= 5 + t + 0,1 t 2, x 2

Transcript

1 SAATEKS Käesoleva vihikuga lõpeb esimene samm teel füüsikastandardini. Tehtule tagasi vaadates tahaksime jagada oma mõtteid füüsikaõpetajatega, kes seni ilmunud seitsmes vihikus sisalduva õpilasteni viivad. Eesti Vabariigi Haridusseaduses defineeritakse haridusstandard igale haridustasemele esitatavate nõuete kaudu, mis esitatakse riiklikes õppekavades (RT I 2003, 20, 116). Põhikooli ja gümnaasiumi riiklik õppekava on kehtestatud Vabariigi Valitsuse 25. jaanuari 2002.a. määrusega nr. 56. See sisaldab füüsika ainekava ja kehtestab põhikooli ja gümnaasiumi lõpetaja õpitulemused, mille saavutatuse hindamine toimub riigi tasandil (RT I 2002, 20, 116). On oluline, et õpilane ei omandaks haridusstandardina määratletud nõudeid vaid teoreetiliselt, vaid juhinduks nendest nii õpitegevuses kui igapäevases elus. Ülalöeldu põhjal valisime nõuete tsentraalseks elemendiks oskused, millega seostasime nii teadmised kui vilumused. Defineerime oskust kui teadmiste ja elementaarvilumuste kogumit, mis võimaldab jõuda püstitatud eesmärgile. Siit tuleneb õpitulemuste saavutatuse kontrollimise viis välja selgitada, mil määral tuleb õpilane toime tüüpolukorras, kus algoritm töötab, ja olukorras, kus algoritm puudub või õpilane ei ole seda õppinud. EV haridusseaduses on öeldud, et üldharidus võimaldab inimesel loovalt tegutseda ning kanda kodanikuvastutust. Loovalt tegutsemiseks vajalikud oskused kujunevad õpitegevuses, mille vormiks on õppeülesannete lahendamine. Ülesannete liigitamisel lähtusime õpitegevuse aspektidest, milleks on: a) infootsing (nii õpikust kui teatmekirjandusest), b) õpitu kasutamine füüsikaliste nähtuste ja objektide kirjeldamiseks, seletamiseks ja ennustamiseks, c) arvutus- ja graafiliste ülesannete lahendamine, d) vaatluste ja katsete korraldamine. 1. Jätkväljaandesse Teel füüsikastandardile ülesannete valimisel lähtusime füüsika ainenõukogus põhikooli ja gümnaasiumi riikliku õppekava õpitulemuste konkretiseerimise tulemusel saadud loetelust. Nimetatud loetelu on avaldatud EV Haridusministeeriumi trükises Füüsika aineraamat lehekülgedel Riigi Teatajas nr a. avaldatud Eesti põhi- ja keskhariduse riikliku õppekava võrdlemine Riigi Teataja I osas nr a. avaldatud Põhikooli ja gümnaasiumi riikliku õppekavaga võimaldab kinnitada, et omal ajal füüsika ainenõukogus heaks kiidetud õpitulemused ei ole vastuolus Vabariigi Valitsuse 25. jaanuari a. määrusega nr

