Fizica în grădiniță și în învățământul primar Teach article

Author(s): Werner Stetzenbach, Gabriele Stetzenbach

Tradus de Luminița Chicinas Inspectoratul Școlar Județean Cluj. În acest articol Werner și Gabriele Stetzenbach ne prezintă modul în care copiii din grădinițe și din învățământul primar descopră lumea fizicii avându-i ca mentori pe colegii lor mai mari din gimnaziu. De ce n-ai…

Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach

În ultimii ani a fost înregistrat un număr important de proiecte centrate pe modalități de valorificare a curiozității științifice a copiilor din grădinițe și din învățământul primar. În anul 2001, am lansat în Winnweiler o astfel de inițiativăw1 inițiativă care de atunci a fost extinsă, cu sprijinul unor sponsori, în întreaga Germanie. Împreună cu elevii de gimnaziu ai școlii în care lucrează Werner,”Wilhelm Erb”Gymnasiumw2 din Winnweiler am dezvoltat activități de predare a fizicii pentru copii cu vârsta cuprinsă între 4 și 10 ani. Împreună cu elevii de gimnaziu, în calitate de mentori, ne-am deplasat în grădinițe și în școlile primare și am efectuat împreună cu copiii de aici experimente pe subiecte cum ar fi: aerul, electricitatea, magneții, lumina, umbra, auzul, plutirea, fulegrul.

O colecție cu astfel de activități de prdare, experimente și informații ajutătoare suplimentare au fost publicate, în limba germană, într-o broșură (THINK ING, 2007). Majoritatea experimentelor, precum și o introducere generală în acest proiect sunt, de asemenea, disponibile pentru a fi descărcate în format .pdf în limba engleză de pe site-ul Science on Stage Germanyw3. Pe același site se găsesc instrucțiuni secvențiale pentru un set de experimente având ca subiect auzul, experimente care sunt adecvate atât pentru copiii din grădinițe cât și pentru cei din școala primară. Documentele .pdf conțin de asemenea și alte experimente prezentate și în această secțiune.

Atac asupra urechilor

Scopul acestui experiment este, pentru copii, de a înțelege funcționarea și importanța urechii astfel încât aceștia să reducă volumul dispozitivelor MP3 atunci când ascultă muzică pentru a preveni astfel, îmbolnăvirea / distrugerea propriului sistem auditiv. Folosind ca pretext o călătorie având ca punct de plecare o sursă sonoră și terminând cu urechea internă, în continuare sunt explicate producerea sunetului și anatomia urechii.

Ascultăm plimbându-ne

Organizați împreună cu copiii o plimbare pe coridoarele și prin curtea școlii sau grădiniței, copiii având o dată căștile puse pe urechi și o dată fără căști, pentru ca aceștia să expermenteze, să trăiască impresiile pe care le au atunci când își ”închid” auzul. Copiii vor învăța de asemenea despre pericolele la care sunt expuse (fie și numai parțial) persoanele cu deficiențe de auz.

Oare auzim chiar totul?

Urechea umană poate percepe sunete având de la 20 la 20 000 de oscilații pe secundă. Numărul de oscilații complete efectuate de un corp într-o secundă este numit frecvență. Pe măsură ce îmbătrânim, ne pierdem abilitatea de a auzi sunete cu frecvențe foarte înalte. Câinii pot auzi sunete de până la 35 000 oscilații pe secundă (35 kHz), iar liliecii pot auzi sunete chiar și mai înalte. Folosiți un fluier obișnuit și un fluier pentru câini pentru a da copiilor ocazia să compare sunetele emise de acestea. De regulă, sunetul produs de un fluier pentru câini este cuprins în domeniul 16 – 22 kHz față de frecvențele mai joase, sub 20 kHz, auzibile de către urechea umană (valoarea este orientativă, fiind în funcție de starea auzului fiecărei personae, este posibil chiar ca unii să nu audă nimic).

Ajustați volumul unui generator de semnal cu amplificator și difuzor la nivel mediu pentru o frecvență auzibilă. Modificați apoi frecvența la 50 kHz și apoi reduceți-o lent pornind de la această valoare. Solicitați copilului care anunță primul că aude ceva să descrie sunetul pe care îl aude (un fluierat foarte ascuțit).

Au urechile tale sunete favorite? O diagramă auditivă individuală

Prin testarea domeniului nostru personal de auz putem estima starea de sănătate a acestuia. Conectați un generator de semnal cu un osciloscop și un difuzor așa cum se observă în figură (vezi imaginea).

