Eксперимент као централни део теме огледни час

Transcript

1 Eксперимент као централни део теме огледни час др Mирко Нагл, Никола Гледић, Јасмина Ђокић Јовановић 3, мр Горан Стојићевић 4,3 Шабачка гимназија, Шабац, Техничка школa, Шабац, 4 Регионални центар за професионални развој запослених у образовању, Шабац Апстракт. У раду је приказан огледни час на тему Брустеров закон у коме је експеримент централни део теме а улога наставника није да предаје знање, већ да организује и да води процес учења ученика. Час је заснован на IBSE инквајери методу што подразумева да ученици употребљавају вештине које користе научници, односно постављају питања, сакупљају податке, резонују и преиспитују добијене податке у сагласности са усвојеним знањима, извлаче закључке и дискутују добијене резултате и на крају одређују Брустеров поларизациони угао. УВОД Научни метод користе научници при изучавању нечег новог истраживању. Метод подразумева ригорозност и критички однос при сакупљању и употреби довољно релевантних података потребних за тестирање хипотезе или одговора на постављено питање. Научници проверавају и понављају сакупљање података, а када је то могуће, интерпретирају и покушавају да објасне оно што су пронашли. Током својих истраживања пажљиво воде белешке, а при доношењу закључака консултују постојеће радове у тој области истраживања и представљају свој рад другима, текстуално или на конференцијама, и размењују своје идеје. Све то је потпуно очигледно у случају научника, али за потребе науке у школи-часа, креиран је IBSE (Inquiry-Based Science Education) Инквајери метод где ученици који су ангажовани у њему не знају одговор на питање или проблем који се изучава, па сами тим и налазе да је веома важно да га истраже и стимулишу их покушаји налажења одговора или решења []. Он подразумева да ученици прогресивно развијају кључне научне идеје кроз учење како да истражују и граде своје знање и разумевање света који их окружује. При томе употребљавају вештине које користе научници, односно постављају питања, сакупљају податке, резонују и преиспитују добијене податке

2 у светлу оног што је већ познато, извлаче закључке и дискутују добијене резултате. Основне предности Инквајери у односну на класични трансмисиони метод (наставник предаје знање ученику) може се приказати у табели. и. Табела. Ученичке активности: учење посредством Инквајериа Ученици се ангажују у решавању питања која идентификују као своја чак и када их је поставио наставник. Не знају одговор на питање које истражују. Довољно знају о теми која је укључена у питање. Дају претпоставке засноване на својим идејама проистеклим у вези с темом. Учествују у планирању истраживања које има за циљ тестирање њихових предвиђања. Сами релаизују истраживање. Употребљавају изворе и методе сакупљања податак релевантних за проверу својих предвиђања. Дискутују о оном што су пронашли у односу на своја почетна очекивања и предвиђања. Извлаче закључке и покушавају да их искористе при објашњењу оног што су нашли. Пореде своје налазе и закључке с оним што су нашли и закључили други. Воде забелешке и друге врсте евиденције током свог рада. Учествују у дискусији о коришћеним методама и резултатима својих истраживања. Табела. Ученичке активности: учење кроз примену трансмисионог метода Ђачке активности следе упутства дата у уџбенику или од стране наставника уз давање незнатне пажње постављању оног што раде у контекст покушаја давања одговора који желе да дају на постављено питање. Могу да прочитају о начину вођења истраживања али им се пружају незнатне могућности да га и сами искусе као процес. Могу да посматрају наставникову демонстрацију али не морају да разумеју разлоге због којих је она и урађена. При практичној реализацији активности следе дате инструкције уз незнатно самостално размишљање о оном што раде. Експерименти које изводе или посматрају су дизајнирани тако да потврде већ познат закључак: експериментом се показује да Не знају увек зашто су предузети неки кораци у експерименту или истраживању. Пишу извештај о истраживању у структуираној форми, копирајући га често из књиге или диктирањем од стране наставника. Бележе прави одговор чак и када га нису опазили оно што је требало да се деси. Раде независно или у пару и немају храбрости да покрену дискусију о свом раду. Наведено је инспирисало ауторе да у реалне услове часовно разредног система наставе у школи дизајнирају час које ће горе наведене чињенице имплементирати у час. Такав час мора бити добро временски организован, јер мора задовољити све обавезне структурне и методичке делове: понављање наученог, увод, главни и завршни део часа, са истакнутим циљевима, задацима, методама и облицима рада. Ово је све регулисано законом и правилницима које наши наставници знају и спроводе. Подразумева се да наставник има припрему за час (сада се то зове сценарио часа) у коме је све горе јасно написано и

