katarina zivanovi cmdjumic/uploads/diplomski/Živ06.pdfiza svake znanosti, pa tako i ﬁzike, stoje...

Sveuciliste J. J. Strossmayera u Osijeku

Odjel za matematiku

Katarina ZivanovicUcenicke pretkoncepcije o jednostavnim

strujnim krugovima

Diplomski rad

Osijek, 2010.

Sveuciliste J. J. Strossmayera u Osijeku

Odjel za matematiku

Katarina ZivanovicUcenicke pretkoncepcije o jednostavnim

strujnim krugovima

Diplomski rad

Voditelj: doc. dr. sc. Vanja Radolic

Osijek, 2010.

Sadrzaj

Uvod 1

1 Povijesni razvoj 1

2 Konstruktivisticki usmjerena nastava fizike 4

3 Metodika nastave fizike 7

3.1 Metodika fizike – znanost ili struka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 Ucenicke pretkoncepcije u fizici 12

4.1 Zasto je vazno poznavati ucenicke pretkoncepcije . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.2 Ucenicke pretkoncepcije o jednostavnim strujnim krugovima . . . . . . . . . 16

4.2.1 Pretkoncepcije o elektricnoj struji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.2.2 Pretkoncepcije o naponu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2.3 Pretkoncepcije o otporu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.4 Pretkoncepcije o elektricnoj energiji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.3 Poteskoce u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih krugova . . 22

4.4 Strategije za uspjesnije poucavanje elektriciteta . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova 25

5.1 Konstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih strujnih krugova . . . . . 26

5.2 Obrada i analiza rezultata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.3 Usporedba rezultata testiranja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.4 Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj i SAD-u . . . . . . . 42

Zakljucak 44

Literatura 45

Sazetak 46

Summary 47

Zivotopis 48

i

Prilog 49

ii

Uvod

Treba li nesto mijenjati u nastavi fizike? Trebamo li traziti nove putove poucavanja fizike?

Ako smatramo da su promjene nuzne, treba odgovoriti na tri temeljna pitanja: sto, zasto i

kako?

Znatizelja i neprestano traganje covjeka prethodilo je razvoju i mogucnostima danasnjeg

svijeta. Iza svake znanosti, pa tako i fizike, stoje marljivi pojedinci koji su svojim radom

doprinijeli njenom nastanku i razvoju. Taj proces se nastavlja i dan danas. Znanstvenici, u

svojim radovima, svakodnevno donose nove pretpostavke i hipoteze. Medutim, sto se dogada

s njima prije nego li ih se prihvati kao dio zajednickog znanja na pojedinom znanstvenom

podrucju?

Ovaj se diplomski rad bavi identificiranjem poteskoca u razumijevanju jednostavnih stru-

jnih krugova. Istrazivanje je provedeno kako bi se dobila opca slika o razumijevanju tih

sadrzaja, a dobiveni rezultati pridonose razvijanju novih ili mijenjanju postojecih pristupa

u poucavanju jednostavnih strujnih krugova.

1

1 Povijesni razvoj

Status prirodnih znanosti i njihova veza s drustvom se mijenjao tijekom povijesti pro-

lazeci kroz tri faze: institucionalizaciju, profesionalizaciju i socijalizaciju.

Institucionalizacija se javlja u 17. stoljecu. Istaknuti pojedinci u to vrijeme bili su

Kopernik, Kepler, Galileo i dr. koji su zasluzni za nove ideje koje su tada nastale. No, prirodne

znanosti, pripadavsi tadasnjoj prirodnoj filozofiji, su tesko nalazile svoje mjesto u drustvu.

