poniedziałek, 30 listopada 2020

Esej popularnonaukowy - wartościowy element zajęć

Dziś, w związku z jubileuszem pierwszego wpisu w tym miejscu, pozwalam sobie na opisanie formy zaliczenia zajęć z fizyki, którą wkrótce praktycznie wypróbuję.

Wcale nierzadko w kontekście zajęć przyrodniczych, a zwłaszcza lekcji fizyki, spotkać można opinie, że to obszar aktywności młodego człowieka, w którym niezwykle trudno jest odnaleźć się tak zwanym humanistom. Nie polemizując już z zasadnością takiego podziału (w mojej opinii z brakiem takowej) warto jest podjąć działania, które mogłyby pozwolić tej, jak wynika z deklaracji, bardzo licznej grupie uczniów wykazać się twórczo i w harmonii z ich preferencjami. W mojej ocenie taką aktywnością mogłoby być zadanie polegające na przygotowaniu eseju popularnonaukowego.

Wiem, wiem - esej to stosunkowo mało popularna forma wypowiedzi, a przy tym wymykająca się ścisłemu określeniu cech gatunkowych. Co gorsze, przygotowywanie eseju (z powodzeniem można wykorzystać określenia wypracowania bądź rozprawki), jako elementu zajęć z przedmiotów przyrodniczych nie jest w polskiej szkole powszechnie praktykowane. No może poza działaniami o charakterze konkursów. A szkoda, bo jestem zdania, że nasz wysiłek edukacyjny w obszarze kształcenia ogólnego ma przede wszystkim sprzyjać postrzeganiu zajęć przyrodniczych - lekcji fizyki - jako doskonałych momentów do ukazywania osiągnięć ludzkiego umysłu na drodze rozwoju cywilizacji. Tylko dla formalności przypomnę, że "dzięki fizyce uczeń poznaje fundamentalne i uniwersalne prawa opisujące materię i procesy w niej zachodzące. Pojęcia, prawa i teorie fizyki kształtują styl myślenia i działania opartego na metodzie naukowej. Jej wpływ na rozwój innych nauk przyrodniczych, techniki i sztuki był i jest ogromny. Wyzwaniem dla szkolnej fizyki jest dostarczanie uczniom narzędzi poznawania przyrody, prowadzenie do rozumienia jej podstawowych prawidłowości i umożliwianie korzystania ze zdobytej wiedzy i rozwiniętych umiejętności. Lekcje fizyki to również dobry moment do ukazywania osiągnięć ludzkiego umysłu na drodze rozwoju cywilizacji. Bez umiejętności, wiedzy i postaw, których korzenie tkwią w fizyce, nie sposób zrozumieć otaczający świat, nie tylko w warstwie materialnej, ale również kulturowej." [1]

Szybki przegląd materiałów w języku polskim na temat eseju, dostępnych w sieci, owocuje przepisami w duchu: prosty poradnik pisania esejów (10 etapów), dobry esej w 7 krokach, wskazówki eksperta. To niewątpliwie zróżnicowana i dostarczająca podstawowych informacji na temat eseju lektura. 

Spróbujmy jednak spojrzeć na temat z perspektywy nauczyciela przedmiotów przyrodniczych. Zastanówmy się nad specyfiką eseju popularnonaukowego na użytek zajęć edukacyjnych, ściślej działaniu wspierającemu realizację celów nauczania.

Inspiracją do propozycji włączenia wypowiedzi pisemnej w formie eseju jako elementu zajęć przyrodniczych, szczególnie w toku kształcenia ogólnego w szkołach ponadpodstawowych, była lektura  materiałów kursu IB (International Baccalaureate) związanych z częścią poświęconą Teorii wiedzy (Theory of Knowladge) [2]. Holistyczność Teorii wiedzy w tym kursie obrazuje poniższy diagram. (Temu zagadnieniu należałby poświęcić zdecydowanie więcej czasu.)

za: Theory of knowledge guide, First assessment 2015, International Baccalaureate Organization 2013  

Spróbujmy, nie tyle skopiować pomysł, co wykorzystać jego walory na gruncie polskim. Zacznijmy więc od wybranych celów ogólnych nauczania-uczenia się w ogóle (1-5) oraz nauczania-uczenia się fizyki w szczególności (6-9). W szkołach ponadpodstawowych w zakresie ogólnym mamy:

  1. doskonalenie umiejętności myślowo-językowych, takich jak: czytanie ze zrozumieniem, pisanie twórcze, formułowanie pytań i problemów, posługiwanie się kryteriami, uzasadnianie, wyjaśnianie, klasyfikowanie, wnioskowanie, definiowanie, posługiwanie się przykładami itp.;
  2. rozwijanie osobistych zainteresowań ucznia i integrowanie wiedzy przedmiotowej z różnych dyscyplin;
  3. zdobywanie umiejętności formułowania samodzielnych i przemyślanych sądów, uzasadniania własnych i cudzych sądów w procesie dialogu we wspólnocie dociekającej;
  4. łączenie zdolności krytycznego i logicznego myślenia z umiejętnościami wyobrażeniowo-twórczymi;
  5. rozwijanie u uczniów szacunku dla wiedzy, wyrabianie pasji poznawania świata i zachęcanie do praktycznego zastosowania zdobytych wiadomości;
  6. wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości;
  7. rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych; 
  8. planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników;
  9. posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy materiałów źródłowych, w tym tekstów popularnonaukowych.
Tworzenie wypowiedzi w formie eseju popularnonaukowego bez wątpienia wpisuje się w działania ucznia zmierzające do osiągnięcia tych celów. Sprawa wygląda równie dobrze, gdy przyjrzymy się celom szczegółowym fizyki, gdzie uczeń m. in.:

  • tworzy teksty, tabele, diagramy lub wykresy, rysunki schematyczne lub blokowe dla zilustrowania zjawisk bądź problemu; właściwie skaluje, oznacza i dobiera zakresy osi;
  • wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
  • wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
  • przedstawia własnymi słowami główne tezy tekstu popularnonaukowego z dziedziny fizyki lub astronomii;
  • przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki.
Przyjrzyjmy się zatem kryteriom ewaluacji pracy uczennicy/ucznia właśnie w kontekście powyższych celów. Aby oddać sedno poszczególnych kryteriów opisałem w nich sytuację, w której każde jest spełnione w sposób wyczerpujący i godny najwyższego stopnia szkolnego.
 
Kryterium A  - Zagadnienia obejmujące problematykę wiedzy
Uczennica/Uczeń doskonale rozpoznaje problem zawarty w temacie i dostrzega jego związek z określonym obszarem wiedzy człowieka (w tym wiedzy przedmiotowej); prowadzone przez niego rozważania pozostają w ścisłym związku z myślą przewodnią wypowiedzi na określony temat; swoje spostrzeżenia prezentuje w sposób wyważony, stawia celowe i jasne pytania oraz konsekwentnie prezentuje zajmowane stanowisko.

Kryterium B  - Krytyczność analizy
Uczennica/Uczeń prezentuje doskonały poziom krytycznej refleksji i analizy problemu; jego dyskusja jest szczegółowa, a argumenty logicznie poprawne; główne wątki wypowiedzi są przekonująco uzasadnione i wszechstronnie przenalizowane; formułowane stwierdzenia są konsekwencją przyjętego stanowiska.

Kryterium C  - Holistyczność spojrzenia i odniesienia literaturowe
Uczennica/Uczeń ma świadomość różnych sposobów poznawania świata i różnych obszarów wiedzy, umiejętności i postaw; trafnie i efektywne odnosi się do literatury rozważanego zagadnienia, które postrzega holistycznie.

Kryterium D  - Struktura, przejrzystość i spójność
Praca uczennicy/ucznia jest poprawnie skonstruowana, zawiera zwięzły i przejrzysty wstęp, rozwiniecie jest logicznie spójne i zawiera argumenty prowadzące do sformułowanego wniosku; koncepcja całej pracy jest zrozumiała i zwięźle oddaje problematykę zawartą w temacie.

Kryterium E  - Przykłady
W pracy uczennicy/ucznia znajdują się odpowiednie i trafnie dobrane przykłady, zaczerpnięte z różnorodnych źródeł, w tym własne przemyślenia; przytoczone przykłady celnie ilustrują główne tezy wypowiedzi i odzwierciedlają różnorodność spojrzenia na temat.

