Elixír do škol - 1. setkání

Ve čtvrtek 8. 9. 2016 proběhlo v prostorách SPŠST Panská v Malé Štupartské první setkání projektu Elixír do škol ve školním roce 2016/2017. Projekt zaměřený na zkvalitnění výuky fyziky zejména na základních školách je podporován Nadací Depositum Bonum. První setkání nového školního roku bylo věnováno odhadům fyzikálních veličin.

Po úvodních základních informacích o principech setkávání, pozvání na další fyzikální akce a krátké diskusi o předloženém programu setkání na celý školní rok jsme se pustili do první dnešní aktivity.

„Tuto aktivitu zadávám i mým žákům, …“

„Doufám, že budeme lepší, než oni,“ ozve se okamžitě narážka od účastníků setkání. A nebyla poslední během setkání - v podobném mírně provokujícím, ale přátelském duchu se neslo celé setkání.

Účastníci dostali na prohlédnutí různé láhve, v nichž byly různé počty různých předmětů. A úkol byl jednoduchý: odhadnout počet předmětů v jednotlivých lahvích. Jakmile všech šest lahví prošlo rukama všech účastníků, řekl každý z účastníků ke každé láhvi svůj odhad a já na závěr prozradil správné řešení. Některé počty vyvolaly v účastnících diskusi a nevěřící výrazy. Zejména počet zrnek rýže byl pro všechny neuvěřitelný.

„Nechtěla bych počítat zrnka na nedělní oběd,“ ukončila diskusi Martina Kotibová.

„Odhady vám šly podobně jako žákům,“ uzavírám tuto aktivitu.

„Kromě počtu předmětů by měl mít fyzik povědomí i o délkách,“ pokračuji dále. „Proto jsem nachystal další aktivitu, v rámci níž budete odhadovat ve většině případů staré délkové jednotky. Mám připraveny čtyři sady provázků, které mají uvedené délky.“ Kromě toho rozdám každému pracovní list, do něhož si každý může zapsat své tipy, opravené tipy po zveřejnění délek jednotlivých jednotek a na závěr i správná řešení.

Aktivita se líbila, účastníci byli spokojení, že většinu délek přiřadili správně a ihned se ptali, kde se dají provazy, které jsem použil na výrobu modelů jednotlivých starých jednotek, zakoupit.

„Když jsme pracovali s délkami provázků, budeme v této aktivitě pokračovat dále,“ usmívám se. „Mám tu několik úloh, které se týkají právě délek provazů. Úlohy vám převyprávím, přesné zadání vám pošlu.“

První provázková úloha se týkala délky provazu nataženého kolem rovníku Země. Otázka zněla, jaké zvíře podleze mezi povrchem Země a provázkem, pokud přidáme jeden metr provázku a celý provázek rovnoměrně roztáhneme kolem celé Země. Tato úloha se zdála snadná a vzorové řešení akceptovali účastníci okamžitě. Účastníci akceptovali i fakt, že úloha je fyzikálně nesmyslná a že je nutné jí vnímat pouze jako prostředek ke zlepšení logických úvah a odhadů.

„Jak se úloha změní, když stejně dlouhý provaz jako v minulé úloze vytáhneme na jedné straně do co nejvyšší výšky?“ modifikuji původní úlohu. „Předem upozorňuji, že úloha není řešitelná analyticky, tj. přes nějaký vzorec s tužkou a papírem. Rovnici, kterou si myslím, že žák deváté třídy odvodit může, je nutné řešit numericky. Tak nevím, zda se tomu chceme věnovat …“

„Ano, chceme,“ ozve se sborem a já v tu chvíli ještě netuším, co bude za pár minut následovat.

Začínám postupně úlohu na tabuli řešit, jednotlivé kroky vysvětluji a komentuji.

„Jak vidíte, rovnice, která vyšla, je skutečně neřešitelná s tužkou a papírem,“ opakuji, když dopíšu finální rovnici. „Problém je, že neznámá je v rovnici jak jako lineární člen, tak v argumentu goniometrické funkce. Ale nebojte, řešení vám ukážu,“ usmívám a přecházím k počítači a v software Mathematica otevírám příslušný soubor. Během několika sekund je řešení zobrazeno na tabuli.

