Soubory jednoduchých pokusů s jednoduchými pomůckami:   Fyzika v …

Josef Trna, Pedagogická fakulta MU v Brně

Během uplynulých ročníků Veletrhu nápadů bylo vytvořeno a sestaveno několik poměrně rozsáhlých souborů školních pokusů a pomůcek, které využívají předměty a materiály z každodenního života. Jde o pokusy s mincemi (viz Fyzika v peněžence), plastovými injekčními stříkačkami (viz Fyzika v lékárničce), toaletním papírem (viz Fyzika na toaletě), polystyrénem (viz Polystyrénová fyzika) a zápalkami (viz Fyzika v krabičce zápalek). Tyto soubory pokusů mimo jiné ukazují, že obyčejné věci a materiály mohou účinně posloužit pro školní experimentování téměř ve všech oblastech školské fyziky.

Nejvýznamnější vlastností jednoduchého experimentu je transparentnost expozice podstaty fyzikálního jevu. Jednoduchý experiment s jednoduchými pomůckami má navíc řadu důležitých vlastností, které jej zařazují na významné místo v technologii výuky fyziky:

• Potlačení doplňkových jevů, které se mohou při pokusu vyskytnout.

• Kvalitativnost experimentu, kdy nepotřebné měření neodvádí pozornost žákyně a žáka právě na toto měření místo na podstatu jevu.

• Snadnost realizace učitelkou a učitelem a hlavně samotnou žákyní a žákem, kteří tak pokus vnímají téměř všemi smysly.

• Problémovost, kdy jsou u žákyně a žáka vzbuzeny poznávací potřeby řešení problému a jejich následná aktivita vedoucí ke snaze problém vyřešit. Extrémní vzbuzení těchto poznávacích potřeb vyvolávají především paradoxní pokusy a triky.

• Nenáročnost technické realizace pokusu, který tak může být realizován samotnou žákyní a žákem, a to jak ve výuce, tak i v domácí přípravě.

• Ekonomická nenáročnost, která je důležitým faktorem v podmínkách efektivního využití limitovaných finančních zdrojů.

• Rozvoj dovednosti žákyně a žáka experimentovat a rozvoj jejich tvořivosti.

Z pedagogicko-psychologického konstruktivistického hlediska je významné použití jednoduchých pomůcek (materiálů a předmětů), které žákyně a žáci znají z denního života. Tak můžeme ve výuce využít žákovských prekoncepcí a na nich výuku postavit.

Důležitou vlastností dobré pomůcky je i možnost provádění simulací. Jde o proveditelnost změn určitých parametrů pokusu, kdy je možno lépe poznat podstatu jevu a případně i stanovit charakter závislostí mezi veličinami popisujícími daný jev. Tímto způsobem můžeme ve výuce odvodit nebo ověřit zákonitosti, platící pro daný fyzikální jev.

Jednou z možností školního simulování fyzikálních jevů je využití jednoduchých pokusů a pomůcek, pomocí kterých zjišťujeme nebo ověřujeme fyzikální zákonitosti i bez přesného měření. Jako příklady jednoduchých simulačních pomůcek mohou sloužit pomůcky pro simulaci vlastností vztlakové hydrostatické síly a základních principů létání:

VZTLAKOVÁ SÍLA V KAPALINĚ

Jde o originální pomůcku pro simulování vlastností vztlakové hydrostatické síly (viz Několik pokusů), která využívá specifické vlastnosti polystyrénu. Pokusy jsou prováděny ve skleněné kádince, do které se vkládá kovová zátěž s kladkou, přes niž je napnuto silonové lanko s háčky. Lanko je provléknuto kladkou kovové zátěže, která je spuštěna na dno kádinky s kapalinou. Na jeden konec lanka je upevněn siloměr, na druhý jsou zavěšovány polystyrénové plováky. Tak je možno simulovat závislost velikosti vztlakové hydrostatické síly na objemu ponořené části plováku a hustotě kapaliny (použijeme vodu, líh, slanou vodu aj.). Sada polystyrénových plováků umožňuje ověřit nezávislost velikosti vztlakové síly na tvaru tělesa a též přibližně stanovit hustotu kapaliny.

ZÁKLADY LÉTÁNÍ

Originální souprava je určena pro simulaci vzniku vztlakové síly na křídle (viz Několik pokusů z mechaniky kapalin a plynů). Na dřevěném stojanu je upevněna nastavitelná ocelová osa, na kterou se nasazují tělesa (tvarovky z tvrzeného pěnového polystyrenu) tvaru desky, půlválce a křídla. Na tvarovky, které postupně umísťujeme na ose, pouštíme proud vzduchu (např. z vysoušeče vlasů). Při vzniku vztlakové síly začne těleso stoupat. Zkoumáme vznik vztlakové síly, dále pak simulujeme její závislost na tvaru a poloze těles vůči proudícímu vzduchu.

