GONDOLATOK A FIZIKA TANÍTÁS HAZAI ÉS NÉMETORSZÁGI GYAKORLATÁRÓL, SZEMÉLYES TAPASZTALATOK ALAPJÁN Hömöstrei Mihály Német Nemzetiségi Gimnázium, Budapest, Georg-Cantor-Gymnasium, Halle hmisko83@hotmail.com, az ELTE Fizika Tanítása doktori program hallgatója ÖSSZEFOGLALÀS A Georg-Cantor-Gymnasium tanulói kiemelkedő eredményeket érnek el fizikából a tartományi és az országos tanulmányi versenyeken, s a diákok közül sokan tervezik a jövőjüket ezen a területen. Az elmúlt egy év során, amit vendégtanárként töltöttem ebben az iskolában, megpróbáltam kideríteni, hogy mi rejlik az eredmények mögött. Talán az oktatási rendszer, tananyagfelosztás, munkaszervezés, felszereltség? Egy év alatt be kellett látnom, hogy sok dolgot a magyar kollégák máshogy, és sokszor talán hatékonyabban csinálnak. Mit tanulhatunk egymástól? Ugyanis bőven van mit tanulni tőlünk is! BEVEZETÈS Egy bármely németül legalább középfokon beszélő magyar fizikatanár számára is elérhető ösztöndíjprogram keretében tölthettem el a 2012 évet a hallei Georg-Cantor- Gymnasium vendégtanáraként. Az ösztöndíj program az én esetemben elvileg csak hospitálásra terjedt volna ki, de a fizikatanár Németországban is hiányszakma, így hamar már a második héten az iskola aktív fizikatanárává léphettem elő. Ìgy gyorsan, bár nyelvtudásom messze volt az anyanyelvi szinttől, bekapcsolódhattam egy nyolcadikos osztály, egy végzős csoport és egy nyolcadikos tehetséggondozó óra munkájába. Később kilencedikeseket, tizenegyedikeseket és egy rövid ideig hetedikeseket is taníthattam. Egy félév erejéig bekapcsolódhattam a Martin Luther Egyetem fizikatanár szakos hallgatóinak demonstrációs laboratóriumi képzésébe. Érdekes módon a hétköznapi munkámban azonban nem a nyelvtudás jelentette a legnagyobb kihívást, hanem a fizika illetve a fizikatanításának sokszor lényegesen különböző megközelítése. A hallei Georg-Cantor-Gymnasium Sachsen-Anhalt tartomány egyik legkiemelkedőbb, matematika és természettudományos súlypontú gimnáziuma, mintegy 600 diákkal, 60 tanárral és rengeteg kiváló versenyeredménnyel a matematika és természettudományok terén. A fizikaszakos kollégáim emberileg kiemelkedő tanárok, szakmailag pedig rendkívül jól képzett szakemberek. Ez természetesen elengedhetetlen a kiváló versenyeredményekhez. Emellett azonban vannak viszonylag nagyszámban olyan diákok, akiknek még így is gondjaik vannak a fizikával. Hogy mit csinálnak ők jobban, illetve miben lehetünk mi büszkék magunkra? Megpróbáltam a legfontosabb különbségek számbavenni, különböző szempontok és tapasztalatok alapján. ÉSZREVÉTELEK Sachsen-Anhaltban néhány más németországi tartománytól eltérően - alapvetően egy évvel korábban kezdődik meg a fizika tanítása, mint Magyarországon. Éppen ezért a hatodik 305
osztályos tanítás még rendkívül játékos, kísérletekkel teli. Persze a hetedik osztálytól ott is kezdődnek a számolásokkal kapcsolatos problémák. A fizika tanítására Sachsen-Anhaltban is alap felosztás szerint heti két órát szánnak a Georg-Cantor-Gymnasiumban persze megtalálták a módját, hogy az érdeklődőbb illetve tehetségesebb diákoknak heti plusz egy-két fizika órát is biztosítsanak. 1. táblázat. Témafelosztások a magyarországi hatodik-hetedik illetve sachsen-anhalti hetediknyolcadik osztályokban (Magyarországon a 2012-ig érvényes kerettanterv alapján). Sachsen-Anhalt: 6. osztály: optika, tömeg, térfogat, sűrűség, kinematika (v, v atl ) hőmérséklet, hő Viszonylag kevés téma, sok idő a kísérletezésre. Talán éppen a tárgyalt témák mennyisége miatt jól rögzülő fogalmak. 