Διασκεδαστική φυσική στο σχολείο: μαθητές επιδεικνύουν πειράματα σε μαθητές

Μετάφραση: Θοδωρής Πιερράτος (Theodoros Pierratos)

Η Λένα και Stefanie επιδεικνύουν ένα σκάφος αλουμινίου που επιπλέει σε αόρατο εξαφθοριούχο θείο Χορηγία εικόνας από Herbi Dreiner

Herbi Dreiner και ο Tobias Strehlau περιγράφουν πώς μία επίδειξη πειραμάτων φυσικής στο πανεπιστήμιο ενέπνευσε έναν καθηγητή δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και τους μαθητές του να πραγματοποιήσουν τη δική τους παράσταση στο σχολείο. Γιατί να μη το δοκιμάσετε και στο σχολείο σας;

Η έμπνευση – στο πανεπιστήμιο

Η αίθουσα συνεδριάσεων του Γυμνασίου Amos Comenius στη Βόννη της Γερμανίας, είναι ασφυκτικά γεμάτη με 400 εφήβους. Η αίθουσα είναι απολύτως σκοτεινή. Η Lena δημιουργεί τις γεμισμένες με μεθάνιο φυσαλίδες σαπουνιού, και η Stefanie, η συνεργάτης της, αναφλέγει τις ανερχόμενες στον αέρα φυσαλίδες με μία φλόγα. Το αποτέλεσμα είναι ένα φαντασμαγορικό σύννεφο φλεγόμενου αερίου, το οποίο φωτίζει ολόκληρη τη σκηνή και τα πρόσωπα του ακροατηρίου. Είναι το τελευταίο από 18 συναρπαστικά πειράματα τα οποία 16 μαθητές Λυκείου (ηλικίας 15-18 ετών) έχουν παρουσιάσει στους συμμαθητές τους κατά τη διάρκεια μιας 75λεπτης επίδειξης φυσικής.

Αυτό το πρόγραμμα εφαρμόστηκε από τον Werner Urff, καθηγητή φυσικής στο Λύκειο, και τον Herbi Dreiner, καθηγητή φυσικής στο πανεπιστήμιο της Βόννης. Κάθε χρόνο τα τελευταία έξι έτη, ο Dreiner και οι δευτεροετείς φοιτητές φυσικής του πανεπιστημίου έχουν παρουσιάσει μια νέα «Παράσταση Φυσικής» στο πανεπιστήμιο^w1. Σε αυτές τις δίωρες επιδείξεις, οι φοιτητές επιδεικνύουν και εξηγούν διασκεδαστικά, συναρπαστικά πειράματα φυσικής σε ένα ακροατήριο που αποτελείται κατά ένα μεγάλο μέρος από παιδιά και εφήβους ηλικίας 10 ετών και άνω.

Όπως τα περισσότερα γερμανικά πανεπιστημιακά τμήματα φυσικής, το τμήμα της Βόννης έχει δημιουργήσει μια συλλογή πειραμάτων κατάλληλων για επιδείξεις: μεγάλα και εντυπωσιακά, επιδεικνύουν ιδιαίτερα φυσικά φαινόμενα. Μερικά από τα πειράματα της «Παράστασης Φυσικής» επιλέγονται από αυτήν τη συλλογή ενώ άλλα επινοούνται και στήνονται από τους ίδιους τους φοιτητές. Μερικά είναι μεγάλα και πολύ θεαματικά, αλλά ακόμη και μερικά μικρά ιδιαίτερα φαινόμενα μπορούν επίσης να είναι διασκεδαστικά - παραδείγματος χάριν όταν συνδυάζονται με τη μουσική. Όλοι βοηθούν να περάσουμε ένα μήνυμα: η φυσική είναι διασκεδαστική. Αυτός είναι εξάλλου ο λόγος που συμμετέχουν οι φοιτητές δεδομένου ότι δεν υπάρχει κάποιου είδους βαθμολόγηση ή άλλο διδακτικό όφελος για αυτούς. Απολαμβάνουν τη φυσική και επιδεικνύουν τον ενθουσιασμό τους στα ακροατήριά τους σε κάθε τους παράσταση.

Η εφαρμογή - στο σχολείο

After one show, Urff and his high-school students thought: “Wouldn’t it be great if we presented a show at our own school?” Dreiner and eight university students, all Physikshow veterans, supported them in the preparation. Two months before the school show, the high-school students – all volunteers – assembled into pairs, each with a university student to help, and chose experiments from the demonstration pool at the university. Of special interest were experiments for which the school does not have the equipment, because it is too expensive or too large to store: this was a great chance to borrow it from the university. These were the experiments they were going to present and explain in their own school show.

