A fizika tantsa a kzpiskolban

I. Egyetemi jegyzet

TMOP 4.1.2.B.2-13/1-2013-0007

ORSZGOS KOORDINCIVAL A PEDAGGUSKPZS MEGJTSRT

1

JUHSZ ANDRS, TASNDI PTER, JENEI PTER,

ILLY JUDIT, WIENER CSILLA, FZY ISTVN

A fizika tantsa a kzpiskolban

I.

Szerkesztette:

Juhsz Andrs s Jenei Pter

ELTE 2015

ISBN 978-963-284-713-9

2

ELSZ

A Fizika tantsa a kzpiskolban c. elektronikus egyetemi jegyzet rgi hinyt ptol. Tbb

mint szz ve folyik kzpiskolai fizikatanrok kpzse az ELTE Termszettudomnyi Karn,

illetve jogeldjeiben, de eddig nem kszlt olyan rott szakanyag, ami kifejezetten a fizika

kzpiskolai tantsra kszten fel a hallgatkat.

A fizika szakmdszertan feladatt a kzpiskolai fizikatants cljai jellik ki. A

kzpiskolban szeretnnk dikjaink szmra bemutatni, megrtetni s megreztetni velk a

fizika szerept a termszet megismersben, a fizika trvnyeinek objektivitst, s

alkalmazsaik gyakorlati jelentsgt. Mindemellett a kzpiskola fontos clja, hogy alapoz

trgyi ismeretekkel s alapvet kszsgek kialaktsval felksztse az rdekld dikokat a

szakirny tovbbtanulsra.

Szakmdszertani jegyzetnk dnt rszben a fizika tematikus fejezeteinek tartalmt tekintjk

t a kzpiskolai tants nzpontjbl. Olyan szakanyagot akarunk adni, ami idtll s a

legklnbzbb tantervi szablyozs esetn is hatkony szakmai segtsget nyjt a tanrnak az

egyes tmakrk eredmnyes tantshoz. Kiemelten foglalkozunk a fizika fogalmilag nehz,

gyakran flrertett, illetve tvkpzetekkel terhelt anyagrszeivel. Fontos, hogy a leend tanrok

vilgosan lssk azokat a pontokat, amelyek a tanuls sorn gyakran okoznak problmkat a

dikoknak. Klnsen sok a nehzsg a modern mikrofizika terletn. Az itt hasznlt fogalmak

ltalban a kzpiskolai szintet messze meghalad matematikai szmtsokon alapulnak, s

rzkszervi tapasztalatokra pl sztns szemlletnk alapjn kptelensgnek tnnek. Nagy

a veszlye annak, hogy a modern fizika ra, fantzit prbl mesedlutnn vlik. A tanr

szmra klnsen fontos, hogy vatosan gy kerlje ki a legkritikusabb alapokat (hullm-

rszecske kettssg, hatrozatlansgi relci, stb.), hogy kzben a dikok a klasszikus fizika

megtapasztalt igazra s a tanr szemlyes hitelessgre hagyatkozva el tudjk fogadni a

modern fizika eredmnyeit. Az gy letett puzzle-elemek koherens illeszkedsbl fokozatosan

kirajzold kp mr nmagt igazolva adja tantvnyaink modern fizikai szemllett. A fizika

tmakreinek feldolgozsakor mindentt hangslyosan kezeltk a krnyezetfizikai, technikai

s trsadalmi fontossg krdseket, megmutatva a fizika alkalmazsi lehetsgeit, s

rmutatva a fizika szerepre az ltalnos termszettudomnyos szemllet s vilgkp

kialaktsban.

Termszetesen a jegyzetben lertak szakembereknek - leend fizikatanroknak - szlnak, s

ltalban nem alkalmasak arra, hogy vltozatlan formban tantsuk a kzpiskolai dikoknak.

A jegyzet nem hasznlhat kzpiskolai tanknyvknt, s a fizika egyetemi szaktanknyveit

sem helyettesti.

A kzpiskolai fizika kritikus tartalmi vonatkozsainak ttekintse mellett igyeksznk sok

gyakorlati pldt, ksrletet, a dikokat motivl rdekessget bemutatni. Meggyzdsnk

szerint a fizika fogalmait megalapoz klasszikus fizikt ppgy lehet rdekesen, akr a

legmodernebb technika alkalmazsval is tantani, mint a modern fizika ismereteit. Szksges,

hogy a tanr megtallja az egszsges egyenslyt a fizikatants sokszorosan kiprblt

3

mdszerei s a legmodernebbnek tekinthet, jszer (s nha ppen emiatt gyorsan avul)

megoldsok kztt. A jegyzetben rszletesen foglalkozunk a tanri munka szaktrgyi

vonatkozs gyakorlati feladataival (pl. eligazods a tantervi szablyozsban, feladatmegolds,

ksrletezs szerepe, szmonkrs, rtkels, tanknyv, tbla, fzet, szmtgp funkcionlis

hasznlata, multimdiai alkalmazsok, iskoln kvli fizikatants lehetsgei, stb.)

A jegyzet rsa kzben dbbentnk r, hogy a jegyzet elektronikus formja klnleges

lehetsget knl arra, hogy a knyvszeren folytonos vonalvezetst legazsokkal, kitrkkel

gazdagtsuk. Ez azt jelenti, hogy a tematikus tartalom kifejtse sorn nagyon gyakran tall az

olvas opcionlis kiegsztseket a jegyzetben. Ezek mind tartalmukat, mind mfajukat s

formjukat tekintve igen klnbzek. Van kztk matematikai levezets, az aktulis tmhoz

kapcsold feladat, rettsgi mrs, dikoknak ajnlhat fakultatv otthoni ksrlet lers, a

fizika kultrtrtnethez kapcsold rdekessg, technikai alkalmazs, stb.) A kiegszt

anyagok egyetlen kattintsra megjelennek, illetve ugyangy eltntethetk. Tbbsgk a szerzk

munkja, de felhasznltunk interneten keresztl, kls szervereken felknlt hasznos

tartalmakat is. (gy rhetk el pldul az aktulis tantervi szablyozs dokumentumai, vagy

szakmai honlapok cikkei). Mindezeket figyelembe vve mondhatjuk, hogy elektronikus

jegyzetnk a nyomtatott szakknyvekhez viszonytva gazdagabb s sokrtbben felhasznlhat

tartalmat kzvett. A Fizika tantsa a kzpiskolban I. elektronikus egyetemi jegyzet a

TMOP-4.1.2.B.2-13/1-2013-0007 tmogatsval kszlt el. A jegyzet a fizikatants

kvetkez nagy tmakreit tartalmazza:

- A fizikatants hazai trtnete s helye a kzpiskolai oktatsban

- A magyar iskolarendszer tantervi szablyozsa

- A mechanika tantsnak krdsei

- A termodinamika s statisztikus fizika tantsa

- Mindennapi gyakorlat mdszertana

A Fizika tantsa a kzpiskolban II. a TMOP kiadvny folytatsaknt a kvetkez

tematikus egysgeket tartalmazza:

- Az elektromgnessg s optika tantsnak krdsei

- A hullmok (a ktlhullmoktl az anyaghullmokig) tantsa s beptse a

kzpiskolai tananyagba

- Az atomfizika (hj- s magfizika s az elemi rszek fizikja) tantsnak krdsei

- A csillagszat s asztrofizika elemei a kzpiskolban

- Az j felfedezsek interpretcijnak lehetsgei s szerepe a tantsban

Mivel a jegyzet msodik rsze nem kzponti forrsok felhasznlsval kszlt, a szakanyag az

ELTE TTK TTOMC honlapjn lesz elrhet.

Jegyzetnk elssorban az ELTE fizika tanrszakos hallgati szmra, szakmdszertani

kpzsk tmogatsra kszlt. Remljk azonban, hogy az elektronikus formtumnak

ksznheten ms egyetemek hallgati s gyakorl fizikatanrok is szles krben s

eredmnyesen tudjk majd hasznlni.

Budapest, 2015. szeptember 1.

A szerzk

4

Tartalomjegyzk

I. BEVEZETS ........................................................................................................................ 15

1. A fizikatants clja s feladata ........................................................................................ 16

2. A fizikatants viszonytsi pontja a fizika tudomnya. Mivel foglalkozik, s milyen

mdszereket hasznl a fizika-tudomny? ............................................................................. 17

3. A fizika szakmdszertan, mint interdiszciplinris szaktudomny .................................... 20

4. A fizikatants alapkrdsei: Kiknek? Mit? Mikor? Hogyan? ......................................... 22

5. A kzoktats, mint orszgos rendszer .............................................................................. 31

5.1. Az oktatsi rendszer szablyozsa ............................................................................. 31

5.2. A kzoktats tantervi (bemeneti) szablyozsnak rendszere ................................... 32

5.2.1. Nemzeti alaptanterv (NAT) ................................................................................ 32

5.2.2. Kerettantervek .................................................................................................... 35

5.2.3. Az iskola helyi tanterve ...................................................................................... 36

5.3. Az rettsgi vizsga, mint a kzpiskolai oktats kimeneti szablyzja ..................... 37

Bevezets mellkletek .............................................................................................................. 40

B1. Tl Tams: Milyen tudomny a fizika? ......................................................................... 41

B2. Science checklist ........................................................................................................ 46

B3. A termszettudomnyok integrlsnak mdszerei a hagyomnyos tantrgyi

struktrban tant gimnziumokban. .................................................................................. 47

B4. Nemzetkzi sszehasonlt teljestmnymrsek .......................................................... 52

B5. A kzponti tantervi szablyoz dokumentumokban (NAT, kerettantervek) gyakran

hasznlt szakkifejezseinek rvid rtelmezse ..................................................................... 58

B6. A termszettudomnyos kompetencia termszetes kapcsolatrendszere ms

kulcskompetencikkal, rszkompetencik, specilis termszettudomnyi kszsgek ......... 60

II. A KINEMATIKA TANTSA ........................................................................................... 66

Bevezets .............................................................................................................................. 66

1. A vonatkoztatsi rendszer ................................................................................................. 68

2. Az egyenes vonal egyenletes mozgs ............................................................................. 70

2.1. Ksrleti vizsglat, grafikus brzols ....................................................................... 70

2.2. Az tlagsebessg meghatrozsa ............................................................................... 72

3. Egyenes vonal egyenletesen vltoz mozgs ................................................................. 74

3.1. Galilei ksrlete .......................................................................................................... 74

5

3.2. Az egyenletesen gyorsul mozgs vizsglata mrt t- s id adatok empirikus

kirtkelse alapjn. .......................................................................................................... 77

3.3. A szabadess, mint egyenletesen gyorsul mozgs ................................................... 79

3.4. Mozgsok fggetlensge egyidej fggetlen mozgsok sszeaddsa .................. 80

3.4.1. Egy egyenesbe es, egymstl fggetlen egyenletes mozgsok sszegzdse . 80

3.4.2. Szget bezr egyenes vonal egyenletes mozgsok sszegzse ...................... 82

4. Krmozgs s forgmozgs kinematikja ........................................................................ 87

4.1. A krmozgs .............................................................................................................. 87