7. osztály: energia a természetben és technikában, erők és nyomás, úszás, lebegés, repülés, munka és teljesítmény Több téma, mint az előző évben. Gyakorlat központú megközelítéssel, sok tanulói kísérlettel. Első nehézségek a számításos feladatoknál. Magyarország: 7. osztály: az anyag tulajdonságai, kölcsönhatások mozgások, dinamika alapjai, nyomás, energia és energia átalakulások, hőtan alapjai Meglehetősen sok téma, absztrakt fogalmakkal. Nehezebben kísérletezhető témák, mint például az optika. Sajnos kevés marad meg a gimnáziumra. 8. osztály: elektromosság alapjai, feszültség, áramerősség, elektromos ellenállás, áram hatásai mágneses indukció, váltóáram, optika Moderáltabb témamennyiség. Lehetőség több tanulói kísérletre. Nem túl bonyolult számítások. 1. ábra. Kísérletező hatodikosok. Talán a legfontosabb kinti tapasztalatom a fizika hatodik osztályosok körében levő magas népszerűsége. Ez, a kinti kollégák szerint is, elsősorban a rengeteg főleg optikai kísérletnek, és a játékos, képletektől jócskán lecsupaszított oktatásnak köszönhető. Az egyszerű tanulói kísérletekhez azonban szinte mindig társul egy mérési jegyzőkönyv lsd. 2. ábra -, melyet mindig párban vagy hárman egy csoportban, ha páratlanul lennénekkészítenek. Természetesen a hibavizsgálat sem maradhat el: szisztematikus és véletlen hibák vizsgálatával. A jelenségek javában természetesen valamilyen egyenes arányosságot vizsgálnak a diákok, vagy legalábbis pl. a törési törvény tekintetében valamilyen ehhez hasonló, ún. minél-annál összefüggést. 306
A hatodik osztályban alkalmazott módszerek természetesen rendkívül jó hozzáállást alakítanak ki a fizikához, a gyerekek szívesen vesznek részt az órákon, és sok fontos kompetencia kerül fejlesztésre. Fontos pedagógiai cél természetesen a csoportban való munka készségének fejlesztése, de fontos fizikai kompetenciákat is fejleszthetünk így: a megfigyelés fontossága, az észrevételeink szabatos megfogalmazása, a lehetséges hibák figyelembevétele, osztályozása, az eredmények megfelelő ábrázolása stb. Mindezek mellett természetesen a diákok sokkal aktívabban vesznek részt az ilyen órákon, s az életkori sajátosságaikhoz is jobban alkalmazkodnak az ilyen aktív elfoglaltsággal járó órák, mint egy frontálisan megtartott óra. A hatodik osztályos tanmenet kellően szellős, bőven van idő a kísérletek elvégzésére lásd 1. táblázat. Messprotokol zum Schülerversuch: Wirkungsgrad eines belasteten Transformators (Tanulói kísérlet mérési jegyzőkönyve: Terhelt transzformátor hatásfoka) 1. Aufgabenstellung: (Feladat megfogalmazása) Untersuchen Sie den Wirkungsgrad eines belasteten Transformators bei unterschiedlichen Windungszahlverhältnissen. In dem dargestellten Versuchsaufbau sollen die Stromstärke und die Spannung sowohl im Primärstromkreis als auch im Sekundärstromkreis gemessen werden. Das Verhältnis der Windungszahlen soll einmal N p:n s=1:2 und einmal N p:n s=2:1 sein. Bestimmen Sie mit Hilfen der gemessenen Daten den Wirkungsgrad des Transformators in beiden Fällen. Vorsicht! Die Spannungsquelle darf nicht mehr als 3V Spannung erzeugen. 2. Vorbetrachtungen: (Előismeretek) 2.1. Benennen Sie wenigstens drei Ursachen für Energieverlust in einem realen Transformator. 2.2. Formulieren Sie das Induktionsgesetz. 