Souhrnný sborník Veletrhu nápadů učitelů fyziky

O příspěvku

Degro J.

Príspevok, po krátkom úvode o motivácii, predstavuje súbor environmentálnych experimentov, ktoré je možné realizovať  vo vyučovaní fyziky, s cieľom zlepšiť motiváciu žiaka k učeniu a formovať jeho postoje k životnému prostrediu. Taktiež sú tu uvedené praktické skúseností z použitia niektorých prístrojov na gymnáziu.

Úvod

Motivácia žiakov k učeniu je významným prostriedkom zvyšovania efektívnosti vyučovania. Učebná činnosť, tak ako každé správanie, sa vyvoláva a usmerňuje množstvom motívov, ktoré na seba navzájom pôsobia, sú hierarchicky usporiadané a pôsobia na pozadí individuálneho motivačného systému osobnosti a konkrétnej situácie [1,2].

Zefektívnenie výchovno-vzdelávacieho procesu nie je možné bez poznania motivácie konkrétneho žiaka, jej ovplyvňovania a formovania a nakoniec aj sledovania a hodnotenia zmien, ich štruktúry, kvality a smeru.

Motivácia v škole pramení z troch vonkajších zdrojov [3]:

a) procesov poznávania a získavania nových poznatkov - poznávacie potreby

b) sociálnych vzťahov – sociálne potreby

c) úrovne náročnosti úloh, ktoré sa kladú na dieťa - výkonové potreby.

Učiteľ má tieto principiálne, všeobecné možnosti, ako pristupovať k motivovaniu [3]:

a) projektovať vyučovanie z hľadiska obsahu tak, aby sa aktualizovali, vyvolávali poznávacie potreby a záujem žiakov, napríklad pomocou heuristického vyučovania, názorného vyučovania, problémového vyučovania a podobne

b) ovplyvňovať klímu v triede, skupine tak, aby sa viac presadzoval demokratický štýl výchovy, vyučovania, skupinové formy práce, humanistické sociálne vzťahy

c) voliť také spôsoby odmeňovania a povzbudzovania, aby sa využívala sila odmien a sila individuálneho vzťahového rámca.

Pre rozvíjanie motivácie žiakov k učeniu je dôležité, aby učiteľ rozlišoval medzi vonkajšou a vnútornou motiváciou. Vnútorná motivácia je stav, ktorý „núti“ jednotlivca niečo robiť alebo sa niečomu naučiť pre vlastné uspokojenie. Vonkajšia motivácia v učení predstavuje situáciu, keď sa jednotlivec neučí z vlastného záujmu, ale pod vplyvom vonkajších motivačných činiteľov.  V riadenom (školskom) učení sa žiaci často učia vplyvom vonkajšej motivácie.

Motivácia a aktivizácia pomocou úloh

Základnou rozvíjajúcou činnosťou vo výchove aj na vyučovaní sú úlohy. Pod pojmom úlohy máme na mysli otázky učiteľa, problémy, cvičenia (numerické a experimentálne), situácie, ktoré vyžadujú aktivitu, riešenie zo strany žiaka.  Záleží na tom, aké úlohy dávame a ako ich dávame. Ide o to, aby sme nedávali len úlohy na nižšie poznávacie funkcie napr. vnímanie, pamäť, logické myslenie, ale aby sme dávali aj úlohy na rozvíjanie hodnotiaceho myslenia a tvorivého myslenia.

Motivačná sila úloh na rozvoj vyšších poznávacích funkcií spočíva v ich dopade na emocionálnu, hodnotovú oblasť, spočíva v ovplyvňovaní sebavedomia, formovania osobnosti a nezávislosti žiaka, čo vedie k väčšej zainteresovanosti riešiteľov na riešení úloh a na ich vyššej miere zainteresovanosti za výsledky, ktoré žiaci produkujú.

