Fizika v šoli 25 Didaktični prispevki Izkušnje z izdelavo fizikalnega sefa in s tekmovanjem »Videl, premislil, odklenil!« Peter Šlajpah Zavod sv. Frančiška Saleškega, Gimnazija Želimlje Povzetek Dijaki imajo s področja naravoslovja na voljo kar nekaj tekmovanj. Za večino teh je izhodišče šolsko znanje, ki si ga pridobijo po učnem načrtu in nato samostojno ter s pomočjo mentorja dopolnijo z dodatnim delom. Vi- del, premislil, odklenil (VPO) pa je tekmovanje, ki se v marsičem razlikuje od drugih. Namenjeno je predvsem dijakom, ki želijo svoje znanje fizike preizkusiti v kon- kretnem izdelku – fizikalnem sefu. V prispevku bo predstavljen potek dejavnosti od začetnega seznanjanja dijakov prek posameznih faz načrtovanja in izgradnje sefa pa vse do udeležbe na državnem tekmovanju VPO. Ob tem bomo razmišljali o posebnostih tovrstnega dela z dijaki. Ključne besede: fizikalni sef, fizikalno tekmovanje Abstract High school students have a fair chance to participate in Natural Science Competitions. Most competitions are based on the material taught at regular lessons and then upgraded by the student’s own work as well as them having the assistance of a mentor. »Videl, Premislil, Odklenil« (VPO) is a competition, which is different in many aspects from the above mentioned ones. It is focused on students, who wish to use their knowledge of Physics in reality – building a safe. This article will show the flow of the activity from the initial information that the participants get, continuing with the individual phases of the planning and building of the safe and up to the state level competition. Besides that, we shall focus on the speciality of such work with these students. Keywords: A safe based on Physics principles, Physics Competitions Slika 1: Dve izvedbi sefa. Kaj sta fizikalni sef in tekmovanje VPO? Fizikalni sef je (običajno) lesen zaboj s (priporočenimi) dimenzijami 30 cm x 40 cm x 60 cm. Zaklepni meha- nizem je mogoče odpreti, če rešimo določene naloge, ki temeljijo na dveh fizikalnih pojavih. T ekmovalna skupi- na petih dijakov izdela svoj sef in se z njim udeleži tek- movanja, na katerem poskušajo vdreti v sefe nasprotnih ekip, konkurenčne ekipe pa v njihovega. V eč informacij o sefu in tekmovanju je na voljo na spletni strani Hiše eksperimentov, ki je organizator državnega tekmovanja. 26 Komu je tekmovanje namenjeno? V projekt izdelave sefa se vključujejo dijaki, ki jim je fizi- ka zanimiva in želijo praktično preizkusiti svoje znanje. V tekmovalni ekipi je samo pet dijakov. Najprimerneje je, da so to dijaki tretjih letnikov, ki že imajo celovitejše znanje. Zato so sicer primernejši maturantje, vendar se pri njih že kaže časovna stiska, saj jih intenzivnejše šols- ko delo bolj zaposluje kot nižje letnike. Omejeno število dijakov je lahko slabost tega tekmovanja, saj naj bi bile obšolske dejavnosti ponujene širšemu krogu dijakov. Zato je zelo smiselno, da v začetni fazi vključimo tudi dijake drugih letnikov. Ti običajno z veseljem sode- lujejo, čeprav vedo, da (praviloma) nimajo možnosti priti v tekmovalno ekipo. Vseskozi je treba gojiti zavest, da ni pomembno samo končno tekmovanje, ampak da je zani- mivo in pestro že delo pri načrtovanju in izgradnji sefa. Vključevanje mlajših dijakov je dobrodošlo