Super savec Výroba stroje na čištění odpadků

Super savec Výroba stroje na čištění odpadků Elektroinženýrství Elektřina Určeno pro žáky ve věku 11 až 12 let

Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

Obsah Obsah ................................................................................................................................ 2 Přehled projektu ............................................................................................................... 3 Potřeby .............................................................................................................................. 4 Lekce 1 – Jaké je zadání? ................................................................................................ 6 1.1 Úvodní aktivita – celá třída – 10 minut .................................................................... 7 1.2 Konstrukční zadání – celá třída – 10 minut ............................................................. 7 1.3 Fáze „ZADÁNÍ A POKLÁDÁNÍ OTÁZEK“ konstrukčního procesu – malé skupiny – 20 minut ......................................................................................... 7 1.4 Závěr – celá třída – 10 minut .................................................................................. 8 Lekce 2 – Co potřebujeme vědět? .................................................................................. 9 2.1 Úvodní aktivita – vysoušeč vlasů – malé skupiny – 20 minut ................................. 10 2.2 Ať začne motorek pracovat – jednotlivě – 10 minut ................................................ 11 2.3 Výroba ventilátoru – jednotlivě – 20 minut .............................................................. 12 2.4 Výroba spínače – malé skupinky – 20 minut (doplňková aktivita) .......................... 12 2.5 Závěr – celá třída – 10 minut .................................................................................. 13 Lekce 3 – Začínáme stavět! ............................................................................................ 14 3.1 Úvodní aktivita – celá třída – 5 minut ...................................................................... 15 3.2 Konstrukční proces – kroky zadání a pokládání otázek, přemýšlení a plánování – malé skupiny – 15 minut ................................................ 15 3.3 Návrh a konstrukce – malé skupinky – 60 minut .................................................... 16 3.4 Závěr – celá třída – 15 minut .................................................................................. 18 Lekce 4 – Co jsme udělali? ............................................................................................. 19 4.1 Úvodní aktivita – celá třída – 5 minut ...................................................................... 20 4.2 Prezentace práce – celá třída – 60 minut ............................................................... 20 4.3 Závěr – celá třída – 10 minut .................................................................................. 20 Přílohy ............................................................................................................................... 21 Konstrukční proces ................................................................................................................ 21 Úvodní příběh ........................................................................................................................ 22 Pracovní listy .................................................................................................................... 23 Pracovní list 1, lekce 1–4 – Dokumentování konstrukčního procesu .................................... 24 Pracovní list 2, lekce 3 – Návrh a výroba vlastního vysavače .............................................. 27 Vědecké poznámky pro učitele týkající se elektřiny a vysavačů ................................. 29 Představy žáků o elektřině a jednoduchých elektrických obvodech .......................... 31


2

Přehled projektu Potřebná doba: 4 hodiny 45 minut (plus 35 minut na volitelné aktivity) Cílová skupina: žáci ve věku 11 až 12 let Popis: Prací na zadání „Pojďme uklidit – návrh a výroba vysavače“ se žáci budou učit o elektřině a elektroinženýrství (elektrotechnice). Rámcově vzdělávací program: • člověk a svět práce – konstrukční činnosti – práce s návodem, předlohou, jednoduchým náčrtkem • člověk a svět práce – konstrukční činnosti – stavebnice (plošné, prostorové, konstrukční), sestavování modelů • člověk a jeho svět – místo, kde žijeme – domov • člověk a svět práce – práce s drobným materiálem – vlastnosti materiálu (přírodniny, modelovací hmota, papír a karton, textil, drát, folie aj.) Technický obor: Tento projekt představuje elektroinženýrství (elektrotechniku). Cíle: V tomto projektu se žáci naučí: • že inženýři používají řadu kroků, tzv. konstrukční proces, aby navrhli řešení pro dané problémy, • identifikovat problémy a potřeby, které lze řešit pomocí technologie, a plánovat řešení použitím konstrukčního procesu, • rozumět elektrickým obvodům a základním vědeckým poznatkům, • jak používat baterie, malé motorky a ventilátory, • navrhovat a konstruovat malé vysavače a rozumět tomu, jak fungují. Lekce v tomto projektu: Přípravná lekce je zaměřená na zlepšení povědomí žáků o tom, jak se inženýrství podílí na našem každodenním životě, i když to není na první pohled patrné. Lekce 1 představuje konstrukční zadání, jeho kontext a také konstrukční proces. V lekci 2 povede krok „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu k prozkoumání elektřiny. V lekci 3 žáci aplikují konstrukční proces na zadání tohoto projektu. Úkolem žáků je navrhnout a vyrobit malé vysavače. V lekci 4 dostanou žáci prostor zhodnotit proces výroby vysavačů. V této fázi žáci prokážou, zda splnili všechna kritéria zadání. Mohou svá řešení vylepšovat a sdílet své poznatky.


3

Potřeby Seznam materiálu a jeho množství potřebné pro 30 žáků.

Materiál

Lekce 3

Vysoušeč vlasů (fén)

Celkové Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 množství 1–6 X

Malé motorky 1,5–3 V

15–30

X

X

Baterie 4,5 V nebo 3 × 1,5 V

15–30

X

X

3 × box na baterie typu AA

15–30

X

X

Měděný drát s ocelovým jádrem

1

X

X

Plastové láhve 0, 5 l až 2 l

15

Svorky na papír

1 krabička

(X)

X

Kancelářské sponky

1 krabička

(X)

X

Lekce 4

nebo

X


4

Kousky lepenky o velikosti 10×10 cm

15

(X)

X

Boční štípací kleště

2–3

(X)

X

Kleště na stahování izolace (odizolovací kleště)

2–3

(X)

X

X

Pěnová guma

Gumičky (široké)

10

X

X

Zbytky papíru z děrovačky

Pilka

1

X

Tavná lepicí pistole

1

X

Lepicí páska (izolepa)

1 role

X

Nůžky

6

X

Tyčinky na lízátka

10

X

Papír formátu A4

50

X

X


5

Lekce 1 – Jaké je zadání? Seznámení s úkolem Potřebná doba: 55 minut

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • hlavním funkcím vysavače jako příkladu elektroinženýrství, • jak konstrukční proces tvoří strukturu řešení konstrukčního úkolu, • že elektřina je formou energie. Potřeby (pro 30 žáků) • Bílá tabule, • úvodní příběh s konstrukčním zadáním (viz příloha). Příprava • Nastudujte si elektroinženýrství a konstrukční proces. • Vytiskněte kopie pracovního listu 1. Způsob práce • Jednotlivě a ve skupinách.

