Jednoduchý fyzikálny experiment a jeho miesto vo vyučovaní fyziky Ľudmila Onderová Oddelenie didaktiky fyziky, Ústav fyzikálnych vied PF UPJŠ, Košice Anotácia: Príspevok sa zaoberá jednoduchým fyzikálnym experimentom ako jednou z ciest na zvýšenie popularity fyziky ako v škole, tak na verejnosti. Uvedené sú možnosti uplatnenia jednoduchého experimentu vo vyučovacom procese doplnené konkrétnymi príkladmi. Kľúčové slová: jednoduchý experiment, motivácia, aktívne poznávanie Úvod Je neodškriepiteľným faktom, že fyzika nepatrí v škole vo všeobecnosti k obľúbeným predmetom.Tento stav je odrazom prevládajúceho názoru ľudí, že fyzika, to sú vzorce, ktoré sa v škole musíš naučiť ale pre život ich nepotrebuješ a tak ich zabudneš. V lepšom prípade sa uznáva akýsi "imaginárny" prínos fyziky k rozvoju technických vied a ich aplikácií. Keďže v spoločnosti prevláda počet tých, ktorí z fyziky vedia málo, resp. sú o tom presvedčení, patrí takmer k spoločenskému bontónu verejne sa priznávať, že fyzika nebola nikdy mojou silnou stránkou a "obdivujem" jedincov, ktorí jej rozumejú. Je zaujímavé, že na druhej strane chabými vedomosťami zo zemepisu, dejepisu či gramatiky sa obvykle nikto nechváli, skôr sa ich snaží utajiť. Na mieste sú teda otázky, či sa táto nie dobrá situácia môže zmeniť a akú úlohu v tom môže zohrať učiteľ fyziky? Na prvú otázku odpovie optimista áno, ale súčasne si musí uvedomiť, že zvýšiť popularitu fyziky je dlhodobý proces. Podstata snaženia za zvýšenie popularity fyziky ako v škole, tak vo verejnosti spočíva v postupnom presviedčaní žiakov a celej verejnosti, že fyziku nemožno stotožňovať so vzorcami, naopak, že je to určitý pohľad na svet a skutočnosti, ktoré nás obklopujú Ak neuvažujeme menšinu ľudí, ktorá sa zaoberá priamo fyzikou, resp. ľudí, ktorí vo svojej práci fyziku naozaj potrebujú, zostane väčšina, ktorá "vyžije" s veľmi málo vzorcami. Ľudí musíme presvedčiť, že nepotrebujú vedieť fyzikálne vzorce, ale prečo sa strieda deň s nocou, ako vzniká dúha, prečo je obloha modrá, čo nám umožňuje počúvať rádio, pozerať televíziu, ako funguje mikrovlnná rúra alebo platobná karta ... Na väčšinu týchto otázok nám pomôže odpovedať fyzika a je teda zrejmé, že základné fyzikálne vedomosti musia byť súčasťou všeobecného vzdelania každého človeka. Tu sa ponúkajú ďalšie otázky: Ktoré vedomosti a v akej forme treba podať žiakom, aby ich akceptovali a aby ich boli schopní v praktickom živote použiť, či sa už z nich stanú technici, lekári, právnici či umelci ? Ako sa máme k problému postaviť my učitelia? Jednoduchý fyzikálny experiment Určite nie je namieste zvaliť celú vinu za nepopulárnosť fyziky na učiteľov. Hlavne keď si spomenieme na obsažné učebné plány a učebnice, z ktorých sa máločo vynecháva, ale do ktorých sa stále pridávajú nové a nové poznatky vedy. Istá voľnosť učiteľa v podobe možnosti vynechania niektorej časti učiva je tiež konfrontovaná s požiadavkami prijímacích skúšok na vysoké školy, obsahom ktorých je častokrát zisťovanie namemorovaných vedomostí. Aj napriek
