Znanstvenici u igri: izumi za razvoj vještina u znanstvenim postupcima

Ponavljamo, učenje vještina znanstvenog rada, koje osposobljava za vođenje istraživanja i dolaženja do zaključaka, ključno je za razvoj znanosti. Uvjereni smo da u ovom području postoji ozbiljan manjak poduke, kako u razvijanju tih vještina u učionici tako i u uvježbavanju nastavnika kako da ih implemetiraju. S ciljem olakšavanja uvođenja znanstveno-istraživačkih principa u škole, osmislili smo skup laboratorijskih aktivnosti za osnovne i srednje škole. U prvom od dva članka (Tifi i drugi 2006.) razmatramo razvoj ovih aktivnosti i opisujemo igre uključujući „ transformere“ (vrsta igračke). U nastavku su opisana naprave, fizikalne crne kutije za poticanje istraživanja, pretpostavljanja i ispitivanja pretpostavki.

Naprave

Princip naprava je sličan uputama o upravljanju strojevima opisanim u našem prvom članku, ali ovo su fizikalne crne-kutije, naprave kojr imaju bar dva vanjska pomična dijela koja djeluju kao ulaz i izlaz. Dijelovi mogu biti obojani konci, rotirajuća dugmad ili markice, prodirajući štapići ili nagnute poluge. Dva dijela su spojena pomoću unutarnjeg mehanizma zupčanika, kolotura i pojaseva, kotača ili mehanizama Technic Lego®. Eventualno, mogu se koristiti i slični predmeti, poput npr valjčića u korektor-olovkama.

Učenici istražuju napravu i izvode pokuse. Rukujući jednim od vanjskih dijelova (izlaza) i uspoređuju svoje pretpostavke o tome što će se dogoditi sa stvarnim ponašanjem modela.

Zupčanici i koloturni strojevi mogu imati dva ili više kotača istih ili različitih promjera. Mogu biti povezani koncem ili kontinuiranim pojasom, stvarajući tako mogućnost izbora skrivenih mehanizama. Vidi dolje konstrukcijski plan naprave – vrpca.

Jednostavnim namotanim kalemom s dva obojana konca izvučenima u dva suprotna smjera, skrivenima u kutiji za karte, možete napraviti uređaj u kojem potezanje crvenog konca uzrokuje uvlačenje bijelog konca na suprotnoj. Ako su konci namotani u suprotnim smjerovima na dva koaksijalna kalema dosta različitih promjera, potezanjem obaju konaca kutija se pomakne uspravno, dok potezanje jednog konca izaziva zaostajanje drugog konca u kutiji u određenoj mjeri. Vidi dolje za konstrukcijski plan naprave.

Rad s kutijom je bio najpopularniji u četvrtim i petim razredima osnovne škole (u dobi od 10 do12 godina): ideje su raspravljane u istraživačkim grupama od po tri do četiri učenika, a djeca su zainteresirano tragala za djelotvornim modelima, koristeći vrpce, kotače, osovine načinjene od kemijske olovke, i papirnate trake^w1.

Ne samo da su učenici izbliza promatrali ponašanje uređaja i bilježili opažanja, prepostavljali, usavršavali, raspravljali i branili svoje modele, nego su se izrazili kreativno konstruirajući vlastite prototipe modela. Jedna je grupa iskoristila princip naprave s koncem za konstrukciju zgodnih napravica namijenjenih svojima majkama, u kojima su na vrpce ispisali različite emotivne poruke majkama.

Aspekt rukovanja ovim napravama potiče slikovito predočavanje i kinestetički način mišljenja, oba momenta ključna za znanstveno promatranje i «mozganje». Nadalje, djeca se osjećaju ugodno novom aktivnošću, istražujući u grupama vršnjaka jednakih kognitivnih razina. To je u značajnoj suprotnosti s osjećajem niskog samopoštovanja kojeg djeca često trpe u klasičnoj nastavi predmeta orijentiranih na savladavanje sadržaja.

Nije rijetkost naići na djecu koja uspješno izlaze na kraj i aktivno sudjeluju u ovim kreativnim aktivnostima s modelima, unatoč tome što u tradicionalnim školskim aktivnostima pokazuju niske rezultate.

