Wymagania doświadczalne – propozycja doświadczeń
Podczas wykonywania eksperymentów na fizyce uczniowie zdobywają wiedzę czynną, na którą składają się czynności praktyczne:
-
Ilustrowanie
-
Wyznaczanie
-
Badanie
-
Demonstrowanie
-
Rozróżnianie
-
Łączenie
-
Obserwowanie
-
Otrzymywanie
Działy fizyki w szkole podstawowej
-
Ruch i siły
-
Energia
-
Zjawiska cieplne
-
Właściwości materii
-
Elektryczność
-
Magnetyzm
-
Ruch drgający i fale
-
Optyka
1. Ruch i siły
doświadczalnie:
a) ilustruje: I zasadę dynamiki, II zasadę dynamiki, III zasadę dynamiki,
b) wyznacza prędkość z pomiaru czasu i drogi z użyciem przyrządów analogowych lub cyfrowych bądź oprogramowania do pomiarów na obrazach wideo,
c) wyznacza wartość siły za pomocą siłomierza albo wagi analogowej lub cyfrowej.
2. Energia – brak wymagań doświadczalnych
3. Zjawiska cieplne
doświadczalnie:
a) demonstruje zjawiska topnienia, wrzenia, skraplania,
b) bada zjawisko przewodnictwa cieplnego i określa, który z badanych materiałów jest lepszym przewodnikiem ciepła,
c) wyznacza ciepło właściwe wody z użyciem czajnika elektrycznego lub grzałki o znanej mocy, termometru, cylindra miarowego lub wagi.
4. Właściwości materii
doświadczalnie:
a) demonstruje istnienie ciśnienia atmosferycznego; demonstruje zjawiska konwekcji i napięcia powierzchniowego,
b) demonstruje prawo Pascala oraz zależność ciśnienia hydrostatycznego od wysokości słupa cieczy,
c) demonstruje prawo Archimedesa i na tej podstawie analizuje pływanie ciał; wyznacza gęstości cieczy lub ciał stałych,
d) wyznacza gęstość substancji, z jakiej wykonany jest przedmiot o kształcie regularnym za pomocą wagi i przymiaru lub o nieregularnym kształcie za pomocą wagi, cieczy, cylindra miarowego.
5. Elektryczność
doświadczalnie:
a) demonstruje zjawiska elektryzowania przez potarcie lub dotyk, demonstruje wzajemne oddziaływanie ciał naelektryzowanych,
b) rozróżnia przewodniki od izolatorów oraz wskazuje ich przykłady,
c) łączy według podanego schematu obwód elektryczny składający się ze źródła (akumulatora, zasilacza), odbiornika (żarówki, brzęczyka, silnika, diody, grzejnika, opornika), wyłączników, woltomierzy, amperomierzy; odczytuje wskazania mierników,
d) wyznacza opór przewodnika przez pomiary napięcia na jego końcach oraz natężenia prądu przez niego płynącego.
6. Magnetyzm
doświadczalnie:
a) demonstruje zachowanie się igły magnetycznej w obecności magnesu,
b) demonstruje zjawisko oddziaływania przewodnika z prądem na igłę magnetyczną.
7. Ruch drgający i fale
doświadczalnie:
a) wyznacza okres i częstotliwość w ruchu okresowym,
b) demonstruje dźwięki o różnych częstotliwościach z wykorzystaniem drgającego przedmiotu lub instrumentu muzycznego,
c) obserwuje oscylogramy dźwięków z wykorzystaniem różnych technik.
8. Optyka
doświadczalnie:
a) demonstruje zjawisko prostoliniowego rozchodzenia się światła, zjawisko załamania światła na granicy ośrodków, powstawanie obrazów za pomocą zwierciadeł płaskich, sferycznych i soczewek,
b) otrzymuje za pomocą soczewki skupiającej ostre obrazy przedmiotu na ekranie,
c) demonstruje rozszczepienie światła w pryzmacie.
Doświadczenia to za mało – potrzebne są eksperymenty
Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie, czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą), czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Zgoda?
by dowiedzieć się czegoś więcej o świecie, powinniśmy zacząć od posiadanej już wiedzy, często potocznej. Musimy mieć na przykład choćby mgliste przekonanie o tym, że aby nasiona zakiełkowały potrzebna jest woda, słońce i może coś jeszcze. Na początek wystarczy jakaś wstępna obserwacja związana ze wzrostem roślin – ot, choćby dostrzeżenie, że w domu ktoś podlewa kwiaty w doniczkach. I że zwykle stoją one przy oknie. Jeżeli mamy takie elementarne wiadomości, to zapewne jesteśmy gotowi, by z pomocą krytycznego myślenia poznać zjawisko dogłębniej.