tudi za men- torja, ki z opazovanjem sposobnosti, spretnosti in vztraj- nosti posameznikov lažje dolgoročno načrtuje delo. Za uspešen končni rezultat je treba vključiti dijake z raz- ličnimi znanji in spretnostmi. Široko fizikalno znanje v skupino prinašajo dijaki, ki uspešno sodelujejo tudi na drugih tekmovanjih iz znanja fizike. Poleg tega so potrebne tudi veščine ravnanja z obdelovalnimi stroji (mehanska izdelava), poznavanja elektronike (krmiljen- je) in znanje tujih jezikov (mednarodno tekmovanje). Predvsem pa je pomembno, da sodelujoči dijaki name- nijo dejavnosti dovolj časa in da imajo dovolj notranje motivacije in vztrajnosti. Raznolikost dela v procesu iz- gradnje sefa je gotovo pomembna dodana vrednost, ki jo tekmovanje VPO vnaša v šolski prostor. Potek izdelave sefa Vsakokratni zagon projekta izgradnje sefa je zgodba zase, zato mentorju predstavlja velik izziv. Udeleženci in fizikalna vsebina, na kateri slonijo uganke, se menjajo. Lahko bi rekli, da z vsakim letom začnemo povsem od začetka. Pri časovni orientaciji pomagajo poročila, ki jih moramo pošiljati organizatorju tekmovanja. Posamezne faze dejavnosti bi lahko razvrstili tako: – oblikovanje skupine, – iskanje zanimivih fizikalnih pojavov, – izdelava prototipov, – snovanje ugank, – konstruiranje in izgradnja sefa (ohišje, krmiljenje …), – preizkušanje, – priprava na tekmovanje, – tekmovanje in dejavnosti po njem. Gre seveda bolj za vsebinsko kot kronološko delitev, saj se dejavnosti med sabo pogosto prepletajo in dopolnjujejo. Oblikovanje skupine Za optimalen začetek je dobro, da že ob koncu šolskega leta na prva srečanja povabimo zainteresirane dijake. Sez- nanimo jih z načinom dela in predvsem spodbudimo, da že med poletnimi počitnicami iščejo zanimive pojave, ki bi jih lahko uporabili kot uganke v sefu. Uspešna oblika navduševanja je, da dejavnost svojim sošolcem predstavijo kar udeleženci predhodnih tekmo- vanj. Na teh predstavitvah pokažejo izdelke preteklih sezon in povedo, zakaj so se odločili za sodelovanje v projektu ter kaj so z njim pridobili. Iskanje zanimivih fizikalnih pojavov Z dejavnostmi začnemo septembra, in sicer takoj na začetku šolskega leta. Kot je določeno v pravilih tek- movanja, naj sef vsebuje dve uganki z dveh področij srednješolske fizike. Na prvih srečanjih zato z metodo viharjenja možganov evidentiramo vse ideje, ki pa mo- rajo biti dovolj konkretne (npr. predlog, naj bo uganka iz optike, ni prav uporaben). Dijaki se v tej fazi učijo argumentiranega zagovarjanja svojih idej in hkrati tudi sprejemanja konstruktivne kritike in pomislekov. Men- tor skrbi za to, da do besede pridejo tudi manj prodorni udeleženci debate. Iskanje idej je zelo ustvarjalno opravilo, a ima slabost, da je časovno nepredvidljivo in se lahko vleče iz tedna v teden. Predvsem zaradi tega in ker je od kakovosti ide- je odvisen tudi končni rezultat, je to najobčutljivejši čas projekta. Če traja predolgo, lahko povzroči težko nado- mestljive zamude ali celo predčasen zaključek projekta. Slika 2: Preverjanje hitrosti kotaljenja polne in prazne žogice. Fizika v šoli 27 Didaktični prispevki Pogosto se, predvsem če ni dovolj dobrih predlogov, po- javi težava, da dijaki rešitve pričakujejo od mentorja. Izdelava prototipov Vsi avtorji