კომპლექსური დავალება ფიზიკაში – ავტოსაგზაო შემთხვევა

პედაგოგმა მოსწავლეთა „განვითარების გზის“ ოთხი აუცილებელი კომპონენტი უნდა დაგეგმოს: მიზნები (რისთვის ვასწავლი?), სასწავლო მასალა და რესურსები (რა მასალაზე დაყრდნობით ვასწავლი), სწავლა-სწავლების მეთოდები და სტრატეგიები (როგორ ვასწავლი?) , შეფასება (როგორ ვაფასებ?).

„ახალი სკოლის მოდელის“  პროექტის ფარგლებში ამ კითხვებზე პასუხი ასეთია:

რისთვის ვასწავლი? – სამიზნე ცნება/მკვიდრი წარმოდგენები;

რას ვასწავლი? – საგნობრივი საკითხები;

როგორ ვასწავლი? – კომპლექსური დავალება;

როგორ ვაფასებ? – განმავითარებელი შეფასება SOLO-ტაქსონომიით.

კომპლექსური დავალება წარმოადგენს შემეცნებითი და შემოქმედებითი პროდუქტის შექმნას. დავალების შესრულება დააფიქრებს მოსწავლეებს საკვანძო შეკითხვაზე, ხელს უწყობს საგნობრივი საკითხის შესწავლას და  გონებაში სამიზნე ცნებებით გათვალისწინებული მკვიდრი წარმოდგენების ჩამოყალიბებას.

ყველას გვქონია შემთხვევა, როდესაც მოსწავლე სვამს შეკითხვას: რაში მჭირდება ფიზიკა? რა ვუპასუხოთ ამ დროს? ვუმტკიცოთ, რომ ფიზიკა საინტერესოა, თუ დავანახოთ ცხოვრებაში მისი ყოველდღიური გამოყენების აუცილებლობა?

ჩემი კომპლექსური დავალება „ავტოსაგზაო შემთხვევა“ ზუსტად იმას ადასტურებს, რომ ფიზიკა არ არის მხოლოდ სახელმძღვანელოებში, ის ჩვენს ცხოვრებაშია. სანამ დავალებას დავწერდი, ვესაუბრე შინაგან საქმეთა სამინისტროს ავტოექსპერტებს და  გავეცანი რამდენიმე რეალურ ავტოტექნიკურ ექსპერტიზას. მანამდე არც კი ვიცოდი, როგორ ხდებოდა დამნაშავის დადგენა ავტოსაგზაო შემთხვევისას. როდესაც მძღოლს წარმოექმნება შეჯახების საფრთხე,  მან უმალვე უნდა მიიღოს დამუხრუჭების გადაწყვეტილება. იგი იწყებს მუხრუჭზე ფეხის დაჭერას, თუმცა ამ მოქმედების დაწყებასაც კი რაღაც დრო სჭირდება, რასაც  რეაქციის დრო ეწოდება. ფხიზელი ადამიანისთვის იგი დაახლოებით 0,6 -1,4 წმ.-ის ინტერვალში მერყეობს. ნასვამი ადამიანის რეაქციის დრო გაცილებით დიდია და ამიტომაც ამ შემთხვევას არ განვიხილავთ.  მუხრუჭზე ფეხის დაჭერისას არც მუხრუჭი იწყებს მოქმედებას მყისიერად. დრო, რომელსაც მუხრუჭის ამოქმედების დრო ეწოდება, დაახლოებით 0,4 წმ.-ია.  საერთო ჯამში გადაწყვეტილების მიღებიდან მუხრუჭის ამოქმედებამდე გადის დაახლოებით 1 წმ., რაც ნიშნავს, რომ ამ დროს ავტომობილი აგრძელებს თანაბრად მოძრაობას და თუ იგი დაახლოებით 50 კმ./სთ.-ით მოძრაობს. ეს ნიშნავს, რომ ამ ერთ წამში იგი 14 მეტრს გაივლის და მხოლოდ შემდეგ დაიწყებს შენელებას. ეს ცოდნა ძალიან მნიშვნელოვანია ავტოსაგზაო შემთხვევის შესწავლისას.

