modul 1: snovni tokovi - pef.uni-lj.si

17
M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 1 Modul 1: Snovni tokovi – didaktična obravnava Mojca Čepič, Pedagoška fakulteta, Ljubljana Interno gradivo za izvedbo Doizobraževanja iz fizikalnega dela naravoslovja 2002/2003 8. november 2002 Metode pri pouku fizikalnega dela naravoslovja ........................................................ 1 Zakaj snovni tokovi? ..................................................................................................... 1 Predznanje učencev ...................................................................................................... 1 Kratek pregled osvajanja predhodnih znanj ................................................................. 2 Osnovni pojmi in kako jih osvojiti ................................................................................ 2 a) intenzivne in ekstenzivne količine ............................................................................ 2 b) zbiralnik.................................................................................................................... 3 c) množina snovi v zbiralniku ....................................................................................... 6 d) izolator ..................................................................................................................... 6 e) snovni tokovi in vodniki ............................................................................................ 6 Vzroki za tokove ............................................................................................................ 7 a) razlike v višini gladin ................................................................................................ 8 b) tlačne razlike ............................................................................................................ 9 c) tok lahko razlike zmanjšuje .................................................................................... 12 d) razlike lahko ohranjamo s črpalkami ..................................................................... 13 e) stacionarna in ravnovesna stanja .......................................................................... 14 f) koncentracijske razlike ............................................................................................ 14 g) potencialne razlike ................................................................................................. 15 Priporočena literatura: ................................................................................................ 15 Metode pri pouku fizikalnega dela naravoslovja Pouk naravoslovja naj izhaja iz konstruktivističnih načel, kjer je to le mogoče. Otroci naj pri pouku najprej povedo svoje izkušnje in poznavanje obravnavane tematike. Poslužujemo se lahko intervjuja z vprašanji, ki dovoljuje popolnoma nepravilne in nesmiselne odgovore (kaj ti misliš...). Vprašanja naj ne iščejo vzrokov, ampak naj opisujejo oziroma napovedujejo dogajanja (kaj ti misliš, da se bo zgodilo...). Nato naj otroci sami poskušajo in preverjajo svoje napovedi. Šele preko izvedenih poskusov osvajajo nova znanja. Zakaj snovni tokovi? Tema snovnih tokov je bila vpeljana v naravoslovje kot fizikalna vsebina, ki ima mnogo povezav s preostalima znanostima - kemijo in fiziko. Reke in potoki vplivajo na ekosisteme v svoji okolici, preskrbujejo prebivalstvo z vodo, hrano in energijo, spreminjajo okolje zaradi erozije ipd. Zračni tokovi spremljajo vremenske spremembe in vplivajo na podnebje. Snovni tokovi so v živih bitjih. Kri, ki kroži po žilah prenaša hranilne snovi in kisik ter odnaša presnovne produkte. Predznanje učencev V šestem in sedmem razredu otroci obvladajo že mnogo spretnosti, ki so potrebne za Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Upload: others

Post on 19-Nov-2021

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 1

Modul 1: Snovni tokovi – didaktična obravnava Mojca Čepič, Pedagoška fakulteta, Ljubljana

Interno gradivo za izvedbo Doizobraževanja iz fizikalnega dela naravoslovja 2002/2003

8. november 2002 Metode pri pouku fizikalnega dela naravoslovja ........................................................ 1 Zakaj snovni tokovi? ..................................................................................................... 1 Predznanje učencev ...................................................................................................... 1

Kratek pregled osvajanja predhodnih znanj ................................................................. 2 Osnovni pojmi in kako jih osvojiti................................................................................ 2

a) intenzivne in ekstenzivne količine ............................................................................ 2 b) zbiralnik.................................................................................................................... 3 c) množina snovi v zbiralniku ....................................................................................... 6 d) izolator ..................................................................................................................... 6 e) snovni tokovi in vodniki ............................................................................................ 6

Vzroki za tokove ............................................................................................................ 7 a) razlike v višini gladin ................................................................................................ 8 b) tlačne razlike............................................................................................................ 9 c) tok lahko razlike zmanjšuje .................................................................................... 12 d) razlike lahko ohranjamo s črpalkami ..................................................................... 13 e) stacionarna in ravnovesna stanja .......................................................................... 14 f) koncentracijske razlike............................................................................................ 14 g) potencialne razlike ................................................................................................. 15

