| Andrzej Kajetan Wróblewski Włodzimierz Natorf |
| |
| Symulacja błądzenia przypadkowego |
| III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy, zakres rozszerzony; rozszerzenie zapisów podstawy programowej. |
| Cele kształcenia - wymagania ogólne:
IV. Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy materiałów źródłowych, w tym tekstów popularnonaukowych.
V. Budowanie modeli fizycznych i matematycznych do opisu zjawisk oraz ilustracji praw i zależności fizycznych. Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
16) przedstawia własnymi słowami główne tezy tekstu popularnonaukowego z dziedziny fizyki lub astronomii;
17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki.
V. Termodynamika. Uczeń:
7) opisuje zjawisko dyfuzji jako skutek chaotycznego ruchu cząsteczek. Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki;
18) przedstawia własnymi słowami główne tezy tekstu popularnonaukowego z dziedziny fizyki lub astronomii;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
VI. Termodynamika. Uczeń:
18) opisuje zjawisko dyfuzji; posługuje się pojęciem fluktuacji, opisuje ruchy Browna. |
Kształtowane kompetencje kluczowe: | Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:
kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji, kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii, kompetencje cyfrowe, kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się. |
| Uczeń:
analizuje wybrane aspekty ruchów Browna, przeprowadza eksperyment symulujący ruchy Browna, objaśnia pojęcie fluktuacji, przedstawia znaczenie, jakie miało teoretyczne objaśnienie ruchów Browna dla ugruntowania atomistycznej interpretacji budowy materii. |
| eksperymentalno ‑ obserwacyjna |
| pogadanka, symulacja zjawiska |
| wspólna praca całego zespołu klasowego, praca w grupach |
| szkolna tablica, komputer z rzutnikiem, dostęp do Internetu; instrukcja oraz dwuwymiarowe plansze przygotowane zgodnie z poleceniem po audiobooku.
(wariantowo - nauczyciel przygotowuje wersje elektroniczne takich plansz, ewentualnie zleca takie przygotowanie uczniom, we współpracy z nauczycielem informatyki) |
| niniejszy e‑materiał, materiały „Na czym polegają ruchy Browna?” i „Obserwacja ruchów Browna w przyrodzie” |
|
|
Nauczyciel przedstawia zagadnienie „Struktura materii – ciągła czy ziarnista” zgodnie z częścią „Wprowadzenie” e‑materiału. Szkicuje rozwój poglądów na ten temat. Wskazuje przełom XVIII i XIX w. jako moment, w którym hipoteza atomistyczna zaczęła być stosowana do opisu coraz większej klasy zjawisk.
Nauczyciel prosi uczniów, by wskazali podstawowe elementy atomistycznej interpretacji:
w opisie zjawisk cieplnych (chodzi o teorię kinetyczno‑molekularną i istnienie atomów i cząsteczek jako pojedynczych obiektów, podlegających prawom mechaniki); w opisie zjawisk elektrycznych (chodzi o istnienie elektronów, protonów, jonów oraz o istnienie ładunku elementarnego); w opisie powstawania związków chemicznych (chodzi o istnienie pierwiastków oraz możliwość wprowadzenia stałej Avogadro i pojęcia mola substancji). Uczniowie odnoszą się, na podstawie dzisiejszej wiedzy, do pytania wstępnego: „Ile trzeba mieć wody, by móc uznać, że jest to woda?”. |
|
Nauczyciel zleca uczniom dobranie się w pary i przeprowadzenie dwuwymiarowej symulacji ruchów Browna pojedynczego „punktu materialnego”, opisanej w ostatnich poleceniach po audiobooku. Uczniowie prowadzą symulację aż do opuszczenia planszy przez „błądzący punkt” albo do wyczerpania czasu przeznaczonego na tę fazę lekcji (ok. 15 minut).
Nauczyciel prosi uczniów o wyłożenie planszy na ławce (lub o udostępnienie w inny sposób pozostałym uczniom wyników symulacji do wglądu). Uczniowie oglądają tory uzyskane przez poszczególne grupy. Nauczyciel zapisuje na tablicy uzyskane przez poszczególne grupy wartości R – liczby kroków symulacji, po których punkt opuścił planszę albo liczbę kroków, na której grupa przerwała symulację. |
|
Nauczyciel zachęca uczniów do wypowiedzi na temat tezy: „Materia o strukturze ciągłej, zbudowana z fluidów, podlega deterministycznym prawom mechaniki. Materia o strukturze ziarnistej zachowuje się – po części – w sposób nieprzewidywalny i wymaga opisu stochastycznego”. W wypowiedziach uczniowie powinni odnosić się do wyników symulacji, przeprowadzonych na lekcji. |
|
Uczniowie mają za zadanie wykonać ćwiczenia 6, 7, 8 związane z ruchami Browna i problematyką fluktuacji. |
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium | Notkę biograficzną oraz audiobook można wykorzystać jako kilkuminutowy wstęp (zainteresowanie tematem) do dowolnej lekcji o dyfuzji, ruchach Browna, fluktuacjach czy innej problematyce związanej ze statystycznym opisem materii. |