წარმოგიდგენთ ჩემ მიერ შექმნილ კომპლექსურ დავალებას, რომლის შესასწავლი საკითხია ხახუნის ძალა, ხოლო თემა – სტატიკა და დინამიკა, მე-9 კლასი. სამიზნე ცნება, რომლის გააზრებასაც ემსახურება ეს დავალება, არის „მოძრაობა“ და ამასთან ერთად, მაკროცნება – „კვლევა“.

კომპლექსური დავალების პირობა:

     ავტოსაგზაო შემთხვევა

წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ წარმოადგენთ ექსპერტთა ჯგუფს, რომლებმაც უნდა დაადგინონ, შეეძლო თუ არა მძღოლს ავტოსაგზაო შემთხვევის თავიდან აცილება.

მსუბუქი ავტომანქანა დაეჯახა ქვეითად მოსიარულეს, რომელიც გზაზე გადადიოდა. დაჯახება მოხდა იმ დროს, როდესაც ქვეითი 8 მ. სიგანის გზის გადაკვეთისას, მის შუა წერტილში იმყოფებოდა. მანქანის საწყისი სიჩქარე დაფიქსირებულია და უდრის 50 კმ./სთ.-ს. ცნობილია ხახუნის კოეფიციენტიც, µ=0,7 (იგულისხმეთ, რომ მკვეთრი დამუხრუჭებისას ოთხივე ბორბალი სრიალს იწყებს).  ქვეითის სიჩქარე გზის გადაკვეთისას იყო 7 კმ./სთ.  გაითვალისწინეთ, რომ ფხიზელი მძღოლის რეაქციის დროისა და მუხრუჭის ამძრავის ამოქმედების დროთა ჯამი დაახლოებით 1 წამია.

დაწერეთ ავტოექსპერტიზა (იხ.რესურსი), სადაც პასუხს გასცემთ ყველა იმ შეკითხვას, რომლებიც კრიტერიუმების სახით არის წარმოდგენილი. დახაზეთ საგზაო შემთხვევის ნახაზი. წარმოადგინეთ თქვენი დასკვნები პრეზენტაციის სახით თქვენთვის სასურველი ფორმით.

     ნაშრომში ხაზგასმით წარმოაჩინეთ:

• ავტომობილზე მოქმედი ძალები (რომელი ძალებია მნიშვნელოვანი ამ დროს); განსაზღვრეთ ტოლქმედი ძალა და იმსჯელეთ, რა ცვლილებებს შეიტანს მისი მოქმედება ავტომობილის მოძრაობაში;
• სრული გაჩერებისთვის (დაბრკოლების დანახვიდან სრულ გაჩერებამდე) საჭირო დრო და მანძილი სრულ გაჩერებამდე. (გამოთვალეთ ორნაირად: კინემატიკის ფორმულებით და კინეტიკური ენერგიის ცვლილებით);
• დაბრკოლების დანახვიდან შეჯახებამდე გასული დრო და გავლილი მანძილი. რა ინფორმაციას გვაძლევს მოძრაობის ეს პარამეტრები?
• ამ მანძილების შედარებით, როგორ დავადგინოთ, შეეძლო თუ არა მძღოლს შემთხვევის თავიდან აცილება?
• ფაქტორები, რომელთა გათვალისწინებაც შესამჩნევ ცვლილებებს შეიტანს გამოთვლებში.

     პრეზენტაციის შემდგომ ისაუბრეთ:

• როგორ გამოგვადგა ფიზიკის ცოდნა ამ ცხოვრებისეული ამოცანის გადაჭრაში?
• რას შეცვლიდით, თავიდან რომ იწყებდეთ მუშაობას?

ცნობილია, რომ, როდესაც ავტომობილზე წევის ძალა აღარ მოქმედებს, იგი ინერციით აგრძელებს მოძრაობას და ხახუნის და წინააღმდეგობის ძალა რომ არ მოქმედებდეს მასზე, იგი ვერც გაჩერდებოდა. ანუ, სწორედ ეს ძალები აჩერებენ ავტომობილს. ამოცანებში ჩვენ ვგულისხმობთ, რომ ჰორიზონტალურ გზაზე მოძრავ ავტომობილზე მხოლოდ ხახუნის ძალა მოქმედებს. ასევე ვგულისხმობთ, რომ მკვეთრი დამუხრუჭებისას ოთხივე ბორბალი სრიალს იწყებს (თუმც თანამედროვე ავტომობილებში მოქმედებს ABS სისტემა, რაც მძღოლს მკვეთრი დამუხრუჭებისას აძლევს საშუალებას, მართოს ავტომობილი).