Hlavní myšlenky této lekce • Co inženýři dělají a jak pracují. • Představení souvislostí konstrukčního úkolu.

Kontext a pozadí Jsou představeny úkol (zadání), souvislosti a konstrukční proces. Žáci přemýšlejí, jaké znalosti musejí mít, aby mohli zadání splnit.


6

1.1

Úvodní aktivita – celá třída – 10 minut

Řekněte žákům, že tento projekt představuje obor elektroinženýrství (elektrotechniku). Požádejte žáky, aby vyjmenovali elektrické spotřebiče ve třídě nebo u nich doma. Kdo je podle nich vytvořil? Proberte úlohu, kterou elektřina a elektrické spotřebiče v každodenním životě mají. Jaký by byl den bez elektřiny? Elektroinženýrství je založeno na nápadech z fyziky. Týká se mnoha věcí, od nejmenších elektronických součástek do počítačů a mobilních telefonů po tvorbu a používání systému dodávek elektrické energie (elektřiny). Elektrotechnologie zahrnuje telekomunikaci, elektroniku, radiotechniku a elektrotechniku (elektroinženýrství). Elektřinu lze používat k přenosu energie, tj. využití elektřiny jako přenašeče energie, např. v rozvodných sítích nebo elektrických motorech.

1.2

Konstrukční zadání – celá třída – 10 minut

Přečtěte úvodní příběh s konstrukčním zadáním, který je uveden v příloze. Zeptejte se žáků, zda si myslí, že by dokázali problém vyřešit. Co potřebují znát, aby tento problém mohli vyřešit? Problém – zadání napište na tabuli. Úkolem je „navrhnout a vyrobit malé vysavače“. Řekněte žákům, že nyní budou pracovat stejným způsobem jako inženýři. Tip: Informace pro učitele. Název „vysavač“ sám tak trochu napovídá, jak vysavače fungují: vysavače vysávají – sají. (Ve skutečnosti by v angličtině byl lepší název „suction cleaner“ („sací čistič“) než „vacuum cleaner“ („vakuový čistič“), protože zde žádný podtlak (vakuum) není). Mechanickou/elektrickou část tvoří velmi silný motor, který fouká vzduch, obvykle z horní nebo zadní strany vysavače, čímž vytváří sací sílu ve spodní části (kde je prach vtažen dovnitř). Všechny vysavače pracují na stejném principu... Zapojíte-li motor, který fouká vzduch (např. ventilátor) na jeden konec předmětu, který má otvor na druhém konci, bude to fungovat stejným způsobem a vzduch bude díky ventilátoru proudit nejprve do předmětu a potom ven.

Tip: Chcete-li zjistit více, jak vysavače fungují, podívejte se na tyto webové stránky: http://home.howstuffworks.com/vacuum-cleaner.htm http://www.explainthatstuff.com/vacuumcleaner.html

1.3

Fáze „ZADÁNÍ A POKLÁDÁNÍ OTÁZEK“ konstrukčního procesu – malé skupiny – 20 minut

První krok konstrukčního procesu je „ZADÁNÍ A POKLÁDÁNÍ OTÁZEK“. Použijete pracovní list 1 lekce 1 (Plán konstrukčního procesu). Žákům zdůrazněte, že všechny inženýrské úkoly začínají otázkami. Na začátku se zeptejte žáků, co musejí znát, aby mohli navrhnout a zkonstruovat malý vysavač? Nechte žáky pracovat v malých skupinách po 4 až 5. Pokuste se zajistit, aby ve skupinách byla zastoupena obě pohlaví i žáci různých úrovní. Nechte žáky přibližně 5 minut probírat, co musejí znát, aby problém vyřešili. Požádejte žáky, aby otázky své skupiny sepsali do pracovního listu na stranu s fází „ZADÁNÍ A POKLÁDÁNÍ OTÁZEK“. Otázky všech skupin napište na tabuli. Možné otázky: • Jak vytvoříme sací sílu? • Můžeme se podívat na opravdový vysavač? • Jaké materiály můžeme použít?


7

• • • • • • •

1.4

Jaké součástky jsou zapotřebí? Jaký druh nečistot bude náš vysavač schopen vysávat? Jaká jsou kritéria úspěchu? Jak můžeme vyrobit ventilátor? Jak velký by měl vysavač být? Měl by mít kolečka? Jak můžeme vyrobit vypínač?

Závěr – celá třída – 10 minut

Shrňte cíle výuky. Proberte s žáky: Co jste se dozvěděli o elektroinženýrství? Dokážete popsat různé fáze konstrukčního procesu? Dozvěděli jste se, co vysavač dělá? Řekněte žákům, že v další lekci začnou na své otázky odpovídat a že budou seznámeni s tím, co musejí znát, aby návrh a zkonstruování vysavače zvládli. Požádejte žáky, aby si na příští lekci přinesli vysoušeče vlasů (fény). Budou se na ně pouze dívat, nebudou je rozebírat.


8

Lekce 2 – Co potřebujeme vědět? Seznámení se s elektřinou Potřebná doba: 60 minut (80 minut na volitelné aktivity)

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • co jsou to elektrické obvody a směr proudu, • jak používat baterie, malé motorky a ventilátory, • z jakých různých částí se skládá vysoušeč vlasů (předehra navrhování vysavačů). Potřeby (pro 30 žáků) • 1–6 vysoušečů vlasů (fénů), • 30 malých motorků (1,5–3 V), • 30 baterií: 4,5 V nebo 3 × 1,5 V, • papír, • lepenka (nepovinné), • svorky na papír (nepovinné). • 2–3 boční štípací kleště (nepovinné), • 2–3 štípací kleště (nepovinné), • drát, • kancelářské sponky, • prodlužovací kabel, • gumička. Příprava • Připravte si potřebné materiály. • Zkontrolujte baterie. • Požádejte žáky, aby si přinesli vysoušeče vlasů. Způsob práce • Jednotlivě a ve skupinách.

Hlavní myšlenky této lekce • Pochopit, které součástky jsou ve vysavači nezbytné. • Pochopit, proč a jaké součástky lze spojit. Kontext a pozadí Krok „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu vede ke zkoumání vysoušeče vlasů. Žáci zpracovávají, jak budou rozvíjet svůj návrh vysavače. Žáci také zjistí, jak motory pracují s elektřinou, jak teče proud a jak mohou navrhnout ventilátor.


