ASUPRA TESTĂRII COMPETENŢELOR LA FIZICĂsfm.asm.md/ftm/vol10nr1-2/4 noi tehnologii de...

Noi tehnologii de predare a fizicii 31

FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE, vol. 10, nr. 1-2, 2012

ASUPRA TESTĂRII COMPETENŢELOR LA FIZICĂ

Dr. în fizică Daniel Ovidiu CROCNAN Colegiul Naţional de informatică “Tudor Vianu”, Bucureşti

Rezumat. Plecând de la definirea competenţei pe triada: a şti, a putea, a vrea, din formularea competenţei ar trebui să rezulte ce se urmăreşte – calea sau parcursul de urmat (a şti), resursele necesare (a putea) şi scopul final (motivaţia – a vrea). Arareori însă formulările din programele de fizică relevă această complexitate. Problema evaluării competenţelor urmărite la clasă, datorate înţelegerii parţiale a acestora chiar de către cadrul didactic, este rezolvată cel mai adesea printr-o evaluare a conţinuturilor însuşite şi nicidecum a competenţelor. În lucrare este prezentat un exemplu de test care, în opinia autorului, este mai aproape de idea evaluării unor competenţe. Abstract. Defining a competency using three verbs: to know, to can and to want, the results to be attained by students from the study of a discipline should be a reunion of three ideas referring to: the way (to know), the needed resources (to can) and the target (the motivation – to want). However, rarely the definition of a competency in the physics curriculum reveals such a complexity. As a result of teacher misunderstandings the problem of competencies evaluation in class is often replaced by a syllabus evaluation. In this study a test example is presented that in the author’s opinion is close enough to the idea of competency evaluation.

Modelul de curriculum centrat pe competenţe a fost introdus din punct de vedere

formal în România începând cu anul 2000 prin structurarea curriculumului de trunchi comun în jurul dezvoltării la elev a unor “competenţe generale şi specifice” şi în 2010 în Republica Moldova prin centrarea curriculumului de fizică pe „competenţe specifice şi subcompetenţe. Termenul de competenţă de provenienţă latină (competentia) poate fi privit ca un cumul de caracteristici. Competenţa este „produsă într-o situaţie dată” [12]; „este recunoscută social” [10]; „corespunde mobilizării unui anumit set de resurse personale: cunoştinţe, practici, aptitudini, combinate specific şi completate de mobilizarea resurselor mediului social” [10]; „are scopul de a genera o performanţă evaluabilă” [14]. Clasificarea conceptului de competenţă, potrivit documentelor Procesului Bologna privind crearea spaţiului universitar european [apud 2], propune trei clase de competenţe: instrumentale (analiză, sinteză, capacitate de organizare şi planificare, cunoştinţe generale elementare, cunoştinţe de bază în profesie, comunicare în limba maternă, comunicare într-o limbă modernă, abilităţi de operare pe computer, abilităţi de utilizare a informaţiei, capacitate de a rezolva probleme, capacitatea de decizie); interpersonale (atitudini şi comportamente constructive, capacitate de lucru în echipă, atitudine pozitivă faţă de diversitate şi multiculturalitate, capacitatea de a lucra în context internaţional, abilităţi critice şi autocritice); sistemice (capacitatea de aplicaţie a cunoştinţelor în diverse contexte practice, abilităţi de cercetare, capacitatea de a învăţa, capacitatea de adaptare la situaţii noi, creativitate, abilităţi de conducere, capacitate de a înţelege cultura şi obiceiurile altor popoare, capacitatea de a lucra autonom, cunoştinţe şi abilităţi de proiectare, spirit întreprinzător, antreprenorial, preocupare pentru calitate, standarde înalte, dorinţă de succes).

Pe baza unor competenţe generale similare, adaptate la nivelul elevului din preuniversitar s-a urmărit şi dezvoltarea curriculum-ului din România.

„Competenţa diferenţiază resursele de construcţie, de rezultat. Competentul nu este competent pentru că are cunoştinţe sau experienţă practică, ci pentru că ştie să-şi mobilizeze resursele disponibile (interne şi externe) şi să le combine într_un context dat” [4]. De

32 Noi tehnologii de predare a fizicii


exemplu, un elev, bun la rezolvarea problemelor de fizică, utilizează şi combină resurse interne (cunoştinţe teoretice asupra unui anumit număr de concepte privind un anumit subiect; tehnici de rezolvare; practici operaţionale - pentru a identifica cerinţa în termeni operatori; practici lingvistice - pentru a înţelege limbajele utilizate: fizic şi matematic, şi a putea redacta rezolvarea în terminologie specifică), dar şi externe (situate în mediul înconjurător). „Dubla echipare cu resurse permite finalizarea combinărilor în realizarea sarcinii şi dobândirea competenţei.” [8, 14]. Procesul generator de competenţe poate fi văzut prin prisma triadei: resurse individuale, practici educaţionale, rezultate obţinute. Utilizând acelaşi patrimoniu de resurse pot fi construite competenţe diferite. Competenţa construită de elev este o anumită schemă operatorie sau procedurală. În opinia lui Lenoir şi Sauve “pornind de la resursele individuale: cunoştinţe dobândite pe parcursul procesului de învăţare, a modalităţilor proprii de expresie dezvoltate din experienţe acumulate în mediul grupului în care s-a format, a aptitudinilor, elevul stabileşte un set de practici (dependente de tipurile de competenţe), evidenţiate din punctul de vedere al rezultatelor în performanţe de un anumit nivel” [8].

“Dacă în procesul de învăţare, nu se dezvoltă competenţa, aceasta se poate datora fie ineficienţei proceselor, fie unei corelări deficitare a factorilor ce se cer reuniţi pentru dezvoltarea acesteia” [14]. Reluând problema formulată de Gagné “Ce ar trebui să ştie deja să facă elevul pentru a căpăta o nouă competenţă?” [6], uneori este folosit termenul de “pre-achiziţie”: “cunoaşterea anterioară pe care trebuie să o posede cel care învaţă pentru a aborda cu şanse de reuşită o nouă situaţie de învăţare” [apud 11, p. 76-77]. Este pusă în evidenţă structura ierarhică a “sub-competenţelor”, fiecare pre-achiziţie condiţionează o nouă etapă de învăţare. Folosind ca definiţie a curriculumului: “o succesiune coerentă de experienţe care favorizează anumite învăţări identificabile”, demersul de organizare a curriculumului centrat pe competenţe cuprinde, în accepţia lui Minder [29], două etape: “organizarea conexiunilor unităţilor de învăţare rezultate din analiza competenţei - pentru elaborarea unei secvenţe didactice vizând aceeaşi competenţă generală; realizarea propriu-zisă a curriculumului - ajustarea funcţională a secvenţelor în vederea atingerii competenţelor generale”.

Dacă procesul de predare-învăţare îşi propune ca, în urma activităţilor, elevul să capete competenţe, aplicarea acestora în situaţii concrete este cadrul ideal de manifestare şi dezvoltare [3]. Activitatea şi criteriile (condiţiile de exersare a activităţii) schimbă modul de lucru. Dacă considerăm predarea lecţiei de fizică unei clase de elevi de astăzi şi de acum 20 de ani, în condiţiile introducerii tehnicilor informaţionale, procedeele de realizare pot fi complet diferite pentru atingerea aceloraşi obiective. Procedura se schimbă, ceea ce schimbă şi competenţele necesare. Alte competenţe sunt necesare când realizăm un experiment virtual, o prezentare interactivă pe computer a lecţiei sau rezolvăm probleme prin conversaţie cu un terminal electronic [1].

O competenţă poate fi construită dacă pe lângă “a şti să acţionezi” există “a vrea să acţionezi” şi “a putea să acţionezi”. În „a şti să acţionezi” intră: „modalităţile de realizare - bagajul de concepte, strategii şi tehnici utile prelucrării resurselor, indiferent de sursele de provenienţă ale acestora (parcurgerea unor cicluri de învăţare, exersare practică, formarea unor reprezentări etc.” - contextul formativ) [13]. Procesele de predare-învăţare, indiferent de abordare, îl determină pe elev să mobilizeze cunoştinţe şi practici diferite pentru îndeplinirea unei activităţi date. Dezvoltarea ştiinţei de a acţiona şi a capacităţii de a combina resursele se face prin parcurgerea unor situaţii variate de învăţare. „A şti să acţionezi” nu poate funcţiona decât dacă există „a putea să acţionezi”, adică, contextul de lucru [5, 7]. Existenţa unui context favorabil reuneşte mijloacele necesare dezvoltării competenţelor şi atribuţiile



care dau legitimitate construirii acestora. Organizarea muncii poate facilita construirea anumitor competenţe. În acest fel este definit contextul de facilitare.

