Zmeny prírodovedného vzdelávania na SŠ - nevyhnutnosť zmien výučby na VŠ DIDFYZ 2010 Oľga Holá, Vladimír Lukeš S L O V E N S K Á T E C H N I C K Á U N I V E R Z I T A V B R A T I S L A V E Fakulta chemickej a potravinárskej technológie S L O V A K U N I V E R S I T Y O F T E C H N O L O G Y I N B R A T I S L A V A Faculty of Chemical and Food Technology

1 ÚVOD Zmeny vo vzdelávacích programoch základných a stredných škôl SR – - preferencia humanitných predmetov - zníženie časovej dotácie prírodovedných predmetov - variabilita v učebných osnovách → nedostatočné vedomosti z matematiky a fyziky pre štúdium na VŠ technického smeru → nehomogenita vedomostí nielen z rôznych typov škôl (gymnáziá, SOŠ...), ale aj škôl rovnakého druhu (napr. gymnáziá)

Zmeny vo výučbe matematiky a fyziky na VŠ technického zamerania - zníženie časovej dotácie základných kurzov matematiky a fyziky - redukcia, resp. úplné zrušenie laboratórnych cvičení z fyziky - suplovanie stredoškolskej učebnej látky

2 Súčasnosť výučby fyziky na FCHPT PREDMET „FYZIKA“ Proseminár z fyziky Laboratórne cvičenia z fyziky I, II Prednášky a výpočtové cvičenia z Fyziky I, II Základný kurz fyziky - súčasť štúdia všetkých študijných programov bakalárskeho štúdia na FCHPT s rozdielnou výmerou hodín prednášok, výpočtových a laboratórnych cvičení.

Problémy: Diametrálne rozdiely vstupných vedomostí zo SŠ matematiky a fyziky – podľa typu škôl (napr. obch. akadémie – nemali fyziku vôbec) Všeobecne veľmi slabé vedomosti zo SŠ a zhoršujúca sa úroveň vstup. vedomostí Súbežnosť vš kurzu matematiky a fyziky v 1. semestri – suplovanie matematiky na fyzike zmenšovanie výmery hodín fyziky Dobrovoľné niekoľkodňové prípravné kurzy z mat., fyz., chémie - pred začiatkom výučby 1.sem.

2.1 Proseminár z fyziky Voliteľný predmet Repetitórium SŠ fyziky Cieľ – vyrovnať nehomogénnosť stredoškolských vedomostí z fyziky LMS Moodle – samotestovanie študentov, – tvorba skúšobných testov, (úspešné absolvovanie je povinné pre účasť na skúške z vysokoškolského kurzu fyziky)

Príklady vstupných testov 1. Fyzikálnou jednotkou pre silu je: a) kg.m.s–2 b) kg.m.s–1 c) 1 newton d) kg.m.s1 2. Základnou fyzikálnou jednotkou pre účinnosť je: a) bez jednotiek b) kg.m2.s–3 c) iná jednotka d) kg.m2.s1 3. 10 kW.h zodpovedá hodnote: a) 10 W b) 36 106 W c) 36 106 J d) 36 MN 4. Akú rýchlosť dosiahne teleso, ktoré padá voľným pádom 2 s (počiatočná rýchlosť bola 0 m/s a ťiažové zrýchlenie uvažujte 10 m.s–2)? a) 20 m/s b) 35 m/s c) 40 m/s d) 15 m/s 5. Aká je hmotnosť telesa, keď jeho rýchlosť je 2 m/s a hybnosť je rovná 4 kg.m.s–1? a) 1 kg b) 2 kg c) 4 kg d) 16 kg 6. Perióda pri rovnomernom kruhovom pohybe má značku: a) f b) w c) T d) j 7. Vektory sily F1 a  F2 zvierajú uhol α = π. Veľkosť vektora F1  je 5 N,  vektora F2 2 N. Aká je veľkosť výsledného vektora F, keď F = F1- F2?: a) 5 N b) 3 N c) 7 N d)12 N 8. Ak bod A má súradnice (3, 2) a bod B súradnice (3, 1), potom zápis vektora a = AB v zložkovom tvare je: a) a = 0 b) a = -1 i c) a = 6i + 3j d) a = -1 j

