Kondensatory, a nawet superkondensatory

Ach ta podstawa programowa...

Pod koniec ubiegłego miesiąca omawiałem nową podstawę programową fizyki dla czteroletniego liceum ogólnokształcącego podczas seminarium środowiskowego "Problemy dydaktyki fizyki". Podczas wystąpienia podkreślałem potrzebę ujęcia opisowego zagadnień zawartych w części podstawowej oraz zwracałem uwagę na znaczenie wykształcenia ogólnego. W telegraficznym skrócie - maksymalnie jakościowo (tj. zgłębiamy zasady działania oraz zastosowanie praktyczne) i minimalnie ilościowo (tj. bez pozbawionych sensu obliczeń). 

Spotkałem się jednak ze stwierdzeniem, że zawarte w podstawie treści nie są atrakcyjne dla współczesnych uczniów - pokolenia xD. Oto na przykład lekcja o kondensatorach - w podstawie stoi:

VI. Elektrostatyka. Uczeń:
5) opisuje kondensator jako układ dwóch przeciwnie naładowanych przewodników, pomiędzy którymi istnieje napięcie elektryczne oraz jako urządzenie magazynujące energię;

6) doświadczalnie:
b) demonstruje przekaz energii podczas rozładowania kondensatora (np. lampa błyskowa, przeskok iskry).

I jak tu coś takiego "podać" uczniom? W odpowiedzi użyję sparafrazowanej wypowiedzi René Thoma: "W szkole nie fizyka ma być nowoczesna, ale jej nauczanie."

Nie pozostaje mi nic innego, jak zaproponować lekcję (a wręcz lekcje) o kondensatorach dla licealistów. Nie będzie to jednak klasyczny scenariusz a zbiór propozycji (także linków do materiałów), z których doświadczony nauczyciel z pewnością wybierze coś, co odpowiada jego stylowi pracy i jednocześnie umożliwia uwzględnienie oczekiwań uczniów.

Od czego zacząć?
Warto rozpocząć od uświadomienia sobie jaki charakter będzie miała moja lekcja z młodzieżą, poświęcona kondensatorom. Proponuję rozważyć:

Podejście badawcze

Dzielimy uczniów na grupy. Każda z nich dostaje po kilka kondensatorów znacznej pojemności (najlepiej elektrolitycznych bądź superkondensatorów) i źródło zasilania (może być bateria o napięciu 1,5V bądź zasilacz) oraz odbiornik o znanej mocy - najlepiej diodę LED (o napięciu pracy dopasowanym do napięcia źródła zasilania oraz odpowiedniej mocy). Zadanie uczniów polega na uszeregowaniu urządzeń magazynujących energię (które mają do dyspozycji) od tych o największej pojemności, po te o pojemności najmniejszej. Muszą sami odkryć (odszukać) przepis jak to zrobić. Warto przy okazji badań oszacować ilość energii zgromadzonej w każdym z kondensatorów. Jeśli dodatkowo dysponujemy wagą pozwalającą na pomiar masy, najlepiej z dokładnością do setnych części grama, można pokusić się o wyznaczenie gęstości zmagazynowanej energii. 

Podejście czytelnicze

Proponujemy przeprowadzenie poszukiwań (w sieci) odpowiedzi na pytanie czym jest kondensator i do czego jest najczęściej wykorzystywany. Warto zapisać na tablicy kilka kluczowych słów: butelka lejdejska, kondensator, superkondensator, akumulator, energia elektryczna.

Zaproponowane przeze mnie linki (stan na dzień udostępnienia wpisu) zostały wybrane z ogromu materiałów z Internetu nieprzypadkowo - pokazują możliwe "odkrycia uczniów". Tego rodzaju odkrycia (z premedytacją inne niż wikipedia i strony z rodziny "sciaga.pl") powinny stać się pretekstem do rozważań podczas lekcji. Warto tego rodzaju zajęcia zrealizować w konwencji odwróconej lekcji.

Podejście filmowe

Tym razem znów poszukujemy, ale ograniczając się wyłącznie do filmów (YouTube). Teraz filmy będą naszym "źródłem wiedzy". Można znów zacząć od zapisania kilku słów kluczowych (niech będą takie same): butelka lejdejska, kondensator, superkondensator, akumulator, energia elektryczna.

I tym razem wybrane przeze mnie linki to "kropla w morzu", a raczej z morza materiałów. Porozmawiajmy o nich z uczniami próbując zwrócić uwagę także na kwestie wiarygodności. (Skrajnym, nieco odległym, ale ważny aspekt dyskusji może stanowić to nagranie.)  

Podejście konstruktorskie

Dzielimy uczniów na grupy. Przygotowujmy multimetry z opcją pomiaru pojemności (rzędu pikofaradów), szklane bądź wykonane z tworzywa sztucznego płytki (np. "szybki" z ramek do zdjęć 10 cm x 15 cm), arkusze folii aluminiowej. Zadanie uczniów polega na zbudowaniu kondensatorów, pomiarze ich pojemności oraz ustaleniu od czego i jak ona zależy. Wybór strategii działania zależy od uczniów. Sposób dokumentowania działań jest ważnym elementem lekcji. Można im podpowiadać, ale raczej tylko wskazując potencjalne kierunki. Reszta jest w zasięgu ich możliwości, co niejednokrotnie przetestowała zaprzyjaźniona nauczycielka fizyki.

Czy te działania są zgodne z podstawą programową?

Na pierwszy rzut oka widać, że zaproponowane lekcje znacznie wykraczają poza podstawę programową. I o to chodzi, bez takiego kroku zainteresowanie i zmotywowanie uczniów do pracy nie jest możliwe. Trzeba jedynak pamiętać, że zabieg taki jest wykonywany, by po zakończeniu lekcji uczeń był w stanie opisać kondensator jako układ dwóch przeciwnie naładowanych przewodników, pomiędzy którymi istnieje napięcie elektryczne oraz jako urządzenie magazynujące energię, a także zademonstrować przekaz energii podczas jego rozładowania. Tylko tyle i aż tyle.

Czy warto?

Powyższe propozycje nie stanowią zbioru gotowych rozwiązań dydaktycznych, a przypisane im nazwy są także jak najbardziej umowne. Co gorsze wymagają znacznego nakładu pracy nauczyciela. Trzeba to wszystko przetestować, dobrać odpowiednio elementy i materiały, oszacować czas niezbędny do sprawnego wykonania poszczególnych zadań, dopasować charakter lekcji do grupy uczniów itd.. Jestem jednak przekonany, że warto, a nawet trzeba spróbować w taki sposób spojrzeć na lekcje, przede wszystkim lekcje z tą grupą uczniów, która nie wybrała zajęć w zakresie rozszerzonym z fizyki.