Combinaţia dintre cunoştinţe, practici şi aptitudini este o condiţie necesară, dar nu şi suficientă pentru a realiza competenţa. Pentru aceasta elevul trebuie să accepte să-şi mobilizeze resursele - „a vrea să acţionezi” [14], ceea ce conferă motivaţiei un rol major. Obiectivele elevului şi ale profesorului nu trebuie să fie neapărat convergente. Managementul clasei trebuie să determine un mediu de încredere, un context incitant care să încurajeze construirea competenţelor. Responsabilitatea în construirea competenţelor este distribuită între elev care este constructorul propriilor competenţe şi profesor care are rolul de a realiza contextul incitator, cadru favorabil dezvoltării. Construită pe triada: a şti, a putea, a vrea, formularea unei competenţe ar trebui să urmărească aceiaşi paşi. Din ea ar trebui să rezulte ce se urmăreşte - calea, parcursul de urmat (a şti), resursele necesare (a putea) şi scopul final (motivaţia – a vrea). Arareori însă formulările din programele de fizică, dar şi ale altor discipline relevă acestă complexitate. Ca urmare, înţelegerea pe care cadrul didactic o capătă asupra competenţelor dorite a fi dezvoltate este parţială. De aici apar problemele de evaluare a competenţelor urmărite, determinând cel mai adesea cadrul didactic să realizeze o evaluare a conţinuturilor însuşite şi nicidecum a competenţelor. Faptul apare cu atât mai semnificativ în cazul probelor de evaluare de la bacalaureat unde, din competenţele generale şi cele specifice urmărite de programele învăţământului liceal, la fizică sunt evaluate una sau două, cel mai adesea legate de memorarea unor definiţii, formule, unităţi şi rezolvarea de probleme. Pot să apară eventual recunoaşterea unor scheme funcţionale sau o interpretare grafică, de cele mai multe ori redusă la culegerea unor date şi calculul unor mătimi fizice. Înţelegerea funcţionării unor mecanisme, integrarea unor fenomene fizice diferite în funcţionarea unei structuri ce poate fi întâlnită de elev sau experimentarea sunt competenţe ce nu-şi au locul în testare. Dacă ele nu au loc la bacalaureat, cu atât mai puţin au şansa să apară în teste obişnuite, de parcurs, sau în teste sumative. Cel mai adesea, profesorul, limitat de orar, recurge în evaluare la itemii de bacalaureat. O propunere de testare mai apropiată de idea evaluării unor competenţe dobândite apare în exemplul următor. Deşi pe componente pare similar testelor despre care abia am discutat, el integrează în realitate, într-un proces de examen, o etapă de cunoaştere, o sinteză a cunoştinţelor de fizică utile rezolvării unui nou context. Deşi poate unele subpuncte exced programa actuală, testul pare bine primit de elevii care prin astfel de exemple înţeleg mai bine la ce este “bună” fizica. Aceştia vor fi tentaţi să caute soluţii pentru finalizarea rezolvării şi după ce testul s-a încheiat. TEST - LANSATORUL DE MINGI DE TENIS

Un robot lansator de mingi de tenis are drept scop culegerea mingilor de pe teren şi lansarea lor în terenul advers (fig.1). El poate fi utilizat pentru antrenament în lipsa unui partener. Mecanismul de recuperare a mingiilor se bazează pe un tambur rotitor care le va antrena prin interiorul unei galerii în rezervorul aruncătorului. Dimensiunile mingilor şi a tamburului sunt date în figura 2.

1. Dacă viteza de rotaţie a tamburului este de 100 rotaţii pe minut, care este viteza de înaintare a mingiilor în canalul vertical? a) 209 mm/s; b) 340 mm/s; c) 170 mm/s; d) 419 mm/s; e) 2000 mm/s

Mişcarea lansatorului de mingi este realizată de un motor, racordat direct la axul roţilor (fig. 3). Acesta trece de la 0 la 100 rotaţii/min într-o secundă, având acceleraţia constantă.

34

fig.1

2.reprezintă legea de mişcare a motorului lansatorului de mingi?

3.prima secundă de la pornire?a) 65 mm; c) 131 mm; e) 262 mm.Lansatorul aruncă sub un unghi mingiile de tenis cu o viteză iniţială vmingea este supusă unei singure forţe, greutatea proprie 4. Notând cu vdirecţia Oy, la ieşirea din lansator, care grafic v = v(corect?

5. Ce traiectorie descrie centrul de masă al mingiei în sistemul de referinţă xOy? a) arc de cerc; b) arc de elipsă; c) arc de hiperbolă; d) curbă de ordinul 3; e) arc de parabolă.

Noi tehnologii de predare a fizicii

FIZICA ŞI

fig.1

2. Care dintre diagramele următoare reprezintă legea de mişcare a motorului

atorului de mingi?

3. Care este distanţa parcursă de lansator în prima secundă de la pornire?a) 65 mm; b) 7854 mm; c) 131 mm; d) 1250 mm; e) 262 mm. Lansatorul aruncă sub un unghi

mingiile de tenis cu o viteză iniţială v0. În timpul mişcării sale mingea este supusă unei singure forţe, greutatea proprie

Notând cu vydirecţia Oy, la ieşirea din lansator, care grafic v = v(

Ce traiectorie descrie centrul de masă al mingiei în sistemul de referinţă xOy?

a) arc de cerc; b) arc de elipsă; c) arc de hiperbolă; d) curbă de ordinul 3; e) arc de parabolă.


FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE

Care dintre diagramele următoare reprezintă legea de mişcare a motorului

atorului de mingi?

Care este distanţa parcursă de lansator în prima secundă de la pornire?

b) 7854 mm; d) 1250 mm;

Lansatorul aruncă sub un unghi mingiile de tenis cu o viteză

În timpul mişcării sale mingea este supusă unei singure forţe, greutatea proprie G = mg.

y viteza după direcţia Oy, la ieşirea din lansator, care grafic v = v(t) este

Fig.4

Ce traiectorie descrie centrul de masă al mingiei în sistemul de referinţă xOy?

a) arc de cerc; b) arc de elipsă; c) arc de hiperbolă; d) curbă de ordinul 3; e) arc de parabolă.


TEHNOLOGIILE MODERNE

fig.2

Fig.3 Care dintre diagramele următoare

reprezintă legea de mişcare a motorului

Care este distanţa parcursă de lansator în

Lansatorul aruncă sub un unghi mingiile de tenis cu o viteză

În timpul mişcării sale mingea este supusă unei singure

mg. viteza după

direcţia Oy, la ieşirea din lan-) este

Fig.4

Ce traiectorie descrie centrul de masă al mingiei în

d) curbă de ordinul 3;


TEHNOLOGIILE MODERNE

Care dintre diagramele următoare reprezintă legea de mişcare a motorului

Care este distanţa parcursă de lansator în


TEHNOLOGIILE MODERNE, vol. 10, nr. , nr. 1-2, 201, 2012

6.Dispozitivul de aruncare este alimentat de o butelie cu aer comprimat cu un volum de 1 dmconţinând aer la presiunea de 9 bar (0,9 MPa). La fiecare aruncare se deschide vana de umplere, aerul sub presiune umple camera de tragere cu un volum de 0,04 dm3, după care vana se închide. În momentul aruncării, aerul conţinut în această cameră este eliberat prin deschiderea vanei de ieşire ceea ce determină relaxarea arcului ce pune în mişcare pistonul (fig. 5).

