Egri Sndor Mndy Tihamr Varga Klra

Fizikatants vltoz krnyezetben

DEBRECENI EGYETEMTANRKPZSI KZPONT

Fizikatants vltoz krnyezetben

EGRI SNDORMNDY TIHAMR

VARGA KLRA

Debreceni Egyetemi KiadDebrecen University Press

2015

Szaktrnet-knyvek 20.

Sorozatszerkeszt:Maticsk Sndor

Kszlta SZAKTRNET (TMOP-4.1.2.B.2-13/1-2013-0009)

plyzat keretben

Lektorlta:dm Pter

Technikai szerkeszt:Tth Anik Nikolett

Bortterv:Nagy Tnde

ISBN 978 963 473 859 6

A szerzk Debreceni Egyetemi Kiad Debrecen University Press,

belertve az egyetemi hlzaton belli elektronikus terjeszts jogt is.

Kiadta a Debreceni Egyetemi Kiad, az 1795-ben alaptottMagyar Knyvkiadk s Knyvterjesztk Egyeslsnek tagja.

www.dupress.huFelels kiad: Karcsony Gyngyi

Kszlt a Kapitlis Nyomdban, 2015-ben.

Tartalom

Bevezets............................................................................................... 5

1. Aktv tanuls

1.1. Fedezd fel a vilgot! Ksrletek alssoknak 23. ........................ 71.2. Fedezd fel a vilgot! Ksrletek felssknek 56. ..................... 141.3. Mrj, szmolj, rendszerezz! Ksrletek fizikarn 78. ............ 221.4. Ksrletek s feladatok gimnazistknak..................................... 291.5. Ez az n projektem.................................................................... 361.6. Kutatsok haladknak (a kutatmdszer alkalmazsai) ............. 431.7. Mrsek szmtgppel, mobiltelefonnal, tablettel .................... 49

1.7.1. A tuds forrsa a mrs ................................................... 491.7.2. Vide analzis ................................................................. 501.7.3. Tablet, okostelefon.......................................................... 511.7.4. 3D virtulis valsg...................................................... 52

1.8. Szimulcik (rk Phet-tel)....................................................... 541.9. Fizikai jtkok gamification................................................... 50

1.9.1. Jtk a vletlennel ........................................................... 601.9.2. Digitlis kor digitlis jtkok........................................ 63

2. j tartalmak

2.1. Hogyan tanulunk: smk, elzetes ismeretek, fogalmi vlts..... 672.2. A kpletek hatkony tantsa..................................................... 742.3. Modern tartalmak a fizikarn: hlzatok (Barabsi),

anyagtudomnyok (nano anyagok, vegszlak stb.),rszecskefizika (cern)................................................................ 80

2.4. Modern tartalmak fizikarn: relativitselmlet, tr id.......... 872.5. Htkznapok a fizikarn: kzlekeds, zene stb. ....................... 932.6. Htkznapok a fizikarn:

Informatikai Kommunikcis Technolgia ............................... 992.7. Mintatartalmak feldolgozsa 1. . ............................................. 1062.8. Mintatartalmak feldolgozsa 2. . ............................................. 1122.9. Mintatartalmak feldolgozsa 3. . ............................................. 119

3. Digitlis forradalom

3.1. Szmonkrs: generatv krdsek, tudstr elmlet,ms tudsreprezentcik ......................................................... 1273.1.1. A szmonkrs mdszerei ............................................ 1273.1.2 Tanulsi nehzsgek s a tuds szerkezete...................... 129

3.2. Tehetsggondozs s a lemaradk segtse kicsiknek(ltalnos iskola): versenyek kicsiknek, mozgalmak................ 133

3.3. Tehetsggondozs s a lemaradk segtse nagyoknakA tehetsg fogalma s jellemzi.............................................. 140

3.4. Szmtgp a tantsban: prezentcik, videk,adatbzisok, szemlltetsi lehetsgek, youtube...................... 146

3.5. Ingyenes szoftverek hasznlata: adatbrzols,kirtkels, brk rajzolsa ..................................................... 1533.5.1. Szvegszerkeszts......................................................... 1533.5.2. Rajzols, kpek kezelse ............................................... 1543.5.3. Mrsi adatok kirtkelse ............................................ 157

3.6. Tantervek................................................................................ 1593.7. Mikor mit? Mit kellene megtanulni

a klnbz letkorokban?............................................................ 1653.8. A digitlis bennszlttek: vltoz gyerekek a fizikarn ......... 1723.9. Tanulsi mdok, mdszerek; az nll tanuls, e-learning ...... 1783.10. A kooperatv mdszer ........................................................... 185

5

Bevezets

2014 szn a Magyar Tudomnyos Akadmia plyzatot hirdetett meg.Ennek az volt a clja, hogy tmogassa a termszettudomnyos diszcipl-nk szakmdszertannak fejlesztst, illetve segtse tantsuk tudomnyosmegalapozst clz mr foly kutatsokat s j kutatmhelyek ltre-jttt. A fizika szakmdszertan feladata annak lersa, hogyan lehet a fi-zikai tudst gyermekeinknek tadni. Ha a hagyomnyokbl indulunk ki,akkor a fizika szakmdszertan egyik f terlete a ksrletezsre val fel-kszts, a tantervek megismerse vagy az raterv kszts fortlyainakkitapasztalsa. A j szakmdszertani felkszltsgnek segteni kell a ta-nrjelltet a sikeres tantsban. A fizikaoktats mdszernek nyilvn el-mleti alapokon kell nyugodnia. Ez az alap egyrszt a fizika tudomnya, afizikhoz kapcsolhat tudomnyos ismeretek, a htkznapokban hasznlttechnikai eszkzk mkdsnek fizikai alapjai, a termszeti jelensgekfizikai magyarzatai, amelyekkel a szakmdszertant tanul diknak elvi-leg rendelkeznie kell. A szksges elmleti s gyakorlati httr msikrszt a kognitv pszicholgia illetve a pedaggia jelenti. Az a md, aho-gyan az ember megismeri a vilgot. Hogyan mkdik az ismeretszerzshardvere s szoftvere, mi trtnik az agyban, amikor tanulunk. Hogyanmkdik az intellektus, hogyan emlkeznk, gondolkodunk, figyelnk.Az oktatsi mdszernek msrszt gyakorlati krdseket is figyelembe kellvennie: Hny dik tanul egyszerre, milyen az elkpzettsgk, mrt ta-nulnak, milyen a tants trsadalmi krnyezete, milyen terem, tbla, esz-kzk llnak rendelkezsre.

Ha megvizsgljuk, hogy mennyire sikeres a fizikai tuds tadsa a k-vetkez generciknak mindenkppen indokoltnak tnik a mdszertanjavtsra tett erfeszts. A mrsek azt mutatjk, hogy a tudomnyosismereteket gyermekeink nagyon kis szzalknak vagyunk kpesek t-adni, egy jelents rtegk kifejezetten ltudomnyos tvhiteket tpll,tudomnyellenes magatartst kvet, vagy az elemi iskola eltti naiv ma-gyarzatokkal prbl a vilgban boldogulni. Nem ltszik biztostottnak atanrok utnptlsa sem, a dikok nem szeretik a tantrgyat, tantani semakarjk. De ha meg is talljuk a jobb mdszert, a megjuls folyamatosan

6

szksges: rohamlptekkel fejldik maga a fizika, egyre gyorsabb temp-ban szletnek az jabb tudomnyos eredmnyek, amelyek hamar megje-lennek a htkznapokban is. A gyermekek jabb nemzedkei egyre job-ban klnbznek az elz generciktl pldul az informcis s kom-munikcis technolgia elterjedse miatt. Ez utbbi gyorsan vltoztatja azoktats eszkzparkjt is.

7

1. FEJEZET

Aktv tanuls

1.1. Fedezd fel a vilgot! Ksrletek alssoknak 23.

Az ltalnos iskolban oktatott Termszetismeret integrlt tantrgy t-vzi a fizika, kmia, biolgia s fldrajz elemeit. A tanulk fel nem csakolyan alapismereteket nyjt, melyek nlklzhetetlenek az emltett tantr-gyak ksbbi nllsodshoz, hanem kimunklja azon kpessgeket skszsgeket (megfigyels, mrs, problmamegolds stb.), melyek nl-klzhetetlenek az egyn fejldse szempontjbl. A termszetismeret fizikatananyagnak ttekintse alapjn kimondhat, hogy a fizika tudomny te-rletbl jelen van a mechanika, a htan, az elektromossg s mgnessg.

Els ismerkeds a krnyezetben zajl fizikai folyamatokkal az 1. osz-tlyban trtnik, mgpedig a htani jelensgek vizsglatval (Gln1998). Itt a mindennapos tapasztalatok alapjn a tanulk megfogalmazzka szilrd, folykony s lgnem anyagok tulajdonsgait az alakjuk, for-mlhatsguk tekintetben. Egyszer ksrletekkel (12. bra) igazoljk,hogy a levegnek van trfogata s tmege.

12. bra

1. FEJEZET

8

Jg melegtsvel meggyzdnek arrl, hogy a jg, a vz s a gzugyanaz az anyag, ami klnbz hmrskleten klnbz formbanfordul el (3. bra). gy megtapasztaljk, de mg nem fogalmazzk meg ahalmazllapot-vltozs jelensgt. A szakkifejezsek bevezetse is elma-rad, hisz nem az anyag halmazllapotrl beszlnk, hanem csak azanyag hrom formjrl.

3. bra

Msodik osztlyban a fizika ismereteinek bvtse koncentrikusan r-pl az elz vben tanultakra. Itt mr egyrtelm kvetkeztetseket vonnakle a tanulk az anyagok alakjuk s sszenyomhatsguk tekintetben, legyenaz szilrd, folykony vagy lgnem halmazllapotban (Miklovicz 2002).

Ksrletezs szempontjbl igen fontos a Megmrjk a vilgot cmfejezet. Itt a tanulk szmra egyszer s rthet mdon definiljk a m-rs, mreszkz, mrtkegysg fogalmakat (4. bra). Emellett fontos ta-pasztalatokra tesznek szert a hosszsg-, trfogat-, tmeg-, hmrsklet-,valamint az id mlsnak mrsben. A dikok ebben tmakrben v-geznek elszr olyan mrssel egybekttt ksrleteket, melyek alapjnkvantitatv kvetkeztetseket vonnak le.

4. bra

AKTV TANULS

9

A legegyszerbb mrs, amivel a 78 ves gyerekek mr a mindenna-pokban is tallkoztak a hosszsgmrs. Felteheten, msodikos korranagyon sok iskols mrt mr hosszsgot alkalmi mreszkzzel: arasz-szal, rddal, lpshosszal. Ezeket a tapasztalatokat sszestik, kibvtik segysgestik azzal, hogy megnevezik a hosszsgmrsre alkalmazott hi-vatalos mreszkzket s a mrtkegysgeket. A tanknyv nem csak de-finilja a mter, decimter, centimter mrtkegysgeket, hanem megha-trozza a kzttk fennll arnyokat is.

A hosszsgmrs tovbbfejlesztse a trfogatmrs. A trfogat meg-hatrozsa a testek ltal kiszortott vz megfigyelse alapjn trtnik (5.bra). A trfogat mrtkegysgt, a litert azon folyadk mennyisgealapjn hatrozzk meg, ami egy 1 dm l kockba fr. Hasonlan ahosszsghoz, definiljk a decilitert s a centilitert.

5. bra

A tmeget a testben lev anyag mennyisgeknt definilja a tanknyv.A tmeg mrtkegysge is bevezetsre kerl: ez a kilogramm, ami 1 litervz tmege. A kisebb tmegek mrsre a dekagrammot, illetve a gram-mot hasznljk a tanulk. A tmeg mrse sorn a tanulk igen fontosmegllaptsra tesznek szert: a test tmege fgg az anyagtl s a mre-ttl. Mghozz az azonos anyag testek tmege egyenes arnyban van atrfogattal, a klnbz anyagok azonos trfogatnak ms-ms a tmege(6. bra). gy el is jutottunk a srsg fogalmig. Termszetesen maga afogalom nem kerl bevezetsre (ez ksbb, a fizika keretein bell trtnikmeg), de az sszefggs megfogalmazsa fontos mrfldk a definciirnyba.

1. FEJEZET

10

6. bra

A hmrsklet az a fizikai mennyisg, amellyel az letnk sorn legko-rbban szembeslnk. Mivel testnk llandan kld jelzseket a krnye-zetnkben lev forr, illetve hideg trgyakrl, gy gyakorlatilag egy h-mr szerept tlti be. Termszetesen a tanulkkal tudatostjk, hogytestnk hrzkenysge bizonytalan, ezrt a pontos rtkek megllapt-sra hmrt hasznlunk. A 78 ves gyerekeknek szinte kivtel nlklmr van tapasztalata a hmr egyik vltozatnak alkalmazsban alzmr hasznlatban. Nhny krnyezetkben lev test hmrsklet-nek mrsvel, illetve hmrskletvltozs megfigyelsvel, valamint amrt adatok feldolgozsval tblzat vagy grafikon formjban (7. bra)a dikok jelents tapasztalatra tesznek szert a megfigyels, ksrletezs,mrs terletn.

7. bra

A fizikai mennyisgeket ler fejezet az id mrsnek megismersvelzrul. A kisiskolsok megtanuljk elvlasztani a mltat a jvtl, megis-merik az id mrtkegysgeit: ra, perc, msodperc, valamint a nap, ht,hnap, v egysgeket. A tanulk meghatrozzk ezen egysgek kzttisszefggseket, fejlesztik kszsgeiket az ra leolvassban.

AKTV TANULS

11

A 3. osztly tanuli mr elemi szinten rtelmezik a klcsnhats, mun-ka, energia defincikat (Miklovicz 1999). A mindennapi tapasztalatokbla kisiskolsok mr nagyon jl tudjk, hogy a testek kpesek egymsonvltozsokat ltrehozni. Azt is megrtik a tanulk, hogy az energit tadtest az energiaforrs, mg az energit felvev test az energia felhasznl.