uporabnih predlogov iz predhodne faze so vab- ljeni k izdelavi prototipov. Z njimi preizkušamo, ali so odzivi dovolj intenzivni in ne preveč občutljivi na zunan- je razmere. Na sliki 2 vidimo preverjanje, ali je razlika v hitrosti kotaljenja polne in prazne žogice po klancu do- volj velika, da to opazno vpliva na domet. Prototipi so včasih že na začetku tako uspešni, da jih kasneje neposredno vgradimo v sef. Spet drugič pa gre- do skozi veliko razvojnih stopenj, kot lahko vidimo na sliki 3. V tej fazi se lahko izkažejo dijaki, ki so jim blizu mode- larstvo, obdelovanje materialov in podobne rokodelske spretnosti. Pogosto presenetijo z izrednim poznavanjem strojništva in elektronike, kar morda ni značilno za dija- ke gimnazij. Videti je tudi, da jih privlačijo novodobne tehnologije, kot je na primer 3D-tiskanje. Snovanje ugank Uspešnim prototipnim preizkusom sledi razmislek, kako na njihovi podlagi oblikovati uganko. Dobra uganka je tista, ki je rešljiva samo s poznavanjem njenega fizikal- nega ozadja. V eliko dilem v zvezi z izvedbo se odpre in tudi razrešuje že v času preizkušanja prototipov. Ker gre pri snovanju ugank že neposredno za lastnosti prihod- njega sefa, so dragocene izkušnje, ki so jih dijaki prido- bili na predhodnih tekmovanjih. Zato si prizadevamo, da je v skupini vsaj nekaj »veteranov«, ki svoje izkuš- nje z veseljem prenašajo na mlajše generacije (vrstniško učenje). Konstruiranje in izgradnja sefa Ohlapna pravila glede velikosti in oblike sefa omogoča- jo veliko ustvarjalno svobodo pri oblikovanju zunanjosti sefa. Ker gre za unikatni izdelek, tudi ne moremo pred- videti vseh konstrukcijskih podrobnosti, ki jih dorečemo sproti med izdelavo. Že med zastavljanjem ugank raz- mišljamo tudi o načinih in omejitvah krmilnih meha- nizmov. T a ni del fizikalnih ugank in je vdiralcem v sef neopazen. Zato ga lahko izvedemo na poljuben način. Izvedba je zelo odvisna od znanja elektronike, ki ga imajo sodelujoči dijaki. Zelo primerna se zdi uporaba mikrokrmilnikov (Arduino), ki s paleto senzorjev in ak- tuatorjev ponujajo praktično neomejene možnosti. T ako nas težavnost krmiljenja ne omejuje, zato se pri načrto- vanju lahko osredotočimo na fizikalno vsebino. Dijakom je spoznavanje elektronike in njene konkretne uporab- nosti še poseben izziv. V zvezi s samo izdelavo velja opozoriti na težavo, s ka- tero se srečujemo predvsem v gimnazijah. Šole običajno nimajo ne primernih prostorov ne orodij, ki so pri izde- lavi nujno potrebna. Slika 3: Razvojne faze ohišja z motorjem in vztrajnikom. 28 Slika 4: Fizikalna učilnica postane delavnica. Obdobje izgradnje sefa je tudi čas, ko se oblikuje tek- movalna peterka, ki je nato nosilka nadaljnjih dejavnos- ti. Če je kandidatov več, je mentorjeva naloga izbiranja lahko zelo neprijetna. Glavni kriterij pri izbiri je seveda kakovost skupine v smislu zastopanosti različnih znanj in veščin (fizikalno znanje, sposobnost opazovanja, jezi- kovna spretnost, organizacijske sposobnosti). Pomemb- ne pa so tudi osebnostne lastnosti kandidatov: vztrajnost, odgovornost, samostojnost, radovednost, pripravljenost na sodelovanje … Preizkušanje delovanja sefa Po končani izgradnji je čas preizkušanja, ki ima dvojni namen: preizkus kakovosti izdelave in vzdržljivosti ter