Fyzika prostřednictvím projektově orientovaného studia pro 3. ročník gymnázia

Plán volitelného předmětu

Fyzika prostřednictvím projektově orientovaného studia pro 3. ročník gymnázia 1. Charakteristika vyučovacího předmětu Volitelný předmět fyzika, který je realizován prostřednictvím projektově orientovaného studie je vyučován v rámci vzdělávací oblasti člověk a příroda. Žákům umožňuje formovat a rozvíjet pozitivní vztah k přírodním vědám, formuje jejich přírodovědný obraz světa a tak vytváří základy jejich vědeckého názoru na svět kolem nás. Svým způsobem výuky rozvíjí jak vědomosti, tak i praktické dovednosti žáků, stimuluje analytické myšlení, podněcuje schopnost formulovat a prezentovat vlastní hypotézy. Úzkou součinností s praxí (experimenty, laboratorní úlohy) nutí žáky k myšlenkové syntéze a praktickému využití získaných poznatků. Významným specifikem volitelného předmětu je metoda PBL (projektově orientované studium), který je zcela záměrně použit ve spojení se vzdělávacím obsahem fyziky. Projektově orientované studium je vzdělávací model, v němž vlastní práce studentů na pečlivě definovaných projektech je principiálním prostředkem k nabytí požadovaných profesních znalostí a úspěšnému dosažení předmětových či programových výstupních kompetencí předepsaných studijními osnovami. V průběhu práce na projektech je pravděpodobné, že se studenti střetnou s „problémy“, které můžou nebo nemusí mít známá a praktická řešení – v takových případech je projektová práce rozšířena o dodatečnou problémově orientovanou studii. Problémově orientované studium je vzdělávací model, v němž nejednoznačně artikulovaný problém odrážející komplexní životní realitu je prezentován studentům, jako počáteční bod jejich vlastní výzkumné, badatelské a studijní činnosti. V kontextu zadaného problému studenti identifikují relevantní vědomosti nabyté předchozím studiem, dále vědomosti, které budou potřebovat k postupnému řešení problému, optimální prostředky, kterými lze potřebné vědomosti efektivně získat, rozhodovací procesy potřebné k třídění a organizaci možných řešení, a zpětnovazebné informace o kvalitě a efektivnosti individuální a týmové činnosti. 1.1. Časové a organizační vymezení vyučovacího předmětu Předmět je zařazen jako volitelný pro 1. ročník v celkové hodinové alokaci 26 hodin a je třeba jej považovat za doplnění povinného předmětu fyzika. Smyslem předmětu je iniciovat kreativitu žáků k řešení předem definovaných problémů a motivovat je k vlastní individuální či týmové práci. Plánovaná hodinová alokace je rozložena do jednoho pololetí školního roku v členění 13 týdnů po 2 vyučovacích hodinách, které jsou realizovány vždy společně v jeden termín. Kromě této alokace se však předpokládá, že žáci budou pracovat i nad její rámec ve svém volném čase a část alokovaných hodin bude využita k prezentacím výsledků dílčích realizačních kroků a ke konzultacím s pedagogem. Při výuce jsou preferovány metody, které žáky aktivně zapojují do výuky a vedou je k formulaci domněnek a hypotéz, k ověřování možných postupů řešení a podle možností i k praktickému ověření. 1

1.2. Výchovné a vzdělávací strategie pro rozvoj klíčových kompetencí žáků 1) Kompetence k učení Učitel:  vede žáky k samostatnému vyhledávání, třídění a propojování informací z různých  zdrojů, včetně moderních informačních technologií;  motivuje žáky k prohlubování a samostatnému doplňování vědomostí a dovedností;  stimuluje k objevování souvislostí a hodnocení výsledků;  napomáhá rozvíjet schopnost organizace činnosti. 2) Kompetence k řešení problému Žák objevuje problém, analyzuje ho, navrhuje možné postupy řešení; Učitel usměrňuje volené způsoby řešení, podporuje i nestandardní řešení vedoucí k cíli, podněcuje logické uvažování. 3) Kompetence komunikativní Žák se přesně, výstižně a srozumitelně vyjadřuje v ústní a písemné podobě, užívá symbolického a grafického vyjádření, používá s porozuměním odbornou terminologii a symboliku; Učitel podporuje žáky k využití různých zdrojů informací (grafy, tabulky) a vybízí žáky k diskuzi, argumentaci. 4) Kompetence sociální a personální Učitel:  zařazuje do výuky skupinovou práci, sleduje a podněcuje spolupráci ve skupinách,  vede žáky k uvědomění si zodpovědnosti;  vytváří situace vedoucí k posílení sebedůvěry žáků;  podporuje odmítání nepřátelské atmosféry. 5) Kompetence občanské Žák je veden k zodpovědnosti za vlastní přípravu, hospodárně využívá energetických zdrojů a dokáže účinně pomoct při krizových situacích. 6) Kompetence k podnikavosti Žák:  zodpovědně se rozhoduje o svém budoucím profesním životě s ohledem na své schopnosti a potřeby;  aktivně přistupuje k rozvoji svého osobního a odborného potenciálu, využívá vlastní iniciativu a tvořivost;  chápe podstatu a principy podnikání, posuzuje a kriticky hodnotí rizika.