Ο Philipp καθιστά ορατά τα ηχητικά κύματα με έναν μακρύ σωλήνα που γεμίζεται με αέριο και έχει μια σειρά από τρύπες στο πάνω του μέρος Χορηγία εικόνας από Herbi Dreiner

Προτού να αρχίσουν οι πρόβες στο σχολείο, οι έφηβοι επισκέφτηκαν το πανεπιστήμιο για να δοκιμάσουν τα πειράματά τους με τη βοήθεια των μεντόρων τους. Κάθε ένα από τα επόμενα τέσσερα απογεύματα, οι μαθητές και οι μέντορές τους συναντιόντουσαν στη σχολική αίθουσα εκδηλώσεων για να στήσουν και να ετοιμάσουν τον εξοπλισμό, να προετοιμάσουν τα πειράματα, να επινοήσουν κατανοητές εξηγήσεις των φαινομένων και να βρουν τις καλύτερες γωνίες φωτογραφικής λήψης για την προβολή σε μεγάλη οθόνη. Ο χειρισμός των καμερών έγινε από τους μαθητές οι οποίοι αναλαμβάνουν το χειρισμό του φωτισμού και του ήχου στα σχολικά θεατρικά έργα.

Η Kristina (αριστερά) και η Julia επιδεικνύουν ότι το τουρσί άνηθου θα εκπέμψει ορατό φως όταν διαρρέεται από συνηθισμένο εναλλασσόμενο ρεύμα Χορηγία εικόνας από Herbi Dreiner

Αν και ο χρόνος για τις πρόβες δεν ήταν αρκετός, το τελικό αποτέλεσμα ήταν καταπληκτικό. Οι μαθητές επέδειξαν τεράστια αυτοπεποίθηση και – το πιο σημαντικό - το διασκέδασαν. Η Lena και η Stefanie αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα. Στην αρχή, δεν φάνηκαν να παρακινούνται ιδιαίτερα ή να ενδιαφέρονται. Εντούτοις, κατά τη διάρκεια των προβών, αναδείχθηκαν σε ηγέτες της ομάδας και επέδειξαν ένα μεγάλο ζήλο για τελειότητα στην εκτέλεση των πειραμάτων τους. Μετά από την επίδειξη οι απόψεις τους είχαν αλλάξει εντελώς: «Είμαστε τόσο χαρούμενες που συμμετείχαμε. Ήταν τόσο διασκεδαστικό. Ας το κάνουμε ξανά!» Τα μισά μέλη της ομάδας ήταν κορίτσια, κανένα από τα οποία δεν είχε ενδιαφερθεί ιδιαίτερα για τη φυσική στο σχολείο προηγουμένως. Η εντύπωσή μας από αυτήν την ομάδα μαθητών ήταν ότι η επίδειξη ήταν η πρώτη ευκαιρία τους να ασχοληθούν δημιουργικά με τη φυσική και έτσι ήταν πολύ ευτυχείς να εμπλακούν ακόμη περισσότερο με το αντικείμενο.

Κάντο μόνο σου

Εάν θέλετε να αρχίσετε ένα πρόγραμμα όπως αυτό, το πρωταρχικό κίνητρό σας πρέπει να είναι να περάσετε το μήνυμα ότι η φυσική είναι εξαιρετικά ευχάριστη και διασκεδαστική, τόσο για τους μαθητές που παρουσιάζουν όσο και για το ακροατήριο. Αν και η επίδειξη απαίτησε πολύ χρόνο και εργασία και από τους μαθητές και από τους φοιτητές, άξιζε σίγουρα τον κόπο: οι μαθητές όχι μόνο έμαθαν κάποια στοιχεία φυσικής, αλλά και έμαθαν να οργανώνονται ομαδικά και να αποδίδουν με αυτοπεποίθηση μπροστά σε εκατοντάδες ανθρώπους. Μέσα από όλη την προσπάθεια και την αφοσίωσή τους, αυτό είχε γίνει η δική τους επίδειξη: ήταν πολύ ενθουσιώδεις και αυτός ο ενθουσιασμός μεταφέρθηκε στους συμμαθητές τους και στο ακροατήριο.