A Klcsnhats vltozs s az Energia fejezetekben teljes mr-tkben rvnyesl a Termszetismeret tantrgy integrlt jellege. A ht-kznapi let pldit megtrgyalva, vagy egyszer ksrleteket elemezve atanulk szmra vilgoss vlik, hogy sokfle klcsnhats s sokfleenergia ltezik. A dikok megfigyelik, hogy a klcsnhats sorn vltozika testek hmrsklete, mozgsa (sebessge), helyzete, hogy a munktvgz ember elfrad, a sokig vilgt elemlmpa elemei lemerlnek. Alegmlyrehatbb s a legtgabb fizikai ismereteket tartalmaz fejezet azltalnos iskola als tagozatn a 3. osztlyban oktatott A fny birodal-ma elnevezs tmakr. A fnyforrsok jellemzstl, a fny terjedsn,visszaverdsn, felbontsn t a fny elnyelsig a tanulk komplex is-mereteket szereznek az optika terletrl. Egyszer ksrletekkel igazol-jk a fny egyenes vonal terjedst (8. bra), zavartalan thaladst t-ltsz anyagokon, illetve a fny erejnek vesztst ttetsz anyagon valthaladsakor, valamint az rnyk keletkezst, ha a fny tjba tlt-szatlan trgy kerl.

8. bra

A fnyvisszaverds jelensgt a tanulk tkr segtsgvel tanulm-nyozzk. Felhvjk figyelmket a tkrre es s arrl visszaverd fnyirnyra, amivel rzkeltetik a fnyvisszaverds trvnyt (9. bra).Termszetesen, maga a trvny nem kerl megfogalmazsra. Arra is kitra tanknyv, hogy megtrgyalja a fny elnyelst. E szerint a fehr felletsok fnyt, mg a fekete kevs fnyt ver vissza.

1. FEJEZET

12

9. bra

Igen ltvnyos a tanulk szmra a diszperzi vizsglata. Ez prizmavagy ferdn vzbe mertett tkr segtsgvel mutathat be. A megfigye-ls sorn nem csak a fnysugr trse igazolhat, hanem a fehr fny fel-bontsa sszetevire is (10. bra). Ezzel mr meg is magyarztk a szi-vrvny keletkezst. A geometriai optika mellett egy kis fizikai fnytantis csempsztek a tanknyvbe. Zseblmpval megvilgtott kormozottlombikban lev levegt felmelegtik, ami egyrtelmen igazolja, hogy afnynek van energija (11. bra). De ezt mr nagyon sok tanul amgy istudja, hiszen a napelemek elterjedse nem kerli el a kisiskolsok figyel-mt sem (pl. a napelemes zsebszmolgp).

10. bra 11. bra

A Termszetismeret 3. osztlyos tananyaga mg egy fejezetben fogla-kozik fizikai jelensgek, mgpedig a mgnes tulajdonsgainak vizsglat-val. Iskols korra a gyerekek mr ismerik a mgnest s f tulajdonsgt: avasat tartalmaz trgyakra vonzer hatsnak fejtst. De szemlletkfejlesztse szempontjbl nagyon fontos a mgneses mez, mint ertr l-tezsnek a definilsa. Hiszen a mgneses klcsnhatst szmunkra lt-hatatlan, rzkelhetetlen kzeg kzvett, amit csak egy msik mgnesvagy egy vastest kpes rzkelni.

AKTV TANULS

13

A negyedik osztly termszetismeret anyagnak fizikai ismeretekettrgyal fejezete, ami tartalmilag igen szernyre sikeredett, elksztsiszerepet tlt be. A mozgs s ezen bell a kr- s forgmozgs bemutat-sa egyrtelmen azt a clt szolglja, hogy felksztse a tanulkat a Fld,illetve a Hold mozgsnak megrtsre (Miklovicz 2003). Egyszer pl-dkkal bemutatja, mi a klnbsg a forgs s a kerings kztt. A tanulkgy knnyen levonhatjk a konklzit: ha a test egy kvlll pont (ten-gely) krl kr vagy ellipszis alak plyn mozog, akkor krmozgsrl,illetve keringsrl beszlnk (12. bra). De ha ez a pont (tengely) a testenbell tallhat, akkor forgsrl van sz (13. bra). Ezek utn az iskol-soknak nem nehz megrteni, hogy mikor forog, s mikor kering a Fld.

12. bra 13. bra

Felhasznlt irodalom

Gln Domoszlai Erika (1998): Termszet- s trsadalomismeret 1. o.Nemzeti Tanknyvkiad Rt., Budapest.

Miklovicz rpd (2002): Termszet- s trsadalomismeret 2. o. NemzetiTanknyvkiad Rt., Budapest.

Miklovicz rpd (1999): Termszet- s trsadalomismeret 3. o. NemzetiTanknyvkiad Rt., Budapest.

Miklovicz rpd (2003): Termszet- s trsadalomismeret 4. o. NemzetiTanknyvkiad Rt., Budapest.

Ajnlott irodalom

Inhelder, B. & Piaget, J. (1984): A gyermek logikjtl az ifj logikjig.Akadmiai Kiad, Budapest.

1. FEJEZET

14

1.2. Fedezd fel a vilgot! Ksrletek felssknek 56.Az 56. osztlyos termszetismeret, mint integrlt tantrgy magba

foglalja a fizika, kmia, fldrajz, biolgia tantrgyainak tananyagt. Mindktosztlyban erre a tantrgyra heti 2 rt szn az j NAT. A helyi tantervalapjn lehetsg nylik az raszmok mdostsra heti 0,51 ra erejig.A tanmenet vizsglata alapjn egyrtelmen kimutathat, hogy a tantrgytartalma messze nem arnyosan oszlik a fizika, kmia, biolgia s fldrajzkztt. A fizika ismeretanyaga az albbiak szerint jelennek meg a tan-tervben:

5. o. 9 ra,6. o. 8 ra.

Az 5. osztlyban a Termszetismeret tantrgy mindssze 1 fejezetet,15 oldalt szentel a tanulk fizikai ismereteinek bvtsre, ami az anyags annak tulajdonsgainak megismerse kr csoportosul. A tananyagnemcsak rpl az als tagozaton szerzett ismeretekre, hanem bvti isazokat (Jmbor 2014). Mivel az anyag hrom halmazllapott mr jlismerik s megklnbztetik egymstl a tanulk, ezrt ezen a szintenmr meg is magyarzzk a tanknyvrk a halmazllapotok szerkezett azanyag molekulris felptsbl kiindulva. A rszecskk klcsnhatsts mozgst elemezve a tanulk knnyen megrtik az anyag szerkezettadott halmazllapotban, s megmagyarzzk makroszkopikus tulajdons-gait alak- s trfogatvltozst illeten. Ezen elvek megrtst nagymr-tkben elsegtik a szemlltet s knnyen rtelmezhet brk (1. bra).Az anyag szerkezetbl kiindulva, a tanulk knnyen meg tudjk magya-rzni a gzok sszenyomhatsgt, amit egyszer ksrlettel igazolni istudnak (2. bra).

1. bra

AKTV TANULS

15

2. bra

Az anyag tulajdonsgainak megismerse nem korltozdik a hromkzismert halmazllapot formjra. Az anyag klnleges tulajdonsgaitbemutat lecke a mgneses s az elektromos tulajdonsgokat trgyalja. Itta tanulk tallkoznak a vilg szimmetrikus berendezkedsnek egyikmegjelensvel: a mgnesnek kt plusa van, az elektromos tltsbl isktfle van. St, az is tudatosul bennk, hogy a szimmetria azonos olda-ln llak tasztjk egymst, mg az ellenttes oldalon llk kztt vonzsjn ltre.

Az elektromos s mgneses tulajdonsgok viszonylag rszletes lersaazonban mellzi a mgneses s elektromos mez kifejezseket. Pedigmindkt klcsnhats szemlltetsnl a tanulk nem ltjk a kzvettkzeget, de rzkelik a jelenltt. St, a mgneses mez esetben a tan-knyv ksrletet tesz az ertr szemlltetsre, meg is hatrozza a mezerssgnek egyenltlensgt, irnyt alkalmazsval bemutatja a mezvonalainak (ervonalak) irnyt. A mgneses klcsnhats esetben k-srleti ton tanulmnyozzk a tanulk, hogy a mgnes nem mindenanyagra kpes kifejteni hatst (3. bra). Az elektromos klcsnhatst isegyszer ksrlettel igazoljk (4. bra). A tapasztalatok alapjn a kt kl-csnhats kztti klnbsg is meghatrozhat.

3. bra

1. FEJEZET

16

Az anyag kvalitatv tulajdonsgainak bemutatst a testek kvantitatvtulajdonsgainak elmleti s gyakorlati trgyalsa kveti. A dikok rsz-letesen tanulmnyozzk a mechanikai s htani alapmennyisgeket. Cso-portos feladatok elvgzse sorn gyakorlatra tesznek szert a hosszsg,trfogat, id, tmeg, hmrsklet mrsben, illetve e mennyisgeket jel-lemz mrtkegysgek hasznlatban, belertve a klnbz tvltsokat.A mrtkegysgek hasznlatban igen nagy elrelpst jelent, hogy a ta-nulk megtapasztaljk a hatvnyok hasznlatt. gy minden gond nlklalkalmazzk a ngyzetmter s a kbmter egysgeket a terlet s trfogatmrsekor.

A mrsek gyakorlsa sorn egy igen fontos fizikai mennyisg meg-hatrozsra is sor kerl: ez a srsg. Igaz, a pontos definilsa elmarad,de a klnbz anyagok (erre a clra a ksrletekhez vizet s olajt hasz-nlnak) tmegnek s trfogatnak mrse sorn, valamint e mennyisgeksszehasonltsa alapjn szerzett tapasztalat lehetv teszi a dikok sz-mra a srbb s a kevsb srbb anyagok megklnbztetst. A tanu-lk azt is igazoljk ksrletileg, hogy az olajrteg mindig a vzrteg fltthelyezkedik el. Termszetesen a srsg kvalitatv megfogalmazsa alap-jn a mrtkegysg definilsra sem kerl sor (5. bra).

5. bra

A vz tulajdonsgainak tanulmnyozsa szorosan sszekapcsoldik ahmrsklet mrsvel. A tanulk nemcsak mrsi s ksrletezsi ksz-sgeiket fejlesztik, hanem rendszerezik s kibvtik a halmazllapot-vl-tozsokkal kapcsolatos ismereteiket. Egyszer ksrlettel gyzdnek mega tanulk arrl, hogy fagyskor a vz tgul, vagyis n a trfogata, srs-ge pedig cskken. Ezzel meg is magyarzzk a jg szst a vz felsznn.

AKTV TANULS

17

A lgnem anyagok tulajdonsgait a tanulk a leveg vizsglata ltalsajttjk el. Egyszer, de annl szemlletesebb ksrlet segtsgvel bi-zonytjk, hogy a levegnek is van slya, tmege (6. bra). A lggmbbezrt leveg rszecskinek mozgst s ebbl fakadan a lggmb falbatrtn tkzseket elemezve, magyarzatot kapnak a dikok a gzoknyomsra.

6. bra

Ksrleti ton tapasztaljk a tanulk, hogy a minket krlvev leveg-nek is van nyomsa ez a lgnyoms, mely a pohrban lev vizet s apaprlapot tartja fenn (7. bra). Azt, hogy a lgnyoms a leveg slyblszrmazik itt mg korai trgyalni, de a lgnyoms s a tengerszinti ma-gassg kztti fordtott arny sszefggst mr konstatljk. A levegh tgulst is ksrlettel igazoljk, levonva azt a kvetkeztetst, hogy akitgult leveg srsge kisebb (8. bra). Ezzel mr meg is magyarztuka hlgballonok mkdst.

7. bra

1. FEJEZET

18

8. bra

A 6. osztlyban a Termszetismeret tananyagbl az elz vfolyam-hoz hasonlan gyszintn 1 fejezet (13 oldal) jut a fizika ismereteinektovbbtsra. A fejezet tanulmnyozsa sorn a dikok definiljk azalapvet klcsnhatsokat: mechanikai, mgneses, elektromos, gravitci-s, termikus (9. bra), valamint elemi szinten ismereteket szereznekegyes energiafajtkrl: mozgsi, helyzeti, bels. Ezen kvl, az energiamegmarads elvt is megfogalmazzk (Fehr 2014).

9. bra

A klcsnhatsok megismerse a kt test tkzse sorn ltrejvmechanikai klcsnhatsok tanulmnyozsval kezddik. A tanulk sz-mra mr itt vilgoss teszik a rugalmas s rugalmatlan tkzsek kzttiklnbsget. De akr egyik, akr msik tkzs jn ltre, ha megvltozika test mozgsllapota, akkor ezt mechanikai klcsnhatsknt definiljk.

A mgneses s az elektromos klcsnhatsok trgyalsban igen nagyelrelpst jelent a mgneses, illetve az elektromos mez megfogalmaz-sa. Ezeket a mezket a mgnes, illetve az elektromos tlts krnyezete-knt definiljk, amit bizonyos segdeszkzkkel ki lehet mutatni. Pld-ul, vasreszelkkel a mgneses mezt (10. bra), de az elektromos mez

AKTV TANULS

19

szemlltetsnek lehetsgre a tanknyv csak szbeli utalst tesz. A gra-vitcis mez esetben a tanknyv mr a mez irnyval is foglalkozik:egy ktlre felfggesztett test mindig a Fld kzppontja fel mutat (11.bra).

10. bra

11. bra

A termikus klcsnhats vizsglata a tanulk htkznapi tapasztalatira,illetve a korbban szerzett ismeretekre pl. A krds trgyalsa nem csakmegfigyelsekre, ksrletekre, hanem mrsekre, eredmnyek feldolgoz-sra pl. Az alapkszsgek fejlesztse a hmrsklet mrsnek gyakor-lsval, illetve a hmrskleti rtkek leolvassval kezddik. E krbensok hasznos feladatot tartalmaz a munkafzet. Magt a termikus klcsn-hatst a dikok klnbz hmrsklet s mennyisg vz elegytsvel,de nem sszekeversvel (a klnbz hmrsklet vz kln ednybenvan, amit egymsba helyeznek) vizsgljk (12. bra). A mrt hmrsk-

1. FEJEZET

20

letvltozst tblzat s grafikon formjban dolgozzk fel. Ez alapjn aklcsnhats konklzija s egyrtelmen megfogalmazhat. St, mg to-vbb is lehet lpni. Mert logikus kvetkeztetsnek ltszik, hogy a kzshmrsklet kialakulsa fgg a kezdeti hmrsklettl, az anyag tmeg-tl s minsgtl. A tanulkat arra is rvezetik, hogy egy testmelegtsekor intenzvebb lesz a rszecskk mozgsa.