odkritje morebitnih slabosti ugank (alternativno reše- vanje). K preizkušanju povabimo dijake, ki sicer pri pro- jektu ne sodelujejo in zato sefa ne poznajo. Preizkuše- valci tako predstavljajo vdiralce, ki bodo na tekmovanju skušali odpreti sef. Njihov odziv je dragocena informa- cija, na podlagi katere se izvedejo popravki in izboljša- ve sefa. Za tekmovalno ekipo so to že prve tekmovalne izkušnje. Preizkušanje je tudi priložnost, da se z dejav- nostjo seznani širši krog dijakov, ki se vanjo sicer niso aktivno vključili. Zaključne dejavnosti in priprava na tekmovanje Omenjeno je bilo, da je o poteku dela treba organiza- torju pošiljati vmesna poročila. Na osnovi teh poročil se ob koncu oblikujeta dva pomembna izdelka: dokončen opis delovanja sefa in navodilo, ki ga vdiralci dobijo na tekmovanju. Dijaki so pri jezikovnem izobraževanju sicer vajeni sestavljati različna sporočila, a oblikovanje omenjenih besedil je zanje velik izziv in zato je pomoč mentorja zelo dobrodošla. Ko je sef pripravljen na tekmovanje, je tudi čas za dodat- no poglobljeno raziskovanje in preučevanje fizikalnih pojavov, ki so uporabljeni v sefu. Globina razumevanja se v zagovoru pred komisijo preverja na tekmovanju. Člani tekmovalne ekipe si skupaj z mentorjem razdelijo vloge, ki jih bodo imeli na tekmovanju. Tekmovanje in dejavnosti po njem Državno tekmovanje je za večino skupin zaključno de- janje projekta. V primeru uspeha na državnem tekmo- vanju pa ekipo čaka še nekaj dodatnih dejavnosti. Sef je treba pripraviti za transport na mednarodno tekmovanje. Nekajkratno razstavljanje in ponovno sestavljanje je še dodaten preizkus kakovosti izdelave. Nemajhen zalogaj sta tudi prevajanje dokumentacije in priprava na zago- vor v angleškem jeziku. Po vseh tekmovalnih preizkusih lahko sef služi tudi kot unikaten didaktični pripomoček za privlačen prikaz fi- zikalnih pojavov pri pouku in zunaj njega. T ekmovalci z veseljem sodelujejo pri predstavljanju svojega izdelka sošolcem ter obiskovalcem dneva šolskih odprtih vrat in informativnega dneva. Zanimiv je tudi za sprehajalce na Vrtu eksperimentov, ki poteka v okviru Znanstivala v Ljubljani. Slika 5: Fizikalni sef na Vrtu eksperimentov. Zaključek Opisani linearni potek dogodkov je seveda idealen okvir, ki se mu vsako leto bolj ali manj približamo. Vmes je veliko zank in stranpoti, katerih premagovanje je del ustvarjalnega procesa. Pogosto se dogaja, da nek koncept vzdržujemo in popravljamo, dokler ne postane tako zap- leten in nezanesljiv, da ga je enostavno treba zamenjati. Roki pa se seveda približujejo. Dijaki tako neposredno občutijo, kakšen je način dela raziskovalcev in inženir- jev. Ti morajo v danih časovnih okvirih zasnovati in izde- lati delujoč izdelek, ki mora svojo kakovost pokazati še na trgu (tekmovanju). Po nekajletnih mednarodnih izkušnjah lahko ugotovi- mo, da je slovensko državno tekmovanje tako po izvedbi kot tudi po sposobnosti sodelujočih ekip in kakovosti nji- hovih izdelkov na zelo visoki ravni. Na zaključno vprašanje, kaj novega prinaša VPO, bi na kratko lahko odgovorili, da gre za opredmetenje kako- vostnega fizikalnega znanja na zanimiv in zabaven na- čin. Dijaki pri tem pridobivajo in urijo kompetence, za katere je pri drugih šolskih dejavnosti manj prostora.