2

1.3. Očekávané výstupy FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEJICH MĚŘENÍ Žák:  měří vybrané fyzikální veličiny vhodnými metodami, zpracuje a vyhodnotí výsledky měření  rozliší skalární veličiny od vektorových a využívá je při řešení fyzikálních problémů a úloh POHYB TĚLES A JEJICH VZÁJEMNÉ PŮSOBENÍ Žák:  užívá základní kinematické vztahy při řešení problémů a úloh o pohybech rovnoměrných a rovnoměrně zrychlených/zpomalených  určí v konkrétních situacích síly a jejich momenty působící na těleso a určí výslednici sil  využívá (Newtonovy) pohybové zákony k předvídání pohybu těles  využívá zákony zachování některých důležitých fyzikálních veličin při řešení problémů a úloh  objasní procesy vzniku, šíření, odrazu a interference mechanického vlnění STAVBA A VLASTNOSTI LÁTEK Žák:  objasní souvislost mezi vlastnostmi látek různých skupenství a jejich vnitřní strukturou  aplikuje s porozuměním termodynamické zákony při řešení konkrétních fyzikálních úloh  využívá stavovou rovnici ideálního plynu stálé hmotnosti při předvídání stavových změn plynu  analyzuje vznik a průběh procesu pružné deformace pevných těles  porovná zákonitosti teplotní roztažnosti pevných těles a kapalin a využívá je k řešení praktických problémů ELEKTROMAGNETICKÉ JEVY, SVĚTLO Žák:  porovná účinky elektrického pole na vodič a izolant  využívá Ohmův zákon při řešení praktických problémů  aplikuje poznatky o mechanismech vedení elektrického proudu v kovech, polovodičích,  kapalinách a plynech při analýze chování těles z těchto látek v elektrických obvodech  využívá zákon elektromagnetické indukce k řešení problémů a k objasnění funkce elektrických zařízení  porovná šíření různých druhů elektromagnetického vlnění v rozličných prostředích  využívá zákony šíření světla v prostředí k určování vlastností zobrazení předmětů jednoduchými optickými systémy MIKROSVĚT Žák:  využívá poznatky o kvantování energie záření a mikročástic k řešení fyzikálních problémů  posoudí jadernou přeměnu z hlediska vstupních a výstupních částic i energetické bilance  využívá zákon radioaktivní přeměny k předvídání chování radioaktivních látek  navrhne možné způsoby ochrany člověka před nebezpečnými druhy zářen 3

2. Vzdělávací obsah Školní očekávaný výstup

Výstup RVP Učivo (č.)

Porovná účinky elektrického pole na vodič a izolant

5.4.1

Využívá Ohmův zákon při řešení praktických problémů

5.4.2

Aplikuje poznatky o 5.4.3. mechanismech vedení elektrického proudu v kovech, polovodičích, kapalinách a plynech při analýze chování těles z těchto látek v elektrických obvodech

 Elektrický náboj a jeho vlastnosti  Silové působení mezi náboji, Coulombův zákon, permitivita  Elektrické pole, intenzita elektrického pole  Práce sil elektrického pole  Elektrické napětí, elektrický potenciál  Vodič a izolant v elektrickém poli  Rozložení náboje ve vodiči  Kapacita vodiče  Kondenzátor, spojování kondenzátorů  Elektrický proud  Elektrický zdroj  Elektromotorické napětí zdroje  Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosměrného proudu  Elektrický odpor kovového vodiče  Ohmův zákon pro část elektrického obvodu  Závislost odporu kovového vodiče na teplotě,  Rezistory, spojování rezistorů  Ohmův zákon pro uzavřený obvod  Kirchhoffovy zákony  Polovodiče  Vedení proudu v polovodiči  Vlastní vodivost  Příměsová vodivost  P-N přechod  Polovodičová dioda  Tranzistor  Integrovaný obvod