9

2.1

Úvodní aktivita – vysoušeč vlasů – malé skupiny – 20 minut

Nejprve žákům vysvětlete, proč si budou prohlížet vysoušeče vlasů, když konstrukčním zadáním je postavit vysavač. (Je praktičtější začít na něčem menším, co však ale má několik konstrukčních rysů společných s vysavačem). Každé skupině dejte vysoušeč vlasů, jeden si nechte pro sebe a ukažte žákům jeho důležité funkce. Nechte žáky, ať si ve skupinách po 4 až 5 vysoušeč vlasů prohlédnou a prozkoumají (aniž by jej rozebírali) a zeptejte se jich, např.: • Co vidíte? • Které součásti jsou potřebné, aby vysoušeč vlasů fungoval? Učitel musí ukazovat na následující součásti a ptát se „k čemu to slouží?“. Kde je to umístěno? • Topné těleso – K čemu slouží? Topné těleso vytváří teplo, které je přenášeno do vzduchu. • Ventilátor – K čemu slouží? Ventilátor ve vysoušeči vlasů slouží ke generování vzduchového proudu. • Motorek – K čemu slouží? Kde je umístěn? Malý elektrický motorek se otáčí a roztáčí ventilátor. • Kabely – K čemu slouží? K přenosu elektrického proudu. • Přepínač – K čemu slouží? Základní modely mají dva přepínače: jeden vysoušeč zapíná a vypíná, druhý ovládá rychlost proudění vzduchu. Některé modely mají ještě jeden spínač, který umožňuje ovládat teplotu vzduchu. • Elektřina – K čemu slouží? Dodává proud, který roztáčí malý elektrický motorek, a ten pak roztáčí ventilátor. • Kryt/pouzdro – K čemu slouží? Všechny vysoušeče vlasů mají nějaký typ tepelného čidla, které aktivuje obvod a vypíná motorek, když teplota příliš vzroste. Čidlo ale není zvenku vidět. Všechny součásti, které žáci navrhnou, zapíše učitel na tabuli.

Obrázek: Vysoušeč vlasů.

Obrázek: Zadní strana vysoušeče vlasů.

Zde je uvedeno několik fotografií rozebraného vysoušeče vlasů a jeho součástí – motorku a ventilátoru, který je k motorku připojen.


10

Obrázek: Ventilátor uvnitř vysoušeče vlasů.

2.2

Obrázek: Motorek uvnitř vysoušeče vlasů.

Ať začne motorek pracovat – jednotlivě – 10 minut Důležité! Před zahájením

Učitel vysvětlí rozdíl mezi použitím napětí ze zásuvky (ve zdi) a z baterie. Důležitý závěr: Žáci nebudou nikdy experimentovat s proudem ze zásuvek (ve zdech). Napětí baterií je pouze 4,5 V a napětí v zásuvkách ve zdech je 230 V. Bezpečnost má při práci s elektřinou velký význam. Ale když žáci pracují s bateriemi, žádné nebezpečí nehrozí, pokud není napětí příliš vysoké.

Všem žákům dejte motorek a baterii. Zeptejte se jich, zda dokáží motorek roztočit. Vývody baterie je třeba zapojit ke kontaktním pólům motorku, aby se uzavřel elektrický obvod.

Obrázek: Baterie a motorek v kontaktu.

Obrázek: Motorek s dráty na kontaktních pólech.

Když učitel vidí, že už každý roztočil motorek, ví, že už žáci zjistili, jak připojit baterie k motorku. Zeptejte se žáků, proč se motorek roztočil, když ho k baterii připojili. Žákům vysvětlete, že: Baterie má dva vývody (póly), jeden záporný a jeden kladný. Když jsou motor a baterie správně připojeny, může proud procházet do motoru a ten začne pracovat. Nyní mají uzavřený obvod. Uzavřený obvod je uzavřený okruh, v němž teče nebo může téct elektrický proud. Je-li obvod rozpojen, k žádné ze součástí se proud nedostane. Historicky byl proud definován od kladného k zápornému pólu. (Pohyb záporně nabitých elektronů v elektrickém obvodu je v opačném směru.) Pro zjednodušení se říká, že elektřina jde z kladného pólu k zápornému.


11

2.3

Výroba ventilátoru – jednotlivě – 20 minut

Nyní učitel rozdá všem žákům polovinu listu papíru o formátu A4. Požádejte žáky, aby vytvořili proud vzduchu tím, že vyrobí papírový ventilátor. (Mohou papír složit nebo natrhat a potom jej přiložit k motoru.) Design ventilátoru není důležitý, pokud fouká vzduch, viz níže uvedené obrázky. Nechte žáky, ať se podívají na návrhy ostatních skupin a získají tak představu, jak by ventilátor mohl vypadat.

Obrázek: Jeden typ ventilátoru.

Obrázek: Motorek v kontaktu s póly baterie.

Pokud lopatky papírového ventilátoru padají, vezměte dva malé gumové pásky (gumičky), v jednom udělejte pomocí jehly malou dírku a připojte jej k motorku. Pro připojení k ventilátoru použijte druhý pásek. V tomto cvičení používají žáci papír jako materiál. Důraz je kladen na to, jak rozdíly v konstrukci mění účinnost ventilátoru. Při navrhování vysavače mohou žáci libovolně používat i jiné materiály. Motorek může vést elektřinu v obou směrech, ale když jsou póly přepnuté, otáčí se v opačném směru. Zeptejte se žáků, zda dokáží roztočit ventilátor v opačném směru. Dejte jim tip: přepnout póly, aby proud tekl opačným směrem.

2.4

Výroba spínače – malé skupinky – 20 minut

Potřeby (pro 30 žáků) • 6–8 malých motorků (1,5–3 V) (jeden do skupinky), • 6–8 baterií: 4,5 V nebo 3 × 1,5 V, • kousky lepenky, • drát, • kancelářské sponky, • svorky na papír, • 2–3 boční štípací kleště, • 2–3 odizolovací kleště.


12

Žáci už nyní vědí, jak připravit uzavřený obvod s motorkem a baterií. Nechte je nejprve připravit uzavřený obvod s baterií, dráty a motorkem. Potom mohou vyrobit „spínač“, aby mohli motorek zapínat a vypínat. Vezměte kus lepenky. Do lepenky udělejte dva otvory tak, aby mohly být připojeny kancelářské sponky a svorky na papír. Podívejte se na obrázek. Připojte dva volné konce drátů, jeden ke každé kancelářské sponce. Posuňte sponky tak, aby se mohly navzájem dotýkat/nedotýkat. Tímto způsobem je možné motorek zapínat a vypínat. Obrázek: Spínač v uzavřeném obvodu. Na tomto obrázku je místo motorku použita žárovka.

