Természetismeret oktatási programok, munkalapok

 

Martinás Katalin és Radnóti Katalin

 

 

Annak ellenére, hogy a reformpedagógia alapgondolatai több mint száz évesek, mégsem sikerült teljes mértékben elfogadni a pedagógustársadalomnak a gyermeki tevékenységek fontosságát. Ilyenkor felborul a frontális órák megszokott szervezeti kerete, nem ülnek a gyerekek feszült figyelemmel a padokban, lesve a tanár magyarázatait, melyet esetleg néha kérdésekkel tarkít. Ez a magyar oktatásban rendkívül népszerű tanulásszervezési módszer pedig sok esetben nem segíti elő a gyerekek harmonikus személyiségfejlődését. Különösen káros a természettudományos tantárgyak tanulásának megszervezése esetében. Ugyanis éppen ezeknek a tantárgyaknak a feladata az, hogy kialakítson a gyerekekben egy olyan racionális tudományképet, melyről teljesen egyértelmű, hogy a valóságról szól. A megtanult ismereteknek csak akkor válnak értelmessé, ha a valós élet problémáira lehet azokat alkalmazni. Az elsősorban verbális módon megszerzett ismereteket (könyvekből, tanári magyarázat, vagy akár a modern multimédia, Internet) mindenképpen meg kell előzze, ki kell egészítse olyan tevékenység, melyek alapján nyilvánvalóvá válik, hogy a tanult fizikai mennyiségek, melyek a könyvekben szerepelnek, ténylegesen megmérhetőek, közvetlen tapasztalatokat tudunk szerezni velük kapcsolatban.

Ajánlott, egyenként 5-6 tanórára készült, oktatási programjaink szerkezete hasonló a KOMP iskolamodell moduljainak megjelenéséhez, mivel ezt a formát tartottuk legjobbnak. Ebben megtalálható minden lényeges elem, ami az eredményes tanításhoz szükséges lehet. Minden esetben adunk a tanárok számára feldolgozási mintákat, szövege segédletet. Tartalmazzák a gyerekek lehetséges előzetes elképzeléseit, illetve annak feltérképezéséhez alkalmazható diagnosztikus kérdéseket, a tanulói munkalapokat, javaslatot teszünk a feldolgozás lehetséges módjára, az értékelésre vonatkozólag, adunk ötleteket a kiegészítő tevékenységhez.

Elsősorban manuális, gyakorlati tevékenységekben gondolkodunk. A mérési feladatok megoldáshoz azonban egyéni ötletek is szükségesek a gyerekek részéről. Vagyis bíztassuk őket arra, hogy saját maguk is gondoljanak ki különböző mérési módszereket, lehetőségeket. Pl. hogyan lehet egy könyv lapjainak a vastagságát meghatározni, miként lehet egy rizsszem tömegét megmérni stb. Végezzenek becsléseket, alkossanak különböző hipotéziseket, melyeket aztán empirikusan ellenőriznek. Tegyenek javaslatot a gyerekek is különböző mérések elvégzésére. Lássák be, hogy a körülöttünk lévő világban való eligazodáshoz bizonyos kvantitatív jellemzők bevezetése szükséges. Össze kell hasonlítani az egyes tárgyakat különböző tulajdonságaik alapján. Nem jellemezhetjük, pl. a tárgyak nagyságát egyszerűen csak úgy, hogy az egyik “kicsi”, a másik pedig “nagy”. Egységeket kell bevezetnünk, majd ezeket használva már képesek vagyunk összehasonlításokat tenni, mérni.

A mérési adatokat azonban “kezelni” is kell tudni. Egy számsor nem sokat mond. Célszerű kétdimenziós módon, grafikusan is megjeleníteni az adatokat, illetve az azokból számított mennyiségeket. Készítsenek a gyerekek különböző grafikonokat, hisztogrammokat! Ez utóbbit lehet lépcsős, vagy oszlopgrafikonnak is nevezni. Erre mutatunk példát a következőkben.

 

Egy osztály testtömeg adatait tartalmazza a következő táblázat:

 

44     48     60     30

65     44     42     64

48     71     50     50

52     33     46     54

47     56     34     51

27     45     40     52

49     57     76     50

63     71     56     37

55     58     49     63

 

Milyen intervallumot válasszunk a rendszerezéshez? 1 kg-os intervallumot nyilván nem célszerű, mivel egy-egy intervallumba 2, maximum 3 gyereke kerülhet, és így nem látjuk a lényeget. Próbálkozzunk például 8 kg-os intevallum-skálával.

 

intervallum (kg)

darabszám

24-31

2

32-39

3

40-47

7

48-55

12

56-63

7

64-71

4

72-79

1

 

Ábrázoljuk a darabszámokat a tömeg függvényében!

 

 


 

 

 

 


Jól látható ebből az ábrázolásból, hogy a gyerekek nagy részének tömege a 40 és 63 kg között van. Az oszlopokat alkotó elemek száma (a teljese terület pedig) megegyezik az osztálylétszámmal. A kapott oszlopmagasságok csúcsait összekötve a kapott görbe egészen jól hasonlít a normál eloszláshoz. Ezt a fogalmat természetesen nem kell a gyerekeknek is elmondani, mindössze jó, ha több adatsort ábrázolva hasonló jellegű ábrát kapnak. Ennek matematikai megfogalmazása a normál (Gauss-féle) eloszlás:

 

 ,

 

ahol a mért mennyiségek

68,3%-a a ±s intervallumba ,

95%-a a ±2s intervallumban és

99,7%-a pedig a ±3s intervallumba tartozik.

A normál eloszlás esetében a függvény szimmetrikus középértékre, ez az eloszlás várható értéke. A függvény alakja harang alakú.


 

 

 

 

 


Csak formatív értékelést gondolunk minden egység végén szóban, illetve az elkészült kis jegyzőkönyvekre írt megjegyzések formájában. Minden újszerű ötletet, pozitív megmozdulást érdemes megdicsérni, a többiek elé példaként állítani.

Az egyes tanítási egységekhez nem készítettünk külön dolgozatfeladatokat, mivel úgy gondoljuk, hogy azt nem célszerű íratni. Ellenben érdemes az összes mérési feladat zárásaként egy vetélkedőt szervezni. Ebben különböző számokat kapnak a gyerekek, melyekhez ki kell találni a megfelelő mértékegységet, és hogy mi lehet a lehetséges tárgy.

 

 

 

 

 

A következő programokat kínáljuk:

 

-      Mi milyen hosszú?

-      Milyen hosszú egyetlen perc?

-      De nehéz az iskolatáska…

-      Milyen meleg?

-      Milyen gyorsak vagyunk?

 

 

Mi milyen hosszú?

 

A gyerekek különböző, a mindennapi életükben előforduló tárgyak hosszúságát mérik meg.

 

Mely célok eléréséhez járul hozzá?

 

A gyerekek adatokat gyűjtenek, rendszerezik különböző szempontok szerint, grafikonokat, hisztogramokat készítenek. A természettudományos megismerési módszer egyik lényeges elemével ismerkednek konkrét gyakorlati tevékenységeken keresztül. Szerezzenek jártasságot a különböző mérőeszközök használatában.

 

Háttér:

 

A gyerekeknek természettudományos tanulmányaik kezdetén meg kell ismerkedniük a hosszúságmérés, a tömegmérés, az időmérés, a sebességmérés és a hőmérsékletmérés elemivel. Az ismerkedést a hosszúságméréssel érdemes kezdeni. Mérjenek meg különböző hosszúságokat, melyhez alkalmasan választott egységet is hozzá kell rendelni. Ennek nyilvánvalóvá tétele céljából először úgy célszerű méretni a gyerekeket, hogy ők maguk választhassák meg ezt az egységet. Ez lehet pl. az arasz, lábhossz, lépéshossz stb. Ezt követően kezdjék csak el a mérőeszközök használatát.

Azonos mérőműszer használata esetén feltehetőleg tapasztalni fogják, hogy ugyanazt a hosszúságot többen különbözőnek mérik. Célszerű megbeszélni, hogy mi lehet az eltérések oka. Pl. rosszul tartják a mérőszalagot, különböző szögekből nézik stb.

A kis hosszúságok mérésénél célszerű a sokszorozás elvéhez fordulni. Pl. nem egyetlen könyvlap vastagságát mérjük meg, hanem pl. 100 db-ot.

Az osztály tanulóinak magasságát célszerű hisztorgammon ábrázoltatni. Ehhez magasságintervallumokat kell választani, melyek körülbelül 5-6 cm szélesek, majd megszámolni, hogy mely intervallumba hány tanuló kerül. Ezt követően ábrázolják az így kapott értékeket. Célszerű négyzetrácsos füzetlapokat használni. Egy intervallum egy négyzetrács szélessége legyen, és a magassága pedig egy tanulót jelentsen. Így az ábrázolás során a négyzetek számának meg kell egyeznie a tanulói létszámmal. Ha szerencsénk van, akkor ez az eloszlás hasonlítani fog a Gauss eloszláshoz.

A gyerekek készítsenek magyarázó ábrákat, bemutató posztereket az általuk javasolt mérési lehetőségek demonstrálásához!

Nagyon fontos, hogy a gyerekek érzékeljék a különböző objektumok nagyságrendi viszonyait, mely sok esetben nem könnyű. Ezek jelölésére gyakran szükséges a 10 hatványainak használata, mely matematikából ekkor még nem tananyag. Ezért szükséges, hogy használatát bemutassuk néhány esetben a sok “0” kiírásával. Pl. a kis méreteknél 10-1 = 0,1 , 10-2 = 0,01 ……. 10-10 m =

 0,000 000 000 1m, mely már az atomok mérettartománya, és a nagy méreteknél 102 = 100 , 103 = 1000 , 1018 m = 1000 000 000 000 000 000 m, mely a Tejútrendszer mérettartománya.

A későbbiek során ennek ki kell egészülnie a térfogatos összehasonlításokkal. Ez azért fontos, mivel a gyermekek atomos anyagszemlélete csak fokozatosan és lassan alakul ki. Valószínűleg többen hallottak már az atomokról, de feltehetően többen még az erre a korosztályra jellemző folytonos anyagképben gondolkodnak. Esetleg megtanulhatják az atomok mérettartományát, de az atomos világszemlélet nem válik valódi gondolkodásuk részévé. Sokat segíthetünk ebben a folyamatban, ha megadjuk azt is, hogy némely objektum nagyságrendileg hány atomból is áll. Diagnosztikus kérdésként feltehetjük a következőt a gyerekeknek: Mit gondoltok, mi van az atomok között? A pedagógiai vizsgálatok szerint erre a kérdésre sok gyerek válaszol úgy, hogy levegő (valószínűleg folytonosnak gondolt), illetve por, szennyeződés, vírusok, bacilusok stb. Ezért célszerű megbeszélni azt, hogy ezek az objektumok már összetettek, nagyon sok atomból épülnek fel. A matematikai tanulmányok előrehaladtával célszerű az atomok számát meg is becsülni. Ehhez viszont térfogatokat kell összehasonlítani, amely nem egyszerűen a lineáris méret. A következő egyszerűsítést lehet tenni: az atomok és vírus, a baktérium és a sejt térfogatát lehet egy kocka térfogatával becsülni, hiszen az egyszerűen a3, az emberét pedig téglatesttel. A gyerekeknek szóló részben csak a végeredményeket közöljük táblázatos formában, míg itt leírjuk a becslés menetét, rábízva a tanár kollegára, hogy ebből mit ad át a gyerekeknek.

