A kompetenciafejlesztési projekt megvalósítása Kondoroson Petőfi István Általános Iskola Diákotthon és Alapfokú Művészetoktatási Intézmény Úszás, merülés, lebegés modul Intézményi innovációs fejlesztés a TÁMOP 3.1.4 program keretében fizika órán Készítette: Barna Róbert Kondoros 2010. április 15.
A kompetencia alapú oktatás bevezetése lehetőséget kínál arra, hogy fizika órán visszataláljunk az Öveges professzor által kitaposott ösvényre és kísérletező, tevékenykedtető órákat tartsunk a gyermekeknek. Természetesen nem lehet minden anyagot ilyen módon feldolgozni, azonban egy-egy fontosabb témakört jobban elmélyíthetünk ezekkel a módszerekkel. A módszer jellemzői: az ismeretekről az ismeretek megszerzésének folyamatára helyezi át a hangsúlyt, alkalmazása nagyfokú tanári rugalmasságot, figyelmet, ráérzést kíván. A tanulást egy elvárt, valóságos cselekvés végrehajtása szervezi. A probléma tehát mindig kettős, egyrészt a vizsgálat tárgyában, másrészt a vizsgált probléma megoldásának megszervezésében, a produktum elkészítésében jelenik meg. A modul vezérlése folyamattervezést kíván tanártól, együttműködő csoporttól egyaránt. A célvezérelt tanítás során a csoport olyan momentum köré szervezi munkáját, melynek megvalósításában minden tagnak van valamilyen érdekeltsége. A közös alkotás, a közös siker identitást, együvé tartozást alapozó élmény. A siker a kollektivitástól, felelősségvállaló együttműködéstől függ. Ezért a folyamatos érdekérvényesítés, konfliktuskezelés is része a módszernek. A tanár nem hagyhatja magára a projekten dolgozó csoportot, feladata, hogy a munka megfelelő fázisaiban visszajelző, visszacsatoló szakaszt iktasson be. A csoport tagjai nincsenek versenyhelyzetben: a közös siker érdekében együttműködve kell munkálkodniuk. Az információt a helyzetértékelés-problémafelismerés információszükséglet ismeretszerzés ismeretalkalmazás problémamegoldás helyzetértékelés folyamatában kezeli, értelmezi, szelektálja és használja fel. Az út megtervezése és végigjárása közben a tanulók folyamatosan szembesülnek saját képességeikkel, a feladatok aktuális megoldása az egyéni képességekhez igazodik.
Céljaim: Társadalmi Megújulás Operatív Program Valamennyi tanuló alkalmassá tétele: az önálló ismeretszerzésre problémamegoldásra, jelenségek értelmezésére és megmagyarázására társaikkal csapatban való együttműködésre az alkalmazkodásra a változásokkal teli, modern világhoz Ennek érdekében alapvető cél a felnőtt élet sikeressége szempontjából kiemelt fontosságú kulcskompetenciák fejlesztése, az egész életen át tartó tanulásra való felkészítés, a modern személyközpontú, interaktív, tapasztalati tanulásra alapozó tanulásszervezési eljárások, módszerek alkalmazása. A kulcskompetenciák azok a kompetenciák, amelyekre minden egyénnek szüksége van személyes boldogulásához es fejlődéséhez, az aktív állampolgári léthez, a társadalmi beilleszkedéshez es a munkához: anyanyelvi kommunikáció idegen nyelvi kommunikáció digitális kompetencia hatékony, önálló tanulás szociális es állampolgári kompetencia kezdeményezőképesség es vállalkozói kompetencia esztétikai, művészeti tudatosság es kifejezőképesség Előkészítés: A modul megkezdése előtt fontos, hogy megteremtsük a sikeres munkavégzés feltételeit: internethasználat, könyvtárhasználat, nyomtatási és fénymásolási lehetőség. El kell készítenünk kartonpapírból a sablonokat (kb. 1 óra) Be kell szereznünk továbbá a szükséges hozzávalókat. papírboltból: 4 tekercs szélesebb (kb 3 cm) cellux, 7 ív karton, alkoholos filc, papírragasztó háztartási v. gazdabolt: FBS szilikonos tömítő-ragasztó, 1 m hosszú gumicső, 110 vagy 150 literes vékonyfalú kukazsák, 60 literes vékony falú kukazsák gyógyszertár: nagy méretű (150 ml) fecskendő lakatos v. valamilyen fémmunkával foglalkozó üzem: 70 x 50 cm-es fémlemez (Kondoroson Kunstár János vállalkozótól ingyen kaptuk az anyagot oktatási célra.)