Zvedavosť a záujem žiaka vzbudzujú  premenné, ktoré sa vyznačujú týmito charakteristikami [3]:

a) zásada prekvapivosti, novosti, zaujímavosti, zaujímavého preberania látky, problému, ktorý dávame deťom ako úlohu

b) vytvorenie kognitívnej neistoty, rozporu – postavenie problému alebo úlohy, ktorá má viacvýznamové riešenie, v ktorej je určitý paradox, kde sú pochybností detí, ktorá odpoveď j správna. Kognitívna disonancia sa vytvorí napríklad opozičnými tvrdeniami: „jedni tvrdia, že životné prostredie (ŽP) je vo veľmi zlom stave, druhí, že nie – k čomu sa prikláňate?“

c) zásada náročnosti so súčasným vyslovením dôvery a povzbudením detí. Úlohy majú byť viac nad schopnosti žiakov  a potom pomocnými inštrukciami ich učiteľ vedie k vyriešeniu úloh,  pričom ich povzbudzuje, navodzuje samostatné hľadanie a uvažovanie informácií

d) princíp dramatickosti – a dramatického uvedenia témy, problému. Patria sem prvky hier, rébusov, tajničiek; uvedenie témy pomocou detektívneho príbehu alebo príbehu zo života.

Diferenciácia a individualizácia úloh môže viesť k organizovaniu:

a) skupinových foriem práce s diferencovanou náročnosťou úloh

b) projektovému riešeniu problémov, kde skupiny riešia jeden problém dlhodobejšie (napr. ochrana životného prostredia)

c) individualizovaným výchovným programom, v ktorom je uvedený stav na začiatku výchovného pôsobenia, plán ovplyvňovania (influenčný program) a harmonogram kontrolných a záverečných meraní.

Významnou metódou motivovania detí je rozvíjanie kapacít pre vlastné úlohy. V praxi to znamená, že úlohy nedáva deťom len učiteľ, ale v prvom rade sa pýta detí, čo chcú robiť, aké úlohy majú na toto zamestnanie, deň, týždeň. Vlastné úlohy vedú deti k samostatnosti, zodpovednosti za úlohy, ktoré si sami dajú.

Je možné využiť tieto techniky:

a) žiak si sám vypracúva svoj plán úloh na týždeň, mesiac a sám si navrhuje plán kontroly, spôsob odmien a trestov

b) úlohy si dáva skupina – skupina a jej tvorba sa má variovať od náhodného výberu detí, k zámernému výberu detí s rovnakými záujmami, s rovnakou úrovňou vedomostí

c) úlohy dáva skupina svojmu členovi, a to vo vzájomnej diskusii o po prediskutovaní možností a predpokladov.  Takto sa žiaci učia diskutovať, polemizovať, učia sa tímovej práci, rešpektovaniu ľudských práv, ale aj podriaďovať sa skupine.

Environmentálne experimenty a motivácia

V tejto časti priblížime niektoré prístroje na meranie fyzikálnych faktorov (javov) v ŽP a navrhneme možnosti ich využitia na vyučovaní fyziky formou experimentu. Pri každom prístroji uvedieme možný motivačný vstup formou otázok žiakom, na ktoré spolu s nimi hľadáme odpoveď.

Luxmeter – meranie osvetlenia

Motivačný vstup: Máte doma správne osvetlenie na pracovnom stole, kde sa učíte? Aké je osvetlenie v ostatných miestnostiach vášho bytu resp. domu? Máte správne osvetlenie v škole? Čo sa môže stať, ak je nevhodné osvetlenie (slabé alebo silné)? Viete aké osvetlenie potrebujete na čítanie resp. na iné druhy činnosti? Akým prístrojom sa meria osvetlenie a v akých jednotkách sa udáva?

Luxmeter: Luxmeter (obr. 1) je prístroj slúžiaci k presnému meraniu intenzity svetelného žiarenia v obytných a pracovných priestoroch, v nemocniciach, školách a podobne. Najčastejšie sa používa k zisteniu intenzity svetla na pracovných stoloch v kanceláriách a laboratóriách. Luxmetre umožňujú ľahké stanovenie konkrétnej úrovne osvetlenia pre účely porovnania s hodnotami normy DIN 5035. Luxmetrom ST-1301 možno merať osvetlenie v rozsahu 0 až 50000 lx (na štyroch rozsahoch). Snímač: kremíková fotodióda.

