2 Fizika v šoli 2024 Poštnina plačana pri pošti 1102 Ljubljana Letnik 29 Ocenjevanje eksperimentalnega dela ¬ Posebna teorija relativnosti po Bondijevo ¬ Fizikalna eksperimentalna naloga na IJSO 2023 ¬ Intervju s slovensko znanstvenico dr. Andrejo Gomboc ¬ Potovanje med ozvezdji južnega neba z GoChile Fizika v šoli Letnik 29 (2024), št. 2 KAZALO Dušan Klemenčič Uvodnik 1 IZ TEORIJE ZA PRAKSO Tomaž Kranjc Posebna teorija relativnosti po Bondijevo 2 Monika Semič in Katarina Susman Ocenjevanje eksperimentalnega dela pri pouku fizike v osnovni šoli 12 IZ PRAKSE Neža Poljanc Ocenjevanje eksperimentalnega dela pri fiziki 19 Tilen Fidler Alternativno vrednotenje znanja pri predmetu fizika 23 Primož Susman Eksperimentalno delo pri obravnavi električnih vezij 29 Damjan Kobale Potovanje med ozvezdij južnega neba z GoChile 34 Barbara Rovšek Fizikalna eksperimentalna naloga na IJSO 2023 40 Barbara Rovšek Rešitve treh nalog z IJSO 2023 45 Saša Dolenc Analiza rezultatov s 44. tekmovanja osnovnošolcev v znanju fizike za Stefanova priznanja 2024 50 UPODOBITVE V FIZIKI Mojca Čepič Razlaga opaženega dogajanja 54 ZNANOST V SVETU IN PRI NAS Uredniški odbor revije Fizika v šoli Intervju s slovensko znanstvenico dr. Andrejo Gomboc 57 ZANIMIVOSTI Mojca Čepič Bili smo na svetovni konferenci o poučevanju in raziskavah o poučevanju fizike 61 Vladimir Grubelnik Strip 66 UČITELJEV POGLED Peter Prelog Slovnica za učitelje matematike in fizike 64 IUz vtoeodrnijiek za prakso Spoštovane bralke in bralci, pred nami je druga številka 29. letnika revije Fizika v šoli, ki ljubiteljem nara- ve, temeljne naravoslovne vede in poučevanja fizike ponuja v branje številne zanimive članke. Vodilna tema letnika je vrednotenje znanja pri pouku fizike. V prvi številki smo dali prednost člankom, ki so na tem področju podajali teoretična izhodi- šča za vrednotenje znanja, in napovedali, da bodo v tej številki sledili članki iz prakse na isto temo. Fizika je naravoslovni predmet, ki nudi številne prilo- žnosti na področju različnih oblik vrednotenja znanja, kar potrjujejo avtorji kar štirih člankov, objavljenih v tej številki v rubrikah »Iz teorije za prakso« in »Iz prakse«. PACS 01.40. –d, 01.50. –i, 01.55. +b V rubriki »Iz teorije za prakso« objavljamo tudi članek na temo teorije rela- ISSN 1318-6388 tivnosti, ki bo marsikateremu bralcu ponudil koristen pogled na to pogosto FIZIKA V ŠOLI slabo razumljeno vsebino in morda kakšnemu učitelju dodatno priložnost, letnik XXIX, številka 2, 2024 kako to zahtevno vsebino približati učencem. Izdajatelj in založnik: Zavod RS za šolstvo Poleg že napovedanih člankov je v rubriki »Iz prakse« objavljen tudi članek, Predstavnik: v katerem nas avtor popelje na potovanje med ozvezdji južnega neba, ki ga Jasna Rojc prebivalci severne poloble redko lahko opazujemo v živo. Projekt Centra Odgovorni urednik: za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici, imenovan GoChile, Dušan Klemenčič Uredniški odbor: ponuja različne priložnosti, da s sodobno tehnologijo z nekaj znanja in mag. Miroslav Cvahte, dr. Mojca Čepič, dr. Saša Dolenc, podpore na daljavo opazujemo tudi ta del neba. Rubriko zaključujemo s dr. Vladimir Grubelnik, Tatjana Gulič, dr. Sonja Jejčič, dr. članki na temo fizikalnih nalog na tekmovanju IJSO 2023 in 44. tekmovanju Tomaž Kranjc, dr. Marko Marhl, dr. Aleš Mohorič, Špela Mrak, Milenko Stiplovšek, Alex Wirth osnovnošolcev v znanju fizike za Stefanova priznanja ter v enem ponujamo Jezikovni pregled: rešitev treh nalog, objavljenih v prejšnji številki. Andraž Polončič Ruparčič Mnenja bralcev v rubriki Učiteljev pogled v želji po Stalna avtorica rubrike »Upodobitve v fiziki« s tokratnim člankom zaključuje ohranjanju izvirnega mnenja avtorjev ne recenziramo serijo člankov na temo »nariši, opiši, razloži«. Tokrat se posveča razlagi z in ne lektoriramo. uporabo fizikalnih zakonitosti. Še en članek iste avtorice objavljamo v rubriki Prevod povzetkov: Bumblebee, jezikovno svetovanje, Polonca Luznik, s. p. »Zanimivosti«, v njem pa nas seznani s svetovno konferenco o poučevanju Urednica založbe: in raziskavah o poučevanju fizike. Letošnja 4. svetovna konferenca z motom Andreja Nagode in Zvonka Kos »Skupaj sprejmimo spremembe« je potekala na evropskih tleh, in sicer v Oblikovanje: Simon Kajtna, akad. slik. Krakovu na Poljskem. Fotografije: avtorji člankov V rubriki »Znanost po svetu in pri nas« objavljamo intervju s priznano Računalniški prelom: slovensko znanstvenico dr. Andrejo Gomboc, ki je poleg številnih drugih Design Demšar, d. o. o. dosežkov tudi soustanoviteljica že omenjenega projekta GoChile. V različnih Tisk: medijih poskuša na različne načine približati znanost širši javnosti in je Present, d. o. o. Naklada: 380 izvodov tudi zato vsem že dobro znana. Članek v obliki intervjuja našim bralcem Prispevke pošljite na naslov: Zavod RS za šolstvo, omogoča, da našo znanstvenico spoznajo še v malce drugačni luči. Objava Uredništvo revije Fizika v šoli, Poljanska c. 28, intervjuja z njo v naši reviji ima še poseben pomen, saj je bila dr. Andreja 1000 Ljubljana, e-naslov: revija.fizika@zrss.si. Gomboc kar nekaj let članica uredniškega odbora revije Fizika v šoli in po- Naročila: Zavod RS za šolstvo – Založba, Poljanska c. 28, 1000 Ljubljana, faks: 01/30 05 199, budnica za umestitev te rubrike v našo revijo. e-naslov: zalozba@zrss.si Letna naročnina (2 številki): 22,00 € za šole in ustanove, Revijo zaključujemo z rubriko »Učiteljev pogled« in kot je že navada v naši 16,50 € za fizične osebe, 8,50 € za študente, dijake reviji z zanimivim fizikalnim stripom. V rubriki »Učiteljev pogled« se stal- in upokojence. Cena posamezne številke v prosti prodaji nim bralcem naše revije znani avtor teh člankov tokrat dotakne dileme pri je 13,00 €. uporabi nekaterih matematičnih izrazov v vsakdanjem življenju, ki se pogos- Revija je vpisana v razvid medijev, ki ga vodi to pojavljajo tudi pri reševanju fizikalnih nalog in problemov. Ministrstvo za kulturo pod zaporedno številko 570. Ob zaključku uvodnika vas vabim, da s svojim prispevkom delite svoje iz- kušnje in mnenja v eni od prihodnjih številk, saj bomo tako skupaj še naprej prispevali k razvoju kakovostnega poučevanja fizike v osnovni in srednji šoli. Priznanje avtorstva-Nekomercialno-Brez predelav Dušan Klemenčič, Poštnina plačana pri pošti 1102 Ljubljana. odgovorni urednik Fizika v šoli 1 Posebna teorija relativnosti po Bondijevo Bondi‘s Approach to Special Relativity dr. Tomaž Kranjc upokojeni profesor Pedagoške fakultete Univerze v Ljubljani Izvleček Vsakdo ve za teorijo relativnosti, tudi njen avtor Albert Einstein je eden najbolj znanih in popularnih znanstvenikov, a je še vedno slabo razumljena in tudi pri pouku fizike v srednjih šolah dijaki o njej ne izvedo veliko. Po eni strani je privlačna, ker ljudje poznajo nenavadne pojave »krčenja dolžin«, »podaljšanja časa« in »paradoksa dvojčkov«, vendar razen fizikov redki te pojave tudi razumejo. Pojavljajo se tudi ugovori, da teorija nasprotuje »zdravi pameti«. Ti ugo- vori so posledica nepopolnega ali napačnega razumevanja teorije. V prispevku obravnavamo enega osnovnih pojavov posebne teorije relativnosti – različen tek časa v dveh medsebojno gibajočih se inercialnih opazovalnih sistemih. Uvedemo pojem četvernega prostora – prostora-časa1 – in v njem po- jem dogodkov in procesov ter svetovnic (»življenjskih črt«), pa tudi diagrame, ki predstavljajo različna gibanja teles. Ponovimo osnovni načeli posebne teorije relativnosti in predstavimo »k-račun« Hermanna Bondija, ki pripelje do povezave med časovnimi intervali v različnih inercialnih opazovalnih sistemih. Pokažemo, da sta poljubna inercialna opazovalna sistema »enakopravna«, tj. da velja različen tek časa enega opazovalca glede na drugega na enak način v obeh smereh. Rezultat dobimo še z uporabo Lorentzovih2 transformacij in primerjamo obe poti. Na osnovi Bondijevega k-računa izpeljemo relativistično seštevanje hitrosti. Ključne besede: posebna relativnost, kvaternionski prostor, prostor-čas, svetovne črte, dilatacija časa, Bondijev pristop k relativnosti, Bondijev K-faktor, relativistično seštevanje hitrosti, Lorentzove transformacije Abstract Everyone is familiar with the theory of relativity proposed by Albert Einstein, one of the most famous and popular scientists. However, it remains poorly understood, and even in secondary school physics classes, students learn little about it. On the one hand, it is appealing because people are familiar with the strange phenomena of »length contrac- tion«, »time dilation«, and the »twin paradox«, but few people, aside from physicists, understand them. There are also claims that the theory defies »common sense«. These objections stem from a limited or incorrect understanding of the theory. This paper explores one of the fundamental phenomena of special relativity – the different passage of time in two mutually moving inertial frames of reference. We introduce the notion of quaternionic space (spacetime) and, within it, the concept of events, processes, world lines, and diagrams representing the different motions of bodies. We review the basic principles of special relativity and introduce Hermann Bondy‘s »k-calculus«, which establishes a connection between time intervals in different inertial observing systems. We demonstrate that two arbitrary inertial observing systems are »equivalent«, meaning that the difference in time passage between one observer and the other is valid in the same way in both directions. We extend this conclusion using Lorentz transformations and compare the two paths. 1 Opomba uredništva: V fizikalni srenji je navada, da v izrazu za četverni prostor »prostor-čas« sklanjajo obe sestavini. Z vidika slovenskega pravopisa pa je prav, da sklanjamo le drugo sestavino, saj gre za en pojem in eno besedo, zato bi npr. v rodilniku zapisali: »prostor-časa«. 2 Opomba uredništva: Fizikalno-matematična srenja že vrsto let uporablja izraz »Lorentzove transformacije«, kot je zapisano v tem članku. Glede na sodobni slovenski pravo- pis pa bi bil pravilen zapis »Lorentzeve transformacije«, ki nakazuje tudi pravilno izgovarjavo [lorenčeve transformacije]. 2 Iz teorije za prakso Using the Bondi k-calculus, we derive relativistic velocity summation. Keywords: special relativity, quaternionic space, spacetime, world lines, time dilation, Bondian approach to relativity, Bondi K-factor, relativistic velocity summation, Lorentz transformations 1 Uvod »Tradicionalne« in »nove« učne metode pogosto obravnavajo iste učne vsebine, vendar na raz- lične didaktične načine. Včasih se posreči za predstavitev iste snovi najti preprostejšo vsebinsko razlago, ki učencem odpre boljši vpogled in razumevanje, do katerega po »tradicionalni« poti težko pridejo. Tak je morda primer Bondijevega pristopa k posebni teoriji relativnosti. Včasih se posreči za Posebna teorija relativnost je stara že več kakor sto let. Ker je ena od temeljnih in krovnih predstavitev iste snovi fizikalnih (in splošno-naravoslovnih) teorij z ogromnimi implikacijami tudi na drugih, ne- najti preprostejšo fizikalnih področjih, pedagogi in znanstveniki že desetletja iščejo načine, kako bi jo vsaj v vsebinsko razlago, temeljnih črtah predstavili v šoli. In ne le v srednji, ampak celo v osnovni šoli. Tako je britanski ki učencem odpre matematik in kozmolog, ekspert za splošno teorijo relativnosti, sir Hermann Bondi3 zapisal boljši vpogled (1967): in razumevanje, do katerega po »tradicionalni« poti »Zelo so me zanimali načini, kako bi postala posebna teorija relativnosti bolj dostopna razumevanju, in vedno sem si govoril, da je moj končni cilj, da bi postala del osnovnošolskega učnega programa. Kaj težko pridejo. je treba za ta cilj narediti, se mi je tudi vedno zdelo preprosto. Če bi lahko kdo izumil poceni in varno igračo – pospeševalnik, dovolj hiter, da bi se pokazali relativistični učinki, tako da bi se lahko pet-, šest- ali sedemletni otroci igrali z njim, potem bi se zdela posebna teorija relativnosti povsem očitna in primeren predmet za osnovnošolski program. Slišal sem, da je najboljša pomoč za razvoj industrijsko nerazvitih dežel, če jih preplavijo s cenenimi mehanskimi igračami; otroci v teh deželah potem zrastejo z mehanskimi pripravami, ki jim postanejo všeč in jih začnejo zanimati. Če bi znali enako narediti v fiziki, bi 'videli veliko dlje'. Zame je velik fizik tisti, ki zna z žepno baterijo pokazati to, za kar je bilo prej treba uporabiti ogromen pospeševalnik. Mislim, da taka vrsta fizike potrebuje več spodbude in več podpore.« Zame je velik fizik V svojem iskanju preproste razlage relativnostne teorije je Bondi predstavil t.i. k-račun, s kate- tisti, ki zna z žepno rim je lahko brez zahtevnega računanja in brez standardnih osnovnih orodij teorije relativno- baterijo pokazati to, sti, predvsem Lorentzovih transformacij, prišel do nekaterih temeljnih rezultatov. Izognil se je za kar je bilo prej treba tudi razlaganju znamenitega poskusa Michaelsona in Morleyja, s katerim sta – zgodovinsko uporabiti ogromen gledano – postavila prvi trdni dokaz proti obstoju etra in pomembno prispevala k odkrivanju pospeševalnik. poti do posebne teorije relativnosti. V tem prispevku si želimo podobno, kakor si je želel/zastavil Bondi, da bi nekaj vsebine po- sebne teorije relativnosti predstavili na dostopnejši in lažje razumljiv način. Najprej (v 2. raz- delku) predstavimo znani osnovni načeli teorije, potem (v 3. razdelku) uvedemo nazorno orodje za predstavitev dogodkov in procesov – življenjske črte (svetovnice) v diagramih štiri- razsežnega prostora-časa (ki bo pri nas le dvorazsežen). V 4. razdelku se posvetimo osrednje- mu delu prispevka, to je razlagi, kakor jo je zasnoval Hermann Bondi s svojim k-računom, ki pojasni različen tek časa v različnih opazovalnih sistemih. Za tiste, ki že nekaj vedo o teoriji relativnosti in poznajo Lorentzove transformacije, v Dodatku pokažemo račun na osnovi teh transformacij, ki privede do enakega rezultata kakor Bondijev k-račun. Čisto na koncu (v po- drazdelku 4.2) pokažemo še, kako nenavadno se znotraj teorije relativnosti seštevajo hitrosti. 3 Znanstvenik judovskega rodu, rojen leta 1919 na Dunaju, kjer je tudi odraščal. Leta 1937 je zaradi vse hujšega antisemitizma zbežal v Anglijo. Fizika v šoli 3 2 Osnovi načeli posebne teorije relativnosti Posebna teorija relativnost temelji na dveh načelih (»postulatih«): 1. (načelo relativnosti): zakoni narave imajo enako obliko v vseh inercialnih opazovalnih sistemih, 2. (invariantnost svetlobne hitrosti): hitrost svetlobe v vakuumu (c) je enaka v vseh inercialnih opazovalnih sistemih. Drugo načelo pomeni tudi, da je hitrost svetlobe v vakuumu neodvisna od gibanja izvira ali sprejemnika ali da v vakuumu noben svetlobni curek nikoli ne prehiti drugega svetlobnega curka. Teorija Konstantnost hitrosti svetlobe je dejstvo, potrjeno s poskusi, a je s stališča naših izkušenj relativnosti ni del (»zdrave pameti«) zelo nenavadna. elektromagnetne V zgodovinskem razvoju je svetlobna hitrost v vakuumu pri razlagi relativnosti odigrala ključ- teorije, ampak je no vlogo. Maxwellove enačbe elektromagnetizma, v katerih nastopa svetlobna hitrost v pra- širša in jo je mogoče znem prostoru c, so skladne s teorijo relativnosti (so invariantne glede na Lorentzove trans- razviti neodvisno od formacije). Vendar teorija relativnosti ni del elektromagnetne teorije, ampak je širša in jo je elektromagnetne mogoče razviti neodvisno od elektromagnetne teorije. Nekateri avtorji zato menijo, da bi bilo teorije. bolj smiselno hitrost c imenovati »invariantna« hitrost ali tudi »mejna« (»limitna«) hitrost, saj je ne more doseči noben masni delec (c je hitrost razširjanja katerega koli polja z brezmasnimi nosilci interakcije). Velja, da nobeno telo ali signal ne moreta preseči hitrosti c (Kuščer idr., 2002). Michelson in Morley sta svoj slavni poskus izvedla leta 1887, Einstein pa je svoj sloviti članek »O elektrodinamiki gibajočih se teles« objavil leta 1905 (Einstein, 1905). Za invariantnost sve- tlobne hitrosti se je torej vedelo že pred Einsteinom. Vendar je bil Einstein prvi, ki je iz tega naredil sklep, da ni absolutnega časa, ampak je tek časa odvisen od opazovalca, in je to tudi jasno formuliral. Invariantna hitrost (tudi hitrost svetlobe) je torej fundamentalna konstanta narave. Kot tako jo je treba izmeriti. Vsaka točka v prostoru-času 3 Podobe gibanja – črte-svetovnice predstavlja dogodek V naslednjem razdelku bomo potrebovali pojem prostora-časa ter pojem dogodkov in svetov- (ne glede na to, ali nic. Zato na kratko ponovimo, kaj je to. se tam kaj zgodi Eno od osnovnih orodij teorije relativnosti je prostor, v katerem so združene in prepletene tri ali ne), krivulje pa prostorske in ena časovna dimenzija v enotnem četvernem prostoru ali prostoru-času, ki ima so podobe gibanja štiri dimenzije (Kuščer idr., 2002). Vsaka točka v prostoru-času predstavlja dogodek (ne glede – »življenjske na to, ali se tam kaj zgodi ali ne), krivulje pa so podobe gibanja – »življenjske črte«, ki kažejo črte«, ki kažejo zaporedje dogodkov nekega procesa in jih imenujemo svetovnice. zaporedje dogodkov Zaradi enostavnosti vzemimo le eno prostorsko dimenzijo (x), tako da se gibanje odvija le nekega procesa vzdolž ene premice. V tem primeru ima prostor-čas dve dimenziji in ga lahko nazorno pri- in jih imenujemo kazujemo v ravnini. Namesto »golega« časa v grafih raje vzamemo produkt ct, ki ima enako svetovnice. dimenzijo kakor krajevna koordinata. To novo »časovno koordinato« bomo označili z y, y = ct (produkt ct je treba vzeti, kakor da je ena sama črka) in je ne smemo mešati s kako krajev- no koordinato! Krajevno koordinato (x) in »časovno koordinato« (y) lahko potem merimo v enakih enotah, npr. v metrih ali svetlobnih sekundah. (Eni svetlobni sekundi na grafu seveda ustreza čas ena sekunda.) Količino y ≡ ct bomo zaradi enostavnosti imenovali kar »časovna koordinata« ali celo kar »čas«. Diagrami v prostoru-času prikazujejo gibanje teles, tj. njihovo lego (x) v odvisnosti od »časa« (y). Pokažimo nekaj primerov. Na sliki 1 je za nek izbran inercialni opazovalni sistem narisanih nekaj svetovnic za gibanje delca. Svetovnica (a), ravna navpična črta, predstavlja delec, ki miruje pri koordinati x 0. Njegova življenjska črta (svetovnica) je črta, vzporedna s »časovno« osjo (osjo y), saj je njegova lega za vsak čas enaka x0. Črta (b) prikazuje življenjsko črto delca, ki se enakomerno (s konstantno hitrostjo, manjšo od svetlobne hitrosti c) premika v smeri pozitivne osi x. Svetovnica (c) opisuje delec, ki se v smeri pozitivne osi x začne gibati hitro, 4 Iz teorije za prakso potem pa se mu gibanje upočasnjuje. Črta (d), ki leži pod kotom 45° glede na koordinatni osi, kaže svetlobni signal (ki potuje s svetlobno hitrostjo c); pri naklonu 45° sta koordinati enaki, x = ct, kar pomeni enakomerno naraščanje koordinate x s hitrostjo c, tj. potovanje s svetlobno hitrostjo. Masni delci nikoli ne morejo doseči svetlobne hitrosti. Zato svetovnica, ki opisuje gibanje ka- kršnega koli masnega delca, nikoli (in na nobenem odseku) ne more doseči strmine 45° glede na koordinatno os (x), ampak je vedno bolj strma. Slika 1: Primeri diagramov prostora-časa. Navpična črta (a) pred- stavlja mirujoč delec, saj je koordinata (x0) enaka za vsak čas t (oziroma za vsak »čas« y = ct). Črta (b) je svetovnica delca, ki se giblje s stalno hitrostjo v smeri pozitivne koordinatne osi x. Kri- vulja (c) kaže gibanje delca, ki se mu hitrost zmanjšuje: sprva je naklon manjši (hitrost je velika – koordinata x s časom hitro na- rašča), potem se naklon povečuje (hitrost se zmanjšuje). Črta (d), ki leži pod kotom 45° glede na koordinatni osi, kaže svetlobni signal. Tu se posebej nazorno kaže praktičnost izbire koordinate y = ct namesto golega časa: pri naklonu 45° sta koordinati enaki, x = y ≡ ct, kar pa ravno pomeni, da koordinata x narašča s hitro- stjo c, tj. se povečuje s svetlobno hitrostjo. 4 Bondijev k-račun Ena od temeljnih ugotovitev posebne teorije relativnosti – in ena njenih temeljnih konceptu- alnih težav – je, da ne prostor in ne čas nista absolutna. Opazovalcem, ki se drug glede na dru- gega gibljejo, ure tečejo različno in z enakimi merilnimi napravami namerijo različne dolžine za isto telo. To je posledica nuje, da morajo različni opazovalci med seboj komunicirati, če hočejo svoje meritve primerjati. Signali za komunikacijo pa ne potujejo neskončno hitro. Naj- hitrejši način komunikacije je s svetlobnimi (oz. elektromagnetnimi, na primer radarskimi) curki, hitrejše poti ni. Vendar je tudi hitrost svetlobe (c) končna. Sporočila, ki si jih pošiljajo opazovalci, potrebujejo nekaj časa, da pridejo od enega opazovalca do drugega. Upoštevanje končnosti svetlobne hitrosti in dejstva, da se vsi svetlobni curki v vakuumu za vse opazovalce vedno gibljejo enako hitro, pripelje do tega, da so »merilni metri« za različne opazovalce raz- lično dolgi, in da ure različnih opazovalcev tečejo različno hitro. Naše vsakdanje izkušnje nam dajejo občutek, da obstajata absolutni prostor in absolutni čas, kar je predpostavil tudi Newton in je vgrajeno v njegovo mehaniko. Ko gledamo z zvezdami Naše vsakdanje posejano nočno nebo, morda ne pomislimo, da ne gledamo trenutne slike zvezdnega neba, izkušnje nam dajejo marveč podobe nebesnih teles, ki so različno stare, odvisno od oddaljenosti teles oz. od časa, občutek, da obstajata ki ga je svetloba potrebovala za pot od njih do nas. Luna, ki jo vidimo, je bila taka pred dobro absolutni prostor in sekundo, Sonce pred malo več kakor osmimi minutami, Proxima Centauri pred dobrimi šti- absolutni čas, kar rimi leti. je predpostavil tudi Lahko si mislimo, da imamo na razpolago nekega drugega posrednika informacij, ki nam Newton in je vgrajeno informacije posreduje »takoj«, tj. z neskončno hitrostjo. O takem svetu lahko filozofiramo. v njegovo mehaniko. Vendar to ne spremeni fizikalne realnosti. V dejanskem svetu nič, niti informacije, ne more potovati hitreje od svetlobe. Posledica tega je svet, kakršnega opisuje teorija relativnosti. Pri vsakem opazovanju, ki ga želimo kvantificirati, je tedaj treba upoštevati, da se svetloba v vakuumu razširja s končno hitrostjo, ki je enaka natanko c = 299.792.458 m/s, ne več in ne manj (s tem je definiran meter, enota za dolžino!), in da je vsako komuniciranje med opazo- valci omejeno s to hitrostjo. 4.1 Kako teče čas za različne inercialne opazovalce? Osnovna ideja Bondijevega k-računa (Bondi, 1967) je, da obravnava več inercialnih opazoval- cev, ki se gibljejo v eni prostorski dimenziji. Fizika v šoli 5 Slika 2: k-faktor pove, za kolikšen faktor se razlikujeta časa za opazovalca A in B. Čas za opazovalca A ne teče enako kakor za opazovalca B, ki se glede na A giblje s stalno hitrostjo. Na sliki smo na navpično os nanašali »časovno koordinato« y = ct, »gole- mu« času t0 ustreza časovna koordinata y0 = ct0. Najprej vzemimo dva opazovalca, kakor je prikazano na sliki 2: opazovalec A miruje v iz- hodišču prvega inercialnega opazovalnega sistema (njegova svetovnica teče vzdolž navpične – časovne osi), opazovalec B pa se giblje glede na A s stalno hitrostjo stran od izhodišča, v smeri pozitivne koordinatne osi x (njegova svetovnica je nekoliko nagnjena ravna črta). Oba opazovalca za merjenje časa uporabljata identične ure. Opazovalec A v nekem trenutku odda svetlobni blisk in po času t0 še enega. Oba bliska ujame (zazna) opazovalec B. Svetovnici obeh bliskov sta vzporedni ravni črti, nagnjeni za 45° glede na koordinatni osi. Z diagrama prostora-časa na sliki 2 je razvidno, da izmeri opazovalec B med bliskoma nek drug časovni interval kakor opazovalec A. Ta interval zapišemo kot kt0, k je neka konstanta – faktor »k-računa«, ki je neodvisen od časa. Sistema A in B sta popolnoma enakovredna. Če tedaj opazovalec B odda v časovnem razmiku t0 dva svetlobna signala, ki ju sprejme opazovalec A, bo po načelu relativnosti tudi opazovalec A izmeril za časovni interval med njima vrednost kt0. Če faktor k ne bi bil enak v obeh smereh, opazovalca ne bi bila enakovredna in bi lahko rekli, da je eden »bolj pri miru« kakor drugi. Faktor k je seveda odvisen od relativne hitrosti obeh opazovalcev. (Če miruje- Faktor k je odvisen ta drug glede na drugega, sta njuni svetovnici dve navpični črti in je očitno, da mora biti od relativne hitrosti k = 1.) obeh opazovalcev. Z diagramom prostora-časa lahko brez velikih težav pridemo do odvisnosti faktorja k od rela- (Če mirujeta drug tivne hitrosti opazovalcev, k(v), in do pravila za seštevanje hitrosti. glede na drugega, Povežimo torej hitrost (v), s katero se giblje opazovalec B glede na opazovalca A, s faktorjem k. sta njuni svetovnici dve navpični črti in Vzemimo primer, da se opazovalca A in B v nekem trenutku srečata. V trenutku, ko se srečata, je očitno, da mora oba nastavita svoji uri na čas 0 in si izmenjata svetlobni signal (glej sliko 3 in tekst pod njo). biti k = 1.) Opazovalec A po času t0 odda nov svetlobni signal, ki pripotuje do B-ja in ta ga isti trenutek pošlje nazaj A-ju. To dogajanje je prikazano na sliki 3. Prvi signal A-ja B-ju in odboj tega si- gnala od B-ja nazaj do A-ja se zgodita v istem trenutku na istem mestu. Drugi signal, ki ga A po času t0 odda B-ju, in odboj tega signala od B-ja nazaj do A-ja prikazujeta rdeči svetovnici, nagnjeni za kot 45° glede na koordinatni osi. Poiščimo hitrost opazovalca B glede na A. Ta hitrost je enaka kvocientu poti, ki jo opravi B, in časa, v katerem opravi to pot. Poiščemo jo v nekaj korakih. 