Zdaję sobie sprawę z szeregu trudności jakie niesie wprowadzenie tej formy pracy uczniowskiej, od problematyki wiedzy i jej typów zupełnie nieobecnej w polskim kształceniu, po ustalenie wagi poszczególnych kryteriów oraz sposobu ich stopniowania. Do tego dochodzą trudności natury technicznej, chociażby sformułowania tematu i określenia optymalnego dla konkretnego etapu kształcenia rozmiaru pracy. Jednak korzyści wydają się być oczywiste - odpowiadające zmianom i potrzebom współczesności kształcenie młodych ludzi. Wszak "uczniowie kończący edukację w zakresie podstawowym powinni być przygotowani do funkcjonowania we współczesnym świecie oraz postrzegać rolę fizyki jako fundamentu techniki i różnych gałęzi wiedzy przyrodniczej. Należy rozbudzać w nich ciekawość świata i umiejętność poszukiwania wiedzy, jednocześnie rozwijając krytyczne podejście do informacji i opinii. W procesie tym kluczową rolę odgrywa nauczyciel i szkoła m.in. poprzez zróżnicowanie form pracy z uczniami (np. metoda projektu, nauczanie przez działanie, odwrócona lekcja)."

Ja rozpocznę od 4 stron to jest przedziału około 1000 - 1200 słów i tematu "Czy wiedza fizyczna jest przydatna nauczycielowi biologii?" Z pewnością podzielę się spostrzeżeniami już wkrótce.

[2] Diploma Programme Theory of Knowledge, Teacher Support Material: Assessment Exemplars, International Baccalaureate Organization, November 2002

czwartek, 12 listopada 2020

Komórka w pracowni fizycznej

Dziś o komórce w pracowni fizycznej i nie mam oczywiście na myśli pomieszczenia, kanciapy, czy zaplecza (zazwyczaj w tym miejscu zawalonych "przydasię gratami"), a smartphone. Urządzenie, które z powodzeniem możemy wykorzystać do zbierania i przetwarzania rezultatów doświadczeń. Można śmiało założyć, że współczesny telefon komórkowy, bądź inne urządzenie z systemem Android (np. tablet) jest w posiadaniu uczniów i studentów. Zdecydowana większość z takich urządzeń wyposażona jest obecnie w zestaw podstawowych czujników, które świetnie sprawdzają się w badaniach zjawisk fizycznych. Czemy by nie wykorzystać ich zatem do kształtowania kompetencji niezbędnych do działań w pracowni fizycznej? Oczywiście konieczne jest zainstalowanie stosownego oprogramowania, ale o tym pisałem już jakiś czas temu - choćby Phyphox,  keuwlsoft.

ilustracja za: https://mobilny-ranking.pl

Zacznijmy tradycyjnie od przeglądu zadań, które już ktoś, kiedyś zaproponował. Inspiracją jest lista zadań doświadczalnych I Pracowni Fizycznej Uniwersytetu Wrocławskiego (numer ćwiczenia w nawiasie), archiwum Olimpiady Fizycznej Polskiego Towarzystwa Fizycznego (oznaczenia numeru olimpiady i stopnia zawodów) oraz kanał YouTube Phyphox (link to źródeł podano w nawiasach):

  • Pomiar składowej poziomej indukcji magnetycznej Ziemi metodą busoli stycznych (55). W domowej wersji tego eksperymentu rolę kompasu może pełnić telefon komórkowy, cewkę zrobić należy z kilku zwojów przewodu (możliwie blisko opasających telefon), a źródłem prądu stałego niech będą baterie (łączone równolegle, najpierw jedna, potem dwie itd. wówczas uzyskamy różne wartości natężenia prądu). O trudnościach w realizacji zadań obejmujących tematykę elektryczności i magnetyzmu już pisałem.
  • Wyznaczanie wartości oporu elektrycznego na jednostkę długości przewodnika (68/1/2 D2). Tutaj telefon pełni rolę miernika wartości indukcji magnetycznej. Kompleksowy opis znaleźć można w przykładowym rozwiązaniu.
  • Badanie ruchu wahadła (PP YC 1). Pomysł można z łatwością przystosować do konkretnego zadania eksperymentalnego obejmującego wybrane aspekty ruchu drgającego. Dodatkowo aplikacja Phyphox umożliwia bezpośrednie połączenie (za pomocą sieci Wi-Fi) urządzenia pomiarowego z komputerem i sterowanie zdalne urządzeniem. To bardzo usprawnia pomiary i proces pozyskiwania wyników do dalszego przetwarzania.
  • Badanie spadku swobodnego (PP YC 2). W rzeczywistości precyzyjna metoda pomiaru czasu jest tu kluczowa - telefon pełni rolę stopera wyzwalanego dźwiękiem.
  • Wyznaczanie szybkości dźwięku (PP YC 3). W tym eksperymencie potrzebna będzie pomoc domownika.
  • Badanie aspektów ruchu po okręgu (PP YC 4). Oczywiście telefon można wprawiać w ruch obrotowy także w inny niż pokazany na filmie sposób - gramofon, obrotowa deska do krojenia, karuzela na placu zabaw.
  • Wyznaczenie wysokości budynku. To propozycja - przedstawioną już przeze mnie wcześniej na blogu, należy traktować raczej jako ilustrację tego, że dla chcącego nić trudnego.
Dodatkowo warto pomyśleć nad doświadczeniami wykorzystującymi kamerę (czujnik natężenie oświetlenia) do badania np. zależności natężenia oświetlenia od odległości od źródła światła, czy mikrofon (czujnik dźwięku) do badania źródeł dźwięku oraz zjawiska superpozycji drgań (komórka to także dobry generator akustyczny). Jeśli urządzenie wyposażone jest w barometr można pokusić się o wyznaczenie zależności ciśnienia atmosferycznego od wysokości.

