Tłumaczenie: Bogusław Malański i Szymon Malański

Lena i Stefanie pokazują aluminiowy statek, który unosi się na niewidzialnych szściofluorku siarki Dzięki uprzejmości Herbi Dreiner

Herbi Dreiner i Tobias Strehlau opisują, jak fizyka uniwersytecka zainspirowała nauczyciela szkoły średniej i jego uczniów do przedstawienia z fizyką w tytule. Dlaczego nie spróbować by tego samego w Twojej szkole?

Pomysł na Uniwersytecie

Audytorium gimnazjum im. Amos Comenius’a w Bonn – Niemcy- wypełnione jest po brzegi nastolatkami w liczbie około 400. Panuje całkowita ciemność. Lena wytwarza bańki mydlane wypełnione metanem; jej partner Stefanie zapala wytworzone bańki przy pomocy palnika gazowego. Wspaniała chmura palącego się gazu oświetla całą scenę oraz twarze rozpromienione twarze publiczności. To jest ostatni z 18 spektakularnych eksperymentów, jakie zaprezentowali 16-letni uczniowie (przedział wiekowy 15-18 lat) swoim kolego m szkolnym. Całe przedstawienie trwało 75 minut.

Projekt ten zapoczątkowali; Werner Uff – nauczyciel fizyki w szkole średniej oraz Herbi Dreiner- profesor fizyki na uniwersytecie w Bonn. Każdego roku przez ostatnie sześć lat Dreiner i jego studenci drugiego roku fizyki prezentowali spektakl pt. „Widowisko fizyki na uniwersytecie^w1. W tym 2-3 godzinnym spektaklu, studenci pokazywali i objaśniali niecodzienne, fascynujące i ciekawe doświadczenia. Publicznością były dzieci oraz nastolatki; 10-latki i starsze.

Tak, jak inne niemieckie uniwersytety, Wydział Fizyki w Bonn posiada zestaw doświadczeń ilustrujących wykład z fizyki. Są to doświadczenia solidnie przygotowane, ciekawe, ilustrujące zjawiska fizyczne. Część doświadczeń w czasie „Widowiska fizyki” jest zapożyczona z tego zbioru. Inne są zaprojektowane i wykonane przez samych studentów. Niektóre doświadczenia są na dużą skalę, spektakularne, ale są i takie, które cieszą skromniejszymi efektami. Potrafią często rozbawić publiczność w połączeniu z dobrze dobraną muzyką. Wszystkie przekazują ważna wiadomość; fizyka jest ciekawa i interesująca. Jest to również zabawa dla samych studentów; nie są te eksperymenty oceniane, jak i nie mają bezpośredniego związku z programem nauczania. Bawią się oni po prostu fizyką wciągając do tej zabawy publiczność.

Wykonanie w szkole

Po zakończeniu jednego z pokazów Uff i jego uczniowie zadali sobie pytanie: ”Czy nie byłoby dobrze gdybyśmy sami zaprezentowali taki pokazy w naszej szkole?” Dreiner wraz z ośmioma studentami – doświadczonymi wygami w pokazach- pomogli im w przygotowaniach. Na dwa miesiące przed szkolnym pokazem wszystkim ochotników podzielono na pary: uczeń – student. Studenci pomagali uczniom na terenie uniwersytetu. w dobrym opracowaniu danego eksperymentu Specjalną uwagę poświęcono doświadczeniom wymagającym sprzętu niedostępnego w szkole, z powodu, ceny, gabarytów itd. W większości wypadków sprzęt ten można było pożyczyć od uniwersytetu na czas pokazu w szkole. Przygotowano eksperymenty, które miały być pokazane i objaśnione w szkole.

Philipp wytwarza fale dźwiękowe, które można oglądać przy pomocy długiej rury z otworkami. Do rury doprowadzany jest palny gaz. W zależności od ciśnienia akustycznego w rurze zmienia się wysokość płomienia Dzięki uprzejmości Herbi Dreiner

Przed występem w szkole, nastoletni uczniowie sprawdzali na uniwersytecie, pod okiem studentów, jak wychodzą im przeprowadzanie doświdczeń. Odbyły się cztery takie spotkania. Po każdym z nich uczestnicy ze szkoły oraz z uniwersytetu spotykali się na terenie szkoły w audytorium. Pomagali w ustawianiu sprzętu, powtarzali eksperymenty, znajdowali najlepsze miejsce dla umieszczenia kamery rejestrującej i przekazującej obraz na duży ekran. Ustawieniem i obsługą kamery zajęli się uczniowie organizujący szkolne przedstawienia.

