6-8 years Vědní oblast: Člověk a příroda / Fyzika Cílové koncepty: Plynné skupenství látek. Přítomnost vzduchu v prostředí. Vzduch jako hmota vyplňující prostor. Věkové zaměření žáků:: 5-8 letí žáci Délka trvání aktivity: 2x45 (90 minut) Shrnutí:: Žáci zkoumají, jak se vzduch chová ve vodě. Před samotnou realizací zkoumání jsou žáci vedeni k vyslovování předpokladů a k diskuzi o zkoumaném jevu. Diskuse je zaměřena na vyjadřování aktuálních představ o zkoumaném jevu. V první části zkoumání žáci zjišťují, jak vzduch uniká z nádoby ponořené do vody. V druhé části zkoumání se žáci zaměřují na zkoumání vzduchu, přičemž v závěru zjišťují, že vzduch vyplňuje prostor tak, jako jiné látky, například voda Cíle: modifikace představ žáků o vzduchu jako hmotě, která vyplňuje prostor; rozvoj pozorovacích schopností; rozvoj způsobilosti využívat předchozí zkušenosti na vysvětlení aktuálně pozorovaného jevu, rozvoj způsobilosti realizovat šetření zaměřené na ověření vlastních předpokladů; rozvoj schopnosti využívat znalosti na řešení specifického výzkumného problému (otázky). Pomůcky: pro každou skupinu žáků: větší nádoba s vodou; 2 plastové průhledné sklenice s objemem 100 až 200 ml - jedna s dírkou ve dně; papír; papírové utěrky; pingpongový míček nebo kousek polystyrénu.. Vzduch jako hmota Authors: Kristína Žoldošová The content of the present document only reflects the author s views and the European Union is not liable for any use that may be made of the information therein. This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh
VZDUCH JAKO HMOTA Plán hodiny (spolu s poznámkami pro učitele) Popis aktivity Motivace (Formulace hypotézy) Učitel má připravenou větší nádobu s vodou, pohár a list papíru. Nejdříve vezme list papíru do ruky a ptá se dětí, jestli je možné vložit papír do nádoby s vodou tak, aby zůstal suchý. Nechá žáky, ať přemýšlejí nad možnými způsoby. Odpovědi zvažuje a diskutuje se žáky, přičemž jeho cílem je, aby žáci vyjádřili své představy dostatečně přesně. Nestačí, jestliže žák řekne způsob, měl by vysvětlit, proč si myslí, že papír zůstane suchý, přičemž postačí, pokud argumentuje minulou zkušeností. Žáci při diskuzi mohou nabídnout různé způsoby, například: vylitím vody z nádoby a následným vložením papíru do nádoby nebo uzavřením papíru do kapsle a vložením do nádoby s vodou. Po skončení diskuze učitel žákům ukáže možný způsob. Zohýbá list papíru, vloží ho na dno sklenice tak, aby nevypadl. Pohár dnem vzhůru ponoří do nádoby s vodou. Následně pohár vyjme, vytáhne papír a nechá žáky, ať se přesvědčí, že papír zůstal suchý. Cílem dalšího zkoumání bude zjistit, proč zůstal papír suchý. Tímto byla identifikována výzkumná otázka, která žákům pomůže ve zkoumání vzduchu jako hmoty. Učitel poskytne žákům do skupin nádoby s vodou, sklenice a papíry. Jejich první úkol bude vyzkoušet si ponoření papíru ve sklenici tak, jak to dělal učitel. Učitel je při tom frontálně usměrňuje. Následně je úkolem žáků zjistit, jak je možné ponořit pohár s papírem do vody, aby papír zůstal suchý. Žáci zkoušejí různé způsoby. Cílem je, aby získali co nejvíce zkušeností s jevem, a aby tak mohli vytvářet vysvětlení a případně další předpoklady. Žáci by měli získat pocit, že jev je jim znám, že vědí, jak funguje, i když to neumí přesně vysvětlit. V této části jejich činnosti je učitel ještě k vysvětlování nevyzývá. Pokud vidí, že aktivita žáků klesá, tj. už nezjišťují nové věci, odebere jim nádoby a vyzve je, aby řešili úlohu (1) z pracovního listu. Prostřednictvím úlohy 1 žáci vyjadřují své představy o zkoumaném jevu. V této fázi zkoumání jde o tvorbu předpokladů, proto by neměli mít možnost žáci pracovat s realitou, vyjadřují to, co si o zkoumaném jevu myslí a jak předpokládají, že se bude chovat ve změněných situacích. V úloze jsou zobrazeny různé pozice poháru v nádobě. Učitel žákům vysvětlí, že ve sklenici je papír a jejich úkolem je označit (zakroužkováním příslušného čísla schématu) při jaké pozici poháru v nádobě zůstane papír suchý. Cílem je, aby žáci přemýšleli nad tím, co právě zkoumali, a aby tyto převážně spontánní poznatky přenesli do záznamu. Přitom jak žáci řeší první úkol z pracovních listů, učitel chodí mezi žáky a ptá se, proč označili právě ta schémata, která označili. Ptá se jednotlivě žáků na to, jak se do sklenice dostane voda, jde-li o schéma, které není označeno. Cílem je, aby se učitel ujistil, že žáci nad úlohou přemýšlejí a umějí své volby odůvodnit
