Fyzikálna hra pre základné školy „Potápač“
Viera Biznárová
Východiská
V záujme sprístupniť skúsenosti Projektu SCHOLA LUDUS čo najširšej skupine učiteľov a detí a využiť ich pri inovácii školského vyučovania, vznikol program „SCHOLA LUDUS do škôl“. Jedným z jeho cieľov je výskum a rozvoj alternatívnych neformálnych vzdelávacích postupov pre školskú prax. Spoločnými charakteristikami vyvíjaných postupov sú [1]:
- komplexný prístup,
- uplatňovanie paralelnej metódy pre učenie, vyučovanie a hodnotenie a
- autentické učenie postavené na hre.
Ukážkou uplatnenia neformálneho prístupu SCHOLA LUDUS k fyzikálnemu poznávania je napríklad fyzikálna hra „Potápač“, ktorú si účastníci Veletrhu nápadů učitelů fyziky v Českých Budějoviciach mali možnosť sami zahrať (zadanie úloh je uvedené v prílohe). Pri príprave hry sme vychádzali z nasledujúcich základných požiadaviek:
- hra má byť svojim námetom, konkrétnym obsahom a postavenými problémami blízka osobným skúsenostiam žiakov, má byť pre nich výzvou;
- hra má učiteľovi umožniť zisťovanie aktuálneho stavu poznatkov žiakov;
- v prípade predstáv, ktoré nie sú v súlade s fyzikálnym koncepciami, má žiaka upozorniť na rozpory a umožniť mu kognitívny posun.
Fyzikálna hra „Potápač“
Prezentovaná hra obsahovo spadá do vyučovania mechanických vlastností kvapalín v siedmom ročníku základnej školy. Je zameraná na zisťovanie aktuálneho stavu predstáv žiakov o pojmoch tlak a tlaková sila, o závislosti hydrostatického tlaku od hľbky pod voľnou hladinou, od hustoty kvapaliny a nezávislosti veľkosti tlakovej sily od smeru pôsobenia v konštantnej hĺbke.
Kontext hry - potápač v rôznych situáciách - bol zvolený s ohľadom na atraktívnosť témy a možnosť využiť bežné skúsenosti žiakov s pobytom vo vode a potápaním pri riešení postavených problémov.
Štruktúra hry je inšpirovaná známou hrou Labyrint – vo vymedzenom priestore je rozmiestnených v našom prípade 13 stanovíšť. Na každom stanovišti je zadaná otázka a ponúknuté alternatívne odpovede. Jednotlivé možnosti odpovedí boli vybrané tak, aby zodpovedali fyzikálnej predstave a najčastejším žiackym alternatívnym predstavám o prezentovanom jave. Podľa toho, ktorú z alternatív si hráč vyberie, je nasmerovaný na ďalšie stanovište. Pri voľbe správnej odpovede hráč postupuje priamo k cieľu. V ostatných prípadoch hráč postupuje na stanovište, kde má možnosť realizovať jednoduchý pokus a odhaliť nesúlad medzi svojou predpoveďou a skutočným vývojom javu.
Konkrétna realizácia hry
Hra je určená do terénu, na školský dvor, ale v prípade nepriaznivého počasia ju možno zorganizovať aj v budove školy. Čas potrebný na prípravu stanovíšť je približne 30 minút, pri zapojení žiakov do rozmiestnenia pomôcok sa môže skrátiť na 10 - 15 minút.
Hráči dostávajú plánik s rozmiestnením stanovíšť. Úlohou hráčov je vybrať si na každom stanovišti odpoveď, o ktorej si myslia, že je správna a pokračovať podľa inštrukcií k ďalšiemu stanovišťu a zapisovať si svoju cestu k cieľu.
Žiaci môžu hru absolvovať individuálne (učiteľ získava informáciu o predstavách každého žiaka) alebo v skupinách (príležitosť pre diskusiu, rozvoj komunikačných zručností, argumentácie, vzájomné učenie sa v rámci skupiny).
Pre hladký priebeh hry je vhodné, ak ju hrá súčasne do 10 skupín žiakov. Už po prvom stanovišti je rozptyl v tempe a smerovaní jednotlivých skupín dostatočný na to, aby sa pri experimentoch navzájom neobmedzovali. Pri väčšom počte skupín je vhodné, aby nezačínali všetky naraz, ale štart každej ďalšej skupiny bol časovo posunutý.
Pri rozmiestnení stanovíšť na rozlohe priemerného školského dvora (keď žiaci nemusia hľadať jednotlivé stanovištia, len riešenia položených úloh) trvá samotná hra približne 30 – 40 minút. Prvá skupina dorazí do cieľa zväčša do 15 minút od štartu. Žiakom, ktorí už našli cieľ, doporučujeme prejsť si následne aj stanovištia, ktoré pri hre vynechali, odskúšať si všetky experimenty. Doplňujúcou úlohou pre nich môže byť odhaliť štruktúru hry.
