PÁLYÁZATI LAP a „Színpadon a Természettudomány 2014” rendezvényre Főbb azonosító adatok Név Dr. Márki-Zay János nyugdíjas matematika-fizika szakos tanár Iskola/Szervezet neve (ha nyugdíjas, akkor a legutóbbi munkahelyét írja be. Az iskola címét később kérjük) Vásárhelyi Cseresnyés Kollégium, 6800 Hódmezővásárhely, Oldalkosár utca 1, Magyarország +36 62 245 233 Ha valaki mással együtt szeretné előadni, kérjük nevezze meg: Nem kívánom mással előadni A projekt adatai A projekt címe (legfeljebb 15 szó): Több, mint fizika Házilag készített, mással nem helyettesíthető szórakoztató szemléltetőeszközökkel a túlterhelés ellen * A projekt tartalma (legfeljebb 100 szó): Ezt tesszük fel a weblapra. Mit állított össze a projekt keretében, és ez miért különleges. A válogatás 47 éven át csiszolt, egyedi és nemzetközi eszközkiállításokon is sikeres, egyszerű szemléltetőeszközöket ismertet: Az elektromos töltések egymáshoz visszonyított helyzetét a Coulomb-erő határozza meg. Ezt ragadja meg a Márki-Zay-féle szívószálmodell az elektrosztatikai, atomfizikai és egyéb jelenségek modellezésénél. A régi, in-line típusú katódsugárcsöves színes televízió a mágneses tér időbeli és 3D-s színes szemléltetésének modern eszköze, mint azt a DVD-n bemutatja. A mágneses inga valósághűen modellezi a longitudinális hullámokat és a lézer alapjait jelentő frekvenciasokszorozódást. Papírhengerek összenyomásával készített ún. „papírrugó” világszerte hiánycikk, de tanulságos szemléltetőeszköz. A szívószálból és papírból készített geometriai testmodellek alakíthatók, könnyűek, átláthatók és számos más előnnyel is rendelkeznek. * Mi teszi innovatívvá ezt a projektet? Olyan iskolákban és intézményekben dolgoztam, ahol nem a tehetséggondozás, hanem a tanított anyag megszerettetése és megértetése volt az oktatás célja. A gyengén felszerelt szertár, vagy a szertár teljes hiánya arra ösztönzött, hogy az otthonomban rendelkezésre álló lehetőségeimet felhasználva magam találjak ki és állítsak elő a tanított anyag elsajátítását segítő szemléltető eszközt, illetve modellt. Egy-egy eszközömet éveken keresztül folyamatosan fejlesztettem. Tapasztalataim szerint az eszközök egyszerűsége az eszköz hatásfokát növeli, ugyanakkor talán éppen egyszerűség miatt számos olyan jelenséget is szemléltethetünk, amit más eszközökkel nem tudunk. Valamennyi eszközöm eredeti ötlet alapján készült. Természetesen nem állíthatom, hogy tőlem függetlenül előttem esetleg már mások is alkottak hasonló szemléltető eszközt, de munkám során és a világhálón ilyennel nem találkoztam, ezért eszközeimet hungaricumnak tekintem. * Mit tudnak más tanárok használni ebből a projektből az osztályukban? A tárgyalt szemléltető eszközök létrejöttét a szemléltetés igénye hozta létre. Magam is vizuális típusú emberként fontosnak tartottam, hogy a tanítandó anyagot szemléltetni tudjam. Tekintettel arra, hogy az emberi szem (- amit sokan kihelyezett agynak tekintenek -) információ szerzési sebessége nagyságrendekkel meghaladja az auditív, vagy egyéb módon szerzett információ sebességét, ezért sokkal gyorsabb, mélyebb és tartósabb elsajátítást tesz lehetővé amazokénál. Ennél a tulajdonságánál fogva minden másnál jobban alkalmas a tanulási folyamat megkönnyítésére, felgyorsítására ami a leghatásosabb eszköz az információmennyiség növekedéséből fakadó túlterheléssel szemben. Különösen óriási a jelentősége, ha az eszközzel érzékszerveinkkel nem érzékelhető vagy mérete miatt a láthatóság alatt lévő jelenségekről tudunk szemléletes képet kialakítani. I. A szívószálmodellt eredetileg érzékszerveink által nem látható elektrosztatikai jelenségek modellezésére hoztam létre 1982-ben. Hamar rájöttem, hogy az eszköz alkalmas esetenként egymástól viszonylag távol álló területeken is kísérletek és modellkísérletek bemutatására. Jelenlegi állapotában az
1
