Po předchozích dvou dílech, z nichž jeden byl zaměřen spíše historicky a druhý spíše teoreticky, dostáváme se v tomto pokračování konečně k výukové praxi. Rozebereme zde jednu konkrétní vyučovací hodinu fyziky na základní škole. Princip badatelského přístupu žáků v ní bude jasně přítomen, jeho forma ale možná nebude pro čtenáře právě taková, jakou by očekával, pokud zná metodiku badatelsky orientovaných postupů tak, jak je v ČR šíří např. agentura Tereza a jiné.
Ono „bádání“ v našem případě totiž nebude vyloženě založeno na explicitním postupu: 1) vytvoř hypotézu a následně ji 2) podrob justifikaci (potvrď ji či vyvrať), nýbrž na postupu: 1) nejprve si fyzikální realitu (jakkoli, libovolně, podle sebe) „osahej“, teprve pak 2) zkus z empiricky poznaného vyvodit nějaké širší („školní“,„vědecké“) poznatky. Na příkladě dnešní výukové (dvou)hodiny se tedy pokusíme ukázat, že děti mohou vpravdě bádat, aniž by si toho musely být implicitně vědomy, nebo aniž by k tomu dokonce byly metodicky vedeny. (Nikdo jim nepřipomíná, že si mají vytvořit vlastní prekoncepce, predikce či formulovat hypotézy před samotným „výzkumem“. Dokonce ani vlastní „výzkum“ není formulován jasným metodologickým popisem, postupem či návodem a může probíhat do velké míry naprosto živelně, třeba ve formě hry, v níž děti ani nenapadne hledat „zákonitosti bádání“.Teprve z této hry (která je ve vnímání žáků fyzice naprosto nepodobná) se žáci učí (v našem případě grafickému záznamu rovnoměrného pohybu) a odvozují (v našem případě definici a vzorec výpočtu rychlosti).
Tím je narušena také tradice následnosti. Většinou se ve škole látka „odučí“, pak se „provádí pokus“. V případě dnešní hodiny však „experiment“, tj. získávání vlastní, na smysly vázané zkušenosti, probíhá před jakýmkoli výkladem „probírané látky“, resp. je velice obtížné určit, kde končí experiment a začíná vklad teorie, protože obé se hezky od samotného začátku prolíná. Necháváme tím co největší podíl dětí, aby si na teorii přišly samy a to, kdy tato skutečnost v jednotlivých hlavičkách nastane, je opravdu velice individuální. Nicméně pro lepší přehlednost (a proto, abychom k cíli pochopení dovedli opravdu maximum žáků) je formálně výuka rozdělena do dvou časových úseků – dvou vyučovacích hodin (nejlépe po sobě následujících).
Rozdělení výuky a funkce jednotlivých částí
V první děti necháme doslova pobíhat po třídě. Nikoli však naprosto bezcílně, nýbrž výhradně před senzorem pohybu (sonarem), který v reálném čase zaznamenává jejich pohyb a na display tabletu vykresluje aktuální vzdálenost do křivky žákovy trajektorie. Děti jsou v této hodině rozděleny do badatelských týmů o třech členech, každý tým má svůj vlastní tablet či počítač, rozhraní a senzor pohybu, a děti si postupně proměřují různé podoby rovnoměrného pohybu.