 

 

Az atomok térfogata:

A lineáris méret, a ~ 10-10 m, a térfogata Va ~ 10-30 m3 .

 

Egy vírus tárfogata: Vv ~ (10-7m)3 ~ 10-21 m3

Az atomok száma: darab.

 

Közepes baktérium térfogata: Vb ~ (10-6 m)3 ~ 10-18 m3

Az atomok száma: darab.

 

Egy közepes méretű sejt térfogata: Vs ~ (10-5 m)3 ~ 10-15 m3

Az atomok száma: darab.

 

Egy átlagos ember térfogata: tekintsük 170 cm magasnak, a talpak felületét vegyük körülbelül 2.10-2 m2 – nek. Így a térfogat Ve ~ 1,7.2.10-2 ~ 3,4.10-2 m3 .

Az atomok száma: darab.

A táblázatban az egyszerűség kedvéért 1028 - 1029 darabot írtunk.

 

A részecskék mérettartományának becsléséhez a következő egyszerű mérést tudjuk javasolni:

Tegyenek 1 csepp olajhoz 1000 csepp alkoholt. Így a keveréknek kb. ezredrésze az olaj. Cseppentsenek egyetlen cseppet a keverékből egy szélesebb pohárban lévő vízre. A csepp szétterül, melynek alkoholtartalma viszonylag hamar elpárolog. Ha a vízre előzőleg búzadarát vagy kénport szórnak, jól láthatóvá válik az olajfolt területe, mely egyetlen molekula vastagságú. Egyetlen csepp térfogatát kell csak meghatározni, majd ebből már számolható az olaj részecskék lineáris mérete.

Egy csepp térfogata meghatározható például úgy, hogy ismert térfogatot, mondjuk egy pipettából 1 cm3 – nyi elegyet kicsepegtetünk, és számoljuk, hogy ez hány csepp.  hányados adja 1 csepp térfogatát. Továbbá tudjuk, hogy ennek ezredrésze a teljes az olaj teljes térfogata.

Az olajfolt területét becsüljük meg például úgy, hogy kockás papírra átrajzoljuk, melyen előzőleg bejelöltük a cm2 –eket (két egység x két egység, mivel 0,5 cm-es a négyzetek oldala), és megszámoljuk a kijelölt cm2-ek számát. Itt is valószínűleg kerekíteni kell, hiszen biztosan lesznek tört cm2 –ek is.

Az olaj térfogatának és felületének hányadosa adja az olajrészecskék lineáris méretét cm-ben.

 

Ajánlott feldolgozási mód:

 

1.     Diagnosztikus kérdések megbeszélése.

2.     A feladatok előkészítése, megbeszélése frontális módon.

3.     A gyerekek kisebb, 3-4 fős, csoportokban dolgoznak az első feladatsoron.

4.     Beszámoló a csoportok munkájáról. A gyerekek mutassák be egymásnak a mérési módszert, a kiértékelés módját, a kapott eredményeket. E közben használják az általuk készített rajzokat, posztereket!

5.     Második feladatsor elvégzése csoportmunkában.

6.     Beszámolók.

7.     Beszámolók a kiegészítő feladatokból.

 

Változatok:

 

Lehet egy közös, osztályszintű mérést is beiktatni a csoportmunkák elé frontális formában.

 

Kiegészítés:

 

-              Tanulók lakása, esetleg saját szobája térképének elkészítése

-              Az iskola és környéke térképének elkészítése.

-              A hosszúságmérés történetéről beszámoló készítése

-              A m, mint a hosszúság egysége, története

-              Különböző sportpályák méreteinek összegyűjtése

-              Közlekedési eszközök méretei, mint személyautók, villamos, busz, troli, repülőgépek stb. (gyűjtőmunka)

-              Híres épületek, tornyok méretei (gyűjtőmunka)

-              Jellemző testméreteink

-              Állatok, illetve növények jellemző hosszúságméretei a különböző fajok esetében.

-              Ugró állatok ugrási hosszúságainak összegyűjtése.

 

Eszközök, anyagok:

 

-               vonalzó, szabó-cm, colstok, papírok, tollak, ceruzák,

 

Tesztkérdések a diagnosztikus méréshez:

 

-              Rajzold le, szerinted mekkora az 1 cm-es és a 10 cm-es hosszúság?

-              Szerinted egy A/4-es papír milyen hosszú és milyen széles?

-              Mit gondolsz, milyen széles a padod?

-              Mit gondolsz, milyen hosszúságú az osztályterem?

-              Szerinted egy neked méretben megfelelő ünneplő ruhát milyen méretű anyagdarabból lehetne elkészíteni?

 

Az egyes csoportok számára ajánlott feladatok:

 

Első feladatsor:

 

1.   csoport

 

A Ti csoportotok feladata az osztályban található padok méreteinek meghatározása lesz. Mérjétek meg az összes pad szerintetek jellemző hosszúságadatait egy általatok választott hosszúságegységben! Hasonlítsátok össze a kapott eredményeket.

Képzeljétek le, hogy az osztályteremben klubdélutánt fogtok szervezni, melyen egy kis színdarabot fogtok előadni, és ehhez minél nagyobb helyre van szükségetek. Adjátok meg a szükséges hely méreteit!

 

2.   csoport

 

A Ti csoportotok feladata a táskátokban található könyvek és füzetek méreteinek meghatározása. Milyen magas lenne az az oszlop, amelyet az aznapra elhozott könyvekből és füzetekből készítenétek? Becsüljétek meg az oszlop magasságát, majd számításaitokat ellenőrizzétek is le úgy, hogy megépítitek az oszlopot!

 

3.   csoport

 

A Ti csoportotok feladata az lesz, hogy próbáljátok meghatározni egyetlen füzetlap és egyetlen könyvlap vastagságát. Mérjétek meg legalább 50, szorosan összefogott lap vastagságát, majd a kapott értéket osszátok el 50-nel! Határozzátok meg minél többféle könyv és füzetlap vastagsását! egyen közöttük famentes papír, vékony papír, vastagabb papír pl. rajzlap.

 

4.   csoport

 

A Ti csoportotok feladata az osztályterem hosszúságadatainak meghatározása. Mérjétek meg milyen széles és milyen hosszú az osztályterem egy általatok választott egységben! Határozzátok meg, hogy ebből körülbelül mekkora helyet foglalnak el a tanulók, és mekkora hely marad a “tanári” részre!

 

5.   csoport

 

A Ti csoportotok feladata az lesz, hogy minden osztálytársatok testmagasságát megmérjétek. Ezt követően csoportosítsátok az adatokat! Célszerű lesz 5-6 cm-es intervallumokat kialakítani, pl hány gyerek magassága esik a 140-145 cm-es magasságtartományba. Foglaljátok táblázatba a kapott adatokat, majd ábrázoljátok azokat a következő módon:

-      Vegyetek fel egy koordináta-rendszert, melynek vízszintes tengelyére az intervallumokat írjátok fel, a függőleges tengelyen pedig az adott intervallumba tartozó gyerekek száma kerül.

-      Minden gyereknek egy téglalap fog megfelelni. Rajzoljatok minden vízszintesen kijelölt intervallumrész fölé olyan magas oszlopot, ahány gyerek abba az intervallumba tartozik!

-      Mely intervallumba tartozik a legtöbb gyerek?

-      Mely intervallumba tartozik a legkevesebb gyerek?

A beszámoló alkalmával kérdezzétek meg osztálytársaitoktól a következőket, akiknek a grafikon alapján kell válaszolni: Van-e 180 cm magas gyerekek az osztályban? Van-e 150 cm-nél alacsonyabb gyerek az osztályban? Ha igen, akkor hány? Ha új tanuló érkezne az osztályba, melyik csoportba tartozna szerinted legnagyobb valószínűséggel?

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Második feladatsor

 

A gyerekcsoportok azonos feladatot kapnak ebben a részben, mégpedig el kell készíteniük az osztályterem térképét egy A/4-es rajzlapra a benne lévő tárgyakkal együtt. E közben természetesen használják a már ismert mérési adatokat, mint pl. a padok méretét, a hiányzókat pedig megmérik.

 

Tankönyv jellegű segédlet minden csoport számára

 

Megmérni valamit, például hosszúságot, időt, térfogatot stb. mindig azt jelenti, hogy a megmérendő mennyiséget összehasonlítjuk az egységgel. Mértékéül azt az értéket adjuk meg, amely megmutatja, hogy a mérendő mennyiség hányszorosa a választott egységnek.

Egy mennyiség mindig két részből áll, a mérőszámból és az összehasonlítás alapjául választott mértékegységből. Például 3m azt jelenti, hogy 3x1m, ahol a 3 a mérőszám, a m pedig a választott mértékegység.

A távolság alapmennyisége a hosszúság, amelynek jele a l, mértékegysége pedig a méter (m). A csillagászok ennek a mértékegységnek a sokszorosát használják a távolságok megjelölésére. Az atomok világában viszont a méter törtrésze használatos.

Ha kétszer elvégezzük ugyanazt a mérést, általában ritkán kapjuk pontosan ugyanazt az eredményt. A mérési pontosság két dologtól függ. Egyrészt függ az alkalmazott mérőműszertől. Elfogadott hibabecslés az, ha a mérőműszer hibáját akkorának választjuk, mint a mérőműszeren szereplő beosztás. Pl. ha cm-es beosztású mérőszalagunk van, akkor ezzel az eszközzel nem mérhetünk pontosabban, mint 1 cm. Azonban ha mm-es beosztású vonalzóval végezzük a mérést, akkor 1 mm-es pontossággal tudunk már hosszúságot mérni. Másrészt a mérési hiba a mérést végző személytől is függ. Pl. mennyire pontosan olvassa le a mérőműszer által mutatott értékeket, mennyi precízen végzi a mérést stb.

A mérési eredményeket célszerű táblázatos formában rögzíteni. A táblázatoknak a következőket kell tartalmaznia:

- a mérések sorszámát,

- az összes mérés értékeit,

- a meghatározott, a mérési eredményekből kiszámított mennyiségek értékeit a megfelelő mértékegységben kifejezve,

- megjegyzéseknek általában célszerű külön rovatot hagyni.

Előfordulhat, hogy valamelyik mérési eredmény nagyon különbözik a többitől. Ilyen esetben célszerű új méréseket végezni, és ha azt látjuk, hogy az így kapott adatok az előbb kapott többi adattal vannak összhangban, akkor az ilyen "kilógó" mérési eredményt el kell hagyni, ne vegyük figyelembe további számításainknál. Célszerű meggondolni azt is, hogy milyen pontosan végeztük el a mérést.

 

Néhány távolság

 

A Tejútrendszer átmérője:

1018 km

A Nap-Föld távolság:

149 600 000 km

A Föld-Hold távolság:

384 404 km

A Föld sugara:

6 300 000 m

egy átlagos emberi környezet:

1-100 m

átlagos testmagasság:

165 cm

két pont legkisebb távolsága, amelyet még meg tudunk szemünkkel különböztetni

0,1 mm

egy nagyobb sejt

10-5 – 10-4 m

baktérium

10-7 – 10-5 m

vírus

10-7 m

közepes molekula

10-8 – 10-9 m

atomok

10-11 – 10-12 m

 

Körülbelül hány atomot tartalmaz egy:

 

egy átlagos vírus

109 darab

közepes baktérium

1012 darab

közepes méretű sejt

1015 darab

közepes méretű ember

1028 - 1029 darab

 

Az Avogadro állandó 6,022.1023 , melyet Amadeo Avogadro di Quaregna olasz jogász és fizikus tiszteletére neveznek így. Ez azt jelenti, hogy hány darab részecske található egy mólban, melyet gyakran Avogadro számnak is neveznek. Egy mólnyi mennyiségű anyag 20°C-on, normál földi nyomáson 24 dm3 bármilyen anyagi minőségű gáz, 18 g víz, 12 g szén, 32 g kén, 23 g nátrium, stb., melyekkel majd kémiai tanulmányaitok során fogtok megismerkedni. Hogy el tudjátok képzelni ezt az irgalmatlanul nagy számot, mely ugye arra utal, hogy mennyire kicsik az atomok, az anyagot felépítő részecskék, néhány hasonlatot gyűjtöttünk össze számotokra.

