Ako motivovať žiakov v rozširujúcich voliteľných moduloch fyziky SOŠ prostredníctvom IKT

Transcript

1 ;s Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť / Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ RNDr. Anna Zubáková Ako motivovať žiakov v rozširujúcich voliteľných moduloch fyziky SOŠ prostredníctvom IKT Osvedčená pedagogická skúsenosť edukačnej praxe Banská Bystrica 2014

2 Vydavateľ: Metodicko-pedagogické centrum, Ševčenkova 11, Bratislava Autor OPS/OSO: RNDr. Anna Zubáková Kontakt na autora: Názov OPS/OSO: Rok vytvorenia OPS/OSO: Odborné stanovisko vypracoval: Stredná priemyselná škola stavebná Oskara Winklera - Winkler Oszkár Építőipari Szakközépiskola, B. Němcovej 1, Lučenec azubakova@gmail.com Ako motivovať žiakov v rozširujúcich voliteľných moduloch fyziky SOŠ prostredníctvom IKT 2014 XII. kolo výzvy Mgr. Ivana Kormancová Kopásková, PhD. Za obsah a pôvodnosť rukopisu zodpovedá autor. Text neprešiel jazykovou úpravou. Táto osvedčená pedagogická skúsenosť edukačnej praxe/osvedčená skúsenosť odbornej praxe bola vytvorená z prostriedkov národného projektu Profesijný a kariérový rast pedagogických zamestnancov. Projekt je financovaný zo zdrojov Európskej únie.

3 Kľúčové slová Šport, simulácia, interaktívne učebné nástroje, fotografia, videozáznam, žiacky projekt. Anotácia Osvedčená pedagogická skúsenosť (ďalej OPS ) je určená učiteľom fyziky stredných škôl. Niektoré jej časti môžu byť inšpiráciou pri výučbe fyziky aj pre učiteľov vyšších ročníkov základných škôl. V práci sú sprístupnené námety ako možno motivovať žiakov prostredníctvom ich osobných záujmov (šport, prostriedky IKT). Týka sa predmetu fyzika zo vzdelávacej oblasti Človek a príroda. Poznatky z nej možno aplikovať hlavne v rozširujúcich voliteľných moduloch Molekulová fyzika a termodynamika, Vlastnosti kvapalín a plynov, Periodické deje. Akreditované programy kontinuálneho vzdelávania Názov akreditovaného vzdelávacieho programu KV Aktivizujúce a motivujúce stratégie vo vyučovaní fyziky Experimenty vo vyučovaní fyziky na strednej škole Video experiment vo vyučovaní fyziky Číslo akreditovaného vzdelávacieho programu KV 985/2012-KV 1107/2013-KV 1048/2013-KV

4 OBSAH ÚVOD OPIS OSVEDČENEJ PEDAGOGICKEJ SKÚSENOSTI PRÍKLADY Z PRAXE Molekulová fyzika a termodynamika Vlastnosti kvapalín a plynov Periodické deje, optika, elektromagnetické žiarenia a fyzika mikrosveta HRY SO ŠPORTOVÝM NÁMETOM Minigolf Hokej v elektrickom poli Futbal Bungee jumping FYZIKA V ŠPORTE Opakovanie formou domáceho zadania prostredníctvom PV Žiacke mini projekty Keď žiaci motivujú učiteľa ZÁVER ZOZNAM PRÍLOH... 40

5 ÚVOD Práca je voľným pokračovaním OPS z 11. kola výzvy s názvom Motivácia žiakov na vyučovaní fyziky využitím športu (ďalej OPS11 ). Aktivity, ktoré sú popísané v práci som realizovala na vyučovaní fyziky v prvom ročníku študijných odborov SPŠSOW (dve skupiny žiakov z odborných zameraní stavebníctvo, geodézia a kartografia) v triede zameranej na šport (v prevažnej miere futbal, hokej, atletika). Hlavný cieľ OPS je totožný s hlavným cieľom vyššie uvedenej práce, čiže poskytnúť učiteľom námet ako na vyučovaní fyziky pozitívne motivovať žiakov prostredníctvom ich osobných záujmov športu a bežne dostupných prostriedkov IKT. Čiastkové ciele sú: dokumentovať možnosť využitia medzi predmetových vzťahov vo vyučovacom procese tak, aby si žiaci jasne uvedomili ich vzájomné súvislosti (interdisciplinarita najmä s TŠV, INF, MAT, CHE, BIOL), ukázať prepojenie fyziky s bežným životom ľudí, podeliť sa so skúsenosťami získanými pri používaní voľne dostupného softvéru priamo vo vyučovacom procese. Cieľovou skupinou sú učitelia vyššieho aj nižšieho stredného vzdelávania. Vzdelávacia oblasť Človek a príroda, vyučovací predmet fyzika. Tematicky sú pokryté hlavne rozširujúce voliteľné moduly Molekulová fyzika a termodynamika, Vlastnosti kvapalín a plynov, čiastočne aj Periodické deje a Optika. Niektoré poznatky a edukačné materiály v nej sprístupnené možno využiť aj v rámci výučby základného tematického celku Elektromagnetické žiarenia a fyzika mikrosveta. V celej práci sú moje skúsenosti z reálne prevedenej edukačnej praxe, pozitíva aj negatíva, s ktorými som sa stretla pri tvorbe vlastných a používaní voľne dostupných materiálov, odporúčania pre kolegov, ktorí sa rozhodnú využívať ich v rámci svojho vyučovacieho procesu. Celý postup výučby fyziky formou popísanou v tejto práci (rovnako aj OPS11) je založený na aktívnom využívaní bežne dostupných prostriedkov IKT, ktoré v dnešnej dobe vlastní už zrejme každá škola a má ich doma k dispozícii prevažná väčšina žiakov. Tento fakt je zdôrazňuje aj samotný názov OPS. Bez nich by bol uvedený spôsob výučby nemožný. Podrobnejšie popísané okolnosti, ktoré viedli ku vzniku OPS, jej prínosy pre procesy výchovy a vzdelávania, bližšie špecifikujem v kapitole 1. 5

6 6

7 1 OPIS OSVEDČENEJ PEDAGOGICKEJ SKÚSENOSTI Tematické zameranie výzvy: Skúsenosti s uplatňovaním nových progresívnych metód a foriem práce vo výchovnovzdelávacej činnosti. Kontext a rámec: V rámci výučby fyziky som sa pokúsila zosúladiť záujem žiakov o šport a IKT s tým, čo predpisuje ŠVP pre fyziku v SOŠ. Chcela som im ukázať, že fyzika je exaktná veda so širokou aplikovateľnosťou v bežnom živote a každého z nich sa bezprostredne dotýka. Aj samotné ľudské telo možno chápať ako synchronizovaný mechanizmus, ktorého jednotlivé súčasti do seba systematicky zapadajú. Existenčne dôležité veci majú fyzikálnu podstatu (dýchanie, krvný obeh, činnosť srdca,...). Postupne som zostavila široké portfólio úloh, učebných materiálov a iných aktivít, ktorých východiskom boli rôzne druhy športu, prípadne ľudské telo v spojitosti s jeho zdravým, prirodzeným vývojom. Všetky učebné materiály majú interdisciplinárny charakter (TEV, BIOL, CHE, MAT). Používala som ich na hodinách fyziky a neskôr motivovali žiakov pri tvorbe ich mini projektov na tému Fyzika v športe. Vzhľadom na tematické zameranie (šport) a výber úloh (nízka matematická náročnosť, rôznorodosť foriem), možno poznatky z nej aplikovať aj na vyučovaní fyziky v ktorejkoľvek inej strednej škole akéhokoľvek zamerania. Od učiteľa sa očakáva zručnosť pri práci s Wordom a internetom na priemernej úrovni. Žiaci majú mať vedomosti z fyziky a zručnosti vo využívaní IKT na úrovni absolventa základnej školy. Táto práca nadväzuje na OPS11, v ktorej som uviedla rôzne aktivity realizované v športovej triede počas vyučovania fyziky v rámci povinných tematických celkov Mechanika a Energia okolo nás. OPS11 má dve kapitoly. V úvode a prvej kapitole je podrobne popísaný kontext jej vzniku, stručný popis situácie v triedach so športovým zameraním a dôvody, ktoré ma viedli k tomuto spôsobu vyučovania fyziky. Nosnou časťou OPS11 je jej druhá kapitola, v ktorej podrobne rozoberám edukačné materiály s námetom športu. Časť z nich som získala z voľne dostupných zdrojov, časť vytvorila a odskúšala na vyučovaní fyziky. Celá kapitola sa člení na dve podkapitoly, ktorých názvy sú totožné s názvami povinných tematických celkov. Každá z nich má v úvode stručne zhrnutý obsahový a výkonový štandard, ktorý predpisuje aktuálny ŠVP pre SOŠ v danom tematickom celku. Ďalšie členenie je podľa fyzikálnej témy a športu, v ktorom sú poznatky aplikované. Z mechaniky sú to predovšetkým sily a ich pôsobenie (lyžovanie, cyklistka,...) a hybnosť telesa (krasokorčuľovanie, hokej, skejtbord,...). Druhá podkapitola sa člení na časti: energia a jej premeny (loptové hry, cyklistika, skejtbord), mechanická práca a výkon (atletika,...). V tejto OPS budem pokračovať aktivitami realizovanými počas vyučovania fyziky v rámci rozširujúcich voliteľných modulov, ktoré má do učebných osnov zaradené naša škola (SPŠSOW Lučenec) v svojom ŠkVP. 7

8 Špecifikácia cieľovej skupiny: podkategória pedagogických zamestnancov : učiteľ nižšieho stredného vzdelávania, učiteľ vyššieho stredného vzdelávania, vzdelávacia oblasť: človek a príroda, škola: nižšie ročníky strednej školy, vyššie ročníky základnej školy (bez bližšej špecifikácie), prierezové témy: osobnostný a sociálny rozvoj, mediálna gramotnosť, tvorba projektu a prezentačné zručnosti, ochrana života a zdravia, vyučovací predmet: fyzika, rozširujúce voliteľné moduly: Molekulová fyzika a termodynamika, Vlastnosti kvapalín a plynov, Periodické deje, Optika. Cieľ OPS: Poskytnúť učiteľom námet, ako možno pozitívne motivovať žiakov prostredníctvom ich osobných záujmov (šport, prostriedky IKT) a tak zatraktívniť a zefektívniť výučbu fyziky v ktoromkoľvek type školy. Prínos pre učiteľov: zbierka netradične zadaných kontextových úloh (zameranie na šport), metodické pokyny, návody, odporúčania, námety na tvorbu vlastných fyzikálnych zadaní. Prínos pre žiakov (ak učiteľ bude pracovať s materiálmi uvedeného typu): žiak získa schopnosť rozvíjať si fyzikálne (logické) myslenie, chápať interdisciplinárny charakter výučby, čítať s porozumením súvislé texty obsahujúce čísla, závislosti, vzťahy a odborné termíny, čítať s porozumením nesúvislé texty obsahujúce tabuľky, grafy, animácie, používať rôzne spôsoby reprezentácie fyzikálneho obsahu (text, graf, animácia, video,...), pracovať s návodmi a tvoriť ich, analyzovať problémové situácie, navrhovať riešenia, zvažovať ich výhody aj nevýhody, iné kompetencie spôsobilosť triediť informácie a primerane kriticky ich hodnotiť, na základe získaných informácií formulovať jednoduché uzávery, na základe stanovených kritérií posúdiť rôzne riešenia a ich kvalitu, kultivovane prezentovať svoje produkty a názory, poznať základy jednoduchej argumentácie a vedieť ich použiť na obhájenie vlastného postoja, využívať rôzne typy prezentácií, aktívne sa zúčastňovať diskusie (asertívne správanie), ovládať užívateľské operácie na PC na úrovni spotrebiteľa (vnímať digitálnu gramotnosť ako východisko pre celoživotné vzdelávanie), aktívne rozvíjať svoju tvorivosť, logické myslenie. 8