2 2. Ülesannete liigitamisel lähtusime õpitegevuse aspektidest, milleks on: a) infootsing, b) õpitu kasutamine füüsikaliste nähtuste ja objektide kirjeldamiseks, seletamiseks ning ennustamiseks, c) arvutus- ja graafiliste ülesannete lahendamine, d) vaatluste ja katsete korraldamine. Püüdsime ülesannetega katta kõik õpitulemustes märgitud õppeühikud: mõisted, seosed, mudelid mõõteriistad ja rakendused. Ülesanded on mitmekordselt kontrollitud sisulise valiidsuse seisukohalt. Vältisime faktiteadmiste reprodutseerimist nõudvaid ülesandeid. Sõnastasime ülesanded selliselt, et nende lahendamine eeldaks teadmiste kasutamist tüüpolukorras, erandjuhtudel ka tüüpolukorraga võrreldes mõningal määral muudetud olukorras. Viimased on tähistatud tärniga. Valikvastustega ülesannete korral ei piirdunud me vaid ühe õige vastusevariandiga, õigeid valikuid võib olla ka rohkem kui üks. Eeldame, et see sunnib õpilasi hindama kõiki valikuid ja mitte loobuma teiste variantide analüüsimisest, kui üks õige vastus on ära tuntud. Siin ja edaspidi konkretiseerime ülalöeldut näidetega Puuduvad mõiste defineerimist nõudvad ülesanded, selle asemel peab oskama kasutada mõiste tunnuseid konkreetses olukorras. Vooluallika elektromotoorjõud on füüsikaline suurus, millega iseloomustatakse a) kõrvaljõudude tööd vooluallikas, b) kõrvaljõudude tööd kogu suletud vooluringi ulatuses, c) kõrvaljõudude tööd elektrostaatilises väljas, d) laengukandjate nihutamiseks tehtud tööd, e) vooluallikaga ühendatud voltmeetrit. (Elekter ja magnetism, ülesanne 50) Ülesande lahendamiseks peab õpilane teadma, et mõiste vooluallika elektromotoorjõud sisusse kuulub oluline tunnus kõrvaljõudude töö. Kõrvaljõudude töö tulemusena nihutatakse positiivsed laengukandjad vooluallikas negatiivselt pooluselt positiivsele poolusele, mis on vajalik pikemaajalise elektrivoolu saamiseks suletud vooluringis. Seda teades valib õpilane esitatud variantide hulgast a. Välisvooluringis võrdub kõrvaljõudude töö nulliga, järelikult iseloomustab vooluallika elektromotoorjõud kõrvaljõudude tööd ka kogu suletud vooluringi ulatuses variant b tunnistatakse õigeks. 1 Näidete valikul ei piirdu me kursusega Aine ehitus, vaid esitame neid kõikidest gümnaasiumikursustest. Sellega tahame rõhutada, et rakendasime samu põhimõtteid ülesannete valikul kõikidesse Teel füüsikastandardile vihikutesse. 4

3 Elektrostaatilises väljas kõrvaljõudude töö puudub variant c heidetakse kõrvale. Laengukandjate nihutamiseks tehtud töö sisaldab lisaks kõrvaljõudude tööle ka kuloniliste jõudude tööd variant d ei sobi. Mõiste voltmeeter sisus puudub oluline tunnus kõrvaljõudude töö ei sobi ka variant e. Kahe õige valiku olemasolu tingib vajaduse analüüsida ülejäänud variante sellest hoolimata, et esimese variandi õigsus on tuvastatud. Enrico Fermi auks nimetatud radioaktiivse elemendi fermiumi isotoobi poolestusaeg on 30 min. See tähendab a) kui teadlastel õnnestus sünteesida kogus, mis sisaldas kümmet tuuma, siis poole tunni pärast on alles viis tuuma; b) kui teadlastel õnnestus sünteesida kogus, mis sisaldas tuuma, siis poole tunni pärast on alles tuuma; c) kui teadlastel õnnestus sünteesida kogus, mis sisaldas kahte tuuma, siis poole tunni pärast on alles üks tuum. (Aine ehitus, ülesanne 44) Ülesande lahendamiseks peab õpilane teadma, et radioaktiivset lagunemist iseloomustav mõiste poolestusaeg on kasutatav vaid suure arvu tuumade korral ning ei võimalda ennustada konkreetse tuuma lagunemishetke. Rakendades seda teadmist konkreetses olukorras, välistab õpilane variandid a ja c Puuduvad seoste sõnastamist nõudvad ülesanded. Selle asemel peab õpilane oskama kasutada seost konkreetses olukorras, mis on esitatud kas sõnaliselt, analüütiliselt või graafiliselt. Kui sama suur jõud rakendada kaks korda suurema massiga kehale, siis a) kiirendus on 2 korda suurem, sest mass suureneb 2 korda; b) kiirendus on 2 korda väiksem, sest mass suureneb 2 korda; c) kiirendus ei muutu, sest jõud jääb samaks. (Mehaanika, ülesanne 70) Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks seose kasutamise oskust olukorras, kus info on esitatud sõnalises koodis. Ohmi seaduse sõnastuses kogu vooluringi kohta on fraas: Voolutugevus on pöördvõrdeline vooluringi kogutakistusega. Mida see tähendab? (Elekter ja magnetism, ülesanne 75) Õpitulemustes on Ohmi seadus kogu vooluringi kohta esitatud analüütiliselt. Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane mõistab selle sõnastuse tähendust: kui vooluringi kogutakistust suurendada mingi arv korda, siis voolutugevus väheneb sama arv korda. 5

