Názory ke článku Středoškolská fyzika - přímočarý pohyb – Programujte.com

Ahoj,

měl bych několik poznámek k tomuto tutoriálu. 

1. proč se k vysvětlení středoškolské fyziky používá vysokoškolská matematika, zvláště když není nezbytně potřeba? V tomto tutoriálu vysvětlovaná látka se tuším probírá v 1. - 2. ročníku SŠ, derivace a integrály se vyučují (pokud vůbec) až ve 4. ročníku SŠ (co mám zkušenost, tak na spoustě SŠ se nevyučují derivace a integrály vůbec, na některých jen derivace, málokde obojí). Trochu přehnaně bych to mohl přirivnat k případu, kdyby se na ZŠ při probíraní výpočtu objemu/povrchu těles (např. koule, rotační kužel apod.) uváděly vzorce za pomocí integrálů.

2. nejsou popsány jednotlivé veličiny a ani jednotky. Rozhodně by každá veličina, která je ve vzorcích používána, měla být předem definována a také by mělo být uvedeno jakým znakem je ve vzorci zatsoupena a jaké má jednotky.

3. Chybějící ilustrační obrázky a grafy. To je velice závažný nedostatek, zvláště v takových dobře a jednoduše ilustrovatelných případech jako jsou v tomto tutoriálu zmiňované druhy pohybu. A například u rovnoměrně zrychleného pohybu lze velice dobře využít graf závislosti rychlost na čase, kde rychlost v čase t najdeme tím, že se v čase t udělá kolmice a tam, kde se protne s křivkou rychlosti, se odečte ona v(t). A obecný vzorec pro v(t) se dá taky jednoduše vyvodit z toho grafu, jedná se o lineární funkci y=ax+b => v(t)=at+v(0). A ujetá dráha je rovna obsahu plochy mezi křivkou a časovou osou, jedná se tedy o plochu lichoběžníku (případně trojúhelníku při v(0)=0). Ćili rozhodně není potřeba používat integrály, ale je možné použít daleko jednodušší a očividnější prostředky.

4. chybějící ilustrační příklady. To je podobné jako s těmi obrázky, není složité nějaký příklad vymyslet a názorně ho spočítat.

5. Harmonický přímočarý pohyb. Pokud se nemýlím, tak termíny harmonický a přímočarý jsou v kontradikci, tj, pohyb nemůže být harmonický a zároveň přímočarý.

6. a nakonec trochu hnidopišsky k uvedeném příkladu na konci: být zasažen střelou a zemřít jsou obecně dvě rozdílné události.

Shrnutí: Nechci znevažovat autora a jeho úsilí, či ho od další práce odrazovat, ale článek jsem já osobně shledal dosti nedostatečně provedený (je to můj osobní názor, který jsem vyvodil z výše uvedených nedostatků). Ačkoli je tutoriál více méně fakticky správný, tak je už z titulu zamýšleného použití (SŠ fyzika) špatně koncipován - je špatně použitelný. Možná by stálo za úvahu, předložit článek cílové skupině (středoškolákům) a zeptat se jich na jejich názor, tj. na to, jak je pro ně přínosný. Já na jejich místě bych článek letmo projel očima a na základě toho, že tam není žádný obrázek a prvních deset vzorců jsou derivace a integrály (tj. něco čemu vůbec nerozumím), tak bych se (oprávněně) ani do žádného podrobného čtení nepouštěl. Pokud už bych chtěl v článku použít vyšší matematiku, tak rozhodně jen okrajově a to až potom co bych problém vysvětlil "jednodušším" způsobem (i kdybych u cílového publika mohl očekávat znalost integrálů, i tak bych to nejprve problém vysvětlil stravitelnější formou).

Bohužel se domnívám, že podobné články fyzice (či matematice) spíše škodí, zbytečně věci ukazují komplikovanější a spíše případné studenty odradí, i přestože na tom v podstatě nic složitého není, jen je to potřeba srozumitelně vysvětlit.

Autorovi jinak přeji spoustu energie v jeho práci, ale přimlouvám se na odstranění zmiňovaných nedostatků.

#1 dvouciferný jack

Zdravím,

Ad.1.

