FYZIKA

 
FYZIKÁLNE ÚLOHY
EXPERIMENTY
UČEBNÉ TEXTY
TESTY
VÝUČBA
DIDAKTIKA FYZIKY
WWW STRÁNKY
ENV. FYZIKA
PUBLIKÁCIE
DIPLOMOVÉ  PRÁCE
UČEBNÉ POMÔCKY
ĎALŠIE VZDELÁVANIE
KUF - KLUB UČITEĽOV
DIDFYZKE
AKTUALITY

Experiment vo vyučovaní fyziky
Doc. RNDr. Josef Gajdušek, CSc.

Reálny a myšlienkový, experiment ako vyučovací prostriedok

Experiment reálny a myšlienkový

Metódy fyzikálneho poznávania na empirickej úrovni sú: pozorovanie, experiment (pokus) a porovnávanie (špeciálnym prípadom je meranie).

Reálny experiment je určitým spôsobom materiálnym pôsobením na objekty, javy a procesy. Experiment teda predpokladá aktívny zásah do priebehu pozorovaného objektu, javu či procesu. Takýto zásah umožňuje odhaľovať také vlastnosti, ktoré by nikdy prirodzené podmienky neumožnili. Skúmané objekty, javy či procesy sú skutočné, preto takýto experiment nazývame reálny.

Myšlienkový experiment je chápaný ako poznávacia činnosť, ktorá obyčajne predchádza materiálnej realizácii experimentu. Je to spôsob myslenia, v ktorom sa všetko, čo sa deje v konkrétnej forme, podobne deje aj v abstrakcii a v ktorom sa neprihliada na všetky prípady prekážok. Nezávislosť myšlienkového experimentu na materiálnych prostriedkoch je veľmi významná, lebo umožňuje jeho samostatnú existenciu ako teoretickej metódy poznania. Myšlienkový experiment je jedným z typov modelového experimentu a môže teda existovať v dvojakej podobe:

a) myšlienkový experiment ako samostatná logická konštrukcia, ktorú je treba vybudovať tam, kde materiálna realizácia nie je možná alebo vhodná.

b) myšlienkový experiment ako fáza materiálne realizovaných činností.

Experiment ako metóda sa používa vo vede ako:

a) prostriedok na poznanie, objavenie nového javu, vlastnosti, objektu, súvislosti funkcie

b) overenie iným spôsobom objaveného či experimentu predpovedaného javu (spravidla teoreticky)

Experiment vo vyučovaní fyziky

Z hľadiska didaktiky fyziky je realizácia či reálneho alebo myšlienkového experimentu chápaná ako metóda a experiment ako model, pretože pre žiakov je to model poznávacieho procesu. Pokus plní aj vo vyučovaní fyziky na ZŠ a SŠ rovnaké funkcie (okrem ďalších) ako vo vede.

Z hľadiska procesuálneho možno experiment ako vyučovací prostriedok rozlišovať podľa toho, akú funkciu plní, na nasledovné druhy:

1.     Expozičný pokus (prezentácia javu, objektu) plní funkciu

- názorného prostriedku

- motivačnú

2.  Heuristický pokus (vyvodzovací) - žiaci objavujú doteraz pre nich neznámu vlastnosť objektu, javu, popr. zákonitosť

3.  Verifikačný pokus (overovací)- overuje platnosť resp. správnosť hypotézy

4.  Fixačný pokus (upevňovací) - zameraný predovšetkým na spôsobilosti a zručnosti

5.  Aplikačný pokus - aplikácia fyzikálneho javu v technických zariadeniach či v technologickom procese

6.  Diagnostický pokus - overenie vedomostí, intelektuálnych spôsobilostí a manuálnych zručností žiakov

Podľa toho, či v pokuse prebieha skutočne skúmaný jav alebo jeho náhrada (imitácia) možno pokusy rozdeliť na:

a) reálne pokusy

b) modelové pokusy

Experiment demonštračný a žiacky - metodika ich prípravy

V učebných osnovách fyziky pre ZŠ a SŠ sú pri jednotlivých témach uvedené pokusy a ďalšie demonštrácie, ktoré sa majú na vyučovacích hodinách vykonať, ako aj zručnosti, ktoré si majú žiaci osvojiť. Vykonanie týchto pokusov a demonštrácií je pre učiteľa fyziky záväzné.

