Heuréka - 1. seminář (mechanika)

Od pátku 26. 2. 2016 do neděle 28. 2. 2016 se konalo v budově SPŠST Panská v ulici Malá Štupartská první setkání semináře Heuréka pro střední školy. Seminář vznikl na přání kolegů a kolegyň z různých koutů České republiky a zajistila jej KDF MFF UK Praha.

Vzhledem k tomu, že nebylo jasné, jakým způsobem a jak do hloubky budou chtít účastníci semináře probrat jak didaktické tak odborné otázky výuky fyziky na středních školách, připravil jsem hrubý nástin programu včetně časové dotace. To, že jsme ve finále nestihli probrat vše, co bylo původně v plánu, nebylo vůbec na závadu. Alespoň jsme probíraná témata probrali více do hloubky.

Páteční večer byl po příjezdu všech účastníků semináře (celkem nás bylo 19) a jejich aklimatizaci v prostorách školy věnován víceméně společenské konverzaci, která byla doplňována různými drobnostmi s fyzikální tématikou. Na úvod semináře jsme se navzájem podělili o svá očekávání, se kterými jsme se semináře rozhodli zúčastnit. Většina účastníků měla jasno: probrat středoškolskou fyziku tak, aby bylo možné probrané metody a způsoby práce se žáky použít bezprostředně ve vlastní výuce. Po tomto úvodu jsem nabídl účastníkům možnost zahrát si Fyzikální BINGO. Všichni byli pro. Hra trvala zhruba půl hodiny, během které jsme komentovali i postup hry z hlediska motivace k výuce fyziky nebo možnému zařazení hry přímo do výuky. Poté si účastníci samostatně prohlédli matematické BINGO a obecné BINGO.

Pak jsem nabídl další kratochvíle – tentokráte hlavolamy zaměřené na nenásilné opakování fyziky:

  • Fyzikální domino - účastníci měli složit zhruba 30 čtvercových kartiček do tvaru obdélníka tak, aby jednotlivé kartičky na sebe logicky navazovali. Logická návaznost přitom byla zajištěna pomocí převodů jednotek, přiřazování fyzikálních jednotek k fyzikálním veličinám a podobně. Ve složeném obdélníku pak bylo možné rozluštit zašifrovaný vzkaz s fyzikální tématikou.
  • Obrázkové puzzle - cílem bylo složit obrázek s fyzikální tématikou z přibližně 20 částí.

    • Mezitím ti, kteří neskládali domino ani obrázky, diskutovali o problémech současného fyzikálního vzdělávání (hodinové dotace, způsoby práce se žáky ve školách, minimální fyzikální požadavky, které by měli žáci zvládnout, …). S postupující nocí začala převažovat únava, a proto jsme začali postupně odcházet do učeben připravených jako dočasné ložnice do svých spacáků.

    V sobotu ráno krátce po půl deváté začal první blok hodin fyziky. Začali jsme, jak ostatně téměř ve všech oborech středních škol, kinematikou. Postupně jsme zvládli:

  • Motivační ukázku z knihy J. Barrowa Konstanty přírody (nakladatelství Paseka) o nezdařeném přistání sondy Mars Climate Orbiter na povrchu Marsu v roce 1999, které bylo způsobeno špatným používáním fyzikálních jednotek.
  • Fyzikální rozbor rovnoměrného přímočarého pohybu, jeho grafické reprezentace a vizualizace s využitím čidla polohy firmy Vernier.

    • Po půlhodinové přestávce pak pokračoval druhý blok na téma rovnoměrně zrychlený pohyb:

  • Ukázka závislosti souřadnice pohybujícího se tělesa na čase.
  • Nástin odvození vztahu pro dráhu rovnoměrně zrychleného pohybu.
  • Vyřešení úlohy zaměřené zejména na sestrojení grafu uražené dráhy na čase pro pohyb složený ze tří úseků (zrychlený pohyb, rovnoměrný pohyb, zpomalený pohyb).
  • Přiřazování grafů závislosti souřadnice na čase a velikosti rychlosti na čase ke slovnímu popisu fyzikálního děje (inspirace od Ireny Dvořákové a práce, kterou na KDF MFF UK Praha vedla).
  • Zopakování rovnoměrného pohybu (a převodu plošných jednotek) s využitím písně Jarka Nohavici Šnečí blues.

    • Následovala tříhodinová přestávka na pro většinu z nás společný oběd a individuální odpočinek. Po této pauze jsme pokračovali dále v základech dynamiky. V rámci třetího bloku, který s námi absolvovala i zakladatelka projektu Heuréka Irena Dvořáková, jsme zavedli pojem síla, demonstrovali Newtonovy zákony a diskutovali správné zakreslování sil působících na těleso.

