzovat odlišný tón. • Struny musejí být vyrobeny minimálně ze dvou druhů materiálů. Nechte třídu diskutovat o kritériích a konstrukčním procesu, kterým žáci prošli. • Bylo těžké splnit stanovená kritéria? • Jaký druh řešení jste našli? • Nakolik jste byli schopni vyprodukovat vysoké tóny a nízké tóny?

3.5


Každý žák pracoval na tom, aby vyrobil generátor zvuku, který splňuje kritéria úlohy a který bude moci použít ke zkomponování zvukového doprovodu. V následující lekci žáci vytvoří zvukový záznam a představí ho zbytku třídy. Budou také hovořit o svých zkušenostech s konstrukčním procesem.


18

Lekce 4 – Co jsme udělali? Splnili jsme zadání? Potřebná doba: 60 minut

Cíle: V této lekci žáci: • přezkoumají konstrukční proces, • vytvoří a představí svůj zvukový záznam, • přezkoumají a revidují svůj zvukový záznam ve srovnání s kritérii úspěchu, odvozenými ze zvukového inženýrství.

Výstupy: V této lekci se žáci naučí: • zamýšlet se nad svou prací, • že mohou použít konstrukční proces k řešení problému, • vědeckému porozumění zvuku a akustice a jejich vztahu k úspěšnému inženýrství.

Potřeby (pro 30 žáků) • 30 hodnotících listů, • videoklip, • interaktivní tabule nebo počítač s projektorem, • internetové připojení (k promítání videoklipu).

Příprava • Zkopírujte hodnoticí listy. • Ujistěte se, že jsou připraveny všechny generátory zvuku. • Připravte se na promítnutí videoklipu.

Způsob práce • Společná, • ve skupinách.

Kontext a pozadí V této lekci je vyhodnocen konstrukční proces a zvukový záznam. Bylo zadání splněno? Jak žáci aplikovali získané (naučené) vědecké vědomosti a jak pracovali s konstrukčním procesem? Je to také okamžik vhodný k prezentaci jejich řešení problému, aby mohli být hrdí na to, co se naučili a co vytvořili.


19

4.1

Úvodní aktivita – společná – 5 minut

Lekci začněte zamyšlením se nad procesem používání konstrukčního cyklu. Můžete použít hodnotící list. Požádejte žáky, aby ho vyplnili, nebo ho použijte pouze ve formě průvodních otázek.

4.2

Zvukový záznam – diskuse ve třídě / ve skupinách – 50 minut

Generátor zvuku je nástrojem pro vytvoření zvukového záznamu. Dnes žáci zkomponují zvukový doprovod ke klipu a představí ho společně se svojí skupinou. Připomeňte žákům, že část práce na zvukovém záznamu již udělali s použitím pracovního listu 1 lekce 1 – Zvukový záznam. Dvakrát za sebou promítněte videoklip. Dejte žákům 15 minut na vytvoření a přehrání jejich zvukového záznamu. Je-li to možné, v průběhu této doby jim pouštějte video pořád dokola. Po 15 minutách komponování každá skupina představí svůj zvukový záznam ostatním. Po každé prezentaci zvukového záznamu je možné se zeptat: • Myslíte si, že se zvukový záznam hodí k našemu videoklipu? Proč? • Lze snadno poznat, zda skupina použila vysoké nebo nízké tóny? Dejte skupinám dalších 10 minut na vylepšení jejich zvukového záznamu a pak nechte skupiny prezentovat vylepšené zvukové záznamy.

Tip: Je-li to možné, nechte žáky tvořit jejich zvukový záznam v různých místnostech. Můžete jim také umožnit, aby na své kompozici pracovali v průběhu týdne.

4.3

Společná diskuse – přezkoumejte lekci a učební výstupy formou diskuse ve třídě – 5 minut

Co jsme se naučili a čeho jsme dosáhli? Odkažte se na přípravnou lekci a zkontrolujte, zda si žáci stále pamatují, že předměty ve člověkem stvořeném světě jsou konstruovány za určitým účelem a že technologie ve svém nejširším slova smyslu se vztahuje k jakémukoli předmětu, systému nebo procesu, který byl navržen nebo upraven za účelem řešení určitého problému nebo potřeby. Inženýři, kteří řeší problémy spojené se zvukem, se nazývají akustickými inženýry. Naše zkoumání zvuku nám pomohlo při výrobě generátoru zvuku. Dokážete vymyslet další problémy, které akustičtí inženýři řeší? • Řešení pro nechtěné zvuky, jako jsou zvukové bariéry nebo zvukotěsné místnosti pro skládání hudby, • výstavba koncertní haly s dobrou akustikou, • vývoj řešení pro minimalizaci zvuku produkovaného automobily, • řešení pro navigaci, jako je sonar nebo echolokace, • ultrazvuk pro lékařskou diagnostiku, • optimalizace zvuku produkovaného hudebníky. Hlavním úkolem akustických inženýrů je snažit se kontrolovat zvuk. To může znamenat jeho tlumení nebo používání k užitečnému účelu.