eszközzel több órán keresztül lehet szemléltetni. A tanár kollégák elsősorban az erőtan, az elektrosztatika és az atomfizika tanításánál használhatják fel a tananyag elsajátításának meggyorsítására. II. A mágnesség szemléltetése hagyományos (katódsugárcsöves) színes televízióval (DVD-n) egy kimenőben lévő televíziófajta felhasználására épít. Bár a technikai fejlődés már túllépett a hagyományos inline katódsugárcsöves készülékeken, ez mit sem változtat azon, hogy a mágnesség színes szemléltetése (ahol a szín egy újabb dimenziót jelent) véleményem szerint a legteljesebben és a legszebben jelenleg éppen ezekkel az eszközökkel oldható meg. Mivel az eszköz terjedelmes és már kimenőben lévő termék, ezért az eszközzel végezhető szemléltetés jelentős részét egy DVD-re rögzítettem, hogy a szemléltetés akkor is elérhető legyen, amikor a katódsugárcsöves készülékek már ritkaságszámba mennek. Az eszközt az emberi érzékszervekkel nem észlelhető mágneses erőtér legteljesebb és legesztétikusabb szemléltetésére lehet felhasználni. III. A mágneses inga A gyűrű alakú mágnesekből létrehozott lineáris ingasort kezdetlegesebb formájában először 1984-ben mutattam be a veszprémi középiskolai fizikatanári ankéton, ahol első díjat nyertem. A tárgyban 1984. július 23án beadott újítási javaslataimat 1984. december 6-án elfogadták (A longitudinális hullámok szemléltetése mágnesesen csatolt ingák segítségével; Longitudinális hullámok szemléltetése mágnesrudak segítségével). Ezt megelőzően már elfogadták egy újítási javaslatomat „A longitudinális hullámok egyszerű szemléltetése elektromosan feltöltött szívószálak segítségével” címmel (1983. július 8.) is. Az eszközt a későbbiek folyamán még jelentősen tovább fejlesztettem (de gyártás esetén még további fejlesztések is elképzelhetőek). A lineáris ingasor előnyei: az egyes elemek közötti csatolást stabil (mágneses) erőtér biztosítja. Nagymértékben variálható (változtatható az egyes ingák hossza, tömege, az ingák egymástól való távolsága, a csatolás erőssége. A zavar elindítása és az energiaveszteség pótlása történhet manuálisan és elektromágnes alkalmazásával is. A könnyen összeállítható mágneses ingasor előnye, hogy a longitudinális hullámok sokirányú szemléltetésére alkalmas, s a hullámtan és a rezgések tanításához kényelmes és látványos lehetőséget nyújt. Az eszköz lehetőséget ad állóhullámok kialakítására is, és a longitudinális hullámok szabad és rögzített végről való visszaverődésének tanulmányozására, s arra is van lehetőségünk, hogy az ingasor mindkét végén egyidejűleg zavart keltsünk. Így a hullámok találkozását is tanulmányozhatjuk. A hullámhosszt a λ = v/ν összefüggés alapján számíthatjuk. Megfigyelhetjük a kollektív állapotok kialakulását, mert magára hagyva a rendszert, egy idő múlva szinkronban mozognak. Szemléltethetjük a határfelület szigetelő hatását a longitudinális hullámként terjedő zavarral szemben. Az egyre fokozódó zajártalom elleni védekezés fontossága aktuálissá teszi a hangszigetelés szemléltetését. A longitudinális hullám a közeghatárnál egyrészt visszaverődik, másrészt behatol az új közegbe, miközben megváltozik a hullám terjedési sebessége, és a hullámhossza. Minél nagyobb a saját frekvenciák különbözősége, annál jobb a szigetelés.) A visszaverődés, illetve behatolás mértéke erősen függ a közeghatárnál fennálló különbségek mértékétől. Az UV tartományban működő lézerek működése a frekvenciakonverzión alapszik. A mágneses ingával szemléltetni lehet a frekvenciasokszorozódást. A fordított irányú jelenség annak a modellje lehet, hogy az ősrobbanást követő állóhullámokból hogyan alakult ki a kozmikus háttérsugárzás. IV. Papírhengerek összenyomásával készített ún. „papírrugó” szemléltető eszköz és játék. A papírhenger axiális irányú összenyomásával nagyszerűen bemutatható, hogy nemcsak geometriai alakváltozás következik be, hanem a geometriai alaktól függő fizikai tulajdonságok is az ellenkezőjére változnak. Az eszköz felhasználható a szilárdságtani ismeretek oktatásánál. A rugalmas alakváltozáshoz szükséges erőhatások mérhetőek. Az összenyomott papírhenger szimmetrikus mintázata esztétikailag is tetszetős. A papíron kialakított másfajta erőhatások által előidézet mintázatok a fizikai tulajdonságok némileg más megváltozását is előidézhetik. A mintázat kialakításához alkalmazott igénybevétel és a fizikai tulajdonságok változása táblázatba foglalható. A papírrugó nemcsak tanulságos, de szórakoztató is. Szemléltethető általa, hogy a deformáció mindig a leggyengébb ponton indul meg (pl. ott ahol a papírfelületet megnedvesítjük). Bemutatható, hogy a hengeren ilyen módon gyűrődő zónákat kialakítva, erős igénybevétel esetén elsősorban ezek deformálódnak. (Ilyen gyűrődő zónákat hoznak létre a vonatszerelvényeken utazók biztonsága érdekében is a halálos kimenetelű balesetek mérséklése érdekében.) A papírrugókkal játszani is lehet (pl. az összenyomott papírrugót elengedve ki tudja azt messzebbre eljuttatni).