2.5


Shrňte cíle výuky. S žáky proberte: Naučili se, jak používat baterie, malé motorky a ventilátory? Dokáží identifikovat a popsat různé části vysavače? Shrňte, jak se připravuje uzavřený obvod a v jakém směru v něm teče proud. Učitel může rovněž ukázat, jaké symboly se používají k popisu obvodů s různými elektrickými součástkami: Zde jsou ukázky schématických značek:

Motor

Schéma motorku, baterie a spínače:

Žárovka

Napájecí zdroj

Spínač


13

Lekce 3 – Začínáme stavět! Návrh a výroba vlastního vysavače Potřebná doba: 95 minut (110 minut s volitelnými aktivitami)

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • jak mohou být motorek s ventilátorem použity pro pohánění vzduchu trubicí, • významu skupinové práce pro kreativní řešení náročného problému, • jak při výrobě funkčního vysavače využít konstrukční proces. Potřeby (pro 30 žáků) • 10 motorků (1,5–3 V), • 10 baterií: 3 × 1,5 V nebo 4,5 V, • box na baterie (v závislosti na bateriích), pracovní list 1 plán konstrukčního procesu, • pracovní list 2, • drát (měděný s ocelovým jádrem), • 10 plastových lahví, • lepenka – různé tloušťky a vzhledu, • tyčinky na lízátka, • pěnová guma, • kancelářské sponky, • gumičky (široké), • zbytky papíru z děrovačky, • 1 pilka, • 1 lepicí pistole, • 1 odizolovací kleště, • 1–2 boční štípací kleště, • lepicí páska (izolepa), • 6 nůžek. Příprava • Vytiskněte kopie pracovního listu 2. • Připravte si konstrukční materiály. Způsob práce • V malých skupinkách po 2 až 3 žácích. Hlavní myšlenky této lekce • Využití konstrukčního procesu k vytvoření vysavače. Kontext a pozadí Žáci pracují ve skupinkách a využívají sled kroků, nazývaný konstrukční proces, pro vývoj a konstrukci vysavače. Hlavním cílem této lekce je, aby žáci vytvořili výrobek, který řeší nějaký problém. Vraťte se zpět k příběhu/komiksu v lekci 1. V této lekci žáci projdou kroky „přemýšlení“, „plánování“, „zkonstruování“ a „vylepšování“. Aby splnili zadaný úkol, musejí žáci využít své vědecké poznatky z lekce 2.


14

3.1


Zeptejte se žáků: Jak můžeme nyní využít naše současné vědomosti o elektřině, bateriích, motorech a ventilátorech společně s naší kreativitou, abychom zkonstruovali náš vlastní vysavač? Lekce je strukturovaná podle konstrukčního procesu, takže žáci mají své plány konstrukčního procesu připravené z předchozích dvou lekcí. Vraťte se zpět k příběhu a problému z lekce 1. Řekněte žákům, že nyní je čas přistoupit ke konstrukčnímu zadání. Potom jim řekněte, v čem konstrukční zadání spočívá. Žáci budou stavět a navrhovat vysavač ve skupinách. Rozdělte třídu do skupin po 4 až 5 žácích a snažte se, aby v nich byla rovnoměrně zastoupena obě pohlaví, jakož i žáci různých schopností. Úkol je dokončen, když vysavač vysaje nějaké smetí. Řekněte žákům, v čem konstrukční zadání spočívá, a pak začněte pracovat na kroku konstrukčního procesu – plánování. Je důležité, aby si žáci svou práci zaznamenali do plánu konstrukčního procesu. Svůj postup konstruování vysavače mohou také zdokumentovat fotograficky.

3.2

Konstrukční proces – kroky zadání a pokládání otázek, přemýšlení a plánování – malé skupiny – 15 minut

Zadání a pokládání otázek – co žáci musejí vědět? Například: • Jaké materiály mohou použít? • Jaký druh smetí bude jejich vysavač schopen vysávat?

Kritéria: Vysavač musí fungovat na baterie a motorek, ale žáci mohou použít i jiné materiály, např. plastové láhve atd. Kritéria úspěchu jsou: Pokud vysavač vysává prach či papírové zbytky z děrovačky, je výrobek úspěšný.

Přemýšlení – Požádejte žáky, aby přemýšleli nad různými řešeními, jako je velikost vysavače, uskladnění, umístění baterie atd. Dejte jim seznam materiálů, které mohou využívat. Důležitá je také fáze diskuse.

Plánování – Ať každý tým vybere jedno řešení a začne plánovat jeho zkonstruování. Řekněte žákům, že nemusejí vytvářet filtry nebo sáčky na prach, je dostačující, dostanou-li prach dovnitř.

Tip a varování! - Fáze výstavby může být pro žáky poměrně náročná. Není od věci, když učitel vyrobí vysavač před zahájením lekce a nechá ho ve třídě, aby žáci viděli, jak by mohl jejich finální výrobek vypadat. Zdůrazněte však, že důležitý je jejich způsob práce. Vysavač lze vytvořit více než jedním způsobem. Před zahájením činnosti by měl učitel ukázat, jak materiály k sobě připevnit. Navrhujeme, aby učitel ukázal, jak připevnit motorek. Viz příklady uvedené níže v bodu 4. Učitel by měl také ukázat, jak bezpečně používat nástroje. Ukažte žákům, jak řezat plastové láhve. Při používání nůžek a pilky dbejte opatrnosti. Oba nástroje mají ostré čepele. Připomeňte žákům, jak se používají boční štípací kleště a také odizolovací kleště.


15

3.3

Návrh a konstrukce – malé skupinky – 60 minut

Zkonstruování – Každá skupinka by měla navrhnout a vytvořit vysavač. Připomeňte žákům, že svoji práci/postup mohou fotograficky zdokumentovat. Kryt/plášť/pouzdro Kryt může být vyroben z různých druhů lahví. O návrhu krytu nechte rozhodovat žáky samotné. Nejjednodušší je ustřihnout nebo uřezat měkkou plastovou láhev, např. prázdnou láhev od vody či sody. Lze ale použít jakoukoli jinou kulatou plastovou láhev. K proděravění mohou žáci použít nůžky nebo pilku. Obrázek: Stříhání láhve.

