Imię i nazwisko autora:

Jan Pluta

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Jak dopasować prostą do wyników pomiarów

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
9) dopasowuje prostą do danych przedstawionych w postaci wykresu; interpretuje nachylenie tej prostej i punkty przecięcia z osiami.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
9) dopasowuje prostą do danych przedstawionych w postaci wykresu; interpretuje nachylenie tej prostej i punkty przecięcia z osiami.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. objaśni jakościowo, na wybranym przykładzie, pojęcie korelacji pomiędzy dwiema mierzalnymi cechami badanego układu,

2. zinterpretuje wynik hipotetycznego pomiaru zależności masy drutu od jego długości,

3. dopasuje prostą do punktów pomiarowych na podstawie wizualnej oceny jej przebiegu na wykresie,

4. oszacuje współczynnik kierunkowy dopasowanej prostej i objaśni jego sens fizyczny

5. porówna tak uzyskany wynik z wynikiem wzorcowym, uzyskanym z zastosowania metody najmniejszych kwadratów.

Strategie nauczania:

strategia odwróconej klasy; nauczanie przez dociekanie IBSE

Metody nauczania:

- wykład informacyjny,

- analiza pomysłów.

Formy zajęć:

praca wspólna oraz w grupach dwuosobowych

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem i oprogramowaniem typu arkusz kalkulacyjny, przygotowanym do przyjęcia wyników uzyskiwanych przez uczniów.

Materiały pomocnicze:

dostęp do materiałów z Internetu, wydruki wykresu (zamieszczony na końcu) dla każdej grupy, linijki, ołówki, gumki.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Na poprzedniej lekcji nauczyciel zlecił uczniom zapoznanie się z trzema pierwszymi częściami e‑materiału, w tym z wykonaniem proponowanego obliczenia.

Nauczyciel, nawiązując do wprowadzenia oraz zasadniczej treści e‑materiału, prosi uczniów o omówienie naukowego znaczenia słowa korelacja pomiędzy zmiennymi. W razie potrzeby uzupełnia lub uściśla podstawowe pojęcia.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel przedstawia uczniom wykres, będący wynikiem hipotetycznego pomiaru zależności masy od długości dla trzydziestu fragmentów drutu. Prosi uczniów o jakościową ocenę korelacji pomiędzy tymi wielkościami w czterech punktach:
- czy na wykresie widać raczej chaos, porządek, czy coś pośredniego - chaos z ledwo widocznym porządkiem a może porządek z elementami chaosu?
- czy chaos ma charakter przypadkowy, losowy, czy odstępstwa od widocznego (jakiegokolwiek) schematu mają charakter systematyczny?
- czy porządek wskazuje na korelację dodatnią czy ujemną?
- czy w ewentualnym porządku rozpoznajemy zależność liniową pomiędzy zmiennymi?

Nauczyciel, w razie potrzeby, koryguje i precyzuje wypowiedzi uczniów; systematyzuje i zapisuje wnioski na tablicy. Naprowadza uczniów na spostrzeżenie, że badana próbka jest najprawdopodobniej niejednorodna i składa się z trzech rodzajów (grup) drutów. Prosi uczniów o wskazanie cech wspólnych i możliwych różnic pomiędzy tymi trzema grupami. Podpowiada ewentualnie, że może chodzić o różnice w grubości oraz o różnice w gęstości.

Nauczyciel dzieli klasę na pary uczniów i każdej podaje wykres. W każdej parze uczniowie prowadzą, przez każdą z trzech podgrup punktów, najlepiej dopasowaną prostą i konstrukcyjnie obliczają jej nachylenie (współczynnik kierunkowy). Uczniowie, którzy ukończyli pracę, sukcesywnie podają nauczycielowi swoje wyniki. Ten wprowadza je do arkusza w sposób umożliwiający sprawne ich pokazanie i omówienie.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel podsumowuje wyniki, pokazując ich zróżnicowanie (rozrzut). Podaje (w każdej grupie drutów oddzielnie) średnią arytmetyczną współczynników kierunkowych zmierzonych przez uczniów. Na koniec ujawnia wzorcowe wartości trzech współczynników kierunkowych uzyskanych metodą najmniejszych kwadratów. 
Uczniowie komentują rozrzut uzyskanych wartości współczynnika kierunkowego i poziom zgodności trzech wartości średnich z odpowiednim wynikiem wzorcowym.

Praca domowa:

Nauczyciel proponuje wykonanie wszystkich zadań. Da to możliwość przećwiczenia umiejętności związanych z oceną korelacji oraz dopasowywaniem prostej do chmury punktów.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Multimedium może być pomocnym wprowadzeniem lub ilustracją doświadczalnego badania zależności położenia od czasu w ramach lekcji kinematyki.

lp

l, (cm)

m, (mg)

1

1,11

90

2

1,72

138

3

2,69

216

4

2,99

242

5

4,54

376

6

4,71

380

7

5,50

448

8

6,70

568

9

6,77

541

10

6,97

557

11

6,41

790

12

0,70

86

13

1,48

175

14

2,67

327

15

3,08

374

16

3,51

422

17

3,77

472

18

4,44

562

19

4,68

595

20

5,32

658

21

0,62

104

22

0,85

141

23

0,97

159

24

1,59

260

25

1,62

274

26

1,69

288

27

2,38

402

28

3,70

613

29

4,19

698

30

5,33

901