1. Med oddajo prvega signala (ob času t = 0) in drugega signala preteče za opazovalca A čas t0; za opazovalca B pa preteče za faktor k drugačen čas, tj. kt0. (Primerjaj to s primerom na sliki 2. Pozor: Opazovalca A in B povezujejo svetlobni bliski. Na sliki 3 sta v začetnem trenutku opazovalca A in B na istem mestu, na sliki 2 pa ne.) 2. Ko preteče za opazovalca B čas kt0 (ko prejme drugi svetlobni blisk opazovalca A in ga ta- koj odbije nazaj proti opazovalcu A), preteče za opazovalca A za faktor k drugačen čas, tj. k · kt0 = k2t0. S slike 3 preberemo, da je ta čas ravno čas, ko opazovalec A ponovno prejme drugi signal (ki ga je odposlal ob svojem času t = t0), potem ko se je odbil od B-ja in pri- potoval k A-ju. 6 Iz teorije za prakso 3. Čas, ki preteče za opazovalca A od oddaje drugega signala (ob njegovem času t = t0) do ponovnega prejema tega signala, potem ko se je le-ta odbil od B-ja, je (glej sliko 3) k2t0 – t0 = (k2 – 1)t0. 4. Za opazovalca A je svetlobni curek potreboval za pot »tja in nazaj« (od A-ja do B-ja in nazaj od B-ja do A-ja) čas (k2 – 1)t0, za pot od A-ja do B-ja pa polovico tega časa, tj. (k2 – 1)t0, saj je svetlobna hitrost v obeh smereh enaka. 5. Kako daleč od A-ja je B v trenutku, ko ga doseže drugi svetlobni signal z A-ja? Če bi merili oddaljenost med A in B z radarjem (radar oddaja elektromagnetne valove, ki se razširjajo s svetlobno hitrostjo c), bi dobili za oddaljenost B-ja od A-ja v trenutku, ko opazovalca B doseže drugi svetlobni signal, vrednost c · (k2 – 1)t0. 6. Kolikšen pa je čas, ki ga A pripiše trenutku odboja signala od B-ja? Besedo »pripiše« smo uporabili zato, ker gre za čas v točki, ki je nekje drugje kakor opazovalec A in njegova ura. To je nekaj drugega kakor meritev časa. Tokrat A pripiše čas na mestu B z uro A. S slike 3 preberemo, da je čas od srečanja obeh opazovalcev do trenutka, ko B prejme drugi signal, enak vsoti časa t0, ko A odda drugi signal, in časa, ki ga drugi signal potrebuje, da pride do B-ja (to je (k2 – 1)t0); skupaj t0 + (k2 – 1)t0 = (k2 + 1)t0. Slika 3: Določitev faktorja k. Opazovalec A v koordinatnem sis- temu prostora-časa na sliki miruje, opazovalec B pa se glede na opazovalca A giblje s stalno hitrostjo. Opazovalca A in B se v nekem trenutku srečata (in mesto srečanja izbereta za izhodišče koordinatnega sistema). Tedaj oba nastavita svoji uri na čas 0 in si izmenjata svetlobni signal. Ker sta takrat na istem mestu, taka »izmenjava« signala ne zahteva nič časa. Po času t0 (merjeno z uro A) opazovalec A odda drug signal, ki nekoliko pozneje pride do opazovalca B. (V diagramu ustreza času t0 »čas« y0 = ct0.) Po definiciji faktorja k opazovalec B prejme drugi signal ob času kt0 po svoji uri oziroma ob »času« ky0. V istem trenutku, ko B sprejme drugi svetlobni signal, se svetloba od njega odbije in odpotuje nazaj k opazovalcu A. Spet je po definiciji faktorja k in ob po- moči slike očitno, da prejme opazovalec A signal, ki se je odbil od B-ja, ob času k · kt0 = k2t0 (ob »času« k · ky0 = k2y0) po srečanju obeh opazovalcev, merjeno z uro A. Po A-jevi meritvi je potekel od trenutka, ko je oddal svoj drugi signal proti B-ju, do trenutka, ko je zaznal od B-ja odbiti signal, čas k2t0 – t0 = (k2 – 1)t0. To je čas, ki ga je drugi svetlobni signal potreboval za pot od A-ja do B-ja in nazaj. Hitrost je kvocient poti in časa. Torej se opazovalec B giblje glede na opazovalca A s hitrostjo oziroma . (1) Če enačbo (1) »obrnemo«, tj. izrazimo k z v, dobimo odvisnost faktorja k od hitrosti v: . (2) Fizika v šoli 7 Faktor k pove, kako sta medsebojno umerjeni časovni skali dveh opazovalcev, ki se gibljeta eden glede na drugega s stalno hitrostjo v. Slika 4: Graf faktorja k v odvisnosti od hitrosti (oziroma od v/c). Za tiste bralce, ki so jim Lorentzove transformacije že domače, v Dodatku pokažemo, da se rezultat (2) ujema s standardnim rezultatom, ki ga dobimo z njihovo pomočjo. Bralec naj sam presodi, katera pot je enostavnejša. 4.2 Seštevanje hitrosti Kolikšna je hitrost potnika, ki hodi s hitrostjo 6 km/h po hodniku vlaka v smeri gibanja vlaka, ki pelje s hitrostjo 40 km/h? Seveda je hitrost potnika glede na zemljo enaka vsoti obeh hitro- sti, to je 46 km/h. Saj vlak v eni uri prevozi 40 km, potnik v njem prehodi še dodatnih 6 km (vlak je zelo dolg!), kar da 46 km v eni uri. In če hodi potnik proti zadnjemu koncu vlaka, je njegova hitrost glede na zemljo 34 km/h. Naš sklep temelji na pravilu za seštevanje hitrosti in je intuitivno razumljiv. Kaj pa če bi se vlak gibal s hitrostjo 250.000 km/s in bi potnik po njem hodil s hitrostjo 100.000 km/s? Ali bi bila potnikova hitrost glede na zemljo 350.000 km/s? Seveda ne! Saj smo v 2. raz- delku povedali, da je svetlobna hitrost »mejna« hitrost in da nobeno telo ali signal te hitrosti ne more preseči. Pravilo za Pravilo za seštevanje hitrosti, ki temelji na naših izkušnjah in ga uporabljamo v vsakdanjem seštevanje hitrosti, življenju, ni točno in dobro velja le pri hitrostih, ki so majhne v primerjavi s svetlobno hitro- ki temelji na stjo. Pri hitrostih, ki so primerljive s hitrostjo svetlobe, pa je pravilo za seštevanje drugačno, naših izkušnjah in kakor smo ga navajeni. ga uporabljamo Posebej nenavadno se seštevajo hitrosti takrat, ko je ena od njih natanko enaka c, svetlobni v vsakdanjem hitrosti. Mislimo si svetlobni vir v laboratoriju, ki se giblje. Ne glede na gibanje laboratorija, življenju, ni točno bo hitrost svetlobnega curka ostala enaka c (glej razdelek 2). Drugače povedano, če hitrosti in dobro velja le svetlobe dodamo kakršnokoli hitrost, bomo spet dobili le isto hitrost, tj. c. pri hitrostih, ki so majhne v primerjavi Kakšno je torej pravilo za seštevanje poljubnih hitrosti, tudi zelo velikih? s svetlobno S k-računom brez težav dobimo zanimiv in netrivialen rezultat – relativistično »formulo« za hitrostjo. seštevanje hitrosti. Imejmo tri opazovalce A, B in C. Opazovalec B se giblje s hitrostjo v AB glede na opazovalca A, opazovalec C se giblje s hitrostjo vBC glede na opazovalca B in opazovalec C se giblje s hitrostjo vAC glede na opazovalca A. Povežimo njihovo merjenje časov s faktorji k, ki se nanašajo na dvojice opazovalcev: faktor k za opazovalca A in B označimo s kAB, faktor k za opazovalca B in C označimo s kBC in za opazovalca A in C s kAC (slika 5). Opazovalec B izmeri za časovni interval, ki v sistemu A meri t0, vrednost kABt0; opazovalec C izmeri za časovni interval, ki v sistemu B meri kABt0, vrednost kBC(kABt0); in seveda izmeri opa- zovalec C za časovni interval, ki ima v sistemu A vrednost t0, svojo vrednost kACt0. Za časovni interval, ki meri v sistemu A t0, mora torej hkrati veljati kBC(kABt0) = kACt0 oziroma kAC = kABkBC. (3) 8 Iz teorije za prakso Slika 5: Sestavljanje faktorjev k za tri opazovalne sisteme A, B in C. Toda faktorje k znamo izraziti z medsebojnimi hitrostmi opazovalcev. To nas bo brez poseb- nih težav, le z nekaj računanja, pripeljalo do slovitega Einsteinovega »zakona za seštevanje hitrosti«. Da bo manj pisanja, označimo hitrost sistema B glede na sistem A z vAB ter β1 = vAB/c. Izraz (2), ki smo ga dobili za Bondijev faktor k, nam potem pove, da je kAB ≡ k1 = [(1 + β1)/(1 – β1)]1/2. (4a) Če je hitrost sistema C glede na sistem B enaka vBC ter zapišemo β2 = vBC/c, imamo tudi kBC ≡ k2 = [(1 + β2)/(1 – β2)]1/2. (4b) Označimo končno še hitrost sistema C glede na sistem A z vAC ter pišimo β3 = vAC/c, pa imamo kAC ≡ k3 = [(1 + β3)/(1 – β3)]1/2. (4c) Za relacijo (3), k3 = k1k2, velja seveda tudi k 2 3 = k 2 1 k 2 2 . S pomočjo izrazov (4) prepišemo gornji izraz kot . (5) Zaznamujmo desno stran (5) s q = . Iz dobimo β3 = in . (6) Pomnožimo (6) v števcu in v imenovalcu s c in izrazimo β1, β2 in β3 s hitrostmi: . (7) Namesto navadne klasične formule vAC = vAB + vBC smo za seštevanje hitrosti dobili relativi- stično »formulo« (7). Da bi dobili nekaj občutka za to, koliko se obe formuli razlikujeta, si spet zamislimo vlak in v njem potnika, ki hodi proti sprednjemu koncu vlaka. Naj najprej vlak vozi glede na zemljo s hitrostjo 0,01 c (to je ogromna hitrost 3000 km/s in Fizika v šoli 9 takega vlaka (ali rakete) človek še ni naredil). Potnik naj se sprehaja po vlaku s hitrostjo 0,001 c = 300 km/s. Klasična formula bi dala za hitrost potnika glede na zemljo 3300 km/s. Relati- vistični izraz (7) nam da praktično enak rezultat vAC = (0,01 c + 0,001 c)/(1 + 10-5) = 3300 km/s. Klasični in relativistični rezultat se skorajda ne razlikujeta. Razlika med njima je 1,1 · 10-7 c = 33 m/s. Hitrost 33 m/s = 120 km/h je v našem vsakdanjem življenju že kar velika hitrost, v primerjavi s 3000 km/s ali tudi 300 km/s pa je zanemarljiva. Hitrosti 0,01 c in 0,001 c sta sicer za nas ogromni, a sta majhni v primerjavi s svetlobno hitrostjo. Zato nam klasična formula v vsakdanjem življenju izvrstno služi. Pa vzemimo, da se vlak giblje s hitrostjo 0,5 c, potnik pa hodi po njem s hitrostjo 0,1 c. Kla- sična vrednost za hitrost potnika glede na zemljo bi bila 0,6 c. Relativistična vrednost (7) pa bi bila tokrat vAC = (0,5 c + 0,1 c)/(1 + 0,05) = 0,57 c. V tem primeru bi bila razlika med pravo (relativistično) in klasično hitrostjo že pet odstotkov, kar pa ni več zanemarljivo. V absolutni vrednosti bi dala klasična formula za skoraj 8600 km/s preveliko vrednost. Kaj pa če bi se vlak in potnik gibala vsak s hitrostjo 0,999 c? Tedaj bi se potnik gibal glede na zemljo s hitrostjo, ki bi se razlikovala od svetlobne le za 5 · 10-7 c. To je v nasprotju z našimi klasičnimi predstavami, po katerih bi se potnik glede na zemljo gibal s hitrostjo 1,998 c. A je rezultat smiseln, če pomislimo, da se nobeno telo ne more gibati hitreje od svetlobe. Klasični rezultat, da bi se potnik gibal glede na zemljo skoraj z dvojno svetlobno hitrostjo (z 1,998 c), je seveda popolnoma napačen. 5 Sklep Teorija relativnosti je še vedno slabo razumljena in nedorečena tudi pri pouku fizike v sre- dnjih šolah. Po eni strani se zdi privlačna, ker ljudje poznajo nenavadne pojave »podaljšanja Posebna teorija časa« in »krčenja dolžin«, »paradoks dvojčkov«, nenavadna potovanja na oddaljene zvezde relativnosti je in še kaj. Vendar pogosto ni pravega razumevanja teh pojavov. Pojavljajo se ugovori, ki teme- posledica tega, ljijo na »zdravi pameti«, a so posledica nepopolnega razumevanja teorije. da morajo različni V prispevku smo želeli predstaviti k-račun fizika Hermanna Bondija, ki neposredno in po opazovalci, ki našem mnenju intuitivno jasno poveže tek časa v različnih inercialnih opazovalnih siste- želijo komunicirati mih. Pomembno je spoznanje, da je posebna teorija relativnosti posledica tega, da mora- med seboj, jo različni opazovalci, ki želijo komunicirati med seboj, uporabljati neko komunikacijsko uporabljati neko sredstvo. Če bi signali potovali z neskončno hitrostjo, ne bi bilo nobene teorije relativnost. A komunikacijsko najhitrejši signali potujejo od enega opazovalca do drugega s hitrostjo svetlobe c, ki za pot sredstvo. Če bi med njimi potrati nekaj časa. Posebna teorija relativnosti to upošteva. Pri majhnih hitrostih signali potovali ni opaznih posledic. Pri hitrostih, ki niso majhne v primerjavi s svetlobno hitrostjo, pa pride do drastičnih sprememb in za našo »zdravo pamet«, ki nima neposrednih izkušenj s pojavi z neskončno pri zelo velikih hitrostih, je to (vsaj sprva) težko razumljivo. hitrostjo, ne bi bilo nobene teorije Poleg izračuna Bondijevega faktorja k smo predstavili tudi, kako se s pomočjo faktorja k v relativnosti. posebni teoriji relativnosti seštevajo hitrosti. Verjamemo, da je Bondijev k-račun mogoče uspešno predstaviti v srednji šoli in da se z njim razjasni marsikateri dvom glede posebne teorije relativnosti. Viri in literatura 1. Bondi, H. (1967). Assumption and Myth in Physical Theory. Cambridge University Press. 2. Einstein, A., (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Ann. Physik, 17, 891–921. 3. Kuščer, I., idr. (2002). Fizika za srednje šole, 3. del. DZS. 4. Strnad, J. (1982). Fizika, 3. del. DZS. 10 Iz teorije za prakso Dodatek Podaljšanje časa z Lorentzovimi transformacijami Posebna teorija relativnosti odgovarja na vprašanje, kako teče čas v inercialnih opazovalnih sistemih, ki se gibljejo eden glede na drugega in ugotavlja, da ni ne absolutnega časa ne abso- lutnega prostora. Posebna teorija relativnosti odgovarja Lorentzove transformacije povezujejo krajevne in časovne koordinate (oziroma dogodke, glej na vprašanje, kako 3. razdelek) v dveh inercialnih opazovalnih sistemih A in B, ki se drug glede na drugega teče čas v inercialnih gibljeta s stalno hitrostjo (v) (Strnad, 1982). Vzamemo, da se sistem B giblje premo, tedaj opazovalnih sistemih, zadošča ena sama krajevna koordinata. Krajevno in časovno koordinato v A zaznamujmo z x in t, v B pa z x‘ in t‘. Lorentzove transformacije so (Strnad, 1982) ki se gibljejo eden glede na drugega in x‘ = γ(x – vt), x = γ(x‘ + vt‘), (8a) ugotavlja, da ni ne t‘ = γ(t – vx/c2), t = γ(t‘ + vx‘/c2), (8b) absolutnega časa ne zaznamovali smo γ = (1 – β 2)-1/2, β = v/c. absolutnega prostora. Zanimamo se za dva posebna dogodka: prvi dogodek (D-1) je dogodek, ko odda A prvi blisk, drugi dogodek (D-2) je dogodek, ko B prejme drugi blisk, ki ga A odda v času t0 po prvem blisku. V 3. razdelku smo rekli, da dogodek predstavlja točka v prostoru-času, torej vsak dogo- dek podajata prostorska in časovna koordinata. Poiščimo koordinate dogodkov D-1 in D-2 v koordinatnem sistemu A in v koordinatnem sistemu B. Ob prvem dogodku izhodišči koordinatnih sistemov A in B sovpadata in v obeh sistemih tedaj naravnajo ure na čas 0. Torej sta v sistemu A koordinati dogodka D-1 x1 = 0, t1 = 0 in tudi v sistemu B sta koordinati prvega dogodka x1‘ = 0, t1‘ = 0. Drugi dogodek je sprejem drugega bliska v izhodišču sistema B. Kje je B (merjeno v sistemu A), ko prejme drugi blisk? Od prvega bliska ob času 0 do drugega bliska ob času t0 se sistem B oddalji za razdaljo vt0 od A, v je hitrost, s katero se opazovalec B giblje glede na A. Opazovalec A ob (svojem) času t0 odda drugi blisk, ki potuje s hitrostjo c in dohiti B po času τ (ki ga za zdaj še ne poznamo). V času τ naredi B še dodatno pot vτ. Razdalja B od lege A v trenutku, ko B ujame drugi blisk, je torej po eni strani cτ, po drugi strani vt0 + vτ. Iz cτ = v(t0 + τ) dobimo τ = vt0/(c – v) = βt0/(1 – β), β = v/c. Torej so koordinate drugega dogodka x2 = cτ = βct0/(1 – β), t2 = t0 + τ = t0 + βt0/(1 – β) = t0/(1 – β) in x2‘ = 0 (saj B sprejme blisk tam, kjer je), t2‘ = ? (ta čas iščemo). Označimo s t ‘ ≡ t2‘ – t1‘ čas, ki v sistemu B preteče med oddajo prvega bliska in prejemom B drugega bliska. Prva iz Lorentzovih transformacij (8b) pove, da je t1‘ = γ(t1 – vx1/c 2) = 0, saj je t1 = 0 in x1 = 0, in da je t2‘ = γ(t2 – vx2/c 2) = γ[t0/(1 – β) – (v/c2)βct0/(1 – β)] = γt0(1 + β) = t0[(1 + β)/(1 – β)]1/2. Torej je t ‘ = t2‘ – t1‘ = t B 0[(1 + β)/(1 – β)]1/2 ≡ kt0. Spet smo dobili Bondijev rezultat (2) oziroma faktor k k = [(1 + β)/(1 – β)]1/2. Katera pot je lažja? Fizika v šoli 11 Ocenjevanje eksperimentalnega dela pri pouku fizike v osnovni šoli Assessment of Experimental Work in Primary School Physics Monika Semič Osnovna šola Dobravlje in dr. Katarina Susman Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta Izvleček Eksperimentalno delo in izvedba samostojnega raziskovanja sta pomembna cilja pri pouku fizike. Učenje in prido- bivanje veščin, ki to omogočajo, se začneta že v osnovni šoli. V kontekstu poučevanja fizike ni dovolj, da učencem zagotovimo dejavnosti in okolje, v katerem lahko razvijajo eksperimentalne veščine, ampak je pomembno tudi, da jih ustrezno ocenimo. Ocenjevanje eksperimentalnega dela je zahtevno in v slovenskem šolskem prostoru neusklajeno. Oblikovano je bilo gradivo za ocenjevanje eksperimentalnega dela pri pouku fizike v osnovni šoli, ki učitelju fizike lahko pomaga pri organizaciji in načrtovanju ocenjevanja eksperimentalnega dela. Gradivo je bilo preizkušeno v sku- pini učencev in učiteljev izbranih osnovnih šol. Učenci in učitelji so podali mnenje o pripravljenih gradivih in načinu ocenjevanja. Rezultati raziskave kažejo, da so gradiva kakovostna, in nakazujejo možnosti za nadaljnji razvoj. Podane so prednosti gradiv in predlagane spremembe ter izpostavljene nekatere pomanjkljivosti. Ključne besede: gradivo za ocenjevanje, eksperimentalno delo Abstract Conducting experiments and independent research are two key teaching objectives in physics education. Learning and developing the necessary skills begins in primary school. In addition to appropriate tasks and a setting in which students can develop experimental skills, it is critical to provide proper assessment. The latter has proven challenging and inconsistent in the Slovenian education system. An assessment toolkit was developed to support primary school physics teachers in organising and planning the as- sessment of experimental work. Students and teachers from selected primary schools tested and evaluated the material and assessment methods. The survey results show high quality and suggest potential for further development. The article examines the strengths, weaknesses, and recommended changes. Keywords: assessment criteria, experimental work Uvod ksibilni, analitični in kreativni. V izobraževanju je zato Fizika je eden od naravoslovnih predmetov, ki učence zelo pomembno slediti potrebam družbenih sprememb. spodbujajo k reševanju ter razumevanju in razlaganju Slednjemu je treba prilagoditi tako pouk kot tudi oce- naravnih pojavov. Učenci veliko časa preživijo ob za- njevanje znanja učencev. Ocenjevanje znanja naj bi po- slonih, komunicirajo prek družbenih omrežij in sprej- tekalo na različne načine, tako da lahko med seboj raz- mejo veliko informacij, ki jih pogosto ne znajo ustrezno lični učenci izkažejo znanje tudi na način, ki jim najbolj vrednotiti. Šola se zato spopada z izzivom, kako učence ustreza [1]. spodbuditi h kritični analizi in evalvaciji večje količine Eksperimentalno delo je pomembna komponenta pou- podatkov in informacij. S hitrim razvojem se ustvar- ka fizike. Definirano je kot praktično delo, pri katerem jajo poklici, ki nam danes še niso znani. Vseeno lahko učenci v skupinah ali individualno po navodilih opravijo predvidevamo, da bodo zanje potrebni delavci, ki so fle- fizikalni eksperiment ali fizikalno raziskavo [2]. Pri oce- 12 Iz teorije za prakso njevanju eksperimentalnega znanja je pomembno, da vedbo. Pred začetkom šolske ure so bile pripravljene oce- ocenjujemo veščine eksperimentalnega dela in ne zgolj njevalne postaje z vsemi potrebnimi pripomočki, delov- razumevanja fizikalnih pojmov ter računskih nalog [1]. nim listom za učence in s kodo za zagotovitev anonim- Raziskave kažejo, da je večina ocenjevanja eksperimen- nosti učencev (slika 1). talnega dela zasnovanega posredno. To pomeni, da uče- nec opisno razloži, kako bi uporabil določen pripomoček ali izvedel določeno meritev [3]. Slovenski in tuji avtorji so za ocenjevanje eksperimen- talnega dela razvili več večstopenjskih modelov ocenje- vanja eksperimentalnega znanja, ki preverjajo znanje vse od zasnove eksperimenta do njegove izvedbe, zapisa ugotovitev in evalvacije rezultatov. Na podlagi teh učite- lji razvijajo opisnike in kriterije ocenjevanja za ocenjeva- nje eksperimentalnega dela [4–9]. Da bi spodbudili slovenske učitelje k ocenjevanju ekspe- rimentalnega dela, so v nadaljevanju predstavljeni pov- zetki raziskave, za katero so bila pripravljena gradiva za tri eksperimente iz različnih učnih tematik za 8. in 9. Slika 1: Pripravljeni ocenjevalni postaji. razred. Na začetku šolske ure je bil učencem predstavljen potek Metodologija raziskave raziskave in bila sta jim razložena potek ocenjevanja ek- sperimentalnega dela ter koncept pomoči, ki jih lahko Cilji raziskave in raziskovalna vprašanja uporabljajo v drugem delu delovnega lista. Medtem ko Glavni cilj raziskave je bil oblikovati gradiva za ocenje- so učenci na ocenjevalnih postajah izvajali eksperimen- vanje eksperimentalnega dela učencev pri pouku fizike talno delo, so preostali učenci od učitelja dobili zapo- v osnovi šoli ter jih ovrednotiti na podlagi pridobljenih slitev v obliki samostojne obravnave ali utrjevanja učne mnenj učencev in učiteljev. snovi. Delo učencev na ocenjevalnih postajah je s pomo- čjo ocenjevalnega pripomočka ocenjeval tudi učitelj fizi- ke. Delovni listi so bili ocenjeni s pomočjo ocenjevalnega V ta namen so bila postavljena raziskovalna vprašanja: pripomočka in opisnikov za ocenjevanje. RV1: Kako izbrani učenci ocenjujejo zgradbo pripravljenih Nazadnje so učenci in učitelji izpolnili anketni vprašal- delovnih listov za ocenjevanje eksperimentalnega nik, v katerem so s petstopenjsko lestvico (od »5 – zelo se dela pri pouku fizike? strinjam« do »1 – sploh se ne strinjam«) ovrednotili trdi- RV2: Kako izbrani učitelji ocenjujejo pripravljena gradiva za tve o gradivih in izvedbi ocenjevanja. Učenci so ocenili ocenjevanje eksperimentalnega dela pri pouku fizike? delovni list in pripravljene pomoči, če so jih uporabljali. Učitelji so prav tako ocenili delovni list in pripravljene RV3: Kako izbrani učenci in učitelji ocenjujejo izvedbo pomoči za učence ter dodatno še ocenjevalni pripo- eksperimentalnega dela s pripravljenimi gradivi? moček, opisnike za ocenjevanje in ocenjevalni kriterij. Učenci so podali svoje mnenje o dveh odprtih vprašanjih in morebitne predloge za spremembo izvedenega oce- Struktura raziskave njevanja. V polstrukturiranem intervjuju so svoje mne- V raziskavi je sodelovalo 45 učencev, starih od 13 do 15 nje ubesedili učitelji. let, in pet učiteljev fizike. Od tega je bilo 30 učencev osmošolcev in 15 učencev devetošolcev. Zajet je bil ce- loten razpon učencev od učno zmožnejših do učno šib- Gradivo za ocenjevanje eksperimentalnega kejših. Vsi učitelji, ki so sodelovali v raziskavi, poučujejo dela fiziko v 8. in 9. razredu in imajo od pet do 15 let izkušenj Gradivo za ocenjevanje eksperimentalnega dela je se- na tem področju. Od teh štirje učitelji že ocenjujejo ek- stavljeno iz delovnega lista za učence in iz pomoči, oce- sperimentalno delo, in sicer vsak na svoj način. Noben njevalnega pripomočka z ocenjevalnim kriterijem ter iz od teh načinov ocenjevanja eksperimentalnega dela pa opisnikov za ocenjevanje. Gradivo je pripravljeno za tri ni enak načinu ocenjevanja eksperimentalnega dela, pri- različne eksperimente: pravljenega za namen te raziskave. Eksperiment 1: Gibanje avtomobilčka Raziskava je bila izvedena v maju in juniju 2022 na petih Eksperiment 2: Tehtanje z vzmetjo osnovnih šolah v Sloveniji. Na dan raziskave so bili na šolo prineseni vsi potrebni pripomočki in gradiva za iz- Eksperiment 3: Pod klancem Fizika v šoli 13 Delovni listi Fizika, 8. razred Kriteriji ocenjevanja: Šifra: Ocenjevanje odl (5): 91–100 % (22–22 T) Datum: eksperimental- pdb (4): 78–90 % (17–19,5 T) nega dela db (3): 64–77 % (14–16,5 T) zd (2): 50–63 % (11–13,5 T) Število točk: /22 nzd (1): 0–49 % (0–10,5 T) Ocena: GIBANJE AVTOMOBILČKA I. del Slika 3: Vsak delovni list vsebuje skico začetnega stanja ekspe- 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripravljenih pripomočkov postavi eksperiment. rimenta. Pripomočki: • tračni meter, no. Če ima pri samostojnem reševanju težave, ima na • flumaster, voljo tri pomoči. Pomoči, ki jih učenec prejme eno po • ravnilo, • avtomobilček, eno, si sledijo od (1) življenjskega primera, (2) primera • štoparica. s podobnim fizikalnim eksperimentom do (3) navodila, kaj naj naredi. Vsaka pomoč pomeni spust za eno oceno. / 2 T »Pomoč 1« pomeni spust z ocene odlično (5) na prav do- 2. Izmeri čas, ki ga avtomobilček potrebuje, da opravi dano pot. meritev bro (4), »pomoč 2« pomeni spust z ocene prav dobro (4) ponovi trikrat in rezultate meritev vpiši v tabelo na eno decimalno mesto natančno. na oceno dobro (3) in »pomoč 3« pomeni spust z ocene dobro (3) na oceno zadostno (2). Končna ocena je vsota Zaporedna številka meritve t [s] točk, znižana glede na uporabo pomoči. 1. 