parghia.pdf

1

UNIUNEA EUROPEAN MINISTERUL MUNCII,

FAMILIEI I PROTECIEI SOCIALE

AMPOS DRU

FONDUL SOCIAL EUROPEAN POS DRU 2007-2013

INSTRUMENTE STRUCTURALE

2007 - 2013

MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETRII I INOVRII

OI POS DRU

Institutul National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei

Cum funcioneaz prghia :D-mi un punct de sprijin i voi ridica ntreaga lume

Traducere dupa un material educational realizat n cadrul proiectului european Pollen (FP6) www.pollen-europa.net. Acest document a fost publicat iniial ca un manual de referin pentru predarea tiinelor n nvmantul primar din Franta, cu titlul Predarea tiinelor n coal. Lucrarea a fost realizat de Ministerul Francez al Educatiei, 2002, n colaborare cu programul francez La main la pte (Academy of sciences, National Institute for Pedagogical Research, Ecole normale suprieure). Traducere: dr. Daniel Ursescu, coordonator: dr. Dan Sporea, Institutul Naional pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiaiei Center for science Education and Training. Copyright pentru traducerea n limba romn: Center for Science Education and Training, 2009. Reproducerea i utilizarea acestui material este permis numai n scop educaional. Multiplicarea, modificarea i/sau distribuirea sa sub orice form (tiparit sau electronic), pe orice fel de suport, n alte scopuri decat cel educaional este interzis fr acordul scris al Center for Science Education and Training - CSET. Center for Science Education and Training i traductorul au depus toate eforturile pentru ca datele furnizate in acest document s fie corecte. Utilizatorul acestor materiale trebuie s considere toate precauiile necesare pentru folosirea adecvat a materialului. CSET nu poate fi facut rspunztor pentru nici un fel de daun produs utilizatorului acestui material sau produs de utilizatorul acestui material unei tere pri. Pentru orice observaii i comentarii referitoare la coninutul i forma acestui document, ca i n probleme privind drepturile de autor i reproducerea/modificarea/ distribuirea materialului, v rugm s ne contactai la adresa de e-mail: [email protected] CSET, Hands-on Science Romania. Instruire prin experiment, Teach Science. Discover!, ca i reprezentrile grafice asociate lor (logo) sunt mrci nregistrate ale Institutului Naional pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiaiei.

2



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Ciclul 3 ( 8- 1 1 ani)

Figura 1. Principiul prghiei n aceast montaj sarcina (5 piulie mari poziionate n talerul din partea dreapt) nu poate fi ridicat de fora exercitat de cele 6 piulie mici plasate n talerul din partea stng

Dac punctul de sprijin este mutat mai departe de sarcin atunci este posibil ca aceasta s poat fi ridicat

Dac greutatea ncrcturii din partea stng se exercitat ct mai aproape de pivot, aceasta nu va mai putea ridica sarcina din partea dreapt

n acest modul sunt descrise activiti educaionale proiectate pentru a demonstra faptul c eficiena cu care un corp solid este deplasat de o for avnd o anumit mrime este mai mult sau mai puin proporional cu distana dintre axa de rotaie i poziia n care fora este aplicat. Studiul debuteaz cu un obiect special: prghia. Acesta const dintr-o bar rigid care se poate roti n jurul unei axe de rotaie, numita pivot, (sau denumit n trecut: punct de sprijin). Prghia modific fora care urmeaz a fi aplicat. Depind subiectul specific studiat, scopul acestui modul este de a face neles faptul c acest principiu de funcionare este aplicat i n alte construcii mecanice. Am ales ca exemplu podul basculant, care nu este o prghie n nelesul strict, dei tehnica de operare a acestuia se bazeaz pe aceai principiu. De asemenea este prezentat o lecie care permite recunoaterea principiului de funcionare la prgiei i n cazul organismelor vii. Prin aceste exemple, noi cutm s ilustrm interesul i complementaritatea acestui gen de activitate, avndu-i originile n diverse discipline: cutarea unui principiu general aplicabil n diferite contexte (construcii mecanice, lumea vie), construcii, cutarea unei soluii tehnice, studiul mecanismelor. De exemplu, pentru a ridica un anumit obiect, este posibil ca, n anumite limite, s se foloseasc o for ct de mic dorim noi, dac avem la dispoziie o prghie suficient de mare? n secolul III I.H., Arhimede a spus: Dai-mi un punct de sprijin i cu ajutorul unei prghii am s mut ntreaga lume. Pentru a contrabalansa afirmaia, menionm ca obiectul va fi ridicat la o nlime mai mic. Acest ultim aspect, care este complet general, este de o mare importan teoretic, din moment ce face referire la principiu de conservare a energiei.

3



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Poziia n cadrul programelor Extras din programa colr Extras din documentul cu aplicaii

Abiliti specifice Remarci Lumea construit de om 1.Prghii i balane Abilitatea de a anticipa

sau de a interpreta calitativ situaii de echilibru, n particular cnd forele nu sunt aplicate la aceai distan fa de ax. Abilitatea de a folosi urmtoarele dou proprieti pentru a realiza cele de mai sus: 1. Aceai for are efect mai mare asupra rotaiei dac ea este aplicat la o distan mai mare fa de ax. 2. O for mai mare are un efect mai mare dect o fort mai mic, aplicat la aceai distan fa de ax.

Noiunile concrete, eficiente formeaz baza analizei i studiului pentru elevi. Exemple posibile: construcia unei macarale i balansarea braului acesteia; producerea i meninerea n stare de echilibru a unui mobil, fabricarea sau utilizarea cletilor, prghiilor. Studiul eficacitii acestora.

Corpul uman i educaia pentru sntate

2.Micrile corpului (cum funcioneaz nchieturile i muchii)

Abilitatea de a stabili o relaie prin comparaii n urma observaiilor fcute asupra membrelor animalelor Abilitatea de a folosi radigrafiile (razele-X) sau documentele multimedia Abilitatea de a proiecta i de a construi un model fizic simplu lund n considerare rolul muchilor antagonici n micrea unei ncheieturi, n mod apoximativ.