 

Pénzzel kapcsolatos hasonlatok

 

1.       Pénzben, mindössze egy mol 1 Ft-os érme betöltené a teljes teret a Hold Föld körüli pályáján belül 400 forintos halmokban elhelyezve.

2.       A Föld teljes népessége, körülbelül 6 milliárd ember, között egyenletesen szétosztva mindenkinek egy molnyi forintot, minden egyes ember alig kevesebb, mint 1 billió (1012) forintot kapna.

3.       Ha 1 mol dollárt nyernél a lottón, amikor megszületsz, és milliárd dollárokat költesz el másodpercenként, akkor, ha 90 éves korodban meghalsz, akkor még mindig megvan a nyereményed több, mint 99,999%-a.

4.       Ha a Föld 6 milliárd emberéből milliomost csinálnánk (kézhez kapnának 1 millió dollárt), szükségünk lenne még 120 millió másik Földre, és az ott élő emberekre, hogy 6,02.1023 dollár forgalomban legyen.

 

Étellel kapcsolatos hasonlatok

 

5.       Ha másodpercenként egy szem borsót tudunk megszámolni, akkor 1,7.1016 évig tartana 6,02.1023 szem borsó megszámolása. Másrészről, 6 milliárd embernek (a világ teljes népességének) 3,4 millió évig tudnánk munkát adni.

6.       …ha a szénatomok akkorák lennének, mint a borsószemek, akkor abból 6,02.1023 darab 15m magasan fedné be a Föld felszínét, könnyű lenne kiásni a Vidám Zöld Óriást…

7.       Ha Avogadro-számnyi pattogatott kukoricamagod lenne, és szétterítenéd az USA-ban, akkor az ország 9 mérföld magasan lenne befedve pattogatott kukoricával!

 

Méretbeli hasonlatok

 

8.       6 billió Tejútnyi méretű galaxis jelentene 6.1023 darab csillagot.

9.       6,02.1023 darab játékgolyó terjedelme a teljes Föld felszínén 3 mérföld vastag réteget hozna létre.

10.    1 molnyi számú ember létezéséhez 1014 Föld lenne elég a mai színvonalon. Ez 100 billió Föld. Vagy másképp, a Föld jelenlegi népessége az 1 mol 10-12 %-a. (0,000 000 000 001%).

 

Vizes hasonlatok

 

11.    ……egy normál 2dl-es vizespohár 13,1 mol vizet tartalmaz, mely az Avogadro szám 13,1-szerese, vagyis 79.1023 darab vízmolekula.

12.    Ha megmérnéd a világóceán összes vízmennyiségét, akkor körülbelül az Avogadro szám kétszeresét kapnád milliliterben.

 

 

Milyen hosszú egyetlen perc?

 

A gyerekek az időmérés lehetőségeivel ismerkednek.

 

Mely célok eléréséhez járul hozzá?

 

A gyerekek adatokat gyűjtenek, rendszerezik különböző szempontok szerint. A természettudományos megismerési módszer egyik lényeges elemével ismerkednek konkrét gyakorlati tevékenységeken keresztül. Szerezzenek jártasságot a különböző mérőeszközök használatában.

 

Háttér:

 

A gyerekek természetesen módon használják az idővel kapcsolatos fogalmakat, feltehetően már ismerik az órát, de az időmérés mibenléte és fontossága még valószínűleg nem tudatosult bennük. Először célszerű azt bemutatni a gyerekek számára az ajánlott mérési feladatokon keresztül, hogy az idő, az egyes tevékenységek elvégzéséhez szükséges időtartam ismerete mennyire fontos a mindennapi életben. Majd konkrét fizikai jelenség vizsgálatán keresztül megnézni.

A téma feldolgozása során előfordulhat még egy másik probléma is, nevezetesen a gyerekeknek a Földről, a Naprendszerről alkotott képnek aktuális állapota. Egyáltalán nem biztos, hogy a gyerekek ebben az életkorban a tudományos képet birtokolják. A Föld gömbölyű voltát már valószínűleg elfogadták, de hogy a Nap körül kering, illetve a napszakok változásának a föld forgásával való magyarázata egyáltalán nem biztos, hogy ismert, illetve teljesen megértett dolog számukra.

 

Ajánlott feldolgozási mód:

 

A feladatokat alapvetően 3 csoportba osztottuk. Az első csoport olyan, hogy a gyerekeknek nem az órán kell az ajánlott méréseket elvégezni, hanem egy részét iskolán kívül, illetve más órákon. Az adatok feldolgozása, majd azok rendszerezése, csoportosítása, megbeszélése viszont már a szakóra témája.

A második részhez igazából bármelyik feladat alkalmas lehet, hiszen a cél az adok csoportosítása, majd azok vizuális megjelenítése hisztorgam formájában. Ez közös tevékenység is lehet, de egyes részfeladatok kiadhatók egyes csoportoknak is, pl. fiúk – lányok külön – külön hisztorgramjának elkészítése.

A harmadik részben egy viszonylag kicsiny időtartam megmérése a cél, melyet a sokszorozás módszerével lehet megoldani. A fonálinga lengésidejének tanulmányozása és az eredmények fizikai magyarázata valójában csak a felsőbb évfolyamokon feladat. Itt csak, mint érdekességként szerepel, mellyel inkább a tudományos ismeretszerzés módszertanát kívánjuk bemutatni a gyerekeknek egy konkrét mérési feladaton keresztül. Jó, ha az egyes csoportok más –más lehetőséget vizsgálnak.

1.       Diagnosztikus kérdések megbeszélése.

2.       A feladatok előkészítése, megbeszélése frontális módon.

3.       A gyerekek kisebb, 3-4 fős, csoportokban dolgoznak először a szakórán kívül, majd a szakórán.

4.       Beszámoló a csoportok munkájáról. A gyerekek mutassák be egymásnak a mérési módszert, a kiértékelés módját, a kapott eredményeket. E közben használják az általuk készített rajzokat, posztereket!

5.       Második feladatsor elvégzése közösen.

6.       Válaszok a kérdésekre, illetve újabb kérdések megfogalmazása, majd válasz.

7.       Beszámolók a kiegészítő feladatokból.

 

Változatok:

 

Lehet egy közös, osztályszintű mérést is beiktatni a csoportmunkák elé frontális formában. Ez lehet egy egyszerű folyamat (pl. egy elejtett tollpihe földre érkezése) idejének megmérése, pl. pulzusszámlálás alapján. A mérési eredményeket összehasonlítva észre lehet venni, hogy a gyerekek esetleg nagyon különböző értékeket kaptak. Ezt követően kerülhet sor a diagnosztikus kérdésekre, majd azok megbeszélésére, és végül a 3-féle feladat elvégzésére.

 

Kiegészítés:

 

-              Történeti áttekintések, csillagászati háttér, ókori mezopotámiai emlékek

-              Az időszámítás kezdetei a különböző kultúrákban

-              Időzónák a Földön

-              Készítsetek gyűjtőmunkát arról, hogy mennyi ideig tartanak a különböző sportmérkőzések?

-              Készítsenek vízórát, homokórát, virágórát egyes gyerekcsoportok

-              Mi a bioritmus? (gyűjtőmunka)

 

Eszközök, anyagok:

 

Karóra, vagy fali óra, másodpercmutatóval, stopperóra, papír, ceruza, számológép.

 

Tesztkérdések a diagnosztikus méréshez:

 

-              Szerinted mi tart hosszabb ideig, míg a Föld egyszer megkerüli a Napot, vagy egy év?

-              Szerinted miért van éjszaka?

-              Amikor nálunk éjszaka van, lehetséges szerinted, hogy máshol éppen reggel van, vagy éppen dél?

-              Számítsd ki, hogy egy óra hány másodperc!

 

Az egyes csoportok számára ajánlott feladatok

 

1. feladatsor

 

-              Mérjétek meg, hogy csoportotok egyes tagjai mennyi idő alatt érkeznek be otthonról az iskolába! Átlagosan mennyi idő alatt értek be az iskolába? Ki érkezik be a legrövidebb idő alatt, és ki a leghosszabb idő alatt?

-              Biztosan szerettek táncdalokat hallgatni. Mérjétek meg a kedvenc dalaitok lejátszásához szükséges időt! Csoportosítsátok a dalokat idejük szerint!

-              Biztosan sok órán szoktatok felelni. Egy héten keresztül mérjétek meg minden órán azt, hogy mennyi ideig felel egy felelő! Átalagosan mennyi ideig tart egy felelet? Van-e különbség az egyes tantárgyak között ebben a tekintetben?

-              Biztosan részt szoktatok venni különböző orvosi vizsgálatokon, ahol sokat kell várni. Mérjétek meg, hogy egy-egy beteg mennyi időt tölt bent az orvosnál! Van-e különbség az egyes orvosok esetében?

-              Mérjétek meg, hogy egy átlagos napon mennyi időt töltötök el a különböző órákra való felkészüléssel? Van-e különbség ebben a tekintetben az egyes tantárgyak között? Mindenkinek azonos a véleménye az osztályban erről a kérdésről?

 

2. feladatsor

 

-              Mennyi ideig tart nálatok a mosakodás? Mindenki mérje meg, majd az órán készítsetek hisztogrammos ábrázolást erről. Alkossatok idő-intevallumokat a mérési eredmények alapján, számoljátok meg, hogy mely intevallumba hány gyerek kerül! Rajzoljatok koordináta-rendszert, melynek vízszintes tengelyén az időintevallumok szerepelnek, függőleges tengelyén pedig az, hogy hány gyerek kerül abba csoportba. Az ábrázolás elkészülte után válaszoljatok a következő kérdésekre:

Általában mennyi ideig mosakodnak a gyerekek?

Van-e különbség a fiúk és a lányok mosakodási ideje között? Készítsetek két, az előzőhöz hasonló hisztogrammot, külön a fiúkra és külön a lányokra!

Hányan mosakszanak meg az átlagosnál rövidebb idő alatt?

Hányan mosakodnak az átlagosnál hosszabb ideig?

Ha egy új gyerek kerül az osztályba, akkor ő nagy valószínűséggel mennyi ideig mosakszik?

 

3. feladatsor

 

-              Fonálinga lengésidejének meghatározása.

Az inga lengésideje az az idő, amely alatt az inga egyik szélső helyzetéből kilendítve ugyanoda visszatér.

Az állványra szerelt fonálingát lengésbe hozzuk, majd amikor egyik szélső helyzetébe ér, elindítjuk a stoppert és megmérjük 10 lengés idejét (10 T). Ebből meghatározhatjuk egy lengés idejét!

 

mérés sorszáma

10 T(s)

T(s)

1.

 

 

2.

 

 

3.

 

 

T-átlag:

 

Próbáljátok megvizsgálni azt, hogy milyen tényezőktől függhet az inga lengésideje! Alkossatok hipotézist, tervezzetek rá mérési eljárásokat, majd végezzétek el a mérés sorozatot!

