Planowanie i przeprowadzanie eksperymentów oraz

autor: Bartłomiej Piotrowski
Planowanie i przeprowadzanie eksperymentów
oraz umiejętne formułowanie wniosków
Nikomu nie trzeba wyjaśniać, jak ważnym elementem w procesie nauczania fizyki jest
przeprowadzanie eksperymentów. Podkreśla to bardzo wyraźnie podstawa programowa,
a zadania dotyczące eksperymentów pojawiały się na egzaminie gimnazjalnym zarówno
w 2012, 2013, jak i w obecnym roku. Łatwo możemy odszukać szereg publikacji na temat roli
doświadczeń w nauczaniu fizyki (np. bardzo ciekawy artykuł Doświadczenia to nie dodatek
w magazynie dla nauczycieli fizyki z wiosny 2013 r., który jest dostępny w wersji cyfrowej
na stronie Nowej Ery).
Lista doświadczeń, które są obowiązkowe w gimnazjum, jest dobrze znana. Warto
natomiast zwrócić uwagę na poszczególne elementy, które składają się na prawidłowo
przeprowadzony eksperyment. Są to:

zaplanowanie eksperymentu,

właściwe jego wykonanie,

poprawne sformułowanie wniosków wynikających z eksperymentu.
O tym, że właściwe planowanie eksperymentu oraz odpowiednia interpretacja uzyskanych
wyników są niezwykle ważne, świadczą także zapisy w podstawie programowej z fizyki
dotyczące wymagań przekrojowych na III etapie nauki tego przedmiotu. Zgodnie z nimi uczeń
powinien:

opisywać przebieg i wynik przeprowadzanego doświadczenia, wyjaśniać rolę użytych
przyrządów, wykonywać schematyczny rysunek obrazujący układ doświadczalny;

wyodrębniać zjawisko z kontekstu, wskazywać czynniki istotne i nieistotne dla wyniku
doświadczenia;