2
V. Geometriai modellek. 1. Szívószálból épített geometriai modellek. A geometriai testek modellezése a geometria tanításánál és a térszemlélet fejlesztésénél fontos. A háromdimenziós ábrázolás jelentősége számos geometriai feladatnál megkönnyíti az összefüggések meglátását és a számítások elvégzését. Ezért kerestem a geometriai testek ábrázolásának egyszerű módjait. Szívószálból készített geometriai élmodelljeimmel kapcsolatban beadott újítási javaslataimat kiemelt országos újítási javaslatként fogadták el. Az élmodelleket több, egymástól némileg eltérő módszerrel építettem.
A modell és a modellező
Cérnaszállal rögzített modellek
Rézdróttal rögzített modellek
A legegyszerűbb formában az ábrázolandó test felületeit háromszögekre bontottam (eltérő színnel megkülönböztetve a külső és a belső éleket) és a méretre vágott szívószálakat a szívószálak belsejében futó cérnaszálakkal rögzítettem. Szívószál testmodelleket úgy is lehet készíteni, hogy a test külső éleiben vezetett alakítható rézdróttal rögzítem egymáshoz a szívószálakat. Az eljárás előnye, hogy nem kell a testet határoló sokszögeket háromszögekre bontani, ugyanakkor hátránya, hogy az élmodell formáját szobrászkodással kell kialakítani és a rézdrótok miatt nagyobb a modell súlya. Azt is lehet, hogy a modellt alkotó szívószálakat a szívószálakban vezetett modellgumival, illetve damilszerű nyújtható fonállal kötöm össze. Ennek az az előnye, hogy a modell alakíthatóvá válik, mivel egyes csúcsokat befelé pattintva (mintegy tükrözést végrehajtva) konkáv formák is kialakíthatók. Ezzel az eljárással egyetlen modellel megjeleníthetem pl. a kockát és térbeli duálisát az oktaédert. Általánosságban is egy modellel és két különböző színnel jeleníthető meg a test modellje és térbeli duálisának modellje. Példaként először is megemlítem itt a térbeli dualitás elvén épített, alakítható modelleket. 1. A hexaéder és az oktaéder térbeli dualitásának elvén készült alakítható közös modell különböző arcai
Oktaéder (piros), kocka (kék) és Oktaéder (piros) Kocka (=hexaéder) (kék) Oktaéder-kocka középtest az oktaéder-kocka középtest (kuboktaéder) modellezése(zöld) (zöld) háromszínű modell együtt 2. A hexaéder és az oktaéder térbeli dualitásának elvén készült alakítható modell különböző arcai
Oktaéder (piros), kocka (kék) és az oktaéder és kocka közös burkolóteste (rombododekaéder) (zöld) háromszínű modellezése együtt
A modell összecsukott állapotban
Oktaéder (piros)
3
Kocka (=hexaéder) (kék)
A modelleket az teszi alakíthatóvá, hogy a szívószálakat belsejükben futó rugalmasan nyújtható (cérna, damil, modellgumi)-szállal kötöttük össze. Mindkét esetben, a kocka és az oktaéder térbeli dualitására építünk. Első esetben, ha a piros és kék szívószálakat is bepattintjuk (értsd ez alatt, hogy az általuk alkotott csúcsokat benyomva, azok konkáv helyzetbe hozzuk), akkor az oktaéder és a hexaéder közös részeként, az ún. középtest jelenik meg. Ha a piros szívószálakat kipattintjuk, akkor az oktaédert kapjuk, míg a piros szívószálakat bepattintva és a kékeket kipattintva a hexaédert (kockát) kapjuk. A második esetben a kocka és az oktaéder közös burkoló testéből, a rombododekaéderből indulunk ki. A rombododekaédert, mint az nevéből is következik 12 egybevágó rombusz határolja. (E rombuszok hosszabbik átlói oktaédert, míg rövidebbik átlói hexaédert alkotnak. A rombododekaéder további érdekessége az is, hogy egybevágó rombododekaéderekkel a tér A modell összecsukva másként hézagmentesen kitölthető.) Az oktaédert forma úgy jelenik meg, hogy a kék és zöld szívószálak által alkotott csúcsokat bepattintjuk. A hexaéder forma megjelenítésekor ugyanezt a piros és zöld szívószálak által alkotott csúcsok bepattintásával érjük el. Érdekesség, hogy a kuboktaéder és a rombododekaéder között ugyanolyan térbeli duális kapcsolat van, mint a kocka és az oktaéder között. Ez azt jelenti, hogy megépíthetjük azokat a modelleket is, amely a kuboktaéderből és a rombododekaéderből, valamint egyszer a két test középtestéből, másszor a két test közös burkolótestjéből épülnek fel, amelyek szintén egymás térbeli duálisai, s a sor folytatható elvileg a végtelenségig. (A gyakorlatban a modellépítés egyre fokozódó nehézségei miatt ezt nem tehetjük meg.) A sor nem is az kockával és az oktaéderrel kezdődik, hanem a tetraéderrel, amelyik önmagának duálisa. Két térben duális tetraéder középteste az oktaéder, közös burkolótestje pedig a kocka). Az alakíthatóság még számos variáció előállítását is lehetővé teszi. További jelentős előny, ha a modell kis térfogatra összecsukható, így raktározási helyigénye kicsiny. 1. a kuboktaéder, a rombododekaéder és a két test közös burkolótestéből megépített alakítható, közös modell
A deltoidhuszonnégyes
A modell egyféle összecsukott állapotban
A kuboktaéder
A rombododekaéder
Stb. A pentadodekaéder és az ikozaéder duális kapcsolata alapján megépített alakítható modell