4.2. A forgmozgs kinematikja ..................................................................................... 91

5. A rezgmozgs kinematikja ............................................................................................ 93

6. Kinematikai feladatok megoldsa .................................................................................. 100

7. Kinematika alkalmazsa a mindennapi gyakorlatban .................................................... 101

Kinematika mellkletek .......................................................................................................... 103

K1. Nehz fogalom-e a sebessg? ...................................................................................... 104

K2. Egyszer fldrajzi helymeghatrozs dlben .............................................................. 105

K3. A GPS rendszer bemutatsa ......................................................................................... 111

K4. A Galilei-transzformci s a Galilei-fle relativitsi elv tantsa .............................. 114

K5. Koordinta-transzformcis feladatok ......................................................................... 116

K6. Fakultatv kiegszt ksrlet Mikola-csvel ............................................................... 118

K7. Galilei trtnelmi mrse a fizikarn egyszeren megismtelhet ........................... 119

K8. Galilei lejtvel kapcsolatos problmi ......................................................................... 121

K9. A nehzsgi gyorsuls szmtgpes mrse .............................................................. 124

K10. A szabadon es test mozgsrl kszlt videofelvtel kirtkelse szmtgpes

mrprogrammal ................................................................................................................ 128

K11. A merev test forg s krplyn trtn transzlcis mozgsa. ........................................... 132

K12. A centripetlis gyorsuls kinematikai meghatrozsa ........................................................ 134

K13. Fot- s video-dokumentumokra alapozott fizika feladatok ..................................... 135

K14. Kinematika feladatok grafikus megoldsa ................................................................. 141

K15. A kinematika gyakorlati alkalmazsa a kzlekedsben ............................................. 150

III. A DINAMIKA TANTSA ............................................................................................ 160

Bevezets ............................................................................................................................ 160

1. A Newton-trvnyek ...................................................................................................... 164

1.1. A tehetetlensg trvnye .......................................................................................... 165

1.2. Az er fogalmnak bevezetse s Newton II. trvnye ........................................... 167

6

1.2.1. A Newton-trvnyek trgyalsa a sztatikai erfogalomra alapozva ................ 168

1.2.2. Az erfogalom dinamikai bevezetse............................................................... 173

1.3. A hats-ellenhats trvnye (Newton III. trvnye) ................................................ 176

1.3.1. A hats ellenhats trvnye a dinamikai erfogalom keretben ...................... 177

1.3.2. A hats - ellenhats trvnye a statikai erfogalom keretben ........................ 177

1.4. Az erhatsok fggetlensgnek elve ...................................................................... 178

2. A dinamika alaptrvnynek alkalmazsa...................................................................... 179

2.1. Az ertrvnyek ....................................................................................................... 181

2.1.1. Az lland er .................................................................................................. 181

2.1.2. A ruger .......................................................................................................... 181

2.1.3. A srldsi er ................................................................................................. 182

2.1.4. A kzegellenlls ............................................................................................. 184

2.1.5. A gravitcis ertrvny .................................................................................. 186

2.1.6. A nehzsgi er s a slyer ............................................................................ 187

2.2. Knyszererk ........................................................................................................... 190

2.2.1. Sima lap ltal kifejtett er ................................................................................ 190

2.2.2. A fonaler ......................................................................................................... 192

2.3. Alkalmazsok nhny tipikus ertrvny felhasznlsval ..................................... 192

2.3.1. A krmozgs dinamikja .................................................................................. 192

2.3.2. A harmonikus rezgmozgs dinamikja .......................................................... 195

3. Az erk sszegezett hatsa (az impulzus-, a munka- s a mechanikai energiamegmarads

ttele) .................................................................................................................................. 197

3.1. Az erlks s az impulzusttel ............................................................................... 198

3.2. Munka s energia ttel ............................................................................................. 199

3.2.1. A munka fogalma ............................................................................................. 199

3.2.2. A munka - energia tmakr alapoz szint trgyalsa 7-8. vfolyamon ......... 201

3.2.3. A munka s a munkattel, valamint az energia fogalom begyazsa a

kzpiskolai tananyagba ............................................................................................ 204

3.2.4. A kinetikus energia s a munkattel ................................................................. 206

3.2.5. A ruger munkja ........................................................................................... 207

3.2.6. A nehzsgi er munkja ................................................................................. 210

3.2.7. A gravitcis er munkja ................................................................................ 213

3.2.8. A srldsi munka ............................................................................................ 215

3.2.9. A knyszerer munkja .................................................................................... 215

7

Dinamika mellkletek ............................................................................................................ 217

D1. Gyakori prekoncepcik s tartalmi flrertsek, tvkpzetek a mechanika tantsa sorn

............................................................................................................................................ 218

D2. Ksrletek a tehetetlensg trvnynek bevezetsre .................................................. 226

D3. Az erfogalom deduktv bevezetse ............................................................................ 228

D4. A mrsi utastsra alapozott fogalom bevezets kritriumai: a Carnap kritriumok . 230

D5. Klasszikus ksrleti sszellts, amit gyakran hibsan alkalmaznak, az Atwood gp 231

D6. Az SI s az er mrtkegysge .................................................................................... 234

D7. Szmtgpes mrssorozat az erfogalom dinamikai bevezetst megalapoz tkzsi

ksrletekhez. ...................................................................................................................... 235

D8. A csavarrug ertrvnynek ksrleti meghatrozsa ............................................... 237

D9. A ruger s a Hooke-trvny ..................................................................................... 238

D10. A srldsi erk kzpiskols szint bevezet trgyalsa ........................................ 239

D11. A srldsi er mikroszerkezeti magyarzata ........................................................... 246

D12. Mozgs a ngyzetes kzegellenllsi trvny hatsa alatt ........................................ 248

D13. A gravitcis trvny bevezetsnek trtneti tja ................................................... 252

D14. Lord Cavendish trtnelmi jelentsg ksrlete a tmegvonzs trvnynek

kzvetlen igazolsra .......................................................................................................... 256

D15. A gravitcis trvny ksrleti igazolsa az iskolban .............................................. 259

D16. Etvs Lornd gravitcis mrsei torzis ingval ................................................... 263

D17. A forg Fldhz kpest nyugv testek egyenslya ................................................... 269

D18. A slyer bevezetse az ltalnos iskolban ............................................................. 272

D19. A centripetlis gyorsuls ksrleti meghatrozsa .............................................................. 274

D20. A htkznapi letbl vett feladatok a krmozgsra vonatkozan ........................................ 275

D21. A kpinga keringsi idejnek szmtsa ........................................................................... 278

D22. A rugra akasztott test mozgsa ...................................................................................... 281

D23. Rugalmas tkzs fallal ............................................................................................. 286

D24. A munka ltalnos fogalmhoz vezet t .................................................................. 288

D25. Mirt fradunk el, ha nehz trgyat tartunk? Az izommunka mechanizmusa ........... 291

D26. A munkattel ltalnos igazolsa ............................................................................... 295

D27. A munkattel s a mechanikai energiamegmarads trvnynek kapcsolata............ 296

D28. Feladatsor a munkattelhez ........................................................................................ 299

IV. PONTRENDSZEREK MECHANIKJA ....................................................................... 302

Bevezets ............................................................................................................................ 302

8

1. A pontrendszer tmakrnek tantervi beillesztse ......................................................... 305

2. Egyszer pontrendszer mozgsnak lersa ................................................................... 306

2.1.A pontrendszer mozgsnak lersa mozgsegyenletekkel ...................................... 306

2.2. Pontrendszer mozgsnak lersa megmaradsi ttelekkel ...................................... 309

2.2.1. Az impulzus-ttel, impulzusmegmarads-ttele .............................................. 310

2.2.2. A tmegkzppont fogalma s a tmegkzppont-ttel .................................. 312

2.2.3. Munkattel s a mechanikai energiamegmarads ttele pontrendszer esetn .. 318

2.3 tkzsek .................................................................................................................. 320

2.3.1. Egyenes tkzs ............................................................................................... 321

2.3.2. Ferde tkzs .................................................................................................... 323

3. Merev test, mint pontrendszer ........................................................................................ 324

3.1. Merev test sztatikja ................................................................................................ 325

3.2. Merev test forgsa rgztett tengely krl ............................................................... 326

3.2.1. A forgmozgs alapegyenlete .......................................................................... 327

3.2.2. Tehetetlensgi nyomatk .................................................................................. 328

3.2.3. Impulzusmomentum, impulzusmomentum-ttel .............................................. 329

3.2.4. A forg test energija ....................................................................................... 331

3.2.5 A forgmozgs s a halad mozgs fogalomrendszernek analgija ............. 333

3.3. Merev test ltalnos mozgsa .................................................................................. 335

3.3.1 Merev test skmozgsa ...................................................................................... 336

3.3.2. A skmozgs kinematikja ............................................................................... 337

3.3.3. A skmozgs dinamikja .................................................................................. 339

3.3.4. A skmozgst vgz merev test kinetikus energija. ........................................ 342

Pontrendszerek mechanikja mellkletek .............................................................................. 344

P1. A lendletmegmarads trvnynek egyszer ksrleti igazolsa. Dinamikus

tmegmrs ......................................................................................................................... 345

P2. Tapadkorongos jtkpisztoly-lvedk sebessgnek mrse ballisztikus ingval ..... 349

P3. A tmegkzppont ....................................................................................................... 351

P4. tkzsek vizsglata mozgs-szimulcis programmal .............................................. 353

P5. tkzses balesetek a kzlekedsben (Szakkri feldolgozs javasolt anyaga) ........... 358

P6. Korongok ferde tkzse .............................................................................................. 376

P7. Slymrs ..................................................................................................................... 378

P8. Az impulzusmomentum-megmarads szemlltetse forgzsmolyos ksrletekkel .... 381

P9. Tengely krl forg merev test mozgsi energija ...................................................... 383

9

P10. A merev test pillanatnyi forgsnak szgsebessge fggetlen a vezetsi ponttl ...... 384

P11. Ngy kerken az indulstl a megllsig - az autzs fizikja (szakkri feldolgozs

javasolt anyaga) .................................................................................................................. 385

P12. A skmozgst vgz merev test kinetikus energijnak meghatrozsa sszegezssel

............................................................................................................................................ 401

P13. A lejtn legurul goly energiinak vizsglata .......................................................... 403

V. A MOZGSOK LERSA GYORSUL KOORDINTA RENDSZERBEN .............. 407

1. A mozgs lersa egyenletesen gyorsul koordintarendszerben ................................... 408

2. A mozgs lersa egyenletesen forg rendszerben ......................................................... 410

2.1. A centrifuglis er .................................................................................................... 410

2.2. A Coriolis-er .......................................................................................................... 411