Z hľadiska toho, kto experiment realizuje rozlišujeme:

- pokus učiteľský, nazývaný demonštračný

- pokus žiacky

Žiacke pokusy vo fyzike

Žiacky fyzikálny experiment je pokus, ktorý vykonáva žiak alebo skupina žiakov v rámci vyučovacieho procesu. Podľa úrovne samostatnosti žiaka pri konaní pokusu ich možno rozdeliť na pokusy konané:

a) podľa inštrukcie, návodu učiteľa

b) podľa návodu uvedeného v učebnici

c) podľa návrhu obsahu pokusu, experimentálneho zariadenia alebo postupu vypracovaného žiakom a schváleného učiteľom

Podľa spôsobu organizácie a obsahu pokusu rozdeľujeme žiacke pokusy na:

a) Individuálny žiacky pokus - je to žiacky pokus, ktorý vykonáva jeden žiak (môže mať funkcie 1.-6.)

b) Frontálny žiacky pokus - je to spravidla jednoduchý fyzikálny pokus, ktorý konajú súčasne všetci žiaci v triede v rámci jednej časti vyučovacej hodiny pod priamym vedením učiteľa. Takýto pokus má nielen rovnaký obsah, ale žiaci majú mať aj rovnaké pomôcky.

c) Skupinové žiacke pokusy sa uplatňujú pri skupinovom vyučovaní.

d) Laboratórne úlohy sú náročnejšie, spravidla kvantitatívne žiacke fyzikálne pokusy, ktorých konanie je predpísané učebnými osnovami.

V 7. a 8.roč. ZŠ, kde sú laboratórne úlohy prostriedkom kontroly vedomostí a zručností žiakov, konajú žiaci laboratórne práce frontálne. Na stredných školách konajú laboratórne úlohy frontálne dvojice či trojice žiakov. Triedy sa spravidla pri konaní laboratórnej úlohy delia na dve oddelenia.

Metodika pokusov vo fyzike

Ak má byť experiment vo vyučovacom procese účinným prostriedkom, musí spĺňať po stránke obsahovej i formálnej isté požiadavky, ktoré možno vyjadriť takto:

1.  Pokus má byť vedecky správny, musí byť pripravený tak, aby skúmaný jav v ňom prebiehal alebo sa ním modeloval.

2.  Pokus má byť organickou súčasťou vyučovacieho procesu, má sa konať v tom čase, keď je jeho účinok na žiaka optimálny.

3.  Pokus má byť pripravený a vykonaný tak, aby jeho výsledok bol presvedčivý.

4.         Pokus, v ktorom prebieha skúmaný jav rýchle, treba opakovať.

5.         Pokus, pri ktorom treba pozorovať súčasne viacero javov, treba realizovať po etapách tak, aby žiaci mohli pozorovať jednotlivé javy osobitne a potom celý priebeh deja.

6.  Pri konaní kvantitatívneho pokusu spojeného s meraniami treba ich vykonať dostatočný počet a vhodne meniť podmienky pokusu.

7.  Žiak má byť na konanie pokusu primerane motivovaný.

8.         Experimentátor má pracovať sústredene, konať uvážlivo, aby neohrozoval svoje zdravie a zdravie osôb, ktoré spolu s ním pokus sledujú.

Algoritmus experimentu

Aby sa fyzikálny pokus (učiteľský i žiacky) stal skutočne efektívnym prostriedkom formovania osobnosti žiaka vo vyučovacom procese, treba pri jeho príprave a realizácii postupovať podľa tohto algoritmu:

