Didaktika fyziky
Příprava učitele na VH
Prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc.
Doporučený postup tvorby přípravy na VH myšlenková příprava na základě didaktické analýzy učiva (znalost obsahu učiva, jeho struktury, obtížnosti; cíle, metody, didaktické prostředky) písemná příprava (různě podrobná) zpravidla pro více hodin na sebe navazujících Písemná příprava není předepsána, pokud se nejedná o příkaz ředitele školy
1. Na co navazuji v dané třídě a jak budu žáky motivovat? – analýza předchozí hodiny (hodin) – kontrola domácího úkolu – systém otázek a úloh pro opakování
a upevňování učiva (případně odpovědi, vzorové řešení); stanovení formy opakování, zkoušení
– vymyslet motivační prvky (stále mít na mysli žákovu otázku „K čemu je to dobré pane učiteli, paní učitelko?“)
2. Co budu učit a s jakým cílem? – název VH a její obsah – formulace specifických cílů
nové hodiny – obtížné části učiva
3. Jak a čím toho dosáhnu? – metody, organizační formy, didaktické prostředky (zvl. použití
pokusů, využití počítače, použití prezentace)
– časové rozvržení jednotlivých fází
VH (u začátečníků typu 8.05, 8.20 …..) – jak bude vypadat zápis na tabuli (v prezentaci) a co si budou poznamenávat žáci do sešitů (případně poskytnutý učební text, obrázky, grafy apod.)
4. Jaké bude pokračování? – opakování , shrnutí na konci VH
(co budu chtít, co budu zkoušet a jak to budu zkoušet – jak se budu ptát) – prostor pro dotazy žáků – úkoly pro domácí práci (případně s návodem řešení)
Struktura kombinované VH Organizační část Kontrola domácího úkolu, prověřování vědomostí a dovedností (diagnostická fáze) Prezentace nového učiva (realizační fáze VH: motivace, expozice, aplikace, ev. fixace) Shrnutí, systematizace poznatků, procvičování probraného učiva (kontrolní fáze VH) Zadání domácího úkolu (fixace); zakončení Jednotlivé části uvedené struktury jsou propojeny s časovou rozvahou.
Písemná příprava na VH
Téma VH (případně ročník, třída, datum) Specifické cíle VH (jednotlivé úrovně) Plánované metody výuky, metodické postupy a organizační formy Pomůcky, didaktická technika Obsah VH (struktura), výukové metody a organizační formy jednotlivých částí VH včetně časové rozvahy Speciálně: pokusy (sestavení, co se bude zapisovat, vysvětlení jevu, vztahu apod.) Speciálně: Vzorová řešení probíraných a zadávaných úloh !!!! Zvýraznění toho, co bude na tabuli( event. promítáno), práce s učebnicí, tabulkami, počítačem, kalkulačkou, ….)
Konkrétní ukázka Téma: Trojfázová soustava střídavého napětí Didaktická analýza učiva Pojmy: střídavé harmonické napětí u, vztah pro u, graf u = u(t), alternátor střídavého jednofázového napětí, trojfázový alternátor, fázová posunutí napětí, fázorový diagram, uzel, fázové vodiče, nulovací vodič, fázová napětí, sdružená napětí, zapojení do hvězdy (trojúhelníku), spotřebitelská síť (zapojení spotřebičů), bezpečnost práce s el. napětím
Pokrač.
Vztahy: u1 = Um sin t u2 = Um sin (t – 2/3) u3 = Um sin (t – 4/3) Grafy průběhu fázových napětí u1 + u2 + u3 = 0 pro uzel
Us 3 U f hodnoty napětí pro běžnou spotřebitelskou síť
Ukázka přípravy (stručná verze)
Téma: Trojfázová soustava střídavého napětí Specifické cíle:
Žák 1. vysvětlí vznik indukovaného napětí na každé cívce generátoru; 2. napíše vztah pro indukované napětí; 3. nakreslí průběh 3 indukovaných napětí (fáz. posunutá); 4. dokáže početně nebo graficky, čemu se rovná součet okamžitých hodnot napětí; 5. popíše trojfázovou soustavu a uvede vztah mezi fázovým a sdruženým napětím ; změří tato napětí na modelu 6. popíše a vysvětlí funkci trojfázového generátoru; 7. zapojí cívky a spotřebiče (např. žárovičky) do hvězdy; 8. dodržuje pravidla bezpečnosti práce s el. napětím.
Pokrač. přípravy
Opakování (orientační rozhovor, 6 minut)
1. Na
modelu (resp. za pomoci obrázku) vysvětlit vznik indukovaného napětí (proudu) na 1 cívce při otáčení magnetu. Případně ukázat prakticky vznik tohoto napětí, popsat jeho průběh).
Pokrač.
2.
Napsat vztah pro okamžitou hodnotu indukovaného napětí sinusového průběhu, vysvětlit význam veličin ve vztahu. 3. Popsat a objasnit funkci jednofázového generátoru střídavého napětí (model, obrázek).