2. Pomoč 1: 3. Marjanca se iz Kopra pelje v Celje. Pot iz Kopra do Ljubljane je / 6 T dolga 90 km in jo opravi v 1 uri. Medtem ko je celotna pot iz 3. Iz izmerjenih podatkov izračunaj povprečni čas, ki ga avtomobilček po- Kopra do Celja dolga 180 km in jo opravi v 2 urah. trebuje, da opravi dano pot. Rezultat zaokroži na eno decimalno mesto natančno. Ali se Marjanca ves čas pelje z enako hitrostjo? / 2,5 T 4. S podatkom, ki si ga izračunal pri 3. nalogi, izračunaj povprečno hitrost Pomoč 2: avtomobilčka na dani poti. Rezultat zaokroži na eno mesto natančno. Avtomobilček je prevozil pot 0,5 m v času 10 s. Nato smo ga / 3 T vrnili na začetek. Nato je prevozil pot 1 m v času 20 s. II. del: Oblikuj in izvedi eksperiment. Ali je hitrost avtomobilčka v obeh vožnjah enaka? Ugotovi ali se voziček giblje enakomerno. a) Vse podatke, meritve in izračune tabeliraj v smiselno tabelo, ki naj ima Pomoč 3: skupno tri stolpce in štiri vrstice. Označi razdalje 20 cm, 40 cm in 60 cm. Izmeri čas, ki ga avto- b) Podatke, meritve in izračune zaokroži na eno decimalno mesto natanč- no. mobilček potrebuje za vsako razdaljo. Za vsako meritev izra- c) Ugotovitve zapiši v največ treh povedih in jih utemelji z izračuni hitrosti. čunaj hitrost. ? V kolikor pri reševanju naloge potrebuješ pomoč, dvigni roko in pomoč prejmeš napisano na listku. Ali se avtomobilček giblje z enako hitrostjo? ! POZOR, z vsako pomočjo se končna ocena zniža za eno oceno, zato nalogo opravi čim bolj samostojno. Ali lahko na podlagi rezultatov sklepamo, da se avtomobilček / 8,5 T giblje enakomerno? Slika 2: Delovni list eksperimenta 1: Gibanje avtomobilčka. Slika 4: Pomoči za eksperiment 1. Vsak od pripravljenih eksperimentov vsebuje delovni Ocenjevalni list in ocenjevalni kriterij list, ki je razdeljen na dva dela, ki sta tudi vizualno loče- Ocenjevalni list je pripomoček, ki ga učitelj uporablja na med seboj. V prvem delu učenec s pomočjo navodil in med ocenjevanjem. Vsak ocenjevalni list vsebuje prostor skice postavi eksperiment. za ime in priimek učenca ter datum in končno oceno. Ocenjevalni list je zasnovan za sočasno ocenjevanje treh Nato učenec izvede in tabelira meritve ter izračuna po- učencev. Zato so na ocenjevalnem listu trije stolpci za datke, ki jih naloge zahtevajo. V drugem delu rešuje na- ocenjevanje. Ocenjevalni list je razdeljen po nalogah na logo, ki se vsebinsko navezuje na naloge iz prvega dela. delovnem listu (slika 5). V levem stolpcu so skrajšani Od učenca se pričakuje, da drugi del opravi samostoj- opisniki za ocenjevanje, v desnih treh pa je prostor za 14 Iz teorije za prakso GIBANJE AVTOMOBILČKA – OPISNIKI OCENJEVANJA GIBANJE AVTOMOBILČKA – OCENJEVALNI PRIPOMOČEK I. del 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripomočkov, ki Šifra učenca: jih imaš v škatli, postavi eksperiment. Razred: 8. Število točk Naloga učenca Opisniki ocenjevanja s točkami Ocena Učenec postavi eksperiment. Učenec brez pomoči učitelja ustrezno postavi Ustrezna postavitev eksperimenta eksperiment. 1 T I. del pomeni, da sta narisani črti, ki Učencu pri postavitvi eksperimenta učitelj pomaga označujeta začetek in konec poti, z eno pomočjo (na primer: odgovorimo mu na 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripomočkov, ki vzporedni ter na ustrezni razdalji. vprašanje, damo namig, pomagamo pridržati jih imaš v škatli, postavi eksperiment. avtomobilček je postavljen pred pripomočke, ipd. 0,5 T začetno črto. Kljub temu, da učencu učitelj pomaga z eno Ustrezna postavitev eksperimenta. 1 T 1 T 1 T pomočjo, je postavitev eksperimenta še vedno Ustrezna postavitev z eno pomočjo. 0,5 T 0,5 T 0,5 T neustrezna. ali učencu pri postavitvi učitelj Neustrezna postavitev eksperimenta z eno pomočjo pomaga z več pomočmi. 0 T ali ustrezna postavitev z več pomočmi. 0 T 0 T 0 T Skupaj največ 1 T. Odmerjena pot do vključno ± 3 mm. 1 T 1 T 1 T Učenec odmeri dano pot z napako do vključno Odmerjena pot do vključno ± 6 mm. 0,5 T 0,5 T 0,5 T ± 3 mm. 1 T Odmerjena pot več kot ± 6 mm. 0 T 0 T 0 T Skupaj / 2T / 2T / 2T Učenec odmeri dano pot z napako večjo do ± 3 mm do vključno ± 6 mm. 0,5 T Učenec odmeri dano pot z napako večjo do TEHTANJE Z VZMETJO – OCENJEVALNI PRIPOMOČEK ± 6 mm. 0 T Skupaj največ 1 T. Šifra učenca: Skupaj 2 T Razred: 8. Število točk TEHTANJE Z VZMETJO – OPISNIKI OCENJEVANJA Ocena I. del I. del 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripomočkov, ki jih imaš v škatli, postavi eksperiment. Merjenec potrebuješ v drugem delu. 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripomočkov, ki jih imaš v škatli, postavi eksperiment. Merjenec potrebuješ v drugem delu. Naloga učenca Opisniki ocenjevanja s točkami Komponente eksperimenta: Učenec postavi eksperiment. Učenec brez pomoči s pomočjo skice ustrezno 1 – sestavljeno stojalo, Ustrezna postavitev eksperimenta postavi vse štiri komponente eksperimenta. 2 T 2 – na ustrezni višini prilepljen milimetrski papir, pomeni, da so vse štiri Učenec brez pomoči ustrezno postavi dve 3 – na stojalo obešena vzmet, komponente eksperimenta ali tri komponente eksperimenta ali z eno 4 – na vzmet obešena utež. postavljene po navodilu. pomočjo ustrezno postavi vse štiri komponente eksperimenta. 1 T Ustreznost vseh štirih komponent. 2 T 2 T 2 T Komponente eksperimenta: Učenec brez pomoči ustrezno postavi eno ali Ustreznost dveh ali treh komponent ali ustreznost 1 – sestavljeno stojalo, nič komponent eksperimente ali z eno pomočjo vseh z eno pomočjo. 1 T 1 T 1 T 2 – na ustrezni višini prilepljen ustrezno postavi dve ali tri komponente Ustreznost ene ali več komponent ali ustreznost milimetrski papir, eksperimenta ali mu pomagamo z več kot eno dveh ali treh komponent z eno pomočjo ali več 0 T 0 T 0 T 3 – na stojalo obešena vzmet, pomočjo. 0 T pomoči. 4 – na vzmet obešena utež. Skupaj / 2T / 2T / 2T Skupaj največ 2 T. Skupaj 2 T 2. a) Na milimetrskem papirju označi lego spodnjega konca vzmeti, ko je vzmet 2. a) Na milimetrskem papirju označi lego spodnjega konca vzmeti, ko je vzmet prednapeta (to je, ko je nanjo obešena ena utež). Označi jo z x0. prednapeta (to je, ko je nanjo obešena ena utež). Označi jo z x0. b) Na vzmet obešaj zaporedoma po eno utež in označuj nove lege spodnjega konca b) Na vzmet obešaj zaporedoma po eno utež in označuj nove lege spodnjega konca vzmeti. Pripiši jim oznake x1, x2 in x3. vzmeti. Pripiši jim oznake x1, x2 in x3. c) Izmeri raztezke vzmeti ∆x in jih vpiši v tabelo. c) Izmeri raztezke vzmeti ∆x in jih vpiši v tabelo. d) Iz ustreznih parov podatkov izračunaj koeficient vzmeti in izračunane vrednosti d) Iz ustreznih parov podatkov izračunaj koeficient vzmeti in izračunane vrednosti vpiši v tabelo. Zapiši jih na enice natančno. vpiši v tabelo. Zapiši jih na enice natančno. POD KLANCEM Učitelj opazuje izvedbo dveh meritev pri vsakem od ocenjevanih učencev. zaporedni – OCENJEVALNI PRIPOMOČEK številki meritev vpišite v za to namenjen prostor v tabeli ocenjevalnega pripomočka. Šifra učenca: Razred: 8. POD KLANCEM – OPISNIKI OCENJEVANJA Število točk I. del Ocena 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripomočkov, ki jih imaš v škatli, postavi eksperiment. Škatlice potrebuješ v drugem delu. I. del Naloga učenca Opisniki ocenjevanja s točkami 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. S pomočjo skice in pripravljenih Učenec postavi eksperiment. Učenec brez pomoči učitelja ustrezno postavi vse pripomočkov postavi eksperiment. Škatlice potrebuješ v drugem delu. Ustrezna postavitev eksperimenta štiri komponente eksperimenta. 2 T Komponente eksperimenta: pomeni, da so vse štiri Učenec brez pomoči učitelja ustrezno postavi 1 – lesen kvader, komponente eksperimenta dve ali tri komponente eksperimenta ali z eno 2 – klanec iz ravnila, postavljene po navodilu. pomočjo ustrezno postavi vse štiri komponente 3 – plastični kozarec na vznožju klanca, eksperimenta. 1 T 4 – prilepljen milimetrski papir. Komponente eksperimenta: Učenec brez pomoči ustrezno postavi eno ali Ustreznost vseh štirih komponent. 2 T 2 T 2 T 1 – lesen kvader, nič komponent eksperimente ali z eno pomočjo 2 – klanec iz ravnila, ustrezno postavi dve ali tri komponente Ustreznost dveh ali treh komponent ali ustreznost 3 – plastični kozarec na vznožju vseh z eno pomočjo. 1 T 1 T 1 T eksperimenta ali mu pomagamo z več kot eno klanca, pomočjo. 0 T Ustreznost ene ali več komponent ali ustreznost 4 – prilepljen milimetrski papir. dveh ali treh komponent z eno pomočjo ali več 0 T 0 T 0 T Skupaj največ 2 T. pomoči. Skupaj 2 T Skupaj / 2 T / 2 T / 2 T 2. Izmeri podatke, ki jih potrebuješ in izračunaj potencialno energijo baterije na vrhu klanca. Rezultat zaokroži na dve decimalni mesti natančno. 2. Izmeri podatke, ki jih potrebuješ in izračunaj potencialno energijo baterije na vrhu klan- ca. Rezultat zaokroži na dve decimalni mesti natančno. Naloga učenca Opisniki ocenjevanja s točkami Učenec izmeri višino baterije od Izmerjena višina baterije odstopa do vključno Izmerjena višina baterije z odstopanjem do vključno tal do stika baterije s podlago in ± 2 mm. 0,5 T ± 2 mm. 0,5 T 0,5 T 0,5 T jo stehta. Izmerjena višina baterije odstopa več kot Izmerjena višina baterije z odstopanjem več kot ± 2 mm. 0 T 0 T 0 T ± 2 mm. 0 T Izmerjena masa z odstopanjem do vključno ± 2 g. 0,5 T 0,5 T 0,5 T Skupaj največ 0,5 T. Slika 6: Prva stran opisnikov za ocenjevanje vseh treh eksperi- Slika 5: Prva stran ocenjevalnih listov vseh treh eksperimentov. mentov. Fizika v šoli 15 vnašanje točk. Za vsak del ocenjevanja so opisniki loče- kotni trikotnik, medtem ko je bilo vznožje stojala med ni z debelejšo črto. Učitelju pri ocenjevanju pomagajo danimi pripomočki drugačno. Predlog za izboljšavo, ki tudi barve. Kar je označeno z barvo, se oceni neposredno ga je na eksperiment 3 podal drugi učenec, se nanaša na med opazovanjem učenca, medtem ko se belo obarvani to, da bi morali biti v navodilih jasno izpostavljeni po- opisniki uporabijo naknadno, ob pregledu delovnega li- membnejši podatki. sta. Na koncu ocenjevalnega lista je prostor za skupni seštevek točk in ocenjevalni kriterij. 1. Na skici je prikazano začetno stanje eksperimenta. s pomočjo skice in pripravljenih pripomočkov po- Opisniki za ocenjevanje stavi eksperiment. Merjenec potrebuješ v drugem Opisniki za ocenjevanje eksperimentalnega dela so po- delu preverjanja. drobneje razdelani ocenjevalni pripomočki in učitelju služijo kot dodatna razlaga ocenjevanja. Razdeljeni so v Pripomočki: ___ / 2T dva stolpca. V levem stolpcu so natančno razloženi opis- • stojalo niki za ocenjevanje, v desnem pa točke (slika 6). • vzmet • uteži • milimeterski papir Rezultati • lepilni trak V nadaljevanju so predstavljeni rezultati raziskave, po- dani kot odgovori na raziskovalna vprašanja. Evalvacija delovnih listov s strani učencev RV1: Kako izbrani učenci ocenjujejo zgradbo pripravljenih delovnih listov za ocenjevanje eksperimentalnega dela pri pouku fizike? Učenci so trditve o delovnem listu ocenili s povprečno Slika 7: Eksperiment 2, naloga 1. Vznožje stojala na skici se razli- oceno 4,42 (SD = 0,74). Sedem učencev (12 %) je naloge kuje od vznožja stojala med danimi pripomočki. na delovnem listu opisalo kot pregledne in jasno zapisa- ne. Kljub temu sta bili jasnost in razumljivost navodil s Učenci so v drugem delu reševanja delovnega lista imeli strani učencev ocenjeni najnižje. Razlog za to je najver- možnost uporabe pomoči, ki pa jih v večini niso upora- jetneje dolžina navodil in natančne zahteve pri zaokro- bili. Pomoč so uporabljali le učenci pri eksperimentu 1. ževanju rezultatov. K temu dodatno pripomore tudi to, Učenci so ponujene pomoči ocenili s povprečno oceno da učenci niso izvajali eksperimentov takoj po končani 3,67 (SD = 1,03). Trije učenci (7 %) so pohvalili mo- obravnavi učne snovi, temveč šele na koncu šolskega žnost uporabe ponujenih pomoči. Med raziskavo je bilo leta, ko so določeno učno snov že pozabili. mogoče opaziti, da učenci življenjskega primera niso znali preslikati na eksperimentalno nalogo, ki so jo re- ševali. Tabela 1: Mnenje učencev o delovnem listu. Ocena strinjanja M SD Evalvacija pripravljenih gradiv s strani 5 4 3 2 1 učiteljev [%] [%] [%] [%] [%] Eksperiment 1 66 29 6 0 0 4,60 0,60 RV2: Kako izbrani učitelji ocenjujejo pripravljena gradiva za Eksperiment 2 60 33 4 2 0 4,51 0,69 ocenjevanje eksperimentalnega dela pri pouku fizike? Eksperiment 3 39 42 14 4 0 4,16 0,83 Učitelji so ocenili gradiva za ocenjevanje eksperimental- Skupaj 55 35 8 2 0 4,42 0,74 nega dela. Tako kot učenci so tudi učitelji najvišje ocenili delovne liste, in sicer s povprečno oceno 4,62 (SD 0,57). Učenci so najvišje ocenili jasnost in nazornost skic Delovne liste sta v polstrukturiranem intervjuju komen- (M = 4,67). Kljub temu sta dva učenca (4 %) izposta- tirala dva učitelja. Eden od njiju je delovne liste opredelil vila predlog za njihovo izboljšavo. Eden od omenjenih kot primernejše za učno zmožnejše učence. Medtem ko učencev je imel težave pri postavitvi eksperimenta 2, saj je drugi poudaril, da bi bilo treba delovne liste prilago- je bilo vznožje stojala narisano kot pokonci stoječ pravo- diti matematičnemu znanju učencev. Na tem mestu je 16 Iz teorije za prakso konkretno poudaril učno snov o reševanju enačb, česar malnih standardov nad 50 %, medtem ko jih je v eksperi- se učenci učijo šele na polovici 9. razreda, medtem ko bi mentu 2 in eksperimentu 3 okrog 40 %. Temu primerno bilo to znanje pri fiziki potrebno že v 8. razredu. so postavljeni tudi kriteriji ocenjevanja, ki predvidevajo, da učenec lahko doseže pozitivno oceno zgolj z dose- ganjem minimalnih standardov v prvem delu delovnega Tabela 2: Mnenje učiteljev o delovnem listu. lista. Ocena strinjanja M SD 5 4 3 2 1 Evalvacija izvedbe eksperimentalnega dela [%] [%] [%] [%] [%] Eksperiment 1 67 30 3 0 0 4,63 0,56 RV3: Kako izbrani učenci in učitelji ocenjujejo izvedbo eksperimentalnega dela s pripravljenimi gradivi? Eksperiment 2 73 20 0 0 0 4,67 0,61 Eksperiment 3 60 37 3 0 0 4,57 0,57 V anketnem vprašalniku so učitelji in učenci ocenili Skupaj 67 29 4 0 0 4,62 0,57 pripravljenost učilnice na ocenjevanje eksperimental- nega dela. Učenci so to ocenili s povprečno oceno 4,26 (SD = 1,03), učitelji pa z nekoliko višjo povprečno oce- Ponujene pomoči so učitelji z zanemarljivo razliko oce- no 4,36 (SD = 0,57). Dva učenca (3 %) sta pohvalila nili nižje od učencev, in sicer s povprečno oceno 3,52 ločenost ocenjevalnih postaj od razreda. Trinajst učen- (SD = 1,10). Do ponujenih pomoči sta nestrinjanje in cev (22 %) je izrazilo zadovoljstvo nad opravljenim de- kritiko podala dva učitelja. Eden od učiteljev je koncept lom in potrebo po iznajdljivosti. Izvajanje eksperimen- pomoči opredelil kot učencem neznan in predlagal, da talnega dela so opredelili tudi kot zabavno, saj je pouk bi ga bilo dobro vpeljati prek skupinskega eksperimen- potekal drugače. Dva (3 %) sta izrazila zadovoljstvo ob talnega dela v razredu. Šele potem bi ga učenci lahko uporabi logičnega razmišljanja. Obenem je šest učencev uporabljali pri ocenjevanju in pri tem tudi vedeli, kaj pri- (13 %) predlagalo reševanje nalog v parih in željo po čakovati. Predlagal je tudi, da bi učencem ponudili samo listu z enačbami kot pripomočkom. Dva učenca (3 %) tretjo od ponujenih pomoči. sta predlagala, da bi ocenjevanje eksperimentalnega dela Ocenjevalni pripomoček so učitelji ocenili s povprečno potekalo v drugem, mirnejšem prostoru. Med raziskavo oceno 4,65 (SD = 0,59). V polstrukturiranem inter- je bilo opaziti, da so učenci želeli sodelovati med seboj. vjuju sta ga omenila dva učitelja, ki sta ga označila kot Vzrok za slednje je lahko nepoznavanje novega načina praktičnega, jasnega, ki omogoča hitro ocenjevanje. Oba dela (ocenjevanja) ter nepoznavanje in neznanje upora- učitelja menita, da bi bilo težko oceniti tri učence hkrati be fizikalnih pripomočkov. Učitelji so za predlagani na- in da je treba učni pripomoček dobro poznati, preden se čin ocenjevanja eksperimentalnega dela izrazili potrebo lotimo ocenjevanja. Na podlagi slednjega je smiselno, da po laborantu ali dodatnem učitelju. se ocenjevanja eksperimentalnega dela lotimo postopo- ma, najprej ocenjujemo po enega učenca in nato po več učencev skupaj. Zaključek Rezultati raziskave kažejo na kakovost pripravljenih Učitelji so opisnike ocenjevanja ocenili s povprečno gradiv. Izbrani eksperimenti in naloge so v večji meri oceno 4,61 (SD = 0,59). Podrobni opisniki ocenjevanja primerni za uporabo pri ocenjevanju eksperimentalne- so bili uporabljeni le deloma pri ocenjevanju delovnih ga dela v osnovni šoli in se skladajo z učnim načrtom. listov po končanem eksperimentalnem delu v primeru Prav tako so tovrstnemu ocenjevanju primerno pripra- nejasnosti skrajšanih opisnikov za ocenjevanje v ocenje- vljeni tudi ocenjevalni pripomočki, opisniki za ocenjeva- valnem pripomočku. Iz slednjega lahko sklepamo, da so nje in kriteriji ocenjevanja. Manj primerno je zastavljen krajši opisniki že dovolj razumljivi za ocenjevanje. koncept pomoči, ki jih učenci lahko uporabijo v drugem S povprečno oceno 4,38 (SD = 0,79) so na koncu učitelji delu reševanja delovnega lista. Razlogi za slednje so ocenili še kriterije ocenjevanja. Naloge na delovnih listih nepoznavanje koncepta pomoči s strani učencev, strogi temeljijo na učnem načrtu za fiziko. Delovni list je za- kriteriji nižanja končne ocene in sosledje pomoči, ki od stavljen tako, da lahko učenec v prvem delu zbere dovolj učenca zahteva dodatne premisleke in preslikavo vsebi- točk za oceno zadostno (2), pri čemer ni nujno, da vse ne pomoči na fizikalni problem eksperimentalnega dela. reši pravilno. Kljub temu je eden od izbranih učiteljev Glede na izvedbo in način predlaganega ocenjevanja poudaril, da so v nalogah premalo zastopani minimalni učitelji izražajo časovno zahtevnost tovrstnega ocenjeva- standardi. Obenem meni, da je slednjih tudi v učnem nja in željo po možnosti sodelovanja z dodatnim učite- načrtu premalo in ima zato težave pri sestavljanju oce- ljem in laborantom. Obenem poudarjajo, da bi bilo treba njevanj znanja. Minimalni standardi so v pripravljenih za kakovostno ocenjevanje eksperimentalnega dela pri- gradivih različno zastopani. V eksperimentu 1 je mini- praviti večje število različnih eksperimentov. Fizika v šoli 17 Implementacija ocenjevanja eksperimentalnega dela dela. Ocenjevanje eksperimentalnega dela prinaša tudi bi v šolski proces zagotovo prinesla napredek v razvoju poglobitev znanja učencev o fizikalnih pojmih, razvoj učenčevih praktičnih veščin in znanj. Slednja namreč strategij za reševanje problemov in razvoj danes zelo ne smejo biti ocenjena drugače kot le z neposrednim pomembnega kritičnega mišljenja. ocenjevanjem učenčevega izvajanja eksperimentalnega Pripravljena gradiva so na voljo učiteljem fizike na spodaj navedeni povezavi in jih lahko uporabijo pri svojem delu ter nadgrajujejo. Veseli bomo odzivov in povratnih informacij ter izmenjave nadgrajenih gradiv. V ta namen spodaj dodajamo povezavo do gradiv in e-poštna naslova. https://docs.google.com/document/d/1u21APN7ESIMQrKsu_cXLwlGytPVUCHxiCHbxR8BrcRI/ edit?usp=sharing E-poštna naslova: monika.semic@gmail.com katarina.susman@pef.uni-lj.si Viri 1. Gott, R. in Duggan, S. (2002). Problems with the Assessment of Performance in Practical Science: Which way now?, Cambridge Journal of Education, 32(2), 183–201. 2. Wilcox, B. R., Lewandowski, H. J. (2017). Developing skills versus reinforcing concepts in physics labs: Insight from a survey of students’ beliefs about experimental physics, Phys. Rev. Phys. Educ. Res. 13, 010108. 3. J. Bennett, J. in Kennedy, D. (2001). Practical work at the upper high school level: The evaluation of a new model of assessment, International Journal of Science Education, 23, 97–110. 4. Abrahams, I., Reiss, M. J. in Sharpe, R. M. (2013). The assessment of practical work in school scien- ce, Studies in Science Education, 49(2), 209–251. 5. Abrahams, I. in Sağlam, M. (2010). A study of teachers’ views towards practical work in secondary schools in England and Wales, International Journal of Science Education, 32(06), 753–768. 6. Furiwai, S. in Singh-Pillay, A. (2020). The views and experiences of Grade 10 Life Sciences teachers on the compulsory practical examination, Perspectives in Education, 38(1), 242–254. 7. Banko, J., Božič, S. (2013). Ocenjevanje eksperimentalnega dela V Posodobitve pouka v osnovno- šolski praksi (A. Žakelj, M. Borstner), 81–88, Ljubljana: Zavod RS za šolstvo. https://www.zrss.si/ digitalna_bralnica/posodobitve-pouka-v-osnovnosolski-praksi-fizika/ 8. Pavlin, J. in Čepič, M. (2015). The education of pre-service primary school teachers for teaching the physics part of science in Slovenia, V Proceedins of the GIREP - MPTL 2014 International Conference, 7 Jul–12 Jul 2014, University of Palermo, Italy, 137–144. 9. Žakelj, A. in Borstner, M. (ur.) (2012). Razvijanje in vrednotenje znanja. Ljubljana: Zavod RS za šol- stvo. 18 Iz prakse Ocenjevanje eksperimentalnega dela pri fiziki Assessment Of Experimental Work in Physics Neža Poljanc Osnovna šola Križe Izvleček V članku je obravnavana problematika stresa pri učencih pri ocenjevanju eksperimentalnega dela. Poudarjen je po- men praktičnega eksperimentiranja za globlje razumevanje snovi. Podrobno je razložena priprava na ocenjevanje, ki vključuje uporabo interaktivnih simulacij in pripomočkov za eksperimentiranje. Predstavljeni so kriteriji ocenjevanja, ki temeljijo na praktičnih veščinah in teoretičnem znanju. Ocenjevanje poteka individualno z ocenjevalnimi listi, ki upoštevajo različne ravni znanja. V zaključku je poudarjeno, da takšen pristop k ocenjevanju eksperimentalnega dela ne le povzroča manj stresa pri učencih, temveč tudi spodbuja njihovo motivacijo in zadovoljstvo, kar vodi do boljših ocen in splošne uspešnosti pri fiziki. Na koncu je predstavljen razmislek o razširitvi tega pristopa na druge razrede in predmetne vsebine, s čimer bi še dodatno izboljšali kakovost izobraževanja in dobrobit učencev. Ključne besede: ocenjevanje, eksperimentalno delo, elektrika, PhET simulacije, stres Abstract The article addresses the stress that students experience during the evaluation of experimental work. It emphasises the value of practical experimentation in gaining a deeper understanding of the subject matter. The evaluation prepara- tion process is well-detailed, including interactive simulations and experimental tools. Evaluation criteria based on practical skills and theoretical knowledge are introduced. The evaluation is conducted individually using sheets that allow for varying levels of knowledge. In conclusion, the author acknowledges that such an approach to evaluating experimental work reduces stress among students while increasing their motivation and a sense of fulfilment, result- ing in higher marks and overall performance in physics. Finally, the potential implementation of this approach to other year groups and subject matters would further increase educational quality and student wellbeing. Keywords: assessment, experimental work, electricity, Phet simulations, stress Uvod med drugim zapisano naj učenci sistematično odkriva- Učitelji si prizadevamo za prijazno in prijetno šolanje jo pomen eksperimenta pri spoznavanju in preverjanju otrok. Uvajamo nove metode in oblike dela, ki naj bi fizikalnih zakonitosti ter naj načrtujejo in izvajajo pre- zagotovile bolj kakovostnejše in trajnejše znanje. Če proste poskuse. Uporabljajo naj strokovne spletne stra- ni. Čeprav je pomnjenje nekaterih fizikalnih dejstev še učenci pridobivajo nova znanja na podlagi izkušenj, je vedno pomembno, se povečuje potreba po obvladovanju pridobljeno znanje trajnejše. instrumentov, orodij in postopkov, s katerimi lahko iz- Pri ustnem ocenjevanju znanja pri učencih pogosto opa- biramo, obdelujemo in uporabljamo podatke. Pouk fizi- zimo znake stresa, kot so plitko dihanje, mišična nape- ke omogoča udejanjanje mnogih kompetenc, na primer tost, drhtenje, tresenje rok, nervoznost, nepotrpežljivost, kompetenco digitalne pismenosti razvijamo z uporabo vlažne dlani, grizenje nohtov ali ovijanje las okrog prsta . sodobne digitalne tehnologije (DT), tudi s simulacijami Stres je nalezljiv, zato se neredko zgodi, da se znaki pre- pojavov z interaktivnimi računalniškimi animacijami; nesejo na preostale prisotne v razredu. sporazumevanje v tujih jezikih razvijamo predvsem z Učenci z eksperimentalnim delom usvajajo nova spo- uporabo računalniških programov in interaktivnih raču- znanja. V splošnih ciljih učnega načrta za fiziko je nalniških animacij v tujem jeziku; socialna kompetenca Fizika v šoli 19 pa vključuje kompetenco varovanja zdravja in se razvija fizike in ravnateljici, ki je omogočala nakupe. Dovolj pri šolskih množičnih poskusih, pri čemer učenci prido- imamo pripomočkov za izvajanje šolskih množičnih po- bijo veščine varnega izvajanja poskusov, kar je posebej skusov. Pri električnem toku so to šolski malo-napetostni pomembno pri obravnavani učni enoti Električni tok. izviri (ŠMI), analogni in digitalni merilni instrumenti, Pri nekaterih operativnih ciljih je priporočljivo, da učen- vezne žice, grla za žarnice, stikala, žarnice, upori … ci cilje dosegajo z izvajanjem eksperimentov. Pri elek- Pri elektriki skušamo pouk pripraviti tako, da skoraj vsa- tričnem toku so to poskusi, pri katerih spoznajo osnov- ko uro učenci samostojno eksperimentirajo. Pri eksperi- ne elemente električnega kroga, kjer uporabljajo dogo- mentiranju imajo pomoč učitelja in laboranta, ki skrbi vorjene znake za njegovo risanje. Samostojno izmerijo predvsem za varnost. Že po nekaj urah znajo sami po- napetost na izviru in napetost na porabniku. S poskusi skrbeti za ustrezne pripomočke in na koncu eksperimen- raziščejo zakonitosti električnega toka skozi zaporedno tiranja tudi pospraviti. Ves čas se učijo risati električne vezane upornike in zakonitosti porazdelitve napetosti na sheme in samostojno uporabljati simulacije na telefonih. zaporedno vezanih upornikih. Prav tako raziščejo zako- Učenci OŠ Križe v šoli ne smejo uporabljati telefonov, nitosti delitve toka skozi vzporedno vezane porabnike razen za pouk. Ker jih učimo uporabljati zavestno osre- in spreminjanje toka skozi izvir, če se število vzporedno dotočenost in poskušamo zmanjšati večopravilnost, zlo- vezanih porabnikov povečuje, ter primerjajo napetost iz- rab telefona med poukom v druge namene praktično ni. vira z napetostjo na porabnikih. Ko preverimo, da znajo vsi učenci samostojno ponoviti poskus, se pripravimo na ocenjevanje. Učence seznani- Priprava na ocenjevanje mo z vprašanji in kriteriji ocenjevanja (slika 2). Ocenjevanje znanja je ugotavljanje in vrednotenje, ko- liko učenec dosega cilje oziroma standarde znanja iz učnih načrtov in se opravi po preverjanju znanja. Pri Izvedba ocenjevanja ocenjevanju znanja se osredotočimo na znanje, ne na Pripravimo pripomočke za izvajanje