44 Uvod Zgodi se ura, ki si jo učitelj zapomni za vedno. Vse se je začelo pred približno sedmimi leti, v prvem letniku tehniške gimnazije, brez posebnih priprav in opreme. Skratka popolnoma normalna in vsakdanja ura. Ključna je bila risba oziroma tabelska slika. T a je od dijakov zahtevala premislek in skupinsko (ekipe s po štirimi dijaki) ugotovitev, kaj bosta zabeležili kameri. Prva kamera (K1) je snemala tloris poskusa vodoravnega meta, druga (K2) pa stran- ski pogled v ravnini padanja. Virtualni poskus je spodbudil razmišljanje in razdelil dijake na dve skupini. Prvi izziv je bil abstraktno razmišljanje o tem, kaj bosta zabeležili kameri, drugi pa o posledici. Kakšno gibanje bo mogoče razbrati iz »posnete« sekvence? Potrebna je bila poenostavljena določitev, da se velikost žoge zaradi oddaljevanja ali približevanja kameri ne spreminja. Gibanje telesa je bilo treba opazovati zgolj kot gibanje točkastega telesa. Raz- prava in argumentacija stališč različno razmišljujočih skupin in postavljanje hipotez sta bili vrhunec te edinstvene učne ure. Pogovoru, razpravi in prepričevanju je sledilo risanje grafov odvisnosti hitrosti od časa. Malce presenetljivo je ravno ta aktivnost poenotila večino dijakov k pravilnim ugotovitvam. Zgodila se je še ena zanimivost. Da ne bi vedno omenjali kroglice, topa in streljanja, smo izbrali nogometaša, ki brcne žogo. Ob omembi žoge in primerjavi s kroglico so ekipe spre- minjale mnenja. Očitno so dijaki razmišljali o kroglici kot telesu, na katero okolica ne vpliva bistveno. Nogometna žoga pa je že obsežno telo, na katero okolica znatno vpliva (upor, spre- memba velikosti kadra padanja, »felšanje« žoge – Magnusov pojav). Celotna debata in razprava sta se končali z dokaj poenotenim mnenjem: telo pada po načelu prostega pada in se vodoravno giblje enakomerno. Nekaj dijakov pa je še vedno vztrajalo pri svojih hipotezah, da enakomerno gibanje ne more biti prisotno pri padajočem telesu. Dogovo- rili smo se, da vsebino poglobljeno raziščemo in nadaljujemo pri eksperimentalnih vajah. Pri tem smo se preizkusili z malo drugačno izvedbo poskusa. V odni curek z vodoravno postavlje- Vodoravni curek mag. Jože Pernar Zavod Republike Slovenije za šolstvo Izvleček Prispevek prikazuje praktični primer izbirne vsebine vodoravnega meta od avtentičnega timskega dela do sestave vsestransko uporabne eksperimentalne vaje, ki je svoje cilje dosegla tudi v času pouka na daljavo. V gimnazijskem programu je bila vaja preizkušena in evalvirana, za potrebe osnovne šole pa je bila prilagojena med pripravo tega prispevka. Ključne besede: aktivno učenje, fizikalni eksperiment, vodoravni met, hidrostatični tlak, fizika. Horizontal Jet Abstract This paper provides a practical example of the optional activity on the horizontal throw, ranging from authentic tea- mwork to the versatile experimental exercise development that met its objectives despite distance learning. While pre- paring the paper, the exercise was tested and evaluated in a secondary school curriculum and adapted to suit primary school students‘ needs. Keywords: active learning, physics experiment, horizontal throw, hydrostatic pressure, physics. Virtualni poskus je spodbudil razmišljanje in razdelil dijake na dve skupini. Gibanje telesa je bilo treba opazovati zgolj kot gibanje točkastega telesa. Fizika v šoli 45 Strokovni prispevki nim iztokom (odprtina s slamico) zagotavlja kontinuiteto eksperimenta in hkrati ponazarja princip vodoravnega meta. T ega met kroglice ne omogoča. Primerjava klasične vaje vodoravnega meta z vajo z vodoravnim curkom V ečina, ki izvaja vajo vodoravnega meta, to stori s prirejenim vzmetnim topom ali z ukrivljeno cevjo. Značilnosti in prednosti posameznih izvedb so različne. Slika 1: Tabelska slika obravnave vodoravne- ga meta. Slika 2: Primer vaje z vzmetnim topom. Slika 3: Primer vaje z ukrivljeno cevjo. 