Siły przyciągania (magnetyzm) Opis Magnesy przyciągają się wzajemnie poprzez wywieranie siły magnetycznej. Ale co sprawia, że obiekt staje się magnesem? W trakcie tej lekcji robot Dash pomoże uczniom przeprowadzić eksperyment naukowy, mający na celu uzyskanie wiedzy o tym, które obiekty mają właściwości magnetyczne i jak magnesy działają na siebie wzajemnie. Cele Opracowanie hipotez na temat magnetyzmu różnych obiektów. Przetestowanie hipotez poprzez przeprowadzenie eksperymentu. Spisanie wniosków z danych uzyskanych podczas eksperymentu. Uzyskanie wiedzy o reagowaniu przedmiotów codziennego użytku na magnes i reakcji między dwoma magnesami. Wielkość grupy 4-5 osób Klasy docelowe 6 klasa szkoły podstawowej Wymagany czas 2 jednostki lekcyjne (po 45 minut na każdą lekcję) Co będzie potrzebne: Roboty i akcesoria: Dash, spychacz lub łączniki do klocków Lego (do zamontowania magnesu) Pomoce dydaktyczne: Tablet Magnes (jak najsilniejszy) Szklana płytka Mała ilość opiłków żelaza Pałka do cymbałek lub ramię zbudowane z klocków Lego Taśma lub sznurek Zbiór przedmiotów (niektóre o właściwościach magnetycznych, niektóre bez) Załączniki do lekcji (do pobrania): Załącznik 1 karta pracy Realizowane obszary podstawy programowej: II ETAP EDUKACYJNY: KLASY IV-VI, PRZYRODA. Cele kształcenia wymagania ogólne V. Obserwacje, pomiary i doświadczenia. Uczeń korzysta z różnych źródeł informacji (własnych obserwacji, badań, doświadczeń, tekstów, map, tabel, fotografii, filmów), wykonuje pomiary i korzysta z instrukcji (słownej, tekstowej i graficznej); dokumentuje i prezentuje wyniki obserwacji i doświadczeń; stosuje technologie informacyjno-komunikacyjne.
Treści nauczania wymagania szczegółowe 10. Zjawiska elektryczne i magnetyczne w przyrodzie. Uczeń: 7) bada i opisuje właściwości magnesów oraz ich wzajemne oddziaływanie, a także oddziaływanie na różne substancje; Edycja pilotażowa nowej podstawy komputerowej: Etap II (szkoła podstawowa, klasy IV-VI) I. Rozumienie, analizowanie i rozwiązywanie problemów. Uczeń: 3) W algorytmicznym rozwiązywaniu problemu wyróżnia podstawowe kroki: określenie celu do osiągniecia, znalezienie rozwiązania problemu dla przykładowych danych, opracowanie rozwią- zania, zaprogramowanie rozwiązania i przetestowanie poprawności programu na przykładach II. Programowanie i rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem komputera i innych urządzeń cyfrowych. Uczeń: 1) Projektuje, tworzy i zapisuje w wizualnym języku programowania pomysły historyjek, rozwiązania problemów i proste algorytmy z wykorzystaniem poleceń sekwencyjnych, iteracyjnych i warunkowych oraz zdarzeń jednoczesnych. 2) Testuje na komputerze swoje programy pod względem zgodności z przyjętymi założeniami o efektach ich działania, objaśnia przebieg działania programów. 9) Tworzy program sterujący robotem lub innym urządzeniem IV. Rozwijanie kompetencji społecznych. Uczeń: 2) Identyfikuje i docenia korzyści płynące ze współpracy nad wspólnym rozwiązywaniem problemów. LEKCJA 1 Wprowadzenie do magnetyzmu Zbieranie danych za pomocą robota Dash Wstęp: podczas zajęć uczniowie dowiedzą się, w jaki sposób magnesy oddziałują na inne przedmioty i wykonają doświadczenie przy użyciu aplikacji Blockly. Poproś uczniów, aby pomyśleli o tym, dlaczego niektóre przedmioty są przyciągane do innych bez użycia kleju, a inne nie. Zdjęcia nie utrzymają się na drzwiach lodówki - czego należy użyć, aby je przymocować? Czy magnesy, których używacie, przyciągane są przez wszystkie elementy domu, takie jak np. ściany i okna? Czy macie jakiś pomysł dotyczący tego, co szczególnego jest w tych przedmiotach, co czyni je magnetycznymi? Magnetyzm to siła, która działa na inne obiekty magnetyczne. Przedyskutuj z uczniami inne siły działające w naturze, których skutków nie można bezpośrednio zaobserwować (np. grawitacja, wiatr, dźwięk). Obejrzyj film przedstawiający wprowadzenie do zasad magnetyzmu: https://www.youtube.com/watch?v=tdbpokg4wlm (film jest w wersji anglojęzycznej). Stanowi on dobrą alternatywę do doświadczenia w przypadku, gdy nie posiadamy