20

Přílohy Úvodní příběh – Poslouchejme! Úkolem je navrhnout a vyrobit jednoduchý strunný generátor zvuku, který žáci použijí ke zkomponování zvukového doprovodu pro krátký videoklip. Tento videoklip je bez zvuku – zvuk byl omylem vymazán. Mohli by žáci učiteli pomoci a vytvořit zvukový záznam s použitím svého vlastního strunného generátoru zvuku?

Pokud jde o videoklip, existuje několik množností. Vyberte si jednu z následujících možností: 1. Vyberte videoklip v délce cca 50 sekund. Může se jednat o kreslený film nebo o video ve vašem vlastním jazyce nebo o klip, který se hodí ke konkrétnímu tématu, které se ve škole právě vyučuje, například vesmír nebo divoká příroda. Zhlédněte video s vypnutým zvukem. Na stránce http://movieclips.com je velké množství videoklipů. Můžete například použít část (0,40 - 1,35 sekund) videoklipu „Modern times“ s Charliem Chaplinem http://cli.ps/xruv. Nebo scénu s ledem z Bambiho (0,0 – 0,50 sekund) http://cli.ps/hGMo. Nebo stroj Rube Goldberga, například http://youtu.be/qybUFnY7Y8w (OK Go – také by se mohl hodit). 2. Použijte předem nahrané video, které vytvořili vaši žáci a které se hodí k tématu, jež se ve škole právě vyučuje. 3. Nechte žáky, ať si vyberou svůj vlastní videoklip / kreslený film. Ujistěte se, že videoklipy odpovídají věku žáků.


21

Konstrukční proces

Konstrukční proces

Otázky

Zadání a pokládání otázek

Jaký je náš problém? Co potřebujete vědět? (vědomosti a omezení)

Přemýšlení

Jaká by mohla být řešení? Zamyslete se nad různými možnostmi. Vyberte tu nejlepší.

Plánování

Nakreslete diagram. Sepište seznam materiálů, které budete potřebovat. Postupujte podle plánu a zkonstruujte ho. Otestujte ho! Svůj návrh dále vylepšujte. Otestujte ho!

Zkonstruování Vylepšování


22

Pracovní a odpovědní listy


23

Pracovní list 1, lekce 1 – Zvukový záznam

Datum: Členové skupiny: 1.

……………………………..

4.

……………………………..

2.

……………………………..

5.

……………………………..

3.

……………………………..

6.

……………………………..

Jaké druhy zvuků chcete vytvořit v rámci zvukového záznamu? Proč? .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

V jaké části zvukového záznamu chcete tento zvuk použít? .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

Kdo udělá který zvukový efekt? Každý má odlišné kvality a preference. Rozdělte si role. 1. člen skupiny dělá: ............................................................................................. 2. člen skupiny dělá: ............................................................................................. 3. člen skupiny dělá: ............................................................................................. 4. člen skupiny dělá: ............................................................................................. 5. člen skupiny dělá: ............................................................................................. 6. člen skupiny dělá: .............................................................................................

Co potřebujeme vědět pro splnění tohoto úkolu? .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

24

Pracovní list 2, lekce 2 – Experimenty s pravítkem Strana 1 Jméno: Datum:

Víte, že zvuk je vibrací. Jak vytvoříte vysoký tón nebo hluboký tón? Kdy je zvuk hlasitý nebo tichý? Můžete to prozkoumat s pomocí pravítka.

Co budete potřebovat? • Pravítko (ne dřevěné)

Do práce! 1. Pravítko položte na stůl. Nechte okraj pravítka přečnívat asi 10 centimetrů přes okraj stolu. 2. Jednou rukou přitlačte pravítko ke stolu. 3. Přečnívající část pravítka zmáčkněte prstem druhé ruky dolů a uvolněte. Tomu se říká brnkání.

Co slyšíte, když zabrnkáte na pravítko? ……….…………………………………………………………………………………………………………

Co vidíte, když zabrnkáte na pravítko? ……….…………………………………………………………………………………………………………

4. Nejprve na pravítko zabrnkejte zprudka, pak zlehka. Slyšíte rozdíl? Zakroužkujte správné z podtržených slov.

Když na pravítko zabrnkám zprudka, zvuk je vyšší/nižší/hlasitější/měkčí. Když na pravítko zabrnkám zlehka, zvuk je vyšší/nižší/hlasitější/měkčí.


25

Pracovní list 2, lekce 2 – Experimenty s pravítkem Strana 2

5. Nechte okraj pravítka přečnívat asi 20 centimetrů přes okraj stolu. Zabrnkejte na pravítko. Nyní udělejte to samé, ale pravítko bude přečnívat 7 cm přes okraj stolu. Co se stane s výškou zvuku, když se vibrující část pravítka zmenší? • Tón se zvýší. • Tón se sníží.

Co se stane, když se vibrující část pravítka zmenší? • Pravítko vibruje rychleji. • Pravítko vibruje pomaleji.

6. Zakroužkujte správné z podtržených slov. Když zabrnkám na pravítko zprudka, vibrace je větší/menší. Když zabrnkám na pravítko zlehka, vibrace je větší/menší.


