Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání > Virtuální hospitace - Fyzika: Měření rychlosti...

Ikona prakticky

Virtuální hospitace - Fyzika: Měření rychlosti zvuku

Ikona zkusenost
Autor: RNDr. Miroslav Jílek, Ph.D.

K videozáznamu.

Anotace: Zaznamenaná výuka je součástí laboratorního cvičení, při kterém žáci určují pomocí mikrofonu a jednoduchého počítačového programu rychlost zvuku ve vzduchu měřením frekvence zvuku vyvolaného poklepem na novodurovou trubku.
Podpora výuky jazyka:
Klíčové kompetence:
  1. Gymnázium » Kompetence k učení » kriticky hodnotí pokrok při dosahování cílů svého učení a práce, přijímá ocenění, radu i kritiku ze strany druhých, z vlastních úspěchů i chyb čerpá poučení pro další práci
  2. Gymnázium » Kompetence k řešení problémů » kriticky interpretuje získané poznatky a zjištění a ověřuje je, pro své tvrzení nachází argumenty a důkazy, formuluje a obhajuje podložené závěry
  3. Gymnázium » Kompetence komunikativní » efektivně využívá moderní informační technologie
Očekávaný výstup:
  1. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Fyzikální veličiny a jejich měření » měří vybrané fyzikální veličiny vhodnými metodami, zpracuje a vyhodnotí výsledky měření
  2. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Pohyb těles a jejich vzájemné působení » objasní procesy vzniku, šíření, odrazu a interference mechanického vlnění
Mezioborové přesahy a vazby:
  1. Gymnaziální vzdělávání -> Informatika a informační a komunikační technologie
  2. Gymnaziální vzdělávání -> Hudební obor
Průřezová témata:
  1. Gymnaziální vzdělávání » Osobnostní a sociální výchova » Seberegulace, organizační dovednosti a efektivní řešení problémů
Organizace řízení učební činnosti: Frontální, Skupinová
Organizace prostorová: Specializovaná učebna
Nutné pomůcky: počítače s mikrofony, novodurové trubky různé délky, délkové měřidlo - svinovací metr, posuvné měřidlo, teploměry
Klíčová slova: zvuk, laboratorní cvičení, frekvence, rychlost zvuku, vlnová délka, stojatá, osciloskop

Cíl:

Virtuální hospitace zaznamenává druhou hodinu z laboratorního cvičení. Úkolem žáků bylo měřit rychlost zvuku. První, nezaznamenaná hodina, byla teorerickým úvodem do problematiky. Druhá hodina pak ukazuje praktickou činnost žáků, kteří ve dvojicích pracovali na řešení úkolu. Výuka probíhala v sextě na Gymnáziu v Poličce.

Cíle výuky:

  • Žáci se naučí zobrazit a analyzovat zvuk zaznamenaný mikrofonem pomocí počítače se zvukovou kartou a jednoduchým programem.
  • Žáci si osvojí si jednu konkrétní nepřímou metodu měření rychlosti zvuku ve vzduchu spočívající v určení frekvence a vlnové délky stojaté zvukové vlny.

 

Své první dojmy z této výuky můžete vyjádřit zde.

O této vyučovací hodině můžete diskutovat přímo s vyučujícím RNDr. Miroslavem Jílkem, Ph.D. a s expertem RNDr. Vojtěchem Žákem, Ph.D. z Katedry didaktiky fyziky MFF UK v Praze. Pokud byste se jich na cokoli rádi zeptali nebo máte zájem diskutovat o hodině a natáčení s dalšími diváky této virtuální hospitace, zapojte se do online diskuze. Ta bude probíhat v úterý 10. 5. 2011 od 17.00 do 17.45. Diskuze probíhá v prostředí DIMDIM; hlavní prezentující během diskuze hovoří, další účastníci diskuze mají možnost své dotazy a postřehy psát prostřednictvím chatu.

Celé diskuzní fórum k této virtuální hospitaci naleznete zde.

K této virtuální hospitaci je otevřen pohled v digifoliu. Prohlédnout si jej můžete zde.

