Úloha 2

Pomôcky pre dvojicu/skupinu:

ceruzka, lepiaca páska, špagát, spinka

Postup:

Obrázok 37: Jednoduché kyvadlo

Túto úlohu je vhodné realizovať následne za prvou úlohou, žiaci tak budú lepšie sústredení na to, čo je podstatou zadania. V predchádzajúcej úlohe sa zamýšľali nad tým, čo spôsobuje pohyb rôznych telies, v tejto úlohe budú samotný pohyb skúmať. Učiteľ poskytne žiakom do skupín jednoduché kyvadlo alebo ich usmerní k jeho tvorbe (pozri obrázok). Potom vedie žiakov k preskúmaniu toho, ako sa kyvadlo správa (necielené pozorovanie so zámerom získať s kyvadlom skúsenosť).

Na základe toho, čo vyplynulo z Úlohy 1 sa žiaci snažia zakresliť smer sily, ktorá pôsobí na závažie a pokúšajú sa vysvetliť čo spôsobuje, že pri spustení závažia guľôčka kmitá hore a dolu. K riešeniu tejto úlohy pomôže, ak sa žiaci zamyslia nad tým, aká sila spôsobuje, že sa kyvadlo hýbe. Žiaci pozorujú, kedy závažie zrýchľuje a kedy spomaľuje a pokúšajú sa vysvetliť, čo spôsobuje zrýchľovanie a spomaľovanie závažia.

Učiteľ vedie žiakov k tomu, aby si uvedomili, že ak predmet zrýchľuje, tak to musí byť spôsobené nejakou silou. Taktiež ak predmet spomaľuje, musí to byť spôsobené tiež silou, ktorá ale pôsobí v opačnom smere ako je pohyb tohto telesa. Nakoniec by mali žiaci zistiť, že aj zrýchľovanie a aj spomaľovanie závažia spôsobuje gravitačná sila, ktorá pôsobí na všetky predmety neustále.

Úlohy 3 – 6 (pokyny)

Keďže žiaci si fungovanie kyvadla čiastočne preskúmali, učiteľ navrhne, aby zistili, ako by bolo možné spôsobiť, že kyvadlo sa bude kývať rýchlejšie alebo pomalšie. Buď im hneď navrhne výskumné otázky (Úlohy 3, 4, 5 a 6), alebo najskôr so žiakmi diskutuje o tom, čo by na kyvadle zmenili, aby sa kývalo rýchlejšie alebo pomalšie. Nakoniec by diskusia mala viesť k identifikácii výskumných otázok tak, ako sú uvedené v Úlohách 3 – 6. Výskumné otázky v Úlohách 3 – 6 majú podobný charakter, avšak skúmajú iné premenné, ktoré na fungovanie kyvadla môžu vplývať. Učiteľ môže žiakov v triede rozdeliť na štyri skupiny, pričom každá skupina bude skúmať vplyv inej premennej na rýchlosť kmitania. Vhodné je však, aby si žiaci vyskúšali vplyv všetkých premenných, a to najmä kvôli tomu, že výsledky sú pre žiakov pomerne prekvapivé.

Žiaci by mali prísť na to, že dĺžka špagátu na kyvadle ovplyvňuje rýchlosť kmitania kyvadla, hmotnosť a výška, z ktorej kyvadlo spúšťame rýchlosť kmitania neovplyvňuje, čiastočne môže byť rýchlosť kmitania kyvadla ovplyvnená veľkosťou závažia na kyvadle, ak sa prejaví odpor vzduchu. Aby žiaci registrovali tento rozdiel, museli by skúmať kyvadlá, ktoré majú závažia s veľkým rozdielom objemu (veľkosti). Vzhľadom na podmienky, v ktorých žiaci kyvadlo skúmajú je korektným záverom aj to, že veľkosť kyvadla rýchlosť jeho kmitania neovplyvňuje.