3 дефинисано. Наравно то је сасвим оправдано, јер често користимо флоскулу која је истинита, да је организација пола посла. Оно што желимо да постигнемо овим чланком, а затим презентујемо колегама усмено је следеће: прво, како да организују час фокусиран на експеримент; друго, како да ученици активно учествује у њему; треће, како да помоћу савремених наставних средстава мотивишу ученике на почетку и током часа, како да резултате мерења и обраде података одмах виде и коментаришу у току часа, а на крају часа понове, дискутују и питају; четврто, како да утврде знања кроз домаћи задатак; пето, како да одаберу најбољи експеримент за тему који обрађују и шесто, како да утврде евалуирају да ли им је то све успело! Дакле, намеравамо колегама да дамо рецепт, који се у настави сада зове сценарио, кроз огледни час, базиран на експерименту. Наставници ће знања употребити у настави, а затим ће их на угледним часовима у школи презентовати колегама у оквиру стручних већа или шире, на што нас све који радимо у основним и средњим школама обавезују правилници. []. Аутори су урадили истраживање у коме је експримент централни део часа на Инквајери основама у три одељења друштвено језичког смера Шабачке гимназије. У једном је настава организована на горе наведен начин, у другом је настава подржана са демонстарицоним огледом и мултимедијалним садржајима, а у трећем је настава била оранизована по, у нашим школама најраширенијем трансмисоном методу, где наставник прича, а ученици слушају (такозвано предавање и примање знања), а наставна средства су табла и креда. [3,4]. Резултати истраживања су очекивани и статистички значајно иду у прилог настави са експериментом као централним делом теме наставног садржаја. У даљем тексту биће приказана структура часа на тему Брустеров угао, а све материјале потребне за то аутори ће заинересованима послати на мејл или ће исти скинути са блога аутора [5]. СТРУКТУРА ЧАСА НА ТЕМУ БРУСТЕРОВ ЗАКОН Уводни део часа мотивација (5 мин.) Ученици се питањима подсећају на знања о поларизацији шта су/је:. Врсте таласа? [6]. Електромагнетни таласи, вектори Е и В, (слика. која је у електронској форми аплет који ученицима јасно показује наведене појмове)? [7] 3. Светлост, поларизација светлости, неполаризована и поларизована светлост (слика )? [8] 4. Вектор поларизације, физика поларизације поларизационе струје, поларизатори, Малусов закон (слика )? [9] 3

4 СЛИКА. Поларизација светлости СЛИКА. Малусов закон Обрада новог градива (0 минута) Како је централни део часа експеримент којим се одређује Брустеров (D. Brewster, ) поларизациони угао (циљ часа), на почетку се кратко излаже теорија [0-]. Светлост се посматра као талас, а вектор чију поларизацију посматрамо је вектор електричног поља Е, који код неполаризоване светлости осцилује у свим равнима, а код линерно поларизоване само у једној. Поларизација светлости мoже се постићи при одбијању и при преламању светлости на граници између две средине (слика 3). За неки карактеристичан угао α упадне неполаризоване светлости, одбијена светлост биће линеарно поларизована у равни нормалној на упадну, а преломљена светлост биће само делимично поларизована у равни паралелној упадној. СЛИКА 3. Преламање и одбијање светлости 4