4 On antud kaks liikumisvõrrandit: x 1 = 5 + t + 0,1 t 2, x 2 = 5 + t 0,1 t 2. Võrrelge nende võrranditega kirjeldatud liikumisi. Tooge välja ühised tunnused ja erinevused. (Mehaanika, ülesanne 10) Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane oskab sõnaliselt väljendada liikumisvõrrandisse kätketud teavet. Joonisel 1 on kujutatud antud aine agregaatolekute muutumine. Kirjeldage seda. (Molekulaarfüüsika, ülesanne 140) 6 Joonis 1 Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane oskab sõnaliselt väljendada graafiliselt fikseeritud teavet. 3. Piirdusime ülesannetega, mis sisaldavad õpitulemusi vaid ühe kursuse raames. Mitut kursust ühendavaid kompleksülesandeid peaks õpetaja valima teistest allikatest. Kursuses Aine ehitus puudub ülesandetüüp Spektrijoone H β lainepikkus on 486,13 nm. Arvutage seda põhjustanud siirdele vastav energiamuut, sest lahendamiseks vajalik seos esineb eelmise kursuse Elektrodünaamika õpitulemustes. 4. Ülesannete tekstides esineb sõnu, mis puuduvad õpitulemustesse kantud õppeühikute hulgas. Nende sõnade definitsioonidega täpsustatud tähendusi ei ole ülesande lahendamiseks vaja teada need esinevad tavakeele, mitte füüsika keele sõnade tähenduses. Raadiovastuvõtja SW2 laineala hõlmab sagedusvahemiku 7 20 MHz. Millistes piirides peab muutuma vastuvõtja võnkeringi kondensaatori mahtuvus, kui pooli induktiivsus on 5 µh? (Elektrodünaamika, ülesanne 113) Ülesande lahendamiseks on vaja kasutada õpitulemustes esinevat seost ning teada mõisteid kondensaatori mahtuvus, pooli induktiivsus, periood, sagedus. Sõna võnkering definitsiooniga täpsustatud tähendust ei ole ülesande lahendamiseks vaja teada, järelikult selle omandatust antud