12. bra

A fizika ismereteinek bvtse a 6. osztlyban az energia fogalmnaktrgyalsval zrul. Maga a fogalom nem kerl definilsra, de egy brasegtsgvel a tanknyv bemutatja az energiaklnbz fajtit s az egy-msba alakulsukat klcsnhatsok sorn (13. bra).

13. bra

AKTV TANULS

21

Felhasznlt irodalomJmbor Gyuln & Kissn Gera gnes & Vzvri Albertn (2014): Ter-

mszetismeret 5. Mozaik Kiad, Szeged.Fehr Andrea & Jmbor Gyuln & Kissn Gera gnes, Vzvri Albertn

(2014): Termszetismeret 6. Mozaik Kiad, Szeged.

Ajnlott irodalomInhelder, B. & Piaget, J. (1984): A gyermek logikjtl az ifj logikjig.

Akadmiai Kiad, Budapest.

1. FEJEZET

22

1.3. Mrj, szmolj, rendszerezz! Ksrletek fizikarn 78.A rendszerszer fizika tantsa az ltalnos iskola 78. osztlyban

valsul meg. A tanulk letkori sajtossgaihoz igazodva a kt v tan-anyaga tartalmazza a mechanikt, htant, elektromossgot s mgneses-sget, belertve a fnytant. Els lpsknt a tanulk rendszerezik ismere-teiket az anyag bels szerkezete, valamint a testek mrhet tulajdonsgai-val kapcsolatosan. A diffzi jelensg s Brown-mozgs segtsgvel al-tmasztjk az anyag rszecske, ms nven korpuszkulris szerkezett.

Az alapvet klcsnhatsokrl szerzett korbbi ismereteket gyszintnsszefoglalja, rendszerezi s kibvti a tanknyv. Cltudatosan vannakcsoportostva a mechanikai s termikus, valamint a gravitcis, elektro-mos s mgneses klcsnhatsok (Bonifert 2009). Hiszen, mg az elscsoportba tartoz klcsnhatsok sorn a testeknek rintkeznik kell egy-mssal, addig a msik csoport klcsnhatsaiban rsztvev testek mezltal fejtik ki hatsukat. A kinematikai ismereteket a legfontosabb defin-cikkal vezetik be a tanknyvrk. Ilyenek a halad s forg mozgs, p-lya, t, elmozduls. Az egyenletes mozgst trgyalva a sebessg fogalmtszban s kplet formjban is definiljk. A tanulkkal a m/s s a km/hkztti sszefggseket is megrtetik. A test mozgst t-id s sebessg-id koordinta-rendszerben brzoljk. A dikok megrtik, hogy a v-tgrafikonon a gyorsabb test mozgst meredekebb egyenes mutatja. St, ameredeksg mrtke alapjn a sebessgeket egymshoz viszonytani ismegtanuljk (12. bra).

1. bra 2. bra

A dinamika alapjainak trgyalsa Newton trvnyeinek, illetve a leg-ismertebb erfajtk ismertetsre sszpontosul. A tehetetlensg trvnyes az inerciarendszer definilsa igen logikusan valsul meg nhny l-

AKTV TANULS

23

psben. A kiindulsi pont a klcsnhats. Ha nincs klcsnhats, akkor atest mozgsllapota nem vltozik. De ez csak az inerciarendszerre igaz. Ittmindenkpp rdemes lenne megemlteni a htkznapokbl ismert gyor-sul rendszereket: fkez vagy kanyarod autkat. Ha viszont van kl-csnhats, akkor a mozgsllapot-vltozs mrtke fgg a test tehetetlen-sgtl, tmegtl (3. bra). Ezzel a megkzeltssel mr el is ksz-tettk Newton II. trvnyt.

3. bra

A tmeg, mint a tehetetlensg mrtknek definilsa ltalban prob-lmamentes szokott lenni. Az sem okoz nehzsget a tanulknak, hamegismerik s megklnbztetik a tmegmrs dinamikai s sztatikaimdszert. Szmukra elg egyrtelm, hogy a gyakorlatban melyik azelterjedtebb mdszer s mirt.

Newton II. trvnyt a tanulk kvalitatvan ismerik meg, tulajdonkp-pen nem is nevezik nevn a trvnyt. Lersa az er definilst szolglja.Egyben elkszti a gravitcis er s a test slynak kiszmtst is. gy atanulk knnyen megrtik, mirt 10 N a slya az 1 kg tmeg nyugv test-nek. Az altmaszts, illetve a felfggeszts ltvnyosan megmagyarzzami a kzs s mi a klnbsg gravitcis er s sly kztt (4. bra).

4. bra 5. bra 6. bra

1. FEJEZET

24

A rugs ermr hasznlatra pl Newton III. trvnynek bemutat-sa. Itt viszont nyomatkosan ki kell hangslyozni, hogy az ellener nagy-sga megegyezik az er nagysgval (5. bra). Tbb ves tapasztalat aztmutatja, hogy a tanulk zme hajlamos azt felttelezni, hogy az ellener-nek nagyobbnak kell lennie, mint az ernek. Igen logikusan, az er-ellen-er trgyalst az erk egyttes hatsnak elemzse kveti. Azt is mond-hatnnk, hogy ez a szuperpozci elvnek s a dinamika alaptrvnynekegyttes, kvalitatv ismertetse. Egyszer ksrletekkel rtetik meg a di-kokkal a tanknyv szerzi, hogy a kt azonos nagysg, ellenttes irnyer hatsra a test sebessge lland vagy zrus (6. bra).

A nyoms trgyalst az anyag hrom halmazllapota esetben kln-kln rdemes levezetni. A legegyszerbb eset a szilrd testek ltal kifej-tett nyoms. A tanulk knnyen ki tudjk szmolni egy szablyos testslyt (nyomerejt) s ez alapjn a kifejtett nyomst. A folyadkok ese-tben is ezt a logikt kveti a tananyag: szablyos alak ednybe tltttfolyadk trfogata tmege slya nyomsa sorozatos szmts alap-jn a tanulk knnyen megrtik a hidrosztatikai nyoms lnyegt. Ha ahidrosztatikai nyoms kplett nem is vezetik le, de ksrleti ton knnyigazolni, hogy a folyadk nyomsa egyenes arnyban van a srsgvels a rtegvastagsgval (78. bra).

7. bra 8. bra 9. bra 10. bra

A hidrosztatikai nyoms egyik fontos kvetkezmnye a felhajt erltrejtte. Egy szemlltet ksrlettel mutatjk be, hogy a folyadkbaeresztett testre felhajter hat, aminek nagysga megegyezik a kiszortottfolyadk slyval (910. bra).

Az energia fogalmnak bevezetse a klcsnhats ok-okozati ssze-fggseinek feltrsra pl. Mg korbban csak a klcsnhats sornvgbement vltozsokat vizsgltk a szerzk, itt az energival kapcsolato-san mr a testek vltoztat kpessgt elemzik. Ez azt jelenti, hogy egyklcsnhats sorn az egyik test leadja az energit, mg a msik felveszi.

AKTV TANULS

25

s meg is fogalmaztuk az energiamegmarads trvnyt. Nhny energia-fajtt a tanknyv meg is nevez: mozgsi, rugalmas, bels.

A munkavgzs s a munka fogalmnak ismertetse a lehet legegy-szerbben, de a httrben mly fizikai tartalommal br mdszerrel trt-nik: srldsi munkval nveljk a test bels energijt (hmrsklett)(11. bra). Hidegben ezt mr vods korban alkalmazzk a gyerekek ke-zk felmelegtsre. A lnyeg, hogy a tanulk megrtik: a munkavgzsegyenl az energiavltozssal (12. bra).

11. bra 12. bra

A 7. osztlyos fizika utols tmakre a htani jelensgek ismertetsvelfoglalkozik. A hterjeds hrom formjnak bemutatsval egyttal tuda-tostjk, a dikokkal hogyan lehet e jelensgek elnyeit ersteni, a nega-tvumokat pedig mrskelni. A klnbz halmazllapot anyagok ht-gulsnak elemzse a htkznapi tapasztalatokra, valamint nhny egy-szer ksrletre pl. A jelensg kvalitatv lersa teljesen korrekt, szinte akpleteket oda lehet kpzelni. A halmazllapot-vltozsok megfogalmaz-snl a grafikonok elemzse sokat segt, hisz leolvashat, hogy a melegtsellenre az anyag hmrsklete nem n. Ilyenkor igen hasznos megbeszlni atanulkkal, hogy olvadskor vagy forrskor a grafikon vzszintes szakasznmely ponton milyen arnyban van a vz-jg, vagy a vz-gz keverk.

A 8. osztlyos fizika tananyaga az elektromossgtant s a fnytant lelifel (Bonifert 2006). Mindkt fejezet elssorban a gyakorlati tapasztalatokttekintsre s sszefoglalsra pt, valamint a tanulk letkori sajtos-sgaihoz igazodva feltrja e gyakorlati ismeretek elmleti httert. gy azelektromos jelensgek trgyalsa a molekula s az atom szerkezetnekismertetsvel indul. A tanulkban tudatosul az elemi tltsek ltezse sazok fbb tulajdonsgai: a proton helyzetktttsge s az elektron mozg-

1. FEJEZET

26

konysga (szabad elektronok ltezse). Ez alapjn mindenkpp megrdemelegy magyarzatot az a tny, hogy a pozitv tlts testet mirt elektron-hinnyal jellemezzk s nem protontbblettel. Az elektromos ram feje-zetnek tantsakor szleskr lehetsgek nylnak a tanuli ksrletezs-re. Klnbz eszkzkszletek llnak a tanr rendelkezsre, hogy begya-koroltassa a dikokkal az egyszer ramkrk sszeszerelst (1314. b-ra). A tanulknak tapasztalatot kell szerezni a soros s prhuzamos kap-csols ltrehozsban, az ampermr s a voltmr ramkrbe trtnbekapcsolsban. Ezek a tapasztalatok nagymrtkben hozzjrulnak aklnbz kapcsolsok tulajdonsgainak megismershez.

13. bra 14. bra

Az elektromgneses indukci tmakr ismeretanyagnak tlnyom r-szt ksrletekkel be lehet mutatni (1516. bra). A ksrleti tapasztalato-kat csekly tanri tmutatssal maguk a dikok is ssze tudjk foglalni.Ez kpezheti is a tananyag elmleti rszt. Kln rdemes kihangslyoz-ni, hogy a vltoz mgneses mez ltrehozsnak technikailag a legegy-szerbb megoldsa a tengelye krl forg mgnes (17. bra). Ezrt a ge-nertorok, dinamk s az aggregtorok ramfejlesztse a forgmozgsrapl, aminek kvetkezmnye az, hogy vltakoz ramot fejlesztenek.

15. bra 16. bra

AKTV TANULS

27

sszessgben a vltakoz ram ellltst, szlltst s felhasznl-st bemutat fejezet kiemelked jelentsggel br a tanulk mszakiszemlletnek kialaktsban, erstsben (18. bra). Nem csak a ht-kznapokban hasznlt elektromos eszkzk mkdsi elvt s gyakorlatiszerept ismerik meg, hanem az elektromos energia ellltsnak, szl-ltsnak s felhasznlsnak rendszert is. Mind e mellett a tanknyvgyakorlati utastsokkal ltja el a tanulkat az elektromos ram biztons-gos felhasznlsa rdekben.

17. bra 18. bra

A 8. osztlyos fizika utols nagy fejezete a fnytannal foglalkozik. Afny tulajdonsgai bemutatsakor igen fontos tudomnyos szempontokkerlnek eltrbe. A tanulk mr itt szembeslnek az anyag ketts term-szetvel: megismerik a fotont, mint a fny parnyi rszecskjt, msrszta foton egy olyan rszecske, amelyben az elektromos s a mgneses mezfolytonos egymsba alakulsa megy vgbe. A dikoknak egyrtelmenmeg kell rteni a fny legfontosabb tulajdonsgt, hogy rszecski a fo-tonok energit szlltanak s klcsnhatsra kpesek. A fny sugropti-kai tulajdonsgainak elemzse a fnyvisszaverds s a fnytrs trv-nyeire pl. A kpalkots begyakorolsa a tanulk absztrakt gondolkod-st, illetve geometriai szerkesztsekben val jrtassgukat fejleszti. Holotta kpszerkeszts elve igen egyszer, mgis nagyon sok tanulnak jelentsproblmt okoz. Azt mg megtanuljk, hogy egy pontbl kt tetszlegessugarat kell indtani a tkrre (lencsre) s alkalmazni kell a fnyvissza-verds (fnytrs) trvnyt: ahol a visszavert (megtrt) sugarak, vagyazok meghosszabbtsai metszik egymst, ott lesz a pont tkrkpe (19.bra). De a rutinszer alkalmazshoz sok gyakorlsra van szksg.

1. FEJEZET

28

19. bra

A hullmoptika kevsb jelenik meg a tananyagban, de fontos ismere-teket tartalmaz. Megfogalmazza a fehr fny sszetett tulajdonsgt. gy atanulk szmra tudomnyosan is megalapozza a tanknyv, mirt ltjuk aszivrvnyt, vagy mirt ltunk szivrvnykpet a cd-rl visszavert fehrfny esetben. De azt is megrtik, mirt ltjuk sznesnek a minket krl-vev testeket. Nhny mondatban a sznkevers titkait is felfedi a tan-knyv. Br nagyon sok dik mr megtapasztalta a sznkeverst klnbzszmtgpes programok alkalmazsa sorn.

Felhasznlt irodalomBonifert Domonkosn & Halsz Tibor & Kvesdi Katalin & Miskolczi

Jzsefn & Molnr Gyrgyn & Ss Katalin (2009): Fizika 7. MozaikKiad, Szeged.

Bonifert Domonkosn & Halsz Tibor & Kvesdi Katalin & MiskolcziJzsefn & Molnr Gyrgyn & Ss Katalin (2006): Fizika 8. MozaikKiad, Szeged.