26

Odpovědi – pracovní list 2, lekce 2 – Experimenty s pravítkem Jméno: Datum: Víte, že zvuk je vibrací. Jak vytvoříte vysoký tón nebo hluboký tón? Kdy je zvuk hlasitý nebo pouze tichý? Můžete to prozkoumat s pomocí pravítka.

Co budete potřebovat? • Pravítko (ne dřevěné), • stůl.

Do práce! 1. Pravítko položte na stůl. Nechte okraj pravítka přečnívat asi 10 centimetrů přes okraj stolu. 2. Jednou rukou přitlačte pravítko ke stolu. 3. Přečnívající část pravítka zmáčkněte prstem druhé ruky dolů a uvolněte. Tomu se říká brnkání.

Co slyšíte, když zabrnkáte na pravítko? Zvuk Co vidíte, když zabrnkáte na pravítko? Pravítko se pohybuje nahoru a dolů, vibruje.

4. Nejprve na pravítko zabrnkejte zprudka, pak zlehka. Slyšíte rozdíl? Zakroužkujte správné z podtržených slov.

Když na pravítko zabrnkám zprudka, zvuk je vyšší/nižší/hlasitější/měkčí. Když na pravítko zabrnkám zlehka, zvuk je vyšší/nižší/hlasitější/měkčí. 5. Nechte okraj pravítka přečnívat asi 20 centimetrů přes okraj stolu. Zabrnkejte na pravítko. Nyní udělejte to samé, ale pravítko bude přečnívat 7 cm přes okraj stolu.

Co se stane s výškou zvuku, když se vibrující část pravítka zmenší? • Tón je vyšší. • Tón se sníží.

Co se stane, když se vibrující část pravítka zmenší? • Pravítko vibruje rychleji. • Pravítko vibruje pomaleji.

6. Zakroužkujte správné z podtržených slov. Když zabrnkám na pravítko zprudka, vibrace je větší/menší. Když zabrnkám na pravítko zlehka, vibrace je větší/menší.


27

Pracovní list 3, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek Strana 1 Jméno: Datum:

Co budete potřebovat? • 2 papírové pohárky, • slabou gumičku, • nůžky, • pravítko nebo • 2 krabice vyrobené ze stejného materiálu; malou krabici a velkou krabici.

Do práce! Experiment, 1. část 1. Přimáčkněte gumičku ke dnu pohárku. 2. Pohárek držte zhruba 10 centimetrů od svého ucha nebo od ucha spolužáka. 3. Gumičku trochu napněte a pak ji pusťte. 4. Gumičku napněte co nejvíce a pak ji pusťte.

Co se stane s tónem, je-li gumička napjatější? ......................................................................................................

5.

Zakroužkujte správné z podtržených slov.

Napjatá gumička vytváří vysoký/nízký tón. Volnější gumička vytváří vysoký/nízký tón.

Experiment, 2. část 1. Vezměte další papírový pohárek a uřízněte velký kus horní části. Budete potřebovat malý pohárek o výšce 3 centimetrů. 2. Přimáčkněte gumičku ke dnu pohárku. 3. Pohárek držte zhruba 10 centimetrů od svého ucha nebo od ucha spolužáka. 4. Gumičku trochu napněte a pak ji pusťte.


28

Pracovní list 3, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek Strana 2 5.

Udělejte to znovu s velkým pohárkem. Slyšíte rozdíl?

Zvuk z malého papírového pohárku je hlasitější než z velkého papírového pohárku. ......................................................................................................

6.

Zakroužkujte správné z podtržených slov.

Zvuk z velkého papírového pohárku je hlasitější / méně hlasitý než zvuk z malého pohárku. Informace navíc Ovlivňuje velikost rezonanční skříňky výšku zvuku? Co si myslíte? • Ano, čím větší je rezonanční skříňka, tím nižší je zvuk. • Ne, velikost rezonanční skříňky neovlivňuje vlastnosti zvuku.

Pojďme to zjistit! 7. Vezměte 2 krabice vyrobené ze stejného materiálu, malou krabici velkou krabici. 8. Dejte je na stůl a zabubnujte na ně. Porovnejte zvuk vycházející z každé krabice. Slyšíte rozdíl ve výšce tónu? Zakroužkujte správné z podtržených slov.

a

Malá skříňka vydává vyšší/nižší tón zvuku než větší skříňka. Byla vaše předpověď správná?


29

Odpovědi – pracovní list 3, lekce 2 – Gumička a papírový pohárek Jméno: Datum:

Co budete potřebovat? • 2 papírové pohárky, • slabou gumičku, • nůžky, • pravítko nebo • 2 krabice vyrobené ze stejného materiálu; malou krabici a velkou krabici.

Do práce! Experiment, 1. část 1. Přimáčkněte gumičku ke dnu pohárku. 2. Pohárek držte zhruba 10 centimetrů od svého ucha nebo od ucha spolužáka. 3. Gumičku trochu napněte a pak ji pusťte. 4. Gumičku napněte co nejvíce a pak ji pusťte. Co se stane s tónem, je-li gumička napjatější? Zvuk má vyšší tón. 5. Zakroužkujte správné z podtržených slov.

Napjatá gumička vytváří vysoký/nízký tón. Volnější gumička vytváří vysoký/nízký tón.