Spragnionym wyzwań - tutaj już komputer i dodatkowe oprogramowanie będzie niezbędne - polecam także zadania eksperymentalne projektu EU-HOU np:
Oczywiście przystosowanie przedstawionych propozycji do konkretnych, naszych własnych, działań edukacyjnych wymaga sporo pracy, ale czy mamy wybór? Pocieszające jest to, że materiał raz przygotowany będzie można w przyszłości wykorzystać znów. Również w "warunkach bezwirusowych".

niedziela, 8 listopada 2020

Doświadczenia z elektryczności i magnetyzmu

We wpisie z ubiegłego tygodnia o ćwiczeniach laboratoryjnych z zamysłem pominąłem propozycje z zakresu ELEKTRYCZNOŚCI I MAGNETYZMU. Zrobiłem to z dwóch powodów - to mój ulubiony zakres tematyczny fizyki (wszak jestem technikiem RTV) i nie obejdzie się tutaj bez "grubszych" zakupów. Minimum to oczywiście garść przewodów, oporników, kondensatorów, diod, tranzystorów i kilka magnesów oraz najprostszy miernik uniwersalny. 

Absolutnie zgadzam się z kolegą Wojtkiem Gańczą, że wystarczy taki kosztujący symboliczną dychę (koszt zakupu na znanym portalu aukcyjnym to wydatek rzędu 15 PLN - wliczając koszt przesyłki) i już większość podstawowych eksperymentów daję się prowadzić. Dla tych, którzy mogą wydać wielokrotność tej kwoty (z przesyłką zamknie się w 100 PLN) polecam zakup multimetru umożliwiającego pomiar temperatury (dzięki dołączonej termoparze) oraz pojemności elektrycznej (choćby UNI-T UT-55). Pozostaje jeszcze kwestia źródeł zasilania - tutaj dobrze sprawdza się uchwyt na baterie (AA lub AAA), najlepiej mieszczący 6 sztuk. Idealnie, gdy możemy pracować z akumulatorami o tych rozmiarach i mamy ładowarkę do nich.

I tym razem, spróbujmy zacząć od konkretnych treści - poniższą propozycję doświadczeń do wykonania w warunkach domowych sporządzono w oparciu o listę zadań doświadczalnych I Pracowni Fizycznej Uniwersytetu Wrocławskiego (numery ćwiczeń w nawiasach) oraz archiwum Olimpiady Fizycznej Polskiego Towarzystwa Fizycznego (oznaczenia numeru olimpiady i stopnia zawodów). Przy każdej propozycji zamieszczono link do szczegółowego opisu eksperymentu, a w części nawet przykładowych wyników.