Ajnlott irodalomDobn Tarai va (2004): Gyermektudomnyos elmletek az gssel kap-

csolatban. Kzpiskolai Kmiai Lapok, 31 (2), 186194.

AKTV TANULS

29

1.4. Ksrletek s feladatok gimnazistknak2012-ben letbe lpett az j NAT, ami ellenttben a 78. osztlyos fi-

zikatantssal mr rintette a gimnziumi fizikaoktatst is. A 2012/13-astanvtl a 9. vfolyamtl kezdden felmen rendszerben a fizikt az jkvetelmnyeknek megfelelen tantjk. Ez a vltozs egy rgi hinyos-sgot ptol: 9. vfolyamon trgyalja a folyadkok s gzok mechanikjt.A korbbi kzpiskolai tantervekbl ez a fejezet kimaradt.

A 9. osztlyos fizika felptse kveti a klasszikus struktrt: kinema-tika dinamika munka, energia folyadkok s gzok mechanikja(Csajgi 2014). Bevezetsknt a tananyag egy ttekintst (sszefoglalst)ad a ksrletrl, a mrsrl, a fizikai mennyisgekrl s a mrtkegys-gekrl. A kinematika fejezet szerkezete nem tr el a megszokottl: alap-fogalmak ismertetse, egyenletes mozgs, vltoz mozgs, hajtsok,krmozgs.

Az egyenletes krmozgs tantsa mindig is komoly kihvst jelentett afizikatanr szmra. Pedig a kr- s forgmozgs jelenlte a htkznap-jainkban igen szmottev. Gondoljunk csak az aut motorjt vagy a cent-rifugt jellemz fordulatszmra. De mg egyszerbb, ha az id mlst aFld forgshoz vagy keringshez viszonytjuk. Ennek ellenre a sok jfogalom (szgelforduls, peridusid, fordulatszm, kerleti sebessg,szgsebessg) s a mrtkegysgeik ismertetse a tanulkkal egy leck-ben (1 ra alatt) nehz feladat. Els lpsknt a szgelforduls fontoss-gt clszer kiemelni. Egyszer pldval illusztrlnm: egy karra s egytoronyra perc mutatjnak a vgpontja negyedra alatt klnbz utattesz meg, de mindkett 90-os szgelfordulst tesz meg. A msik fontoselem a radin fogalmnak a bevezetse. Ha a dikok megrtik, hogy egyteljes krfordulshoz mirt 6,28 radin szgelforduls tartozik, akkor megis alapoztuk az egyenletes krmozgs kinematikai lerst. Ettl a ponttlmr knnyebb lesz a tovbblps.

A dinamika trgyalsa Newton trvnyeinek ismertetsvel kezddik.A trvnyek lersban j megkzeltseket lehet felfedezni. gy, a tmegfogalmnak bevezetse azon alapul, hogy a testre hat er nagysga s atest gyorsulsnak nagysga kztt egyenes arnyos sszefggs van. Ezalapjn a testre meghatrozott F/a hnyados llandsga jellemzi a testegyik legfbb tulajdonsgt a tehetetlensgt, melynek mrtke a t-meg.

1. FEJEZET

30

Egy msik vltozs a dinamika alaptrvnyeinek lersban a lendletfogalmnak s a lendletmegmarads trvnynek bevezetsnek helye atananyagban. Mg korbban a lendletvltozsra plt Newton II. trv-nye, addig az j tananyagban Newton III. trvnye alapjn vezetik le a len-dletvltozst, a lendlet defincijt s a lendletmegmarads trvnyt.

A termszetben elfordul legismertebb erfajtk tanulmnyozsa adinamika igen fontos szegmenst kpezi. Fontos, hogy a tanulk tisztbanlegyenek ezen erfajtk termszetvel s szerepkkel a test (testek) moz-gatsban. Csak gy fogjk tudni helyesen alkalmazni az ertrvnyeketkonkrt esetekben s felrni a mozgsegyenletet. Egyik leggyakrabbanfellp er a nehzsgi er s a slyer (a sly). pp ezrt a test slynakvltozst gyorsul rendszerben clszer lenne egy liftben trtn mozg-sa sorn vizsglni, nem egy ktlen msz ember esetben (ahogyan ez akidolgozott feladatban lthat). Nehz elkpzelni az ember gyorsulstktlmszs kzben. Nem beszlve arrl, hogy szinte minden dik tapasz-talta slynak vltozst gyorsul liftben.

Pozitvumknt kell megemlteni, hogy Hooke-trvny ismertetsekor amegnylst vektornak tekintik a szerzk. Ezzel egyrtelmen megmagya-rzhat a kpletben szerepl negatv eljel. Amit viszont tlzsnak kelltekinteni, az a lejtn mozg test lersa trigonometrikus fggvnyek al-kalmazsval. Egy 9. osztlyos tanulnak ennek megrtse komoly neh-zsget jelent.

Az egyenletes krmozgs dinamikjt vizsglva a tanulk knnyenmegrtik a centripetlis er szerept ennek a mozgsfajtnak a fenntart-sban. A tananyag arra is kitr, hogy ennek az ernek a szerept klnb-z erfajtk tlthetik be: tapadsi er, knyszerer, gravitcis er. Saj-nos, a htkznapokbl jl ismert centrifuglis er magyarzatval a tan-knyv ads marad. Ezzel ellenttben, a szilrd testek rugalmas alakvlto-zsait rszletesen bemutatja a tanknyv. Ha a nyjtst, ami Hooke-tr-vny egy bonyolultabb vltozatval elmagyarzhat, mg meg is rtik adikok, de a lehajlst, nyrst, csavarst a tanknyvben lert sszetettkpletek s brk alapjn elmagyarzni nem knny feladat.

A munka, energia, teljestmny tmakrket ismertet fejezet kellalapossggal trja fel a fogalmakat. A munkavgzs lersnl a tanknyvrszletezi az er s az elmozduls klnbz irnyainak a lehetsgt. Amunka grafikonos brzolsa alapjn rvezeti a tanulkat a linerisan vl-

AKTV TANULS

31

toz er munkjnak kiszmtsra, ami nagy segtsget nyjt a fesztsimunka meghatrozsnl.

A fejezet az egyszer gpek gyakorlati hasznlatnak elemzse zrja.A munkavgzs s energiavltozsok lersnak ez egy igen logikus lez-rsa. A dikok egy letre megtanuljk s a gyakorlatban alkalmazni tud-jk majd azt a szablyt, hogy brmilyen egyszer gp hasznlatval azerkifejtsben nyerhetnk, de a munkavgzsben nem.

A 9. osztlyos fizikt a folyadkok s gzok mechanikjnak tananya-ga zrja le. A fejezet megjelense a tananyagban egy rgi elvrsnak teszeleget. Ennek megfelelen a fejezet tartalma kell alapossggal lett ki-munklva: mind a sztatikai, mind a dinamikai tulajdonsgok lersa jelenvan a tanknyvben. A testek szsa, merlse vagy lebegse a felhajters a slyer sszevetse alapjn hatrozhat meg. A folyadkba merltestre hat felhajtert a tanknyv a testre alulrl s fellrl hat nyom-erk klnbzeteknt definilja. A tanulk szmra egyrtelm, hogy afelhajter, mint vektor fgglegesen felfel mutat, de nem tntettk felegyetlen egy brn sem az ert, sem annak tmadspontjt.

A hidro- s aerodinamikai tananyag a Bernoulli-trvny s alkalmaz-sa kr pl. Ennek legismertebb esete a replgp szrnyaira hat aero-dinamikai felhajter. Errl az errl egy rszletes lerst tartalmaz a lec-ke, de sokkal hatsosabb lett volna egy brt mellkelni. Az aerodinamikamindenki ltal tapasztalt leggyakoribb jelensge a kzegellenlls. Ennekismertetse tkerlt ebbe a fejezetbe az ertanbl s kln leckt lel fel.Ez lehetv tette, hogy a kzegellenllsnak nem csak a htrnyait, ha-nem elnyeit is bemutassa a tanknyv. Sajnos, egyik legelterjedtebb al-kalmazsa a kzeg-ellenllsi ernek az ejternyzs lersa nem kapotthelyet a tanknyvben.

A 10. osztlyos elektrosztatika fejezet felptse mondhatni, szinte lec-krl leckre azonos, mint a korbbi vekben volt (Dgen 2014). Az elt-rsek minimlisak, s els sorban abban rzkelhetek, hogy a tanknyvterjedelmnek nvekedse sorn tbb ksrleti illusztrci, fizikatrtnetis gyakorlati hasznostsi lers kapott helyet.

Az elektromos mez munkjnak levezetse is egy kicsit bonyolultrasikeredett. Azt hiszem, a legtbb tanr beri az ervonalakkal prhuzamostltsmozgs elemzsvel, nem taglaljk a bonyolultabb ferde mozgsesett. Az ervonalakra merleges mozgs esetben magtl addik a z-

1. FEJEZET

32

rus munkavgzs. Itt mindenkpp rdemes prhuzamot vonni a homogngravitcis s elektromos mezk matematikai lersnak hasonlsga kztt.

Az elektromos ram fogalmnak kialaktsakor mindig felvetdik azram folysnak s az elektronok mozgsnak ellenttes irnya, amitgyakran tudomnyon belli megllapodssal magyarznak. Ebben azesetben a legegyszerbb, ahogyan ezt a tanknyv is megtette, fizikatrt-neti esemnyekkel indokolni ezt a kettssget s clszer kiemelni, mi-lyen nehz lenne ezen a furcsasgon vltoztatni (ahogyan szinte lehetetlenAngliban ttrni a jobboldali kzlekedsre).

Az egyenram tmakrnek egyik legfontosabb fogalma az ellenllsketts jelentsggel br. Ezt a tananyag aprlkosan krlrja, hozzjrul-va a tanulk mszaki szemlletnek kimunklshoz. Hiszen, az tlagem-ber nem is gondolja, hogy naponta hnyszor rinti meg az ellenllst,mint elektrotechnikai alkatrszt (mondjuk, a hanger szablyozsakor).Viszont, az ellenlls, mint fizikai mennyisg, mely az anyag azon tulaj-donsgt jellemzi, hogy akadlyozza a rajta thalad tlts mozgst tbbfigyelmet rdemelne: definci szintre kellene emelni a tananyagban. Afeszltsg s az ram hnyadosa csak ez ellenlls kiszmtsnak mdja,nem meghatrozsa.

A 10. osztlyos tanknyvbe a mgnessgbl csak a termszetes mg-nesek s az elektromos ram mgneses mezje, valamint a Lorentz-erkerlt be az j NAT szerint. Ez mindssze hrom lecke. A mgneses me-z tudomnyos vizsglatra a jl bevlt irnyt helyett magnetomterthasznlunk. Ennek oka a tanulk szmra mindig is egy nehezen rtel-mezhet feladat volt. Az j tanknyv, a korbbiakkal ellenttben kellrszletessggel indokolja, hogy a magnetomter nem csak a mez irnyt,hanem a nagysgt is kpes meghatrozni.

A htani folyamatok tanulmnyozsra kt fejezetet szn a tanknyv.Az elsben a szilrd testek s a folyadkok htgulst, valamint a gzokllapotvltozsait vizsglja a tananyag, mg a msodik fejezetben a mole-kulris helmletet tanulmnyozza. A bevezet leckben a hmrskletrls hmennyisgekrl tanultakat foglaljk ssze a dikok szmra. Itt kerlbevezetsre a Kelvin-skla. Sajnos, az abszolt nullapont ltezsnek az in-dokolsra csak ksbb kerl sor. Pedig a tanulk mr rendelkeznek any-nyi ismerettel, hogy megrtsk, mirt is van als hatra a hmrskletnek.

A gzok llapotvltozsa a tanrok szmra egy hls tmakr. . A ta-nulk mr rendelkeznek olyan tapasztalatokkal, hogyan zajlanak a term-

AKTV TANULS

33

szetben ezek a jelensgek. Egyszer ksrleteket is knny bemutatni.Elg egy lezrt, de res PET palackot kitenni az ablakba (a hidegre), s azsszehzdsa mris igazolja Gay-Lussac I trvnyt. Vagy egy lggmbsszenyomsval igazolhatjuk Boyle-Mariotte trvnyt. A tanknyv isszmos fizikatrtneti, illetve egyszer eszkzkkel megvalsthat k-srleti pldt emlt. Az egyestett gztrvny lersnl a tananyag, a ko-rbbi szoksoktl eltren, a kpletnek azt a vltozatt is bemutatja,amely figyelembe veszi a gz tmegnek vltozst is.

A molekulris helmlet bevezetse az j tanknyvben egy sajtosmegoldssal trtnik. Az idelis gz nyomsnak kinetikus kpletbllevezetsre kerl a Boltzmann-lland s az egy molekulra jut tlagosmozgsi energia. Ennek az sszefggsnek a szerepe a tanulk tudom-nyos szemlletnek formlsban tlt be fontos szerepet. Hisz egyrtel-men kimutatja, hogy amit mi hmrskletknt rzkelnk, az a rszecs-kk esetben csak nagyobb mozgsi energit, vagyis sebessget jelent. Ittclszer megjegyezni azt is, hogy hmrskletrl beszlni csak rszecs-kk sokasga esetben lehetsges, egy rszecsknek nincs hmrsklete.

A 11. osztlyos fizika tartalmt a rezgsek s hullmok (mind mecha-nikai, mind elektromgneses), a fnytan, az atom- s magfizika, valaminta csillagszat alkotjk (Dgen s Elblinger 2014). A mechanikai rezgseks hullmok tanulmnyozsnak elfelttele a dikok rszrl a trigono-metriai felkszltsg. Ez csak 10. vfolyam vgre valsul meg, de mggy is sok tanul bizonytalan a szgfggvnyek hasznlatban. A harmo-nikus rezgmozgs tanulmnyozsnak alapja a krmozgs lersa. A ktmozgsfajta kztti sszefggs megrtse nem egyszer feladat a dikokszmra. De nagyon sok szmtgpes szimulci tallhat az interneten,amelyek hatsosan feltrjk a kt mozgs kztti azonossgot. Egyrtel-mv vlik, hogy egy krelfordulsnak egy teljes rezgs (hullm) felelmeg, s mind ez egy peridus alatt trtnik. Vagyis a szgelforduls s azid mlsa kztt egyenes arnyossg ll fenn. A kitrs (sebessg, gyor-suls) s az id (szgelforduls) kztt viszont, trigonometrikus, azazszinuszos vagy koszinuszos fggvny.