týmto problémom však existujú cesty a metódy ako zatraktívniť vyučovanie fyziky a priblížiť ju k reálnemu životu. Jednu z ciest pri odstraňovaní formalizmu vo vyučovaní fyziky predstavuje práve fyzikálny experiment, ktorý oživuje vyučovací proces, robí vyučovanie zaujímavým a príťažlivým. Fyzikálny experiment je nahliadnutím do štruktúry prírody, do štruktúry sveta. Fyzikálny experiment predstavuje významnú formu názornosti. V dnešnej dobe nám však nejde len o názornosť ilustratívnu, ale je potrebná názornosť vyššieho stupňa názornosť operatívna. Práve prostredníctvom experimentov nadobúdajú vedomosti žiakov neformálny charakter, žiaci si lepšie prekladajú poznatky do svojho vnútorného jazyka. Fyzikálnym experimentom učíme žiaka najbezprostrednejším spôsobom, nie cez slovné zvraty a matematické formulácie. Fyzikálne experimenty vytvárajú zároveň zásobu zmyslových skúseností pre ďalšie učenie resp. život žiaka. Okrem tradičných foriem experimentovania je potrebné využívať aj ďalšie účinné možnosti napr. uplatnenie netradičných fyzikálnych experimentov, t.j. experimentov realizovaných improvizovanými resp. svojpomocne vyhotovenými pomôckami. Jedná sa hlavne o jednoduché, názorné a z hľadiska prípravy i finančnej náročnosti čo najdostupnejšie experimenty. Experimenty tohto typu by sme mali robiť so žiakmi hneď od ich prvého stretnutia s fyzikou. Treba využiť prirodzenú hravosť detí a snažiť sa priblížiť k stavu, keď hra prirodzene prerastie do fyzikálneho pokusu a žiakom prestane stačiť vonkajšia stránka pokusu, ale začnú pátrať po tom, prečo dej prebieha práve tak a nie inak. Vlastná skúsenosť mi potvrdzuje, že žiaci všetkých stupňov škôl včítane vysokoškolákov obľubujú pokusy, s ktrorými sa môžu "pohrať". Dôvodov, prečo zaraďovať do vyučovania fyziky jednoduché experimenty možno vymenovať veľa ale medzi hlavné určite patria: ¾ motivácia - ak učiteľ vhodne spája konanie experimentu s osobnými skúsenosťami žiakov, ak ide o experiment s veľkým a pre žiakov prekvapivým efektom stáva sa tento účinným prostriedkom motivácie k poznávacej činnosti. Častokrát sú žiaci prvotne motivovaní už netradičnými pomôckami, ktoré si majú priniesť na vyučovanie; ¾ finančná nenáročnosť - situácia s učebnými pomôckami na školách nie je ružová, učebné pomôcky sú väčšinou staré, opotrebované alebo nepoužiteľné. Znamená to, že učitelia nemôžu realizovať tradičné demonštračné pokusy, ktoré sa naučili v rámci vysokoškolského štúdia. Jednoduché experimenty im ale umožnia priblížiť žiakom fyziku každodenného života, lebo obmedzené finančné prostriedky škôl a nedostatočne vybavený fyzikálny kabinet nebránia ich realizácii; ¾ možnosť realizácie experimentu aj žiakmi - pokus realizovaný pomocou nenáročných a dostupných pomôcok je veľakrát efektívnejší ako pokus s náročnou experimentálnou aparatúrou, kde zložitá aparatúra môže niekedy "zahmliť" jav, ktorý chceme demonštrovať. Okrem toho demonštrovanie na vyučovacej hodine trvá spravidla len krátku dobu, žiak pritom čosi narýchlo vidí a častokrát si nestačí veci bližšie poprezerať a zamyslieť sa nad príslušnými fyzikálnymi súvislosťami. Dostupnosť pomôcok potrebných k realizácii jednoduchých experimentov umožňuje žiakovi, na rozdiel od pokusov realizovaných síce efektnými príp. modernými, ale žiakovi neprístupnými pomôckami, uskutočniť si predvádzaný pokus aj doma. Tu si ho môže viackrát zopakovať a pokojne sa zamyslieť nad jeho priebehom. Pokiaľ mu nevyjde na prvý krát, môže ho zopakovať viackrát, čo ho zároveň vedie k premýšľaniu, k hľadaniu príčiny neúspechu. Tak sa demonštračný experiment transformuje na žiacky pokus. Žiak si pri ňom bezprostredne overuje užitočnosť osvojovaných fyzikálnych poznatkov a je nútený samostatne a tvorivo uplatňovať svoje vedomosti nadobudnuté pri vyučovaní fyziky.
