Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
Odborný článek
Fyzikální veličiny a jednotky v praxi – hustota
4,7 (3 hodnocení)
Námět do výuky předmětu Fyzika, rozvíjející matematickou, čtenářskou a digitální gramotnost. Žáci v průběhu aktivity změří pomocí hustoměru hustoty různých kapalin a uspořádá je podle zjištěných hodnot. Na základě získaných vědomostí určí, jak se různé kapaliny budou chovat ve vodě, a svůj předpoklad prakticky ověří. S využitím digitálních informačních zdrojů žáci popíšou, kde se s pozorovaným jevem můžou setkat v přírodě.
Projekt PPUČ, financovaný z Evropských strukturálních a investičních fondů, podporuje pedagogy mateřských a základních škol v jejich snaze rozvíjet čtenářskou, matematickou a digitální gramotnost dětí a žáků. Jeho realizaci zajišťuje Národní pedagogický institut České republiky (NPI ČR).
Stupeň vzdělávání, období:
2. stupeň ZŠ / 6. ročník / alespoň 9 vyučovacích hodin
Očekávaný výstup v RVP:
F-9-1-01
Žák změří objem různých těles ponořením do vody v odměrném válci, zjistí hmotnost různých těles či změří hustotu různých kapalin
F-9-1-04
Žák je schopen spočítat hmotnosti těles pomocí hustoty a objemu a to při různých praktických činnostech. Je schopen pochopit a porozumět vzájemným vztahům mezi hustotou, hmotností a objemem
● komunikovat věcně s oporou o informační zdroje s ostatními za dodržení pravidel komunikace a s respektem ke komunikační situaci a partnerů
● vyvozuje z nalezených informací další souvislosti nebo závěry
● volí vhodný text v souladu s účelem
Matematická gramotnost
Žák:
• využívá číselnou osu, tabulky, diagramy a grafy a názorná schémata
• využívá přirozený i symbolický jazyk, je schopen jeden nahradit druhým
• správně interpretuje získané výsledky, porovnává hustoty různých pevných látek
• formuluje závěry na základě dílčích poznatků
Digitální gramotnost
Žák:
• během svého vzdělávání kombinuje různá digitální zařízení za účelem efektivnějšího plnění zadaných úkolů
• vytváří a upravuje digitální obsah v různých formátech
• využívá digitální technologie v navrženém postupu, kterým řeší vybrané problémy, potřebné informace získává z různých digitálních zdrojů na základě vlastních kritérií pro vyhledávání
• ukládá informace tak, aby je mohl efektivně třídit a vyhledávat
Cíl činnosti:
Na konci výukového bloku hustota si žáci najdou odpověď na otázku: Jaká vlastnost látek ovlivňuje hmotnost tělesa daného objemu?
Žák bude sám schopen měřit hustoty různých kapalin, a to pomocí hustoměru, a na základě získaných vědomostí bude schopen určit, jak se různé kapaliny budou chovat ve vodě, tedy zda budou na hladině či budou klesat ke dnu. Dále bude žák schopen navrhnout postup, jak zjistit hustotu pevných látek na základě známého objemu a jejich hmotnosti. Bude schopen spočítat hmotnosti různých látek na základě znalosti jejich objemu a zjištěné hustoty z tabulek či pomocí výpočetní techniky. Musíme si uvědomit, že hustota jako fyzikální veličina je pro žáky v šestém ročníku velice složitý pojem na pochopení či jeho představení si, jedná se pro ně o velice abstraktní pojem, s kterým se velice těžko seznamují, a nechápou jej v patřičných souvislostech. Také bych upozornil na druhou častou problematiku a tou je matematická schopnost žáků šestých ročníků pracovat se zlomky a upravovat je.
Popis činnosti:
1. V první a druhé vyučovací hodině budou žáci seznámeni se základními teoretickými předpoklady a zákonitostmi dané problematiky. Budou seznámeni se způsobem určení objemu různých těles, a to nejen pravidelných, u kterých lze objem snadno vypočítat, ale i nepravidelných, kde je nutné laboratorně určit objem pomocí ponoření tělesa např. do odměrného válce s vodou a z rozdílu hladin před a po vnoření tělesa určit jeho objem. Součástí hodiny bude i zopakování matematických znalostí z výpočtu objemu těles, a to hlavně krychle a kvádru. Dále se žáci seznámí s možností vyhledání hustot daných látek v tabulkách či pomocí výpočetní techniky. Tato hodina je pojata ve formě frontální výuky, kdy má dojít pouze k získání teoretických znalostí dané problematiky, které budou následně procvičovány a prohlubovány v dalších hodinách, které budou více zaměřené prakticky a badatelsky a budou realizovány ve formě skupinové výuky.