Príklady vstupných testov 9. Keď závažie má hmotnosť 2 kg, do akej pozície sa má zavesiť závažie s hmotnosťou 4 kg, aby bola páka v rovnováhe? a) C b) D c) E d) F 10. Akú prácu vykoná tlaková sila F = 2 i – 3 k v N, ak vektor posunutia piestu je Δr = i + 3 j v m. a) -7 J b) 3 J c) 2 J d) J 11. Pre sily pôsobiace na piesty v hydraulickom lise s nerovnakými prierezmi piestov (S1 > S2) platí: a) F1/F2 = S1/S2 b) F1/F2 = p2/p1 c) F1S1 = F2S2 d) p1/p2 = S1/S2 12. Je daný vektor sily F = k v N a vektor pre rameno pôsobiacej sily r = 4 j v m, čomu sa rovná vektor momentu sily? a) 4 i N.m b) 4 N.m c) 5 N.m d) - 4 i N.m 13. Voda v U-trubici má výšku h = 0,20 cm a olej h1 = 0,25 cm. Aká je hustota oleja, keď hustota vody je 1 g/cm3? a) 500 kg.m–3 b) 800 kg.m–3 c) 1000 kg.m–3 d) 1250 kg.m–3 14. Ako znie Pascalov zákon? a) Teleso úplne ponorené do kvapaliny je nadľahčované silou, ktoré sa rovná tiaži kvapaliny telesom vytlačenej. b) Pôsobením vonkajšej tlakovej sily na voľnú hladinu kvapaliny v uzavretej nádobe vznikne na niektorých miestach kvapaliny rovnaký tlak. c) Pôsobením vonkajšej tlak. sily na voľnú hladinu kvapaliny v uzavretej nádobe vznikne vo všetkých miestach kvapaliny rovnaký tlak. d) Teleso úplne ponorené do kvapaliny je zatlačené silou, ktoré sa rovná tiaži kvapaliny telesom vytlačenej.

Problémy: algebrické úpravy – sčítanie a odčítanie zlomkov, zložené zlomky, úprava rovníc, lineárne rovnice s 1, 2 neznám.) práca s vektormi (sčítanie, odčítanie, problémy so skalárnymi a vektorovými súčinmi) - premieňanie fyz. jednotiek do SI rozmerová analýza neznalosť kreslenia grafov (kvalitat. aj kvantit., znázornenie lineárnej závislosti... )

2.2 Vysokoškolský kurz fyziky Súbežnosť vš kurzu mat. a fyziky → v rámci fyziky prednášame vektorový počet, základy diferen. a integrálneho počtu opätovný presun fyziky do 2. semestra Redukcia časovej výmery pridanie „dobrovoľnej“ 1 vyuč. hodiny k základnej 1h výmere výpočt. cv. redukcia obsahu učiva zníženie úrovne výučby aj požiadaviek na skúšku

Fyzika – ťažký a neobľúbený predmet → presúvanie skúšky až do 6 Fyzika – ťažký a neobľúbený predmet → presúvanie skúšky až do 6. semestra Zefektívnenie a zatraktívnenie výučby fyziky : IKT v prednáškach powerpointové prezentácie s vlastnou animáciou prezentácia grafov, scanovaných obrázkov a fotografií, animované ukážky z multimediálnych CD a Internetu, applety z multimediálnych CD a Internetu, vlastné – súčasť e-učebnice z fyziky (M.Ožvoldová a kol.) CD „Neubauer: Animovaná fyzika“ využitie softvéru Coach, videoklipy a videofilmy

