Razgovarajte s učenicima o situaciji kada ih je prvi dojam o nekoj osobi prevario. Nakon što su je malo bolje upoznali, promijenili su mišljenje. Morali su odbaciti neke pretpostavke suočeni s novim činjenicama. Morali su prepraviti „model“ te osobe koji su stvorili.

U životu, upoznavajući stvari oko sebe, mijenjamo svoje mišljenje o njima. To je, na primjer, i put prema razbijanju predrasuda o pripadnicima drugih naroda ili o manjinama. Neka se vaši učenici pokušaju prisjetiti nekog vlastitog primjera.

Tako je i u znanosti. Znanstvene su spoznaje najčešće rezultat dugotrajnog procesa spekulacije, stvaranja modela, eksperimentiranja te obaranja i nadopunjavanja postojećih modela.

Primjer za to je i povijesni Rutherfordov pokus.

Budući da u školama ne možemo sami s učenicima izvoditi Rutherfordov pokus, pojednostavnjeni Rutherfordov eksperiment u obliku eksperimentalnog zadatka ili vježbe na razini srednje škole može se ostvariti s pomoću mehaničkih analogija. Primjer jednostavnijeg modela predočen je na slici.

Učenici prema uputama sami mogu sastaviti eksperimentalni postav i aktivnost provesti kod kuće te napraviti laboratorijsko izvješće. Ako želite eksperimentalni zadatak koji se radi na satu, treba unaprijed sastaviti onoliko postava koliko će grupa biti predviđeno. U svaku grupu rasporedite po četiri učenika.

Pribor: Kartonska kutija ili poklopac, nešto dodatnog kartona za izradu kosine, 15 do 20 čavlića za pluto ploču, 30-ak čeličnih kuglica promjera 4 mm, plastične cjevčice ili slamčice unutarnjeg promjera barem 8 mm (3 komada duljine 2 cm, 3 cm i 4 cm veće od duljine kosine).

Uputa:

Prije svega, uputite učenike na važnost suradnje u grupi tijekom izvršavanja zadatka te odgovorno preuzimanje uloga u grupi, donošenje zajedničkih odluka tijekom uređivanja i izlaganja sadržaja.

Najjednostavnije je pronaći malo veći poklopac od čvršće kartonske kutije (otprilike 40 cm x 30 cm). Izrežite traku od hamer papira širine jednake visini stranice poklopca, a duljine 15-ak cm dulje od duljine kraće stranice poklopca. Traku savinite i učvrstite na njezinim krajevima na jednom kraju unutarnjeg dijela poklopca i u sredini tako da tvori luk, kako je prikazano na slici.

S unutarnje strane poklopca, u središnjem dijelu, postavite čavliće za pluto ploču. Može u jednom redu, dva reda ili tri reda. Sastavite kosinu od kartona prema predlošku na slici.

Precrtajte skicu na odgovarajući komad kartona tako da je manje-više očuvan odnos veličina označen na skici. Savinite po isprekidanim dijelovima i dijelovima uz hipotenuzu i kraće katete trokuta. Na tim dijelovima i na užem dijelu označenom na pravokutniku nanesite ljepilo, savinite sve zajedno tako da dobijete kosinu i zalijepite.

Izrežite tri komada cjevčica odgovarajućih duljina kako je opisano u priboru. Jedan kraj cjevčice ukoso odrežite tako da kuglica, kad izlazi iz nagnute cjevčice, ne zapinje o njezine rubove. Cjevčicu učvrstite ljepljivom trakom uzduž kosine tako da je zarezani dio pri dnu kosine kako je prikazano na slici. Kuglice se puštaju kroz cjevčicu. Broje se udarci kuglica u učvršćenu savijenu traku na drugom kraju poklopca. Može se brojiti broj udaraca oko središnjeg dijela, broj udaraca malo otklonjenih kuglica nakon prolaza kroz „prepreku“, broj udaraca kuglica koje su se jako otklonile i posebno broj kuglica koje su udarile točno u središnji dio i odbile se po prvobitnoj stazi unatrag.