9 2 PRÍKLADY Z PRAXE V tejto kapitole pokračujem ukážkami učebných materiálov, ktoré som použila v rámci výučby rozširujúcich voliteľných modulov. Jednoznačné zaradenie niektorých učebných materiálov z hľadiska ich využiteľnosti v konkrétnej časti fyziky nie je možné, pretože sú vzhľadom na možnosti, ktoré poskytujú aplikovateľné v rôznych častiach fyziky. K takýmto typom materiálov patria hlavne PhET simulácie, ktoré sú vypracované s takou precíznosťou a majú také množstvo rôzne nastaviteľných parametrov, že sa dajú aplikovať pri rôznych témach, podľa toho, aký fyzikálny dej učiteľ prostredníctvom nich demonštruje. V tejto OPS, aj OPS11, som ich priradila tam, kde som ich najčastejšie, alebo prvý krát použila. Z tohto dôvodu sa v nasledujúcom texte budem viackrát odvolávať OPS11, v ktorej sú tieto materiály sprístupnené, podrobnejšie popísané a uvedené príklady ich využitia v rámci výučby povinných tematických celkov Mechanika a Energia okolo nás. Rovnako dobre na nich však možno demonštrovať fyzikálne deje tematicky spadajúce do niektorého z rozširujúcich voliteľných modulov. Taktiež aj mnohé z materiálov, ktoré popíšem v nasledujúcich podkapitolách, možno využiť aj v rámci tém, ktoré obsahujú uvedené povinné tematické celky. Čo sa týka hodinovej dotácie aj obsahovej náplne rozširujúcich voliteľných modulov, obe sú značne zredukované v porovnaní s tým, čo umožňuje ŠVP zaradiť do vyučovania. Vybraté sú len tie témy, ktoré majú podpornú funkciu pre odborné predmety v našej škole (SPŠSOW), alebo sú priamo využiteľné v bežnom živote (žiak sa s nimi bežne stretáva). Niektoré témy, napríklad prúdenie tekutín, sú z rovnakých dôvodov doplnené. Do OPS som z takto zostaveného obsahu vybrala len tie materiály, ktoré sa dotýkajú nejakého športu majú priamu aplikovateľnosť v športe, alebo tvoria kontext úloh týkajúcich sa športu. Nie sú tu materiály, aplikovateľné v odborných predmetoch školy. 2.1 Molekulová fyzika a termodynamika Na rozdiel od predchádzajúcich, je v aktuálne platnom ŠVP zaradená aj téma Výpočet energetickej hodnoty potravín. Je zaradená do povinného tematického celku Energia okolo nás. Vzhľadom na to, že ľudia sú teplokrvní (teplota zdravého človeka je v rozmedzí 36,6 C ± 0,7 C) a teplo na udržanie telesnej teploty vzniká v organizme človeka počas metabolických premien (60% chemickej energie sa mení na teplo), možno získané poznatky o energetickej hodnote potravín využiť aj v tomto module. Na školách iného typu ako sú SOŠ technického zamerania (gymnáziá, školy s potravinárskym zameraním) sa žiaci s týmito témami zaoberajú na biológii, alebo niektorých odborných predmetoch potravinárskych. Pre žiakov ostatných typov škôl, je to téma nová, nemá nadväznosť na žiadny odborný predmet. Týka sa však bezprostredne života každého človeka, bez ohľadu na vek, pohlavie, či odborné zameranie. V bežne dostupných učebniciach fyziky táto téma vôbec nie je zaradená, učiteľ si musí materiály získať iným spôsobom, alebo si ich svojpomocne vyrobiť. Materiály na výučbu tejto témy som si sama spracovala (technika výpočtu, vzorovo vyriešené úlohy). Materiály, s ktorými pracovali žiaci v rámci domáceho zadania som čerpala z PV, vyberala som čiastočne z predmetu biológia pre SŠ, čiastočne z chémie pre SŠ. Na obrázkoch 1 a 2 sú ukážky niektorých z nich. Oba vybraté materiály sú typu cvičenie úloha. Vďaka ozvučeným prezentáciám obrázkov záhlaví (obr. 1), učebným textom a krátkemu filmu o troch základných zdrojoch energie (sacharidoch, tukoch, proteínoch) v spodnej časti (obr. 2), slúžia aj ako doplnkový študijný materiál. Nie sú len jednoduchými úlohami na výpočet energetického výdaja človeka. 9

10 Obrázok 1 Energetický výdaj pri fyzickej činnosti Prameň: Planéta vedomostí, Obrázok 2 Denné nutričné požiadavky Prameň: Planéta vedomostí, 10

11 Učebný materiál, na základe ktorého sme počítali energetickú hodnotu potravín pri preberaní povinného tematického celku Energia okolo nás, je (v rozšírenej verzii) zverejnený vo Virtuálnej knižnici pod názvom Hodnota potravín. Náhľad na časť, ktorá je venovaná výpočtu energetickej hodnoty potravín je v prílohe 1. Celý materiál je spracovaný vo forme pptx prezentácie. Na druhom snímku úplnej verzie je obsah, z ktorého je možný priamy prechod na ktorúkoľvek časť (energetická hodnota, biologická hodnota, výživová nutritívna hodnota potravín). Na konci časti je možný opätovný prechod na obsah. V prezentácii sú vložené objekty, ktoré žiaci potrebujú na jednotlivé výpočty (tabuľka výživových hodnôt potravín, zdroje úloh,...). Jednotlivé vzorové výpočty sú animované tak, aby učiteľ mohol, podľa aktuálnej situácie v triede, predviesť výpočet krok za krokom, alebo nechať žiakov samostatne počítať a ukázal im vo vhodnej chvíli len správny výsledok výpočtu. Výpočty možno realizovať úvahou, alebo aj podľa vzorca. Klikaním myšou tak vyučujúci usmerňuje chod celej prezentácie. Kompletný materiál je pre registrovaných užívateľov Virtuálnej knižnice k dispozícii na odkaze Ostatné materiály z PV so športovým kontextom, ktoré mali žiaci sprístupnené v rámci domácej prípravy, sa týkali prenosu tepla, tepelných strát a deformácie materiálov. Na príklade plavca v plavárni, ktorý vyšiel z bazénu, sú popísané straty tepla ľudského tela vedením (stojí na dlaždičkách), prúdením (teplý vzduch od tela ide smerom na hor a je nahrádzaný chladným vzduchom), žiarením spolu s možnosťami znižovania strát (vhodné oblečenie). Ukážka jedného z materiálov týkajúcich sa deformácie telies šmykom je na obrázku 3. Podobne sú spracované aj deformácie športového náradia ťahom a ohybom. Obrázok 3 Deformácia šmykom odrazový mostík Prameň: Planéta vedomostí, 11

12 2.2 Vlastnosti kvapalín a plynov Jeden z učebných materiálov, ktorý som často používala na vyučovaní v tomto module, vznikol v Oddelení didaktiky fyziky Ústavu fyzikálnych vied (PF UPJŠ v Košiciach) ako jeden z viacerých, veľmi kvalitne a pútavo spracovaných, počítačom podporovaných, výučbových materiálov (multimediálnych učebných textov). Jeho autormi sú RNDr. Marián Kireš, PhD a Mgr. Jozef Labuda [4]. Materiál je voľne dostupný na Náhľad na jeho úvodnú stranu, kde podrobne vidieť jeho obsahovú štruktúru, je v prílohe 2. V prílohe 3 je konkrétna stránka, ktorú som využívala pri výklade prúdenia reálnej tekutiny. Počas vyučovania som ju premietala prostredníctvom dataprojektora na tabuľu. Výhodou takéhoto postupu je aj to, že materiál možno podľa potreby priblížiť, zväčšiť (zmenšiť) niektoré časti a zamerať sa tak postupne na detaily, ktoré pri výklade aktuálne potrebujeme. Orientácia v celom materiáli je praktická a jednoduchá. Kliknutím na text v úvodnej stránke sa otvorí daná podkapitola, návrat späť je možný kliknutím na text Obsah, ktorý je umiestnený v záhlaví a päte každej stránky. Listovanie medzi jednotlivými stránkami materiálu je umožnené v oboch smeroch pomocou šípok umiestnených v hornej aj dolnej časti stránky. Sprístupnené učebné texty sú vhodne doplnené rôznymi tematicky zameranými videami (youtube), ozvučenými videami natočenými v školských laboratóriách UPJŠ (fyzikálne pokusy), animáciami, simuláciami, rôznymi obrázkovými materiálmi z reálneho života, odbornej praxe. V závere každej témy sú zverejnené kvalitatívne aj kvantitatívne úlohy, riešené aj neriešené. Pri neriešených úlohách sú uvedené aj správne odpovede (riešenia). Okrem rôznorodosti foriem učebných materiálov, prostredníctvom ktorých je daný fyzikálny problém vysvetlený, upútajú aj netradičné príklady fyzikálnych javov zo života. Z oblastí, kde by človek bežne fyziku nečakal. Napríklad na nasledujúcej strane je pri laminárnom a turbulentnom prúdení uvedené: Príkladom laminárneho prúdenia je nosom vdychovaný vzduch a krv vo vlásočniciach nášho tela (dĺžka vlásočníc v našom tele je km, natiahli by sme ich dva a pol krát okolo obvodu Zeme). Pružnosť cievnych stien zvyšuje stabilitu laminárneho prúdenia. Príkladom turbulentného prúdenia je prúdenie vody v rieke, alebo prúdenie vzduchu vo vetre. Za určitých patologických okolností, predovšetkým pri znížení viskozity krvi, v zúžených miestach aorty, vzrastá rýchlosť a tým vzniká turbulentné prúdenie. U zdravého človeka by k turbulentnému prúdeniu v aorte nemalo dochádzať. Presné určenie turbulentných oblastí v krvnom obehu má mimoriadne veľký klinický význam. Prejavujú sa šelestom, ktorý je nad postihnutým miestom počuteľný. Ak je vír dostatočne silný, možno ho aj nahmatať. Pri popise pohybu rotujúcich telies vo vzduchu sme využívali materiály vypracované počas realizácie projektu Kde sa používa fyzika a chémia [3] v Gymnáziu Olomouc Hejčín. Voľne dostupné na: v dvoch verziách na tlač a na projekciu. V sekcii fyzika je jednou z tém Šport a fyzika. Téma je spracovaná v dvoch častiach. V prvej z nich pod názvom Ako lieta lopta sa autori pokúšajú odpovedať na otázku: Ako ovplyvňujú fyzikálne poznatky športové výkony?. Je v nej dosť podrobne fyzikálne analyzovaný pohyb rotujúcej aj nerotujúcej lopty vo vzduchu. S touto časťou sme pracovali v rámci modulu Vlastnosti kvapalín a plynov. Druhá časť s názvom Meranie času pri šprinte odpovedá na otázku Ako môžeme čo najpresnejšie merať športové výkony?. Túto sme použili v rámci modulu Periodické deje. V oboch častiach materiálov je veľmi stručne vysvetlená teória 12