Experiment, 2. část 1. Vezměte další papírový pohárek a uřízněte velký kus horní část. Budete potřebovat malý pohárek o výšce 3 centimetrů. 2. Přimáčkněte gumičku ke dnu pohárku. 3. Pohárek držte zhruba 10 centimetrů od svého ucha nebo u ucha spolužáka. 4. Gumičku trochu napněte a pak ji pusťte. 5. Udělejte to znovu s velkým pohárkem. Slyšíte rozdíl? Zvuk z malého papírového pohárku je hlasitější než z velkého papírového pohárku. Ne. 6. Zakroužkujte správné z podtržených slov. Zvuk z velkého papírového pohárku je hlasitější/ méně hlasitý než zvuk z malého pohárku.


30

Informace navíc Ovlivňuje velikost rezonanční skříňky výšku zvuku? Co si myslíte? Každá odpověď je správná; nyní jde o to, co si myslí žáci. • Ano, čím větší je rezonanční skříňka, tím nižší je zvuk. • Ne, velikost rezonanční skříňky neovlivňuje vlastnosti zvuku.

Pojďme to zjistit! 7. Vezměte 2 krabice vyrobené ze stejného materiálu, malou krabici a velkou krabici. 8. Dejte je na stůl a zabubnujte na ně. Porovnejte zvuk vycházející z každé krabice. Slyšíte rozdíl ve výšce tónu? Zakroužkujte správné z podtržených slov.

Malá krabice vydává vyšší/ nižší tón zvuku než velká krabice. Byla vaše předpověď správná?


31

Pracovní list 4, lekce 3 – Začínáme stavět! Jméno: Datum: Přemýšlejte a plánujte Prozkoumali jste materiály, které můžete použít. Také jste se zamysleli nad tím, jak chcete vyrobit svoji ozvučnou skříňku. Snažte se sepsat svoje nápady. Zamyslete se nad pojmenováním věcí jako: tvar, velikost, materiály. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Chcete-li, můžete svoje nápady také nakreslit.

Sepište seznam materiálů, které chcete použít. 1.

……………………………………….

2.

……………………………………….

3.

……………………………………….

4.

……………………………………….

5.

……………………………………….

Vylepšování Vylepšili jste něco? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

32

Hodnoticí list, lekce 4 – Konstrukční proces Jméno: Datum: V průběhu lekcí jste provedli mnoho různých aktivit. Každá z těchto aktivit je spojena s jedním krokem konstrukčního procesu. U každé aktivity uveďte krok konstrukčního procesu, který k ní patří.

Aktivita

Krok konstrukčního procesu

Přemýšlení o tom, co potřebujete vědět, abyste mohli navrhnout a vyrobit svůj generátor zvuku. Výroba generátoru zvuku. Testování generátoru zvuku a jeho úpravy. Experimentování, abyste zjistili, jak vyprodukovat vyšší zvuk.

Zamýšlení se nad nápady a řešeními. Výběr nápadu, který chcete vyrobit. Přemýšlení o tom, jaké materiály použijete. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

33

Odpovědi – hodnoticí list, lekce 4 – Konstrukční proces Jméno: Datum: V průběhu lekcí jste provedli mnoho různých aktivit. Každá z těchto aktivit byla spojena s jedním krokem konstrukčního procesu. U každé aktivity uveďte krok konstrukčního procesu, který k ní patří.

Aktivita

Krok konstrukčního procesu

Přemýšlení o tom, co potřebujete vědět, abyste mohli navrhnout a vyrobit svůj generátor zvuku.


Výroba generátoru zvuku.

Zkonstruování

Testování generátoru zvuku a jeho úpravy.

Vylepšování

Experimentování, abyste zjistili, jak vyprodukovat vyšší zvuk.


Zamýšlení se nad nápady a řešeními.

Přemýšlení

Výběr nápadu, který chcete vyrobit.

Plánování

Přemýšlení o tom, jaké materiály použijete.

Plánování


34

Možné rezonanční skříňky


35

Tipy a triky týkající se upevnění struny

Následují příklady toho, jak lze k rezonanční skříňce připevnit struny.

V ozvučné skříňce udělejte otvor, protáhněte jím strunu a uvažte uzel. Strunu upevněte kolem knoflíku. Protože je knoflík větší než otvor v ozvučné skříňce, struna se nebude moci uvolnit.

Stejným způsobem můžete použít i kancelářskou sponku.

Použijte oko, kolem kterého můžete strunu uvázat. Pak okem otáčejte, dokud se struna nenapne.


36

Pro upevnění struny k rezonanční skříňce lze použít i závlačku.

K napnutí struny použijte špejli nebo její část. Špejli umístěte mezi knoflík a strunu. Když špejlí několikrát zatočíte, struna se napne. Špejli je pak třeba zajistit kouskem lepicí pásky, jinak se stočí nazpět.


37

Jako můstek použijte zmrzlinové dřívko. Když použijete můstek, struny se nedotýkají rezonanční skříňky a zvuk je hlasitější.


38

Obrázky potřeb

Pro výrobu strun: • rybářský vlasec, • silné gumičky, • slabé gumičky, • dentální nit, • šicí niť.