Učenici neka podatke upišu u tablicu:

Broj prema upadnom smjeru	Broj čestica	Udio od ukupnog broja (%)
neotklonjenih
slabo otklonjenih
jače otklonjenih
vraćaju se nazad

Neka odrede koliki je udio kuglica udario u središnji dio, koliki dio se malo otklonio u odnosu na smjer upada, koliki jako, a koji je dio udario točno u sredinu i gibao se unatrag. Pokus neka najprije izvode s prekrivenim središnjim dijelom, tako da ne vide „prepreku“ kao na slici.

Na osnovi rezultata neka predvide kako taj dio izgleda kada se skine papir koji je prekrivao središnji dio.

Postavite učenicima pitanje što pretpostavljaju kakvi bi bili otkloni kuglica kad bi dodali još jedan red čavlića s obzirom na otklone pri prolazu kroz jedan red čavlića.

A ako se doda još jedan red čavlića, kakva je raspodjela udaraca kuglica s obzirom na prvobitnu situaciju?

Nakon toga neka učenici istraže raspodjelu udaraca kad je postavljeno dva, odnosno tri reda čavlića.

Neka naprave i ispune jednake tablice kao što su napravili kad su kuglice puštali kroz jedan red čavlića.

Na osnovi dobivenih usporedbi podataka iz tablica raspravite s učenicima o tome jesu li dobiveni rezultati bili očekivani.

Raspravite s učenicima o tome kako bi s danim priborom mogli istražiti ovisnost raspodjele udaraca kuglice u ovisnosti o brzini kuglice (uspoređujući, na primjer, rezultate dobivene u prvom mjerenju, kad je postavljen jedan red kuglica).

Nakon toga neka eksperimentalno provjere svoje pretpostavke. Neka ispune još dvije tablice iz prvog slučaja za dvije različite brzine kuglica.

Raspravite s učenicima o dobivenim rezultatima.

Vrlo je bitno naglasiti da se radi o modelu i pojednostavnjenju, a ne o realnom pokusu.

Raspravite s učenicima o tome koje su razlike ovog modela i realnog pokusa. Neka prepoznaju analogije model – realni pokus. Što je izvor čestica, što su α čestice, što predstavlja atome zlata, a što zaslon u analogiji?

Opis rada i zaključke neka podijele u alatu Conceptboard.

Nakon toga raspravite o njihovim odgovorima. Raspravite i o važnosti upotrebe modela u znanosti, kao i analogije.

Jesu li se već susretali s analogijama u Fizici?

A u drugim predmetima?

Znaju li primjere upotrebe analogije u pravnoj struci, u znanosti o jeziku, u psihologiji...?

Što znaju reći o tome?

A model?

Što je model u arhitekturi, u strojarstvu, u nekim drugim područjima? Neka navedu primjere kojih se mogu sjetiti i pronađu analogije s primjerima iz fizike.

Na poveznici 1, poveznici 2, poveznici 3, poveznici 4 i poveznici 5 možete naći dodatne sadržaje vezane uz analogije i nešto složenije modele Rutherfordova pokusa.

Upute za izvođenje pokusa uz 3D pisač možete pronaći na poveznici 1 i poveznici 2.

Postupci potpore

Pri prilagodbi scenarija važno je imati na umu da učenici s teškoćama u razvoju i učenici sa specifičnim teškoćama učenja predstavljaju heterogenu skupinu i da odabir prilagodbi valja temeljiti na pojedinačnim značajkama svakog učenika (jakim i slabim stranama, specifičnim interesima…) te obilježjima same teškoće. Preporučuje se učenika s teškoćama premjestiti u prednje klupe u razredu kako bi ga se moglo popratiti i pružiti mu dodatnu uputu ili pomoć pri izvršavanju zadatka.

Pri radu u grupi važno je osigurati jasne upute za učenike s teškoćama u okviru grupe u kojoj se nalaze kako bi se izbjegla situacija da učenik ne sudjeluje ili iščekuje zadatak. Učenike s deficitom pažnje valja uklopiti u grupu u kojoj se nalaze učenici koji djeluju poticajno (oblik vršnjačke podrške).