Jednoduchý experiment vo vyučovaní fyziky Z hľadiska uplatnenia vo vyučovacom procese poskytujú jednoduché fyzikálne experimenty široké didaktické možnosti. Môžeme ich využiť v rôznych etapách vyučovacieho procesu a síce ako: prostriedok na motiváciu na začiatku osvojovania nového učiva - motivačný experiment môžeme prezentovať ako problém na začiatku vyučovacej hodiny, ktorý učiteľ po prebratí nového učiva spolu so žiakmi vyrieši. Môžeme napr. využiť hračku –požiarnika na rebríku a na základe skúmania jeho správania vysvetliť rovnovážne polohy ako aj demonštrovať premeny jednotlivých druhov mechanickej energie. prostriedok na aktívne poznávanie - realizuje sa pomocou experimentálnych problémových úloh, t.j.úloh,ktoré vyvolávajú problémovú situáciu, na vyriešenie, ktorej je potrebné zrealizovať jednoduchý experiment. Podľa úrovne a rozumových schopností žiakov triedy im môžeme zadať len problém a zoznam pomôcok, ktoré majú k dispozícii alebo aj postup realizácie jednoduchého experimentu. Cieľom samostatného aktívneho poznávania je na základe realizácie jednoduchého experimentu dospieť k správnej interpretácii sledovaných fyzikálnych javov a zákonitostí. Formulácie takýchto úloh z oblasti magnetizmu môžu byť napr. nasledovné: Problém: Ako prinútiť magnetku aby neukazovala sever, pričom nemôžeme použiť magnet ani železné predmety? Pomôcky: magnetka resp. buzola batéria 4,5V alebo 9V vodič dlhý 15 - 20 cm Popis experimentu: Magnetku alebo buzolu postavíme na stôl - ukazuje sever. Póly batérie spojíme vodičom a vodič priblížime k magnetke. Vidíme, že magnetka sa vychýli zo svojej pôvodnej polohy. Problém: Vychýliť pásik alobalu zavesený na dvoch plechovkách. bez dotyku rukou. Pomôcky: pásik alobalu dve plechovky, dve gumy magnet - ferit batéria 4,5 V Popis experimentu: Konce pásika alobalu položíme na plechovky postavené neďaleko seba a zaťažíme gumou. Pod najnižší bod alobalového pásika umiestnime ferit. Elektródami batérie 4,5 V sa nakrátko dotkneme oboch plechoviek. Pozorujeme, že pásik nad magnetom sa vychýli, výrazne poskočí. Pri zmene polarity batérie, alebo výmene pólov feritu, sa smer vychýlenia zmení na opačný.
Problém: Roztočiť ľahkú hliníkovú misku na hladine vody určeným smerom bez dotyku. Pomôcky: hliníková miska nádoba s vodou dva silné feritové magnety niť Popis experimentu: Na vodnú hladinu položíme hliníkovú misku a nad ňou otáčame dva silné feritové magnety visiace na nitke. Pri rýchlej rotácii magnetov sa roztočí aj hliníková miska. Skúsenosti s uplatňovaním takýchto experimentálnych problémových úloh v rámci aktívneho poznávania vo fyzike na základnej škole nám potvrdili, že žiaci si najlepšie zapamätajú práve to, čo si sami vyskúšajú. Keď si pripomenú pokus, ktorý k tej, ktorej téme robili, skôr si dokážu vybaviť a následne aj vysvetliť fyzikálny jav, ktorý pozorovali. prostriedok prvotnej kontroly pochopenia vyloženej časti učiva v priebehu osvojovania nového učiva - napr. po prebratí Archimedovho zákona a podmienok pre plávanie, vznášanie a klesanie telesa v kvapaline dáme žiakom realizovať jednoduché experimenty s pomôckou potápač("karteziánček" ) pričom majú za úlohu vysvetliť jeho správanie:
Potápač Pomôcky: plastová fľaša 1,5 - 2 l s uzáverom očné kvapadlo voda Popis experimentu: Do kvapadla podľa potreby nasajeme trochu vody, aby po vložení do fľaše naplnenej vodou a uzavretej plávalo. Po zatlačení prstami na fľašu kvapadlo klesá ku dnu. Po povolení tlaku kvapadlo opätovne vypláve na povrch. prostriedok na prehlbovanie nových poznatkov v etape upevňovania učiva - v tomto prípade realizácia jednoduchých experimentov napomáha k triedeniu jednotlivých faktov a utváraniu súvislostí medzi nimi. Príkladom môže byť vyučovacia hodina realizovaná formou kooperatívneho vyučovania, v priebehu ktorej žiaci rozdelení do skupín riešili teoretické a praktické úlohy z tematického celku Štruktúra a vlastnosti kvapalín. Jednotlivé skupiny riešili nasledovné úlohy: 1.skupina:
Experimentálna úloha: „Bojí sa korenie saponátu?“
Postup: Na hladinu vody v nádobe nasypte trochu korenia. Korenie bude plávať na hladine. Keď ponoríme do prostriedku tejto nádoby prst, ktorý sme predtým namočili do saponátu, zistíme, že zrniečka korenia pred ním rýchlo utekajú na okraj nádoby. Pokúste sa to fyzikálne zdôvodniť. Teoretická úloha: Prečo môžeme robiť „bábovky“ z vlhkého piesku, ale zo suchého nie? 2.skupina:
Experimentálna úloha: „Ako prinútiť plávať rybku vystrihnutú z papiera? Postup: Na hladinu vody položte obrys rybky vystrihnutej z papiera. Keď kvapneme kvapkadlom vodu do vnútra rybky, nič sa nedeje. Keď kvapneme do vnútra kvapku saponátu, rybka začne plávať. Pokúste sa to fyzikálne zdôvodniť. Teoretická úloha: Prečo sa pri praní niektoré textílie zrážajú?