13 doplnená animovanými obrázkami úlohami. a riešenými, vo väčšine prípadov kvalitatívnymi, Žiakov pri výklade tém zaujali príklady s golfovými loptičkami (Príloha 3), aj príklady s rotujúcimi loptami strelami typu padajúci list, alebo banánová (takzvané falše). Golf, ako tému na svoj mini projekt, si zvolili viacerí žiaci v triede. Náhľad na jeden takto tematicky zameraný, pekne spracovaný, žiacky mini projekt je v prílohe 4. Tému rotujúcich striel ( falšov ) vo futbale spracoval jeden žiak. Náhľad na jeho mini projekt je v prílohe 5, bližšie komentáre k žiackym prácam uvádzam v kapitole 4. So vznikom odporovej sily prostredia pri pohybe telesa sa už žiaci stretli v rámci povinného tematického celku pri téme trenie, alebo skladanie a rozklad síl. Jej výpočet bol súčasťou interaktívnej simulácie Trenie a odpor vzduchu (pracovne nazvanej Lyžiar ). Podrobný popis práce s ňou spolu s ukážkami niektorých kvalitatívnych aj kvantitatívnych úloh, ktoré z nej vychádzajú, je v OPS11, strany 10 17, úlohy 1 5. Veľmi dobre možno v rámci výučby tohto voliteľného modulu využiť aj všetky tri časti (záložky) interaktívnej PhET simulácie Tlak a prúdenie kvapaliny (Fluid Pressure and Flow). Jej podrobný popis, spolu s námetmi na prácu s ňou, je k dispozícii v [7]. V rámci témy prúdenie reálnej tekutiny je vhodné zaradiť problémovú úlohu zo strany 23 citovaného zdroja. Jej výrazne zjednodušená a mierne upravená verzia je zaradená aj v záverečnej písomnej práci (pri opakovaní tematického modulu) ako úloha číslo 7. Na domáce zadania som opäť vyberala vhodné materiály z PV. Na obrázku 4 jedna z úloh na aplikáciu rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice v jachtingu a lyžovaní. Vo videu je vysvetlená manipulácia s plachtami a jej vplyv na pohyb jachty. V úlohe je potrebné posúdiť aj vplyv smeru vetra na pohyb skokana na lyžiach. Obrázok 4 Využitie rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice pri športe Prameň: Planéta vedomostí, 13

14 Ako už bolo uvedené v predchádzajúcom texte, aj pre prúdenie krvi v obehovej sústave človeka platia fyzikálne zákony, s ktorými sa žiaci stretnú v tomto module. Rovnako v médiách neraz rezonujú aféry v súvislosti s používaním zakázaných látok, užívaním ktorých sa niektorí športovci snažia umelo zlepšovať svoje športové výkony. Problematika dopingu v športe nie je pre žiakov neznáma. Vzhľadom na to, že som fyziku učila v športovej triede, využila som tento voliteľný modul a sprístupnila im materiál z biológie SŠ Pozitívne a negatívne stránky športových tréningov (Obrázok 5). Vo videu na prvej podstránke sú popísané negatívne účinky užívania niektorých látok na organizmus človeka. Napríklad anaboliká, pohlavné a rastové hormóny (príliš rýchle zväčšenie hmoty kostrových svalov pre väzivá a kĺby, ktoré sú slabé tvorba pomliaždenín). Abnormálny rast srdcového svalu (príliš zväčšená hmota, ale nezmenené krvné cievy v srdcovom svale slabé dodávanie krvi do svalu, srdcový infarkt, srdcová nedostatočnosť invalidita, smrť). Hormón erytopoetín (zvýšenie množstva červených krviniek v obehu zvýšenie tlaku, trombóza tepien, zvýšenie objemu krvi a jej viskozity). Odobratie vlastnej krvi, uchovanie a vrátenie späť do tela (zvýšenie množstva červených krviniek spolu s komplikáciami spojenými s krvnou transfúziou,...). Na druhej podstránke je úloha, v ktorej majú žiaci z uvedených, reálne existujúcich, škodlivých účinkov dopingu vybrať tie, ktoré negatívne vplývajú na obehovú sústavu (zvýšený tlak, závažné infekcie prenášané transfúziou krvi, abnormálny rast srdcového svalu, trombóza). Obrázok 5 Negatívne účinky dopingu na obehovú sústavu Prameň: Planéta vedomostí, 14

15 Vzhľadom na hodinovú dotáciu vymedzenú tomuto rozširujúcemu voliteľnému modulu a množstvo fyzikálnych javov, ktoré sú priamo aplikovateľné v odborných predmetoch našej školy aj bežnom živote žiakov (šport, zdravie), nie je možné javy podrobne analyzovať. Preto aj do písomného záverečného opakovania som zaradila len základné teoretické otázky a jednoduchšie kvalitatívne úlohy. Pri písaní práce žiaci dostali v tlačenej podobe zadanie úloh a načrtnuté obrázky (Obr 6). Vypracovanie písali žiaci na samostatné papiere. V úlohách, kde bolo potrebné doplnenie textu (napríklad úloha 5), žiaci písali len slová, ktoré bolo potrebné doplniť. Príklad zadaných úloh na opakovanie pre jednu zo skupín: 1. Kapilárna elevácia (charakteristika, využitie) (2b) 2. Napíšte Pascalov zákon (znenie zákona, využitie v praxi - dôsledok) (2b) 3. Napíšte zákon zachovania energie pre prúdiace tekutiny (názov, vzorec, popis, dôsledok) (4b) 4. Charakterizujte laminárne prúdenie (1b) 5. Doplňte text: Pri ustálenom prúdení ideálnej tekutiny v zúženej časti potrubia sa jej rýchlosť.... (1b) 6. Na obrázku 1 sú znázornené profily telies v prúdiacej tekutine písmenami A, B, C, D, E. Smer toku prúdiacej tekutiny ukazuje šípka. Zoraďte telesá podľa veľkosti súčiniteľa odporu. Začnite najväčším. (1b) 7. Na obrázku 2 je znázornená rieka a v nej tri pozície pre plavcov označené číslami 1, 2, 3. Zoraďte ich podľa výhodnosti pre plavcov, ktorí plávajú v smere toku rieky. Začnite najvýhodnejšou (plavec dosiahne cieľ čo najrýchlejšie s vynaložením čo najmenšej námahy). Svoje rozhodnutie zdôvodnite. (2b) 8. Na obrázku 3 sú znázornené dva profily dymovodov označené písmenami A, B. Smer pohybu dymu je znázornený šípkou. Napíšte, ktorý z nich je výhodnejší. Svoje tvrdenie zdôvodnite. (2b) 9. Napíšte, kde v praktickom živote sa vyskytujú telesá, ktoré majú profil označený písmenom B na obrázku 1. Zdôvodnite. (2b) 10. Fyzikálne popíšte situáciu na obrázku 4. (3b) Obrázok 6 Obrázkový materiál k písomnej práci Prameň: vlastný návrh 15

16 2.3 Periodické deje, Optika, Elektromagnetické žiarenia a fyzika mikrosveta Fyzikálne témy zaradené do týchto tematických modulov, majú podpornú funkciu hlavne v odborných predmetoch geodetických (geodézia, fotogrametria, diaľkový prieskum Zeme, odborná prax), čiastočne aj stavbárskych (stavebné materiály, pozemné staviteľstvo). Pomerne dobre ich možno využiť pri skúmaní rôznych vplyvov na zdravý vývin človeka (oko, chyby oka, využitie rôznych druhov žiarení v lekárstve,...). Priamo športu sa však dotýkajú len okrajovo (zavádzanie informačno komunikačných technológii pri meraní športových výkonov, využitie nanotechnológií pri výrobe športového náradia alebo oblečenia, zisťovanie prítomnosti nepovolených látok v tele športovcov pomocou spektrálnej analýzy). Vzhľadom na komplexný charakter a teoretickú náročnosť, možno javy aplikovateľné aj v športe spadajúce do týchto modulov popisovať len kvalitatívne. Pri vysvetľovaní základným pojmov v module Periodické deje sme používali simuláciu Vlnenie, ktorá je voľne dostupná na - osobnej stránke učiteľa z Moravy (RNDr. Vladimír Vaščák, učiteľ fyziky a informatiky zo SPŠ v Zlíne [6]). Možno si ju stiahnuť do počítača, alebo používať prostredníctvom webovej stránky. Vtipným spôsobom, spolu s príslušnými zvukovými efektmi, približuje vznik a šírenie rôznych druhov vlnenia v pružnom prostredí. Na obrázku 7 je jedno z možných nastavení jej pracovného prostredia. Jednotlivé oblasti, v ktorých sa nastavujú parametre simulácie som označila číslami v oranžových krúžkoch. V oblasti 1 sú základné ovládacie prvky simulácie (zapnúť, vypnúť, pozastaviť - krokovať) a možnosť aktivácie zvukových efektov. Ak je zvuk zapnutý, šíriaca sa vlna je sprevádzaná skandovaním divákov na štadióne. Oblasť 2 (vľavo dole) umožňuje nastaviť hustotu pružného prostredia. Pri označení Y sa číslom v okienku nastavuje počet radov skandujúcich divákov ( zadaním čísla v rozmedzí od 1 do 15 ). Pomocou jazdca pod okienkom možno plynule meniť vzdialenosti medzi radmi. Pri označení X sa rovnakým spôsobom nastavuje v okienku počet divákov v rade (od 1 do 30) a jazdcom pod ním vzdialenosti medzi divákmi. Vpravo dole (oblasť 3) sa nastavuje druh vlnenia, ktorý chceme demonštrovať. Môžeme si zvoliť len priečne vlnenie (diváci si sadajú a vstávajú pohybujú sa v smere kolmom na smer šírenia vlny), alebo len pozdĺžne vlnenie (diváci sa kníšu z boka na bok pohybujú sa v smere šírenia vlny). Obe možnosti sa dajú kombinovať so stojatým vlnením, čím možno demonštrovať stojaté vlnenie priečne, aj stojaté vlnenie pozdĺžne, vznik uzlov aj kmitní. Na obrázku 7 je demonštrované priečne vlnenie. Vlnu vytvárajú diváci rozostavení v štyroch radoch (y = 4) po devätnástich v jednom rade (x = 19). Nie je aktivovaný ani zvuk, ani zobrazenie stojatého vlnenia. Pri demonštrovaní jednotlivých druhov vlnení, odporúčam začínať najjednoduchším nastavením (x = 1, y = 1) a postupne zahusťovať pružné prostredie pridávať počty radov, aj počty skandujúcich divákov v nich. Práca so simuláciou je nenáročná a (aj 16