A pentadodekaéder és az A modell egyféle összecsukott Az ikozaéder A pentadodekaéder ikozaéder negyvennyolc állapotban egybevágó rombusszal határolt közös burkolóteste, a pentadodekaéder és az ikozaéder közös modellje Megemlíthetjük még, hogy a további két szabályos test (plátoni testek) a pentadodekaéder és az ikozaéder között is fennáll a térbeli dualitás elve, ezért ezen két testből kiindulva is hasonló sor képezhető, mint két tetraéderből. A pentadodekaéderre és az ikozaéderre az ötfogású szimmetria a jellemző. Az élettelen természet az ötfogású szimmetriát nem ismeri. Vannak ugyan pentadodekaéderre hasonlító kristályok, de jobban szemügyre véve kiderül, hogy ezek esetében az ötszöglapok nem szabályosak. Az élettelen természetben ezzel szemben megjelenik az ötfogású szimmetria is. Gondoljunk arra, hogy öt ujjunk van, számos virágnak öt szirma van, avagy a tengeri csillagnak öt karja. Az is tudjuk, hogy olyan parányi élőlények, mint a vírusok, képesek kristályos állapotban is megjelenni, amikor formájuk ikozaéder alakú. Mindez azt is jelenti, hogyha valamelyik földönkívüli égitestről olyan kőzetet tudnánk gyűjteni, amelyen az ötfogású szimmetria jelenik meg, akkor nagy valószínűséggel feltételezhetnénk, hogy az élő anyag maradványa.
Az alakítható modellek egy másik példájaként említhetjük meg, akzokat a modelleket, amelyek valamely forma ismétlődéseként következnek egymás után. A biológiai életformáknál számos esetben találkozunk ismétlődő formákkal, amelyek és amelyeknek időről időre való reprodukciója folyamán elengedhetetlenül fontosak az élőlények fennmaradása érdekében is.
4
Két példa ilyen modellek létesítésére is. Modell 1.
A modell csukott állapotban
A modell kinyitása
A kinyított modell és deformálása
A kinyított modell és megnyújtása alakítás által Modell 2.
Az összecsukott modell
A modell kinyítása
A deformált modell
A kinyított modell
A modell összecsukása
Egy hernyószerű lény utánzása
Végül készíthető olyan modell is, ahol a szívószál méreteinek alkalmas megválasztásával egyes élek hossza változtatható, amit az tesz lehetővé, hogy a szóbanforgó él két egymásba teleszkópszerűen egymásba csúsztatható szívószálból összetett. Teleszkópszerűen összeilleszthető szívószálakból készített alakítható modell
A tetraéder modell összecsukott („síkbeli”) állapotában
A modell 3D-s életre kelése
5
A modell alakítása
Papírmodellek
A színes élmodell előnye, hogy igen könnyűek, s így vaslemezen egyetlen mágnessel is rögzíthetők. Kartonpapírból készített összecsukható testmodellek Ezeknek az eddig nem publikált modelleknek előnye, hogy összehajthatók, így a tanár akár a naplóban is elhelyezheti, majd bizonyos irányban megnyomva a modellt az háromdimenziós formát vesz fel. Ezen praktikus matematikai modellek minden korcsoport számára széles körben alkalmazhatók, de felhasználhatók az osztályterem dekorációjára is, avagy elkészítésüket a tanulók számára feladatként is adhatjuk. * A projekt részletes leírása (max 2,5 oldal). I. A szívószálmodell Az elektromos töltések közötti erőhatások közül a Coulomb-féle erőknek minden más erőhatásnál nagyságrendekkel nagyobb hatása van. A töltések látható modellezésénél is ezt kell figyelembe venni. A kicsiny tömegű szívószál elektromosan jól töltődik, de ahhoz hogy modellként használhassuk kompenzálnunk kell a nehézségi erő hatását és csökkenteni a megosztásból és a súrlódásból (gördülési ellenállásból) eredő hatásokat. Ezt teljesítve sikerült elérni, hogy a szívószálak helyzetét egy akadályokkal (ellenállás) kijelölt véges intervallumon belül lényegében a köztük ható Coulomb erő határozta meg, a vezetőn elhelyezkedő elektromos töltésekhez hasonlóan. A körhenger alakú elektromosan feltöltött szívószálak a láthatatlan elektromos töltéseket, a szívószálakat alátámasztó, párhuzamosan kifeszített damilszálak pedig az elektromos vezetőt modellezik. A negatív töltéssel feltöltött szívószál segítségével egy szívószálnak pl. úgy tudunk pozitív töltést adni, ha a szívószálba vékony cérnaszálat helyezünk, majd a cérnaszállal bélelt szívószálhoz hozzáérintjük a negatív töltésű szívószálat. A megosztás révén pozitív töltésűvé vált szívószálból a cérnaszálat ezután már eltávolíthatjuk. További megfeleltetésekkel a szívószálmodellel szemléletes képet tudunk adni számos érzékszerveinkkel nem látható jelenségekről. Az egyszerű eszköz az általános iskola felső tagozatától az egyetemi képzésig ajánlott a tanítandó tananyag szemléltetésére. A projektet egyedül fejlesztettem ki. Az alapeszköz négy lécből összecsavarozott keret, amelyen párhuzamos helyzetű damilszálakat feszítek ki. A kifeszített damilszálak mintegy 20 cm hosszú részét a szálakra merőleges akadályokkal a tartólécektől elválasztom. Az eszközhöz szükség van még kb. 20db. szívószálra, birkaprémre, papírlapra, varrótűre, gomblyukvarró cérnára, gyufára … Egy eszköz anyagigénye mintegy 2000 Ft-ra tehető, s némi gyakorlattal néhány óra alatt összeállítható.