planować doświadczenie lub pomiar, wybierać właściwe narzędzia pomiaru; mierzyć:
czas, długość, masę, temperaturę, napięcie elektryczne, natężenie prądu.
www.nowaera.pl
[email protected]
Strona 1
autor: Bartłomiej Piotrowski
Od pierwszych lekcji fizyki, gdy omawiana jest rola eksperymentu, należy zwracać uwagę
na staranne przygotowanie doświadczeń. Bez podstawowych informacji na temat tego, jak,
co i za pomocą jakich przyrządów chcemy zmierzyć, może pojawić się chaos, a eksperyment
fizyczny będzie się kojarzył uczniom bardziej z widowiskowymi pokazami przedstawianymi
w programach popularno-naukowych niż z metodą naukową.
Warto przed wykonaniem doświadczenia przeprowadzić z uczniami dyskusję o tym, jakie
wielkości fizyczne będziemy musieli wyznaczyć oraz jakie przyrządy do tego wykorzystamy.
Można podczas niej zwrócić uwagę, że w niektórych doświadczeniach otrzymanie
ostatecznego wyniku wymaga pomiarów pośrednich (np. do określenia prędkości ruchu
jednostajnego potrzebny jest pomiar odległości i czasu, a do wyznaczenia oporu
elektrycznego ‒ pomiar napięcia i natężenia). Na początku można także zapytać uczniów,
jakie czynniki są istotne w przebiegu danego eksperymentu i znacząco wpływają na jego
wynik, a jakie możemy w zupełności pominąć w danym doświadczeniu. Dzięki takiemu
podejściu uczniowie nauczą się nie tylko rozwiązywać zadania dotyczące 14 obowiązkowych
eksperymentów, ale również planować i opisywać inne proste eksperymenty.
Przykładem zadania dotyczącego planowania eksperymentu może być zadanie 14
w arkuszu badań diagnostycznych z przedmiotów przyrodniczych z 2011, który można
znaleźć na stronie CKE:
http://archiwum.cke.edu.pl/index.php?option=content&task=view&id=1071&Itemid=2
Uczeń, który zna zastosowanie przyrządów pomiarowych wymienionych w zadaniu oraz wie,
jakie wielkości fizyczne należy zmierzyć, bez problemu udzieli poprawnej odpowiedzi.
Jeśli wiemy, jakie wielkości fizyczne należy wyznaczyć i z jakich przyrządów
skorzystać, warto omówić z uczniami, krok po kroku, przebieg całego eksperymentu. Można
posłużyć się prostym schematem, na którym zilustrujemy poglądowo układ doświadczalny
oraz ‒ jeśli to konieczne ‒ kolejne etapy wykonywania doświadczenia.
www.nowaera.pl
[email protected]
Strona 2
autor: Bartłomiej Piotrowski
Zadanie dotyczące planowania eksperymentu i wykonywania poszczególnych
czynności w odpowiedniej kolejności pojawiło się na egzaminie gimnazjalnym w 2013 roku:
http://archiwum.cke.edu.pl/index.php?option=content&task=view&id=1172&Itemid=2
Istotną rolę podczas przeprowadzania eksperymentu odgrywa umiejętność
właściwego korzystania z przyrządów. W niektórych przypadkach niewłaściwe ich użycie
doprowadzi jedynie do błędnego wyniku, w innych ‒ przyrząd może ulec zniszczeniu
(np. amperomierz, w którym ustawiono zbyt mały zakres pomiaru natężenia). Bardzo
ciekawym zadaniem sprawdzającym zarówno planowanie doświadczenia, jak i umiejętne
wykorzystanie przyrządów pomiarowych jest zadanie 15 z arkusza egzaminacyjnego z 2012
roku dotyczące pomiaru mocy żarówki:
http://archiwum.cke.edu.pl/index.php?option=content&task=view&id=1089&Itemid=2
Uczniowie w większości przypadków wiedzą, że trzeba wykorzystać woltomierz oraz
amperomierz (należy dokonać pomiaru napięcia i natężenia, gdyż obie te wielkości fizyczne
występują we wzorze na moc prądu elektrycznego). Zadanie jest jednak tak sformułowane,
że wymaga dodatkowej wiedzy na temat tego, jak podłączyć oba przyrządy, aby poprawnie
wykonać pomiar potrzebnych wielkości fizycznych. Jeśli znajdziemy nieco dodatkowego
czasu na lekcji, warto zademonstrować uczniom, co stanie się w przypadku niewłaściwego
zbudowania układu pomiarowego. Przykład ten pokaże, że bez wcześniejszego zaplanowania
doświadczenia i omówienia schematu układu doświadczalnego łatwo o pomyłkę i uzyskanie
błędnych wyników. Podczas przeprowadzania samego eksperymentu należy przypomnieć
o niepewności pomiarowej oraz o tym, w jaki sposób można ją minimalizować.
Kolejną bardzo ważną umiejętnością jest właściwe formułowanie wniosków
z eksperymentu ‒ zarówno tych dotyczących opisu ilościowego, jak i jakościowego. Często
pomyłki uczniów wynikają z nieznajomości tego, jakie wielkości fizyczne są od siebie zależne
i w jaki sposób. Zdarza się, że uczniowie we wnioskach nie potrafią poprawnie dopasować
www.nowaera.pl
[email protected]
Strona 3
autor: Bartłomiej Piotrowski
skutku do przyczyny (wiedzą, jakie wielkości fizyczne wyznaczali lub jakie prawa badali, ale
nie potrafią wyciągnąć poprawnych wniosków). Takie błędne rozumowanie można czasem
porównać do stwierdzenia, że najbardziej niebezpiecznym miejscem dla człowieka jest łóżko,
gdyż umiera w nim ponad 90% wszystkich ludzi.
Zadania dotyczące wyciągania wniosków z eksperymentów pojawiły się na
przykładowym arkuszu egzaminacyjnym przygotowanym przez CKE:
http://archiwum.cke.edu.pl/index.php?option=content&task=view&id=1065&Itemid=2
(zadanie 18 ‒ badanie drgań wahadła). Zadanie dotyczące odpowiedniego dopasowania
skutku do przyczyny pojawiło się też na arkuszu egzaminacyjnym w roku 2013 (zadanie 15 ‒
drgania struny).
Podsumowując: dokładne omówienie i zaplanowanie eksperymentu oraz szczegółowa
analiza uzyskanych w eksperymencie wyników nie tylko lepiej przygotowuje uczniów do
pytań egzaminacyjnych, ale pozwala na bardziej dogłębne zrozumienie roli eksperymentu
w fizyce oraz poznanych w eksperymentach praw. Procedury wykonywania doświadczeń
oparte na precyzyjnym planowaniu i rzetelnym podejściu do otrzymanych wyników, a także
umiejętność właściwego wykorzystywania przyrządów pomiarowych mają znaczenie
zarówno na lekcjach fizyki, jak i na innych zajęciach matematyczno-przyrodniczych, np. na
biologii konieczne jest dokładne zaznajomienie się z obsługą mikroskopu i przygotowanie
preparatu wg określonej procedury, na lekcjach chemii ‒ dodawanie składników
chemicznych w określonej kolejności itp. Umiejętność właściwego planowania i wyciągania
wniosków przydaje się zresztą nie tylko na przedmiotach przyrodniczych, ale także
w przyszłym dorosłym życiu prywatnym i zawodowym. Bez odpowiedniego przygotowania
każde bardziej skomplikowane przedsięwzięcie, jak np. długa podróż, projekt biznesowy czy
remont mieszkania, może być skazane na klęskę.
www.nowaera.pl
[email protected]
Strona 4