Pred samotným skúmaním je dôležité venovať sa predpokladom. Učiteľ predstaví výskumnú otázku, ktorú môže napísať na tabuľu, aby bolo zrejmé, čo je cieľom skúmania. Pre zacielenie pozornosti žiakov je vhodné zrealizovať diskusiu o predpokladoch. V úlohe sú predpoklady formulované, preto je pre žiakov jednoduchšie predpoklad „vytvoriť“. Ich úlohou je rozhodnúť sa pre jeden z nich. Táto forma tvorby predpokladov, okrem iného, vytvára pre žiakov vzor v tom, ako je predpoklady vhodné formulovať. Tiež tým zdôrazňujeme, že pri skúmaní je v poriadku, ak sa v predpokladoch nezhodneme, vieme, že ideme skúmať polemickú vec, t. j. sme zvedaví, ako to v skutočnosti je. Rôznosť predpokladov je teda prirodzená a nehovoríme o zlých a dobrých predpokladoch, po skúmaní hovoríme len o potvrdených a nepotvrdených predpokladoch. Po vytvorení predpokladov je dôležité diskutovať o tom, ako zistíme, či kyvadlo s dlhšou alebo kratšou šnúrou kmitá rýchlejšie. Táto úloha je zaujímavou výzvou pre žiakov. Ak má učiteľ dostatok času, tak vyzve žiakov v skupinách, aby sa pokúsili vymyslieť spôsob, pomocou ktorého budeme vedieť dostatočne dôveryhodným spôsobom odlíšiť, či sa kyvadlo kýva rýchlejšie alebo nie. Ak sa žiaci venujú návrhom postupov, dôležité je o nich aj diskutovať a vybrať taký, ktorý skutočne objektívnym spôsobom preukáže prípadné zrýchlenie kmitania kyvadla.

Ak má učiteľ menej času, môže postup žiakom navrhnúť. Aby si mohli skupiny vzájomne porovnávať výsledky, ktoré z pozorovania získajú, je dôležité určiť konkrétny časový úsek, za ktorý budú merať počet kmitov kyvadla. Keďže kyvadlo môže kmitať aj pomerne rýchlo, vhodné je, aby považovali za jeden kmit pohyb závažia smerom tam aj späť. Učiteľ sa ubezpečí, že všetci žiaci porozumeli, akým spôsobom budú kmitanie kyvadla merať a určia si meranie napríklad na počet kmitov za 10 sekúnd.

Aj napriek tomu, že rýchlosť kmitania kyvadla nezávisí od toho, z akej výšky závažie kyvadla spúšťame (žiaci to ešte nevedia, je na to zameraná 6. úloha), učiteľ upozorní, aby žiaci spúšťali kyvadlo vždy rovnako, z rovnakej výšky. Kvôli dôveryhodnosti výsledku merania je vhodné, ak učiteľ upozorní žiakov na to, aby meranie opakovali pre každé z kyvadiel trikrát. Ak niektoré meranie bolo veľmi odlišné od ostatných, tak ho pri vyhodnocovaní neberú do úvahy, prípadne opakujú meranie kým nezískajú viacnásobným meraním rovnaké (podobné) výsledky. Týmto spôsobom žiakov učíme trpezlivosti a precíznosti, ktorá patrí k vedeckej práci, ak sa chceme na získané výsledky odvolávať, a teda im aj dôverovať.

Po vytvorení predpokladov a vydiskutovaní postupu, pomocou ktorého budú žiaci predpoklady overovať, sa žiaci venujú samotnému overovaniu predpokladov. Počas overovania učiteľ navádza žiakov na precízne pozorovanie, aby mohli svojim výsledkom dôverovať pri tvorbe záveru. Žiaci do pracovného listu zapíšu počet kmitov za určený časový úsek (vhodný časový úsek určí učiteľ na základe toho, aké kyvadlá budú žiaci používať, aby následne bolo možné čísla konvertovať do diagramu) – tri merania pre každé kyvadlo. Priemerný počet kmitov (nie vypočítaním aritmetického priemeru, ale odhadom z troch meraní pre jedno kyvadlo) zaznačia žiaci do diagramu, aby tak zviditeľnili prípadný zistený rozdiel. Následne je úlohou žiakov vytvoriť na základe výsledkov zobrazených v diagrame záver, ktorého súčasťou je zhodnotenie predpokladov a odpoveď na výskumnú otázku. Odkazovanie na empirické dáta (namerané hodnoty) je veľmi dôležité (vzhľadom na rozvoj veľkých vedeckých predstáv o vede).