17 vďaka netradičnému zobrazeniu a zaujímavým zvukovým efektom) pre žiakov motivujúca. Niekoľkokrát sa mi na vyučovaní stalo aj to, žiaci sa spontánne tú demonštrovanú vlnu snažili v triede aj urobiť. To, že žiaci rýchlo a správne pochopili rozdiel medzi priečnym a pozdĺžnym vlnením a vedeli ho aj názorne predviesť, bolo výborné. Ale to, že niekedy nimi demonštrovaná vlna bola v triede sprevádzaná aj príslušným zvukovým efektom, podľa môjho názoru, zas až také pozitívne nebolo. Obrázok 7 Pracovné prostredie simulácie Vlnenie Prameň: vlastný návrh Na vysvetlenie a precvičenie základných pojmov v module periodické deje (perióda, frekvencia, výchylka, amplitúda,...) možno použiť materiály z PV, popisujúce pohyb človeka pripútaného na bungee lano po zoskoku. Sú k dispozícii vo forme cvičenie prezentácia, alebo cvičenie úloha. Vzhľadom na to, že náročnosť úloh v týchto cvičeniach je vyššia (čo sa týka fyzikálnych aj matematických vedomostí a zručností) ako majú žiaci športových tried v SOŠ, sú príklady vhodné na precvičovanie len v tých školách, ktoré majú vyššiu hodinovú dotáciu fyziky určenú tomuto voliteľnému modulu. My sme na vyučovaní využili z nich len videá, ktoré demonštrovali kmitavý pohyb človeka na bungee lane a vypočítali periódu a frekvenciu kmitavého pohybu. Ďalším fyzikálnym veličinám, ktoré popisujú kmitavý pohyb sme nevenovali pozornosť. Výpočty súvisiace s kmitavým pohybom na bungee lane žiaci robili v rámci domáceho zadania na konci prvého polroku hra bungee jumping. Problematikou sa podrobnejšie zaoberá podkapitola 3.5. Pri preberaní témy zvuk a jeho vlastnosti sme využívali aj druhú časť materiálov vypracovaných v rámci projektu Kde sa používa fyzika a chémia v Gymnáziu Olomouc Hejčín (podkapitola 2.2) s názvom Meranie času pri šprinte. Projekt vypracovali učitelia prírodovedných predmetov uvedenej školy. Jedným z ich cieľov bolo vytvorenie 17

18 výučbových materiálov pre žiakov stredných a vyšších odborných škôl s využitím IKT. Učebné materiály, ktoré vytvorili a my sme ich využívali v tomto voliteľnom module, sú voľne k dispozícii na internetovej stránke školy. Na úvodnú stranu sa možno dostať cez odkaz Táto časť projektu sa podrobne zaoberá popisom a teoretickou analýzou postupov, ktoré sa používajú rozhodcovia pri meraní času v bežeckých disciplínach (šprint beh na 100 metrov). V týchto disciplínach sa pri vrcholových pretekoch meria čas s presnosťou na stotinu sekundy pomocou elektronickej časomiery. Spúšťanie času sa riadi štartovacou pištoľou, jeho zastavenie je spojené s činnosťou cieľovej kamery. Štartér stojí vedľa okraja bežeckej dráhy. V čase výstrelu je v inej vzdialenosti od pretekára bežiaceho po najbližšej časti dráhy ako od pretekára bežiaceho na časti dráhy najvzdialenejšej od neho. Ak aj predpokladáme u každého pretekára rovnaký reakčný čas, zvuk štartovacej pištole bude počuť pretekár na najvzdialenejšej časti dráhy s istým časovým odstupom, čím by bol (vzhľadom na pretekára na najbližšej časti dráhy) v nevýhode. Časové oneskorenie, s ktorým pretekár zachytí zvuk štartovacieho výstrelu, možno jednoducho vypočítať na základe známych faktov o šírení zvuku v pružnom prostredí (rovnomerný priamočiary pohyb, závislosť rýchlosti zvuku od fyzikálnych vlastností pružného prostredia, v ktorom sa šíri napríklad teploty, hustoty,...). Na obrázku 8 je názorne zachytená situácia ako ju demonštruje jeden z mnohých animovaných obrázkov, ktoré sú k dispozícii na stránke projektu. Obrázok 8 Časť animovaného obrázku Výstrel zo štartovacej pištole Prameň: internetová stránka projektu, Gymnázium Olomouc - Hejčín 18

19 Úloha: V zmysle platných pravidiel atletických súťaží, bežci bežia v oddelených dráhach širokých 122 cm až 125 cm. Predpokladajme osem oddelených dráh vedľa seba a štandardnú šírku každej z nich 122 cm, tak ako je znázornené na obrázku 8. a) Vypočítajte časové oneskorenie, s ktorým by počul štartovný výstrel bežec na poslednej časti dráhy (najvzdialenejšej od štartéra), ak predpokladáme, že rýchlosť šírenia zvuku je približne 343 m*s -1. b) Vieme, že rýchlosť zvuku závisí od teploty t podľa vzťahu: vt = (331,82 + 0,61*t ) m*s -1 Číslo 331,82 znamená rýchlosť šírenia zvuku vo vzduchu pri teplote 0 C v jednotkách m*s -1. Zistite, ako zmena teploty vzduchu môže ovplyvniť časový rozdiel, medzi okamihom, keď počuje signál z pištole pretekár stojaci na najbližšej a pretekár stojaci na najvzdialenejšej časti bežeckej dráhy. Môže jej vplyv zvýhodniť (znevýhodniť) niektorého z pretekárov stojacich na štarte? Svoje tvrdenie zdôvodnite. c) Aký by musel byť rozdiel v teplote vzduchu (o koľko stupňov by musela vzrásť klesnúť), aby bol merateľný jej vplyv na časový posun s ktorým vníma zvuk výstrelu štartovacej pištole pretekár stojaci na najvzdialenejšej časti dráhy od štartéra vzhľadom na pretekára stojaceho na najbližšej časti dráhy pri štartérovi. Svoje tvrdenie zdôvodnite. Riešenie: a) vzdialenosť, ktorú musí zvuk prekonať je 1,22 * 8 = 9,76 m pre výpočet času (t) pri rovnomernom priamočiarom pohybe platí: t = s/v = 9,76 m / 343 m*s -1 = 0,02845 s = 0,03 s Odpoveď: Časový posun s akým vníma zvuk pretekár stojaci na najvzdialenejšej časti dráhy je merateľný. Pretekár je znevýhodnený, vzhľadom na pretekára stojaceho na najbližšej časti dráhy smerom k štartérovi o 0,03s. b) mali by sme uvažovať reálny rozdiel teplôt, napríklad 25 C rýchlosť zvuku vo vzduchu pri 0 C je 331,82 m*s -1 ak by sa preteky konali za týchto podmienok, potom čas, za ktorý prejde zvuk vzdialenosť medzi pozíciami bežcov je: t = s/v = 9,76 m / 331, 82 m*s -1 = 0,02941 s = 0,03 s rýchlosť zvuku vo vzduchu pri teplote 25 C vypočítame: v25 = 331,82 + 0,61 * 25 = 331, ,25 = 347,07 m*s -1 čas, za ktorý prejde zvuk vzdialenosť medzi pozíciami bežcov pri tejto teplote je: t = s/v = 9,76 m / 347,07 m*s -1 = 0,02812 = 0,03 s Odpoveď: Zmena teploty vzduchu nemá významný vplyv na rýchlosť šírenia zvuku zo štartovacej pištole. c) čím je vyššia teplota vzduchu, tým je väčšia rýchlosť zvuku, čiže k poslednému bežcovi by prišiel signál skôr (merateľný rozdiel je 0,01 s) pri t = 0 C je rozdiel časov (časový posun) 0,03 s, 19

20 pri neznámej teplote t by to mohlo byť napríklad 0,02 s rýchlosť, akou by sa musel zvuk šíriť pri neznámej teplote t je vt = s/t = 9,76 m/0,02 s = 488 m*s -1 neznámu teplotu t vypočítame: t = (vt 331,82)/ 0,61 = ( ,82)/0,61 = 156,18/0,61 = 256 C Záver: Podľa našich výpočtov, by museli bežci pretekať pri teplote vzduchu 256 C, čo je úplne nereálny údaj. Všetky úvahy v tejto časti úlohy sú fyzikálne prípustné, ale čisto imaginárne, v reálnom živote taká situácia nemôže nastať. Pri pretekoch objektívne podmienky na štarte zaručuje štartovacia pištoľ spolu so systémom reproduktorov. Reproduktory sú umiestnené za chrbtom každého pretekára v jeho časti bežeckej dráhy. Čas v cieli sa zisťuje pomocou cieľovej kamery s vertikálnou štrbinovou uzávierkou. Film je synchronizovaný s časovou stupnicou rozdelenou na sekundy. Bežec je snímaný postupne. Ak sa štrbina pohybuje zdola nahor, spodná časť bežca je zaznamenaná skôr ako horná (zdeformované obrázky pretekárov). Učebný materiál tejto časti projektu je doplnený animovanými obrázkami, ktoré mapujú situáciu šírenia signálu zo štartovacej pištole v oboch situáciách, postupné snímanie obrazu cieľovou kamerou so štrbinovou uzávierkou. Ďalším projektom uvedeného gymnázia (v čase písania tejto OPS ešte neukončenom), ktorého materiály sú výbornou pomôckou vo výučbe fyziky v tematickom celku Elektromagnetické žiarenia a fyzika mikrosveta je Fyzika v modernom lekárstve [3]. Má dve časti Fyzika v rehabilitačnej ordinácii (Elektroterapia, Magnetoterapia a Ultrazvuková terapia) a Rádiológia (Hadrónová, História rontgenu, Ionizujúce žiarenia, Magnetická rezonancia, Nepriamo ionizujúce žiarenie, Nukleárna medicína, Počítačová tomografia, Priamo ionizujúce žiarenia, Rádioterapeutické generátory žiarenia, Rádioterapia, Rontgenove žiarenie, Skiagrafia, Ultrazvuk, Vonkajšie ožarovanie žiarením beta, gama a X, Žiarenie gama). Stránka, na ktorej sú už sprístupnené študijné materiály k dispozícii, bola v čase písania tejto OPS na Veľa zaujímavých zdrojov (najmä obrázkov a grafických vyjadrení) s námetom športu, ktoré sme využívali v týchto voliteľných moduloch sme čerpali z aktuálnych správ zverejnených v niektorých, bežne dostupných médiách, ktoré sa venujú tematike šporu - alebo Podrobnejšie v 4.3. Napríklad pri skúmaní spôsobu (presnosti) registrácie gólov (systémy Hawk Eye a Goal Ref) vo futbale sme použili oba uvedené zdroje. Z prvého sme získali prístup k videám ( z druhého prehľadný obrázok (Príloha 6). V systéme Hawk Eye (Jastrabie oko) kamery snímajú dianie v bránkovom priestore a vysielajú obraz na centrálny počítač. Tento skombinuje a vyhodnotí, či bola lopta celým objemom za bránkovou čiarou. Ak áno, rozhodca dostane z počítača príslušný signál do hodiniek aj do slúchadiel. Systém sa využíva aj v tenise. V systéme Goal Ref (Bránkový rozhodca) je medzi dvomi žrďami a brvnom bránky magnetické pole, v lopte sú tri kovové cievky (čip). Ak je lopta v blízkosti, magnetické pole v bránke aktivuje jej magnetické pole. Signály vyhodnocuje centrálny počítač. Ak lopta prejde za bránkovú čiaru, rozhodcovi príde signál do náramkových hodiniek. 20