Priporočena literatura: ................................................................................................ 15 Metode pri pouku fizikalnega dela naravoslovja Pouk naravoslovja naj izhaja iz konstruktivističnih načel, kjer je to le mogoče. Otroci naj pri pouku najprej povedo svoje izkušnje in poznavanje obravnavane tematike. Poslužujemo se lahko intervjuja z vprašanji, ki dovoljuje popolnoma nepravilne in nesmiselne odgovore (kaj ti misliš...). Vprašanja naj ne iščejo vzrokov, ampak naj opisujejo oziroma napovedujejo dogajanja (kaj ti misliš, da se bo zgodilo...). Nato naj otroci sami poskušajo in preverjajo svoje napovedi. Šele preko izvedenih poskusov osvajajo nova znanja. Zakaj snovni tokovi? Tema snovnih tokov je bila vpeljana v naravoslovje kot fizikalna vsebina, ki ima mnogo povezav s preostalima znanostima - kemijo in fiziko. Reke in potoki vplivajo na ekosisteme v svoji okolici, preskrbujejo prebivalstvo z vodo, hrano in energijo, spreminjajo okolje zaradi erozije ipd. Zračni tokovi spremljajo vremenske spremembe in vplivajo na podnebje. Snovni tokovi so v živih bitjih. Kri, ki kroži po žilah prenaša hranilne snovi in kisik ter odnaša presnovne produkte. Predznanje učencev V šestem in sedmem razredu otroci obvladajo že mnogo spretnosti, ki so potrebne za

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 2: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 2

naravoslovne dejavnosti: znajo razvrščati oziroma urejati po eni ali dveh spremenljivkah. Znali naj bi načrtovati preproste eksperimente, ki naj ovržejo ali potrdijo njihovo predpostavko. Pri poskusih obvladajo nadzor nad eno spremenljivko. Znajo tudi poročati, predstaviti rezultate svojih meritev oziroma opazovanj z uporabo tabel, histogramov in preprostih grafov. Učenci so se s snovnimi tokovi srečali že v nižjih razredih, le poimenovali jih niso na ta način. Opazovali so iztekanje vode iz steklenic, pri tem so opazovali nižanje vodne gladine. Opazovali so tudi razlike med prelivanjem in presipavanjem. Voda je predstavljala pripomoček za zavedanje ohranitvenih zakonov. Skozi vsa leta so opazovali vremenske pojave, določali so smer in hitrost pihanja vetra. V četrtem razredu se srečujejo s pojmom viskoznosti kot lastnosti, ki jo lahko urejamo z operacijo pretakanja. Opazovali so že sisteme kot so centralna kurjava ipd.

Kratek pregled osvajanja predhodnih znanj V prvem triletju so otroci predvsem udeleženci izvajanih eksperimentov. Oni se gibljejo, oni občutijo in oni opazujejo. Njihovo telo je merilni instrument. Hkrati se učijo tudi osnovnih operacij določanja spremenljivk, razvrščanja, urejanja, rabe besed pri poročanju, učijo se opisovanja krajevnih in časovnih dogodkov in spremenljivk. Srečajo se skoraj z vsemi fizikalnimi vsebinami, a le starosti primerno. V četrtem in petem razredu se postavijo na stališče neodvisnega opazovalca. Zavedo se, da morajo poskusi potekati tako, da način opazovanja oziroma merjenja ne (oziroma čim manj) vpliva na rezultate poskusa in da je dober poskus tudi ponovljiv. Osnovni pojmi in kako jih osvojiti

a) intenzivne in ekstenzivne količine Ekstenzivne ali aditivne količine so količine, ki se odvisne od "velikosti" opazovane snovi. Za velikost opazovane snovi vpeljimo ime množina. Ali ima morda kdo boljši predlog? Intenzivne količine so količine, ki so od množine opazovane snovi neodvisne. Kako pokazati razliko med obema vrstama količin: POSKUS: plastelin (najbolje play-doh) zgnetemo v kepo in zapišemo čim več njenih lastnosti npr. barva, masa, prostornina, trdota, vonj,....

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 3: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 3

Slika 1 Dišeči plastelini različnih barv. - nato kepo plastelina razrežemo in za vsako od prej naštetih lastnosti Ugotovimo, ali je v delu kepe enaka (intenzivna) ali različna (ekstenzivna) kot v celoti - lastnosti razvrstimo na dva stolpca oziroma na intenzivne in ekstenzivne (vendar je bolje, da otrok s poimenovanjem ne obremenjujemo) Še nekaj poskusov za razmislek oziroma testiranje v razredu

