Fordította: Adorjánné Farkas Magdolna

A tanulók elkészítik a homokórát A képet Fabrice Krot, La Maison des Sciences szíves hozzájárulásával közöljük

Szép feladat általános iskolában természettudományt tanítani. A La main à la pâte program keretében Samuel Lellouch és David Jasmin egyetemi hallgatókat küldött az általános iskolákba, hogy segítsék a tanárok munkáját. Miért ne próbálhatnád ki te is két kísérletüket az óráidon? Guillermo mérnök-hallgató az Ecole Polytechnique-ben a franciaországi Saint Etienneben. Segít Pascale-nak, aki a helyi általános iskolában az elektromosságról tart órát hat éveseknek. A tanítási óra után összefoglalták a tapasztalataikat:

“Láttad azokat a grafikonokat, amelyeket a gyerekek ma készítettek? Fantasztikusan haladnak!” – jegyezte meg Pascale. “A következő héten a villanykapcsolóról tanulunk. Eljösz segíteni? Nagyszerű lenne, ha újra együtt dolgozhatnánk.”

“Természetesen. Hozok ábrákat, segítek az előkészítésben és irányítom a gyerekeket - mondja Guillermo – a villanykapcsoló meglehetősen nehéz téma a hat évesek számára. Talán azzal kezdhetnénk, hogy megkérdezzük őket, hogyan kapcsolják ki a világítást anélkül, hogy kihúznák a csatlakozót.”

***

A La main à la pâte^w1 projekt keretében Franciaországban 1500-2000 természettudomány illetve műszaki szakos hallgató segített az óvodai és általános iskolai természettudomány foglalkozásokon a 3 – 11 éves tanulóknak. A projektet 1996-ban indította a Nobel díjas Georges Charpak és az Académie des Sciences azért, hogy segítsék az általános iskolákban a vizsgálódáson és a kérdezésen alapuló természettudomány tanítási módszer elterjesztését. A módszert először Franciaországban vezették be, de azóta már több mint 20 ország csatlakozott a programhoz. Megjelenik a La main à la pâte weboldal német^w2, spanyol^w3, szerb^w4, arab^w5 és kínai^w6 nyelvű változata is, hasonlóan a Teaching Science^w7 nemzetközi folyóirathoz. Az angol, francia és spanyol nyelvű web portálon találhatnak linkeket a Belgiumban, Svédországban, Törökországban és Svájcban működő partner projektekhez.

A kérdezésen alapuló megközelítés a gyerekek számára szórakoztatóbbá teszi a természettudomány tanulását és közben fontos képességeiket fejleszti és az ismereteiket gyarapítja, azonban időigényes módszer. Különösen kezdetben igényel sok időt a felkészülés: az anyaggyűjtés, a kísérletek összeállítása, az egyes tanulók vagy csoportok munkájának megszervezése. Az is nehezíti a munkát, hogy sok alsótagozatos pedagógus nem érzi magát elég felkészültnek ahhoz, hogy természettudományos foglalkozásokat vezessen.

Az egyetemi hallgatók, mint például Guillermo, segítenek az általános iskolai tanítóknak a nehézségek leküzdésében. Franciaország felsőfokú oktatási intézményeinek műszaki és természettudomány szakos diákjai önkéntesként segítenek az iskolákban a kérdezésen alapuló módszer alkalmazásában. A harmadéves diákok legalább hét egymást követő héten fél napot töltenek az általános iskolában. A diákok segítenek a tanároknak a felkészülésben – az anyaggyűjtésben, a segédanyagok elkészítésében, a kísérletek összeállításában, valamint a tudományos fogalmak és ismeretek elsajátításában. Továbbra is a tanárok a felelősek a tanítási óra menetéért, a diákok a tanárok és a gyerekek tevékenységét segítik. Az óra után a diák a tanárral együtt elemzi az órát.

Annak érdekében, hogy még több tanár és tanuló vehessen részt ebben az együttműködésben, a fancia oktatási miniszter, és a kutatás és a felsőoktatás minisztériuma is csatlakozott ehhez a projekthez, amelyet ASTEP^w8 néven úgy fejlesztettek tovább, hogy a kutatók is támogassák a tanítókat.

Ezen felül, a La main à la pâte a European Pollen (Virágpor) project^w9 francia koordinátora (ld. a keretes írást). Ez a program szintén a kérdezés alapú megközelítést támogatja, de ebben még nagyobb szerepet kapnak az iskolán kívüli közösségek. Saint-Etienne, a Pollen project franciaországi magvárosa az általános iskolák és az egyetemek közötti kapcsolatot erősíti. Az itt szerzett tapasztalatokra alapozva felkészítést tartanak a tudósok és a tanárok számára, amelyhez egy útmutatót is készítettek francia és angol nyelven¹⁰.