21 3 HRY SO ŠPORTOVÝM NÁMETOM Rôznych hier existuje veľmi veľa na rôznych internetových portáloch. Vyberala som len tie, ktoré majú fyzikálny námet, kontext z oblasti športu, sú voľne dostupné na weboch (bežne používaných na vyučovaní v školách) a zároveň sú súčasťou nejakých oficiálne doporučených edukačných materiálov. Čerpala som z PV a stránok rôznych typov (zväčša zahraničných) vysokých škôl. Hry sú, v prevažnej miere, netradične zadané úlohy (ak sú z PV, tak je to typ materiálu cvičenie úloha, alebo hra), ktoré žiaci robili v rámci domáceho zadania, alebo som im sprístupnila materiály z iných zdrojov (internetové stránky vysokých škôl) a mohli s nimi voľne pracovať ( hrať sa ) dobrovoľne bez môjho hodnotenia, alebo akejkoľvek inej kontroly. 3.1 Minigolf Hra je simulácia, pomocou ktorej si žiaci precvičia zákon odrazu z fyziky, prípadne symetrie z matematiky. Jej tvorcami je kolektív pracovníkov Freudenthalovho inštitútu pre vedu a matematiku z Utrechtskej univerzity [5]. Možno si ňou pracovať na Menšou komplikáciou pri jej používaní je to, že všetky texty sú v holandčine, slovenské (prípadne české) preklady nie sú k dispozícii. Ale systém práce je jednoduchý, rýchlo pochopiteľný a v prípade potreby, môžu pomôcť internetové prekladače. Cieľom hráčov je umiestniť loptičku do otvoru (diery). Na rozdiel od reálneho minigolfu je východisková pozícia loptičky stále rovnaká. Spôsobov, ako ju umiestniť do otvoru, je na každej dráhe niekoľko. Niekedy je to možné aj po jednom odraze, niekedy je potrebných viac odrazov. Záleží od tvaru dráhy, vložených prekážok a uhla, pod ktorým je loptička vystrelená. V rámci celej hry je k dispozícii päť dráh rôznej náročnosti. Jedna z nich je na obrázku 9. Má aktivované zobrazenie trajektórie strely, aj zvuk (vpravo dole) Ostatné ovládacie prvky sú umiestnené na ľavej strane pod dráhou. Veľkosť uhla, pod ktorým vystrelíme loptičku, možno regulovať viacerými spôsobmi. Zväčšovať (zmenšovať) jeho hodnotu po jednom stupni klikaním na šípky vedľa okienka v ktorom je zobrazená aktuálna veľkosť uhla. Uchytením šípky, ktorá ukazuje nastavený smer pohybu loptičky, myšou priamo v hracej ploche. V tomto prípade môžeme šípkou plynulo točiť o 360 oboma smermi. Ak vieme presnú hodnotu uhla, ktorý je potrebné nastaviť, môžeme ju priamo vpísať do okienka (prepísať aktuálne nastavenú hodnotu). Kliknutím na tlačidlo Slaan uvedieme loptičku do pohybu. Počas pohybu loptičky zobrazenie predchádzajúcej trajektórie sa stratí. Ak sa loptička zastaví (padne do otvoru, alebo sa zastaví niekde inde na hracej ploche), zobrazí sa nová trajektória jej pohybu. Tlačidlo Slaan zmení názov na Opniew. Po kliknutí naň sa loptička vráti do východiskovej polohy a aktivuje sa šípka, pomocou ktorej môžeme opäť nastavovať smer jej nového pohybu. Na obrázku 9 je piata hracia dráha s nastaveným uhlom strely 101, po úspešnom zásahu diery jedným odrazom a opätovnom aktivovaní šípky, ktorá znázorňuje smer pohybu lopty. 21

22 Obrázok 9 Piata hracia dráha minigolfu (úspešná strela) Prameň: vlastný návrh Voľný preklad textu pod obrázkom dráhy: Viete umiestniť loptičku do otvoru? Namierte šípkou vpravo a kliknite na umiestniť. Pri plnení tejto úlohy existuje veľa rôznych možností. Všimnite si číslo v dolnej časti. Ak chcete mieriť presne, môžete zmeniť toto číslo. Môžete ho tiež aj zadať. Richting smer Graden - stupne Opnieuw znovu (loptička sa vráti do východiskovej pozície) Slaan umiestniť (loptička je vystrelená) Routelijn zobrazí sa trajektória strely Geluid zvuk (ozývajú sa nárazy loptičky o prekážku) 22

23 3.2 Hokej v elektrickom poli Hra patrí medzi PhET simulácie, je k dispozícii na webovej stránke verejnej výskumnej univerzity v meste Boulder v Colorade. Okrem anglickej verzie je dostupný aj slovenský preklad na [2]. Jej komplexnejší popis, niektoré námety na jej využitie počas vyučovania spolu s praktickými skúsenosťami učiteľov, sú k dispozícii v [1] - applet Hokej v elektrickom poli ( Electric Field Hockey ) Cieľom hry je pomocou silového pôsobenia kladného (alebo záporného) elektrického náboja premiestniť puk do bránky. Náročnosť hry sa stupňuje pridávaním rôznych prekážok, ktoré je potrebné pukom obchádzať. Prípadne umiestňovaním ďalších elektrických nábojov na hraciu plochu, čím sa vytvorí komplikovanejší model elektrického poľa. Na obrázku 10 je nastavený kladný náboj puku, aktivované znázornenie trajektórie pohybu puku, vyznačenie intenzity elektrického poľa a umiestnená jedna (stredne veľká) prekážka. Hrou možno precvičovať vzájomné silové pôsobenie medzi elektrickými nábojmi, demonštrovať pôsobenie rôznych príťažlivých aj odpudivých síl, skladanie vektorových fyzikálnych veličín. Obrázok 10 Hra Hokej v elektrickom poli Prameň: vlastný návrh 23

24 3.3 Futbal Hra je súčasťou lekcie Vektory v matematickej časti PV. Možno pomocou nej precvičovať základné pojmy pôsobisko, veľkosť a smer vektora. Vhodné je jej použite pri zavádzaní pojmu vektorová fyzikálna veličina na úvod štúdia fyziky, prípadne pri zavádzaní pojmu sila, vektor sily. V návode ku hre sa žiak dozvie, že je potrebné použiť myš na nastavenie vektora, ktorý opisuje smer a silu výkopu futbalových hráčov v modrom. Stlačením tlačidla Shift sa ovláda brankár. Pri hre je potrebné myšou chytiť futbalistu, ktorý má loptu. Potom s ním možno manipulovať otáčať ho. Ťahaním futbalistu smerom od jeho stabilnej polohy sa nastavuje veľkosť vektora sily, akou futbalista kopne do lopty. Hru hrá žiak proti počítaču v dvoch polčasoch. Celý priebeh zápasu je sprevádzaný primeranými zvukovými efektmi. Hrou možno precvičiť základné pojmy súvisiace s vektorovými fyzikálnymi veličinami, silové pôsobenie, rýchlosť reakcie a postreh žiaka. Obrázok 11 Hra Futbal Prameň: Planéta vedomostí, 24

25 3.4 Bungee jumping Materiál patrí do lekcie Hookov zákon fyzika SŠ v PV. Žiaci s ním pracovali v rámci domáceho zadania pri opakovaní učiva na konci prvého polroku (podrobnejšie v kapitole 4). Ukážka pracovného prostredia spolu so zadaním úlohy, je na obrázku 13. Každý hráč začína so skóre 100 bodov. Postupne sa mu generujú nové hodnoty v zadaní úlohy. Ak žiak urobí požadovaný výpočet, zadá vypočítanú hodnotu výšky (h), v ktorej má byť upevnené lano, spustí video. Skokan skočí. Pokiaľ bola vypočítaná hodnota správna, konto sa zvýši a vygeneruje sa nová úloha. Ak zadaný údaj nebol správny, objaví sa text: Výšku zoskoku ste nezvolili správne, z aktuálneho konta sa mu odčíta 25 bodov a zobrazí sa nové zadanie. Ak je výpočet správny, hodnota konta vzrastie a opakuje sa to, pokiaľ žiak nedosiahne potrebný počet bodov na získanie certifikátu. Ak je výpočet opäť nesprávny, objaví sa text: Našťastie ide len o hru, inak by ste zodpovedali za zapríčinenie nehody a odčíta sa mu z konta 50 bodov. Ak opäť urobí chybu, objaví sa text: V skúške ste neuspeli, oprávnenia sa vám nepodarilo získať a odčítajú sa ďalšie body. Komentár: V čase, keď som žiakom zadala túto úlohu, bola na stránke PV zrejme chyba. Nie všetkým žiakom systém vydal certifikát o získaní oprávnenia, napriek tomu, že dokázateľne dosiahli (niektorí aj výrazne prekročili) požadovanú hranicu 300 bodov. Obrázok 13 Hra Bungee jumping po druhom neúspešnom pokuse Prameň: Planéta vedomostí, 25

26 Grafické znázornenie fyzikálnej analýzy situácie (pomocné znázornenie) je na obrázku 14. Jej matematický popis je v materiáli Pomocné vzorce. Platí zákon zachovania energie. Z rovnosti gravitačnej potenciálnej energie skokana na najvyššom mieste (miesto zoskoku) a potenciálnej energie pružnosti v najnižšej polohe, do ktorej sa dostane (hladina vody) možno vyjadriť hodnotu Δx maximálne natiahnutie lana. Ako vidieť z pomocného znázornenia na obrázku 14, výšku h, v ktorej má byť upevnené lano nad vodou, vypočítame ako súčet maximálneho predĺženia lana (Äx) a pôvodnej dĺžky lana (L). h = L + Δx Takto vypočítanú hodnotu zadáme na pripravené miesto po zaokrúhlení s presnosťou požadovanou v zadaní úlohy. Komentár: Úlohu (hru) je možné použiť aj v rámci vyučovania matematiky v prvom ročníku pri opakovaní algebrických výrazov (výpočet hodnoty výrazu), alebo v druhom ročníku pri preberaní kvadratických rovníc (vyjadrenie Δx všeobecným riešením príslušnej kvadratickej rovnice). Obrázok 14 Bungee jumping pomocné zobrazenie Prameň: Planéta vedomostí, 26