Videoklipy a videofilmy free“ z Internetu, spolupráca s FMFI UK: videomerania v prostredí Coach (K. Holá) videofilmy, záznamy z videokonferencií vlastná tvorba videoklipov a videofilmov rôzne iné zdroje – (profesionálne krátke filmy)

COACH ako demonštračný prostriedok

demonštrácia bežných situácií zo života pomocou videoklipov možnosť pozorovania videoklipu a stopy trajektórie v rovnakých časových intervaloch súčasné pozorovanie grafu meranej závislosti ako aj grafov derivácie alebo integrálu danej krivky možnosť rýchleho výpočtu smernice grafov (v  a) možnosť prerušenia, opakovania, spomaľovania alebo zrýchľovania prehrávania videoklipov

I. blok kinemat. analýzy videosnímkov Rovnomerné, rovnomerne zrýchlené a spomalené pohyby priamočiare a krivočiare: pohyb cyklistu - (zrýchlený a spomalený, v(t), s(t)  a) pohyby protiidúcich áut (porovnanie v1=konšt, v2=at, miesto a čas stretnutia) pohyb ručičiek nástenných hodín (meranie (t)  , v) voľný pád (volejbalová lopta) šikmý vrh (hod basketbalovou loptou) pád v odporujúcom prostredí (pád papierového košíčka)

II. blok kinemat.analýzy videosnímkov Mechanika tuhého telesa, gravitačné pole, kmity. pohyb kozmonauta na Mesiaci (výpočet g ) pohyb ťažiska skokana do výšky (3-segmentový model) pružné zrážky (puky na vzduchovom stole, biliardové gule, ZZH, ZZE) nepružné zrážky áut (ZZH) premena energie pri skokoch na trampolíne premena energie pri pohybe lunaparkovej lode (Ep,Ek)

Vlastná tvorba – „Videofilmy zo sveta fyziky alebo fyzika okolo nás“ Rádioaktivita Elektrostatické pole Pohybová rovnica Zotrvačné sily Vrhy Magnetizmus Naše Slnko

2.3 Laboratórne cvičenia Experiment ↔ základ fyziky! LC - najviac postihnuté reformou – časová dotácia sa znížila na polovicu → 2 h týždenne 1 semester - maximálne 10 lab. úloh - súbežnosť s Fyzikou 1 –t.j. mechanikou - ťažkosti so zaradením úloh z elektriny a magnetizmu Študenti nezvládnu ohodnotenie neistôt meraní – (štatistické spracovanie nameraných hodnôt, resp. triedy presnosti prístrojov)

Využitie PC PC – v minulosti - v každej aktivite: získavanie experimentálnych dát, vytváranie tabuliek, výpočty fyzikálnych veličín, kreslenie grafov, fitovanie kriviek  zručnosť práce s PC,  stratila sa fyzika PC – dnes prostriedok na mat. spracovanie dát

3 Budúcnosť výučby fyziky na FCHPT a VŠ technického smeru Čo prinesie reforma výučby prírodovedných predmetov na SŠ? Obávame sa, že prinesie: všeobecné zhoršenie vedomostí z matematiky, fyziky a chémie (kvantitatívne aj kvalitatívne), zhoršenie experimentálnych návykov zhoršenie analytického myslenia a logiky uvažovania preferovanie memorovania zväčšenie rozdielov v úrovniach vedomostí z rôznych typov škôl, ale aj medzi maturantami z rovnakého typu školy

3 Budúcnosť výučby fyziky na FCHPT a VŠ technického smeru Majú VŠ povinnosť zjednotiť, doplniť, nahradiť nedostatočné a rôznorodé vstupné vedomosti stredoškolákov? Riešenie vidíme: zavedením povinného nultého ročníka pred vstupom na technické vysoké školy prijímacími pohovormi z matematiky a fyziky zvýšením časovej dotácie základných kurzov matematiky a fyziky na VŠ

Ďakujem za pozornosť! Táto práca bola podporovaná Agentúrou APVV LPP-0230-09.