2. Následující dvě hodiny učitel objasní postup výpočtu hustoty látek, ale i možnosti výpočtu objemu či hmotnosti na základě zadaných informací. V první fázi je učitel tím hlavním, kdo látku vysvětluje, a sám spočítá modelové příklady na tabuli. V další fázi skupinky, nejlépe po třech, pracují již samostatně. Následuje blok, kdy žáci s pomocí vhodné literatury, učebnic a informačních technologií konstruují vlastní příklady, vyhledávají si relevantní informace a společně tyto úlohy řeší. Učitel pouze pomáhá, koordinuje či usměrňuje skupinovou výuku a doporučuje vhodné zdroje, kde žáci najdou potřebné informace. Je také možné, po úplném zvládnutí, zrealizovat soutěže mezi jednotlivými skupinami. Žáci se učí spolupracovat, vyhledávat důležité a podstatné informace, odlišovat podstatné informace od nepodstatných, koordinovat činnosti ve skupině a vzájemně si pomáhat. Učí se spolu diskutovat a obhajovat svůj názor před ostatními, ale i opačně, přijímat názory ostatních, a tím je respektovat. Formulují a vyjadřují své myšlenky a názory, účinně se zapojují do diskuze, obhajují svůj názor a názor druhých lidí. Učí se i vhodně argumentovat a využívat vhodné informační a komunikační prostředky a různou literaturu.
3. Další hodina je praktická a badatelská. Žáci se seznámí s měřením hustot různých kapalin pomocí hustoměru. Hustoměr je uzavřená skleněná trubice s baňkou se závažím v dolní části a se stupnicí (podobná teploměru). Hustotu kapalin měříme hustoměrem tak, že jej opatrně zasuneme do nádoby s kapalinou a ze stupnice odečteme výslednou hustotu. Hustotu odečítáme na stupnici hustoměru v místě, kde hladina kapaliny protíná stupnici hustoměru. Čím je kapalina hustší (čím má větší hustotu), tím méně se hustoměr ponoří. Některé hustoměry jsou speciální: např. pro zjišťování hustoty kapaliny v automobilové baterii nebo také speciální hustoměr používaný ke stanovení množství cukru v roztoku a obsahu alkoholu v nápojích. Úkolem je, aby byli sami schopni spočítat hmotnost předložených kapalin o různé hustotě na základě měření jejich objemu. Sami navrhnou praktický postup, jak se k výsledku doberou, a způsob výpočtu a následně tento postup před učitelem obhájí a seznámí jej s výsledky. Zde žáci propojí své teoretické znalosti s praktickou stránkou a jsou schopni tyto teoretické znalosti prakticky uplatnit. Dále posoudí chování kapalin vůči vodě a prakticky ověří. Získané výsledky ověří pomocí odborné literatury a porovnají s vlastními závěry a praktickým využitím. Např. likvidace ropných skvrn.
4. Tato část je zaměřena na porovnávání hustot různých pevných látek. Žákům připravíme vzorky pevných těles z různých látek o předem stanoveném objemu, nejlépe tvaru krychle kvůli jednoduchosti výpočtu. Tyto modelové krychle je možné běžně koupit s pomůckami na fyziku či si je můžeme sami zhotovit, zvláště jedná-li se o dřevěné vzorky, a propojit tak znalosti z přírodopisu v poznávání různých dřev s technickými pracemi. Zvolíme tedy nějaké vzorky měkkých dřev, jako je smrk, borovice, a nějaké vzorky tvrdých dřev, např. dub, buk, habr, ale doporučuji pro zajímavost i třeba balsu. Dále je možné mezi sebou porovnávat hustoty různých kovů, jako je například železo, hliník, měď, olovo, a porovnat jejich hustoty s hustotou zlata, rtuti, platiny, ale třeba i hořčíku a hliníku a na základě získaných znalostí odvodit jejich možné technické využití. Žáci pracují ve skupinkách a sami navrhnou způsob práce a postup. Vytvoří tabulky v Excelu a pomocí funkcí provedou výpočet a zkonstruují graf. S pomocí vhodné literatury si své závěry ověří a seznámí s nimi ostatní.
5. A nakonec provedeme zábavný pokus.
K pokusu budeme potřebovat širší sklenici, vodu, sůl a vajíčko.
Do širší sklenice nalijeme asi do poloviny vodu a rozmícháme v ní tolik soli, aby byl roztok nasycený. (V nasyceném roztoku se už žádná další sůl nerozpustí.) Na slaný roztok opatrně nalijeme vrstvu normální vody tak, aby se obě vrstvy nesmíchaly (sladkou vodu tedy lijeme na slanou opatrně po skle). Nakonec do vody opatrně spustíme vejce, které zůstane mezi oběma vrstvami. Kde se usadí vajíčko? Vajíčko zůstane plavat na rozhraní obou vrstev vody (slané a obyčejné).