27 4 FYZIKA V ŠPORTE Pod vyššie uvedeným názvom som žiakom zadala dve práce väčšieho rozsahu. Na konci prvého polroku, v rámci opakovania, mali žiaci sprístupnenú (na prácu doma) sériu troch cvičení - úloh, ktoré som zostavila z materiálov PV tak, aby obsahovali látku z prebratých tematických celkov. V tejto práci žiaci nič sami netvorili, len využívali svoje vedomosti a zručnosti v rámci možností, ktoré poskytuje PV. V druhej práci, na konci školského roku ( žiackom mini projekte), museli žiaci sami tvoriť (vyhľadať relevantné údaje, spracovať ich), prezentovať výsledok svojej činnosti pred triedou. V závere aj analyzovať (hodnotiť) svoju prácu aj prácu ostatných svojich spolužiakov. 4.1 Opakovanie formou domáceho zadania prostredníctvom PV Cvičenie 1: Trenie Cvičenie malo tri časti teoretickú (popis vzniku trecej sily v rôznych situáciách - lyžovanie, sánkovanie,...),praktickú (prostredníctvom simulácie zistiť, čo ovplyvňuje veľkosť trecej sily) a kvalitatívnu úlohu. V úlohe, na poslednej podstránke materiálu, mali žiaci na základe zvukovej nahrávky priradiť popísané pôsobenie trenia ku konkrétnemu miestu na bicykli. Táto úloha je podrobne analyzovaná v OPS11, strana 18, podkapitola Sily a ich pôsobenie (šport cyklistika) Žiaci si zopakovali: z tematického celku Mechanika vzájomné silové pôsobenie telies, vznik šmykového trenia, faktory ovplyvňujúce veľkosť trecej sily, trenie v praxi (bežnom živote) Cvičenie 2: Skákanie lopty Celé cvičenie je jedna kvantitatívna úloha väčšieho rozsahu. Na základe zobrazeného grafu žiaci počítali potenciálnu energiu a percentuálny rozdiel premeny mechanickej energie na vnútornú energiu, pre jednotlivé odrazy skákajúcej basketbalovej lopty. Podrobný popis a rozbor úlohy je v OPS11, strana 21, podkapitola Energia a jej premeny (šport loptové hry). Náhľad na správne vyriešenú úlohu s basketbalovou loptou je v prílohe 1 OPS11. Žiaci si zopakovali: z tematického celku Energia okolo nás výpočet potenciálnej energie, zákon zachovania energie, vzájomné premeny rôznych druhov energií. Cvičenie 3: Bungee jumping Podrobne je popísané v predchádzajúcej podkapitole 3.4. Pri jeho vypracovávaní si žiaci zopakovali pôsobenie tiažovej sily, zákon zachovania energie, premeny rôznych druhov energií. Precvičili si matematické zručnosti (výpočet hodnoty algebrického výrazu, práca s kalkulačkou) a úloha slúžila aj ako motivácia pre učivo v nasledujúcom voliteľnom module Molekulová fyzika a termodynamika (deformácie telies). 27

28 4.2 Žiacke mini projekty Približne tri mesiace pred koncom školského roku, som zadala všeobecne tému žiackych mini projektov ( Fyzika v športe ). Žiakom som nechala čas na premyslenie konkrétnej témy čomu (akej oblasti fyziky) v športe sa budú venovať, prípadne aký šport popíšu z fyzikálneho hľadiska. Približne po dvoch týždňoch som sa každého opýtala na zvolenú (konkrétnu) tému. Časť žiakov mi vedela odpovedať, zvyšným som tému konkretizovala ja. Vyberala som tak, aby sme mali pokrytých čo najviac druhov športu, čo najširší okruh tém. Okrem samotného športu mali žiaci možnosť voliť si témy, ktoré sú v priamej súvislosti s ním (moderné technológie využívané v športe, moderné materiály na výrobu športového oblečenia prípadne športového náradia, doping,...). Na samotné spracovanie už známej témy mali žiaci čas približne dva mesiace. Nekonkretizovala som obsah mini projektu, ani striktne neprikázala formu, akou ho majú urobiť. Odporúčala som využiť ppt, alebo pptx formát, ale bezpodmienečne som na tom netrvala. Rovnako som nestanovila presne počet snímok (strán) projektu. Jediná moja požiadavka v tomto smere bola, aby vedeli o tom, čo si vyberú asi 10 minút rozprávať (prezentovať pred triedou svoju prácu). Skoro všetci žiaci použili mnou odporúčaný formát, traja žiaci prácu urobili vo Worde. Jeden z nich, neskôr prácu prerobil do ppt formátu, keďže z jeho pôvodnej verzie sa mu to neprakticky prezentovalo pred triedou. Iné formy prác sa nevyskytli. Žiaci mohli hotové práce priebežne posielať do mojej mailovej schránky, ktorú mám urobenú špeciálne pre žiacke práce. Tento spôsob sa mi v praxi osvedčil lepšie ako nosenie žiackych prác na USB kľúči a následné kopírovanie do školského počítača. Je bezpečnejší a umožňuje učiteľovi flexibilnejšie reagovať priebežne kontrolovať aktuálny stav žiackych prác. Ak mi žiak pošle prácu v predstihu, predbežne mu ju skontrolujem a upozorním na väčšie chyby, ak sa nejakých dopustil. Ak niečo (ohľadom svojho mini projektu) nevie, alebo sa stretne s problémom, s ktorým si nevie poradiť, môže so mnou touto formou komunikovať. To, že žiaci môžu svoje práce takto priebežne konzultovať, časť z nich aj využila. Väčšina žiakov však nie, pretože si nechali odovzdanie práce na poslednú chvíľu, takže na spätnú väzbu touto formou už nebol čas. Celá moja komunikácia so žiakmi, počas tvorby ich projektov, bola realizovaná prostredníctvom spomínanej mailovej schránky. Z nej som potom všetky práce stiahla do počítača v učebni, prostredníctvom ktorého žiaci svoje práce prezentovali pred triedou. Poradie žiakov pri prezentovaní som určila podľa abecedy po tom, ako mi všetci odovzdali svoje práce. Ak nebol v škole žiak, ktorý mal prezentovať svoju prácu, automaticky šiel podľa poradia nasledujúci žiak. Každý mal vymedzený čas na svoju prezentáciu a následne na vedenie diskusie v triede. Svoje prezentovanie začínali žiaci tým, že povedali názov svojej práce a ukázali ju vo forme radenia snímok vedľa seba. Takto získali spolužiaci náhľad na stavbu celej práce a urobili si prvý, hlavne estetický dojem z nej. V rovnakom radení snímok prezentáciu nechali na tabuli po ukončení svojho príspevku aj počas trvania celej diskusie, ktorú viedli so spolužiakmi. Takýto pohľad umožní žiakom v triede lepšie reagovať, zadávať konkrétne otázky ku konkrétnej snímke a prezentujúcemu umožní jednoduchšie a flexibilnejšie prechody medzi snímkami navzájom (podľa potreby a usmernenia diskutujúcich spolužiakov). 28

29 Na hodnotení mini projektov sa podieľali všetci žiaci. Skôr ako začal prezentovať svoju prácu prvý žiak som ich oboznámila s kritériami, podľa ktorých budeme hodnotiť čo všetko je potrebné všímať si. Mali posúdiť to, ako práca vystihla tému, orientáciu prezentujúceho v téme, úroveň technického spracovania (ako esteticky a prakticky je práca urobená), úroveň prezentácie pred triedou a zároveň úroveň vedenia diskusie - reakcie na otázky spolužiakov. Hodnotili klasicky známkou. Všetky svoje čiastkové hodnotenia zhrnuli vo výslednej známke, ktorú by dali spolužiakovi ak by boli na mieste učiteľa. Každý hodnotil výkon každého spolužiaka, vrátane seba samého. Po ukončení prezentácie posledným žiakom mi svoje hodnotenia odovzdali. Spracovala som ich do tabuľky (Tabuľka 1) a na nasledujúcej hodine zverejnila pred triedou. V záhlaví stĺpcov sú skratky mien žiakov. V jednotlivých riadkoch žiaci označení ako hodnotitelia (H1,...). Túto formu som zvolila preto, aby každý žiak videl svoje hodnotenie ostatnými spolužiakmi, ale nevedel, kto ho akou známkou hodnotil. Tabuľka 1 Záverečné hodnotenie samostatných prác žiakov FI GO JA KA KO KOV KU MY SA ST UH Priemer H ,44 H ,27 H ,30 H ,55 H ,88 H ,63 H ,50 H ,56 Priemer 2,50 1,86 1,57 1,75 2,75 3,29 2,00 2,57 3,25 2,67 1,80 Známka X X 3 3 X X 2,29 Prameň: vlastný návrh Vzhľadom na to, že časť žiakov sa pri vypracovávaní svojho mini projektu dokázateľne správala nevhodným spôsobom (podvádzanie a plagiátorstvo v rôznych formách), stála som pred dilémou: Ako objektívne zachytiť rozdiel medzi tými, čo celkom nič neurobili (neodovzdali žiadny projekt) a tými, čo síce niečo urobili, ale pri tom v značnom rozsahu podvádzali. Mierne si upravili (niektorí ani to) práce iných, čo našli na internete a tvárili sa, že sú ich (plagiátorstvo v rôznych stupňoch). Nakoniec som známky dotyčných žiakov v tabuľke vyznačila červenou kurzívou (videli svoje hodnotenie inými žiakmi) ale nebrala som ich prácu do úvahy. Žiakom, ktorí neurobili žiadnu prácu, som projekt hodnotila nedostatočnou. Výsledné známky sú v spodnom riadku tabuľky, písané červenou farbou. Najčastejšie chyby, ktorých sa žiaci dopustili boli úplne bežné, aké sa v začiatkoch stávajú zrejme každému. Napríklad veľa textu v prezentácii, nie práve najvhodnejšie zvolená veľkosť písma, nevhodné farebné rozlíšenie, neuvedenie zdrojov, alebo len veľmi všeobecne uvedené zdroje (napríklad: zdroj internet). Dosť ma prekvapilo vyložene nekorektné a netaktné správanie niektorých žiakov pri prezentácii prác svojich spolužiakov. To, že žiaci sú pri takejto forme výučby hlučnejší, beriem ako samozrejmosť, ale netolerujem nekontrolovateľné správanie časti žiakov. Niektorí z tých, čo svoje práce neurobili, sa spočiatku snažili nevhodnými poznámkami, 29

