Ogólny komentarz do podstawy programowej Podstawa programowa z fizyki przewiduje w III etapie edukacyjnym 4 godziny w cyklu nauczania (130 godzin). Organizację i sposób wykorzystania tych godzin MEN pozostawia do dyspozycji dyrekcji szkoły i rady pedagogicznej. Jako możliwą do wyboru nowość, proponuje się łączenie jednej (czwartej) godziny fizyki, w bloki doświadczalne z innymi przedmiotami (Poradnik dyrektora szkoły, str. 10). I tak np. w jednym roku zamiast drugiej godziny fizyki w każdym tygodniu, miałyby się odbywać dwie godziny co drugi tydzień, na zmianę z chemią lub cztery godziny naraz, raz w miesiącu, na zmianę z chemią, biologią i geografią. Z punktu widzenia fizyki takie łączenie nie wydaje się celowe, bo: nie można wykonywać doświadczeń na wyrost zanim jeszcze odpowiednie treści zostały zreali- zowane. Miałoby to sens, gdyby takie bloki zaplanowano na trzy lata, a nie na jeden rok, każde obowiązkowe doświadczenie (jest ich 14) wymienione w podstawie programowej oraz inne ważne doświadczenia i pokazy dają się wykonać w czasie 45 minut. Muszą one być jednak wykonywane przez uczniów w odpowiednim momencie, by spełniały swoje funkcje dydaktyczne, jeśli w dniu, w którym zaplanowano blok fizyczny z jakichś powodów lekcje w szkole nie odbędą się, nauczyciel straci nie jedną godzinę fizyki, ale dwie lub cztery. Wymagania szczegółowe podstawy programowej (punkty: 1.1-7.12) to treści, które koniecznie muszą być zrealizowane w gimnazjum. W podręczniku Świat fizyki umieszczono je na białym tle. Kaźdy paragraf rozpoczyna się ramką informującą uczniów o tym, czego w tym paragrafie sie nauczą. W kolejnych częściach poradnika, które będą wysyłane do nauczycieli dwa razy w roku oraz w serwisie dla nauczycieli, zamieścimy krótkie sprawdziany dokładnie skorelowane z treściami kolejnych ramek. Do treści podstawy odnoszą się Podsumowania po każdym paragrafie, oraz Repetytoria i testy wyboru Sprawdź swoją wiedzę na końcu każdego rozdziału. Sprawdzając wyniki testu, zamieszczone na końcu podręcznika, uczeń uzyskuje informację, w którym paragrafie znajdują się treści dotyczące każdego kolejnego zadania w tym teście. Testy w postaci przystosowanej do edytowania zostana zamieszczone w serwisie dla nauczycieli. W porównaniu z obecnie realizowaną podstawą, zakres materiału fizyki w gimnazjum został dość znacznie ograniczony. W każdej grupie uczniów są tacy, którzy będą mieli trudności z opanowaniem nawet tych okrojonych treści, ale są i tacy, którym trzeba zaproponować coś więcej. Dla takich uczniów w podręczniku zamieszczono treści Dla tych, którzy chcą wiedzieć więcej. W wielu przypadkach są to treści, które były dotąd realizowane i zostały wykreślone w nowej podstawie programowej. Mając do realizacji mniejszy zakres treści, nauczyciele będą mogli pracować bez pośpiechu i więcej czasu poświęcać na powtarzanie oraz utrwalanie wiedzy, a przede wszystkim na wykonywanie doświadczeń, których znaczenie wyraźnie wzrasta (doświadczenia obowiązkowe!). Świadczą o tym także wymagania przekrojowe (8.1-8.12). Większość wymienionych tam umiejętności, może być kształtowana tylko przy okazji wykonywania doświadczeń. Są to wymagania nr. 8.1, 8.2, 8.3 (uczeń musi np. oszacować 1