3.skupina:
Experimentálna úloha: „Ako dosiahnuť, aby papierový kvietok rozkvitol?“ Postup: Nakreslite a vystrihnite kvet s piatimi alebo viacerými okvetnými lístkami. Potom preložte jemne jeden po druhom lístky do vnútra. Zatvorený kvet položte do misky s vodou, lebo kvet bez vody nemôže rozkvitnúť. Po chvíli sa lístky pomaly začnú roztvárať až sa rozvinie celý kvet. Pokúste sa to fyzikálne zdôvodniť. Teoretická úloha: Prečo sa ťažko zoblieka mokré oblečenie?
4.skupina:
Experimentálna úloha: „Ako dosiahnuť, aby sa mince priťahovali?“ Postup: Väčšiu nádobu naplňte vodou. Pomaly na hladinu položte ľahkú hliníkovú mincu tak, aby na vode plávala. Asi do vzdialenosti 5 cm položte na hladinu ďalšiu mincu. Po chvíli sa mince začnú priťahovať. Pokúste sa to fyzikálne odôvodniť. Teoretická úloha: Prečo sa mokré vlasy zliepajú a ťažko sa rozčesávajú?
5.skupina:
Experimentálna úloha: „Ako dostať mincu do fľaše bez dotyku?“ Postup: Kúsok kartónu zohnite na polovicu a položte na hrdlo plastovej fľaše. Na takto zohnutý kartón položte ľahkú kovovú mincu. Keď opatrne kvapnete vodu na zohnuté miesto, zohnuté konce kartónu sa začnú odďaľovať a kartón sa postupne natoľko narovná, že minca sa už neudrží medzi jeho koncami a spadne do fľaše. Pokúste sa to fyzikálne zdôvodniť. Teoretická úloha: Prečo sa rozpustený tuk na hladine polievky neroztečie, ale pláva na nej v tvare kruhov?
6.skupina:
Experimentálna úloha: „Čo dokáže kvapka vody?“ Postup: Z kartónu si vystrihnite štyri asi pol cm dlhé pásiky, ktoré usporiadajte do tvaru hviezdice. Po kvapnutí vody do stredu hviezdice sa bude meniť jej tvar. Pokúste sa to fyzikálne odôvodniť. Teoretická úloha: Ak položím suchú hubku na vlhkú kriedu, nič sa nedeje. Ale ak položím suchú kriedu na vlhkú hubku, navlhne. Prečo?