- kozarec tople vode prelijemo v dva kozarca - zrak iz enega balončka pretočimo v dva balončka

b) zbiralnik Zrnate, tekoče in plinaste snovi shranjujemo v zbiralnike. Zbiralniki so posode, katerih stene ločujejo prostor, kjer snovi ni (ali je je manj) od prostora, kjer snov je ali je snovi več. Znotraj zbiralnika se od okolice razlikuje intezivna količina. Npr. v posodi je voda, zunaj pa je ni. Lahko bi rekli, da je koncentracije vode v posodi večja, kot zunaj. V zračnici je več zraka, kot ga je v enako velikem prostoru izven zračnice. Zbiralnike enakih snovi lahko urejamo po kapaciteti. Kapaciteta je merljiva količina. Lastnost zbiralnika je lahko največja masa določene snovi, ki jo še spravimo vanj (predvsem zrnate snovi) ali prostornina (predvsem tekočine). Za pline je opis kapacitete bolj zamotan in je določen običajno funkcionalno. Kapaciteta plinskih jeklenk je npr. podana v kilogramih oziroma gramih. Pri tem je zamolčano dejstvo, da je plin napolnjen pri določenem tlaku. Če bi jeklenko polnili s plinom pri drugačni temperaturi ali tlaku, bi bila masa plina drugačna. Jeklenka ima namreč natančno določeno prostornino, ki pa v različnih okoliščinah lahko vsebuje različne množine plina.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 4: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 4

PREDSTAVITEV oz. ZBIRKA: - menzure - različne plastenke - plastične posode za vodo - baloni - jeklenka(e) - zračnice oziroma gume

Slika 2 Menzure različnih presekov in višin.

Slika 3 Plastenke različnih oblik so lahko dostopne in finančno nezahtevne.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 5: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 5

Slika 4 Zbiralniki, ki omogočajo pretakanje.

Slika 5 Zbiralniki za plin s spremenljivo prostornino.

.

Slika 6 Zbiralniki za pline s stalno prostornino. Urejanje zbiralnikov po kapaciteti je dejavnost, ki otroke opominja na kontrolo spremenljivk. Pri tej starostni stopnji se že zavedajo ohranitvenih zakonov (po Piagetu - množina snovi se ne spremeni, če snov preoblikujemo ali razdelimo). Zato lahko kot dejavnost izvedemo urejanje posod različnih oblik po kapaciteti. Pozorni moramo biti na naslednje okoliščine: posode morajo napolniti z enako snovjo (npr. vodo ali peskom), pozorni morajo biti na izgubljene množine snovi pri presipavanju in prelivanju, posode

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 6: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 6

morajo biti napolnjene na enak način (do vrha).

c) množina snovi v zbiralniku Množina snovi v zbiralniku je merljiva količina. Množino snovi v zbiralniku lahko npr. tehtamo, vendar so zbiralniki po svoji funkciji običajno neprenosljivi. Zato je mnogo bolje izbrati neko drugo količino, katere merjenje je preprosto, vendar nam omogoči izračun množine, ki jo potrebujemo. Lahko pa zbiralnik tudi umerimo. Za preprosto merjenje vsebine zbiralnika moramo izbrati tudi zbiralnik z ustrezno obliko. Pri zbiralnikih z ravnimi stenami zadošča, da merimo višino zrnate snovi ali tekočine. Višini lahko priredimo merilo za množino snovi v zbiralniku npr. 1 cm dviga gladine pomeni, da se je prostornina tekočine povečala za 1 dl. Pravimo, da smo umerili merilo na zbiralniku. Postopek za umerjanje je preprost - v zbiralnik dolijemo ali dosipljemo znano prostornino ali maso snovi, izmerimo dvig gladine ali nivoja in merilo je določeno. Zbiralniki zanimivih oblik so morda zabavni, za šolske namene pa niso uporabni. Plini se v zbiralniku razširijo vedno po celotni prostornini. Zato je za množino plina ustrezna količina tlak, ki ga merimo z manometrom. Povezava med tlakom in maso snovi v zbiralniku je bolj zamotana - podaja jo splošna plinska ena ba pV=m/M RT. Zbiralnik lahko glede na kazalec manometra umerimo vendar so na starostni stopnji 6. razreda bolj primerne semikvantitativne primerjave - čim večji je tlak v zbiralniku (posodi) tem večja je množina plina v njem.

d) izolator Stene posode ločujejo prostor na dva dela, ki imata različne lastnosti. Stene posode hkrati preprečujejo izmenjavo snovi z okolico. Vse stene niso idealne. Baloni, napolnjeni s helijem, postanejo v nekaj dneh mehki in ne silijo več pod strop. Skozi stene balonov namreč helij uhaja. Za stene posod lahko vpeljemo izraz izolator, ker preprečuje uhajanje snovi v okolico.