ZŠ bych do toho vůbec nepletl... a co se týče infinitezimálního počtu, používám ho proto, abych ukázal lidem, kteří chtějí maturovat z fyziky, jak je aplikace těch věcí, které vypadají složitě, jednoduchá. Ano, pro středoškoláka v prvním či druhém ročníku je to něco, co nechápe, proto je tam zmíněno, že to není až tak důležité. Bohužel tohle téma pro běžného středoškoláka v tomhle ročníku znamená "Naučím se tyto vzorce a zjistím, že existuje i něco jiného než jen rovnoměrný pohyb po přímce", což mě přijde, i na střední školu, dosti slabé. Aplikace infinitezimálního počtu na téhle úrovni je snadná, vysvětlit si infinitezimální počet je horší, ale obyčejné derivace a integrály pro polynomy nebude tak těžké.

Ad. 2.

Mám za to, že veličiny jsem si nadefinoval v předešlém článku, jednotky jsem opomněl, bral bych to ale chybou minulého článku, nikoliv tohoto.

Ad. 3.

Opět odkazuji na minulý článek, grafy pro tyhle speciální případy si, myslím, zvládne každý udělat (možná jsem měl napsat, že je to vhodné matematické cvičení pro čtenáře - a nesnažte se mi říci, že by to pro ně bylo moc těžké :) ).

Ad. 4.

Nejsem si jist, jestli to patří do teorie, ale do příštích článků nad tím zapřemýšlím.

Ad. 5.

Harmonický pohyb je z definice pohyb popsaný harmonickými funkcemi. To znamená, že závaží na pružině vykonává kmitavý pohyb, který je harmonický, jelikož jej můžeme popsat pomocí funkce sinus. Samozřejmě se jedná o netlumený pohyb (však i tlumený by harmonickým byl). Ohledně tohoto odkazuji na skripta pana Havránka "Mechanika hmotného bodu a tuhého tělesa" určené pro první ročník FOF MFF UK.

Ad. 6.

Che, ano, to je pravda. Příklad jsem nevymyslel já, ovšem stejně si myslím, že se dá určitým způsobem "okecat". Za předpokladu, že bereme hmotné středy našich těl (a neuvažujeme tedy ani to, že má střelec nataženou ruku), pak kulka letí a letí, pak doletí k týlu utíkajícího člověka. Poté projde jeho hlavou a ve chvíli, kdy dojde do průmětu hmotného středu do R2, pak si můžeme být jistí, že už jsme mrtví. :)

Ad. Shrnutí

Se středoškoláky pracuji již pár měsíců - od doby, co sám nejsem středoškolák - a vězte mi, že spoustu z nich jsem derivace a integrály vysvětlil během několika hodin - pracuji většinou s lidmi, kteří jsou ve druhém ročníku SŠ, respektive v sextě gymnázia. Derivace a integrály nejsou tak těžká látka, jak se zdají být. Středoškolák k tomu nepotřebuje znát ani definice spojitosti, limity, stačí mu vědět intuitivní znalost limit, pak odvození derivace funkce jedné reálné proměnné v bodě je primitivní. V mém projektu fyziky pro střední školy (což je něco jiného než kurz na těchto stránkách - tento kurz by měl projet SŠ fyziku od začátku do konce na úrovni pro maturanty, nikoliv pro klasické středoškoláky, kteří se látku teprve učí, respektive ji vidí poprvé) se snažím právě ukázat na to, že matematika existuje, není až tak primitivní, ale ani až tak složitá. Tento můj výrok však neberte úplně vážně, nerad bych se dozvěděl, že jsem někde řekl, že je matematika snadná (to by mě mnoho mých kamarádů z obecné matematiky MFF UK asi zabilo). :)

Tak jako tak, vezmu si připomínky a rady k srdci a zkusím příští díl pro křivočaré pohyby zpracovat lépe.

Jimmy

Ad. 6: Dvouciferný jack spíš chtěl naznačit, že průnik střely do těla nerovná se automaticky okamžitá smrt. Tělo musí nejdřív zjistit, že je něco jinak a až následně v bolestech člověk umírá. Mohou to být minuty i hodiny. Navíc bych chtěl vidět člověka, který by dokázal po 10vteřinovém běhu během 2 vteřin zklidnit celé pulzující tělo tak, aby bez chyby zamířil krátkou zbraní na mojí hlavu vzdálenou 42 metrů, která navíc koná neustálený pohyb nahoru, dolu a do stran a navíc se vzdaluje. To je spíš úkol pro špičkového ostřelovače s odpovídajícím nářadím, ale ten by byl příliš nákladný na likvidaci tak bezvýznamné osůbky, jsou jsem já ;-) 

#3 Tim
Postřehy jsou to náhodou pěkné. :) Ovšem když jsme u toho, co nelze, tak především nelze mít prostor, kde by se utíkalo a neexistovala gravitace, tudíž kulka by nemohla letět po přímce. Pak také uvažujme, že Země rotuje, pak obíhá okolo Slunce apod.