Fig. 5Înainte de fiecare tragere gazul din bu

cameră de tragere. Gazul se supune legii la o presiune mai mare de 6 bari, determină presiunea din butelie după fiecare tragere. Câte trageri se pot efectua? a c) 9; e) 12

Un motor electric utilizat de robot este alimentat de o sursă de tensiune continuă U0 prin circuitul reprezentat în schema electrică din fig. 6,

FIZICA ŞI TEHNOLOGII

6. Dispozitivul de aruncare este alimentat de o butelie cu aer comprimat cu un volum de 1 dm3, conţinând aer la presiunea de 9 bar (0,9 MPa). La fiecare aruncare se deschide vana de umplere, aerul sub presiune umple camera de tragere cu un volum de 0,04

după care vana se închide. În momentul aruncării, aerul conţinut în această cameră este eliberat prin deschiderea vanei de ieşire ceea ce determină relaxarea arcului ce pune în mişcare pistonul (fig. 5).

Fig. 5 Înainte de fiecare tragere gazul din bu

cameră de tragere. Gazul se supune legii la o presiune mai mare de 6 bari, determină presiunea din butelie după fiecare tragere. Câte trageri se pot efectua?

a) 11; c) 9; e) 12 Un motor electric

utilizat de robot este alimentat de o sursă de tensiune continuă

prin circuitul reprezentat în schema electrică din fig. 6,


după care vana se închide. În momentul aruncării, aerul conţinut în această cameră este eliberat prin deschiderea vanei de ieşire ceea ce determină relaxarea arcului ce pune în mişcare pistonul (fig. 5).

Înainte de fiecare tragere gazul din bucameră de tragere. Gazul se supune legii la o presiune mai mare de 6 bari, determină presiunea din butelie după fiecare tragere. Câte trageri se pot efectua?

b) 13; d) 14;

Un motor electric utilizat de robot este alimentat de o sursă de tensiune continuă




după care vana se închide. În momentul aruncării, aerul conţinut în această cameră este eliberat prin deschiderea vanei de ieşire ceea ce determină relaxarea arcului ce pune în

Înainte de fiecare tragere gazul din bucameră de tragere. Gazul se supune legii la o presiune mai mare de 6 bari, determină presiunea din butelie după fiecare tragere.

Un motor electric utilizat de robot este alimentat de o sursă de tensiune continuă



FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE


Înainte de fiecare tragere gazul din butelie se repartizează în ansamblul butelie cameră de tragere. Gazul se supune legii pV = const.


LE MODERNE, vol. 10, nr.


telie se repartizează în ansamblul butelie = const. Considerând că tragerea poate avea loc


, nr. 1-2, 201


telie se repartizează în ansamblul butelie Considerând că tragerea poate avea loc


12


telie se repartizează în ansamblul butelie Considerând că tragerea poate avea loc



telie se repartizează în ansamblul butelie - Considerând că tragerea poate avea loc



unde r este rezistenţa electrică a motorului. Fig. 6

Puterea disipată prin efect Joule în R este egală cu puterea mecanică absorbită de sarcina electrică. Energia electrică din condensatorul C este egală cu energia cinetică a rotorului motorului. Tensiunea E este proporţională cu viteza v’ de rotaţie a motorului E = kv’ unde k = 0,065 Vs/rad. Întrebările 7, 8 şi 9 se referă la motorul electric descris anterior.

7. Dacă tensiunea U0 este 24 V, în regim continuu care dintre afirmaţiile următoare este falsă? a) puterea mecanică absorbită de sarcină este 120 W; b) intensitatea curentului prin motor este 5 A; c) viteza de rotaţie a rotorului este 338 rad/s; d) energia cinetică de rotaţie a rotorului şi a sarcinii este 224 J; e) randamentul motorului este 91,7 % .

8. Pentru t 0 se presupune că motorul nu funcţionează, iar tensiunea U0 este zero. La t = 0, U0 creşte de la 0 la 24 V. Utilizând prima lege a lui Kirchhoff în nodul A, indică forma ecuaţiei diferenţiale de variaţie în timp a intensităţii E a câmpului electric între plăcile condensatorului plan.

a) 0 0U E E dEC

r R dt

b) 01 dEr U E ERC dt

c) 0U E E dEC

r R dt

d) 01 dEr U E ERC dt

e) 0 0dER U E Er rRCdt

9. Pentru t 0, I şi dEdt

sunt nule. Imediat ce U0 devine 24 V, adică odată cu începerea

regimului tranzitoriu, care dintre următoarele perechi de valori se obţin?

a) 5 , 5 /dEI A V sdt

; b) 60 , 60 /dEI A V sdt

; c) 0 , 24 /dEI A V sdt

;

d) 5 , 0 /dEI A V sdt

; e) 60 , 0 /dEI A V sdt

10. Motorul alimentat la 24 V atinge viteza maximă. Întrerupând circuitul de alimentare, care dintre următoarele afirmaţii este adevărată? a) viteza motorului scade la jumătate după 0,277 s; b) viteza motorului scade la jumătate după 6,35 s; c) viteza motorului scade la jumătate după 0,577 s; d) viteza motorului scade la jumătate după 3,05 s; e) motorul se opreşte instantaneu. DISCUŢII Fără a intra în amănuntele legate de rezolvarea problemelor formulate sau de accesibilitatea acestora pentru o clasă a XI-a, de nivel mediu, din învăţământul preuniversitar, se impun alte câteva observaţii asupra aspectelor legate de competenţele evaluate şi modul de evaluare. Cea mai evidentă competenţă evaluată este şi aici rezolvarea de probleme, dar făcând apel la înţelegerea unor mişcări complexe rezolvabile prin descompunere [3], la aplicarea ecuaţiei de stare într-un sistem care se deschide, implicând o formulă iterativă sau scrierea unei ecuaţii diferenţiale care nu trebuie rezolvată. Deşi tipul acesta de probleme apare destul de rar, el vizează mai mult înţelegerea definirii mărimilor instantanee din fizică şi a regimurilor tranzitorii. În alte situaţii evaluarea urmăreşte şi verificarea abilităţilor de calcul ale elevului, prin valorile numerice date. Fără a părea deplasat într-o eră a calculatorului, abilităţile de calcul ale unora dintre elevi sunt mediocre. Alte competenţe urmărite sunt cea experimentală, aici nu prin realizarea directă a unui experiment, ci prin înţelegerea



funcţionării unor dispozitive şi a conexiunilor lor. Nici competenţa legată de citirea şi interpretarea graficelor ce exprimă interpretări fenomenologice nu sunt banale, exemplele alese fiind construite prin riguroasa selecţie a distractorilor folosiţi.

Închei aici lăsând deschise comentariile ce pot fi făcute asupra exemplului, dar şi asupra unui studiu mai amănumnţit ce poate fi făcut asupra reformulării corecte a competenţelor din programele de fizică şi determinarea căilor şi a tipurilor de instrumente care pot realiza evaluarea îndeplinirii acestora. BIBLIOGRAFIE 1. Arons, A.B., A Guide to Introductory Physics Teaching, New York: Wiley, 1990, p. 360.

2. Chiş, Vasile, Provocările pedagogiei contemporane, Ed. Presa Universitară Clujeană, Cluj-Napoca, 2002, 221 p.

3. Cucoş, C., Pedagogie, Ed. Polirom, Iasi, (1996), p. 232. [http://www.scribd. com/doc/10232752/Constant-In-Cucos-Pedagogie]

4. Creţu Carmen, Curriculum diferenţiat şi personalizat, ghid metodologic pentru învăţătorii, profesorii şi părinţii copiilor cu disponibilităţi înalte, Ed. Polirom, Iaşi, 1998, vol. I, 208 p.

5. Désautels, J. “Une éducation aux technosciences pour l’action sociale”. In: Journées internationales de didactique des sciences de Marrakech (dir.), La recherche en didactique au service de l’enseignement Marrakech (Maroc): Université Cadi Ayad, Faculté des sciences Semlalia, 1998, pp. 9 – 27.

6. Gagné, Robert, Briggs, M., Leslie, J., Principii de design ale instruirii. Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1977, 285 p.

7. Guay, M.H. Proposition de fondements conceptuels pour la structuration du champ de connaissances et d’activités en éducation en tant que discipline. Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en éducation, Université du Québec à Montréal, 2004.

8. Lenoir, Y., L. Sauvé, “De l’interdisciplinarité scolaire dans la formation à l’enseignement: un état de la question”. Revue française de pédagogie, 124, 127-143. (1998).