e) snovni tokovi in vodniki Kadar se snov prenaša iz enega kraja na drugega, lahko govorimo o snovnem toku. Premikanja enega avtomobila po cesti običajno ne povezujemo s snovnim tokom, če pa opazujemo vožnjo strnjene kolone avtomobilov po avtocesti, pa nam je ideja snovnega toka že bližja. Premikanje teles in živih bitij so otroci obravnavali na najrazličnejše načine v prvih petih letih šolanja. V šestem razredu pa se ukvarjajo s snovnim tokom v bolj fizikalnem pomenu. O snovnem toku v fiziki govorimo namreč takrat kadar se "določena množina snovi" umakne iz "določenega kraja v določenem času", vendar jo tam nadomesti druga po lastnostih enaka snov. Z otroci se o snovnih tokovih raje pogovarjamo v zvezi s konkretnimi primer: potok, reka, veter, vodovodna napeljava, centralna kurjava, ožilje, presnova ... Snovni tok je lahko odprt - snov se izteka iz enega zbiralnika in teče v drugega Kateri od prej naštetih primerov so odprti krogi?

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 7: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 7

Snovni tok je lahko krožni oz. zaprt - snov po sistemu cevi kroži, s seboj lahko tudi kaj prenaša, vendar se ne izmenjuje. Kateri od prej naštetih primerov so zaprti krogi? Z masnim tokom običajno merimo prenašanje zrnatih snovi npr. rudniški tekoči trakovi, tekoče stopnice, dvigala,... Pri tekočih trakovih je količina, ki vpliva na velikost pretoka, širina trakov in njihova hitrost. S prostorninskim tokom merimo običajno tokove tekočin. Količini, ki določata pretok, sta presek in hitrost. Med prostorninskim in masnim tokom je pri nestisljivih tekočinah preprosta Povezava, npr. 1 liter vode, priteče v 1 sekundi, pomeni hkrati tudi 1 kilogram vode pretečene v 1 sekundi. Pri plinih je povezava spet bolj zamotana, ker je potrebno upoštevati še tlak plina in v nekaterih primerih tudi temperaturo. Zopet lahko ostanemo pri semikvantitativni obravnavi otrokom znanih tokov kot so vetrovi, veter z večjo hitrostjo prej prinese slabo vreme, kot veter z manjšo hitrostjo. Vodniki Snov lahko iz enega zbiralnika do drugega potuje po vodniku. Pravimo, da po vodniku teče snovni tok. Snovni tok po vodnikih teče sam od sebe ali pa ga moramo poganjati. Običajno so za pline vodniki cevi, tekočine pa se lahko pretakajo tudi po žlebovih ali strugah. Dejavnosti: Za opazovanje tokov so predvsem primerne dejavnosti naravoslovnega dne. Če imate v bližini šole potok ali nenevarno reko, lahko otroci merijo hitrost reke tako, da vanjo mečejo plavajoče predmete (pozor onesnaževanje) npr. suhe vejice in merijo čas, ki ga veijca potrebuje za določeno vnaprej izmerjeno razdaljo. Merijo lahko na mestih, kjer je potok različno širok. Opazujejo smer pretakanja vode tako, da vodo posujejo s smrekovimi iglicami. Tako lahko opazujejo vrtinčenje vode za ovirami in podobno. V majhnih potokih lahko strugo preoblikujejo in ponovno ugotavljajo, kako se spremeni smer in hitrost vodnega toka (pozor, na koncu je potrebno vzpostaviti prejšnje stanje). Če je v bližini šole merilna palica za merjenje rečnega vodostaja (lahko jo tudi postavite), lahko izvedete tudi dolgotrajnejša opazovanja z risanjem diagrama višine rečne gladine v odvisnosti od časa, pri opombah oziroma rečnem dnevniku lahko zasledujete tudi poročila o pretoku reke oziroma vpisujeta opazke o vremenu (dež, sneg), temperaturah in podobno. Vzroki za tokove Snovni tokovi tečejo zaradi različnih vzrokov. Vsem vzrokom pa je skupno naslednje:

- so razlike intenzivnih količin - zaradi tokov se razlike zmanjšujejo - za ohranjanje razlik je potrebna energija

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 8: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 8

Učenci naj bi te skupne imenovalce spoznali izhajajoč iz konstruktivističnih načel. O nekaterih pojavih imajo predznanje in izkušnje, ki jih je treba ozavestiti. Predznanje odkrivamo s predhodnimi vprašanji, napačne predstave pa izkoreninjamo s poskusi. Vse “gonilne razlike” naj otroci spoznajo ob poskušanju. Mnogi predlogi zanje so navedeni v nadaljevanju.

a) razlike v višini gladin Demonstracijsko ustvarimo tokove tekočin in plinov s pretakanjem med različnimi zbiralniki (posodami ali baloni). Zrnate snovi lahko le presipamo, ne moremo pa jih pretakati. Demonstracijski poskusi in laboratorijski poskusi:

- iztekanje vode iz plastenk - pretakanje vode med enakimi plastenkami - pretakanje vode med plastenkami različnih presekov - pretakanje vode po ceveh različnih presekov

Potrebni pripomočki: - plastenke različnih presekov z iztoki in brez - povezovalne plasti ne cevi razli nih presekov

Slika 7 Zbiralniki domače izdelave, ki omogočajo pretakanje, in ustrezna zbirka cevi razli nih dolžin in presekov. Otroci naj vedno najprej napovejo izide poskusov. Vprašanja naj se začenjajo s "kaj mislite, da se bi ..." in ne "kaj se bo zgodilo". Nato naj poskuse izvedejo. Kadar poročajo o poskusih, naj opisujejo dogajanje tudi z risbo oziroma stripom, ki nakazuje časovno spreminjanje opazljivih spremenljivk. S poskusi moramo počasi nakazati dejstvo, da tekočinski tokovi tečejo le zaradi višinskih razlik med gladinami. Snovni tok zmeraj teče iz posode z višjo vodno gladino v posodo z nižjo vodno gladino. Smer vodnega toka ni odvisna od množine snovi v posameznih zbiralnikih, kar je običajno razmišljanje. To napako razčistimo z izvajanjem pretakanja med posodami z različnimi preseki.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 9: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 9

Slika 8 Pretakanje med različnimi posodami. Izvedba pretakanja je možna na več načinov. Tehnično spretni lahko v plastenke vdelajo cevke, ki jih potem povežejo s cevkami z nekoliko večjimi preseki. Poskuse lahko izvedemo tudi z natego, kjer se še posebej izkaže, da sama razlika v gladinah pravzaprav ni vzrok snovni tok.

Slika 9 Model, s katerim lahko pokažemo pretakanje in ustvarjanje razlik v višini vodnih gladin.

b) tlačne razlike Višina vodne gladine pravzaprav ni tista, ki povzroča tok. To lahko demonstriramo s hidravlično dvigalko ali s povezanimi injekcijskimi iglami. Natega sama je tista, ki lahko vzpodbudi vprašanja na temo višine gladine. Tokovi tečejo namreč zaradi tlačnih razlik. Pojem tlaka spoznajo otroci že v četrtem in petem razredu. Tlak je fizikalna količina, ki povezuje silo in površino. Enaka sila, ki deluje na manjšo površino povzroči pod to površino večji tlak, kot enaka sila, ki deluje na večjo površino. Čoveški čuti za tip so v bistvu čutilo za tlak. Poskus: Dve krogli različnih mas in radijev. Večja krogla naj ima tudi večjo maso, vendar ne v

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 10: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 10

razmerju z volumnom. Npr. plastelin in kovinska krogla različnih radijev. Učenec naj pove, katera krogla ima večjo maso. Odgovor je (običajno) napačen.

Slika 10 Krogli imata različno maso, in različno velikost. Človek oceni, da ima večjo maso telo, ki na dlani povzroči večji tlak. Poskus: V veliko škatlo zložimo gobe za tablo. Gobe naložimo še v dodatno vrsto, jih stisnemo in zapremo pokrov. Pri zapiranju pokrova otroci doživijo občutek, ki ga povzroča tlak, hkrati pa se zavedo, da se množina snovi v zbiralniku poveča, če je v zbiralniku večji tlak.

Slika 11 Gobi imata večjo prostornino od škatle. V škatlo ju lahko stisnemo. Višina vodne gladine nad določenim mestom določa tlak v tekočini na tem mestu (p = p0 + ρgh). Semikvantitativno zvezo lahko povemo s stavkom: čim večja je globina, tem večji je tlak. Občutki so otrokom znani, lahko jih nanje tudi opozorite npr. Na naravoslovnih dnevih ali v šoli v naravi, če so možnosti kopanja. Prav tako je običajno otrokom znan način, kako povečati domet vodnega curka (vodne pištole, cevi itd.). Te občutke lahko povežemo s prikazom iztekanja vode iz zbiralnika, ki ima odprtine na različnih globinah. Spodnji curki imajo večjo hitrost iztekanja in zato daljši domet. Lahko jih uporabimo za semikvantitativno merilo za tlak: čim dalje pada voda, tem večji je tlak na mestu iztekanja.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 11: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 11