30 prípadne zosmiešňovaním, dehonestovať prácu iných. Snažili sa na to využiť akúkoľvek maličkosť, zaváhanie, alebo nepresnosť, aké sa bežne pri vystupovaní pred kolektívom stávajú aj oveľa skúsenejším rečníkom, nie to ešte žiakom, ktorí svoju prácu pred kolektívom prezentujú prvý raz. Pri prezentovaní prác žiakov sedím v triede medzi žiakmi a nechám ich samých organizovať si prácu (samozrejme v zmysle úvodných pokynov, ktoré im poskytnem). Zasahujem len v nevyhnutných prípadoch, keď diskusia nadobúda nevhodné rozmery, alebo hrozí, že sa situácia v triede vymkne spod kontroly. Žiacke mini projekty s témou fyziky v športe som povinne zadala žiakom športových tried. V inej triede prvákov (ktorá nie je zameraná na šport), som mini projekty s touto témou zadala ako dobrovoľnú prácu. Žiaci, ktorí mali záujem, si mohli takto prilepšiť k známke z fyziky. Možnosť využili štyria žiaci, všetci ma prekvapili pekne spracovanými projektmi. Jeden z nich (ako jediný zo všetkých odovzdaných v danom ročníku) sa zaoberal dopingom v športe. 4.3 Keď žiaci motivujú učiteľa V triede, v ktorej som učila fyziku, bolo aj niekoľko žiakov, ktorí sa venovali atletike (najmä behu) a dosahovali pomerne dobré výsledky (umiestnenia na prvých miestach v celoslovenských súťažiach svojej vekovej kategórie). Väčšinou viedli debaty o bežcoch, behu, pretekoch. Aj svoje mini projekty venovali tejto téme. Uvedení žiaci určite nepatrili medzi tých, ktorí by sa dali nazvať milovníkmi fyziky. Napriek tomu niektorí mali práce urobené veľmi dobre. Niektorí slabšie, ale všetky hovorili o niečom, čomu som predtým nevenovala pozornosť, ani ma to nijako zvlášť nezaujímalo. Práve na prácach týchto žiakov som si uvedomila, aké rôzne možnosti pri vyučovaní fyziky tieto témy poskytujú. Môžu byť dobrými zdrojmi netradične zadaných fyzikálnych úloh, ktorých kontext vychádza z oblastí, ktoré žiakov bezprostredne zaujímajú. V nasledujúcom školskom roku som urobila na základe týchto námetov a materiálov, sériu netradične zadaných úloh na premenu fyzikálnych jednotiek, precvičenie (zopakovanie) pojmov dráha, čas, rýchlosť, okamžitá rýchlosť, priemerná rýchlosť, rovnomerný pohyb, nerovnomerný pohyb (zrýchlený, spomalený). Ukážky z nich sú v nasledujúcom texte, náhľad na verziu spracovanú v pptx formáte je v prílohe 7. Úloha 1: Zdroj: Zadanie: Zdeno Chára v roku 2009 v Zápase hviezd vytvoril rekord pre najtvrdšiu strelu v NHL rýchlosťou 169,7km/h. O tri roky neskôr ho prekonal a v kanadskej Ottawe posunul jeho hranicu na 175,1km/h. Svetový rekord KHL drží obranca Alexander Riazancev, ktorý v roku 2012, počas Zápasu hviezd, vypálil puk rýchlosťou 183,67km/h. Prekonal tak rekord Denisa Kuľaša, ktorý v roku 2011 počas exhibície KHL v Petrohrade vypálil puk rýchlosťou 177,58km/h. Vyjadrite rýchlosti vypálených striel v m/s. 30

31 Riešenie: Zdeno Chára: 169,7 km/h = 47,14 m/s 175,1 km/h = 48,64 m/s Alexander Riazancev: 183,67 km/h = 51,02 m/s Denis Kuľaš: 177,58 km/h = 49,33 m/s Komentár: Vzhľadom na iné pravidlá a súťažné podmienky pri odpaľovaní hokejových pukov (iná technika streľby), nie je možné objektívne porovnávať takto dosiahnuté rýchlosti v NHL a KHL navzájom. Úloha 2: Zdroj: Zadanie: Na základe údajov na obrázku vyjadrite v metroch za sekundu rýchlosť, ktorú môžu dosiahnuť jednotlivé druhy športových náčiní. Riešenie: Bedmintonový košík: 421km/h = 116,94 m/s Golfová loptička: 339,6km/h = 94,33 m/s Squashová loptička: 281,8km/h = 78,28 m/s Tenisová loptička: 263km/h = 73,06 m/s Futbalová lopta: 211km/h = 58,61 m/s Puk: 183,7km/h = 51,03 m/s Obrázok 15 Rýchlosť športového náčinia Prameň: (vydané o 11:24) 31

32 Úloha 3: Zdroj: Výsledky v behu ovplyvňuje aj vietor fúkajúci počas preteku. Ak fúka bežcom smerom do chrbta (+), zrýchľuje ich pohyb, ak opačne(-), spomaľuje ho. Rekord je uznaný vtedy, ak rýchlosť vetra fúkajúceho do chrbta bežca nepresiahne 2 m/s. Obrázok 16 Beh na 100m podpora vetra Prameň: vlastný návrh Na základe priloženej tabuľky (Obrázok 16) vypočítajte, ktorý bežec dosiahol (vyvinul ) počas preteku najväčšiu priemernú rýchlosť, ak: a) Neuvažujeme vplyv vetra: Odpoveď: Všetci mali rovnakú priemernú rýchlosť 10,32 m/s. 32

33 b) Uvažujeme vplyv vetra: Usain Bolt: 10, = 10,32 m/s Tyson Gay: 10,32 2 = 8,32 m/s Yohan Blake: 10,32 + 0,1 = 10,42 m/s Odpoveď: Poradie bežcov podľa najvyššej priemernej rýchlosti: Yohan Blake, Usain Bolt, Tyson Gay. c) Aký čas by dosiahli bežci pri preteku, ak by bežali rovnako intenzívne, ale nefúkal by vietor? (Predpokladajte, že všetci bežia v ideálnych podmienkach - za úplného bezvetria). Usain Bolt: 10, = 10,32 m/s Odpoveď: Čas sa nemení, bežal za bezvetria (9,69s) Tyson Gay: 10,32 2 = 8,32 m/s Odpoveď: Bežal za maximálne možnej podpory vetra, bez nej by dráhu zabehol v čase 12,02 s, čo je o 2,33 s dlhšie ako bol oficiálne nameraný čas na preteku. Yohan Blake: 10,32 + 0,1 = 10,42 m/s Odpoveď: Bežal s protivetrom, za bezvetria by mal čas o 0,09s lepší. Komentár: Táto úloha si pred riešením v triede vyžaduje vysvetlenie učiteľa, ako majú žiaci chápať pojmy uvažujeme ( neuvažujeme ) vplyv vetra. Podobne aj pojmy nameraná ( vyvinutá ) rýchlosť. Žiaci tieto pojmy rôzne chápu, preto je dobré hneď na začiatku, pri zadávaní úlohy objasniť, čo je pod týmto slovnými spojeniami myslené. Tiež je vhodné pripomenúť, že uvedené rekordy sú už prekonané. Aktuálne platný rekord u mužov (v čase písania tejto OPS) je 9,58s (Usain Bolt, 2009). Tieto časy som z uvedeného zdroja vybrala preto, že ich bolo možné vhodne didakticky využiť v uvedenej fyzikálnej úlohe. Najviac zaujímavého obrázkového materiálu, ktorý sa mi zdal vhodný na didaktické spracovanie, som našla práve zo záznamu víťazného behu Usaina Bolta, keď vytvoril svetový rekord časom 9,69s (materiály z olympiády, ktorá bola v Pekingu august 2008). Rovnako vynikajúcim zdrojom úloh je upravený záznam z cieľovej kamery tohto behu (Obrázok 18). V jednej z nasledujúcich úloh (Úloha 6) uvádzam niekoľko námetov na jeho využitie pri preberaní premeny fyzikálnych jednotiek a popisovaní rôznych druhov pohybu (rovnomerný, nerovnomerný - zrýchlený, spomalený). Rovnako dobre ho možno využiť aj na matematike (grafy funkcií, čítanie z grafov, premeny jednotiek,...). V ďalších úlohách som pracovala aj s najaktuálnejšími údajmi (súčasne platnými rekordmi). Úlohy, ktoré uvádzam chápem len ako námet, na možné využitie daných (alebo im podobných) materiálov. Učiteľ si ich 33

34 môže upraviť podľa svojich možností a potrieb. Môže aktualizovať zdroje podľa toho, ako sa vyvíja situácia v jednotlivých druhoch športu, aký vhodný materiál má dostupný. Komentár k úlohe 4: V riešení je veľa krokov, ktoré sa môžu (na prvý pohľad) zdať zbytočné. Existuje jednoduchšie a efektívnejšie riešenie úlohy, rovnako aj jej jednoduchšia a efektívnejšia formulácia. Mojím cieľom pri zadávaní úlohy bolo precvičiť premeny jednotiek o ktorých viem, že zvyknú robiť žiakom problémy, preto sa (hlavne v časti b)) dosť točíme dokola viacerými spôsobmi robíme to isté, čo niekto môže považovať za neefektívne a zbytočné. Taktiež považujem za dosť diskutabilné prepočty rýchlosti (km/h na m/s a naopak) pomocou konštanty 3,6 - premieňanú hodnotu vydeliť (vynásobiť) uvedeným číslom. Je to síce rýchly a efektívny postup, ale žiaci sa ho naučia zvyčajne mechanicky (algoritmus) a zvyknú im potom uniknúť súvislosti (prečo práve touto konštantou, prečo niekedy násobiť, niekedy deliť). Neskoršie tento postup riešenia má za následok to, že síce premieňať km/h na m/s (a naopak) žiaci vedia, ale majú problém pri premieňaní iných jednotiek, ktoré sú v tvare zlomku a nefunguje tam konštanta 3,6. Preto pri premieňaní jednotiek tohto typu trvám na tom, aby žiaci urobili aspoň jeden prepočet aj iným spôsobom, nielen cez uvedenú konštantu. Ak žiak používa tento postup, dám vždy doplňujúcu otázku prečo práve tak, prípadne žiadam od neho objasniť, ako k tomu postupu prišiel. Úloha 4: Zdroj: Najpopulárnejším testom rýchlosti pohybu bez akejkoľvek pomoci je beh na 100 metrov. Rekord zatiaľ drží Usain Bolt, ktorý túto vzdialenosť dokázal pokoriť za 9,58 sekúnd. Špička maximálnej rýchlosti je okolo 80 metrovej hranice a v prípade uvedeného rekordu sa jednalo o 44,72km/h. a) Vyjadrite maximálnu rýchlosť, ktorú dosiahol Usain Bolt v m/s. 44,72km/h = 12,42 m/s b) Vypočítajte priemernú rýchlosť, ktorou bežal Usain Bolt víťazný pretek v km/h, premeňte na m/s. Správnosť svojho výpočtu overte tak, že vypočítate priemernú rýchlosť priamo v m/s. 1 s = 1/3600 h = 0, h 9,58 s = 9,58 * 0, h = 0, h 100 m = 0,1km 34

35 Iná možnosť prepočtu uvedených jednotiek, ktorú žiaci poznajú zo ZŠ: Úloha 5: Zdroj: metrov.html#ixzz3f9xll9qv Kontext: Jamajský šprintér Usain Bolt vyhral v sobotu na pekinskej olympiáde beh na 100 metrov. Trať zabehol v novom svetovom rekorde 9,69 sekundy. Jeho krajanka Shelly-Ann Fraser zasa vyhrala nedeľňajšie finále. Porovnanie so súpermi na jednotlivých úsekoch trate je zobrazené v grafike. (Šport.sme.sk, vydané o 10:00) Obrázok 17 Výsledky v behu na 100m (Peking, 2008) Prameň: 35