9. Mac Kenzie, N., M. Erault, C.J. Hywel, Arta de a preda şi arta de a învăţa, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1975, 253 p.

10. McDermott Lilian, et al., Physics by Inquiry , Jon Wiley and Sons, NY, (1996). 11. Miller, J., P. Drake, Sussan M., Negotiating New Models of Curriculum in Changing

Times, 2002. [http//www.umanitoba.ca/publications/cjeaps/issue1/is sue04.html].

12. Piajet J., Reprezentarea lumii la copil, Ed. Cartier, Chişinău, 406 p. 13. Sauvé, L., R. Brunelle, T.Berryman, “Influence of the globalized and globalizing

sustainable development framework on national policies related to environmental education”. Policy Futures in Education, 3(3), 2005, pp.271-283.

14. Sauvé, L. et coll. “L’éducation relative à l’environnement à l’école secondaire québécoise”.: in: Rapport interne de recherche, CIRADE, Université du Québec à Montréal, Montréal, 1998.

15. Siebert H., Pedagogie constructivistă. Bilanţ al dezbaterii constructiviste asupra practicii educative, Ed. Institutul European, 2001, 228 p.

Primit la redacţie: 09.01.2012



BLOCURILE MULTIFUNCŢIONALE „EVRICA”

Ion ŞINCARENCO*, Dumitru ŞINCARENCO**

*Profesor de fizică, Grad didactic superior, Şcoala medie Nr.1, s. Nezavertailovca, Slobozia

**Doctor în ştiinţe pedagogice, or. Moscova

Rezumat. Sunt prezentate rezultatele unui proiect „Evrica” în care circa 1500 de probleme de fizică destinate elevilor din clasele VII-IX au fost integrate organic în 63 de unităţi didactice (blocuri) multifuncţionale, fiecare din ele urmărind un scop bine determinat. Elevii au posibilitatea să formuleze ipoteze de lucru şi modele proprii, să caute corelaţii şi legităţi, să introducă mărimi fizice. Verificarea experimentală a predicţiilor teoretice, confirmarea acestora şi analiza rezultatelor transformă studiul fizicii într-un proces creativ, elevii având posibilitatea să-şi aleagă singuri „viteza” de studiu. Proiectul elaborat a fost apreciat de Academia Pedagogică din Moscova ca „o tehnologie inovaţională de perspectivă” şi introdus în practica de predare a fizicii în instituţiile de învăţământ din raioanele de Est ale R. Moldova. Blocurile multifuncţionale pot fi uşor racordate la manualele de fizică aprobate de Ministerul Educaţiei.

Summary. There are presented the results of the project “Eureka” in which about 1500 physical problems for students of 7th to 9th grades were organically integrated into 63 teaching multifunctional units (blocks), each of them following a well determined goal. Students have the opportunity to formulate their own hypotheses and models to find correlations and laws, to introduce physical quantities. Experimental verification of theoretical predictions and analysis of results transform the study of physics in a creative process, the students having the possibility to choose their own "speed" of study. The project was appreciated by the Moscow Pedagogical Academy as "a promising innovation technology" and its results are introduced in teaching physics in the schools from the Eastern districts of Moldova. Multifunction blocks can be easily adapted to physics textbooks approved by the Ministry of Education.

„Nu există în realitate nimic mai uimitor şi mai straniu decât situaţia în care metodele contemporane de instruire încă n-au exterminat absolut sfânta curiozitate; această firavă plantă în afară de stimulare mai are nevoie şi de libertate, în primul rând, fără libertate ea nu poate să se dezvolte, moare”

Albert Einstein Celebra frază einsteiniană „aceasta e o dramă, o dramă a ideilor”, rostită de marele

fizician într-un moment de cotitură în evoluţia fizicii, se poate referi, credem noi, şi la metodica predării acestei ştiinţe fundamentale a naturii. Întrebarea „ce să predăm?” nu provoacă mari divergenţe între profesori, metodişti, oameni de ştiinţă. „Drama ideilor” este provocată de întrebarea „cum să predăm?”

Evoluţia vertiginoasă a fizicii moderne în ultimii ani a lăsat în urmă metodele de predare, care nu mai corespund cerinţelor actuale, şi asta nu e numai părerea noastră,. De mulţi ani se discută ideea elaborării unor manuale de fizică de generaţie nouă, idee acceptată de marea majoritate a specialiştilor în domeniu. În această direcţie s-au făcut şi unele încercări



destul de reuşite. Au apărut manuale de fizică într-o nouă concepţie, cum ar fi [1-3] care, în opinia noastră, corespund perspectivelor dezvoltării noilor tehnologii în predarea fizicii.

Vom aborda aici unele probleme legate de procesul studierii fizicii, a căror soluţionare, după părerea noastră, ar permite într-o anumită măsură atingerea scopului enunţat mai sus.

În cadrul unei lecţii de fizică elevii sunt antrenaţi în o mulţime de activităţi: interogare frontală, evaluare, urmărirea pasivă a explicaţiilor profesorului, a experimentelor demonstrative şi a răspunsurilor orale ale elevilor, rezolvarea de probleme, efectuarea de lucrări de laborator etc. Schimbarea caleidoscopică a diverselor activităţi atrage după sine restructurarea atenţiei şi gândirii elevului, împiedică formularea de concluzii şi îngreunează procesul creativ atât de necesar în studiul acestei discipline.

În mod tradiţional, studierea unei teme este urmată de rezolvarea problemelor, în scopul aprofundării şi consolidării materiei de studiu. Însă problemele din majoritatea culegerilor sunt clasificate numai după teme şi, cu unele excepţii, după gradul de complexitate. Problemele nu sunt grupate în blocuri care să urmărească un scop comun. Pentru elev trecerea de la o problemă la alta este ca o trecere dintr-o lume în alta. În cele din urmă, are loc o abatere de la scopul principal pentru care, în principiu, elevul rezolvă problemele - însuşirea temei corespunzătoare şi acumularea de noi cunoştinţe şi deprinderi.

În marea majoritate a manualelor actuale de fizică este utilizat un stil reproductiv de expunere, care impune în mod involuntar şi un stil reproductiv de însuşire a materiei expuse de către elevi.

Metodica efectuării lucrărilor de laborator propusă de majoritatea autorilor de manuale nu se încadrează în tendinţele tehnologiilor moderne. S-ar părea că anume lucrările de laborator trebuie să fie acel instrument necesar pentru formarea deprinderilor experimentale creative, atât de aşteptate de la această formă de activitate. Dar expunerea amănunţită a modului de lucru, a considerentelor teoretice cu formulele finale, tabelele pentru înscrierea rezultatelor oferite elevilor de-a gata nu credem că contribuie şi stimulează gândirea creativă a elevului.

În majoritatea manualelor de fizică nu se resimte aplicarea celui mai important instrument al cunoaşterii care este metoda ştiinţifică de cunoaştere a naturii, fapt care se reflectă negativ asupra studierii fizicii ca disciplină fundamentală. Or, această metodă ar trebui să stea la baza manualelor de fizică de generaţie nouă.

Se ştie că în prezent cea mai răspândită formă de activitate cognitivă în cadrul lecţiei este dialogul profesor - elev care de cele mai multe ori este un monolog adresat clasei. În consecinţă elevii, atât de diferiţi după particularităţile lor fizice şi psihice, după nivelul de pregătire şi temperament sunt obligaţi să însuşească tema respectivă simultan, în acelaşi ritm dictat de profesor. Elevii pur şi simplu nu au posibilitatea de a alege „viteza” proprie, individuală de însuşire a materiei.

În afară de stilul reproductiv, manualele mai au un neajuns care, la prima vedere, nu se observă sau pare neesenţial. De la prima pagină şi chiar prima frază citită, elevul, fără a-şi dă seamă, devine captivul autorului, al stilului autorului, al modului de gândire şi percepere al acestuia. Elevul începe a vedea şi percepe lumea înconjurătoare aşa cum o vede şi percepe autorul.

După mulţi ani de căutări şi meditaţii autorii au ajuns la unele soluţii simple şi neaşteptate ale problemelor enumerate. Numeroasele activităţi pe care elevii le desfăşoară în cadrul unei singure lecţii de fizică ar putea fi integrate într-o singură activitate – un bloc multifuncţional – de însuşire a materiei prin intermediul unei cercetări creativ-experimentale independente, în cadrul căreia elevii să descopere nişte relaţii, fenomene, legităţi, legi fundamentale care guvernează lumea înconjurătoare.

