30. Problem badawczy do rozwiązania: Gaśnica MacGyver a. 1. Realizowane treści podstawy programowej Przedmiot Fizyka Realizowana treść podstawy programowej Ruch drgający i fale Uczeń: opisuje mechanizm przekazywania drgań z jednego punktu ośrodka do drugiego w przypadku fal na napiętej linie i fal dźwiękowych w powietrzu opisuje mechanizm wytwarzania dźwięku w instrumentach muzycznych, głośnikach itp. Chemia Powietrze i inne gazy Uczeń: wykonuje i obserwuje doświadczenia potwierdzające, że powietrze jest mieszaniną gazów 2. Kształcone kompetencje kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo-techniczne, kompetencje społeczne i obywatelskie, inicjatywność i przedsiębiorczość. 3. Cele zajęć blokowych zbadanie właściwości fali akustycznej wysyłanej przez drgającą membranę po przejściu przez kołowy otwór 4. Oczekiwane osiągnięcia ucznia Uczeń: opisuje przebieg i wynik przeprowadzanego doświadczenia, wyjaśnia rolę użytych przyrządów, wykonuje schematyczny rysunek obrazujący układ doświadczalny lub dokumentuje wyniki za pomocą fotografii lub filmów, wyodrębnia zjawisko z kontekstu, wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla wyniku doświadczenia, potrafi pracować samodzielnie i w zespole,
potrafi bezpiecznie obchodzić się z ogniem, potrafi bezpiecznie posługiwać się urządzeniami technicznymi (wiertarką, wycinakiem itp.), potrafi formułować wnioski w oparciu o wyniki własnych obserwacji, potrafi wskazać możliwe zastosowania obserwowanych efektów. 5. Przykładowe rozwiązanie nr 1 Lp. Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Ilość sztuk 1. plastikowe wiadro (w kształcie walca o wymiarach wysokość ok. 14 cm, średnica podstawy ok.17 cm) z elastyczną przezroczystą pokrywą (np. pusty pojemnik po kiszonej kapuście, marmoladzie, farbie itp.) jak na załączonej fotografii 1 2. zapałki lub zapalniczka 1 3. świeca 1 4. wiertarka z wiertłem o średnicy 15 mm lub wybijak do otworów o 1 średnicy 15 mm * 5. aparat fotograficzny (z możliwością nagrywania krótkich filmów) 1 6. Proponowany przebieg zajęć z rozliczeniem czasowym Lp. Opis kolejnych działań Uwagi do realizacji dla nauczyciela (rysunki, schematy, fotografie, linki do WWW itp.) 1 Wprowadzenie do zagadnienia powstawania fal podłużnych i wytwarzania dźwięku. Wskazanie różnic pomiędzy falowym i innymi znanymi sposobami przekazu energii na odległość. 2 Omówienie zasad bezpiecznego posługiwania się materiałami narzędziami używanymi w czasie zajęć i ich właściwego zastosowania. 3 Wykonanie w dnie wiadra otworu o średnicy 15 mm centralnie*. Doświadczenie ze sprężyną. Doświadczenie z kamertonem, dwoma kamertonami i badanie zjawiska rezonansu. Doświadczenie z różnymi źródłami dźwięków, porównywanie właściwości dźwięków. zał. fot. 13 Czas trwania w minutach 20 10
4 Staranne założenie elastycznej pokrywy wiadra tak, aby po zatkaniu np. palcem otworu w dnie wiadro było hermetyczne. 5 Zapalenie świecy i przyjęcie wygodnej 2 3
pozycji, umożliwiającej stabilne trzymanie jedną ręką wiadra w odległości kilkudziesięciu centymetrów od świecy. 6 Takie ustawienie 2 wiadra, aby cień otworu w dnie, rzucany na pokrywę przez płomień świecy, widoczny był w środku pokrywy. 7 Delikatne uderzenie 10 opuszkiem palca drugiej (wolnej) ręki pokrywy wiadra w miejscu rzucanego cienia. Powtarzanie tej czynności (po każdorazowym zapaleniu świecy) dla różnych odległości świeca wiadro. 8 Wykonanie 20 dokumentacji zdjęciowej i filmowej (udanych i nieudanych prób). 9 Wypełnienie i zebranie dokumentacji uczniowskiej. 10 Całkowity czas trwania jednostki 90 *) bardzo ważne dla powodzenia eksperymentu jest wykonanie otworu dokładnie w środku dna wiadra (jak na fot. IMG 21_20) przy użyciu wiertarki lub wybijaka, jeśli otwór przygotowuje się wcześniej. Gdy otwór jest wykonywany przez uczniów w czasie prowadzonych zajęć, można go wykonać ręcznie przy pomocy wiertła lub innego ostrego przedmiotu o tej grubości, ogrzewając ostrożnie, punktowo, dno wiadra płomieniem palnika, aż stanie się plastyczne. Nauczyciel może to doświadczenie przygotować w obecności uczniów i potraktować jako pokaz. W oparciu o ten pokaz uczniowie mogą przygotować, bez większego ryzyka, własne gaśnice, wykorzystując butelki plastikowe 1,5 l i rękawice gumowe. Ucinając butelkę nożem lub nożyczkami, pozostawiając część z szyjką. Otwartą część, uciętą, trzeba zabezpieczyć i usztywnić plastrem medycznym jest ostra - nałożyć część rękawiczki gumowej i zabezpieczyć gumką recepturką. Tak zbudowane gaśnice spełniły swoje zadanie i mógł je zbudować każdy uczestnik zajęć.