Ίσως δεν έχουν όλα τα σχολεία τη δυνατότητα να συνεργαστούν με ένα κοντινό πανεπιστήμιο σε ένα τέτοιο πρόγραμμα. Αλλά η μισή διασκέδαση είναι στην πραγματικότητα να επινοεί κανείς και να στήνει πειράματα μόνος του. Αυτό απαιτεί πολύ χρόνο προετοιμασιών, αλλά στο τέλος σε ανταμείβει . Υπάρχουν ατελείωτες ιδέες για πειράματα στο διαδίκτυο^w2 και σε βιβλία - ή απλά δοκιμάστε, για παράδειγμα τοποθετώντας αντικείμενα σε ένα φούρνο μικροκυμάτων (κάτω από επίβλεψη) για να δείτε τι είναι διασκεδαστικό.

Τρία από τα πιο πετυχημένα πειράματά μας ήταν πολύ φτηνά:

1. Οι φυσαλίδες σαπουνιών μεθανίου που περιγράφονται παραπάνω. Πήραμε το μεθάνιο από μια φιάλη αερίου και το προσαρτήσαμε σε έναν μεγάλο κωνικής διατομής μηχανισμό δημιουργίας φυσαλίδων σαπουνιών που αγοράσαμε από ένα κατάστημα παιχνιδιών. Το βυθίσαμε σε ένα συνηθισμένο διάλυμα σαπουνιού και σχηματίσαμε έτσι μεγάλες φυσαλίδες. Οι φυσαλίδες σαπουνιού ανέρχονται ψηλά επειδή το μεθάνιο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και αυτό καθιστά επίσης ευκολότερη την ανάφλεξή τους. Καίγονται επειδή το μεθάνιο είναι εύφλεκτο.


2. Ένα εκκρεμές με μια σφαίρα από χάλυβα μάζας 25 kg κρεμάστηκε από την οροφή. Βάλαμε μία δασκάλα στη σκηνή και απελευθερώσαμε το εκκρεμές ακριβώς μπροστά από τη μύτη της. Η κάμερα εστίασε στο τρομαγμένο πρόσωπό της καθώς η σφαίρα κινήθηκε πίσω προς τη μύτη της με υψηλή ταχύτητα. Φυσικά δεν έφθασε στο πρόσωπό της λόγω της διατήρησης της ενέργειας, αλλά πλησίασε τόσο γρήγορα που ακόμη και ο πιο σκληροπυρηνικός φυσικός θα μπορούσε να χάσει την πίστη του στους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής.


3. Δαχτυλίδια καπνού. Είχαμε ένα μεγάλο κουτί από κοντραπλακέ, πλάτους και βάθους 1.4 m, με ένα κυκλικό άνοιγμα διαμέτρου 40 cm στη μια πλευρά. Η απέναντι πλευρά ήταν ανοικτή και καλύφθηκε με φύλλο αλουμινίου. Γεμίσαμε το κουτί με καπνό που χρησιμοποιείται σε θεατρικές παραστάσεις και κτυπήσαμε το πίσω μέρος του φύλλου αλουμινίου. Αυτό απελευθέρωσε ένα μεγάλο και σταθερό δαχτυλίδι καπνού, το οποίο ταξίδεψε από την μία άκρη της αίθουσας στην άλλη. Φωτίζοντάς το με έναν προβολέα μέσα στην σκοτεινή αίθουσα συνθέσαμε ένα φαντασμαγορικό θέαμα. Επίσης αυτό καταδεικνύει ότι τα δακτυλίδια καπνού είναι εκπληκτικά σταθερά.

Σημείωση ασφάλειας: Εξασφαλίστε ότι οι προτεινόμενες διαδικασίες συμφωνούν με τις συνήθως αποδεκτές εκτιμήσεις κινδύνου.