Pri eksperimentalnim zadatcima učenicima s motoričkim teškoćama, ali i učenicima s diskalkulijom, valja osigurati više vremena ili odrediti manji broj mjerenja koje trebaju napraviti. Ako postoji potreba, i ovisno o stupnju teškoće, za učenike s motoričkim teškoćama osigurajte fizičku podršku vršnjaka. Treba češće provjeravati funkcioniranje grupe u kojoj je učenik s teškoćama.

S učenicima s oštećenjem sluha i učenicama s jezičnim teškoćama treba provjeriti jesu li razumjeli upute te snalaze li se u korištenju digitalnim alatom Conceptboard.

U razrednoj diskusiji nemojte isticati učenika s teškoćama ako pogriješi. Nakon razredne diskusije omogućite učeniku s teškoćama odgovore na pitanja postavljena tijekom rasprave.

Dodatne informacije možete potražiti na poveznicama:

• Hrvatska udruga za disleksiju – savjeti učiteljima
• Informativni letak o razvojnom jezičnom poremećaju
• Didaktičko-metodičke upute za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama
• Smjernice za rad s učenicima s teškoćama MZO-a.

Učenici će steći pregled osnova o razvoju spoznaja o atomu i dobiti uvid u to tko je zaslužan za povijesna otkrića vezana uz atom, elektron, proton, neutron istražujući na mreži i radeći poster.

Pitajte ih što znaju o povijesti ideja o građi atoma i razgovarajte o njihovim odgovorima.

Podijelite učenike u grupe od četvero. Zadajte im da kod kuće izrade digitalni plakat, na primjer u alatu Canva s temom: Razvoj spoznaja o strukturi atoma.

Unaprijed s učenicima dogovorite kriterije za vrednovanje postera u rubrici za vrednovanje te zadajte određene uvjete koje treba poštivati pri izradi postera:

Poster mora sadržavati određena imena, na primjer: Aristotel, Demokrit, J. Dalton, W. Crookes, E. Goldstein, J. J. Thompson, R. Millikan, J. Chadvick, H. Moseley, N. Bohr, A. Sommerfeld, E. Schrodinger, W. Hesenberg… Posebno moraju biti naglašeni ključni modeli atoma (Thomsonov, Rutherfordov, Bohrov, kvantnomehanički). Tekst u posteru ograničen je na nužno, odnosno najbitnije vezano uz otkriće. Treba odabrati po jednu sliku vezanu uz osobu i jednu sliku vezanu uz otkriće ili model. Ako je poster višemedijski, poželjno je da su uključene i poveznice na ogledne videosadržaje, animacije ili slično.

Zadajte izradu postera dovoljno vremena unaprijed da se stigne napraviti do trenutka kad se ta nastavna jedinica odrađuje. Neka to bude njihov sat… Ovdje raspravite s učenicima o kriterijima koje valja slijediti tijekom prikupljanja informacija, provjeravaju li vjerodostojnost izvora i koje izvore valja izbjegavati. Prije pretraživanja mrežnih izvora možete ih uputiti na sadržaj Kako kritički vrednovati izvore na internetu.

Neka naprave plan pretraživanja više tipova mrežnih izvora te kombiniraju više načina pretraživanja za pronalaženje informacija o zadanim znanstvenicima. Također, podsjetite ih na važnost odgovornog preuzimanja poslova u grupi i važnost suradnje s drugim članovima.

Posteri su digitalni i postoji mogućnost da imate uvid u tijek izrade postera. Ako niste odabrali tu opciju, odredite datum do kojeg morate dobiti mogućnost uvida u završen poster. Jedan od postera odaberite za obradu nastavne jedinice, a na kraju neka sve grupe predstave svoje postere uz kratak osvrt.

Ideja o atomskoj građi tvari stara je više od 2 000 godina, ali građa atoma objašnjena je u 20. stoljeću.