  1. Własności elektryczne drutu oporowego (41). Oczywiście drut oporowy nie jest czymś, co każdy z nas ma w domu, ale z pomocą przyjść może folia aluminiowa, z której należy wyciąć różnej długości wąskie paski o stałej szerokości (w zależności od grubości foli to pojedyncze ohmy na metr, przy szerokości 4 mm). Można puścić wodze fantazji i zbadać przewodzące ciasto.
  2. Prawo Ohma dla prądu stałego (43). Korzystając z uchwytu na baterie otrzymuje się 6 punków pomiarowych - wykorzystanie potencjometru lub dowolnego innego dzielnika napięcia poszerza pole działania. Do badania diody jest już konieczne.
  3. Prawa Ohma i Kirchhoffa (46). Tu bez garści oporników już się nie uda, ale to wydatek rzędu części złotego za sztukę. Kiedyś wylutowywało się różne elementy z czegoś, co dziś nazywamy elektrośmieciami.
  4. Zależność oporu elektrycznego metalu i półprzewodnika od temperatury (57). Jeśli mamy tylko jeden przyrząd do pomiaru temperatury (można ją zmieniać choćby w kąpieli wodnej  - element szczelnie izolujemy) i natężenia prądu elektrycznego doświadczenie należy przeprowadzić wielokrotnie dla tych samych warunków mierząc różne parametry, a wyniki stosownie zestawić i zinterpretować.
  5. Wyznaczanie oporu o znacznej wartości (66/2/2). Znacznymi wartościami oporu charakteryzuje się np. sucha skóra człowieka i już mamy interesujący temat na projekt (interdyscyplinarny). Tranzystor bipolarny to także wydatek niewielki. Z takich tranzystorów i kilku innych elementów można zbudować np. ciekawy detektor ładunku, ale to temat na oddzielny wpis.
  6. Wyznaczanie ilorazów momentów magnetycznych (63/2/2). Kiedyś zdobycie magnesu ferrytowego będącego źródłem pola o znacznej wartości wektora indukcji było trudnym zadaniem. Dziś, powszechnie dostępne magnesy neodymowe, to źródła pola magnetycznego nierzadko o parametrach rzędy wielkości większych. Ostatecznie pamiątkowe magnesy z lodówki można wykorzystać.
  7. Wyznaczanie długość fali światła odpowiadającego krótkofalowej granicy widma emitowanego przez diodę LED (56/2/2). To niewątpliwie zadanie przekrojowe, ale tym bardziej interesujące. Trochę trzeba się napocić, by w domowych warunkach regulować natężenie prądu płynącego przez diodę, ale da się to zrobić np. wykorzystując roztwory soli o różnych stężeniach.
  8. Czarna skrzynka (55/2/2). Ten eksperyment, w mojej ocenie, ma niezwykłą wartość edukacyjną, choć potrzebny jest generator. Z brakiem tego urządzenia można sobie poradzić wykorzystując komputer bądź smartphon z zainstalowanym generatorem (np. Phyphox) i wyprowadzając sygnał z gniazda audio. Uszkodzone słuchawki, które w tym celu można użyć ma z pewnością każdy uczeń. Tajnego połączenia trzech elementów może dokonać rodzić - skręcając nóżki elementów energicznie w palcach -  i zamknąć całość, choćby w pudełku po zapałkach. 
  9. Wyznaczanie gęstości liniowej drutu (54/2/2). Tutaj "nasz generator" trzeba koniecznie zabezpieczyć przed uszkodzeniem podłączając drut przez opornik min. 1 kOhm. Zmian wartości natężenia prądu dokonujemy zmieniając głośność.Także ze względu na niewielką moc "naszych generatorów" zadanie do łatwych nie należy.
Do tej kolekcji można jeszcze dodawać i dodawać. Pozwolę sobie tylko na jeszcze dwie propozycje przećwiczone z moimi uczniami już w czasie pandemii:
  • Badanie procesu rozładowania kondensatora. Najlepiej sprawdzają się te o pojemności rzędu 1000 mikroF, rozładowywane przez oporniki rzędu kilo Ohmów. Wystarczy rejestrować wskazania woltomierza kamerą, a potem poklatkowo, choćby w Trackerze, odczytać wskazania w czasie. To zadanie pracochłonne, ale daje satysfakcję (obu stronom procesu nauczania-uczenia się).
  • Badanie zależności pojemności kondensatora płaskiego od powierzchni okładek. Tu potrzebny jest multimetr pozwalający mierzyć pojemność bezpośrednio, folia spożywcza (możliwie gruba - torby foliowe są alternatywą) i folia aluminiowa. Wycinamy okładki o znanych powierzchniach, odpowiednio przełożone starannie dociskamy i dokonujemy pomiaru pojemności. Kondensatory to wdzięczny temat.
Na zakończenie przychodzi mi do głowy tylko propozycja, by uczniów zarazić... Arduino (klony to wydatek 20 PLN). Czasownik ten jednak brzmi teraz złowieszczo. To może już po powrocie do szkoły?