Na początku jest doświadczenie
Jeśli jednak nie mamy o danym zagadnieniu żadnego pojęcia, to konieczne będzie doświadczenie, czyli obserwacja zdarzeń zachodzących samoistnie bądź sprowokowanych przez nas samych. Czasem może wystarczyć nawet rozmowa o tych doświadczeniach: o wspomnieniach z wakacji czy o obserwacjach domowych. Zbieranie doświadczeń i ich analiza może nas doprowadzić do wiedzy o różnych zależnościach (np. do stwierdzenia, że istnieje jakiś związek między warunkami pogodowymi a kiełkowaniem nasion). Jednak poprzestanie na zbieraniu i analizie doświadczeń nie wyposaży nas w narzędzia intelektualne badacza. W wyniku biernego gromadzenia wniosków z przeżywanych i obserwowanych doświadczeń nie nauczymy się aktywnego, odkrywczego poznawania świata – tworzenia hipotez i planowania procesu poznawczego. Warto tu zwrócić uwagę, że robiąc proste doświadczenia polegające na wykonywaniu instrukcji mówiącej co, kiedy i jak robić z określonymi obiektami czy zjawiskami, również jesteśmy bierni. W takiej sytuacji budujemy wprawdzie wiedzę i uczymy się przez asymilację tego, co widzieliśmy i zrozumieliśmy pod wpływem instrukcji z zewnątrz, ale nie wykorzystujemy ani twórczej wyobraźni, ani twórczego myślenia.
Eksperyment w Twojej głowie
Do fazy eksperymentowania przechodzimy dopiero wtedy, gdy świadomie i zgodnie z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz proces poznawania świata. Wbrew intuicyjnym skojarzeniom podpowiadającym, czym jest eksperymentowanie, to co najważniejsze w tym procesie, dzieje się w naszych głowach przed podjęciem jakichkolwiek działań. Kluczem do naszego rozwoju intelektualnego i budowania wiedzy o świecie jest bowiem projektowanie hipotez i procedur ich weryfikacji (co się stanie, gdy…). Krytyczną rolę odgrywa tu zdolność do antycypacji – przewidywania przebiegu wydarzeń, które jeszcze nie nastąpiły, a które musimy sobie wyobrazić, by podjąć określone działanie. Równie ważne jest planowanie, jak zrealizować te procedury i potwierdzić prawdziwość wyniku. A następujące potem działanie? Doskonali tylko pewne umiejętności praktyczno-teoretyczne. Eksperymentalne badanie naszego otoczenia (fizycznego, społecznego i psychicznego) nie jest jednak możliwe bez wyodrębnienia i zdefiniowania zmiennych. Co to takiego? Zmienna to właściwość obiektu bądź zjawiska, która może się zmieniać, a my jesteśmy w stanie tę zmianę stwierdzić i zmierzyć lub opisać. Zmienną może być np. barwa, wysokość, temperatura lub czas trwania. Wyodrębniając i definiując zmienne, możemy opisać otaczający nas świat. Ale gdy chcemy go w pełni poznać, musimy poznać zależności między poszczególnymi dostrzeganymi przez nas zmiennymi. Bo od tych zależności oraz wewnętrznych i zewnętrznych uwarunkowań zależy kształt i funkcjonowanie świata.
Manipulujemy zmiennymi, badamy zależności
Powyższe zależności najpełniej poznajemy, posługując się metodą badawczą w czasie eksperymentu, czyli ukierunkowanej obserwacji inspirowanej szczegółowym planem, co i jak chcemy obserwować. W eksperymencie działamy danym czynnikiem po to, aby wywołać określoną zmianę. Musimy zatem przewidywać, pod wpływem jakich czynników (zmiennych niezależnych) można osiągnąć określone stany (zmienne zależne od wprowadzonego przez nas czynnika – zmiennej niezależnej).
Przykład? Aby przeprowadzić eksperyment testujący hipotezę Intensywność kiełkowania nasion i wzrostu siewki jest zależna od ilości wody w glebie, musimy mieć pewną wiedzę, choćby potoczną, że proces kiełkowania jest związany z wodą. Następnie musimy wyodrębnić zmienne: ilość wody (zmienna niezależna) oraz cechy określające kiełkowanie (np. długość pędu – zmienna zależna) i być w stanie je mierzyć. Jednak przede wszystkim musimy zbudować w naszej wyobraźni plan badania zależności tych zmiennych (np. kilka doniczek z zasadzonymi nasionami tego samego gatunku rośliny podlewanych
Do fazy eksperymentowania przechodzimy wtedy, gdy świadomie i zgodnie z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz proces poznawania świata.
podczas eksperymentu różną ilością wody, codzienna obserwacja i pomiar). Wysiłek włożony w wymyślenie eksperymentu, wykorzystanie wiedzy już posiadanej, trafne wytypowanie zmiennych, prawidłowo przeprowadzone pomiary, analiza wyników i wyciągnięcie wniosków – to wszystko daje w rezultacie nieporównywalnie trwalszy i bardziej znaczący rezultat od samego doświadczenia polegającego np. na obserwacji kiełkującego ziarna fasoli trzymanego na wilgotnej wacie.
Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą), czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Rozwija też ciekawość świata, odwagę i krytyczne, samodzielne myślenie. Kompetencje, których znaczenie wykracza daleko poza szkolne mury.