6
Az eszközt először 1983-ban a debreceni középiskolai fizikatanári konferencián mutattam be, ahol első és közönségdíjat nyertem vele. Az eszköz hasonló eredményt ért el általános iskolai fizikatanári ankéton. Az eszközzel végezhető kísérletek közül többet országos újítási javaslatként is elfogadtak. Az egyetlen aktatáskában elférő 3-4 órás időtartamú szemléltetésre alkalmas eszközt egy finn kolléga így jellemezte „Aktatáskája egy valóságos szertár.” Sas Elemér így jellemezte: „Több, mint modell, félmodell” (Félig már a valóság! – mert a elektrosztatikai jelenségeket elektrosztatikai alapon modellezem). 1997 augusztus 19-23 között a soproni „Alkotó Fizikatanítás” Nemzetközi Konferencián kísérleteim bemutatása után a japán csoport vezetője, az ELFT tiszteletbeli tagja Ryu Tae professzorasszony személyesen gratulált és igyekezett rábeszélni, hogy menjek el kísérleteimmel az 1999-ben Kínában megrendezendő hasonló konferenciára. Christian Ucke, a Müncheni Műszaki Egyetem professzora (, aki szenvedélyes gyűjtője és szakértője a fizikai játékoknak) a látottakat így összegezte „Mehr als Physik” (Több, mint fizika!). 2002 április 2-6 között a hollandiai Noordwijkban a Physics on Stage 2 konferencián 23 európai ország 450 fizikatanárnak a legújabbszerű kísérletekre adott közönségszavazata alapján az eszköz akkori formájában második díjat (5000 Euro) nyert. 2008-ban a Berlinben megrendezett Science on Stage konferencián a legnépesebb („Gyakorlati kísérletek a jobb motiváció és megismerés érdekében”) kategóriában (itt 15 országból 72 kiállító szerepelt), kategóriagyőztes lettem. A díj átadásakor kiállításommal kapcsolatban azt is kiemelték, hogy szívószálas kísérleteimmel sikeresen áthidaltam a fizika és kémia kísérletezés közötti nehéz akadályokat. A 2014-es Science on Stage konferencián 21 szívószálas kísérletet választottam ki és a kiállításomat meglátogató vendégek választására bíztam, hogy melyiket kívánják látni. Ezek a következők voltak: 1. Taszító és vonzó erőhatások; 2. A virtuális fotonok nyomában; 3. A Coulomberő és a gravitációs erő összehasonlítása; 4. A villámhárítás modellezése; 5. A barometrikus magasságformula értelmezése; 6. Hogyan változtathatjuk a szívószálak töltését ellenkezőjére? 7. A töltések a homogén vezető felületén egyenletesen oszlanak el; 8. Az elektromos erőtér által és az elektromos erőtér ellenében végzett munka. Elektromos rezgőmozgás; 9. A töltések a nagyobb energiájú (nagyobb potenciálú) helyről a kisebb energiájú (potenciálú) hely felé mozdulnak el (elektromos áram); 10. Longitudinális hullámok modellezése. Hullámjelenségek; 11. Rugalmas alakváltozások modellezése; 12. Kondenzátor modellezése; 13. Ellenállások az egyenáram és a váltóáram számára; 14. A vezető kapacitása; 15. A csúcshatás; 16. A dielektromos polarizáció és az elektromos megosztás modellezése; 17. Dipól modell; 18. Redoxi folyamatok modellezése; 19. A lineáris gyorsító modellezése; 20. A Rutherford-féle szóráskísérlet modellezése; 21. Emberi kapcsolatok modellezése. * II. A mágnesség szemléltetése hagyományos (katódsugárcsöves) színes televízióval (DVD-n) A hagyományos szemléltetési eljárások nem vagy alig alkalmasak az időben változó mágneses folyamatok szemléltetésére. Ugyanakkor a fekete-fehér televízió előtt mozgatott mágnes hatására az elektronok gyakorlatilag tehetetlenség nélkül képesek a mágneses tér változásának időbeli követésére. A katódsugárcsöves in-line színes televíziónál a szín is változik, ami a szemléltetést térben is (3D) értelmezhetővé teszi. A szemléltetés érdekében a TV készüléket képernyőjével felfelé kell fordítani, hogy a mágneses teret keltő eszközöket a képernyő elé helyezett vízszintes plexilapra tudjuk fektetni. A szemléltetés szépsége