Didakticky velmi cenná je i situace, kdy žákyně a žáci samostatně hledají a upravují alternativní varianty realizace pokusů. Při tomto procesu výrazně narůstá úroveň porozumění danému jevu. Některé materiály jsou svými vlastnostmi pro tyto žákovské aktivity přímo stvořeny. Patří sem např. polystyrén:

POLYSTYRÉNOVÁ FYZIKA

Žákyně nebo žák či skupina ve třídě mohou vytvořit vlastní originální pomůcky nebo jejich soupravy. Souprava na obrázku byla námi navržena a obsahuje pokusy popsané v příslušném článku (viz Polystyrénová fyzika). Vyrábí ji česká firma Ariane schola (www.ariane-schola.cz), známá z řady Veletrhů nápadů.

V neposlední řadě jsou jednoduché pokusy s jednoduchými materiály i výzvou pro učitelky a učitele fyziky k vytváření dalších jednoduchých pokusů, což vede ke zvyšování pedagogické dovednosti školního experimentování. Učitelky a učitelé mohou pomůcky vyrobit amatérsky svépomocí nebo se stát spolupracovníky odborných firem vyrábějících školní pomůcky. Podle našich pomůcek z Veletrhu nápadů se vyrábí již desítka školních pomůcek a jejich souprav, např. souprava pro pokusy s plastovými injekčními stříkačkami:

SOUPRAVA POKUSŮ SE STŘÍKAČKAMI

Souprava se skládá z různých injekčních stříkaček, hadiček, kádinky, držáku a dalšího příslušenství. Je určena k provádění řady pokusů demonstrujících vlastnosti kapalin, atmosférický tlak, šíření světla atd.

Nové nebo inovované pokusy a pomůcky je třeba zařazovat do výuky fyziky a také hledat alternativní experimentální výukové postupy a metody jejich využití. Kromě tvorby těchto pokusů, pomůcek, metod a postupů je třeba o nich informovat učitelskou veřejnost. Právě Veletrh nápadů je významným informačním fórem pro plnění tohoto osvětového cíle.

V zahraničí se školnímu experimentování s jednoduchými pomůckami („hands-on-activities“) věnuje řada vzdělávacích pracovišť, která pořádají semináře a konference. Jednou z nejprestižnějších a nejzdařilejších konferencí je mezinárodní festival fyzikálního vzdělávání „Physics on Stage“ (Fyzika na scéně), který se konal již třikrát pod patronací a sponzorstvím nejvýznamnějších evropských fyzikálních výzkumných a vývojových center jako je CERN, ESA, ESO (www.physicsonstage.net). Tohoto mezinárodního festivalu, který má podobu týdenní veletržní přehlídky námětů, jak zlepšit výuku fyziky na všech stupních škol, se pravidelně zúčastňuje i delegace České republiky. Naše účast na tomto festivalu byla založena na nejlepších příspěvcích z Veletrhu nápadů. Český stánek s mnoha zajímavými školními pokusy byl i na posledním Physics on Stage 3 v nizozemském Noordwijku stále v obležení návštěvníků i ostatních účastníků. Po právu jsme získali první cenu ze nejlepší národní expozici autorských školních pokusů. O tento úspěch se zasloužil tým ve složení: Miroslava Černá (ZŠ Litovel), Josef Hubeňák (Pedagogická fakulta Univerzita Hradec Králové), Jan Koupil (Matematicko-fyzikální fakulta UK Praha), František Lustig (Matematicko-fyzikální fakulta UK Praha), Václav Piskač (Gymnázium tř. O. Jaroše Brno), Zdeněk Polák (Gymnázium Náchod), František Špulák (Pedagogická fakulta JU České Budějovice), Jiří Tesař (Pedagogická fakulta JU České Budějovice), Josef Trna (Pedagogická fakulta MU Brno) a Peter Žilavý (Matematicko-fyzikální fakulta UK Praha). Tím, co zřejmě rozhodlo o našem vítězství, byla tvořivost, výborné nápady a nadšení všech deseti delegátů, kteří předváděli své nejlepší pokusy.

Výše uvedené soubory jednoduchých pokusů byly postupně s úspěchem prezentovány autorem na všech třech festivalech Physics on Stage. Díky spolupráci s firmou Direct film (www.directfilm.cz) se podařilo vyrobit a uvést do školské praxe již tři videopořady, na kterých jsou uvedeny pokusy předváděné na Veletrhu nápadů a na Physics on Stage. Ukázky z těchto videopořadů je možno shlédnout. Na internetových stránkách Pedagogické fakulty MU v Brně (www.ped.muni.cz/wphy) lze též získat bližší informace o jednoduchých pokusech včetně těch z Veletrhu nápadů.

Kontakt na autora: trna@ped.muni.cz