Co se týče smrti, bral jsem to tak, že se trefí do hlavy, abych se přiznal, čili než kulka dojde do středu hlavy, pak člověk mrtev bude. :) Co se týče přesnosti střelce, to je opět téma k dikuzi. Představme si, že za tebou tedy běží dvacet bezvýznamných feťáků z ulice a každý vystřelí trochu jinam, jeden z nich tě do hlavy určitě zasáhne, pokud se o to budou všichni snažit a nebudou úplně leví, a právě o toho nám půjde. :D

Tak jako tak, příklad určitě není dokonalý, nesplňuje skoro žádné předpoklady toho, že bychom byli na Zemi, ale jak jeho několik redaktorů poznamenalo, je zajímavější než ty klasické, co se najdou v učebnicích. A upřímně, ve vydaných publikacích (dokonce i pro MFF UK) jsou podobné nepřesnosti, takže pro SŠ si můžeme dovolit něco takového tvrdit. Mít podobné námitky proti takovým příkladům jsou na diskuzi pro ty, kteří se v tomto tématu vyznají, člověk, který se látku učí, alespoň dle mého, ocení, že příklad není ten z tuctových příkladů, kterých jsou miliony.

#2 found

ad ad 1. více k tomu na konci

ad ad 2. Je pravda, že veličiny byly nadefinovány v minulých článcích, ale i tak se domnívám, že by měly být před každým vysvětlovaným problémem definovány znovu, tak aby je měl studujíci "před očima" spolu se vzorečky. Nemusí se jednat o žádnou podrobnou definici, jen prostě uvést např.: v je rychlost, s je dráha atd.. Navíc i tak mi chybí nadefinování t1 a t2 apod.. 

ad ad 3. opět to samé jako u bodu 2., je prostě strašně nepřehledné, když jsou jednotlivé věci roztroušené, navíc je problém v tom, že pokud si ten článek někdo vyhledá třeba na googlu, tak rozklikne jen ten konkrétní článek a tudíž není zajištěna kontinuita (ani v není v článku není uvedeno, že se to dá najít tam a tam). A ani když někdo četl všechny předchozí články, neznaméná, že si informace efektivně spojí (třeba neví, že si je má spojit).

Navíc u toho harmonického pohybu není žádný obrázek v této ani předchozí části. Přijde mi naprosto nezbytné, aby tam bylo "to závaží na pružině").

"(možná jsem měl napsat, že je to vhodné matematické cvičení pro čtenáře - a nesnažte se mi říci, že by to pro ně bylo moc těžké :) )" - a tohle je prostě (nezlob se na mě) strašný. Prostě když něco neuvedu, tak spoléhat na to, že si to studenti odvodí je alibistické. Už jen z toho titulu, že student neví, že si to má odvodit a ikdyby věděl, tak nemá kontrolu, že si to odvodil správně. Když už se něco tváří jako výklad fyziky, tak se výklad nemá změnit v matematické cvičení (nějaké matematické cvičení může být někde na konci, ale až je vše vysvětleno, a to pouze jako doplněk, ne nutný předpoklad). A to zda by to bylo moc těžké či nikoliv je bezpředmětné. Navíc tohle jsou (mají být) fyzikální články, ne matematické.

ad ad 4. pokud seriál koncipuješ jako čistě teoretický, tak příklady uvádět nemusíš, ale jak lépe ilustrovat použitelnost právě popsaného problému a způsobu řešení než příkladem, zvláště v tak jednoduchý případech jako je klasická fyzika, kde lze použít řadu příkladu z běžného života. Chápu, že např. u částicové fyziky, mag. pole atd. je to problém, že atom a pole nejsou vidět pouhým okem, ale auto jedoucí někam je prostě jiný případ.

ad ad 5. já jsem nezpochybňoval harmonický pohyb a ta odpověď, kde jsi uváděl definici harm. pohybu je k mé výtce zcela bezpředmětná. Já jsem uvedl, že termín "Harmonický přímočarý pohyb" je nesmyslný. Ty skripta, co jsi uvedl nemám, ale je tam opravdu uvedeno "Harmonický přímočarý pohyb"? A pokud ano, je to správně? To "přímočarý" tam, dle mého nemá co dělat, správně by tam mělo být jen "harmonický pohyb".

ad ad 6. Ten příklad až tak strašný není, je jasné, že takovéto úlohy se zjednodušují, aby byly "počitatelné". Já jen že otázka neměla být "Za jak dlouho od výstřelu budeš mrtvý?", ale "Za jak dlouho od výstřelu tě kulka zasáhne?". Nebo bych ještě do té závorky za tou otázkou uvedl předpoklad, že po zásahu kulkou jsi ihned mrtvý. A stejně tak jak jsi uvedl, že se zanedbají všechny ostatní síly, tak bych uvedl, že se zanedbávají jakékoliv fyzické proporce obou učastníků jakožto i rozměry zbraně.