3. Versuchsaufbau: (Kísérleti összeállítás) Achtung! Wegen der niedrigen Zahl der Geräte soll man gleichzeitig entweder die Stromstärken oder die Spannungen messen. Der elektrische Widerstand im Sekundärstromkreis darf eine Glühlampe sein. 4. Messwerte (Mérési eredmények) Stromstärke (A) 0 0,25 0,5 0,625 0,75 Gesamtkraft (N) Magnetische Kraft (N) 5. Auswertung (Kiértékelés) Stelle die Messwerte in einem Magnetische Kraft-Stromstärke-Diagramm und in einem M. Kraft-Windungszahl-Diagramm dar! 6. Ergebnis (Eredmény megfogalmazása) Welches Ergebnis kann man von den Diagrammen ablesen? Warum können die Diagramme anders aussehen, als man sie erwartet hätte? 7. Fehlerbetrachtung (Hibavizsgálat) 2. ábra. Mérési jegyzőkönyv a kilencedik osztályból Sachsen-Anhaltból kiegészítve. Egy másik, de nem kevésbé fontos a kinti kollégák által is tapasztalt jelenség, a fizika népszerűségének hetedik osztályban történő jelentős csökkenése. A gyerekek tantárgyhoz 307
való hozzáállása természetesen nagyban befolyásolja a munka menetét és minőségét. A kollégákkal való beszélgetések nyomán szinte teljesen egyértelmű, hogy a problémát a komolyabb képletek és a számításos feladatok hangsúlyosabbá válásának tudható be. Személyes tapasztalatom szerint, ezt a képet lényegesen árnyalni kell. Hetedik osztályos csoportomban, az energiamegmaradás tételéhez kapcsolódó feladatok megoldásánál a nehézséget nem a fizika - vagyis a feladat megértése és a probléma megoldása - jelentette a diákoknak, hanem a feladatmegoldás minden egyes lépésben megkövetelt mértékegység használata. Ezzel kellene ugyanis a felhasznált képlet, illetve annak matematikai átalakításainak helyességét ellenőrizniük. Egy a mozgási energiát is tartalmazó feladat esetében például, a sebesség km/h-ban megadott értékét a négyzetre emelés miatt, menet közben már nagyon nehezen tudták a diákok m/s-ra átalakítani, így a feladat megoldás ezért sok esetben kudarcba fulladt. Ezáltal bár a diákok a feladat fizikai részével sikeresen megbirkóztak, mégis kudarc élményként élték meg a feladatot. Mivel azonban a mértékegységek végső behelyettesítése bevett eljárás Sachsen-Anhaltban, az érettségin is követelmény, ezen a módszeren nem változtathattam. Tapasztalatom alapján a mértékegységek segítségével történő eljárások mint pl. dimenzióanalízis, csupán a magasabb osztályokban, és ott is csak a tehetségesebb és érdeklődőbb diákok körében lehetnek élvezetes és hasznos eszközök. Alacsonyabb osztályokban, átlagos érdeklődésű és tehetségű diákok, a mértékegységek által közvetített jelentéseket nem veszik észre. Az ezekkel való munka csak hasztalan nehézségeket okoz, mely elveszi a sikerélményt, és ezáltal csökkentik a diákok fizika iránti érdeklődését. Magyarországi tapasztalatom alapján rendkívül sikeres feladatmegoldások során az a módszer, hogy a mértékegységeket egyből a feladat elején átváltjuk a nemzetközi mértékegység rendszer szerinti alap mértékegységbe, majd a továbbiakban paraméteresen, s végül csupán a fizikai mennyiségek lecsupaszított számértékeivel dolgozunk. A végeredményt így természetesen mindig az adott mennyiség alapmértékegységében kapjuk, a számolás helyességétől függetlenül. Ezáltal a feladatban, vagy akár a dolgozatban is, kevésbé a diákok matematikai kompetenciát mérjük a mértékegységek rendezésén keresztül, hanem sokkal inkább a fizikai kompetenciákra koncentrálhatunk: átlátja-e a diák a jelenséget, a megfelelő törvényt alkalmazza-e stb. A magasabb osztályok tantervi követelményeiben, természetesen az egy éves eltolódást leszámítva, nincs komoly eltérés. Az apró különbségek tárgyalására ezen cikk keretein belül sajnos nincs lehetőség. A kilencedik osztálytól kezdve belépő két eltérést azonban meg kell említeni. Az első a magyarországi mechanika oktatás. Bár ez egy sok esetben eléggé absztrakt terület, hiszen nehéz például a dinamika és statika témakörében igazán látványos