Autor článku pro tento účel využívá aplikace PASCO Matchgraph, která se používá následovně: dítě (po zapojení senzoru do interfacu a interfacu do počítače) si zvolí jednu z nabízených vykreslených závislostí vzdálenosti na čase. Tím se v grafu závislosti vzdálenosti na čase se objeví šedivý záznam „nanečisto“. V okamžiku, kdy spolužák – „měřič“ spustí měření, má výzkumník – „běhač“ tři sekundy na to, aby polohu svého těla nastavil do počátku programem predikovaného grafu (t=0). Prostě běhačův nově vznikající graf musí začít přesně tam, kde leží počátek grafu definovaný programem. V co nejlepším kopírování spočívá i další činnost – Jednoduše řečeno, jde o to, pohybovat se před senzorem pohybu co nejšikovněji tak, abychom doslova vlastním tělem vykreslili co možná nejvěrnější obdobu predikovaného grafu. Okolo šedé, predikční čáry grafu z programu se prostě začne vykreslovat červená čára reálného, aktuálního pohybu dítěte. Celý záznam pohybu trvá kolem deseti sekund. Dítě má neustále na očích vykreslovanou závislost svého pohybu a může jej ihned korigovat v případě, že se odchýlí od dané predikce. Vidí, že když najednou nabude větší vzdálenosti, než by mělo, je ihned čára jeho červeného grafu nad původní, šedivou čarou grafu programu, vidí, že když se pohybuje rychleji, než by mělo, stoupá čára jeho grafu rychleji, nežli hrany grafu původního atd. Z vlastní praxe mohu potvrdit, že to, co je zde tak krkolomně slovy opisováno, na živo jde naprosto hladce. Dětem trvá maximálně jeden, dva grafy, aby se děti dostaly „do hry“, tj. aby pochopily, jak se mají před senzorem pohybovat, aby se jejich „čáry co možná nejvíce kryly s čarami danými programem“.
Pocit soutěživé hry je ještě umocněn tím, že program umožňuje zapsat jména „soutěžících“ – žáků a procentuelně vyhodnocuje míry naplnění jejich jednotlivých pohybů. Program generuje také jakousi výsledkovou listinu, takže naplňování předepsaných trajektorií se najednou stává samo o sobě konkrétní motivací. Děti soutěží mezi sebou ve skupince, skupinky pak soutěží v rámci třídy.
První hodina (fyziky!) je takto věnována pouze této pohybové soutěži.
Učitel zde přesto není zbytečný. Zastává několikero zásadních funkcí. Především se stará o to, aby z hlasitých projevů dětí nevěděla celá škola, že sedmáci zrovna mají fyziku a učí se rovnoměrný pohyb a interpretaci grafů. Dále kontroluje, aby děti nepadaly přes tašky, umyvadla, spolužáky a jiné ve třídě číhající nástrahy. Obchází jednotlivé týmy, chválí nejlepší a nejšikovnější „naplňovatele“ (většinou ti, u kterých byste afinitu k fyzice těžko hledali) a občas žáky v aktivitě přeruší a nenápadně 😉 se zeptá: „Jak se budeš pohybovat, když tahle část grafu bude klesat rychleji?“ „Co se děje v tomto mezičase, když je čára rovnoběžná s osou x?“ „Budeš se přibližovat k senzoru rychleji tady (kdy čára grafu klesá strmě, nebo tady, kdy pokles „není takový“…?“
Tím se oklikou dostáváme k hlavnímu cíli výše uvedeného dovádění – k výuce rovnoměrného pohybu. Po prvních 45 minutách skutečně akčního měření s ním děti mají jasnou zkušenost, kterou je nyní třeba vhodně zformulovat. Všechny děti už nyní ví (aniž zatím ví, že to ví…), že když budou vytrvale stát před senzorem pohybu, bude na grafu vidět záznam v podobě čáry rovnoběžné s osou x. Když se od senzoru budou pomalu vzdalovat, bude sklon grafu narůstající vzdálenosti menší, pokud se budou k senzoru naopak rychle blížit, bude čára grafu klesat prudce.
Nyní přistoupíme k tabuli (a děti v lavicích k sešitům a k přípravám, které mají před sebou) a snažíme se operovat s právě výše uvedenými pojmy. Naším hlavním pomocníkem zůstávají grafy. Stále pomocí nich, opět v jejich různých tvarech a formách reflektujeme to, co děti v předchozí aktivitě zažívaly. Můžeme začít např. grafem slepým. Co mi nakreslí senzor, když půjdu směrem od něho? Bude se hodnota vzdálenosti zvyšovat či zmenšovat? Měl jsem vyšší rychlost, pokud byl sklon grafu vzdálenosti vyšší či nižší? Jak to vypadalo, když byla rychlost nulová?