Acest studiu implic activiti ce vor permite elevilor s-i exprime propriile idei prin construirea unui model funcional al micrii. Vo fi realizate numai proiectele simple.

4



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Principiul conform cruia un corp solid se poate gsi n stare de echilibru (i poate menine echilibrul) n timp ce este rotit n jurul unei axe fixe, nu este dezbtut pn la programul colar secundar. Cunotine i deprinderi pe care elevii urmeaz s i le nsueasc pn la sfritul modulului 1.S fie capabili s recunoasc /disting principiul de funcionare i utilizare al prghiei i s identifice axa n jurul creia are loc rotaia (pivotul) 2.S tie c eficacitatea unei fore este mai mare dac aceasta este aplicat ntr-un punct mai ndeprtat fa de axa de rotaie i c acest principiu a fost folosit de oameni pentru a construi primele maini. 3.S fie capabil s descrie principiul discutat folosind un model simplu. 4.S fie capabil s descrie modul de funcionare a unui sistem care include o articulaie folosind un model simplu. Aceast abilitate nu poate fi dobpliersndit numai pn la sfrsitul acestui modul (a se vedea construcia unei mori de ap din modulul Cum tim de unde vine vntul?), totui studiu acestui modul va contribui la consolidarea acestei abiliti. Un posibil mod de predare a modulului Primele dou lecii prezint principiul de funcionare a prghiei pornind de la o situaie practic (de exemplu, ridicarea catedrei) i se vor face referiri la construciile ridicate de oameni naintea inventrii mainilor cu motor (de exemplu, piramidele Egiptene). Urmtoarele dou lecii se refer la un studiu mai precis, cantitativ al principiului de funcionare al prghiei. Lecile 5 7 studiaz prgia ntr-un alt context, acela al podurilor basculante. Lecia opt atrage atenia asupra prezenei prghilor n organismelor vii. Aceste noiuni sunt mai dificil de neles i sunt considerate ca extensii ale leciei.

5



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Lecia ntrebri

introductive Activiti desfurate mpreun cu elevi

Concluzii/rezultate

Lecia 1 Cum s ridicm catedra?

Cutai ipoteze ntr-un context dat

Clasificai n dou coloane : maini cu motor i maini care folosesc fora uman

Lecia 2 Cum au ridicat oamenii greuti n antichitate?

Construii un model dup o imagine/poz a unei maini antice

ntroducerea conceptului de prghie

Lecia 3 si 4

Cum se poate reduce efortul prin utilizarea prghiei

Exploare experimental a principiului de funcionare a prghiei

Cnd greutatea se gsete lng pivot, este necesar o for mai mic pentru a o ridica dar este ridicat la o nalime mai mic Cand greutatea este plasat mai departe de pivot, este nevoie de o for mai mare pentru a o ridica, dar ea eset ridicat la o nlime mai mare

Lecia 5 Cum s proiectm un pod basculant

Construcia acestuia folosind un material modular

Principiul de funcionare a prghiei este folosit de elevi n alt context, nu neaprat n mod contient

Lecia 6 Unde trebuie ataat firul la pod?

Experimente Cnd firul este ataat departe de axa podului, acesta poate fi ridicat mai uor.

Lecia 7 Ce este asemanator si ce difer?

Cutai diferenele i asemnrile ntre dou situaii ce implic conceptul de prghie

Formularea abstract a unui principiu comun i formularea simpl a unor reguli generale

Lecia 8 Exist prghii n organismele vii?

Aplicaii ale cunotinelor nvate folosind judecata

Zona n care muschii sunt fizai reprezint un aspect crucial n precesul de micare al unui sistem cu articulaii

6



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Lecia 1 : Cum s ridicm catedra? Elevii sunt ntrebai cum pot ridica un obiect greu, de exemplu, catedra profesorului. Aceasta conduce la o clasificare n dou categorii: sisteme care folosesc energie uman sau animal i altele care folosesc alt tip de energie. Cu ntreaga clas Profesorul poate s vorbeasc despre consecinele dramatice ale inundaiilor i necesitatea de a ridica mobila pentru a o proteja de ap. Apoi profesorul lanseaz provocarea: s ridice catedra pentru a introduce pene sub picioare acesteia. Unul din elevi va fi lsat s ncerce operaiunea i impresiile acestuia de genul Este greu! Te dor minile i picioarele, Nu am muchi, puterevor fi nregistrate. Reflectai asupra problemei: gndii-v cum poate fi soluionat problema, s gsim o soluie pentru a rezolva provocarea. n grupuri mici Elevii se gndesc la planuri de aciune. Ei le expun n scris sau prin desene n caietul de experimente (Figura 2). Cteva idei: civa oameni trebuie s lucreze mpreun la proiect; sarcinile trebuie mprite; doi elevi trebuie s ridice catedra, iar un altul introduce

penele; se poate fixa un crlig pe tavan i catedra poate fi ridicat cu un lan; se poate folosi o macara, un elicopter, etc. se poate introduce o scndur sub catedr avnd sub ea o caramid i apoi se s

sar cineva pe scndur.

Figura 2. Concluzii cu ntreaga clas

7



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Fiecare grup i prezint ideile. Acestea sunt clasificate ntr-un tabel cu dou coloane: dispozitive ce se misc cu ajutorul omului i cele ce funcioneaz /sunt operate n alte moduri. Profesorul ncheie lecia prin a le spune elevilor ca acest modul se concentreaz pe un plan de aciune ce implic modelul meionat n prima coloan. NB: In aceast etap, profesorul nu a cutat s introduc ideea de pghiei oricare ar fi ea. Dac ea este sugerat, poate s fie inclus n prima coloan alturi de alte variante.

