Zainteresuj ich wiedzą póki są młodzi: uniwersytet pomaga szkole podstawowej

Guillermo jest studentem prestiżowej uczelni Ecole Polytechnique w Saint Etienne, Francja. Pomagał nauczycielowi – Pascalowi uczyć elektryczności sześciolatki (francuski standard CP) w jednej ze szkół. Pod koniec zajęć oboje podsumowali swoją działalność

“Czy oglądałeś schemat, jaki narysowały dzisiaj dzieci? Robią fantastyczne postępy!”- zachwycał sie Pascal. „Za tydzień będziemy uczyli się o wyłączniku. Czy możesz mi pomóc? Nieźle mi się z tobą pracuje. Zróbmy coś razem jeszcze raz. „

““Oczywiście; przyniosę parę rysunków i przygotuję materiały dla dzieci” mówi Guillermo. „ Wyłącznik jest trudny do zrozumienia dla sześciolatków. Zapytamy ich, jak można wyłączyć żarówkę bez odłączania przewodów.”

W części projektu zwanego La main à la pâtew1^w1bierze udział 1500 – 2000 francuskich studentów uczelni technicznych. Pomagają w w czasie lekcji przyrodoznawstwa (dzieci w wieku 3-11 lat). Projekt ten zapoczątkował w roku 1996, laureat nagrody Nobla, Georges Charpak pracujący w Académie des Sciences. Projekt miał na celu promocję nauki przyrodoznawstwa w szkołach podstawowych. Dzisiaj projekt ten został wprowadzony również w 20 innych krajach. Istnieją strony internetowe projektu La main à la pâte w Niemczech^w2, Hiszpanii^w3, Serbii^w4, Kraje Arabskie^w5 and Chinach^w6, jak i międzynarodowy portal Teaching Science^w7. Portal obsługuje języki angielski, francuski, hiszpański i ma wiele odnośników do takich krajów, jak Belgia, Szwecja, Turcja, Szwajcaria.

Podejście typu “jak to zrobić” jest dla dzieci interesujące i pomaga w rozwoju umiejętności pracy naukowej, chociaż trzeba przyznać, że podejście to jest czasochłonne. Zwłaszcza przygotowania zabierają mnóstwo czasu. Poszukiwanie odpowiednich materiałów, organizacja doświadczenia i w końcu praca w czasie lekcji, to zajęcia absorbujące. Dodatkowo, nauczyciele przyrodoznawstwa nie czują się pewnie w tym temacie, co wymaga poświęcenia dodatkowego czasu nauczycielowi.

Guillermi i jemu podobni studenci pomagają w przezwyciężeniu trudności. Rekrutują się oni z technicznych wyższych szkól francuskich wszystkich departamentów Francji. Studencji trzeciego roku, przez co najmniej siedem kolejnych tygodni połowę dnia spędzają w szkołach podstawowych. Kążdy student pomaga nauczycielowi w przygotowaniu lekcji, przygotowaniu materiałów, prospektów, instrukcji itd. Opracowywują doświadczenia i sprawdzają je. Nauczyciel nadal jest odpowiedzialny za przebieg lekcji, Po zakończeniu zajęć lekcja jest wspólnie omawiana i analizowana.

By wspomóc takie działania, francuskie ministerstwo edukacji oraz ministerstwo szkół wyższych połączyło siły we wspólnym projekcie ASTEP^w8, co ułatwiło zaangażowanie się naukowców w edukację na poziomie podstawowym.

Co więcej, project francuski La main à la pâte jest koordynatorem ze strony Francji europejskiego projektu Pollen^w9 (patrz informacja w ramce), Projekt Pollen jeszcze silniej akcentuje stawianie pytań i ich doświadczalne rozwiązywanie. Saint-Etienne jest miastem, które w programie Pollen szczególnie rozwija silne związki między uniwersytetem a szkołą podstawową. Ich doświadczenia można znaleźć w internecie w języku francuskim oraz angielskim¹⁰.

Poniżej zamieszamy opis dwóch zajęć opracowanych wspólnie przez nauczycieli oraz studentów biorących udział w projektach La main à la pâte oraz Pyłek. Więcej szczegółów na temat tych zajęć można znaleźć w serwisach: La main à la pâte^w1 oraz Pollen^w9.

W jaki sposób można wyłączyć nos niedźwiedzia?