Po samostatnej práci v skupinách nasledovala kontrola výsledkov, v rámci ktorej jednotlivé skupiny predviedli jednoduché experimenty a prezentovali ich vysvetlenie spolu s riešením teoretických úloh. Po vystúpení každej skupiny učiteľ zhrnul dôležité poznatky, prípadne opravil chybné či neúplné vysvetlenia. V následnej celotriednej diskusii mali žiaci možnosť vyjadriť svoje názory na dané úlohy a vyjasniť si čomu nerozumeli. Pri realizácii tejto vyučovacej hodiny na strednej odbornej škole sme sa stretli s mimoriadnym záujmom zo strany študentov, čo nás utvrdilo v názore, že jednoduché experimenty majú svoje miesto na každom type školy. prostriedok na finálnu kontrolu v etape preverovania žiackych vedomostí – jednoduché experimenty a ich realizácia môžu byť vítaným spestrením ústneho skúšania. Praktické skúsenosti nám ukázali, že viacerým žiakom pomohla realizácia jednoduchých experimentov pri vysvetľovaní samotných fyzikálnych javov. Z vyššie uvedeného vyplýva, že možností na zaradenie jednoduchých experimentov do vyučovacieho procesu je dostatok a je len na učiteľovi aby uvážil kedy je ich využitie efektívne. Možno namietať, že časová dotácia hodín neumožňuje využívať jednoduché experimenty v dostatočnej miere a tu sa vytvára priestor pre mimoškolskú činnosť žiakov. Túto možno realizovať v podstate dvojakým spôsobom a síce ako: Záujmový útvar z fyziky – poskytuje učiteľovi priestor na tie činnosti, na ktoré mu na vyučovacích hodinách neostáva čas – jednoduché fyzikálne experimenty, fyzikálne merania a pozorovania, hry s fyzikálnou tematikou, najnovšie objavy a zaujímavosti z oblasti fyziky. Praktické skúsenosti nám potvrdili, že žiakom sa jednoduché experimenty, na realizáciu ktorých nepotrebovali žiadne zložité pomôcky či zariadenia veľmi páčili. Tieto experimenty si potom skúšali aj doma, prípadne ich predvádzali svojim rodičom a súrodencom. Domáci žiacky experiment – predstavuje dobrú živnú pôdu na sebarealizáciu žiaka, na jeho samostatné poznávanie vecí a javov okolo seba ale aj podnet pre rozvoj jeho tvorivosti. Do úvahy prichádzajú predovšetkým jednoduché fyzikálne experimenty, pretože sú nenáročné na materiálne vybavenie a pomerne jednoduché na realizáciu. Pri uplatňovaní domácich žiackych experimentov vo vyučovaní fyziky, je však potrebné žiaka vhodným spôsobom viesť. Najvhodnejšou pomôckou pri tomto vedení je pracovný list, ktorý obsahuje zadanie úlohy, zoznam potrebných pomôcok, postup a otázky k danej úlohe. Záver V článku sú uvedené hlavné dôvody prečo zaraďovať jednoduché experimenty do vyučovania fyziky ako aj niekoľko príkladov na ich uplatnenie . Skúsenosti nám potvrdili, že realizácia takýchto experimentov na vyučovacích hodinách umožňuje učiteľovi postupne
cieľavedome a zámerne rozvíjať poznávacie procesy, intelektuálne aj manuálne zručnosti žiakov. Zároveň sa rozvíja pozorovacia schopnosť žiakov, ich schopnosť analyzovať, navrhovať postupy, komentovať, prípadne meniť daný postup, či vyvodzovať závery a poznatky. Pravidelné experimentovanie okrem toho prispieva k zvyšovaniu záujmu žiakov o vyučovanie fyziky a následne aj k lepším výsledkom žiakom. Budem rada, ak príspevok podnieti aj ďalších učiteľov k „experimentovaniu“. Veď práve prostredníctvom jednoduchých pokusov približujeme fyziku v očiach žiakov k reálnemu životu a prestáva pre nich byť len nezáživnou „knižnou“ vedou. Aj z tohto dôvodu sa budeme k problematike experimentov vo fyzike v časopise opakovane vracať a privítame aj ohlasy a námety z radov učiteľov. Literatúra: [1] Belluš, M.: Jednoduché pokusy – východisko z núdze, In: Šoltésove dni′97 MC Bratislava, 1998, str.63-66 [2] Belluš, M.: Fyzika naša každodenná, In: Šoltésove dni′98 Fyzika okolo nás, MC Bratislava, 1999, str.52-54 [3] Onderová, Ľ.: Netradičný fyzikálny experiment a jeho miesto vo vyučovaní fyziky, In: Prírodovedné vzdelanie pre 21.storočie, zborník z konferencie Didfyz′96, Nitra 1997, str. 125-127 [4] Onderová, Ľ.: Netradičné experimenty vo vyučovaní fyziky, MC Prešov, 2002
RNDr.Ľudmila Onderová, PhD. – je absolventkou PF UPJŠ v Košiciach v odbore M-F. Od r.1986 sa zaoberá didaktikou fyziky. Predmetom jej záujmu sú hlavne: netradičné fyzikálne experimenty, netradičné formy a metódy vo vyučovaní fyziky (projektové vyučovanie, kooperatívne vyučovanie ...) ako aj rozvíjanie tvorivosti vo vyučovaní fyziky. Je autorkou viacerých publikácií a článkov s touto problematikou.