Lecia 2 : Cum ridicau oamenii greutile n Antichitate? Copii trebuie s construiasc mainrii, utilizeaz prghii pornind de la imagini cu mecanisme utilizate n antichitate . Lecia se va ncheia cu o prim formulare a definiiei prghiei. NB: Este indicat s existe disponibile cutii de materiale de construcii. Dac acest lucru nu este posibil, atunci sunt suficiente bare de lemn i sfoar. Cu ntreaga clas Profesorul le va vorbi elevilor despre o serie de construcii ridicate de om nainte de inventarea mainriilor motorizate. Acesta trebuie s fac referire la construcia piramidelor, prezentnd o serie de poze sau imagini n care se arat i miestria cu care oamenii au ridicat aceste construcii, ncercnd n acelai timp s explice masa enorm a blocurilor care au fost ridicate1. in grupuri mici Profesorul va distribui elevilor copii ale imaginilor corespunztoare figurilor 3 si 4 care ilustreaz scheme de ridicare sau mutare a blocuriolor de piatr2. Copii trebuie s construiasc un model la scar redus asemntor sistemului ilustrat n figura 3. Pe rnd ei vor veni la catedr pentru a ncerca soluia pentru situaia din figura 4, sub supravegherea atent a profesorului.

Figura 3

8



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Cu ntreaga clas Profesorul le adreseaz urmtoarele ntrebri elevilor: Ajut aceste scheme la reducerea efortului necesar construciei? Un rspuns pozitiv poate s vin pentru cazul ilustrat n figura 4 pentru care exist o soluie testat. Pe de alt parte, modelul din figura 4 nu conduce neaprat la un rspuns: este mai interesant pentru elevi realizarea construcie dect un studiu detaliat asupra efortului depus, astfel elevii se vor concentra mai puin asupra eficienei mijlocului de ridicat greuti utilizat n acest caz.

Figura 4: Desen de Jean-Marie Michaud, dup lucrarea din Perioada antichitii, mainile de Michael si Mary Woods, Flammarion, 2001, colecia `Castor Poche' 1. Exist dou ipoteze majore: un avans lent pe rampe nclinate i utilizarea mainilor ce au la baz principiul de funcionare a prghiei. Ambele ridic probleme istoricilor. Pentru o posibil explicaie pedagogic a se vedea Cum putem continua la finalul modulului. 2. Dac profesorul dorete s acorde mai mult timp acestui modul, atunci poate s le cear elevilor s ncerce s gseasc informaiiprivind aceste ntrebri i s aduc la lecie diferite documente pe care le gsesc. In aceast etap nu se caut s se formuleze concluzii ci doar se formuleaz o ntrebare care va fi memorat. Cuvntul prghie este introdus n baza examinrii a ce au n comun schemele din figurile 3 i 4. Elevii trebuie s fie ncurajai s dezvolte o prim formulare care va fi dezvoltat pe parcursul leciei. Ideile de baza din acest modul trebuie s aibe urmtorul tipar: o prghie este o bar rigid ce se poate nvrti n jurul unei axe de rotaie (pivot). Aceasta este folosit de oameni pentru a ridica greuti.

9



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Lecia 3: Cum se poate reduce efortul folosind o prghie? Elevii pot s neleag c prghia poate fi folosit n vedrea reducerii efortului dac principalele elemente sunt evideniate. Materiale: - pentru elevi: o cutie ce conine 10 greuti identice (piulie) care este poziionat la captul unei rigle cu lungimea de cca. 30 cm (figura 3). Ea simbolizeaz greutatea care trebuie ridicat. Se pregtete o a doua cutie i o band elastic folosit pentru o ataa, dar aceast a doua cutie nu va fi fixat de rigl. Obiectivul acestui experiment este de a determina elevii s testeze efectul pe care l are distana de poziionare a celei de a doua cutii fa de pivot. - pentru profesori: rigle mai lungi i bare pe care s le ofere grupurilor de elevi care i-au terminat primul experiment.

Figura 5

Cu ntreaga clas Profesorul le explic elevilor c ei urmeaz s lucreze cu prghii asemntoare modelului pe care tocmai l-au construit (figura 3), dar mai simple, mult mai practice i mult mai robuste. Profesorul va prezenta materialul (figura 5). Se va descrie o lume n miniatur n care oameni mici nu sunt capabili s ridice mai multe piulie/aibe deodat, ci doar una. Folosind materialul disponibil, elevii trebuie s ridice o cutie ce conine zece piulie. Pentru nceput, profesorul nu ofer expkicaii. Profesorul se asigur ca elevi neleg corect corespondena dintre elementele din figura 3 (schema real a mainii) i cele din figura 5 (model). In grupuri mici Elevii i continu experimentul folosind piulie suplimentare pe care ei le pun n a doua cutie. Ei sunt ncurajai s ncerce mai multe variante fiind ajutai de ntrebri de genul:

10



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Putei reui acelai lucru folosind mai puine piulie? Puteti ridica greutatea mai sus? Unde ai ataat a doua cutie? Ai ncercat s-o poziionai mai aprope sau mai

departe?

Profesorul ofer elevilor o rigl de 50 de centimetri lungime. ncercai cu o alta rigl. Care este diferena? (Ce se schimb?)

Este important ca elevii s experimenteze n cadrul proiectului influena diferiilor parametrii (poziia pivotului, poziia cutiei cu piulitele adugate, lungimea riglei) i consecinele acestora ( creterea sau scderea numrului de piulie necesare, nalimea la care se ridica greutatea).

Cu ntreaga clas: comunicarea lucrurilor nvate Scopul acestei etape este de a determina elevii s-i mprteasc unul altuia cunotinele dobndite. Un rezumat, ce va contine regulile identificate ce guverneaza comportarea parghiei va fi realizat la fianalul urmtoarei lectii, dup experimente suplimentare.

Lecia 4: Cum se poate reduce efortul folosind o prghie?

Elevii sistematizeaz observaile din lecia anterioar, structureaza informatia identificand un anumit numr de reguli ce alctuiesc conceptul de prghie.

Material :

Este identic cu cel din lecia precedent. Specificm ca pivot este o rigla sau o bara cu o seciune transversal rectangular. Acest lucru este important pentru a rezolva corect problema 1 (vezi mai jos).

Cu ntreaga clas Elevii se confrunt cu trei probleme: Cte piulie sunt necesare pentru a ridica cutia cu 10 piulie cnd pivotul este la

mijloc? Care este cel mai mic numr de piulie necesar pentru a ridica cutia cu 10 piulie?