Az elektromgneses indukci ismertetse szles kr lehetsget nyjta tanr szmra ksrletek bemutatsa tern. Azok a kollgt, akik nemzrkznak el az e fajta tevkenysgtl, jl tudjk, hogy a tmakrhz kap-csold ksrletek szinte hibamentesen vgezhetek el. Mind a nyugalmi,mind a mozgsi indukci, de az nindukci jelensgnek ksrleti elem-

1. FEJEZET

34

zse s a tapasztalatok elmleti sszefoglalsa mr teljes mrtkben lefedia tananyagot. gy a tanulk trezhetik a kutats, felfedezs rmeit.

Az elektromgneses indukci gyakorlati alkalmazsnak a fontossgtmi sem jelzi pontosabban, mint az, hogy ez a jelensg az alapja a vltako-z ram ellltsnak s az elektromos hlzat ltezsnek. Amit tisztz-ni kell a tanulkkal, az annak a krdsnek a megvlaszolsa, hogy mirtvltakoz ram a hlzat s nem egyenram? A vltakoz feszltsgjellemzse mr knnyebb a dikok szmra, hiszen matematikai lersanem tr el a rezgmozgs s a hullmmozgs lerstl. Ami viszont a ta-pasztalat szerint nehzsget fog jelenteni az tlag tanulknak, az akapacitv s induktv ellenllst tartalmaz vltakoz ramkr tanulm-nyozsa.

Az elektromgneses rezgsek s hullmok ismertetsekor kiemelt fi-gyelmet rdemes fordtani az elektromgneses hullmok sznkpnekelemzsre. A hullmok egyes csoportjaival kln-kln mr tallkoztaka dikok (mikrohullm, UV-sugarak, rntgensugrzs, lthat fny stb.),de csak most tudatosul bennk, hogy ezek a hullmok azonos szerkezet-ek, csak ms-ms hullmhosszal rendelkeznek.

Az fnytani jelensgek trgyalsa felleli mind a sugroptikt (geo-metriai fnytan), mind a hullmoptikt (fizikai fnytan). Az j tankny-vekben egyrtelmen lthat a tananyag tartalmi eltoldsa a geometriaifnytan irnyba. Az atom- s magfizika tananyagnak megrtse j gon-dolkodsmdot ignyel a tanulktl. A makrovilg tanulmnyozsbl amikrovilg megismersbe trtn tmenet nem csak a mretben, tmeg-ben, tltsben stb. parnyi rtkekhez val igazodst jelenti, hanem egyszemlletbeli tllst is ignyel. A modern fizikt ler trvnyek egyfellrplnek a klasszikus fizika elmleteire, msfell jelentsen eltrnek atanulk ltl korbban megismert elvektl. Ezzel a tanknyvrk is tiszt-ban voltak, ezrt lpsrl lpsre vezetik be a dikokat a kvantumfizikarejtelmeibe, aprlkosan s rszletesen elmagyarzva az j fogalmakat.

Az atom szerkezetnek ismertetse a fizikatrtnetisg elvt kveti: azkori atommodelltl a Thomson- s Rutherford-fle atommodellen t aBohr atommodellig. Br a Bohr-posztultumok megfogalmazsa kiss k-rlmnyesre sikeredett (a kt alapfelvetsbl a szerzk hrmat alkottak),sszessgben a dikok szmra tlthat s rthet a tananyag. Nem ter-heli ket, pldul az atom hullmmodelljvel. St, biztosan lesznek olyankollgk is, akik a tanknyvbl kimaradt de Broglie-sszefggsek alap-

AKTV TANULS

35

jn az elemi rszecskkhez rendelhet hullmhossz szmtsokat is v-geztetnek a dikokkal.

A magfizika tananyagnak tartalma az atomenergia ellltsa s fel-hasznlsa kr csoportosul. Mr a bevezet leckkben is a tanknyvszerzi kiemelt figyelmet fordtanak az olyan meghatroz fogalmakra,mint a tmeghiny (tmegdefektus), ktsi energia, radioaktivits, bomlsisorok, maghasads. Nhny nehzks fogalom ismertetse, mint pldulaz egy nukleonra jut ktsi energia, viszont kimaradt a fejezetbl. gy atanulk szmra egy elmletileg kellen megalapozott, de jl rtelmezhe-t, technikai orientltsg tananyag ll rendelkezsre.

A jvnket illeten, az energiabiztonsg megteremtst a tudomny, sezzel egytt a tanknyv szerzi is a fzis energiatermelsben ltjk. En-nek megfelelen kell rszletessggel ismertetika fzis erm felpt-snek elvt, megvalstsnak perspektvit. gy a tanulk kpet kapnakarrl, hogy a fizika irnt elktelezettek kzl kerlnek ki azok a tudsok,mrnkk, akik a szzadunk kzepre indthatjk be az els ipari fzisermvet s szinte korltlan energiaforrshoz juttatjk az emberisget.

Felhasznlt irodalom

Csajgi Sndor & Dr. Flp Ferenc (2014): Fizika 9. Nemzedkek Tud-sa Tanknyvkiad Zrt.

Dgen Csaba & Pda Lszl & Urbn Jnos (2014): Fizika 10. Nemzed-kek Tudsa Tanknyvkiad Zrt.

Dgen Csaba & Elblinger Ferenc & Simon Pter (2014): Fizika 11. Nem-zedkek Tudsa Tanknyvkiad Zrt.

Ajnlott irodalomKorom Erzsbet (1997): Naiv elmletek s tvkpzetek a termszettudo-

mnyos fogalmak tantsban. Magyar Pedaggia, 97 (1), 1941.

1. FEJEZET

36

1.5. Ez az n projektemA projektmdszer megszletse a 20. szzad eleji amerikai reformpe-

daggusok, Dewey s Kilpatrick nevhez fzdik. A mdszer jelentsgeabban van, hogy a gyerekek tapasztalataira pt, amely a tanuls legfonto-sabb forrsa. Ugyanakkor, ahogy a gyerekek belpnek az iskolba, meg-sznik a vilg komplexitsa. Megjelennek a tantrgyak, amelyek kln-kln tartalmazzk az ismeretanyagokat, csak nha kapcsoldnak ssze,azaz hinyzik a tantrgyak kztti kapcsolat. A rgimdi nevels jellem-z hibi, a tananyag passzv elfogadsa, a gyerekek mechanikai ssze-zsfolsa s az anyag s a mdszer tlsgos uniformizlsa. Mindez rvi-den abban foglalhat ssze, hogy a slypont a gyermek krn kvl esik(Dewey 1912). Dewey meg akarta vltoztatni ezt az elkpzelst az 1896-ban Chicagban megnyitott ksrleti iskoljban. Az iskoljban a vilgsszefgg, a tananyag integrltan tervezett. A tanulnival mennyisgetaln kevesebb, mint a hagyomnyos iskolban, de minsgileg rtke-sebb s egysgesebb vilgkpet nyjt. Ez egy olyan talakuls, forra-dalom, amely bizonyos tekintetben hasonlatos ahhoz, amikor Copernicusaz gitestek kzppontjv a Fld helyett a Napot tette meg. Ebben azesetben a gyermek lesz a Nap, amely krl a nevels mindennem eszk-zvel forog. ( Dewey 1912).

Ebben az iskolban a tanulk sajt tevkenysgk, tapasztalatszerz-sk alapjn tanultak. Kvetkeztetseiket az iskolban szerzett s a mrmeglv tapasztalataik ltalnostsbl vontk le, megtanultak gondol-kodni. Ez a tanulsi-tantsi mdszer motivl hatssal volt a tanulkra, atanr szerepe csak az irnyts volt. Szerinte a gyerekek motivci nlklnem figyelnek, a motivlsnak a cselekvs a legjobb mdja. gy Deweyiskoljban a tanuls a cselekvsek sora, az iskolban, a tantsi rkon atanulk aktv cselekedtetse dominlt. Dewey pragmatikus filozfijaszerint a gondolkods a gyakorlatbl s a tapasztalat ltal nyer tartalmat.A tanulk a gyakorlati tevkenysg sorn ismerkednek meg a vilg dol-gaival, alaktjk ki rtkeiket, fejlesztik tudsukat, illetve gondolkodsu-kat.

A Dewey pedaggiai elvein alapul projektmdszer elterjedsbennagy szerepe volt W. H. Kilpatrick A projektmdszer cm knyvnek,mely a reformpedaggia egyik legjabb rsa volt. Szerinte gy kell tan-tani a gyerekeket az iskolban, hogy figyelembe kell venni tapasztalatai-kat, kpessgeiket, rdekldsket. Szerinte a projekt minden clvezrelt

AKTV TANULS

37

tapasztalatszerzs, minden clirnyos tevkenysg, amelyben az uralkodelkpzels hatrozza meg a tevkenysg cljt, rendezi el folyamatt sadja motivcis erejt. Hortobgyi Katalin meghatrozsa nmileg cl-ratrbb: A projekt egy sajtos tanulsi egysg, amelynek a kzppont-jban egy problma ll. A feladat nem egyszeren a problma megoldsavagy megvlasztsa, hanem a lehet legtbb vonatkozsnak s sszefg-gsnek a feltrsa, amely a val vilgban az adott problmhoz organi-kusan kapcsoldik. (Hortobgyi 1991)

A projektmdszer defincija nem kialakult, de ltalban elfogadotttny, hogy nemcsak egy tanulsi technika, pedaggiai mdszer, hanem atanulk szemlyisgfejlesztsnek, illetve nevelsnek egy sajtos, igenhatkony eszkze.

Hogyan pl fel egy projekt?A projekt elksztse az albbi lpsekbl ll: tmavlaszts, tervkszts, adatgyjts, a tma feldolgozsa, a termk, produktum sszelltsa, a projekt rtkelse, a termk, produktum bemutatsa (Hegeds 1998).

TmavlasztsA projekt tmjt gy vlasszuk meg, hogy az kapcsoldjon a szkeb-

ben vett tananyaghoz s a tanknyvben szerepl ismeretekhez. A tartalmakthet legyen a tantervhez, ugyanakkor tlmutathat az elsajttand tan-anyagon. A tma megvlasztst bzzuk a tanulkra, az rdekldsi k-rknek, letkori sajtossguknak megfelelnek kell lennie. Legfeljebbtletet, javaslatot adjunk. Lehet egy adott fizika tma, mely csak erre aszaktudomnyra pl, lehet komplexebb, mely tlel tbb szaktudomnyt.Lehet elmleti tmj, de lehet gyakorlati, ksrleti, mrsi, esetleg kuta-tsi is. ltalban egy-egy tmt tbb tanul dolgoz fel, de elfordulhatnll tmafeldolgozs is. Elkpzelhet olyan projekt is, amely pl. tbbosztly tanulinak kzs munkja vagy tbb iskola tanulinak sszedol-gozsval kszl.

1. FEJEZET

38

TervksztsA projekt tervt ltalban a tanrral egytt szoks elkszteni, de a f-

szereplk ebben is a tanulk legyenek. Arra figyelnnk kell, hogy mindenrsztvev megtallja benne a neki megfelel, t rdekl feladatot, javas-lataikkal, tleteikkel segtsk a terv elksztst. Mivel a rsztvevk nembiztos, hogy azonos kpessgek lesznek, ezrt gyelni kell arra, hogy akivlasztott vagy kiadott feladat elksztse sikerlmnyt nyjtson min-denkinek.

AdatgyjtsEz a feladat mr nagyobb kihvs el llthatja a tanulkat. Trtnhet

irodalmazssal, mely knyvek, folyiratok ttanulmnyozst jelenthetik,trtnhet elektronikus irodalmak felkutatsval, azok kijegyzetelsvel.Fel kell hvni a figyelmet arra is, hogy minden esetben a knyv, a foly-irat, a cikkek, az internetes oldalak, cikkek cmt, rjnak nevt, a kiadts a kiads vt mindenkppen jegyezzk fel. Erre a kidolgozs sornszksgk lesz. Az adatgyjts trtnhet knyvtrban, esetleg intzetek-ben, intzmnyekben, stb. Ebben a munkban sem szabad a tanulkatmagukra hagyni, segteni, ellenrizni kell ket.

A tma feldolgozsaA projektmunka egyik izgalmas rsze a tma feldolgozsa. Ebben a f-

zisban tulajdonkppen minden tanul a sajt maga ltal sszegyjtttanyagokat, adatokat dolgozza fel sajt elgondolsa szerint. Elvgzik azesetleges mrseket, ksrleteket, az eredmnyeket kirtkelik, utbbittermszetesen lehet szmtgpes program segtsgvel is vgezni. Ter-mszetesen segtsget krhetnek egymstl, tanraiktl, szleiktl fela-datuk minl eredmnyesebb elksztshez. Ha tbb tanul feladata sz-szefgg, akkor azt rdemes kzsen feldolgozni. gy hatkonyabb leszmunkjuk, jobban tudjk egymst sztnzni, tanulnak egymstl.

A produktum sszelltsaEz a munka a tanulk kzs tevkenysge, a tanr csak segtknt vesz

rszt ebben. A tanulk sszeszerkesztik, logikusan sszedolgozzk sajteredmnyeiket, sajt munkjukat. Segtenek egymsnak. A produktumlehet dolgozat, ismeretterjeszt elads, egy tma ppt-s feldolgozsa, vi-

AKTV TANULS

39

des bemutatsa, mrs-, ksrlet- s annak elvgzse, eredmnyeinekbemutatsa, stb.

Produktum bemutatsaA produktum bemutatsa trtnhet tantsi ra keretn bell, de azon

kvl is. Mindkett jelentsge abban van, hogy a programban rszt nemvev tanulk beleltnak a tbbiek munkjba, tapasztalatot gyjthetnek,krdseket tehetnek fel a program rszvevihez, javaslatokat tehetnek,tletet merthetnek, kedvet kaphatnak hasonl feladatok elvgzshez. Abemutats kzs legyen. Minden tanul ismertesse sajt feladatt, sajteredmnyt, tapasztalatt. A bemutats formja fgg a produktum elbbemltett tartalmtl.