46 Prednosti in slabosti Naloga z vzmetnim topom je v stalnem naboru vaj večine učiteljev. V erjetno se na vsaki šoli najde neka oblika katapulta oziroma napravice, ki s pomočjo vzmeti potisne predmet – kro- glico v želeni smeri. – Prva slabost te izvedbe se pojavi v primeru močne vzmeti in kovinske kroglice. T a v skraj- nem položaju postane izstrelek in je lahko nevarna za dijaka, ki beleži pristanek telesa. V elja poudariti dejavnik varnosti pri izvajanju vaje z več dijaki. Nevarnost nastopi, če prvi dijak nižje na tleh beleži domet predmeta, drugi pa že pripravlja novo izstrelitev. Samo sprožitev v takšni situaciji ni zaželena. T ežnja tovrstnih vzmetnih topov pa je prav pogosto proženje brez nadzora. – Prednost te vaje je možnost večstopenjskih nastavitev proženja. Če imamo opravka s to- pom, ki ima več zatičev, lahko spreminjamo začetno hitrost izstrelka. Napetost vzmeti nam tako omogoča različne domete. – Omenjeni sistem je tudi zelo prilagodljiv in nezahteven za merjenje. Hitra namestitev na stativ nam omogoča takojšnje delo. – V odoravni met z ukrivljeno cevjo potrebuje podobno varnostno komponento kot prvi pri- mer. T reba je paziti, kdaj se kroglica spušča po cevi. V ečje krogle lahko dosežejo znatno gibalno količino. Primer: Jeklena kroglica premera 2 cm in mase 40 g lahko pri spustu z višine enega metra na koncu ukrivljene cevi doseže gibalno količino, ki ob udarcu resno poškoduje glavo. Slika 4: Eksperimentalna vaja: Vodoravni curek za srednjo šolo in gimnazijo. Avtor: J. Pernar Prednost te vaje je možnost večstopenjskih nastavitev proženja. Fizika v šoli 47 Strokovni prispevki – Spuščanje kroglic po cevi omogoča poljubno število hitrosti na izteku iz cevi glede na to, koliko prožilnih luknjic si pripravimo (višine proženja navpičnega dela cevi). – Ukrivljena cev nam nudi spuščanje različno velikih kroglic. – Dobro ukrivljene cevi z velikim polmerom ni enostavno izdelati. Odvodne plastične cevi so primerne tako zaradi trpežnosti kot cene. Serijska kolena pa žal nimajo dovolj velikega polmera, da se krogla ne bi pretirano ustavljala. Zato je treba ravno cev zviti v čim daljšem loku. Praktični pristop k temu je zelo zahteven. Pri segrevanju pogosto nastanejo nezaže- lene grbine in rebra. Polnjenje z mivko in krivljenje z vročim sušilnikom pa je že mojstrski podvig. Vodoravni curek – samostojna vaja V aja je bila poleg rednega pouka in pouka na daljavo predstavljena v sklopu stalnega strokov- nega spopolnjevanja za učitelje fizike na Oddelku za fiziko FMF, UL (2016/17) [1]. Delovni list vsebuje poleg nalog tudi kratka navodila, ki služijo kot praktični nasveti. T o ni navodilo v obliki recepta. So le namigi, ki premostijo začetne dvome pri izbiri in postavitvi opreme. Poudarjeni so krajši čas učenja učnih vsebin, povečana motivacija, vključenost in uživanje v učnem procesu. Prednosti vodoravnega curka V arnost je pri tej izvedbi vaje največja. Razen morebitnih mokrih nogavic in copatov ni drugih nezaželenih učinkov. – V odoravno tirnico lahko zabeležimo ali fotografiramo na več načinov. – S spreminjanjem višine kapljevine v posodi lahko zagotovimo različne parabole curka. – V oda v prostoru (učilnici ali laboratoriju) lahko predstavlja nezaželene »poplave«. – V aja nakazuje na različne možnosti razvoja in usmerjanja (zaprta posoda, različne iztočne odprtine, oblike presekov curka …) Analiza po opravljenih vajah v šoli V šoli so vajo izvajali dijaki v skupinah po tri in štiri. Zanimiva je bila že začetna razprava o izbiri plastenke. Izbira je bila mogoča med posodami z različno prostornino in velikostjo. Najmanjša je vsebovala 0,5 litra in največja 5 litrov. Vse so imele vgrajen čep z iztokom. Nekatere skupine so že po začetnih poskusih ugotovile, da njihova izbi- ra plastenke ni bila najustreznejša. Manjše posode ne omogočajo daljše- ga opazovanja in merjenja. Največje posode so pokazale pomanjkljivosti Slika 5: Različne pla- stenke, med katerimi lahko izbirajo učenci. Slika 8: Pomoč s kovinsko palico. Sliki 6 in 7: Načini merjenja s pomočjo svinčnice. Delovni list vsebuje poleg nalog tudi kratka navodila, ki služijo kot praktični nasveti. Vodoravno tirnico lahko zabeležimo ali fotografiramo na več načinov. 