Konstrukcijski plan za naparvu s koncem

Materijali

• Kartonska kutija
• Dva čvrsta, obojena konca, duljine 50-70 cm
• Dva komada stiropora s rupama u sredini, izrezana tako da odgovaraju nasuprotnim stijenkama kutije
• Plastična cijev (primjerice od kemijske olovke) i osovina koja se u nju umeće duljine razmaka nasuprtonih strana kutije (vanjska cijev može slobodno klizati i rotirati; cijev je kraća od unutarnje osovine pa se može slobodno vrtjeti nakom što ju se namjesti u kutiji)
• Kalem koji može biti učvršćen na cijev većeg radijusa
• Jedna ili dvije pločice prilagođene na rotirajuću cijev, za kontrolu unutarnjih konaca
• Dva oraha.

 

 

 

Postupak

1. Otvorite spajalicu i zagrijte ju na plamenu; zagrijanim vrhom izbušite rupicu u plastičnom kalemu na mjestu gdje želite pričvrstiti konac i gdje će konac biti namotan. Provucite konac kroz rupicu i učvrstite ga velikim čvoro.
2. Privežite još jedan komad konca, privezujuci ga čvrsto blizu središnjeg dijela cijevi.
3. Ubacite kalem gotovo na sredinu cijevi, zatim učvrstite čvor s malo brzosušećeg ljepila. Dva konca moraju biti privezana što je moguće bliže sredini cijevi.
4. Ako želite možete ubaciti drugi disk na suprotan kraj velikog kalema. Ako žljeb kalema nije dovoljno dubok, upotrijebite još jedan disk za razdvajanje dviju niti i spriječavanje njihovog zapetljavanja. Učvrstite sve dijelove preko cijevi brzosušećim ljepilom.
5. Odrežite 50-70 cm svakog konca; izbušite dvije uske rupe blizu sredine suprotnih strana kutije pazeći da budu pod pravim kutom na rotirajući osovinu. Provucite konac kroz te dvije rupe. Samo jedan konac treba biti u potpunosti provučen oko svog ležišta. Napravite dva čvora na slobodnim krajevima svakog konca.
6. Ubacite osovinu unutar tube i montirajte rotirajuću os preko dva nasuprotna pravokutnika od stiropora, koji stoje izvan kutije
7. Umetnite mehanizam u kutiju, ostavljajući konce tako da mogu slobodno ulaziti i izlaziti. Zatvorite kutiju i začepite je kada budete sigurni da naprava dobro radi; a onda je dajte djeci.

Rukovanje

Kada su oba konca izvučena, kutija se pomiče gore - dolje po koncu zamotanom oko manjeg koloturnika. Smanjujući silu kojom djelujete na konce, kutija će slobodno padati zbog svoje težine. Brzina pojavljivanja i nestajanja dvaju konaca je razmjerna promjeru koloturnika na kojem su konci pričvršćeni!

Preporučljivo je započeti igru sličnom napravom kod koje nema velikom koloturnika, a konci nisu omotani oko istog kalema. Djeca ce smisliti jednostavniji model; tada ce im biti jednostavnije prijeći na model s dva "kotača".

Plan Konstrukcije

 

 

 

1. Otvorite staru audio kasetu za snimanje.
2. Odblokirajte jedan kraj kazete, izrežite većinu trake ostavljajući 20-25 cm i ponovno privežite slobodni kraj na kalem (vidi sliku).
3. Zatvorite kasetu u kutiju i učvrstite ljepljivom trakom.
4. Napravite u kutiji dvije male rupe koje se podudaraju s dva kalema kasete.Prekrijte zupčanike da se ne vide izvana pa zatim zatvorite kutiju.
5. Oblikujte dvije odgovarajuce olovke i prilagodite ih zupčanicima iza rupa.

Naprava je veoma zagonetna djeci i najbolje ju je uvesti nakon što se upoznaju s jednostavnijim sličnim napravama. Napravas trakom može biti napravljena kompliciranije tako da se jedan od kalemova kasete zamijeni većim.