V rámci diskuzí o revizích RVP a aplikace ICT kompetencí do reálné výuky je nutné si uvědomit, že cílem všech těchto snah je implementovat ICT do výuky tak, aby se jejich využití stalo nenucenou a aktivní součástí výuky. Předkládaná aktivita má za cíl být aktivitou, kde využití ICT není pouhá nutnost, ale stává se zcela přirozenou součástí práce žáků.
Při aktivitě žáci na základě laboratorního měření zjistí délku pružiny (bez deformace – bez zatížení), kterou následně zatíží zvolenou hmotností a změří délku pružiny při deformaci (všechny uvedené údaje si žáci zapíší do sdílené tabulky, která je v průběhu měření prezentována pomocí techniky celé třídě). V závěrečné části aktivity se snaží jednotlivé skupiny najít skupinu, která měla pružinu s tuhostí, kterou měly i ony.
Časová dotace:
1 vyučovací hodina (35 minut)
laboratorní měření žáků – 20 min
práce s tabulkami a vzorci – 10 min
nalezení odpovídajících si pružin – 5 minut
Pomůcky:
počítač (notebook, tablet…), sdílené úložiště (ke kterému mají přístup žáci i pedagog), online nasdílený tabulkový editor, soustava pro měření tuhosti pružiny (závaží, pružina, pravítko, stojan)
Vzdělávací cíle:
aktivně pracuje v tabulkových editorech, vytváří v nich vzorce, pracuje s odkazem v tabulkovém editoru;
zpracovává a sdílí data pomocí sdílených dokumentů.
Pomocí digitálních technologií žáci vytváří sdílený datový soubor, se kterým následně pracují a využívají závěry z něj pro své studium. Vytváří v něm vzorce pro výpočet fyzikálních veličin a pro převody fyzikálních jednotek.
Teoretický předpoklad:
Tuhost udává míru změny délky vzhledem k velikosti vnější (deformační) síly.
Pro výpočet tuhosti pružiny (k) potřebujeme znát délku pružiny před deformací (l0), velikost deformační síly (F) a délku pružiny při působení deformační síly (l1).
k = F/(l1 - l0)
Metodická poznámka:
Je nutné dát pozor na jednotky, se kterými žáci pracují. Veškeré jednotky délky je pro výpočet nutné udávat v metrech, hmotnosti v kilogramech a síly v N. Pro lepší odhalení chyb žáků je vhodnější, aby si žáci vše nejprve psali v rámci jednotek, ve kterých měří, a následně je převedli (žáci naměřili délku pružiny 10 cm, nejprve zapíší tento údaj a následně převedou na metry).
Popis vzdělávací aktivity:
Jednotlivé skupiny obdrží sadu pro laboratorní měření, která bude obsahovat pružinu, sadu závaží, pravítko, stojan.
Pružiny v sadách volte tak, aby ve třídě bylo možné najít vždy odpovídající si dvojice pružin se stejnou tuhostí.
Cílem aktivity je, aby žáci z pokusu a výpočtu určili tuhost pružiny a našli ve třídě skupinu, jejíž pružina má stejnou tuhost.
Instrukce pro žáky:
Rozdělte se do skupin. Každá obdrží sadu na měření, ve které je pružina, metr, sada závaží, stojan. Sestavte nejprve měřicí aparaturu (sestavte stojan a zavěste na něj pružinu. Změřte její délku a hodnotu zapište do tabulky jako hodnotu l0. Na pružinu zavěste závaží (pokus proveďte pro dvě různé hodnoty hmotnosti závaží), hmotnost zapište a určete sílu, jakou je pružina deformována (F = m × g). Z naměřených hodnot pomocí vzorců v online sdíleném tabulkovém editoru určete tuhost pružiny k.
Průběh žákovského měření:
První údaj, který žáci musí určit, je délka pružiny v klidovém stavu. Zavěsí pružinu na stojan a změří její délku bez působení deformační síly. V danou chvíli však žáci mají hodnotu, kterou sice zapíší do sdílené tabulky, ale je nutné ji převést.
Pro ilustraci – žáci naměřili hodnotu 10 cm. Pro další fyzikální výpočty však potřebují daný údaj v metrech. Žáci převod nebudou realizovat v hlavě nebo na papíře, ale v buňce tabulky vytvoří vzorec pro převod.
Následně žáci na pružinu zavěsí závaží a do tabulky zapíší délku pružiny se závažím a hmotnost závaží. I u těchto hodnot je nutné zapsat nejprve naměřenou hodnotu v centimetrech, gramech a převést ji pomocí funkcí do základních jednotek metrů a kilogramů.
Délka pružiny před deformací
10 cm
0,1 m
Délka pružiny při deformaci
15 cm
0,15 m
Hmotnost zavěšeného závaží
200 g
0,2 kg
Deformační síla
2 N
Žáci dále vytvoří vzorec pro výpočet tuhosti (nezadají pouze hodnotu, ale vytvoří vzorec).
Na závěr jednotlivé skupiny vloží do výsledné tabulky opět nikoliv pevně dané číslo, ale odkaz na hodnotu, která odpovídá tuhosti jejich pružiny.
Následně žáci vyhodnotí výslednou tabulku a vytvoří dvojice skupin, které mají pružiny o stejné tuhosti.
Práce s chybou žáka
Práce s chybou žáka bývá pro práci pedagoga značně komplikovaná, jelikož žáci se mohou dopustit v rámci řešení úlohy řady chyb. Především řady různých chyb, což je pro pedagoga velká výzva, jelikož musí být schopen na tyto chyby pohotově reagovat a řádně je pedagogicky a didakticky opravovat. V tabulce níže jsou uvedeny nejčastější chyby, kterých se žáci při této aktivitě dopouští, a možné opravy, či spíše ukázání správné cesty k výsledku, popřípadě ukázání, jak by si měl žák chybu odhalit a přijít na důvod, proč je daná hodnota z fyzikálního pohledu špatná.
Chyba
Důvod vzniku chyby
Možná reakce pedagoga na chybu
Špatně uvedená hodnota hmotnosti
Nepřevedeno
Nejvhodnější práce s touto chybou je mít ve fyzikální učebně celou řadu různých závaží. Pokud žák či skupina zaznamenali, že pracují se závažím 500 kg (místo g), tak je vhodné, aby to pedagog demonstroval následně: „Dívejte se, co se stane s pružinou při zavěšení 10 kg, a vy počítáte s 500 kg!“
Špatně uvedená hodnota délky
Nepřevedeno
Nejvýhodnější práce s touto chybou je, pokud má pedagog k dispozici svinovací pásmo a na chybnou hodnotu upozorní následně: „Pepo, pojď k tabuli, odměř 15 m a ukaž, jak se o tuto délku prodloužila pružina – nemělo to být 15 jiných jednotek?“
Špatný výpočet tuhosti pružiny
Špatná hodnota výsledku
Kontrola výpočtu, vzorce
vyšla výrazně malá tuhost – projít s žákem fyzikální význam tuhosti pružiny a to, jaké vlastnosti by měla pružina s takovouto tuhostí mít
vyšla výrazně velká tuhost – viz a)
Je nutné operovat s pojmy „výrazně větší“ a „výrazně menší“ hodnota, aby si žáci vytvořili představu o typovosti jejich výsledku. Nelze pouze říci – chybná hodnota.
Zkušenosti s použitím materiálu:
Aktivita byla realizována v rámci výuky. Výhodou bylo, že jsem měl při realizaci při ruce více pružin o různých tuhostech a mohl jsem na nich ukázat případné žákovské chyby – viz tabulka s chybami.
