Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku
Titulka > Modul články > > > > > > > > > Experimentální fyzikář

Ikona prakticky

Experimentální fyzikář

Ikona inspirace
Autor: Zdeněk Hromádka
Anotace: V první části článku autor poukazuje na důležitost pokusu ve vyučování fyziky na základní škole nejen z hlediska motivace a názornosti, ale také jako prostředku k objevování nových poznatků žáky. V druhé části článku autor seznamuje čtenáře s příkladem didaktické pomůcky – stavebnice pro sestavování elektrických obvodů vlastní konstrukce a s možnostmi jejího využití ve vyučování.
Podpora výuky jazyka:
Klíčové kompetence:
  1. Základní vzdělávání » Kompetence k učení » samostatně pozoruje a experimentuje, získané výsledky porovnává, kriticky posuzuje a vyvozuje z nich závěry pro využití v budoucnosti
Očekávaný výstup:
  1. základní vzdělávání » Člověk a příroda » 2. stupeň » Fyzika » Elektromagnetické a světelné děje » sestaví správně podle schématu elektrický obvod a analyzuje správně schéma reálného obvodu
  2. základní vzdělávání » Člověk a příroda » 2. stupeň » Fyzika » Elektromagnetické a světelné děje » využívá prakticky poznatky o působení magnetického pole na magnet a cívku s proudem a o vlivu změny magnetického pole v okolí cívky na vznik indukovaného napětí v ní
Mezioborové přesahy a vazby: Nejsou přiřazeny žádné mezioborové přesahy.
Průřezová témata:

Nejsou přiřazena žádná průřezová témata.

Organizace prostorová: Školní třída
Klíčová slova: demonstrační pokus, žákovský pokus, stavebnice, názornost, motivace, elektřina a magnetismus, tranzistor, stejnosměrný elektromotor, didaktická pomůcka

Současná doba nabízí ohromné množství možností, jak vyučování vizuálně podpořit. Vyučujeme v době, kdy jsou školy vybaveny projektory (popřípadě interaktivními tabulemi) připojenými k počítačům či jiným zařízením, která mohou poskytovat širokou nabídku vyučovacích programů, animací a filmů online i offline. Máme možnosti, které by byly pro učitele před třiceti lety stěží představitelné, a osobně se domnívám, že by byla škoda takové možnosti nevyužívat. Ale také jsem přesvědčen, že základem pro vytváření názornosti při vyučování fyziky by měly být i nadále především tradiční demonstrační pokusy (popřípadě pokusy žákovské). Mám zkušenost, že žáky dnes příliš nenadchne profesionálně připravená prezentace ani animace lapidárně objasňující nějaký fyzikální jev. Ale když přinesu do vyučování velkou krabici plnou nejrůznějších podivných věcí, s jejichž pomocí před žáky názorně demonstruji nějaký fyzikální jev, obvykle se dostaví pozitivní ohlas a jistota pozornosti (většiny) žáků.

Ovšem pokus ve fyzice zdaleka nemá význam jenom jako motivační efekt. Má-li formu upraveného skutečného fyzikálního experimentu, pak pomáhá učiteli naplnit jeden ze základních požadavků školy, tedy naučit žáky samostatně získávat vědomosti. To jde zejména při provádění pokusů, popřípadě řešení úloh v rámci laboratorních prací. Pokus v hodině fyziky by měl mít stejný účel jako experiment v rámci skutečné vědy, s tím rozdílem, že ve vědě se jedná o nové poznatky pro celý svět, zatímco ve vyučování pouze pro žáka (J. Janás 1996, s. 57).

Domnívám se, že chystat demonstrační (popřípadě žákovské) pokusy by mělo patřit k standardní náplni přípravy na vyučování fyziky. Připravit vyučovací hodinu založenou na pokusech žákovských je ovšem poměrně náročné (osobně mám v téhle oblasti rezervy). Náročnost žákovských pokusů spočívá zejména v zajištění kvality činnosti z hlediska efektivity výuky, udržení přiměřené kázně i z hlediska naplnění výukových cílů. Ať už se jedná o pokusy žákovské či demonstrační, je důležité mít jisté materiální zázemí. Ale existuje i celá řada možností, jak vytvořit zajímavé a kvalitní demonstrace s minimem prostředků. Jedná se například o experimenty popsané v publikacích Pokusy z volné ruky (Z. Drozd, J. Brockmeyerová; 2003), Pokusy s jednoduchými pomůckami (E. Svoboda; 2001) a celé řadě dalších. Přestože mám to štěstí, že vyučuji na škole, která je pomůckami do fyziky vybavena poměrně dobře, pro některé speciální demonstrace a činnosti jsem se rozhodl sestrojit vlastní pomůcky. V tomto textu se pokusím popsat konstrukci jedné z vlastních pomůcek pro téma elektřina a magnetismus.

