Veletrh nápadĤ uþitelĤ fyziky 15
iQpark Liberec – nové workshopy pro školy ŠÁRKA VOTRUBCOVÁ, JAN HAVLÍýEK, ZDENċK RAKUŠAN iQpark Liberec PĜíspČvek popisuje pĜíklady žákovských aktivit pĜipravených týmem lektorĤ iQparku v rámci programu Science Gate pro žáky 2. stupnČ ZŠ a nižších roþníkĤ gymnázií v Libereckém kraji.
Úvod KromČ spousty „samoobslužných“ exponátĤ nabízí liberecký iQpark také tzv. lektorské programy. Pro žáky 2. stupnČ ZŠ a nižších roþníkĤ gymnázií v Libereckém kraji pak pĜipravujeme a realizujeme rozsáhlejší workshopy v rámci programu Science Gate. Dosud jsme se zamČĜovali na témata „VČda v kuchyni“, „Vidíme a pozorujeme“, „Slyšíme a posloucháme“ a „ýlovČk a jeho schopnosti“, další þtyĜi témata budou následovat. Workshopy nejsou þistČ fyzikální, snaží se naopak co nejvíce pĜesahovat do jiných pĜírodovČdných oborĤ, zejména do biologie þlovČka a chemie. Žádný z workshopĤ se nesnaží uþivo svého tématu vyþerpat, ale spíše doplnit školní výuku o další žákovské aktivity, zejména pak o efektní žákovské pokusy a zajímavá mČĜení. Všechny aktivity žáci provádČjí podle pracovních listĤ. Následující text pĜedstaví každé z uvedených témat popisem jedné þi dvou vybraných žákovských aktivit.
VČda v kuchyni Tajná zpráva DĤkaz škrobu v potravinách je založen na reakci jodu se škrobem za vzniku modroþerného komplexu. Škrob je smČs polysacharidĤ, které se skládají z mnoha glukosových jednotek. Ty jsou buć stoþené do šroubovice (amylosa) nebo vytváĜejí rozvČtvenou strukturu (amylopektin). PrávČ amylosa s jodem vytváĜí modroþerné zbarvení, které nám umožní detekovat škrob. Na základČ uvedeného mĤžeme pro dČti pĜipravit pČknou drobnou aktivitu. Roztokem škrobu napíšeme na velký papír slovo „ŠKROB“ a necháme je zaschnout. PĜedpokládáme, že alespoĖ nČkteré dČti už mají nČjaké vČdomosti þi dokonce zkušenosti s „tajnými inkousty“, a proto se zeptáme, kterými látkami mĤžeme psát „tajné zprávy“. PravdČpodobnČ se sejde víc rĤzných nápadĤ (roztok cukru, škrob, citronová šĢáva, mléko apod.). Zazní-li mezi návrhy škrob, položíme druhou otázku: která z navržených látek mĤže být zviditelnČna pomocí jodu? Kontrolu správnosti odpovČdi pak provede nČkdo z žákĤ tím, že postĜíká nápis slabým roztokem jodové tinktury. Pokud škrob mezi návrhy nezazní, nejedná se o kontrolu správnosti, ale o objev další látky vhodné k psaní tajných zpráv.
83
Veletrh nápadĤ uþitelĤ fyziky 15 ArchimédĤv koktejl Dovolujeme si nabídnout velmi efektní, totiž devítipatrovou variantu tohoto všeobecnČ známého demonstraþního pokusu. Do vysokého odmČrného válce postupnČ opatrnČ nalijeme pĜes obrácenou lžiþku tyto kapaliny: med, sirup, glycerol, slanou vodu obarvenou napĜ. zeleným potravináĜským barvivem, bílek, obarvenou vodu z kohoutku, šlehaþku, olivový olej a líh.