Brojni istaknuti pojedinci nasli su se na udaru Crkve i ostalih vladajucih drustvenih stru-

ktura, zbog neslaganja s postojecim dogmama, te su njihova djela bila zabranjivana. Stanje u

Europi se donekle smirilo sredinom 17. stoljeca, nakon dugog razdoblja nemira, ratova, pozara

i epidemija. Tada dolazi do presutnog kompromisa izmedu prirodo-znanstvenika, odnosno

filozofa prirode i drustva te se postize institucionalizacija filozofije prirode. Nakon sto je

utemeljena prva znanstvena akademija u Toskani, Akademija znanosti u Parizu i nakon sto

je osnovano Kraljevsko drustvo u Londonu filozofi prirode su se mogli slobodno i neometano

baviti svojim poslom, ali uz presutni uvjet da u radovima moraju iskljuciti svaku raspravu

o religiji, politici i moralu. Takoder su se trebali baviti samo objektivnim racionalnim zna-

njem, koje se stjece u izravnom kontaktu s prirodom, a izostavljati subjektivno i neracionalno

misljenje. Time se razvijao novi tip autoriteta koji se temelji na opazanju i racionalizmu, a ne

vise na proucavanju starih spisa i na drustvenom polozaju. Zauzvrat, filozofi prirode drustvu

nude znanje kojim ce lakse svladati prirodu i pokoriti svijet. Jos ne postoji tehnologija kao

posrednik izmedu znanstvenih rezultata i njihove primjene. Dio presutnog kompromisa je

ovladavanje prirodom, ali i potpuna indiferentnost spram prirode i onih koji bi mogli biti

osteceni uporabom novog racionalnog znanja. Ti su aspekti u potpunosti bili izrazeni za vri-

jeme vec uznapredovale industrijske revolucije u 19. stoljecu, kad su neka lokalna oneciscenja

bila nezamislivo snazna. Tadasnja znanost nije ucinila nista kako bi umanjila stetne ucinke

industrije na okolis, iako bi to primjenom onodobnog znanja bilo moguce.

Vodena idejama njutonizma filozofija prirode je bitno ojacala u 17. i 18. stoljecu i

u odredenoj mjeri ostvarila ciljeve iz presutnog govora s drustvom, tj. moc ovladavanja

prirodom. Medutim, i tehnologija koja nastoji steci moc nad ljudskom produktivnoscu i

njome ovladati razvila se do kraja 18. stoljeca, sto je dovelo do industrijske revolucije

i jacanja tehnoloskih institucija u drustvu. Sve uspjesnija tehnologija pocinje zauzimati

2

drustvenu poziciju koju je filozofija prirode stjecala prethodnih 200 godina. U tome i uspijeva

jer industrijalci izravno ovise o tehnologiji, a filozofiju prirode pocinju smatrati sluskinjom

tehnologije. Zbog novonastale situacije, filozofi prirode su bili primorani redefinirati svoje po-

drucje rada te preispitati odnosno nanovo uspostaviti svoju ulogu u drustvu. Redefiniranje

se sastojalo od sljedecih poteza:

a) uvodenje novih naziva prirodne znanosti i prirodoznanstvenik umjesto filozofija prirode

i filozof prirode,

b) uvodenje novog naziva ista prirodna znanost, kao distinkcije spram “vulgarnosti” prakti-

cnih znanja,

c) odredivanje strogih pravila i standarda za one koji zele postati prirodoznanstvenici,

d) povlacenja prirodoznanstvenika u osamu sveucilista,

e) jos veceg odmaka od drustvene odgovornosti, vrijednosnih sudova i korisnika prirodo-

znanstvenog znanja te izbjegavanja svake veze s tehnologijom i drustvom.

Taj je proces dovrsen onog trenutka kad su fizika, kemija, biologija i geologija ucvrscene

kao discipline i administrativne jedinice unutar sveucilista. Time je dosegnuta druga faza:

profesionalizacija prirodnih znanosti. Filozofija prirode preoblikovala se u profesional-

izirane prirodne znanosti. Prirodne znanosti usmjerile su nastojanja na intelektualnu znatizelju

i na znanje zbog samoga znanja. U to vrijeme su prirodoslovni predmeti uvedeni u javne

skole, u vise razrede gimnazija. Kurikulumi prirodoslovnih predmeta modelirani su u skladu

sa svjetonazorom prirodnih znanosti: znanje poradi znanja, ignoriranje prakticnih znanja,

zanemarivanje uloge prirodnih znanosti u drustvu i njihove odgovornosti spram drustva.