3. Fld, mint forg koordinta-rendszer ............................................................................. 415

A mozgsok lersa gyorsul koordinta rendszerben mellkletek ....................................... 420

Gy1. Gyakorl feladatok transzlcisan gyorsul rendszerbeli megoldsra ...................... 421

Gy2. Feladatok forg rendszerbeli megoldsra .................................................................. 423

Gy3. Feladatok a Coriolis-erre. ........................................................................................ 425

Gy4. Feladatok a Fld forgsnak figyelembevtelre ...................................................... 428

GY5. A Foucault fle ingaksrlet ...................................................................................... 430

VI. FOLYADKOK S GZOK NYUGALOMBAN S RAMLSBAN ...................... 433

Bevezets ............................................................................................................................ 433

1. Folyadkok sztatikja a kzpiskolban ......................................................................... 435

1.1. A folyadkokban bred nyoms ............................................................................. 435

1.2. A hidrosztatikai nyoms .......................................................................................... 437

1.3. Molekulris erk folyadkokban ............................................................................. 439

1.4. Folyadkok golymodellje ....................................................................................... 440

2. Gzok sztatikja a kzpiskolban ................................................................................. 441

2.1. Boyle-Mariotte trvny ............................................................................................ 442

2.2. A lgnyoms ............................................................................................................ 442

2.3. Felhajter gzokban ............................................................................................... 444

2.4. Gzok golymodellje ............................................................................................... 444

3. Idelis folyadkok s gzok ramlsa ............................................................................ 445

3.1. Folyadkok laminris ramlsa ................................................................................ 447

3.1.1. Folytonossgi egyenlet az anyagmegmarads megfogalmazsa ................... 448

3.1.2. Bernoulli trvnye ............................................................................................ 449

10

3.2. Folyadkok srldsos ramlsa .............................................................................. 451

3.3. Erhatsok raml folyadkokban s gzokban ...................................................... 452

3.3.1. Kzegellenlls ................................................................................................ 452

3.3.2. Aerodinamikai emel er ................................................................................. 454

3.4. raml folyadkok s gzok energija .................................................................... 456

Folyadkok s gzok nyugalomban s ramlsban mellkletek ............................................ 458

F1. Hidrosztatikai paradoxon s kzleked ednyek ......................................................... 459

F2. Ksrletekhez kapcsold szemlletforml feladatok ................................................ 461

F3. rdekessgek, ltvnyos ksrletek a felleti feszltsg tmakrbl ......................... 467

F4. Egyszer folyadkok Bernal-fle golymodellje ......................................................... 476

F5. Egyszer ksrletek levegvel ...................................................................................... 479

F6. Vkuum s a lgnyoms ltezsnek trtneti vitja, Galilei, Torricelli, Pascal, Otto von

Guericke ksrletei .............................................................................................................. 482

F7. A lgnyoms magassgfggsnek kimrse ............................................................... 485

F8. Patak-projekt ................................................................................................................ 487

F9. Az sszenyomhat kzeg ramlsra vonatkoz Bernoulli trvny ............................ 497

F10. Palack oldaln kifoly vzsugr vizsglata (rettsgi feladat) ................................... 499

F11. Az ltalnos lgkrzs s a tengerramlsok ............................................................. 504

F12. A repls fizikja ........................................................................................................ 519

VII. TERMODINAMIKA S A MOLEKULRIS HELMLET TANTSA................. 523

Bevezets ............................................................................................................................ 523

1. A termodinamika s az energia tantsnak tantervi beillesztse ................................... 527

1.1. A htan bevezet szint trgyalsa .......................................................................... 527

1.2. A termodinamika gimnziumi tantsa .................................................................... 530

2. A hmrsklet fogalma ................................................................................................... 530

3. Gzok tulajdonsgai, az idelis gz, mintmodellanyag, ............................................. 532

3.1. A gzok llapotjelzi kzti kapcsolatok a gztrvnyek kimrse....................... 532

3.2. Az abszolt hmrsklet .......................................................................................... 533

3.3. Az ltalnos gztrvny ........................................................................................... 534

3.4. A kinetikus gzmodell ............................................................................................. 535

3.4.1. A gznyoms kinetikus rtelmezse ................................................................ 535

3.4.2. A gz hmrskletnek rtelmezse ................................................................ 537

3.4.3. Az energia egyenletes eloszlsa a gzban az ekvipartici ttele ................... 538

3.4.4. A gzok bels energijnak kinetikus rtelmezse .......................................... 538

11

4. A termodinamika I. fttele az energiamegmarads trvnye .................................... 540

4.1. A hmennyisg - fajh ............................................................................................. 541

4.2. Az els fttel alkalmazsa idelis gzok nevezetes llapotvltozsaira ................ 542

4.2.1. Idelis gz izochor llapotvltozsnak energetikai trgyalsa ....................... 543

4.2.2. Idelis gz izobr llapotvltozsnak energetikai trgyalsa ......................... 543

4.2.3. Idelis gz izoterm llapotvltozsnak energetikai trgyalsa ....................... 544

4.2.4. Az idelis gz adiabatikus llapotvltozsnak bevezetse az I. fttel alapjn

.................................................................................................................................... 545

4.3. Krfolyamatok idelis gzokkal .............................................................................. 546

4.4. Halmazllapot-vltozsok a bels energia fogalmnak bvtse .......................... 551

4.5. A kalorimetria s a termodinamika I. fttele.......................................................... 554

5. A termodinamika II. fttele .......................................................................................... 555

5.1. A II. fttel bevezetsnek fogalmi nehzsgei ....................................................... 555

5.1.1. A kvzisztatikus s a reverzibilis folyamat. ..................................................... 556

5.1.2. A loklis egyensly .......................................................................................... 557

5.1.3. Rendezett s rendezetlen folyamatok ............................................................... 557

5.2. A termodinamika II. fttelnek begyazsa a tananyagba ..................................... 557

5.2.1. A magra hagyott rendszer a rendezetlensg fel tart. ..................................... 559

5.2.2. A hergpek vizsglata .................................................................................. 562

5.2.3. A II. fttel Clausius- s Kelvin-fle megfogalmazsnak ekvivalencija ...... 564

5.3. A II. fttel mlyebb trgyalsa, az entrpia fogalom elksztse......................... 566

5.3.1. A Carnot-krfolyamat hatsfoka fggetlen a munkakzegtl ......................... 568

5.3.2. Az anyagtl fggetlen hmrskletmrs ........................................................ 568

5.3.3. A reduklt hsszeg s a Carnot-krfolyamat hatsfoka ................................. 569

5.3.4. A Clausius-egyenltlensg ............................................................................... 570

6. A termodinamika III. fttele ......................................................................................... 572

Termodinamika s a molekulris helmlet mellkletek ....................................................... 573

T1. Folyadkos hmr ksztse ....................................................................................... 574

T2. Gay-Lussac I. trvnynek mrse, a gzok htgulsa .............................................. 577

T3. Gay-Lussac II: trvnynek igazolsa ......................................................................... 580

T4. A Boltzmann-lland rtknek meghatrozsa szmtssal s mrssel ................... 581

T5. A kinetikus gzelmlet mechanikus s szmtgpes modelljei .................................. 583

T6. Egyszer makroszkopikus ksrletek a kinetikus gzelmlet igazolsra ................... 585

T7. Gzok fajhje lland nyomson, Robert Mayer-egyenlet .......................................... 590

12

T8. A dzelmotorhoz nem kell gyjtgyertya ..................................................................... 592

T9. Egy rdekes feladat, ami rvilgt az adiabatikus folyamatok sajtsgaira ................. 594

T10. Adiabatikus mozgsok a lgkrben ........................................................................... 596

T11. A Stirling krfolyamat hatsfoka ............................................................................ 600

T12. Tanulsgos kzpiskolai feladat a vz klnbz halmazllapotainak mikroszerkezeti

rtelmezshez .................................................................................................................... 602

T13. Fzisdiagramok (emelt szinten, kiegszt anyagknt ajnlott ) ............................... 604

T14. Plda a kalorimetrival kapcsolatos elmleti feladat (n. keversi plda)

megoldsra ........................................................................................................................ 608

T15. Emelt szint rettsgi mrsek a kalorimetria tmakrbl ...................................... 610

T16. Az 1976. vi Magyarorszgon megrendezett Nemzetkzi Fizikai Dikolimpia ksrleti

feladata: Egy ismeretlen kristlyos anyag termikus tulajdonsgainak vizsglat ................ 617

T17. A Carnot-krfolyamat hatsfoknak meghatrozsa ................................................. 621

VIII. MINDENNAPOK MDSZERTANI GYAKORLATA ............................................... 623

Bevezets ............................................................................................................................ 623

1. Ksrletezs a fizikarn ................................................................................................. 624

1.1. Az iskolai ksrletek funkci alapjn trtn ttekintse......................................... 626

1.2. Tanri s tanuli ksrletek ...................................................................................... 628

2. Fizikaszertr s a szaktanterem ...................................................................................... 630

2.1. Fizika-elad ............................................................................................................ 631

2.2. Fizika szaktanterem (labor) ...................................................................................... 632

2.3. Szertr s elkszt helyisg .................................................................................. 632

3. A feladatmegolds szerepe a fizikatantsban ................................................................ 633

3.1. Mitl nehezek a fizikapldk? ................................................................................. 634

3.2. A feladatmegolds bevezet szinten (az ltalnos iskolban) ................................. 635

3.3. A feladatmegolds tantsa kzpiskolban ............................................................ 635

3.4. Idealizlt modell-pldk s a fizikafeladatok valsgtartalma ................................ 636

3.5. Fizikapldk a htkznapi gyakorlatbl .................................................................. 638

3.6. Feladatmegolds s tehetsggondozs ..................................................................... 639

4. Tehetsggondozs ........................................................................................................... 641

4.1. A tehetsg sszetevi ............................................................................................... 641

4.2. Hogyan ismerhet fel a tehetsg? ............................................................................ 642

4.3. Orszgos s regionlis tehetsggondozs ................................................................ 644

5. Milyen a j fizika tanknyv ............................................................................................ 647

13

5.1. A tanknyv alapfeladata a tanulsi-tantsi folyamatban ........................................ 647

5.2. A tanknyvekkel kapcsolatos elvrsok .................................................................. 647

5.3. Alapkvetelmnyek a j tanknyvvel szemben ....................................................... 648

5.4. A tanknyv felptse............................................................................................... 649

5.5. Tanknyvet kiegszt frumok, szakanyagok ........................................................ 651

6. Tbla s fzet .................................................................................................................. 651

7. Multimdia s IKT alkalmazsok szerepe a fizikatantsban ......................................... 653

7.1. Video-ksrlet a fizikarn ....................................................................................... 655

7.2. Videofelvtelek szmtgpes kirtkelse ............................................................. 655

7.3. Webkamera alap tbbfunkcis szmtgpes mrrendszer, WebCam Laboratory

program ........................................................................................................................... 656