1. stanoviť jasne cieľ pokusu

2. navrhnúť spôsob konania pokusu a postaviť experimentálne zariadenie

3. Osvojiť si (vysvetliť) princíp obsahu pokusu a potrebné informácie o pokusnom zariadení

4. Vysvetliť predpokladaný priebeh pokusu a predvídať jeho výsledky

5. Sústrediť pozornosť na tú časť experimentálneho zariadenia, v ktorej sa má prejaviť skúmaný jav očakávanými efektmi

6. Vykonať pokus a zaznamenať jeho výsledky

7. Presvedčiť sa či všetci žiaci skúmaný jav pozorovali a správne pochopili

8. Analyzovať priebeh a výsledky pokusu, spracovať ich, kriticky ich hodnotiť a vyvodiť o pozorovanom jave závery

Grafické postupy. Fyzikálne informácie získané grafom

Grafická derivácia a integrácia v školskej fyzike

Graf ako prostriedok a objekt poznávania

Vzťahy medzi fyzikálnymi veličinami vyjadrujeme: tabuľkou hodnôt čiarovým grafom analytickým vzťahom. Graf možno vo fyzike použiť ako:

a) komunikačný prostriedok

b) názorný prostriedok

c) poznávací prostriedok

d) objekt poznávania

Informácie získané grafom

Z čiarového grafu sa žiaci učia určiť:

1) veľkosť fyzikálnej veličiny danej smernicou priamky

2) veľkosť fyzikálnej veličiny danej plochou pod krivkou

a)  Čiarový graf ako komunikačný prostriedok sa používa v školskej fyzike najčastejšie pri riešení úloh. Cieľom tohto použitia grafu je naučiť žiakov čítať informácie, ktoré graf poskytuje.

Z grafu možno vyčítať, že pohyb hmotného bodu resp. objektu bol nerovnomerný, presnejšie počas prvej sekundy rovnomerne zrýchlený a ďalšie 4 sekundy rovnomerný, potom rovnomerne spomalený počas dvoch sekúnd a nakoniec rovnomerne zrýchlený.

Z grafu však nemožno určiť aká bola počiatočná rýchlosť a preto nevieme ani rýchlosti v jednotlivých okamihoch.

b) Čiarový graf ako názorný prostriedok využívame na pochopenie funkčnej závislosti medzi fyzikálnymi veličinami. V takomto prípade je čiarový graf geometrickým modelom funkčnej závislosti. Je vhodné a účelné používať ho najmä v tých prípadoch, keď zo zavedenia fyzikálnej veličiny (jej definície) nie je žiakom zrejmá závislosť veličín.

Napr. kapacita vodiča je zavedená vzťahom C=Q/U a žiaci si často neuvedomujú, že uvedený vzťah vyjadruje skutočnosť, že čím je väčší náboj na platniach kondenzátora, tým je väčšie napätie medzi platňami, t.j. Q=C.U (pozn.: zvýšenie napätia medzi platňami možno dosiahnuť aj pri tom istom náboji zväčšením vzdialenosti dosiek, t.j. zmenšením kapacity kondenzátora).

Grafické riešenie fyzikálnych úloh má tak isto funkciu názorného prostriedku.

c) Čiarový graf ako poznávací prostriedok sa využíva v školskej fyzike predovšetkým v tých prípadoch, keď je:

1)  daná fyzikálna veličina vyjadrená deriváciou (ktorú žiaci ešte nepoznajú). Jedná sa prevažne o prípady lineárnych závislostí, v ktorých smernicou je tangens uhla, ktorý zviera priamka s osou nezávisle premennej veličiny. Z predchádzajúceho príkladu je to určenie kapacity v závislosti Q=C.U. Príkladov podobného druhu je v školskej fyzike veľa, preto tu nemôžu byť všetky vymenované.

2)  daná fyzikálna veličina vyjadrená integrálom. Typickými príkladmi sú integrály lineárnych závislostí fyzikálnych veličín. Ako príklady môžu byť práca resp. potenciálna energia pružiny a energia elektrického poľa, ktoré sú v školskej fyzike riešené pomocou plochy pod priamkovou závislosťou uvedených veličín.

d) Čiarový graf ako objekt poznávania.

Ako vieme, nie všetky fyzikálne veličiny vieme vyjadrovať analyticky. Niektoré fyzikálne závislosti ani fyzikálna veda nevyjadruje inak ako čiarovým grafom. Typickým príkladom použitým aj v školskej fyzike je magnetizačná krivka resp. hysterézna slučka feromagnetického či ferimagnetického materiálu (alebo feroelektrika). Charakteristické magnetické vlastnosti materiálu, akými sú koercitívne pole, remanentná magnetizácia, ako aj iné vlastnosti sú určované práve z nameraných graficky vyjadrených závislostí. V tejto situácii je čiarový graf objektom nášho poznávania.