Další poznámky uvedu v následujících bodech, obecně se týkají celého tutoriálu, nebo tvých reakcí, prohlášení či tezí, ze kterých vycházíš.

a) pokud ve fyzice používáš matematiku, která není adekvátní ke znalostem cílového posluchače, tak ji musíš nejdřív vysvětlit, což se zde nestalo. Předpokládat, že pokud uvedeš matematiku, kterou student nezná a očekávat, že ho to motivuje k tomu, aby si problém nastudoval z jiných zdrojů je najivní, zvláště pokud se jedná o netriviální část matematiky jako jsou diferenciální počty. Studenta to nemotivuje, ale odradí. Uvedl jsi, že středoškolákům vysvětlíš základy diferenciálních počtů za několik hodin. Ok, je možný, že tomu tak je, ale mě to tak trochu připadá, že tím, že jsi někde pár středoškolákům vysvětlil derivaci, je pro tebe věc vyřešená, ostatní sš ji umí také -> není ji zde potřeba vysvětlovat. A navíc tím, že někdo pochopí principy derivace a integrace, neznaména, že zde uvedeným vzorcům bude rozumnět natolik, že sebevědomě (oprávněně sebevědomě) bude moci prohlásit, že tomu opravdu rozumí, že je schopný také taký vzorec odvodit (né si ho jen zapamatovat). Bohužel skutečnost bude taková, že takovýto student bude vědět o co ve vzorci jde, ale pochubuji, že jeho znalost bude taková, aby ho dohloubky pochopil.

b) dle mého by se fyzika měla vysvětlovat následovně, prvně popsat problém - jeho mechanismy (obrázky, animace, grafy, slovní vyjadření). Tento popis by měl být bez použití matematiky = žádné vzorce. V další fázi by měla na řadu příjít matematika a problém kvantifikovat a to co možná nejjednodušším způsobem. A teprve pak případně použít vyšší matematiku. Viděl jsem seriál vzdělávacích videí o fyzice, jmenovalo se to "Modern Physics for non-Scientists", ačkoli to nebylo koncepčne adekvátní k tvým lekcím, tak v celém seriálu (asi 8 hodin videa) nebyly použity skoro žádné vzorce a pokud ano, tak se u toho ještě divákům omlouvali a říkali tohle není kurz matematiky - to jen pro ilustraci, že to jde i bez matematiky. Vím, že ty to chceš probrat více do hloubky, ale rozhodně si nemyslím, že jako první věc co studující uvidí by měla být rovnice s integrálem.

c) tak trochu se až bojím co bude v další části, kde budeš vysvětlovat křivočaré pohyby. Teď to co napíši ber s nadsázkou: "No tak to, jak se obecně vypočítá rychlost a dráha jsme si uvedli minule (to jsou ty první 4 vzorce), takže si v zájmu promrskání matematiky tyto vzorce upravte pro křivočarý pohyb plošný a prostorový no a graf rychlosti na čase si taky nakreslete sami, je to víceméně to samé, co bylo v některém z přechozích tutoriálů, ale nebude to přímka ale nějaké jiná čára. Konec."

d) internet není kniha, nemusíš šetřit papírem a barvou, klidně se opakuj, obrázek, který si použil v minulém díle použij znovu tak, aby to bylo co nejpřehlednější. Vše vysvětluj tak, aby jsi co nejvíce zamezil nejednoznačnost či případné nepochopení. Jakékoliv bezkontaktní vyučování je rozdílné od osobního styku se studentem. Nemůžeš vidět reakce, jestli je konkrétní část studentem pochopena správně a nemůžeš proto zasáhnout a vrátit studenta zpět na správnou cestu. Ano pokud máš studenta u sebe, klidně mu řekni "zkus si to sám odvodit" a když ho máš u sebe, pak máš možnost odvození zkontrolovat. Ale pokud to dáš takhle na internet a nemáš přímou zpětnou vazbu, tak prostě nemůžeš říct "odvoď si to je to lehký" a hlavně v případě, pokud nedáš k dispozici správné řešení/odvození.