48 prelivanja in oskrbovanja z zadostno količino vode. Pogoj za zamenjavo plastenk je bila ustre- zno zapisana obrazložitev v poročilu izdelane vaje. V ekipah se naloge običajno razdelijo. Pri tej vaji je to pomembno. Dijaki so izbirali različne metode in načine merjenja. Pri tem so izkazali svojo iznajdljivost z uporabo zelo različnih meril, njihove postavitve (nad posodo, pod prozorno posodo, v posodo – plastična merila) in dodatne opreme (palice, vrvice, svinčnice). Pri določanju dometa curka so nekatere skupine ubirale zanimive načine merjenja. Zaradi iztekanja vode iz posode se domet spreminja. Nekateri so privzeli idejo, da ohranijo domet z dviganjem posode in spreminjanjem višine H (navpična razdalja od odprtine do tal). Drugi so sproti dolivali izteklo količino vode. Nekateri so celo pihali v posodo in ohranjali domet s spremembo zračnega tlaka v posodi. Različni pristopi so pri končnih predstavitvah izvedb izzvali razpravo, ki se je končala z enakimi rezultati in ugotovitvami. T a način dela lahko poi- menujemo avtentičen znanstveni pristop. Na to je treba dijake tudi opozoriti in to pomembno dejstvo poudariti. Samoevalvacija in tabele ISLE Pri eksperimentalni vaji je bila uporabljena metoda samoevalvacije s pomočjo tabele [2]. Ak- tivnosti so bile zasnovane po načelu ciklov ISLE [3]. Dijaki so bili seznanjeni z vsebino in po- menom tabele že pred pričetkom izvajanja vaj. Med izvajanjem in pripravo poročila so lahko sledili rubrikam sposobnosti, ki so predvidene za uspešno opravljeno delo. Delo po korakih se prične z izbiro opreme, bazičnim opazovalnim poskusom, napovedmi in ponovitvijo vse- bin, ponovitvami opazovalnih poskusov, oblikovanjem razlag in izvedbo testnih ter praktičnih poskusov. V nadaljevanju metoda vodi do izdelave diagramov, sistemskih risb in obdelave iz- merjenih količin oziroma opaženih značilnosti poskusa. Cikel se konča z reševanjem realnih problemov v slogu razmišljanja kot »pravi« fizik. Pri tem je pomembno, da skupine svoje ugo- tovitve in predvsem rezultate med sabo primerjajo. T o je osnova znanstvenega pristopa, ki ga pri tej vaji lahko spodbudimo. Začetni pogoji z izbiro različnih plastenk (različna izhodišča) in različni poskusi ter pristopi nudijo primerjavo (enakih ali podobnih) rezultatov. Kriteriji v tabeli omogočajo dijaku, da svoje izdelke – poročila vseskozi vrednoti in jih dopolnjuje ter posodablja do največje mogoče mere in želenih ciljev. Cikli se lahko nadaljujejo do končnega izdelka. Vaja na daljavo V aja na daljavo zahteva poleg delovnega lista dodatno navodilo o izdelavi pripomočkov in nujne opreme, ki je potrebna za uspešno izvedbo. Skoraj vsa oprema je enostavna in doseglji- Slika 9: Primer dviganja curka. Različni pristopi so pri končnih predstavitvah izvedb izzvali razpravo, ki se je končala z enakimi rezultati in ugotovitvami. Aktivnosti so bile zasnovane po načelu ciklov ISLE. Fizika v šoli 49 Strokovni prispevki va vsakomur. Pri izvedbi doma so dijaki podobno kot v šoli sami izbirali, kakšno plastenko bodo uporabili. T okrat verjetno niso imeli na voljo šestih različnih prostornin, temveč so vzeli to, kar so našli doma. Navodilo je stripovske narave (slika za sliko). Omogoča postopno pripravo in natančna navo- dila z vsemi poudarki in opozorili za izbor ter pripravo gradiva. Rezultati meritev