„To není možné! Tam musíš mít chybu! To přece nemůže být tolik!“ ozývají se komentáře z učebny.

„Chyba tam není, opravdu to tak vychází!“

„Tak změň parametry a já to doma zkusím s gymnastickým míčem,“ padne návrh. Algoritmus mám napsaný tak, že stačí skutečně změnit poloměr objektu a délku přidaného provázku a vše se znovu přepočítá.

„A nemůžeme to zkusit přímo tady?“ ptá se někdo.

Přemýšlím, kde najdu rychle vhodný objekt.

„Vždyť máš tu obruč, kterou jsi používal na gravitační vlny,“ vzpomene si Soňa Bednářová. To je pravda. Během pár sekund je obruč i klubko provazu v učebně a všechny přítomné dámy zkoušejí obmotat obruč provázkem. Zkoušejí různé délky přidané k délce provázku rovné délce obruče, příslušnou vzdálenost změří a nechají si zobrazit výpočet v programu. Po třetím měření, které vyjde ve shodě s výpočtem programu, jsou všichni přesvědčeni. Navíc je již zřejmé, proč vychází u Země tak velká vzdálenost: přidáváme totiž provázek délky, která je zanedbatelná s délkou rovníku.

Od délky jsme pak přešli k hustotě a úvahám o hmotnosti daného objemu zlata, o porovnání hmotnosti krychle vyplněné vodou a zlatem, …

„A teď tu mám zase něco na vyzkoušení,“ uzavírám právě skončenou část věnovanou řešení úloh. „Nejdříve se pokuste seřadit následující krabičky podle hmotnosti.“ Otevírám krabici a pokládám na stůl osm malých krabiček. Účastníci se okamžitě pustí do odhadů.

„U těchto dvou aktivit mám jen jednu sadu pomůcek, tak se musíte vystřídat,“ upozorňuji.

Tento nedostatek nikomu nevadí. Během několika minut jsou krabičky srovnány a když zkontroluji řešení, je vše dobře.

„A proč je máš číslované od jedenácti?“ ptají se účastníci.

„Protože prvních deset je věnovaných zvukovému pexesu,“ usmívám se a pokládám na stůl dalších dvacet krabiček. „Vaším úkolem je spárovat krabičky k sobě podle toho, jaký zvuk vydávají,“ zadávám další úkol.

Tento úkol byl o něco náročnější, ale nakonec ho všichni zvládli dobře. Dokonce se podařilo i z poloviny určit materiál, který se v krabičkách nachází.

Po těchto hrátkách jsme se vrátili zase k počítání. Vrhli jsme se na několik úloh z termodynamiky. Některé z nich byly fyzikálně nesmyslné, protože byly nerealizovatelné, ale pro odhad počtu částic, se kterými termodynamika typicky pracuje, jsou tyto úlohy velmi vděčné. Zvlášť proto, že můžeme nechat žáky tipovat řádově výsledek a porovnat jejich odhad s následným výpočtem.

Pozvolna jsme dospěli na konec setkání. Účastníci se zdáli spokojení a byli rádi, že načerpali zase pár nových nápadů.

„Je škoda, že nás je tak málo,“ posteskne si Edita Martoníková. „Máš takové dobré nápady - to by se hodilo všem.“

„Děkuji. Ale za to já nemůžu, že lidi nemají zájem chodit.“

„To je pravda - když je to dobrovolné, tak na mě ve škole kolegové koukají divně, že se jdu učit fyziku odpoledne ve svém volném čase,“ komentuje někdo.

„Ale zase je fajn, že máme dost pomůcek pro sebe a každý si může pomůcku vzít do ruky a pohrát si,“ říká Soňa Bednářová, která má zkušenost i z libereckého centra; a tam prý chodí výrazně více lidí.

„Uvidíme, třeba nás bude příští měsíc víc,“ uzavírám diskusi na závěr a loučím se.

Materiály ze setkání, které jsou účastníkům k dispozici:

Průběh prvního setkání zobrazují fotografie.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 10. 9. 2016