• Zkonstruujte ventilátor a připevněte jej k motorku. Ventilátor může být vyroben z mnoha různých materiálů. Jeden materiál, se kterým se snadno a dobře pracuje, je lepenka. Lepenka může mít různou tloušťku i různý vzhled: může pocházet z obalů, např. obalů od cereálií atd. Nechte žáky vyrobit ventilátor a připojit jej k motorku. Pokud se ventilátor od motoru uvolňuje, použijte kousky gumy nebo lepicí pásku a připevněte jej. • Vyzkoušejte ventilátor. Než žáci začnou připevňovat motorek ke krytu, nechte je, ať vyzkouší ventilátor a motorek. Tady mohou žáci uplatnit své předchozí znalosti, jak připojit motorek k bateriím. Zapadne-li ventilátor do krytu a začne-li sání prachu nebo nečistot, mohou pokračovat. Pokud k žádnému sání nedojde, zkuste přepnout póly v kontaktu s baterií. Potom se motorek bude točit opačným směrem a měl by místo foukání sát. Je-li ventilátor příliš velký, musejí jej žáci, než budou pokračovat, upravit. Držte ruku proti zadní straně krytu – tak ucítíte, k čemu tam dochází. Obrázek: Zkouška vysavače.


16

• Připevněte motorek. Existuje mnoho způsobů, jak motorek připevnit. Skupina může držet motorek prsty nebo mohou připevnit motorek ke krytu. Uvádíme zde několik příkladů, jak jej připevnit. Obrázek: Vysavač s tyčinkami na lízátko a lepidlem.

Obrázek: Vysavač s pěnovou gumou.

Tip: Nezapomeňte, že vzduch musí být schopen projít materiálem pouzdra: je-li to nutné, udělejte do něj několik drobných otvorů. Obrázek: Drobné otvory, aby vzduch mohl procházet.


17

• Připevněte baterie / box na baterie. Baterie / box na baterie lze připevnit na vnější stranu láhve. Žáci mohou využít své znalosti, jak odizolovat dráty a připojit baterii k motoru. Obrázek: Baterie může být připevněna na vnější stranu láhve.

• Výroba spínače (volitelná aktivita, dalších 15 minut) Žáci mohou navrhnout spínač, který by vysavač zapínal a vypínal. Žáci mohou uplatnit své předchozí znalosti o obvodech (uzavřených a neuzavřených) a materiálech, které vedou/ nevedou elektrický proud. Obrázek: Vysavač se spínačem.

Vylepšování – požádejte skupiny, aby probraly, jak úspěšné byly a zda neexistují nějaká očividná zlepšení, která by šla udělat. Připomeňte žákům, aby vyplnili pracovní list 1 a plán konstrukčního procesu, mají-li jakékoli vylepšení či nové nápady anebo dotazy.

3.4


Shrňte cíle výuky. Proberte s žáky, co se dozvěděli o tom, jak vysavač funguje, jak lze motorek s ventilátorem použít k pohánění vzduchu trubkou a jak postavit a vyzkoušet různá řešení vysavačů. Když žáci své vysavače dokončí, nechte je uklidit učebnu. Řekněte jim, že v příští lekci své výrobky předvedou zbytku třídy.


18

Lekce 4 – Co jsme udělali? Splnili jsme zadání? Potřebná doba: 75 minut

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • že existují různé způsoby, jak vyřešit inženýrský problém, • že přezkoumání a vyhodnocení podle kritérií jsou důležitými aspekty konstrukčního procesu, • že úspěch inženýrství závisí na důkladných vědeckých poznatcích. Potřeby (pro 30 žáků) • Vysavače vyrobené žáky. Příprava • Žáci si musejí přinést své vysavače z předchozí lekce. Způsob práce • Práce ve skupinkách a v celé třídě. Hlavní myšlenky této lekce • V této lekci se žáci zamyslí nad konstrukčním procesem a svými výrobky a budou je analyzovat a hodnotit podle dohodnutých kritérií. Budou také přemýšlet o vědeckých myšlenkách, které využili. Kontext a pozadí V této lekci probíhá hodnocení procesu a výrobku. Splnili jsme zadání? Jak žáci uplatňují vědecké poznatky, které získali, a jak pracují s konstrukčním procesem? Je to také chvíle, kdy předvedou své řešení problému a mohou být hrdí na to, co se naučili a co vytvořili.


19

4.1


Každá skupina má vysavač, který navrhla a zkonstruovala. V této lekci bude třída diskutovat různá řešení a hodnotit výrobky. Učitel bude muset třídě říct, jak by měli své výrobky předvést a kolik času na to každá skupina má.

4.2

Prezentace práce – celá třída – 60 minut

Každá skupina by měla zbytku třídy o svém vysavači něco říci. Učitel může diskusi podpořit následujícími otázkami: • Je něco, co by šlo vylepšit? • Měl někdo potíže dostat do vysavače dostatek vzduchu? Kudy vzduch do vysavače vstupuje a kudy odchází ven? Musí vzduch vycházet ven? • Proč je prach nasáván do vysavače? • Měl někdo potíže se směrem proudění vzduchu? Jak jste to vyřešili? Jaký je hlavní rozdíl mezi vysoušečem vlasů a vysavačem? • Jak vysavač zapnete a vypnete? Vyřešili toto zadání všichni stejně, nebo existují různá řešení? Proč se vysavač pouští a vypíná? • Proč má většina vysavačů sáček a filtry?

Správná slova a výrazy, které by žáci měli používat: • spínač, • motor, • ventilátor, • elektrické kabely, • baterie, • obvod.

4.3


Shrňte cíle výuky. Proberte s žáky, co se naučili o různých způsobech řešení problémů s využitím konstrukčního procesu. Co se naučili při výrobě vysavače? Pochopili něco, čemu předtím nerozuměli? Proberte s nimi, jaké vědecké poznatky získali a uplatnili při výrobě vysavačů. A na závěr – inspiroval je tento projekt, aby pracovali jako elektrotechničtí inženýři?


20

Přílohy Konstrukční proces


21

Úvodní příběh Právě skončil fantastický školní večírek ve vaší třídě. Bohužel bylo použito hodně konfet a v místnosti je nepořádek. Uklízečka má dovolenou a odnesla veškeré vybavení na úklid. Není zde žádná lopatka a smetáček a vypadá to, že úklid bude trvat dlouho. Ve vědecké skříni jste ale našli nějaké motorky, elektrické dráty, baterie a papír. Také jste našli spoustu prázdných plastových nápojových lahví z večírku. Jedno z dětí navrhlo vyfoukat pomocí fénu všechny konfety pryč, ale to by vznikl ještě větší nepořádek! Můžete se stát elektrotechnickými inženýry a navrhnout, vyrobit a vyzkoušet vhodné čisticí zařízení, které by vysálo všechen nepořádek? Abyste se nedostali domů příliš pozdě...


22

Pracovní a odpovědní listy


23

Pracovní list 1, lekce 1–4 – Dokumentování konstrukčního procesu Jméno: Datum:

Zadání a pokládání otázek

Přemýšlení

Plánování

Zkonstruování

Vylepšování

Jaký je úkol (zadání)? Jaké jsou potřeby? Co udělali ostatní? Jaká jsou omezení? Jaká možná řešení by mohla existovat? Prodiskutování nápadů. Vyberte ten nejlepší.