Jak je to možné?
Velikost hustoty vejce je mezi hustotou sladké a slané vody, takže ani neklesne ke dnu (jako kdyby bylo hustší než slaná voda), ani nevyplave na povrch (jako kdyby bylo lehčí než sladká voda).
Sladká voda je méně hustá, proto vejce klesá dolů (vejce má menší hustotu). Slaná voda naopak obsahuje rozpuštěné částice soli (je hustší než průměrná hustota vejce), proto vejce nadnáší. Pokud na slanou vodu opatrně nalijeme sladkou a teprve vložíme vejce, tak se vejce zastaví na rozhraní slané a sladké vody.
Komentář:
Komentář z pohledu vzdělávacího oboru
Žáci se během těchto aktivit dozvědí, co je to hustota látek a k čemu je tato fyzikální veličina důležitá. Budou schopni tento vysoce abstraktní pojem zkonkretizovat a budou schopni si pod tím představit konkrétní vlastnost látek. Budou schopni porovnávat vlastnosti různých látek na základě jejich rozdílné hustoty. Naučí se vhodně používat odbornou literaturu a vyhledávat z ní důležité informace, nutné k zvládnutí úkolu. Nedílnou součástí této aktivity je i hluboký přesah do učebního oboru matematika. Budou schopni počítat rozličné příklady, při nichž si kromě samotného výpočtu hustoty či hmotnosti a objemu zopakují také výpočet objemu kvádru a krychle, samozřejmě je vhodné zařadit i práci s jednotkami. Nedílnou součástí je i badatelsky orientovaná výuka se zapojením skupinových laboratorních prací, kde mají žáci možnost sami pracovat a porovnávat různé materiály z pohledu jejich rozdílné hustoty. Tento tematický celek je velice důležitý i z hlediska dalšího studia s přesahem do chemie.
Komentář z pohledu gramotností
Žáci zlepšují svou čtenářskou gramotnost, součástí je také gramotnost digitální, kdy mohou určité informace vyhledat v digitálních zdrojích, a to hlavně různé hustoty pro zadané látky. Samozřejmostí by měl být i zpracovaný protokol s tabulkou hodnot pro jednotlivé látky a je možné i vygenerovat patřičný graf např. v Excelu. Matematická gramotnost se rozvíjí při správné interpretaci a kritickém zhodnocování získaných výsledků, při řešení rozličných příkladů a vyvozených závěrů.
Možnosti individualizace a diferenciace výuky: Je možné výpočty pojmout tak, že buď žáci pracují samostatně, nebo, což se mi jeví efektivnější, vytvoří dvoučlenné skupinky, kdy jeden žák je ten, který je více schopný a může tak tomu pomalejšímu žáku poradit a vést ho. Ale musí se dát pozor, aby práce nesklouzla k tomu, že jeden žák vykoná vše a druhý pouze pasivně přihlíží. Při samotných badatelských činnostech žáky rozdělíme do skupin podle našich potřeb a možností učebny. Samozřejmě že jednotlivé zkoumané látky můžeme obměňovat. Zajímavé je třeba porovnat hustoty různých stavebních materiálů a možnosti jejich transportu podle nosnosti jednotlivých aut. Je možné porovnávat hustoty různých izolačních materiálů a následně probírat jejich praktické využití atd.
Postřehy z ověřování: V první fázi musím upozornit, že pro žáky šestých ročníků, kde je velice často tato kapitola zařazována v ŠVP, je tato kapitola spíše problematická a dosti složitá na pochopení. Je nutné nejprve s žáky důkladně zopakovat jednotky, a to hlavně jednotky objemu, které se pro žáky jeví náročnější na pochopení, a jejich převody. Dále je dobré zopakovat z matematiky výpočet objemu, a to hlavně kvádru a krychle. Složitější je pro žáky úprava vzorečku na výpočet hustoty, kdy je nutné žáky důkladně seznámit s jeho obměnou, kdy jednou počítáme ze zadaných hodnot hustotu, jindy objem či hmotnost. Při praktické části žáky necháme pracovat ve dvoučlenných skupinkách, při větším počtu již není práce dostatečně efektivní a někteří žáci se na zadaných úkolech nepodílí a jen pasivně přihlíží. Doporučuji žákům připravit pracovní listy, do kterých svá pozorování zaznamenávají, a následně vypracují při hodině výpočetní techniky protokol ze cvičení. Velice se mi osvědčila spolupráce s kolegy na výpočetní techniku.