Pokračování přípravy
Motivace (1 minuta) Nešlo by využít více cívek vhodně seskupených kolem otáčivého magnetu (elektromagnetu)? Pokud ano, jak nejvhodněji to udělat? Jak pak bude vypadat rozvod kabelů pro napájení spotřebičů? Budou všechny kabely nutné? Nešlo by některé „sdružit“? Praxe: Odkaz na venkovní stožárové nebo sloupové vedení.
pokračování
Výklad s demonstrací (30 minut) Popis modelu, demonstrace vzniku tří indukovaných napětí na cívkách. Fázové posunutí o 1/3 periody, stejná úhlová frekvence. Nákres modelu.
Trojfázový generátor střídavého proudu stator alternátoru U1 U2
• je tvořen třemi cívkami • osy cívek svírají 120° úhel 120°
V2 W1
rotor s póly W2 V1
Střídavý proud v energetice 17
• je otáčivý magnet • otáčením rotoru se v cívkách indukuje střídavé napětí
Pravým tlačítkem myši : Otevřít hypertextový odkaz
http://fyzweb.cz/materialy/videopokusy/PO KUSY/3FGENERATOR/INDEX.HTM
pokračování
1. Zápis: u1 = Um sin t, u2 = Um sin (t – 2/3), u3 = Um sin (t – 4/3). 2. Časový diagram vzniklých napětí (fólie, prezentace, resp. práce s učebnicí).
3. u1 + u2 + u3 = 0. Důkaz fázorovým diagramem.
pokračování
5. Aplikace poznatku - 4 vodiče; sdružená soustava. 6. Experiment: zapojení do hvězdy (tři cívky, tři voltmetry, barevné vodiče). 7. Zavedení pojmů (zápis na tabuli): uzel, nulovací vodič N, fázové vodiče L1, L2, L3; fázové napětí, sdružené napětí, efektivní hodnoty fázového napětí Uf a sdruženého napětí Us, vztah mezi nimi; v praxi spotřebitelská síť 230 V (dříve 220 V) a 400 V (dříve 380 V) , frekvence 50 Hz (3 000 ot./min); zápis 3x400 V/230 V 8. Jak prakticky určíme fázový a nulovací vodič ve spotřebitelské síti (např. doutnavka s vestavěným rezistorem s odporem řádově MΩ)
Pokračování výkladu
8. Na modelu praktické ověření vztahu U s 3 U f 9. Zapojení spotřebičů do hvězdy, nákres na tabuli, praktická ukázka na modelu 10. V praxi místo magnetu „silný“ elektromagnet uložený na ose ve středu alternátoru, budicí vinutí napájené z dynama - budiče 11. Nákres trojfázové soustavy v praxi rozvodná síť v energetice (fólie, prezentace, žáci do sešitů)
pokračování
Shrnutí (3 minuty) 1. Popište hlavní části trojfázového generátoru a jeho činnost. 2. Vysvětlete princip sdružené soustavy a zapojení do hvězdy, pojmenujte jednotlivé vodiče a jednotlivá napětí. Uveďte vztah mezi nimi. 3. Uveďte fázové a sdružené napětí používané např. v domácnosti, vyjmenujte některé spotřebiše či stroje Prostor pro dotazy
pokračování
Domácí úkol (2 minuty): 1. Dokažte graficky, že u1 + u2 + u3 = 0 pro 4 různé doby z intervalu 0, 2,5 T. Zvolte Um = 4 V, T = 0,5 s. 2. Dokažte goniometricky, že u1 + u2 + u3 = 0 . (Dobrovolně) 3. Voltmetrem jsme naměřili v zásuvce, ke které je připojen počítač, napětí 230 V. Jaká je amplituda napětí ve spotřebitelské síti? (nezaměňovat vztahy s 3 a 2 )
pokračování
Pomůcky: model jednofázového generátoru, miliampérmetr, model trojfázového generátoru, 3 stejné demonstrační voltmetry, 4 barvy vodičů, panel se 3 stejnými žárovkami zapojenými do hvězdy, fólie nebo obrázek z prezentace (schéma jednofázového generátoru, schéma trojfázového alternátoru, časový diagram trojfázového napětí).
Pokračování v další VH: Trojfázová soustava střídavého napětí, spotřebitelská síť, zapojení zásuvek, pravidla bezpečnosti práce)
Poznámky po provedení VH – hodnotící fáze: sebereflexe vyuč. procesu, autoregulace další vyučovací činnosti) .
Závěrem Důkladná, systematická a tvořivá příprava učitele na vyučovací hodinu tvoří předpoklad hlubokých a trvalých vědomostí, dovedností i návyků, které žáci ve výuce získávají. Vytvářet prostor pro tvořivost, aktivitu, iniciativu žáků Vyučovací hodina by měla být postavena jako drama, v němž je učitel autorem, režisérem a hercem spolu se svými žáky!
Zápočtová práce
Vypracujte na vybrané téma vzorovou přípravu učitele na 3 vyučovací hodiny následující po sobě – může souviset s vypracovaným tematickým plánem