wynik pomiaru po to, by dobrać przyrząd o odpowiednim zakresie), 8.10, 8.11 i 8.12. Także pozostałe wymagania w dużej części wiążą się z wykonywaniem doświadczeń i opracowywaniem wyników. Treści umieszczone w wymaganiach szczegółowych będziemy omawiać według przyjętego rozkładu materiału, w danym miejscu i czasie. Umiejętności zawarte w wymaganiach przekrojowych kształtujemy przez całe trzy lata. Stąd w podręczniku, w repetytoriach zamieszczonych na końcu każdego rozdziału, w informacji o zrealizowanych wymaganiach szczegółowych, dany numer pojawia się tylko raz lub najwyżej dwa razy ( jeśli np. jakieś zjawisko omawia się w dwóch różnych miejscach programu). Numery wymagań przekrojowych we Wprawkach egzaminacyjnych powtarzają się wielokrotnie, aż do końca trzeciej części podręcznika. Tym sposobem informujemy ucznia i jego rodziców o wymaganiach koniecznych w przygotowaniu do egzaminu gimnazjalnego. Według dokumentów MEN uczniowie objęci nową podstawą programową będą zdawali egzamin, różniący się od obecnego. Do nowych, określonych w podstawie programowej wymagań, zostanie dostosowany system egzaminów zewnętrznych. Na egzaminach będzie mogło być wymagane wszystko to, co jest określone jako wymagane w podstawie programowej (cytat z wydanego przez MEN Poradnika dyrektora szkoły, str. 3). W komentarzach akcentuje się znaczne poszerzenie wachlarza umiejętności sprawdzanych na egzaminie. Mają one objąć oprócz wymagań szczegółowych określających konieczne treści, także wszystkie umiejętności wymienione w wymaganiach przekrojowych i doświadczalnych, kończąc z dotychczasową dominacją zadań obliczeniowych na tym egzaminie. Trudno przewidzieć, w jakim stopniu te zapowiedzi zostaną w praktyce zrealizowane, nie możemy ich jednak całkiem ignorować. Wychodząc więc na przeciw potrzebom wynikającym z dokumentów MEN, w podręczniku Świat fizyki, na końcu każdego działu zamieszczono Wprawki egzaminacyjne. Są to zadania dokładnie dopasowane do wymagań przekrojowych, w szczególności tych, które są całkiem nowe. Przy każdym zadaniu podane są numery wymagań podstawy programowej, których to zadanie dotyczy, a na końcu podręcznika, zamieszczono proponowane kryteria oceny. Niektóre z tych zadań mogą być rozwiązywane na wiele różnych sposobów (np. wymaganie 8.12: uczeń planuje doświadczenie i wybiera narzędzia pomiaru...). Dlatego w procesie nauczania, zadania zamieszczone we Wprawkach egzaminacyjnych mogą być rozwiązywane w zespołach uczniowskich podczas lekcji. Każdy zespół zaprezentuje swój pomysł i jego opis. Taki sposób pracy powtarzany wielokrotnie, przyczyni się do ukształtowania koniecznych umiejętności. 2
Uwagi dotyczące wymagań przekrojowych Interpretując wymagania przekrojowe opieramy się na wynikach badań PISA, w których porównano umiejętności polskich gimnazjalistów z wynikami ich rówieśników z innych krajów OECD. W sporządzonym dokumencie wskazano umiejętności, na kształtowanie których należy położyć większy nacisk niż dotychczas. MEN zapowiadając zmiany w egzaminie gimnazjalnym w roku 2012, powołał Instytut Badań Edukacyjnych, który ma przygotować szczegółową interpretację każdego z wymagań szczegółowych i przekrojowych. Być może, w