Slika 12 Tlak pri odprtini določa hitrost iztekanja vode. Čim večja je hitrost, tem dalje pade vodni curek. Poskus: Da je tlak v mirujoči tekočini na vseh mestih enak pokažemo na naravoslovnem dnevu ali v šoli v naravi. Potrebujemo plastenko s kapaciteto 10 do 20 l in iztočno pipico pri dnu posode. Primerne so plastične posode za vodo, ki jih uporabljamo na taborjenjih. Na pipico napeljemo nekaj metrov dolgo plastično cev, ki jo nekajkrat preluknjamo z žarečo iglo. Luknjice naj bodo na isti strani cevi v medsebojnih razdaljah približno 2 m. Plastično posodo postavimo na visok podstavek npr. mizo ali stol, cev pa zapremo. Skozi luknjice brizga voda. Ker učenci že vedo, da je hitrost vode v curku oziroma višina curka odvisna od tlaka, lahko iz višine curkov (ki so povsod enaki) sklepajo na enakost tlakov vzdolž cevi. S spreminjanjem višine posode ugotovljamo tudi semikvantitativno zvezo med višino curkov in zato tlaka v odvisnosti od višine posode. Cev nato odmašimo. Sedaj se višina curkov od mesta do mesta spreminja (pada). Tako pokažemo, da je za pretakanje potrebna tlačna razlika. Če sestavimo debelejše in tanjše cevi, lahko tudi pokažemo, da je za pretakanje po tanjših ceveh potrebna večja tlačna razlika, kar lahko navežemo na povišan krvni pritisk pri osebah z obloženimi žilami.

Slika 13 Iztekanje vode iz preluknjanih cevi a) zamašena cev oziroma mirujoča tekočina in b) preluknjana cev oziroma pretakanje.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 12: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 12

Tlak plinov lahko povezujemo z občutki pri napihovanju balonov ali zračnih blazin (naravoslovni dnevi in šole v naravi). Množina plina v zbiralniku je povezana s tlakom, čim večji je tlak plina v zbiralniku, tem večja je množina zraka v zbiralniku. Ta povezava velja za zbiralnike s stalno prostornino. Pri balonih je drugače. Tlak v notranjosti balona povečuje tudi deformacija balonske stene oziroma njena napetost.

Slika 14 V obeh balonih je tlak enak. Zato se zrak med balonoma ne pretaka več. Na masni pretok vpliva več dejavnikov: z otroci lahko ugotavljate, kateri dejavniki, ugotavljate lahko odvisne in neodvisne spremenljivke in semikvantitativne povezave med njimi, npr. - tlačna razlika - povezava z višino vodne gladine, s množino zraka v posodi - presek povezave - iztekanje iz odprtin različnih presekov - lastnosti tekočine - viskoznost; raba izrazov, ki opisujejo viskoznost (pretakanje olja, vode, malinovca)

c) tok lahko razlike zmanjšuje Iztekajoča voda zmanjšuje vsebino zbiralnika in znižuje gladino v zbiralniku. Dotekajoča voda povečuje vsebino zbiralnika. Podobno velja za pline. Iztekajoči plin zmanjšuje vsebino zbiralnika in zmanjšuje tlak v zbiralniku.... Dokler obstaja tlačna razlika med obema koncema povezave, tako dolgo teče snovni tok. Snovni tok poganja tlačna razlika med mestom na vstopu v povezavo in mestom na izstopu iz povezave. Zaradi iztekanja oziroma dotekanja se razlika zmanjšuje, zato je tok vedno manjši in se končno ustavi. Poskus: Tovrstne poskuse je najbolje, da delajo otroci v paru ali celo v četvero. Po dve plastenki povežemo s cevjo ali natego. Otroci zapisujejo odvisnost višine gladine od časa, rišejo grafe in ugotavljajo podobnosti. Z variacijo presekov zbiralnikov, presekov cevi oziroma lege zbiralnikov ugotavljajo podobnosti in razlike v meritvah. Končni zaključek je vedno enak, tok se ustavi, ko se izenačijo gladine oziroma posledično tlaki.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 13: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 13

d) razlike lahko ohranjamo s črpalkami V odprtih krogih moramo odtekajoč plin ali vodo dovajati. Narava skrbi za dovajanje s padavinami, v vodovodnih napeljavah za stalni dotok vode poskrbijo z zbiralniki,... V zaprtih krogih tokove lahko poganjamo s črpalkami, ki za tok potrebno tlačno razliko ustvarjajo umetno. Za to porabljajo energijo. Modeli zaprtih tokokrogov, pogovori od zaprtih tokokrogih centralna kurjava ( črpalka) ožilje (črpalka, meritve krvnega tlaka itd)

Slika 15 Tlačne razlike lahko ustvarimo tudi s pritiskom.