Bádání Po ukončení tvorby předpokladů učitel vyzve žáky k diskuzi v celé třídě. Žáci porovnávají své předpoklady, které zaznamenali v prvním schématu a snaží se pro ně argumentovat. Učitel soustřeďuje pozornost zejména na ty předpoklady, u kterých se žáci neshodli. Podstatnou částí diskuze je zejména snaha o vysvětlování vlastních představ o zkoumaném jevu. Na závěr řešení úlohy (1) učitel vyzve žáky, aby své předpoklady ověřili, poskytne jim k tomu nádoby, papíry a skleničky. Po ukončení práce na ověřování předpokladů učitel usměrní pozornost žáků na demonstrační stůl. Sám si vezme nádobu s vodou, pohár a papír, znovu jej vloží do sklenice, ponoří pod vodu a zeptá se, co se stane, pokud sklenici převrátí pod vodou. Žáci své představy nakreslí (řeší úlohu (2) z pracovních listů). Když žáci dokončí své kresby, vyzve je, aby své představy prodiskutovali ve skupině a dohodly se na jednom řešení, které spolu nakreslí na větší papír (A3). Potom učitel vyzve jednotlivé skupiny, aby prezentovali své představy. Znovu je důležité, aby se učitel při prezentaci žáků ptal, proč si to myslí právě tak, jak to nakreslili. Nekritizuje jejich představu, spíš zjišťuje, jaká je. Proto je důležité nabádat žáky k tomu, aby vysvětlovali, co nakreslili. Potom poskytne žákům nádoby s vodou a vede je k tomu, aby si ověřili, zda se jev chová tak, jak očekávali. Během ověřování chodí učitel mezi žáky a zjišťuje, jak se žákům daří a navádí je k tomu, aby sami porovnali výsledek pozorování s jejich původní představou. Cílem je, aby si žáci uvědomili, že z poháru unikají bubliny a během unikání bublin se do sklenice dostává více a více vody. Když vypustíme z poháru jen málo bublin, tak papír stále zůstane suchý a žáci mohou pozorovat hladinu vody ve sklenici převráceném dnem vzhůru. Pokud vypustíme více bublin, hladina vody ve sklenici stoupne a papír se namočí. Nakonec by měl tento jev učitel zobecnit, buď frontálně, nebo ve skupinách (doporučujeme jako vhodnější, neboť žáci jsou více soustředěni, učitel lépe vystihne moment k výkladu, aniž by přerušil myšlenky žáků). Učitel poskytne žákům pingpongový míček, který podle jeho instrukcí položí na hladinu vody a přikryjí sklenicí dnem vzhůru. Pingpongový míček je indikátor hladiny vody a žáci tak mohou lépe sledovat pohyb hladiny ve sklenici (ponořené pod vodou dnem vzhůru), jakož i stoupání hladiny při vypouštění vzduchu ze sklenice. Učitel připomene žákům, že cílem jejich zkoumání bylo zjistit, proč papír zůstal ve sklenici suchý (připomene výchozí situaci). Vybízí žáky k tomu, aby se pokusili vysvětlit to, proč papír zůstal suchý. Pomáhá jim upozorňováním na to, co samy zjistili při vlastním zkoumání. Například jim připomene, že papír se nenamočil tehdy, když jsme opatrně ponořili pohár pod vodu dnem vzhůru, případně když jsme ho mírně naklonili. Také se nenamočil, pokud jsme sklenici vkládali do vody dolu dnem, ale jen pokud se voda dostala po okraj. Jakmile se dostala voda přes okraj, stekla na papír a ten se namočil. Postupně soustředí pozornost žáků na to, co se dělo, když sklenici pod vodou převrátili a ptá se, proč unikaly bubliny. Ptá se, co jsou to ty bubliny, jak tam vznikly. Otázky klade jen tehdy, pokud je to nezbytné, tj. pokud žáci nevysvětlují pozorovaný jev v souvislosti se vším, co zkoumali. Učitel dále instruuje žáky k tomu, aby si představili, že ve dně sklenice, kterou používají k potápění papíru pod vodu je dírka. Jejich úkolem bude vytvořit předpoklady, jak by se choval pohár s papírem pod vodou v této změněné situaci. Učitel vede žáky k řešení úlohy (3).