36 Zadanie: a) Vypočítajte priemernú rýchlosť každého z prvých troch bežcov v m/s, premeňte na km/h. Riešte osobitne pre kategóriu mužov aj žien. Porovnajte. b) Vypočítajte priemerný reakčný čas všetkých bežcov v preteku mužov aj v preteku žien. Porovnajte. c) Vypočítajte priemerný reakčný čas prvých troch pretekárov v preteku mužov aj v preteku žien. Porovnajte. d) Zistite časový rozdiel medzi prvým a posledným bežcom v preteku mužov aj žien. Porovnajte. e) Ako ďaleko za cieľom by bol víťazný bežec v čase, keď posledný pretekár prebehne cieľom, ak by v behu pokračoval ďalej svojou priemernou rýchlosťou. Riešte zvlášť pre kategóriu mužov, zvlášť pre kategóriu žien, porovnajte. Riešenie: a) Muži: 1. Bolt (10,32 m/s = 37,15km/h), 2. Thompson (10,11 m/s = 36,40km/h), 3. Dix (10,09 m/s = 36,33km/h), ženy: 1.Fraser (9,28 m/s = 33,4km/h), 2. Simpson (9,11 m/s = 32,79km/h), 3. Steward = Simpson. b) muži 0,146 s, ženy 0,183s c) muži 0,144 s, ženy 0,192s d) muži: 10,03s 9,69s = 0,34s ženy: 11,20s 10,78s = 0,42s e) muži 10,32m/s * 0,34s = m = 3,51m ženy 9,28m/s * 0,42m/s = 3,8976m = 3,9m Komentár: Túto úlohu žiaci riešia na začiatku školského roku (premeny fyzikálnych jednotiek, rovnomerný pohyb). Časti úlohy (hlavne b), c)) nezapadajú celkom do uvedených tém, ale pôsobia motivačne pre ďalšie témy, ktoré budú preberané neskôr. Prirodzene navodzujú tému merania času na vrcholových pretekoch, intuitívne podporujú interdisciplinaritu (medzi predmetové vzťahy FYZ, TŠV, BIOL, bežný život, všeobecný rozhľad...). Pri vzájomnom porovnávaní zistených údajov sa možno dotknúť problematiky reálne postavených hraníc výkonov, ktoré môžu športovci dosiahnuť obmedzeniam, ktoré sú dané stavbou ľudského tela (fyziologické rozdiely medzi mužmi a ženami). Rovnako dobre môžu byť aj podnetom na veľmi zaujímavé samostatné práce žiakov (mini projekty), v ktorých priblížia spolužiakom túto problematiku (viď podkapitola 2.3, prípadne 4.2). 36

37 Úloha 6: Zdroj: Kontext: Jamajský šprintér Usain Bolt vyhral v sobotu na pekinskej olympiáde beh na 100 metrov. Trať zabehol v novom svetovom rekorde 9,69 sekundy. (Šport.sme.sk, vydané o 18:00) Zadanie: Obrázok 18 Záznam z behu mužov na 100 m (Peking, 2008) Prameň: 1) Vyjadrite okamžité rýchlosti, ktoré boli Usainovi Boltovi namerané v jednotlivých medzičasoch, v jednotkách m/s. 19,4 km/hod = 5, m/s= 5,39 m/s 35,3 km/hod = 9,81 m/s 39,6 km/hod = 11,00 m/s,... 2) Vypočítajte priemernú rýchlosť jeho pohybu a) počas celého preteku v m/s, aj km/h, 37

38 b) ktorou prebehol prvých 20 metrov dráhy, c) v úseku medzi 20 tym až 90 tym metrom dráhy, d) ktorou prebehol posledných 10 metrov dráhy, 3) Vypočítajte zrýchlenie, ktoré dosiahol Usain Bolt a) v prvých 10m preteku, b) v úseku dráhy medzi 10m a 20m dráhy, c) v posledných 10m preteku, d) v úseku dráhy medzi 60m a 80m dráhy. Niekoľko námetov na jednoduché kvalitatívne úlohy, prípadne využitie v matematike pri analýze priebehu lineárnych funkcií: 1) Popíšte pohyb bežca v jednotlivých úsekoch dráhy z fyzikálneho hľadiska. 2) V ktorom úseku dosiahol najväčšie zrýchlenie? Svoje tvrdenie zdôvodnite. 3) V ktorom úseku sa pohyboval rovnomerným pohybom? Svoje tvrdenie zdôvodnite. 4) V ktorej časti dráhy (úseku) spomaľoval? Svoje tvrdenie zdôvodnite. 5) Popíšte vlastnosti funkcie, ktorá znázorňuje priebeh okamžitej rýchlosti Usaina Bolta v jednotlivých úsekoch dráhy. 6) Porovnajte priebeh funkcie na prvých dvadsiatich metroch s funkciou v úseku medzi 60 tym a 80 tym metrom, v posledných desiatich metroch preteku. Komentár: Využitie tohto zdroja je širokospektrálne. Učiteľ môže zadania rôzne obmieňať, prispôsobovať, dopĺňať. Precvičovať tú istú úlohu pre rôzne úseky prejdenej dráhy, podľa vlastného uváženia a aktuálnych potrieb v triede. 38

39 ZÁVER OPS je určená učiteľom fyziky vyššieho stredného vzdelávania, niektoré aktivity sú realizovateľné aj na vyučovaní fyziky v nižšom strednom vzdelávaní. Poskytuje im námety ako možno motivovať žiakov pomocou moderných vyučovacích prostriedkov (IKT) a osobných záujmov žiakov (šport). Je pokračovaním OPS z 11. kola výzvy s názvom Motivácia žiakov na vyučovaní fyziky využitím športu. Všetky aktivity popísané v oboch uvedených OPS boli realizované v rámci výučby fyziky v prvom ročníku SPŠSOW v triede zameranej na šport. Na realizáciu vyučovania popísanou formou je nevyhnutné mať na každej hodine k dispozícii počítač s pripojením na internet a dataprojektor. V takom prípade sú finančné náklady spojené s výučbou z hľadiska školy zanedbateľné. OPS je rozčlenená do štyroch kapitol. V prvej je bližšie špecifikovaný jej opis a stručne charakterizovaná OPS11, na ktorú táto OPS nadväzuje. Druhá kapitola obsahuje ukážky učebných materiálov (zoradených podľa príslušnosti k rozširujúcemu voliteľnému modulu). Materiály sú doplnené ich stručným popisom a komentármi učiteľa, v ktorých sprístupňuje svoje postrehy nadobudnuté pri ich aplikácii priamo vo vyučovacom procese. Tretia kapitola sa venuje niektorým voľne dostupným hrám so športovým námetom (minigolf, hokej, futbal, bungee jumping), ktoré možno vhodne využiť na podporu výučby fyziky a sú k dispozícii na internetových stránkach bežne využívaných v rámci výučby prírodovedných predmetov. Posledná kapitola sa venuje práci žiakov a učiteľa v rámci projektu Fyzika v športe. V prvej jej podkapitole sú ukážky cvičení, ktoré žiaci samostatne vypracovávali prostredníctvom Planéty vedomostí (PV) v rámci opakovania na konci prvého polroku, všetky s kontextom vychádzajúcim z nejakého športu. Druhá je zameraná na prácu žiakov počas realizácie žiackych mini projektov, doplnená postrehmi učiteľa. V poslednej sú ukážky netradične zadaných úloh, ktorých vznik bol motivovaný žiackymi mini projektmi a ich kontext vychádza zo športu, ktorý bol v danej triede najviac preferovaný. Spôsob vyučovania popísaný v OPS je efektívny, aj efektný a pre každú bežnú školu finančne dostupný. Z pohľadu učiteľa je mimoriadne náročný (v porovnaní s klasickým spôsobom výučby) na jeho čas. Príprava na vyučovanie realizované popísanou formou (nielen v začiatkoch jeho aplikácie) zaberie neporovnateľne viac času, ako iné klasické spôsoby. Taktiež od učiteľa vyžaduje prehľad o aktuálnom dianí s dobrým všeobecným rozhľadom ( širokospektrálny záber učiteľa ) hlavne v školách, kde sú žiaci z rôznych odborov, rôzneho veku a foriem štúdia. Netradičný, spôsob výučby sa nepresadzuje ľahko, ani v školách s primeraným materiálno technickým zabezpečením. Vyžaduje si od učiteľa prekonať mnoho prekážok, ktorých väčšina je spôsobená hlavne pohodlnosťou a neochotou niektorých žiakov rozmýšľať a tvorivo pracovať. Niekedy aj konzervatívnosťou ostatných kolegov. Zmysluplnosť takejto výučby z pohľadu učiteľa si musí zvážiť každý sám. 39

40 ZOZNAM BIBLIOGRAFICKÝCH ZDROJOV 1. HORVÁTH, P Šoltésove dni 2012 a Zborník príspevkov z odbornej konferencie. Knižničné a edičné centrum FMFI UK, Bratislava ISBN: Internetové zdroje 2. Electric Field Hockey [online]. University of Colorado. [cit ]. Dostupné na 3. Kde sa používa fyzika a chémia [online]. Gymnázium Olomouc - Hejčín. [cit ]. Dostupné na 4. KIREŠ, M., LABUDA,J. Mechanika kvapalín a plynov [online]. Počítačom podporovaný výučbový materiál, [cit ]. Dostupné na 5. Minigolf [online]. Freudenthal Instituut (FI) Utrecht. [cit ]. Dostupné na 6. VAŠČÁK, V. Fyzika v škole [online]. Mechanika 5. Trenie a odpor vzduchu, [cit ]. Dostupné na 7. ZUBÁKOVÁ, A Využitie interaktívnych PhET animácií vo výučbe fyziky, MPC, Bratislava. [online]. [cit ]. Dostupné na orny%20poradca%20vo%20vzdelavani/9_ops_zubakova%20anna%20- %20Vyuzitie%20interaktivnych%20PhET%20animacii%20vo%20vyucovani%20fy ziky.pdf 40

41 ZOZNAM PRÍLOH Príloha 1 Výpočet energetickej hodnoty potravín - náhľad Príloha 2 Počítačom podporovaný výučbový materiál úvodná strana Príloha 3 Multimediálny učebný text Prúdenie reálnej tekutiny Príloha 4 Golf žiacky mini projekt Príloha 5 Falš lopty žiacky mini projekt Príloha 6 Moderné technológie na bránkovej čiare Príloha 7 Fyzika v športe úlohy na premeny jednotiek 41

42 Príloha 1 Výpočet energetickej hodnoty potravín 42

43 Príloha 2 Počítačom podporovaný výučbový materiál úvodná strana 43

44 Príloha 3 Multimediálny učebný text Prúdenie reálnej tekutiny 44

45 45 Príloha 4 Golf žiacky mini projekt