opiłków żelaza. Odrobina teorii: Magnesy wytwarzają pole magnetyczne W obszarze pola magnetycznego magnesy oddziaływują na niektóre przedmioty Każdy magnes posiada dwa bieguny. Bieguny jednakowe odpychają się, a różne przyciągają się Siła magnetyczna jest niewidoczna, ale jej skutki mogą być obserwowane poprzez zbliżenie do siebie magnesów lub poprzez umieszczenie opiłków żelaza nad magnesem. Przeprowadzimy doświadczenie, które pozwoli zobrazować uczniom, że pole magnetyczne istnieje i można je zobaczyć. Połóż magnes na stole pod szklaną płytką. Rozsyp opiłki żelaza na płytce. Potrząśnij lekko płytką i obserwuj, co się dzieje z opiłkami. Możesz również przesuwać magnes obserwując ruch opiłków. Opiłki ułożą się w pierścienie wokół magnesu. Po przeprowadzonym doświadczeniu poproś uczniów o udzielenie odpowiedzi na kilka pytań: Czy pierścienie zauważone wokół magnesów zawsze tam były? Ile pierścieni (okręgów) zauważyli na płytce? Powinni zauważyć, że pierścienie układają się dookoła obu biegunów oraz że opiłki żelaza stają się bardziej odległe od siebie, im dalej znajdują się od magnesu. Siła magnesu działa słabiej na opiłki znajdujące się dalej. Co dzieje się z opiłkami żelaza jak ruszamy magnesem? Zauważ, że przy przesuwaniu magnesu opiłki wokół również przesuwają się. Czas na doświadczenie! Planujemy z uczniami doświadczenie, w którym przekonamy się, w jaki sposób magnesy działają na inne przedmioty z naszego doświadczenia. Teraz wyciągnij przedmioty, które uczniowie użyją do eksperymentu. Powinny być to przedmioty, które są magnetyczne (np. gwoździe, spinacze, inne magnesy i drut żelazny) oraz takie, które nie są magnetyczne (np. drewno, plastik, papier, tkaniny, drut miedziany). Poproś uczniów, aby zapisali hipotezę na temat każdego z przedmiotów w tabeli przebiegu eksperymentu (Załącznik 1 - karta pracy). Powinni rozważyć, czy dany przedmiot jest magnetyczny i czy magnes będzie miał na niego jakikolwiek wpływ. Poproś uczniów o wypełnienie dwóch pierwszych kolumn w tabeli pierwszej, zanim zaczniemy eksperyment. W kolumnie pierwszej wpisujemy przedmiot, który będzie wykorzystany w doświadczeniu, np. klucze, a w kolumnie drugiej wpisujemy, czy przedmiot zostanie przyciągnięty przez magnes czy nie. Po postawieniu hipotezy przystępujemy do zaplanowanego doświadczenia. Uczniowie powinni: 1. Zamontować magnes na Dashu
Magnes powinien znajdować się jak najbliżej podłogi ze względu na płaskie przedmioty, które będziemy przyciągać. Poniżej propozycje mocowania w zależności od posiadanych akcesoriów. 2. Rozmieścić przedmioty na podłodze Pamiętaj o przygotowaniu zarówno przedmiotów, które będą przyciągane, jak i tych, które nie będą przyciągane. 3. Zaprojektować ruch Dasha w Blockly Uczniowie skorzystają z narzędzia Blockly, aby zaprogramować ruch robota Dash po pomieszczeniu. Przeprowadź dyskusję z uczniami, w jaki sposób nasz robot może się poruszać. Ponieważ niektóre przedmioty są małe (płaskie), możemy zaprojektować ruch Dasha, który będzie przesuwał się do przodu i do tyłu w zależności od umiejscowienia napotkanej przeszkody Obstacle in Front lub Object Behind. Przeszkodą może być nasza ręka, noga lub jakieś pudełko. Przykładowy skrypt:
Innym rozwiązaniem może być wołanie Dasha, który będzie obracał się w kierunku naszego głosu i przesuwał o ustaloną długość np. 40 cm (w zależności od powierzchni, na której mamy poukładane przedmioty do przyciągania). Po przywołaniu Dasha do konkretnego przedmiotu (np. spinacz do papieru) przykładamy do tyłu Dasha rękę lub inny przedmiot, aby spowodować wycofanie się Dasha do tyłu. Obserwujemy, czy przedmiot został złapany i ciągnięty przez magnes czy nie.
