Division of Physics Education, Faculty of Physics, University of Warsaw, Poland stefania.elbanowska@fuw.edu.pl
Wstęp
W grupie uczniów 6-10 letnich badano rozumienie pojęcia równowagi. Uczniowie odpowia-dali na pytania: co rozumieją pod pojęciem równowagi, dlaczego krzywe wieże nie przewracają się, jak należy załadować bagaże w pojazdach aby były stabilne, co to jest grawitacja?
Po zbadaniu pierwszych wyobrażeńi skojarzeń uczniów z pojęciem równowagi, zostały przepro-wadzone zajęcia warsztatowe. Zajęcia z uczniami pozwalaly skorygować wcześniejsze błędne ich skojarzenia a także rozwijać poprawne intuicje w tym zakresie. W pracy zostaną przedsta-wione skojarzenia uczniów z pojęciem równowagi oraz omóprzedsta-wione wybrane eksperymenty, jakie zostały przeprowadzone w ramach warsztatów dla uczniów.
W myśleniu człowieka najważniejszą rolę odgrywają pojęcia. Pojęcie jest myślą, w której odzwierciedlaja się wspólne cechy dla klasy przedmiotów lub zdarzeń. Rozumienie pojęcia po-lega na poznaniu jego treści znaczeniowej. W tym sensie można powiedzieć, że pojęcie stanowi wiedzę o rzeczywistości (Al-Khamisy 1996). Żadne pojęcie nie powstaje bez spostrzeżenia, któ-re jest niezbędnym materiałem w procesie myślenia. Proces spostrzeżenia jest natomiast ściśle związany z działaniem.
Pojecie równowagi używane jest w różnych kontekstach. Przedmiotem moich badań było ro-zumienie równowagi jako pojęcia w sensie fizycznym, w szczególności używane w mechanice.
Równowaga to stan ciała, w którym działające na nie siły wzajemnie się znoszą nie powodując ruchu ciała.
Rozumienie pojęcia równowagi badane było wśród uczniów w wieku 6-10 lat. Poprzedzało ono zorganizowane dla uczniów zajęcia pod nazwą: “W poszukiwaniu równowagi”.
Zgodnie z terminologią J. Piageta dzieci w tym wieku znajdują się w stadium operacji konkret-nych. Operacja jest tutaj rozumiana jako rodzaj działania, które może być wykonywane bez-pośrednio przez manipulację przedmiotami lub wewnętrznie, gdy ktoś manipuluje symbolami reperezentującymi w umyśle rzeczy i stosunki (Piaget, 1966). Dziecko potrafi nadać strukturę rzeczom, które napotyka. Nie jest natomiast w stanie poradzić sobie z tym, co nie jest wprost przed nim lub nie wystąpiło w jego doświadczeniu.
Najbardziej charakterystyczne odpowiedzi dzieci zebrane zostały w tabelach i przyporząd-kowane odpowiednim grupom wiekowym.
Tab. 1 Co to jest równowaga?
Wiek uczniów - klasa Odpowiedzi
6 lat - przedszkole Utrzymanie się na linie,
Utrzymanie się na desce na wodzie, Klown w cyrku jeździ na kole po linie
7 lat – Klasa I Na huśtawce jest równowaga,
Szklanka stoi równo na stole, bo jest równowaga, Chodzenie po równoważni,
Kiedy ciężar jest równy drugiemu ciężarowi, Kiedy człowiek stoi na dwóch nogach jest równowaga, Potrzebna człowiekowi, żeby chodził
8 lat – klasa II Jeśli jakieś rzeczy tyle samo ważą,
Żeby utrzymać się na głowie musi być równowaga
Tab. 2 Kiedy równowaga jest zachowana?
Wiek uczniów - klasa Odpowiedzi uczniów
6 lat - Przedszkole Gdy się bawimy i trzeba równoważyć huśtawkę, Gdy siedzimy na krzesełku,
Przy akrobacji
7 lat – klasa I Zależy, jak ustawić nogi i ręce, Gdy równo ważą,
10 lat – klasa IV Kiedy się trzymamy i nie spadamy,
Coś trudne do zrobienia, kiedy stoimy na rękach i nie spadamy, Chodzenie na zakupy, dla równowagi trzymać torbę też w drugiej ręce, Na targu: 1kilogram jabłek można zrównoważyć ciężarkiem, Kiedy można utrzymać się na głowie.
Odpowiedzi dzieci związane były z ich wcześniejszymi doświadczeniami: zabawą, towarzysze-niu rodzicom w robietowarzysze-niu zakupów, oglądatowarzysze-niu akrobacji cyrkowej, zajęciom na lekcjach wycho-wania fizycznego.
W celu przybliżenia uczniom pojęcia równoważenia sił zorganizowano zabawę w trakcie zajęć z przeciąganiem liny, co widoczne jest na fot. 1. Strzałki o odpowiedniej długości i zwrocie ilu-strowały sytuacje zaaranżowane w zabawie.
Następnie pytaliśmy dzieci o stabilność krzywych budowli. Uczniowie oglądając pochylone bu-dynki w przygotowanej prezentacji, odpowiadali na pytanie dotyczące stabilności budynków.
Fot. 1 Czy równowaga jest zachowana?
Tab. 3 Dlaczego krzywe wieże nie przewracają się?