e) z celé tvé práce,kterou jsem zde viděl mám následující pocit: Chceš vysvětlit fyziku i ostatním, současný stav znalostí fyziky (např. maturujícího středoškoláka) považuješ za nedostatečný - chceš látku více přiblížit. Pro tebe je matematiky a fyzika hračka, takže z toho usuzuješ, že není důvod proč by neměla být matematiky a fyzika hračka i pro ostatní. (Možná toto nahlas neříkáš, ale chováš se podle toho). Prostě z tvé práce je vidět určitá arogance "to je lehký, to není potřeba dopodrobna vysvětlovat" - "ty jo, snad nejseš takovej idiot, abych ti to musel vysvětlovat do podrobna". Bohužel podobný přítup má hodně učitelů (nejen v matematice a fyzice) a takový přístup studenty odradí a pak nemají daný předmět rádi. Situace je taková, že středoškolák ani pořádně neumí středoškolskou fyziku (která je navíc podle teba dosti jednoduchá), a proto dáš na internet tutoriál s ještě těžší fyzikou a tím si myslím, že problém vyřešíš. Popsal bych to touto analogií: Do školy přijde učitel tělocviku a má třídu čtvrťáků (na sš) a zjistí, že většina z nich neumí ani kotrmelec. On sám si myslí že po 9 letech tělocviku na zš a skoro 4 letech tělocviku na sš by bylo adekvátní, aby každý uměl nejméně salto. No a tak si řekne, že s tím něco udělá. Hned další hodinu napochoduje do tělocvičny a řekne žákům, že jejich výkony jsou tragédie a že se budou učit salto. "Salto, milí žáci, se dělá takhle." (Vyskočí do vzduchu, tam se přetočí, dopadne na nohy a na znamení dobře vykonaného cviku propne tělo a rozpaží.) "Tak teď už víte, jak se salto dělá a umíte ho. Žáku Jimmy poď nám ho předvést, jak to umíš."

Ty jsi prostě ten tělocvikář, který se už od mládí věnuje sportu nejen ve škole ale i mimo ní a sport ho velice baví, ale neuvědomuje si, že ostatní nejsou tak fyzicky zdatní a stejně zapálení pro gymnastiku jako on. Ačkoli umět salto a mít snahu ho naučit i ostatní je jistě chvályhodné, tak způsob jakým to chce naučit ostatní je nedostatečný. Musí se postupovat systematicky, prvně naučit kotrmelec, pak třeba salto na trampolíně nebo za pomoci nějakých provazů, kdy je cvičenec jištěn a pak teprv přijít k metání salt jen tak na parketách.

Znovu opakuji, že to co ti vytýkam není faktického rázu, že bys látku neuměl. Spíš jde o to, že si myslím, že to neumíš vysvětlit (mám namysli psanou formou). Vím, že jseš asi časově vytížení (chodíš do školy) a že nemáš tolik volného času, který bys tomu mohl věnoval. A také chceš, aby jsi svoji práci publikoval v rozumném časovém horizontu, abys měl před očima výsledky. Takže jsi postaven před dilema publikovat to v takové podobě jaké to publikuješ nyní (1 článek měsíčně), anebo se s každým článkem piplat, kreslit obrázky atd. a budeš publikovat 1 článek za čtvrt roku, což by třeba pro tebe bylo strašně demotivujíci a nic by jsi v konečném důsledku nepublikoval, protože by tě to přestalo bavit. 

To co ti píši, píši proto, aby se z tebe nestal další spisovatel knižek a skript, které jsou všude víceméně stejné a všechny nestojí za nic a zapadnou do mizerného průměru a lidé si je koupí jen proto, že jim to učitel řekne, že je pro studium budou potřebovat a proto, že nic lepšího stejně není.

Tak zatím.

#5 dvouciferný jack

Směl bych se zeptat, zda byste mi na sebe dal nějaký kontakt? Vypadá to, že máte pravdu skoro ve všem, docela rád bych se ještě optal na pár rad, jestli by to nevadilo. :)

Prestante opisovat skypta a popiste to vlastnimi slovy. 3integral umim opsat taky. Vubec - absolutne jsem nepochopil proc je takovy clanek zrovna zde? Poucte mne. 

#6 found
čau,

myslím si že vykání není potřeba, obecně si tady lidi tykají a snad ani nejsem tak starý, aby to bylo nějak nutné. Pokud se chceš na něco zeptat tak ti kontakt pošlu, ten mail co máš na svých stránkách je aktuální?