kísérleteket főleg mérőkísérleteket bevinni az órára, mégis ezen témakörök fontossága miatt, illetve a fizikai gondolkozás jó modellezése miatt fontos, hogy ezeket a témákat megfelelő mélységben és módon oktassuk. Sachsen-Anhaltban nem tekintenek ezekre a témákra különösen fontos területekként. Az impulzus például, nem is kötelezően tanított mennyiség, így az ütközéseket csak készre gyártott képletekkel kezelik a diákok. Továbbá, egy a testre ható összes erő jelölése sem bevett tárgyalási mód. Tapasztalatom szerint emiatt a mechanika ezen része egy kicsit bizonytalanabb terület a sachsen-anhalti diákok számára, mint magyar diáktársaiknak. Szintén ehhez a témakörhöz tartozó személyes problémám volt, hogy a németnyelvű fizikaoktatás nem tesz különbséget a nehézségi erő és a súly között. A diákoknak ez persze nem tűnt fel, hiszen a feladatok kérdései is úgy voltak megfogalmazva, hogy ez a két mennyiség közti számunkra nyilvánvaló különbség nem merült fel. 308
Egy másik említésre méltó különbség a tanmenetekben, a csillagászat oktatása. Magyarországon a csillagászatot a tananyagba integrálva oktatjuk. Az ehhez tartozó témák jelentős részét, mint például magfúzió stb., a sachsen-anhalti kollégák is integrálva tanítják. Emellett azonban kilencedik osztályban illetve a Georg-Cantor-Gymnasiumban a tizedik osztályban is- lehetőség van egy heti egy órás csillagászat oktatásra. Ezeken az órákon sokszor számomra is új témák merültek fel, elsősorban megfigyelésekkel, azok módszereivel, technikájával kapcsolatban. A diákok összességében jó betekintést nyerhettek a csillagászok munkájába, módszereibe. Azonban a heti egy órás tanításnak természetesen alapvetően alacsony a hatékonysága. A csillagászat szakos kolléga természetesen szívesebben tanítana egy évben, heti két órában. Tehát míg a mechanika oktatása terén hatékonyabbnak tűnik a magyar rendszer, addig például a csillagászat tanítása terén mi is átvehetnénk számos gyakorlatias témát, tananyagot. MODERN SZERVEZÉSI MÓDOK PÉNZTŐL FÜGGETLENÜL A fizika oktatásában fontos különbséget jelentenek a felhasznált szervezési módok. A Georg-Cantor-Gymnasiumban természetesen jelentős a tanulói kísérletekkel töltött tanórák száma, ám azt is meg kell jegyezni, hogy az iskola magyar s valószínűleg német szemmel is egy rendkívül jól felszerelt iskolának tekinthető. A változatos fizika oktatás azonban nem mindig felszereltség kérdése. A diákoknak a fizikaórákon sokszor olyan kompetenciáit is fejlesztjük, amelyek később, az élet más területein is hasznosak lesznek. Ilyen fontos kompetencia például a saját ismeretek szabatos megfogalmazása és prezentálása. A német diákok rendkívül rutinosnak bizonyultak fizikai ismereteik és persze más területek prezentálásában. A PowerPoint-os prezentációnak minden esetben részei voltak a prezentációk elején látható vázlat Gliederung -fólia, amely egy struktúrált és jól követhető előadást eredményez. A prezentációk végén természetes követelmény a források Quellen - feltüntetése. 3. ábra. Elektromos csengő működése tanulói prezentáció. Gliedeung = vázlat, Quellen = források. A 3. ábrán látható prezentáció egy nyolcadik osztályos tanuló munkája. Az elektromos csengő működési elvét a diák többi társával együtt- önállóan vizsgálta meg. A diákok mindegyike feltöltötte a munkáját az osztály Moodle-oldalára amely egy online oktatási felület, amit egy egyszerű email-lel is helyettesíthetünk. A feltöltött anyagok közül kiválasztottuk a legjobban sikerült munkát, és a kiválasztott diák prezentálhatta előadását, a témával otthon már megismerkedett osztálytársainak. A diákok így jelentős részben önálló munkát végeznek, majd a prezentáció értékelésében is részt vesznek. A tanár bár végig irányítja a diákok tanulási folyamatát háttérbe húzódhat, ezzel is növelve a diákok aktivitását. 309