mindenkit megragad, de a jelenség mélyebb értelmezése és felhasználása kb. 12 éves kortól felfelé javasolható.A készüléket egyedül fejlesztettem ki, de a technikai megoldások tekintetében szakember segítségét is igénybe vettem. Ugyancsak szakember segítségével sikerült a DVD elkészítése. A szemléltetéshez használt kifutó terméknek számító TV készülék olcsón beszerezhető. A készülékhez szükséges mágnesek, elektromágnesek s egyéb tartozékok az eszköz árát jelentősen megnövelik (becslésem szerint minimum 150000-200000Ft), de cserébe egy rendkívül szép és sokoldalú szemléltetésre alkalmas eszközhöz jutunk. Az eszköz 1990-ben az egri Középiskolai Fizikatanári Ankéton I. díjat nyert. 1994-ben az eszközzel Csodák Palotája által kiírt pályázat Ötlet kategóriájában I. díjat nyertem. 1996-ban az eszközt a Palota számára is elkészítettem, majd az eszköznek (a 2002. évi Physics on Stage konferencián nyert díjból) továbbfejlesztett változatát is. Ezeket a Csodák Palotájában sikerrel használták. A továbbfejlesztett eszközt bemutattam a 2003 évi Physics on Stage 2 konferencián is. 2005-ben a „Mágnesség újszerű szemléltetése színes televízióval” című pályázatommal elnyertem a KOMA támogatását. A szemléltetési eljárásról „Színes mágnesség” címmel 2008-ban egy kiadványt (132 oldal) jelentettem meg, amely egy négyrészes (53 perces) DVD-t is tartalmaz. 2013-ban a DVD-t angol nyelvű felirattal is elláttam. A kiadványt sikeresen terjesztette az Euromagnet cég is. * III. Mágneses inga Míg a transzverzális hullámok terjedésére vonatkozóan bővelkedünk a különböző szemléltető eljárásokban, addig a hullámok longitudinális terjedését valósághűen magyarázó eszközökben nagy hiány mutatkozik. A longitudinális hullámok valósághű szemléltetése érdekében figyelmem előbb az elektromos, majd az ígéretesebb mágneses erőtér felé fordult. A leegyszerűsített lineáris mágneses ingasor már a valósághoz közelálló módon és
7
kielégítően használható a longitudinális hullámok szemléltetésére. Az eszközzel végzett alapvető kísérletek 12 éves kortól felfelé ajánlhatók, míg a mélyebb megértést igénylőek a középiskolás kortól felfelé. Az eszközt magam fejlesztettem ki. az eszköz elkészítéséhez technikai segítséget igénybe vettem. A technikai segítség és a gondos kivitelezés miatt az eszköz előállítására komolyabb – legalább százezer forint körüli összegre – volt szükségem. Tömeggyártás esetén az ár csökkenthető. Az eszközzel 1984-évi veszprémi Középiskolai Fizikatanári Ankéton első díjat nyertem, míg továbbfejlesztett változatának szerepe volt a 2014 éves egri Fizikatanári Ankéton elnyert II. díjban. Az eszköz igényes kifejlesztésért lehetővé tette a Physics on Stage konferencián 2002-ben elnyert díj. Az elkészített eszközt be is mutattam a 2003as Physics on Stage konferencián. * IV. Papírhengerek összenyomásával készített ún. „papírrugó” szemléltető eszköz és játék. A szakirodalom szerint az alkotóirányban nyomott henger kis helyi hullámok mentén ideális (nyúlásmentes) esetben egy szabályos ún. Yoshimura alakzatban horpad. A valóságban - a héj vastagsága miatt - hajlításkor a konkáv oldal megnyúlik, míg a konvex oldal összenyomódik. Előbb szerkesztéssel készítettem a hengerfelülettel homeomorf (topológiai transzformációval egymásba átvihető) modelleket, majd megkíséreltem az időigényes eljárást úgy lerövidíteni, hogy a papírhengert alkotóirányú nyomó igénybevételnek vetettem alá. Kísérleteim csak akkor jártak viszonylagos sikerrel, ha a henger alkotója átmérőjéhez képest kicsiny volt. Rájöttem arra, hogy a papírhenger kihajlását kell megakadályoznom a henger belsejébe elhelyezett megvezető fémhengerrel által. A geometriai átalakítás során a fizikai tulajdonságok is ellenkezőjére változtak. A