poskusov in delov- neznanje. na mesta, na katerih se bo ocenjevalo. Ocenjujemo po Pri fiziki v osnovni šoli se znanje preverja in ocenjuje štiri učence hkrati. Vsak dobi svoj ocenjevalni list. Pri- na različne načine, tudi s preverjanjem in ocenjevanjem pravljenih imamo osem različnih ocenjevalnih listov, eksperimentalnega dela. Ker je mogoče pouk popestriti tako da učenci, ki so istočasno ocenjevani, rešujejo vsak z ustrezno programsko opremo, še posebej, če omogo- svoje naloge. Ocenjevalni listi so pripravljeni tako, da ča interaktivnost, jo s pridom uporabljamo. Seveda se vsebujejo notranjo diferenciacijo. Pri tem smo posebej zavedamo, da je uporaba digitalne tehnologije lahko le pozorni na učence s specifičnimi učnimi težavami in na dopolnilo eksperimentiranju učencev, ne pa njegov na- nadarjene učence (slika 3 in 4). domestek. V opisanem primeru bomo uporabili spletno Tak način ocenjevanja je časovno ugoden, saj učenci za aplikacijo PhET (slika 1). eksperimentalno delo potrebujejo največ petnajst minut, Osnovna šola Križe ima odlično opremljen kabinet za tako da je mogoče v dveh šolskih urah oceniti najmanj fiziko, za kar gre zahvala zlasti prejšnjim učiteljicam 24 učencev. Slika 1: Primer uporabe spletne aplikacije PhET. 20 Iz prakse Kriteriji ocenjevanja Standardi znanja, ki se preverjajo Učenec: 1. skrbi za urejenost delovnega prostora, za lastno varnost in varnost drugih ter varnost opreme 2. načrtno opazuje pojave in zapisuje opažanja 3. po navodilih izvede fizikalne poskuse ter ustrezno zabeleži dogajanja in meritve 4. izbere ustrezne pripomočke (vključno z DT) in jih pravilno uporabi 5. izmeri vrednosti izbranih fizikalnih količin, jih ustrezno zapiše z merskim številom in enoto 6. pri delu uporabi osnovno matematično znanje 7. primerja dejanske rezultate z napovedmi in ugotavlja ujemanje 8. predstavi nova vprašanja, ki so se mu porajala med poskusom 9. nariše preprost električni krog, pri čemer uporabi dogovorjene simbole 10. ve, da je enota za električni tok amper in da ga merimo z ampermetrom 11. ve, da je enota za napetost volt in da jo merimo z voltmetrom 12. ve, da pri isti napetosti izvira večje število zaporedno vezanih porabnikov zmanjša tok skoznje 13. ve, da je pri zaporedni vezavi na uporniku z večjim uporom večja napetost 14. ve, da zaradi večjega števila vzporedno vezanih porabnikov povečuje skupni tok skoznje ob stalni napetosti izvira 15. loči vzporedno in zaporedno vezavo porabnikov v električnem krogu 16. za vezavo elementov v električnem krogu uporabi vzporedno in zaporedno vezavo in upošteva njune zakonitosti 17. uporabi ampermeter za merjenje toka 18. uporabi voltmeter za merjenje napetosti izvira in napetosti na porabniku 19. zna vezati zaporedno več porabnikov 20. zna vezati vzporedno več porabnikov Meje za ocene Nzd (1) Zd (2) Db (3) Pdb (4) Odl (5) do 49 % 50–64 % 65–79 % 80–89 % 90–100 % do 9 tč. 10–12 tč. 13–15 tč. 16–17 tč. 18–20 tč. Slika 2: Kriteriji ocenjevanja znanja in meje za ocene. Odebeljeno so označeni minimalni standardi znanja. Zaključek V osnovni šoli pri fiziki je eksperimentiranje pomemben Ko so eksperimentiranja dovolj vešči, se opravi ocenje- del učnega procesa. Učenci izvajajo eksperimente samo- vanje znanja. Ker so vprašanja in kriteriji ocenjevanja stojno v skupinah s pomočjo ustnih ali pisnih navodil. dobro znani in ker so eksperimentiranje dovolj vadili, Pri eksperimentiranju imajo ves čas na razpolago pomoč ocenjevanje zanje ni stresno. Med ocenjevanjem so spro- učitelja in laboranta. Učenci so med eksperimentiranjem ščeni, mirni, potrpežljivi, dihajo normalno, nimajo vla- zelo motivirani, le redko prihaja do poškodb opreme, ker žnih dlani in niso živčni. Preostali učenci v razredu brez so pri delu zelo zbrani. težav opravljajo svoje naloge. Fizika v šoli 21 Ocenjevanje eksperimentalnega dela Ocenjevanje eksperimentalnega dela V električni krog zaporedno veži dve enaki žarnici na izvir V električni krog zaporedno veži dve enaki žarnici na izvir enosmerne napetosti. Izmeri električni tok, ki ga poganja vir enosmerne napetosti. Izmeri električni tok, ki ga poganja vir napetosti. Izmeri električni tok, ki teče skozi žarnico. Izmeri napetosti. Izmeri električni tok, ki teče skozi žarnico. Izmeri električno napetost na viru napetosti. Izmeri električno električno napetost na viru napetosti. Izmeri električno napetost na žarnicah. napetost na žarnicah. • Nariši shemo vezave. / 2 • Nariši shemo vezave. / 2 • Sestavi simulacijo vezave. • Sestavi simulacijo vezave. • Pripravi pripomočke za izvedbo poskusa. / 2 • Pripravi pripomočke za izvedbo poskusa. / 2 • Nastavi ŠMI. / 2 • Nastavi ŠMI. / 2 • V električni krog zaporedno veži dve • V električni krog zaporedno veži dve enaki enaki žarnici. / 2 žarnici. / 2 • Nastavi merilni instrument za merjenje • Nastavi merilni instrument za merjenje električnega toka. / 2 električnega toka. / 2 • Izmeri električni tok, ki ga poganja vir • Izmeri električni tok, ki ga poganja napetosti. / 2 vir napetosti. / 2 • Izmeri električni tok, ki teče skozi prvo • Izmeri električni tok, ki teče skozi prvo ž žarnico. / 1 žarnico. / 2 • Katero zakonitost električnega toka si pri • Nastavi merilni instrument za merjenje tem ugotovil? / 1 električne napetosti. / 2 • Nastavi merilni instrument za merjenje • Izmeri električno napetost na viru napetosti. / 2 električne napetosti. / 2 • Izmeri električno napetost na drugi žarnici. / 2 • Izmeri električno napetost na viru napetosti. / 2 • Izmeri električno napetost na drugi žarnici. / 1 Slika 4: Primer ocenjevalnega lista za učence z učnimi težavami. • Katero zakonitost električne napetosti si pri tem ugotovil? / 1 • Predstavi novo vprašanje, ki se ti je porajalo med poskusom. + / 2 Slika 3: Primer ocenjevalnega lista za nadarjene učence. Čeprav ocenjujemo poskuse, hkrati preverjamo tudi te- Ocenjevanje eksperimentalnega dela v 9. razredu je do- oretično znanje. Po Bloomovih taksonomskih stopnjah bro sprejeto, zato razmišljamo, da bi podobno ocenjevali tako pridemo tudi do analize in sinteze znanja. Učenci še v 8. razredu. Najprimernejši vsebini za vrednotenje so zadovoljni, saj praviloma dobivajo zelo dobre ocene, eksperimentalnega dela bi bili gostota in tlak. Ocenjeva- kar pa je velika spodbuda za nadaljnje delo. nje bi lahko pripravili tako, da bi bilo še bolj diferencira- Žal z vsako novo generacijo ugotavljamo, da so učen- no. Učenci z učnimi težavami bi že znane poskuse zgolj ci motorično bistveno manj sposobni, prav tako imajo ponovili. Najboljšim učencem bi zastavili le vprašanje, manj izkušenj iz vsakdanjega življenja. oni pa bi sami zasnovali ter izvedli poskuse in nato iz izmerjenih vrednosti izračunali iskane količine. Viri 1. Krek, J., Hodnik Čadež, T., idr. (2008). Učitelj v vlogi raziskovalca, Pedagoška fakulteta Univerze v Ljubljani. 2. Elkin, A. (2014). Obvladovanje stresa za telebane, Pasadena. 3. https://www.gov.si/assets/ministrstva/MVI/Dokumenti/Osnovna-sola/Ucni-nacrti/obvezni/UN_ fizika.pdf (10. 10. 2024) 4. https://phet.colorado.edu/en/simulations/circuit-construction-kit-ac-virtual-lab (10. 10. 2024) 22 Iz prakse Alternativno vrednotenje znanja pri predmetu fizika Alternative Assessment in Physics Tilen Fidler Srednja zdravstvena in kozmetična šola Maribor Izvleček Vrednotenje eksperimentalnega dela z ustreznimi povratnimi informacijami za učence in dijake pri pouku fizike je ključnega pomena za celovito razumevanje snovi in razvoj kritičnih miselnih sposobnosti. Eksperimentalno delo omogoča učencem ter dijakom aktivno sodelovanje pri procesu učenja, spodbuja radovednost ter omogoča povezavo med teoretičnim znanjem in praktičnimi izkušnjami. Klasične metode ustnega in pisnega ocenjevanja, ki se osredo- točajo predvsem na razumevanje konceptov, lahko dopolnimo z vključevanjem ocenjevanja eksperimentalnega dela, kar omogoča bolj celovito in realistično oceno znanja. Z ustrezno uporabo vrednotenja eksperimentalnega dela lahko učitelji spodbudijo večjo angažiranost in motivacijo učencev ter prispevajo k boljšemu razumevanju fizikalnih kon- ceptov tako v osnovni kot tudi v srednji šoli. Ključne besede: eksperimentalno delo, kognitivne sposobnosti, medpredmetne povezave, metode ocenjevanja, vre- dnotenje Abstract Evaluation of experimental work with appropriate feedback for students in physics lessons is crucial for a compre- hensive understanding of the subject and for developing critical thinking skills. Experimental work allows students to participate in learning actively, fosters curiosity, and facilitates the connection between theoretical knowledge and practical experience. Traditional methods of oral and written assessments, which primarily focus on understanding concepts, can be complemented by an evaluation of experimental work, providing a more comprehensive and realistic assessment of knowledge. By utilising experimental work evaluation appropriately, teachers can encourage greater en- gagement and motivation among students, contributing to a better understanding of physical concepts in elementary and secondary schools. Keywords: experimental work, cognitive abilities, cross-curricular connections, assessment methods, evaluation Fizika v šoli 23 1 Uvod Fizika je znanost, ki proučuje, kako delujejo stvari v vesolju. Obravnava vse, od najmanjših delcev, kot so kvarki, do ogromnih galaksij v vesolju. Fizika nam pomaga razumeti, zakaj se stvari premikajo, kako med seboj delujejo sile in zakaj svet deluje tako, kot deluje. Po televiziji in na spletu so na voljo dokumentarni filmi o raznih temah s področja fizike, ki pritegnejo milijone ljudi, v šoli pa je fizika običajno eden izmed manj priljubljenih predmetov. Delni razlog za to je učni načrt in morda ravno klasični način ocenjevanja, ki ga uporabljamo za Po televiziji in na vrednotenje znanja. spletu so na voljo dokumentarni filmi 2 Klasično ocenjevanje pri predmetu fizike o raznih temah s Fizika je za učence in dijake osnovne šole zahtevna in spada na višjo taksonomsko stopnjo področja fizike, ki zaradi več razlogov, predstavljenih v nadaljevanju. Ocenjevanje znanja je zato toliko zahtev- pritegnejo milijone nejše, saj nekateri učenci in dijaki ne dosežejo niti minimalnih standardov, ki so potrebni za ljudi, v šoli pa je pozitivno oceno. fizika običajno eden izmed manj 2.1 Abstraktni koncepti priljubljenih Fizika se ukvarja z abstraktnimi koncepti in teorijami, ki jih še posebej učenci v zgodnji ado- predmetov. lescenci težko razumejo. Abstraktno razmišljanje se nanaša na sposobnost razmišljanja o konceptih, idejah in odnosih prek konkretnih, oprijemljivih predmetov ali izkušenj, ki pa jih učenci kot dijaki v tej starostni skupini velikokrat še nimajo dovolj. Vključuje miselne procese, kot so sklepanje, reševanje problemov in razumevanje kompleksnih odnosov, ne da bi se zanašali izključno na konkretne primere. Abstraktno razmišljanje je bistvena kognitivna spretnost, ki se razvija postopoma, pri čemer otroci to sposobnost običajno začnejo kazati v zgodnji adolescenci in jo s popravljanjem nadaljujejo skozi odraslost. Abstraktno razmišljanje ima tudi ključno vlogo na različnih področjih, vključno z matematiko, znanostjo, filozofijo in umetnostjo. Posameznikom omogoča, da raziskujejo in razumejo kompleksne ideje onkraj območja neposrednih čutnih izkušenj [1]. 2.2 Matematika pri pouku fizike Fizika se močno opira na matematične enačbe za natančen opis fenomenov. Za razumevanje fizike v osnovni in srednji šoli so že potrebni dobro razumevanje vektorjev, ulomkov, preobli- kovanje enačb, reševanje sistemov enačb ter razumevanje matematičnih simbolov in drugih pojmov. Če imajo učenci težave pri matematiki, preden spoznajo fiziko, bodo težave pri fiziki najverjetneje imeli tudi v srednji šoli. Razumevanje in uporaba teh matematičnih konceptov sta za večino učencev velik izziv. Medpredmetna povezava med fiziko in matematiko je glede na učni načrt obeh predmetov v Sloveniji zelo šibka [2]. 2.3 Kritična miselnost Fizika zahteva močne analitične in kritične miselne sposobnosti za reševanje problemov ter razumevanje osnovnih načel, kar predstavlja oviro pri mnogih učencih v osnovni šoli, saj možgani pri teh starostnih skupinah še niso dovolj razviti. Uporaba spomina je zelo po- Učenci in dijaki prek membna, saj morajo učenci priklicati temeljna načela, zakone, enačbe in definicije v fiziki. Čeprav ta raven predstavlja nižje miselne procese, je temeljna za višje ravni kognitivnih pro- eksperimentiranja cesov v fiziki. To vključuje razlago pojavov, tolmačenje podatkov in dokazovanje razume- aktivirajo svoje vanja snovi. Učenci morajo nato svoje razumevanje konceptov fizike uporabiti za reševanje čute, radovednost problemov in obravnavanje realnih situacij. Učenci morajo uporabiti svoje znanje v novih in kognitivne kontekstih in pokazati sposobnost prenosa učenja na nove scenarije. V srednji šoli pa se to sposobnosti, da samo še stopnjuje [3]. lažje razumejo koncepte fizikalnih načel, razvijajo 3 Eksperimentalno delo spretnosti in Vpeljevanje eksperimentalnega dela je potrebno, da lahko učenci in dijaki razumejo osnove dojemajo povezavo fizikalnih procesov. Eksperimentiranje je temeljno za razumevanje in navigacijo učenca pri pouku fizike. Učenci in dijaki prek eksperimentiranja aktivirajo svoje čute, radovednost in med teorijo in kognitivne sposobnosti, da lažje razumejo koncepte fizikalnih načel, razvijajo spretnosti in prakso. dojemajo povezavo med teorijo in prakso. 24 Iz prakse 3.1 Čutila Vsi ljudje fiziko raziskujejo prek čutov, kot so vid, sluh, tip in vonj. Opazujejo barve, oblike, teksture, zvoke in vonjave. Čuti nam pomagajo razumeti značilnosti fizikalnih načel in nji- Učenci in dijaki se z hove okolice. raziskovanjem učijo o vzročno-posledičnih 3.2 Radovednost odnosih in načelih, ki Otroci so naravno radovedna bitja, ki jih žene želja po razumevanju neznanega. Postavljajo vladajo pri fizikalnih vprašanja, iščejo odgovore in eksperimentirajo s pripomočki in pojavi, da bi zadovoljili svojo zakonih. radovednost. Z raziskovanjem se učijo o vzročno-posledičnih odnosih in načelih, ki vladajo pri fizikalnih zakonih. Učenci in dijaki pri pouku raziskujejo z interakcijo. Uporabljajo pripomočke, da odkrivajo fizikalne zakonitosti ter fizikalne lastnosti teles in sno- vi. Fizično raziskovanje pomaga pri razvoju motoričnih sposobnosti, prostorske zavesti in koordinacije pri nadaljnjem laboratorijskem delu. 3.3 Kognitivno raziskovanje Učenci in dijaki se v kognitivno raziskovanje vključujejo z eksperimentiranjem, idejami, reše- vanjem problemov in razumevanjem svojih opazovanj in izkušenj. Srečajo se v vlogi razisko- valca, konstruirajo mentalne modele in preizkušajo hipoteze, ki so jih spoznali pri uri fizike [4]. Kognitivno raziskovanje spodbuja kritično mišljenje, ustvarjalnost in intelektualno rast. Na splošno je kognitivno raziskovanje ključni del človeškega razvojnega procesa, ki oblikuje njegovo razumevanje o predmetu. Spodbujanje in podpiranje eksperimentiranja spodbujata radovednost, učenje in rast skozi šolanje [5]. 4 Vrednotenje eksperimentalnega dela Tako otroci kot mladostniki kažejo naravno radovednost za svet okoli sebe, kar lahko prav učenje fizike naredi zabavno in zadovoljujoče. Eksperimentalni del fizike je pomemben del poučevanja v osnovni šoli, saj lahko z eksperimenti pritegnemo pozornost dijakov te starostne skupine. Klasično ocenjevanje se osredotoča predvsem na razumevanje konceptov, vendar bi bilo zaradi zgoraj navedenih razlogov smiselno vključiti tudi ocenjevanje eksperimentalnega dela. Zato je tudi pomembno, da se več pozornosti nameni eksperimentalnemu delu in da se to delo tudi ovrednoti, bodisi s samostojno oceno ali kot del ustnega in pisnega ocenjevanja. Učenec ali dijak lažje razume in pojasni poskus, ki ga je naredil med učno uro, kot pa razume vse druge koncepte teorije fizike, ki so mu bili predstavljeni brez eksperimentalnega dela. Pri ocenjevanju eksperimentalnega dela je pomembno uporabiti jasne kriterije, merila in metode ocenjevanja, ki zajemajo načrtovanje, izvedbo, zbiranje podatkov in analizo eksperimentov. Eksperimentalno delo bi na primer lahko bilo vključeno v ustno ali pisno ocenjevanje. Učenci in dijaki bi lahko opravljali eksperimente in nato pri ustnem ocenjevanju pojasnili svoje rezul- tate in ugotovitve. To bi omogočilo celovitejše ocenjevanje njihovega razumevanja fizikalnih konceptov [6]. Pri ocenjevanju znanja je treba ob načelih pedagoške stroke seveda upoštevati še zahteve učnega načrta za pouk fizike v osnovni in srednji šoli [7] ter pravilnika o ocenje- Določiti moramo jasna vanju znanja [8]. ocenjevalna merila ali rubrike, ki obravnavajo 4.1 Kriteriji vrednotenja eksperimentalnega dela pričakovanja za vsak vidik Ocenjevanje učencev in dijakov med eksperimentalnim delom v fiziki običajno vključuje oce- njevanje več vidikov njihovega dela in razumevanja. Priprava: ocenimo lahko, kako dobro eksperimentalnega se je dijak pripravil na eksperiment. To vključuje razumevanje teoretičnih ozadij, pregled dela. To pomaga ustreznih konceptov in seznanjenost s postopkom eksperimenta. Učencu zagotovimo kon- zagotoviti poštenost struktivne povratne informacije, ki poudarjajo njegove močne točke in področja za izbolj- in doslednost šanje. Spodbudi se refleksija njegovega dela in ponudijo se usmeritve, kako izboljšati svoje ocenjevanja. veščine pri prihodnjih eksperimentih. Določiti moramo jasna ocenjevalna merila ali rubrike, ki obravnavajo pričakovanja za vsak vidik eksperimentalnega dela. To pomaga zagotoviti po- štenost in doslednost ocenjevanja. Nekateri kriteriji so predstavljeni v nadaljevanju [9]. Fizika v šoli 25 4.1.1 Eksperimentalna tehnika Oceni se sposobnost natančnega in varnega izvajanja eksperimenta. Upoštevati moramo dejavnike, kot so pravilno ravnanje z opremo, spoštovanje varnostnih protokolov in natanč- nost meritev. 4.1.2 Zbiranje podatkov Oceni se kakovost podatkov, zbranih med eksperimentom. Iščeta se natančnost in doslednost podatkov, ki jih je učenec ali dijak zbral. 4.1.3 Analiza podatkov Oceni se sposobnost analize podatkov, pridobljenih iz eksperimenta. Ocenita se razumevanje ustreznih matematičnih in statističnih tehnik ter njegova interpretacija rezultatov. 4.1.4 Kritično razmišljanje Oceni se veščina kritičnega razmišljanja med izvajanjem eksperimenta. To vključuje njegovo sposobnost prepoznavanja virov napak, predlaganja izboljšav eksperimentalne postavitve in oblikovanje pomembnih zaključkov na osnovi podatkov. 4.1.5 Komunikacija Preveri se, kako učinkovito dijak komunicira o svojih ugotovitvah. To vključuje jasnost pisnih ali ustnih poročil, organizacijo podatkov in rezultatov ter uporabo ustreznih znanstvenih iz- razov. 4.1.6 Reševanje problemov Ocenijo se veščine reševanja problemov, ki jih je dijak pokazal med izvajanjem eksperimenta. To lahko vključuje njegovo sposobnost odpravljanja težav pri eksperimentu, prilagajanja ne- pričakovanim izzivom in uporabo teoretičnega znanja v praktičnih situacijah. Zgoraj naštete kategorije od 4.1.1 do 4.1.6 lahko najdemo v učnem načrtu za pouk fizike v osnovni šoli [7] med splošnimi cilji. 4.2 Vrednotenje eksperimentalnega dela med ustnim in pisnim ocenjevanjem Vrednotenje znanja se nanaša na proces ocenjevanja razumevanja in sposobnosti pri določe- nem predmetu ali področju učenja, v tem primeru fizike. Ta proces vključuje uporabo raz- Vrednotenje znanja ličnih metod za pridobivanje informacij o tem, koliko in kako dobro učenec ali dijak obvlada v fiziki je ključno gradivo. Vrednotenje znanja v fiziki je ključno za zagotavljanje učinkovitega poučevanja in za za zagotavljanje zagotavljanje, da dijaki pridobijo potrebno znanje in veščine za uspeh pri predmetu [10]. H učinkovitega klasičnemu ustnemu ali pisnemu ocenjevanju lahko zdaj dodamo še dodatna vprašanja, ki se poučevanja in za nanašajo na eksperimentalno delo. Primer klasičnega ocenjevanja bi bil: dijak odgovori na tri zagotavljanje, da teoretska vprašanja in reši dve računski nalogi pred tablo. Njegovo znanje se ovrednoti glede dijaki pridobijo na število točk, ki jih je dosegel z odgovori na ta vprašanja [11]. potrebno znanje in veščine za uspeh pri 5 Alternativno vrednotenje znanja predmetu. Primer alternativnega vrednotenja znanja vključuje tudi vrednotenje eksperimentalnega dela. Vrednoti se tako, da se na učenca ali dijaka izvaja minimalni pritisk. Proces poteka takole: učenec ali dijak na belem listu papirja dobi eno vprašanje iz eksperimentalnega dela, eno vprašanje iz teorije ter dve računski nalogi, eno nižje taksonomske stopnje in eno višje takso- nomske stopnje. Vsa štiri vprašanja so lahko med seboj povezana. Preprost primer, ki sem ga izvajal na osnovni šoli, je bilo preverjanje znanja, pri katerem je učenec razložil, kako deluje influenčni stroj. Učenec razloži, da ima influenčni stroj več vr- tečih se diskov, ki se ob vrtenju dotikajo in drgnejo ob kovinske krtačke. Trenje povzroči, da se na diskih nabere električni naboj. To je podobno, kot ko z roko drgneš balon in ga nabiješ z električnim nabojem. Na diskih se postopoma kopiči čedalje več električnega naboja, ki se 26 Iz prakse potem prenese na določene dele stroja, kjer se shrani (kondenzator). Ko se nabere dovolj na- boja, lahko preskoči iskra med dvema deloma stroja. Ko učenec izvede eksperiment, dobi do- datno podvprašanje, kaj je kondenzator, kakšno vlogo ima v influenčnem stroju in kje vse ga uporabljamo. Na Srednji zdravstveni in kozmetični šoli v Mariboru pa od dijakov zahtevam nekoliko višjo raven razumevanja, saj jih veliko izbere študij radiologije in podobno. Dijak izvede in razloži eksperiment enako kot v osnovni šoli ter dodatno izračuna še napetost prek prebojne razdalje. To izvede tako, da zmanjšuje razdaljo med ploščama (če uporablja ploščate kondenzatorje), dokler ne opazi preboja (iskre). S kljunastim merilom izmeri raz- daljo (d), nato pa uporabi znano vrednost prebojne električne jakosti zraka ( ). Z enačbo (1) tako izračuna napetost med ploščama. Naslednji račun višje taksonomske stopnje bi nato bil izračun kapacitivnosti kondenzatorja in energije, ki se shrani v kondenzatorju. Dijak nada- ljuje eksperiment tako, da z ravnilom izmeri premer plošče ter izračuna njeno ploščino (S). Z upoštevanjem dielektrične konstante vakuuma zdaj izračuna kapacitivnost (C) kondenzatorja (2) in energijo (W) , (3) shranjeno na kondenzatorju iz predhodno izračunanih podatkov. Iz teh izmerjenih in izraču- nanih podatkov je mogoče izračunati še preostale količine. Učenci in dijaki svoje kognitivne Namesto da dijak stoji pred tablo, naloge rešuje v klopi pred učiteljem (če želi, lahko tudi pred tablo). Če so učenci ali dijaki ocenjeni pred celotnim razredom, lahko na oceno vpliva tudi sposobnosti, ki stopnja samozavesti. Nekateri dijaki občutijo večji pritisk in anksioznost, ko so ocenjeni pred vplivajo na njihovo razredom, in to negativno vpliva na njihovo uspešnost in rezultat. Na koncu je pomembno, da sposobnost učitelji in profesorji upoštevajo individualne potrebe in preference svojih učencev in dijakov razumevanja pri določanju najboljšega pristopa k ocenjevanju, saj želimo poiskati znanje in ne neznanja. abstraktnih idej, razvijajo skozi Učenec ali dijak se v miru pripravi in odgovori na vprašanja ter reši naloge. Odgovore in reši- tve nato predstavi učitelju ali profesorju, ko je pripravljen, ter razloži, kako je prišel do danega eksperimentalno rezultata. Medtem ko rešuje naloge, ga izpraševalec lahko opozori ali popravi, da lahko naloge delo in spoznavajo uspešno dokonča. Ker je vključeno tudi ustno preverjanje znanja, naj ima učenec ali dijak vlogo učenja ob možnost postaviti vprašanja in podvprašanja, če potrebuje dodatno pomoč. Nato naj se mu eksperimentiranju pomaga z nasveti in temu primerno dodeli tudi oceno. pri povezovanju teoretičnih konceptov Pri vrednotenju eksperimentalnega dela se upošteva tudi, kako dobro je bil eksperiment iz- s praktičnimi veden, vključno z natančnostjo in natančnostjo meritev, upoštevanjem varnostnih protokolov ter sposobnostjo učinkovitega sledenja eksperimentalnim postopkom. Upošteva naj še na- aplikacijami v tančnost in celovitost podatkov, zbranih med eksperimentom, pa tudi, ali so bila uporabljena resničnem svetu. ustrezna orodja in tehnike za zbiranje podatkov ter ali je bilo zbranih dovolj podatkovnih točk za podajanje pomembnih zaključkov. Oceni se lahko tudi sposobnost analize podatkov, vključno z uporabo ustreznih matematičnih izračunov, statističnih metod (če je ustrezno) in grafičnih prikazov za analizo in interpretacijo rezultatov [12]. 