Pe parcursul acestor cercetări realizate cu ajutorul unor aparate cât mai simple, elevii vor fi nevoiţi să introducă mărimi fizice „noi”, necesare în situaţia respectivă, să le aplice în



cercetarea experimentală, să propună ipoteze proprii privind unele fenomene şi legităţi, să creeze modele matematice şi experimentale, să le verifice şi să le confirme sau să le infirme. În asemenea cercetări elevii vor avea posibilitatea să-şi formuleze rezultatele propriilor cercetări în cele mai diferite moduri - verbal, analitic sau grafic, folosind manualul pentru a le verifica.

Este cel mai important că în acest fel fiecărui elev i se creează condiţii ca el să efectueze cercetări de unul singur, individual, liber, nestingherit de nimeni, nefiind limitat de textul manualului, de explicaţiile amănunţite şi de modul de gândire al profesorului care nu întotdeauna coincide cu modul de percepere al elevului. Einstein afirma că „fără libertate, ea (sfânta curiozitate) nu poate să se dezvolte, moare”.

La baza blocurilor multifuncţionale au fost puse manualele de fizică [1], acestea fiind mai reuşite şi mai avansate în abordarea problemelor puse în discuţie. Fiecare bloc din cele 35 (partea I) şi 28 (partea II) pentru clasele VII - IX reprezintă o unitate didactică formată dintr-un ansamblu de probleme legate organic între ele. Problemele selectate şi integrate în fiecare bloc multifuncţional permit elevilor să efectueze o cercetare creativ-experimentală prin rezolvarea acestora în ordinea cuvenită. Caracterul multifuncţional al blocurilor permite însuşirea temelor în mod independent, individual şi creativ.

Lucrările de laborator incluse în blocurile respective sunt date aproape fără instrucţiuni, ele permiţând astfel „descoperirea” legităţilor fizice şi chiar formularea lor în procesul cercetării realizate. Blocurile pot fi uşor diferenţiate şi restructurate, reintegrate în noi blocuri mobile, la alegerea profesorului care ar urmări alte scopuri didactice (niveluri diferite de pregătire ale elevilor, diferite modalităţi de evaluare, crearea unor blocuri de recapitulare a unor teme sau a cursului în întregime).

Partea a doua a blocurilor poate fi propusă pentru lucrări practice independente, lucrări de control, teme pentru acasă, referate, comunicări, etc. Fiecare bloc conţine un număr mare de probleme (peste 20) de diferite niveluri, de la probleme-cercetări simple având ca scop pătrunderea în esenţa fenomenului cercetat, la probleme care necesită aplicarea de cunoştinţe ce depăşesc cadrul manualului sau probleme propuse la olimpiade.

Profesorii şi chiar elevii pot compune şi rezolva noi probleme, incluzându-le în blocul respectiv. Profesorul poate schimba componenţa problemelor, abordarea temei, aparatajul necesar, creându-şi propriul sistem de blocuri în propria concepţie, modalitate de abordare, tehnologie.

Elaborarea şi introducerea în practica de predare a blocurilor multifuncţionale „Evrica” (clasele VII - IX) s-a efectuat sub conducerea ştiinţifico-metodică a Catedrei de Optică Neliniară şi Radiofizică (şef de catedră - Prof. univ. Dr. Habil. Petru Hadji) şi a Catedrei de Fizică Generală şi Metodică a Predării Fizicii (şef de catedră – conf. univ. dr. Nicolae Constantinov) de la Universitatea de Stat Nistreană de la Tiraspol, precum şi a Catedrei de Fizică Teoretică şi Experimentală (şef de catedră - Prof. univ. Dr. Habil. Eugen Gheorghiţă, cu concursul Conf. univ. Dr. Viorel Bocancea) de la Universitatea de Stat din Tiraspol cu sediul la Chişinău.

Pentru a prezenta în mod detaliat tehnologia elaborată, propunem în continuare trei exemple de blocuri multifuncţionale pentru clasa a VII-a cu scopuri didactice diferite.

BLOCUL 1. PRESIUNEA EXERCITATĂ DE SOLIDE

Scop: introducerea unei mărimi fizice noi şi aplicarea ei în practică. Accesorii: dinamometru, balanţă, bară de lemn, riglă, mase marcate de 102 g.

Realizaţi o experienţă simplă. Luaţi un pix şi orientaţi-l cu vârful în sus perpendicular pe palma unei mâini. Apăsaţi pixul în palmă şi veţi simţi o anumită acţiune din partea lui. Întoarceţi pixul, orientând vârful ascuţit în palmă şi apăsaţi-l din nou cu aceeaşi putere. De ce



în acest caz aveţi o senzaţie de durere? Ce mărimi fizice au suferit schimbări în această experienţă? Aţi acţionat doar cu aceeaşi forţă atât în primul caz, cât şi în cel de al doilea.

Un alt exerciţiu. Apăsaţi cu un deget pe suprafaţa mesei, mărind treptat efortul. Simţiţi schimbări în senzaţii? Care sunt cauzele?

Sperăm ca aceste simple observaţii la nivel de senzaţii să vă conducă la ideea înlocuirii senzaţiilor cu o mărime fizică ce ar caracteriza cantitativ ceea ce aţi simţit în urma experienţelor efectuate.

1. Aşezaţi bara de lemn pe masă. Cu ce forţă acţionează ea pe suprafaţa de sprijin ? Răspuns: F = 1,9 N. 2. Valoarea obţinută este forţa cu care bara acţionează asupra întregii suprafeţe de

sprijin. Calculaţi forţa ce revine la 1 cm2, la 1 m2. Ce măsurări adăugătoare ar fi necesare în acest caz?

Răspuns: cma 5,4 ; cmb 8 ; 23685,4 cmabS

22 8,5270036.0

9.1mN

mN

3. Felicitări! Aţi introdus singuri o nouă mărime fizică – presiunea care se notează cu

litera p. Mai mult, aţi determinat corect şi unitatea de presiune: 21mN = 1 Pa (Pascal). Scrieţi

formula presiunii, înlocuind valorile numerice (ori mărimile fizice corespunzătoare) cu simboluri.

Răspuns: SFp ; р = 527,8 Pa.

4. Aţi obţinut presiunea barei de lemn exprimată în 2mN şi în 2cm

N .De ce valorile

numerice sunt diferite, doar este vorba de unul şi acelaşi corp? Care din aceste valori exprimă o presiune mai mare? Câte bare identice ar putea fi aranjate compact pe o suprafaţă de 1m2

pentru a crea o presiune egală cu cea obţinută în 2mN ? Ce presiune va exercita o singură bară?

10 bare? Argumentaţi răspunsul prin calcule.

Răspuns: Presiunile sunt egale. Pe 1 m2 pot fi aranjate 2789,1

8,527

NN bare. Presiunea

exercitată de o singură bară, de 10 bare şi chiar de 278 bare rămâne neschimbată. La mărirea numărului de bare forţa de presiune creşte de acelaşi număr de ori ca şi suprafaţa de sprijin.

5. Ce mărimi fizice pot influenţa presiunea şi în ce mod? Pentru cei curioşi şi cutezători

propunem o mică cercetare. Verificaţi pe cale experimentală dependenţa dintre presiune şi forţa de greutate şi dintre presiune şi aria suprafeţei de sprijin. Rezultatele experimentale vor confirma (sau infirma) presupunerile teoretice iniţiale. Exprimaţi dependenţele obţinute în mod grafic şi analitic (adică printr-o formulă matematică). Pentru aceasta mai întâi măriţi forţa de greutate fără a schimba suprafaţa de sprijin, apoi variaţi suprafaţa de sprijin fără a schimba forţa de greutate. S-au adeverit presupunerile (ipotezele) iniţiale? Avem convingerea că graficele obţinute sunt de genul celor pe care le cunoaşteţi de la lecţiile de matematică. Ce funcţii exprimă ele?

Răspuns:



6. Determinaţi presiunea exercitată de bară folosind balanţa, nu dinamometrul, şi

transformaţi în mod corespunzător formula presiunii, folosind formula pentru forţa de

greutate. Comparaţi rezultatele. Pntru acceleraţia gravitaţională folosiţi valoarea g = 9,8 kgN .