7.4. Fizika magyar fejleszts kvantitatv mozgs-szimull program ....................... 657

7.5. Audacity - akusztikus mrprogram alkalmazsa fizikarn .................................. 657

7.6. Internet alkalmazsa a fizikatantsban.................................................................... 658

8. Szmonkrs rtkels .................................................................................................... 661

8.1. A kvetelmnyrendszer, mint a szmonkrs alapja ............................................... 662

8.2. A szmonkrs s rtkels iskolai gyakorlata ........................................................ 662

9. Fizika iskoln kvl ........................................................................................................ 667

9.1. Fizikai ismeretterjeszts intzmnyei ...................................................................... 668

9.2. Fizikara s fizikaszakkr az iskolaudvaron ........................................................... 669

9.3. Fizika a jtsztren .................................................................................................. 672

9.4. Fizika kirnduls kzben ......................................................................................... 674

9.5. Fizikai akadlyverseny a szabadban ........................................................................ 674

9.6. Tanulmnyi kirndulsok ......................................................................................... 675

Mindennapok mdszertani gyakorlata mellkletek ................................................................ 678

M1. Nyomozs: Mi trtnt egy flszzada tartott fizikarn? ........................................... 679

M2. Tracker Ingyenesen letlthet mozgselemz szmtgpes program ................... 682

M3. A WebCam Laboratory mrprogram bemutatsa ..................................................... 688

M4. Fizika - kvantitatv mozgs-szimull program .......................................................... 699

M5. Audacity - akusztikus mrprogram alkalmazsa fizikarn ..................................... 702

M6. Egyszer s mindenki szmra hozzfrhet lehetsg elektronikus teszt-dolgozat

szerkesztsre ..................................................................................................................... 707

M7. Hzilag ksztett vizes rakta kilvse, mozgsnak elemzse .................................. 710

M8. A hajtsok ksrleti vizsglata vzsugrral ................................................................. 716

14

M9. Torricelli ksrletnek bemutatsa vzzel .................................................................... 717

M10. Naplland mrse az iskolaudvaron ........................................................................ 718

M11. Hogyan hajtjuk a hintt? ........................................................................................... 722

M12. Mrsek a havas domboldalon .................................................................................. 725

Irodalomjegyzk ..................................................................................................................... 728

15

I. BEVEZETS

A fizika-szakmdszertan a tanrkpzs egyik alapvet szaktrgya. Kzvetlen feladata, hogy az

egyetemen megtanult tudomnyos ismereteket sszekapcsolja a fizikatants ksbbi iskolai

feladataival. Ehhez termszetesen nem elgendek szaktudomnyi ismeretek, szksg van

pedaggiai, pszicholgiai tudsra is. Az elbbi adja a szaktanri munka cljt, az utbbi az

alapja az eredmnyes tantsi mdszerek megvlasztsnak. A kett sikeres sszeillesztsn

mlik a tants eredmnyessge.

Az ltalnos iskolban dnt jelentsg a tanr pedaggia felkszltsge s a r pl

szakmdszertan. Ebben az letkorban a kisdik elssorban a tanrnak tanul. Ha a

pedaggiailag jl felkszlt tanr megtallja a hangot a klnbz felkszltsg s htter

dikokhoz, mdszereiben tud szemlyre szlan differencilni, a dikoknak sikerlmnyt adni,

biztosan sokkal eredmnyesebb, mint az a kollgja, aki br kiemelked szinten tudja a fizikt,

de nem tud megfelelen kzelteni az tlagos kpessg, sokszor htrnyos helyzet

gyerekekhez.

A kzpiskolban, klnsen a tehetsggondoz kzpiskolban, ms a helyzet. Ide mr

vlogatott, j kpessg dikok kerlnek be, akik a kamaszkorban ers kritikval nzik a

felntteket, kztk tanraikat is. Ilyen felttelek kztt a j tanr eldleges kritriuma a

szleskr, biztos szakmai tuds. Ez teszi hiteless a dikok szemben a szaktanrt, e nlkl

lehetetlen az eredmnyes munkhoz szksges szemlyes tekintlyt megszerezni. (Gondoljuk

meg, milyen vlemnyt alaktanak ki a dikok arrl a fizikatanrrl, aki csak azokat a

feladatokat kpes jl megoldani, amelyek megoldsa a tanknyvben vagy a pldatrban

kzvetlenl megtallhat, aki nem tud vlaszolni a dikok krdseire, tjkozatlan a fizika j

eredmnyirl, nem sikerlnek a ksrletei, stb.) Termszetesen a tanr pedaggiai

felkszltsge itt is fontos, de azzal szemben a dikok sokkal kevsb kritikusak, mint a

fizikatuds hinyossgaival szemben. Az is igaz, hogy a pedaggiai ismereteket knnyebb

utlag, menet kzben bvteni, mint a szaktudomnyi alapozs hinyait.

A fentieknek megfelelen azt mondhatjuk, hogy mg az alapoz oktats szakmdszertana

inkbb pedaggiai jelleg, addig a kzpfok oktats a szaktrgyhoz ll kzelebb.

Az egyetemen megszerezett szaktudomnyi, pedaggia-pszicholgiai s szakmdszertani

felkszts utn az iskolai tantsi gyakorlat teszi teljess a tanri kpzst.

Vgezetl szeretnnk megemlteni, hogy a fizika tantsnak is van olyan magas foka, aminek

elrshez szksges, de nem elegend a lelkiismeretes felkszls, ehhez klnleges

szemlyes adottsgok kellenek. A trtnet szerint egy jsgr arrl faggatta az ids Egry Jzsef

festmvszt, hogy mondan el mi a mvszi alkots lnyege. A Balaton, a vz, s a fny

festjnek vlasza nem csak a festszetre vonatkoztathat, de akr a fizikatanri

cscsteljestmny ars poetica-jnak is elfogadhat. Az els lps, hogy szrevegyk a

termszet szpsgt, meglssuk az rdekes tmt, ezutn jn a hossz alapos megfigyels, mert

16

csak gy rthet meg a lnyeg. Az igazi mvszi munka csak ezutn kvetkezik, a feladat az,

hogy mindezt msok szmra is lmnny tudjuk tenni. A tanri munkban is pontosan ezek a

feldolgozs lpsei, itt is a legnehezebb lps: lmnny tenni az ismereteket a dikjaink

szmra. Erre valban csak a legkivlbbak kpesek, ez mr mvszet.

Elektronikus segdanyagunk bevezet fejezete a fizikatants legfontosabb kiindulsi

referenciit ismerteti. Elsdleges viszonytsi pontunk a fizika tudomnya, annak ellenre,

hogy a kzoktatsban nem tudomny aktv mvelsre kpezzk a dikokat, hanem inkbb a

fizikhoz kthet termszettudomnyos mveltsg kzvettse a feladatunk. Ezutn rviden

foglalkozunk a fizika tantsnak interdiszciplinris jellegvel, a tantsi folyamatban

alkalmazott ltalnos pedaggiai s pszicholgiai elmletekkel, mdszerekkel.

Az iskolai oktats, mint orszgos rendszer, ignyli a szervezettsget s a tervezettsget. Ennek

rszeknt foglalkozunk a fizikaoktats kzponti bemeneti szablyozsnak elemeivel a

Nemzeti Alaptanterv fizikai vonatkozsaival s a fizika kerettantervekkel. A kzponti tantervek

fontos eligaztst adnak olyan alapvet krdsekre, hogy Kiknek, mit s mikor tantsunk?. A

kerettanterve pl helyi tanterv, illetve a tanri tanmenet, a helyi adottsgok

figyelembevtelvel rszletezi s temezi a kzpontilag meghatrozott fejlesztsi feladatokat

s a kognitv tartalmakat, kiegsztve azokat a tants sorn alkalmazott konkrt mdszerekkel.

Vgezetl rviden sszefoglaljuk a kzpfok fizikaoktats kimeneti szablyzst jelent

fizika rettsgi rendszert.

1. A fizikatants clja s feladata

A fizikatants clja, hogy a termszet megismersnek s az ismeretek hasznostsnak

kultrjt tadja a jv nemzedkeknek. A termszettudomnyok, ezen bell a fizika, az

emberisg vezredes egyetemes kultrjnak fontos s kzs rszt jelentik. A kzs jelzn

kiemelt a hangsly. Nem sok olyan kulturlis rtk van a Fldn, ami fldrajzi helyezettl, a

helyi trtnelmi mlttl, a trsadalmi-politikai rendszertl, a vallsi hovatartozstl, stb.

fggetlenl mindentt azonos. A fizika ezek kz tartozik.

Simonyi Kroly: A Fizika kultrtrtnete

Minden fizikatanr szmra ktelez olvasmny!

17

A fizika kultrjnak tadsa sszetett feladat:

Meg kell mutatni, (st egyszer jelensgekkel lmnny kell tenni!), hogy a

termszetben rend van, s ez a rend megismerhet. Meg kell reztetni a gyerekekkel a

megrts rmt!

Meg kell ismertetni a dikokkal a termszet megismersnek trtneti folyamatt s

legfontosabb mdszereit!

A kzoktatsban nem a tudomny mvelst tantjuk, hanem az annak eredmnyeknt

a termszet mkdsrl szerzett legfontosabb ismereteket (termszettrvnyek),

valamint azok megismersnek elemi mdszereit akarjuk tadni s megrtetni

tantvnyainkkal!

Egyszer esetek vlogatott pldin keresztl kell megmutatni, hogy a fizikai trvnyek

matematikai alakban megfogalmazhatk. Ez lehetsget ad arra, hogy szmtsokkal

konkrt, gyakorlatban hasznosthat kvetkeztetsekre jussunk. Ezen alapulnak a

mrnki tudomnyok s a technikai alkalmazsok!

2. A fizikatants viszonytsi pontja a fizika tudomnya. Mivel foglalkozik,

s milyen mdszereket hasznl a fizika-tudomny?

Nhny vtizede mg nem jelentett nehzsget a fizika megklnbztet elhelyezse a tbbi

trs-termszettudomnyok kzt, ma ez mr sokkal nehezebben tehet meg. A vltozs oka a

klnbz hatrterletek gyors fejldse, amelyekben a fizikai eszkzk s mdszerek alapvet

szerepet jtszanak, s sok fizikus ppen ezekkel a klasszikusan nem a fizikhoz sorolt

terleteken vgez kutatmunkt. Ha feladjuk, hogy a teljessg ignyvel definiljuk a fizika

tudomnyt, a kvetkez egyszerstett vlasz adhat:

A fizika kzeli s tgabb termszeti krnyezetnk ltalnos jelensgeit, az anyagi vilg

alapvet trvnyszersgeit kutat tudomny.

