Wymagania doświadczalne – propozycja doświadczeń

Podczas wykonywania eksperymentów na fizyce uczniowie zdobywają wiedzę czynną, na którą składają się czynności praktyczne:

  1. Ilustrowanie
  2. Wyznaczanie
  3. Badanie
  4. Demonstrowanie
  5. Rozróżnianie
  6. Łączenie
  7. Obserwowanie
  8. Otrzymywanie

Działy fizyki w szkole podstawowej

  1. Ruch i siły
  2. Energia
  3. Zjawiska cieplne
  4. Właściwości materii
  5. Elektryczność
  6.  Magnetyzm
  7. Ruch drgający i fale
  8. Optyka     

 

1. Ruch i siły

doświadczalnie:

a)      ilustruje:  I zasadę dynamiki, II zasadę dynamiki, III zasadę dynamiki, 

b)      wyznacza prędkość z pomiaru czasu i drogi z użyciem przyrządów analogowych lub cyfrowych bądź oprogramowania do pomiarów  na obrazach wideo,

c)      wyznacza wartość siły za pomocą siłomierza albo wagi analogowej  lub cyfrowej.        

 

2. Energia – brak wymagań doświadczalnych

 

3. Zjawiska cieplne

doświadczalnie:

a)      demonstruje zjawiska topnienia, wrzenia, skraplania,

b)      bada  zjawisko przewodnictwa cieplnego i określa, który z badanych materiałów jest lepszym przewodnikiem ciepła, 

c)      wyznacza ciepło właściwe wody z użyciem czajnika elektrycznego lub grzałki o znanej mocy, termometru, cylindra miarowego lub wagi. 

4.  Właściwości materii

 

doświadczalnie:

a)      demonstruje  istnienie ciśnienia atmosferycznego; demonstruje zjawiska konwekcji i napięcia powierzchniowego,

b)      demonstruje prawo Pascala oraz zależność ciśnienia hydrostatycznego  od wysokości słupa cieczy,

c)      demonstruje prawo Archimedesa i na tej podstawie analizuje pływanie ciał; wyznacza gęstości cieczy lub ciał stałych,

d)      wyznacza gęstość substancji, z jakiej wykonany jest przedmiot o kształcie regularnym za pomocą wagi i przymiaru lub o nieregularnym kształcie  za pomocą wagi, cieczy, cylindra miarowego. 

           

5.         Elektryczność

doświadczalnie:       

a)      demonstruje zjawiska elektryzowania przez potarcie lub dotyk,  demonstruje wzajemne oddziaływanie ciał naelektryzowanych,

b)      rozróżnia przewodniki od izolatorów oraz wskazuje ich przykłady,

c)      łączy według podanego schematu obwód elektryczny składający się  ze źródła (akumulatora, zasilacza), odbiornika (żarówki, brzęczyka, silnika, diody, grzejnika, opornika), wyłączników, woltomierzy, amperomierzy; odczytuje wskazania mierników,

d)      wyznacza opór przewodnika przez pomiary napięcia na jego końcach oraz natężenia prądu przez niego płynącego.     

6.  Magnetyzm

doświadczalnie:       

a)      demonstruje zachowanie się igły magnetycznej w obecności magnesu, 

b)      demonstruje zjawisko oddziaływania przewodnika z prądem na igłę magnetyczną.         

7.  Ruch drgający i fale

doświadczalnie:

a)      wyznacza okres i częstotliwość w ruchu okresowym, 

b)      demonstruje dźwięki o różnych częstotliwościach z wykorzystaniem drgającego przedmiotu lub instrumentu muzycznego,

c)      obserwuje oscylogramy dźwięków z wykorzystaniem różnych technik. 

8.  Optyka

doświadczalnie:

a)      demonstruje zjawisko prostoliniowego rozchodzenia się światła, zjawisko załamania światła na granicy ośrodków, powstawanie obrazów za pomocą zwierciadeł płaskich, sferycznych i soczewek,

b)      otrzymuje za pomocą soczewki skupiającej ostre obrazy przedmiotu  na ekranie,

c)      demonstruje rozszczepienie światła w pryzmacie.  

I. Problem badawczy:
 

czy kiwi ma własne DNA?


jeśli tak, to nasuwają się kolejne problemy (pytania) badawcze:

Jak wyizolować DNA z kiwi?
Czy można zobaczyć DNA kiwi?
Czy inne owoce też mają własne DNA?
Jeżeli inne warzywa i owoce mają własne DNA to czym one się różnią od siebie?

