Imię i nazwisko autora:

Andrzej Kajetan Wróblewski

Włodzimierz Natorf

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Kim był Galileusz?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia - wymagania ogólne:

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

IV. Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy materiałów źródłowych, w tym tekstów popularnonaukowych.

Zakres rozszerzony

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:

3) prowadzi obliczenia szacunkowe i poddaje analizie otrzymany wynik;

10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; planuje i modyfikuje ich przebieg; formułuje hipotezę i prezentuje kroki niezbędne do jej weryfikacji;

11) opisuje przebieg doświadczenia lub pokazu; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów i uwzględnia ich rozdzielczość;

17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki;

II. Mechanika. Uczeń:

6) wyznacza położenie, wartość prędkości, wartość przyspieszenia i drogę w ruchu jednostajnym i jednostajnie zmiennym na podstawie danych zawartych w postaci tabel i wykresów;

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. zapozna się z pomysłem Galileusza na doświadczalne wyznaczenie prędkości światła.

2. zaplanuje przebieg takiego doświadczenia.

3. określi cele, które mógł postawić Galileusz, planując to doświadczenie.

4. przeanalizuje rozdzielczość „aparatury” użytej przez Galileusza do pomiaru czasu i porówna ją do czasu przelotu światła pomiędzy obserwatorami.

5. przedstawi i oceni argumenty przemawiające za uznaniem, że mimo nieosiągnięcia postawionego celu, doświadczenie Galileusza należy uznać za udane.

Strategie nauczania:

Kształcenie wyprzedzające.

Metody nauczania:

Dyskusja uczniowska, analiza wypowiedzi, „zaimprowizowany” pomiar.

Formy zajęć:

Wspólna praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

Komputer z rzutnikiem lub tablicą interaktywną. Szkolna tablica. Telefony komórkowe uczniów.

Materiały pomocnicze:

Opracowania, internetowe lub książkowe, poświęcone Galileuszowi i jego dokonaniom, zawierające opis pomiaru prędkości światła.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

W ramach pracy domowej z poprzedniej lekcji, uczniowie zapoznali się ze wstępem, blokiem tekstowym i audiobookiem zawartym w e‑materiale. Rozwiązali także zad. 8. z zestawu ćwiczeń, co pomaga im zrozumieć pomysł Galileusza na pomiar prędkości światła.

Nauczyciel zapowiada temat i organizację lekcji. Przypomina podstawowe tezy wstępu; uruchamia audiobook. Za pomocą dwóch‑trzech prostych pytań upewnia się, że uczniowie potrafią uzasadnić tezę o rewolucyjnym charakterze odkryć i dokonań Galileusza.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel prosi uczniów o przedstawienie własnych rozwiązań zad. 8. z zestawu ćwiczeń. Pozostali uczniowie komentują zgodność pomysłów z rozwiązaniem wzorcowym.

Nauczyciel prosi uczniów o sformułowanie celów, które mógł stawiać sobie Galileusz, planując pomiar prędkości światła. Zwraca przy tym uwagę na kontekst historyczny, opisany w całym e‑materiale. Spośród wypowiedzi nauczyciel powinien wyłowić i zaakcentować nie tylko „zmierzyć i poznać wartość c”, ale także „rozstrzygnąć, czy prędkość ta jest skończona czy nie”.

Nauczyciel przypomina znaną dziś wartość c ≈ 3∙10Indeks górny 5⁵ km/s i stawia tezę, że Galileusz w XVII w. nie mógł uzyskać wiarygodnego wyniku swojego eksperymentu. Uczniowie w dyskusji, przypominającej tzw. burzę mózgów, odnoszą się do tej tezy.

Nauczyciel, ukierunkowując dyskusję, proponuje uczniom kolejno (jeśli uczniowie sami tego nie zaproponują):

- przyjęcie, że odległość pomiędzy wzgórzami była rzędu kilku kilometrów;

- oszacowanie spodziewanego czas dwukrotnego przelotu światła pomiędzy wzgórzami;

- porównanie tego czasu z charakterystycznym czasem działania „aparatury pomiarowej” oraz z jej rozdzielczością (w razie potrzeby nauczyciel przypomina lub wprowadza pojęcie rozdzielczości przyrządu pomiarowego*); rozdzielczość ta w doświadczeniu Galileusza wynikała z czasu reakcji człowieka, wynoszącym ok. 0,2‑0,3 s;

- zbadanie czasu reakcji człowieka na sekwencję dwóch bodźców wzrokowych w „zaimprowizowanym” eksperymencie polegającym na pomiarze przez każdego ucznia (dysponującego stoperem w telefonie komórkowym) czasu pomiędzy dwoma sygnałami wzrokowymi (np. podnieść rękę i opuścić rękę po kilku sekundach, gdy uczniowie tego czasu nie znają z góry), nadanymi przez nauczyciela. Średnia różnica w zmierzonych czasach jest dobrym przybliżeniem tego czasu reakcji.

Wyniki tych oszacowań i wnioski nauczyciel zapisuje na tablicy. Po dyskusji nauczyciel prosi uczniów o sformułowanie dwu- trzyzdaniowych, umotywowanych odpowiedzi na pytanie zawarte w temacie lekcji: czy doświadczenie Galileusza można uznać za udane? Jako swój udział w tej fazie dyskusji, nauczyciel przedstawia odpowiedź typu „Każde doświadczenie jest udane, jeśli potrafimy prawidłowo zinterpretować jego wynik, nawet jeśli wynik ten jest negatywny.” i odnosi to do interpretacji Galileusza, który określił i eksperymentalnie uzasadnił dolne ograniczenie na prędkość światła, choć nie udało mu się dowieść, że jest ona skończona.

(*) Rozdzielczość przyrządu pomiarowego to najmniejsza wartość wielkości mierzonej, którą przyrząd jest w stanie rozróżnić, ze względu na swoją budowę i zasadę działania. Rozdzielczość przyrządu można czasami utożsamić z jego dokładnością, choć na ogół ta ostatnia jest „gorsza”.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel prosi uczniów o podanie przykładów znanych im przyrządów pomiarowych (różnych wielkości fizycznych, nie tylko czasu) wraz z ich rozdzielczością oraz o wskazanie sytuacji eksperymentalnych, w których użycie przyrządu jest bezprzedmiotowe ze względu na zbyt słabą jego rozdzielczość.

Praca domowa:

Nauczyciel proponuje uczniom rozwiązanie zadań 1. – 7. z zestawu ćwiczeń. Pierwsze trzy pozwalają powiązać epokę Galileusza z innymi wydarzeniami historycznymi. Pozostałe pozwalają uczniom sprawdzić rozumienie lub przećwiczyć umiejętności z obszaru objętego tematyką ćwiczenia. Łącznie pozwalają poznać rozległość dokonań naukowych Galileusza.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Notkę biograficzną można wykorzystać jako kilkuminutowy wstęp (zainteresowanie tematem) do dowolnej lekcji mechaniki, astronomii czy optyki, podczas której ma być omawiane zagadnienie, w odkryciu którego uczestniczył Galileusz, np., zasada względności, budowa Układu Słonecznego, zastosowanie lunety, itp.