niedługim czasie, poznamy interpretację ministerialną wszystkich wymagań. Niżej dokonana interpretacja wynika z wieloletnich doświadczeń autorów pakietu edukacyjnego Świat fizyki i przeprowadzanych badań w zakresie dydaktyki fizyki. Wymaganie nr 8.1 Wszystkie czynności (z wyjątkiem wykonania rysunku) wymienione w punkcie 8.1 powinny być ćwiczone w formie ustnej i pisemnej. Ukształtowanie umiejętności ich sprawnego wykonywania wymaga systematycznego powtarzania przez cały okres przebywania ucznia w gimnazjum. W podręczniku Świat fizyki, każde doświadczenie jest opisane według wymagania nr 8.1. Uczeń otrzymuje wzorzec opisu doświadczenia. Składa się on z następujących elementów: cel doświadczenia (zawierający problem badawczy), konieczne przyrządy, kolejne czynności i pomiary, wyniki obserwacji lub obliczenia (prowadzące do otrzymania wyników doświadczenia), wykonanie schematycznego rysunku obrazującego układ doświadczalny (jeśli zachodzi taka potrzeba), wniosek (stanowiący rozwiązanie problemu). W zależności od rodzaju doświadczenia, opis nie musi zawierać wszystkich elementów. Czasami pojawiają się dodatkowe polecenia, np. opisz wynik obserwacji i wyjaśnij go. Czasem dodano pytanie, na które uczeń ma odpowiedzieć. Dotyczy to głównie opisów doświadczeń proponowanych do wykonania przez ucznia w domu. W większości są one celowo niekompletne i uczeń powinien samodzielnie sporządzić wskazaną notatkę. W zeszytach przedmiotowo-ćwiczeniowych element, którego brak w podręczniku, jest wymieniony i jest specjalne miejsce na odpowiednią notatkę. W niektórych doświadczeniach uczeń powinien przewidzieć wynik, czyli sformułować hipotezę. Wymagania nr. 8.2 i 8.12 Wymaganie przekrojowe nr 8.2 wiąże się z wymaganiem 8.12. Aby zaplanować doświadczenie np. ilustrujące jakieś zjawisko fizyczne trzeba je dostrzec w naszym otoczeniu i wyodrębnić z kontekstu, w jakim występuje. Przykładem wyodrębniania zjawiska z kontekstu i wskazywania czynników istotnych (nr 8.2), może być zadanie 1. we wprawkach egzaminacyjnych na stronie 132, w podręczniku Świat fizyki, cz. 1. 3
Zaplanowanie doświadczenia (nr 8.12), na ogół poprzedzone wyodrębnieniem zjawiska z kontekstu, jest umiejętnością oddzielną. Zaplanowane doświadczenie nie musi być wykonane w procesie nauczania. Na str. 66 pierwszej części podręcznika zamieszczono zadanie 1, w którym uczniowie mają tylko zaplanować doświadczenie. Liczy się pomysł i na tyle precyzyjny opis kolejnych czynności i pomiarów, by pozwolił poprawnie obliczyć masę wody w wypełnionym basenie. (W klasie pierwszej gimnazjum, w której zaproponowaliśmy to zadanie uczniom pracującym w kilkuosobowych zespołach, pojawiły się trzy różne, poprawne propozycje). Wymaganie nr 8.3 Wymaganie 8.3 dotyczy dwóch pojęć, których rozumienie początkowo może sprawiać uczniom trudność (w szczególności dotyczy to pojęcia rząd wielkości ). Zdecydowaliśmy, że na początek ich wyjaśnienie zamieścimy w części nadobowiązkowej (str. 20). Decyzję o tym, w którym momencie podjąć ten temat na lekcji, pozostawiamy nauczycielom. Zadania sprawdzające umiejętności posługiwania się tymi pojęciami zamieścimy dopiero w materiale powtórzeniowym, w trzeciej części podręcznika Świat