Kristina (od lewej) i Julia pokazują, że marynowany koperek, emituje widzialne światło, jeżeli przepuścimy przez niego zwykły zmienny prąd elektryczny Dzięki uprzejmości Herbi Dreiner

Chociaż niezbyt wiele czasu przeznaczono na próby w szkole, to wyniki były zdumiewające. Uczniowie wykazali się dużymi umiejętnościami i co najważniejsze wspaniali się przy tym bawili. Lena i Stefanie wypadli najlepiej ze wszystkich. Na początku nie było widać ich wielkiego przejęcia i zaangażowania. Z czasem, w czasie prób wyrosły na prawdziwych liderów grupy. Wykazywały wielką wolę i samozaparcie w czasie przeprowadzania doświadczeń. Po ich zakończeniu powiedziały: ”Cieszymy się, że wzięłyśmy w tym udział. Było nieźle. Zróbmy to jeszcze raz!” Połowę grupy stanowiły dziewczęta; nie wykazywały one w szkole specjalnego zainteresowania fizyką. Uczniowie po raz pierwszy mieli okazję zrobić coś samemu z fizyki. Z tego powodu byli bardzo szczęśliwi i dumni, że mogli bliżej poznać przedmiot.

Zrób to sam

Jeżeli chcesz zapoczątkować projekt podobny do opisanego w tym artykule to powinieneś zacząć rozgłaszać w środowisku, że doświadczenia z fizyki są szczególnie interesujące zarówno dla osób je przeprowadzających jaki i publiczności. Dobre przygotowanie eksperymentów zabiera dużo czasu, ale jest on dobrze spożytkowany. Zarówno uczniowie jaki studenci uczą się fizyki, nabywają sprawności manualnych, uczą się organizacji pracy. Dodatkowo nabywają wprawy w występowaniu przed kilkusetosobową publicznością. To wszystko jest wiele warte. Nie tak łatwo jest przekonać i zarazić entuzjazmem do nauki innych.

Nie ma się co łudzić; nie wszystkie szkoły mają szansę współpracy z pobliskim uniwersytetem w czasie organizacji takiego projektu. Połową przyjemności jest samodzielne wynajdywanie i przygotowywanie eksperymentów. Wymaga to wiele czasu, ale warto. Powstają niekończące się idee; co można zmienić , co ulepszyć, jak zastąpić jedno drugim. Wiele pomysłów można znaleźć w Internecie^w2 w książach, w czasopismach. Można próbować samemu, np. wkładając różne rzeczy do kuchenki mikrofalowej i obserwować, co się dzieje (oczywiście pod nadzorem osób starszych i doświadczonych).

Trzy z naszych najbardziej fascynujących doświadczeń są niedrogie i proste w wykonaniu. Opiszemy je poniżej.

1. Metanowe bańki mydlane. Użyliśmy metanu z butli używanej w turystyce zawieszonej na stojaku. Gaz był doprowadzany do „wytwarzacza” baniek w kształcie stożka, kupionego w sklepie z zabawkami (tłm. sprężony gaz wylatując z butli sam nadmuchuje bańki; można nawet nakręcony wąż na butlę zanurzyć bezpośrednio domyślanego roztworu – sam to wypróbowałem; działa). Bańki unoszą się do góry ponieważ gęstość metanu jest mniejsza od gęstości powietrza. Zapalają się ponieważ metan jest palny.


2. Wahadło stanowo kula o masie 25kg zawieszona na stalowym drucie i przymocowana do sufitu. Poprosiliśmy nauczyciela by wziął udział w eksperymencie. Wahadło została wychylone do pozycji “tuż przed nosem nauczyciela” i swobodnie puszczone. Kamera została skierowana wprost na przerażoną twarz nauczyciela patrzącego jak wahadło wraca w jego kierunku z dużą prędkością. Oczywiście masywna kula nie tknęła nawet nosa nauczyciela – zasada zachowania energii. Jednak szybko lecąca kula mogła przyprawić o zwątpienie w zasadę zachowania energii niejednego nauczyciela fizyki.


3. Pierścienie dymne. Użyliśmy dużej skrzynki w kształcie sześcianu o boku 1.4m wykonanej ze sklejki. W jednej ścianę wykonaliśmy okrągły otwór o średnicy 40cm. Przeciwległą do otworu ścianę stanowiła plastikowa folia. Skrzynkę napełniliśmy dymem (tłum, autor nie pisze w jaki sposób; miejmy nadzieję, ze nie był to dym z wypalonych przez uczniów papierosów). Uderzaliśmy w tylną plastikową ścianę, co powodowało wyrzucanie z pudła dużych pierścieni dymnych, które unosiły się nad audytorium. Po zgaszeniu światła i włączeniu reflektorów punktowych w audytorium, widok był naprawdę wspaniały.