Zašto je trebalo proći toliko vremena?

Koje su društvene okolnosti utjecale na to?

Kako je tehnološki razvoj povezan s razvojem ideje o građi tvari? Kako je on omogućio istraživanje, a kako su otkrića iz atomske fizike utjecala na razvoj tehnologije?

O nekima od ovih pitanja učenici imaju svoje mišljenje. Na neka možda neće odgovoriti sada, ali pred vama je duga priča o građi atoma i energijskim spektrima koja će im pomoći da povežu modernu fiziku i tehnološki razvoj u posljednjih stotinjak godina.

Raspravite s učenicima i o sljedećim pitanjima:

Kako je tehnološki napredak promijenio odnose u društvu?

Kako je utjecao na rodnu ravnopravnost?

Razgovarajte s vašim učenicima i o tome kako porast općeg blagostanja utječe na razvoj ljudskih prava i sloboda, ali i o odgovornosti koju on zahtijeva.

Postupci potpore

Vodite računa o tome da je učenik s teškoćama u grupi s onim učenikom koji nema teškoća u svladavanju gradiva, koji je strpljiv i pozitivno utječe na učenika s teškoćama. Suučenik bi po potrebi mogao usmjeravati učenika s određenim oštećenjem ili teškoćama te mu po potrebi pomagati.

S učenicima s oštećenjem sluha i učenicama s jezičnim teškoćama treba provjeriti jesu li razumjeli upute te snalaze li se u korištenju digitalnoga alata Canva. Ako treba, osigurajte učenicima pisane i slikovne upute za korištenje. Učenike s motoričkim teškoćama uparite s učenikom koji se dobro snalazi u digitalnim alatima kako bi zajednički izradili digitalni plakat.

Učenike je potrebno unaprijed upoznati sa sadržajem poveznice Kako kritički vrednovati izvore na internetu, a količinu i način davanja potrebnih informacija prilagoditi teškoći učenika.

U prezentacijskom dijelu aktivnosti važno je voditi računa o tome da predstavnik grupe ne bude učenik koji osjeća nelagodu tijekom čitanja ili javnog nastupa zbog svoje teškoće (primjerice, učenik s disleksijom ili učenik s poremećajem govora ili učenik koji ima izraženu anksioznost).

Učeniku s oštećenjem sluha osigurajte mirno i tiho okružje (koliko je to moguće) kako bi mogao čuti vršnjake tijekom izlaganja i rasprave. Osigurajte dobru vidljivost lica i usana govornika.

Učenici izvode simulaciju nakon koje će objasniti značenje Rutherfordova eksperimenta u razvoju ideja o građi atoma.

Aktivnost počnite razgovorom s učenicima o pojavi da danas na društvenim mrežama mogu lako pronaći ljude kojima se čini nevjerojatno da je čovjek zaista bio na Mjesecu, a ne postavljaju nikakva pitanja o tehnologiji kojom se koriste dok rade svoja „istraživanja“ i koriste svoje „argumente“.

Međutim, ovo je prilika da pitate učenike koji je od navedenih problema načelno bilo moguće riješiti ranije: kako odletjeti na Mjesec ili kako radi osnovni element u mobitelu. Kakva su njihova razmišljanja o tome? Neka povedu argumentiranu raspravu.

Da bismo razumjeli kako „dobaciti“ čovjeka do Mjeseca, načelno nam je dovoljna Newtonova fizika. Da bismo razumjeli kako komentar s društvenih mreža dođe „od jednog do drugog mobitela“, malo je teže.

„Bacite im bubu u uho“ i potičite argumentiranu raspravu u kojoj će se ustrajati na argumentiranom mišljenju i poticati uvažavanje sugovornika čak i kada se s njime ne slažemo.

Otkrića subatomskih čestica i razvoj ideje o građi atoma dio je početka stvaranja moderne fizike koja je omogućila današnju tehnologiju. Jedan od najvažnijih pokusa koji je doprinio razvoju te ideje je Rutherfordov pokus.