11



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Care este nlimea maxim la care cutia cu 10 piulie poate fi ridicat? Cte piulie au fost folosite?

In grupuri mici Copiii experimenteaz i discut cea mai bun soluie pe care o au pentru fiecare problem.

Figura 6

Cnd punem pivotul lng greutate, putem ridica greutatea mai uor. Cnd mutm pivotul mai departe, putem ridica greutatea mai sus, ns cu mai mare dificulate.

Individual

Fiecare elev deseneaz pentru fiecare caz n parte locul n care a fost poziionat pivotul i marcheaz nlimea la care a fost ridicat cutia cu 10 piulie.

Cu ntreaga clas: concluzii

Acestea se bazeaz pe experimentele elevilor. Ca un ajutor, profesorul poate s improvizeze un aranjament experimental care s poat fi vzut de ntreaga clas: pe o plac de aproximativ 2m, poziionat pe un butuc. Sub ndrumarea profesorului, 2

12



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


copii cu constituii diferite se aeaz pe aceast plac fa n fa formnd un leagn. Aceast demonstraie ajut elevii s neleag regulile 2 i 3 de mai jos:

Cnd pivotul se gsete la mijlocul prghiei, aceasta se afl n echilibru. Cu ct pivotul este mai aproape de greutate, cu att aceasta poate fi ridicat mai uor, ns se ridic la o nlime mai mic. Cu ct pivotul este mai departe de greutate, cu att aceasta poate fi ridicat mai greu, ns se ridic la o nlime mai mare.

Aceste reguli completeaz conceptul de prghie care a fost enunat n lecia 2. n acest context este interesant de discutat fraza faimoas Di-mi un punct de sprijin i cu ajutorul unei prghii am s mut ntreaga lume, ca i limitrile sale practice (lungimea prgiei i soliditatea materialului din care este construit). Situaii dificile posibile

Unii copii gndesc c dac pivotul este ndeprtat de greutate, atunci aceasta din urm devine mai uoar (figura 7). Aceasti elevi vor fio invitai s experimenteze n continuare pentru ridicarea catedrei profesorului (lecia 2) acionnd n apropierea pivotului sau mai departe de acesta. Elevii trebuie s contientizeze c ei nu sunt mai puternici n nici unul dintre experimente, numai sarcina este mai uoar. Experimentul tip leagn poate fi deasemeni util.

Figura 7. In cazul n care pivotul este plasat mai apropape de cutia cu pietre este mai uor.

13



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Lecia 5 : Cum s proiectm un pod basculant3 Copii au fost familiarizai cu principiul de funcionare al prghiei prin diferite activiti. Acum ei i pun n aplicare cunotine ntr-un context diferit. Cu ntreaga clas N.B. n ciclul 3, elevii i-au sporit interesul de a construi castele (acas sau la coal) si au idei despre podurile basculante suficient de numeroase pentru a putea s i le pun n practic. Profesorul prezint activitatea: trebuie s construiasc un pod basculant asemenea celor existente la castelele fortificate. El nu le va spune elevilor c acest experiment reprezint o extindere a studiului despre prghii. Dac ei vor descoperi singuri acest lucru, atunci vor trebui ncurajai s i continue ideea i s fie ntrebai referitor la asemnri existente ntre podul basculante i prghie. Totui, dup prerea noastr, acest lucru este indicat s fie explicat ntregii clase, n decursul leciei 7.

Figura 8. Tames R., Evul mediu, Nathan, 1999, colecia `Oglinzile cunoaterii`

VUEF/Editura Nathan (Paris, France) 2002.

3Lecia este mai uor de organizat dac profesorul dispune de o cutie cu materiale pentru a realiza construcii.

14



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


In grupuri mici Elevii realizeaz lucrarea n conformitate cu propriile idei. Profesorul i ajut s rezolve doar problemele tehnice minore: construrea podului, realizarea unui mecanism care i permite s se roteasc, ghidaje pentru fir, soliditatea stlpilor. Acest a nu se va implica n alegerea locului de prindere a firului de pod. Profesorul poate ajuta grupurile de elevi care ntmpin dificulti prin a le oferi poze cu un pod basculant. Cu ntreaga clas: concluzii Fiecare grup i prezint modelul proiectat i discut despre dificultile ntmpinate i despre modul n care au fost rezolvate. Este posibil ca unele grupuri s nu termine activitatea ntr-o singur lecie. n acest caz, profesorul trebuie s planifice o lecie suplimentar sau s aloce timp din urmtoarea lecie pentru finalizarea proiectului astfel nct toate grupurile s termine construciile.

Lecia 6: n ce parte a podului trebuie ataat firul? Elevii se gndesc s dezvolte un experiment n care s ataeze firul ct mai departe de axa de rotaie a podului pentru ca acesta s fie mai uor de ridicat. Cu ntreaga clas Profesorul se asigur c elevii au identificat dou posibiliti de ataare a firului cu ajutorul cruia podul poate fi ridicat: la captul podului (prima variant) i la mijlocul acestuia (a doua variant). Profesorul cere elevilor sa gaseasca care variant necesit efortul cel mai mic i n acelai timp el le ofer posibilitatea elevilor s analizeze problema timp de cteva minute fara a valida vreuna dintre solutii. Apoi, profesorul inparte elevii in grupe mai mici care sa investigeze care dintre soultii este mai eficienta. Dac profesorul constata faptul c toi elevii au ales s prind firul de captul podului atunci acesta i ntreab pe elevi de ce au ales aceast variant si nu alta varianta. n funcie de argumentele primite, profesorul permite implicarea elevilor n construirea montajului experimental. Totusi, profesorul anunta ca elevii nu vor contsrui adevarate poduri basculante cu vor realiza numai machete functionale. Elevii vor fi indrumati sa testeze metoda propusa de ei folosind materiale puse la dispozitie: rigle de diferite lungimi, bare de lemn, benzi elastice, diferite greuti, sfoar, agrafe pentru papetarie etc. Scopul acestei abordari este de a obliga elevii s se concentreze asupra principiului studiat, independent de contextul n care acesta este aplicat. Aceast metod are corespondent n practica industrial real. Cnd de exemplu se cere s se studieze eficiena unui nou sistem de frnare la o main, studiul se realizeaz folosind o macheta si nu pe o main real datorit costurilor mari si timpului necesar.