Pro výrobu rezonanční skříňky Může se jednat o čisté masivní misky, například: • miska od tvarohu, • miska od másla, • masivní kartónové krabice, • krabička od bramborových lupínků, • prázdné plechovky od jídla, • plastiková láhev (malá nebo velká).

Pro upevnění strun: • knoflíky, • kancelářské sponky, • závlačky, • oko, • zmrzlinová dřívka, která se hodí pro napnutí strun a mohou fungovat i jako můstky pro struny, • špejle, které se také hodí pro napnutí strun.

Nástroje: • vyšívací jehla s tupým hrotem nebo děrovací nástroj. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

39

Vědecké poznámky pro učitele, týkající se zvuku a akustického inženýrství Některé klíčové vědecké koncepty zahrnuté v lekci 2 • • • • • • • • •

Zvuk je vibrací, typy zvuku – vysoký/nízký/hlasitý/tichý, zvuk potřebuje médium, skrze které se může šířit, zvuk se šíří jako vlna, skrze různá média se zvuk šíří různou rychlostí, zvuk slyšíme, když vibrace způsobí vibraci ušního bubínku, tón zvuku může být vysoký nebo nízký, rychlé vibrace produkují vysoký zvuk a pomalé vibrace produkují nízký zvuk, hlasité zvuky jsou produkovány velkými vibracemi, měkké zvuky jsou produkovány malými vibracemi, • výšku a hlasitost zvuku lze měnit pomocí rezonanční skříňky.

Zvuk je vibrací, která se šíří skrze médium (jako je voda). Vibrace je zpětný a dopředný pohyb způsobený vibrační silou. Vibrace se šíří ven ze zdroje ve všech směrech skrze okolní médium; jsou tímto médiem přenášeny. Sluch – když se vibrace dostanou do ucha, způsobí vibraci ušního bubínku. Zvuky jsou v uchu zesilovány (znalost podrobné anatomie ucha není pro tento projekt zásadní) a sdělení jsou prostřednictvím sluchového nervu zasílána do mozku, kde jsou interpretována (tj. „uslyšena“). Například když zapískáte na flétnu, foukání do flétny způsobí, že vzduch uvnitř flétny začne vibrovat. Lidé sedící kolem ji mohou slyšet, protože vibrace se šíří ven z flétny skrze okolní vzduch a nakonec dorazí do ušních bubínků jedinců. Zvuková vlna – jak zdroj zvuku vibruje, způsobuje vibrace částic, které tvoří okolní médium. Zpětným a dopředným pohybem se částice (vibrace) šíří skrze médium a při tomto pohybu vytvářejí oblasti, kde jsou částice nakupeny (komprese), a oblasti, kde jsou částice rozprostřeny dále od sebe (zředění), čímž vytvářejí tlakové vlny (zvukové vlny). Animaci tohoto jevu můžete zhlédnout na stránce: http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves-intro/waves-intro.html Zvukovou vlnu popisují tři charakteristiky: frekvence – počet vln, které projdou určitým bodem za jednu sekundu – měří se jako cykly za sekundu v jednotkách nazvaných Hertz (Hz), délka vlny – vzdálenost od vrcholu jedné vlny k vrcholu druhé vlny, amplituda – měřítko velikosti vlny.

Frekvence – počet vibrací za jednu časovou jednotku. Lidské ucho dokáže vnímat zvuky mezi 20 – 20 000 Hz. To znamená, že 20 Hz je nejnižší zvuk, který můžete slyšet, a 20 000 Hz je nejvyšší slyšitelný zvuk. Závisí to také na věku a zdraví. Děti dokáží obecně slyšet vyšší zvuky než dospělí; existují tedy zvuky, které žáci ve vaší třídě slyší, ale vy je neslyšíte. Některá zvířata dokáží slyšet a produkovat mnohem vyšší nebo mnohem nižší zvuky než lidé. Například pes slyší zvuky v rozsahu 15 – 50 000 Hz. Netopýr slyší zvuky v rozsahu 100 – 100 000 Hz, zatímco píseň keporkaků dosahuje 20–24Hz.


40

Výška tónu závisí na frekvenci. Vysoký tón má vysokou frekvenci a nízký tón má nízkou frekvenci. Vysoký tón závisí na frekvenci zvukových vln, která je určena mírou vibrací. Čím vyšší je frekvence, tím větší je počet vibrací za jednu časovou jednotku. Vysoká frekvence (tj. rychlejší frekvence) produkuje vyšší tón než tón s pomalejšími vibracemi. Frekvence se měří ve vibracích za sekundu nebo v Hertzích (Hz). Čím vyšší je frekvence zvuku, tím kratší je délka vlny. To ovlivňuje způsob, jak se zvuk pohybuje (viz níže Jak se chovají vlny). Amplituda – velikost vlny. Amplituda určuje hlasitost zvuku. Velká amplituda produkuje hlasitý zvuk a malá amplituda produkuje měkký nebo tichý zvuk. Můžete to ilustrovat tím, že zabrnkáte na pravítko (viz Experiment s pravítkem v lekci 2). Velká vibrace produkuje hlasitější zvuk než malá vibrace. Intenzita zvuku se měří v decibelech (dB). Jedná se o logaritmické měřítko. Rozdíl 10 dB mezi intenzitou dvou zvuků znamená, že jeden zvuk je desetkrát hlasitější než druhý. Lidská řeč se pohybuje v rozsahu od 40 dB (šepot) do 80 dB (křik). Citlivost vašich uší na zvuk závisí na frekvenci zvuku. Lidské ucho je nejcitlivější na zvuky s frekvencí kolem 4 000 Hz. Nejvyšší nota na klavíru má kolem 4 000 Hz. Existují velmi hlasité zvuky, které naše ucho vůbec nezaregistruje. Například zvuky, které vydávají netopýři, dosahují 130 dB, nemůžeme je však slyšet, protože takový zvuk je pro naše uši příliš vysoký. Několik příkladů různých zvuků na škále dB: • • • • • • • • •