Podijelite učenike u grupe do četiri člana i uputite ih na e-Škole DOS Fizika 4, Modul 3, Jedinica 3.1., Slika 10. Rutherfordov eksperiment.

Prije nego počnu s radom, neka se u razgovoru s vama podsjete što se o građi atoma znalo prije Rutherfordova eksperimenta.

Koji je model bio najopćenitije prihvaćen?

Što je taj model objasnio i koji su bili njegovi osnovni nedostatci?

Upoznajte učenike s eksperimentalnim postavom na e-Škole DOS Fizika 4, Modul 3, Jedinica 3.1., Slika 10. Rutherfordov eksperiment.

Da bi se učenici upoznali s Rutherfordovim otkrićem, zadajte im da pogledaju simulaciju na e-Škole DOS Fizika 4, Modul 3, Jedinica 3.1. Simulacija Rutherfordova eksperimenta.

Neka unutar grupe rasprave što se događa s prolaskom α-čestica kroz listić u slučaju izbora modela (ispunjenog prostora, Thomsonova modela i modela s jezgrom).

Svoja opažanja neka potvrde odgovorima u kvizu ispod simulacije.

Zadajte im da pokušaju obrazložiti svoja opažanja iz simulacije.

Uputite učenike na važnost suradnje u grupi tijekom izvršavanja zadatka te na odgovorno preuzimanje uloga u grupi, donošenje zajedničkih odluka tijekom uređivanja i dijeljenja sadržaja.

Na kraju aktivnosti zadajte učenicima kviz izrađen u alatu QuizFaber. Raspravite o odgovorima na pitanja postavljena u kvizu, posebno o pogrešnim odgovorima.

Postupci potpore

U razrednoj diskusiji nemojte isticati učenika s teškoćama ako je pogriješio. Učeniku s oštećenjem sluha osigurajte dobru vidljivost lica i usana govornika. Pričekajte nakon postavljanja pitanja kako bi i učeniku s oštećenjem sluha dali priliku da se javi i odgovori (stanka osigurava vrijeme za obradu informacija). Ne ustrajte u tome da učenici s teškoćama kao što su poremećaj govora ili izražena anksioznost govore (osim ako se sami ne jave). Nakon razredne diskusije omogućite učeniku s teškoćama odgovore na pitanja koja su se postavljala tijekom rasprave.

Pri radu u grupi važno je osigurati jasne upute za učenike s teškoćama u okviru grupe u kojoj se nalaze kako bi se izbjegla situacija da učenik ne sudjeluje ili iščekuje zadatak (primjerice, učenik s disleksijom ne odgovara u kvizu ispod simulacije, ali aktivno sudjeluje u iznošenju mišljenja). Učenike s deficitom pažnje valja uklopiti u grupu u kojoj se nalaze učenici koji djeluju poticajno (oblik vršnjačke podrške).

Učenike s disleksijom uputite na to da na Edutoriju odaberu opciju načina čitanja za disleksiju, a učenike oštećena vida uputite na opciju povećanja fonta pri radu na stranici Edutorija.

Učenicima sa specifičnim teškoćama učenja problem stvaraju zadatci u kojima je potrebna brzina, stoga pri rješavanju kviza najprije pročitajte pitanja i ponuđene odgovore, a tek onda omogućite svim učenicima da odgovaraju na pitanja.

Za učenike koji žele znati više

Aktivnost možete zadati kao samostalni rad kod kuće.

Ako ima dovoljno zainteresiranih učenika, neka rade u paru ili parovima.

Radi se o aktivnosti u kojoj učenici produbljuju svoje znanje.

Ako je moguće trebali bi samostalno istražiti sadržaj i odgovoriti na postavljena pitanja.

Uputite učenike da pogledaju videosnimku pokusa („Rutherforrd Gold Foil Experiment“).

Nakon toga pripremite niz pitanja otvorenog tipa na platformi Loomen kako biste u određenom vremenskom roku dobili odgovore učenika.