7. Obudowa do zajęć blokowych Uczniowie klas pierwszych i drugich nie znają zjawiska : drgania i fale. Doświadczenie może być wykonane na początku lekcji, zgodnie z przedstawionym scenariuszem, jako problem do wyjaśnienia. Przed próbą wyjaśnienia konieczna jest seria doświadczeń, pokazująca zjawiska powstawania dźwięku w wyniku drgania struny głosowej, drgania kamertonu (np. z kuleczką) i różnych innych źródeł dźwięku. Przedstawienie na modelu mechanizmu przekazywania energii w - przekazywanie informacji za pomocą fal dźwiękowych, instrumentów muzycznych. Uczeń powinien zakończyć zajęcia, w pełni rozumiejąc wykonane doświadczenie kluczowe, zawarte w tematyce zajęć. Można zupełnie na tym etapie pominąć stronę ilościową, matematyczną, związaną z ruchem falowym. Ważne jest też przekonanie ucznia po takich zajęciach, że wszechobecne w życiu codziennym zjawiska fizyczne można w łatwy sposób powtórzyć i wyjaśnić, budując własne modele. W opisanej sytuacji można intuicyjnie wprowadzić pojęcie fali spójnej. Pełne wyjaśnienie zjawisk budzi ciekawość i zachęca do eksperymentowania, a o to chodzi w popularyzacji nauk przyrodniczych. Wykonywanie doświadczeń ma być dla nas pretekstem do uczenia myślenia logicznego, wnioskowania, podejmowania prób algorytmizacji. Podsumowując prowadzone zajęcia, można uczniom zadać pytania: W jaki sposób można wykorzystać wyniki obserwacji w życiu codziennym np. przy konstrukcji odpowiednich urządzeń? Czy wyniki obserwacji pomogły Ci zrozumieć zasadę działania znanych Ci urządzeń lub przebieg innych zjawisk (np. gaszenie pożarów płonących szybów naftowych czy nieszczelnych instalacji itp.)? Dodatkowe wyjaśnienia; praca w zespołach kilkuosobowych, jeden z uczniów utrzymuje wiadro w odpowiedniej pozycji, drugi uderza w pokrywę, trzeci zapala świecę Pozostali uczniowie zapisują wyniki obserwacji ew. wykonują fotografie lub krótkie filmy wideo, ewentualnie udzielają doraźnej pomocy w przeprowadzeniu doświadczenia.
8. Karta pracy ucznia Wypełnijcie tabelę dotyczącą kosztów pomocy dydaktycznych: Lp. Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Ilość sztuk 1 odpowiednie wiadro 1 Cena jednostkowa Cena łączna 2 wycinak do otworów 1 3 świeca 1 4 zapałki 1 5 aparat fotograficzny (ewentualnie) 1 Suma kosztów: Oszacujcie koszty pracy: Lp. Zadanie Czas wykonania (h) 1 Wykonanie odpowiedniego otworu w dnie wiadra. 2 Koszty zakupu w/w materiałów. Suma: Liczba osób Łącznie osobogod zin pracy Cena osobogodziny pracy (zł) Koszt
9. Ankieta ewaluacyjna zajęć oraz karta samooceny ucznia Imię i nazwisko ucznia: Lp. Pytanie do ucznia Tak Raczej tak 1 Czy dzisiejsze zajęcia były dla ciebie interesujące? 2 Czy dowiedziałeś się czegoś nowego? Trudno powiedzi eć Nie Zdecydowanie nie Co zmieniłbyś w dzisiejszych zajęciach: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------- Wypisz działania, w których Twój wkład pracy był największy oraz te, w których uczestniczyłeś w mniejszym stopniu, uzasadnij dlaczego: Mój szczególny wkład pracy to: W tych działaniach uczestniczyłem mniej: ponieważ: 10. Uwagi o realizacji- zapisane w punkcie 8 11. Literatura uzupełniająca, zalecane podręczniki i artykuły. 1. Thomas J. Craughwell, Wielka księga wynalazków, Wyd. Bellona, 2010 2. Praca zbiorowa, Wielka księga eksperymentów, Wyd. Jarmołkiewicz Elżbieta, 2008 3. Praca zbiorowa, Proste maszyny. Świat nauki, Wyd. Jedność, 2010