 

 

II. Hipoteza (odpowiedź na problemy - pytania badawcze):
 

 

 

wszystkie warzywa i owoce posiadają własne DNA

 

III. Doświadczenie (doświadczalne sprawdzenie hipotezy):


Materiały
1. Kiwi
2. Sól
3. Płyn do naczyń
4. Różne naczynia i probówki (w zależności od posiadania ich w domu)
5. Blender 6. Denaturat 7. Urządzenia AGD: lodówka, czajnik do podgrzania wody 8. Woda ciepła, zimna oraz jeżeli możliwe lód

 

9. Papierowy filtr do kawy i lejek (może być wykonany z plastikowej butelki)

Instrukcja (przebieg doświadczenia):
1. Podgrzewamy 200 ml wody do temp. Około 600C,
2. Kroimy kiwi w kostkę,
3. Wrzucamy pokrojone kiwi do ciepłej wody na 10 minut,
4. Wsypujemy do mieszaniny około 1 łyżeczki soli i około 1 łyżeczki płynu do naczyń,
5. Blenderem miksujemy mieszankę i wkładamy ją w naczyniu  do miski z lodem lub zimną wodą,
6. Bierzemy filtr do kawy i przesączamy mieszankę do naczynia
7. Przesącz wlewamy do probówki
8. Po ściance probówki ostrożnie wlewamy schłodzony w zamrażarce denaturat
9. Obserwujemy dwie warstwy przesącza i denaturatu
10. W denaturacie obserwujemy nitki DNA kiwi.


BHP: Ostrożne obchodzenie się z blenderem i ciepłą wodą.

IV. WNIOSKI: samodzielnie napisz wnioski na LZP

 


 

 

 

 

 

 

I. Problem badawczy:

czy z ziemniaków można zrobić magnes?

II. Hipoteza (odpowiedź na problemy - pytania badawcze):

 

 

 

robiąc z dowolnych owoców ogniwo elektryczne wykorzystując do tego celu miedź i cynk można podłączyć do zwojnicy i wytworzyć w ten sposób najprostszy elektromagnes - czyli magnes, ktory można włączyć i wyłączyć

 

 

III. Doświadczenie (doświadczalne sprawdzenie hipotezy):

Materiały:
1. Trzy ziemniaki
2. Drut miedziany
3. Gwoździe miedziane (lub monety miedziane) i cynkowe (mogą być ocynkowane lub zamiast gwoździ cienkie blaszki)
4. Gwóźdź stalowy
5. Drut w izolacji
6. Szpilki lub pinezki


Instrukcja (przebieg doświadczenia):
1. Na gwóźdź nawiń stalowy drut - około 20-30 zwojów - powstanie zwojnica.
2. Do każdego ziemniaka wbij po jednym gwoździu (blaszce, monecie) miedzianym i cynkowym.
3. Następnie drutem w izolacji połącz ze sobą odpowiednio gwoździe: miedziany połącz cynkowym (przemiennie).
4. Wykonaj wszystkie połączenia.
5. Pierwszy i ostatni gwóźdź podłącz do zwojnicy.
6. Czubek gwoździa zbliż do szpilek.


 

IV. WNIOSKI: samodzielnie napisz wnioski na LZP


 

Kolejne problemy badawcze:
1.  Dlaczego szpilki (pinezki) zostały przyciągnięte do gwoździa?
2. Jakie zjawisko tu obserwujemy?
3. Co to jest elektromagnes i jak jest zbudowany?
4. Czy zamiast ziemniaków do elektromagnesu można zastosować jabłka lub cytryny?




 

Doświadczenia to za mało  – potrzebne są eksperymenty

Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie,  czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą),  czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym  fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Zgoda?

A

by dowiedzieć się czegoś więcej o świecie, powinniśmy zacząć od posiadanej już wiedzy, często potocznej. Musimy mieć na przy-

kład choćby mgliste przekonanie o tym, że aby nasiona zakiełkowały potrzebna jest woda, słońce i może coś jeszcze. Na początek wystarczy jakaś wstępna obserwacja związana ze wzrostem roślin – ot, choćby dostrzeżenie, że w domu ktoś podlewa kwiaty w doniczkach. I że zwykle stoją one przy oknie. Jeżeli mamy takie elementarne wiadomości, to zapewne jesteśmy gotowi, by z pomocą krytycznego myślenia poznać zjawisko dogłębniej.


Na początku jest doświadczenie

 


Jeśli jednak nie mamy o danym zagadnieniu żadnego pojęcia, to konieczne będzie doświadczenie, czyli obserwacja zdarzeń zachodzących samoistnie bądź sprowokowanych przez nas samych. Czasem może wystarczyć nawet rozmowa o tych doświadczeniach: o wspomnieniach z wakacji czy o obserwacjach domowych. Zbieranie doświadczeń i ich analiza może nas doprowadzić do wiedzy o różnych zależnościach (np. do stwierdzenia, że istnieje jakiś związek między warunkami pogodowymi a kiełkowaniem nasion). Jednak poprzestanie na zbieraniu i analizie doświadczeń nie wyposaży nas w narzędzia intelektualne badacza. W wyniku biernego gromadzenia wniosków z przeżywanych i obserwowanych doświadczeń nie nauczymy się aktywnego, odkrywczego poznawania świata – tworzenia hipotez i planowania procesu poznawczego. Warto tu zwrócić uwagę, że robiąc proste doświadczenia polegające na wykonywaniu instrukcji mówiącej co, kiedy i jak robić z określonymi obiektami czy zjawiskami, również jesteśmy bierni. W takiej sytuacji budujemy wprawdzie wiedzę i uczymy się przez asymilację tego, co widzieliśmy i zrozumieliśmy pod wpływem instrukcji z zewnątrz, ale nie wykorzystujemy ani twórczej wyobraźni, ani twórczego myślenia.