šepot 40 dB, konverzace 60 dB, křik 80 dB, riziko poškození sluchu 85 dB, pneumatické kladivo 100 dB, motor letadla ve výšce 10 m 120 dB (nebo třída plná křičících dětí), práh bolesti 130 dB, rockový koncert poblíž reproduktorů 150 dB, rána z těžkého děla 180 dB.

Médium – zvuk potřebuje médium, skrze které se může šířit. Nemáme-li žádné médium, není nic, co by mohlo vibrovat. Médiem může být voda, ale také pevné materiály, jako je dřevo. Plavete-li pod vodou, můžete také slyšet zvuky. Dřevo je také dobrým médiem; položte ucho na stůl a zaťukejte na něj. Slyšíte to? Když mluvíme o rychlosti zvuku, obvykle to znamená rychlost zvuku šířícího se vzduchem. Zvuk se však šíří různou rychlostí skrze různá média. Ve vzduchu dosahuje zvuk rychlosti přibližně 343 metrů za sekundu (1 235 km/h); tato rychlost se liší v závislosti na vlhkosti a teplotě vzduchu. Ve vodě je rychlost zvuku vyšší (1 500 m/s). Vodou se zvuk šíří mnohem dál než vzduchem. Například velryby dokáží slyšet svoje volání na vzdálenost stovek kilometrů. Zvuk se nemůže šířit ve vakuu, protože tam není žádné médium, jímž by se šířil. Filmy, kde slyšíte velkou ránu, když něco exploduje ve vesmíru, tedy nejsou z vědeckého hlediska správné. Akustika – je věda, která studuje mechanické vlny. Mechanická vlna je vlna, která pro své šíření potřebuje médium, protože se šíří prostřednictvím oscilace částic. Aplikací akustiky je například průmysl reprodukce zvuku a kontroly hluku. Charakteristiky místnosti nebo hlediště určují, zda bude zvuk dobře slyšet. Pojmy, které je třeba vzít v úvahu, jsou odrážení vibrací, absorpce vibrací, rezonance a vzdálenost (lidé, kteří jsou vzadu, to chtějí také slyšet).


41

Jak se chovají zvukové vlny Když se zvuková vlna šíří překážkou, může se stát několik věcí. Tuto informaci lze využít, když navrhujeme koncertní halu nebo divadlo: • Absorpce. Je-li překážka vyrobena z měkkého, porézního materiálu (např. pěna nebo vata), velké množství energie zvukových vln je absorbováno. To způsobuje menší rozdíly v tlaku ve zvukové vlně a ztlumení zvuku. Tento jev se používá například v nahrávacích studiích, kde stěny, podlaha a strop jsou pokryty měkkými, porézními materiály, aby se omezila ozvěna a další zvuky, které do nahrávek nepatří. V místnosti, kde je na podlaze koberec, je také méně hluku než v místnosti s tvrdou podlahou, protože koberec absorbuje zvuk. • Reflexe (odražení). Když zvuk narazí na tvrdý povrch (např. na skálu nebo beton), dojde k jeho odražení a vlny se vrací zpět ke zdroji. To je příčina ozvěny a rezonance. Zvuky jsou hlasitější v místnosti s materiály, které odrážejí zvuk (například koupelna s dlaždičkami na podlaze a na stěnách), než venku. Důvodem je, že se zvuk odráží od dlaždiček. Mohlo by se říci, že množství zvukové energie, která dospěje k vašim uším, je větší, protože jeden zvuk dospěje k vašim uším několikrát. • Ohyb zvuku. Zvukové vlny se dokáží pohybovat kolem předmětů. Je-li například mezi vámi a zdrojem zvuku překážka, můžete zvuk přesto slyšet. Frekvence a tedy i výška tónu ovlivňují způsob, jak se zvuk pohybuje v prostoru, jakož i to, jak je absorbován, jak se odráží a ohýbá. Vysoké zvuky jsou snadněji absorbovány a rozptylovány než nižší zvuky. Nízké zvuky mají větší pronikavost. To je důvod, proč v případě, že je v dálce koncert nebo velká party, slyšíte pouze nízké zvuky, jako jsou basové tóny nebo bubny. Vyšší zvuky jsou na cestě mezi vámi a zdrojem buď absorbovány, nebo rozptýleny. Při navrhování a výrobě hudebních nástrojů se používají různé nástroje v závislosti na jejich absorpčních a odrazivých vlastnostech. Zvuk je ovlivňován také tvarem a velikostí prostoru, v němž jsou vibrace produkovány. Obecně platí, že čím větší je nástroj, tím nižší tóny produkuje. Důvodem je, že větší nástroj dokáže produkovat zvuky s větší vlnovou délkou, a proto jsou tyto zvuky hlubší. Například varhanní píšťala je dlouhá polovinu vlnové délky tónu, který produkuje. Platí tedy, že čím delší varhanní píšťala je, tím nižší tóny produkuje. Pro běžné vysvětlení mechanické rezonance se používá houpání na houpačce. Když se houpete ve směru pohybu houpačky, výsledkem je ještě větší zhoupnutí. Pokud nedáte houpačce impulz ve správném bodu, výsledkem může být relativně malé zhoupnutí nebo může dokonce dojít k přibrzdění pohybu houpačky, působí-li impulz v opačném směru. Akustická rezonance je jev, v rámci něhož je možné posílit zvukové vlny produkované určitým akustickým systémem, přiblíží-li se frekvence zvuku přirozené vibrační frekvenci systému. Akustická rezonance je zásadně důležitá pro výrobce akustických nástrojů. U dechového nástroje, jako je například saxofon, hudebník fouká do plátku nátrubku, a vytváří tak vibraci. Pokud frekvence vibrace plátku odpovídá přirozené frekvenci vibrace sloupce vzduchu v těle nástroje, dojde k rezonanci a je vyprodukován hlasitý zvuk. V části lekce 2.5 prozkoumají žáci výrobu rezonanční skříňky pro zesílení zvuku, který vyprodukují.