Slika 16 Črpalka ohranja višinsko razliko. Stanje ni ravnovesno, je pa stacionarno.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 14: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 14

e) stacionarna in ravnovesna stanja Ravnovesna stanja so tista, ki se v daljšem času ne spreminjajo, vendar za njihovo vzdrževanje ne potrebujemo energije. Npr. vodoravna gladina vode je posledica prerazporeditve vode tako, da je potencialna energija celotne voda najmanjša. Če vodo v kozarcu razburkamo, se sama vrne v svoje mirujoče ravnovesno stanje. Naštejte nekaj ravnovesnih stanj v svoji okolici! Stacionarna stanja so tista, ki se v odvisnosti od časa ne spreminjajo. Gladina vode v pretočnem ribniku je ves čas enaka. Vendar voda v ribnik priteka in iz njega odteka. Med stacionarnimi in ravnovesnimi stanji je pomembna razlika. Ni vsako stacionarno stanje ravnovesno, je pa vsako ravnovesno stanje stacionarno.

f) koncentracijske razlike Snovni tokovi se pojavijo tudi zaradi razlik v koncentraciji. Črnilo se počasi razleze po celotnem prostoru. V kaplji črnila je koncentracija molekul črnila večja kot izven kaplje. Naključno se več molekul giblje iz kaplje črnila navzven kot nazaj v kapljo črnila. Snovni tok zaradi razlike koncetracij zmanjšuje zmanjšuje razliko koncentracij, ki ga povzroča. Teče tako dolgo, dokler razlika obstaja.

Slika 17 Tok zaradi koncentracijskih razlik. Razlivanje črnila v vodi. Ploskovno razlivanje Črnilo se razliva, dokler ni koncentracija črnila povsod enaka.

Slika 17 Razlivanje črnila. Prostorsko razlivanje.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 15: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 15

Pretakanje snovi zaradi koncentracijskih razlik pokažemo s preprostim poskusom, ki ga lahko izvedejo učenci samostojno. V plastično škatlo prilepimo predelno steno z manjšo odprtino ob dnu posode. Na eno stran stresemo 10 temnih fižolčkov, na drugo stran predelne stene pa 10 svetlih fižolčkov. Fižolčki predstavljajo območja, kjer sta snovi različni. Odprtina v predelni steni mora biti dovolj velika, da fižolčki med tresenjem škatlice lahko posamezno prehajajo iz ene strani na drugo. Škatlico položimo na mizo in jo potresemo. Preštejemo svetle in temne fižolčke (ločeno) na eni in na drugi strani. Postopek ponavljamo in podatke vsakič vpišemo v tabelo. Po nekaj več kot 10 tresljajih so fižolčki pomešajo in se samo od sebe zelo redko spet razmešajo. Redkost razmešanja lahko tudi študiramo s spreminjanjem števila fižolčkov v posodici. Čim večje je število fižolčkov, tem redkeje se naključno razmešajo. Rezultat povežemo s podatkom, da je število molekul v tekočini mnogo mnogo večje od števila fižolčkov v posodici.

g) potencialne razlike Snovni tokovi tečejo iz višjih leg na nižje. V uvodnih poglavjih smo to povezovali s tlačno razliko. Vendar v rečnih tokovih in premikajočih se vodah tlak ni vedno gonilna razlika, temveč je gonilna razlika razlika v potencialih. Gravitacijski potencial je lastnost kraja in je zato intenzivna količina. Telo ima gravitacijsko potencialno energijo, ko ga dvignemo na neko višino. Če na isto (enako) višino dvignemo telo z večjo maso, ima le-to večjo potencialno energijo, kot telo z manjšo maso na enaki višini. Potencialna energija je torej ekstenzivna količina, potencial pa intezivna količina. Telesa oziroma snovi težijo na področja z im nižjo potencialno energijo. Zrnate snovi se pretakajo le zaradi potencialnih razlik. Slike sta posnela Gregor Tarman in Goran Iskrić . Priporočena literatura Učni načrti: Naravoslovje za 6. razred, http://www.mszs.si/slo/ministrstvo/organi/solstvo/viprogrami/os/9letna/ucni_nacrti/pdf/nar6.pdf Spoznavanje okolja za 1., 2. in 3. razred, http://www.mszs.si/slo/ministrstvo/organi/solstvo/viprogrami/os/9letna/ucni_nacrti/pdf/so.pdf Naravoslovje in tehnika za 4. in 5. razred, http://www.mszs.si/slo/ministrstvo/organi/solstvo/viprogrami/os/9letna/ucni_nacrti/pdf/N&T.pdf GLAŽAR, Saša A., KRALJ, Metka, SLAVINEC, Mitja. Spoznavajmo naravo 5. 1. izd. Ljubljana: DZS, 2001. 149 str., ilustr.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 16: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 16