Nakreslete schéma/obrázek/nákres nebo sepište vaše nápady. Udělejte si seznam potřebných materiálů.

Dodržujte svůj plán a zkonstruujte vysavač.

Vyzkoušejte ho.


24

Zadání a pokládání otázek

Přemýšlení

Sepište všechny vaše otázky a odpovědi.

Diskuse. Jaká řešení máte? Jak svůj vysavač navrhnete? Jaké díly budete potřebovat? Jak jednotlivé části spojíte? Velikost? Praktická řešení? Atd. Zapište/nakreslete vaše nápady.


25

Plánování

Nakreslete obrázek/náčrt/schéma vašeho nejlepšího nápadu z fáze přemýšlení. Vysvětlete podrobnosti a sepište seznam materiálů, které budete ke zkonstruování potřebovat.

Zkonstruování

Tip! Během konstruování pořizujte fotky. Otestujte! Co se stalo při testování vašeho výrobku? Jaké součástky fungovaly dobře? Jak to víte? Jaké součástky nefungovaly? Proč? Jak byste váš výrobek mohli vylepšit?

Vylepšování

Jaké části vašeho výrobku je třeba vylepšit? Jak to víte? Nakreslete/popište nebo vyfoťte vaše vylepšené výrobky. Popište vylepšení.


26

Pracovní list 2, lekce 3 – Návrh a výroba vlastního vysavače Jméno: Datum:

a. b. c. d.

e.

Váš plán konstrukčního procesu je připraven s fází zadání a pokládání otázek, přemýšlení a plánování. Nyní je čas zkonstruování – čas postavit váš vlastní vysavač. Níže je uveden popis, podle kterého můžete postupovat. Ale nebojte se vytvořit svůj vlastní výrobek. Nezapomeňte každý krok vaší konstrukce zdokumentovat, buď popisem, nebo pořízením fotografií. Pokud potřebujete provést změny, máte nové nápady ohledně návrhu nebo máte další otázky, které je třeba zodpovědět, než budete ve výrobě pokračovat, případně během konstruování, podívejte se do plánu konstrukčního procesu a vraťte se zpátky k tomuto kroku a zapište si to (zdokumentujte). Úkol je dokončen, když vysavač vysaje nějaké smetí.

1. Kryt/plášť/pouzdro Kryt může být vyroben z různých druhů lahví. Vyberte jednu láhev, na které se vaše skupina dohodla ve fázi plánování, a začněte konstruovat. Na vytvoření první díry budete muset použít pilku a potom nůžky. Buď opatrní! Nůžky a pilky mají ostré čepele.


27

2.

Zkonstruujte ventilátor a připevněte jej k motorku. Zkonstruujte ventilátor a potom jej připevněte k motorku. Uvolňuje-li se ventilátor od motorku, použijte na obou stranách ventilátoru gumičky.

3.

Vyzkoušejte ventilátor. Než začnete připevňovat motorek ke krytu, vyzkoušejte ventilátor a motorek. K motorku připojte baterie. Zapadne-li ventilátor do krytu a začne-li sání „malých kousků papíru“, můžete pokračovat dalším bodem, 4. Pokud k žádnému sání nedojde, naopak vysavač fouká, zkuste přepnout póly v kontaktu s baterií. Je-li ventilátor příliš velký, budete jej, než budete pokračovat, muset upravit.

4.

Připevněte motorek. Existuje mnoho způsobů, jak motorek připevnit. Vy a vaše skupina můžete držet motorek prsty nebo můžete připevnit motorek ke krytu. Nezapomeňte, že vzduch musí být schopen projít materiálem a možná do něj budete muset udělat několik drobných otvorů. Držte ruku proti zadní straně krytu a uvidíte, co se bude dít.

5.

Připevněte baterie / box na baterie. Baterie / box na baterie lze připevnit na vnější stranu láhve. Uplatněte své znalosti a vymyslete, jak připojit dráty. Vždy, když dostanete nový nápad na jiné řešení a/nebo vylepšení, nezapomeňte svoji práci zdokumentovat a vyplnit pracovní list 1 a konstrukční proces. Jste-li se svou prací spokojeni, můžete pro váš vysavač vytvořit ještě spínač.

6.

Výroba spínače (volitelná aktivita) Uplatněte vaše znalosti o spínačích a jeden vyrobte pro váš vlastní vysavač.


28

Vědecké poznámky pro učitele týkající se elektřiny a vysavačů Některé klíčové vědecké pojmy, znalosti a dovednosti obsažené v lekci 2 • konstrukce jednoduchého elektrického obvodu, obsahujícího baterii, dráty, motorek (a ventilátor) a spínač, • je nutný uzavřený obvod, aby v něm mohl téci elektrický proud, • póly baterie je třeba zapojit ke kontaktním pólům motorku, aby se elektrický obvod uzavřel, • baterie má dva póly, jeden záporný a jeden kladný, • pomocí jednoduchého elektrického obvodu s motorkem lze roztočit papírový ventilátor, • účinnost ventilátoru se může měnit s jeho designem, • motorek může vést elektřinu v obou směrech, a když jsou póly přepnuté, otáčí se v opačném směru, • je-li obvod rozpojen, k žádné ze součástí se proud nedostane a nebudou fungovat, • existuje rozdíl mezi napětím ze sítě (230 V) a napětím baterie (4,5 V), • pro popis jednoduchých elektrických obvodů se používají symboly a schémata.