Egy másik hasznos, a szervezési módot érintő különbség, a projekthét keretében történő oktatás. A Georg-Cantor-Gymnasiumban tanító kollegák a projekthetet az utolsó tanítási hétre időzítették, így az utolsó tanítási napokat is hasznosan tölthették. A diákok választhattak, hogy mely projekten vesznek részt. A projekttémák nem teljesen fedték le az adott tanár szaktantárgyának témáját, annak tanórai keretekbe nehezen beilleszthető határ- vagy részterületeiről származtak. Az elsődleges szempontok a témák kiválasztásánál az volt, hogy az mennyire érdekes, mennyire hasznos, illetve mennyire érint olyan területeket ismeretek illetve kompetenciák terén -, amik a hagyományos oktatásból hiányoznak. A 2012-ben indított néhány téma: Szupermágnes építése, Repülőmodell építés, LEGO-Robot építés, Valódi vs. Virtuális, Geogebra fizikai modellezés - stb. Minden tanár természetesen olyan témát kínált feldolgozásra, amit szívesen és rutinosan ismertethet meg a diákokkal. Mint már említettem hallei iskolám még a német viszonyokhoz képest is jól felszereltnek minősül, ám természetesen ők sem rendelkeznek határtalan lehetőségekkel. Éppen ezért az iskola tudatosan és célzottan fejleszti és használja is a hallei Martin Luther Egyetemmel fennálló jó kapcsolatát. Minden tizedikes évfolyam egy másfélhetes természettudományos mérési gyakorlaton vesz részt a Martin Luther Egyetemen. A gyakorlat a fizika mellett biológia és kémia tantárgyakból áll. Az elvégzett mérésekről a diákoknak jegyzőkönyvet kell készíteni, majd a gyakorlat végén egy zárthelyi dolgozat keretein belül kell ismereteikről beszámolni. Ilyen vagy ehhez nagyon hasonló - lehetőséget a magyarországi egyetemek is kínálnak, például az ELTE-TTK Fizika-tanösvény programja. Remélem, hogy akár ide is, egyre több diák látogathat el a jövőben, hogy megismerkedhessen olyan kísérletekkel, melyeket az iskolákban nem tudunk megmutatni. VÉGKÖVETKEZTETÉS A fent említett különbségek miatt állíthatjuk, hogy a sachsen-anhalti fizika oktatás sokban különbözik a magyarországitól. Különbségek azonban természetesen egy adott ország iskolái, sőt azok tanárai között is vannak. A Georg-Cantor-Gymnasium rutinos, motivált és munkájukban kizárólag az iskolára koncentráló fizika tanárai természetesen minden iskola kollégiumának keresett és hasznos tagjai lennének. Az iskola fizika terén elért sikerei is elsősorban ezen kollégák kiváló szakmai munkájának köszönhető. Ezzel szemben talán az is látható, hogy nem minden eredményesebb Halleban, mint Magyarországon. Gondolok itt főleg a mechanika oktatására vagy a túl matematizálásra hetedik osztálytól. De számunkra talán a leghasznosabb észrevétel mégis csak az, hogy sok dologban tanulhatunk a kinti kollégáktól, s főleg az anyagi feltételeket nem igénylő újítások terén. IRODALOMJEGYZÉK 1. Dittmer, Kaminski, Riedl: RAHMENRICHTLINIEN GYMNASIUM, PHYSIK Schuljahrgänge 6 12, Sachsen-Anhalt, Kultusministerium http://www.bildung-lsa.de/pool/rrl_lehrplaene/physgyma.pdf 2. Nemzeti Erőforrás Minisztérium. Kerettantervek 2003, Alapfokú oktatás: Fizika http://www.nefmi.gov.hu/kozoktatas/tantervek/kerettantervek 3. Bader: A hallei Georg-Cantor-Gymnasium hivatalos weboldala http://www.cantor-gymnasium.de/ 4. Tél, Bérces, Bérczi: ELTE-TTK Fizika-tanösvény hivatalos weboldala: http://fizikatanosveny.elte.hu/ 310