5 ülesanne ei kontrolli. Ülesanne on sisuliselt valiidne selgitamaks seose ning induktiivsuse, elektrimahtuvuse, sageduse ja perioodi mõõtühikute omandatuse määra. 5. Õpitulemustes esitatakse õppeühikud vaid ühes koodis. Õpilane peab oskama neid kasutada erinevates koodides ja õppeühikuid tõlkida ühest koodist teise. Selliseid ülesandeid on Teel füüsikastandardile kõikides vihikutes. Missugust seost väljendab valem, kui rakendame seda antud gaasikoguses jääval rõhul toimuva protsessi uurimiseks? Sõnastage seos, mida väljendab valem sel korral. (Molekulaarfüüsika, ülesanne 31) Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks analüütilises koodis väljendatud seose teisendamise oskust ning seda, kas õpilane oskab tulemust sõnastada. Antud gaasikoguse korral m = const. Protsess toimub jääval rõhul, järelikult p = const. Siit Käesoleval juhul väljendab valem gaasi ruumala ja absoluutse temperatuuri vahelist võrdelist seost. Sõnastus: antud gaaskoguse ruumala on võrdeline absoluutse temperatuuriga eeldusel, et rõhk ei muutu. Meil on ühest ja samast materjalist kaks juhet. Üks on pikk ja peenike, teine lühike ja jäme. Kuidas ilma mõõtmisteta kindlaks teha, kumb juhtmetest on suurema elektritakistusega? (Elekter ja magnetism, ülesanne 60). Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks analüütiliselt esitatud seose kasutamise oskust kvalitatiivset vastust nõudvas olukorras. Õpitulemustes on ülesande lahendamiseks vajalik seos esitatud kujul. Õpilane peab selle sõnastama ning seejärel otsima vastust ülesande küsimusele. 6. Füüsikalised suurused on esitatud õpitulemustes terminitena või seostes esinevate tähistena. Kuid õpilane peab lisaks terminile ja tähisele teadma ka seda, mida iseloomustab füüsikaline suurus, füüsikalise suuruse definitsioonvalemit, mõõtühikut ja mõõtmisviisi ning seda, mida näitab füüsikaline suurus. Magnetvoog on füüsikaline suurus, mis iseloomustab a) induktsiooni elektromotoorjõudu, b) elektromagnetilist induktsiooni, 7

6 c) magnetvälja, d) voolutugevust juhis. (Elektrodünaamika, ülesanne 14) Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane oskab eristada antud loetelust selle, mille iseloomustamiseks on moodustatud füüsikaline suurus magnetvoog. Kui palju kulub aega, et valgus jõuaks Päikeselt Maale? Maa keskmine kaugus Päikesest on 1, m ja valguse levimise kiirus. (Mehaanika, ülesanne 30) Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane oskab kasutada kiiruse definitsioonvalemit. Induktiivsus näitab, kui suur a) induktsiooni elektromotoorjõud tekib juhis, kui voolutugevus juhis muutub kiirusega 1 m/s; b) induktsiooni elektromotoorjõud tekib juhis, kui voolutugevus juhis muutub ühikulise kiirusega; c) induktsiooni elektromotoorjõud tekib juhis, kui voolutugevus juhis muutub. (Elektrodünaamika, ülesanne 21) Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane mõistab induktiivsuse sisusse kuuluva ühe olulise tunnuse mida näitab induktiivsus tähendust. Takisti takistuse mõõtmiseks voltmeetri ja ampermeetriga on võimalik koostada vooluring kas vastavalt skeemile 2a või 2b. Mille poolest need erinevad? Millal on otstarbekas kasutada skeemile a, millal skeemile b vastavat vooluringi? (Elekter ja magnetism, ülesanne 90) Joonis 2 Ülesanne on sisuliselt valiidne kontrollimaks, kas õpilane oskab valida konkreetses olukorras sobivat elektritakistuse mõõtmisviisi, kui kasutada on voltmeeter ja ampermeeter. 8