6 Zaključek Učenci in dijaki v osnovni in srednji šoli se srečujejo z razumevanjem fizike in vrednotenjem tega razumevanja. Soočajo se z naravo fizikalnih konceptov, medpredmetnimi povezavami in pomembnostjo eksperimentalnega dela pri spodbujanju razumevanja in vrednotenja znanja. Svoje kognitivne sposobnosti, ki vplivajo na njihovo sposobnost razumevanja abstraktnih idej, razvijajo skozi eksperimentalno delo in spoznavajo vlogo učenja ob eksperimentiranju pri povezovanju teoretičnih konceptov s praktičnimi aplikacijami v resničnem svetu, zato je Fizika v šoli 27 pomembno, da se eksperimentalno delo ovrednoti kot individualno oziroma samostojno po- dročje. Tako bi učitelji bolje ovrednotili razumevanje in spretnosti dijakov. Z obravnavanjem teh izzivov in s poudarkom na praktičnem eksperimentiranju lahko učitelji v osnovni šoli izboljšajo angažiranost in razumevanje fizikalnih konceptov pri učencih in dijakih. Viri [1] Hestenes, D., Wells, M., in Swackhamer, G. (1992). Force Concept Inventory. The Physics Teacher, 30(3), 141–158. https://doi.org/10.1119/1.2343497 [2] Redish, E. F. (2005). Problem Solving and the Use of Math in Physics Courses. American Journal of Physics, 73(5), 433–436. https://doi.org/10.1119/1.1845981 [3] Paul, R., in Elder, L. (2006). Critical thinking: Learn the tools the best thinkers use. Pearson Education. [4] White, R. T. (1996). The link between the laboratory and learning. International Journal of Science Education, 18(7), 761–774. https://doi.org/10.1080/0950069960180703 [5] Gopnik, A., Meltzoff, A. N., in Kuhl, P. K. (1999). The scientist in the crib: Minds, brains, and how chil- dren learn. William Morrow. [6] Millar, R. (2004). The role of practical work in the teaching and learning of science. High School Science Laboratories: Role and Vision, 1, 59–69. https://doi.org/10.17226/11311 [7] Verovnik, I., idr. (2011). Program osnovna šola, FIZIKA, Učni načrt https://www.gov.si/assets/mini- strstva/MVI/Dokumenti/Osnovna-sola/Ucni-nacrti/obvezni/UN_fizika.pdf (2. 9. 2024) [8] Pravilnik o preverjanju in ocenjevanju znanja ter napredovanju dijakov v osnovni šoli, https://pisrs.si/ pregledPredpisa?id=PRAV11583 (2. 9. 2024) [9] Kovačič, G., in Jereb, E. (2012). Fizika za srednje šole. DZS. [10] National Research Council. (2012). A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/13165 [11] Black, P., in Wiliam, D. (1998). Assessment and Classroom Learning. Assessment in Education: Prin- ciples, Policy in Practice, 5(1), 7–74. https://doi.org/10.1080/0969595980050102 [12] Nicol, D. J., in Macfarlane-Dick, D. (2006). Formative assessment and self-regulated learning: A mo- del and seven principles of good feedback practice. Studies in Higher Education, 31(2), 199–218. https://doi.org/10.1080/03075070600572090 28 Iz prakse Eksperimentalno delo pri obravnavi električnih vezij Electric Circuits Experiments mag. Primož Susman Osnovna šola Brezovica pri Ljubljani Izvleček V prispevku je opisana vključitev eksperimentalnega dela v pouk fizike v devetem razredu s poudarkom na učni snovi elektrika. Ker želi avtor kot učitelj v osnovni šoli fiziko približati učencem in jih za ta predmet bolj motivirati pa tudi navdušiti, je natančneje predstavil nekatere primere eksperimentalnega dela, ki jih uporablja pri pouku, in opisal postopke njihovega ocenjevanja. Ključne besede: eksperiment, elektrika, samostojno delo, fizika Abstract The article describes experimental work in the ninth-grade physics classroom, focusing on electricity. As a teacher, the author strives to make physics more accessible to students while motivating and inspiring them so that, in his classes, students are provided with detailed examples of experimental work. Finally, the author considers the assessment of such work. Keywords: experiment, electricity, independent work, physics Uvod Kot učitelj fizike se velikokrat znajdem v stiski, saj težko razumem učence. Eno uro so vsi vedoželjni in želijo slišati vse o črnih luknjah, manipulaciji tlaka za morebitno naselitev pla- netov ipd., spet drugo uro pa ne znajo več niti pretvarjati merskih enot. Opazil pa sem, da je vsem učencem nekaj skupnega: to je želja po eksperimentiranju. Med šolskim letom poskušam v pouk vključiti čim več poskusov. Pri pouku zato opravimo veliko eksperimentov, se o njih pogovorimo, učenci jih narišejo v zvezke. Z eksperimenti tudi Elektrika je po spoznamo določene fizikalne zakone. mojem mnenju ena izmed takšnih tem Eksperimentiranje v devetem razredu, kjer je mogoče Elektrika je po mojem mnenju ena izmed takšnih tem v devetem razredu, kjer je mogoče učencem ogromno snovi razložiti ob eksperimentalnem delu. učencem ogromno snovi razložiti ob Po končanem teoretskem sklopu o vrstah nabojev, naelektritvi, električnem toku in napetosti, eksperimentalnem kjer eksperimente izvedem frontalno: naelektritev palice, uklon vode s pomočjo naelektrene pa- delu. lice, uporaba elektroskopa, Van der Graaffov generator za naelektritev in vpeljavo napetosti – odboj med ploščami, je čas za samostojno eksperimentiranje in spoznavanje električnih krogov. Fizika v šoli 29 V učnem načrtu za fiziko je zapisano: »Učenje pojmov in dejstev naj bo čim bolj prepleteno z dejavnostmi učencev, eksperimentiranjem, manjšimi projektnimi nalogami in projektnim delom, ki vodi k razumevanju obravnavane snovi in usvajanju spoznavnih ter drugih ciljev. Splošni cilji za učence so: • sistematično odkrivajo pomen eksperimenta pri spoznavanju in preverjanju fizikalnih zakonitosti, • načrtujejo in izvajajo preproste poskuse in raziskave, obdelujejo podatke, analizirajo rezultate poskusov in oblikujejo sklepe, • preverjajo izide preprostih napovedi, • spoznavajo pomembnost povezovanja eksperimentalnega znanja s teoretičnim, analitičnim in sintetičnim razmišljanjem.« [1] Učenci so razdeljeni v trojice ali četverice. Učitelj lahko sam oblikuje skupine na podlagi njihovega znanja ali pa prepusti izbiro njim. Zdi se mi, da če skupino oblikujejo učenci sami, deluje veliko bolje. Izkazalo se je, da skupina s samimi fanti uspešnejše opravi eksperimental- ni del. Prav tako velikokrat preseneti skupina, ki med poukom ne pokaže veliko teoretskega znanja, praktično jim pa gre. Vsaka skupina ima svoj komplet pripomočkov. Prvo uro izberejo »pripomočkarja« skupine, ki skrbi, da so pripomočki vedno pripravljeni in po končanem eks- perimentalnem delu tudi pospravljeni (ta me pred začetkom izvedbe opozori, če kaj manjka). Če po opravljenem delu kaj ne dela ali kaj manjka, to opazijo šele v naslednjem razredu. Zato si zabeležim skupino (od prejšnje ure) in ji pri naslednji uri fizike naročim, naj po končanem pouku pridejo k meni na pogovor. Potek ure Pri prvi uri eksperimentiranja je prisoten tudi laborant, ki pomaga pri vezavah in spoznava- nju pripomočkov. Učenci se razdelijo po skupinah, »pripomočkar« poskrbi za pripomočke, Učitelj lahko sam drugi v skupini pa pride po mapo z navodili. oblikuje skupine na Začnem z razlago šolskih malonapetostnih virov (ŠMI), kako jih uporabljamo, kakšna je na- podlagi njihovega loga vsakega stikala, vrtljivega gumba in priključkov. Učenci vedno izvajajo eksperimente le z znanja ali pa enosmernim tokom. Sledi razlaga pripomočkov v kompletih. Na prvi uri dobi vsaka skupina prepusti izbiro njim. komplet, v katerem sta dve vezni žici, vezna plošča in različni vezni elementi, kot so vodnik, Zdi se mi, da če žarnica in vezna plošča. skupino oblikujejo Učenci poslušajo razlago in v škatli s pripomočki poiščejo omenjene elemente. Elemente po- učenci sami, deluje stavljajo na vezno ploščo in sestavljajo električne kroge v skladu z navodili. Učencem med veliko bolje. drugim razložim tudi, kaj so pogosti vzroki nedelujočih električnih krogov, npr. slab stik, ugasnjena varovalka na ŠMI-ju, slabo privita žarnica, zamenjani simboli na veznih elementih ipd. Če imajo težavo, jo najprej lahko sami poskusijo razrešiti in tako razvijajo iznajdljivost pri iskanju rešitev. Točkovanje nalog Razložim tudi način pridobivanja točk. Pri eksperimentalnem delu točkujem: urejenost de- lovnega mesta (ena točka), medsebojno sodelovanje (ena točka) in pravilno vezavo elementov (dve točki). Vsaka dodeljena naloga ima različno število točk, tako dobijo točko za vsak pra- vilen odgovor na zastavljeno vprašanje in vsako pravilno narisano shemo električnega kroga. Povem jim, da bom med eksperimentiranjem hodil po razredu in si v rokovnik beležil njihovo (ne)delo. Če učenec ne dela, si to zapišem. Za vsako zabeleženo nedelo se posamezniku od- bije ena točka. Med samim eksperimentiranjem z laborantom kroživa med skupinami in po potrebi pomagava. V primeru učiteljevega namiga (namigi so velikokrat ravno tisti, o katerih spregovorim prvo uro) se celotni skupini odbije točka. Če je kateri izmed učencev v skupini preglasen ali ne dela v skladu z navodili (igranje s pripomočki, nastavljanje prevelike napeto- sti ipd.), se mu odvzame možnost nadaljnjega eksperimentiranja in njegovo delo se oceni z nič točkami. Ta učenec nadaljuje raziskovanje električnega kroga teoretično z učbenikom in delovnim zvezkom. To se skoraj nikoli ne zgodi, saj učenci presodijo, da je omenjeni ukrep prehud. 30 Iz prakse Točke učencem podeljujem za orientacijo o doseženem znanju, torej za namen preverjanja, kasneje pa tudi za ocenjevanje. Primer učne ure o zaporedni vezavi To uro bomo preverjali zaporedno vezavo enakih žarnic. V škatli s pripomočki bodo učenci našli vezno ploščo, vezne elemente, tri žarnice in ampermeter. »Pripomočkar« skupine vstane in vzame svojo škatlo s pripomočki. Drugi razdelijo delovne liste [2]. Pri eksperimentih morajo učenci pokazati iznajdljivost in praktično uporabo prej pridobljenega znanja ob branju navodil. V skupini se učenci posvetujejo, preden zapišejo odgovore na zastavljena vprašanja. Vzdušje v razredu je lahko glasnejše kot pri rednih urah, vendar je to po navadi dober znak, da učenci v svojih skupinah sodelujejo in diskutirajo. Če se pri delu pojavi težava pri sestavljanju električnega kroga, sem jim na voljo, vendar se učencem za vsak učiteljev namig odbije ena točka za eksperimentalne veščine. Njihova naloga je biti samostojen in s pomočjo sošolcev odkriti nastalo težavo ter jo tudi smiselno odpraviti. Če je napaka takšna, da je učenci ne bi mogli sami odkriti (nedelujoči pripomočki ipd.), se točka po presoji učitelja ne odbije. Med eksperimentiranjem sam hodim po razredu in si beležim njihovo delo v ro- kovnik. Če učenec ne dela, to zabeležim. Med eksperimentiranjem jih večkrat opo- mnim na preostali čas. Nalogo morajo dokončati pet minut pred koncem šolske ure, da lahko zadnjih pet minut namenimo pospravljanju učilnice in pripomočkov. Slika 1: Pripomočki. Ko učenci zaključijo eksperiment, »pripomočkar« poskrbi, da se pripomočki vrnejo na prvotno mesto, drugi v skupini pa odda liste v temu namenjeno mapo. Pregledam, ali je vse res na svojem mestu in ali so ŠMI-ji izklopljeni. Zaključek Eksperimentalno Pri tej temi vsako uro učenci opravijo eno eksperimentalno nalogo. Nekatere naloge so krajše, delo je pomemben zato preostanek ure namenimo spoznavanju nove snovi ali utrjevanju. del pouka fizike zaradi izkušenj, ki Naloge sproti pregledujem in vračam učencem, sam pa si tudi zabeležim njihov napredek oz. uspeh. jih učenci ob tem pridobijo. Ne pridobijo Eksperimentalno delo je pomemben del pouka fizike zaradi izkušenj, ki jih učenci ob tem samo fizikalnega pridobijo. Ne pridobijo samo fizikalnega znanja, temveč tudi kompetence, kot so praktične znanja, temveč veščine, sodelovanje, iskanje informacij, samokritičnost ipd., ki jim bodo služile vse življenje. tudi kompetence, Z eksperimentalnim delom lahko odpravijo svoje napačne predstave o fizikalnih pojmih, ki so pri fiziki zelo pogoste. kot so praktične veščine, sodelovanje, Eksperimentalno delo zahteva ogromno dela učitelja, vendar je največja nagrada oz. pohvala iskanje informacij, iznajdljivost učencev in navsezadnje njihov pozitivni pristop k fiziki. samokritičnost ipd., Delovni listi in potek pouka so nastali ob pomoči mentoric na različnih šolah, za kar se jim ki jim bodo služile vse najlepše zahvaljujem. življenje. Viri [1] Učni načrt za fiziko v osnovni šoli. Spletni vir: https://www.gov.si/assets/ministrstva/MVI/Dokumenti/Osnovna-sola/Ucni-nacrti/obvezni/UN_ fizika.pdf (10. 1. 2024) [2] Fizika 9, i-učbenik za fiziko v 9. razredu OŠ. Električni tok. Spletni vir: https://eucbeniki.sio.si/fizika9/193/index1.html (10. 1. 2024) Fizika v šoli 31 Ime in priimek: Razred: 9 VAJA – ZAPOREDNA VEZAVA Sestavil boš električni krog z dvema žarnicama, med seboj boš primerjal njihovo svetilnost in meril električne tokove skozi žarnice. Če žarnica sveti zelo močno, pri nalogi obkroži 5, če sveti zelo šibko, pa 1. Potrebuješ tri žarnice, vezne žice, vir napetosti (nastavi na 5 V in ga med eksperimentiranjem ne spreminjaj) in ampermeter. Navodila: a) Sestavi električni krog z eno žarnico in nariši shemo vezave. Svetlost žarnice (ustrezno obkroži): 5 4 3 2 1 b) Sestavi električni krog, kjer bosta dve žarnici vezani zaporedno, in nariši shemo vezave. Označi tudi, katera je žarnica 1 in katera žarnica 2. Svetlost žarnice 1 (ustrezno obkroži): 5 4 3 2 1 Svetlost žarnice 2 (ustrezno obkroži): 5 4 3 2 1 c) Izmenično odvij posamezne žarnice, ko so priklopljene na vir napetosti. Najprej odvij prvo žarnico in opazuj, kaj se zgodi. Privij jo nazaj. Enako naredi tudi za drugo žarnico. Kaj se zgodi, ko odviješ žarnico? Ali je pomembno, katero žarnico odviješ? DA NE Zakaj ugasne druga žarnica, ko odviješ prvo? 32 Iz prakse VAJA – ZAPOREDNA VEZAVA – MERJENJE TOKA Navodila: a) Sestavi električni krog z eno žarnico in izmeri električni tok. Nariši shemo vezave in odčitaj električni tok. Električni tok je: b) Sestavi električni krog, kjer bosta dve žarnici vezani zaporedno, in izmeri električni tok. Nariši shemo vezave in odčitaj električni tok. Električni tok je: c) Sestavi električni krog, kjer bodo tri žarnice vezane zaporedno, in izmeri električni tok. Nariši shemo vezave in odčitaj električni tok. Električni tok je: Na podlagi meritev odgovori na spodnja vprašanja: Ali je velikost električnega toka odvisna od števila žarnic v vezavi? Če je odgovor da, kako? Napovej, kako bi svetilo vezje s štirimi enakimi žarnicami. Dosežene točke in eksperimentalne veščine: urejenost delovnega mesta /1 T, medsebojno sodelovanje /1 T in pravilna vezava elementov /2 T. Fizika v šoli 33 Potovanje med ozvezdji južnega neba z GoChile A Journey Among the Constellations of the Southern Sky Damjan Kobale Osnovna šola Hajdina Izvleček Z GoChile – pedagoško-raziskovalnim projektom Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici in astronomske revije Spika – sem raziskoval in snemal objekte globokega vesolja na južni polobli ter posnel astrofo- tografije. Končne astrofotografije prikazujejo objekte globokega vesolja na južni polobli, in sicer kroglaste kopice, razsute kopice, refleksijske in emisijske meglice, planetarne meglice ter galaksije. Projekt GoChile je edinstven prav v tem, da učencem v osnovni šoli omogoča opazovanje objektov globokega vesolja na daljavo ob podpori učitelja. V ta namen sem učencem pri izbirnem predmetu Zvezde in vesolje predstavil posamezne faze snemanja s telesko- pom. Fotografije, ki jih učenec sam posname in izdela, so zanj neprecenljive. Tako pridobljeno znanje bogati mlade raziskovalce nočnega neba. Predstavljene astrofotografije sva posnela in obdelala avtor članka ter Nik Vintar, nadar- jeni učenec iz 9. razreda OŠ Hajdina. Ključne besede: slovenski teleskop v Čilu, daljinsko upravljanje teleskopa in opreme, astronomska opazovanja, objek- ti globokega vesolja, astrofotografija Abstract Through the GoChile pedagogical research project of the Faculty of Natural Sciences, Center for Astrophysics and Cosmology, University of Nova Gorica, and the astronomical magazine Spika, I have been researching and captur- ing deep sky objects in the southern hemisphere of the Earth and producing astrophotographs. The final astropho- tographs depict deep sky objects in the southern hemisphere of the Earth, including globular clusters, open clusters, reflection and emission nebulae, planetary nebulae, and galaxies. The GoChile project is unique in that it allows pri- mary school students to observe deep sky objects remotely with the support of a teacher. For this purpose, I introduced students in the elective subject Stars and Space to the various phases of telescope imaging. The photographs taken and processed by the students themselves are invaluable to them and enrich the knowledge of young researchers of the night sky. The presented astrophotographs were taken and processed by the author of the article and Nik Vintar, a talented 9th-grade student from Hajdina Primary School. Keywords: Slovenian telescope in Chile, astronomical observations, remotely controlling telescope and equipment, deep sky object, astrophotography. Uvod sistemom tipa Ritchey-Chréitein ter na njem pritrjeni GoChile je nekomercialni izobraževalni projekt, ki ga 72-milimetrski lečni teleskop GoT2 z goriščnim razmer- vodita Center za astrofiziko in kozmologijo Univerze v jem f/5,6 (slika 2). Teleskopa sta krmiljena na daljavo in Novi Gorici in astronomska revija Spika [1, 4]. Gre za namenjena astronomskemu raziskovanju ter opazova- prvi slovenski robotski teleskop, ki je nameščen v obser- nju južnega neba. Vsa opazovanja sem izvedel s telesko- vatoriju El Sauce v puščavi Atakama v Čilu [2] (–30,472° pom GoT1. južne zemljepisne širine, –70,765° zahodne zemljepisne Namen raziskovanja s projektom GoChile je razvoj di- dolžine) (slika 1). gitalnih kompetenc pri učencih ter spoznavanje prvih Projekt GoChile predstavljata 400-milimetrski zrcalni korakov raziskovalnega procesa pri astronomskem opa- teleskop GoT1 z goriščnim razmerjem f/6,5 in optičnim zovanju objektov globokega vesolja na južni polobli. 34 Iz prakse V programu izberemo navpična zavihka za nastavitev kraja ter datuma in časa načrtovanega opazovanja. Pri opazovanju s teleskopom projekta GoChile so namreč vidna ozvezdja južnega neba. Poiskal sem nekaj zanimi- vih objektov globokega vesolja, ki sem jih želel posneti in obdelati. Predhodno je treba še preveriti trenutne vremenske raz- mere in napovedi v puščavi Atakama prek satelitskih ra- darskih slik, modela oblačnosti in vsenebne kamere na observatoriju. Dostopno na spletnem naslovu: https://gochile.si/vreme-kamere-podatki. Slika 1: Observatorij El Sauce v puščavi Atakama v Čilu. Priprava teleskopa GoT1 1. Prijava v nadzorni računalnik Vega V nadzorni računalnik Vega se prijavimo v brezplačnem programu AnyDesk, ki si ga moramo namestiti na raču- nalnik. ID za prijavo in geslo dobimo pri skrbniku. 2. Vklop teleskopa in kamer za snemanje ter vodenje na daljavo V programu Viking vklopimo teleskop GoT1 in vse na- prave, ki so povezane z njim (slika 3). V programu MaximDL izberemo kamero ASI6200 in ustrezno filtrsko kolo za teleskop GoT1 s sedmimi filtri. To so štirje širokopasovni filtri: L (luminance), ki prepu- šča spekter vidne svetlobe, R (red), ki prepušča rdečo sve- Slika 2: Teleskopa GoT1 tlobo, G (green), ki prepušča zeleno svetlobo, B (blue), in GoT2 v puščavi Ataka- ki prepušča modro svetlobo, dva ozkopasovna filtra: Hα, ma v Čilu. ki prepušča vodikovo Balmerjevo črto Hα (656,28 nm), ter OIII (500,7 nm), ki prepušča dvakrat ionizirani ki- Teleskop GoT1 in vsa dodatna oprema, ki je nameščena sik (amaterski astronomi ga označujejo kot O3), zadnji v Čilu, sta avtomatizirana; to omogoča daljinsko upra- pa je tako imenovani filter D, tj. temna ploščica, ki ne vljanje vseh operacij iz Slovenije in spremljanje opazo- valnih razmer (vsenebna kamera, kamera observatorija, model oblačnosti, satelitska animacija vremenskih raz- mer, trenutno zvezdno nebo). Puščava Atakama s te- mnim nebom, minimalno zračno vlago in več kot tristo jasnimi nočmi na leto je izjemna lokacija [1]. Metoda raziskovalnega dela astrofotografije zajema več stopenj, in sicer: • načrtovanje opazovanja, • priprava teleskopa GoT1, • snemanje s teleskopom GoT1, • obdelava fotografij. Načrtovanje opazovanja Po uspešni rezervaciji termina se je treba na opazova- nje pripraviti. Za to sem uporabil program Stellarium, s katerim sem izbral objekte, primerne za opazovanje [3]. Slika 3: Vklop naprav za teleskop GoT1. Fizika v šoli 35 prepušča svetlobe (slika 4). Kamera za snemanje in filtr- Pri snemanju vsake sekvence vnesemo v polje: sko kolo sta nameščena na teleskopu GoT1. V programu – ime objekta: npr. NGC 3372, sistem bo samodejno PHD Guiding izberemo še kamero ASI174 za natanč- našel koordinate izbranega objekta; nejše vodenje teleskopa prek izbrane zvezde vodnice. Tu – filtre: LRGBHαOIII; je treba vpisati goriščno razdaljo teleskopa, tj. 2600 mm [5] (slika 5). Dostopno na spletnem naslovu: – čas osvetlitve posnetka: 30 sekund ali 60 sekund; https://gochile.si/navodila. – število posnetkov: 20 za posamezni filter. Sekvenco lahko shranimo v ustrezno mapo na računal- niku. Kamero predhodno ohladimo na –10° C. Ko poženemo sekvenco, se prične snemanje na monokromatsko hlaje- no kamero CMOS ASI6200MM Pro. Program samodej- no krmili teleskop in ves čas imamo popoln pregled nad snemanjem prek komandnega in statusnega panela. V komandnem panelu so ročne komande, s katerimi upra- vljamo teleskop, rotator polja in fokuser. V statusnem pa- nelu pa spremljamo povratne informacije o tem, kaj se z našim teleskopom ali sekvenco trenutno dogaja. Kontro- liramo lahko koordinate, operacije, ki se izvajajo, podat- ke o fokusu, hlajenju kamere, snemanju signala kamere, začetku in predvidenem koncu sekvence, trenutku vzho- da, kulminacije in zahoda opazovanega objekta, začetku in koncu astronomske noči (slika 6). Na koncu posnamemo še kalibracijske posnetke teme (DARK), ravnega polja (FLAT) in ničle (BIAS). Ničla Slika 4: Program MaximDL – nastavitev kamere za snemanje in korigira elektroniko, ker detektor pokaže naključen si- filtrskega kolesa s sedmimi filtri za teleskop GoT1. gnal tudi takrat, ko ne snemamo. Tema korigira napa- ko termičnega šuma, ker temperatura senzorja ni 0 K. Ravno polje pa korigira različno občutljivost točkovnih elementov na senzorju in nečistoče, ki se naberejo na op- tiki in kameri. Temo in ničlo posnamemo s filtrom D, tj. ploščico, ki ne prepušča svetlobe. Pri snemanju ravnega polja pa posnamemo nebo pred nočjo ali zjutraj za vsak filter posebej. Pri vseh treh vrstah kalibracijskih posnet- kov naredimo po 20 slik, čas osvetlitve je pri ničli naj- manjši (~ 0 s), pri temi enak kot pri snemanju posnet- kov in pri ravnem polju pa tolikšen, da signal ni prešibek ali prenasičen [11]. Slika 5: Vklop kamere ASI174 za natančnejše vodenje teleskopa v programu. Snemanje s teleskopom GoT1 Pri snemanju na daljavo s teleskopom uporabljamo pro- grame, ki nadzirajo premikanje teleskopa ter poiščejo in snemajo objekte. V programu Voyager (slika 6) opazu- Slika 6: Program Voyager za snemanje s teleskopom GoT1. jemo in snemamo posamezno sekvenco, tj. zaporedje ukazov izbranega objekta, zato najprej izberemo in ak- tiviramo ustrezen profil GoT1. Program poveže vse na- Obdelava posnetkov prave iz predhodnih nastavitev programov Maxim DL in Obdelava posnetkov je razdeljena na dva sklopa. S pro- PHD Guiding. gramom AstroPixel Processor [6] posnetke poravnamo 36 Iz prakse in združimo v eno samo sliko po posameznih filtrih. barvnih signalov LRGB v sestavljeno barvno astrofoto- Program PixInsight [7] pa posamezne signale LRGB grafijo. Uporabimo orodje LRGB Combination in ustva- združi v eno barvno fotografijo. rimo barvno astrofotografijo (slika 9). AstroPixelProcessor (APP) je specializirani program za Z uporabo orodij Curves Transformation (CT) in Hi- obdelavo astrofotografij, ki ponuja številne funkcije za stogram Transformation (HT) pa prilagodimo svetlost, izboljšanje kakovosti astronomskih slik. kontrast in barvno nasičenost sestavljene barvne fotogra- Obdelava posnetkov v programu Astro Pixel Processor fije [10] (slika 10). poteka po posameznih fazah, in sicer: 1. LOAD: naložimo vse posnetke, ki smo jih posneli po posameznih filtrih LRGBHαOIII. 2. CALIBRATE: naložimo kalibracijske posnetke teme, ničle in ravnega polja, da zmanjšamo šum. 3. ANALYSE STAR: detektira lego zvezd in analizira zvezde po posameznih filtrih LRGBHαOIII. Slike nato razvrsti po kakovosti in izbere najboljši delež posnetkov, ki ga določimo. 4. REGISTER: poravna vse slike po posameznih filtrih glede na položaje zvezd na referenčni sliki. Slika 8: Nelinearna transformacija nivojev sivine kopice Vodnjak 5. NORMALIZE: prilagodi svetlost in barvno ravno- želja (NGC3532) pri obdelavi fotografije LRGB. vesje vsem slikam po posameznih filtrih. 6. INTEGRATE: združi vse poravnane posnetke v en sam posnetek po posameznih filtrih LRGBHαOIII. Sestavljeno sliko shranimo v formatu fits (slika 7). Slika 9: Primer sestavljene barvne fotografije kopice Vodnjak že- lja (NGC23532) iz filtrov LRGB. Slika 7: Obdelava razsute kopice Škatla draguljev v programu AstroPixelProcessor. V zadnjem koraku vse sestavljene posnetke po posame- znih filtrih v formatu fits naložimo v program PixInsight [7–10]. PixInsight je platforma, prilagojena potrebam Slika 10: Prilagoditev svetlosti, kontrasta in barvne nasičenosti astronomov, in ponuja specializirana orodja za obdela- sestavljene barvne fotografije kopice Vodnjak želja (NGC 3532). vo astrofotografij [9]. Na voljo je za operacijske sisteme Linux, macOS in Windows. Pri obdelavi astrofotografij, kjer so podrobnosti pogosto skrite v šibkih signalih, upo- Objekti globokega vesolja rabimo nelinearne algoritme, ki prilagodijo nivoje sivine Učenec iz 9. a Osnovne šole Hajdina, Nik Vintar, je na sliki v danem filtru na nelinearen način in tako pri- pri urah, ki so v razširjenem programu šole namenjene kažejo šibke strukture, ki so sicer očem nevidne (slika 8). astronomiji, izbral objekte globokega vesolja, proučil nji- hove lastnosti, jih posnel s teleskopom GoT1 in obdelal v Funkcija LRGB [8] v PixInsightu je ključna za obdela- barvne astrofotografije. Predstavljeni sta po dve avtorski vo astrofotografij, saj omogoča združevanje posameznih astrofotografiji učitelja in učenca. Fizika v šoli 37 Meglica Gredelj z oznako NGC 3372 (Carina Razsuta zvezdna kopica Škatla draguljev Nebula) z oznako NGC 4755 (Jewel Box) Slika 11: Meglica Gredelj (NGC 3372), posneta 28. 