Co je to elektřina a jaké materiály vedou elektrický proud? Řecké slovo pro jantar je „elektron“, z něhož je odvozeno slovo elektřina. Řekové se bavili třením jantarové tyče hadříkem a tou pak zvedali peří, listy atd., ačkoli neměli vůbec tušení, proč se tak dělo. Elektřina je formou energie. Jde o tok záporného náboje způsobený pohybem elektronů. Každý materiál je tvořen atomy. Atom se skládá z jádra (nukleus) a obalu. Jádro tvoří kladně nabité protony a neutrální neutrony. Okolo něj je „obal“ pohybujících se elektronů, které jsou nabité záporně. Chceteli se k tomuto tématu dozvědět více, podívejte se na webové stránky: http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_aqa_pre_2011/atomic/atomstrucrev1.shtml

V atomu je stejný počet protonů a elektronů, což znamená, že je neutrální. Je-li rovnovážný stav mezi protony a elektrony narušen vnější silou, mohou atomy elektron získat nebo ztratit. Dojde-li ke „ztrátě“ elektronu z atomu, vytváří pohyb těchto elektronů elektrický proud. Některými materiály, jako je voda nebo kovy, se mohou elektrony snadno pohybovat. Jedná se o dobré vodiče elektrického proudu. Například v měděných drátech nejsou některé elektrony vázané na konkrétní atomy a mohou se volně pohybovat v moři elektronů. Z tohoto důvodu je měděný drát vhodný pro budování obvodů. V jiných materiálech, např. plastech či jantaru, se elektrony nepohybují tak snadno, a v důsledku toho neumožňují tok elektrického proudu. Elektřinu (elektrickou energii) lze převést na teplo, světlo či pohyb. Elektřina může být použita pro řízení technologie. Lze ji vypnout a zapnout pomocí spínačů a také může přenášet energii na dlouhé vzdálenosti. V zásadě však elektřinu nelze skladovat. Jednoduché elektrické obvody Jednoduchý elektrický obvod je uzavřený okruh, ve kterém se elektrony pohybují. Představte si jednoduchý obvod vyrobený z baterie, zařízení nebo součástky (např. motorku či žárovky), které jsou propojené dráty. Co způsobuje pohyb elektronů? Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

29

V baterii probíhá chemická reakce, díky níž se na jednom pólu (na anodě) nahromadí elektrony a na druhém vývodu (na katodě) bude úměrně tomu jejich nedostatek. Následkem je elektrický rozdíl mezi oběma póly (rozdíl potenciálů). Je-li baterie zapojena, způsobí tento rozdíl tok záporného náboje z jednoho vývodu na druhý (z anody na katodu). Tento tok elektrického proudu je důsledkem toho, že elektrony jsou záporně nabité, a proto se navzájem odpuzují a pohybují se směrem k místu, kde je menší záporný náboj (ke katodě, která je kladně nabitá). Každý prvek nebo zařízení v obvodu vytváří odpor vůči toku záporného náboje. Pohybem záporného náboje součástkou dojde k přenosu energie (žárovka se rozsvítí, motorek se začne otáčet a oba se zahřejí). Baterie je hybnou silou obvodu a chemické látky, které vytvářejí oddělení náboje v baterii, se nakonec vyčerpají a baterie je „vybitá“. Proud, napětí, odpor a výkon Proud je tok elektronů a (v důsledku toho) tok záporného náboje v obvodu. Čím větší je pohyb elektronů, tím větší je proud. Proud se měří v ampérech (A) a je definován jako rychlost toku náboje. Je to míra množství elektrického náboje (http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_ charge) procházejícího bodem v elektrickém obvodu za jednotku času. V minulosti byl proud představován jako pohyb od kladného pólu obvodu k zápornému. Záporně nabité elektrony se v elektrickém obvodu ve skutečnosti pohybují opačným směrem (ze záporného ke kladnému). Proud začne téci v okamžiku, kdy je baterie zapojena a spínač je uzavřen. Proud je stejný v každém bodě elektrického obvodu. Napětí je rozdíl mezi náboji. Napětí se měří ve voltech (V). Každá baterie nese údaj o pracovním (jmenovitém) napětí (v lekci 2 používáme 1,5 V a 4,5 V baterie). Pracovní napětí označuje rozdíl nábojů mezi póly baterie. Čím je rozdíl větší, tím větší „sílu“ může baterie vyvinout (4,5 V baterie vykazuje 3krát větší „sílu“ než 1,5 V baterie). Tento rozdíl (či „síla“) umožňuje pohyb elektronů, které se snaží tyto rozdíly vyrovnat. Vhodnější označení napětí je potenciálový rozdíl. Odpor v obvodu zpomaluje tok proudu a způsobuje, že se elektrony pohybují pomaleji. Jakékoli zařízení či součástka (např. žárovka nebo motorek) vytvářejí odpor vůči toku proudu. Jeli toto zařízení určeno k vykonávání práce, „síla“ z baterie musí mít dostatečné napětí, aby odpor tohoto zařízení překonala. To znamená, že zařízení obvykle nesou údaj o pracovním (jmenovitém) napětí, které musí odpovídat baterii s vhodným pracovním napětím. Odpor se měří v ohmech (Ω). Výkon se vztahuje k rychlosti přenosu energie. Žárovky, které používáme v našich domovech, mají jmenovitý výkon měřený ve wattech (W). Watt odpovídá jednomu joulu energie za sekundu. Vysavače Název „vysavač“ sám tak trochu napovídá, jak vysavače fungují: vysavače vysávají – sají. Ve skutečnosti by v angličtině byl lepší název „suction cleaner“ („sací čistič“) než „vacuum cleaner“ („vakuový čistič“), protože zde žádný podtlak (vakuum) není. Mechanickou/elektrickou část tvoří velmi silný motor, který fouká vzduch, obvykle z horní nebo zadní strany vysavače. To vytváří sací sílu ve spodní části (kde je prach nasáván dovnitř). Všechny vysavače pracují na stejném principu... Zapojíte-li motorek, který fouká vzduch (např. ventilátor) na jeden konec předmětu, který má otvor na druhém konci, bude to fungovat stejným způsobem. Vzduch bude díky ventilátoru proudit nejprve uvnitř předmětu a potom ven ze zadní/horní části předmětu. Chcete-li zjistit více, jak vysavače fungují, podívejte se na tyto webové stránky: http://home.howstuffworks.com/vacuum-cleaner.htm http://www.explainthatstuff.com/vacuumcleaner.html Problém u vysavačů je, že se vždy ucpou filtry. Moderní vysavače tento problém překonávají konstrukcí na principu víru. Více informací naleznete zde: http://home.howstuffworks.com/vacuum-cleaner4.htm