fizyki. Pojęcie szacowania musi się jednak pojawić dość szybko, bo wiąże się z dobieraniem przyrządu o odpowiednim zakresie i dokładności (stąd przykład 1.1, str. 13). Rząd wielkości jest pojęciem trudniejszym i dobrze jest kształtować to pojęcie systematycznie, przy różnych okazjach; np. źle wykonanych obliczeniach związanych z pomiarami lub niepoprawnymi rachunkami w zadaniach obliczeniowych. Jeśli np. z obliczeń wyniknie, że masa człowieka wynosi 600 kg, poprawiając te obliczenia zwracamy uwagę, że ta wartość jest o jeden rząd wielkości za duża, gdyby wynik był 6000 kg, to o dwa rzędy itp. W zbiorze zadań Świat fizyki zbiór prostych zadań autorzy (Jolanta Niemiec i Andryej Kurowski) zamieścili specjalnie przygotowane pułapki, w których uczniowie powinni zauważyć, że podana wartość jest nierealna i podać o ile rzędów powinna być większa lub mniejsza. Wymagania nr 8.10 i 8.11 Wymagania 8.10 i 8.11 łączą się ze sobą, a dotyczący ich zapis w podstawie programowej jest nieprecyzyjny. Nauczyciel ma do wyboru dwie różne możliwości: 1. Może ograniczyć się do przekonywania uczniów, że w przyrodzie żaden pomiar nie jest wykonywany idealnie dokładnie. Wystarczy, że na linijkę, każda z dwóch osób popatrzy pod innym kątem (Świat fizyki, cz. 1, str. 9), a odczytana długość będzie nieco inna. Dlatego fizycy wprowadzili pojęcie niepe wności pomiarowej. Uczniowie powinni wykonywać pomiary z jak największą starannością by ograniczyć występowanie niepewności pomiarowych, których całkiem wyeliminować nie można. Jeśli kilkakrotnie wykonany pomiar tej samej wielkości daje różne wyniki, uczniowie powinni potrafić obliczyć średnią arytmetyczną i poprawnie jej wartość zaokrąglić (do najmniejszej działki przyrządu, za pomocą którego wykonywali pomiar). 4
2. Może, poza umiejętnościami podanymi w punkcie 1, zapoznać uczniów ze sposobem postępowania i zapisu wyniku pomiaru bezpośredniego opisanym na stronie 20 w podręczniku Świat fizyki, cz.1. Oba wymienione wyżej sposoby postępowania dotyczą niepewności pomiarów bezpośrednich czyli uzyskiwanych za pomocą linijki, zegarka, termometru, wagi, siłomierza, amperomierza i woltomierza. Jednak w doświadczeniach obowiązkowych nr 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.8, 9.9, 9.12 wyznaczamy wielkości fizyczne wykorzystując związki między wielkościami mierzonymi bezpośrednio (np. s U t, czy R ). I W takim przypadku uczeń powinien się wykazać umiejętnością zapisaną w wymaganiu 8.11, czyli powinien zapisać wynik obliczenia z dokładnością do dwóch lub trzech cyfr znączacych (wartościowych). Co to oznacza? Cyfry wartościowe w wyniku uzyskanym z obliczenia, numerujemy od pierwszej niezerowej cyfry, od lewej strony tego wyniku. Przykłady: Załóżmy, że wyznaczając gęstość (doświadczenie 9.1) z dzielenia masy przez objętość, otrzymaliśmy wartość 2,67132 g/cm 3. Podajemy wynik z dokładnością do dwóch cyfr wartościowych: Cyfry wartościowe to 2 i 6. Po cyfrze 6 jest cyfra 7, czyli więcej niż 5. W przypadku, gdy kolejną cyfrą po cyfrach wartościowych jest 5 lub więcej, wynik dzielenia zaokrąglamy w górę, w tym przypadku do 2,7 g/cm 3. Podajemy wynik z dokładnością do trzech cyfr wartościowych: Cyfry wartościowe to 2,6 i 