létrehozott látványos és játékra is alkalmas „papírrugó” már az óvodáskorú gyermekek érdeklődését is felkelti. Az eszközt magam fejlesztettem ki. A papírhengert általában gyorsan száradó folyékony ragasztóval készítjük A/4-es méretű papírlapból. A papírhengerbe lazán illeszkedő fém- vagy műanyagcső gátolja meg a kihajlást, míg egy – az előző csőhöz illeszkedő belső átmérőjű csővel nyomjuk össze a hengert. Az eszköz kb. 2000Ft-ból elkészíthető. A 2008-as berlini Science on Stage konferencián elért sikerem méltatásánál külön is kiemelték, hogy „papírkísérleteimmel megmutatta a geometriai és a fizikai tulajdonságok közötti szoros összefüggéseket”. A modell értékeinek szemléltetése hozzájárult ahhoz, hogy a 2014 évi Fizikatanári ankéton eszközbemutatóm II. díjat kapott. A Csodák Palotájában éveken keresztül nagy sikerrel mutattam be a „papírrugót”. Az érettebb generációk számára az eszköz nemcsak játék, hanem hasznos eszköz a szilárdságtani ismeretek tanításánál és a technológiai alkalmazhatóság szempontjából is. * V. Szívószálból és papírból készített alakítható geometriai modellek. A geometriai testek modellezése a geometria tanításánál, geometriai feladatok megoldásánál és a térszemlélet fejlesztésénél fontos. Ezek segítésére kerestem a geometriai testek ábrázolásának egyszerű módjait. Fontos szempontom volt a modell esztétikus (színes) megjelenése, átláthatósága, kis tömege, viszonylag stabilitása, és az, hogy házilag is elkészíthető legyen. A célnak jól megfeleltek az akkoriban (1982) elterjedt könnyű, kis átmérőjű, de egyenes alakjukatt viszonylag jól megtartó rugalmas szívószálak. A szívószálakból (cérna, nyújtható fonál, modellgumi stb. segítségével) készített élmodellekben a különböző funkcióknak megfelelő élek (külső élek, lapátlók, testátlók, magasságok stb.) színben is megkülönböztethetőek. Az él modellek mágneses táblán már apró mágnesesekkel is rögzíthetők, de a szaktanterem tartós és esztétikus dekorációjaként is felhasználhatóak. Az összecsukható papírmodellek célja kicsiny helyszükségletű és könnyű modelleszköz biztosítása a tanárkollégák számára. Az élmodellek készítését tanári segítség és magyarázat alapján már alsós tagozatban tanuló gyermekek is elsajátíthatják. Az olcsó anyagból elkészített élmodell a térszemlélet fejlesztésén túlmenően a tanulók manuális készségének fejlesztését és otthoni (házi) munka tevékenységüket is szolgálja. A papírmodellek korhatár nélkül felhasználhatóak a tanításban. A szívószálból építhető testmodelleket magam fejlesztettem ki 1982-1984 között. A később kifejlesztett összecsukható papírmodelleket az újítómozgalom 1988-as csődje miatt már nem nyújthattam be újításként. A modellkészítés előtt előzetes számításokat kell végezni az egyes élek hosszúságának helyes megválasztásához, de némi korrekciót is alkalmazni kell tekintettel arra, hogy a modellcsúcsok nem pontszerűek. Az összecsukható papírmodellek készítésénél a korrekció a papír vastagságától függ. A modellek előnyei, hogy alapanyaguk rendkívül olcsó. A szívószálakból épített testélmodelljeim készítésével kapcsolatos újításomat 1982 szeptemberében országos újításként az abban az évben adott legnagyobb újítási díjjal fogadták el (8000Ft). Országos elterjesztéséért nem tettek erőfeszítést. A különböző testélmodelleket tanításom idején nagy számban készítettem, és tanulóim is készítettek. A modelleket szaktantermi dekorációként is felhasználtam. Az eszközök előnyeiről tanítási gyakorlatomban meggyőződtem. A testélmodelleket a fizika tanítása során is felhasználtam (anyagszerkezeti modellek, kristálymodellek stb.). A modellek részét képezik az 1986-ban írt doktori disszertációmnak is. Egyes eszközeimet fizikatanári ankétokon és rendezvényeken is bemutattam.