Prostřednictvím ní žáci vyjadřují své předpoklady. Podobně jako v případě prvního úkolu, i po ukončení práce na 3. schématu učitel vyzve žáky k diskusi ve třídě. Cílem diskuse je tvorba argumentů a vysvětlení k vytvořeným předpokladům. Po diskusi učitel žákům poskytne pomůcky a žáci si své předpoklady ověří. Následně žáci o výsledcích zkoumání diskutují. Učitel vede diskuzi tak, aby si žáci uvědomili, že vzduch je látka, která vyplňuje prostor a přesto, že ho nevidíme, obklopuje nás všude kolem, a když nemá možnost uniknout z nádoby, tak tam zůstává, jak to bylo ve sklenici otočením dnem vzhůru. Spíše jim pouze pomáhá k tomu, aby závěry tohoto typu vyslovili. 3. Evaluace Při tvorbě závěru ke zkoumání učitel vede žáky k řešení úlohy (4) z pracovních listů. Úkolem žáků je pokusit se o vysvětlení toho, proč se papír, uložený na dně poháru nenamočil, když jsme ho dnem vzhůru ponořili do nádoby s vodou a proč se namočil, když byla ve dně poháru dírka. Žáci jsou vedeni k tomu, aby při tvorbě závěru využívali vypozorované skutečnosti. Tímto způsobem se učitel vrací k výzkumné otázce a žádá žáky, aby na ni formulovali odpověď ukotvenou v jejich zkoumání. Učitel může vést žáky k utvrzení poznatků získaných ve zkoumání prostřednictvím úlohy (5) z pracovních listů. Cílem úlohy je vysvětlit, proč se do prázdné láhve nedá nalít voda, pokud ji lijeme přes plastelínou utěsněný trychtýř. Ve svém vysvětlení by se žáci měli pokusit použít znalosti získané při řešení předchozí úlohy. Přiložené materiály: Pracovní listy pro žáky - používají se k vyjádření stávajících představ žáků, na tvorbu předpokladů ke zkoumanému jevu, vedou žáky k zaznamenávání výsledků pozorování, k zhodnocování předpokladů a na závěr je vedou k tvorbě závěrů na základě získaných dat z pozorování.
PRACOVNÍ LISTY Úloha (1) Kdy zůstane papír ve sklenici suchý? Označ možnosti, o kterých si to myslíš. Ve všech možnostech vybarvi tu část poháru, ve které je vzduch. Předpoklady ověř a zhodnoť je. 1 2 3 4 5 6 7 8
Úloha (2) Nakresli, co se stane, když pohár s papírem nakloníme tehdy, když je celý ponořen pod vodou. Na své kresbě vyznač, na kterých místech bude vzduch, části se vzduchem vybarvi. Nejdříve si ale uvědom, že když se pohár nenakloní, papír zůstává suchý, takže ve sklenici nemůže být voda.
Úloha (3) Ve dně poháru je dírka! Kdy zůstane papír ve sklenici suchý? Označ možnosti, o kterých si to myslíš. V každé z možností vybarvi tu část poháru, ve které je vzduch. Předpoklady si ověř a zhodnoť je. 1 2 3 4 5 6 7 8
Úloha (4) Vysvětli, proč po úplném svislém ponoření sklenice do vody zůstane papír ve sklenici suchý a proč v děravé sklenici suchý nezůstane. Úloha (5) Vysvětli, proč se nedá plastelínou utěsněným trychtýřem nalít voda do prázdné láhve. Ve svém vysvětlení se pokus použít vědomosti použité při řešení předchozí úlohy.