A továbbiakban két olyan kísérletet mutatunk be, amelyeket a La main à la pâte és a Pollen projektben résztvevő tanárok és diákok dolgoztak ki. További kísérletek részletes leírását találhatják a La main à la pâte^w1 és Pollen^w9 weboldalakon.

Miért világít a maci orra?

Pascale és Guillermo egy hat részből álló sorozat egyik kísérletét beszéli meg, amely megmutatja a 3-6 éves gyerekeknek^w11 az elektromos kapcsoló működését. Ez néhány ötletet ad ahhoz, hogy hogyan lehet tanítani a gyerekeknek az elektromosságról, arról a témáról, amelyről kevés szó esik az alsó tagozatban, ugyanis ezt az anyagot a pedagógusok nehezen taníthatónak gondolják.

A következő részben megtalálhatják azokat az alapvető ismereteket, amelyekre a tanítóknak és a gyerekeknek szükségük van ahhoz, hogy meg tudják oldani ezt a feladatot. A tevékenység leírását is közöljük. További, a La main à la pâte által kidolgozott háttéranyagot tölthet le az elektromosság alsó tagozatos oktatásáról a Science in School weboldalról^w12.

Háttérismeretek a tanároknak és a tanulóknak

A legfontosabb az, hogy tisztában legyünk azzal, hogy mi is egy áramkör. Az áramkörben elektromosan vezető alkatrészeket kötünk össze, többek között elemet, elektromos vezetékeket és izzót. Ezeket össze kell kapcsolni egymással, így hozunk létre egy zárt áramkört. Természetesen nem látjuk, hogy mi van egy elem belsejében, és kockázatos is lenne szétszedni, mivel veszélyes vegyi anyagokat tartalmaz. Azt azonban tudjuk, hogy egy áramkörben ez biztosítja a folyamatos áramot. Ha valahol megszakítjuk az áramkört, az elem nem tudja biztosítani a folyamatos áramellátást. Hogy megértsék a tanulók, hogy az áramkör valóban zárt, először vizsgáljanak meg egy foglalat nélküli villanykörtét, amelynek eltörtük az üvegét. Látható, hogy két különböző csatlakozója van (egy bázis csatlakozó és egy lábazati csatlakozó, ld. az ábrát). A tanulók nyomonkövethetik az áram útját az egyik csatlakozótól a másikig, végighaladva az izzószálon és a többi elektromos csatlakozáson. Sajnos az alsótagozatos szinten nem lehet láthatóvá tenni az elektromos áram irányát, mivel nem láthatjuk a kis méretű elektronokat. Ezen a szinten az a fontos, hogy a gyerekek megértsék, hogy csakis egy olyan zárt áramkörben folyik elektromos áram, amely működőképes elemet is tartalmaz. Hogyan tudjuk eldönteni, hogy folyik-e áram az áramkörben? Az alsótagozatos szinten erre az egyetlen módszer, hogy megnézzük, világít-e az izzó?

1.Üvegbura, 2.Nemesgáz, 3.Volfrámszál, 4.Árambevezető (a lábazati csatlakozóhoz), 5.Árambevezető (a bázis csatlakozóhoz), 6.Tartó huzalok, 7.Üvegállvány, 8.Bázis csatlakozó, 9.Csavarmenet, 10. Szigetelés, 11.Lábazati csatlakozó Szabadon hozzáférhető kép, forrás: Wikimedia Commons

 
Krokodil-csipeszek (balra) és egy sasszeg (jobbra)
A képet Jobalou / iStockphoto és Jean Jannon / Pixelio

A zárt áramkörben az elektromos áram keresztülfolyik az izzószálon, és mivel ennek nagy az ellenállása, fehér izzásig melegszik fel, ezért világít és hőt sugároz. Az izzószálat mindig üvegbúrában helyezik el, amelyben légüres tér vagy nemesgáz van. Ez akadályozza meg, hogy a fémből készült izzószál anyaga reakcióba lépjen a levegő oxigén tartalmával (vagyis elégjen).

Egy kapcsoló, amelyet egy gémkapocsból és két sasszegből készítettek A képet Nicola Graf szíves hozzájárulásával közöljük

Amikor bemutatjuk a tanulóknak az elektromos kapcsoló működését, akkor fontos, hogy megértsék, hogy a kapcsolóban van egy mozgatható alkatrész, amelynek a helyzetétől függ, hogy folyik-e áram az áramkörben, vagy nem. Miután ezt megértették, bármilyen egyszerű eszköz használható kapcsolóként, amely betölti ezt a szerepet, akár egy gémkapocs két sassszeggel (ld. fent a baloldali képet), vagy – kisebb gyerekek essetében – egy krokodil-csipesz (ld. a fenti képet). Ezek segítségével lehet nyitni és zárni a gyerekek által összeállított egyszerű áramkört.