Námety na experimenty s luxmetrom:

• Zmerajte závislosť veľkosti osvetlenia od vzdialenosti svetelného zdroja (v smere osi svetelného zdroja).

• Zmerajte závislosť veľkosti osvetlenia od príkonu svetelného zdroja (pri konštantnej vzdialenosti od svetelného zdroja).

• Zmerajte závislosť veľkosti osvetlenia od uhlu dopadu svetla.

• Na pracovnej ploche stola nájdite experimentálne miesta s rovnakým osvetlením (použite stolnú lampu ako zdroj svetla).

• Zmerajte veľkosť osvetlenia v rôznych častiach miestnosti pre vybraný svetelný zdroj.

• Na základe experimentu porovnajte úsporné žiarivky a klasické žiarovky z hľadiska osvetlenia plôch.

• Nakreslite pôdorys svojej izby a vyznačte miesta, kde sa nachádzajú svetelné zdroje. V miestach, kde sa zdržujete zmerajte osvetlenie. Zhodnoťte kvalitu osvetlenia. Aké zmeny by ste urobili a hľadiska hygieny a úspor energie?

• Na základe experimentu  určte svietivosť vybraných svetelných zdrojov.

• Použitím luxmetra, svetelného zdroja a lopty demonštrujte existenciu ročných období.

Poznámka: Pri experimentoch so stolnou lampou si všimnite na aký príkon je navrhnutá (napr. 22 W, 40 W, a 60W).

Zvukomer, hlukomer – meranie hluku

Motivačný vstup: Čo je to hluk? Mali ste už problém s hlukom od susedov alebo zvonku? Ako ste riešili problém hluku? Ako ste sa zachovali? Ste aj vy doma pre svoje okolie tvorcom hluku? Je to často? Myslíte si, že hluk môže škodiť? Ak áno, ako? Ako sa možno chrániť pred hlukom? Akým prístrojom možno merať hladinu intenzity zvuku (hluk), a v akých jednotkách sa meria? Viete odhadnúť, aký hluk vydávajú jednotlivé prístroje, zariadenia, dopravné prostriedky vo vašom okolí? Čo myslíte, aká je intenzita zvuku, keď rozpráva učiteľ, keď rozprávate vy pri tabuli, aká je hladina intenzity zvuku na diskotéke, v autobuse?

Hlukomer: Hlukomer (obr. 2) je prístroj na meranie hladiny intenzity zvuku (hladiny hluku) v decibeloch. Na hlukomeri BEHA 93-20 možno merať hladinu intenzity zvuku v rozsahu 30 až 130 dB (na dvoch rozsahoch). Prístroj je vybavený frekvenčným filtrom pre charakteristiku „A“ (odpovedá vnímaniu ľudským uchom). Človek vníma hlbšie tóny tichšie (slabšie) ako vysoké tóny. Snímač zvuku: kondenzátorový mikrofón.

Námety na experimenty s hlukomerom:

• Zmerajte hladinu intenzity zvuku vybraných domácich spotrebičov v rovnakej vzdialenosti od prístroja napr. 20 cm.

• Pre niektorý spotrebič zmerajte závislosť hladiny intenzity zvuku od vzdialenosti.

• Zmerajte hladinu intenzity zvuku hudby, pri rôznej hlasitosti rádia tak, ako zvyknete počúvať.

• Zmerajte hladinu intenzity zvuku v niektorých dopravných prostriedkoch (autobus, trolejbus, električka). Merajte hodnoty počas jazdy, pri rozbiehaní a brzdení.

• Postavte sa na chodník (niekde v blízkosti svojho bydliska, resp. školy) a zmerajte hladinu intenzity zvuku pri prechode jednotlivých dopravných prostriedkov (motorka, osobné auto, nákladné auto, autobus a pod).

• Zmerajte hladinu intenzity zvuku na vybraných priestoroch v škole, napr. na chodbách počas vyučovania a cez prestávku, v jedálni počas obeda a podobne.