    Ve čtvrtém bloku, před kterým jsme si dali opět 30 minut přestávku, jsme pokračovali v dynamice zakreslováním sil do připravených pracovních listů. Jako motivace ke studiu pohybu tělesa na nakloněné rovině posloužila poté ukázka z filmu Jak se krotí krokodýli (režie Marie Poledňáková, rok 2006), v níž špatně zaparkovaný automobil sjíždějící k lesu zachraňuje vesnický traktorista. Po shlédnutí ukázky, která všechny pobavila, jsme těleso na nakloněné rovině rozebrali z hlediska působících sil. Před hodinovou pauzou na večeři jsme stihli ještě jednoduchý experiment demonstrující existenci a fyzikální vlastnosti dostředivé síly.

    Poslední blok sobotního večera byl věnován rozboru působení dostředivých a odstředivých sil na různá tělesa. Po vysvětlení a nutnosti zavedení odstředivé síly jsme začali řešit různé fyzikální situace:

  • Kyvadlo - inspirované ukázkou z filmu Piráti z Karibiku: Truhla mrtvého muže (režie Gore Verbinski, 2006), v níž se piráti kývají nad roklí v klecích. Kyvadla, která jsme pak řešili, byla zakreslena v různých fázích svého pohybu a o to byl rozbor působících sil zajímavější.
  • Lyžaře, který přejíždí bouli tvaru části koule;
  • Auto v zatáčce;
  • Svíčku v rotující láhvi, jejíž plamen se vychyluje směrem ke středu otáčení. Názory na působení sil se mírně lišily, ale video s balonkem ve zrychleně se pohybujícím automobilu bylo inspirující pro všechny.
  • Cyklistu v zatáčce na vodorovné silnici i v klopené zatáčce.

    • Po skončení tohoto bloku jsme ještě otevřeli diskusi ohledně programu na neděli. Někteří účastníci litovali, že poslední blok končí už 10:00, jiní litovali, že by případně rádi zůstali až do pozdějších hodin, ale že už mají domluven program doma, zakoupené lístky na dopravní prostředky, … Proto jsme se dohodli, že skončíme v těch původně plánovaných 10:00, ale že příští setkání protáhneme až do 12:00. Tak uvidíme!

    V neděli ráno jsme pak pokračovali gravitačním polem. V rámci tohoto bloku jsme:

  • rozdiskutovali platnost Newtonova gravitačního zákona;
  • pochopili důležitost zavedení intenzity gravitačního pole (zejména pro pozdější definici elektrické intenzity);
  • definovali tíhovou sílu;
  • byli mírně v rozporu ohledně definice tíhy;
  • zmínili Ptolemaiův systém deferentů a epicyklů, pomocí kterého byly poprvé popsány pohyby planet ve Sluneční soustavě. Jako motivaci pro žáky (i pro případné práce z výpočetní techniky, ročníkové práce, …) jsme shlédli netradiční animaci Ptolemaiova systému deferentů a epicyklů.

    • Poté jsme se rozloučili, popřáli si šťastnou cestu domů a slíbili si, že se uvidíme zase za měsíc. Byl jsem překvapen, jak nadšení účastníci semináře byli a jak moc děkovali. Obával jsem se, že to místy bude nudné povídání, ale nakonec se ukázalo, že i to povídání bylo pro řadu účastníků velmi cenné.

    Materiály ze setkání, které jsou účastníkům k dispozici:

  • kartičky se zadáním hry BINGO s fyzikální, matematickou a obecnou tématikou;
  • herní plány hry BINGO s fyzikální, matematickou a obecnou tématikou;
  • fyzikální domino - skládání kartiček k sobě na principu domina a následné přečtení zašifrovaného vzkazu;
  • obrázkové puzzle - obrázky, které je nutné vytisknout, vystřihnout a následně nechat žákům složit;
  • napodobování grafů rovnoměrného pohybu - grafy, které mají žáci napodobit pohybem s určitým tělesem;
  • napodobování grafů rovnoměrně zrychleného pohybu - grafy, které mají žáci napodobit pohybem s určitým tělesem;
  • zakreslování sil - pracovní materiál zaměřený na zakreslování sil působících na pohybující se tělesa;
  • zakreslování sil - pracovní materiál zaměřený na zakreslování sil působících na tělesa, která se (většinou) pohybují vlivem dostředivé síly;
  • záznam tabule - záznam z interaktivní tabule pořízený během semináře.

    • Průběh prvního setkání zobrazují fotografie.

    Autoři fotografií:

    Martin Konečný

    Jan Koupil

    Zdeňka Koupilová

    Jaroslav Reichl

    © Jaroslav Reichl, 29. 2. 2016