Clicați pe imagine pentru a o
mări
Pentru imagine, multumim
Nicola Graf

Utilizând generatorul de semnal se pot produce sunete cu frecvențe cuprinse între 250 și 16 000 Hz așa cum este ilustrat în Tabelul 1. Pentru a produce sunete comparabile asigurați-vă că acestea generează un ”front de undă” care să aibă o ”înălțime” egală cu cea observabilă pe osciloscop.

Solicitați fiecărui copil să completeze tabelul (care se poate, de asemenea, descărca de pe site-ul Science in School) și să înregitreze cum percep ei fiecare sunet: foarte tare, tare, potrivit, încet sau foarte încet. Modul de realizare al acestei sarcini de către copii poate fi surprinzător.

Pentru a ușura sarcina copiilor, se pornește de la 16 000 Hz și se efectuează comparații în perechi de sunete cu frecvențe măsurate învecinate de exemplu: ”Cum percepeți sunetul cu frecvența de 16 000 Hz? Acum ascultați sunetul cu frecvența de 8 000 Hz – cum îl percepeți pe acesta în comparație cu sunetul precedent?” și așa mai departe. De regulă, urechea umană are cea mai mare sensibilitate la frecvențele la care vorbim cotidian (cca. 200 – 3500 Hz).

Cu ajutorul elevului de gimnaziu-mentor (sau al profesorului) fiecare copil poate realiza graficul volumului perceput (de ex. tare = 8) în funcție de frecvența sunetului.

How do you perceive the sound? Sunetul 1 Sunetul 2 Sunetul 3 Sunetul 4 Sunetul 5 Sunetul 6 Sunetul 7
Cum percepi tu sunetul?
  16000 Hz 8000 Hz 4000 Hz 2000 Hz 1000 Hz 500 Hz 250 Hz
Foarte tare (10)              
Tare (8)              
Potrivit (5)              
Încet (3)              
Foarte încet (1)              
Diagrama auditivă a unei fete
în vârstă de 8 ani. Clicați pe
imagine pentru a o mări

Este util să efectuăm aceleași măsurători și cu adulții (de ex. profesorii sau părinții) deoarece pe măsură ce îmbătrânim auzim mai greu sunetele înalte. Puteți observa că atunci când aparatul TV funcționează, copiii pot auzi un zgomot, un fluierat foarte ascuțit în timp ce adulții nu îl aud deloc în aceleași condiții.

Cum ajunge sunetul în ureche? Lumânarea care se răsucește

Sunetele sunt transportate prin intermediul variațiilor de presiune ale aerului, adică se poate spune că sunetul deplasează particulele de aer. Mișcarea flăcării unei lumânări este utilizată pentru a ilustra acest lucru. Sunetele cu frecvență joasă pot chiar să stingă flacăra lumânării.

Materiale

  • CD player cu difuzor cu bași și la care cântă muzică techno
  • Lumânare și chibrituri
  • Pâlnie din hârtie
  • Tobă (bas) având deschisă partea din spate
  • Generator de semnal cu amplificator
  • Difuzor adecvat pentru frecvențe joase (cel puțin până la 100 Hz)
  • Cabluri

Mod de lucru

  1. Așezați lumânarea aprinsă în fața CD player-ului cu difuzor cu bași și la care cântă muzică techno. Flacăra va pâlpâi în ritmul muzicii. Dacă efectul nu este foarte vizibil, pentru a-l amplifica, utilizați o pâlnie din hârtie plasată între difuzor și lumânare și observați efectul în acest caz.
  2. Așezați lumânarea aprinsă în fața deschiderii efectuate în partea din spate a tobei (bas). Bateți în tobă pe partea opusă și urmăriți mișcarea flăcării sau dacă flacăra se stinge.
  3. Folosți cablurile pentru a conecta difuzorul la generatorul de semnal, apoi porniți-l pe acesta din urmă la frecvență joasă (100 Hz). Lumânarea se va stinge. Pentru a amplifica acest efect se poate utiliza o pâlnie din hârtie așezată între difuzor și lumânare.

Ce se întâmplă în ureche?

Folosiți un model al urechii realizat din material plastic sau din hârtie (care poate fi realizat anterior acasă) pentru a ilustra diferitele părți componente ale urechii, componente care vor fi explicate în următoarele experimente.

The outer ear: the auricle and eardrum

Pavilionul auricular captează sunetele ca și pâlnia de hârtie de mai sus. Folosiți o astfel de pâlnie din hârtie pentru a îmbunătăți auzul: șoptiți la un capăt al acesteia și observați modul în care pâlnia amplifică sunetul.

Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach
 

Urechea externă acționează ca un tub de orgă închis la un capăt, astfel încât aerul din interiorul său poate vibra. Această vibrație trece prin timpan, o membrană care se comportă ca o tobă și apoi printr-un sistem mecanic format din trei oscioare (oase mici).

Materiale

  • Difuzor cu bași
  • Generator de semnal cu amplificator sau CD player cu amplificator
  • Cabluri
  • Figurine ușoare din material plastic – gel

Mod de lucru

Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach

Cu ajutorul cablurilor conectați difuzorul cu bași la generatorul de semnal sau la CD player. Așezați câteva figurine pe difuzor. Urmăriți-le cum ”dansează” în ritmul vibrațiilor membranei difuzorului, membrană care joacă rolul timpanului.

Urechea mijlocie: oscioarele

Materiale

  • Două tamburine
  • Băț de bătut în tobă
  • Minge de tenis sau material plastic ușor legată de un fir
  • Tavă pentru copt (cu fund concav)
  • Ciocănaș din lemn sau un instrument similar din lemn
  • Bol
  • Folie de aluminium sau folie pentru acoperit
  • Boabe de orez sau cristale de zahăr

 

Clicați pe imagine pentru a o
mări

Mod de lucru

  1. Suspendați mingea de tenis sau bilele din material plastic ușor (acestea reprezintă oscioarele) în fața uneia dintre tamburine astfel încât acestea să atingă ușor suprafața (T2 în imaginea de mai jos). Bateți în cealaltă tamburină (T1, sursa de sunet) cu ajutorul bățului și urmăriți mișcarea mingii pe măsură ce undele sonore ajung la T2.
  2. Acoperiți bolul cu folia de aluminiu și presărați boabele de orez sau cristalele de zahăr deasupra. Țineți tava pentru copt aproape de bol, loviți-o cu ciocănașul de lemn și urmăriți saltul boabelor de orez sau al cristalelor de zahăr (acestea reprezetând de asemenea oscioarele).

Urechea internă: cochlea

Clicați pe imagine pentru a o
mări
Pentru imagine, multumim
Nicola Graf

Nervii auzului sunt situați în celulele ca niște fire ale cochleei. Sunetul (variații în presiunea aerului) provoacă mișcarea firelor, ceea ce determină transmiterea informației la creier. Cu cât sunetul este mai putenic cu atât firele se mișcă mai tare (cu o amplitudine mai mare). Zgomotele foarte puternice pot chiar distruge, în mod real, celulele filiforme.

Un tub de sticlă este utilizat ca model pentru o cochlee desfășurată. Praful de cretă sau praful de talc presărat în interiorul tubului reprezintă celulele filiforme.

Clicați pe imagine pentru a o
mări
Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach

Materiale

  • Tub de sticlă
  • Praf de cretă sau de talc
  • Două suporturi (vezi imaginea)
  • Generator de semnal
  • Difuzor
  • Cabluri

Mod de lucru

  1. Umpleți partea inferioară a tubului de sticlă cu praf de cretă sau de talc și apoi montați-l în poziție orizontală pe suporturi.
  2. Cu ajutorul cablurilor conectați difuzorul la generatorul de semnal și așezați-l în fața unei deschideri a tubului de sticlă.
  3. Reglați frecvența sunetului (în funcție de lungimea tubului) până în momentul în care tubul intră în rezonanță și pune într-o mișcare vizibilă praful (pentru o lungime oarecare dată, există mai multe frecvențe la care se produce fenomenul de rezonanță). Această mișcare modelează mișcarea celulelor filiforme din ureche.

 

Realizați un proiect similar împreună cu elevii dvs

Elevii de gimnaziu au o perspectiă diferită față de cea a profesorilor lor, ceea ce poate fi foarte util în situațiile în care avem de a face cu copii mici și asta deoarece elevii de gimnaziu pot fi acceptați mai ușor ca ”frați sau surori mai mari”. Elevii de gimnaziu implicați în proiectul nostru au beneficiat foarte mult din această experiență: au învățat cum să realizeze prezentări în fața unui auditoriu, au devenit mai încrezători și și-au îmbunătățit modul de auto-organizare – toate acestea fără presiunea unei situații standard dată de sala de clasă. În plus, ei au avut acces la informații la prima mână referitor la munca profesorilor, educatorilor, oamenilor de ștință și inginerilor.