15



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


In grupuri mici Elevii se gndesc la un plan de aciune. Profesorul i ndruma spre un experiment realizabil. Se observ faptul c elevii nu mtmpin dificulti n a simula funcionarea unui pod basculant si n a ataa firul la mijlocul sau la captul podului. Ei ntmpin greuti n a nelege situaia abstract impus. Ei vor tinde s i finalizeze construcia prin ataarea sforii la o manivel, asemenea modelelor pe care le-au construit anterior. In acest moment, profesorul intervine cu urmtoarea ntrebare: Dac oprii construcia n acest moment, ai reuit s ndeplinii sarcina propus?. Elevii vor ncerca s gseasc o solutie manuala pentru a compensa efortul necesar ridicrii podului. Dar podul este prea uor de ridicat i diferentele nu sunt usor de sesizat. Alti elevi nu se vor gandi sa realizeze compararea celor doua solutii. Ei vor ridica podul legand de exemplu sfoara la capatul podului i vor concluziona: Da, aceast metod este mai uoar. Pentru aceaste cazuri si pentru alte motive se vor reorganiza elevii pe grupe. . Reorganizarea grupelor Prin aceasta se intentioneza sa fie evidentiate dificultatile intampinate, pentru a compara soluiile gsite i pentru a isi mprti ideile: Ce material trebuie ales pentru experiment? Sunt examinate diferite sugestii si

discutile vor conduce la varianta ce ami simpla: o bar are unul din capete aezat pe un suport i este susinut de un fir legat la cellalt capt; firul find inut n mn.

Cte variante trebuie construite pentru a rspunde la ntrebare? Obiectivul este ca fiecare grup sa neleaga necesitatea comparrii a dou scheme care difer numai din punct de vedere al locului unde este ataat firul.

Cum sa depasim faptul ca podul este prea uor? Se ncerac sa fie facut mai greu prin poziionarea unei cutii cu piulie (sau oricare alt obiect potrivit) pe pod. Este suficient s se rezolve aceste trei probleme pentru a gsi soluia corect cu privire la locul potrivit unde s se ataeze firul (ct mai departe de ax). Totusi, profesorul poate s adreseze alte ntrebri tiinifice cu privire la compararea forele exercitate asupra podului: Nu este o abordare tiinifica s msurm efortul depus cu ajutorul mnii; putei gsi o metod mai bun?. Rspunsul implic ajutorul profesorului care trebuie s sugereze folosirea unei benzi elastice care sa poata sa suporte o greutate corespunzatoare experimentul de fa. Aceast metod este ilustrat n figura 9. Metoda poate fi folosita si mai tarziu la planul inclinat daca aceasta metoda va fi aplicata la clasa (a se vedea sectiunea Ce facem mai departe). Dup aceast etap de reorganizare, vechile grupuri vor fi capabile s-i reia experimentul.

16



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Reorganizarea in grupe mici

Elevii se rentorc la experimentele lor, l descriu n caietul de experimente i apoi noteaz concluziile. Cu ntreaga clas: concluzii

Concluzile trebuie s ofere un rspuns scurt si rapid la ntrebarea iniial: este mai uor de ridicat podul atunci cnd firul este ataat departe de ax ?

Figura 9. Efectul poziiei punctului de ataare a firului este perceptibil

Lecia 7: Asemnri i deosebiri Elevii vor vorbi despre activiti desfurate n lecii diferite i vor recunoate principii comune, sub diferite forme, pe care le-au formulat la modul general. Cu ntreaga clas Profesorul se rentoarce la cele dou scheme: 1. rigla ce suport o cutie cu piulie aezat pe un pivot i 2. podul basculant ngreunat cu ajutorul unei cutii cu piulie. Profesorul le va reproduce schematic pe tabl (figura 10).

17



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Figura 10. Unul dintre capete este actionat cu mana

Instruciuni de lucru: elevii, grupai pe echipe, vor compara ntre ele cele dou desene i vor nota ntr-un tabel format din dou coloane ce este asemntor i care sunt diferenele intre cele doua desene. In grupuri mici Elevii vor discuta despre diferene i asemnri i vor completa tabelul mai sus amintit. Dac acetia se vor concentra mai mult asupra descrierii obiectelor dect asupra principiilor, profesorul va mai organiza o etapa de analiz, adresndu-le o ntrebare potrivit: Ce trebuie sa faceti pentru ca efortul necesar pentru a ridica cutiile sa fie minim ?, Exist asemnare ntre cele dou cazuri? Cu ntreaga clas: concluzii Profesorul culege i verifica diferite sugestii. Este interesant de subliniat asemnarea dintre rolul axei podului basculant i cel al pivotului. Acelai lucru se aplic i n cazul poziiei pivotului; n unele cazuri pivotul este localizat ntre punctele ntre care se aplic forele (de exemplu, in cazul echipamentului din figura4), iar in alte cazuri acesta este poziionat la unul din capete (cazul podului basculant). Profesorul va confirma trstura comun esenial dintre cele dou scheme analizate. Se poate formula o concluzie, fie in termnii programei sau in conformitate cu sugetile copiilor, de genul: aceeasi for are un efect de rotaie mai mare dac aceasta este aplicat la o distant mai mare fa de ax; o for mai mare este mai eficient dect o for mai mic, ambele aplicate la aceeai distan fa de ax.

Unul din capete este actionat cu mana.