Τα καλά πειράματα είναι συχνά περισσότερο θέμα του τρόπου παρουσίασής τους παρά των χρημάτων που κοστίζουν. Η μουσική βοηθάει επίσης. Εάν τα χρήματα όντως σας προβληματίζουν, ίσως ο σύλλογος γονέων και η σχολική επιτροπή θα μπορούσε να σας συνδράμει οικονομικά για τα υλικά. Σε τελευταία ανάλυση, τέτοια γεγονότα όχι μόνο παρακινούν τους μαθητές αλλά μπορούν επίσης να προσελκύσουν εξωτερικούς επισκέπτες και τα μέσα ενημέρωσης σε ένα σχολείο. Η επιτυχία μας να καταφέρουμε να εμπλέξουμε τους μαθητές αντικατοπτρίζεται σε ένα πρόγραμμα στο Gesamtschule Hennef, κοντά στη Βόννη. Έξι χρόνια πριν, ο Ingo Wentz, ένας δάσκαλος φυσικής, ξεκίνησε το «Physikusse»w3 με μια ομάδα μαθητών του. Συναντιούνται μια φορά την εβδομάδα και εργάζονται σε διαφορετικά προγράμματα φυσικής, όπως το στήσιμο πειραμάτων επίδειξης από τους ίδιους. Μία φορά το χρόνο συμμετέχουν στο διαγωνισμό “Freestyle Physics”w4 στο πανεπιστήμιο Duisburg στη Γερμανία, όπου μαθητές Λυκείου πρέπει να ανταπεξέλθουν σε προκλήσεις όπως η κατασκευή ενός χόβερκαφτ.

Τα παιδιά του ακροατηρίου προσπαθούν να πιάσουν τα δακτυλίδια καπνού που αναδύονται από το κουτί Χορηγία εικόνας από Herbi Dreiner

Το Physikusse επίσης έχει προγραμματίσει και διενεργήσει διάφορες επιδείξεις φυσικής χρησιμοποιώντας απλά υλικά, αρχίζοντας από 20λεπτες παραστάσεις για τους συμμαθητές τους και τους γονείς στις σχολικές «ανοικτές ημέρες» και επίσης σε μια αντίστοιχη ανοικτή ημέρα στη Γερμανική Ένωση Φυσικών. Ο Wentz μιλά για “χαμηλού κόστους φυσική”. Ωστόσο κατάφερε να αποκτήσει και κάποια ακριβότερα υλικά: για παράδειγμα, έπεισε μια τοπική επιχείρηση να δωρίζει υγρό άζωτο στην ομάδα όποτε το χρειάζεται. Το Physikusse λαμβάνει μικρή οικονομική ενίσχυση από τη σχολική επιτροπή και ο Wentz έχει μια μικρή μείωση διδακτικών υποχρεώσεων προκειμένου να οργανώσει τις δραστηριότητες.

Ανακεφαλαιώνοντας, μια παράσταση φυσικής από μαθητές για μαθητές είναι ένας σπουδαίος τρόπος για να παρακινηθούν τα παιδιά όλων των ηλικιών και να προσελκυστούν στη φυσική. Ανταμείβει το ακροατήριο, το δάσκαλο και προ πάντων τους συμμετέχοντες μαθητές. Θα ήμασταν ευτυχείς να συμβουλέψουμε ή να συζητήσουμε με ανθρώπους που σκέφτονται να πραγματοποιήσουν κάτι παρόμοιο.

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Περισσότερα για το πρόγραμμα Physikshow του πανεπιστημίου της Βόννης μπορείτε να βρείτε εδώ:
http://de.arxiv.org/abs/physics/0701344 and
http://cerncourier.com/cws/article/cern/31198

w2 – Για ιδέες πειραμάτων, δείτε: http://physikshow.uni-bonn.de/index.php?job=Versuche

w3 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πρόγραμμα ‘Physikusse’ στο Hennef, δείτε: www.physikusse.de

w4 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πρόγραμμα Freestyle physics, δείτε: www.freestyle-physics.de

Πηγές

Ένα πολύ καλό βιβλίο με εμπνευσμένα πειράματα για να πραγματοποιήσετε είναι το:

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

Μέρος του μπορείτε να διαβάσετε στη διεύθυνση: http://sprott.physics.wisc.edu/demobook/intro.htm

Ένα επίσης καλό βιβλίο είναι το εξής:

Walker J (1975) The Flying Circus of Physics. New York, NY, USA: Wiley

Το αμερικανικό περιοδικό ‘The Physics Teacher’ παρουσιάζει συνήθως καλά πειράματα. Δείτε: http://scitation.aip.org/tpt/

Το διδακτικό πακέτο ‘Physics to Go’ του Βρετανικού Ινστιτούτου Φυσικής περιέχει συμβουλές προκειμένου να οργανώσετε ένα δρώμενο φυσικής (περιλαμβάνει μια λίστα από 20 προτεινόμενα τρυκ φυσικής) και μπορείτε να το κατεβάσετε από εδώ: 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) είναι θεωρητικός φυσικός στοιχειωδών σωματιδίων στο πανεπιστήμιο της Βόννης, στη Γερμανία. Ο Tobias Strehlau είναι φοιτητής φυσικής στο ίδιο πανεπιστήμιο.