Az anyagok beszerzését jóval a modulkezdés előttre tegyük. A téma feldolgozásának menete: sorszám Az óra anyaga Munkaformák, alkalmazott módszerek Fejlesztendő terület 1. Úszás, merülés, lebegés 2. Hogyan működik? 3. Készítsünk tablót! 4. 5. Alkossunk repülő, úszó és merülő szerkezeteket! Feladatok a felhajtóerőre. 6. Kiállítás Frontális osztálymunka Mire vagyunk kíváncsiak még? Ötletbörze Csoportmunka Információk gyűjtése négy kiválasztott szerkezet működéséről a könyvtárban és az interneten. Csoportmunka A megszerzett képi és szögeges információk megjelenítése tablón. Csoportmunka A csoportok elkészítik a tablón megjelenített eszközök kicsinyített, működőképes makettjét. Frontális osztálymunka Különböző nehézségű hétköznapi problémákra épülő számításos feladatok megoldása Csoportmunka Kiállítást rendezünk a tablókból és az elkészült modellekből. A csoportok bemutatják, ismertetik az általuk elkészített eszközöket. A gyerek szavazással értékelik a csoportok munkáját. Alapvető ismeretek megszerzése Önálló információszerzés és rendszerezés képessége, internethasználat és könyvtárhasználat. Ismeretátadás képessége, vitakésség, térbeli tájékozódás, esztétikai érzék Kézügyesség, térbeli tájékozódás, geometriai ismeretek alkalmazása, probléma-megoldási késség Ismeretek alkalmazása, probléma-megoldási késség Ismeretátadás képessége, verbális kommunikáció
Részletes kidolgozás: 1. óra Úszás, merülés, lebegés A mozaikos Fizika tankönyv azonos című anyagának frontális osztálymunkában történő feldolgozása. Az órát demonstrációs kísérletekkel tehetjük színesebbé. Ilyen kísérlet például a Cartesius-búvár, az úszó tojás, vagy a jégkockás-búvár. Fejlesztési területek: Megfigyelési képesség, eredményjóslás képessége, szabályalkotás képessége, verbális kommunikáció, nyelvi kompetencia. Eszközigény: - Cartesius-búvár: ásványvizes palack, kémcső - úszó tojás: 1 db főtt tojás, só, akkora főzőpohár, amekkorában a tojás - úgy is elfér, hogy közben a vizet is keverhetjük. - Jégkockás-búvár: Magas, vékony mérőhenger, kémcső, jégkocka Kísérletek: Cartesius-búvár: Az ásványvizes palackot megtöltjük vízzel, majd a kémcsövet nyílásával lefelé belehelyezzük úgy, hogy pont akkora légbuborék maradjon benne, amekkora a kémcsövet még éppen a víz tetején tartja. A palackot lezárjuk a kupakjával, majd erőteljesen megszorítjuk a kezünkkel oldalról. A nyomás növekedésével a kémcsőbe víz áramlik összenyomva a benne lévő buborékot és megnövelve a kémcső és tartalmának átlagsűrűségét. A kémcső emiatt lemerül. Ha gyengítünk a szorításon, akkor visszaáll az eredeti állapot és a kémcső felemelkedik. Időtartam: Ha előre elkészítjük, akkor a bemutatás és a magyarázat kb. 3 perc.