Răspuns: SFP ; F = mg; P =

Smg ; m = 194 g = 0,19 kg;

Paм

кgNkg

P 1,5280036,0

8,9194.0

2

.

7. Mai există un procedeu de calcul al presiunii. În ultima formulă obţinută substituiţi masa m şi aria suprafeţei de sprijin S cu expresiile lor respective. Dacă aţi făcut totul corect, atunci vă puteţi felicita: aţi găsit o nouă formulă pentru presiune, exprimată prin densitate, înălţimea barei şi constanta g. Nu vă rămâne decât să faceţi calculele necesare şi să comparaţi rezultatul obţinut cu cele precedente. Ce concluzii se cer formulate? Ce măsurări ale parametrilor barei sunt necesare?

Răspuns: SFP ; F = mg; Р =

Smg

ghP ; m = ρV, hVS ;

333 539539,05,4810

194mкg

cmg

cmg

vm

; PаP 1,5281,08,9539 .

Experienţa

S, m2

F,N

P, Pa

1РР

1F

F

Corelaţii

1 0,008 1,9 237,5

2 0,008 2,9 362,5

1,53 1,53

1

2

1

2

FF

PP

3 0,008 3,9 487,5

2,05 2,05

1

3

1

3

FF

PP

4 0,008 4,9 612,5

2,58 2,58

1

4

1

4

FF

PP

Experienţa

F,N

S, m2

P, Pа

1РР

SS1

Corelaţii

1 1,9 0,0036 527,5

2 1,9 0,0045 422,2 1,25 1,25

2

1

1

2

SS

PP

3 1,9 0,0080 237,5 2,22 2,22

3

1

1

3

SS

PP



8. Bara de lemn pe care aţi folosit-o în experienţele efectuate este prevăzută cu 6 orificii pentru fixarea maselor de 100 g. Ele nu au fost luate în consideraţie în p.7 la calcularea densităţii lemnului. A influenţat acest fapt determinarea densităţii? Dacă da, în ce mod? Calculaţi volumul acestor orificii cilindrice, excludeţi valoarea obţinută din volumul total al barei şi determinaţi încă o dată densitatea lemnului. Comparaţi rezultatele şi trageţi concluzii.

Se va măsura diametrul şi adâncimea orificiilor şi se vor aplica formulele geometrice pentru volumul cilindrului şi aria cercului. Calculaţi densitatea lemnului, comparând-o cu cea a barei. Vor coincide aceste două valori? Argumentaţi rezultatele obţinute.

Răspuns: d1 = d2 = 1 см; 1l = 3 см; 2l = 4,5 см;

334,342663,17360 cmVorifVbarVlemn ;

33 7,56634,342

194mкg

cmg

Vlemnm

lemn

Rezultatele nu coincid, deoarece volumul lemnului e mai mic decât volumul barei. 9. Prin excluderea volumului orificiilor, bara de lemn a devenit omogenă. Cum se va

schimba în acest caz înălţimea barei? Determinaţi valoarea ei numerică şi calculaţi din nou (a patra oară) presiunea exercitată de bara omogenă. Credeţi că veţi obţine acelaşi rezultat, ca în ultimele două cazuri? Comparaţi cele trei valori ale presiunii, analizaţi rezultatele şi trageţi concluziile corespunzătoare. S-a adeverit ipoteza iniţială?

Răspuns:

cmSVhhSV 51,9

3634,342

; PàhgP 1,5280951,08,97,566

. Cele trei rezultate pentru presiune au coincis. În ultimul caz această coincidenţă a avut

loc pentru că excluderea orificiilor a dus la creşterea densităţii şi concomitent la micşorarea înălţimii barei.

10. Aţi realizat, trebuie să recunoaştem, un volum mare de lucru: aţi introdus o mărime

fizică nouă, presiunea, aţi găsit de sine stătător trei formule matematice pentru presiune şi le-aţi aplicat la determinarea presiunii exercitate de bară. Aţi analizat rezultatele obţinute şi aţi tras concluziile corespunzătoare. Pentru a sistematiza şi generaliza în mod independent rezultatele obţinute, vă recomandăm să le treceţi într-un tabel. Care metodă de determinare a presiunii consideraţi că e cea mai potrivită? Care metodă este cea mai precisă? Există vreo restricţie pentru aplicarea formulei ghР ?

Formula Presiunea p, Pа Măsurări

SFp 527,8 F, a, b

p=S

mg 528,1 m, a, b

ghp (bara) 528,1 m, a, b, h ghp (lemn) 528,1 m, a, b, h, l, d

321

2

2

2

1

2

663,175,4314

14,334

344

3 cmlldldldV



BLOCUL 2. FORŢA ARHIMEDICĂ

Scop: „descoperirea” unei noi legi a naturii. Accesorii: dinamometru, pahar gradat, vas cu apă, balanţă, masă marcată de 102 g fixată de un fir, stativ, riglă.

1. Determinaţi greutatea corpului în aer. Amintiţi-vă definiţia greutăţii. Se va schimba oare greutatea corpului, dacă îl veţi cufunda în apă? În ce mod şi cu cât se schimbă greutatea? Calculaţi variaţia greutăţii corpului studiat.

Răspuns: NF 11 ; NF 75.02 ; NNNFF 25.075.0121 2. Cum explicaţi micşorarea greutăţii corpului cufundat în apă? Folosind rezultatele

experienţei, indicaţi în figură greutatea corpului în aer şi în apă. Pentru a nu complica desenul, forţa de elasticitate poate să nu fie indicată. Ce direcţie şi sens are vectorul care exprimă pierderea de greutate a corpului? Indicaţi acest vector în figură.

F1 = 0,25 N

F1 = 1 N F1 = 1 N 3. Experienţa efectuată vă permite să trageţi următoarea concluzie: conform definiţiei

greutăţii, corpul cufundat în apă acţionează asupra suportului cu o forţă mai mică. De ce? Care e cauza? De unde „ştie” dinamometrul că corpul a fost cufundat într-un lichid şi de ce lichidul ar trebui să acţioneze asupra suportului (dinamometrului) anume în aşa mod? Amintiţi-vă de legea lui Pascal şi de formula presiunii exercitate de lichid. Calculaţi forţa de presiune exercitată de apă pe suprafaţa superioară a corpului, apoi pe cea inferioară. Ce măsurări suplimentare ar trebui să efectuaţi? Indicaţi în figură aceste forţe. Aflaţi diferenţa forţelor şi comparaţi-o cu pierderea de greutate la cufundarea corpului în apă. Nu vă miră această coincidenţă? Este ea oare întâmplătoare? E posibil de verificat această reducere a greutăţii folosind un alt corp (de formă regulată) sau un alt lichid ?

Răspuns: Se măsoară raza corpului cilindric şi înălţimea coloanei de apă (lichid) la nivelul suprafeţei superioare şi al celei inferioare.

R = 1,75 сm; h1 = 3 сm; h2 =5 ,8 сm; F1 = p1S = gh1S = 0,288 N F2 = p2S = ρgh2S = 0,557 N S = R2 = 9,62 сm2 F1 h2 F1 - F2 = 0,557 N – 0,288 N = 0,27 N. F2

h2



Rezultatul obţinut vă permite să explicaţi cauza reducerii greutăţii corpului cufundat în apă în raport cu greutatea acestuia în aer. Formulaţi această explicaţie. Conform legii lui Pascal, lichidul exercită o forţă de presiune şi pe suprafeţele laterale. Există oare o diferenţă între forţele de presiune exercitate pe direcţia orizontală, analogică celei stabilite mai sus pe direcţia verticală? Calculaţi forţele de presiune exercitate pe direcţia orizontală spre dreapta şi spre stânga: F , F . Comparaţi rezultatele şi trageţi concluzii.

Răspuns: Presiunea apei pe cele două suprafeţe laterale ale corpului este una şi aceeaşi (încercaţi să demonstraţi acest lucru). Ariile suprafeţelor laterale sunt egale, deci vor fi egale şi forţele de presiune pe suprafeţele laterale, iar diferenţa lor F - F= 0.