GLAŽAR, Saša A., KRALJ, Metka, SLAVINEC, Mitja, HERLEC, Uroš. Spoznavajmo naravo 5, Delovni zvezek. 1. izd. Ljubljana: DZS, 2001. 74 str., ilustr. WALPOLE, Brenda, FERBAR, Janez. Voda, (Zbirka Moji prvi koraki, Serija Veselje z znanostjo). Murska Sobota: Pomurska založba, 1990. 38 str., barvne ilustr. WALPOLE, Brenda, FERBAR, Janez. Zrak, (Zbirka Moji prvi koraki, Serija Veselje z znanostjo). Murska Sobota: Pomurska založba, 1990. 39 str., barvne ilustr. WALPOLE, Brenda, FERBAR, Janez. Gibanje, (Zbirka Moji prvi koraki, Serija Veselje z znanostjo). Murska Sobota: Pomurska založba, 1991. 40 str., barvne ilustr. Dodatna literatura V zadnjih letih se je izdajanje naravoslovne literature namenjene otrokom, ki temelji na predlogih preprostih (žepnih) poskusov in preprostih razlagav rezultatov teh poskusov, močno razmahnilo. Poseganje po taki literaturi je za učitelja dobrodošlo, če se zaveda nekaterih dejstev. Tukaj opisujem le situcaijo, ki je pri tovrstnih knjigah zelo pogosta, zato mora učitelj, ko take knjige uporablja kot vir, o njih kritilno razmišljati.

• večina knjig je prevedena (največkrat iz angleščine). Prevod običajno poteka tako, da je slikovna matrica podana, prevedeno je le besedilo z ustrezno prostorsko vpetostjo

• prevajalci mnogokrat niso naravoslovci ali pa vsaj fizikalnih tem ne prevajajo ljudje z dobro fizikalno izobrazbo. Zato so mnoge razlage zelo splošne in temeljijo na dobesedne prevodu izvirnika. Ker je angleščina pri izrazoslovju drugačna od slovenščine, predvsem pa je mnogo bolj sproščena glede rabe izrazov, so mnogi prevodi celo izrazito napačni

• knjige največkrat niso recenzirane temveč le lektorirane ali pa še to ne. Zato napake, omenjene v prejšnji točki ostajajo.

• učitelj mora vsak poskus, ki ga namerava izvesti v razredu, predhodno preizkusiti. Žal so mnogi poskusi predstavljeni v knjigah napaberkovani iz literature, opremljeni z lepimi skicami, morda tudi fotografijami, dejansko pa včasih nepreizkušeni. Tako se izvajalec sreča z mnogimi majhnimi težavami, ki izvedbo poskusa lahko otežijo ali celo prispevajo k čudnim izidom. Včasih so celo v originalu predstavljeni poskusi neizvedljivi (brez komentarja), najpogosteje pa nastanejo napake pri prevodu. Prevajalec bi namreč moral poskuse tudi preveriti, saj včasih poskusov ni mogoče izvesti le zato, ker npr. prevajalec zapiše žarnica, morala pa bi biti svetleča dioda ali kaj podobnega.

Vendar naj učitelja zgoraj navedene pripombe ne ustavijo pri iskanju novih idej za popestritev pouka. V prihodnje nameravamo pripraviti seznam tovrstne literature z ustreznimi komentarji in opozorili. Za sedaj pa navedba nekaj naslovov: SEARLE-BARNES Bonita, Ta čudovita voda, Založništvo JUTRO, 1996.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

Page 17: Modul 1: Snovni tokovi - pef.uni-lj.si

M. Čepič, Modul 1: Snovni tokovi – didaktika 17

SEARLE-BARNES Bonita, Ta čudoviti zrak, Založništvo JUTRO, 1996. Obe knjigi predlagata nekaj zanimivih poskusov, ki jih ni v drugih knjigah. Žal so razlage slabe, besednjak zelo posplošen (npr. pojave, ki so posledica zakonov narave opisuje v aktivni obliki kot npr. »veter je del načrta, ki ureja svet..«). Knjige izhajajo iz bibličnega izhodišča, da je svet premišljeno narejen in da npr. »svetloba deluje v skladu z načrtom«... Naravoslovec razume urejenost sveta kot posledico naravnih zakonov ... V obeh knjigah je navedena tudi množica vprašanj, ki naj bi otroke vzpodbujala k razgovoru. Žal v knjigi ni odgovorov na vprašanja, pa tudi razlage, ki jih knjiga nudi, za odgovore vse prej kot zadoščajo. Skratka, knjige te zbirke je treba vzeti v roke kritično.

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003