Imię i nazwisko autora:

Jan Pluta

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Jak w praktyce prowadzić pomiar i szacować niepewności pomiarowe?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
12) przestrzega zasad bezpieczeństwa podczas wykonywania obserwacji, pomiarów i doświadczeń;
15) posługuje się pojęciem niepewności pomiaru wielkości prostych i złożonych; zapisuje wynik pomiaru wraz z jego jednostką oraz z uwzględnieniem informacji o niepewności; uwzględnia niepewności przy sporządzaniu wykresów.
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie 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. określa, co i jak należy przygotować oraz jak należy postępować, by prowadzić pomiar w sposób umożliwiający uzyskanie wiarygodnego wyniku oraz miarodajne oszacowanie jego niepewności;

2. poznaje szczegóły praktycznej realizacji konkretnego doświadczenia fizycznego, poprzez wykonanie kompletu pomiarów i szczegółowych obliczeń;

3. analizuje wyniki wykonanych pomiarów, szacuje niepewności pomiarowe, wyznacza niepewności graniczne i standardowe.

Strategie nauczania:

odwrócona klasa; nauczanie przez dociekanie IBSE

Metody nauczania:

wykład informacyjny, doświadczenie, dyskusja

Formy zajęć:

praca w grupach; praca całego zespołu klasowego

Środki dydaktyczne:

mierniki długości i czasu (może to być kilka różnych mierników do wyboru); wahadła matematyczne, po jednym na grupę.

Materiały pomocnicze:

niniejszy e‑materiał

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Na poprzedniej lekcji nauczyciel zleca uczniom zapoznanie się z częściami „Przeczytaj” i „Film” e‑materiału. Celem jest dokonanie porównania postępowania prowadzącego pomiary pokazane w filmie z siedmioma zaleceniami zamieszczonymi w tekście.
Lekcję właściwą rozpoczyna dyskusja, w której uczniowie wskazują, w jaki sposób każde z siedmiu zaleceń jest realizowane w filmie.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel dzieli klasę na grupy o liczebności od trzech do pięciu osób. Każda grupa zostaje wyposażona w wahadło i ma za zadanie dokonać pomiaru jego długości oraz okresu drgań.
Efektem pracy grup w tej fazie ma być krótkie sprawozdanie, w którym prócz wyników pomiarów powinien się znaleźć zwięzły opis spełnienia przez grupę co najmniej trzech z siedmiu zaleceń opisanych w treści e‑materiału.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel stawia problem porównania wyników uzyskanych przez różne grupy. W dyskusji uczniowie powinni dojść do wniosku, że porównywanie długości jest bezprzedmiotowe, ponieważ długości l różnych wahadeł były zapewne różne; podobnie z okresami drgań T.
Nauczyciel informuje (szczególnie jeśli jest to dla uczniów nowa wiedza), że wspólną cechą różnych wahadeł - badanych przy jednakowym przyspieszeniu grawitacyjnym, tu: ziemskim - jest stałość ilorazu $\frac{l}{T^2}$. Zapowiada przy tym pracę domową, oraz że na kolejnej lekcji nastąpi rozstrzygnięcie, czy uzyskane przez grupy wyniki są ze sobą zgodne.

Praca domowa:

Uczniowie w grupach określają, na podstawie uzyskanych przez siebie wyników, wartość ilorazu $\frac{l}{T^2}$ oraz niepewność jego pomiaru.
Każdy uczeń wykonuje dowolne dwa spośród ćwiczeń w części „Sprawdź się”.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium może być wykorzystane na lekcji, której głównym celem jest pogłębiona analiza siedmiu zaleceń z części „Przeczytaj” i porównanie ich z przebiegiem konkretnego pomiaru z pogranicza fizyki i tzw. życia codziennego.