Vejce v úzkých (didaktická analýza) | Úvod

Výuka je založena na badatelském projektu, který propojuje poznatky z fyziky a biologie. Předmětem zkoumání je působení atmosférického tlaku a jeho změn na tělesa, zvláště na těla živých bytostí. Žáci si postupně vyzkouší všechny kroky badatelského cyklu prostřednictvím experimentu s vejcem protlačovaným hrdlem lahve.

Cílem experimentu je vysvětlit změny vlastností tělesa (natvrdo uvařeného vejce) na základě změn tlaku plynu v jeho okolí. Experiment je pak využitý jako analogie k vysvětlování působnosti atmosférického tlaku na těla živočichů a na různé jevy v běžné praxi.

Pokračovat

Detailní metodika pokusu z webu Badatelé.cz ke stažení zde.

Vzdělávací obsah v této výuce lze členit do dvou okruhů: faktického a metodického. Faktický okruh je tvořen poznatky, resp. pojmy, které objasňují pozorované přírodní jevy (změny vlastností tělesa – natvrdo uvařeného vejce) vlivem tlaku plynu v prostředí.

Metodický okruh je tvořen poznatky/pojmy, které charakterizují badatelské postupy.

Faktický okruh: Žákům jsou předvedeny dvě lahve: jedna prázdná a druhá uvnitř s natvrdo vařeným vejcem, které zjevně je větší než hrdlo lahve. Problém je představen otázkou: Jak dostat vejce do lahve a pak z lahve ven?

Metodický okruh: Otázka se ptá na příčinu změny stavu – vede ke kauzálním hypotézám „jestliže – pak“. Ty musí být ověřovány experimentem, který sleduje vliv nezávislých (kontrolovaných) proměnných na závislé proměnné. V tomto případě je nezávislou proměnnou teplota plynu (vzduchu), závislou proměnnou je tlak plynu (vzduchu) v nádobě, jehož změny působí na změny vlastností tělesa (vejce). Podtlak nebo přetlak jsou natolik velké, že změní tvar a způsobí pohyb vejce do/z nádoby.

Pokračovat

Otázky, které žáci kladou, si přivolávají svůj vzdělávací obsah a jeho odborný kontext – obor nebo jeho specializaci.

Metodický pokyn k této výuce (s. 50) požaduje od učitele, aby vedl žáky ke klíčové otázce (může mít více formulačních variant): Jak se vajíčko dostane do lahve, resp. z lahve?

Úkol pro uživatele:

Pokračovat

Pokračovat

Graf vztahů mezi hodnotami teploty a tlaku plynu v lahvi z metodického materiálu Kvantitativní vyhodnocení experimentu Vejce v lahvi (graf použit se svolením autora, viz Vochozka et al., 2019)

Didaktický problém zde spočívá v tom, že pro dosažení cíle výuky není tolik důležitá kauzální fyzikální hypotéza o vztahu mezi teplotou plynu v lahvi a jeho tlakem. Tento vztah podmiňuje vtlačení/vytlačení vajíčka a tedy zodpovězení klíčové otázky: jak se vajíčko dostane do/z lahve?

Důležitější pro další postup výuky a dosažení kognitivního cíle je však doprovodný jev (fakt), který je v pokusu méně nápadný: deformace tělesa (uvařeného vejce) působením rozdílů a změn tlaku.

0:44. Pojmy napsané ve videozáznamu se liší od pojmů navržených v metodické příručce. Porovnejte obě skupiny pojmů.

I. Metodická příručka: atmosférický tlak, podtlak, přetlak.

II. Videozáznam v čase 0:44: atmosférický tlak, tlak, podtlak, vzduch, gravitace, stlačitelnost vzduchu.

Úkol pro uživatele:

Pokračovat

Úkol pro uživatele:

Pokračovat

K zamyšlení: Jakým způsobem by žáci v dialogu mezi sebou mohli sami postupně vysvětlit, na co hypotézy zaměřují pozornost, vyřadit ty hypotézy, které jsou méně závažné (pro dosažení cílů této výuky) a dospět ke klíčové hypotéze, resp. ke klíčovým hypotézám? (Např. hypotéza o rozdílné velikosti vajec vede k měření a porovnávání otvoru v lahvi s velikostí vajec.) V čem by jim pravděpodobně musel pomáhat učitel?

Pokračovat

K zamyšlení: K níže uvedeným postupným krokům experimentu přiřaďte nejprve ilustrační obrázky, poté odpovídající pojmy a jejich vzájemné vztahy z konceptového diagramu.

Obrázky analyzujte ve vztahu k pojmům a na tomto podkladě je upravte, aby byly co nejpřiléhavější, bez nadbytečných nebo nedostatečných informací.

Pokračovat

2:16 – 2:28 U: Mezitím ten ohřátý plyn, který se rozpínal, se nám ochladil o stěny té lahve a tím pádem se rychle zase… Ž: …stlačil.

K zamyšlení: Jakým způsobem – na základě jakých otázek či podnětů – by žáci v dialogu mezi sebou mohli postupně sami vysvětlit to, co učitelka popisuje?

Úkol pro uživatele:

Pokračovat

Pozn.: V metodické příručce (s. 50) je uvedeno upozornění: …žáci pracují s klíčovými slovy, předvídají, jak slova souvisejí s pokusem.

2:46. U: …přetlak. A přetlak vytvoříš kde?

K zamyšlení: Z videozáznamu není možné přesně zjistit postup, jak žáci s oporou v klíčových slovech vytvářejí novou hypotézu o pohybu vejce ven z lahve. Jakým způsobem – na základě jakých otázek či podnětů – by se žáci v dialogu mezi sebou mohli postupně sami k takové hypotéze dopracovat? Jak by taková hypotéza měla být přesně zformulována?

Úkol pro uživatele:

Pokračovat

B

Pokračovat

Úkol pro uživatele:

Pokračovat

3:23 – 3:32. Ž: Má jiný krunýř než ostatní, aby jí vlastně nepraskl, když se potápí do velkých hloubek.

K zamyšlení: Jaká informace v citovaném projevu žákyně chybí, aby vysvětlení příčin bylo v něm úplné? O jakého živočicha se konkrétně jedná? Měli by žáci znát jeho (český) odborný název a z jakých důvodů ano/ne?

Pokračovat

K zamyšlení: Jaké klíčové koncepty, které jsou zaznamenány v diagramu hloubkové struktury výuky a které organizují průběh výuky, by mohly být přiřazeny k jednotlivým obrázkům? Jak by žáci sami mohli tyto klíčové pojmy použít, aby své obrázky objasnili s ohledem na sledované cíle výuky?