Autoevaluace:

Cíle hodiny

Žáci se během hodiny naučili samostatně pracovat s jednoduchým počítačovým programem na záznam a analýzu zvukového signálu z připojeného mikrofonu. Úspěšně si také osvojili metodu určení rychlosti zvuku ve vzduchu měřením frekvence a délky stojaté zvukové vlny vytvořené v trubce. V protokolech z laboratorního cvičení, které žáci odevzdávali do týdne po měření, se nevyskytly žádné závažné chyby ukazující na nepochopení metody měření a zpracování dat. Relativní odchylky naměřených hodnot rychlosti zvuku se většinou pohybovaly okolo tří procent, což lze u dané metody měření považovat za uspokojivý výsledek, a zjištěné hodnoty odpovídaly v rámci přesnosti měření teoretické hodnotě rychlosti zvuku za dané teploty. Asi ve dvou případech žáci neodstranili ze souboru naměřených dat hrubou chybu danou chybným odečtením frekvence, a proto jim vyšla větší relativní odchylka – okolo deseti procent.

Podle vcelku bezproblémového průběhu samostatné činnosti žáků při měření i podle získaných výsledků usuzuji, že hlavní cíle hodiny byly úspěšně splněny.

Struktura hodiny, metody a formy práce

V úvodu hodiny jsem se snažil stručně zopakovat a shrnout potřebnou teorii probranou v předchozí první hodině laboratorního cvičení, dále zopakovat důležité zásady zpracování dat a diskuze jejich výsledků a nakonec ukázat hlavní funkce používaného programu na záznam a zpracování zvukového signálu. S ohledem na úsporu času jsem tuto opakovací fázi hodiny realizoval jednoduchou výkladovou formou. Mým záměrem bylo poskytnout v této fázi žákům prostor na ujasnění si dané problematiky a formulaci případných dotazů. Během první hodiny laboratorního cvičení již měli žáci možnost vyzkoušet si krátce hlavní funkce programu samostatně na svých pracovištích souběžně s jejich předváděním na tabuli. Pokud by na sebe obě hodiny laboratorního cvičení bezprostředně navazovaly, mohlo by po tomto více interaktivním procvičení práce s programem následovat přímo vlastní měření a zpracování dat, na které by tak zbylo více času.

Nejdelší část hodiny byla věnována samostatnému měření a předzpracování potřebných veličin, které jsem se snažil průběžně sledovat a hodnotit v interakci s jednotlivými pracovními dvojicemi žáků. V dotazech jsem pokoušel především ověřit, zda žáci porozuměli používané metodě měření a zda jsou schopni rychle kontrolovat své výsledky. Potěšilo mě, že i „průměrní“ žáci na doplňující dotazy většinou dobře reagovali a v diskuzi byli schopni reflektovat své výsledky. Také spolupráce ve dvojicích myslím probíhala uspokojivě a nezaznamenal jsem, že by někde aktivita výrazně spočívala pouze na jednom z dvojice. U jedné dvojice jsem si až po dlouhé době všiml, že nepochopili zcela přesně zadání a měřili u každé trubky větší množství hodnot, takže by ve vymezeném čase nestihli proměřit více trubek o různých délkách. Přesto stihla nakonec i tato dvojice úspěšně proměřit požadované množství trubek.

Závěrečná fáze hodiny byla věnována krátkému zopakování důležitých principů zpracování a diskuze získaných dat a úklidu pomůcek.

Časové rozvržení

Během hodiny jsem se snažil průběžně kontrolovat čas určený na jednotlivé aktivity. Obával jsem se především toho, abych neztratil příliš mnoho času v úvodní opakovací fázi, kterou bych se snažil v případě dvou bezprostředně po sobě následujících hodin laboratorního cvičení zařadit ještě do první hodiny. I díky tomu, že nenastaly žádné výrazné komplikace s technikou, se podařilo naplánované aktivity stihnout v časovém limitu a žáci během měření většinou stihli i nahrubo zpracovat své výsledky.

Pohled žáka

Podle reakce žáků bezprostředně po natáčené hodině i podle komentářů ve zpracovaných protokolech žáky práce při tomto laboratorním cvičení bavila, a přestože byli oproti jiným hodinám o něco klidnější, přítomnost kamer je nijak výrazně neovlivňovala a hodinu vnímali jako jinou běžnou hodinu laboratorních cvičení. Přítomnost audiovizuální techniky z praktického hlediska pouze mírně omezovala potřebný pohyb po třídě.