5 Користећи Снелов (W. Snellius, ) закон преламања и Фреснелове (A. J. Fresnel, ) формуле за угао од 90 о између преломљеног и одбијеног зрака (у том случају је одбијена светлост потпуно поларизована), Брустер је показао да између упадног (поларизационог) угла α и релативног индекса преламања n две средине, постоји веза (једначина ): n sin n n sin n sin n tg n arctg n sin n sin cos cos... n n sin, () 90 n n o n n (апсолутни индекс преламања средине упадне и одбијене светлости), n (апсолурни индекс преламања средине у којој се светлост прелама), n (релативни индекс преламања две средине). На основу ове једначине може се одредити релативни индекс преламања у случају када се светлост одбија прелама на граници ваздух стакло (као у предстојећем експерименту) али и апсолутни индекс преламања стакла, узимајући да је апсолутни индекс преламања ваздуха. Централни део часа експеримент (5 минута) Експеримент је централни део часа и њиме одређујемо Брустеров угао. Користићемо светлост школског He-Ne ласера од 0.5mW чија светлост у фотодиоди производи струју чији интезитет меримо[3,4]. Светлост школског ласера је делимично линеарно поларизована (може се одредити степен поларизације, али то није део овог експеримента), зато ћемо на пут зрака ставити поларизатор који ће поларизовати светлост паралелно са упадном равни. За различите вредности упадног угла (угао меримо угломером на ротационом постољу), мерићемо струју фотодиоде (микроамперметар) у два случаја (слика 4). фотодиода микроамперметар ЛАСЕР α поларизатор паралелно поларизована светлост стаклена плочица ротационо постоље са угломером СЛИКА 4. Шема експеримента 5

6 Први случај, када је ласер постављен тако да вектор електричног поља (поларизациони вектор) осцилује у упадној равни (слика 6, усправан ласер са ознаком - паралелно). За карактеристичан Брустеров угао α упадне светлости, струја фотодиоде која мери одбијену рефлектовану светлост ће имати минимум (слика 7, доњи график). На тај начин смо одредили Брустеров угао. Та светлост ће бити потпуно линеарно поларизована у равни која је нормална на упадну раван. Ласерска светлост која се одбије (по закону одбијања и преламања упадни и преломљени углови су једнаки) под Брустеровим углом је потпуно линеарно поларизована, а њен интезитет износи до 7% интезитета упадне светлости! За упадну белу светлост интезитет одбијене поларизоване светлости иде до 5%. Други случај, експеримент ћемо поновити за ласерску светлост која је поларизована у равни која је нормална на упадну раван (слика 6, положен ласер са ознаком - нормално). Мерићемо струју фотодиоде за различите вредности упадног угла светлости. Приметићемо да крива одбијене светлости нема минимум (слика 7, горњи график). Група ученика ће стечена знања применити тако што ће одредити Брустеров угао α користећи Инквајери метод: Дефинишу проблем: Можемо ли одредити α користећи ласерску светлост? Прикупљају податаке: Мере интезитет ласерске светлости која се одбија рефлектује од стаклене плочице, мерећи интезитет струје фотодиоде (слика 4 шема, апаратура је оптичка клупа са ротационим постољем); Формулацишу хипотезу: Брустеров угао α не зависи од тога да ли је раван поларизоване упадне ласерске светлости паралелна или нормална у односу на упадну раван; Експериментишу: За различите вредности упадног угла α ласерске светлости на стаклену плочицу, ученици мере угломером у корацима по 5 о (када приметимо да струја опада и са мањим корацима нпр. о, почевши од 0 о ), струју фотодиоде у коју пада одбијена светлост. Ласер се поставља тако да је раван поларизације упадне светлости паралелна у односу упадну раван (слика 6, ознака ). Резултати се уносе у табелу. и цртају зависност струје фотодиоде од упадног угла (рачунар слика 7, доњи график): ЛАСЕР Л A С E СЛИКА 6. Постављање ласера 6

7 Тестирају хипотезу: Ученици ескперимент понављају за ласерску светлост која је поларизована у равни нормалној на упадну раван, уносе резултате у табелу. и цртају график (рачунар слика 7, горњи график). Табела. Зависност струје од упадног угла N 0 α I I ,5 итд. I I СЛИКА 7. График зависности струје од упадног угла Закључују: Интезитет струје фотодиоде има минимум само када је упадна ласерска светлост поларизована у равни која је паралелна са упадном равни (слика 7, доњи график). Хипотеза није тачна. Закључујемо да се Брустеров угао α може одредити ласером, али само у случају када је упадна ласерска светлост поларизована у равни паралелној са упадном равни. Понављање (5 мин): Ученици самосталнo понављају усвојене појмове и ток Инквајери метода (по потреби вођени питањима наставника). 7