მოსწავლეებს ბავშვობიდანვე უნდა ვასწავლოთ საგზაო მოძრაობის წესების დაცვის აუცილებლობა. ამასთან, ეს წესები ქვეითად მოსიარულემაც უნდა დაიცვას და მძღოლმაც, თუმცა მძღოლს მეტი პასუხისმგებლობა ეკისრება. მან უნდა გაითვალისწინოს სიჩქარის შეზღუდვა, გზის საფარის მდგომარეობა, გარემო პირობები და ამასთანავე, მთელი ყურადღება გზაზე გადაიტანოს. ქვეითი აკრძალულ ადგილას რომ კვეთდეს გზის სავალ ნაწილს, მძღოლმა მაინც დაუყოვნებლივ უნდა მიიღოს ზომები. ამის შემდეგ ყველაფერი უკვე ფიზიკაა. ინერციის გამო ავტომობილი კონკრეტული საწყისი სიჩქარისა და კონკრეტული ხახუნის პირობებში  გადის რაღაც მანძილს, რომელსაც შეიძლება ვუწოდოთ სრული გაჩერებისთვის საჭირო მანძილი, რომელიც განსხვავდება დაბრკოლების დანახვიდან შეჯახებამდე გავლილი მანძილისგან, რადგან ავტომობილი არანულოვანი სიჩქარით  შეეჯახა ქვეითს. მაგრამ თუ დაბრკოლებამდე მანძილი ნაკლებია სრული გაჩერებისთვის საჭირო მანძილზე, ეს ნიშნავს, რომ მძღოლს დროულადაც რომ მიეღო  ზომები ავტომობილის გასაჩერებლად, მაინც ვერ მოახერხებდა შეჯახებამდე გაჩერებას. სწორედ ამას იკვლევენ რეალურ სიტუაციაში, დაუყოვნებლივ მიიღო თუ არა მძღოლმა ზომები და ამის მიხედვით ხდება იმის დადგენა, შეეძლო თუ არა მძღოლს ავტოსაგზაო შემთხვევის თავიდან აცილება.

ქვეითის სიჩქარისა და შეჯახების ადგილის გათვალისწინებით ვიგებთ, რა დრო სჭირდებოდა მას გზის ნაპირიდან ამ წერტილამდე მისასვლელად. ამ დროის მნიშვნელობის (t) გამოყენებით გავიგებთ შეჯახებამდე გავლილ მანძილს.  უნდა გავითვალისწინოთ, რომ 1 წმ.-ის განმავლობაში მანქანა ისევ საწყისი სიჩქარით თანაბრად მოძრაობს, ხოლო (t – 1) წმ.-ის განმავლობაში ანელებს. თუ მძღოლმა უმალვე  მიიღო ზომები, მაგრამ მიუხედავად ამისა, მანქანის მიერ გავლილი მანძილი შეჯახებამდე ნაკლებია, ვიდრე სრული გაჩერებისთვის სჭირდებოდა, მაშინ მას ადვოკატად „ფიზიკა“ დაუდგება: მას უბრალოდ არ შეეძლო გაჩერება ინერციის გამო. ჩვენს შემთხვევაში დაბრკოლების დანახვიდან სრულ გაჩერებამდე მანქანას 3 წმ. სჭირდება, სრული გაჩერებისთვის საჭირო მანძილი 27,9 მ. გამოდის. ხოლო შეჯახებამდე მანძილი მხოლოდ 24,4 მ. იყო, დრო კი – 2წმ. აქედან 1 წმ. რეაქციას და მუხრუჭის ამძრავის ამოქმედებას სჭირდებოდა, 1 წმ.-ის განმავლობაში კი ანელებდა, თუმცა სიჩქარე ამ დროში ვერ მოასწრებდა განულებას, ამიტომაც მოხდა შეჯახება.