Tematem tych zajęć (sześć lekcji) było wprowadzenie pojęcia wyłącznika elektrycznego dla dzieci w przedziale wiekowym 3-6 latw11^w11. Przewiduje się wprowadzenie pewnych pojęć z elektryczności często ignorowanych przez nauczycieli w młodszych klasach. Nauczyciele uważają ten temat za zbyt trudny i nie zawsze mają pomysł, jak się do niego zabrać.

W następnej części opiszemy, co jest potrzebne nauczycielowi do przygotowania lekcji na powyższy temat. Następnie podamy opis czynności. Więcej materiału można znaleźć w serwisie La main à la pâte oraz na stronie Science in School^w12.

Podstawowe wiadomości dla nauczyciela

Kluczowe zagadnienie, to działanie wyłącznika w obwodzie. Obwód składa się z serii obiektów przewodzących prąd elektryczny, włączająć w to baterię oraz żaróweczkę. Wszystkie te elementy muszą być wzajemnie połączone, jeden za drugim tworząc zamknięta pętlę – tzw. zamknięty obwód elektryczny. Nie można zobaczyć, co jest w środku baterii, byłoby to nawet niebezpieczne ze względu na zawarte w niej chemikalia. Wystarczy powiedzieć, że zadaniem baterii jest zapewnienie przepływu prądu elektrycznego w obwodzie. Jeżeli w jakimkolwiek miejscu obwód elektryczny jest przerwany, przepływ prądu nie może dalej zachodzić.

Aby uczniowie lepiej zrozumieli, że do przepływu prądu obwód musi być zamknięty, należy z bliska obejrzeć żaróweczkę – można nawet stłuc przedtem szklaną bańkę ( ostrożnie). Widać w środku dwa kontakty; jeden łączy włókno żaróweczki z jej stopką, drugi z bokiem oprawki (zobacz to na ilustracji). Dzieciom łatwiej jest wtedy prześledzić drogę prądu elektrycznego w żaróweczce.

W szkole podstawowej niestety nie przewiduje się doświadczenia o kierunku przepływu prądu elektrycznego – nie można zobaczyć małych elektronów. Na tym poziomie najważniejszym jest by zrozumieć, że prąd płynie w obwodzie dzięki barterii poprzez przewody elektryczne. Wszystko razem musi tworzyć obwód zamknięty. Dowodem na to, że prąd elektryczny płynie , dla dzieci w szkole podstawowej, jest świecenie żaróweczki.

Gdy prąd elektryczny płynie przez włókno wolframowe żaróweczki, powoduje jego rozgrzanie się – włókno to stawia opór prądowi elektrycznemu. Na skutek tego włókno rozgrzewa się do wysokiej temperastury i zaczyna świecić. Włókno zawsze jest umieszczone w próżni lub w obecności gazów szlachetnych lub nieczynnych, aby nie dopuścić do reakcji utleniania – spalenia się włókna.

Przy wprowadzeniu pojęcia wyłącznika ważne jest dać dzieciom do zrozumienia, że jest to część ruchoma. Oznacza to, że w zależności od jego ustawienia w pewnej pozycji może on przerwać obwód elektryczny lub połaczyć go ponownie. Gdy pojęcie jego funkcji zostanie przyswojone, konstrukcja przełącznika ma już mniejsze znaczenie; może to być najprostszy działający model zrobiony np. ze spinacza biurowego i dwóch pinezek do papieru (patrz rysunek na lewo). Dla mniejszych dzieci być może bardziej przemówi wyłącznik zrobiony z tzw. krokodylka (patrz rysunek powyżej).

Wyposażenie i materiały

• Żaróweczka wraz z oprawką
• Przewody elektryczne
• Bateria
• Latarka kieszonkowa
• Głowa niedźwiadka z papieru maché – żarówka umieszczona w miejsce nosa (lub coś podobnego według włąsnego pomysłu)
• Głowa niedźwiadka z papieru maché – żarówka umieszczona w miejsce nosa (lub coś podobnego według włąsnego pomysłu)

Materiały te powinny być w pracowniach szkolnych lub można je kupić w lokalnych sklepach.