Nebo naopak: děti, nakreslete mi do vašich sešitů, jak by asi vypadal jakýkoli pohyb, při němž byste se pohybovaly (rovnoměrně) ze vzdálenosti 2m do vzdálenosti 6m. Co kdyby tento pohyb trval přesně 4 sekundy? A jak by ten graf vypadal, kdybychom se pohybovali dvakrát rychleji…? „Zkrátila“ by se na grafu vzdálenost nebo čas? Co je to ten sklon v zobrazení vzdálenosti? Co symbolizuje? Dal by se ten sklon nějak vyjádřit? Třeba jako podíl dílků na stupnici vzdálenosti k dílkům na stupnici času?
Najednou vidíte, jak se postupně rozzařují oči v různých částech třídy.
Z předchozí vlastní zkušenosti si žáci již vytvořili pevnou vazbu – čím rychleji jdu (jedno zda dopředu či vzad), tím vyšší sklon graf (vzdálenosti na čase) má! Je to zkušenost empirická, reálnočasová a vlastní. To, co si mé nohy samy odběhali, mým vlastním očím program mockrát zobrazil a mozek vnímal. Teď si akorát prohodím funkci jednotlivých orgánů: chci po mozku, aby mi do očí poslsl graf, který mám před sebou ve formě popisu. Tento zápis už ale nečtu pouze hlavou. Čtu jej zkušeností vlastních nohou. Prostě něco, co fyzicky zažívám a zároveň mohu v tomtéž okamžiku fyzikálně sledovat (zde tedy grafem). Po „Whow“ efektu, nastupuje efekt „Aha“. Co mi to tu učitel vykládá? Že se mám zaměřit na sklon jednotlivých částí toho grafu? Ptá se, v jaké části rostla ta vzdálenost rychleji? Rychleji? Rychlost? Rychlost!
Závěr
Nechci zde tvrdit, že tato metoda vyhovuje všem žákům. Jsou tací (a patří k nim i „drtící se jedničkáři(ky)“), jejichž nadšení upadá po první – pohybové – části (ta se ale líbí bezezbytku všem ;-). Přesto jsem pevně přesvědčen, že je to (co do počtu žáků, kteří vtip výkladu nakonec pochopí) opravdu způsob efektivní. Proč? Vzorec v = s/t si opravdu dítě odvodí a jednotku „(kolik) metrů za sekundu(?)“ na vlastní kůži zažije!
(Pro omezený rozsah článku zde nezabíhám do dalších možností, jak na fenomén rychlosti nahlížet z mnoha úhlů. Celkem hezky můžeme pracovat např. i s jeho vektorovitostí, ale o tom třeba někdy jindy. Zde pouze naznačíme, že měříme-li rychlost pohybujícího se předmětu OD senzoru, ukazuje vám systém PASCO hodnoty rychlosti kladné, v pohybu směrem K senzoru je detekovaná rychlost zobrazena záporně…)
Nerozebíral jsem zde ani další atraktivní možnosti, jak děti do děje vtáhnout. (Mj. také proto, že zrovna tato aktivita je „živá“ sama o sobě.) Pouze ve stručnosti nastiňme: vazbu do každodenního života nám může zprostředkovat již samotný objekt senzoru. Zájem většiny vyvolá již diskuze nad tím, kde se obdobnými zařízeními setkáváme a na jakém principu vlastně pracují. Radar policie zná každý. Držet „jej“ v ruce v hodině fyziky je super. Zdrojem zábavy také bývá občasný požadavek žáků po cestování v čase. Ten se objevuje většinou v druhé hodině, kdy žáci kreslí trajektorie do slepých grafů. Občas je některý z grafů skutečně „zaseklý“ proti toku času na ose x… ale o to lépe, pokud se takový graf mezi žákovskými návrhy objeví. Zkuste si ho schválně nakreslit se senzorem! Nejde, co, a víte proč? Děti vědí.
Pokud Vás tento postup zaujal, můžete si stáhnout jednu z možných podob opory, kterou mají během hodiny děti k dispozici. Možná vám z ní bude leccos zřejmější.
http://www.experimentujme.cz/material/rovnomerny-pohyb-graficke-znazorneni
Tento text byl již dříve publikován ve druhém čísle elektronického časopisu e-Mole: http://www.e-mole.cz/cislo/e-mole-c-2