ფიზიკის კომპლექსური დავალების შესრულებისას აუცილებელია იმაზე მსჯელობაც, რა შესწორებები შეიძლება შეიტანოს გამოთვლებში რეალური პირობების გათვალისწინებამ, რადგან ფიზიკის ფორმულები ხშირად გამარტივებულია, რეალურად კი მრავალი დამატებითი ფაქტორი მოქმედებს. მოსწავლემ უნდა შეძლოს მსჯელობა იმაზე, თუ რა იქონიებს შესამჩნევ გავლენას გამოთვლებზე, მაგალითად, გზის საფარი არაერთგვაროვანი და არაჰორიზონტალური შეიძლება იყოს; რეაქციის დრო – მცირედით განსხვავებული; ქვეითის სიჩქარე – ნაკლებად ზუსტი. გასათვალისწინებელია ისიც, რომ  მკვეთრი დამუხრუჭებისას თანამედროვე ავტომობილების ოთხივე ბორბალი სრიალზე არ გადადის, და ა. შ. ჩვენს შემთხვევაში მანძილებს შორის სულ 3 მ.-ია განსხვავება და აქ სავსებით შესაძლებელია შედეგების სხვადასხვაგვარი ინტერპრეტირება. მთავარია, ამ საკითხებზე მოსწავლემ იმსჯელოს და მოიყვანოს არგუმენტები. მოსწავლის  მსჯელობა აბსტრაქტული დონის მაჩვენებელია, თუ მან არა მხოლოდ სწორად გამოითვალა ყველა საძიებელი სიდიდე, არამედ ამ ცოდნის ტრანსფერი მოახდინა რეალურ სიტუაციაში, რაც კომპლექსური დავალების მთავარი დანიშნულებაა.

როგორც ცნობილია, კომპლექსური დავალება მოიაზრებს მოსწავლის მიერ პროდუქტის შექმნას, რითაც იგი ადასტურებს ნასწავლი მასალის ცოდნას. რას ვთხოვთ ამ დავალებაში მოსწავლეს? მან უნდა მოირგოს ავტოექსპერტის როლი და დაწეროს ავტოექსპერტიზა.

როგორ შეიძლება, შეასრულონ მოსწავლეებმა დავალება? SOLO-ტაქსონომიის მიხედვით მოსწავლეთა მიერ დავალების შესრულების ხარისხი ხუთ დონედ შეიძლება დავყოთ. კომპლექსური დავალების შესრულების შემდეგ მასწავლებელმა ყოველ მოსწავლეზე უნდა დაწეროს 2 კომენტარი: „რა გააკეთა მოსწავლემ და რა დასკვნა გავაკეთე ამის საფუძველზე“ და „რა რჩევა მივეცი მოსწავლეს (განმავითარებელი შეფასება)“.

ქვემოთ მოცემულია ამ კომენტარების შესაძლო ვარიანტები, განაწილებული დონეების მიხედვით.

მოსწავლისთვის სწორად მიცემული განმავითარებელი შეფასება ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის ხელს უწყობს მოსწავლის მოტივაციის გაზრდას, მის თვითდაჯერებულობას საკუთარ ძალებში. რჩევების მიცემით მასწავლებელი სწორად მიმართავს მოსწავლის შინაგან ძალებს საკითხის შესასწავლად. აბსტრაქტულ დონეზეც კი მოსწავლეს უნდა მივცეთ რჩევა, რომ კიდევ უფრო გავააქტიუროთ მისი ცოდნა, მივმართოთ სულ უფრო ახლის შეცნობისაკენ.

მნიშვნელოვანია ასევე რესურსების შერჩევაც. ერთ-ერთ რესურსად რჩება სახელმძღვანელო, მაგრამ ამავე დროს დღეს უამრავ საშუალება არსებობს, რომლითაც შესაძლებელია ინფორმაციის მიღება. მთავარია, ინფორმაცია იყოს სანდო. სანდოობის დადგენაში  დიდი როლი ენიჭება მასწავლებლის კომპეტენციას. უმრავლეს შეთხვევაში მასწავლებელი თვითონ უთითებს საჭირო რესურსებს. ზოგჯერ კი შეიძლება, მოსწავლეებსაც დაავალოს მისი მოძიება, ასეთის არსებობის შემთხვევაში.