Na trhu je celá řada vynikajících elektronických stavebnic, z nichž některé by se podle mého soudu daly velmi dobře využít ve vyučování (především jako žákovské pomůcky). Stavebnice určené k prodeji mají obvykle skvělý design, což ovšem může být někdy na škodu z hlediska názornosti. Málokdy jsou jednotlivé části elektrického obvodu „obnaženy“ natolik, aby bylo možné pozorovat přímou vodivou cestu od svorky k součástce. Proto jsem se pokusil vyrobit sadu stavebnic svépomocí podle svých představ.

Popis pomůcky

Pro konstrukci stavebnice bylo třeba navrhnout a zhotovit dřevěnou platformu a dřevěné kvádry (moduly), na které se připevnily jednotlivé součástky (žárovky, LED, rezistory, tranzistory, elektromotor, spínač, přepínač, dózičku na pokusy s elektrickým proudem v elektrolytu, atd.), které se hodí pro učivo elektřiny a magnetismu na základní škole.

Autor díla: Zdeněk Hromádka

Svorky jednotlivých modulů jsou mosazné skoby s vrutem. Jednotlivé součástky elektrického obvodu jsou k nim připájeny. Propojovací vodiče jsou zhotoveny z drátu s izolací, k jeho koncům jsou připájeny „krokosvorky“.

Autor díla: Zdeněk Hromádka

Postupem času se mi podařilo vytvořit dostatečné množství sad stavebnic tak, aby polovina žáků mohla pracovat se stavebnicemi ve dvojicích (popř. trojicích) na zadaném elektrickém obvodu, zatímco druhá polovina třídy mohla řešit úkoly teoretického charakteru v pracovních listech. V průběhu vyučovací hodiny si obě poloviny své role vyměnily. V současné době pracuji na dalších (mírně vylepšených) sadách, aby současně mohlo pracovat se stavebnicí co nejvíc žáků.

Stavebnice jsou navrženy především tak, aby se pomocí nich dalo prakticky demonstrovat učivo elektřiny (nikoli ovšem statické elektřiny) podle ŠVP naší školy jako například: zdroj napětí, spínač, rozvětvený a nerozvětvený elektrický obvod, elektromagnetické jevy, polovodičové součástky, aj.).

Autor díla: Zdeněk Hromádka

Ukázka obvodu

Nyní popíši jeden z velmi jednoduchých obvodů, které sestavujeme ve vyučování. Z hlediska Rámcového vzdělávacího programu pro ZŠ se jedná o učivo elektrické a magnetické pole, (stejnosměrný) elektromotor.

Kromě elektromotoru figuruje v uvedeném elektrickém obvodu také tranzistor, což je polovodičová součástka, jejíž podrobný popis je jistě nad rámec učiva základní školy. Ale jelikož je tranzistor součástka natolik fundamentální pro chod moderního (digitálního) světa, je podle mého názoru vhodné alespoň seznámit žáky s jeho existencí, jeho typickým využitím (např. integrované obvody počítačů, tabletů, mobilů, atd.) a jeho základní funkcí, tedy zesilování (proudu nebo napětí). Jako jednoduchý zesilovač bude figurovat i v našem obvodu.