Úszó tojás: Ha a tojás friss, akkor átlagsűrűsége kisebb a víz sűrűségénél, ezért elmerül a vízben. Ebben a kísérletben nem a test sűrűségét változtatjuk, hanem a vízét. Tiszta vízben Ha a vízbe kellően sok sót szórunk, akkor a sűrűsége megnő. Amikor a sós víz sűrűsége meghaladja a tojás sűrűségét, akkor a tojás felemelkedik és úszik a víz felszínén. ( a tojást azért érdemes megfőzni előtte, mert így kevésbé könnyen törik) Sós vízben Lebegtethetjük is a tojásunkat, ha a sós víz felét leöntjük és a tetejére egy kanál segítségével óvatosan tiszta vizet rétegezünk. Ilyenkor a sós és a tiszta víz nem keveredik össze, a tojás pedig a két réteg találkozásánál lebeg. Időtartam: kb. 5 perc Jégkockás-búvár:
Hasonló a Cartesius-búvárhoz, de nem a nyomás növelésével nyomjuk össze a kémcsőben a levegőt, hanem a hőmérséklet csökkentésével. A vízbe ugyanis jégkockákat szórunk, majd a hidegben összehúzódó légbuborék helyére víz áramlik a kémcső belsejébe, aminek következtében megnő az átlagsűrűsége és lesüllyed. Ha az óra elején végezzük el, akkor az óra közben felmelegedő vízben megfigyelhető a szerkezet felemelkedése is. Időtartam: kb. 5 perc a lesüllyedés, a felemelkedés több, de közben mást is csinálhatunk. Ha nem akarjuk kivárni a felmelegedést, akkor a hideg vízból egy kicsit leöntünk, és a helyére meleget keverünk. szobahőmérsékleten hideg vízben újra felmelegedve Az óra második felében a gyakorlati alkalmazások kapcsán felvethetjük a kérdést, hogy a gyerekek milyen további szerkezet működésére lennének kíváncsiak. A tankönyv ábráival (hajó, tengeralattjáró, léghajó, zeppelin) irányíthatjuk is őket. Az óra végén lehetőséget adtam egy-két kísérlet saját kezű kipróbálására.
Cartesius-búvár Meglepő: a higany felszínén úszik a rézkorong. Még egy üvegrúddal is nehéz feladat a felszín alá nyomni.
2. óra Hogyan működik? Fejlesztési területek: önálló információgyűjtés képessége, internet használat, infokommunikációs eszközök(számítógép) használata, könyvtárhasználat Eszközigény: könyvtár, internet hozzáférés Az óra elején kialakítjuk a csoportokat. A csoportok akkor lehetnek szimpátiacsoportok, ha az osztály nagyjából homogén a képességek szempontjából. Ha sok a gyengébb képességű gyermek akkor célszerű kijelölni a négy csapatkapitányt és ők választanak csapattagokat felváltva. Érdemes kísérletezni azzal is, hogy felírjuk a négy eszköz nevét (hajó, tengeralattjáró, hőlégballon, zeppelin ) és mindenki ahhoz iratkozik ami érdekli. Ekkor vállalnunk kell annak a kockázatát, hogy valamelyik modell nem készül el. Az óra további részében az irányítás kikerül a kezünkből (egyáltalán nem baj) és a csoportok teljesen önállóan szereznek információkat az internet és a könyvtár segítségével. Az interneten összegyűjtött információkat csatolt fájlként e- mailben küldték el a gyerekek nekem, a könyvtári anyagokat pedig fénymásoltuk. 3. óra Készítsünk tablót! Fejlesztendő területek: Ismeretátadás képessége, vitakésség, térbeli tájékozódás, esztétikai érzék Eszközigény: Karton, Kinyomtatott, lefénymásolt segédanyagok, olló, ragasztó, filc. Az e-mailben megkapott anyagokat kinyomtattam, és a fénymásolatokkal együtt bevittem az órára. A gyerekek csoportmunkában elkészítették a tablókat. Ezen az órán ismét önálló tanulói munka folyt, csak segítőként és megfigyelőként voltam jelen. Az elkészült tablók: Melléklet 1. rész