4. Vă propunem să operaţi o mică transformare a expresiei pentru diferenţa forţelor de

presiune din problema precedentă, F1 - F2. Pentru aceasta e suficient să substituiţi forţele cu formulele respective. Dacă veţi face corect acest lucru, atunci aveţi şansa să descoperiţi o formulă matematică ce exprimă o lege fizică importantă. Nu uitaţi să scoateţi factorul comun în faţa parantezei. Dacă examinaţi atent figura, veţi observa că diferenţa de înălţimi ale coloanelor de apă (lichid) din paranteze nu este altceva decât înălţimea h a corpului cilindric. Consultaţi manualul. Ce lege aţi descoperit? Primul care a descoperit-o cu mai bine de 2000 de ani în urmă a fost Arhimede (287 î. Hr. – 212 î. Hr.) care a avut norocul să se nască înaintea voastră. Aplicaţi formula lui Arhimede obţinută şi calculaţi diferenţa forţelor de presiune. Ce mărime aveţi de calculat?

Răspuns: F = F1 - F2 gVSghhhSgSghSgh 1212 ; gVFA , unde ρ este densitatea lichidului. Volumul corpului poate fi calculat cu formula geometrică a volumului cilindrului, V = R2h, sau determinat cu ajutorul paharului gradat:

32 94.268.275.114.3 смV ; N27.010271010 6

3 gVFA ; V 27 сm3 = 61027 m3 .

5. Formula obţinută pentru forţa FA poate fi simplificată, lucru care v-ar permite să

formulaţi mai uşor legea lui Arhimede. Să analizăm această formulă. Ce reprezintă expresia ρV din ea? Desigur, masa apei sau a lichidului, m. Înlocuind ρV cu m, aţi obţinut o nouă formulă pentru forţa arhimedică FA. Membrul din dreapta al formulei este o expresie deja cunoscută. Ce reprezintă ea? Plecând de la aceste considerente, formulaţi legea lui Arhimede şi confruntaţi enunţul cu cel din manual.

Răspuns: FA=ρgV; ρV = m; FA= mg; mg = Pl este greutatea lichidului dezlocuit. Deci, FA = Pl, adică forţa arhimedică cunoscută şi ca forţa de plutire sau de flotabilitate este egală cu greutatea lichidului dezlocuit de corpul considerat.

6. Din legea lui Arhimede descoperită şi enunţată mai sus rezultă că determinarea forţei

arhimedice care acţionează asupra corpului cufundat în lichid poate fi efectuată şi fără dinamometru, cum aţi şi procedat în repetate rânduri (de trei ori) în experienţele realizate. Este suficient să cunoaşteţi doar o singură mărime - greutatea lichidului dezlocuit de corpul cufundat. Propuneţi o variantă a experienţei care să permită determinarea acestei mărimi. Vă sugerăm o metodă simplă. Puneţi vasul plin cu apă pe unul din talerele balanţei şi cufundaţi corpul în apă. Ce rămâne în talerul balanţei, atunci îndepărtaţi vasul? Cântăriţi apa care s-a scurs în taler. Comparaţi rezultatul obţinut cu cele anterioare şi formulaţi concluzii.

Răspuns: NgmPFA 26,0 .

7. Pentru a putea analiza şi sistematiza mai uşor rezultatele experienţelor, vă

recomandăm să treceţi datele într-un tabel. Care dintre rezultatele obţinute exprimă mai precis



forţa arhimedică ? Care dintre ele au fost obţinute mai simplu? De ce ambele metode utilizate au condus la aceleaşi rezultate?

Răspuns: Diferenţa de

greutate în aer şi în apă, F1 - F2, N

Diferenţa forţelor de presiune

F - F , N

Forţa arhimedică FA= gV,

N

Greutatea lichidului dezlocuit

Рl = mg, N Forţa de plutire (arhimedică) F, N

0,25 0,27 0.27 0,26

8. Pentru cei mai cutezători propunem continuarea experienţelor. Dinamometrul cu

greutatea suspendată e scos din apă şi fixat de stativ. Sunteţi siguri că acum forţa arhimedică a dispărut? S-ar schimba oare greutatea corpului, dacă ne-am imagina că aerul din clasă a fost evacuat, creându-se vid? S-ar mări, s-ar micşora ori ar rămânea aceeaşi? Se poate oare considera că corpul pe care-l aveţi în faţă „este cufundat în aer” şi asupra lui acţionează o forţă orientată vertical de jos în sus şi egală cu greutatea aerului dezlocuit de acest corp? Nu vă rămâne decât să calculaţi această forţă şi să vă convingeţi de acest lucru. Cu cât diferă greutatea corpului considerat în aer faţă de greutatea lui în vid? Determinaţi această diferenţă exprimată în procente.

Răspuns: Greutatea corpului în vid e mai mare, deoarece dispare forţa arhimedică determinată de aerul dezlocuit.

FA = ρ gV = 1,29∙10∙0,000027 ≈ 0,00035 N. Cu 0,13%. 9. Ar fi posibil să observaţi această variaţie în greutatea corpului la evacuarea aerului,

urmărind foarte atent indicaţiile dinamometrului? De ce? Care ar trebui să fie valoarea unei diviziuni a dinamometrului pentru a înregistra această diferenţă? De câte ori ar trebui mărită precizia dinamometrului pentru a putea observa variaţia greutăţii? Cu cât ar devia indicatorul dinamometrului în acest caz?

Răspuns: Aşa ceva nu ar fi posibil, deoarece precizia dinamometrului utilizat este de

numai 0,1 N. Ar fi necesară construirea unui dinamometru cu precizia de 00035.0

1.0 = 286 ori

mai mare. Iar valoarea unei diviziuni ar trebui să se micşoreze tot de atâtea ori şi să fie egală cu 0,00035 N. Indicatorul dinamometrului s-ar abate cu 0,007 mm, mărime care ar fi imposibil de înregistrat cu instrumentele utilizate.

BLOCUL 3.VERIFICAREA EXPERIMENTALĂ A „REGULII DE AUR” A MECANICII Scop: verificarea experimentală a unei legi. Accesorii: tribometru, stativ, bară de lemn, mase marcate a câte 102 g, dinamometru, riglă.

În secolul I al erei noastre învăţatul elen Heron (cca. 10 – 70 d. Hr.) a descoperit aşa numita „regulă de aur” a mecanicii, care se poate enunţa astfel: aplicarea mecanismelor simple nu dă câştig în lucru: de câte ori se câştigă în forţă, de atâtea ori se pierde în distanţă.

Vă propunem să verificaţi această regulă acum, după aproape 2000 de ani de la descoperirea ei.

1. Fixaţi tribometrul pe stativ la o înălţime oarecare h, formând un plan înclinat. Se cere

să ridicaţi bara de lemn la această înălţime, efectuând un anumit lucru mecanic. Suspendaţi



bara de dinamometru şi ridicaţi-o cu mâna la aceeaşi înălţime h, întâi pe verticală, apoi de-a lungul planului înclinat. În care caz lucrul mecanic efectuat va fi mai mare: atunci când mişcarea a avut loc pe verticală (lucrul util Lu ) sau de-a lungul planului înclinat (lucrul total Lt )? Verificaţi presupunerea pe cale experimentală. Ce mărimi fizice veţi măsura? Comparaţi şi comentaţi rezultatele.

Răspuns: Se măsoară greutatea barei P şi înălţimea h, apoi forţa de tracţiune F şi lungimea planului înclinat S.

Lu = Ph = 1,8 N∙0,1 m = 0,18 J; Lt = F∙S = 0,9 N∙0,5 m = 0,45 J ; Lu > Lt . 2. De câte ori aţi pierdut în distanţă la ridicarea barei? Notaţi acest raport cu litera n.

Răspuns: n = orimm

hS 5

1,05,0

Vă rămâne să calculaţi de câte ori aţi câştigat în forţă. Notaţi mărimea dată cu litera k. Conform „regulii de aur” n = k şi s-ar părea că nu mai are rost de calculat n. Nu vă grăbiţi. Totuşi calculaţi şi comparaţi pierderea în distanţă n cu câştigul în forţă k.

Răspuns: k = 29.08.1

NN

FP ; n ; n >k.

