Elixír do škol - 5. setkání

Ve čtvrtek 19. 1. 2017 proběhlo v prostorách SPŠST Panská v Malé Štupartské páté 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. Setkání, kterého se zúčastnilo šest účastníků, bylo věnováno digitální technice.

„Důvodem, proč jsem zařadil do programu toto na první pohled složité téma, jsou dvě skutečnosti. Jednak jsme digitální technikou denně obklopeni - vlastníme mobilní telefony, máme v domech automatické regulátory teploty, používáme automaty na pití a podobně - a dále se můžete ve školách setkávat s různými stavebnicemi nebo pomůckami jako je např. Arduino. Ačkoliv tyto stavebnice většinou fungují v základní úrovní tak, že pouze podle návodu zapojujete předpřipravené obvody, bylo by dobré o nich vědět něco více. Zvlášť, když jsme fyzikáři,“ říkám na úvod dnešního tématu.

„Představte si mobilní telefon,“ pokračuji dále. „Jedno místo displeje slouží ke psaní písmena T, totéž místo po stisku v jiném režimu přístroje spouští aplikaci pro přístup k poště, umožňuje posun kuličky v oblíbené hře,“ s úsměvem reaguji na trávení volného času jedné kolegyně před začátkem semináře, „nebo potvrzujete heslo v internetovém bankovnictví. A nebo běžnější situace: používáme všichni automaty na kávu a takový automat nesmí vydat polévku s mlékem navíc! Kávu s mlékem navíc pochopitelně ano! Ale aby nevydal polévku s mlékem navíc, musí být pro to tento přístroj připraven a správně naprogramován,“ končím úvodní povídání a stručně vše zapisuji na tabuli.

Vzhledem k tomu, že digitální technika je založena na dvou stavech (zapnuto - vypnuto, svítí - nesvítí, pravda - nepravda, …), využívá se k popisu stavů elektrických obvodů dvojková soustava. Proto začínáme právě převodem čísel z desítkové do dvojkové soustavy a naopak.

Na úvod této problematiky rozepíšeme běžně zadané číslo pomocí jednotek, desítek, stovek, …

„A stejně se číslo zapisuje ve dvojkové soustavě, jen se v ní na první pohled hůře počítá, protože na to nejsme zvyklí,“ usmívám se a pokračuji v zápise čísla ve dvojkové soustavě.

Na přání účastníků setkání ukazuji i druhý způsob převodu čísla z desítkové do dvojkové soustavy.

„Tento způsob ale vyžaduje mechanickou paměť, protože je nutné si pamatovat pořadí, v jakém na závěr zapíšeme jednotlivé cifry výsledného čísla,“ upozorňuji. „První předvedený způsob je výrazně lepší - jak pro nás, kteří máme spíše logickou paměť, tak i didakticky: nutí totiž žáky přemýšlet o jednotlivých mocninách dvojky.“

Poté odhalím na magnetické tabuli šest papírových tabulek, které byly prozatím skryty za čistými listy papíru.

„To už jsme kdysi dělali, ne?“ ozvou se účastníci, kteří chodí elixírová setkání pravidelně již několik let.

„Ano, dělali,“ odpovídám. „Schválně to mám připraveno i nyní, protože nyní nám to tematicky velmi dobře zapadne do dnešního setkání. Navíc tak můžete žákům převody spojené s dvojkovou soustavou trošku odlehčit.“

„Hmm, ale stejně si už nepamatuji, jak to bylo,“ stěžuji si někdo z těch účastníků, kteří tuto aktivitu již absolvovali.

„Vyberte si nějaké číslo a řekněte mi, na kterých kartičkách se ukrývá. A já vám řeknu, které to je číslo,“ vyzývám účastníky.

Chvíli si takto hrajeme s čísly, občas mě někdo z účastníků obviní, že jsem číslo neuhádl, ale pak si uvědomí, že mi nahlásil špatné kartičky. Postupně také znovuobjevujeme princip této aktivity. Tomu, kdo čísla hádá, stačí pouze sčítat čísla na první pozici každé nahlášené tabulky.

„Před lety, když jsme tuhle aktivitu dělali poprvé, jsme kompletní vysvětlení nepodali. Dneska ale přímo vyplývá ze situace spojené s dvojkovou soustavou,“ usmívám se a připravuji na tabuli tabulku prvních šestnácti čísel, která budeme převádět do dvojkové soustavy. Ale nyní tak, že budeme rovnou zapisovat jednotlivé mocniny dvojky. Jakmile je tabulka hotová, stačí jen chvíle přemýšlení a je jasná souvislost s tabulkami zavěšenými na magnetické tabuli.

Bláhově si myslím, že v rychlosti připomenu základní sčítání a násobení čísel ve dvojkové soustavě a půjdeme dále, ale účastníci chtějí vidět, jak se násobí víceciferná čísla a dokonce i jak se dělí čísla ve dvojkové soustavě. Tak předvádím i to. Účastníci setkání jsou spokojeni a můžeme přejít k logickým spojkám.

Logické spojky definujeme, vyplníme příslušnou pravdivostní tabulku a vysvětlíme ty, které nejsou tak běžné.

„Rozdíl mezi spojkou OR a XOR si lze pamatovat pomocí jednoduchého příkladu,“ říkám a příkladové věty píšu na tabuli. Někteří z účastníků aktivně napovídají používanou terminologii z českého jazyka.

„Super, tak vy to znáte!“ chválím.

„No jen kousky a spíš si to znovu vybavujeme, když to vidíme teď napsané,“ ozve se z publika.

„Nyní mám pro vás fyzikální úkol a samostatnou práci,“ říkám, když už k pravdivostní tabulce nejsou žádné dotazy ani komentáře. „Navrhněte schémata elektrických obvodů, které budou tyto logické spojky reprezentovat. Přitom jako vstupní proměnné budou sloužit vypínače resp. přepínače a jako výstupní proměnná bude sloužit žárovka. Pak tyto obvody pochopitelně také sestavíme.“

Po krátkých dotazech, zda účastníci vše správně pochopili, začínají přemýšlet nad šesti obvody, které mají zrealizovat. Z počátku mají někteří účastníci pocit, že se jim práce nedaří, ale po chvíli do problematiky proniknou a mají radost, když sestavený obvod pracuje tak, jak podle tabulky pracovat má.

„Tyto obvody mohou žákům mnohé dát,“ uzavírám na konci setkání tuto aktivitu. „Nejen, že si uvědomí rozdíly paralelního a sériového zapojení, ale také nutnost ochrany zdroje napětí ochranným rezistorem. A v neposlední řadě i to, že ideální vodiče, se kterými běžně ve fyzikálních úlohách pracujeme, neexistují.“ Tím narážím na poslední obvody, ve kterých se neideálnost spojovacích vodičů uplatnila a závěr experimentu byl méně prokazatelný, než podle tabulky měl být.

„Pro dnešek tedy končíme, zbytek probereme příště,“ loučím se s účastníky setkání krátce po páté hodině odpoledne.

Materiály ze setkání:

Průběh samostatné práce účastníků setkání zobrazují fotografie.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 21. 1. 2017