 

Segédlet minden csoport számára

 

Néhány jellegzetes időtartam

 

A Világegyetem kora

10.109 – 20.109 év (10-20 milliárd év)

A Föld kora

4,5 milliárd év

az élet kialakulása

3,5 milliárd év

az emberi civilizáció

pár tízezer év

egy emberi élet

60-70 év

egy nap

24 óra = 8,64.104 s

a fülünkkel még

érzékelhető legrövidebb időtartam:

0,1 s

 

De nehéz az iskolatáska…

 

A gyerekek a tömegmérés elemeivel ismerkednek meg.

 

Mely célok eléréséhez járul hozzá?

 

A gyerekek jártasságot szereznek a különböző tömegmérési lehetőségek használatában. A fogalom alapvető szerepet játszik a későbbi sűrűségfogalom megkonstruálásakor is.

 

Háttér:

 

A gyerekeknek van tömegfogalmuk - amely ebben az életkorban azonos a súly fogalmával, van térfogat fogalmuk, amely szintén keveredik a tömeg/súly fogalom-együttessel, bár ebben az esetben már a differenciálódás kezdetei is megfigyelhetők, és van, tapasztalataink szerint, egy ezektől függetlenül kialakított űrmérték képük, amely sokukban a váltószámok megtanulásának gyötrelmes képét idézi fel. Rendelkeznek továbbá egy intuitív sűrűség-fogalommal, hiszen sokszor emeltek föl különböző anyagú és különböző méretű tárgyakat, habszivacs labdákat, tollal töltött párnát, vizesvödröt, fadarabokat. Az intuitív sűrűségfogalomba sokuknál bezavar" a viszkozitás, hiszen a sűrűre főzött puding, vagy a háztartásban használt olaj minden gyerek tapasztalati világában megtalálható. Az említett négy mennyiség a gyerekek jelentős részében olyan halmazokat alkot, amelyeknek igen nagy a közös részük, sőt számos mennyiséget teljesen azonosnak vélnek.

A gyerekek által kitöltött diagnosztikus teszt kérdései között szerepeljen legalább egy olyan, amely a tömeg-térfogat fogalom együttes alakulásáról érdeklődik. Leggyakrabban azt a kérdést használják, hogy Mi a nehezebb, 1 kg toll, vagy 1 kg kő?" A válaszadók között, 111 hatodik osztályos dolgozata alapján 53 % azt a választ adja, hogy 1 kg kő nehezebb.

A következő szakaszban a tanítási órákon a teszt megírása során felmerült legfontosabb problémákat beszéljük meg a gyerekekkel. A tesztben helyesen válaszoló gyerekek a következőképpen szoktak magyarázni a többieknek: Hát nem vettétek észre a kérdésben 1 kg toll és ugyanannyi, vagyis pontosan 1 kg kő szerepel! Ezek természetesen egyforma nehezek!" Az ellentábort azonban nem mindig győzi meg ez az érvelés (a feladatot ők is elolvasták) és a következőképpen válaszolnak: De hát hogyan lehetnének egyenlők, képzeljetek már magatok elé 1 kg tollat, ez akkora lehet, mint egy nagyobb párna, és ehhez képest az 1 kg kő nagyon kis helyet foglal el. Hogyan lehetnének egyenlők?" Különösen érdekes volt számunkra, hogy amíg az előző fél használta az egyenlő mennyiségek jellemzésére a nehéz" kifejezést, addig ez a tábor nem nevezi meg, hogy milyen mennyiségeket vizsgál. A magyarázatból persze érződik, hogy a milyen nehéz" kérdésre ezekben a gyerekekben a mekkora helyet foglal el" kép hívódik elő, és a válasz megadásában még egy fordított arányosság-féle sem zavarja meg őket (minél kisebb, annál nehezebb). A válaszok mögött szinte tapintható a formálódó sűrűség-fogalom. A dolog érdekessége, hogy a megfigyelt osztályokban lezajló beszélgetések során, a tesztben eredetileg helyesen válaszoló gyerekek közül sokan elbizonytalanodnak, amikor a másik fél érvelésére megjelenik képzeletükben a nagy helyet elfoglaló toll, és a kisebb térfogatú kő.

Természetesen a vizsgált esetek száma alapján nem jelenthetjük ki, hogy ez a fogalomalkotási - differenciálódási folyamat tipikus lenne, de számos idősebb korosztályban felmerülő probléma alapján valószínűsíthető, hogy a térfogat, a tömeg és a sűrűség fogalmak alakulása még az általános iskolás korszak végére sem zárul le a gyerekek jelentős részénél. Ha végiggondoljuk, hogy ezek a fogalmak mennyi természettudományos és gyakorlati ismeret alapjait képezik, nem csodálhatjuk, ha a gyerekek jelentős részének okoznak gondot a kémiai számítások, és a hidrosztatika törvényei, hogy csak két témát ragadjunk ki a kínálkozó lehetőségek közül.

Arra a kérdésre, hogyha egy mérleg serpenyőiben egy pohár jeget kiegyensúlyozunk, akkor a jég elolvadása után milyen lesz a mérleg helyzete, a gyerekeknek megközelítőleg 1/3 része szokta azt válaszolni, hogy akkor is egyensúlyban marad a mérleg, a 2/3 része pedig azt válaszolja, hogy a víz nehezebb illetve könnyebb lesz. Abban, hogy a víz könnyebb vagy nehezebb lesz-e az olvadás után, többnyire azért különböztek a válaszok, mert a gyerekek nem emlékeztek pontosan arra, hogy minek nagyobb a térfogata, a jégnek, vagy a belőle, olvadás után nyerhető víznek. A kérdés a tömegmegmaradás elvének megléte után érdeklődik. Az előzőek alapján látható, hogy ez a konstrukció nincs meg a gyerekek jelentős részénél! Ennek eléréséhez ajánljuk a második feladatsort.

 

Ajánlott feldolgozási mód:

 

1.     Diagnosztikus teszt megíratása, majd a válaszok megbeszélése.

2.     Csoportfeladatok kiosztása.

3.     A gyerekek csoportokban dolgoznak az első feladatsoron. Az 5. csoportba lehetőleg fiúk kerüljenek, akik szeretnek kisautókkal játszani!

4.     Csoportbeszámolók.

5.     A gyerekek csoportokban dolgoznak a második feladatsoron.

6.     Csoportbeszámolók.

7.     Kiegészítő feladatok megbeszélése.

 

Változatok:

 

A tömegmérést követően, vagy előtte készíthető hasonló kis oktatási program a térfogatméréshez is, melyben különböző folyadékok térfogatait mérik meg a gyerekek. Majd folyadék-kiszorításos módszerrel szilárd anyagok térfogatait is megmérik. Vagyis elkezdhető a sűrűségfogalom kialakítása. Vigyázat, a gyerekek intuitív sűrűségfogalma erősen kötődik a viszkozitás fogalmához, hiszen a mindennapi életben azt a folyadékot nevezzük sűrűbbnek, amely nehezebben keverhető, pl. olaj, puding “besűrűsödése” stb.

 

Kiegészítés:

 

-              Van-e összefüggés a gyerekek magassága és tömege között? (Összehasonlító elemzés)

-              Reggeli és esti, esetleg napközbeni tömegmérések. Van-e eltérés? Mi lehet az oka? Ezt több gyerekek is csinálhatja.

-              Nézzetek utána különböző állatok jellegzetes tömegeinek! Melyik a legkönnyebb és melyik a legnehezebb állat?

-              Mekkora a különböző közlekedési eszközök tömege? (gyűjtőmunka)

-              Hogyan mértek tömeget az emberek a történelem folyamán? A tömegmérés egységeinek alakulása az emberiség történetében.

 

Eszközök, anyagok:

 

fürdőszobamérleg, levélmérleg, iskolai karos mérlegek, súlysorozat, papír, ceruza, színesek, radír, sok, egyforma tömegű “valami”, pl. golyók, szegecsek a kiegyensúlyozáshoz, főzőpoharak, vegyszerek, jég, vegyszerkanál stb.

 

Tesztkérdések a diagnosztikus méréshez:

 

-              Mit gondoltok, mi nehezebb, 1 kg vas, vagy 1 kg tollpihe?

-              Mekkora lehet szerintetek egy 1 kg tömegű aranytömb? Elférne a tenyeretekben?

-              Szerintetek ha 1 kg jég megolvad, akkor nő vagy csökken a folyamat közben a tömege?

 

Az egyes csoportok számára ajánlott feladatok

 

1.     Csoport

 

-              Mérjétek meg csoportotok egyik tagjának könyveit, füzeteit, tolltartóját, üres táskájának a tömegét, majd adjátok össze a kapott értékeket. Ez után mérjétek meg a teli táska tömegét is. Jól számoltatok?

-              Mérjétek meg az osztályotokba járó tanulók táskáinak tömegét! Írjátok fel a kapott adatokat, majd alkossatok ezekből csoportokat. Számoljátok meg, hogy hány táska kerül az egyes csoportokba! Ábrázoljátok az egyes csoportokba eső táskák számát a tömeg függvényében!

 

2. Csoport

 

-              A méréshez kérjétek meg osztálytársaitokat, hogy álljanak rá egy fürdőszobamérlegre! Mindenkinek a tömegét jegyezzétek fel! Alkossatok ezekből csoportokat! Számoljátok meg, hogy hány tanuló kerül az egyes csoportokba! Ábrázoljátok az egyes csoportokba eső tanulók számát a tömeg függvényében!

-              Ha egy új tanuló kerül az osztályotokba, akkor nagy valószínűség szerint melyik csoportba esik majd az Ő tömege?

-              Van-e különbség a fiúk és a lányok tömege között? Válogassátok szét e szerint az adatokat, és készítsétek el mindkét nem esetében a csoportalakítást, majd az ábrázolást!

 

3. Csoport

 

-              Osztálypénzből vegyetek 5 kg almát! Körülbelül 2,5 kg piros és 2,5 kg zöld almát vegyetek! Mérjétek le minden egyes alma tömegét. Jegyezzétek fel az adatokat! Alkossatok ezekből csoportokat! Számoljátok meg, hogy hány alma kerül az egyes csoportokba! Ábrázoljátok az egyes csoportokba eső almák számát a tömeg függvényében!

-              Ha egy új tanuló kerül az osztályotokba, és almát hoz magával uzsonnára, akkor nagy valószínűség szerint melyik csoportba esik majd ennek az almának a tömege?

-              Van-e különbség a különböző típusú almák tömegei tömege között? Válogassátok szét e szerint az adatokat, és készítsétek el mindkét típus esetében a csoportalakítást, majd az ábrázolást!

 

4. Csoport

 

-              Vegyetek osztálypénzből egy csomag babot vagy borsót! Határozzátok meg egyetlen szem tömegét! Tervezzétek meg a mérést, majd beszéljétek meg tanárotokkal. Ha Ő is jónak tartja, akkor végezzétek is el a mérést!

-              Hogyan határoznátok meg egyetlen papírlap tömegét? Tervezzétek meg a mérést, majd végezzétek is el!

-              Határozzátok meg a Magyarországon használatos pénzérmék tömegét!

 

5. Csoport

 

-              Hozzátok be otthonról a kicsi játékautóitokat! Mérjétek meg ezek tömegét! Jegyezzétek fel az adatokat! Alkossatok ezekből csoportokat! Számoljátok meg, hogy hány autó kerül az egyes csoportokba! Ábrázoljátok az egyes csoportokba eső autók számát a tömeg függvényében!