Bezpieczeństwo: upewnij się, że w czasie pokazu przestrzegane są ogólne zasady BHP oraz zdrowy rozsądek.

Dobre doświadczenie to często raczej problem pomysłu niż pieniędzy. Dobrze dobrana muzyka bardzo pomaga. Jeżeli wymagany jest pewien wkład finansowy, to mogą w tym pomóc rodzice lub instytucje oświatowe (tłum. w Polsce niestety stosowne instytucje marnie dbają o oświatę, zwłaszcza o nauki podstawowe). Takie pokazy przyciągają również widzów z zewnątrz. Opisany w tym artykule projekt został zainspirowany działalnością Szkoły Zbiorczej w Hennef- niedaleko Bonn. Sześć lat temu, nauczyciel fizyki tamtejszej szkoły, Igo Wentz rozpoczął tzw. ‘Physikusse’w3 z grupą swoich uczniów. Spotykali się co tydzień i pracowali nad różnymi doświadczeniami, które omawiali oraz samodzielnie przygotowywali. Raz do roku uczestniczyli w konkursie „Fizyka w stylu dowolnym”w4 organizowanym przez Uniwersytet w Duisburgu w Niemczech. W czasie tego konkursu pokazywano tak zaawansowane konstrukcje jak poduszkowiec.

Dzieci z widowni starają się złapać wirujące pierścienie dymne wytwarzane przez naszą skrzynkę Dzięki uprzejmości Herbi Dreiner

W czasie The Physikusse zaplanowano i przeprowadzono szereg doświadczeń z użyciem prostych materiałów. Zaczęto od 20 minutowych doświadczeń dla rodziców oraz wszystkich odwiedzających placówkę w czasie tzw. „drzwi otwartych”. Były one powtarzane również w czasie otwartych zebrań Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego. Wentz zebrał również nieco droższe komponenty do bardziej zaawansowanych doświadczeń; np. ciekły azot. The Physikusse otrzymały również wsparcie finansowe od lokalnych władz oświatowych. Ponieważ przygotowanie eksperymentów jest czasochłonne, Wentz otrzymał od władz oświatowych redukcję godzin dydaktycznych, które uznały i doceniły jego propagandę nauki (tłum, w Polsce skostniałe władze oświatowe długo nie zdobędą się zapewne na taki krok).

Podsumowując; doświadczenia z fizyki przeprowadzane przez uczniów dla ich kolegów okazały się silną motywacją do zainteresowania uczniów naukami ścisłymi. Zyskują wszyscy; ci którzy eksperymentów przeprowadzają, widzowie, nauczyciele społeczność lokalna. Z radością pomożemy wszystkim tym, którzy zwrócą się do nas z pytaniami o pomoc.

Zasoby informacji w sieci

w1 – więcej na temat Widowiska Fizyki na Uniwersytecie w Bonn można znaleźć pod adresami:
http://de.arxiv.org/abs/physics/0701344 oraz
http://cerncourier.com/cws/article/cern/31198

w2 – Inspiracji do doświadczeń szukaj również pod adresem: http://physikshow.uni-bonn.de/index.php?job=Versuche

w3 – Aby znaleźć więcej informacji na temat projektu ‘Physikusse’ w Hennef, patrz: www.physikusse.de

w4 – na temat “Fizyki w stylu dowolnym” szukaj: www.freestyle-physics.de

Źródła

Bardzo dobra książka opisująca wiele ciekawych doświadczeń to

Sprott JC (2006) Physics Demonstrations: A Sourcebook for Teachers of Physics. Madison, WI, USA: University of Wisconsin Press

Fragment tej książki dostępny jest pod adresem: http://sprott.physics.wisc.edu/demobook/intro.htm

Inna dobra książka to:

Walker J (1975) The Flying Circus of Physics. New York, NY, USA: Wiley (tłum. chyba też jeszcze niedostępna w języku polskim)

Magazyn wydawany w USA ‘The Physics Teacher’ regularnie zamieszcza ciekawe doświadczenia. Patrz: http://scitation.aip.org/tpt/ (tłum. magazyn dostęny w niektórych bibliotekach szkół wyższych)

Brytyjski Instytut Fizyki wydał pakiet „Odkryj Fizykę” („Physics to Go”) zawierający porady na temat doświadczeń z fizyki. Pakiet ten zawiera również listę 20 doświadczeń-trików wykorzystujących zasady fizyki. Pakiet ten można ściągnąć ze strony: www.iop.org/activity/outreach/Resources/
Putting_on_your_own_event/Things_to_do/page_19207.html

Herbi Dreiner (dreiner@th.physik.uni-bonn.de) jest fizykiem specjalizującym się w teorii cząstek elementarnych – Uniwersytet w Bonn. Tobias Strehlau jest studentem Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Bonn.