Prateći učenike i učenice na časovima fizike, uočila sam da im često nedostaje razumijevanja teme kojom se bavimo i primjenjivog znanja. Analizirajući časove, nastavni plan i program i udžbenike došla sam do zaključka da su neki problemi teško rješivi, da konceptualno znanje nije dovoljno uključeno u nastavu, da u nastavnom planu i programu nemamo dovoljno vremena za brojne teme, da udžbenici uključuju samo probleme i rješenja vježbi, da nastavnice ne koriste laboratorije za vježbe, da testovi ne uključuju pitanja vezana za temu spojenih posuda u zavisnosti od ovih konstrukcija, ali i da učitelji ne pridaju puno pažnje ovoj temi. Osim toga, kako su koncepti u fizici generalno apstraktni, važno je učiti radeći i proučavajući, pa sam odlučila da na više časova primjenjujem istraživački rad.
Tako sam na času izborne nastave fizike sa učenicama trećih razreda gimnazije odlučila primijeniti istraživanje kao način rada u proučavanju spojenih posuda. Cilj časa je probuditi istraživački duh, što se smatra nužnim za kvalitetno učenje fizike, povećati aktivnost đaka, razviti kritičke stavove i iskustvo da je nauka razumijevanje svijeta oko nas, poticati interes i motivaciju učenika, te izazivati njihovu radoznalost i interes jer će izučavati nešto što je relevantno za njihov život.
Nastavna jedinica spojene posude i njihova primjena ne nalazi se u udžbeniku. Na tu temu napisane su dvije rečenice i nacrtana slika, što je nedovoljno da bi učenicima princip rada spojenih posuda bio jasan i objašnjen. Zanimljiva i važna činjenica o spojenim posudama koja bi morala biti u udžbeniku je primjer primjene spojenih posuda: u vodokotliću, sifonu, lavabou, za dovođenje vode iz rezervoara na više spratove u zgradama... Glavna uloga sifona je da u savijenom dijelu zadržava vodu kako bi spriječio ulaz gasova i neprijatnih mirisa iz kanalizacije, a istovremeno omogućio prolaz vode od ulivnog grla sifona povezanog na slivnik do izlaznog dijela povezanog na kanalizaciju, prema zakonu spojenih posuda. Voda koja slobodno teče u sifon prelazi u drugi tok, tj. takozvano tečenje pod hidrostatičkim pritiskom.
Osim toga, većina učenika koji pohađaju izbornu nastavu matematike i fizike vjerovatno će upisati tehnički fakultet i trebaju imati osnovno znanje o spojenim posudama. Također je važno da znaju čemu služe spojene posude kako bi naučili temelje mehanike fluida, od atmosferskog pritiska, hidrostatičkog, Bernulijeve jednačine i tako dalje.
Iščitavajući literaturu, došla sam na ideju na koji način objasniti nastavnu jedinicu – pomoću Pitagorine čaše.
Pitagora je čašu izumio za svoje učenike. Njen cilj bila je promocija jedne od najvažnijih vrlina njegove škole – umjerenosti. (Ostale vrline na kojima se insistiralo su razboritost, pravednost i hrabrost.) Dok sipamo tečnost u čašu, ukoliko bi se prepunila, sav sadržaj bi se prosuo, odnosno iscurio kroz rupu na stalku. Kako je Pitagora, osim matematičar, bio i filozof, izrada njegove čaše nema samo stručno značenje i primjenu, već i životnu poruku, a ona je da u svemu treba imati mjeru, jer ako ne cijenimo ono što imamo – lako možemo ostati bez svega.
Kao nastavnica, u svemu ovome imam važnu i odgovornu ulogu jer odabirem tip nastave, metode i oblik rada. Shvatila sam da dobro osmišljena metoda i oblik rada učenicima olakšava savladavanje nastavnog sadržaja, te ga čini pristupačnim i zanimljivijim, a samim tim i predmet čini interesantnijim.
Nekoliko đaka me pitalo zašto to moraju učiti, čemu služi prvenstveno Pitagorina čaša, kakvu primjenu ima? Ispričala sam im gdje se spojene posude mogu primijeniti u domaćinstvu. Bio je to način da bolje razumiju fiziku i da im ona ne predstavlja prosti zbir formula i definicija.
Objasnila sam im šta istraživački rad uključuje u našem slučaju: historiju nastanka čaše, konstrukciju čaše i fizikalno objašnjenje.
Rekla sam im da ćemo zajedno istražiti princip rada i da pokušaju kod kuće konstruirati ovu čašu.