-              Ha egy új tanuló kerül az osztályotokba, és hoz magával egy kisautót, akkor nagy valószínűség szerint melyik csoportba esik majd ennek az autónak a tömege? Lehet-e ebben az esetben ilyen kijelentést tenni?

 

Második rész

--------------------------------------------------------------------------------------------------

 

1. Csoport

 

-              Tanárotoktól kaptok egy igen hideg jégdarabot a mélyhűtőből. Határozzátok meg a tömegét! A jeget azonban nem lehet csak “úgy” a mérlegre tenni, főzőpohárba kell helyezni! Hogyan tujátok meghatározni a tömegét?

-              Mit gondoltok, más lesz-e a tömege, amikor megolvad?

-              Hagyjátok a mérlegen a jégdarabot egészen addig, amíg meg nem olvad, és közben figyeljétek, változik-e olvadás közben a tömege! Mit tapasztaltok? Az amit vártatok?

 

2. Csoport

 

-              Készítsetek keveréket 100 g víz és cukor felhasználásával! Hogyan fogjátok a 100 g víz tömegét lemérni? Ha sikerült, akkor mérjetek ki 5 g cukrot és öntsétek a vízbe, majd keverjétek el! Mit gondoltok, mennyi lesz a keletkező oldat tömege?

-              Méréssel ellenőrizzétek elképzeléseteket!

 

3. Csoport

 

-              Készítsetek keveréket 100 g víz és só felhasználásával! Hogyan fogjátok a 100 g víz tömegét lemérni? Ha sikerült, akkor mérjetek ki 5 g sót és öntsétek a vízbe, majd keverjétek el! Mit gondoltok, mennyi lesz a keletkező oldat tömege?

-              Méréssel ellenőrizzétek elképzeléseteket!

 

4. Csoport

 

-              Készítsetek keveréket 100 g olaj és őrölt pirospaprika felhasználásával! Hogyan fogjátok a 100 g víz tömegét lemérni? Ha sikerült, akkor mérjetek ki 5 g őrölt pirospaprikát és öntsétek a vízbe, majd keverjétek el! Mit gondoltok, mennyi lesz a keletkező oldat tömege?

-              Méréssel ellenőrizzétek elképzeléseteket!

 

5. csoport

 

-              Mérjetek ki 100 g vizet! Hogyan fogjátok a 100 g víz tömegét lemérni? Mit gondoltok, változik-e a víz tömege melegítés közben?

-              Kezdjétek le melegíteni a vizet borszeszégővel! 5 percenként óvatosan, ronggyal fogjátok meg a főzőpoharat, és határozzátok meg a víz tömegét! Azt történik, amit vártatok?

-              Ha csökken a víz tömege, mi lehet ennek az oka? Hogyan lehetne elérni, hogy ne így legyen? Valósítsátok meg elképzeléseteket, miután tanárotokkal megbeszéltétek, és Ő jóváhagyta!

 

Segédlet minden csoport számára

 

A tömeg jele az m, az SI szerinti mértékegysége pedig a kg.

 

Néhány tömegérték

 

Tejútrendszer

4.1044 kg

Nap

2.1030 kg

Föld

6.1024 kg

átlagos ember

60 kg

fehér egér

0,2 kg

egysejtű

2.10-10 – 5.10-10 kg

átlagos szerves molekula

10-18 kg

atom

10-27 - 10-25 kg

proton, neutron

1,67.10-27  kg

 

 

 

Milyen meleg?

 

Mely célok eléréséhez járul hozzá?

 

Extenzív és intenzív paraméterek elkülönítése a hőmérséklet példáján keresztül.

 

Háttér:

 

Kicsit kilépünk az osztályteremből! Ez szükséges lépés ebben az esetben, hiszen másképp nem tudjuk bemutatni tanítványaink számára azt, hogy mi ténylegesen a körülöttünk lévő világ leírásával kívánunk foglalkozni.

A gyerekek eddig összeadódó fizikai mennyiségekkel találkoztak, illetve így gondolkoznak azokkal kapcsolatban. Ellenben a hőmérséklet ettől eltérő, kiegyenlítődő mennyiség. Differenciálatlan fogalom-együttest alkot az energiával. Ezért sok olyan válaszra számíthatunk, amelyekben a két hőmérséklet összege, vagyis a 60°C szerepel, továbbá a halmazállapot-változások során is folyamatosan növekvőnek gondolják a hőmérséklet értékét.

Nem egyértelmű még a hőmérsékleti egyensúly fogalma sem. Ennek kialakítását szolgálják az osztályban történő hőmérsékletmérések. Az udvaron, a napos helyeken mérhető magasabb hőmérsékletértékek szorulnak majd magyarázatra.

A különböző hőmérsékletű folyadékok összeöntése és a halmazállapot-változásokat jellemző hőmérsékleti viszonyok mérése későbbi oktatási programjainkban kerülnek majd elő.

 

Ajánlott feldolgozási mód:

 

1.     Diagnosztikus kérdések megbeszélése.

2.     Csoportok kialakítása.

3.     A gyerekek csoportokban dolgoznak.

4.     Csoportbeszámolók.

5.     Kiegészítő feladatok megbeszélése.

 

Kiegészítés:

 

-              Különböző állatok testhőmérséklete (gyűjtőmunka)

-              Különböző égitestek felszíni hőmérséklete (gyűjtőmunka)

-              Különböző motorokban működés közben, ipari folyamatok egyes szakaszaiban uralkodó hőmérsékletek

-              Milyen hőmérsékleti “viszonyok”-at alkalmaznak a különböző ételkészítési eljárások során, mint pl. főzés, sütés?

 

Eszközök, anyagok:

 

-              különböző hőmérők, lázmérő, papír, ceruza, színes ceruzák.

 

Tesztkérdések a diagnosztikus méréshez:

 

-              Összeöntünk 1 liter 20°C-os és 1 liter 40°C-os vizet. Mekkora lesz a kapott 2 liter víz közös hőmérséklete?

-              Változik-e szerinted a forrásban lévő víz hőmérséklete? És az olvadó jégé?

 

Az egyes csoportok számára ajánlott feladatok

 

1.     Csoport

 

Saját hőmérsékletek mérése különböző napszakokban, lázgörbe felvétele

-              Csoportotok minden tagjának az a feladata, hogy a nap különböző időszakaiban mérje meg a hőmérsékletét! Például reggel közvetlenül felkelés előtt, majd kicsit később, az iskolába történő indulás előtt, ebédidőben, délután és este, lefekvés előtt. Foglaljátok táblázatba eredményeiteket, majd ábrázoljátok a hőmérsékleteteket az idő függvényében!

-              Hasonlítsátok össze a csoporttagok eredményeit! Milyen változások figyelhetők meg?

-              Vajon miért ingadozik a testhőmérséklet?

 

2.     Csoport

 

Az iskolaudvar hőmérséklete

-              Csoportotok feladata az lesz, hogy az iskola udvarának különböző pontjain mérjétek meg a levegő hőmérsékletét. Készítsétek el az iskolaudvar vázlatos térképét, melyen satírozással azt is jelöljétek be, hogy a mérés időpontjában hol süt a Nap és hol van árnyék! Az így elkészült rajzba írjátok be a mért hőmérsékletértékeket!

-              Mely részeken magasabb a hőmérséklet és vajon miért?

 

3.     Csoport

 

A hőmérséklet napi változásai

-              Csoportotok feladata az lesz, hogy válasszatok ki egy állandó helyet, ahol a nap folyamán több alkalommal megméritek a levegő hőmérsékletét! A hőmérsékletmérés történhet reggel, közvetlenül az iskolába érkezés után, egyszer a délelőtt folyamán, körülbelül 10 órakor, délben, délután 2 óra körül, 4 óra körül és végül 6 óra körül. Legalább 3 napon keresztül végezzétek a méréseket!

-              Készítsetek összefoglaló táblázatot mérési adataitokkal, majd ábrázoljátok a mért hőmérsékleteket az idő függvényében?

-              Hogyan változik a hőmérséklet egy napon belül?

 

4.     Csoport

 

Az osztályterem hőmérséklete

-              Csoportotok feladata az lesz, hogy az osztályterem különböző pontjain mérjétek meg a levegő hőmérsékletét. Készítsétek el az osztályterem vázlatos térképét, melyen satírozással azt is jelöljétek be, hogy a mérés időpontjában hol süt a Nap és hol van árnyék! Az így elkészült rajzba írjátok be a mért hőmérsékletértékeket!

-              Mely részeken magasabb a hőmérséklet és vajon miért?

 

5.     Csoport

 

A csapvíz hőmérséklete

Csoportotok feladata az lesz, hogy különböző csapvizek hőmérsékletét mérjétek meg. Mérjétek meg a hideg, a meleg és a kellemes langyos víz hőmérsékletét! Ez utóbbi nem biztos, hogy mindenkinél azonos hőmérsékletet jelent majd. Mindenki kellemes hőmérsékletértékét jegyezzétek fel!

 

6.     Csoport

 

Az ebéd hőmérséklete

Csoportotok feladata az lesz, hogy az ebéd különböző fogásainak hőmérsékletét megmérjétek, mint leves, főétel, üdítő. Mérjétek meg akkor, amikor megkapjátok, majd akkor is, amikor pl. a leves már kellemes hőmérsékletűre kihűlt. Ez utóbbi nem biztos, hogy mindenkinél azonos hőmérsékletet jelent majd. Mindenki kellemes hőmérsékletértékét jegyezzétek fel!

 

 

 

Milyen gyorsak vagyunk?

 

Mely célok eléréséhez járul hozzá?

 

A sebességfogalom kialakításának kezdeti lépéseit kell megtennie a gyerekeknek. Újdonság továbbá, hogy ezt a mennyiséget nem közvetlenül mérjük, hanem más adatokból (távolság, idő) számítjuk.

 

Háttér:

 

Kicsit kilépünk az osztályteremből! Ez szükséges lépés ebben az esetben, hiszen másképp nem tudjuk bemutatni tanítványaink számára azt, hogy mi ténylegesen a körülöttünk lévő világ leírásával kívánunk foglalkozni.

Sebességeket kell számolni a gyerekeknek távolság és időadatok mérésével, illetve különböző táblázatokból vett adatok felhasználásával. Ez valójában az átlagsebesség, de ezzel ebben az életkorban még nem érdemes foglalkozni. Bőven elég annyit megbeszélni a gyerekekkel, hogy a mozgás ideje alatt egyáltalán nem biztos, hogy annak minden pillanatában a kiszámított sebességgel mozgott az az élőlény, vagy közlekedési eszköz. De így is elég jól leírtuk a mozgását, jellemeztük a mozgást gyorsasága szempontjából.

Még nem célszerű út – idő grafikonok felvétele sem, csak a gyerekek intuitív sebességfogalmára hagyatkozzunk, ezt a tudásukat hozzuk felszínre számukra, mely majd a későbbi években bővülhet, kiegészülhet újabb elemekkel, fogalmakkal, mint pillanatnyi sebesség, gyorsulás stb. A dinamikai okokkal se foglalkozzunk még.

Ez az egység széleskörű lehetőséget ad az érdeklődés szerinti differenciálásra. A csoportfeladatok között szerepel földrajzi jellegű és biológiai jellegű is.

 

Ajánlott feldolgozási mód:

 

1.     Csoportfeladatok előkészítése.

2.     A gyerekek csoportokban dolgoznak.

3.     Csoportbeszámolók.

4.     Kiegészítő feladatok megbeszélése.

 

Kiegészítés:

 

-              Milyen sebességgel mozognak a különböző állatok? Melyik a leglassabb és melyik a leggyorsabb?