Art Hobson fizikus, az amerikai Arkansas Egyetem tanra, aki egyetemi blcssz hallgatk

szmra rt fizika tanknyvet [Art Hobson: Physics, Concepts & Connections, Addison-

Wesley, 2010], ltalnos iskolsok szmra is rthet egyszer pldval teszi szemlletess a

fizika s a tbbi alapvet termszettudomny kapcsolatt: Mi trtnik, ha valamit a keznkbl

kiejtnk? Leesik. Ez egyformn igaz a kdarabra, amivel szaktudomnyknt a geolgia

foglalkozik, a kposztafejre, vagy akr a bkra is, amiket a biolgus vizsgl, de igaz a

legegyszerbb hasznlati trgyainkra ppgy, mint a mrnki munka cscst jelent

high-tech eszkzkre is. A Fld vonzhatsa hasonlan hat a testekre, fggetlenl azok

kmiai anyagtl, attl hogy lk vagy lettelenek, termszetes anyagok, vagy technikai

alkotsok. A tmegvonzs, mint ltalnos jelensg a fizika trgykrbe tartozik. A klnbz

kmiai anyagok, az lettelen s l testek ugyanolyan elemi rszecskkbl plnek fel, a

rszecskik kzti klcsnhatsok is hasonlak. Az anyag legkisebb elemi alkotrszeinek

vizsglatval szintn a fizika foglalkozik.

A fizika jellemz sajtsga, hogy a termszettudomnyok kztt itt jelent meg elszr, s ma

is a legelrehaladottabb, a termszet trvnyeinek matematikai formulkkal trtn lersa.

18

Kln hangslyozni kell, hogy a fizika tbb terletn sikerlt a felismert trvnyszersgek

sokasgt nhny tmren megfogalmazott alaptrvnyben sszefoglalni. Ilyenek pldul

Newton-trvnyei a klasszikus mechanikban, a Maxwell-egyenletek az elektrodinamikban, a

kvantummechanika egyenletei. Messze nem magtl rtetd, de a tapasztalat azt mutatja, hogy

ezekbl az alaptrvnyekbl a jelensgkr egsznek legklnbzbb rszletei matematikai

mdszerekkel kikvetkeztethetk. Ez a megismers j dimenzijt nyitja meg a fizikusok eltt,

hiszen a szmtsok rvn szmos olyan sajtsga trul fel az anyagi vilgnak, ami jdonsgnak

szmt. Ilyenkor a kutatk azonnal az j llts clzott ksrleti ellenrzsre igazolsra

sszpontostanak. Ha ez is minden ktsget kizran sikerl, az j eredmny helyet kap a fizikai

tudsunkat egybefoglal tudsanyagban.

A termszettudomnyok s ezen bell a fizika klnleges rtke, hogy olyan trvnyrendszerrel

rendelkezik, amelynek kemny magja (A Newton-trvnyek, a Maxwell-egyenletek, a

Termodinamika fttelei stb.) vszzadokban mrhet id ta vltozatlan, rk rvny

igazsgnak tekinthetk, hiszen az eddig elvgzett megszmllhatatlan ksrleti igazols utn

nem vrhat, hogy rvnyessgi krben valaha is mdostsra szorulna. A fizika

alaptrvnyeibl levonhat kvetkeztetsek htkznapi letnkre vonatkozan is mindig

igazak, tartalmukat semmilyen divatos eszmk nem befolysoljk. A fizikatants alapvet

clja, hogy ezt a biztos alapot ad gondolati rendszert a kvetkez generciknak tadja.

Egy-egy j fizikai eredmny ksrleti tesztelsnek fontos rsze a gyakorlati cl alkalmazsok

megtallsa is.

Napjainkban a fizika kutatsi tmi dnten kvl esnek a mr klasszikusnak szmt,

alaptrvnyekkel lert terletektl. A fizikusok tbbsge j, ismeretlen terletek feltrsn (pl.

rszecskefizika, asztrofizika), a fizika s a trs-termszettudomnyok hatrterletein (biofizika,

neuron-fizika, geofizika, lgkrfizika, stb.) dolgozik, vagy a gyakorlati szempontbl fontos n.

alkalmazott kutatsokat vgez a mszaki tudomnyokhoz kapcsoldva. A mai fizika

soksznsgt lehetetlen minden szempontnak megfelel egysges definciba srteni. A fizika

bonyolult meghatrozsa helyett tbbet mond, ha bemutatjuk a termszettudomny, s ezen

bell a fizika-tudomny mkdst. Ez nem csupn a fizika lnyegnek megrtst tmogatja,

de alapot s htteret ad a tudomny mkdsnek kzpiskolai bemutatshoz is. A

termszettudomny mkdsnek jellemzit rszletesen trgyalja Tl Tamsnak A Termszet

Vilga folyiratban megjelent: Milyen tudomny a fizika c. tanulmnya.

Rszlet Tl Tams Milyen tudomny a fizika c.

cikkl (Termszet Vilga, 2012. december)

Rszletek >>>

19

A Berkeley Egyetem honlapja konkrt tudomnytrtneti pldkon keresztl, szemlletesen

mutatja be a termszettudomnyos kutats Galilei ta rvnyes komplex folyamatt, a kutat-

kzssg ellenrz szerept, a trsadalmi tnyezk, a gyakorlati alkalmazs s a kutatsi

folyamat klcsnhatst. A honlap kiemelt figyelmet szentel a termszettudomnyokat a

fiatalok fel kzvett tanrok munkjnak tmogatsra is.

A Berkley Egyetem oldala: Understanding science

http://undsci.berkeley.edu/article/howscienceworks_01

Sajtosan ellentmondsos helyzet - a fizika gyors fejldse s cskken trsadalmi presztzse

A XX. szzad utols vtizedei sajtosan ellentmondsos helyzetet hoztak vilgszerte, de

hangslyosan Magyarorszgon is. A fizika, a tbbi termszettudomnnyal s a rjuk pl

alkalmazott tudomnyokkal (mrnki tudomnyok, orvostudomny) korbban soha nem ltott

robbansszer fejldst produklt, mgis a trsadalmi rdeklds cskkent e tudomnyok irnt.

Annak ellenre, hogy a tudomnyra pl technika mindennapi letnket is egyre jobban

meghatrozza, a tudomnyok bizalmi tkje megcsappant. Egyre kevesebben vannak, akik

legalbb alapszinten tfog kppel rendelkeznek a fizikrl, s vilgltsukban, ill. napi

gyakorlatukban tudatosan hasznljk a fizikban tanultakat. Ezzel prhuzamosan vilgszerte n

az emberek ltudomnyos nzetek irnti fogadkszsge. A prhuzam nem vletlen: a

tudomnyrl kialaktott kpnk rszt kell, hogy kpezze a valdi tudomny s a folyamatosan

felbukkan ltudomnyos nzetek megklnbztetse is. Az iskolnak a hiteles tudomnykp

kialaktsa mellett erre is fel kell ksztenie a dikokat. A feladat nehz, mert az ltudomnyos

tanok folyamatosan vltoz formban jelennek meg. A klnbsgttelhez hasznos segtsget

ad, ha megnzzk, felismerhetek-e a krdses eredmnyekhez vezet t folyamn a

termszettudomnyos megismers jellemz munkamdszerei. Ha ezek nem lthatk, vagy a

kutat tudatosan elhatroldik a bejratott ttl, ers okunk lehet gyanakodni az eredmnyek

hitelessgt illeten. A Berkeley Egyetem fentebb ajnlott honlapja a tudomny s az

ltudomnyok megklnbztetsnek segtsre pontokba szedve foglalja ssze a valdi

termszettudomny jellemzit, illetve azokat a mdszereket s kvetkeztetseket, amik

ltudomnyos tartalmakra utalhatnak.

http://undsci.berkeley.edu/article/howscienceworks_01

20

A tudomny s ltudomny megklnbztetse (science checklist)

Rszletek >>>

A fizikatants megjtsa, mint a megolds kulcsa

A fizika irnti trsadalmi rdeklds cskkensnek okait vilgszerte vizsgljk, s sokan az

iskolai fizikatants tartalmi s mdszertani megjtsban ltjk a megolds kulcst. Vannak,

akik azonnali radiklis vltoztatsok utn kiltanak mondvn, hogy a dikokat csak a mai fizika

eredmnyei s alkalmazsai rdeklik, a fizika lezrt terletei s a hagyomnyos mdszerek mr

rdektelenek. Msok gy ltjk, hogy szksg van a vltoztatsokra, de a dikok spontn

rdekldsn tl, ms szempontokat is figyelembe kell venni, klnben fennll a veszlye

annak, hogy a fizikark a termszet megismersnek rdemi bemutatsa helyett

mesedlutnn vlnak. Az egyik alapvet szempont, amit a fizikatants minden tartalmi

vltoztatsa sorn figyelembe kell venni az, hogy melyek azok az ismeretek, amiket az adott

letkorban a dikjaink igazn megrteni kpesek. A megrts s a megrtsre tmaszkod

alkalmazs lmnye alapvet a termszettudomnyok tantsa szempontjbl. A megrts az

egyszer, kzvetlenl megfigyelhet, mrhet jelensgektl indulva fejldik az egyre

elvontabb s sszetettebb gondolatok irnyba. A termszeti jelensgek megismersnek

trtneti tja szmos prhuzamot mutat a szemlyes megrts fejldsvel. A modern fizika

fogalmai a klasszikus tudomny, nha meglehetsen lassan s nehezen kialakult fogalmaira s

trvnyeire plnek s megrtsk az absztrakt gondolkods magas szintjt ignyli. Krolyhzy

Frigyes, aki az elmlt vtizedekben a fizikatanrok generciit vezette a modern fizika

megismersre, a Fizikai Szemle 2007/11. szmban megjelent cikkben a modern fizika

megrtse szempontjbl alapvet problmnak ltja, hogy a A tudomnyos gondolkods a

XX. sz. elejre kintte az idegrendszer sztns (evolcis) tudst. Ezrt a modern fizikai

ismeretek tantsa sokkal nehezebb, mint a klasszikus tartalmak, de hozzteszi: Ami

lehetetlen, az nem a megrts, hanem csupn az j ismeretek beillesztse a velnk szletett

(milli v alatt megszokott) szemllet keretei kz! Krolyhzy, a fenti nehzsgek ellenre is

fontosnak tartja a modern fizika tantst, s a klasszikus s modern tartalmak helyes arnynak

megtallsban ltja a megoldst. Hasonl megfontoltsg vezethet a tants mdszereinek

megjtsban is. Szksg van az j pedaggiai mdszerek sszer alkalmazsra, csakgy,

mint a szmtgp s az informci-technolgia hasznlatra (az utbbi ppen a klasszikus

fizikai tartalmak rdekesebb ttelre is felhasznlhat), de a j fizikatanr szemlyisge,

szaktudsa ptolhatatlan a fizika megkedveltetsben.