in poročila vaje, izvedene doma in v šoli, so bili različni. Jasno je bila vidna individualna izvedba, ki v večini poročil ni dosegala šolskih rezultatov. V aje doma so bile obre- menjene z izzivom, da se opravijo. Vzrok za to je verjetno tudi individualni pristop. Snovanje in dogovarjanje v skupinah se je izkazalo za uspešnejše. Samostojno delo doma je bilo v več primerih tudi pomanjkljivo, še posebej, če niso imeli pomoči (»več rok«). Kljub omenjenim in pričakovanim pomanjkljivostim so vajo pozitivno ocenili tako dijaki kot učitelj. V izrednih razmerah pouka na daljavo je dosegla svoj namen. Vodoravni curek – navodilo za pripravo opreme Eksperimentalna vaja – pouk na daljavo V šolskem laboratoriju izvajamo eksperimentalno vajo po navodilu: http://www2.arnes.si/~sssknm1/eksperimentalne/vodni_curek_delovna.pdf Pri učenju na daljavo bomo morali pred izvedbo te vaje pripraviti ustrezno posodo, iz katere bo »curljala« voda. Priprava plastenke Za pripravo curka, ki bo primeren za opazovanje in fizikalni opis, bomo potrebovali nekaj pripomočkov: Dobro pripravljena plastenka ustvari razločno viden curek. Ta ponazarja vodoravni met. Za šolski poskus je plastenka opremljena z električno »uvodnico«, ki zatesni slamico. Doma bomo pripravili enostavno pripravo za iztekanje vode. Izbrati je treba malo višjo plastenko (priporočljiva prostornina 1,5 litra). Na sliki je večja s prostornino 3 litre. Malo nad dnom plastenke pripravimo luknjico. Lahko jo izvrtamo z ustreznim svedrom, a so poskusi pokazali boljše iztekanje vode, če luknjico »pretopimo« z vročim šilom ali žebljem. POZOR: Žeblja ne držite v roki, ko ga PLASTENKE LIJAK METER PLASTELIN ALI ŽVEČILKA SVEČA ŠILO ALI ŽEBELJ segrevate – TOPLOTNA PREVODNOST! Na sveči segrejemo šilo. Z njim preluknjamo plastenko na spodnjem delu. Košček slamice vstavimo v luknjo. Zatesnimo lahko s plastelinom … … ali pa celo z žvečilko ali z voskom sveče, s katero smo segreli šilo. Z malo kapljanja pa se vodoravni curek ustvari tudi brez slamice. Za dolivanje vode potrebujemo še lijak. Slika 10: Navodilo za pripravo opreme. Avtor: J. Pernar Vaja, prilagojena za osnovno šolo Z nekaj spremembami in drugačnimi vprašanji lahko vajo opravijo tudi osnovnošolci. Delov- ni list je prilagojen in prav tako lahko služi pri izvedbi na šoli ali za samostojno delo doma. Spremenjen in prilagojen delovni list temelji bolj na opazovanju in manj na empiričnih za- ključkih ter poglobljenih fizikalnih vsebinah. Poudarek je na učni vsebini tlaka v tekočinah. Po veljavnem učnem načrtu [4] naj učenci dosežejo naslednje operativne cilje: – raziščejo, kako se prenaša povečanje tlaka v tekočini v zaprti posodi, – ugotovijo smer sil zaradi tlaka tekočine na ploskev telesa in na steno posode, – ugotovijo, od česa je odvisen tlak v mirujoči tekočini, – uporabijo enačbo za računanje spremembe tlaka v tekočini, – razložijo, da teža zraka povzroča tlak, in poznajo normalni zračni tlak, Delovni list je prilagojen in prav tako lahko služi pri izvedbi na šoli ali za samostojno delo doma. 50 – uporabijo enačbo za računanje tlaka v kapljevinah z upoštevanjem normalnega zračnega tlaka. Slika 11: Eksperimentalna vaja: Tlak v tekočinah za osnovno šolo. Avtor: J. Pernar Priloga za pripravo eksperimenta doma je enaka kot za srednješolce. Vsebine in kvalitativna vprašanja Vsebina vodoravnega meta je v učnem načrtu za gimnazije [5] uvrščena med izbirne vsebine. V odoravni met razstavimo na prosto padanje in enakomerno gibanje ter računamo domet in trenutno hitrost. Čeprav gre za ravninsko gibanje, del vsebin terja prostorsko predstavo. Kljub izbirnosti vsebine je mogoče z omenjeno vajo povezati kar nekaj zelo splošnih znanj. Pove- zave med prostim padom, enakomernim gibanjem, tlakom v tekočini (kapljevini in plinu) ter praktičnim merjenjem