Samotnou hrou to nekončí
Bezprostredne po skončení hry by mala nasledovať spoločná diskusia všetkých zúčastnených o jednotlivých možnostiach odpovedí, o dôvodoch, ktoré viedli hráčov k výberu tej ktorej odpovede, o význame prezentovaných experimentov, o ďalších experimentoch, ktoré by mohli slúžiť na overenie jednotlivých tvrdení, o konkrétnych podmienkach a ich vplyve na priebeh sledovaných javov (napr. porovnanie vplyvu zmeny teploty na zmenu hydrostatického tlaku s vplyvom zmeny hustoty morskej vody voči „čistej“ vode).
Literatúra:
[1] Teplanová, K.: SCHOLA LUDUS do škôl – základné črty poznávacej koncepcie,
In.: Zborník z 13-tej konferencie slovenských fyzikov, Košice: Slovenská fyzikálna spoločnosť, 2004, s.113-114
[2] Biznárová, V.: Komplexný prístup k jednoduchým fyzikálnym experimentom, dizertačná práca, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského, Bratislava, 2003
Príloha – zadanie fyzikálnej hry „Potápač“
Adept potápania Adam Opatrný sa rozhodol, že skôr, než sa ponorí do tajomných hĺbok, chce sa na tento vážny krok dobre pripraviť. Chce vedieť, čo ho pod hladinou vody čaká.
Na školskom dvore je rozmiestnených 13 stanovíšť, na každom Ťa čaká jedna otázka. Vyber si odpoveď, ktorá je podľa Teba pravdivá a choď na stanovište uvedené pri vybranej odpovedi.
Zapisuj si svoju cestu.
K
Tu je prvá zo situácií, ktoré si Adam predstavil:
V bazénoch označených číslami 1, 2 a 3 sú potápači.
Ktorá z Adamových hypotéz je podľa Teba správna?
a) potápači 1, 2 a 3 sa cítia by rovnako stláčaní (choď na B)
b) potápači 1 a 3 sa cítia byť stláčaní rovnako, ale inak ako potápač 2 (choď na I)
c) potápači 2 a 3 sa cítia byť stláčaní rovnako, ale inak ako potápač 1 (choď na V)
B
Experiment: Postav fľaše na plošinku. Pozoruj vytekajúcu kvapalinu.
(Ak ste viacerí, postavte na plošinku všetky fľaše naraz, ak si sám, môžeš skúmať postupne dve a dve fľaše)
Závisí vytekanie kvapaliny od toho, ako vysoko je otvor nad dnom?
(pozn. pre čitateľa: v zásobníku vody sú 1,5 l fľaše upravené tak, aby umožňovali zistiť odpoveď na otázku zo stanovišťa V)
Otázka: Predstav si situáciu zachytenú na obrázku:
Vyteká na začiatku z oboch fliaš rovnako silný prúd vody?
áno (choď na I)
nie (choď na V)
V
Experiment: Postav fľaše na plošinku. Pozoruj vytekajúcu kvapalinu.
(Ak ste viacerí, postavte na plošinku všetky fľaše naraz, ak si sám, môžeš skúmať postupne dve a dve fľaše)
Vyteká na začiatku zo širšej nádoby silnejší prúd vody?
(pozn. pre čitateľa: v zásobníku vody sú fľaše 0,5 l; 1 l a 1,5 l s otvormi v rovnakej výške od dna (aj od hladiny vody), umožňujú overiť si odpoveď na otázku zo stanovišťa B)
Otázka: Predstav si situáciu zachytenú na obrázku.
Vyteká na začiatku z oboch fliaš rovnako silný prúd vody?
áno (choď na I)
nie (choď na B)
I
Adam by chcel vedieť, čo môže očakávať, keď sa na svojej ceste podmorským svetom dostane pod skalný výčnelok, pod loď, pod ropnú škvrnu, …
Ktorá z Adamových hypotéz je podľa Teba správna?
V polohách 1, 2, 3 a 4 sa cíti byť potápač stláčaný rovnako, v polohe 5 sa cíti byť väčšmi stlačený (choď na K)
v polohe 1 sa potápač cíti byť stlačený najviac, v polohách 4 a 5 najmenej (choď na U)
v polohách 4 a 5 sa cíti byť potápač stlačený najviac, v polohe 1 najmenej (choď na S)
vo všetkých polohách sa potápač cíti byť rovnako stláčaný (choď na Z)
S
Experiment: Postav sústavu fliaš na plošinu. Pozoruj vytekajúcu kvapalinu.