3. A fizika szakmdszertan, mint interdiszciplinris szaktudomny

A fizika trsadalmi presztzsnek s a fiatalok rdekldsnek cskkense egyrtelmv teszik,

hogy alapvet problmk vannak mind a fizika iskolai oktatsban, mind a tudomny

trsadalom fel trtn kommunikcijban. A vltoztatsra, a negatv trendek megfordtsra

a fizikus trsadalomnak sszehangolt tudatos lpseket kell tenni. Ilyen stratgiai fontossg

21

feladat az oktats s a kommunikci krdseiben hivatalbl rintett fizikatanrok szakmai

kpzsnek szaktudomnyos ignyessg megerstse. Ezt felismerve a vilg nagy

egyetemein a fizika szaktudomnyi tanszkei mellett, kln fizika szakmdszertani tanszkek,

kutatcsoportok szervezdtek. Az j szakterlet rendelkezik nemzetkzi tudomnyos

szervezetekkel, szakfolyiratokkal, rendszeresen megrendezsre kerl nemzetkzi

konferencikkal, az eredmnyes kutat-fejleszt munka eredmnyeivel nemzetkzileg elismert

tudomnyos fokozatok szerezhetk. Kimondhatjuk, hogy a fizika tantsa (Physics

Education) program, mint nll tudomnyos diszciplna a fizika egyik interdiszciplinris

hatrtudomnyv fejldtt.

A fizika szakmdszertan, mint interdiszciplinris hatrtudomny alapveten kapcsoldik a

fizikhoz, de ersen ktdik a pedaggia, a pszicholgia, st a modern agykutats terlethez

is. A pedaggia pszicholgiai szakterleten kiemelt szerepe van a fejldsllektannak s a

kognitv pszicholginak. Az eredmnyessghez minden szakterlet alkot egyttmkdsre

van szksg.

A fizika szakmdszertan s a pszicholgia, pedaggia kapcsolata

Az eddigiekben a fizika oldalrl kzeltettnk a fizika tantsnak problmakrhez, de

hasonlan indulhattunk volna a pedaggia irnybl is. Az iskolai nevels-oktats ltalnos

krdseivel a pszicholgia s a pedaggia foglalkozik. A fizika tantsnak krdskrben

mindkt diszciplna alapveten fontos.

A pszicholgia szmunkra egyik legfontosabb terlete a fejldsllektan, az ember rtelmi,

rzelmi, s trsas viszonyainak letkorral jr vltozsait vizsglja. Az iskols korban a

vltozsok minden tekintetben jelentsek. A tants sikerhez fontos, hogy a tanr ismerje

tantvnyai tipikus letkori sajtsgait (rdekldsket, rzelmi ktdseiket, szocilis

viszonyulsukat a kortrsakhoz s a felnttekhez, absztrakcis szintjket,

koncentrcikszsgket, kommunikcijukat, stb.). A pszicholgia j s szmunkra fontos

szakterlete a kognitv pszicholgia ami a fogalmak kialakulst, mentlis kapcsoldsait,

alkalmazhatsgnak sajtossgait s ezek vltozsait vizsglja. A kognitv pszicholgia

vizsglati eszkztra a hagyomnyos pszicholgiai mdszereken tl az agymkds mszeres

vizsglatval bvlt, gy nagy lpst tett az egzakt termszettudomnyok irnyba. A

pszicholginak a jvben fontos szerepe lehet abban, hogy tudomnyosan egzakt segtsget

adjon a szakmdszertanoknak, hogy melyik letkorban milyen kompetencik fejlesztse

clszer, illetve mikor milyen fogalmak, illetve kognitv mveletek tantsa az optimlis.

A pedaggia (nevelstudomny) a nevels s az oktats krdseivel foglalkoz tudomny.

Szmos terlete van, amiket a clok, a szervezeti formk, a clcsoportok, specilis feladatok s

mdszerek, st aktulis kutatsi terletek szerint is megklnbztetnek (pl. nevelselmlet,

oktatselmlet (didaktika), gygypedaggia, vodapedaggia, felntt-pedaggia,

brtnpedaggia, mdiapedaggia, reformpedaggia-irnyzatok, Waldorf-pedaggia, projekt-

pedaggia, konstruktivista pedaggia, stb.). A pedaggia alapveten empirikus tudomny, egy-

egy j pedaggiai koncepci, oktatsi mdszer eredmnyessgt a gyakorlat dnti el. A

pedaggia nagyon fontos terlete az eredmnyessg tudomnyos ignyessg mrsnek

22

elmlete s gyakorlata is. A kzpiskolai fizikatanrok szmra a nevelselmlet s a didaktika

adja a legtbb ltalnos segtsget az iskolai munkban. Termszetesen ezeken tl hasznos lehet

az j pedaggiai irnyzatok mdszereinek megismerse is.

Link.

Freund Tams: Tanulsi folyamatok s bels vilgunk

Miben ltja a tanuls lnyegt az agykutat akadmikus?

http://fiztan.phd.elte.hu/letolt/konfkotet2011.pdf (110. old)

4. A fizikatants alapkrdsei: Kiknek? Mit? Mikor? Hogyan?

Az iskolai fizikatants eredmnyessge dnten fgg attl, hogy ngy alapkrdsre optimlis

vlaszt sikerl-e adnunk.

Baranyi Kroly: Mit, Mirt, Hogyan?

Tanulsgos olvasmny a NAT bevezetsnek idejbl a

kzoktats alapkrdseinek boncolgatsval.

http://mek.oszk.hu/11900/11958/

Termszetesen a cmben feltett krdsek nem fggetlenek egymstl. Ha egyesvel vesszk

sorra a krdseket, csak nagyon ltalnos vlaszok adhatk. Sokkal elrbb jutunk, ha az els

hrom krdsre egyszerre keressk a vlaszt.

Kiknek, mit s mikor tantsunk?

A fizikatants cljnak korbbi megfogalmazsbl kvetkezik, hogy valamilyen szinten

mindenkinek szksge van a fizika tanulsra, hiszen a kultrnk fontos rszt alkotja. A

tananyagot s az ezzel sszefggsben lv fejlesztsi feladatokat azonban mr differenciltan,

clcsoportokat megklnbztetve rdemes kitzni. A konkrt tartalmak vonatkozsban a

tanulk kognitv kpessgei, letkrlmnyei s letkori sajtossgai a meghatrozk.

http://fiztan.phd.elte.hu/letolt/konfkotet2011.pdfhttp://mek.oszk.hu/11900/11958/

23

ltalnos szably, hogy tartalmi krdsekben a kognitv fejlds temhez kell

alkalmazkodnunk. Ha tl korn prblunk valamit megtantani, amikor mg a dikok

tbbsgnek az absztrakcis kpessgt meghaladja, biztos a kudarc. Ugyangy, ha azonnal a

teljessg ignyvel s szakmai precizitsval prblunk megkvetelni valamit, ami mg az

adott szinten korai, dikjaink rtetlenl llnak a feladat eltt. A kzpfok oktatsban az

alapkrdsek megvlaszolsakor az elmondottakon tl j szempontknt kell figyelembe venni

a dikok egyre jobban differencild rdekldst s a szakkpzs vagy a tovbbtanuls

irnyt is. A Kiknek, mit, mikor? krds-hrmasra adand meglehetsen nehz vlasz terht

a kzponti tantervek (NAT, kerettantervek) leveszik a szaktanrok vllrl. A feladat az iskola

dikjainak leginkbb megfelel kerettanterv (s tanknyv) kivlasztsra s a benne lertak

aktualizlsra (helyi tanterv, tanmenet) egyszersdik. A tantervi szablyozs lpcsivel

rszletesebben foglalkozunk az 5. pont alatt.

A szakmdszertan negyedik alapkrdsnek fontossgra Etvs Jzsef kultuszminiszter mr

a XIX. sz. vgn figyelmezteti a tanrokat: Tantvnyaink az vek sorn elfelejtik, hogy

pontosan mit tantottunk, de vtizedek alatt sem felejtik el, hogy hogyan.

Hogyan tantsunk, hogy a kitztt tantervi feladatokat teljestsk, a dikok figyelmt

lekssk, a fizikt megszerettessk s mindegyikkbl a lehetsges maximumot hozzuk ki?

Biztosan kimondhat, hogy az erre a krdsre adand vlasz a tanri munka legnehezebb

feladata, ami a tanri plyjt szinte minden rszletben vgigksri, a tanmeneti tervezstl az

egyes rkra trtn felkszlsekig. Az oktatsirnyt dokumentumok elrjk az oktats

tartalmt s a fejlesztsi clokat, a feldolgozs mdszereire azonban legfeljebb ajnlsokat

tesznek. Segtsget a tanrnak a klnbz pszicholgiai-pedaggia elmletek tbb-kevsb

kidolgozott mdszertana, a szakdidaktikai folyiratok, a szaksajtban megjelen

segdanyagok, kiemelked nagy hats fizikatanrok pldja, a kollgk tapasztalatai, az iskola

hagyomnyai adhatnak, de a dntseket szinte rkra lebontva, nha rgtnzve, a tanrnak

nmagnak kell meghoznia. Az eredmnyt az ra utn mrlegelnie kell, s a szksges

korrekcikat, vltoztatsokat a kvetkez rkon meg kell tennie.

A Hogyan? krdsre adand vlaszt segt, nhny Magyarorszgon is kzismert

pedaggiai, szakmdszertani elmletrl, s a fizikatants jobbtst clz oktatsi ksrletrl

(ez utbbiak termszetesen nem korltozdnak kizrlag mdszertani krdsekre, de rintik a

tbbi fontos alapkrdst: Kiknek? Mit? Mikor?) az albbiakban rszletesebben is szlunk.

A fizikatants klasszikus gyakorlata: tanri magyarzaton, jelensg-bemutatson,

tblavzlaton alapul frontlis ra, hangslyos szmonkrssel

Ez a mdszer a XIX. szzad vgn terjedt el s a XX. sz. 60-as veiig a gimnziumok ltalnos

gyakorlata volt. Szmos kiemelked tuds, kztk tbb Nobel-djas, a kzismerten j magyar

mrnk-genercik ilyen mdszerrel tanultak, s hlval s elismerssel emlkeznek olyan

kivl tanr-egynisgekre, mint Mikola Sndor, Kroly Irneusz, Rcz Jnos, Vermes Mikls,

veges Jzsef, stb. A munkatrsak s tantvnyok kiadvnyokban is megjelent

visszaemlkezsei tanulsgosak a mai tanrok szmra is.

24

1. bra. Legends fizikatanrokrl szl letrajzi knyvek borti.

A klasszikus modell az vtizedek sorn sokat vltozott, a frontlis munka sorn egyre nagyobb

szerepet kapott a dikok aktivizlsa, a tanri magyarzat elads-jellege egyre inkbb egyfajta

tanri irnytssal foly frontlis kzs gondolkozss alakult t. A hagyomnyos rk sort

tanulksrleti rk sznestettk. A mai gyakorlatban a frontlis rkhoz az j pedaggiai

mdszerektl tvett csoportmunka, projektmunka, IKT-eszkzk hasznlata, stb. trsul. A

termszettudomnyok irnti trsadalmi rdeklds cskkensre, adott vlaszknt a

fizikatantsban kiemelt j clknt jelent meg a dikok rdekldsnek visszahdtsa. Ehhez

kapcsoldva a hagyomnyos fizikatantsban is fokozott szerepet kaptak a show-elemek, s

olyan j tudomnyos rdekessgek is, melyek a komoly megrts ignyvel a kzpiskolban

nem tanthatk.