4. Zapisanie obserwacji w karcie pracy Pamiętaj o zapisaniu wniosków w pierwszej tabeli naszej karty pracy. Tabela 2 zostanie wykorzystana w lekcji 2. WNIOSKI Z DOŚWIADCZENIA Wspólnie w klasie przeanalizujcie wnioski z kart pracy, odpowiadając na pytania pomocnicze: Czy wyniki doświadczenia pokrywają się z postawioną hipotezą na karcie? Czy we wszystkich grupach wyniki są podobne? Jeśli nie, to zastanówmy się dlaczego? np. różne rodzaje magnesów, mocniejsze, słabsze, błąd programu. Dlaczego akurat dane przedmioty zostały przyciągnięte? Oczekujemy wyjaśnienia dlaczego np. długopis został przyciągnięty, jakie elementy były przyciągane, a na jakie magnes nie działa. LEKCJA 2 Zbieranie danych za pomocą dwóch robotów Dash Wstęp: uczniowie doświadczą, w jaki sposób działają na siebie magnesy, przeprowadzą doświadczenie z wykorzystaniem dwóch robotów i zapiszą własne obserwacje na karcie pracy. Grupy uczniów powinny teraz połączyć się w grupy z dwoma robotami Dash na grupę. Uczniowie przeprowadzą kolejny eksperyment z magnesami dzięki któremu przekonają się, jak magnesy oddziaływują na siebie. Wspominaliśmy w lekcji 1 we wprowadzeniu, że każdy magnes posiada dwa bieguny oraz że takie same bieguny się odpychają, a przeciwne przyciągają. Uczniowie podczas wykonywania eksperymentu będą zapisywać swoje wnioski w karcie pracy, z którą pracowali na lekcji 1. Zanim jednak przygotujemy doświadczenie, poprośmy o zapisanie hipotezy w naszej tabeli na karcie. CZAS NA DOŚWIADCZENIE! Zadania dla grup: 1. Przygotuj roboty Przymocuj magnesy tak, aby znajdowały się z przodu robotów Dash. Jest to łatwe dzięki użyciu łączników do klocków Lego. Upewnij się, że magnesy na robotach Dash są umieszczone na tej samej wysokości.
2. Zaprojektuj poruszanie Dashem Przykładowy kod, za pomocą którego będziemy wprawiać w ruch jednego z robotów. Pierwszy blok to ruch do przodu, drugi schemat to ruch do tyłu. 3. Wykonaj doświadczenia i nanieś swoje wnioski na karcie obserwacji. ETAP 1 W pierwszej części eksperymentu przymocuj magnesy tak, aby były ustawione różnymi biegunami. Ustaw 2 roboty Dash naprzeciwko siebie. Powoli zbliż roboty ku sobie. Uczniowie powinni zwrócić szczególną uwagę na moment, kiedy magnesy zaczną przyciągać roboty ku sobie: w pewnym momencie magnesy powinny złączyć się.
Następnie za pomocą aplikacji i gotowego programu, spróbuj odsunąć jednego robota do tyłu. Na początku, należy użyć bardzo wolnego ruchu, aby zobaczyć działanie magnesów: prędkość very slow. Jeżeli magnesy są wystarczająco silne, to jeden robot pociągnie za sobą drugiego. Zresetuj roboty (zatrzymaj i uruchom ponownie program) i spróbuj ponownie, tym razem z magnesami lekko przesuniętymi tak, aby przeciwległe bieguny nie pokrywały się idealnie. Teraz ich rozdzielenie powinno być łatwiejsze. ETAP 2 Zresetuj roboty ponownie, tym razem z magnesami obróconymi tak, że na przeciw siebie znajdują się magnesy z takimi samymi biegunami. Powoli zbliż roboty Dash do siebie. Kiedy będą blisko siebie, magnesy powinny odpychać się, a roboty Dash nie będą chciały się 'spotkać'. Jeżeli magnesy są wystarczająco silne, to jeden robot będzie w stanie popychać drugiego bez dotykania. WNIOSKI Poproś uczniów o wyciągnięcie wniosków z ich ustaleń. Zachęć ich, aby uwzględnili w swoich wypowiedziach: Podział przedmiotów na magnetyczne i niemagnetyczne. Dlaczego dane rodzaje przedmiotów są magnetyczne, a inne nie? Jakie podstawowe minerały są magnetyczne (żelazo, nikiel, kobalt)? Pokaż uczniom, że minerały te znajdują się w każdym z magnetycznych przedmiotów. Pomysły, w jakich sytuacjach łatwiej rozdzielić magnesy? Dlaczego raz magnesy odpychały się, a innym razem się przyciągały? Czy podczas doświadczenia pojawiły się pewne rozbieżności w obserwacjach? Jeśli tak, to dlaczego?