so dobrodošle in zanimive. Raziskovalskemu učitelju pa se vedno postavi vprašanje, ali so dijaki/učenci usvojili neko vsebino površinsko le zato, da zadostijo šolskim zahtevam, ali pa so vsebino dojeli poglobljeno in razumejo bistvo. S kvantitativnimi vprašanji bomo najverjetneje dosegli prvo. Kvalitativna vprašanja zagotovijo večjo aktivnost dijakov in višjo raven kognitivnega procesa. Predvsem pri takih vprašanjih pričakujemo iz- ražanje z besedami. Opisi, izmenjava mnenj, postavljanje hipotez, konstruktivni »prepiri«, Čeprav gre za ravninsko gibanje, del vsebin terja prostorsko predstavo. Fizika v šoli 51 Strokovni prispevki pisanje besedil in poročil so prednost kvalitativnih vprašanj. Besedilno izražanje je tudi pri naravoslovnem predmetu, kot je fizika, vedno pomembnejše. Zaključek Cilj, pripraviti vajo, ki je primerna tako za delo v šolskem laboratoriju kot za samostojno eksperimentalno delo doma, je bil dosežen. Zelo tvegano bi bilo zapisati, da je vaja boljša od ustaljenih poskusov s kroglicami. Nimamo dovolj zanesljivih standardov in merskih metod, ki bi dokazale večji uspeh pri poučevanju določene aktivnosti. Je pa zaželeno, da učitelj raz- mišlja o svojem poučevalskem raziskovanju, kot ga navaja naš bivši profesor Strnad v svojem delu O poučevanju fizike [6]. Med prekinitvama rednega pouka zaradi epidemije so dijaki vajo izvajali tudi na daljavo. T ako izvedba v šoli kot kasneje doma se je izkazala za primerno in uporabno. Dijaki so izra- zili pozitivno mnenje o zanimivosti vaje. Bilo je nekaj pripomb, da izvedba vaje zahteva veliko priprav. Žal v razmerah pouka na daljavo eksperimentalne vaje ni mogoče opraviti drugače, kot da si pripomočke pripravimo in prilagodimo z nekaj več truda in časa. Pri drugem vprašanju vaje za srednjo šolo in gimnazijo so se pojavile določene težave. T o vprašanje zahteva poleg znanja vsebin fizike tudi višjo raven kognitivnega razmišljanja in sklepanja. Pri delu v skupinah se je razvila konstruktivna debata, kaj vprašanje pravzaprav zahteva. Ravno to ekipno sklepanje in pojasnjevanje sta pomenila veliko prednost pred indi- vidualnim izvajanjem vaje pri pouku na daljavo. T udi pri dodatnem osmem vprašanju je bilo potrebnega več abstraktnega razmišljanja, kar je bilo tudi pričakovati. Zato je bilo to označeno kot dodatna in neobvezna naloga. V aja v osnovni šoli še ni bila izvedena. Prilagojena je bila med pripravljanjem prispevka. Avtor pričakuje kakršne koli odzive in pripombe ob in po izvedbi vaje. Kontinuiteta poskusa je največja pridobitev te vaje. Stalno obliko in domet curka lahko vzdr- žujemo s sprotnim dotakanjem. T o je za zgodnje opazovanje in raziskovanje velika prednost v primerjavi s hitrimi »izmeti« ter tirnicami s kroglicami. Viri [1] Stalno strokovno spopolnjevanje za učitelje fizike, FMF, UL., 25. 3. 2017. [Elektronski]. http://sss. fmf.uni-lj.si/index.php?mode=4. [Poskus dostopa 28. 2. 2022]. [2] B. Planinšič, SSS – stalno strokovno spopolnjevanje, FMF Ljubljana, 25. 3. 2017. [Elektronski]. http://sss.fmf.uni-lj.si/data/288.pdf. [Poskus dostopa 25. 3. 2022]. [3] G. in E. E. Planinšič, Physics Experiment as an integral part, 24. 11. 2014. [Elektronski]. http://sss. fmf.uni-lj.si/data/267.pdf. [Poskus dostopa 25. 3. 2022]. [4] Učni načrt za fiziko OŠ, MIZS, 22. 3. 2022. [Elektronski]. https://www.gov.si/assets/ministrstva/ MIZS/Dokumenti/Osnovna-sola/Ucni-nacrti/obvezni/UN_fizika.pdf. [5] „Učni načrt za fiziko na gimnaziji,“ 22 3 2022. [Elektronski]. Available: http://eportal.mss.edus.si/ msswww/programi2018/programi/media/pdf/ucni_nacrti/UN_FIZIKA_gimn.pdf. [6] J. Strnad. (2006). O poučevanju fizike . Ljubljana: DMFA - založništvo. Cilj, pripraviti vajo, ki je primerna tako za delo v šolskem laboratoriju kot za samostojno eksperimentalno delo doma, je bil dosežen.