Výsledky žáků, možná vylepšení

Výsledky práce žáků v hodině byly obsaženy v protokolech, které žáci zpracovávali doma. Protokoly byly zpracovány formálně správně a v dané skupině žáků neobsahovaly chyby, které by vycházely z nepochopení použité teorie nebo měřicí metody. Často se zde naopak vyskytovaly rozumné návrhy na vylepšení dané metody měření a dosažení lepších výsledků pomocí většího množství měření na různých trubkách, upevněním mikrofonu na trubku, měřením v tichém prostředí apod. Také mě potěšilo, že v písemném opakování, které žáci psali brzy po realizovaném měření v běžné hodině fyziky, dopadly velmi dobře úlohy související právě s šířením zvuku a se vznikem stojaté vlny v trubkách a podobných mechanických soustavách. Za nejslabší část výsledků žáků naopak považuji zpracování chyb měření a jejich vlivu na výsledek. Málo žáků mělo ve svém protokolu dostatečně jasně a konkrétně ukázáno, jak velký mají které odchylky měření vliv na výsledek, přestože to po žácích požaduji u většiny laboratorních úloh. Domnívám se, že bych tomu mohl předejít, pokud bych už při laboratorním cvičení po žácích požadoval, aby jednoduchým výpočtem ukázali, jak se například změní výsledná rychlost zvuku, pokud budu počítat s frekvencí o 10 Hz vyšší apod.

Závěr

Po prvním zhlédnutí videozáznamu hodiny jsem měl dojem, že hodina je především v úvodní fázi na můj vkus poněkud strnulá a málo dynamická, což bylo pravděpodobně ovlivněno přítomností kamer a mým přílišným soustředěním se na ně. Jinak jsem ale s výsledkem hodiny vcelku spokojen a jsem rád, že jsem se mohl zúčastnit tohoto projektu a získat tak nové cenné zkušenosti.

Evaluace

Virtuální hospitaci zhodnotil RNDr. Vojtěch Žák, Ph.D, z Katedry didaktiky fyziky MFF UK, který se rovněž zapojí do online diskuze k této hodině (10. 5. od 17 hodin).

A. Rozbor výuky podle důležitých pedagogických a didaktických kategorií

Cíle výuky

Vyučující si vytkl za cíl, aby si žáci osvojili dvě metody měření rychlosti zvuku a aby si vyzkoušeli práci s daným počítačovým programem. Je rozumné, že jsou tyto cíle stanoveny konkrétně a srozumitelně. Oceňuji, že vyučující podnikl během výuky takové kroky, které k naplnění těchto cílů směřovaly. Domnívám se, že pokud bychom žákům položili otázku, co bylo cílem hodiny, dostali bychom odpovědi podobné záměrům učitele. Z tohoto důvodu považuji vytčené cíle za vhodné. Zároveň je možné hledat (a hlavně najít) v konání učitele a žáků cestu k naplnění dalších, obecnějších, i když nevyřčených cílů (viz Podněty do další výuky).

Vhodnost zařazených aktivit, metod a forem výuky

Co se týká forem výuky, tak byla realizována jednak hromadná (frontální) výuka, jednak výuka skupinová (kooperativní), která zabírala asi dvě třetiny vyučovací hodiny.

Frontálně byla vedena úvodní část hodiny, kdy učitel opakoval poznatky z předcházející vyučovací hodiny, která byla vlastně přípravou na tuto hodinu – laboratorní cvičení. V této úvodní fázi učitel zopakoval nejdůležitější teoretické poznatky k tématu měření rychlosti zvuku pomocí trubek. Z metod bylo použito vysvětlování (výklad), názorně-demonstrační metoda (učitel promítal na projekční tabuli základní poznatky k tématu, včetně nákresů, pomocí interaktivní tabule názorně předvedl, jak pracovat s počítačovým programem) a také metoda rozhovoru, i když spíše v redukované podobě. Domnívám se, že učitel mohl dát žákům v této fázi výuky více otázek, ale na druhou stranu jako učitel z praxe chápu, že by to znamenalo jisté zdržení a nemuselo by se stihnout měření, které bylo podstatou této vyučovací hodiny.

V druhé (delší) části hodiny pracovali žáci ve dvojicích, do kterých byli náhodně vylosováni (podle stejných barev na zvolených špejlích). Tento způsob považuji za originální a vhodný, protože žáci tak mají možnost pracovat postupně s různými spolužáky, a mohou si tak lépe uvědomit výhody a nevýhody kooperativní práce. Hlavní náplní této části hodiny bylo provést měření frekvence zvuků (pomocí daného počítačového programu), které vznikly poklepáním na trubky různých velikostí. Pro tuto fázi bylo typické, že žáci laborovali a experimentovali ve dvojicích (dovednostně-praktické nmetody) a učitel obcházel jednotlivé dvojice, pokládal žákům otázky (metoda rozhovoru), částečně kontroloval jejich činnosti a byl jim nápomocen radami. Teoretické základy měření byly žákům k dispozici na tabuli.