7 Leidke rohelise valguse sagedus õhus, kui lainepikkus on 550 nm. (Elektrodünaamika, ülesanne 224) Õpitulemustes on füüsikalised suurused: valguse levimise kiirus vaakumis c, lainepikkus λ ja sagedus f esitatud seosena. Ülesande lahendamiseks peab õpilane tõlkima sõnalises koodis esitatud füüsikalised suurused analüütilisse koodi ja teadma, et valguse levimise kiirus õhus ei erine oluliselt valguse levimise kiirusest vaakumis. Järelikult võib antud ülesande lahendamiseks kasutada seost. 7. Füüsikaliste suuruste ühikutena esinevad SI-ühikud koos nende kordja osaühikutega. Kasutatakse kolme SI poolt lubatud lisaühikut: tasanurga mõõtmiseks nurgakraadi, siseenergia mõõtmiseks elektronvolti, aatomi massi mõõtmiseks aatommassiühikut. Nende seoseid SI-ühikutega ei pea õpilane mäletama, kuid peab oskama neid leida teatmekirjandusest. Kui suur on nurkkiirus, kui ringliikumises oleva kehaga ühendatud raadius pöördub 0,5 s jooksul 90 võrra? (Mehaanika, ülesanne 122) Valgus läheb veest klaasi. Langemisnurk on 35. Leidke murdumisnurk, kui klaasi murdumisnäitaja on 1,5. (Elektrodünaamika, ülesanne 212) Kui suur on massidefekt, kui mass on 12, u? (Aine ehitus, ülesanne 156) 8. Mudelite kirjeldamisel on olenevalt eesmärgist vajalik esitada erinev arv erinevaid olulisi tunnuseid Et täpsustada, milliseid olulisi tunnuseid ülesandes esineva mudeli kirjeldamiseks (seoseid seletamiseks või ennustamiseks) nõutakse, on ülesande tekstis või vihiku lõpus olevates vastustes näidatud täielikuks loetavas kirjelduses vajalikud tunnused, aga samuti seletamiseks või ennustamiseks vajalikud seosed. Vastuseid on lubatud õpilasel kasutada oma lahenduse õigsuse kontrollimiseks. Seepärast puuduvad vastuste hulgas valikülesannete õiged valikud, sest nende olemasolu ei võimaldaks kontrollida, kas õpilane on teinud valiku iseseisvalt või selle vihiku lõpust ümber kirjutanud. Kirjeldage soojusmasinat. Kasutage oskussõnu: siseenergia, soojushulk, ideaalne gaas, soojendi, jahuti. (Molekulaarfüüsika, ülesanne 55) Kirjeldage elektrivoolu tekkimist juhis. (Elekter ja magnetism, ülesanne 54) Vastuses on toodud õppeühikud elektrivool, elektrilaeng, elektrivälja tugevus, mis peavad esinema täielikuks loetavas kirjelduses elektrivoolu tekkimiseks vajalike oluliste tunnustena Graafikuna esitatud mudeli korral on kõik olulised tunnused juba graafikul olemas. Õpilane peab oskama need graafikult üles otsida, tõlkima 9

8 tulemuse sõnalisse koodi ning esitama sidusa tekstina. Kirjeldage liikumist, mille graafik on esitatud joonisel 3. (Mehaanika, ülesanne 15) 10 Joonis 3 Seletage termodünaamika esimese printsiibi põhjal pööratava protsessi käigus toimuvaid muutusi, kui protsess toimub jääval rõhul. (Molekulaarfüüsika, ülesanne 57) Vastustest leiab õpilane valemi, mida tuleks kasutada protsessi käigus toimuvate muutuste seletamiseks. Võimalusi on kaks: a) kui Q > 0, siis suureneb gaasi siseenergia, gaas paisub ja gaasi töö on positiivne, ; b) kui Q < 0, siis siseenergia väheneb, gaasi ruumala väheneb ja gaasi töö on negatiivne, < 0, sest V 2 < V 1. Kuidas muutub rõhk suletud anumas, kui gaasi temperatuur suureneb kaks korda? (Molekulaarfüüsika, ülesanne 25) See on üks ülesannetest, kus nõutakse ennustamist. Vastustest leiab õpilane valemi p = nkt, mida tuleks kasutada rõhuga toimuva muutuse ennustamiseks. Et gaas on suletud anumas, on n = const. ja p T. Järelikult suureneb gaasi rõhk samuti kaks korda. Valgus läheb teise keskkonda, kus levimiskiirus on suurem. Kas ja kuidas muutub sealjuures lainepikkus? Põhjendage. (Elektrodünaamika, ülesanne 182) See on samuti ennustamisülesanne, mille lahendamiseks peab õpilane kasutama vastustes toodud seoseid ning. * * * Täname aktsiaseltsi Koolibri Teel füüsikastandardile vihikute kirjastamise eest. Teie ettepanekuid ja arvamusi ootame aadressil: karugunnar@hot.ee