Aţi rămas dezamăgiţi, nu-i aşa? Vă înţelegem. Să fi greşit oare Heron şi să nu fi observat nimeni eroarea pe parcursul a aproape două mii de ani? Vă propunem să căutaţi singuri răspunsul la această întrebare. Cred că vă daţi seama de responsabilitatea care vă revine ? Să corectaţi o greşeală pe care nimeni nu a observat-o pe parcursul a două mii de ani! Vă dorim succes.

3. Ce mărimi fizice aţi măsurat, verificând „regula le aur”? Există printre ele mărimi

care ar putea să influenţeze rezultatele obţinute? Care mărimi dintre cele alese pot influenţa rezultatele? Care din aceste mărimi ar putea fi schimbate în cazul considerat? Răspunsurile corecte la aceste întrebări vă vor conduce la concluzii corecte. Să presupunem că Heron are dreptate şi n = k. Pentru care valoare a lui k Heron va avea dreptate în cazul dat ? Cu ce ar trebui să fie egală forţa de tracţiune pentru a salva onoarea lui? Notăm această forţă (teoretică) cu Ft.

Răspuns: Dintre toate mărimile fizice care au fost măsurate P, h, S şi F, primele trei reprezintă parametri fizici care nu se schimbă în experienţa considerată. Poate varia numai forţa de tracţiune.

Dacă considerăm că n = k, atunci din prima experienţă (n = 5) rezultă că şi k = 5, iar presupusa forţă de tracţiune teoretică Ft se poate afla simplu:

În cazul când n = k = 5, ННРFFP

ТТ

36,058,1

55 .

4. Din rezultatele obţinute rezultă că dacă forţa de tracţiune a dinamometrului ar fi egală

cu 0,36 N, atunci „regula de aur” e corectă şi prin urmare onoarea lui Heron e salvată. Din păcate, dinamometrul s-a „încăpăţânat” şi la mişcarea barei pe planul înclinat a indicat 0,9 N. Verificaţi încă o dată. Cu cât ar trebui micşorate indicaţiile lui pentru ca pierderea în distanţă să fie egală cu câştigul în forţă? O întrebare-cheie. Şi încă o întrebare de altă natură: ce forţă misterioasă împiedică realizarea „regulii de aur”? Ridicaţi încă o dată bara pe verticală, apoi pe planul înclinat. În care caz această forţă misterioasă „încurcă” mişcării? E timpul să identificaţi această forţă.

Răspuns: Valoarea numerică a forţei căutate este F = 0,9 N - 0,36 N = 0,54 N, iar originea ei trebuie căutată în mişcarea unui corp pe suprafaţa altui corp, între care există forţa de frecare.



5. Ipoteza existenţei forţei de frecare urmează a fi confirmată. Calculaţi, cu cât lucrul

mecanic total e mai mare ca cel util. Unde se consumă această diferenţa de lucru mecanic? Dacă se consumă cu adevărat la învingerea forţei de frecare, atunci vă rămâne să exprimaţi forţa de frecare din formula lucrului mecanic. Valoarea numerică a forţei se va compara cu mărimea ei (ipotetică) din punctul precedent şi dacă rezultatele vor coincide, vă felicităm - ipoteza s-a adeverit. Formulaţi concluziile şi generalizaţi rezultatele cercetărilor realizate.

Răspuns: Lt –Lu = 0,45 J - 0,18 J = 0,27 J; Lfr = Ffr ∙S; NmJ

SLfrF fr 54,0

5,027,0

.

6. Şi dacă această coincidenţă este întâmplătoare? Ar trebui verificată ipoteza pe alte

căi. De exemplu, să se demonstreze că lucrul mecanic „în plus” de 0,27 J a fost efectuat tocmai de forţa de frecare. Determinaţi cota parte (în %) a lucrului efectuat la învingerea frecării faţă de lucrul mecanic total şi cota parte (în %) a forţei de frecare în raport cu forţa de tracţiune la ridicarea barei pe planul înclinat. Coincidenţa rezultatelor va spulbera, sperăm, ultimele îndoieli referitor la justeţea „regulii de aur” a mecanicii şi, desigur, puteţi să vă mândriţi că aţi confirmat încă o dată genialitatea lui Heron.

Răspuns: 00

00

00 60100

45,027,0100

jJ

LtLfr

; 00

00

00 60100

9,054,0100

FFfr

7. Există încă o modalitate de verificare a ipotezei considerate, poate cea mai sigură şi

mai simplă. Este vorba de măsurarea directă, experimentală a forţei de frecare. Amintim că tribometrul se instalează orizontal, iar bara de lemn împreună cu dinamometrul fixat de ea se deplasează uniform. Comparaţi valoarea forţei de frecare măsurată direct cu valorile precedente. Aţi obţinut o diferenţă în rezultate? Care e cauza? Determinaţi eroarea relativă.

Răspuns: F ≈ 0.5 N. Aţi efectuat o cercetare experimentală destul de serioasă: aţi verificat experimental

„regula de aur” a mecanicii, aţi elucidat cauzele care în practică duc la unele abateri de la această regulă. Mai mult, aţi demonstrat experimental prin diverse metode că prezenţa forţei de frecare este cauza abaterii de la această regulă.

8. Luând în consideraţie cercetările efectuate şi concluziile la care aţi ajuns, formulaţi

„regula de aur” a mecanicii. Comparaţi formularea voastră cu cea dată în surse sigure (manuale).

Răspuns: k = n, dacă Ffr = 0 şi k ≠ n (k < n), dacă Ffr ≠ 0 . În lipsa forţei de frecare, câştigul în forţă este egal cu pierderea în distanţă. În prezenţa

forţei de frecare, câştigul în forţă e mai mic decât pierderea în distanţă. 9. Pentru cei mai pasionaţi, am rezervat în final o întrebare mai sofisticată: planul

înclinat folosit în calitate de mecanism simplu, dă oare întotdeauna câştig în forţă? În care cazuri (condiţii) e mai avantajos de ridicat ogreutate la o înălţime oarecare pe verticală, nu pe un plan înclinat? Propuneţi şi verificaţi pe cale experimentală această ipoteză. Cum veţi formula de data aceasta „regula de aur” şi cum rămâne de data aaceasta cu onoarea lui Heron?

Răspuns: Se aşază pe planul înclinat 2 - 3 cărămizi. Folosind un dinamometru cu limite de măsurare mai mari, se ridică pe suprafaţa lor o altă cărămidă. Se compară forţa de tracţiune aplicată la mişcarea uniformă a cărămizii cu greutatea ei. Există şi alte variante pe care le puteţi propune şi executa. Formulaţi încă o dată „regula de aur” a mecanicii, luând în consideraţie concluziile la care aţi ajuns anterior, inclusiv ultima.



REFERINŢE 1. Ion Botgros, Viorel Bocancea, Nicolae Constantinov. Fizică, manual pentru clasa a

VII-a. Ed. Cartier, Chişinău, 2007; Fizică, manual pentru clasa a VIII-a. Ed. Cartier, Chişinău, 2008; Fizică, manual pentru clasa a IX-a. Ed. Cartier, Chişinău, 2009.

2. А.А. Пинский, В.Г. Разумовский и др. Физика и астрономия.7, 8, 9 классы, Просвещение, Москва, 2002.

3. В.Г. Разумовский, В.А. Орлов. „Основная школа: проблемы обучения и создания учебника нового поколения”, Физика в школе, № 5, 2004, Школа–Пресс, Москва, 2004.

4. И.Г. Шинкаренко. „Многофункциональные задачи – не изучать, а исследовать”. Приднестровский педагогический вестник, №2, 2007.

5. И.Г. Шинкарено. Многофункциональные задачи по физике. http://fiz.1September.ru

6. И.Г. Шинкаренко. „Многофункциональные задачи”, 1ое сентября, Физика, №2, 2008, Издательский дом «Первое сентября», Москва, 2008.

7. http://fizika-evrika.ru

Primit la redacţie: 13 decembrie 2011

ASUPRA TESTĂRII COMPETENŢELOR LA FIZICĂsfm.asm.md/ftm/vol10nr1-2/4 noi tehnologii de...

Documents

Transcript of ASUPRA TESTĂRII COMPETENŢELOR LA FIZICĂsfm.asm.md/ftm/vol10nr1-2/4 noi tehnologii de...