Chtěl bych ocenit, že proběhla i závěrečná fáze (byť po zvonění a frontálně), ve které učitel uzavřel měření žáků s tím, že je upozornil na to, čemu se mají věnovat při vyhodnocování laboratorních prací doma.

Vzájemná interakce zúčastněných a aktivita žáků

Vyučovací hodina se vyznačovala poměrně velkou aktivitou jak žáků, tak samotného učitele. Oceňuji, že žáci chápou (zřejmě je k tomu správně vede učitel), že v určitých fázích (zde zejména úvod) směřuje tok informací zejména od učitele směrem k žákům, v jiných (zde práce ve dvojicích) dominuje komunikace mezi žáky v dané dvojici, příp. mezi dvojicemi navzájem. V druhé fázi bylo jasně vidět, že žáci umí spolupracovat, že se ve dvojicích domlouvají, kdo bude držet trubku, mikrofon, kdo obsluhuje počítač. Učitel v této fázi obcházel jednotlivé dvojice a pokládal žákům rozumné otázky, které podporovaly jejich řádové odhady (zde očekávaných frekvencí, vlnových délek, a tím i rychlosti zvuku) a kritické přemýšlení o nepřesnostech měření. Žáci sami se nebáli učitele zeptat v případě, že něco nevěděli nebo si nebyli jisti. To je jasný doklad důvěry žáků v učitele a jeho pozitivní osobnostní charakteristiky, kterými na žáky působí. Tomu dále odpovídá přístup učitele, který několikrát během vyučovací hodiny vybízel žáky, aby se v případě nejasností ptali. Je velmi cenné, že učitel nepřímo vybízí žáky k aktivitám mimo vyučování, např. uvádí, že počítačový program, se kterým pracují, je volně stažitelný a že lze měření provést i s roličkami od toaletního papíru.

Formální stránka komunikace

Učitel mluvil v některých fázích výuky (zejména na začátku spíše spisovně), během rozhovorů se žáky od spisovného jazyka někdy upouštěl. Domnívám se, že je to rozumný a přijatelný přístup v komunikaci s mladými lidmi. Učitel používal fyzikální termíny správně a vhodně je propojoval s běžnou praxí, např. uvedl jak oficiální označení „posuvné měřidlo“, tak v praxi používaný termín „šuplera“. Výhradu mám k opakovanému vypouštění fyzikálních jednotek za číselnými hodnotami frekvence, vlnové délky a rychlosti zvuku. Domnívám se, že by měl být učitel v tomto striktní a že by měl žáky systematicky opravovat či doplňovat.

Uspořádání fází výuky, práce s časem

Vyučovací hodina byla logicky dobře naplánována a realizována: Po společném úvodu, následovala práce žáků ve dvojicích a na závěr proběhlo zhodnocení učitelem a žákům byly dány náměty k dopracování protokolů z měření doma. Škoda, že nezbylo více času na reflexi práce žáků, např. by mohli žáci diskutovat o problémech spojených s měřením a o práci ve dvojicích. Na druhou stranu bude tato diskuze (alespoň v písemné podobě) součástí žákovských protokolů.

Hodnocení žáků učitelem během výuky

Vyučující poskytoval žákům zpětnou vazbu zejména tím, že jim kladl otázky týkající se řádové správnosti naměřených frekvencí a dalších veličin. Další hodnocení práce žáků bude zřejmě vyplývat z posouzení protokolů, které vypracují. Domnívám se, že by učitel mohl poskytovat intenzivnější zpětnou vazbu již během samotného měření. Stálo by za úvahu, jestli by učitel neměl na začátku práce žáků ve dvojicích vstoupit do interakce rychleji se všemi dvojicemi a pak obcházení opakovat. Ukázalo se totiž, že jedna dvojice opakovala měření víckrát, než učitel navrhl, takže jí nezbyl čas na další měření.

Hodnocení výuky učitelem

Vyučující se po právu domnívá, že specifických cílů – získání zkušeností se dvěma metodami měření rychlosti zvuku a osvojení si práce s daným počítačovým programem – bylo do značné míry dosaženo. Ukazovala na to samostatná práce žáků ve dvojicích. Učitel velmi dobře chápe, že reflexi práce žáku mu poskytnou také protokoly, ve kterých je zvědav zejména na výsledky měření, jejich zpracování a diskuzi (kritičnost žáků k naměřeným hodnotám). Je cenné, že si učitel uvědomuje, že to, co se dozví z protokolů, může využít ve své další praxi (možná se ukážou další náměty žáků, diskuze nečekaných komplikací atd.).