A projekt rtkelseMinden rsztvev rtkeli sajt tevkenysgt, eredmnyt, majd a

tbbiek is szljanak hozz egyms munkjhoz, beszmoljhoz. A k-znsg is mondjon vlemnyt az elksztett produktumrl. Ebben az eset-ben lesz kerek egsz a kzsen elvgzett munka. gy fejldik a tanulknrtkelse, emptija, vitakszsge, msok rtkelsnek elfogadsa,esetleges sajt hibjuk felismerse. Vrhatan a projektmunka kzelebbhozza egymshoz a tanulkat.

sszefoglalva a projektmunka igazbl kzs munka, de ugyanakkornll tevkenysg is. Kzs, mert tbb tanul tbbfle tapasztalatbl,tevkenysgbl, megkzeltsbl, illetve tehetsgbl ll ssze a pro-duktum. Ugyanakkor egyni, hiszen a rsztvevk a sajt rdekldsk,tempjuk, elkpzelsk, kpzettsgk alapjn vesznek rszt a kzs mun-kban. Egy j projekt esetn a tanrnak nyitottnak, j partnernek, alkal-mazkodnak, a gyerekek tleteit, javaslatait helyesen mrlegel, elfoga-dnak kell lennie. A projektmunka vllalsa a tanr rszrl sok tbblet-munkt jelent. Ugyanakkor ltva a tanulk lelkesedst, kitart, nzetlens sikeres munkjt, elfeledteti velk a fradtsgos munkt.

Hogyan alkalmazhat a projektmdszer Fizika Szaktborban?A Nyregyhzi Fiskola egykori Fizika- s Kmia Tanszke f szerve-

zje kb. 30 ve a nyri Fizika s Kmia Szaktbornak. 2013 nyarn ktvllalkoz szellem hallgat kiprblta a projektmunkt ebben a tborbanaz egyik fiziks csoporttal. A tanulk a 7. osztlyt vgeztk el abban azvben. A tbori foglalkozson ltaluk mg nem tanult ismereteket sajt-

1. FEJEZET

40

tottak el. gy mg nagyobb kihvst jelentett szmukra s neknk is az jprogram kiprblsa.

Mivel mr az els alkalommal rdekldek voltak a tanulk, ezrt el-hatroztuk, hogy kiprbljuk velk a projektmdszert, s a kooperatvtechnika valamelyik fajtjt.

A tbor els napjnak dlutnjn a szllshelynkn megkrtk a fizi-ks tanulkat, alkossanak hromfs csoportokat, mert ilyen formbanfognak dolgozni egy-egy vlasztott tmn, amelyet a ht folyamn kellfeldolgozniuk. Az utols dlutn pedig beszmolnak az elksztett mun-kjukrl. Szakknyveket, rajzeszkzket, rajzlapokat, illetve internet hoz-zfrst biztostottunk szmukra. A csoportok a tagok kztti munkameg-osztst maguk dntttk el. Elvrsunk volt a folyamatos munka, s min-denki aktv rszvtele a feladat vgrehajtsban. Ezt a tborban ellen-riztk is. Nem volt semmi gond, hiszen a tmk s a feladatok tetszettek agyerekeknek. Az ismers volt szmukra, hogy a fizika tanulshoz infor-mcit gyjtsenek rott- s elektronikus anyagbl, azt viszont jdonsg-knt kezeltk, hogy rajzolgatnak, ragasztgatnak, posztert kszthetnek.

Az albbi tmk kzl vlaszthattak a csoportok:1. Galvnelemek s mkdsk2. Tvcsvek s felfedezsk3. A szivrvny keletkezse4. A villm s vdekezs ellene5. Szent Elmo tze

Nem befolysoltuk a csoportokat a tma kivlasztsban. Ha szksgesvolt, a felmerl krdsekre vlaszoltunk. Ilyen volt, hogy milyen form-ban dolgozzk fel a tmkat? tletknt adtuk: lehet plaktot, posztert k-szteni, lehet rdekes trtnetet eljtszani, rvid eladst tartani, ha tud-nak, ksrleteket elmondani, bemutatni. Kis tanakods utn eldntttk,mely csoport mely feladatot vlasztja. Feldolgoztk a 2. a 4. s az 5. t-mt.

Dlutnonknt szabad idejkben s az esti rkban foglalkoztak a fela-datok megoldsval. Nem sok dolgunk volt, mert a kapott irodalmakbl,s az internet segtsgvel nllan dolgoztak. A tbor utols dlutnjnmind a hrom csoport beszmolt az elvgzett munkrl. A Tvcsvek sfelfedezsk cm tmval kapcsolatban az albbiakat beszltk meg: le-gyen sz a

AKTV TANULS

41

tvcsvek fajtirl, a felfedezkrl, tvcsvek felptsrl, szerkezetrl, alkalmazsairl.

Az ezt a tmt vlaszt csoport egyik tagja eladst tartott a tvcs fel-fedezsrl, fajtirl, alkalmazsrl, az ltaluk ellltott kp tulajdons-gairl, rviden sszefoglalta Galilei s Kepler munkssgt. Posztert k-sztettek az ltaluk megemltett tvcsvekrl, megrajzoltk a nevezetessugrnyalbok segtsgvel azok mkdst, kpet ragasztottak a tud-sokrl s tvcsvkrl.

gyes volt az elad s szp plaktot ksztett a csoport. Megemltet-tk, hogy mg gyjthettek volna informcit a Newton fle tvcsrl,valamint a tkrs tvcsvekrl is.

A Villm s vdekezs ellene cm tmhoz a kvetkezk megemltstvlasztottk a tanulk:

a villm keletkezse, fajti, a villm tulajdonsgai, hatsa az emberi szervezetre, vdekezs ellene.

A msodik csoport is ksztett plaktot. Az eredeti terv minden rsztfeldolgoztk. Rajzot ksztettek, szneztek, ragasztottak, mg Faraday ka-litkt is rajzoltak egy madr vdelmre. A tanulk eladst is tartottak atmrl, s ksztettek egy egyszer Faraday kalitkt, amely mkdtt is.Mivel kicsit hinyos volt az elads, gy kzsen sszefoglaltuk a tmalnyegt, pontostottuk a keletkezs s a lezajls elmlett. Beszlgettnka villmcsaps veszlyeirl, illetve arrl, milyen hatsa lehetsges az em-beri szervezetre. Egytt kitrtnk a villmhrt szerepre is.

A Szent Elmo tze cm tma feldolgozsnl a kvetkezkre gondol-tak a tanulk:

rdekessgek az elnevezsrl, keletkezse s annak magyarzata, elfordulsa.

Mindenki nagy rdekldssel vrta a harmadik csoport bemutatjt,mert Szent Elmo tzrl kevesen hallottak. gyesen sszefoglaltk a ta-nulk a jelensg nvadjrl olvasottakat. k is ksztettek egy plaktot,amelyen feltntettk elkpzelsket, illetve kt kppel illusztrltk a cs-

1. FEJEZET

42

csok kzelben ltrejv kislseket Itt is a tanulkkal kzsen ssze-foglaltuk a jelensg elmlett.

Nagyon lveztk a tanulk a feladat elvgzst, mert ilyet mg nemcsinltak. Szvesen bvrkodtak, ksrleteket, kpeket kerestek, gyesengyjtttk ssze az anyagot a poszterek s az eladsok elksztshez. Abemutatk is jl sikerltek, csak az eladsokat kellett tbb esetben ki-egszteni. Nagyon rltek a gyerekek, hogy az elksztett plaktokat ki-tettk a folyos falra, gy a trsaik is megnzhettk azokat.

Felhasznlt irodalom

Dewey., J. (1912): Az iskola s a trsadalom. Lampel R. Kk. 35.Dewey, J. (1976): A nevels jellege s folyamata. Budapesti Tanknyvki-

ad.Hegeds G. (1998): A projektmdszer elmlete. Kecskemt Hrs Aka-

dmia.Hortobgyi Katalin (szerk.). Projekt kziknyv. IFA-OKI (1991)Hortobgyi Katalin (1991): A projekt mdszer. Iskolakultra, 5.Radnti Katalin, Nahalka Istvn, Por Istvn, Wgner va (2002): A fizi-

katants pedaggija, Nemzeti Tanknyvkiad, Budapest.Szira J.: A projektmdszerrl Oktatskutat s Fejleszt Intzet Tempus

Kzalaptvny mellklete.

Ajnlott irodalomRadnti Katalin & Nahalka Istvn & Por Istvn & Wgner va (2002):

A fizikatants pedaggija. Nemzeti Tanknyvkiad, Budapest.

AKTV TANULS

43

1.6. Kutatsok haladknak (a kutatmdszer alkalmazsai)A kutatmdszer (Inquiry Based Learning) egyike azoknak a mlt sz-

zadban kifejlesztett tanulsszervezsi mdoknak, amelyik ersen pt adikok aktv kzremkdsre (Active Learning).

Az, hogy az egsz oktatsi folyamatot a dikok felfedez tevkenys-gre lehet pteni ersen vitatott, klnsen a kognitv pszicholgia em-beri megismerssel kapcsolatos jabb eredmnyeinek birtokban (Kir-schner 2006).

A dikok nll, vizsgld tevkenysge azonban tagadhatatlanul smindig rsze volt az oktatsnak. Az alapvet ismeretek megtanulsa utna megoldand feladatok s elvgzend mrsi gyakorlatok jelentik a ha-gyomnyos oktatsban azokat a terleteket, ahol a biflzst a kutat szel-lem, kreatv tudsalkalmazsnak kell felvltania. Nem vletlenl mene-kl sok dik az ilyen tevkenysgtl. A kutats akrcsak a minsgitanuls komoly erfesztst ignyl, energiaignyes folyamat (Wiemann2008), amelyhez elengedhetetlen a megfelel motivci meglte. Megfe-lel motivcit jelenthet, ha a kutatsi tma a dikot valban rdekli, fel-kelti a kvncsisgt, esetleg olyan terlethez kapcsoldik, amelyet magais szvesen mvel hobbiknt. Megfelel motivcit jelenthet a kutatssorn megszerezhet s jl eladhat, megbecslt szakrti tuds, vagy akiemelked tuds rvn biztosthat jobb letminsg.

Ha a dikokat kutatsi tevkenysgbe szeretnnk bevonni, akkor n-hny dologra figyelni kell:

Kutatni ltalban megfelel elismeretek birtokban lehet. A kutatseltt a dikoknak bizonyos ismeretekkel, mdszerekkel rendelkeznik kell.

A tanrnak bizonyos mrtkben vezetnie kell a folyamatot (guidedinquiry). A teljesen szabad kutatsra csak kevs dik kpes, alkalmas, brktsgtelenl vannak ilyenek. Ekkor a tanr csak itt-ott szl bele a folya-matba, egy-egy ponton dob fel jabb javaslatokat, mutat meg egy-egyszmolst.

A kutatmdszer alkalmazsa sorn az egyik legnehezebben megszok-hat jdonsg a kvetkez: A hagyomnyos tanr-dik munka sorn atanr ltalban krdez, a dik vlaszolni prbl, s azonnali rtkelstkap. Jl van, gyes vagy! mondja tanr, ha a dik vlasza megfelel atananyagnak. A kutatsi folyamat sorn az azonnali j-rossz visszajelzskerlend, ez lnyegben csrjban folytja el a kutats szellemisgt.

1. FEJEZET

44

Tbb okbl is. Egyrszt azrt kutatunk valamit, mert nem ismerjk, haismernnk, nem kellene kutatni. Msrszt, ha a dik megkapja a j mi-nstst azonnal megsznik kritikusnak lenni sajt tevkenysgvel kap-csolatban. A kritikus gondolkods, a sajt eredmnyek ellenrzsnekignye az ismeretlen terleten jr kutat alapvet sajtossga. Rosszkutatsi eredmny, gondolat pedig lnyegben nincs, s az ilyen minstshamar el is veszi a kutat kedvt. A sikertelen tletek, tves magyarza-tok legalbb annyira elre viszik a kutatst, mint a sikeresek. Minden t-vt feltrsa kzelebb visz a helyes t megtallshoz. Teht a kutatsifolyamatot segt tanr nem rtkel, hanem inkbb krdez: Ha ezt gon-dolod, akkor mi a kvetkez lps? Hogyan tudnd elkpzelsedet ellen-rizni? Ksztenl egy olyan brt, amin ez jobban ltszik? A lelkestbiztatsnak termszetesen mindig helye van a tantsi folyamatban, nbi-zalom nlkl nincs siker.

1. gyakorlat: Figyeljk meg az albbi kpeket, rjk ssze, hogy a kpe-ken milyen rdekessgeket ltnak. Ha van valami, ami felkelti az rdekl-dsket krdezzenek r. Egytt vlasszk ki azokat a krdseket, amelyekalkalmasak lehetnek a kutats elindtsra.

1. bra

AKTV TANULS

45

2. braVajon minden felmerlt krds alkalmas a kutatshoz? Soroljk fel a

j krdsek s a rossz krdsek ismertet jegyeit:

J krds:................................................................................................................................................................................................................................Rossz krds:................................................................................................................................................................................................................................Plda az els gyakorlathoz:................................................................................................................................................................................................................................

Az ingk kpe.Felmerl krdsek: Te alllnl? Hol kszlt a kp? Hogyan lehets-

ges, hogy nem billen le a k, noha nagyon kis helyen tmaszkodik? Tud-nk ilyet csinlni n is? Ha egy kicsit meglknnk, lebillenne? Milyentermszeti folyamatok hozhatnak ltre ilyen alakzatot?

Kzsen megfogalmazhat, kutatsra alkalmas krds: Hol kell egytestet altmasztani, ha azt szeretnnk, hogy ne billenjen le? A krdsnekmindjrt kt irnyban lehet finomtani:

Egy test alakjnak ismeretben mondjuk meg, hol van a keresett pont. Alkalmasan megtervezett ksrletek vgrehajtsval talljuk meg az

altmaszts helyt, esetleg ez alapjn fogalmazzunk meg elmletiszablyt.

1. FEJEZET

46

A kutatmdszer alkalmazsa sorn gyakran nehzsgekbe tkzik afeltett krds teljesen ltalnos esetben val megvlaszolsa. Ha tudunk agyerekeknek hurkaplckat, gyurmt s crnt, mrleget adni, akkorknnyen megvizsglhatak a klnbz slyz alak testek.