18



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Lecia 8: Exist prghii n organismele vii? Principiul prghiei poate fi identificat chiar i n lumea vie, unde este important s i se demonstreze prezena. Profesorul va remarca c elevii ntmpin unele dificulti n identificarea mecanismului de baz al prghiei n interiorul organismului viu i de aceea el i va ajuta pe elevi s gaseasca o schema ajuttoare. De exemplu, n momentul n care li se va cere elevilor s se gandeasc la punctele de fizxare a tendoanelor de oase, muli dintre ei vor comite erori, aa cum este ilustrat n figura 11. nelegerea rolului pe care l au muchii n procesul de micare, la nivelul articulaiilor- necesit mai multe lecii (a se vedea paginile de Internet listate mai jos). n vederea aprofundrii cunotinelor legate de acest subiect, am pus la dispoziie dou seciuni complementare care se refera la principiul de funcionare al prghiei. Idei invocate de elevi la ora de curs pe aceast tem: Putem merge in postura verticala datorit oaselor. Daca nu am avea oase, am fi invalizi. Oasele sunt legate de muchi prin tendoane. Oasele sunt fragile. Dac se ntmpl s cdem i suntem foarte grav rnii oasele pot fi rupte i trebuie s mergem de urgen la spital. Scheletul calului este asemntor cu cel al omului

Figura 11. Biologie 5, Colectia C. Dsir si R. Tavernier. Paris 1978. Modul de fixare a muschilor de oase. n partea stng; o eroare obinuit. n partea dreapt: imaginea corect.

tendon

Muschi extensor

Muschi flexor

19



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Articulaiile aripilor insectelor Elevii citesc fisa de lucru din Anexa 1. Profesorul pune la dispoziia elevilor toate informaiile utile pentru a-i ajuta s neleag materialul respectiv (documente video disponibile pe CD-uri). n particular, profesorul se asigur ca elevii s neleag diagrama care reprezint o seciune transversal a toracelui insectei i modificrile de dimensiune ce apar n momentul reprezentrii grosimii nveliului extern al insectei. Aceast modificare este necesara pentu a permite unei folosirea unei agrafe pentru hrtie. Profesorul le cere elevilor s reciteasc, in caietele lor de notite, lecia cu privire la antebraul uman i la rolul muchilor n micare. Elevii vor lucra mpreun, astfel incat sa poata s schimbe idei i s-i exprime liber opiniile Elevi vor executa partea experimental cerut, n mod individual, folosind fisele de lucru. Profesorul va efectua o recapitulare colectiv bazat pe modele construite de elevi, sau pe un model mai mare executat de el nsui (figura 12).

Figura 12. Biologie 5, Colectia C. Dsir si R. Tavernier. Paris 1978.

20



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Seciunea transversal a toracelui, cazul in care muchii sunt contractai este ilustrat n partea dreapt, n timp ce n partea stng avem o imagine a muchilor relaxai.

a b

Figura 13. Biologie 5, Colectia C. Dsir si R. Tavernier. Paris 1978 (aripa, setiune prin torace, muschii toracici, picior, a muschii toraciti relaxati, b muschii toracici contractati.

Cum poate un crab s desfac o molusc (Anexa 2)

n prim faz, profesorul distribuie elevilor moluste, scoici. Profesorul le va cere elevilor s observe ct de rezistent este cochilia (carapace) molutei i le va explica elevilor cum reuete crabul s sparg acest nveli i s aib acces la hrana din interiorul acesteia. (Anexa 2 i materialul video de pe CD-uri disponibile, deocamdat, numai in Franta)

Cu ajutorul unei ilustraii, profesorul explic asemnrile dintre modul de funcionare al cletilor crabului i cel al prghiei studiat anterior. Dup ce poziioneaz cochilia corect, crabul i ataeaz cletii n partea deschis a carapacei, apoi aplic o for asupra acesteia sprgnd-o. Odat deschis carapacea, crabul poate avea acces la hran, pe care o prinde cu ajutorul unui deget lung, fin, ataat pe cletele stng.

Moduri de predare a modulului

Materiale pentru un grup de elevi (a se vedea figura 5)

Torace, muschi relaxati Torace, muschi contractati

Muschii toracelui

Carapacea toracelui

Aripa

Picior

21



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


o cutie mic de materiale de construcii. Dac nu avei una n clas, procurai-o de la o clas vecin sau o poate aduce chiar elevii de acas.

o rigl plata sau o bar cu lungimea de 30 cm i o rigl cu seciunea tranversal rectangular cu rol de pivot n cazul de fa

dou cutii identice fara capac. Acestea vor fi ataate riglei cu ajutorul unor elastice

diverse obiecte (bile, uruburi, piulie, saibe) ce urmeaz a fi puse n cutii

Materiale care vor fi utilizate in comun un butuc (o crmid mai lat) i un trncop (sau un baston mai lung) cu ajutorul

cruia s ridice catedra (lectia 2)

o plac solida de 2 m lungime care s fie pus pe butuc (lecia 4)

Durata Sugerm ca acest curs s fie structurat pe opt lecii. Profesorii care doresc s aprofundeze studiul pot prelungi acest curs conform sectiunii Pai mai departe. In caz contracr, pentru cei care ii doresc un curs de durata minma primele patru lecii sunt suficiente. Foi de lucru recomandate Foaia de lucru nr. 24 Prghii i balante i foaia nr. 11 Micari i deplasare - disponibile, deocamdat, numai n Frana. Concluzii Anexa 3 este folosita pentur evaluarea cunotinelor i deprinderilor nsuite. Elevii trebuie s identifice principiul de funcionare a prghiei din diferite ilustraii (cu diferite grade de dificultate). Pasi mai departe Balana, elemente de echilibru Pornind de la situaii clasice, n care un copil vrea s se joace cu un adult ntr-un balansoar. n acest caz, elevii trebuie s fie indemnati sa aplice principiul de funcionare a prghiei (Unde trebuie poziionat pivotul fa de copil i fa de adult? In cazul unui pivot fix unde trebuie plasat copilul si unde va fi plasat adultul ?). Dup aceasta, elevilor li se cere s construiasc o balan ce const ntr-o bar suspendat cu ajutorul unui inel fixat intr-un punct apropape de unul din capete. Scopul este de a obine un echilibru ntre greutatea pus la unul din capete i o contragreutate ce va fi fixat de bar cu ajutorul unei agrafe pentru hrtie.