-              Milyen sebességrekordokat ismersz? (gyűjtőmunka)

-              Labdajátékok esetében milyen gyorsan mozog a labda a különböző helyzetekben?

-              Milyen sebességeket lehetett elérni a 19. század végéig? Mennyi ideig tarthatott egy postakocsi menetideje bizonyos városok között? És napjainkban?

-              Mekkora a Föld keringési sebessége a Nap körül? Mekkora a Föld forgásából adódó sebesség a 45 szélességi fokon?

-              Különböző járművek maximális sebességei (gyűjtőmunka).

 

Eszközök, anyagok:

-  autóskártya, állatos-kártyák, amelyeken sebességek is vannak, papír, ceruza, színesek, számológép, mérőszalag, stopper.

 

Az egyes csoportok számára ajánlott feladatok

 

1.     Csoport

 

Egy átlagos gyalogos sebességének megmérése

Csoportotok a mérést az iskola udvarán foga elvégezni. Vigyetek magatokkal mérőszalagot és stopperórákat! Jelöljetek ki egy s = 20 m-es szakaszt. Mérjétek meg, hogy normál gyalogló tempóban végigmenve ezen a távolságon, mennyi idő alatt teszik meg a csoport tagjai ezt az utat? Melyik csapattag a leggyorsabb? Ki lett a leglassabb? Foglaljátok táblázatba a kapott adatokat és a számított sebességeket!

 

Név

idő (s)

sebesség

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.     Csoport

 

Futósebesség mérése

Csoportotok a mérést az iskola udvarán foga elvégezni. Vigyetek magatokkal mérőszalagot és stopperórákat! Jelöljetek ki egy s = 50 m-es szakaszt. Mérjétek meg, hogy mennyi idő alatt teszik meg a csoport tagjai ezt az utat futva? Melyik csapattag a leggyorsabb? Ki lett a leglassabb? Foglaljátok táblázatba a kapott adatokat és a számított sebességeket!

 

Név

idő (s)

sebesség

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.     Csoport

 

Kerékpáros sebességének megmérése

Csoportotok a mérést az iskola udvarán foga elvégezni. Vigyetek magatokkal mérőszalagot és stopperórákat és egy kerékpárt! Jelöljetek ki egy s = 50 m-es szakaszt. Mérjétek meg, hogy mennyi idő alatt teszik meg a csoport tagjai ezt az utat kerékpárral? Melyik csapattag a leggyorsabb? Ki lett a leglassabb? Foglaljátok táblázatba a kapott adatokat és a számított sebességeket!

 

Név

idő (s)

sebesség

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.     Csoport

 

Villamos, vagy helyi közlekedési eszköz sebességének megmérése tanári felügyelet mellett

Csoportotok a mérést az iskolához közeli út mentén foga elvégezni. Vigyetek magatokkal mérőszalagot és stopperórákat! Jelöljetek ki egy s = 100 m-es szakaszt. Mérjétek meg, hogy mennyi idő alatt teszik meg az arra járó járművek ezt az utat? Melyik jármű volt a leggyorsabb? Melyik jármű volt a leglassabb? Foglaljátok táblázatba a kapott adatokat és a számított sebességeket!

 

Jármű

idő (s)

sebesség

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.     Csoport

 

Különböző állatok, hangya, csiga, giliszta, teknősbéka stb. sebességének megmérése

Csoportotok a mérést a biológia teremben foga elvégezni. Vigyetek magatokkal mérőszalagot és stopperórákat! Jelöljetek ki egy s = 2 m-es szakaszt. Mérjétek meg, hogy mennyi idő alatt teszik meg az általatok előzetesen beszerzett állatok ezt az utat? Melyik állat volt a leggyorsabb? Melyik állat volt a leglassabb? Alkossatok előzetes hipotézist a várható sorrendre vonatkozóan (fogadásokat is köthettek)! Foglaljátok táblázatba a kapott adatokat és a számított sebességeket!

 

Állat

idő (s)

sebesség

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.     Csoport

 

Különböző menetrendek tanulmányozása (vonat, autóbusz, repülő), a menetidő és a távolság adatokból az átlagsebesség kiszámítása

Csoportotok a rendelkezésetekre álló menetrendek alapján fogja meghatározni azok sebességét. Válasszátok ki a kiinduló és a célállomást! Mérjétek meg térkép segítségével, hogy mekkora a távolság a két helyiség között! Nézzétek meg a menetrendben, hogy mekkora idő alatt teszi meg a választott jármű ezt a távolságot, majd számítsátok ki a jármű sebességét! Melyik jármű a leggyorsabb? Melyik jármű a leglassabb? Ti mivel utaznátok, ha adott célállomás eléréséhez többféle válaszlehetőség is fennáll? Ennek eldöntéséhez a jegy árának ismerete sem mellékes, sőt az sem, hogy mely évszakban akartok utazni.

 

Jármű

távolság (m)

idő (s)

sebesség

autóbusz

 

 

 

vonat

 

 

 

repülőgép

 

 

 

személygépkocsi

 

 

 

 


További új modulok:

 

1.   Elemi termodinamikai tapasztalatok rendszerezése, az alapfogalmak megalkotása:

 

Hideg – meleg víz összeöntése, azonos tömegek, különböző tömegek (KOMP)

Víz és más különböző hőmérsékletű anyag összeöntése és a közös hőmérséklet (KOMP)

Oldódás anyagszerkezeti magyarázata, só + víz = sós víz, térfogatmérés, tömegmérés (anyagmegmaradás)

Jég és víz összeöntése és a közös hőmérséklet

Fagyáspont, hűtőkeverék

Párolgás, mitől függ a párolgás sebessége? (Részecskekép)

Forráspont (tésztafőzés, félkész porok receptjei)

 

 

2.   Különböző változások a természetben és ezek leírása:

 

Bemutatni, hogy a változások számszerűsíthetők, sőt ismerünk is ilyet, pl. sebesség

 

Vízmelegítés T(t) függvény felvétele,

Hideg + meleg víz T(t) függvénye

forrás hőmérsékletére melegítjük a vizet T(t) függvény felvétele (WE)

tanulási sebesség (pl. egy rövid vers megtanulása, szövegolvasás + 2 kérdés, írási sebesség)

növekedés

testtömeg

csíráztatás és különböző növények magasságának növekedése az idő függvényében

tojásfehérje (vizes oldat) állagának változása a melegítés hatására

 

Kinematika:

 

Távolságmérés idővel (pl. 3 napi járás, mértékegységek fontossága, Aesopus mese)

időmérés távolsággal

Változó sebesség s(t) függvények ábrázolásai mérések alapján

gyorsulás elemi fogalma

pl. 1000m lefutása, de 100m-enként mérjük az időt. Hogyan mozog az elején és a végén?

motorok, autók “gyorsulása”

 

3.   Elemi dinamikai tapasztalatok:

Nehéz és könnyű testek

Levegőben és vízben pl. fadarab levegőben nehéz, de vízben könnyű

úszás, lebegés, elsüllyed

Felhajtóerő (KOMP)

 


 

Különböző hőmérsékletű testek érintkezése

 

Ez a tanítási modul az intenzív paraméterek kiegyenlítődésének egyfajta, tanulói kísérletekre alapozott feldolgozási lehetőségére mutat példát a 6-7. évfolyam tanulói számára.

A feldolgozás lépései:

1.    Előzetes hipotézist kérünk a gyerekektől arra vonatkozóan, hogy mi történik szerintük, ha azonos tömegű hideg és meleg vizet összeöntünk. Legyen 100 g a tömeg és a hőmérsékletek egyik esetben 20°C és 40°C, majd a második esetben 40°C és 60°C. Indokolják is meg hipotézisüket! (A gyermektudományi vizsgálatok szerint a 10 év körüli gyerekek esetében az a leggyakoribb, hogy a tanulók az első esetben 60°C-os közös hőmérsékletet várnak, míg a második esetben 100°C-ot. Ez azért is érdekes, mivel ekkor ugye forrnia kellene a víznek.)

2.    Felszólítjuk a gyerekeket, hogy tervezzenek mérést állításuk igazolására.

3.    Végezzék el a mérést. Vonják le a következtetést a tapasztalat alapján, vagyis helyettesítsék elméletüket. Ebben természetesen segítenie kell a tanárnak. (Tapasztaltuk néhány esetben, hogy amikor a hőmérő nem a várt 60°C-ot, vagy 100°C-ot mutatta, másikat kértek, mondván az ő hőmérőjük elromlott, mivel csak 30°C-ot, illetve 50°C-ot mutat.)

4.    További problémák fölvetésére, differenciált foglalkozásokra is adunk lehetőséget, pl. más kiindulási hőmérsékletek vizsgálata, különböző tömegű vízminták használata, különböző anyagok használata stb.

 

A megbeszélés során célszerű egyszerű mennyiségi leírást is adni a jelenségekre. A gyerekekkel el kell fogadtatni azt a tapasztalatot, hogy a közös hőmérsékletet nem összeadással kapjuk meg. Azonos víztömegek esetében a két hőmérséklet egyszerű számtani középértéke a várható eredmény. Egyéb esetekben pedig a különböző víztömegektől függ. Ezt követően próbáljunk meg ilyen esetekben is előrejelzéseket kérni a gyerekektől! Először nézzünk konkrét egyszerű példákat, mint 1 : 2 tömegarány, 1 : 3 tömegarány, majd próbálkozzunk matematikai leírással:  . Mutassuk a vizsgált egyszerű példákon keresztül az összefüggés hasznosságát, jelezve azt, hogy ily módon bármilyen tömegviszonyok esetében tudunk előrejelzést tenni.

Különböző anyagok esetében első ránézésre nem használható összefüggésünk, de ha bevezetünk egy, az anyagi minőségeket jellemző állandót (fajhő) is, akkor már használhatóvá válik. A fajhő fogalmának bevezetéséhez célszerű még egy közös mérést (illetve az érdeklődő gyerekek részvételével) végezni. Ez a következő: azonos ideig melegítsenek egy főzőlapon azonos tömegű (pl. 100 g) vizet, denaturált szeszt és olajat, miközben mérik a hőmérsékletemelkedést, mely természetesen különböző lesz.

 

Feladatlap

 

1.            Tölts egy 250cm3 térfogatú főzőpohárba 100g 20°C-os vizet! Ez után tölts hozzá 100g 40°C-os vizet! Mit gondolsz, mekkora lesz a közös hőmérséklet?

Írd le! ………………

Tényleg a várt értéket kaptad?

Írd le a mért értéket!…………….

2.            Tölts egy 250cm3 térfogatú főzőpohárba 100g 40°C-os vizet! Ez után tölts hozzá 100g 60°C-os vizet! Mit gondolsz, mekkora lesz a közös hőmérséklet?

Írd le! …………….

Tényleg a várt értéket kaptad?

Írd le a mért értéket!…………….

3.            Az előző két mérésben volt valamilyen várakozásod, majd kaptál valamilyen tényleges értékeket. Más tanulók az osztályban szintén mértek. Jöjjetek össze kis csoportokba, számoljatok be egymásnak, hogy mennyire sikeresen jeleztétek előre a közös hőmérsékletet, majd vitassátok meg, hogy ki miért lehetett sikeres, vagy sikertelen!

4.            Tölts a 150cm3 –es főzőpohárba 100g 40°C-os vizet, majd ezt állítsd bele a 250cm3 térfogatú főzőpohárban lévő 100g 20°C-os vízbe! Mindkét főzőpohárban lévő vízbe állíts hőmérőt, és félpercenként olvasd le, majd jegyezd fel mindkét víz hőmérsékletét!