• Zmerajte hladinu intenzity zvuku v niektorých inštitúciách napr. na stanici, na chodbách v obchodoch, na diskotékach, v nemocniciach v čakárni.

Poznámka:  Namerané údaje porovnajte s hygienickými normami.

Meranie elektromagnetického poľa

Motivačný vstup: Čo myslíte, škodia elektromagnetické polia človeku? Čo môže byť zdrojom elektromagnetických polí v životnom prostredí (mnohí povedia mobil)? Môžu polia od mobilu škodiť (mnohí povedia „áno“ , resp. „asi áno“)?  Dvihnite ruku, kto má mobil (ruku dvihnú skoro všetci). Prečo máte mobil, keď si myslíte, že škodí (diskusie sú veľmi živé)? Ako môžu škodiť elektromagnetické polia? Akým prístrojom by sme mohli zmerať, že sa v nejakom bode priestoru nachádza elektromagnetické pole? Počuli ste slovné spojenie elektromagnetický smog alebo biele fajčenie, v akej súvislosti? Máte zdroje elektromagnetických polí aj doma?

Frekvenčné analyzátory:

Nízkofrekvenčný analyzátor firmy GIGAHERTZ SOLUTIONS (obr. 3): Prístroj ME 3830B odpovedá európskym normám EN50062, EN5501-1, 98/336/EHS a 92/31/EHS. Prístroj umožní získať kvalifikované informácie o záťaži elektrickými a magnetickými poľami. Umožňuje merať elektromagnetické polia v rozsahu 5 Hz až 100 kHz. (Elektro)magnetické striedavé pole B meria v rozsahu od 0 až 1999 nT s citlivosťou 1 nT. Striedavé elektrické pole E meria v rozsahu od 0 až 1999 V/m s citlivosťou 1 V/m.

Vysokofrekvenčný analyzátor firmy GIGAHERTZ SOLUTIONS (obr. 4): umožňuje kvalifikované zisťovanie vystavenia sa vysokej frekvencii v medziach medzi 800 MHz až 2,6 GHz. Z biologického hľadiska je výhodný, nakoľko frekvenčný rozsah tohto vysokofrekvenčného analyzátora pokrýva celulárne telefónne frekvencie (GSM800, GSM1900, TDMA, CDMA, AMPS, iDEN), 2,4 GHz bezdrôtové telefóny, frekvencie technológie tretej generácie (3G), ako sú  UMTS, WLAN založené na BUETOOTH ako aj iné komerčné frekvenčné pásma a pásma mikrovlnných rúr. Prístroj meria hustotu energie v rozsahu od 0 až 1999 mW/m2 (na dvoch rozsahoch s citlivosťou 0,1 mW/m² resp. 1 mW/m²). Snímač poľa: logaritmicko-periodická anténa.

Námety na experimenty s analyzátormi elektomagnetického poľa:

Nízkofrekvenčný analyzátor:

• Zmapujte priebeh jednotlivých zložiek elektromagnetického poľa (E a B) vo svojom životnom prostredí (doma, v škole): v okolí rádia, rádiobudíka,  stolovej lampy, sieťových vypínačov, rozvodných šnúr a skríň, predĺžovačiek, mixéra, fénu na sušenie vlasov  a podobne.

Vysokofrekvenčný analyzátor:

• Zmerajte, najprv kvalitatívne a potom kvantitatívne elektromagnetické polia okolo mobilného telefónu. Merania vykonajte v rôznych smeroch, vzhľadom na telefón. Porovnajte polia mobilov od rôznych výrobcov. 

• Zmerajte, najprv kvalitatívne a potom kvantitatívne elektromagnetické polia okolo mikrovlnnej rúry

Upozornenie: Vysokofrekvenčný analyzátor sa nesmie dávať do mikrovlnnej rúry počas prevádzky. Pri premeriavaní  charakteristík elektromagnetického poľa musíte dbať na bezpečnostné predpisy, ktoré pratia pri prác s elektrickými zariadeniami.