Odmah su proguglali na internetu i vidjeli kako izgleda čaša. Fizikalno objašnjenje Pitagorine čaše nalazi se u zakonu spojenih posuda i hidrostatičkog pritiska.
Pitagorina ili Tantalova čaša izvana izgleda kao i svaka druga čaša, ali kada se pogleda iznutra uočava se jedna cijev koja je ključna za njeno funkcioniranje. Ta cijev u obliku je slova U, povezana je sa dnom čaše i doseže do visine manje od same čaše, te se spušta do njenog dna, ali ne skroz do kraja, već je ostavljen mali otvor. Unutar cijevi je kanalić, kako bi tečnosti koju ulijevamo bio omogućen prolaz cijelom dužinom.
Đaci su se podijelili u dvije grupe – jedna je objasnila historiju nastanka čaše, a druga grupa je konstruirala čašu i svi zajedno su, uz moju pomoć, dali fizikalno objašnjenje.
Fizikalno objašnjenje dao je jedan učenik, a jedna učenica sve to nacrtala na papirima. Spojene posude napravljene su tako da tečnost može prelaziti iz jednog u drugi sud. U svakom sudu nivo iste tečnosti je isti, bez obzira na položaj posude. Učenik je rekao da, u slučaju da se u spojenim posudama nalaze dvije različite tečnosti, npr. ulje i voda, one se ne bi nalazile na istoj visini, zato što je gustina vode veća od gustine ulja. Iznenadila sam se kako lijepo razmišlja. To proizilazi iz činjenice što hidrostatički pritisak na svakom mjestu cijevi koja spaja posude ovisi o visini stuba tečnosti, gustine tečnosti i ubrzanja sile Zemljine teže.
Drugi učenik objasnio je princip rada čaše. Dok se čaša puni, tečnost se izdiže u dijelu iz kojeg se pije, kao i u jednom kraku cijevi, sve do vrha gdje je savijena, a sve prema zakonu spojenih sudova, kako ga je formulirao francuski matematičar, fizičar i filozof Paskal. Sve dok nivo tečnosti ne premaši visinu cijevi, čaša će funkcionirati kao i sve ostale. Međutim, ukoliko do toga dođe, tečnost će polako početi da ističe iz čaše u vanjski prostor. Hidrostatički pritisak će na kraju dovesti do isticanja sveg sadržaja čaše kroz rupu na dnu stalka.
Postavila sam đacima sljedeća pitanja: Šta je hidrostatički pritisak? Gdje se spojene posude mogu primijeniti? Od čega zavisi hidrostatički pritisak? Nekolicina je dala tačne odgovore, dok je većina davala nejasne ili netačne. Znali su da je hidrostatički pritisak povezan sa vodom. Jedan od učenika rekao je da ga čaša podsjeća na sifon, tj. odvod na lavabou, i objasnio princip rada sifona za odvod vode iz sudopera ili umivaonika.
Sifon je zakrivljen ili posebno oblikovan dio cijevi, kanala ili sanitarnog uređaja kojem je jedan dio uvijek potopljen u vodu, bilo da je riječ o sudoperu, kadi, lavabou ili WC šolji. Uglavnom ima oblik iskrivljenog slova I ili slova U.
Učenice su improvizirale kako napraviti čašu, a sve što im je bilo potrebno našle su na internetu.
Ovim istraživačkim radom ispunjeni su svi predviđeni obrazovni ishodi učenja. Učenici su razvili interes za fiziku više nego u klasičnoj nastavi. Ovakav oblik rada može se koristiti kako bi se fizika svakodnevnice približila djeci. Đaci razvijaju timsku saradnju i kritičko mišljenje. Sve ovo s njima radim da bi dostigla ambiciozne ciljeve: podučiti i motivisati ih da izvode jednostavne oglede, osvijestiti ih o važnosti razmjene znanja i saradničkog rada.
Na kraju časa rekli su da im je potreban ovakav način učenja fizike.
Shvatila sam da bi smo, kako bismo otklonile miskoncepcije ili nerazumijevanje, morale primijeniti nova saznanja o nastavi, prema kojima je za poboljšanje kvaliteta podučavanja potrebno više eksperimentalnog rada i kontrolnih grupa. Moguće je uključiti i kompjutere tokom predavanja, konceptne mape... Najkraće, treba promijeniti nastavni plan i program i materijale za predavanja, a učenice i učenici trebali bi raditi više laboratorijskih vježbi. Da bi ovo postigli, istraživači trebaju ponuditi nova rješenja, a profesorice i ministarstva obrazovanja trebaju raditi zajedno.