Žáci základní školy se učí o funkci stejnosměrného elektromotoru, který kvůli účinkům elektromagnetu začne otáčet rotorem v momentě, když je připojen k dostatečně silnému zdroji elektrického napětí. Také se učí, že elektrické napětí můžeme indukovat na cívce, když se v jejím okolí proměňuje magnetické pole. A zařízení, které tohle dokáže, je opět stejnosměrný elektromotor, pokud jej použijeme „opačným“ způsobem. Tedy zapojíme-li elektromotor do elektrického obvodu jako zdroj a vlastní silou začneme otáčet rotorem (střídavá povaha takto vzniklého napětí/proudu je náplní učiva následujících lekcí). Pokud žáci zapojí jednoduchý elektrický obvod, ve kterém je například bzučák nebo žárovka a pak už pouze (namísto zdroje) stejnosměrný elektromotor, pravděpodobně se jim nepodaří roztočit hřídel tak mocně, aby příslušný spotřebič uvedli do chodu [1]. Mechanismus výroby elektrického proudu pomocí elektromotoru ale může být dostatečně průkazný, když si pomůžeme tím, že použijeme tranzistor jako zesilovač. A do jisté míry tak zabijeme dvě mouchy jednou ranou – vyrobíme proud elektromagnetickou indukcí, a navíc ukážeme základní vlastnost tranzistoru. Demonstrujeme tak dva důležité poznatky o elektřině a magnetismu. Názornost je v tomto případě podpořena i tím, že obvod je skutečně velmi jednoduchý.

Autor díla: Zdeněk Hromádka

Elektrický obvod, jak je navržen na obrázku, nechávám žáky zapojovat s žárovkou nebo se bzučákem (můj pocit z vyučování je ten, že když se po prudkém zatočení hřídelí elektromotoru ozve zvuk, žáky to víc pobaví).

Závěr

S výrobou školních pomůcek jsem začal díky jisté dobromyslné řevnivosti s kolegou fyzikářem, který se touto činností zabýval už přede mnou. Nicméně výroba pomůcek mě nečekaně zaujala (a na nějaký čas téměř pohltila). Ale efekt se dostavil. Přiznám se, že jsem jaksi víc zapálen do práce s pomůckami, které jsem si sám vyrobil přesně podle svých představ. Přinejmenším odpovědněji dohlížím na to, aby byl dobře využit celý jejich potenciál.

Ale ačkoli je vlastnoruční konstrukce fyzikálních pomůcek inspirativní činností, kterou vřele doporučuji, myslím si na druhou stranu, že naprosto není nutné, aby se fyzikáři do výroby vlastních pomůcek nutili. Ne každý k tomu má sklony. Existuje ohromné množství možností, jak fyzikální jevy dobře demonstrovat a výukové cíle efektivně naplnit bez výraznějších kutilských schopností. Tento text je myšlen jako jistá inspirace zejména pro učitele a učitelky, co mají tendence zkoušet dělat věci po svém.


[1] Šlo by to ovšem provést s LEDkou. Ta by při prudkém zatočení hřídelí elektromotoru mohla bliknout i bez zesilovače.

Citace a použitá literatura:
[1] - JANÁS, J. Kapitoly z didaktiky fyziky. Brno : Pedagogická fakulta MU, 1996. ISBN 80-210-1334-6. 
[2] - DROZD, Z.; BROCKMEYEROVÁ, J. Pokusy z volné ruky. 1. vydání. Praha : Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-268-6. 
[3] - SVOBODA, E. Fyzika, pokusy s jednoduchými pomůckami. 2. vydání. Praha : Prometheus, 2001. ISBN 80-7196-226-0. 
Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
 
INFO
Publikován: 14. 05. 2019
Zobrazeno: 1558krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 2.6667

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
HROMÁDKA, Zdeněk. Experimentální fyzikář. Metodický portál: Články [online]. 14. 05. 2019, [cit. 2019-07-19]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/motivace/21954/EXPERIMENTALNI-FYZIKAR.html>. ISSN 1802-4785.
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře RSS komentářů článku
1.Autor: Recenzent1Vloženo: 14. 05. 2019 10:30
Demonstrační pokus má ve výuce fyzika na ZŠ nezastupitelnou úlohu. I když s autorem nemohu souhlasit, že pěkná animace dnes žáky příliš nenadchne. Domnívám se, že článek by si zasloužil zmínku o doc. L. Dvořákovi (z MFF UK), který se této "dřevíčkové fyzice" věnuje se "svým týmem" již řadu let.
1.Autor: Jiří HampeisVloženo: 16. 05. 2019 10:15

Já využívám ve výuce více simulace, ale tyhle kostičky by mě asi jako žáka bavily více. Hezký nápad i realizace.

Vložit komentář:

Pro vložení komentáře je nutné se přihlásit.