     ამ დავალებაში მითითებული რესურსებია:

ორი რეალური ავტოექსპერტიზა, სადაც პირადი მონაცემები დაშიფრულია –

ავტოექსპერტიზა №1,

ავტოექსპერტიზა №2;

ვიდეორგოლი – ნიუტონის კანონები:

https://www.youtube.com/watch?v=pDcz4Q6Bb8g&t=1s;

სიმულაცია – ძალები და მოძრაობა:

https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_ka.html;

სტატია: „რა არის ანტიბლოკირების სამუხრუჭე სისტემა“ (ABS-ი):

https://www.crystalauto.ge/news/1186;

სიმულაცია – გაიგეთ თქვენი რეაქციის დრო:

https://www.radian.com.hk/simulations/index.html#/details/12;

სტატია: „რაზეა დამოკიდებული ავტომობილის სამუხრუჭე მანძილი“:

https://auto.today/bok/5264-kak-rasschitat-i-ot-chego-zavisit-tormoznoy-put-avtomobilya.html;

სტატია: „სამუხრუჭე მანძილი და სრული გაჩერების მანძილი“ –

https://dizel.ee/pdf/peatumisteekond_rus.pdf;

სიმულაცია – სამუხრუჭე მანძილის გამოთვლა:

https://extrat.liikenneturva.fi/pysahtymismatka-auto/ru/.

ჩვენი მიზანია, მოსწავლე დავარწმუნოთ, რომ სწავლა სახალისო და ამასთანავე, საჭიროა. უნდა ვისწავლოთ, რათა ცოდნა ჩვენი ცხოვრების დონის ასამაღლებლად გამოვიყენოთ. კომპლექსური დავალება ხელს უწყობს საგნობრივი ცოდნის ყოველდღიურ ცხოვრებასთან დაკავშირებას. ამიტომ ძალიან მნიშვნელოვანია კარგი კომპლექსური დავალების შერჩევა. საინტერესო რესურსებით, გაკვეთილის მსვლელობისას სწორად დასმული კითხვებით მასწავლებელს  კრიტერიუმების შესრულებამდე მიჰყავს მოსწავლე და ამით მოსწავლის გონებაში ხდება სამიზნე ცნების მკვიდრი წარმოდგენების ჩამოყალიბება. გრძელვადიან მიზნებზე ორიენტირება და გამოცდილებაზე დაფუძნებული კომპლექსური დავალებების განხორციელება ხელს უწყობს ცოდნის კონსტრუირებას.

     გამოყენებული ლიტერატურა:

ეროვნული სასწავლო გეგმების პორტალი –

https://ncp.ge;

საბაზო საფეხურის ეროვნული სასწავლო გეგმა 2018-2024:

https://ncp.ge/ge/curriculum/satesto-seqtsia/akhali-sastsavlo-gegmebi-2018-2024/sabazo-safekhuri-vi-ix-klasebi-proeqti-sadjaro-gankhilvistvis;

ახალი სკოლის მოდელის პედაგოგიური მრწამსი

https://www.youtube.com/watch?v=OPi6qqS33zw&fbclid=IwAR2V1wWxx5pHAYLBsQkGRfMUTh5CUOvPazMSUzKvHHnavp_AtQeVyRJ0vXU;

სტატია: „ახალი სკოლის მოდელის პედაგოგიკაში სამიზნე ცნება ფიქრის გამამთლიანებელია“ (თამარ ჯაყელი) –

https://akhaliganatleba.ge/%e1%83%90%e1%83%ae%e1%83%90%e1%83%9a%e1%83%98-%e1%83%a1%e1%83%99%e1%83%9d%e1%83%9a%e1%83%98%e1%83%a1-%e1%83%9b%e1%83%9d%e1%83%93%e1%83%94%e1%83%9a%e1%83%98%e1%83%a1-%e1%83%9e%e1%83%94%e1%83%93/?fbclid=IwAR1Wq2PKre1Y1Ry4DND7IIaUnoYA0ELM010n-FjC3vVDP6JYtuPdffjhQLY;

სტატია: „რაზეა დამოკიდებული ავტომობილის სამუხრუჭე მანძილი“ –

https://auto.today/bok/5264-kak-rasschitat-i-ot-chego-zavisit-tormoznoy-put-avtomobilya.html.