Primjeri pitanja:

1. Opišite nuklearni model atoma koji je predložio Rutherford.
2. Pri nalijetanju snopa $\alpha$ čestica na zlatnu foliju uočeno je da većina čestica prolazi kroz foliju bez znatnijeg otklona ili gubitka energije. Nekoliko $\alpha$ čestica otklonjeno je od prvobitnog smjera za više od 90 °. Obrazložite opaženo na osnovi nuklearnog modela i uzmite u obzir i prirodu međudjelovanja.
   1. Zašto se mali broj $\alpha$ čestica u tolikoj mjeri otklanja od prvobitnog smjera?
   2. Zašto većina $\alpha$ čestica prođe kroz foliju bez znatnijeg otklona?
3. Izvor $\alpha$ čestica i zlatna folija u pokusu nalaze se u vakumskoj komori. Detektor bilježi broj čestica otklonjenih za različite kutove.
   1. U kojem smjeru je maksimalni broj $\alpha$ čestica u sekundi zabilježen?
   2. Što se na osnovi prethodnog odgovora može zaključiti o strukturi atoma u metalu?
4. Malen broj $\alpha$ čestica se otklanja 180°. Obrazložite ovaj rezultat.
5. Brzina $\alpha$ čestica u Rutherfordovu pokusu je $2·{10}^{7}m/s$ . Meta u pokusu su atomi zlata. Aproksimativno, naboj atoma zlata je 100 e. Specifični naboj $\alpha$ čestice je $4,8·{10}^{7}C/kg$ . Pretpostavite da je sudar $\alpha$ čestice i jezgre atoma zlata centralni i da nakon sudara atom zlata miruje.
   1. Na koju će najmanju udaljenost od središta atoma zlata doći $\alpha$ čestica prije nego što se počne vraćati nazad? Pretpostavite da su tijela točkasta.
   2. Usporedite ovu udaljenost s polumjerom atoma (približno ${10}^{-10}m$ ). Što možete na osnovi ove usporedbe zaključiti o veličini atomske jezgre?
6. Slika prikazuje stazu $\alpha$ čestice koja prolazi blizu jezgre.
   1. Koja sila uzrokuje otklanjanje a čestice?
   2. Nacrtajte na slici smjer djelovanja silom na a česticu, na mjestu gdje je djelovanje najjače.
7. Zašto je u Rutherfordovu pokusu odabrana zlatna folija? Koliko bi se rezultat pokusa razlikovao ili koliko bi bio sličan da se koristio grafen umjesto zlatne folije? Obrazložite!
8. Pokrenite simulaciju. Odaberite Rutherfordov atom i dalje namjestite postavke tako da je postavljen jedan atom zlata koji se gađa $\alpha$ česticama. Uključite opciju iscrtavanje staza $\alpha$ čestica. Istražite što se događa kad jezgru zamijenimo s jezgrom većeg masenog broja i manjeg atomskog broja. Mijenjajte energiju $\alpha$ čestica. Opišite svoja opažanja.
9. Jezgru smo zamijenili s jezgrom većeg masenog broja i manjeg atomskog broja. Nacrtajte na slici stazu $\alpha$ čestice iste početne brzine i položaja koju je imala $\alpha$ čestica, čija je staza na slici već ucrtana.
10. Koje međudjelovanje uzrokuje Rutherfordovo raspršenje? Slika prikazuje 3 $\alpha$ čestice, jednakih kinetičkih energija usmjerenih prema jezgri. Nacrtajte staze $\alpha$ čestica 1 i 3.
11. Zašto je potreban vakuum u komori u kojoj se izvodi Rutherfordov eksperiment?
12. Navedite dva zaključka Rutherfordova eksperimenta, vezano uz atomsku jezgru.
13. Kakav je oblik staza raspršenih $\alpha$ čestica na slici. Kako se nazivaju te vrste krivulja?

Pitanja i odgovori trebali bi biti dostupni na mreži svim učenicima. Ako ima vremena i postoji zanimanje učenika, može im se zadati da u parovima, na osnovi danih pitanja, pripreme izlaganje i prezentaciju za razred u alatu Prezi.