8
Összehajtható papírmodelljeimet illetően csak remélem, hogy sikeresek lesznek. Hiller oktatási miniszter idején kísérletet tettem országos hasznosítására, de nem kaptam hozzá segítséget. *** Az Ön projektje bemutatásának mi lenne a legmegfelelőbb formája? A szívószálas modell bemutatásának legmegfelelőbb formája a nemzetközi konferenciákon szerzett tapasztalataim alapján a színpadi bemutató lenne (ezt előre lefordított angol nyelvű ismertetéssel (nem tolmácsolással, mert az időigényes) tudom elképzelni, ahol magam végzem a kísérleteket, míg egy kolléga angol nyelven mondja a hozzáillő szöveget. A kísérletbemutató végén egy-két percben utalást tehetnék arra, hogy a szívószálak testélmodellek készítésére is felhasználhatók. A mágneses kísérleteket kiállításon, illetve poszterrel mutatnám be. Úgyszintén a papírrugót is és a matematikai modelleket is. A matematikai modellekkel kapcsolatban (testélmodellek és készítésük, összecsúkható papírmodellek, papírrugók lehetne egy matematikai vonatkozású műhelyre is jelentkezni, de ehhez is hiányzik a nyelvtudásom, azaz a jó anyag mellé tolmácsra lenne szükség. * Kérjük írja le, hogyan tervezi (színpadi) műhely bemutatóját? A szívószámodellel végezhető kísérletekből egy meghatározott sorrendben válogatást mutatok be a közönséggel szemben elhelyezett asztalon, amit projektorral kivetítve és kinagyítva látható a közönség számára. A magyarázó szöveget előzetes egyeztetést követően egy tolmács fordítja angolra. Adjon meg egy rövid mottót a projektje számára, annak reklámozása céljából Olcsó és nem ráz! Milyen eszközöket használ a projekt? (a helyszínen konnektor és wifi áll rendelkezésre) A Márki-Zay-féle szívószálmodellhez: fából készült keretet, szívószálakat, birkaprémet, papírlapot, cérnát, varrótűt, gyufát A mágnesség szemléltetése hagyományos (katódsugárcsöves) színes televízióval (DVD-n). A bemutatásra használok DVD lejátszót és kivetítőt, vagy laptopot Mágneses ingához: A Mágneses inga eszközt, 220V-os áramforrás, elektromágneses vezérlőt, mágneseket. A papírrugóhoz: Összenyomó készüléket, A/4-es papírlapot, technokol rapid folyékony ragasztót, előre elkészített modelleket Szívószálból és papírból készített alakítható matematikai testmodellekhez: Előre elkészített modelleket szívószálakból, cérnából, rugalmas és nyújtható fonalból, papírból. Van-e veszélyes eleme a projektnek, ami a bemutató helyszínével kapcsolatban fontos lehet? (például maró folyadék használata, tűz, szellőztetést igénylő gázfejlődés, stb.) Semmiféle veszélyes anyagot nem használok. Referenciák Ha van, kérjük nevezzen meg személyeket, akik ismerik a projektjét, és akik tudnak róla független véleményt adni Bartos Elekes István a nagyváradi Ady Gimnázium nyugalmazott fizika tanára Berecz János a hódmezővásárhelyi Bethlen Gábor Református Gimnázium fizika tanára Van-e esetleg olyan publikáció, vagy valamilyen más, nyilvánosan elérhető forrás, ami a jelenlegi projektjéhez kapcsolódik? Szórakoztató kísérletek papírral (A papír fizikai és geometriai tulajdonságainak összefüggései, 2008. 111 oldal) A színes mágnesség (magyarul beszélő, angol feliratos DVD melléklettel, 2008. 132 oldal) Kristálymodell, szemcsemodell és az amorf anyagok modellezése (A Bragg-Nye-féle buborékmodell továbbfejlesztése, 2013. 92. oldal) Vásárhelyi Horizont IV. Látványos fizika Fizikai kísérletek és érdekességek (2000. 152 oldal) Fizikai szemle, 2014. február „Kísérletek mágnesekkel és mágneses ingasorral” Kérjük, adjon meg néhány keresőszót, illetve kifejezést, amely a projektjéhez kapcsolódik elektrosztatika, erők kölcsönhatása, Katódsugárcsöves TV készülék, mágnesség, longitudinális hullámok, frekvenciasokszorozás, rugalmas deformációk, héjak horpadása, geometriai modellek: élmodell, lapmodell stb. Elérhetőségi adatok Mi a beosztása az iskolában/munkahelyén? A Vásárhelyi Cseresnyés Kollégium nyugdíjas matematika-fizika szakos tanára. Tanári életcélom a magyar iskolákban folyó matematika és fizika oktatás segítése olcsó és hatásos szemléltető eszközök készítésével. Iskola/Munkahely címe Vásárhelyi Cseresnyés Kollégium, 6800. Hódmezővásárhely, Oldalkosár utca 1.
9
Jelenlegi elérhetőségem: 6800. Hódmezővásárhely, Rudnay Gyula utca 31. III. em. 19. Az Ön e-mail
[email protected] Mobil telefonszám 06 20 444 3229 Másik telefonszám 06 62 244 741 Másik cím Dr. Márki-Zay János, 6800. Hódmezővásárhely, Rudnay Gyula utca 31. III. em. 19. Mennyi ideje oktat valamilyen természettudományos tárgyat, tárgyakat? Matematikát és fizikát 20 évnél régebben. (Nyugdíjasként előadásokat és kísérlet-bemutatókat tartok.) Milyen iskolai szint a legjellemzőbb az Ön oktatására? Csak egy választ kérünk, jóllehet tudjuk, hogy különböző szinteken is oktathat. Középiskola 14-18 éves A természettudományos mely ágának oktatása a legjellemzőbb Önre? Tu7djuk, hogy több területen is oktathat, de mégis csak a legjellemzőbbet kérjük. Fizika Részt vett-e már korábban valamelyik Science on Stage vagy Physics on Stage nemzetközi fesztiválon? 2002. Physics on Stage; 2003. Physics on Stage (itt mutattam be mire fordítottam előző évi díjamat); 2008. Science on Stage; 2014. Science on Stage Honnan hallott a „Színpadon a Természettudomány 2014”-ről Fizikai Szemle ******************************************************************************
10