Meranie s potreby energie

Motivačný vstup:  Ktorá fyzikálna veličina ovplyvňuje najviac našu životnú úroveň (energia a jej cena) a patrí taktiež k najdôležitejším fyzikálnym veličinám? Viete, koľko energie spotrebuje vaša domácnosť za mesiac resp. rok? Viete koľko za to zaplatíte? Viete doma odčítať spotrebu energie? Viete, ako sa meria spotreba energie v bytoch?  Aká je cena jednej kWh elektrickej energie?  Myslíte si, že doma šetríte elektrickou energiou? Kde sa podľa vás najviac plýtva elektrickou energiou?

Merač spotreby energie:  Merací prístroj Energy-Check 3000 (obr. 5) je určený pre meranie spotreby elektrickej energie. V režime „Normal“ ukazovateľ LCD zobrazuje aktuálnu spotrebu pripojeného spotrebiča (hore). Spodný ukazovateľ zobrazuje náklady za hodinu, ktoré spotrebuje spotrebič na základe zadanej tarify. V prevádzkovom režime „REC“ - ukladanie prístroj ukazuje aktuálny výkon a aktuálny čas merania spotreby energie. Prístroj taktiež zaznamená: celkovú spotrebu energie, najvyšší a najnižší výkon, ktorý bol počas merania zistený a cenu v korunách (alebo v inej mene)  za spotrebovanú energiu. Merací rozsah je od 1,5 W do 3000 W (Upozornenie: Nesmiete prekročiť 3 kW. Pri preťažení sa prístroj sa poškodí).

Námety na experimenty s meračom spotreby energie:

• Zmerajte výkon vybraných elektrospotrebičov počas prevádzky a ten porovnajte s údajom v návode.

• Zmerajte výkon vybraných elektrospotrebičov, ktoré majú režim „stand-by“, ak sú v pohotovostnom režime.

• Zmeraním spotreby energie pri varení vody (napr. na čaj), v rýchlovarnej konvici, určte účinnosť konvice.

Praktické skúsenosti

Motivácia žiakov s využitím vyššie uvedenej problematiky bola realizovaná autorom článku na gymnáziu, v treťom ročníku s alternatívnym učebným plánom, v odpovedajúcich tematických celkoch.

Praktické skúsenosti s problematikou fyzikálnych faktorov v životnom prostredí, s prezentáciou prístrojov a realizovaním vybraných meraní možno zhrnúť nasledovne:

• Motivačný vstup, na vyučovacej hodine, s uvedenými otázkami a diskusiou významne prispel k rastu záujmu žiakov o preberanú látku – teda o fyziku.

• Záujem žiakov sa ešte viac posilnil, keď boli predvedené prístroje, ktorými možno premerať diskutované / študované javy.

• Záujem žiakov, sme udržali nielen počas výkladových hodí, ale aj počas cvičení, na ktorých sme realizovali niektoré experimentálne námety.

Záujem o fyziku prejavili všetci žiaci, nakoľko išlo o ich lokálne životné prostredie. Žiaci na uvedených príkladoch videli priamy súvis fyziky so zdravím a životom. Žiaci prejavili ochotu pracovať na projektoch s uvedenou problematikou.

Literatúra

[1] Ďurič, L., Grác, J., Štefanovič, J.: Pedagogická psychológia, JASPIS Bratislava, ISBN 80- 900477-6-9, 1991.

[2] Lokšová, I., Loša, J.: Cez relaxáciu k tvorivosti v škole, ManaCon Prešov, ISBN 80-85668-32-7, 1995,

[3] Zelina , M.: Stratégie a metódy rozvoja oobnosti dieťaťa, IRIS Bratislava, ISBN 80- 967013-4-7, 1996.

[4] Degro, J.: Environmentálne vzdelávanie vo vyučovaní fyziky, PF UPJŠ v Košiciach,  ISBN 80-7097-627-6, 2006.

[5] Návody k jednotlivým prístrojom firmy CONRAD: www.conrad.de

Príspevok bol napísaný v rámci projektu KEGA.