8 Завршни део часа (0 мин): Провера усвојених појмова: Ученици самосталнo резимирају ток мерења са анализом проблема. Наставник ће по потреби питањима усмеравати дискусију. На основу стечених знања и мерених вредности са часа ученици кући састављају извештај према форми (слика 8) или сличној на основу њихових предлога. Извештај са експерименталне вежбе Брустеров угао Кратка теорија (од 3 до 5 реченица) Једначина чије физичке величине меримо и одређујемо α са агендом Слика или скица апарутуре помоћу које меримо Табела у коју уносимо мерене величине График зависности I од Резултат мерења са грешком Ученик Име: Презиме: Разред и одељење: Датум: Потпис: СЛИКА 8. Предложена форма извештаја Резултат мерења је вредност Брустеров угла α израженог у степенима и одређеног из минимума криве (слика 7). Грешка мерења је грешка очитавања угла помоћу угломера и износи о. Евалуација: На крају часа ученици попуњавају анонимне евалуационе листиће са питањима и предају их наставнику (табела ). Наставник ће их замолити и да додатно оцене час преко анкете на интернет блогу наставника нпр. ucenici.wordress.com/anketa Прва евалуација имаће и квантитативну и квалитативну анализу, док ће она на блогу бити само квантитативна. Резултати ће бити поређени и саопштени. 8

9 ТАБЕЛА. Питања са евалуације угледног часа I ДИДАКТИЧКО - МЕТОДИЧКА КОМПОНЕНТЕ ЧАСА У П Наставна јединица је најављена, након добро осмишљеног уводног дела Циљ наставног часа је благовремено истакнут 3 Одабране наставне методе су за овакав облик рада ефикасне 4 Наставна средства су адекватно одабрана и функционално коришћена 5 Остали дидактички материјали су ефикасно икоришћени и добро осмишљени 6 Коришћене савремених техничких средстава и извора учења је адекватно II ПОЛОЖАЈ УЧЕНИКА У НАСТАВИ Ученици су активни, дискутују, полемишу, питају и закључују Интеракције међу ученицима су успешне (унутар групе, међу групама и појединцима) 3 Интеракција ученик-наставник и наставник-ученик је спонтана и толерантна III СТИЛ НАСТАВНИКА И КЛИМА НА ЧАСУ Наставник вешто и ненаметљиво ствара сарадничку атмосферу-мотивише и подстиче Радна атмосфера је добра, све функционише како треба 3 Ученици имају потпуно позитиван однос према учењу и наставнику IV ИСКУСТВЕНИ ПРИМЕРИ ЗА МОЈ РАД Оно што ми се посебно допало на часу је: Оно што би са овог часа ваљало преузети као практична решења и имплементацију у све остале часове: 3 Оно што ми се уопште не допада: 4 Реализација овог (у)огледног часа, по мојој процени је за оцену: ЗАХВАЛНИЦА Захваљујемо се ученицима Шабачке гимназије за реализацију истраживања, колегама из Техничке школе Шабац за реализацију апаратуре, колегама учесницима угледног часа и Зимске школе [5] на сугестијама, Регионалном центару за професионални развој запослених у образовању у Шапцу за помоћ при реализацији Зимске школе и Граду Шапцу. Ученици (У) и наставници (Н) су бројчано бодовали питања (5 потпуна сагласаност, 4 сагласност, 3 немам мишљење, неслагање и потпуно неслагање) 9

10 ЛИТЕРАТУРА. Harlen W., Assessment & Inquiry-Based Science Education:Issues in Policy and Practice, Trieste:TWAS, 03, рр 5-0. Правилник о наставном плану и програму за гимназију, Службени гласник РС, бр. 7/09 и 5/ 3. Nagl G.M. i Obadović Ž.D., Pedagogija, 4, стр (00) 4. Нагл М., Обадовић Д. и Сегединац М., Књига резимеа са XIV међународне научне конференције Педагошка истраживања и школска пракса, 4, стр.0-0, (0) 5. mirkonagl.wordress.com 6. htt:// 7. htt://surendranath.triod.com/alets/waves/emwave/emwave.html 8. htt:// 9. htt:// 0. Божин С. и др., Физика 3 за гимназију, Београд: Завод за уџбенике и наставна средства, 005, стр Распоповић О. М., Физика за трећи разред гимназије, Београд: Завод за уџбенике и наставна средства, 009, стр Чалуковић Н. и Панић К., Физика 3 за гимназију, Београд: Круг, 0, стр Donnelly J. and Massa N., LABS FOR THE PHOTON/PHOTON EXPERIMENT KIT, New England Board of Higher Education, 006, рр Гледић Н., Физика експерименти у настави физике, Шабац: Техничка школа, 03, стр htt:// 0