Vyteká z menšej nádoby slabší prúd vody? (kým je spojovacia hadička plná vody)
Otázka: Predstav si situáciu zachytenú na obrázku.
Vyteká na začiatku z oboch fliaš rovnako silný prúd vody?
áno (choď na Z)
nie (choď na U)
U
Experiment: Postav fľaše na plošinku. Pozoruj vytekajúcu kvapalinu.
Vyteká na začiatku z oboch nádob rovnako silný prúd vody?
Otázka: Predstav si situáciu zachytenú na obrázku.
Vyteká na začiatku z oboch fliaš rovnako silný prúd vody?
áno (choď na Z)
nie (choď na S)
Z
Adam by chcel vedieť, čo môže očakávať, keď sa bude potápať na termálnom kúpalisku, v bazéne so studenou vodou (v Bratislave napr. plaváreň Pasienky) a v Egejskom mori.
Ktorá z Adamových hypotéz je podľa Teba správna?
potápač žiadnu zmenu okrem výhľadu nezaregistruje (choď na D)
potápač v 1. a 2. bazéne sa bude cítiť stláčaný rovnako, ale menej ako v mori (choď na P)
potápač v 1. bazéne sa bude cítiť stláčaný menej a potápač sa bude cítiť stláčaný viac ako potápač v bazéne 2 (choď na Y)
D
Všimni si: V U-trubici je voda a olej (olej má menšiu hustotu ako voda). Aby na korálik zvýrazňujúci rozhranie vody a oleja v najnižšom bode U-trubice pôsobila z oboch strán rovnaká tlaková sila, musí byť hladina oleja vyššie ako hladina vody.
Otázka: Predstav si, že by sme U-trubicu predelili tenkou pružnou blanou (balónikom), do jedného ramena by sme naliali horúcu a do druhého studenú vodu do rovnakej výšky.
Na ktorú stranu by bol balón vypuklý?
smerom do studenej vody (choď na P)
smerom do horúcej vody (choď na Y)
P
Experiment: Porovnaj hmotnosť rovnakého objemu horúcej a studenej vody.
(pozn. pre čitateľa: na stanovišti sú rovnoramenné váhy, plastové poháre, teplá a studená voda; namiesto horúcej a studenej vody doporučujeme použiť vodu s izbovou teplotou a vodu s ľadom)
Otázka: Predstav si, situáciu na obrázku - dve nádoby (jedna so slanou a druhá s čistou vodou) sú oddelené balónikovou blanou. Výška hladín je v oboch nádobách rovnaká.
Ktorý obrázok vystihuje tvar balónikovej blany?
choď na Y 
choď na D
Y
Adam by chcel vedieť, čo by cítil potápač, keby robil kotrmelec.
Ktorá z Adamových hypotéz je podľa Teba správna?
vo fáze 2 sa potápač cíti byť stláčaný najviac (choď na A)
vo fáze 2 sa potápač necíti byť stláčaný (choď na T)
potápač sa cíti byť stláčaný stále rovnako (choď na F)
A
Experiment: Pritiahni pomocou nitky kruh tak, aby tvoril dno fľaše.
Skús ponoriť celú sústavu do vody bez toho, aby si nitku uvoľnil.
Čo sa stane, keď nitku teraz pustíš?
Otázka: Predstav si situáciu zachytenú na obrázku - užší koniec lievika pokračuje hadičkou, v ktorej je voda. Širší koniec lievika je uzavretý balónikom.
Zmení sa výška hladiny vody v hadičke, ak balónik otočíme z polohy na obrázku a) do polohy ako na obrázku b) ?
áno (choď na T)
nie (choď na F)
T
Experiment: Ponor lievik uzavretý balónikom do vody. Pozoruj výšku vodného stĺpca v hadičke. Mení sa pri otáčaní lievika, ak pritom nemeníš hľbku, v akej sa stred balóna nachádza?
Otázka: Predstav si situáciu zachytenú na obrázku. Kovový kruh je pridŕžaný pomocou nitky tak, aby tvoril dno valca.
Čo sa stane, ak nitku pustíme?
kruh padne na dno (choď na A)
kruh sa ani nepohne (choď na F)
F
Gratulujeme! Zvládol si úskalia našej dnešnej hry.
Možno si mal šťastie, možno zvíťazila Tvoja vytrvalosť.
Ak je toto počnúc štartom piate stanovište, na ktoré si sa dostal (K I Z Y F), máš predpoklady ponoriť sa do tajomných hlbín fyziky.
Prajeme Ti veľa šťastia na ceste za objavmi.