Téma Elektrický náboj, elektrické pole

Elektrický proud v látkách

Průřezová témata

Mezipředmětové vztahy OSV 1.1: Poznávání a rozvoj vlastní osobnosti MAT OSV 1.2: Seberegulace, organizační dovednosti a CH efektivní řešení problémů OSV 1.3: Sociální komunikace OSV 1.5: Spolupráce a soutěž

OSV 1.1: Poznávání a rozvoj vlastní osobnosti MAT OSV 1.2: Seberegulace, organizační dovednosti a BIO efektivní řešení problémů OSV 1.3: Sociální komunikace OSV 1.5: Spolupráce a soutěž

Elektrický proud v polovodičích

4

Školní očekávaný výstup

Využívá zákon elektromagnetické indukce k řešení problémů a k objasnění funkce elektrických zařízení

Výstup RVP Učivo (č.)

5.4.4

                           

Elektrický proud v kapalinách Elektrolýza, elektrolyt Faradayovy zákony elektrolýzy Praktické využití elektrolýzy Elektrický proud v plynech Katodové a kanálové záření Emise elektronů Obrazovka Stacionární magnetické pole Magnetické pole vodiče s proudem Magnetická síla Magnetická indukce Magnetické pole cívky Částice s nábojem v magnetickém poli Magnetické vlastnosti látek, magnetické materiály Elektromagnetická indukce Elektromotor na trojfázový proud Faradayův zákon elektromagnetické indukce Indukovaný proud Lenzův zákon Vlastní indukce Elektromotor na trojfázový proud Vznik střídavého napětí a proudu Frekvence střídavého proudu a napětí Obvody střídavého proudu Výkon střídavého proudu Generátor střídavého napětí

Téma

Průřezová témata

Mezipředmětové vztahy

Elektrický proud v kapalinách a plynech

Magnetické pole

Střídavý proud

5

Školní očekávaný výstup

Výstup RVP (č.)

Porovná šíření různých druhů 5.4.5 elektromagnetického vlnění v rozličných prostředích

Učivo

Téma

       

Elektromagnetické OSV 1.1: Poznávání a rozvoj vlastní osobnosti kmitání a vlnění

Elektromagnetický oscilátor Oscilační obvod Thomsonův vztah Rezonance Vznik elektromagnetického vlnění Vlastnosti elektromagnetického vlnění Elektromagnetická interakce Přenos informací elektromagnetickým vlněním, sdělovací soustava  Vysílač  Přijímač  Princip TV

Průřezová témata

Mezipředmětové vztahy BIO

6

3. Hodinový tematický plán volitelného předmětu Téma Vstupní lekce do volitelného předmětu - představení obsahu volitelného předmětu

Časová dotace 90 min

Úvodní prezentace a vysvětlení pojmů Výklad a diskuse se žáky (důležité bude vyprovokovat diskusi lehce provokativními otázkami)

- charakteristika PBL úvod do problematiky – princip dotací a role jednotlivých subjektů v dotačním procesu - vytipování témat pro projekty Vyhledávání projektových témat - definování a výběr projektů

90 min Výklad doprovázený prezentací a příklady dobré a chybné praxe a jejich důsledků Individuální práce a konzultace k jednotlivým návrhům Výklad doprovázený prezentací a příklady

- sestavení projektových studentských týmů a rozdělení rolí v týmu - prezentace projektové fiche a její jednotlivých částí Tvorba projektové fiche - sestavení projektových plánů

Metody, formy

90 min Představení obsahu fiche a zpracování dle dané osnovy. Práce v týmech a následná prezentace výsledků práce, diskuse

- definice milníků a harmonogramu projektu

Kontrola a úprava projektových plánů Prezentace výstupů jednotlivých projektových týmů Diskuse a oponentura plánů

90 min

Přípravné práce před realizací projektu Definování zdrojů (včetně finančních a sestavení rozpočtu) Příprava pomůcek Vyhledávání literatury a dalších zdrojů

90 min

Realizace projektů I Práce v projektových týmech nad řešením konkrétního projektu

90 min

Prezentace spojená s následnou diskusí ke každé prezentaci Řízená diskuse

Individuální práce v týmech a konzultace k jednotlivým návrhům Individuální práce v týmech Individuální práce v týmech

Individuální práce v týmech s možností konzultace k jednotlivým realizačním krokům.

