Úkol 1

Pomůcky pro dvojici/skupinu:

předměty různé hmotnosti, pracovní list, internet

Postup:

Učitel iniciuje diskuzi o  tom, co je příčinou pádu předmětů na zem. Cílem diskuze je identifikace toho, co už žáci ví o gravitační síle a jejím působení na předměty. Učitel může na iniciaci této diskuze využít stejnou situaci, jakou využil v tématu magnetizmu – Úloha 1 se sponkou na stole. Učitel vede žáky k přemýšlení nad tím, ve kterých z navrhovaných způsobů rozhýbání sponky využívají pohyb sponky způsobený zemskou gravitací. Poté uvažují o  tom, zda je možné stejným způsobem rozhýbat i  jiné předměty, než je sponka. Například, pokud by byla na stole na papíru položená kniha. Cílem je navedení žáků k tomu, aby si uvědomili, že se zdá, že těžší předměty není tak jednoduché rozhýbat, což vede k identifikaci první výzkumné otázky zaměřené na zkoumání toho, zda rychlost pádu předmětů závisí na jejich hmotnosti.

Nejprve se učitel ptá, zda si myslí, že rychlost pádu předmětů závisí na hmotnosti předmětů. Obvyklá představa žáků tohoto věku má podobu Aristotelovského pojetí rychlosti pádu – čím těžší předmět, tím rychleji padá. Učitel navrhne, aby tento jev prozkoumali. Následně vede žáky k řešení Úkolu 1, kde je jejich úkolem navrhnout postup, pomocí kterého by zjistili, zda rychlost pádu předmětů závisí na hmotnosti padajících předmětů. Tuto výzkumnou otázku zdůrazní, nejvhodnější je napsat ji viditelně na tabuli a  k  ní i předpoklady, které k ní žáci ve třídě vytvořili.

Ve smyslu teorie rozvoje velkých (komplexních) vědeckých představ je důležité dát patřičný důraz na procesuální stránku zkoumání. Výzkumná úloha je otevřeného typu. Takovéto úkoly dávají důraz na kompetenci výzkumníka navrhnout si vlastní způsob ověřování předpokladů. To znamená, že nejdůležitější částí aktivní činnosti žáků je právě návrh promyšleného postupu a jeho prodiskutování. Vhodné je, pokud žáci pracují ve skupinách, přičemž učitel chodí mezi skupiny a radí jen tehdy, pokud se žáci neumí v samotné úloze zorientovat nebo posunout dále. Nikdy však neradí způsobem, kterým by je naváděl na konkrétní postup. Převážně otázkami je povzbuzuje k vlastním návrhům.

Při navrhování postupů učitel žáky upozorňuje na práci s různými vlastnostmi předmětů (tzv. proměnné zkoumané situace), na kterých budou zkoušet rychlost pádu. Pokud je cílem zjistit, zda rychlost pádu předmětů závisí na jejich hmotnosti, tak by bylo nejideálnější mít dva předměty, které se liší jen hmotností a ostatní vlastnosti (proměnné; hlavně tvar a objem) mají stejné.

Při uvědomění si této skutečnosti se objevuje také potřeba řešit parciální výzkumnou otázku zaměřenou na zjišťování toho, zda jsou dva předměty stejně velké. Například se žáci rozhodnou porovnávat rychlost pádu dvou kuliček plastelíny. Větší plastelínová koule je sice také těžší, ale má i větší objem, zabírá více prostoru, proto by bylo dobré porovnávat plastelínovou kouli se stejně velkou skleněnou, polystyrénovou, či jinou koulí. Zde se však objevuje potřeba zjistit, zda jsou skutečně stejně velké. I  když porovnání velikosti mohou žáci uskutečnit jen odhadem, vhodnější je vést je k preciznosti typické pro vědecké postupy a pomoct jim odměřit, zda jsou koule stejně velké (mají stejný objem), například pomocí ponoření do vody ve sklenicích (odměrných válcích).

Právě přemýšlení o této podmínce je pro úspěšnost rozvoje představy klíčové. Taktéž přemýšlení o tom, jak budou žáci měřit (resp. porovnávat) rychlost pádu předmětů. Pokud je výška, ze které předměty spouštějí poměrně malá (max. 2 metry v případě, že je zkoumání realizované ve školní třídě), případné rozdíly se nemusí dostatečně projevit. Případné rozdíly se v této situaci dokonce nedají zjistit, pokud žáci navrhnou měření rychlosti pádu pomocí stopek. Rozdíly by právě v tomto úkolu žáci pozorovat neměli (pokud uskuteční dostatečně precizní zkoumání), v tomto případě se může objevit problém nedůvěryhodnosti získaných výsledků, přičemž žáci to připisují hlavně malé výšce, ze které jsou předměty spouštěny. Aby žáci výsledkům více důvěřovali, doporučujeme realizovat pozorování například z prvního poschodí budovy a realizovat ho porovnáváním, t. j. zabezpečit shodný začátek pádu obou předmětů z výšky a následně porovnat jejich dopad.

Navržené postupy jednotlivé skupiny prezentují. Úkolem ostatních skupin je vyhledávat chyby a nedůvěryhodné části navrhovaných postupů u těch skupin, které postupy prezentují. Cílem prezentace navrhovaných postupů je jejich modifikace tak, aby byly skutečně použitelné a skutečně důvěryhodné. Na základě diskuze se rozhodnou, jakým způsobem budou svůj předpoklad ověřovat a postup zrealizují. Důležité je vícenásobné pozorování, aby si žáci byli jisti výsledkem toho, co pozorovali, hlavně pokud jde o zkoumání, které pravděpodobně vyvrátí jejich předpoklady. Výsledky pozorování a závěr v podobě odpovědi na výzkumný úkol si žáci vlastními slovy zformulují do závěru v Úkolu 1.