 

Idő (perc)

Hideg víz

Hőmérséklete (°C)

Meleg víz

hőmérséklete (°C)

0

 

 

0,5

 

 

1

 

 

1,5

 

 

2

 

 

2,5

 

 

3

 

 

3,5

 

 

4

 

 

 

Ábrázold egyetlen grafikonban, hogyan változott a hideg, illetve a meleg víz hőmérséklete a mérés alatt! Szerinted miért olyan grafikont kaptál, amilyet?

 

Szorgalmi feladatok

 

1.            Ismételd meg a mérést különböző tömegű vízminták használatával, például 50g 20°C-os és 100g 40°C víz esetében!

Mit gondolsz, mekkora lesz a közös hőmérséklet? Írd le! …………………

Tényleg a várt értéket kaptad?

Írd le a mért értéket!…………….

2.            Ismételd meg a mérést különböző anyagok használatával, például víz és denaturált szesz, vagy víz és olaj stb. esetében!

 

JÉG + VÍZ KÖZÖS HŐMÉRSÉKLET

 

A következő mérésben arra kell rámutatni, hogy halmazállapot-változás esetében nem számolható a megismert egyszerű formulával a közös hőmérséklet. Az alacsonyabb lesz ahhoz képest.

A megbeszélés során előfordulhat, hogy a gyerekek magyarázataiban megjelenik az energia fogalma, mely jó, hiszen a halmazállapot-változás energia-változással jár.

A mérést célszerű azzal egyszerűsíteni a gyerekek számára, hogy a tanár előre meghatározza a jégdarabok tömegét. A jeget célszerű jégkockákban előállítani, így egyszerűen mérhető tele és üresen.

 

Feladatlap

 

Öntsetek egy főzőpohárba ismert tömegű vizet és leolvassátok le a hőmérsékletét. Ezután tegyetek a vízbe itatóspapírral szárazra törölt, ismert tömegű, 0°C-os jeget. Állandó kevergetés közben várjátok meg, míg a jég megolvad. Ekkor olvassátok le a közös hőmérsékletet.

Azt a közös hőmérsékletet mértétek, amire számítottatok?

Ha nem, akkor mi lehet az eltérés oka?

 

HŰTŐKEVERÉK ELŐÁLLÍTÁSA

 

Készítsetek különböző összetételű hűtőkeverékeket úgy, hogy a só mennyiségét növelitek! Célszerű kb. 100 g 0°C-os jéghez 3g-onként adni a konyhasót, megkeverni a víz-jég-só keveréket, és mérni a hőmérsékleteket.

Ábrázoljátok az így elérhető hőmérsékleteket az összetétel függvényében és adjátok meg azt a hőmérsékletértéket, mely a legalacsonyabb! Milyen összetételnél következett ez be?

 

Forrás és párolgás

 

1.            Különböző folyadékokkal átitatott rongyokkal húzzatok az asztalunra egy csíkot és figyeljétek meg melyik milyen hamar szárad meg.

2.            Cseppentsetek a kezetekre különböző anyagokat és figyeljétek meg, hogy melyik párolog el leghamarabb.

3.            Egy kémcsövet töltsetek meg kb. kétharmadáig vízzel, majd dugaszoljátok be erősen. Hogy elég erős-e arról úgy győződhettek meg, hogy a kémcsövet a szájával lefelé fordítjátok, és alaposan megrázzátok. Ha nem csepeg, és nem szállnak fel kis légbuborékok, akkor el lehet kezdeni a kísérletet.

Vegyétek ki a dugót és forraljátok fel a vizet. Amikor már kb. fél percet forrt, hagyjátok abba a melegítést, és rögtön dugaszoljátok be a kémcsövet. Fejjel (dugóval) lefelé tegyétek bele egy üres pohárba, majd óvatosan öntsetek rá egy kevés hideg vizet!

Magyarázzátok meg a kicsit furcsa tapasztalatot!

Hány fokon forr a víz? Milyen körülmények között értelmezzük a forráspontot?

4.            Az élelmiszerboltokban már nagyon sokféle olyan por található, melyekből szószok, illetve különféle levesek készíthetők. Gyűjtsétek össze pár ilyen termék zacskóját, majd tanulmányozzátok pl. a leves elkészítési módját! Miért tanácsolják több esetben azt, hogy a főzéskor elpárolgott vizet pótolni kell?

 

Energiaváltozás melegedéskor és halmazállapot-változáskor

 

1.            Gondoljátok végig, hogyan változik a mélyhűtőből kivett, -20 °C-os jég hőmérséklete, miközben melegszik, megolvad, majd már víz formájában szobahőmérsékletű lesz (20°C)! Írjátok le előzetes elképzeléseiteket, készíthettek rajzot is!

2.            Törjetek össze száraz ruha között mélyhűtőből kivett jeget. (A mélyhűtő hőmérséklete általában alacsonyabb, mint -10°C.) Tegyétek az apró jégdarabkákból a főzőpohárba. Állítsátok a jégdarába a hőmérőt, óvatosan kevergessétek a jeget, és olvassátok le percenként a hőmérsékletet! Az adatokat írjátok a táblázat megfelelő helyére! Ábrázoljátok a mérési adatokat grafikonon!

 

Idő

(perc)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hőmérséklet (oC)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Egyéb megfigyelés

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MELEGEDÉSI GÖRBE FELVÉTELE

 

A különböző melegítési lehetőségek számbavételére van lehetőség ebben a feladatlapban. A melegedési görbe felvétele, majd azok összehasonlítása, értelmezése a cél. Ehhez mérni kell a hőmérsékletet, az időt, grafikont kell készíteni, melyet az elemzéshez fel kell használni. A lehetőségek köre természetesen bővíthető egyéb melegítőforrásokkal. Több csoport is végezhet azonos feladatot.

Célszerű minden csoport esetében azonos mennyiségű vizet melegíteni, melyet előzetesen kell egyeztetni, hiszen csak így lesznek összehasonlíthatóak az adatok.

A kapott függvény valószínűleg nem lesz lineáris. A melegítés első szakaszában lassabban melegszik a víz, hiszen az edényt is fel kell melegíteni. Az egyes melegítőeszközök teljesítményében is nagy különbségek vannak. Valószínűleg az elektromos eszközök rövidebb idő alatt hoznak létre azonos hőmérsékletváltozást, melyet érdemes megvizsgálni. Pl. mennyi idő alatt melegszik fel a víz 20°C-kal az egyes csoportok esetében? Ezt a görbéről kell leolvasni a gyerekeknek.

A megbeszélés során közös feladatként célszerű egy közös koordináta-rendszerben ábrázolni az összes grafikont. Ez után megbeszélni, hogy miként lehet ránézésre eldönteni azt, hogy mikor változik a kérdéses mennyiség, jelen esetben a hőmérséklet, gyorsabban, avagy lassabban. Ez rendkívül fontos lesz a későbbi természettudományos tanulás során, hiszen a világ változik körülöttünk, és sokszor fontos a változások ütemét jellemezni.

 

Feladatlapok

 

1.           Helyezzetek az elektromos főzőlapra a 300 cm3 -es főzőpohárban ismert m tömegű vizet, majd kezdjétek el melegíteni a legmagasabb fokozaton! Keverjétek meg a vizet félpercenként és mérjétek meg a hőmérsékletét, majd ábrázoljátok a T hőmérsékletet az idő (t) függvényében!

Milyen szakaszokat lehet elkülöníteni a berajzolt görbén és mi ennek az oka?

Próbáljátok megbecsülni a következő mérési adatot, majd ellenőrizzétek a becslést a mérés folytatásával!

Melegítsétek egészen forrásig a vizet! A grafikonon mely szakasz felel meg a forrásnak? Jelöljétek be! Olyan, amilyennek vártátok?

 

2.           Helyezzetek a 300 cm3 -es főzőpohárba ismert m tömegű vizet, hőmérőt, keverőbotot és egy merülőforralót. Kapcsoljátok be a merülőforralót, majd ez után 2 percenként olvassátok le a víz hőmérsékletét! Minden leolvasás előtt keverjétek meg a vizet! 5-6 mérést végezzetek!

A leolvasott értékeket rögtön táblázatban rögzítsétek, majd ábrázoljátok egy előre elkészített koordináta-rendszerben is a megfelelő adatpárokat. Ezt követően rajzoljátok be a mérési adatokhoz legjobban illeszkedő görbét!

Milyen szakaszokat lehet elkülöníteni a berajzolt görbén és mi ennek az oka?

Próbáljátok megbecsülni a következő mérési adatot, majd ellenőrizzétek a becslést a mérés folytatásával!

Melegítsétek egészen forrásig a vizet! A grafikonon mely szakasz felel meg a forrásnak? Jelöljétek be! Olyan, amilyennek vártátok?

 

3.           Helyezzetek tanulókísérleti égő (borszeszégő) fölé vasháromlábat, majd erre a 300 cm3 -es főzőpohárban ismert m tömegű vizet benne keverőbotot, majd kezdjétek el melegíteni! Keverjétek meg a vizet félpercenként és mérjétek meg a hőmérsékletét, majd ábrázoljátok a T hőmérsékletet az idő (t) függvényében!

Milyen szakaszokat lehet elkülöníteni a berajzolt görbén és mi ennek az oka?

Próbáljátok megbecsülni a következő mérési adatot, majd ellenőrizzétek a becslést a mérés folytatásával!

Melegítsétek egészen forrásig a vizet! A grafikonon mely szakasz felel meg a forrásnak? Jelöljétek be! Olyan, amilyennek vártátok?

 

Különböző változások

 

A környezetünkben rendkívül sokféle változásnak vagyunk tanúi. Változnak az évszakok, a napszakok, a gyerekek megnőnek, felnőttek lesznek, a növények kicsíráznak a magból, majd termést hoznak, és vég nélkül sorolhatnánk a példákat. Ezek a változások természetesek számunkra és a gyerekek számára is. A következő kis oktatási program a változások tudatos megfigyelésére, azok számszerű jellemzésének fontosságára mutat példákat, melyeke mozaik módszerrel dolgoztathatunk fel a különböző gyerekcsoportokkal.

A feladatok kiosztásánál legyünk figyelemmel a gyerekek érdeklődésére. A csíráztatási feladatot körülbelül két héttel hamarabb ki kell adni, hogy értékelhető eredmények legyenek a beszámolóórára.

 

Feladatlapok

 

1.            Tanulási sebesség

a.)  Csoportotok feladata az lesz, hogy összehasonlítsátok egymás tanulási sebességét. Minél rövidebb idő alatt meg kell tanulnotok egy két versszakos rövid verset, melyet nem ismertek még. Amikor jelzitek, hogy készen vagytok, akkor tanárotok meghallgatja, hogy hibátlanul mondtátok-e el. Csak a hibátlan felmondás tekinthető elfogadottnak.

b.)          Csoportotok minden tagja kap egy rövid ismeretlen szöveget, melyet két kérdés követ. Feladatotok az lesz, hogy minél rövidebb idő alatt helyesen válaszoljatok a feltett kérdésekre, melyet tanárotok ellenőriz. Aki a leggyorsabb, az győz.

Az egyes versenyzők idejét célszerű egy táblázatban rögzíteni.