Svrha poucavanja prirodnih znanosti je bila u pripremanju ucenika za studij tih znanosti na

sveucilistu.

Prirodne znanosti postigle su nagli i uspjesan razvoj u 20. stoljecu. Medutim, dolazi

i do ubrzanih drustvenih promjena. Drugi svjetski rat, posebno eksplozija atomske bombe

nad Hirosimom, je bio prekretnica za odnos izmedu prirodnih znanosti, tehnologije i drustva.

Pokazalo se da je pomocu prirodnih znanosti i tehnologije moguce naci rjesenja za neka

bitna pitanja drustva o kojima ovise zivot i smrt. Svojim povezivanjem, prirodne znanosti

i tehnologija su postale nova drustvena snaga pod nazivom istrazivanje i razvoj. Nastala je

potreba za novim presutnim ugovorom izmedu drustva i prirodnih znanosti.

Poslije pada Hirosime prirodne znanosti vise nisu bile izolirane, nego su dosle u prvi plan.

Postao je golem utjecaj prirodnih znanosti na drustvo, a ujedno je i njihova odgovornost

prema drustvu postala velika. Time je nastupila faza socijalizacije prirodnih znanosti.

Smanjuje se razlika izmedu “iste” i “primijenjene” znanosti. Upravo na rezultatima prirodnih

3

znanosti zasniva se razvoj visoke tehnologije. Znanstvenici sve vise primjenjuju svoje znanje

u rjesavanju svjetskih problema. Drustveno znacenje prirodoznanstvenog znanja danas je sve

vece. Prirodne se znanosti razvijaju u svijetu u kojem medusobno djeluju politika, ekonomija

i rat. Tek mali dio akademskih znanstvenika bavi se istom znanoscu, premda ni oni ne mogu

izbjeci politicko lobiranje za dobivanje projekata i sredstava.

U drugoj polovini 19. stoljeca, u doba profesionalizacije i akademske izolacije priro-

dnih znanosti, u vise razrede gimnazije uvedeni su prirodoslovni skolski predmeti. U njihovim

kurikulumima naglasava se ista apstrakcija i demonstrira estetsko jedinstvo discipline, dok

su prakticno znanje i drustveni aspekti sasvim iskljuceni. Medutim, u nekim sredinama je

tako i danas, sto se javlja kao problem.

Danas skolski prirodoznanstveni predmeti odisu akademskim idealizmom 19. stoljeca,

sto nije u skladu s realnom situacijom u kojoj funkcioniraju prirodne znanosti poslije Drugog

svjetskog rata i takvo stanje nastoji se promijeniti. Da poucavanje prirodnih znanosti treba

biti u funkciji ne samo kulturne transmisije nego i drustvene rekonstrukcije vodeca je ideja

kojom se nastoji rijesiti taj problem. To bi znacilo da svaka generacija u demokratskim pro-

cesima ima pravo utjecati na preoblikovanje vlastitog drustva. Svrha poucavanja prirodnih

znanosti je sve vise prirodoznanstveno opismenjivanje ukupne populacije i jacanje sposo-

bnosti buducih gradana za djelovanje. Stoga se u mnogim razvijenim sredinama radi na

reformama kurikuluma, u kojima je najzastupljenija ideja STS pristupa (engl. Science-

Technology-Society), kojim se u nastavi prirodnih znanosti pokusava naglasiti povezanost

i medudjelovanje prirodnih znanosti, tehnologije i drustva. Te ideje pruzaju dodatni izazov

za metodike prirodnih znanosti, isto kao i za drasticne promjene koncepcije tradicionalnih

kurikuluma.