1. 2023 s ka- mero ASI6200MM Pro + in filtri LRGBHα. Čas osvetlitve 30 se- Slika 13: Škatla draguljev (NGC 4755), posneta 2. 12. 2021 s ka- kund. (Foto: N. Vintar) mero ASI6200MM Pro + in filtri LRGB. Čas osvetlitve 60 sekund. (Foto: D. Kobale) Meglica Gredelj, prikazana na sliki 11, je od nas oddalje- NGC 4755, prikazana na sliki 13, je razsuta zvezdna ko- na približno 8500 svetlobnih let. V meglici je več razsu- pica v ozvezdju Južnega križa in spada med najmlajše tih kopic z mladimi, vročimi zvezdami. Najslavnejša je znane razsute zvezdne kopice, saj je njena starost oce- nedvomno Eta Gredlja – sistem vsaj dveh zvezd, od ka- njena na 14 milijonov let. Velika je približno 20 svetlob- terih bo ena verjetno kmalu eksplodirala kot supernova. nih let in vsebuje nekaj več kot sto zvezd. Najsvetlejše zvezde so nadorjakinje. Ena od osrednjih zvezd kopice je rdeča nadorjakinja in je obdana z masivnimi modrimi Kopica Vodnjak želja z oznako NGC 3532 (Wis- zvezdami. Te masivne mlade zvezde bodo najverjetneje hing Well Cluster) v naslednjih nekaj milijonih let eksplodirale kot super- nove. Kentaver A z oznako NGC 5128 (Centaurus A) Slika 12: Kopica Vodnjak želja (NGC 3532), posneta 19. 2. 2023 s kamero ASI6200MM Pro + in filtri LRGB. Čas osvetlitve 60 se- kund. (Foto: N. Vintar) Kopica Vodnjak želja, prikazana na sliki 12, je svetla raz- suta kopica, ki se nahaja približno 1321 svetlobnih let daleč v južnem ozvezdju Gredelj. Kopica je sestavljena iz približno 400 zvezd, od katerih so mnoge dvojne zvez- de. Najsvetlejše so zvezde sedme magnitude. Ocenjena starost je približno 300 milijonov let, torej je srednje sta- ra v primerjavi z drugimi odprtimi zvezdnimi kopica- Slika 14: Kentaver A (NGC 5128), posneta 26. 12. 2022 s kamero mi. Astronomi so v kopici zaznali sedem rdečih orjakinj ASI6200MM Pro + in filtri LRGB. Čas osvetlitve 30 sekund. (Foto: in sedem belih pritlikavk. D. Kobale) 38 Iz prakse Kentaver A, prikazan na sliki 14, je eliptična galaksija, učencem že v osnovni šoli omogoča opazovanje vesolja oddaljena 11 milijonov svetlobnih let. Je najbližja gala- na daljavo ob podpori učitelja. Tako učenci pridobijo ve- ksija z aktivnim galaktičnim jedrom: črna luknja, v ka- liko izkušenj. Fotografije, ki jih učenec posname sam, so tero bi lahko spravili milijardo Sonc, neprestano požira zanj neprecenljive in to znanje bogati mlade raziskoval- okoliško snov, pri tem pa v vesolje seva svetlobo v celo- ce nočnega neba. tnem elektromagnetnem spektru (od radijskih valov do sevanja gama). Galaksija je rezultat trka dveh galaksij. Veliko prednosti pri delu s teleskopom vidim v tem, da je vesolje mogoče opazovati praktično vsak dan v letu – nebo v puščavi Atakama, kjer stoji teleskop GoT1, ima Zaključek 300 jasnih noči na leto in ugoden časovni termin. Obser- Projekt GoChile ima zame velik pomen pri raziskova- vatorij El Sauce v Čilu je v časovnem pasu, kjer velja čil- nju vesolja in v kontekstu izobraževanja, saj poučujem ski standardni čas (Chile Standard Time CLT), ki je štiri izbirni predmet astronomija v vseh treh sklopih. Mladi ure za univerzalnim časom, UTC–4. Od septembra do si danes pri izbirnem predmetu astronomije želijo pred- aprila, ko je v veljavi čilski poletni čas (CLST), pa tri ure, vsem izvedbe astronomskih večerov in opazovanja s te- UTC–3. Projekt GoChile priporočam vsem učiteljem, ki leskopom. Projekt GoChile je edinstven prav v tem, da poučujejo astronomijo v osnovnih in srednjih šolah. Viri in literatura [1] GoChile, slovenski teleskop v Čilu, Atakama: Univerza v Novi Gorici in astronomska revija Spika. Dostopno na spletnem naslovu: https://gochile.si/ (14. 9. 2024). [2] Observatorij El Sauce, puščava Atakama v Čilu. Dostopno na spletnem naslovu: https://help.telescope.live/hc/en-us/articles/360002577798-El-Sauce-Observatory-Chile-CHI (14. 9. 2024). [3] Stellarium: odprtokodni astronomski program. Dostopno na spletnem naslovu: https://stellari- um.org/ (14. 9. 2024). [4] Mihelčič, M. (2020). Projekt GoChile. Spika, XXVII (7–8), 306–309. [5] Mihelčič, M. (2020). Slikovni sistem projekta GoChile. Spika, XXVIII (11), 488–491. [6] AstroPixelProcessor: astronomski program. Dostopno na spletnem naslovu: https://www.astropixelprocessor.com/ (14. 9. 2024). [7] PixInsight: program za astrofotografijo, Puebla de Vallbona. Dostopno na spletnem naslovu: https://pixinsight.com/ (14. 9. 2024). [8] PixInsight: Kombinacija LRGB. Dostopno na spletnem naslovu: https://www.theastrogeek.com/dark_sky_journal/pixinsight-lrgb-combine-tutorial (14. 9. 2024). [9] PixInsight: Skripti BlurXTerminator, StarXTerminator, NoiceXTerminator.Dostopno na spletnem naslovu: https://www.rc-astro.com/ (14. 9. 2024) . [10] Keller, Warren A. (2018). Inside PixInsight. Cham: Springer Nature Swizerland AG. [11] Japelj, J. (2021). Umerjanje astronomskih posnetkov. Projekt GoChile. Fizika v šoli 39 Fizikalna eksperimentalna naloga na IJSO 2023 Physics Experimental Exam at IJSO 2023 dr. Barbara Rovšek Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta (Foto: IJSO 2023) Izvleček V prispevku je predstavljena fizikalna eksperimentalna naloga z 20. Mednarodne mladinske naravoslovne olimpijade (IJSO), ki je potekala decembra 2023 v Bangkoku na Tajskem. Tekmovanje ima tri dele, pri čemer je zadnji, eksperi- mentalni del, ekipni. Ključne besede: naravoslovje, olimpijada, IJSO, eksperimentalna naloga, absorpcija svetlobe Abstract This paper presents a physics experimental problem from the 20th International Junior Science Olympiad (IJSO), held in Bangkok, Thailand, in December 2023. The competition consists of three parts, the practical part being a team competition. Keywords: science, Olympiad, IJSO, experimental exam, light absorption Uvod Eksperimentalni test traja vsaj tri ure (čas trajanja dolo- V prvi letošnji številki Fizike v šoli [1] smo predstavili čijo organizatorji vsako leto posebej). Sestavljajo ga vsaj priprave na Mednarodno mladinsko naravoslovno olim- tri eksperimentalne naloge, ki so različno naravoslovno pijado (IJSO), ki se je z delegacijo šestih slovenskih obarvane: ena je fizikalna, druga kemijska in tretja bio- učenk in učencev (dijakinj in dijakov) ter treh vodij ekip loška. Člani ekipe se vnaprej dogovorijo, katere naloge se udeležujemo od leta 2019 [2–4]. Tekmovanje ima tudi bo kdo lotil; se pa lahko med testom posvetujejo in si po- eksperimentalni del. Za razliko od obeh teoretičnih te- magajo. Naloge običajno niso enako časovno zahtevne, stov, kjer tekmujejo posamezniki, eksperimentalne na- in kdor prej konča s svojim delom, pomaga preostalima loge rešujejo ekipno. Ekipo sestavljajo trije člani (vsako sotekmovalcema. sodelujočo državo lahko zastopata dve tričlanski ekipi). V tem prispevku je predstavljena fizikalna eksperimen- Naši tekmovalci se v obe ekipi razvrstijo po svojih željah. talna naloga z zadnje, 20. Mednarodne mladinske na- 40 Iz prakse ravoslovne olimpijade, ki je potekala decembra 2023 v Bangkoku na Tajskem. Avtorji so v nalogi posrečeno pre- Tako so avtorji zapisali cilje treh delov fizikalnega poskusa: pletli vsebine iz električnih krogov in svetlobe. 1. del: 1. Povezava električnih elementov v električna kroga kolo- Naloga bi lahko imela naslov »Absorpcija svetlobe v ko- rimetra, kot prikazujeta shemi električnih krogov. lorimetru«. Ideja naloge, predstavljena v uvodu navodil, je bila, da tekmovalci spoznajo princip delovanja eno- 2. Merjenje osnovnih električnih količin v obeh krogih. stavne naprave, s katero lahko merimo koncentracijo 2. del: obarvanih raztopin, tako napravo sestavijo in umerijo. 1. Merjenje absorbance sklada modrikastih akrilnih plo- Podobno napravo (spektrometer) so uporabili tudi pri ščic. kemijskem eksperimentu. Celotno v slovenščino preve- 2. Določitev koeficienta sorazmernosti ϵac modrega akrila, deno besedilo naloge, s tipkarskimi napakami vred, je iz katerega so ploščice. na spletni strani [5], originalno angleško besedilo pa na 3. del: spletni strani [6]. 1. Merjenje absorbance raztopin rdečega barvila. 2. Umerjanje kolorimetra za določanje koncentracije bar- Eksperimentalna naloga vila v neznanem vzorcu. V kratkem teoretičnem uvodu eksperimentalne naloge je najprej predstavljena osnova delovanja te naprave, ab- sorpcija svetlobe v merjenem vzorcu. Vzorec presvetlimo Prvi del poskusa: sestava naprave s svetlobo in merimo, koliko svetlobe prepusti. Za posa- Iz elementov, naštetih med pripomočki, so tekmovalci mezni vzorec, v katerem merimo absorpcijo, definiramo najprej sestavili napravo, kolorimeter. Na ploščici s pri- količino, imenovano absorbanca (A), trjenimi električnimi elementi za dva med seboj nepove- zana električna kroga (slika 2) so med seboj po shemah , (1) (slika 3) z veznimi žicami povezali ustrezne elemente in kjer sta l0 in l intenziteti vpadne in prepuščene svetlobe, oba kroga priključili na isti vir napetosti (baterijo za 9 V). prikazani na sliki 1. Izkaže se, da je absorbanca vzorca Prvi krog je vseboval svetlobni vir (LED), drugi krog pa sorazmerna koncentraciji snovi, ki v vzorcu vpija svetlo- fotodetektor (fotodiodo). Pri vezavi obeh diod (LED in bo (c), in dolžini poti, ki jo svetloba v vzorcu opravi (l). fotodiode) so seveda morali paziti na ustrezno polariteto Opisani sorazmernosti zajema Beer-Lambertov zakon, priključkov. Če so LED vezali pravilno, je svetila. , (2) kjer je ϵ molarni absorpcijski koeficient. Slika 1: Ob prehodu plasti vzorca z debelino l se intenziteta sve- tlobe zmanjša z začetne l0 na končno l. Poskus je bil sestavljen iz treh delov. Pri prvem delu so tekmovalci sestavili preprosto napravo za merjenje ab- sorbance, kolorimeter, pri drugem delu so preučevali odvisnost absorbance od debeline vzorca in pri tretjem odvisnost od koncentracije barvila v vzorcu. V uvodu vsakega od treh delov poskusa so avtorji jasno zapisali cilje posameznega dela, kar daje tekmovalcem oporo. V vsakem trenutku jim lahko pogled na zapisane cilje pomaga pri osredotočanju na temo poskusa. (Kot ste učitelji, ki poučujete fiziko v osnovni šoli, gotovo opa- Slika 2: Ploščica z elementi obeh električnih krogov (vir nape- zili, zapišemo kratek cilj oziroma namen poskusa tudi tosti, ki ga uporabijo v obeh krogih, upornika RLED in RPD, LED in na začetku vsake eksperimentalne naloge na državnem fotodioda) in stojalom za vzorec (na sredini, črna plastika). tekmovanju v znanju fizike za osnovnošolce.) (Foto: IJSO 2023) Fizika v šoli 41 zadnji stolpec pa zapisali iz meritev izračunane vredno- sti absorbance A , opredeljene z izrazom (1) n . (3) Slika 3: Shema dveh električnih krogov: kroga z virom svetlobe, svetečo diodo (LED), in kroga s fotodiodo (PD). Slika 5: Modro obarvane akrilne ploščice. (Foto: Talal Al-Rashidi) V nadaljevanju so narisali graf odvisnosti absorbance A od debeline akrilnih ploščic l, iz grafa pa določili vredno- sti parametrov ϵ in w, ki nastopata v Beer-Lamberto- ac vem zakonu za absorbanco (1), . (4) Parameter ϵ iz enačbe (4) nima istega pomena (in eno- Slika 4: Merjenje napetosti na elementih v obeh krogih. ac te) kot parameter ϵ v enačbi (2). Zaradi negotovosti me- (Foto: IJSO 2023) ritev se je lahko v linearnem grafu absorbance v odvi- snosti od debeline ploščic pojavil tudi konstantni člen w. V nadaljevanju so morali z digitalnim multimetrom iz- Na sliki 6 je graf absorbance v odvisnosti od debeline meriti napetosti na vseh elementih v obeh krogih (bate- akrilnih ploščic iz uradnih rešitev eksperimentalne na- riji, upornikih, LED in fotodiodi) ter iz podanih uporov loge (žal nimamo fotografije grafov, ki so ju iz meritev uporabljenih upornikov in izmerjenih napetosti izraču- narisali naši tekmovalci). nati električni tok v obeh krogih. Drugi del poskusa: odvisnost absorbance od dolžine poti (oziroma debeline vzorca) V sestavljeni napravi zaznava svetlobo fotodioda. Iz na- vodil so tekmovalci izvedeli, da je električni tok i , ki ph teče v krogu detektorja (fotodiode), sorazmeren inten- ziteti svetlobe l, ki vpada na fotodetektor. Ko upošteva- mo še Ohmov zakon za upornik R , ki je vezan v tem PD krogu, UR = i · R , ugotovimo, da velja I = k · U , PD ph PD R PD kjer je k sorazmernostna konstanta. Ker pa v absorbanci (1) nastopa le razmerje različnih intenzitet svetlobe, se k v razmerju pokrajša. V navodilih so avtorji eksplicitno Slika 6: Odvisnost absorbance od debeline akrilnih ploščic iz zapisali, naj tekmovalci povsod v nadaljevanju naloge, uradnih rešitev. kjer je omenjeno merjenje intenzitete svetlobe, dejansko izmerijo le napetost UR . PD Tretji del poskusa: odvisnost Tekmovalci so morali v stojalo za vzorec po vrsti vstaviti n = 0, 1, 2 ... 5 modro obarvanih akrilnih ploščic (slika 5) absorbance od koncentracije raztopine in v vsakem primeru z merjenjem napetosti UR izme- PD barvila riti intenziteto svetlobe, ki jo oddaja LED, prehaja celo V zadnjem delu poskusa so tekmovalci v stojalo za skladovnico n ploščic in na koncu vpada na fotodiodo. vzorec po vrsti vstavljali enako oblikovane kivete, ki so Izmerke so vpisovali v tabelo, kjer so v enega od stolpcev vsebovale raztopino rdečega barvila v različnih koncen- tabele vpisovali skupno debelino ploščic v skladovnici, v tracijah (c = n · 1,0 ppm, slika 7), in merili intenziteto n 42 Iz prakse prepuščene svetlobe (napetost UR ). Absorbanco n-te ki- zikalni eksperimentalni nalogi tekmovalci morali odgo- PD vete so iz meritev napetosti izračunali z enačbo (3), kjer voriti, je spraševalo po koncentraciji barvila v kiveti X. Z n = 0 ustreza primeru, ko svetlobo absorbira kiveta, v merjenjem intenzitete prepuščene svetlobe, izračunom kateri je čista voda (koncentracija barvila je 0 ppm). Iz- absorbance A in odčitavanjem vrednosti iz umeritvene X merke in račune so vpisali v tabelo ter narisali graf, ki pri- krivulje A(c) so za konec določili neznano koncentracijo kazuje odvisnost absorbance A od koncentracije rdečega c . X barvila c (graf iz uradnih rešitev je na sliki 8). Absorban- ca je premo sorazmerna s koncentracijo c (kot pove Beer- -Lambertov zakon (1)), zapišemo lahko linearno zvezo Komentar absorbance . (5) Zgodbo z absorpcijo svetlobe pri pouku fizike običaj- no začnemo teoretično: s tem, da povemo, da se v tanki Oba parametra linearne funkcije A(c) (enačba 5) so dolo- plasti (kapljevine ali prozorne trdne snovi) z debelino čili iz grafa. Parameter ϵ nima istega pomena (in enote) l Δl absorbira določen delež svetlobe oziroma energije, ki kot parameter ϵ v enačbi (2). Zaradi negotovosti meritev jo svetloba nosi. Na poti z dolžino Δl se zato intenzite- se je lahko v linearnem grafu absorbance v odvisnosti od ta svetlobe I zmanjša za ΔI, ki je sorazmeren I in tudi koncentracije barvila pojavil tudi konstantni člen δ. (kratki) dolžini poti Δl. Razliko v intenziteti ΔI lahko zapišemo kot , (6) kjer je μ absorpcijski koeficient snovi, ki vpija svetlobo in ima enoto m-1. Z integracijo enačbe (6) ugotovimo, da se intenziteta svetlobe z opravljeno potjo l v snovi ekspo- nentno zmanjšuje, . (7) Kakšna je zveza med absorpcijskim koeficientom μ in ab- sorbanco A? Kratka vaja iz logaritmiranja nam da zvezi μ = ϵc ln 10 oziroma . (8) Ker ta matematična vaja presega pričakovana matema- Slika 7: Kivete z raztopino rdečega barvila v različnih koncentra- tična znanja povprečnega tekmovalca na IJSO (oziroma cijah. (Foto: Mateja Golubić) bi za reševanje zahtevala nekoliko več časa, kot je na vo- ljo pri eksperimentalni nalogi), so se tekmovalci v uvodu Narisan graf A(c) je tudi umeritvena krivulja kolorime- naloge seznanili že kar z rezultatom oziroma definicijo tra, ko ga uporabljamo kot napravo za merjenje kon- absorbance, ki so jo v nadaljevanju uporabljali. Absor- centracije danega rdečega barvila v vodi v standardnih banca (včasih jo nadomesti pojem ekstinkcija) je s svojo (uporabljenih) kivetah. V zbirki z n + 1 = 6 kivetami z preprosto odvisnostjo od koncentracije topljenca (glej raztopinami rdečega barvila v različnih znanih koncen- enačbo 2) količina, ki se uporablja pri kemijski analizi tracijah je bila tudi sedma kiveta X z neznano koncen- raztopin. Kot je očitno iz njene definicije (1), absorbanca tracijo barvila c . Zadnje vprašanje, na katero so pri fi- nima enote. X Zaključek V prispevku je bil predstavljen fizikalni del eksperimen- talne naloge na 20. Mednarodni mladinski naravoslovni olimpijadi. Naloga ima teoretični uvod, kjer je vpeljan pojem absorbance, in tri praktične dele. V prvem prak- tičnem delu tekmovalci sestavijo merilno pripravo, ki jo uporabijo v drugem in tretjem delu, pri katerih merijo absorbanco v odvisnosti od debeline vzorca in koncen- tracije barvila v vzorcu. Naši ekipi sta fizikalno eksperimentalno nalogo reševali zelo dobro. Od 13 mogočih točk jih je prva ekipa dosegla 12,7 (skoraj vse; nekaj desetink so izgubili – po našem Slika 8: Graf absorbance v odvisnosti od koncentracije barvila mnenju neutemeljeno, a se ocenjevalci na moderaciji (umeritvena krivulja kolorimetra) iz uradnih rešitev naloge. niso pustili prepričati – zaradi zapisa rezultatov z eno Fizika v šoli 43 pomembno števko preveč), druga pa 11,2. Druga ekipa je točke (tudi neupravičeno, po naši sodbi) izgubila, ker v pravilno narisanih grafih niso dovolj poudarjeno označili vnesenih mer- skih točk (tudi tu je bil izplen pogajanj z ocenjevalci slab). Slika 9: Naši tekmovalci med reševanjem eksperimentalnih nalog. (Foto: IJSO 2023) Viri [1] Rovšek, B. (2024). Mednarodna mladinska naravoslovna olimpijada, četrtič, Fizika v šoli, 29(1), 51–55. [2] Rovšek, B. (2020). Mednarodna juniorska naravoslovna olimpijada, Presek, 47(5), 27–29. [3] Rovšek, B., in Vaupotič, D. (2022). Priprave na mednarodno mladinsko naravoslovno olimpijado 2021, Presek, 49(4), 12–14. [4] Rovšek, B. (2023). Selection Process and Training of the Slovenian Team for IJSO: A Case Study, GPG Journal of Science Education, 4(2), 1–9. [5] V slovenščino prevedena eksperimentalna naloga https://drive.google.com/file/d/1jNImVbobLq 7W3D5CVqePuXjPdlOCCKwP/ [6] Teoretične in eksperimentalne naloge s preteklih olimpijad: https://ijsoweb.org/downloads 44 Iz prakse Rešitve treh nalog z IJSO 2023 Solutions to Three IJSO 2023 Tasks dr. Barbara Rovšek Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta Izvleček V prispevku so obrazložene rešitve treh nalog izbirnega tipa, ki so bile sestavni del testa z nalogami izbirnega tipa na 20. Mednarodni mladinski naravoslovni olimpijadi (IJSO), ki je potekala decembra 2023 v Bangkoku na Tajskem. Ključne besede: naravoslovje, olimpijada, IJSO, naloge izbirnega tipa, vzgon, indukcija Abstract The article explains the solutions of three multiple-choice tasks that were part of the multiple-choice exam at the 20th International Junior Science Olympiad (IJSO) held in Bangkok, Thailand, in December 2023. Keywords: science, Olympiad, IJSO, multiple-choice tasks, buoyancy, induction V prejšnji številki revije Fizika v šoli smo opisali Mednarodno mladinsko naravoslovno olimpi- jado (IJSO), priprave, ki jih organiziramo, in navedli primere treh nalog izbirnega tipa, ki jih je naša veleuspešna ekipa reševala na 20. IJSO decembra 2023 v Bangkoku na Tajskem [1]. V uvodu bomo za ogrevanje razložili sklepanje, ki vodi do pravilne rešitve naloge iz vzgona. V jedru članka se bomo na dolgo in široko posvetili kompleksni nalogi z indukcijo. V zaključku bomo zapluli v manj zahtevne vode preproste (a neintuitivne) kinematične naloge. Naloga iz vzgona Na sliki 1 je konceptualna naloga iz vzgona. Opiše zaporedje treh »poskusov«, ki bi jih lahko opravili z isto kroglo in s tremi različnimi kapljevinami A, B in C z gostotami ρ , ρ in ρ . A B C Iz izida prvega »poskusa« izvemo, kolikšna je prostornina krogle: to je V . Iz izida drugega A poskusa izvemo, kolikšna je teža krogle F : krogla plava, težo krogle F pa uravnovesi sila g g Razlaga sklepanja, vzgona na kroglo F , ki je po velikosti enaka teži izpodrinjene kapljevine . Ker je v kapljevini v, B ki vodi do pravilne B potopljene natančno pol krogle, je . rešitve naloge iz Ker krogla plava tudi v kapljevini C, ugotovimo, da tudi tam težo krogle uravnovesi sila vzgo- vzgona. na. Teža krogle se ob selitvi krogle iz kapljevine B v kapljevino C ne spremeni, iz česar sklepa- mo, da tudi v kapljevini C na kroglo deluje sila vzgona . Pravilni odgovor je torej C. (Bonus: Iz izida prvega »poskusa« izvemo, da je gostota snovi ρ, iz katere je krogla, večja od gostote ρ kapljevine A. Iz drugega »poskusa« dodatno izvemo, A da je ρ enaka polovici gostote ρ kapljevine B. Iz tretjega »poskusa« pa izvemo, da je gostota B ρ kapljevine C, v kateri je potopljen večji del krogle kot v kapljevini B, manjša od gostote C kapljevine B – in seveda večja od gostote snovi, iz katere je krogla. Gostote kapljevin in snovi, iz katere je krogla, bi lahko uredili: ρ < ρ < ρ < ρ .) A C B Fizika v šoli 45 Ko kroglo spustimo v kapljevino z gostoto ρA, se krogla potopi do dna, kot prikazuje slika na levi. Kro- gla pri tem izpodrine prostornino kapljevine VA. Ko isto kroglo spustimo v kapljevino z gostoto ρB, krogla v njej plava potopljena do polovice, kot pri- kazuje slika v sredini. Ko isto kroglo spustimo v kapljevino z gostoto ρC, kro- gla v njej plava, kot prikazuje slika na desni. Kolikšna je sila vzgona na kroglo, ko plava v kapljevini z gostoto ρC? Slika 1: Konceptual- na fizikalna naloga iz vzgona z IJSO 2023. Na eni od slik je napačno prikazana smer električnega toka Iind, induciranega v prevodni zanki. Na kateri? (Prevodna zanka leži v ravnini y-z, inducirani tok pa teče v nasprotni smeri urinega kazalca, če na zanko gledamo od strani, kjer je x > 0.) magnet‘s velocity = hitrost magneta conducting loop = prevodna zanka Slika 2: Konceptual- na fizikalna naloga iz indukcije z IJSO 2023. Naloga iz indukcije Druga predstavljena naloga (ki je na sliki 2) je iz indukcije. Da jo lahko pravilno rešimo, moramo vedeti: – da je okoli vodnika, po katerem teče tok, magnetno polje (in tudi, kako je polje okoli vo- dnika orientirano), Predstavitev rešitve – kako je orientirano magnetno polje znotraj sklenjene zanke, ko po njej teče električni tok kompleksne naloge v znani smeri, z indukcijo. – da je magnetno polje tudi okoli trajnega magneta; da silnice (oziroma gostotnice) magne- tnega polja izhajajo iz severnega (N) pola in poniknejo na južnem polu magneta (S), – da je v bližini magneta (predvsem njegovih polov) magnetno polje večje in se manjša, ko se od polov oddaljujemo, – kaj je magnetni pretok (skozi neko ploskev, zanko), – kaj je indukcija: da sprememba magnetnega pretoka skozi prevodno zanko povzroči, da se v zanki pojavi električna (inducirana) napetost, ki po Lenzovem pravilu požene (indu- cirani) tok v zanki v taki smeri, da magnetno polje tega toka zmanjša velikost spremembe magnetnega pretoka skozi zanko (zanka se z inducirano napetostjo → tokom → magnet- nim poljem upira spremembi magnetnega pretoka skozi samo sebe). Skratka, zelo kompleksna naloga – kot je kompleksen pojav sama indukcija. Za povrh so od štirih prikazanih situacij tri pravilne in je treba med njimi najti napačno. 