Wiek uczniów - klasa Odpowiedzi
6 lat - przedszkole Działa siła, której nie widać, Bo jest przyciąganie ziemskie, 7 lat – klasa I Bo tak ją zbudowali,
Bo są ciężkie, Bo jest grawitacja,
Bo jest przyciąganie ziemskie, Musi być dziura w ziemi zasypana, 8 lat – klasa II Bo są mocno przyczepione,
Bo są dobrze ustawione,
Bo maja fundamenty, które dobrze trzymają budynek, Bo jest przyciąganie ziemskie, Głęboko wkopane płyty, 10 lat – klasa IV Bo przymocowane są do ziemi,
Ciśnienie je zasysa,
Siły z jednej i z drugiej strony się równoważą, Bo jest dobre rozłożenie ciężaru
W odpowiedzi na to pytanie dzieci wykorzystały wcześniej zdobytą wiedzę na temat równowa-żenia sił. Otrzymały również model budynku z zawieszonym pionem wyprowadzonym ze środka ciężkości. Mogły dokonywać manewrów pochylania modelu i obserwacji położenie pionu za-leżnie od nachylenia konstrukcji. Zauważały, że model przewraca się, kiedy pion wychodzi poza podstawę, co widać na fot. 2
Kolejne pytanie dotyczyło zabawki, której nie można przewrócić tzw. „Wańki-wstańki”. W tabeli 4 zamieszczone są odpowiedzi dzieci na pytanie o zachowanie zabawki podczas przewracania.
Fot. 2 Co dzieje się z konstrukcją , gdy pion wyprowadzony ze środka ciężkości wychodzi poza w podstawę?
Tab. 4 Dlaczego zabawka „Wańka -wstańka” nie przewraca się?
Wiek uczniów - klasa Odpowiedzi
6 lat - przedszkole Bo zrobiona jest ze specjalnego materiału, Bo jest płaski spód,
Bo jest miękki spód, Bo na dole jest ciężarek, Dynda się coś w środku,
7 lat – klasa I Bo jest okrągła i nie da się przewrócić, Dlatego, że coś tam napchali do środka, Bo środek ciężkości jest w środku 8 lat – klasa II Bo ma kółeczko w środku,
Bo jest grawitacja, czyli przyciąganie, w Kosmosie brak grawitacji, Nie lubi się wywracać,
Bo chce się wrócić,
Bo środek ciężkości jest bardzo nisko 10 lat – klasa III Bo ma magnes w środku,
Bo jest ciężarek w środku
Niektórzy uczniowie wykorzystywali wcześniej wprowadzone na zajęciach pojęcie środka cięż-kości, inni przypisywali zabawce cechy istot żywych tzw. animizm dziecięcy, jeszcze inni tłuma-czyli zachowanie zabawki oddziaływaniem magnesu.
W celu wyjaśnienia działania „wańki-wstańki” uczniowie na zajęciach wykonywali zabawkę, w której zamontowane na odpowiedniej wysokości ciężarki pozwalały utrzymać ją w pozycji pionowej.
Niektórzy uczniowie w swoich odpowiedziach odwoływali się do grawitacji, stąd kolejne pyta-nie, dotyczyło tego pojęcia.
Tab. 5 Czy w Kosmosie jest grawitacja?
Wiek uczniów - klasa Odpowiedzi 6 lat - przedszkole W Kosmosie się lata,
Wysoko są chmury, Jest grawitacja ale mniejsza.
7 lat – klasa I Nie ma zupełnie,
Na Księżycu można podnieść motor, Pole siłowe,
Woda nie spada na dół,
Nie ma grawitacji, bo ani trochę równowagi nie ma, Trochę jest.
8 lat – klasa II Bezwładność,
Tam się lata, woda też lata, Nie ma przyciągania,
Nie trzeba skakać, by być w powietrzu, Jest grawitacja,
„Minigrawitacja”
Z odpowiedzi uczniów wynika, że na ich odpowiedzi miały wpływ wcześniej oglądane filmy o Kosmosie, szczególnie dotyczące zachowania przedmiotów w statku kosmicznym.
Następne pytanie dotyczyło zestawu doświadczalnego: bryły toczącej się pod górę, co widać na fotografii 3.
Tab. 5 Dlaczego bryła stożkowa toczy się po szynach do góry?
Wiek uczniów - klasa Odpowiedzi
6 lat - przedszkole Bez sensu, że jedzie do góry, 7 lat – klasa I Środek ciężkości obniża się,
Bo się rozszerzają szyny, Bo w środku jest metalowa kulka,
Bo przyciągana jest przez gwoździe na górze, Nie ma miejsca, dlatego się podwyższa, Bo kąt się zwiększa, bo zanurza się.
8 lat – klasa II Bo nie ma dużo miejsca i się przesuwa do góry, Siła woli,
Środek ciężkości opada na dół,
Rozszerza się i zanurza, jadąc pod górę, środek jedzie do dołu.
Wnioski:
• Wypowiedzi uczniów w różnych grupach wiekowych nie różniły się znacząco.
• Dało się zauważyć znaczny wpływ środowiska szkolnego na rozwój umysłowy dzieci, szcze-gólnie w grupie dzieci sześcioletnich ogromne zaangażowanie kadry przedszkola sprawiło, że dzieci te były najbardziej aktywne spośród wszystkich grup uczestniczących w zajęciach.
• Wnioski z wcześniej wykonanych doświadczeń uczniowie wykorzystywali w nowych sytu-acjach problemowych.
Literatura
Al.-Khamisy, D. (1996). Rozwijanie pojęć przyrody nieożywionej u dzieci sześcioletnich. Wydawnictwo Żak.
Piaget, J. (1966) Narodziny inteligencji dziecka, PWN.
Fot. 3 Jak zachowa się bryła stożkowa położona u podstawy równi?