 

Daniel Sennert (1572-1637) német orvos elképzelése szerint az anyag igen kicsi, egyszerű, tovább már nem osztható részecskékből áll és ennek segítségével magyaráz számos jelenséget, mint például a párolgást, az oldódást. Ilyenkor az anyag összesűrített atomjai kiterjednek, szétoszlanak, míg kondenzáció esetében összesűrűsödnek. A fémek és a sók oldódása esetében az anyag olyan kis részecskékre oszlik, amelyeket már nem tudunk érzékelni. Az anyagok szaga is szükségszerűen feltételezi, hogy az igen kicsi részecskék elszabaduljanak belőle. Elképzelése szerint vannak elsőrendű atomok, a tűz, a levegő, a víz és a földatomok. (Figyeljük meg, hogy nemhogy a vizet elemnek tekintik még mindig, de még a levegőt is.) Vannak másodrendű atomok, ezekből állnak a négy elemből képzett összetett testek. A másodrendű atomok vegyüléseiből képződhetnek újabb testek.

 

Kérdések:

Hogyan képzelte le Sennert az anyagot?

Mely jelenségeket tudott elképzelésével magyarázni?

 

2.            A növekedés

Kati születésekor 50 cm hosszúságú volt. Szülei havonta mérték kislányuk magasságát és a következő adatsort kapták:

 

Idő (hónap)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Hossz (cm)

52

54

56

57

59

61

62

64

65

67

70

 

 

Ábrázoljátok a növekedés ütemét az idő függvényében!

Állandó ütemű volt Kati növekedése?

 

3.            A gyarapodás

Kati születésekor 3,15 kg tömegű volt. Szülei havonta mérték kislányuk tömegét és a következő adatsort kapták:

 

Idő (hónap)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Tömeg (kg)

3,15

3,30

3,50

3,80

4,00

4,10

4,25

4,50

4,70

4,80

5,00

 

Ábrázoljátok a gyarapodás ütemét az idő függvényében!

Állandó ütemű volt Kati növekedése?

 

4.            A növények fejlődése

Csíráztassatok ki különféle magvakat (bab, borsó, mustár stb.) vizes vatta között! Naponta mérjétek meg a fejlődő növény hosszát, majd ábrázoljátok eredményeiteket egy közös magasság-idő koordináta-rendszerben! Hasonlítsátok össze a különböző növények növekedési ütemét!

 

5.            A melegítés hatása

Egy 100 cm3 –es főzőpohárba tegyetek körülbelül 50 cm3 vizet és egy nyerstojás fehér színű részét, továbbá egy hőmérőt! Helyezzétek vasháromlábra az oldatot, majd borszeszégővel kezdjétek le óvatosan melegíteni. Figyeljétek meg a változást a hőmérséklet függvényében, melyet 10°C-onként jegyezzetek is le.

 

A mozgás leírása

 

Távolságmérés idővel, időmérés távolsággal?

 

Eddigi életetek során valószínűleg Ti is megfogalmaztatok már ilyen, vagy hasonló kérdéseket:

1.            Mikor érkezünk már haza?

2.            Mikor induljunk el otthonról, ha 10 órára Szegeden szeretnénk lenni?

3.            Milyen messzire juthatunk el egy nap alatt? És folytathatnánk a sort.

A felsorolt kérdések mindegyikében egy időtartamra kérdeztünk rá, de valójában távolságot értettünk alatta. Az első kérdésben valamilyen adott távolságot kell még megtennünk ahhoz, hogy hazaérjünk, a másodikban egy adott távolságot kell megtennünk, a harmadikban pedig azt firtattuk, hogyha egész nap úton vagyunk, akkor milyen távolságot tudunk megtenni. Kimondatlanul benne volt ezekben a kérdésekben az, hogy valamekkora sebességgel közlekedünk, például autóval, busszal, vagy vonattal.

A következőkben pontosabban megfogalmazzuk kérdéseinket, Ti pedig próbáljatok meg válaszolni ezekre!

Az alapszituáció legyen a következő: családotok rendelkezik pl. egy Lada Szamara gépkocsival, mellyel hétvégéken, illetve szünetekben kirándulni jártok. Lakásotok legyen a Gellért-téren.

1.            Kirándulni voltatok, és hazafelé jövet már éppen átléptétek Budapest határát az M3-as autópályán. Ettől kezdve már csak 50 km/óra maximális sebességgel lehet haladni. Ekkor kistestvéred megkérdezi, hogy vajon mennyi idő múlva értekeztek haza? Próbálj meg válaszolni neki!

2.            Hétvégén Szegedre szeretnétek kirándulni, és 10 órára már meg kell érkeznetek egy nagy családi összejövetelre. Mikor célszerű elindulni otthonról?

3.            A nyári szünetben kis európai vakációra indultok kocsival, mondjuk Olaszországba. Megegyezett a család abban, hogy egy nap 10 óránál többet nem szeretnétek az autóban utazással tölteni. Hol célszerű az első szállást lefoglalni?

4.            Nézzetek utána, hogy mit jelent a fényév kifejezés! Idő vagy távolság mértékegységről van-e szó? Hol használják ezt a mértékegységet?

 

A feladatok megoldásához bármilyen segédeszköz használható, pl. térképek, vonalzó, KRESZ-könyv, számológép stb.

 

Milyen gyorsan futunk?

 

Testnevelés órán tanárotok időnként meg szokat mérni azt, hogy adott távolságot, pl. 100 m-t, vagy 1000 m-t mennyi idő alatt tesztek meg futva. Most Nektek is ilyen jellegű mérést kell végrehajtanotok. 1000 m-t kell összesen lefutnotok, de a stopperórával 100 m-enként kellene mérni a részidőket. (Ezt a feladatot valószínűleg egy mérőpárosnak kellene végezni, az egyik mér, a másik pedig jegyzeteli az eredményeket.)

 

s (m)

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

t (s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A mérés után az így kapott út-idő értékeket ábrázoljátok grafikusan. A vízszintes tengelyre az időt, a függőleges tengelyre pedig az utat mérjétek fel. Érdekes lenne, ha többen is vállalkoznátok a futásra. Az egyes futók s(t) függvényeit ekkor különböző színekkel érdemes jelölni.

-      Ki volt a futók közül a leggyorsabb? Vagyis ki tette meg az 1000 m-es távolságot a legrövidebb idő alatt?

-      Ki volt a leglassúbb? Vagyis ki tette meg az 1000 m-es távolságot a leghosszabb idő alatt?

-      Mit lehet elmondani a futók sebességeiről? Ugyanolyan gyorsak voltak a távolság végén is, mint az elején?

-      Keressétek meg, hogy az egyes távolságokon ki volt a leggyorsabb! És ki volt a leglassabb!

-      Kinek volt a legegyenletesebb a futása?

-      Számoljátok ki az egyes útszakaszokhoz tartozó sebességeket, az  hányadosokat, majd ezeket is ábrázoljátok az idő függvényében v(t), mindenkiét más-más színnel! Egyszerűbb e függvény segítségével megválaszolni az előbbi kérdéseket?

-      Biztosan többen játszottatok már autós- vagy motoros-kártyával. Vegyetek elő egy ilyen kártyacsomagot, és állítsátok sorrendbe az autókat, vagy a motorokat gyorsulásaik szerint!

 

A felhajtóerő

 

A felhajtóerő ismeretében nagyon sok mindennapi életből ismert jelenség magyarázható. A fogalomhoz kapcsolódó jelenségvilágnak, elsősorban az úszás, lebegés, elsüllyedés folyamatoknak, abban az értelemben világképi jelentősége is van, hogy az arisztotelészi fizikában és a gyerekek többségének gondolkodásában is a könnyűnek és nehéznek tartott testek megkülönböztetése, az e körüli gondok világosan megmutatkoznak, ha a felhajtóerővel kapcsolatos jelenségeket kell magyarázni. Nagyon sok ember, a gyerekek többsége, azt mondja a vízben elsüllyedő tárgyról, hogy nehéz, az úszó tárgyra pedig azt, hogy könnyű. Vagyis a differenciálatlan fogalomegyüttesek jelenségével állunk ismét szemben: a súly és a sűrűség fogalmai még nem differenciálódtak.

A gyerekek számára nehéz feladatot jelent az arisztotelészi mozgáskép megváltoztatása, a newtoni kép kialakítása. A probléma egyik fontos összetevője, hogy a gyerekek “könnyű” és “nehéz” fogalmai – mint Arisztotelésznél – a “felfelé- és lefelé törekvéssel” kapcsolatosak. A testek különböző közegekben valóban eltérő módon viselkednek e szempontból. Egy fadarab, egy parafadugó a levegőben leesik (a földfelszín közelében), a vízben azonban már felemelkedik. Ott “nehéz”, itt “könnyű” a gyeremeki fogalomalkotás szerint. Tudjuk, hogy a jelenségek a közegek és a testek sűrűségeinek viszonyaival magyarázhatók, s a testre ható erőket vizsgálva az eredő (nehézségi erő – felhajtóerő) iránya valóban lehet függőlegesen lefelé és felfelé mutató.

Mindezek miatt a hidrosztatika kiváló lehetőséget kínál a newtoni mozgáselmélet formálására és alkalmazására, s a gyerekek fogalomrendszerének további differenciálására. A súly és sűrűség fogalmát a gyerekek már korábban elsajátíthatták, de egymástól elkülönített módon. Most fontossá válik az egymásra vonatkoztatásuk, a viszonyuk, vagyis a fogalomrendszer tovább differenciálódhat, ha a tanítás során valóban a fogalomfejlődésre és nem a képletek mechanikus megjegyeztetésére koncentrálunk.

 

Feladatlapok

 

1.           Teljesen sima felületű üvegkád aljára állítsatok egy henger alakú gumidugót, amelynek sűrűsége 800 kg/m3. A dugót egyiketek szorítsa a kád aljához, amíg a másik higanyt tölt a kádba egészen addig, míg az el nem lepi a dugót. Ekkor engedje el. Mit vártok, mi fog történni a dugóval? Próbáljátok is ki a kísérletet!

2.           Egyenlő karú mérleg egyik karjára egy 1 kg tömegű vasgolyó, a másik karjára pedig egy 1 kg tömegű alumínium golyó van felfüggesztve. A mérleg egyensúlyban van. Fennmarad-e az egyensúly, ha mindkét gömböt egyszerre vízbe merítjük? Végezzétek is el a kísérletet egyforma tömegű testekkel!

3.           Helyezzetek egy tojást vízbe, és figyeljétek meg, hogy elmerül-e? Ezután kezdjétek el sózni a vizet! Mit vártok, mi fog történni a tojással! Rajzoljátok is le az egyes eseteket és jelöljétek be a tojásra ható erőket!

4.           A vasgolyó elmerül a vízben, de a vasból készült hajó viszont úszik rajta. Mi lehet ennek az oka? Tervezzetek kísérletet a jelenség bemutatására, majd mutassátok is be társaitoknak!

5.           Tegyetek egy főzőpohárba vizet, majd az egyik oldalához közel dobjatok bele hipermangán kristályt. Kezdjétek el itt melegíteni. Mit gondoltok, hogyan fog változni az oldat színe a melegítés során? Rajzoljátok le fél percenként a látottakat! Ismertek-e ehhez hasonló jelenséget például földrajzból?

6.           Hasonlítsátok össze Arisztotelész és Arkhimédesz elképzeléseit a könnyű és a nehéz testekről! Miért száll föl a könnyű test? Mely testek számítanak könnyűnek? Van-e ebben szerepe a közegnek? Ha igen, milyen jellemzőjének? Tartsatok kiselőadást a témából! Készítsetek magyarázó ábrákat, posztereket, mutassatok be egyszerű kísérleteket! A kísérletek kiválasztásához tanulmányozzátok át a többi csoport feladatait is!