46 Iz prakse Pri reševanju te naloge si lahko pomagamo s simetrijo. Opazimo, da se v vseh primerih ma- gnet giblje in da je v vseh primerih s svojo vzdolžno osjo v danem trenutku, prikazanem na slikah, poravnan z osjo zanke. Opazimo še, da sta si podobni situaciji na slikah A in C ter na slikah B in D. Ko primerjamo sliki A in C, ugotovimo, da sta pri postavitvi zanke in magneta različni dve orientaciji: orientacija polov magneta (središču zanke je bližje severni ali južni pol magneta) in smer gibanja magneta (ki se giblje proti središču zanke ali stran od njega). Če bi se situaciji razlikovali le po eni od teh dveh orientacij, bi inducirana tokova v zankah A in C tekla v na- sprotnih smereh; ker se razlikujeta v dveh, ki vsaka zase vplivata na smer induciranega toka v zanki, pa tokova v zankah A in C tečeta v isti smeri, kot pravilno prikazujeta obe sliki A in C. Napačen prikaz, ki ga iščemo, je bodisi B bodisi D. V naslednjem koraku lahko primerjamo sliki A in B (ali pa, ekvivalentno, sliki C in D). V paru slik sta magneta orientirana enako, različni sta smeri gibanja magneta. Predpostavimo, da slika A pravilno prikazuje smer induci- ranega toka (kot smo že prej ugotovili). V obeh primerih (A in B) je magnetno polje magneta na območju zanke v danem trenutku (prikazanem na slikah) usmerjeno v smeri osi –x (ne- gativne osi x. Ker se v primeru A magnet zanki približuje vzdolž osi zanke, se magnetni pretok skozi zanko po velikosti povečuje. Inducirani tok, ki v zanki steče v označeni smeri, ustvarja znotraj zanke magnetno polje, ki ima nasprotno smer kot polje magneta (zanka se upira spremembi – pove- čanju – magnetnega pretoka skozi samo sebe); inducirano magnetno polje je torej usmerjeno vzdolž osi +x. Smer induciranega toka na sliki A ustreza takemu primeru. V primeru B pa se magnet premika pravokotno na os zanke in stran od osi, kar pomeni, da se magnetni pretok skozi zanko v prikazanem trenutku po velikosti zmanjšuje. Tok, ki se v zanki zato inducira, prispeva magnetno polje, ki ima isto smer kot polje magneta, kar pomeni, da teče v nasprotni smeri, kot je označeno. Napačen prikaz, ki ga iščemo, je torej na sliki B. (Vsak bralec je vabljen, da poskusi s podobnim razmislekom ugotoviti, da sliki C in D obe pravilno prikazujeta smer induciranega toka.) Bralec, ki se je prebil do tega mesta z željo, da sledi sklepanju in razume rešitev naloge, se je pri branju zadnjega odstavka najbrž nekoliko utrudil. Sledi prikaz, kako prikladna je pri Avtorici tega članka fiziki uporaba skic (kar seveda vsi vemo; to je le še en primer). Avtorici tega članka je bistveno je bistveno ljubši ljubši razmislek ob skici kot pa sledenje zgolj abstraktni razlagi pojava z besedami (čeprav se razmislek ob skici je zanjo precej potrudila), kjer skice rišemo le v svojih glavah. kot pa sledenje zgolj abstraktni razlagi V mislih imejmo, da je za smer induciranega magnetnega polja , ki ga ustvarja inducirani tok, pomembna sprememba magnetnega pretoka skozi zanko, ki ga povzroča magnetno polje pojava z besedami trajnega magneta. Sprememba se zgodi v času: od trenutka t1, ki ga v nalogi prikazujejo slike (čeprav se je zanjo od A do D, do naslednjega t2, v katerem je magnet že nekoliko premaknjen (v primerih A in C precej potrudila), vzdolž osi zanke proti središču zanke ali stran od nje, v primerih B in D pa stran od osi zanke). kjer skice rišemo le v svojih glavah. Vsi primeri so prikazani na sliki 3 skupaj s (povprečnim) magnetnim poljem magneta (smerjo in relativno velikostjo ) skozi zanko ob t1 in t2 ter smerjo induciranega magnetnega polja , ki ga povzroči inducirani tok v zanki. Iz smeri ugotovimo smer induciranega toka. V primerih A, C in D ima inducirano magnetno polje povsod enako smer, kar pomeni, da ga povzroča inducirani tok, ki v vseh zankah teče v isti smeri. Le v primeru B ima inducirano polje nasprotno smer in ga povzroča tok, ki teče v zanki v nasprotni smeri. To je v nalogi na- pačna skica, ki jo iščemo. Dodajmo k nalogi še dva komentarja. Prvi se nanaša na simetrijo med primeroma B in D. Na hitro se nam lahko zazdi, da se tudi ta primera razlikujeta po dveh okoliščinah, pri katerih je pomembna smer, a bomo kmalu razumeli, da se razlikujeta le v eni. Magneta sta v primerih B in D orientirana vzdolž osi zanke nasprotno, kar vpliva na smer magnetnega polja skozi zan- ko. To je razlika, ki vpliva na smer induciranega toka. Gibanje magneta pa je v obeh primerih stran od osi zanke; po smeri hitrosti se ta primera ne ločita med seboj, čeprav se s skice zdi, da se v primeru B magnet giblje navzdol, v primeru D pa navzgor. Fizika v šoli 47 Slika 3: Položaj magneta glede na zanko v zaporednih trenutkih t1 in t2 v vseh štirih primerih. Predposta- vimo, da je v trenutku t1 os magne- ta poravnana z osjo zanke. A kar se simetrije tiče, sta to povsem ekvivalentni gibanji, ker ima celotna postavitev paličaste- ga magneta in zanke cilindrično simetrijo. Pomembno je le, ali se magnet, ki ostaja vzporeden osi zanke, osi zanke približuje ali se od nje oddaljuje (iz česar bi lahko sestavili novo, nekoliko drugačno nalogo …). Ko to uvidimo, razumemo, da morata inducirana tokova v zankah B in D teči v nasprotnih smereh. V trenutku, ko je os magneta točno v osi Drugi komentar pa se nanaša na podrobnost, ki smo jo na olimpijadi med časovno omejeno zanke, je magnetni diskusijo o nalogah in prevajanjem spregledali in se pojavi kot okoliščina že v prvem ko- mentarju: za smer induciranega polja in toka v zanki je pomembno, ali se paličasti magnet v pretok skozi zanko primerih B in D osi zanke približuje ali se od nje oddaljuje (kot so predpostavili sestavljavci po velikosti največji nalog, vsi vodje ekip iz 54 držav in na srečo tudi naše tekmovalke in tekmovalci). V trenutku, (ekstremen) in se ko je os magneta točno v osi zanke, je magnetni pretok skozi zanko po velikosti največji (eks- v kratkem času tremen) in se v kratkem času okoli tega trenutka ne spreminja – zato tedaj ni niti inducirane okoli tega trenutka napetosti, niti induciranega toka, niti induciranega magnetnega polja. Kot rečeno, pa smo vsi ne spreminja po vrsti nalogo razumeli tako, da je vprašanje, v kateri smeri teče inducirani tok, ko se magnet – zato tedaj ni od osi oddaljuje. Ustrezneje bi se besedilo naloge glasilo: Na eni od slik je napačno prikazana niti inducirane smer električnega toka I , induciranega v prevodni zanki, ki teče, ko se magnet iz lege, prikazane ind napetosti, niti na sliki, giblje v označeni smeri. Na kateri? induciranega toka, niti induciranega Naloga iz kinematike magnetnega polja. Tretja predstavljena naloga (slika 4) je iz gibanja. Naj prva dijakinja zaploska ob trenutku t1 = 0. V istem trenutku t A,1 = 0 zvok zazna telefon A, na katerem se sproži štoparica. Štoparica telefona B se sproži, ko ta zvok pripotuje do telefona B, za kar potrebuje čas . Štoparica B se torej sproži ob . Druga 48 Iz prakse Pametni telefon lahko uporabimo kot zvočno štoparico, ki meri časovni interval med zaporednima zvočnima dogodkoma, ki ju zazna mikrofon telefona. Štoparica se sproži, ko telefon zazna prvi zvočni signal, in ustavi, ko zazna drugi zvočni signal. Z zvočno štoparico dveh telefonov, ki sta na razdalji l = 5,00 m, merimo hitrost zvoka v zraku (v = 340 m/s), kot prikazuje slika. Najprej prva dijakinja zaploska zraven telefona A in čez kratek čas druga dijakinja zaploska zraven tele- fona B. Obe ploskanji zaznata zvočni štoparici obeh telefonov, a ob različnih trenutkih, ker zvok potuje s končno hi- trostjo. Katera časovna intervala prika- žeta zvočni štoparici telefonov A in B? Slika 4: Fizikalna naloga iz kinematike z IJSO 2023. dijakinja zaploska ob trenutku t2 in ob istem trenutku ta zvok zazna telefon B; t B,2 = t2 in njego- va štoparica se ustavi. Časovni interval, ki ga izmeri štoparica B, je . Razlaga rešitve manj Zvok ploskanja druge dijakinje potuje do telefona A, ki ga zazna ob trenutku . zahtevne in preproste Časovni interval, ki ga izmeri štoparica A, je . Krajši časovni inter- (a neintuitivne) val izmeri štoparica telefona B, za , daljšega pa štoparica telefona kinematične naloge. A. Edini par intervalov, ki ustreza temu pogoju, je zapisan pri odgovoru D. Za zaključek povejmo še, kako so opisane tri naloge reševali vsi tekmovalci v povprečju in kako jih je reševala naša šesterica. Naloga iz indukcije je bila med desetimi fizikalnimi na- logami izbirnega tipa v povprečju najslabše reševana fizikalna naloga; pravilni odgovor je obkrožilo le 28 % vseh tekmovalcev. Od naših šestih tekmovalcev jo je pravilno rešilo pet. Nekoliko bolje so v povprečju vsi reševali nalogo z dvema telefonoma; pravilni odgovor je izbralo 35 % vseh tekmovalcev – in vsi naši. Še nekoliko lažja je bila naloga iz vzgona, kjer je bilo pravilnih 39 % odgovorov; od naših pa je nalogo pravilno rešilo pet tekmovalcev (naš, ki Vabim vas, da z je nalogo rešil narobe, je potem zavijal z očmi). Pa niso bile le fizikalne naloge težke; še težje nalogami izbirnega so bile nekatere kemijske in biološke. Najslabše reševano kemijsko nalogo je pravilno rešilo tipa z IJSO 2023 26 % vseh tekmovalcev (od naših pet), najslabše reševano biološko pa le 13 % (od naših trije). preizkusite tudi svoje Vabim vas, da z nalogami izbirnega tipa z IJSO 2023 preizkusite tudi svoje dijakinje in dijake. dijakinje in dijake. Vse v slovenščino prevedene naloge so na spletni strani [2], originalne angleške pa na [3]. Viri 1. Rovšek, B. (2024). Mednarodna mladinska naravoslovna olimpijada, četrtič, Fizika v šoli, 29(1), 51–55. 2. Slovenski prevod izbirnega testa z IJSO 2023: https://drive.google.com/file/d/1-ea9ttvqH9mPx9gmDq91nIyojopR2GLu/ 3. Teoretične in eksperimentalne naloge s preteklih olimpijad: https://ijsoweb.org/downloads Fizika v šoli 49 Analiza rezultatov s 44. tekmovanja osnovnošolcev v znanju fizike za Stefanova priznanja 2024 Analysis of 44th Stefan Award Primary School Physics Competition Results dr. Saša Dolenc Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta Izvleček V prispevku je predstavljena analiza rezultatov 229 udeležencev letošnjega že 44. tekmovanja osnovnošolcev v znanju fizike za Stefanova priznanja. Predvsem devetošolci so izkazali zelo dobro znanje na mnogih področjih, izvrstno so se odrezali tudi v eksperimentalnem delu. Glede na opravljeno analizo sklepamo, da so osmošolci letos reševali ma- lenkost pretežke naloge, predvsem v eksperimentalnem delu. Ključne besede: tekmovanje, analiza rezultatov, fizika, Stefanova priznanja Abstract This paper analyses the results of 229 participants of the 2024 Stefan Prize for Primary School Physics. The ninth-gra- ders, in particular, demonstrated excellent knowledge in many areas and excelled in the experimental task. Based on the findings, we conclude that this year’s eighth-graders were a trace too demanding, especially the experimental part. Keywords: competition, result analysis, physics, Stefan Awards 1 O tekmovanju 2 Splošna uspešnost na državnem Začetki tekmovanja segajo v leto 1981, ko se je na Peda- tekmovanju goški akademiji v Mariboru odvilo prvo republiško tek- Kot pretekla leta je tudi letošnje državno tekmovanje or- movanje. Od leta 1992 so tekmovanja prešla na državno ganiziralo Društvo matematikov, fizikov in astronomov raven, priznanja pa so leta 1994 dobila ime po fiziku slo- venskih korenin Jožefu Stefanu. Tekmovanje se je skozi Slovenije v sodelovanju s Pedagoško fakulteto Univerze leta razvijalo in delno spreminjalo obliko, pri čemer se od v Ljubljani in Fakulteto za naravoslovje in matematiko vseh preostalih tekmovanj že od začetka razlikuje po tem, Univerze v Mariboru. Na tekmovanju, ki je potekalo 19. da udeleženci rešujejo tudi eksperimentalne naloge. Spr- maja 2024, je sodelovalo 112 osmošolcev in 117 deveto- va so se tekmovanj udeleževale osnovnošolske dvočlanske šolcev. Tekmovali so za zlata Stefanova priznanja, ki jih ekipe, pozneje pa so uvedli tekmovanje posameznikov v je prejelo 43 osmošolcev in 48 devetošolcev. Učenci so teoretičnem (od leta 2000) in eksperimentalnem delu (od imeli na voljo 90 minut za reševanje teoretičnega dela in leta 2006). Prav tako se je skozi čas spreminjalo število ravno tako 90 minut za eksperimentalno nalogo. Teore- eksperimentalnih nalog. Učenci so do leta 2013 reševali tični del je vseboval pet nalog izbirnega tipa (naloge A) dve eksperimentalni nalogi, od tedaj pa le eno [1, 2]. in dve strukturirani nalogi (nalogi B). V eksperimental- nem delu je bila naloga z več podvprašanji. Komisija in organizatorji tekmovanja si prizadevamo za širjenje in poglabljanje znanja, popularizacijo fizike ter V 8. razredu so učenci pri nalogah B skupaj lahko zbrali za odkrivanje in spodbujanje nadarjenih učencev. Ker je največ 20 in pri eksperimentalni nalogi 27 točk, skupaj z fizika že od nekdaj eksperimentalna veda, tudi na tek- nalogami A 62 točk. V 9. razredu so učenci pri nalogah movanju poudarjamo eksperimentalno delo in ne na- B zbrali največ 23 točk in pri eksperimentalni nalogi 28 zadnje spodbujamo druženje mladih iz različnih šol in točk, skupaj z nalogami A 66 točk. Porazdelitvi udele- okolij [1]. žencev državnega tekmovanja po številu doseženih točk 50 Iz prakse sta prikazani na slikah 1 in 2. V 8. razredu je bilo najve- odebeljeno, neodgovorjeni so označeni z X. Objektivno čje doseženo število točk 45, povprečje pa je bilo 28. V 9. težavnost določa odstotek pravilnih rešitev. Naloga je razredu so bili rezultati boljši, in sicer je en tekmovalec objektivno lahka, če je delež pravilno rešenih velik, in dosegel skoraj vse točke, 65. Povprečje je bilo 47. težka, če je delež pravilno rešenih majhen. V tem šol- skem letu sta bili objektivno najlažji nalogi A4 v 8. ra- zredu in A5 v 9. razredu, objektivno najtežji pa A1 v 8. razredu in ravno tako A1 v 9. razredu. Omenjene naloge in njihova krajša analiza so predstavljene v nadaljevanju. Tabela 1: Deleži odgovorov (v %) pri nalogah A v 8. razredu. naloga A B C D X A1 4 31 54 1 10 A2 3 16 72 4 5 A3 53 13 25 5 4 Slika 1: Porazdelitev osmošolcev po številu doseženih točk. A4 3 5 88 0 4 A5 33 5 12 8 42 Tabela 2: Deleži odgovorov (v %) pri nalogah A v 9. razredu. naloga A B C D X A1 3 40 40 6 11 A2 2 2 74 22 1 A3 12 84 1 2 1 A4 1 74 0 1 14 Slika 2: Porazdelitev devetošolcev po številu doseženih točk. A5 2 85 9 2 3 3 Naloge izbirnega tipa 3.1 Objektivno najlažji nalogi izbirnega tipa V tabelah 1 in 2 so prikazani odstotki odgovorov pri Slika 3 prikazuje nalogo A4 za 8. razred. Nalogo je pra- nalogah A. Odstotki pravilnih odgovorov so zapisani vilno rešilo kar 88 % osmošolcev (odgovor C). 4 % udele- Slika 3: Objektivno najlažja na- loga na tekmovanju za 8. razred. Slika 4: Objektivno najlažja na- loga na tekmovanju za 9. razred. Fizika v šoli 51 žencev ni podalo odgovora, preostali so se zmotili bodisi Tudi druga naloga je bila iz vsakdanjega življenja. Učen- pri pretvarjanju bodisi pri računanju časa. ci so raziskovali goriščno razdaljo očesne leče, leče očal in spoznali osnove dioptrije. Povprečno število doseže- Slika 4 prikazuje objektivno najlažjo nalogo, A5, kjer je nih točk je bilo 4,3, en učenec je dosegel vse točke. Točke 85 % devetošolcev izbralo pravilni odgovor (B). 9 % jih je so izgubljali predvsem v zadnjem delu, kjer naloge niso nalogo rešilo z ravnovesjem sil, kljub temu da je v nalogi mogli rešiti samo z žarkovno sliko, ampak so morali s zapisan namig o ravnovesju navorov. pomočjo načrtovanja žarkov le pojasniti svoj odgovor. Presenetljivo je bilo veliko napačnih odgovorov (60 %) 3.2 Objektivno najtežji nalogi izbirnega tipa pri nalogi določanja goriščne razdalje zdrave očesne Na slikah 4 in 5 sta prikazani nalogi A1 za 8. oziroma 9. leče. Bodisi niso upoštevali merila bodisi niso vedeli, razred. Zanimivo je, da sta obe objektivno najtežji nalo- kako izmeriti goriščno razdaljo. gi povezani z vzmetjo in s silo, ki deluje na vzmet. V 8. Devetošolci so pri strukturiranih nalogah dosegli boljše razredu je nalogo pravilno rešilo le 4 % učencev. Največ, rezultate. Pri prvi nalogi je kar 25 % učencev doseglo vse dobra polovica, se jih je odločilo za odgovor (C). Ta graf točke, povprečje pa je bilo 8,6 točke. Naloga je vključe- kaže, kako se spreminja sila, ki deluje na prst (in ne na vala kinematiko in energije (odbijajoča se žoga). Boljšim vzmet). To lahko najbrž pripišemo površnemu branju ali je največjo zagato predstavljal le zadnji del naloge, kjer nepoznavanju 3. Newtonovega zakona, vsekakor pa je so morali izračunati višino po petem odboju. Druga na- bila naloga prezahtevna za osmošolce. loga, povezana z vzgonom, je bila nekoliko manj uspe- šno reševana. Povprečno so dosegli 6,2 točke, 10 % jih je V 9. razredu je pravilni odgovor (C) in napačni odgovor doseglo vse točke. Vzgon je pogosta tema na tekmova- (B) izbral enak delež (40 %) učencev. Intuitivno bi re- njih in je običajno slabo reševana (tako na tekmovanjih kli, da je pri zaviranju vzmet res manj skrčena (odgovor kot na testih). Naj na tem mestu naštejemo zgolj nekaj B), ker kaže rezultanta sil v smeri pospeška (navpično osnovnih napak, ki so jih storili učenci na tekmovanju: navzgor), in to je najbrž razlog za visok delež napačnih namesto teže kocke so izračunali zgolj maso; na mirujo- odgovorov. čo kocko, ki leži na dnu akvarija, niso narisali sile pod- lage/tal; napačno so narisali prijemališča sil; napačno so narisali kocki, ko obmirujeta; sile niso narisali v meri- 4 Strukturirane naloge lu ipd. Predzadnje vprašanje je bilo težje, ker so morali Prva naloga za osmošolce je obravnavala delovanje te- upoštevati še 2. Newtonov zakon za izračun pospeška, leskopskih škarij. Naloga je učencem delala preglavice, s katerim se gibljeta kocki, ko ju spustimo z dna akva- saj je vključevala dve novi snovi, navor in škripec. Pov- rija. Zadnji del naloge je bil najtežji, vključeval je risa- prečno so dosegli 3,4 točke. Veliko težav so imeli že na nje grafa pospeška v odvisnosti od globine kocke. Pred- samem začetku, ko so računali ploskev, na kateri deluje videvamo, da so učenci imeli težave zaradi obrnjenega sila. Še več težav so jim povzročali škripci, kjer so napač- koordinatnega sistema (koordinata x oziroma globina je no zapisali, da se pri pritrjenem škripcu sila razpolovi. naraščala navzdol). Slika 5: Objektivno najtežja na- loga na tekmovanju za 8. razred. Slika 6: Objektivno najtežja na- loga na tekmovanju za 9. razred. 52 Iz prakse 5 Eksperimentalni nalogi Na sliki 8 so prikazani dosežki devetošolcev pri eksperi- Devetošolci so se pri eksperimentalni nalogi izkazali mentalni nalogi. Raziskovali so, od česa je odvisna ele- mnogo bolje kot osmošolci. Povprečno so dosegli 21 točk ktrična prevodnost grafitne mine, in v zaključku prišli od 28, osmošolci pa zgolj 13 od 27. do izračuna specifične prevodnosti mine. Vse naloge, pri katerih so opravljali meritve, so bile zelo dobro rešene. Na sliki 7 so prikazani dosežki osmošolcev pri ekspe- Kar dve tretjini učencev je pri teh štirih nalogah dobi- rimentalni nalogi. Letošnja naloga je zahtevala več sa- lo vse točke. Nekateri niso opravili dovolj meritev, niso mostojnega raziskovanja, kar je osmošolcem povzročalo pravilno izračunali upora grafitne mine ali pa zaradi ne- težave. Prvi deli naloge so bili običajni, vodeni. Umerjali natančnega branja navodil niso zapisali ugotovitev. Risa- so vzmet, risali graf in izračunali koeficient vzmeti. Pri- nje in interpretacija grafov sta se izkazala za zahtevnejšo bližno polovici učencev je uspelo pridobiti vse točke. Ne- nalogo. Kar 62 % učencev ni znalo izračunati naklona kateri so napačno zaokroževali (ali sploh niso), v tabelo premice v grafu in/ali pojasniti, katero fizikalno količi- pisali dolžino vzmeti namesto raztezka, niso izračunali no predstavlja smerni koeficient premice. Veliko učencev koeficienta vzmeti, veliko je bilo takih, ki so risali lo- skozi izmerjene točke ni potegnilo premice. Naloga je mljeno črto namesto premice. V nadaljevanju so izbran bila ravno pravšnje težavnosti, saj je imela dovolj »laž- plastični lik položili na vodno gladino in ga s pomočjo jih« delov, da so učenci v povprečju dosegli visoko število vzmeti vlekli navzgor, dokler se ni odlepil od gladine. točk, in hkrati tudi »težje« dele, ki so ločili najboljše od Le četrtina učencev je pravilno narisala sile na lik, tik dobrih. preden se odlepi od gladine. Preostali so imeli težave z velikostmi sil, nekateri niso narisali sile vode in/ali sile vzmeti ipd. Trije učenci so do tu zbrali vse točke. Preo- stanek naloge je bil pretrd oreh tudi za najboljše, saj je bil zasnovan na osnovi samostojnega raziskovanja. Ugoto- viti so morali vzrok za silo, ki je potrebna, da se lik odlepi od gladine. Na začetku je bilo podanega veliko besedila in nekaj učencev je že med samim tekmovanjem spra- ševalo, ali morajo res prebrati celotno besedilo. Če niso zares pozorno prebrali besedila, nalog niso mogli uspe- šno rešiti, saj sta bili dve mogoči rešitvi podani v besedi- Slika 8: Porazdelitev devetošolcev po številu doseženih točk pri lu. 9 % učencev je uspešno opravilo meritve in izračune, eksperimentalni nalogi. a se jim je nato zataknilo pri pojasnilu, risanju grafa in izračunu smernega koeficienta. Iz te podrobne analize sklepamo, da je bil ta del naloge zagotovo pretežak za 6 Zaključek osmošolce. Analiza rezultatov z letošnjega že 44. tekmovanja osnov- nošolcev v znanju fizike za Stefanova priznanja je v prvi vrsti nakazala smernice za pripravo nalog za nadaljnja tekmovanja. V prispevku so predstavljene ugotovitve s primeri, manjša statistika in vsebinske pripombe. Ugo- tovitve iz analize povedo veliko o tem, s katerimi fizi- kalnimi vsebinami imajo učenci največ težav. Uporabne so tudi za učitelje, mentorje, ki pripravljajo učence na tekmovanje, saj vsebujejo kar nekaj koristnih napotkov/ usmeritev. Med drugim smo ugotovili, da so učenci vaje- ni delati po navodilih in da jim zmanjka idej, ko pridejo do samostojnega reševanja problemov. Ker se naravo- slovje v današnjem času vedno bolj usmerja v učenje z Slika 7: Porazdelitev osmošolcev po številu doseženih točk pri raziskovanjem, bo tudi tekmovanje (predvsem eksperi- eksperimentalni nalogi. mentalni del) sledilo temu. Viri in literatura [1] https://www.dmfa.si/Tekmovanja/FiOS/OpisTekmovanj.aspx (26. 9. 2024) [2] Rovšek, B. (2014). Analiza rezultatov šolskega tekmovanja za Stefanova priznanja v letu 2013/2014. Fizika v šoli, 20(2), 109–116. Fizika v šoli 53 Razlaga opaženega dogajanja dr. Mojca Čepič Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta Po dveh letih se bližamo koncu zgodbe, imenovane »Nariši, opiši, razloži«. Pravilna raba vseh treh je izjemno pomembna za učitelja. V vse tri »stopnje«, torej risanju sledi opisova- nje kot njegova nadgradnja in ga zaključuje razlaga, je mogoče vključevati tudi učence ob izvajanju eksperimentov, a tudi v preverjanjih znanja. Preostala nam je le še razlaga. V opisu smo opredelili konstante oziroma količine, ki se med eksperimentom ne spreminjajo, v zaporednih izvedbah istega eksperimenta pa se načrtno lahko spreminjajo, npr. temperatura. Če načrtno oziroma kontrolirano spremi- njamo okoliščine izvedbe poskusa, jih imenujemo tudi kontrolne spremenljivke. Oprede- lili smo količine, ki se med poskusom spreminjajo, torej spremenljivke. Ker smo opazovali dogajanje, smo opazovano debato omejili na časovno odvisne pojave. Vemo pa, da lahko marsikatero krajevno odvisnost s premišljenim načrtovanjem izvedbe spremenimo v ča- sovno in obratno, zato razprava ob časovno odvisnem dogajanju ne predstavlja pomemb- ne omejitve. Opisali smo, kako se spremenljivke spreminjajo v odvisnosti od časa, ali vrednosti mer- ljivih količin naraščajo ali padajo. Opisali smo tudi, ali se količine med dogajanjem spre- minjajo enako ali pa so njihove spremembe najprej majhne in se večajo ali obratno. Po matematično bi rekli, da smo opisali odvisnosti in njihove odvode. Opredelili smo tudi so- časna spreminjanja, lahko bi rekli korelacije. Opisali smo npr., kateri spremenljivki hkrati naraščata ali padata in obratno ter kateri spremenljivki se zdita povezani tako, da kadar ena narašča, druga pada in obratno. Zakaj so spremembe takšne, kakršne so, želimo podrobneje pojasniti v razlagi z uporabo fizikalnih zakonitosti. Ilustrirajmo ponovno s primerom, ki ga uporabljamo skozi celotno razpravo. Da ne bo treba brskati po starih revijah, na tem mestu ponovno objavljamo fotografijo poskusa. 54 Upodobitve v fiziki (a) (b) (c) d) e) Slika 1: Časovno zaporedje iztekanja vode iz plastenke: a) začetek poskusa, b) takoj po začetku poskusa, c) na sredini dogajanja, d) proti koncu dogajanja, e) konec poskusa [1]. Identificirali smo tri zvezne spremenljivke: višino gladine v plastenki, domet curka in višino gladine v prestrezni posodi, poleg tega pa še spremenljivko, ki jo lahko opazijo zelo pozorni opazovalci, hitrost spuščanja gladine v plastenki. Spremembe so bile naslednje: – višina gladine v plastenki se je zmanjševala, – domet curka se je krajšal, – višina gladine v prestrezni posodi se je povečevala, – hitrost nižanja gladine v plastenki se je manjšala. Opazili smo tudi naslednje povezave med spremenljivkami: – čim višja je bila gladina vode v plastenki, tem daljši je bil domet curka, – čim višja je bila gladina vode v plastenki, tem nižja je bila gladina vode v prestrezni posodi, – čim višja je bila gladina vode v plastenki, tem hitreje se je nižala. Domet učenci dobro Ne bomo pojasnjevali vseh, saj imajo nekatera navedena opažanja zelo očitne vzroke. Npr. če povežejo z izkušnjami voda izteka iz plastenke, se gladina niža, saj vode v plastenko nismo dolivali, iz nič pa tudi ne »hitro vržen kamen more nastati. Krajšanje dometa zahteva več razlage in učencem navadno predstavlja težavo. pade na tla dlje od Domet učenci dobro povežejo z izkušnjami »hitro vržen kamen pade na tla dlje od metalca metalca kot počasi kot počasi vržen kamen«. Namenoma je bila uporabljena vsakdanja govorica. In res, kapljice vržen kamen«. v curku letijo enako, če so združene v curek ali pa ne. Torej, daljši domet curka pomeni večjo hitrost vodnih kapljic v njem. Da je hitrost vode v curku večja, kadar je domet daljši, lahko sklepamo tudi iz opazovanja višine gladine. Na začetku iztekanja se gladina znižuje hitreje. Zato mora biti hitrost vode v curku večja, saj očitno izteka na začetku več vode v enakih ča- sovnih obdobjih. A zakaj je hitrost vode v curku na začetku iztekanja večja? Snovne tokove poganjajo tlačne razlike. Zaradi hidrostatskega tlaka vode nad odprtino je v plastenki tlak na notranji strani odprtine, kjer voda izteka, večji kot na zunanji. Sile na del vode v bližini odpr- tine, ki nastanejo zaradi tlaka, vodo pri prehodu iztoka pospešijo, in to tem bolj, čim večja je razlika tlakov na notranji in zunanji strani plastenke. Ta del se učencem rad zatakne. Povedo sicer, da je v plastenki večji tlak, težave pa nastopijo z opredelitvijo, »večji od katerega tlaka«. Zato moramo biti ob razlagi tudi zelo pozorni na natančno strokovno govorico in povezati razliko tlakov s krajema, na katerih tlak opazujemo/merimo. Risanje, opisovanje in razlaga so pogosto izhodišče za matematične opise povezav med spre- menljivkami. Naj na tem mestu omenim še eno izkušnjo. Učenci opise »čim večji je A, tem Risanje, opisovanje večji je B« zelo radi enačijo s premim sorazmerjem, opise »čim večji je A, tem manjši je B …« in razlaga so pa z obratnim. Opisi oblike »A pada« so kvalitativni. Povedo le, kako se zadeve spreminjajo, pogosto izhodišče ne podajajo pa nobenih dodatnih informacij, da bi lahko podobne pojave urejali. Npr. »tem- za matematične peratura ponoči običajno pada« je kvalitativna informacija. »Temperatura ob jasnih nočeh opise povezav med običajno pade bolj kot ob oblačnih« pa podaja neko semikvantitavno informacijo. Vemo, kdaj spremenljivkami. je sprememba večja in kdaj manjša. Šele če bi temperature zvečer in zjutraj izmerili, bi bila informacija tudi kvantitativna. Premo sorazmerje podaja kvantitativen opis. Če sta spremenljivki A in B povezani premo sorazmerno, vemo, ko je A dvakrat večji, je dvakrat večji tudi B, in analogno za obratno so- Fizika v šoli 55 razmerje: ko je A dvakrat manjši, je B dvakrat večji. Zveza »čim …, tem…« ponuja šibkejše informacije, npr. izvemo le, da se A in B oba zmanjšata, in to je vse. Zato so zveze »čim …, tem …« semikvantitativne, učitelj pa mora biti pozoren, da učenci ne povlečejo prehitro kvan- titativnih zaključkov, ki se vsiljujejo iz pogoste rabe sorazmerij pri matematiki. Naj to dolgo temo zaključim. Risanje opazovanega omogoči učencem pridobivanje izkušenj. Ob opazovanju so uporabljali vid. Ob risanju so morali videno predelati v poenostavljeno V sodobnih risano predstavitev, o videnem so morali risarji razmišljati, aktiviral se je drug del možganov metodah, kot kot med preprostim opazovanjem. Opisovanje oziroma ubesediti videno je veščina. Ob tem se je učenje z aktivira še en del možganov, kar vodi do boljšega pomnjenja in lažjega priklica izkušenj. Tudi raziskovanjem ločevanje med tem, kaj smo res videli, in kaj smo na podlagi videnega sklepali iz svojih izku- (IBL) ali pristop šenj, je pomembna veščina. Končno, oblikovanje razlage lahko prevzame učitelj, kadar ve, da Investigative učenci kljub novo pridobljenim izkušnjam še nimajo dovolj znanja za oblikovanje razlage. Science Learning Učitelj pa ve, da imajo učenci izkušnje, s katerimi lahko razlago povezujejo. Razlago lahko Environment (ISLE), oblikujejo tudi učenci. V sodobnih metodah, kot je učenje z raziskovanjem (IBL) ali pristop je oblikovanje Investigative Science Learning Environment (ISLE), je oblikovanje možnih razlag, ki teme- možnih razlag, ljijo na izvedenih poskusih, ne na branju literature, še posebej poudarjeno. Včasih so možne razlage imenovane tudi hipoteze, a v nasprotju s klasično hipotezo, ki jo lahko tudi potrdimo, ki temeljijo na v fiziki možne razlage lahko zavrnemo, ne moremo pa jih dokončno potrditi. Če je možna izvedenih poskusih, razlaga v skladu z dogajanjem, če s to razlago lahko še nekaj napovemo in s poskusom preve- ne na branju rimo tudi skladnost napovedi, potem razlaga postane bolj verjetna, nikoli pa ne moremo reči, literature, še da je zagotovo pravilna. Zato se zavzemam za rabo termina možna razlaga in ne hipoteza. Ne posebej poudarjeno. nazadnje ima hipoteza v javnosti zelo slabšalen pomen, saj jo javnost enači z ugibanjem brez resnih podlag. Vir [1] Čepič, M. (2023). »Risanje pojavov II: Koliko slik je potrebnih za predstavitev pojava.