30

Představy žáků o elektřině a jednoduchých elektrických obvodech Představy dětí o tom, jak funguje příroda, mají základ v jejich každodenních zkušenostech. Ty nemusejí odpovídat aktuálním vědeckým poznatkům, ale obvykle je děti umí rozumně zdůvodnit na základě svých vlastních pozorování a zkušeností. Mají-li děti možnost ověřit si své představy pomocí vhodných praktických pokusů, přijmou nový názor spíše, než když je jim nový poznatek pouze teoreticky vysvětlen. To je hlavním úkolem učitele. Pro studenty a žáky všech věkových kategorií je velmi náročné přijmout za své nové poznatky o určitém jevu, zejména pokud o něm měli již zažitou představu. Díky různým průzkumům máme sice určité informace o tom, jaké představy mají studenti a žáci o základních fyzikálních jevech a principech, avšak žáci často své názory jen obtížně formulují, takže je třeba při vyhodnocování úrovně jejich znalostí dbát opatrnosti. Proto je důležité poskytovat dětem příležitosti o svých představách diskutovat. Představy o elektřině Děti většinou dobře vědí, k čemu se elektřina v každodenním životě používá, zejména pokud jde o vytváření tepla, světla nebo pohybu (1). Je pravděpodobné, že budou mít nějaké znalosti ohledně rizik týkajících se elektřiny ze sítě, ale je důležité to ještě v lekci 2 rozvinout. Někteří si spojí elektřinu s napájením ze sítě (zásuvky) spíše než s bateriemi, ale většina z nich ví, že baterie jsou důležité, aby přístroje (např. hračky) fungovaly. Allen (2) naznačuje, že si žáci vytvářejí názory podobné představám dospělých o energii. Baterie dává „energii“ (žáci to nazývají různými jmény, např.: elektřina, energie, výkon, šťáva), aby zařízení mohlo fungovat. Zařízení využívá „energii“, a když se „energie“ v baterii vyčerpá, zařízení už dále nefunguje – je vybité. Nuffield Primary Science Teachers’ Guide (1) ukazuje rozsah základních představ žáků o elektřině. Mezi pojmy bylo také: neviditelná, velmi rychle cestuje a proudí. Komentář jednoho dítěte: „Elektřina je jako kouzlo.“ Jelikož koncept elektronů a záporného náboje může být pro žáky tohoto věku příliš náročný, může mít učitel pochopení pro jejich názory o tom, co je elektřina, přičemž zdůrazní pojem toku proudu v obvodu. Představy o jednoduchém obvodu Toto zadání vyžaduje, aby žáci věděli, že obvod musí být uzavřený, aby zařízení (motorek) fungovalo. To zahrnuje praktické zkušenosti s vybudováním obvodu a zároveň zajištěním, že všechna spojení jsou provedena pečlivě a že výsledky jsou zaznamenané. Zatímco někteří žáci vědí, že baterie má dva póly (připojení), ostatní nemusejí mít tušení, že součástky, např. motorek, mají také dvoje připojení, nebo že při obrácení připojení motorku k baterii se motorek roztočí v opačném směru. Také je třeba pochopit a prozkoumat přerušení obvodu. Lekce 2 nabízí příležitost pro rozvoj technických dovedností stavby jednoduchého obvodu. Mezi vědět, jak zapojit součástky a vytvořit uzavřený obvod, a pochopit, proč se to děje, je rozdíl. Pochopit proč je mnohem obtížnější. Výzkum ukazuje, že žáci mají celou řadu vysvětlení pro chování jednoduchých obvodů (3). Obrázek 1 znázorňuje zapojení potřebné k vytvoření uzavřeného obvodu pro žárovku. Obrázek 1: Uzavřený obvod žárovky. Baterie

+

Drát A

_

Drát B

Žárovka Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

31

Někdy u dětí převládá „unipolární model“, kdy si myslí, že je aktivní pouze jeden drát (vodič). Ve skutečnosti to opravdu vypadá, jako by elektrická síť měla jen jeden drát, takže je to pochopitelné. Z tohoto pohledu je drát A (na Obrázku 1) často považován za aktivní vodič, jelikož žáci usuzují, že „elektřina“ přichází z kladného pólu baterie. I když poznají, že je druhý drát zapotřebí pro uzavřený obvod, mohou se stále domnívat, že pro rozsvícení žárovky nehraje aktivní roli. Někteří žáci považují „elektřinu“ za proudění z obou pólů baterie. Mohou se domnívat, že existují dva různé typy „elektřiny“, které se sejdou u žárovky a rozsvítí ji (model „střetu proudů“). Jiní mohou zastávat model „spotřebovaného proudu“: domnívají se, že vracející se drát (vodič) nese méně „elektřiny“, jelikož se část použila na žárovku (drát B obsahuje méně „elektřiny“ než drát A). Ve vědeckém modelu je proud v obvodu zachován a oba dráty obsahují stejný proud (drát A = drát B). Pro mnoho žáků to bude nepochopitelné, protože usuzují, že něco musí být použito v žárovce. Aby žák pochopil, proč je proud zachován, musí pochopit, že na zařízení (žárovku, motorek apod.) je přenesena energie. Energie pohybu záporného náboje je přenášena jako pohyb, světlo nebo teplo, jak zařízení pracuje. Žárovka svítí, motorek se otáčí a obě zařízení se zahřejí. To je kontraintuitivní a abstraktní myšlenka a velmi náročná. Učitelé přírodovědných předmětů proto často používají analogie, aby žákům pomohli při vysvětlování jejich poznatků. Asoko a de Bóo (4) navrhují řadu analogií, např. řetěz jízdního kola, ve kterém je baterie reprezentována osobou, která na kole šlape, a žárovku (či motorek) reprezentuje kolo bicyklu. Kolo se otáčí a žárovka „svítí“. Zachování proudu je znázorněno pohybem řetězu, který se „nespotřebovává“. Všechny analogie však mají svá omezení, kterých si učitelé musejí být vědomi. V analogii s kolem nemají fyzické zastoupení dráty ani energie. Učitel musí využít svůj odborný úsudek a rozhodnout, co je pro jeho žáky vhodné. Pro účely tohoto zadání se může učitel zaměřit na technické provedení budování obvodů. Někteří žáci budou muset získat více zkušeností s budováním obvodů pomocí různých součástek, aby byli schopni si zobecnit představu uzavřeného obvodu. Lekce 2 umožňuje rozvinout pojmy toku v obvodu a přenosu energie ve formě pohybu a tepla v motorku. K poznání uzavřeného obvodu přispívá také příležitost vyrobit a začlenit do obvodu spínač.

Odkazy (1) Nuffield Primary Science: Teachers’ Guides (Ages 7-12): Electricity and Magnetism (Příručky pro učitele (věk 7–12): Elektřina a magnetismus) (1995) HarperCollins Publishers: London Allen, M. ( 2010) Misconceptions in Primary Science. (Mylné představy v základní vědě) (2) Open Univesrity Press: Berkshire, England (3) Driver, R., Squires, A., Rushworth, P. & Wood-Robinson, V.(1994) Making Sense of Secondary Science. (Vyznat se v sekundární vědě) Routledge : London. (4) Asoko, H. & de Bóo, M. (2001) Analogies & Illustrations: representing ideas in primary science. (Analogie a ilustrace: představení názorů v základní vědě) Association for Science Education: Hertfordshire.


32

Super savec Výroba stroje na čištění odpadků

Recommend Documents