B. Celkové hodnocení výuky

Domnívám se, že hodina byla velmi dobře naplánována. Cíle byly vhodně zvoleny a naplněny. Cenné bylo střídání frontální a kooperativní výuky. Vysoce hodnotím spojení reálného experimentu s využitím počítačů ve výuce. Dovednosti spojené s těmito aktivitami mohou žáci v praxi dobře využít a právě výuka fyziky je může účinně podpořit. Z fyzikálního hlediska byla hodina na nadstandardně vysoké úrovni (např. korekce zohledňující reálnou trubku). Učitel se žáky i žáci navzájem dobře komunikovali, ve třídě panovala příjemná pracovní atmosféra. Velmi bych vyzdvihl, že žáci sami přicházeli s nápady, co dělat – např. zpracovat data pomocí MS EXCEL. Trochu větší pozornost mohla být věnována zpětné vazbě žákům. Celkově se jedná o velmi zdařilou vyučovací hodinu.

C. Podněty do další výuky

Jako náměty k zamyšlení (ne nutně výtky) bych uvedl:

  • Učitel by se mohl obecněji zamyslet nad přínosem této výuky – podpora spolupráce mezi žáky, kritického myšlení, hledání alternativ atd.
  • Stálo by za úvahu, jestli žákům nedávat během jejich práce jasněji najevo, jak pracují („to se ti povedlo“, „nad tím se znovu zamysli“, „zkus to ještě jednou a pak mě zavolej, já se na to podívám“, „konzultujte to s jinou dvojicí“ apod.).
  • Učitel zdůraznil, aby žáci zjistili teplotu ze tří teploměrů ve třídě. Je otázkou, zda je nutné takto přesně teplotu měřit – jednak vzhledem k přesnosti měření žáků, jednak vzhledem k faktu, že skutečná teplota v trubkách může být trochu odlišná (žáci je mají v rukou, takže je ohřívají). Možná by stačilo, aby žáci teplotu v místnosti odhadli.
  • Učitel někdy neuváděl fyzikální jednotky u rychlosti, frekvence a vlnové délky. Z kontextu asi bylo jasné, o které jednotky se jedná, přesto by bylo vhodnější je uvádět (a upomínat na to žáky).
  • Drobnou formální výhradu mám k označení aritmetického průměru v tabulce („přeškrtnutá nula“). Tento symbol bych raději nepoužíval, evokuje prázdnou množinu, či písmeno „velké řecké fí“.
Zařazení do seriálu: Tento článek je zařazen do seriálu Virtuální hospitace na gymnáziích.

Ostatní články seriálu:

Citace a použitá literatura:
[1] - LEPIL, Oldřich. Fyzika pro gymnázia: Mechanické kmitání a vlnění. Praha : Prometheus, 1994. 135 s. ISBN 80-7196-087-X. 
[2] - Osciloskop. [cit. 2011-05-02]. Dostupný z WWW: [http://fyzweb.cuni.cz/dilna/osciloskop/osciloskop....].  
[3] - Hrátky se zvukem v programu Osciloskop. [cit. 2011-05-02]. Dostupný z WWW: [http://fyzweb.cuni.cz/dilna/osciloskop_hratky/inde...].  
[4] - DVOŘÁK, Leoš. Rychlost zvuku stokrát jinak. [cit. 2011-05-02]. Dostupný z WWW: [http://kdf.mff.cuni.cz/veletrh/sbornik/Veletrh_12/...].  
Přílohy:
NáhledTypVelikostNázev
Odstranitpdf103 kBAutoevaluace
Odstranitpdf111 kBEvaluace
Odstranitpdf61 kBZadání laboratorního cvičení
Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
 
INFO
Publikován: 02. 05. 2011
Zobrazeno: 10055krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 4

Hodnocení uživatelů:
Hodnocení článku : 5
Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

1 uživatel Hodnocení článku : 5
zatím nikdo Hodnocení článku : 4
zatím nikdo Hodnocení článku : 3
zatím nikdo Hodnocení článku : 2
zatím nikdo Hodnocení článku : 1
Jak citovat tento materiál
JÍLEK,, Miroslav. Virtuální hospitace - Fyzika: Měření rychlosti zvuku. Metodický portál: Články [online]. 02. 05. 2011, [cit. 2019-07-18]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/g/11441/VIRTUALNI-HOSPITACE---FYZIKA-MERENI-RYCHLOSTI-ZVUKU.html>. ISSN 1802-4785.
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře
Příspěvek nebyl zatím komentován.
Vložit komentář:

Pro vložení komentáře je nutné se přihlásit.