Eszközök és anyagok

• Villanykörte, amit egy tartóhoz rögzítettek
• Összekötő huzalok
• Elem
• Zseblámpa
• Kemény papírból kivágott, nem kifestett maci fej, az orra helyén egy izzóval (vagy valami hasonló érdekes összeállítás)
• A dekoráláshoz szükséges anyagok (színes ceruzák, stb)

Az elektromos eszközöket a helyi vállalattól érdemes beszerezni, ha nem állnak rendelkezésre az iskolában.

A kísérlet végrehajtása

Minden lépés körülbelül 45 percet vesz igénybe. A következőkben egy összegzést adunk közre az egyik téma feldolgozásának javasolt menetéről. Érdemes olyan témával kezdeni, ami ismerős a gyerekeknek, például az elemek és a villanykörték mindennapi használatával. Jó példa erre a zseblámpa. Ezután részletesebben megvizsgálhatják az elemet és a villanykörtét.

Első lépés

• Kapcsolj be egy zseblámpát.


• • Beszéld meg a tanulókkal: milyen eszközöket kell összekapcsolni ahhoz, hogy világítson a zseblámpa? A válasz: egy elemet, egy kapcsolót és egy villanykörtét.

Második lépés Beszéld meg a tanulókkal: hogyan kapcsolhatjuk be és ki az izzót ha kivettük a zseblámpából? Vedd ki az izzót a zseblámpából. Kapcsold egy egyszerű elemhez az izzót úgy, hogy világítson. A tanulók rajzolják le az összeállítást és próbálják ki a gyakorlatban. Beszéld meg a tanulókkal: mi az, ami világít az villanykörtében? A válasz: az izzószál. Harmadik lépés Beszéld meg a tanulókkal: hogyan tudjuk összekapcsolni az izzót az elemmel, ha távol vannak egymástól?

A képet Nicola Graf szíves hozzájárulásával közöljük

• A válasznak tartalmaznia kell, hogy az elem mindkét pólusát elektromos vezetékkel egyenként hozzá kell kapcsolni az izzó csatlakozóihoz, például krokodil csipesszel. (ld. a fenti ábrát).

Negyedik lépés

• Mutasd meg a tanulóknak a keménypapírból készített, villanykörte orrú macit.


• A tanulók tervezzék meg részletesen és rajzolják le azt az elektromos áramkört, amely ahhoz szükséges, hogy a maci orra világítson.

A képet Magali Courbin, La main à la pâte szíves hozzájárulásával közöljük

Ötödik lépés Hívd össze a tanulókat és válasszatok ki néhány áramkört ábrázoló rajzot. Beszéld meg a tanulókkal: mit kell megváltoztatni az áramkörökben annak érdekében, hogy működjenek? Segítségként hasonlítsátok össze a rajzokat és az osztály válassza ki azt az összeállítást, amit azután a gyakorlatban ki is próbálnak. Hatodik lépés Díszítsétek ki a macifejet. Hetedik lépés Állítsátok össze az elektromos áramkört a maci fejében és a kapcsolót használva világítsátok ki a maci orrát!

Homokóra-verseny

A következő kísérletet is a Pollen program tevékenységei közül választottuk ki. 3-6 éves gyerekekkel ismertet meg két fontos fizikai fogalmat: az időt és a sebességet (az ‘idő’ részletesebb tárgyalását ld.: Al-Khalili, 2009). A gyerekek megismerkednek olyan fogalmakkal, mint ‘lassabb’, ‘gyorsabb’, ‘ugyanannyi ideig tart’. Ez a fejezet a kérdezésen alapuló módszert alkalmazza úgy, hogy a tanulók végrehajtják a kísérletet, majd megbeszélik. A gyerekek tanulmányozzák, használják, elkészítik, majd összehasonlítják a homokórákat. Megfigyelhetik, hogy milyen kapcsolat áll fenn a homokórában lepergő homok (vagy ebben az esetben a semolina liszt) mennyisége és a lefolyáshoz szükséges időtartam között. A teljes fejezet leírása megtalálható a Pollen weboldalán^w13.