22



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Construirea piramidelor: prghii sau plane nclinate? Dac activitatea din lecia 6 a fost pe deplin finalizat atunci elevii au capacitatea de a compara fore (figura 9). Acest mod de tratare este desigur rudimentar, dar serveste in acest moment scopului propus. Subiectul dezbaterii poate fi prezentat pe scurt folosind texte scurte (care vor fi explicate elevilor) si cateva fotografii. Dezbaterea se va referi la modalitatea n care au fost construite piramidele din Egipt. Exista dubii ca au fost utilizate rampe pentru a construi piramidele din Egipt. Elevilor le este prezentat o nou ipotez: eti arhitectul faraonului Cheops i acesta din urm vrea ca mormntul su s fie cea mai mare piramid care s-a construit vreodata. Dorinele faraonului sunt porunci pentru si daca nu rezolvi problema iti risti viata, astfel incat trebuie s te sftuieti cu persoane specializate n domeniu pentru a rezolva problema. Cum poi ansambla mii de blocuri de calcar de 2.5 tone fiecare i nouzeci de blocuri de granit fiecare cntrind 2.5 tone ? Specialitii n egiptologie nc fac cercetri cu privire la modul de construcie al piramidelor. Exist 2 pareri contrare. Cea mai raspandita teorie este cea care sustine ca a fost construita treptat o ramp pe care oamenii tarau blocurile de piatr; aceasta era extinsa si inaltata n mod progresiv, pe msur ce construcia inainta. A doua teorie sugereaza utilizarea unor maini din lemn, avnd la baz principiul de funcionare al prghiei si care au fost folosite pentru a ridic blocurile de piatr de pe un nivel orizontal pe altul4. Printre adeptii teoriei masiniste este inclus si arhitectul Pierre Crozot care a proiectat de curand un sistem bazat pe scrierile istoricului grec Herodot (484 C - 420 C). Pour la science, nr. 265, noiembrie 1999. Elevii trebuie s lucreze n grupuri mici, examinnd principiile n mod alternativ, si sa demonstreze experimental ca efortul necesar pentru a ridica greuti este mai mic daca sunt reduse frecarile (suprafete lustruite sau acoperite cu emulsie de sapun) in cazul folosirii planului inclinat decat in cazul ridicarii pe verticala.

Figura 14

23



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Selectie de pagini de Internet Istorie O pagina de isotrie privind mecanismele in Alexandria: www.cnam.fr/museum/revue/ref/r20a04.html Podul basculant al castelului Coudray-Salbart http://visite.salbart.org/index.php3?url=t-portal.php3 Podurile basculante ale portilor orasului Carcassone: http://ecole.wanadoo.fr/lagravette.carcassonne/patrimoine/pont.htm Caderea Bastiliei a avut ca punct de plecare distrugerea podului basculant: www.diagnopsy.com/Revolution/Rev_008.htm Istoria podurilor basculante de fier in Tournai on the Escaut: www.met.be/metpub/src/actu12/p09.html Obiecte ingineresti O fotografie a podului basculant din portul Marsilia: http://sarkis.com/photo/MARSEILLE/PONT.html Sistemul de parghii pentru diferite clape ale pianului: www.pianomajeur.net/hist05.htm O pagina foarte bogata care se adreseaza fanilor sportului tip mounting bike, parghile se pot identifica pe desen: http://perso.libertysurf.fr/cyclenet/transmission.jtm#manivelles Un sistem de scripeti pentru tele ski (inclusiv fotografia): www.gimar-montaz-mautino.fr/produit/telesko.htm Un scripete pentru barci (inclusiv fotografia): www.vlevelly.com/Bateaux/poulie.html Scripeti ficsi, scripeti mobili, macarale: www.total.net/~lego/poulie.htm Macheta unui pot mobil care poate fi construit de elevi acasa: www.tiboo.com/tibooparc/bricolages/chateau-fort.htm Un experiment cu soareci de laboratorcare stiu cum sa foloseasca o pargie bazandu-se numai pe conecntrarea mentala: www.sciencepress.qc.ca/archives/cap2806994.html Un site educativ pentur copii care prezinta principiul pargiei (si altele, scripeti, macarale etc.): http://esjn.csriveraine.qc.ca/Travaux/etudiants/physique/peleve99/colldaveweb/leviershtml Constructia unei macarale pentru ontarea ubei turbine eoliene: http://eoliennes.free.fr/treuil_c.html Site dedicat tendonului lui Ahile unde este explicat (prin text si diagrama) faptul ca acest tendon realizeaza funtia de pargie si scripete:

24



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


www.domyos.com/running/fr/html/CourseSante/ru10d.asp Activitati educative Aici veti gasi activitati propuse pe pagina de weba La main a la Pate Sase lectii despre miscarile corpului uman: www.inpr.fr/lamap/activities/locomotion/sequence/movement/sommaire.html Programa pentru studiul stiintelor in ciclul primar, ridicarea greutatilor: www.inpr.fr/lamap/activities/insights/chose_lourde/accueil.htlm Echilibrul unei smacarele: www.inpr.fr/lamap/activities/leviers_balances/module/equilibre_grue/accueil.html Corpuri mobile in echilibru: www.inpr.fr/lmap/activities/leviers_balances/sequence/mobil.htm www.perigord.tm.fr/~eclsciences/PAGE/OBJetTEC/EQUIMOBI?SoEqMobi.htm De la poduri asculante la parghii: www.inpr.fr/activities/objects_techniques/idees/temoignage/pont_levi.htm Un side dedicat realizariloe experimentale ale scolilor referitoare la parghii si echilibru: www.edres74.cur-archamps.fr/sprof/gdes74/seance/levier.htm Fise pentru predarea stiintelor si tehnologiei pentru ciclul 3: www.c-grenoble.fr/savoire/Disciplines/Sciences/Esp_ress/phys-tec.htm Ca de exemplu www.c-grenoble.fr/savoire/Disciplines/Sciences/Esp_ress/Fiches/Plans-i.htm www.c-grenoble.fr/savoire/Disciplines/Sciences/Esp_ress/Fiches/Leviers.htm www.c-grenoble.fr/savoire/Disciplines/Sciences/Esp_ress/Fiches/Plans-i2.htm www.c-grenoble.fr/savoire/Disciplines/Sciences/Esp_ress/Fiches/Pouliers.htm Referinte Lucrari testate in clasele CE-2_CM1-CM2 la scala Le Chaumet din Eviers (74), in clasa CE2 de la scoala Fins din Annecy si in diferite clase ale scolilor primare Jean Vilar, Martin-Luther King si Courcelles din Vaulx an Velin. N.B. n sistemul de educaie francez: Ciclul 1 corespunde copiilor ntre 3 i 5 ani Ciclul 2 corespunde copiilor ntre 5 i 7 an Ciclul 3 corespunde copiilor ntre 8 i 10 an Extrase si traducere in limba engleza din lucrarea Predarea stiintelor in scoala,maunal pentru aplicarea programelor 2002, ciclurile 1, 2 si 3. 2002. MEN. DESCO, Academia de Stiinte, Academia de Tehnologii, CNDP, Paris, Colectia Scoala, pg. 126. Versiunea franceza este disponibila la adresa de Internet: http://inpr.fr/lamap/index.php?Page_Id=19