Postępowanie

Każdy element zajęć zabiera 45 minut. Poniżej są propozycje dla każdej lekcji. Dzieci powinny zaczynać od czegoś podobnego do tego, co już znają; np. latarka kieszonkowa; zabawka niedźwiadek. Potem mogą podchodzić do zagadnienia bardziej formalnie – rysowanie polączeń

Krok 1

• Zaświeć kieszonkową latarke.
• Przeprowadź dyskusje uwzględniając: które elementy sa potrzebne w latarce by móc zaświecic żarówkę. Odpowiedź: bateria, wyłacznik i żaróweczka.

Krok 2

• Przedyskutuj z dziećmi, jak można zaświecic żarówkę, jeżeli znajduje się ona poza latarką?
• Wykręć żaróweczkę z latarki.
• Zaświeć żaróweczkę podłączając do niej bezpośrednio baterię.
• Niech uczniowie narysują to co widzą i wypróbują samodzielnie zaświecenie żaróweczki.
• Przedyskutuj z dziećmi zagadnienie, która dokładnie część żarówki świeci?
  Odpowiedź: włókno

Krok 3

• Zaputaj dzieci, jak można zaświecić żaróweczkę, jeżeli znajduje się ona w pewnej odległości od baterii?
• W odpowiedzi dzieci powinny dojść do wniosku, że są to przewody. Przy ich pomocy oraz krokodylków można dokonać połaczeń( patrz np. rysunek powyżej).

• Zapytaj dziei, jak wyobrażają sobie układ połączeń, który spowoduje zaświecenie nosa_- żaróweczki. Poproś o naszkicowanie tych połączeń.Krok 4
• Pokaż dzieciom głowę niedźwiadka zrobionego z papieru maché – w miejscu nosa umieszczona jest żaróweczka.

Krok 4

• Pokaż dzieciom głowę niedźwiadka zrobionego z papieru maché – w miejscu nosa umieszczona jest żaróweczka.
• Zapytaj dziei, jak wyobrażają sobie układ połączeń, który spowoduje zaświecenie nosa_- żaróweczki. Poproś o naszkicowanie tych połączeń.

Krok 5

• Zgromadź dzieci i wybierz kilka narysowanych przez nie układów połączeń elektrycznych.
• Przedyskutuj z dziecmi: jakie zmiany należy wprowadzić, by układ działał?
  Porównaj różne rusunki i przeprowadź dyskusję czy takie układy będa działały? Sprawdzaj je razem z dziećmi doświadczalnie, aż uklad elektryczny zacznie działać.

Krok 6

• Udekoruj głowę niedźwiadka.

Krok 7Umieść obwód elektryczny w głowie niedźwiadka. Przy pomocy wyłacznika włączaj i wyłączaj nos zwierzątka!

Wyścigi piaskowych czasomierzy

Poniżej opisane są zajęcia z dziećmi mające na celu zaznajomienie ich z dwoma podstawowymi pojęciami z fizyki: czas i szybkość. Zajęcia przeznaczone są dla dzieci w przedziale wiekowym 3-6 lat (nieco bardziej skomplikowane pojęcie czasu znajdziesz w pracy Al-Khalili, 2009). Zajęcia umożliwią zrozumienie takich pojęć jak: „szybciej niż”, „wolniej niż’, „tak samo szybko”. Dzieci będa konstruowały, porównywały działanie piaskowych czasomierzy. Dzieci będą mogły dokonać porównania między ilością piasku w czasomierzach a czasem przesypywania sioę piasku w czasomierzu. Dokładny opis znajdziesz na stronie Pollen^w13.

I – Przygotowanie piaskowych czasomierzy (dla nauczyciela)

Materiały do sporządzenia czasomierza piaskowego

• Dwie plastikowe butelki
• Piasek lub semolina (łatwiej się przesypuje niż piasek)
• Szydło lub coś podobnego ostrego
• Taśma klejąca

Postępowanie

1. Zrób dziurki w nakrętkach butelek; postaraj się, by byly jednakowj wielkości.
2. Napełnij butelki piaskiem (lub semoliną). Użyj różnych ilości piasku dla różnych butelek – patrz II).
3. Przedziurawione nakrętki umocuj na butelkach.
4. Druga butelkę (bez nakrętki) postaw “do góry nogami” na butelce z nakrętką i połącz butelki przy pomocy taśmy klejącej.