Reformpedaggiai mdszerek

A pszicholgia ugrsszer fejldse a XX. szzad elejn a pedaggira is nagy hatssal volt, a

figyelmet a befogadra, a dikra irnytotta. A hagyomnyos iskola merev kereteit feloldotta,

nagy hangslyt helyezett a dik szemlyeses adottsgaira, rdekldsre, aktivitsra. A

reformpedaggiai mdszereket Magyarorszgon tbb alaptvnyi iskola kveti. Kzlk

ismertebbek az n. Montessori-, s a Waldorf-iskolk. Az itt tant tanrok sajt szakkpzsk

mell specilis mdszertani kiegszt kpzst is kapnak. ltalnossgban mondhat, hogy az

egyes tanulk szemlyes sajtsgait messzemenen figyelembe vev, a tanuli tevkenysgre

pt mdszerek az tlagtl ersen eltr fiatalok nevelsben nagy, de a fizikatants

vonatkozsban legfeljebb tlagos, vagy inkbb tlag alatti sikeressget mutatnak (szakirny

egyetemi kpzsben igen ritkn fordulnak el ilyen iskolkbl jtt dikok). Fontos megjegyezni

azt is, hogy ez az oktatsi forma a tanulcsoportok kis ltszma, a tanuli munka eszkz- s

idignyessge miatt, igen kltsges. A reformpedaggia irnyzatok pedaggiai, pszicholgiai

nzpontja s mdszerei az enyhn devins dikok kezelsi stratgiinak feldertse miatt

ktsgtelenl pozitv hatssal voltak, s vannak ma is a kzoktatsra.

25

A termszettudomnyos oktats megjtsra tett mdszertani ksrletek a XX. msodik

felben

A fizikatants megjtsra tett els komoly prblkozsok az USA-bl s Angliban indultak.

A kivlt ok a fiatalok termszettudomnyok s a mszaki tudomnyok irnti rdekldsnek

jl rzkelhet cskkense volt.

PSSC-program

USA egyik legjobb egyetemnek professzoraitl (Massachusetts Institute of Technology - MIT)

indult a kezdemnyezs az iskolai tananyag s mdszerek megjtsra. A program, mint

Physical Science Study Committee PSSC-project ismert. A tananyagot a modern fizikval

bvtettk, j tanknyveket rtak (PSSC. Physics 1st edition 1960. D.C. Heath, 3rd edition

1971. D.C. Heath), oktatfilmeket ksztettek, nagy jelentsget tulajdontottak a

reformpedaggiai mdszereknek, laboratriumi ksrleteknek, a dikok aktivizlsnak.

Harvard Project Physics (1962-72)

A PSSC-program hatsra 1962-72 kztt j nemzeti tanterv szellemben indult meg a

megreformlt fizikatants az Egyeslt llamok kzpiskoliban. A programot a Harvard

University irnytotta. A programhoz kszlt s szmos jtst tartalmaz

tanknyvsorozat ktetei az interneten elrhetk.

https://archive.org/details/projectphysicscollection

Nuffield-Physics 1962-72

Angliban a Nuffield Alaptvny szervezsben 1962-ben indult nagyszabs ksrlet a

fizikatants korszerstsre. Megjult a tananyag, j tanknyvek, segdanyagok szlettek. A

ksrleti iskolkat korszer laborokkal, ksrleti eszkzkkel szereltk fel. Kzpontba kerlt a

ksrletezs, a tanuli tevkenysg, amire a program szlogenje is utal "I do and I understand".

A tanrok munkjnak segtsre intenzv tovbbkpzsek indultak, segdanyagok kszltek.

A specilis tantervhez j rettsgi vizsga is tartozott. A Nuffield-program ktsgtelen

eredmnyei ellenre sem vlt ltalnoss, ami els sorban magas raszmval s nagy

kltsgvonzatval magyarzhat. Nuffield-program ennek ellenre Eurpa-szerte hatssal volt

a fizikatantsra, gy Magyarorszgon is.

A Nuffield-program

Knyvei, segdanyagai az interneten elrhetk. Ma

is hasznosak s tletadk lehetnek minden fizikatanr

szmra.

http://www.nuffieldfoundation.org/nuffield-physics-1962

http://www.nuffieldfoundation.org/practical-physics

https://archive.org/details/projectphysicscollectionhttp://www.nuffieldfoundation.org/nuffield-physics-1962http://www.nuffieldfoundation.org/practical-physics

26

A XX szzad mig tart hats magyar fizika tanknyvei s oktatsi reformjai

Haznkban az 50-es vektl a fizika a legfontosabb tantrgyak kz tartozott. Mg a humn

gimnziumokban is viszonylag magas raszmban tantottk, s amellett, hogy a ktelez

rettsgi tantrgyak kztt szerepelt, a mszaki s termszettudomnyi szakterletekre, st az

orvosi egyetemekre is felvteli tantrgy volt.

1972-ben kzponti prthatrozott dnttt a hagyomnyos ltalnos iskolai s a gimnzium

oktats megjtsrl. Ennek eredmnyeknt j tantervek kszltek s a gimnziumokban emelt

raszm szakostott tanterv (tagozatos) osztlyok indtsra nylt lehetsg. A jelentsen

megemelt raszm lehetv tette, hogy a tanterv a fizika fejldsnek trtneti tjt kvetve a

mechanika, a htan, majd az elektrodinamika fejezeteit a korbbi hagyomnyos tananyagot

kibvtve, ksrleti altmasztssal, tanuli mrsekkel, szemlletforml feladatokkal

kiegsztve trgyalja. A modern fizika feldolgozsa szintn a megismers trtneti tjt kvette

a klasszikus atomelmlettl eljutott az atom vzlatos kvantummechanikai trgyalsig, a

magfizikban a radioaktivitstl a magreakcikon t az elemi rszecskkig, s a tmeg

energia egyenrtksgig. A Tagozatos Knyvek tartalma sokig etalon volt a tanrjelltek

felksztsben s kivl fizikusok nemzedke ntt fel rajtuk. Az iskolai tanri knyvtrakban

esetleg mg fellelhet tagozatos tanknyvek ma is hasznos segtsget jelenthetnek a

szaktanrok szmra.

2. bra. Tagozatos gimnziumi fizika tanknyvek (Szerzk: II. oszt. Prknyi Lszl, III. oszt.

Prknyi Lszl, Sos Kroly, IV. oszt. Fzy Istvn, Holics Lszl, Jnossy Lajos).

Oktatsi ksrlet az MTA tmogatsval

1972-ben kzponti prthatrozott dnttt a hagyomnyos ltalnos iskolai s a gimnzium

oktats tartalmi megjtsrl. Ennek alapjn az MTA tmogatsval oktatsi ksrlet indult a

hagyomnyos gimnziumi fizika tananyag megjtsra. Marx Gyrgy vezetsvel foly

kutat-fejleszt munknak ketts clja volt: egyrszt a modern fizikai ismeretek hangslyos s

szemlletforml bevezetse a gimnziumi oktatsba, msrszt a fizika s a trs-

termszettudomnyos tantrgyak (kmia, biolgia) integrlt tantsi lehetsgeinek

kiprblsa. A ksrleti anyagban hangslyos szerepet kapott a statisztikus fizika, a

kvantummechanika s a magfizika, mindentt kiegsztve a lehetsges kmiai, biolgiai

alkalmazsokkal.

27

A ksrleti tananyag mr indulsban eltrt a hagyomnyos gyakorlattl. A szoksos

mechanikval val kezdst a 10. vfolyamon megelzte a gimnzium els osztlyban (mai

szhasznlattal 9. vfolyamon) indtott j integrlt tantrgy, ami a termszettudomnyokhoz

ltalnos anyagszerkezeti s energetikai alapot kvnt adni. A tematikus fizikatants a msodik

osztlyban a mechanika jszer feldolgozsval kezddtt, majd harmadik osztlyban az

elektrodinamikval folytatdott a korbbi tagozatos tanknyv felptse szerint. A negyedikes

tananyag a statisztikus fizika elemi, de nem knnyen kvethet trgyalsval indult, majd a

kvantummechanika szemlletvel trgyalta az atomfizika hagyomnyos tmit, bvtve azokat

kmiai, biolgiai kitekintssel.

Az oktatsi ksrlethez nkntesen csatlakoz tanrok szmra rendszeres tovbbkpzseket,

nyri iskolkat, nemzetkzi konferencikat tartottak, ksrleti tanknyvek, tanri segdanyagok

kszltek, j demonstrcis ksrletek, tanuli mrsek kifejlesztsre is sor kerlt. A

sikeresnek indul ksrlet elismerst jelentette az oktatsirnyts jabb prthatrozaton

alapul dntse, amivel a ksrleti tantervet az orszg minden iskolja szmra ktelezv tette.

A ktelez j tantervhez, a ksrleti segdanyagok tovbbfejlesztsvel j tanknyvek,

munkafzetek, tanri segdknyvek kszltek.

Az j tanknyvek rdeme, hogy a modern fizika szmos rdekes tmjt az iskolban korbban

nem tantott j, elemi trgyalsban kzeltette meg, sok addig nem hasznlt j ksrletet, mrst

tett kzismertt a tanrok kztt, s a mikrofizika mellett a statisztikus fizika alapjainak elemi

trgyalsra is ksrletet tett. A gimnzium ngy vfolyamra rdott tanknyvek ma is

hasznosak s egyarnt ajnlhatk szaktanrok s fizika tanrjelltek szmra.

3. bra. MTA tmogatsval kszlt ksrleti tanknyv sorozat.

A ngyosztlyos gimnzium els osztlyban (mai megnevezssel 9. vfolyam) a fizikai s

kmiai ksrtekre alapozva az anyag atomos szerkezete (gzok, folyadkok, szilrd anyagok

golymodellje), s a szerkezet kinetikus s energetikai vonatkozsai adtk a tananyagot. A heti

ngy rs tantrgy tematikja s dnten tanulksrletekre alapoz gyakorlata alapveten

eltrt a magyar kzoktats korbbi gyakorlattl. A tanknyv szerzi: Baknyi Mrton, Fodor

Erika, Marx Gyrgy, Sarkadi Ildik, Tth Eszter s j Jnos.

A msodik (mai 10.) vfolyamon a klasszikus mechanika jszer trgyalsa kvetkezett. (Dede

Mikls s Isza Sndor szakmailag kivl, de a dikok tbbsgnek befogadsi szintjt

jelentsen meghalad knyvt sok kritika rte.