42

Některé nápady žáků týkající se vědy spojené se zvukem a inženýrstvím Přemýšlení dětí o přirozeném světě pochází z jejich každodenních zkušeností. Nemusí odrážet zavedený stávající vědecký názor, obvykle však obsahuje rozumné úvahy založené na sledování a interakci. Nabídneme-li dětem příležitost, aby potrápily svoji mysl prostřednictvím aktivity, mnohem pravděpodobněji to posune jejich vnímání, než když jim budeme říkat fakta. To však představuje velký pedagogický úkol. Pro žáky všech věkových kategorií a na všech úrovních je velmi náročné přijmout nové myšlenky o určitém jevu, zejména pokud jsou podle nich v rozporu se selským rozumem. I když máme díky výzkumu určitou představu o myšlenkách, které žáci mívají, zejména pokud jde o koncepční oblasti vědy, pro žáky je často problematické vyjadřovat svoje myšlenky slovy. Musíme tedy být opatrní, abychom si nevytvořili mylné představy o jejich uvažování. To zdůrazňuje význam poskytování příležitosti dětem, aby svoje myšlenky diskutovaly.

Představy dětí o zvuku Většina dětí má problém s abstraktním pojetím zvuku. Rané koncepce zvuku mohou zahrnovat neschopnost dětí rozpoznat, že zvuk má zdroj, zatímco pozdější koncepce mohou zahrnovat představy o zvuku jako o fyzické bytosti s vlastnostmi, jako je objem nebo váha, a představy, že voda nebo vzduch mohou zvuk tlačit. (1) Některé děti si také myslí, že zvuk může být někde uzavřen. Ve výzkumné studii, kterou provedli Haim, Eshach a Schwartz (2006), jeden student uvedl: „Hlasy jsou jako bubliny hluku. Jako malé balónky. Hluk se skrývá v těch balóncích. Když balónky vypustíme, hlasy vylétnou ven.“ (1) Děti musejí získat příležitost zažít zvuk jako vibraci a identifikovat vibrující zdroje tam, kde nejsou zcela zřejmé (jako tomu bylo v lekci 2.1, kde děti „cítily“ vibrace v krku, když hovořily). I když děti použijí slovo „vibrace“, nemusejí plně chápat, že se jedná o zpětný a dopředný pohyb (otřesy), takže celkově je pohyb z určitého místa nulový. I když děti uznají, že zvuk je způsoben vibrací, mohou si myslet, že byla vyprodukována bytost (nazvaná zvuk) odlišná od vibrace (2). V rámci aktivit, které se vztahují k šíření zvuku, je tedy důležité zajistit, aby děti pochopily, že zvuk je vibrací a že je to vibrace, která se šíří médiem. Pomůže, když nasměrujeme jejich pozornost tam, kde lze tuto skutečnost zažít, jako jsou například vibrace, které lze pocítit (a zároveň uslyšet), například když zaťukáme na kovovou nohu od stolu nebo na dřevěnou desku stolu. Na podporu rozvoje správných představ jsou proto užitečné aktivity, v rámci nichž děti „vibrace“ přenášejí. Je také důležité zdůrazňovat spojení mezi vibracemi, které se šíří vzduchem (nebo jiným médiem) a vstupují do ucha, kde rozvibrují ušní bubínek.