2. gyakorlat: Keressenek adatokat, mrsi eredmnyeket az interneten.Knnyen megkereshetk pldul meteorolgiai adatok. Vagy keressk mega klnbz atomok elektron-energiit.

Plda:Az interneten megtallhat a tmegkzppont, a slypont megkeres-

snek egyszer szablya. Clszer a vlaszokat rendezni:1. Mi a klnbsg s azonossg a tmegkzppont s a slypont fo-

galmai kztt?2. Szimmetrikus testek slypontjnak meghatrozsa.3. 1:1 tmegarny slyz, 2:1 tmegarny slyz slypontjnak a

helye.4. Tetszleges test slypontjnak a helye? (Ez utbbi haladknak fel-

tehet krds)A kutatmdszer egyik fontos ismrve a kritikus gondolkods fejlesz-

tsre val trekvs. Ez azt jelenti, hogy a dikoknak meg kell vizsglniaz interneten tallhat vlaszok megbzhatsgt, rthetsgt, illetveamennyire lehet ellenrizni kell az olvasottakat.

3. gyakorlat: lltsanak ssze az asztalon tallt anyagokbl slyz alaktesteket. Mrjk meg, hol kell ezeket felfggeszteni, hogy ne billenjenekle. Hatrozzk meg a felfggeszts helyt 1:1; 1:2, 1:3, 2:3 arny sly-zknl. Mrsi eredmnyeiket foglaljk tblzatba. A mrsi eredm-nyekbl milyen szablyszersg olvashat ki?

A szablyszersg:................................................................................................................................................................................................................................sszhangban van-e ez az elmleti ismeretekkel?................................................................................................................................................................................................................................

A kutatmdszer segtsgvel szervezett tants sorn elszr egyolyan krdst tesznk fel, ami rdekli a gyerekeket, elg konkrt, tartal-

AKTV TANULS

47

maz ismeretlen elemeket, teht alkalmas kiindulpontja a kutatsnak.Utna kvetkezik az j tuds felptse, ami kt rszbl ll. A hinyz in-formcik begyjtsbl s az adatok elemzsbl. A hinyz informci-k begyjtse sorn sor kerlhet ksrleti eszkz, modell megptsre,mrksrletek vgzsre, megfigyelsre, internetes bngszsre, adatb-zisok felhasznlsra.

Sok ves tapasztalatom birtokban mondhatom, a gyerekek tbbsgeleginkbb sajt gondolatainak rabja. Nagyon nehz rvenni ket, hogyutna nzzenek, hogyan oldottk meg az vkhez hasonl vagy ugyanazta problmt msok. Ez a fajta puskzs a kutats sorn nagyon hasznos.Megrteni, meddig s hogyan jutottak el msok, hol van az a pont, aholszksges a tovbblps, ahol a kiraks hinyos lehet.

Az informcik elemzse tblzatok, grafikonok rajzolst, a vltozsitrendek, kapcsolatok felismerst, megfogalmazst, a trsakkal val meg-beszlst jelenti.

Az j tuds fnyben lehet, hogy megvlaszolhat az eredeti krds,m az is lehet, hogy rtelmt veszti, vagy finomtsra szorul.

A kutatmdszer alkalmazsval kapcsolatos nhny problmt fontoslehet mg megemlteni. A kutatsos rn viszonylag kevs j ismeretretesz szert a gyermek. A hagyomnyos oktatsban nagyon sok informcits tnyt kell a dikoknak megjegyeznik, vagy feladat megoldsi eljr-sokat begyakorolniuk. A kutats gyakran ezek rovsra trtnik. rdemesazonban megjegyezni, hogy a kutatsban megedzdtt, nllsghoz scsoportmunkhoz szokott dik vrhatan sokkal jobban fog rvnyeslniegy valdi munkahelyen akkor is, ha kezdetben kevesebb tnyszer isme-rettel rendelkezik, mint trsai. Ezeket ugyanis utbb is megtanulhatja. Akutatsos ra ltalban tbb felkszlst s nagyobb figyelmet ignyel atanrtl, hiszen a gyerekek csoportjai esetleg ms-ms irnyban dolgoz-nak, s csak egy-egy jl elhelyezett megjegyzssel, figyelmes krdsselavatkozhat be a nevel. A diszkusszik sorn azonban megtrl a befek-tets, hiszen az nllan dolgoz dikok sokkal tbbet adnak hozz ma-gukbl az oktatsi folyamathoz, mint passzvan hallgat trsaik.

1. FEJEZET

48

Felhasznlt irodalomKirschner, P. A. & Sweller, J. & Clark, E. (2006): Why Minimal Guid-

ance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure ofConstructivist, Discovery, Problem-Based, Experimental, and Induiry-Based Teaching. Educational Psychologist, 41 (2), 7586.

Wieman, C. (2008): What all instructors should know about learning.http://www.cwsei.ubc.ca/Files/Wieman_talk_Mar2008.pdfLetltve 2015. februr.

Ajnlott irodalom

Freire P. (1970): Pedagogy of the opressed. Herder and Herder, NewYork.

AKTV TANULS

49

1.7. Mrsek szmtgppel, mobiltelefonnal, tablettelA PC megjelense s elterjedse utn szinte azonnal megkezdtk ok-

tatsi cl hasznlatt. A szmtgppel vezrelt fizikai ksrletek vgz-shez a PC-n kvl ltalban szksg volt valamilyen hardveres fejleszts-re. A hardver eszkzk (pldul mechanikus vagy fnykapus stopperek)egy rsze pldul a nyomtatporton kapcsoldhatott a gphez. Mrkr-tya beszerzse utn lehetsg volt feszltsg mrsre, a fnyintenzitsrzkelsre, analg-digitlis konverzira. Voltak, akik a hangkrtythasznltk hasonl clokra, megbtyklve a hozz kapcsold mikrofont,ami gy alkalmass vlt az egyszer fotoellenlls jeleinek rzkelsre,vagy a vltoz mgneses tr rzkelsre.

A szmtstechnikai eszkzk j, okos mrkanvvel illetett gener-cija mr tartalmaz beptett szenzorokat (egy jelenleg mg 150 000 Ft-bakerl drgbb eszkz nem is keveset) s a szenzorok adataihoz val hoz-zfrst, az adatllomnyok mentst lehetv tev programokat is meg-rtk mr. Csak le kell tltennk s installlnunk kell okos, mobil eszk-znkn s kezddhet a vilg felfedezse, a mrs.

1.7.1. A tuds forrsa a mrsA mrs nem foglalta el megfelel helyt a fizika tantsa sorn az el-

mlt vtizedekben. Az iskolai tananyag jelents rszt 3-bets kpletekmegtanulsa alkotja, pl. az Ohm-trvny kapcsn U=R*I. Ez kiss sark-tott megfogalmazs, de azrt nem teljesen indokolatlan. Olvassuk csak ela tanknyvek fejezetvgi sszefoglalit! Mit fognak tartalmazni? Ht akpleteket, vastag bets trvnyeket. A mrsek sorn ezeket kell iga-zolni. Teht mrjk meg a feszltsget: 12V, aztn az ramerssget: 0,5mA. Na, gyerekek, mennyi az ellenlls? Az R=U/I kplet alapjn 2,4kOhm jn ki, ami lm, r is van rva az alkatrszre. Hasonlan el szok-tk vrni, hogy kijjjn az F=m*a kplet s mondjuk a lendlet meg-marads trvnye is, de pontosan. A gyermek aztn meglepdik, amikorrbred arra, hogy egy valdi mrs sorn soha nem jn ki pontosansemmi! J esetben nem veszti el a tudomnyba vetett hitt, hanem meg-ismerkedik a mrsi hiba fogalmval. Minden valdi adatnak van bi-zonytalansga, akr nvleges adat, akr mrtk. A bizonytalan adatokblszmolt eredmnyeknek is lesz bizonytalansga, s a fizikai trvnyekpersze igazolhatak mrssel, ha a kirtkels sorn figyelembe vesszk

1. FEJEZET

50

ezt a bizonytalansgot. Amit mrsi hibnak is neveznek, de nem hiba, asz htkznapi rtelmben! Ismerete olyan fontos, mint maga a mszerrlleolvasott rtk.

A szmtgpes eszkzparkot vilgszerte mind tbb helyen s sokflemdon hasznljk a fizika oktatsa sorn, az albbiakban kiragadok n-hny pldt:

1.7.2. Vide analzisA mozgkp valjban gyors egymsutnban vettett llkpek soro-

zata. Az agy nhny tizedmsodpercig megrzi a szem ltal ltott kpet,akkor is, ha az mr eltnt. A gyorsan vettett llkpeket ezrt ltjuk sz-szemosdva folyamatos mozgsknt. Ehhez megfelelen felvett, a moz-gs egyms utni pillanatait brzol kpeket kell vetteni.

1. bra

Eadweard Muybridge (18301904) egy galoppoz lrl ksztett pilla-natfelvteleket egy sorban elhelyezett kamerkkal mg az 1800-as vekvgn. A felvteleket gyorsan egyms utn vettve mozogni ltjuk a lovat.

Hny felvtelt kszt msodpercenknt egy olcsbb webkamera? Egytelevzis kamera? Egy direkt vide analzisre alkalmas gyors kamera?

Az informcis kommunikcis technolgia (IKT) elterjedse egyrejobban talaktja a tanuls s tants folyamatt. Az egyik jabb mdszer

AKTV TANULS

51

a vide analzis, melynek segtsgvel a gyerekek akr otthon is ksrle-tezhetnek. A vide analzis kt rszbl ll.

1. Elszr el kell vgezni a ksrletet s kamerval rgzteni.2. Ezt kveten a megfelel program segtsgvel az egymst kvet

kpkockkon kvetni kell a vizsglt pont, pontok mozgst.

Ismerve a kpkockk felvtele kztt eltelt idt a mozg test koordi-nti az id fggvnyben meghatrozhatak. Nhny javaslat a videanalzishez:

1. A jelenlegi olcs webkamerk msodpercenknt kb. 30 kpet tudnakkszteni. Ezekkel csak lass, szemmel is jl kvethet mozgsokelemezhetek jl.

2. Az egyes vide formtumok (mp4, avi, wmv stb.) ltalban nemszigoran egyenl idkznknt rgztik az llkpet. Ennek figye-lembe vtele szksges lehet az elemzskor. A nyomkvet(tracker) programnak fel kell erre kszlni.

3. A vizsgland pont jl ssn el a krnyezettl vgig a mozgs so-rn. (mirt?)

Tracker tipp angolul tudknak:http://jabryan.iweb.bsu.edu/VideoAnalysis/

Feladat: Ismertessen olyan mozgsokat, amelyek jl vizsglhatk vi-de analzissel s olyanokat is, amik biztosan nem!

1.7.3. Tablet, okostelefonA jelenlegi eladsi trendek alapjn a tabletek egyre jobban elterjednek

majd. A tblagpeket fizikai mrsek vgzsre is alkalmas rzkelkkel,szenzorokkal szerelik fel. Az internetrl letlthetek azok az alkalmaz-sok, amik a szenzorok jeleit bizonyos idnknt kiolvassk s feldolgoz-hat adatok formjban, llomnyokban rgztik. A tr 3 vagy kt irny-ba fellp gyorsuls mrsre alkalmas szenzor minden tblagpben,okostelefonban megtallhat. A szenzor egy olyan kondenztornak fog-hat fel, aminek egyik fegyverzete rugalmasan kapcsoldik a msikhoz.Ha a szenzor gyorsul, vltozik a fegyverzetek kztti tvolsg, ami a kon-denztor tltttsge esetn elektromos jelet hoz ltre.

Rajzolj fel egy skkondenztort! Tegyk fel, hogy a fegyverzetekentallhat tlts nem vltozik, de a fegyverzetek kzelebb kerlnek egy-mshoz. Mit mutat a fegyverzetek kz kapcsolt feszltsg mr?

1. FEJEZET

52

Feladat: Mit mutat a gyorsulsmr szenzor, ha a telefont leejtjk?A szenzor adataihoz hozzfr megfelel programok az internetrl le-

tlthetek. A program letltse s installlsa utn brmely tablet,okostelefon fizikai mrsekre alkalmas! Ha a hasznlt program egyszerformtumban menti az adatokat azok utlag is elemezhetek (Egri 2015).

2. bra

1.7.4. 3D virtulis valsgA trltsEgy nagyon tvoli trgyrl lnyegben prhuzamos fnysugarak jutnak

a szemnkbe. A jobb s a bal szemnkkel kzel ugyanazt ltjuk. Minlkzelebb van a trgy, annl jobban klnbzik a jobb s a bal szem ltalltott kp. A klnbsg mrtke alapjn kpes az agy megbecslni a trgytvolsgt s ltni a trbeli kpet.

Hzd le a filctolladrl a kupakot, s prbld egyik szemedet becsukvavisszatenni. Sokkal nehezebben sikerl, mert a kupak s a toll helyzet-nek megllaptshoz fontos lenne a msik szem ltal mutatott kp is. Kisgyakorlssal mgis sikerl, mert a keznk helyzete valamint a toll s a

AKTV TANULS

53

kupak ltszlagos nagysga rvn is megbecslhet a sikerhez szksgestvolsg.

A 3D TV-msort olyan kamerval rgztik, aminek kt objektvje van.Minden kpkockt kt vltozatban, kicsit eltr szgbl vesznek fel.Ezutn mr csak arra kell figyelni, hogy a vetts sorn a nz jobb szemecsak a kamera jobb objektvje ltal felvett, a bal szeme pedig csak a balobjektv ltal felvett kpet lssa. Ha a kt szem kiss eltr kpet lt, azagy ellltja a trbeli kpet, akrcsak a termszetes lts sorn.

Erre tbbfle megolds knlkozik. Ezek az aktv szemveget, a szn-szrs szemveget, a polarizcis szemveget hasznl, s a szemvegnlkli technolgik.

3. braAktv szemveg

A folyadkkristlyos szemveg a TV-bl rkez rdi vagy infravrsjel hatsra gyorsan elsttl, majd kivilgosodik. Amikor a TV a balszemnek sznt kpkockt vetti, akkor a jobb szem eltti lencse sttedikel, amikor a jobb szemnek sznt kpet vetti, akkor pedig a bal szem elt-ti. Ezrt nevezik az ilyen szemveget aktv szemvegnek.