Este bine ca o astfel de echipă de mentori să fie formată din 4 – 5 elevi de gimnaziu coordonați de un profesor. Într-o secvență inițială de brainstorming, lăsați elevii să vină cu propriile lor idei; acest lucru îi va motiva pentru a fi foarte creativi. Este posibil ca elevii să considere folositor să consulte cărți și site-uri web cu activități de învățare similare. Dacă fiecare elev este lăsat să lucreze pe un aspect distinct al temei, atunci pot fi implicați mai eficient mai mulți elevi cu diferite abilități, distincte, specifice fiecăruia. Profesorul are rol de moderator al întâlnirilor de lucru, pune la dispoziție materialele necesare pentru realizarea experimentelor și îi ajută pe elevi să realizeze efectiv experimentele.

Pentru a inspira amuzamentul și curiozitatea experimentele ar trebui să fie ușor de realizat și, în mod ideal, ar trebui să implice mai multe semnificații științifice deodată. Atunci când copiii mici sunt capabili să experimenteze ei înșiși cel mai adesea ei își exprimă și își testează propriile idei.

Este important să se realizeze contacte cu potențiali parteneri de proiect (grădinițe sau școli primare) încă de la primii pași ai derulării acestuia. În timp ce grădinițele tind să fie deschise față de multe subiecte științifice, în cazul experimentelor pentru elevii din învățământul primar este nevoie să se respecte conținutul noțional din curriculum-ul pentru științele naturii și din programele școlare corespunzătoare.

Solicitați elevilor de gimnaziu să-și prezinte fiecare proiectul propriu altor colegi pentru ca astfel să obțină sugestii de îmbunătățire din partea tuturor membrilor echipei. Nu uitați să verificați în prealabil experimentele cu copii de vârsta celor din grupul țintă pentru a putea estima timpul necesar desfășurării optime a acestora. Dimensiunea cea mai potrivită a grupului de copii este de până la șapte. Din experiența noastră am constatat că fiecare activitate necesită cca 25 – 60 minute deși noi nu am prestabilit o limită de timp.

Activitățile pot necesita mai mult timp decât intervalul estimat deoarece, uneori, copiii solicită să repete o secvență care le-a plăcut în mod deosebit. Țineți minte faptul că unui copil îi place să refacă mici experimente acasă sau să ia parte la mici competiții în care se oferă premii sub formă de dulciuri din recipiente amuzante.
Mai ales atunci când experimentează ei înșiși elevii din învățământul primar nu întâmpină nicio dificultate în a se concentra un timp îndelungat, chiar până la două ore fără a face pauză. Înainte de a reorganiza grupurile sau de a începe un nou experiment distribuiți mici gustări sau băuturi răcoritoare pentru a marca pauza.

Și nu uitați, dacă aceasta este o experiență nouă pentru toți cei implicați, este posibil să existe rezerve de ambele părți (copiii de grădiniță sau învățământ primar și echipa formată din elevii de gimnaziu). Oricum, dacă discutați posibile, potențiale dificultăți pe durata vizitei pregătitoare atunci astfel de situații pot fi depășite cu ușurință.

 

References

  • THINK ING (2007) Physik in Kindergarten und Grundschule II. Köln, Germany: Deutscher Institutsverlag. ISBN: 9783602147816

Web References

  • w1 – Pentru a afla mai multe în legătură cu prioectul național german Fizica în grădinițe și în învățământul primar vizitați: www.think-ing.de/index.php?node=1218
  • w2 – Pentru mai multe informații despre ”Wilhelm Erb” Gymnasium Winnweiler vizitați: www.weg-winnweiler.de
  • w3 – Pentru a descărca documentele în limba engleză, vizitați: www.science-on-stage.de/index.php?p=3_15&l=en
  • w4 – Tabelul 1 poate fi descărcat în format Word aici
  • w5 – Science on Stage reunește profesori care predau discipline științifice în întreaga Europă cu scopul de a-și împărtăși exemple de bună practică în predare. Lansat în anul 2000 ca Physics on Stage, proiectul a fost lărgit în 2003 pentru a cuprinde și celelalte științe al naturii: chimia, biologia. Science on Stage Germania organizează numeroase activități în Germania și găzduiește biroul Science on Stage Europa. Pentru mai multe informații vizitați: www.science-on-stage.de