4. óra Alkossunk repülő, úszó és merülő szerkezeteket!! Fejlesztendő területek: Kézügyesség, térbeli tájékozódás, geometriai ismeretek alkalmazása, probléma-megoldási készség. Eszközigény: Hajó: 70 x 50 cm-es 0,5 mm vagy 1 mm vastag fémlemez, vonalzó, alkoholos filc, vasfűrész és reszelő vagy flex(sarokcsiszoló) fém vágókoronggal, FBS szilikonos tömítő-ragasztó, kalapács Tengeralattjáró: 1,5 l-es ásványvizes palack, 1 m hosszú gumicső, FBS szilikonos tömítő-ragasztó, nagy méretű (150 ml) fecskendő, 2 db ólomnehezék. Léghajó: 8 db 110 vagy 150 literes vékonyfalú kukazsák, kartonlap, alkoholos filc, olló, szélesebb (2-3 cm) cellux, kb. 1 m hosszú vékony drótszál, denaturált szesz, fémtál. Zeppelin 3-4 db 60 literes vékony falú kukazsák, kartonlap, alkoholos filc, olló, szélesebb (2-3 cm) cellux, hélium (ballagáskor) Elkészítés: Hajó: A tanulók megrajzolták a kapott tervrajz (Melléklet 2. rész) alapján a hajó hálóját a vaslemezre, a lemezből pedig fűrésszel vágták ki a munkadarabot. 1 mm-es lemez esetén nehéz a fűrészelés, célszerűbb a flex használata, de azt balesetvédelmi okokból csak a tanár használja! A kivágott és lesorjázott munkadarabot végleges formájára hajlítottuk (itt-ott a kalapáccsal rábeszéltük a megfelelőbb hajlékonyságra ), végül szilikonos ragasztóval rögzítettük a részeket és kitömítettük a réseket. Kipróbálásakor 6 kg-nyi terhelés meg se kottyant neki, úgy becsültük, hogy kb. 12 15 kg a terhelhetősége. Ez nagyon meglepő adat volt a gyerekek számára. Érdemes egyébként a kipróbálás előtt megtippeltetni őket, hogy mekkora terhet képes szállítani a hajójuk. Kipróbálás után pedig ellenőrzés képen megmérhetjük, hogy mennyi víz fér bele, így újab kísérleti bizonyítékát láthatjuk Arkhimédész törvényének.
Munka közben: A kész mű:
Tengeralattjáró: Az ásványvizes palack oldalán lyukat égettünk (itt tud a víz ki-, illetve beáramlani), és ugyan erre az oldalra felragasztottunk két 50 g-os ólomnehezéket, hogy a lyuk mindig a tengeralattjáró alján legyen. Ezek után a flakon belső falára a lyukkal szemben felragasztottuk a gumicső egyik végét. A flakon kupakját is kilyukasztottuk és átvezettük rajta a csövet. Miután a kupakot a helyére tekertük a ragasztóval szigeteltük a cső környékén. A cső másik végét még nem csatlakoztatjuk a fecskendőre, mert a víz alá merítés közben ezen a csövön tud a levegő kijutni a tengeralattjáróból. Mikor a tengeralattjáró éppen elmerült, akkor húztuk rá a csövet a fecskendőre és ekkor a fecskendőből levegőt pumpálva a flakonba a tengeralattjáró felemelkedik. Ha kiszívjuk a levegőt akkor természetesen lesüllyed. Munka közben:
És a kész tengeralattjáró vízre bocsájtás után:
Víz alatt A felszínre bukkanás pillanatában. Hőlégballon:
A 8 kukazsákot 16 db egyforma téglalapra vágtuk, majd alkoholos filccel berajzoltuk a sablon (Melléklet 1. rész) segítségével a kivágandó formákat. Az így kapott 16 db gömbi háromszöget ragasztószalag segítségével egymáshoz ragasztottuk. Amikor készen volt az egyik végéből egy kicsit levágtunk és a helyén keletkező kör alakú lyukba beillesztettük a vékony drótszálból készített kb. 30-35 cm átmérőjű karikát. Ennek két funkciója van: egyrészt egyensúlyban tartja a léghajót, másrészt nyitva tartja a lyukat, hogy a meleg levegő beáramolhasson. Felengedéskor egy vasháromlábra helyezem a fémtálkát amibe a denaturált szeszt önjük, és a gyerekeket megkérem, hogy tartsák amíg nem nyeri el a formáját. Alul természetesen biztonsági okokból a tanárnak kell a lyukat a tűz fölé tartania. A felengedés napján elég szeles idő volt, ezért a 8 méter belmagasságú aulában engedtük fel. Munka közben:
Amikor végre felszállt: Társadalmi Megújulás Operatív Program
Zeppelin: Társadalmi Megújulás Operatív Program A 4 db 60 literes kukazsákot 8 db egyforma téglalapra vágtuk, majd alkoholos filccel berajzoltuk a sablon (Melléklet 1. rész) segítségével a kivágandó formákat. Az így kapott 8 elemet ragasztószalag segítségével egymáshoz ragasztottuk. Amikor készen volt az egyik végén egy nagyon kicsi, kb. 0,5 cm átmérőjű rést hagytunk. Ezen keresztül fogjuk feltölteni héliummal. Készítettünk papírból az aljára egy kis kabint ez fogja megakadályozni, hogy a tengely függőleges irányba forduljon. Felengedni még sajnos nem tudtuk mert csak a ballagás napján (ekkor a ballagók léggömböket engednek fel és ezeket itt helyben töltik) tudunk olcsón héliumhoz jutni. Munka közben:
A kész zeppelin: Társadalmi Megújulás Operatív Program
5. óra Feladatok a felhajtóerőre! Fejlesztendő területek: Ismeretek alkalmazása, probléma-megoldási készség, számolási készség Eszközigény: Ceruza, füzet, vonalzó 1. rész: Ráhangolódás Tervezett idő: 5 perc A 4 éves Pistit 6 éves testvére könnyedén felemelte, hangoztatva, hogy ő az erősebb. Pistit ez nagyon bántotta, de bárhogy erőlködött nem tudta felemelni testvérét. Egyszer nyáron strandra mentek, és Pisti a medence vizében minden különösebb erőlködés nélkül felemelte bátyját. A testvére ezen nagyon meglepődött, nem akart hinni a szemének. Pisti pedig rendkívül büszke volt magára. Magyarázd meg, hogyan sikerülhetett Pistinek ez a mutatvány? Melyik ókori tudós írta le ennek a jelenségnek a törvényét? Mit mond ki a törvény? 2. rész: Jelentésteremtés Tervezett idő: 25 perc 1. feladat Mekkora felhajtóerő hat a vízbe merülő 3 dm 3 -es kőre? 2. feladat g Mekkora felhajtóerő hat a vízbe merülő 1,56 kg tömegű 7,8 3 cm vasdarabra? sűrűségű 3. feladat A Nagy Ho-ho-ho Horgász Horvátországban nyaral. Az Adriai tenger vizén ringatózó csónakjából egy aranyszobrot vesz észre a fenéken. Mivel a víz nem túl mély, ezért beugrik és megpróbálja felhozni. A művelet azonban nem sikerül, mert a szobor nagyon nehéz, tömege 3,9 kg. Ekkor arra gondol, hogy ráköti a horgászzsinórját a szoborra és a csónakban ülve próbálja meg felhúzni. Sikerülhet-e neki, ha a zsinór szakítószilárdsága 3,8 kg? 3. rész Reflektálás
Tervezett idő: 10 perc 4. feladat Írjatok érdekes feladatot a felhajtóerőre! 6. óra Kiállítás Ezen az órán a csoportok egy-egy képviselője bemutatta az elkészült tablót és a modellt. Ezután a csoport minden tagjának értékelnie kellett írásban és név nélkül a saját és a csoporttársak munkáját. Felhívtam a gyerekek figyelmét arra, hogy ebben az értékelési szakaszban ne a munka eredményét, hanem a munkához való hozzáállást, az igyekezetet értékeljék. Az értékelés 1 és 5 közötti osztályzattal történt, amiből átlagot számítottam és összevetettem az általam lejegyzett megfigyelésekkel. Az értékelésük meglepően reális volt, egy tanulónál sem tapasztaltam egy jegynél nagyobb eltérést a saját megfigyeléseim és a gyerekek által adott jegy átlaga között. Ez lett az egyik jegy, amit a munkájukra kaptak. A másik jegyet a kész munkadarabra és a tablóra adtam. Mivel minden csoport munkájának eredménye megfelelt az általam támasztott követelményeknek, ezért erre minden tanuló ötöst kapott. Természetesen ezzel lehet vitatkozni, én azonban mégis azt hiszem, hogy ha egy évben egyszer van ilyen, akkor több a haszna, mint a kára. Egy jegy nem tud nagy változást előidézni a tanuló átlagában, mégis óriási motivációs ereje van különösen a rosszabb teljesítményű tanulóknál. Persze a jegyen kívül más módon is értékeltük a munkákat a súlyozott vélemény módszerével, amelyben minden tanuló pontozta a többi csoport munkáját. Mivel 3 csoportot pontozott mindenki, ezért azt kértem, hogy a legjobb színvonalú munkára 3, a legkevésbé tetszőre pedig 1 pontot adjanak. Ilyen módon a következő eredmények születtek: 1. hely: Tengeralattjáró 29p 2. hely: Hajó 25p 2. hely: Hőlégballon 25p 3. hely: Zeppelin 23p
