Hry a simulace do výuky fyziky
Fyziku lze učit zajímavě nejen experimenty v laboratoři, ale i dalšími interaktivními způsoby. Ne všechny školy však mají potřebné vybavení nebo čas na složité pokusy. Jak tedy zpestřit hodinu plnou teorie a počítání příkladů? Podívali jsme se na dvě webové platformy: Legends of Learning, nabízející desítky fyzikálních her, které běží přímo v prohlížeči, a PhET, zaměřený na simulace jevů, které se běžně ve třídě nedají snadno demonstrovat.
Instrukční hry
Force fields and a variety of interactions
PhET simulace
Některé jevy nelze na střední škole snadno, nebo vůbec, demonstrovat experimentálně. Vybral jsem proto několik takových případů s ukázkou počítačové simulace.
Fotolektrický jev (Photoelectric effect)
Fotoelektrický jev je běžně probíraným tématem na střední škole, ale jeho praktická demonstrace bývá náročná. Tato simulace umožňuje nastavit intenzitu a vlnovou délku záření a zároveň zvolit materiál, na který záření dopadá. Díky tomu je možné názorně ukázat, jak různé materiály ovlivňují průběh fotoelektrického jevu. Současně simulace demonstruje význam výstupní práce – zvýšení intenzity záření s příliš dlouhou vlnovou délkou nepovede k vytvoření proudu, což jasně ilustruje, že překonání výstupní práce je nezbytné. V praxi se fotoelektrický jev používá v solárních panelech a fotočláncích.
Vlastnosti plynů (Gas properties)
Tato simulace nabízí více možností.
Ideal
Tato část simulace umožňuje aktivně zkoumat vztahy mezi veličinami v rovnici ideálního plynu. Uživatel může nastavovat teplotu, tlak, objem i počet částic a pozorovat, jak se systém chová při různých podmínkách. Lze také určit, které veličiny zůstanou konstantní, a tím lépe porozumět principům izotermických, izobarických či izochorických dějů. Kromě toho je možné sledovat srážky částic, což dává hlubší pochopení propojení mezi mikroskopickou dynamikou a makroskopickými jevy.
Explore
Tato simulace názorně ukazuje, jak se ideální plyn chová podle své stavové rovnice. Uživatel může měnit základní veličiny – teplotu, objem, tlak a počet částic – a pozorovat, jak se tyto změny navzájem ovlivňují. Sleduje tak například, jak tlak roste při zmenšování objemu nebo při zvyšování teploty. Simulace zároveň zobrazuje počet srážek mezi částicemi, což pomáhá pochopit, jak makroskopické vlastnosti plynu vycházejí z jeho mikroskopického chování.
Energy
Simulace ilustruje kinetickou teorii plynů a doplňuje ji graf znázorňující rozložení rychlostí a energií částic. Uživatel může kolize částic zapínat nebo vypínat, což umožňuje lépe sledovat jejich vliv na chování plynu.
Diffusion
Simulátor difúze umožňuje nastavit počet částic na obou stranách přepážky, poté ji odstranit a sledovat jejich pohyb. Demonstrace názorně ukazuje principy termodynamiky a kinetické teorie plynů, což je experimentálně možné jen v omezené míře.
Circuit Construction Kit: DC
Tato simulace nabízí bezpečný a názorný způsob, jak žákům přiblížit principy elektrických obvodů. Uživatelé mohou z dostupných součástek, například žárovek, rezistorů, baterií a dalších, sestavovat vlastní obvody a okamžitě sledovat, jak se mění proud a napětí. Výhodou je široká škála možností, díky kterým lze simulovat pokusy bez rizika zranění nebo poškození vybavení. Simulace je ideální pro úvodní seznámení s pojmy jako uzavřený obvod, odpor nebo Ohmův zákon, a zároveň umožňuje kreativní práci při navrhování vlastních zapojení.
Simulace názorně ukazuje gravitační vztahy mezi Sluncem, Zemí a Měsícem. Umožňuje sledovat oběhy těles v reálném čase a experimentovat s různými parametry, například měnit hmotnost Země či Slunce, nebo dočasně vypnout gravitaci a pozorovat, co se stane. Díky tomu lze efektivně ilustrovat principy oběžné dráhy, gravitační síly a zákony pohybu planet.
