Imię i nazwisko autora:

Monika Sitek

Przedmiot:

fizyka

Temat zajęć:

Jakie reakcje termojądrowe zachodzą w masywnych gwiazdach?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem 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.
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
11) opisuje reakcję termojądrową przemiany wodoru w hel zachodzącą w gwiazdach.

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;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
17) opisuje reakcję termojądrową przemiany wodoru w hel zachodzącą w gwiazdach.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśnia rolę węgla w reakcjach CNO;

2. rozumie i objaśnia sposób przetwarzania energii jądrowej w masywnych gwiazdach;

3. podaje wartości energii wytwarzanej w cyklu CNO;

4. wyjaśnia, dlaczego gwiazdy świecą.

Strategie nauczania:

flipped‑classroom, nauczanie problemowe

Metody nauczania:

wypowiedzi uczniów

Formy zajęć:

praca wspólna całej klasy

Środki dydaktyczne:

tablica, dostęp do internetu, komputer z rzutnikiem

Materiały pomocnicze:

e‑materiały: „Reakcje termojądrowe zachodzące w gwiazdach – cykl protonowy” i „Ewolucja gwiazd”.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Materiał należy połączyć z lekcją o gwiazdach oraz cyklu protonowym (wodorowym) w gwiazdach. Dodatkowo można wprowadzić materiał o ewolucji gwiazd, w którym zaznacza się na jakich etapach ewolucji dominują konkretne cykle.
Uczniowie samodzielnie zapoznają się z e‑materiałem w domu.
Nauczyciel rozpoczynając lekcję pyta uczniów – Dlaczego gwiazdy świecą? Skąd bierze się energia w gwiazdach? Uczniowie opowiadają jakie jest pochodzenie światła w gwiazdach. Wspólnie dyskutują ewentualne różnice poglądów. Nauczyciel kontroluje dyskusję, notuje na tablicy najważniejsze wypowiedzi w postaci kluczowych słów jak na przykład: fuzja, reakcja termojądrowa, łączenie się protonów, katalizatory, utrata masy.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel prezentuje uczniom diagram Hertzprunga‑Russella, na którym zaznaczone są linie jednakowych mas, obrazujący rodzaje gwiazd. Pokazuje gdzie jest ciąg główny. Uczniowie mają za zadanie zidentyfikować, na którym etapie ewolucji, w którym miejscu na diagramie HR znajduje się gwiazda, której dominującą energią jest energia pochodząca z cyklu pp, a gdzie cyklu CNO. 
Uczniowie opisują schemat cyklu węglowo‑azotowo‑tlenowego – rozrysowują go na tablicy (dla poziomu rozszerzonego). Przedstawiają także przebieg cyklu na tle fragmentu ścieżki stabilności. 
Wyjaśniają skąd bierze się energia, czym różnią się reakcje zaczynające się od wychwytu protonu od przemian ${\mathrm{\beta }}^{\mathrm{+}}$, jak zmienia się gwiazda z biegiem lat wskutek zachodzących w niej reakcji termojądrowych. Nauczyciel kontroluje wypowiedzi uczniów, upewnia się, że wszyscy rozumieją o czym jest mowa, uzupełnia brakujące informacje.

Faza podsumowująca:

Uczniowie rozwiązują przygotowaną przez nauczyciela kartkówkę – może to być jedno pytanie, inne dla każdego ucznia. Uczniowie mogą korzystać z informacji zapisanych wcześniej na tablicy oraz z własnych notatek. Następnie uczniowie przekazują sobie wzajemnie własne odpowiedzi i sprawdzają rozwiązania kolegi lub koleżanki. Dokonują opisowej oceny odpowiedzi – co było dobrze, co było źle i dlaczego. Po lekcjach nauczyciel sprawdza zarówno odpowiedzi jak i ocenianie danej „kartkówki”. Przykładowe pytania w kartkówce:

• Opisz bilans całkowity reakcji w cyklu CNO.

• Wyjaśnij dlaczego gwiazdy świecą.

• Opisz źródło energii w reakcjach termojądrowych.

• Opisz warunki w jakich zachodzić mogą reakcje cyklu CNO.

Praca domowa:

Zadania sprawdzające 1‑5 dla obu poziomów. Zadania 6‑8 dla poziomu rozszerzonego lub dla chętnych z poziomu podstawowego.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium może być wykorzystane przez uczniów w domu, dla zapoznania się z nietypowym zjawiskiem. Nauczyciel może je wykorzystać na lekcji,w celu pokazania uniwersalnych (pozaprzedmiotowych) zastosowań pojęcia bifurkacja.