« Fizika v šoli, 28 (2), str. 28, slika 1. IZ ZALOŽBE ZAVODA RS ZA ŠOLSTVO Kako najbolje podpreti mlade, da prepoznajo svoja močna področja in se izognejo prezgodnjemu opuščanju šolanja. Dostopno brezplačno v digitalni bralnici ZRSŠ https://www.zrss.si/pdf/opolnomocenje_mladih_za_premisljene_izobrazevalne_in_karierne_odlocitve.pdf Znanost v svetu in pri nas Intervju s slovensko znanstvenico dr. Andreja Gomboc Uredniški odbor revije Fizika v šoli Na observatoriju Paranal Evropskega južnega observatorija v Čilu. Andreja Gomboc je redna profesorica astronomije na Fakulteti za naravoslovje Univerze v Novi Gorici in znanstvena svetnica v Centru za astrofiziko in kozmologijo. Doktorirala je z doktorsko disertacijo Hitre spremembe izseva ob interakciji s črno luknjo na Fakulteti za mate- matiko in fiziko Univerze v Ljubljani pod mentorstvom prof. dr. Andreja Čadeža. Podoktorski študij je opravila v Liverpool John Moores University v Veliki Britaniji kot štipendistka sklada Marie Curie, kjer se je začela raziskovalno ukvarjati z najsilovitejšimi izbruhi v vesolju, ime- novanimi izbruhi sevanja gama. Do leta 2015 je bila zaposlena na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, spr- va kot asistentka in kasneje kot predavateljica astronomskih predmetov in raziskovalka. Od leta 2015 je zaposlena na Univerzi v Novi Gorici. Raziskovalno jo zanimajo prehodni pojavi v vesolju, kot so plimska raztrganja zvezd v bližini masivnih črnih lukenj, izbruhi sevanja gama, relativistični navigacijski sistemi, zlitja nevtronskih zvezd in rotacijske hitrosti simbi- otskih zvezd. Proučevanje prehodnih pojavov je ključno za razumevanje fizike v ekstremnih pogojih, zgodnjega vesolja in nastanka prvih zvezd in galaksij ter črnih lukenj. Njeno delo ima tudi operativni pomen, saj je sodelovala z Evropsko vesoljsko agencijo (ESA) pri navi- gacijskem satelitu Galileo za izboljšanje natančnosti satelitske navigacije z uporabo splošne teorije relativnosti. S sodelavci je objavila več kot 450 znanstvenih člankov z več kot 18.000 citati. Objavlja v uglednih strokovnih revijah, tudi v najprestižnejših Science in Nature. Je članica mednarodnih projektov Observatorij Vere C. Rubin, Gaia, Theseus, Hermes-SP idr. Fizika v šoli 57 Za raziskovalno delo je leta 2015 prejela Zoisovo priznanje. Je članica mednarodne astro- nomske zveze, evropskega astronomskega društva in društva matematikov, fizikov in astronomov Slovenije (DMFA). Poleg tega je predsednica Sveta za znanost in tehnologijo Republike Slovenije, predsednica Komisije za enake možnosti na področju znanosti pri Ministrstvu za visoko šolstvo, znanost in inovacije, urednica spletnega Portala v vesolje in soustanoviteljica izobraževalnega projekta GoChile. Bila je sourednica knjige Fizika, moj poklic ob mednarodnem letu fizike, leta 2005. Leta 2009 je bila koordinatorka Mednaro- dnega leta astronomije in pobudnica uvedbe tekmovanja iz astronomije za osnovne in srednje šole. Več kot deset let je bila tudi predsednica tekmovanja v znanju astronomije pri DMFA Slovenije. Je velika promotorka astronomije in znanosti nasploh, saj želi znanost kot tako približati širši javnosti s pisanjem poljudnih člankov v slovenskih revijah in časopisih, predavanji in nastopi v živo, na radiu in televiziji. dr. Sonja Jejčič članica uredniškega odbora revije Fizika v šoli Se lahko na kratko predstavite? Sem Prekmurka, ki živi v Ljubljani in dela v Ajdovščini. Kot redna profesorica za astronomijo na Fakulteti za naravoslovje Univerzi v Novi Gorici predavam na vseh stopnjah študija fizi- ke in astrofizike. Sem tudi raziskovalka v Centru za astrofiziko in kozmologijo, članica več mednarodnih astronomskih kolaboracij, vodja projektov Evropske vesoljske agencije, člani- ca Sveta Evropskega astronomskega društva in organizatorka prvega simpozija Mednarodne astronomske zveze v Sloveniji. Ker sta delo z mladimi in popularizacija astronomije zame zelo pomembna, sem bila od za- četka tekmovanja v znanju astronomije pri DMFA Slovenije in vse do leta 2023 predsednica državne komisije za to tekmovanje. Skupaj z Matejem Mihelčičem in astronomsko revijo Spika sem soustanovila projekt GoChile, v okviru katerega od leta 2021 študenti in študentke Univerze v Novi Gorici ter dijaki in dijakinje raziskujejo južno nebo z modernim, daljinsko vodenim teleskopom v observatoriju El Sauce v Čilu. Sem urednica spletnega Portala v vesolje (www.portalvvesolje.si) in sodelavka zavoda Cosmo- lab. Od leta 2018 pišem redne kolumne za časopis Delo. Skratka, sem oseba, ki sta ji dan in noč vedno prekratka. S čim se ukvarjate? Že od diplome so osrednja tema mojih raziskav pojavi, povezani s črnimi luknjami, pri čemer uporabljam teoretične modele in eksperimente / astronomska opazovanja. S pomočjo računalniških simulacij proučujem, kaj se zgodi z zvezdo, ki pride v bližino su- permasivne črne luknje, kakršna se skriva v središču naše Galaksije. Kako črna luknja s svojo plimsko silo raztrga zvezdo, kaj se z raztrgano zvezdo zgodi po tem, kako tak pojav opaziti s teleskopi in sateliti. Doslej je bilo zaznanih okoli sto plimskih raztrganj zvezd. V prihodnjih nekaj letih si obetamo, da bo Observatorij Vere Rubin (ki ima teleskop z osemmetrskim zrca- lom in zornim poljem deset kvadratnih stopinj) v okviru svojega deset let trajajočega pregleda neba Legacy Survey of Space and Time vsako noč zaznal kar deset novih plimskih raztrganj zvezd. To nam bo omogočilo bolj raznovrstne in podrobnejše študije dogajanja v središčih galaksij. Ukvarjam se tudi z najmočnejšimi eksplozijami v vesolju – izbruhi sevanja gama. Nekateri od njih nastanejo ob koncu življenja masivne zvezde, ko se njena sredica sesede v nevtronsko 58 Znanost v svetu in pri nas zvezdo ali črno luknjo. Drugi pa nastanejo ob zlitju dveh nevtronskih zvezd ali nevtronske zvezde in črne luknje. Tovrstne dogodke poleg satelitov in teleskopov zaznavajo tudi detek- torji gravitacijskih valov LIGO in Virgo. Kdaj in kako ste opazili, da vas fizika zanima oziroma da vam je všeč? Naravoslovje in tehnika sta me zanimala že v osnovni šoli – hodila sem na modelarski krožek Fizika mi je všeč, ker in tekmovanje iz matematike. Fizika mi je postala všeč proti koncu srednje šole, predvsem opisuje svet, naravo zaradi profesorja, ki nam jo je predstavil na zanimiv način. Všeč mi je bilo, da ni bilo učenja okoli nas in ker išče na pamet, ampak je bilo mogoče iz nekaj osnovnih zakonov z razmišljanjem in sklepanjem njene osnovne zakone rešiti vrsto različnih nalog in problemov. Fizika mi je všeč, ker opisuje svet, naravo okoli nas – nekaj, kar se ne in ker išče njene osnovne zakone – nekaj, kar se ne spreminja z danes na jutri. Še posebej me spreminja z danes na zanima astronomija – kako je nastalo vesolje, kaj vse se v njem dogaja in skriva. jutri. Je imel kdo poseben vpliv na vašo izbiro študija fizike? Morda starši, učitelji ali učitelji- ce? Vas je kdo pozitivno spodbujal? Pozitivno spodbudo za zanimanje za matematiko sem dobila od osnovnošolskega učitelja matematike. Na mojo izbiro študija je seveda vplivalo zanimanje za fiziko, ki sem ga odkrila zahvaljujoč našemu takratnemu profesorju. Vendar je bila izbira študija povsem moja odlo- čitev. Razmišljala sem še o matematiki in kemiji, a sem se na koncu odločila za fiziko, ker se mi je zdela ravno prav splošna, temeljna in hkrati uporabna. Starši so me pri izbiri študija in tudi na nadaljnji poklicni poti podpirali. Nikoli nisem od njih slišala, da naravoslovje in teh- nika »nista za dekleta«, prej obratno. Mama in oče sta z veseljem videla, da sem v osnovni šoli hodila na modelarski krožek, in sta bila kar ponosna, da sta mi matematika in fizika šli dobro. Kakšen je bil odnos učiteljev ali učiteljic, profesorjev ali profesoric fizike, sošolcev in sošolk do vas in vašega zanimanja za fiziko? Se je ta odnos kaj spreminjal s stopnjo šo- lanja – v osnovni šoli, srednji šoli, na fakulteti? Imate občutek, da so vas obravnavali kot enakovredno sošolcem moškega spola? V srednji šoli sem imela občutek, da so nas profesorji in profesorice obravnavali enako, čeprav sem seveda opazila, da je bilo na tekmovanjih v znanju fizike manj deklet kot fantov. Sošolci in sošolke so me sprejemali tako, kakršna sem bila, sem pa nekajkrat dobila čudne poglede od drugih vrstnikov in vrstnic, ker sem bila »netipična«. Na fakulteti sem v splošnem imela občutek, da smo bile študentke obravnavane enako kot študenti, vendar se je skozi občasne pripombe in šale včasih prikradel občutek, da nas deklet »v povprečju« nimajo za povsem enakovredne. Za oceno deset na ustnem izpitu je moralo dekle znati bolje kot fant. Tak vtis sem potem večkrat dobila še med doktorskim študijem in po njem, ko je prišlo do zaposlitev na fakulteti, izvolitev v nazive, predlog za nagrade. Kar nekajkrat sem slišala stereotipne pripombe, da so ženske pridne in natančne, moški so pa »res dobri« in imajo odlične raziskovalne ideje. Če k temu še dodam, da sta bili v času mojega štu- dija le dve profesorici fizike (in pri nobeni nisem poslušala predavanj), sem dobila občutek, da je »vrh fizike« rezerviran za moške in da se ženska tja zelo težko prebije. Bi želeli našim bralkam in bralcem še kaj sporočiti? Za zanimanje deklet Za zanimanje deklet za fiziko ali druga področja STEM1 je zelo pomembno, da imajo spod- za fiziko ali druga budo in podporo staršev, širše družine in učiteljic in učiteljev, profesoric in profesorjev. področja STEM je zelo pomembno, da Ker smo vsi produkt družbe, ki je še vedno polna stereotipnih predstav o vlogah, lastnostih in imajo spodbudo in zanimanjih spolov (v učbenikih, medijih, knjigah, serijah in filmih), smo pogosto nezavedno pristranski. V naši kulturi na primer bolj pričakujemo, da bodo zanimanje in talent za fiziko podporo staršev, širše kazali fantje (v muslimanskih državah je to bolj enakomerno porazdeljeno med spoloma), družine in učiteljic in zato morda ne prepoznamo zanimanja in talenta nekega dekleta. Zavedati se moramo, da učiteljev, profesoric in imajo dekleta v fiziki, matematiki in na drugih stereotipno »fantovskih« področjih lahko sin- profesorjev. drom vsiljivca – občutek, ki ga ima oseba, ki je v neki skupini v manjšini (npr. dekle v fizikal- 1 STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) znanost, tehnologija, inženirstvo in matematika Fizika v šoli 59 Udeleženke in udeleženci druge poletne šole GoChile. nem krožku, otrok imigrantov, temnopolti med svetlopoltimi), da ne spada tja, da je tam po naključju, po pomoti in da jo bodo vsak čas »razkrinkali«. Mislim, da bi se morali vsi, ki delamo v izobraževanju, bolj truditi, da presežemo nezavedno pristranskost in da prepoznamo sindrom vsiljivca ter k zanimanju za fiziko spodbujamo tudi dekleta. Pri tem moramo upoštevati, da dekleta še vedno pogosto vzgajamo drugače od fantov. Zato deklet morda ne motivirajo razna tekmovanja, ampak bolj sodelovalno delo. Pri tekmovanju v znanju astronomije pri DMFA Slovenije je kolegica dr. Dunja Fabjan preve- rila delež deklet: v zadnji triadi osnovne šole je med sodelujočimi približno polovica deklet in polovica fantov, v srednji šoli pa je delež deklet zgolj 27 %. Na prehodu iz osnovne v srednjo šolo se torej nekaj zgodi in zelo pomembno je, da uspe profesorjem in profesoricam na začet- ku srednje šole obdržati ali na novo vzbuditi zanimanje deklet. Hkrati je bilo med prijavljenimi na 1. in 2. poletno šolo astronomije GoChile za dijakinje in dijake, ki smo jo organizirali leta 2022 in 2023, kar dve tretjini deklet. Morda je bil ta delež visok, ker ni šlo za tekmovanje. Cilj šole je namreč bil, da vsak udeleženec ali udeleženka iz- vede raziskovalni projekt in pri tem naredi korak naprej v svojem znanju in veščinah. Morda je pomagala tudi vključujoča raba jezika – v vabilih za prijave smo namreč dosledno upora- bljali oba slovnična spola in tako poudarili, da na poletno šolo vabimo dijake in dijakinje. Na ta način dekletom ni bilo prepuščeno, da se »prepoznajo« v običajni množini »dijaki«, ampak smo jih povabili eksplicitno. Rezultati obeh poletnih šol so bili izjemni, tako po izvedenih projektih kot tudi po delovnem, raziskovalnem vzdušju. 60 Zanimivosti Bili smo na svetovni konferenci o poučevanju in raziskavah o poučevanju fizike dr. Mojca Čepič Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta V zadnjem tednu avgusta (od 26. do 30. avgusta 2024) je v Krakovu na Poljskem potekala 4. svetovna konferenca o izobraževanju v fiziki (4th World Conference on Physics Education) z motom »Skupaj sprejmimo spremembe« (Embracing changes together). V današnjem svetu, ko resnice ne ločimo od laži, generiranega prispevka od avtorskega, ideje od izmišljotine in tako dalje, postaja poučevanje predmeta, ki temelji na poskusih, kjer za V današnjem svetu, sklepanje obstajajo podatki, kjer so podatki ponovljivi, če so pridobljeni na enak način, izje- ko resnice ne ločimo mno težavno. Eden najpomembnejših ciljev poučevanja fizike postaja učenje razmišljanja. od laži, generiranega Fiziki »razmišljanje« razumemo kot skladnost razlag, njihovo preverljivost s poskusi, njihovo napovedno moč. Ne verjamemo v zgodbe samo zato, ker jih tisk mnogokrat ponovi ali jih sli- prispevka od šimo mnogokrat ponovljene v medijih. V tem smislu je naše delo Sizifovo. Razvajenim mož- avtorskega, ideje ganom je mnogo lažje vgraditi različna sporočila, ki niso v nasprotju s trenutno mrežo znanja od izmišljotine in v možganih, kot preurediti vso obstoječo mrežo tako, da bo mogoče vgraditi nova spoznanja. tako dalje, postaja Zato mnogi raje slišijo, da je Zemlja ploščata, in spodbujajo odpor proti cepljenju. poučevanje predmeta, ki temelji na poskusih, Kakorkoli, na konferenci so pomembna spoznanja predstavili plenarni predavatelji z daljšimi, kjer za sklepanje enournimi predavanji, npr. kako v poučevanje fizike vključevati klimatske spremembe. Vzpo- redno so potekale številne sekcije, kjer so predavatelji svoje raziskave predstavili v krajših, obstajajo podatki, kjer četrturnih predavanjih. Potekali so simpoziji oziroma skupna predavanja z istim skupnim so podatki ponovljivi, imenovalcem in številne praktične delavnice. če so pridobljeni na enak način, izjemno Med predavatelji je bilo tudi precej učiteljev na preduniverzitetni ravni, predvsem tistih, ki so težavno. pred udeležbo na konferenci sodelovali v treh projektih Erasmus+: Three Dimensions of Inquriy in Physics Education (2017–2020, 3DIPhE, koordinatorica Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta), Supporting Transitions Across Math and Physics Education (2020–2023, STAMPEd, koordi- natorica Dublin City University) in Remote Inquiry in Science Education (2021–2023, RISE, koordinatorica Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta). V teh projektih je bila mednarodna komunikacija zelo poudarjena, zato so si številni med nji- mi drznili predstaviti svoja spoznanja tudi neposredno na konferenci akademskega značaja, ena od sodelavk RISE pa je prejela tudi nagrado Sare Barbieri za odličnega učitelja, na kar smo še posebej ponosni. Poleg predavanj so mnogi učitelji imeli panelne predstavitve, nekateri pa celo delavnice. Tradicionalno so delavnice najbogatejši vir novih poskusov in idej za ekspe- rimentalno delo. Predavanja se pogosteje posvečajo teoretičnim raziskavam poučevanja fizike. Konference se je udeležilo sedem Slovencev. Štirje s Fakultete za matematiko in fiziko, dve s Pedagoške fakultete v Ljubljani ter ena učiteljica z Osnovne šole Kolezija. V svojih preda- Konference se je vanjih so predstavili pristope k poučevanju kvantne mehanike in učinkovitemu spremljanju udeležilo sedem laboratorijskih vaj (Faletič, 2024), večina preostalih prispevkov pa se je posvečala prenovi te- meljnih predmetov na enem od programov na Fakulteti za matematiko in fiziko (Mohorič, Slovencev. 2024; Mahne, 2024; Šarlah, 2024) oziroma so predstavljali rezultate raziskav, ki so potekale s sodelujočimi iz tujine (Štibi, 2024). Poleg predavanj je bil na delavnici predstavljen preprost poskus plavanja in taljenja ledu v dvoplastnem sistemu olja in vode, ki je bil do sedaj napačno analiziran (Amini Košmrlj, 2024). Fizika v šoli 61 Nekaj slikovnih utrinkov s konference ilustrira živahnost dogajanja. Slika 1: Velika dvorana med plenarnim predavanjem. Slika 2: Predavanja v manjših sekcijah, predava prejemnica nagrade Sare Barbieri in sodelujoča pri projektu RISE Joanna Biel-Kiepura. 62 Zanimivosti Slika 3: Delavnica o taljenju ledu v olju. Slika 4: Skupinska slika udeležencev konference. Vsi omenjeni prispevki so objavljeni v Zborniku razširjenih povzetkov konference 4th World Conference on Physics Education: Embracing changes together: Aug. 26–30, 2024, Kraków, Po- land, ki ga je leta 2024 izdala Jagelonska univerza v Krakovu. (a) Amini Košmrlj, Nina, Čepič, Mojca. Floating and Melting of Ice in Oil. (b) Faletič, Sergej, Michelini, Marisa, Pospiech, Gesche. Teaching and learning quantum en- tanglement. (c) Faletič, Sergej, Mahne, Nastja, Planinšič, Gorazd. Development and transferability of sci- entific abilities in an ISLE-based lab course. (d) Logman, Paul, Bearden, Ian, Alemani, Micol, Faletič, Sergej. Panel discussion on learning goals and their assessment in physics labs (e) Mahne, Nastja, Faletič, Sergej, Planinšič, Gorazd. Students change in attitudes towards group work: a case study of the ISLE-based reform. (f) Mohorič, Aleš, Faletič, Sergej, Šarlah, Andreja, Mahne, Nastja, Planinšič, Gorazd. Stu- dent-centred reform of an Applied physics program. (g) Mohorič, Aleš, Mahne, Nastja, Planinšič, Gorazd. Physics lab in the reformed Applied Physics program at the University of Ljubljana. (h) Šarlah, Andreja, Mohorič, Aleš, Planinšič, Gorazd. How experienced faculty change their teaching practices to fit into reformed courses. (i) Štibi, Ivana, Čepič, Mojca, Pavlin, Jerneja. The Rasch model in the role of assessing the characteristics of the group of students on the physics knowledge test. Fizika v šoli 63 Slovnica za učitelje matematike in fizike Peter Prelog, upokojeni učitelj fizike V reviji Fizika v šoli, 2. številka, leto 2023, na 14. strani, sem v Nalogi 9 prebral: »... če bi bila gostota dvakrat večja in … polmer dvakrat manjši …«. Pri tem se srečamo s težavo, s katero se, na žalost, tudi mnogi učitelji nočejo ukvarjati (»saj to ni pomembno …« itd.). Toda prav članek na drugi strani iste revije opozarja na to, kako sta pomembna način razlage in oblikovanje nalog za šolarje …! In v čem je problem? Primer: Janez ima 100 evrov, Tone ima 300 evrov, Miha pa 50 evrov. Primerjajmo ta števila! Slovenci pri tem v vsakdanjem govorjenju in pisanju uporabljamo dva načina: Prvi način: Tone ima trikrat več kot Janez. (300 = 3 · 100) Miha ima dvakrat manj kot Janez. (50 = 100/2) (n-krat več od x pomeni množenje z n: n · x, n > 1; n-krat manj od x pomeni deljenje z n: x/n, n > 1) (Pri množenju si lahko pomagamo tudi s »Tone ima trikrat toliko kot Janez« – toda to ni vsakdanje.) Drugi način: Tone ima dvakrat več kot Janez. (300 = 100 + 2 · 100) Miha ima …? (pol manj kot Janez?) (n-krat več od x pomeni prištevanje nx k začetni vrednosti: x + n · x = (n + 1)x) (Pomagamo si lahko s: Tone ima (za?, še?) dvakrat več … toda to ni vsakdanje) (n-krat manj od x pomeni odštevanje nx od začetne vrednost)?? x – n · x = (1 – n)x)? – to se nasploh ne uporablja! n = 1 Ali ima Tone (300) pogovorno trikrat ali dvakrat več kot Janez (100)? Nasploh se zdi vpraša- nje preneumno, da ne bi mogli nanj odgovoriti! In nikar (in to prav učitelji fizike, matemati- Ali ima Tone (300) ke) ne recite, da je to nepomembno, saj bi to morali otrokom pojasniti že pri najosnovnejšem pogovorno trikrat pouku o številih! Če piše v poročilu, da je včeraj padlo v Gazi 100 ljudi, danes pa dvakrat več ali dvakrat več kot – ali je to 200 ali 300? Janez (100)? Pa si mislimo: 100 padlih gor ali dol, saj mene to nič ne prizadene! To je sicer neumna in groba izjava, toda prav taka je naša (učiteljska) nemarnost pri reševanju osnovnega učnega in splošnega problema, številke niso vedno le učilniška pomembnost! Pred desetimi leti sem poskušal vzbuditi pozornost strokovnih kolegov s podobnim pisanjem v Obzornik (2013/3, 5, 2014/1), pa se mi ni posrečilo! Pedagogi – nič, slovničarji – nič, zato vse priznanje Ireni Swanson (matematičarka) in Marjanu Hribarju (fiziku), ki sta napisala svoje pomisleke. Irena Swanson je menila, da problema ni, zanjo je bil pravilen le drugi način! Morda bi se lahko strinjali z njo, toda poglejmo posledice na besedilu 9. naloge! Besedilo te naloge je pisano v prvem načinu, po drugem načinu »dvakrat manj« ne obstaja (torej tudi »dvakrat manjši polmer« ne, saj že »enkrat manj« kot 100 je 0 (100 – 1 · 100 = 0), 64 Učiteljev pogled »dvakrat manj« pa je potem negativno število)! Ob drugem načinu govorjenja – so tudi »tri- krat manj«, »stokrat manj«, … govorni nesmisli in se tako sploh ne sme govoriti (in pisati v besedila nalog)! »Dvakrat večja gostota« od ρ pa je ρ + 2 · ρ = 3ρ!! In še sladkorček za fizike – formula v drugem načinu: če je temperatura enkrat večja, se ener- gija poveča petnajstkrat!! (Tipično: ko je naš izobraženec videl ta stavek, ga je – poln znan- stveno-pravičniškega navdušenja – začel vsestransko popravljati. Dejansko sploh ni razumel, zakaj sem to napisal!) In če Janez zasluži 100, Tine (v drugem načinu) pa enkrat več (200), potem tudi ne smem reči, da direktor (1000) zasluži desetkrat več kot Janez – ampak samo devetkrat! Toda pristaši drugega načina ne govorijo tako, pa bi morali! Irena Swanson se sklicuje tudi na angleščino, ki naj bi zahtevala drugi način. Ta argument pa je seveda zelo tehten, saj – kot kaže – Slovenci brez angleščine ne bomo mogli preživeti! Zanimivo pa je, da izraz »enkrat več« (drugi način!) uporabljajo tudi uporabniki prvega na- čina (drugi način: 200 je »enkrat več« kot 100), saj je v prvem načinu 1 · 100 = 100 – to pa ni »več« kot 100! »Enkrat več« je nesmiselno v prvem načinu in smiselno v drugem – mi pa neprizadeto uporabljamo (in učimo!) oboje hkrati! Celo če bi se odločili za slabši način, bi to bilo še vedno boljše od tega, da hkrati uporabljamo dva protislovna načina primerjanja števil! Ali pa tudi vi mislite, da o tem ni potrebno razmi- šljati in predlagati rešitev? Ravnatelj in vodenje dela razrednikov Področja vodenja dela razrednikov, orodje za analizo stanja, scenarij za delavnico Dr. Tatjana Ažman in mag. Marina Pavčnik sta razdelili vloge in naloge ravnatelja pri vodenju dela razrednikov na šest področij, pripravili sta orodje za analizo stanja posameznega področja in scenarij za delavnico, s katero ravnatelj z razredniki in svetovalnimi delavci šolske svetovalne službe izvede strokovno razpravo in postavi cilje za izgradnjo vključujočega okolja za razvoj učencev. Na voljo brezplačno v PDF obliki v Digitalni bralnici ZRSŠ. https://www.zrss.si/pdf/ravnatelj_in_vodenje_dela_razrednikov.pdf