Představy dětí o tom, jak se zvuk šíří Koncept zvuku, který potřebuje médium, skrze něž se šíří, je náročný. Děti kolem 7 let si často myslí, že zvuk se šíří bez média, že zvuk „uniká“ z děr a puklin, jak žáci často uvádějí (1, 3). Mnohé děti si myslí, že zvuk může cestovat prostorem bez vzduchu (jako je vakuum nebo vesmír). (2) Tak to děti vídají a slýchají ve filmech a hrách, které sledují a hrají. Piaget zjistil, že děti ve věku zhruba 11 let mají představu, že zvuk se šíří médiem, které obsahuje vibrace. Ve zprávě časopisu Space (3) jeden desetiletý chlapec odpověděl na otázku, zda může vysvětlit, jak zvuk cestuje: „Není to stejné, jako když já cestuji autem, je to – no, já nevím – ale není to jako cestování autem nebo na kole – je to nějak jinak.“ Děti si také mohou myslet, že zvuk se šíří v jednom směru od zdroje (ze zdroje do ucha osoby, která zvuk slyší).


43

Představy dětí o zvukových vlnách Představa o zvukových vlnách je problematická. Některé děti si myslí, že zvukové vlny jsou podobné vlnám na moři (2, 3). V každodenním životě není výraz „vlna“ stejný jako vědci používaný termín; ve skutečnosti ve vědě existují různé typy vln. Demonstrace s pružinou z lekce 2.2 umožňuje dětem zamyslet se nad rozdílem mezi vodními vlnami a zvukovými vlnami ve smyslu pohybu. Zatlačení na pružinu způsobí vlnu vibrace (dopředného a zpětného pohybu), jež probíhá pružinou, kterou držíme za oba konce. Je třeba, aby děti viděly, že jakmile vlna proběhne, pružina se vrátí zpět do své původní pozice. Je důležité to zdůraznit, aby si začaly uvědomovat, že vlna je oblastí komprese, která se pohybuje pružinou. Jedná se o převratnou myšlenku a učiteli bude možná muset stačit, když ji děti pochopí alespoň částečně.

Představy dětí o měnících se zvucích Pro děti může být těžké uslyšet změnu ve výšce tónu, když se zároveň mění hlasitost zvuku. Slovní vyjádření tohoto jevu je velmi náročné. Děti si běžně myslí, že udeříme-li do určitého předmětu silněji, změní se výška vyprodukovaného zvuku, a že hlasitost a výška zvuku jsou to samé (2, 5). V lekci 2.3 a 2.4 je proto důležité zajistit, aby děti díky přímé zkušenosti pochopily, co se myslí hlasitým/ tichým/vysokým a nízkým zvukem. Jedná se o oblast studia, pro kterou lze dobře využít hudební nástroje, a prozkoumat, jak změny výšky zvuku u známých nástrojů podpoří studium. Například při hraní na flétnu se výška zvuku mění tak, že odkrýváme a zakrýváme vzduchové otvory. Tím měníme velikost sloupce vzduchu, který chceme rozvibrovat (malý sloupec vzduchu produkuje vysoký tón a velký sloupec vzduchu nízký tón). Děti si často myslí, že zvuk flétny je produkován vibrací materiálu, z něhož je flétna vyrobena, a nikoli vibracemi vzduchu, který je uvnitř (2). Výrazy „amplituda“ a „frekvence“ jsou pro většinu dětí tohoto věku převratné. Učitel by měl pečlivě zvážit úroveň porozumění zvuku u dětí před tím, než začne téma představovat. Velké/malé a rychlé/ pomalé vibrace pravítka nebo elastické pásky (lekce 2.3 a 2.4) poskytnou většině žáků užitečný pracovní popis těchto jevů. A konečně, děti budou mít pravděpodobně jen omezené znalosti rezonance a zkušenosti s ní. Jedná se o komplexní vědeckou myšlenku a záměrem tohoto projektu není poskytnout její plně vědecké vysvětlení. V této fázi děti rezonanci nejlépe pochopí prostřednictvím průzkumu při výrobě rezonančních skříněk (lekce 2.4, 2.5, 2.6). (1) Eshach, H. & Schwartz, J.L. (2006). Sound Stuff? Naïve materialism in the middle-school students‘ conceptions of sound. International Journal of Science Education, 28 (7), 733-764. (2) Nuffield Primary Science Process and Concept Exploration Ages 7-12 Teachers’ Guide: Sound and Music (1995) Nuffield : Londýn. (3) Hapkiewicz, A. (1992). Finding a List of Science Misconceptions. MSTA Newsletter, 38 (zima ’92), str. 11-14. 4: Watt, D. & Russell, T. (1990). Primary Space Project Research Report. Sound. Liverpool University Press: Liverpool. (5) Periago, C., Pejuan, A., Jaén, X., & Bohigas, X. (2009). Misconceptions about the Propagation of Sound Waves, Departament de Física i Enginyeria Nuclear, Universitat Politècnica de Catalunya. (6) Neznámý autor, Operation Physics Elementary/ middle school physics education outreach project of The American Institute of Physics (1998). Children‘s Misconceptions about Science ze dne 09-072012, http://www.eskimo.com/~billb/miscon/opphys.html.


44

Hudba do uší Návrh a výroba generátoru zvuku

Recommend Documents