I – A homokórák elkészítése (útmutató a tanárnak)

Egy homokórához szükséges anyagok

• Két üdítőitalos műanyag flakon, az egyik kupakkal, a másik anélkül
• Semolina liszt (jobban pereg, mint a homok)
• Ár vagy más hegyes tárgy
• Ragasztószalag

Műveletek

1. Fúrjatok egy lyukat az árral a flakon csavaros kupakjába. Törrekedjetek arra, hogy az összes homokóra számára készített lyuk közelítőleg azonos méretű legyen.


2. Töltsetek semolinát abba a flakonba, amelyhez a lyukas kupak tartozik (különböző flakonokba különböző mennyiségű semolinát töltsetek – ld. a II. részt).


3. Csavarjátok rá a flakonra a kilyukasztott kupakot.


4. Fordítsátok fejjel lefelé a másik flakont és a nyakuknál illesszétek össze, majd a ragasztószalaggal rögzítsétek egymáshoz a flakonokat. És máris elkészült a homokóra.

Megjegyzés: Néhány kísérletnél a tanulók maguk töltik meg és ragasztják össze a flakont (ld. a III. és a IV. részt).

II – Hasonlítsátok össze három homokóra esetében az anyag lefolyásához szükséges időt (20 perc)

A négyfős csoportok számára szükséges anyagok

Három műanyag flakon homokórába különböző mennyiségű semolinát töltsetek. A flakonokat különböző színekkel jelöljétek meg: legyen piros a legüresebb, kék a közepes és fekete a leginkább tele flakon jelzése.

Műveletek

1. Oszd fel az osztályt négyfős csoportokra.


2. Csoportonként három tanuló elkészíti a homokórát, a negyedik jegyzetel.


3. Adj utasítást a tanulóknak: fordítsák meg a homokórákat. Utána állítsák sorba aszerint, hogy milyen gyorsan folyt le a semolina.


4. Ismételjék meg a kísérletet háromszor a tanulók, szerepcserével.

1. táblázat: Az egyik négyfős csoport feljegyzése. 1.oszlop: az elsőként ‘lejárt’ homokóra. 2.oszlop: a másodikként ‘lejárt’ homokóra. 3.oszlop: a harmadikként ‘lejárt’ homokóra. Az X jel színe megfelel a flakon színjelzésének

1st	2nd	3rd
X	X	X
X	X	X
X	X	X

1. Beszéljétek meg: mi lehet az oka annak, hogy nem minden esetben a piros jelzésű homokóra lett az első?


2. Következtetés: a három homokórát egyszerre kell megfordítani.


3. Határozzátok el, hogy mindig ugyanolyan módszert használtok a homokórák összehasonlítására.:


• Az egyik ‘mérő’ tanuló, akinek éppen nincs a kezében a homokóra, háromig számol.


• A ‘három’-ra mindegyik csoportból egy tanuló megfordítja a flakont.


• Amikor lefolyt a ‘homok’, az a tanuló, aki megfordította a homokórát, felemeli a kezét és bemondja a flakon színjelzését, például: “Piros!”


• A ‘mérő’ tanuló feljegyzi a homokórák sorrendjét.


4. Ismételjétek meg a kísérletet háromszor vagy négyszer.


5. Egyforma-e minden esetben a homokórák sorrendje? Miért igen/ vagy miért nem?

 
A tanulók elkészítik a homokórát
A képet Fabrice Krot, La Maison des Sciences szíves hozzájárulásával közöljük

III - Hogyan tudjuk beállítani azt, hogy mennyi idő alatt járjon le a homokóra? (20 perc)

Szükséges anyagok gyerekenként

• 3 üres homokóra piros, kék és fekete jelzéssel
• Semolina
• Egy papírlap, amelyre fekjegyzik a sorrendet

Műveletek

1. Oszd fel az osztályt kis csoportokra!.


2. Adj a tanulóknak egy táblázatot arról, hogy milyen sorrendben kell majd ‘lejárni’ a homokóráknak (például: piros, kék, végül fekete).


3. Adj utasítást a tanulóknak arra, hogy úgy töltsék meg a flakonokat, hogy az előírt eredményt érjék el.


4. Figyeljék meg és írják fel az eredményt.


5. A gyerekek megtanulják a kísérletből, hogy minél több semolina van a homokórában, annál lassabban fog ‘lejárni’.

IV – Becsüljétek meg, hogy milyen sorrendben fognak ‘lejárni’ a homokórák a semolina mennyiségének függvényében (20 perc)

Szükséges anyagok gyerekenként

• 3 üres műanyag flakon homokóra, különböző színjelzéssel
• Semolina
• Tölcsér (például összesodort papírból készíthető)
• Egy kis bögre
• A töltési mennyiségekre vonatkozó utasítások (például: 1 bögre semolina a piros homokórába, 2 a feketébe és 3 a kékbe)

Második táblázat: példák a 3 homokóra töltési mennyiségeire. O = egy bögre semolina

OO > X

OOO > X

O > X

• Egy papírlap az eredményeket tartalmazó táblázat számára (ld. lejjebb)

Műveletek

1. Oszd fel az osztályt kis csoportokra.


2. Mondd meg a tanulóknak, hogy töltsék meg a homokórákat az utasítás szerint.


3. Kérdezd meg a tanulókat: Milyen sorrendben fognak ‘lejárni’ a homokórák? Írják le az előre elképzelt eredményt a munkalapra (ld. lejjebb).