Obr. 1. Devítipatrový ArchimédĤv koktejl
Vidíme a pozorujeme SklenČný model oka a) Pomocí kulové vázy s vodou žáci zobrazují na papírovém stínítku výrazný nápis svítící na monitoru poþítaþe. Modelují tak zobrazování pĜedmČtĤ lidským okem, kde váza pĜedstavuje oko a stínítko sítnici. (Situace je pĜedem pĜipravena tak, aby obraz vzniklý na stínítku byl zmenšený a pĜevrácený.) PonČkud problematická je analogie mezi naplnČnou vázou a stavbou lidského oka. Jeho výplĖ je sice rovnČž tvoĜena pĜevážnČ vodou; zatímco však voda ve váze funguje díky tvaru vázy jako jediná znaþnČ mohutná spojka vytváĜející obraz na stínítku, obraz na sítnici oka vzniká nikoli díky výplni oka (sklivci), ale díky rohovce a oþní þoþce. b) Vázu i stínítko žáci posunou blíž k monitoru, vzájemnou vzdálenost mezi vázou a stínítkem pĜi tom udržují stále stejnou. Obraz se „rozmazal“. Modelují tak dalekozrakost, kdy oko není schopno zcela zaostĜovat na blízké pĜedmČty. Nyní žáci zkusmo zmČní polohu stínítka tak, aby se obraz zaostĜil, hned však stínítko vrátí do pĜedchozí polohy; zjistí tak, kde vzniká ostrý obraz – zda pĜed stínítkem (tj. sítnicí modelovaného oka), nebo za ním. Máme-li k dispozici sérii dostateþnČ rozmČrných þoþek rĤzných typĤ a optických mohutností, mĤžeme žáky nechat vybrat „brýlové sklo“ vhodné k nápravČ modelované vady; to ovšem vyžaduje technicky precizní pĜípravu a pĜesné provedení celého pokusu – napĜ. pomocí optické lavice:
84
Veletrh nápadĤ uþitelĤ fyziky 15
Obr. 2. SklenČný model oka s využitím optické lavice c) Opaþnými postupy žáci modelují krátkozrakost. Prostorové vidČní Postavíme na stĤl úzkou trubiþku. Pokusná osoba ji pozoruje v rovinČ stolu. Jejím úkolem je uchopit tužku a bez vČtšího váhání ji vsunout do trubiþky. Pokusí-li se o to s jediným otevĜeným okem, pravdČpodobnČ neuspČje. Jediné oko má totiž jen velmi omezenou možnost prostorového vidČní.
Slyšíme a posloucháme MČĜení výšky tónu vydávaného ladiþkou NapĜed žákĤm demonstrujeme Panovu píšĢalu a ptáme se jich, jak souvisí výška tónu s výškou jednotlivé píšĢalky. Poté žáky seznámíme s grafem závislosti výšky píšĢalky na výšce tónu, který chceme zahrát:
Obr. 3. Graf k mČĜení výšky tónu vydávaného ladiþkou Dále dČtem ukážeme, že se dá hrát i na trubiþku, kterou zasouváme do vody; pro ni pak tento graf platí také. Trubiþku ovšem rozezníme i bez foukání: podržíme nad ní znČjící ladiþku. Funguje to ale – stejnČ jako v pĜípadČ foukání – pĜi libovolné poloze trubiþky vzhledem k hladinČ vody ve válci? Ne; požádáme proto žáky, aby tento jev
85
Veletrh nápadĤ uþitelĤ fyziky 15 prozkoumali a zjistili, za jaké podmínky ladiþka trubiþku (resp. vzduch v trubiþce) rozezvuþí. Pak již žáci mohou pomocí pĜiloženého grafu snadno vyĜešit hlavní úkol – zjistit, jak vysoký tón ladiþka vydává. Panova píšĢala Demonstraþní pomĤcku nutnou k uvedení a zadání výše popsané žákovské aktivity mĤžeme buć zakoupit v hudebninách ĜádovČ za jedno þi nČkolik set Kþ, anebo pomČrnČ snadno zhotovit. PotĜebujeme množství papírových trubiþek, na které bývají navinuty papírové pásky do pokladen. Z trubiþek slepíme 8 rĤznČ dlouhých píšĢalek, dole uzavĜených. PĜesné délky, na nČž pak píšĢalky opatrnČ zkrátíme ostrým nožem, snadno vypoþítáme z pomČrĤ frekvencí odpovídajících jednotlivým hudebním intervalĤm: prima