Uwaga: W niektórych doświadczeniach uczniowie powinni samodzielnie przyrządzic czsomierze piaskowe ( patrz III i IV)

II – Porównaj czasy przesypywania dla trzech czasomierzy (około 20 minut)

Materiały dla każdej grupy dzieci

Trzy plastikowe czasomierze wypełnione piaskiem w różnych ilościach i zaznaczone różnymi kolorami: np najmniej napelniona na czerwono, średnio napełniona na niebiesko i najbardziej napełniona, na czarno.

Postępowanie

1. Podziel klasę na grupy czteroosobowe.
2. Troje dzieci bawi się czasomierzem a czwarte dziecko prowadzi notatki z obserwacji.
3. Poproś dzieci by obróciły o 1800 czasomierze i ustawiły je w kolejności ukończenia przesypywania piasku.
4. Powtórz każde doświadczenie trzykrotnie; dzieci zamieniaąa sie rolami

1. Dlaczego czasomierz z najmniejszą ilościa piasku (czerwony) zawsze kończy pierwszy?
2. Zauważ: czasomierze muszą być obracane jednocześnie.
   • Zwróć uwagę by dzieci stosowały zawsze tą samą metodę porównywania czsomierzy.:
   • Jedno z dzieci, to które nie ma czasomierza, liczy: ”raz, dwa, trzy”.
   • Na komendę “trzy” pozostałe dzieci obracają czasomierze.
   • Dziecko, którego czasomierz skończy przesypywanie piasku podnosi do góry ręke i głośno woła np. „Czerwony!”
3. Dziecko zapisujące wyniki notuje kolejność ukończenia przesypywania piasku przez czsomierze.
4. Powtórz doświadczenie 3-4 razy.
5. Jeżeli kolejność zakończenia przesypywania piasku nie zawsze jest taka sama, to dlaczego tak się dzieje?

III - Jak można regulować czas przesypywania piasku przez czasomierz (20 minut)

Materiały dla jednego dziecka

• 3 puste czasomierze oznakowane na: czerwono, niebiesko i czarno
• Semolina (tł. lub piasek)
• Arkusz z tabelką do zapisywania wyników

Postępowanie

1. Podziel klasę na małe zespoły.
2. Wręcz dzieciom arkusze z zaznaczonymi przewidywaniami, który czasomierz powinien skończyc pierwszy (np. pierwszy czerwony, potem niebieski a na końcu czarny).
3. Powiedz uczniom by napełnili czasomierze piaskiem w takiej ilości by czas przesypywania był zgodny z przewidywaniami.
4. Przeprowadż doświadczenie i zapisz wyniki.
5. Uczniowie powinni zauważyć, że im więcej piasku w butelce, tym dłużej trwa przesypywanie jego w czasomierzu.

IV – Przewidywanie, kolejności zakończenia przesypywania piasku przez czasomierze w zależności od objętości semoliny (piasku)

Materiały dla jednego dziecka

• 3 puste czasomierze oznaczone kolorami
• Semolina (tł. może być piasek)
• Lejek ( może być zrobiony włąsnoręcznie z papieru)
• Mały dzbanuszek
• Instrukcja napełniania; np. 1 dzbanuszek piasku do czerwonego czasomierza, 2 dzbanuszki piasku do czrnego i 3dzbanuszki do niebieskiego czasomierza
• Arkusz wypełniony otrzymanymi wynikami (patrz poniżej)

Czynności

1. Podziel klasę na małe grupy.
2. Powiedz dzieciom, jak napełnić piaskiem czsomierze.
3. Zadaj dzieciom pytanie: w jakiej kolejności czsomierze ukończą przesypywanie piasku?  Zapisz ich odpowiedzi (patrz ponizej).
4. Przeprowadź doświadczenie.
5. Zapisz uzyskane doświadczlnie wyniki ( patrz przykład poniżej).
6. Porównajj uzyskane wyniki z przewidywaniami.

V – Ustaw trzy czasomierze przez porównanie ich parami ( 15 minut)

Materiały dla jednego dziecka

• 3 czasomierze napełnione niemal identyczną ilościa semoliny ( tł. lub piasku)
• Tabela z wynikami (patrz powyżej)

Czynności

1. Powiedz dzieciom: Macie trzy czasomierze piaskowe. Może obrócić tylko dwa. Następnie ustawcie je w kolejności od najszybszego do najwolniejszego!
2. Wniosek:
   Jeżeli czarny czsomierz działa szybciej niż czerwony, a niebieski szybciej niż czarny, to niebieski jest szybszy niż czerwony.