4. Végezzék el a kísérletet.


5. Írják le az eredményeket (ld. lejjebb a példát).

6. Hasonlítsátok össze az elért eredményeket a feltételezettekkel.

V – Rendezzétek sorba a homokórákat úgy, hogy páronként hasonlítjátok össze őket (15 perc)

Szükséges anyagok gyerekenként

• 3 homokóra nagyjából azonos mennyiségű semolinával
• Az eredményeket tartalmazó táblázat (ld. lejjebb)

Műveletek

1. Adj utasítást a tanulóknak: Három homokórátok van. Egyszerre kettőt tudsz megfordítani. Rakd sorba őket, a leggyorsabbtól a leglassabbig!
2. Következtetés:
   Ha a fekete homokóra gyorsabb, mint a piros, és a kék gyorsabb, mint a fekete, akkor a kék gyorsabb, mint a piros.

Hivatkozások

Al-Khalili J (2009) Time travel: science fact or science fiction? Science in School 11: 15-19. www.scienceinschool.org/2009/issue11/timetravel

Web hivatkozások

w1 – További információk a La main à la pâte módszerről: www.lamap.fr

w2 – A La main à la pâte német tükör-weboldala: www.sonnentaler.net/info

w3 – A La main à la pâte spanyol változata megtalálható: www.indagala.org

w4 – További információk a La main à la pâte szerbiai alklamazásáról: http://rukautestu.vin.bg.ac.yu

w5 – A La main à la pâte arab weboldala: http://lamap.bibalex.org

w6 – A La main à la pâte kínai változata megtalálható: http://lamap.handsbrain.com

w7 – The Teaching Science web oldal, amely összekapcsolja az International Council for Science-t (ICSU) és az Inter-Academy Panel for international affairs-t (IAP), amely együttműködésben áll a La main à la pâte programmal, és linkeket tartalmaz a nemzetközi partner projektekhez, itt található: www.icsu.org/1_icsuinscience/CAPA_TeachSci_1.html

w8 –További információt találhat a francia ASTEP programról (a tanárok támogatása a tudósok bevonásával az alsó tagozatos oktatásba) ld.: www.astep.fr

w9 – További információt találhat a Pollen weboldalán a Pollenről, beleértve sok további fejezet leírását: ld. www.pollen-europa.net

w10 – A tudósok és tanárok számára írt útmutatást találhat angol és francia nyelven, ld.: : www.astep.fr vagy www.pollen-europa.net

w11 – A’Miért világít a maci orra?’(‘Le nez de l’ours - Réaliser un montage qui permette d’allumer une ampoule’) c. kísérlet francia nyelvű változata megtalálható a La main à la pâte weboldalon (www.lamap.fr) vagy itt: http://tinyurl.com/lenezdelours

w12 – További, szabadon letölthető anyagokat találhat az elektromosság tanításáról az alsó tagozatban itt.

w13 – A homokóra fejezet elérhető angol nyelven a Pollen weboldalon (www.pollen-europa.net) vagy it: http://tinyurl.com/hourglassrace

Ezen kívül több olyan tevékenység leírása is megtalálható a Pollen módszertani útmutatóban, amelyek a homokóra tevékenységre alapulnak: www.pollen-europa.net vagy http://tinyurl.com/guideforteachers

---

David Jasmin a PhD-t fizikából szerezte, természettudományt tanított és népszerűsített 1995 óta. A La main à la pâte programban 1997-től mint kutatómérnök közreműködött és 2005 óta a program irányítója. Emellett a Pollen projekt tudományos koordinátora. Az alsótagozatosok számára írt természettudomány oktatással foglalkozó könyvek írója és kiadója.

Samuel Lellouch másodéves mérnök-hallgató az Ecole Polytechnique-on, Saint Etienne-ben, amely az egyik legkíválóbb műszaki ‘Grande Ecoles’ Franciaországban. 2007/ 2008-ban hat hónapig segítette az órákon az alsótagozatos tanítókat Párizs egyik szegény külvárosának iskolájában.