sekunda
tercie
kvarta
kvinta
sexta
septima
oktáva
1:1
9:8
5:4
4:3
3:2
5:3
15 : 8
2:1
Tab. 1. PomČry délek píšĢalek tvoĜících Panovu píšĢalu
ýlovČk a jeho schopnosti Káva ve službách fyzikĤ Žáci hmatem vyzkoušejí „teplotu“ þtyĜ destiþek pĜipevnČných k polystyrenovým podložkám: mČdČné, dĜevČné, polystyrenové a z PVC. Pomocí teplotního þidla (napĜ. znaþky Vernier) zjistí, že všechny materiály mají stejnou teplotu, aþkoliv náš teplotní vjem je rĤzný. K vysvČtlení rozdílného vjemu žákĤm pomĤže pokus. Do rohu každé destiþky umístíme kelímek s horkou „kávou“ nalitou z termosky, v protČjším rohu destiþky mČĜíme teplotu. Na destiþce z pČnového polystyrenu stoupá teplota nejpomaleji, následuje teplota na destiþce ze dĜeva, pak z kompaktního plastu (PVC) a nejrychleji stoupá teplota na destiþce mČdČné. Položíme-li totiž ruku na destiþku s dobrou tepelnou vodivostí, odvede rychle teplo z naší ruky (stejnČ jako z kelímku s kávou), a proto nám takový materiál pĜipadá na dotek „studenČjší“. Co (ne)dokážeme PĜipravíme pro žáky slovní þi obrázkové popisy nČkolika „cvikĤ“. Žáci mají za úkol zjistit, které z nich jsou proveditelné, a neproveditelnost ostatních cvikĤ vysvČtlit: 1. Chodíš podél stČny, okraje chodidel pĜikládáš tČsnČ ke stČnČ. 2. Stojíš levým bokem tČsnČ u stČny. Levou ruku pĜedpažíš, pravou zapažíš. Aniž se nohama oddálíš od stČny, ruce prohodíš. 3. Postavíš se na levou nohu. Pravou nohu pĜednožíš a obČ paže pĜedpažíš. 4. Stojíš s patami tČsnČ u stČny, a aniž pokrþíš nohy, rukama se dotkneš špiþek.
86
Veletrh nápadĤ uþitelĤ fyziky 15
Obr. 4. PĜedklon s patami u stČny 5. PĜekĜížíš nohy, aby se vnČjší strany chodidel dotýkaly, a udČláš dĜep.
Obr. 5. DĜep se zkĜíženýma nohama 6. PovČsíš si na krk medaili a posadíš se na židliþku, nohy do pravého úhlu. Vstaneš ze židle tak, aby se medaile neoddálila od tČla. 7. Stojíš levým bokem ke stČnČ a zvedneš pravou nohu (strany mĤžeš obrátit). 8. Pata levé nohy se dotýká stČny, pata pravé nohy se dotýká špiþky levé nohy; udČláš dĜep. 9. Sedíš ve dĜepu a na ramenou za krkem držíš dĜevČnou tyþ. Ukloníš se tak, aby se tyþ dotkla podlahy. 10. Sedíš ve dĜepu a rukama se dotýkáš palcĤ u nohou. Takto pĜeskoþíš malý pĜedmČt ležící na podlaze. 11. DĜepneš si a dĜevČnou tyþ si vložíš do kolenních a loketních jamek. Dotkneš se nosem podlahy. VysvČtlení neproveditelnosti cvikĤ zpravidla vycházejí z poznatkĤ o tČžišti lidského tČla v jeho stabilní, resp. labilní poloze.
ZávČr Zveme všechny uþitele fyziky þi jiných pĜírodovČdných pĜedmČtĤ pĤsobící na 2. stupni ZŠ a v nižších roþnících víceletých gymnázií v Libereckém kraji, aby pĜivedli své žáky na nČkterý z workshopĤ Science Gate, popĜípadČ aby navštívili semináĜe pro uþitele, kde jim jednotlivá témata žákovských workshopĤ podrobnČ pĜedstavíme. Pro tĜídy z jiných regionĤ máme pĜipraveny tzv. malé lektorské programy v rozsahu do 45 minut.
87