28

A harmadik osztlyos tanknyvet Holics Lszl rta. A korbbi tagozatos knyvek anyagra

alapozva az elektrodinamika alapjelensgeitl indulva, s gyakorlati alkalmazsok sort

bemutatva eljutott a Maxwell-egyenletek egyszerstett megfogalmazsig, illetve az

elektromgneses hullmok elmleti s gyakorlati sajtsgainak bemutatsig. A tanknyv

elvrsai a szakmai ignyessg ellenre jelentsen meghaladtk az tlagos gimnazista

absztrakcis szintjt.

A negyedik osztlyos tanknyv (szerz Tth Eszter) a statisztikus fizika alapfogalmaival indult,

trgyalta a Boltzmann-fle energia-eloszlst s az eloszls fizikai s kmiai alkalmazsait,

bevezette az entrpia statisztikus fizikai fogalmt s rtelmezte a termodinamika II. fttelt.

A statisztikus fizika tananyag, br szemlletessgre trekedett, merben j szemllete s taln

a tanrok httrtudsnak hinya miatt szinte tanthatatlan volt. Ezutn kvetkezett az

atomfizika kvantummechanikai szemllet feldolgozsa, majd a magfizika jszer trgyalsa,

s asztrofizika. A magfizika tmakrben kiemelt hangsly kapott a magreakcik trgyalsa s

gyakorlati vonatkozsai.

Az oktatsi ksrlet negyedikes tananyaga az els vhez hasonlan nem rendelkezett

elzmnyekkel a magyar kzoktatsban. A radiklis jtsok termszetesen szakmai vitkkal

jrtak. Sokan lelkesedtek az j programrt, mg msok tl absztraktnak s szles krben

nehezen tanthatnak tltk meg. A ksrletknt mg sikeres program ltalnos s ktelez

tantervi bevezetse slyos hiba volt. Hiba volt figyelmen kvl hagyni, hogy a tananyag jelents

rsze meghaladta az tlagos gimnazista absztrakcis szintjt, a szaktanrok tbbsge nem

rendelkezett az j anyagrszek eredmnyes integrlt szellem tantshoz szksges biztos

httrtudssal, s az iskolk tbbsgnek nem volt meg a tantervi alapksrletekhez szksges

felszereltsge sem. Neheztette az j tanterv elfogadst az is, hogy az egyetemek tovbbra is a

klasszikus felvteli anyagot vrtk a jelentkezktl, nem tartottak ignyt a modern fizikai

ismeretek megalapozsra s az rettsgi-felvteli kvetelmnyrendszere sem vltozott a

tantervvel sszhangban. A megszokott tananyag radiklis megvltoztatsa a szaktanrok

jelents rszt elbizonytalantotta s rendkvli felkszlsi munkt rtt rjuk. A vltoztatst a

szlk tbbsge, st a mszaki rtelmisgi trsadalom sem tmogatta. (A sikeres mrnkknt

dolgoz szlk, azzal szembesltek, hogy jszervel nem is rtik a gyerek hzi feladatt,

nemhogy segteni tudnnak benne.)

A rendszervltshoz kzeledve a korbbi merev oktatsirnyts is fokozatosan fellazult. gy

kzkvnatra engedlyeztk alternatv tanknyvek, majd tantervek megjelenst, ami nhny

v alatt a reform eltti idkhz kpest is visszalpst eredmnyezett a gimnziumi

fizikatantsban.

A termszettudomnyos tantrgyak integrlsnak krdse

A XX. szzad alapvet talakulsokat hozott a termszettudomnyos vilgkpnkben. Az

egyes termszettudomnyok kzti les hatrok elmosdtak A fizikban feltrt alaptrvnyekrl

beigazoldott, hogy azok nem csak a viszonylag egyszer fizikai rendszerekben, de az sszetett

struktrkban, az l termszetben egyarnt rvnyesek. A modern fizika vizsglati mdszerei,

mrstechnikja a trs-termszettudomnyokban is forradalmi eredmnyekre vezettek

29

(gondolhatunk itt pldul a DNS szerkezetnek s ezzel a biolgiai reprodukci lnyegnek

megfejtsre, ami a diffrakcis szerkezetvizsglat eredmnye, vagy a szmtgpes

kpalkotssal forradalmastott orvosi diagnosztikra, stb.). A termszettudomnyok kzti les

hatrok elmosdtak, st interdiszciplinris hatrtudomnyok alakultak ki.

A termszet rendkvl sszetett, de mgis egyetlen egysges rendszer. Ez a fontos s alapvet

tny dikjaink jelents rszben nem realizldik, szmukra tantrgyak vannak, amelyek kztt

nem felttlenl veszik szre a kapcsolatokat. Ugyangy nem mindig tudatosul bennk, hogy a

termszettudomnyos tantrgyak htkznapjaink jelensgeirl szlnak. Az egysges

termszettudomnyos szemllet, gondolkodsmd kialaktshoz krnyezetnk termszeti

jelensgeinek, a techniknak s a htkznapokban hasznlt anyagok tulajdonsgainak

sszekapcsolsra van szksg. A termszet egysgnek bemutatsa a XX. kzepe ta

foglalkoztatja a termszettudomnyok s a pedaggia szakembereit, idehaza s vilgszerte

egyarnt.

Az integrl termszettudomnyos oktats els magyar apostola Nmeth Lszl r, aki a II.

vilghbort kvet vekben ilyen mdon tantott a hdmezvsrhelyi Bethlen Gbor

Reformtus Gimnziumban.

Nmeth Judit: Nmeth Lszl s a termszettudomnyos oktats

Fizikatants tartalmasan s rdekesen magyar nyelven

tant fizikatanrok nemzetkzi konferencija, ELTE Fizika

Doktori Iskola kiadvnya 2010. Budapest

http://fiztan.phd.elte.hu/letolt/konfkotet2009.pdf

Nmeth Lszl levele Marx Gyrgyhz

http://members.iif.hu/visontay/ponticulus/rovatok/huhogok/nemeth.html

Az integrlsnak kt alapveten klnbz mdja lehetsges. Az egyik, ahol nincsenek

deklarltan elklntve az egyes termszettudomnyos szakgakhoz tartoz tartalmak,

mdszerek. A hagyomnyos termszettudomnyos tantrgyak (biolgia, fizika, kmia,

termszetfldrajz) helyett integrlt tantrgyknt Termszetismeret (Science) szerepel.

Az alapoz oktats szintjn ltalnosan elfogadott az integrlt oktatsnak ez a formja. Az

ltalnos iskola als tagozatn vtizedek ta ilyen tantrgy a Krnyezetismeret, illetve a

2000. vi tantrgyi reform ta az 5. s 6. vfolyamon tantott Termszetismeret. Magasabb

http://fiztan.phd.elte.hu/letolt/konfkotet2009.pdfhttp://members.iif.hu/visontay/ponticulus/rovatok/huhogok/nemeth.html

30

vfolyamokon az integrlt tantrgy bevezetsnek legnagyobb akadlya a megfelelen kpzett

tanrok hinya. Az rettsgire s ezzel a szakirny tovbbtanulsra felkszt gimnziumban

a szaktrgyakban magasan kpzett pedaggusokra van szksg. A szaktudomnyosan ignyes

hrom szakos (fizika, kmia, biolgia) tanrkpzs a jelenlegi keretek kzt irrelis elvrs

lenne. Ettl fggetlenl a NAT, a mveltsgi terleten bell iskolai hatskrbe utalja a

tantrgyak meghatrozst, gy az integrlt termszettudomnyos oktats bevezetst is.

Vannak olyan kzpiskolk pl. a reformpedaggiai Montessori-mdszert alkalmaz

Alternatv Kzgazdasgi Gimnzium , ahol a hagyomnyos tantrgyak helyett n. epochlis

(idszakokra tmbstett) formban termszetismeretet tantanak. Tny azonban, hogy az ilyen

mdszerrel oktatott kzpiskolsok kztt nem gyakori a mszaki-termszettudomnyos

tovbbtanuls.

Az integrls msik lehetsges megoldsa, ha megtartjuk a hagyomnyos tantrgyi szerkezetet,

de kiemelt figyelmet fordtunk a kzs tartalmakra. Ezt integrlt szellem

termszettudomnyos oktatsnak nevezhetjk.

A termszettudomnyok integrlsnak mdszerei a hagyomnyos

tantrgyi struktrban tant gimnziumokban.

Rszletek >>>

Konstruktivista pedaggia hatsa a fizika tantsra

A pedaggia j, Magyarorszgon is terjed divatos irnyzata a XX. sz. vgn alakult ki s a

posztmodern konstruktivista filozfia pedaggiai alkalmazsn alapul. Alapttelvel, ami

szerint az igazi tuds, csak szemlyes kognitv aktivitssal szerezhet meg, minden igazi

pedaggus egyetrt. Ezt jelzi a magyar nyelvben a tanuls szinonimjaknt rgta hasznlt

elsajtts kifejezs is. A konstruktivista fizikatants problmja, hogy az alapjul szolgl

tudomny-felfogs nem egyezik a termszettudomnyok nmeghatrozsval, ezrt mg

hasznos elemei is azonnal szakmai vitk kereszttzbe kerlnek. A felfogs tovbbi

problmja, hogy kveti gyakran feladjk a tanuli gondolkozs hatrozott irnytst,

mindent a dikokkal akarnak felfedeztetni, s ezzel esly sem marad a tantervi idkeretek

betartsra.

A konstruktivista pedaggia szmos reformpedaggiai kezdemnyezst tvett s

tovbbfejlesztett. A konstruktivista pedaggira pl szakmdszertani kutatsok rdeme,

hogy felhvta a figyelmet a termszeti jelensgekkel kapcsolatos kisgyerekkori spontn

elkpzelsek (n. prekoncepcik) jelentsgre a ksbbi fizikatants szempontjbl.

Empirikus vizsglatok sorval sikerlt kimutatni, hogy az iskolai fizikatantsban ltalban ott

jelentkeznek problmk, ahol a tananyagban szerepl fizikai magyarzat a kisgyermekkori

elmletekkel tkzik. A fizikatants fontos feladata, hogy megtallja a hatkony mdjt annak,

hogy a dik meggyzdjn korbbi nzeteinek ellentmondsairl s nknt lecserlje azokat a

jobb fizikai magyarzatra. Ekkor beszlhetnk fogalmi vlts-rl. A tapasztalatok szerint ez

nem egyszer feladat, s gyakran nem is sikerl, illetve nem sikerl maradktalanul. Ez utbbi

esetben a korbbi gyermeki elkpzels s a fizikai magyarzat elemei keverednek, s ez az

31

alkalmazsok (pl. feladatmegolds) sorn problmkat, megrtsi nehzsgeket okoz. A tipikus

prekoncepcikkal s a hozzjuk tartoz fogalmi vlts nehzsgeivel a fizika tants egyes

tematikus egysgeinek rszletes trgyalsa sorn foglalkozunk.

5. A kzoktats, mint orszgos rendszer

Magyarorszgon mr tbb min