25



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


4Aceste masini sunt similare celor prezentate elevilor in lectia 2 (figura 6) Anexa 1 Zborul insectelor5

Diagrama de mai jos reprezint o seciune tranversal prin toracele unei insecte, n cazul n care muchii sunt relaxai. Pentru simplificare, nu sunt prezentati toti muschii.

Aripa

Carapacea toracelui

Muschii toracelui

Picior

26



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Desenai formele de mai jos pe un carton i apoi decupai-le. Aceasta reprezint partea stng a seciunii transversale ilustrat n figura de mai sus. Construii articulaiile pentru aripi folosind capse pentru hrtie si puneti-le in miscare

n caietul cu experimente desenati o seciune tranversal a toracelui cu muchii contractai. Toate fgurile sunt luate din lucrarea Biologie 5, Colectia C. Dsir si R. Tavernier, Bordas, Paris, 1978. Aceasta lucrare poate fi consultata la biblioteca. Un documentar video este disponibil pe CD, deocamdata numai n Frana.

Aile = aripa Thorax = torace Patte = Picior

27



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Anexa 2 Modul n care crabul sparge carapacea molutei

Sageile din figura 1 indica faptul c o for relativ mic generat de muchii crabului

conduce la aplicarea unei fore mari asupra cochiliei molutei, considernd distanele fa de pivot.

28



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Prezentam mai jos nite componente care vor permite profesorului s fac o evaluare a modului de nelegere a elevilor n ceea ce privete cele trei principii de funcionare a prghiei: identificarea schemelor n care se aplic principiul prghiei; nelegerea rolului pe care l joaca distanta fa de pivot a punctului de aplicare a fiecarei fore; identificarea principiului prghiei n alte aplicaii dect cele descrise n material. Aceste componente pot fi aplicate n orice moment al leciei. Rolul lor este pur formativ, permitand elevilor s evalueze ce au nvat. Elevii sunt solicitai s observe obiectele din figura de mai jos i s indice acelea care funcioneaz pe principiul prghiei (levier, sprgtor de nuci, clete pentru unghii).

Exemplu de utilizare a prghiei. Benzi desenate `Lucky', din: Lucky Luke, Des rails sur

la prairie, Lucky Comics, 2002

29



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


O bormasina Informaii pentru profesori Aplicaii care folosesc prghii (1, 2, 3, 5, 6) Aplicaii care nu folosesc prghii (cel puin la prima vedere) (4, 7) V sftuim ca aplicaiile folosite s fie cat mai variate. Cateve dintre ele sunt similare cu cele care au fost studiate (Lucky Luck), altele nu. Elevii se pot gndi ca prghiile trebuie s fie alctuite din bare drepte. De exemplu, cheia fracez sau cletii pentru unghii sunt prghii care prezint pri curbate. Ei pot crede c prghiile sunt folosite numai pentru ridicarea unor greutai mari, caz n care profesorul va aduce n discuie perforatorul sau cletii pentru unghii. Ei pot avea, de asemenea, imaginea c o prghie este intotdeauna o unealt (n sensul de a face tu insuti), n astfel de situaii vor fi aduse n discuie perforatorul de birou sau sprgtorul de nuci (care sunt parghii) i bormaina (care nu este o parghie6). Privii aceste imagini dintr-o carte cu Asterix. Identificai obiectele ce au la baz principiul de funcionare al prghiei.

Acesta este locul contructiei. Eu tocmai am adus blocuri de piatra de buna calitate din interiorul tarii, din volumul Asterix si Cleopatra, 2002 Editura Albert Ren/Goscinny-Uderzo.

30



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Informatii pentru profesori

Verificati dac cumpna din partea dreapt a figurii a fost remarcat. Pare s fie montat o alt prghie in interiorul palatului. S v asigurai ca elevii nu vor crede c dispozitivul de transport asemntor unei snii nu a fost apreciat ca fiind o prghie. Privii la acest leu si la acest iepure. Este posibil ca ntr-unul dintre desene balansoarul s se ncline. Solicitati elevii s ncercuiasc acest desen.

Este posibil ca balansoarul s se ncline? ncercuii care este varianta posibil.

6De fapt, o examinare atenta a bormasinii conduce la sesizarea butonului pornit/ oprit. Dar nu este necesara o examinare mai atenta la nivelul claselor primare. Priviti desenul de mai jos.

Desen din lucrarea Cum functioneaza lucrurile, cu ermisiunea Usborne Publishing Ltd., 83-85 Saffron Hill, London EC1N 8RT, England. 1984 Usborne Publishing Ltd.

31



AMPOS DRU



2007 - 2013


OI POS DRU


Pozitionati in desenul de mai jos placa i pivotul pe care le folosesc acrobaii. De ce le-au poziionat astfel?

Informatii pentru profesori Ultimele doua aplicatii (3 si 4) au rolul s stabileasc dac elevii au neles nfluena pe care o are poziia pivotului fa de punctul n care este aplicat fora (mai departe de locul unde se gaseste greutatea de ridicat in cazul acrobatilor).

parghia.pdf

Documents