Értékelés: Társadalmi Megújulás Operatív Program A téma modulként való feldolgozását nagyon hasznosnak tartottam a vele járó fáradalmak ellenére, hiszen biztos vagyok benne, hogy 15-20 év múlva, sok tanuló még mindig emlékezni fog ezekre az órákra, ahol örömmel dolgozott és saját maga alkotott meg egy működőképes modellt. Ha esetleg ekkor már lesz gyerekük és az megkérdi, hogy mért nem süllyed el a fémből készült hajó, vagy azt, hogy hogyan repül a léghajó, akkor nagyobb a valószínűsége, hogy meg tudják majd magyarázni neki, mintha a hagyományos órakeretek között dolgoztuk volna fel a témát. Mint minden munkában, így ebben is voltak jobban és kevésbé jobban sikerült részek. Nagyom jó volt a téma indításához az első óra, mert a sok kísérlet megindította a gyerekek fantáziáját, és többen már nagy izgalommal várták a második órát, amikor kiderült, hogy melyik feladat jut nekik. A legtöbb tanári segítséget és előkészületet a plakátkészítős és a modellkészítős órák igényelték. Különösen a modellkészítésnél volt fontos, hogy néhány percenként minden csoportnál megjelenjek, mert az első problémára azonnal leállt bármelyik csoport munkája. Az ilyen órák azonban nagyon tanulságosak is voltak, mert nem egy gyengébb képességű tanuló is ki tudott tűnni a kézügyességével, talpraesettségével, sőt arra is láttam példát, hogy egy munkafolyamatban egy ilyen tanuló vette át a csoportirányítást. Sokat gondolkoztam azon, hogy a feladatmegoldó órán ne dolgoztassam-e csoportban a gyerekeket pl. a szakértői mozaik módszerével, de arra a döntésre jutottam, hogy az ilyen módszerek nem alkalmasak a feladatmegoldó típusú órákon az új anyag feldolgozására. Erre célszerűbb később, például az összefoglaló órán sort keríteni. Voltak problémák a modellekkel is, a tengeralattjáró például egyensúlyi problémákkal küzd, ugyanis mivel az egész egy nagy ballaszttartály, így a víz szabadon áramlik benne előre és hátra, aminek következtében kibillen a vízszintes síkból. Összességében azonban jól sikerült a modul, és remélem, hogy a következő tanévekben egyre jobba sikerül majd tökéletesíteni.
Melléklet 1. rész Társadalmi Megújulás Operatív Program
Melléklet 1. rész
Melléklet 1. rész
Melléklet 2. rész Hajó Tengeralattjáró
Melléklet 2. rész Társadalmi Megújulás Operatív Program Hőlégballon Zeppelin
Szakirodalom Társadalmi Megújulás Operatív Program Könyvek: Dr. Bonifert Domonkosné - Dr. Miskolczi Józsefné - Dr. Kövesdi Katalin - Dr. Halász Tibor Dr. Molnár Györgyné - Sós Katalin: Fizika 7. o. / Mozaik kiadó/ Öveges József: Kísérletezzünk és gondolkozzunk 1-2. /Gondolat kiadó/ Öveges József: Élő fizika /Móra kiadó/ Öveges József: Tudomány, technika, élet /Tankönyvkiadó (1960)/ Elektronikus irodalom: www.optisul.hu/index.php?page=az-opti-sul-hajoja www.sg.hu/.../a_jovo_katonai_tengeralattjaroi_i http://www.sulinet.hu/tori/szakkor/hirek/buvarh/taj.htm www. ballon.hu/ballonok/holegb.htm www.flickr.com/photos/alansmitheejp/3398823962/ www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/zeppelin/