7. Po 7 jest 1, więc wynik dzielenia zaokrąglamy do 2,67g/cm 3. Załóżmy teraz, że wyznaczając masę ciała za pomocą dźwigni dwustronnej (doświadczenie 9.4), w wyniku mnożenia znanej masy przez iloraz długości ramion, otrzymaliśmy 0,075419 kg. Podajemy wynik z dokładnością do dwóch cyfr wartościowych: Dwie pierwsze od lewej, niezerowe cyfry to 7 i 5. Ponieważ kolejna cyfra to 4, czyli mniej niż 5, wynik zaokrąglamy do 0,075 kg. Gdyby trzecią od lewej strony niezerową cyfrą było 5 lub więcej, wynik zaokrąglilibyśmy do 0,076 kg. Podajemy wynik z dokładnością do trzech cyfr, wartościowych: Cyfry wartościowe to 7, 5 i 4. Ponieważ kolejna cyfra to 1, czyli mniej niż 5, wynik zaokrąglamy do 0,0754 kg. W obliczeniach promienia Ziemi, opartych na wcześniej wykonanych pomiarach, uzyskano wartość 6372 km. Podajemy wynik z dokładnością do dwóch cyfr wartościowych: Dwie cyfry wartościowe to 6 i 3. Po cyfrze 3 jest 7, więc wynik przybliżony z dokładnością do dwóch cyfr wartościowych to 6400 km. Podajemy wynik z dokładnością do trzech cyfr wartościowych: 5
Cyfry wartościowe to 6, 3 i 7. Kolejną cyfrą jest 2, więc wynik podany z dokładnością do trzech cyfr wartościowych to 6370 km. Gdyby w miejscu cyfry 2 była np. cyfra 8, to wynik podany z tą dokładnością wynosiłby 6380 km. To, z dokładnością do ilu cyfr wartościowych przybliżamy prawdziwy wynik, zależy od użytych przyrządów i metody pomiaru, ale o tym możemy co najwyżej poinformować uczniów. Jak widać umiejętność wymieniona w wymaganiu 8.11 jest dość trudna. W pierwszej części podręcznika zdecydowaliśmy się opisać dokonywanie przybliżeń do dwóch cyfr wartościowych i tylko tym uczniom, którzy chcą wiedzieć więcej (str. 42). Decyzję o tym, kiedy rozpocząć ćwiczenie tej umiejętności ze wszystkimi uczniami pozostawiamy do decyzji nauczyciela (będzie taka moźliwośc w kartach pracy). Zadania sprawdzające stopień jej ukształtowania zamieścimy dopiero w trzeciej części podręcznika, w materiałach powtórzeniowych i przygotowujących uczniów do egzaminu gimnazjalnego. Wymagania nr 8.6 i 8.7 Wymaganie 8.6 dotyczy umiejętności odczytywania danych z tabeli (należą tu także diagramy) i zapisywania danych w formie tabeli. W pierwszej części podręcznika Świat fizyki bardziej skupiamy się na kształtowaniu umiejętności odczytywania danych, jako umiejętności łatwiejszej. I tak np. na stronie 33, chcąc ukazać pożytki płynące ze znajomości gęstości ciał, dajemy cały szereg przykładów, wykorzystywania danych z tabeli. Bardzo istotne znaczenie dla poglądowości wywodu mają tabele na stronie 101. Odczytując dane uczeń otrzymuje argument uzasadniający wprowadzenie skali Kelvina. Kształtując umiejętność posługiwania się proporcjonalnością prostą (wymaganie 8.7), wykorzystujemy w tekście i w zadaniach diagramy dotyczące rozszerzalności liniowej i objętościowej (strony 84 i 87). Umiejętność posługiwania się prostą proporcjonalnością kształtujemy np. w rozdziale Jak opisujemy ruch (str. 146, 152) i w wielu innych punktach programu realizowanych w kolejnych częsciach podręcznika.. Wymagania nr 8.8 i 8.9 Wymagania 8.8 i 8.9 są związane z umiejętnością sporządzania wykresów i odczytywania danych z wykresów. Kształtowanie tej umiejętności