Szemveg nlkl nzve a 3D TV kpt homlyosnak ltjuk.A virtulis valsgban (virtual reality) ltrehozott 3D trgyak a valdi

trgyaknak megfelelen viselkednek. 3D nyomtatval letre kelthetek.

Felhasznlt irodalom

Egri S. & Szab L. (2015): Analyzing oscillations of a rolling cart usingsmartphones and tablets. The Physics Teacher (in press).

Ajnlott irodalomKovcs Jnos (2015): Mobilszenzorok a fizika laboratriumban, szakdol-

gozat. Debreceni Egyetem.

1. FEJEZET

54

1.8. Szimulcik (rk Phet-tel)Az interaktv szimulcik htterben a vizsglt fizikai jelensg egy fi-

zikai modellje ll. Ha pldul egy ferdn eldobott test plyjt szmolja kia szimulci, akkor a modell rszei a megfelel ertrvnyek (gravitciser, kzegellenlls), a test tulajdonsgait ler llandk (tmeg, kzegel-lenllsi egytthat), valamint a dinamika alaptrvnye alapjn felrtmozgsegyenlet. A szimulci hasznlata sorn a felhasznl dolga a kez-deti paramterek s egyb vltozk rtkeinek belltsa, illetve az ered-mny rtelmezse. A szmolst a gyakran vicces kezel fellet mg bj-tatott szmtgpes program vgzi, ami a ferdn eldobott test esetben amozgsegyenlet kzelt, numerikus mdszerrel val megoldst jelenti.A szimulci annyira lehet valsgh, amennyire a mgtte megbj fizi-kai modell az, de hasznlata sorn ktsgtelenl tlhet a ksrletezs l-mnye, megrthet a tudomnyos kutats folyamata.

A coloradi egyetemen kifejlesztett szimulcik (Phet) kimondottan azoktats sznvonalasabb s eredmnyesebb ttele cljbl jttek ltre, demanapsg a fizikusok a kutatsok sorn is gyakran hasznlnak az interak-tv szimulcikhoz hasonl programokat. Jellemzen ilyen feladat a sok-elektronos atomok Schrdinger egyenletnek megoldsa. Az egyenletkzelt, numerikus megoldsra alkalmas programot fizikusokbl sinformatikusokbl ll kutatcsoport fejleszti, s az ltaluk megrt prog-ramot hasznljk a tbbiek.

Kutats szimulci segtsgvelA tanra elejn a tanr felveti a problmt, megfogalmaz egy krdst,

ami szerencss esetben a htkznapokhoz is kapcsoldik. Pldul: Ptertltalnos iskols ccse arra kri, adjon neki tancsot. Kislabda dobs lesza tornarn, s szeretn minl messzebbre dobni. Milyen tancsot ad-hatunk, mit mondjon Pter az ccsnek fordul a tanr az osztlyhoz.

A 30 fs osztlybl munkacsoportok alakulnak. A munkacsoportokkijellnek egy szvivt, aki a csoport nevben fog beszlni.

Az els feladat: A munkacsoport tagjai beszljk meg egyms kztt,milyen tnyezk befolysoljk, hogy a gyerekek ltal eldobott kislabdamilyen messzire repl. Nhny perc utn a szvivk egy lapon kiviszik atanrnak a javasolt tnyezk listjt, a tanr sszegzi az eredmnyt.

AKTV TANULS

55

A msik lehetsg, hogy az osztly a tanrral kzssen beszli meg akrdst, javaslatokat tesznek s a javaslatok kzl megprbljk kzsenkivlasztani a helyeset.

Egy szvivi lista rszlete: Milyen nehz a labda, milyen ers a gye-rek, jl nekifutott-e, merrl fjt a szl, milyen szgben dobta el, milyenmagasrl engedte el, a Fld vonzereje .

A tanr a diszkusszis rszben a fizikai fogalmak hasznlatra, a kl-csnhatsok felismersre sztnzheti dikjait. Mivel van replse sornklcsnhatsban a labda?

A kvetkez lpsben a tanr bemutatja a szimulcit (phet 2014),amit vagy fog hasznlni mikzben a szmtgp kpt projektorral atblra vetti, vagy egy-egy munkacsoportbl a kijellt dik, vagy mindengyerek nllan, ha elegend szm gp van.

A szimulciban egy gy l ki egy lvedket, a kilvs sebessge shajlsszge llthat. A program kirajzolja a lvedk plyjt, s egy vir-tulis mrszalag mozgatsval s belltsval meg lehet mrni, hogymilyen messzire replt.

1. kp: A szimulci kezelfellete.

http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/new,letlts ideje: 2011.08.16.

Az gy magassgt is be lehet lltani. Lehetsg van a lgellenllsfigyelembe vtelre, tovbb klnbz tmeg s tmrj lvedkekhasznlatra. n legjobban a Phet honlapon megtallhat szimulcikat

1. FEJEZET

56

szeretem, de sok szimulci tallhat az interneten, magyarul is. rdemeskrlnzni, szimulci, fizika kulcsszavakra keresve. A nhny angol szrdemben nem zavarja a program hasznlatt. A kezelfellet hasznlatanhny prblkozs rvn hamar megtanulhat.

Arra nagyon knny rjnni, hogy nagyobb sebessg esetn messzebb-re repl az gygoly. De vajon ha lland a kilvs sebessge, hogyanfgg a lvs tvolsga a hajlsszgtl?

Ezzel teht pontostottk az eredeti krdst, ami most mr gy hangzik:Milyen szg alatt kell kilni az gygolyt, hogy ugyanolyan nagys-

g kezdeti sebessg esetn a legmesszebbre repljn?jra kvetkeznek a munkacsoportok, vagy a frontlis diszkusszi az

albbi krds krl:Hnyszor milyen belltsok mellett kell lni a krds megvlaszol-

shoz? Elg vletlenszeren prblkozni, vagy valaki sejti a megoldst scsak azt kell igazolni? Vagy nzznk vgig minden szget? de azt nemis lehet!

Szimpatikus javaslat: kerljn sor nhny prbamrsre, kis szg (k-zel leesik), nagy szg, majdnem kilencven fok (megint kzel leesik), ak-kor valahol flton lehet a megolds. A tapasztalatok s a sejts birtok-ban kszljn j mrsi terv, mg mindig tbb j megolds lehet!

Pldul: Mrjnk 5 fokonknt: 585 fok kztt.Ki kell teht tlteni egy tblzatot, a fokokat s a hozzjuk tartoz re-

plsi tvolsgot.

2. kpEgy vgrehajtott ksrlet: 30 fokos szg mellett 30.6 m-re replt a lvedk

AKTV TANULS

57

Az els sorban a kilvs szge lthat fokban, a msodik sorban a be-csapds helynek mrszalaggal mrt tvolsga mterben, tizedekre ke-rektve.

(o) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85x (m) 16,2 20,3 24,2 27,7 30,6 32,8 34 34,3 33,6 31,9 29,4 25,9 21,8 16,8 11,6 5,8

1. tblzat

A mrs tl sokszori ismtlse unalmass vlhat. A feladatokat el lehetosztani a munkacsoportok kztt. Ha a gyerekek mg nem dolgoztak szi-mulcival, elfordulhat, hogy gy rzik, valjban jtkra van s bo-hckodni kezdenek a programmal. A csoport lelkletnek ismeretbenrdemes tgondolni, hogy ezt hogyan s milyen keretek kz szortsuk.Pldul adhatunk a bohckodnak kln feladatot, amit csak vgez.Pldul, nzze meg, hogy a magasabbra tett gyval tnyleg messzebbrelehet-e lni, vagy nzze meg a kzegellenlls hatst. Ilyenkor elszige-teldik a tbbiektl, tevkenysge szemlyesen szmon krhet, ez nemkedvez a bohckodsnak. Grafikusan is brzolni kell az adatokat oszlopdiagramon, vagy x-y diagramon, a szmtgp s a projektor kznl van,knny mindent megnzni.

3. kpA mrsi eredmnyek brzolsa. A vzszintes tengelyen a kilvs szge

olvashat fokokban, a fggleges tengelyen a tvolsg mterben.

1. FEJEZET

58

Ez utn a munkacsoportokra vagy az osztlyra jabb diszkusszi vr:Mit jelentenek az adatok? Lehet-e mr vlaszolni a krdsre, vagy tovbbimrsekre van szksg? Vgl megszletik a mrsekkel altmasztott,bizonyos pontossggal igazolt eredmny: nagyjbl 45 fok.

rdekes mellkeredmny: Egy bizonyos tvolsgot kt plyn, egy kisszg s egy nagy szg plyn is el lehet rni.

Az ra vgn trjnk vissza az eredeti krdsre. Hogyan fogja Pterccse megnyerni a kislabda dobst?

Elszr megbizonyosodik arrl, hogy htszl, vagy ellenszl fj-e.Megnyalja az ujjt s rzi, hogy melyik oldala hl jobban, onnan fj aszl. Htszlben knnyebb labdt vlaszt, ellenszlben inkbb nehezeb-bet. Azutn minl jobban nekifut s magasra ugrik. A magasabbrl eldo-bott labda biztosan messzebbre repl, ezrt szerelik nha a locsolk sz-rfejt llvnyra. Az ugrs plyjnak tetejn minl nagyobb ervel minlnagyobb sebessgre gyorstva, a vgn karral, csuklval is rhzva 45fokos szgben engedi el a labdt. Htszlben kicsit nagyobb szgben,tovbb repl, a szl jobban belekap. Ellenszlben kicsit laposabban. Denagyjbl 45 fokos szgben. Utna nincs tbb dolga. A labda a gravitcis a szl hatsa alatt befutja a kijellt plyt s fldet r.

A vgs tancs tartalmaz olyan elemeket, amit szintn lehetne ellen-rizni. Egy kicsit bonyolultabb szimulcival, vagy valdi ksrlettel. Nemis nehz olyan parittyt pteni, amivel valdi hajtsok tanulmnyozhatak.

A kvetkez idbeoszts kszthet el a szimulci hasznlatval kap-csolatban:

ra elei adminisztrci 5 percProblmafelvets, a dobs hosszt befolysol tnyezk 510 percA szimulci ismertetse, a krds pontostsa 5 percA mrsi terv kialaktsa, a tblzat ltrehozsa 5 percA ksrletek vgrehajtsa, a tblzat kitltse 2015 percAz eredmnyek rtkelse 5 percAz ismeretszerzs valjban vgtelen folyamat. Az eredmnyek rt-

kelse jabb krdseket vet fel, ezek megvlaszolsa jabb mrseket teszszksgess.

Szmoljunk utna!Mindig hasznos a sajt szmolsok elvgzse. 30 fokos szg alatt 18

m/s nagysg sebessggel eldobunk egy trgyat. Milyen messzire repl,ha figyelmen kvl hagyjuk a lgellenllst? 9,81 m/s2-es g-vel szmolva

AKTV TANULS

59

28,6 m-es tvolsg addik. Ez tl sokkal eltr a szimulciban kapott 30,6m-tl. Az eltrs oka az, hogy a szimulci gyja nem pont a fldrl l,hanem kicsit magasabbrl, a mrszalaggal azonban a fldbe csapdshelyt mrtk. Ha a mrszalaggal azt mrjk meg, hogy milyen messzer a lvedk jra az gy szintjre (ez felel meg az egyszer szmolsfeltteleinek), akkor 28,6 m-es tvolsgot kapunk. Mindig j jel, ha sike-rl a szmols s a szimulci eredmnyeit sszhangba hozni.

Ha az rn nem is, de otthon, szakkrn, fakultcin a dikoknak vanlehetsgk jabb ksrletek elvgzsre. Idvel nagyobb szerepet kap amatematika is, a ferde hajtst, mint lland gyorsuls mozgst lerkpletek, az rdekld s okos gyerek esetben feltehetjk a krdst: Ho-gyan szmol a szimulcis program?

Mirt hasznos egy ilyen ra?A dikok viszonylag kevs j ismeretre tettek szert. Elvrhat, hogy

megjegyezzk azt, hogy a 45 fokos dobsi szg esetn megy legtvolabb-ra a labda. Elvrhat, hogy meg tudjk nevezni, milyen tnyezk befoly-soljk s hogyan a tvolsgot, akr szabatos, tudomnyos fogalmakkal is.

Nhny hasonl ra utn elvrhat, hogy kpesek legyenek mrst ter-vezni tjkozd mrsek alapjn. Mrt adataikat tblzatos formbanrgzteni, azokat brzolni. Elvrhat, hogy megfogalmazzk gondolatai-kat a diszkusszis rszeknl. Az ra f clja nem a mrs vgeredmnyevolt, hanem az, hogy a dikok dolgoztak, kvetkeztettek, gondolkoztak,brzoltak. E kzben olyan kpessgeik fejldtek, amiknek nagy haszntvehetik majd a ksbbi munkjuk sorn.

Felhasznlt irodalomphet (2014): http://phet.colorado.edu/en/simulations/translated/hu

Letltve 2014. december.

Ajnlott irodalom

Sandvik Anders, W.: Numerical solutions of classical equations of motion.http://physics.bu.edu/py502/lectures3/cmotion.pdf

1. FEJEZET

60

1.9. Fizikai jtkok gamificationBizonyra lefordtjk majd a cmben szerepl angol gamification szt,

n magyarul jtkostsnak mondanm. A mdszer lnyege, hogy a fizi-kai trvnyek alapjn mkd jtkokat jtszva prbljuk a dikok tud-st fejleszteni.

Futni nem mindenki szeret. Unalmas, monoton. Futballozni annl in-kbb. Pedig futni focizs kzben is kell, nem is keveset, egy 90-percesmrkzs alatt akr 10 km-t is. Azt is mondhatjuk, a foci rszben a futsjtkostsa.

1.9.1. Jtk a vletlennelA valsznsg szmts jtkostsa trtnik a krtyajtkok egy rsz-

ben, vagy a kockajtkok esetn. Egy egyszer kockajtk mikor 5 kockvaldobunk. Annak, hogy mind az t kockval kidobjuk a 2-es szmot igenkicsi a valsznsge (1/32