Resources

  • ”Plimbare ” în jurul cochleei” este un website actualizat în mod regulat și oferă informații de bază și sugestii de predare referitor la sistemul auditiv. A se vedea: www.cochlea.org
  • Universitatea Skidmore, NY, SUA oferă o colecție utilă de legături pentru predarea urechii și a sistemului auditiv: www.skidmore.edu/~hfoley/Perc9.htm#teach
  • O animaţie drăguţă a deplasării undelor sonore în aer poate fi găsită aici: www.sensory-systems.ethz.ch/Lectures/Auditory/Auditory_Animations_1.htm
  • Website-ul Institutului Medical Howard Hughes oferă un raport asupra cercetărilor recente efectuate asupra simţurilor noastre, incluzând fasciculele oscilante care ne permit să auzim şi să localizăm un şoarece prin sunetul pe care acesta îl produce. A se vedea: www.hhmi.org/senses
  • Website-ul Ştiinţa neuronală pentru Copii explică modul în care funcţionează simţul auzului şi cuprinde unele experimente şi auxiliare curriculare: http://faculty.washington.edu/chudler/bigear.html
  • Secţiunea “Cum funcţionează corpul?” de pe website-ul Despre sănătatea copiilor (Răspunsuri de încredere din partea spitalului de copii) conţine o explicare a urechii, incluzând o diagramă interactivă a sistemului auditiv. A se vedea: www.aboutkidshealth.ca sau se poate folosi legătura directă: http://tinyurl.com/yzzt5bv
  • Website-ul organizaţiei SEDL de cercetare în domeniul educaţiei oferă planuri de lecţie online pentru predarea celor cinci simţuri. A se vedea: www.sedl.org/scimath/pasopartners

Author(s)

Werner Stetzenbach este licenţiat în Fizică şi are o experienţă bogată de predare a Fizicii la nivel gimnazial. El este coordonatorul claselor a şasea şi expertul şcolii pe domeniul didactic (Studiendirektor) la “Wilhelm Erb” Gymnasium. De asemenea, el face parte din grupul de lucru “Fizica în grădinţe şi în învăţământul primar” din cadrul Science on Stage Germaniaw5 şi a organizat până în acest moment mai mult de 25 de cursuri de formare pentru învăţători şi educatoare. De asemenea el a organizat peste 50 de workshop-uri şi cursuri de formare pentru profesorii de fizică din şcoli gimnaziale cu tema: Fizica în viaţa de zi cu zi: costuri reduse, experimente practic-aplicative de înaltă tehnologie.

Gabriele Stetzenbach este asistent medical. Rolul său în proiect a fost acela de a se asigura că experimentele sunt adecvate grupului de vârstă ales şi de a ajuta elevii de gimnaziu în realizarea practică a aranjamentelor experimentale. Ea a coordonat de asemenea colectarea feedback-ului referitor la proiect şi a jucat un rol major în a se asigura că proiectul este extins la nivel naţional.

Review

Acest articol reprezintă o modalitate inovatoare şi stimulativă de a introduce ştiinţa în rândul copiilor de vârstă mică. Experimentele sunt simple dar suficient de eficiente pentru a explica modul în care funcţionează urechea. Într-o perioadă în care utilizarea căştilor este în creştere proiectul poate fi utilizat pentru a evidenţia modul în care urechea poate fi distrusă cu uşurinţă şi ce se întâmplă în acest caz.

Articolul poate fi utilizat de către două audienţe distincte: prima este constituită din învăţători şi educatoare. Aceştia pot utiliza la clasă experimentele detaliate din acest articol, precum şi activităţile suplimentare dezvoltate în cadrul proiectului (disponibile online). Este posibil ca unii învăţători şi educatoare să considere experimentele dificile deoarece nu au o formare iniţială ştiinţifică adecvată; această problemă poate fi depăşită printr-o pregătire anterioară, cu ajutorul fizicianului specialist sau cu asistenţa elevilor de gimnaziu pregătiţi în prealabil aşa cum s-a realizat şi în acest proiect. Materiale informative suplimentare sunt indicate în secţiunea “Resurse”.

Pentru profesorii de fizică, acest articol oferă detalii referitor la modul în care aceştia pot proiecta şi gestiona proiecte similare cu şi pentru elevii lor. Dacă sunt implicaţi elevii de gimnaziu atunci un astfel de proiect poate fi foarte motivant pentru aceştia şi îi poate ajuta să crească şi să devină adulţi mai responsabili.

Experimentele sunt ideal de folosit pentru a promova ştiinţa în grădiniţe/învăţământul primar şi de asemenea pot fi folosite în proicte ştiinţifice integrate. Experimentele sunt utile pentru orele de biologie pentru a preda cunoştinţe despre ureche şi auz, pentru orele de fizică pentru a preda transmiterea sunetului, urechea ca aplicaţie din viaţa reală a transmiterii sunetului sau a curăţirii cu ajutorul ultrasunetelor (îndepărtarea particulelor de murdărie în loc de figurinele din material plastic care ”dansează”).

Paul Xuereb, Malta

License

CC-BY-NC-SA