Eksperyment w twojej głowie
 

Do fazy eksperymentowania przechodzimy dopiero wtedy, gdy świadomie i zgodnie z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz proces poznawania świata. Wbrew intuicyjnym skojarzeniom podpowiadającym, czym jest eksperymentowanie, to co najważniejsze w tym procesie, dzieje się w naszych głowach przed podjęciem jakichkolwiek działań. Kluczem do naszego rozwoju intelektualnego i budowania wiedzy o świecie jest bowiem projektowanie hipotez i procedur ich weryfikacji (co się stanie, gdy…). Krytyczną rolę odgrywa tu zdolność do antycypacji – przewidywania przebiegu wydarzeń, które jeszcze nie nastąpiły, a które musimy sobie wyobrazić, by podjąć określone działanie. Równie ważne jest planowanie, jak zrealizować te procedury i potwierdzić prawdziwość wyniku. A następujące potem działanie? Doskonali tylko pewne umiejętności praktyczno-teoretyczne. Eksperymentalne badanie naszego otoczenia (fizycznego, społecznego i psychicznego) nie jest jednak możliwe bez wyodrębnienia i zdefiniowania zmiennych. Co to takiego? Zmienna to właściwość obiektu bądź zjawiska, która może się zmieniać, a my jesteśmy w stanie tę zmianę stwierdzić i zmierzyć lub opisać. Zmienną może być np. barwa, wysokość, temperatura lub czas trwania. Wyodrębniając i definiując zmienne, możemy opisać otaczający nas świat. Ale gdy chcemy go w pełni poznać, musimy poznać zależności między poszczególnymi dostrzeganymi przez nas zmiennymi. Bo od tych zależności oraz wewnętrznych i zewnętrznych uwarunkowań zależy kształt i funkcjonowanie świata.

 

Manipulujemy zmiennymi,  badamy zależności
 

Powyższe zależności najpełniej poznajemy, posługując się metodą badawczą w czasie eksperymentu, czyli ukierunkowanej obserwacji inspirowanej szczegółowym planem, co i jak chcemy obserwować. W eksperymencie działamy danym czynnikiem po to, aby wywołać określoną zmianę. Musimy zatem przewidywać, pod wpływem jakich czynników (zmiennych niezależnych) można osiągnąć określone stany (zmienne zależne od wprowadzonego przez nas czynnika – zmiennej niezależnej).


Przykład? Aby przeprowadzić eksperyment testujący hipotezę Intensywność kiełkowania nasion i wzrostu siewki jest zależna od ilości wody w glebie, musimy mieć pewną wiedzę, choćby potoczną, że proces kiełkowania jest związany z wodą. Następnie musimy wyodrębnić zmienne: ilość wody (zmienna niezależna) oraz cechy określające kiełkowanie (np. długość pędu – zmienna zależna) i być w stanie je mierzyć. Jednak przede wszystkim musimy zbudować w naszej wyobraźni plan badania zależności tych zmiennych (np. kilka doniczek z zasadzonymi nasionami tego samego gatunku rośliny podlewanych


Do fazy eksperymentowania przechodzimy wtedy,  gdy świadomie i zgodnie  z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz  proces poznawania świata.

podczas eksperymentu różną ilością wody, codzienna obserwacja i pomiar). Wysiłek włożony w wymyślenie eksperymentu, wykorzystanie wiedzy już posiadanej, trafne wytypowanie zmiennych, prawidłowo przeprowadzone pomiary, analiza wyników i wyciągnięcie wniosków – to wszystko daje w rezultacie nieporównywalnie trwalszy i bardziej znaczący rezultat od samego doświadczenia polegającego np. na obserwacji kiełkującego ziarna fasoli trzymanego na wilgotnej wacie.

Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą), czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Rozwija też ciekawość świata, odwagę i krytyczne, samodzielne myślenie. Kompetencje, których znaczenie wykracza daleko poza szkolne mury.

 

Prof. dr hab. Stanisław Dylak
pedagog, profesor Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu,
kierownik zakładu Pedeutologii na Wydziale Studiów Edukacyjnych.

www.kopernik.org.pl

 

 

Rozumowanie - rozwiązanie problemu


Etapy rozumowania:

I. Problem badawczy - II. Hipoteza - III. Doświadczenie - IV. Wnioski