spadnie prawdopodobnie całkowicie na barki nauczyciela fizyki. Z podstawy programowej do nauczania matematyki w szkole podstawowej wykreślono pojęcia osi liczbowej i układu współrzędnych. Pojawiają się one dopiero w ósmym dziale (na 11) gimnazjalnej podstawy programowej z matematyki. Z tego powodu w podręczniku Świat fizyki zamieszczono specjalny paragraf poświęcony sporządzaniu wykresów (część 1, paragraf 1.5).Zawartość tego paragrafu to treści użytkowe, ograniczone do zaspokojenia potrzeb związanych z wymaganiami podstawy programowej z fizyki. Wymaganie nr 8.4 Wymaganie 8.4 dotyczy umiejętności, których kształtowanie rozpoczęto już na lekcjach przyrody w szkole podstawowej. Kontynuację należy więc rozpocząć od sprawdzianu diagnozującego (takie 6
sprawdziany znajdą się w całościowej wersji pierwszej części poradnika, rozsyłanej nauczycielom, którzy wybrali pakiet Świat fizyki, w sierpniu 2009). Dotychczasowe praktyka pokazuje, że uczniowie przychodzący do gimnazjum nadal mają wielkie trudności z przeliczaniem jednostek i ich przekształcaniem. Bardzo dużo różnorodnych ćwiczeń z tego zakresu znajduje się w pierwszej części zeszytu przedmiotowo-ćwiczeniowego. Jeśli chodzi o przekształcanie jednostek w rozwiązywaniu zadań obliczeniowych, zaproponowaliśmy pewną niewielką innowację (patrz przykład 1.4, strona 37), która ułatwia uczniom zauważenie, jakie działanie matematyczne mają wykonać (w wymienionym przykładzie, dzielenie ułamka przez ułamek). Byłoby znacznym usprawnieniem dalszej pracy, ukształtowanie na dobrym poziomie umiejętności zawartych w tym wymaganiu, już na początku uczenia się fizyki w gimnazjum. Wymaganie nr 8.5 Umiejętność opisaną w wymaganiu przekrojowym 8.5 kształtujemy na lekcjach fizyki od zawsze. Obecnie musimy na nią zwrócić jeszcze większą uwagę. Zarówno w podręczniku jak i w zeszytach przedmiotowo-ćwiczeniowych przyzwyczajamy uczniów do wymieniania danych i szukanych w każdym zadaniu obliczeniowym. Uwagi dotyczące wymagań doświadczalnych Doświadczenia, które uczniowie mają obowiązek wykonać w gimnazjum, są stosunkowo proste i powszechnie znane nauczycielom. Ich wykonywanie nie wymaga używania specjalistycznego sprzętu. Proste zestawy, wraz ze szczegółowymi opisami doświadczeń, można tanio zakupić (fizyka.zamkor.pl Zestawy doświadczalne, ZamKor Laboratorium). Jedynym doświadczeniem, którego wykonanie może sprawiać trudność, jest doświadczenie nr. 13. Uczeń ma wytwarzać dźwięk o mniejszej i większej częstotliwości.... Rzecz w tym, że częstotliwości drgań źródła dźwięku nie można zaobserwować gołym okiem. Uczeń może zaobserwować jedynie, że np. wprawiony w ruch drgający kawałek plastikowej linijki wydaje tym wyższy dźwięk, im jest krótszy. Twórcy podręcznika Świat fizyki pokazują różnice w częstotliwości drgań na filmie wykonanym odpowiednią kamerą (film znajdzie się na płytce dołączanej do pierwszej części poradnika). Poważnym problemem dla nauczycieli fizyki będzie brak podziału klas na grupy. Zapewnienie właściwej opieki nad uczniami podczas wykonywania doświadczeń w klasie ponad trzydziestoosobowej jest zadaniem do rozwiązania nie tylko dla nauczycieli fizyki, ale także dla dyrekcji szkół i rad pedagogicznych. 7