7

Téma Realizace projektů II Práce v projektových týmech nad řešením konkrétního projektu

Časová dotace 90 min

Individuální práce v týmech s možností konzultace k jednotlivým realizačním krokům.

Realizace projektů III Práce v projektových týmech nad řešením konkrétního projektu

90 min.

Kontrola milníků - vyhodnocení dosažení průběžných výsledků, které byly naplánovány v plánu projektu

90 min

Individuální práce v týmech s možností konzultace k jednotlivým realizačním krokům.

Prezentace práce jednotlivých týmu s definováním průběžných milníků a případných odchylek od plánu, včetně zdůvodnění těchto odchylek. Diskuse Individuální konzultace a diskuse v týmech.

- ověření dosažených výsledků a návrhy na případné úpravy projektů Dokončení realizace projektů Závěrečné práce na projektu

Metody, formy

90 min Individuální práce v týmech s možností konzultace k jednotlivým realizačním krokům. Prezentace jednotlivých týmů

Vyhodnocení dosažení či nedosažení plánovaných cílů Zpracování prezentace výsledků projektů Příprava závěrečné zprávy o realizaci projektu a prezentace v powerpointu

90 min

Prezentace výsledků a jejich obhajoba Prezentace výsledků projektových týmů a obhajoba před dalšími týmy a pedagogem

90 min

Závěrečné vyhodnocení práce Vyhodnocení ze strany pedagoga a zpětná vazba od projektových týmů.

90 min

Individuální práce v týmech s možností konzultace k jednotlivým realizačním krokům.

Prezentace výsledků jednotlivých týmů a obhajoba spojená s řízenou diskusí

Zhodnocení pedagoga, brainstorming

8

4. Vzorový projekt Metoda projektově orientovaného studia je založena na realizaci projektu, který je nositelem znalostí a dovedností, které by žáci měli zvládnout. Z důvodů vyšší motivace žáků je preferována situace, kdy iniciátory a těmi kdo definují řešený projekt jsou sami žáci. Žáci by tedy měli určit téma projektu a učitel by pak měl toto téma využít k propojení na vzdělávací obsah, který je uveden v bodu 2. Tento postup však od učitele vyžaduje zkušenost s metodou PBL. V situaci, kdy tato zkušenost chybí, popřípadě chybí jiné důležité atributy (čas, prostorové zázemí, apod.) je však možné postupovat i tak, že projekty jsou předdefinovány učitelem a žáci si z této nabídky vybírají jim nejbližší témata. Pro tuto situaci lze pak použít náměty projektů, které jsou zpracovány například na projektových kartách, které pak stejně musí žáci dopracovat do projektových fiší. Příklady projektových námětů jsou uvedeny v příloze.

9

5. Projektová fiše

Projektová fiše – základní identifikace projektu Název projektu Důvod realizace projektu Cíl projektu Popis projektu Realizační tým Popis rolí jednotlivých členů v realizačním týmu

Proč projekt chcete realizovat ? Proč projekt připravujete? Jaký problém chcete vyřešit a čeho chcete dosáhnout? Stručný text, popisující, co se stane, pokud bude projekt realizován – jaké činnosti budou provedeny. Jmenovité složení členů týmu Popis role jednotlivých členů projektového týmu

Manažer projektu

Konkrétní jméno vedoucího projektového týmu

Výstup(y) projektu

Stručně popište přímé (okamžité) výstupy projektu. Je pravděpodobné, že bude více než jeden. Uveďte jaké výsledky budou dosaženy, jak povedou výstupy k výsledkům, jak projekt přispěje k řešení nějakého konkrétního problému.

Výsledek(y) projektu Zdroje Materiální zdroje Informační zdroje

Jaké pomůcky a materiál budeme potřebovat k realizaci projektu Jaké informace budeme potřebovat k realizaci projektu

Literatura Finanční zdroje

Seznam literatury, kterou budeme potřebovat V případě, že bude nutné nějaké vybavení či materiál koupit, uveďte finanční náklady na tento nákup Měsíc Měsíc

Očekávaný začátek projektu Očekávaný konec projektu Realizační milníky

Rizika

Milník č. Název Datum dosažení 1 2 3 4 Jaká jsou rizika, že projekt nebude realizován vůbec nebude realizován podle původního plánu (nepřinese očekávané výstupy/výsledky/dopady)

10