4

2 Konstruktivisticki usmjerenanastava fizike

Dosadasnja metoda poucavanja ucenika obicno je znacila da nastavnik prica dok ucenici,

vise ili manje, pazljivo slusaju. No, primijetilo se da ovakav pristup nastavi ima puno ne-

dostataka. Tako, primjerice, na kasnijim ispitivanjima znanja ucenici pokazuju veliko ne-

razumijevanje gradiva iako su predmet odslusali i polozili. Upravo zbog tih, i slicnih, razloga

bilo je potrebno uvesti nov pristup nastavi. Jedna ideja u tom novom pristupu je konstru-

ktivizam.

Konstruktivizam je filozofski pravac koji se u modernom obliku razvio zadnjih cetrdese-

tak godina. To je nov pristup poducavanju i ucenju zasnovan na pretpostavci da je spoznaja

rezultat “mentalne konstrukcije”, tj. ucenici uce spajajuci nove informacije s onim sto znaju.

Konstruktivizam se temelji na dva bitna nacela:

• Znanje se ne moze prenijeti pasivnom primatelju. Svaka osoba aktivno konstruira svoje

znanje. Sve postojece znanje produkt je ljudske konstrukcije; u procesu stvaranja

znanja bitnu ulogu ima konstruktivna aktivnost svijesti u stvaranju i interpretaciji

iskustva. Mi ne mozemo pretociti ideje u ucenicke glave izravnim prenosenjem, nego

ucenici moraju za sebe konstruirati njihovo znacenje.

• Funkcija kognicije je adaptivna i sluzi za organiziranje iskustvenog svijeta, a ne za

otkrivanje ontoloske stvarnosti. To je odmak od filozofske tradicije da znanje treba biti

istinita reprezentacija realnosti. Konstruktivizam prihvaca postojanje realnog svijeta,

ali za razliku od realista tvrdi da mi ne mozemo spoznati kako taj realitet zaista izgleda.

Istina je cin vjerovanja.

Danas je konstruktivisticki pristup nastavi prerastao u svjetski pokret. Na temelju kon-

struktivistickih ideja u razredu se ostvaruje atmosfera koja maksimizira ucenje ucenika. Na-

stavnik, pritom, vodi racuna o onome sto ucenik zna, maksimizira drustvenu interakciju

medu ucenicima tako da oni mogu pregovarati, te (pokusima) omogucava mnostvo iskus-

tava na kojima se gradi njihovo ucenje. Pokazalo se da je takva nastava superiorna tradi-

cionalnoj. Znanje je uvijek rezultat konstruktivne aktivnosti, pa se ono ne moze prenijeti

pasivnom primatelju. Svaki pojedinac mora aktivno izgraditi svoje znanje. Medutim, nas-

tavnik moze usmjeriti ucenika, tako da se konstrukcije ne zbivaju u smjeru koji nastavnik

5

smatra nepozeljnim.

Neki kriticari pogresno navode da su po konstruktivistickom stajalistu sve konstrukcije

jednako odrzive. Takve se ideje temelje na uvjerenju da je osobna konstrukcija srz konstru-

ktivizma (sto je tocno), ali zanemaruju drustvenu komponentu znanja, tj. da znanstvenim

znanjem postaje tek ono o cemu je postignut konsenzus znanstvene zajednice. Ako se, pri-

mjerice, razmatra subkultura u ucionici, konstruktivizam ne sugerira da ucenici mogu os-

tati pri svojim pretkoncepcijama, naivnim teorijama i nekorektnom znanju. Duznost je na-

stavnika (koji u nastavnom procesu reprezentira drustvo) da im pomogne u ucenju (kon-

struiranju) onoga sto se od drustva smatra valjanim znanjem i prijelazom od neodrzivih

ideja na odrzive. Skole i ucionice bi morale biti kulturna mjesta u kojima se uci na temelju

osporavanja i pregovaranja, a ne mjesta gdje se u obliku instrukcija prenosi neutralno znanje.

Svjetska iskustva pokazuju da vecina nastavnika fizike (pogotovo onih s vec usvojenom

rutinom u tradicionalnoj nastavi) nije sklona konstruktivizmu. Oni preferiraju predavati

kao da opisuju apsolutnu stvarnost. Ako ih se malo pritisne oni ce reci da ucenici ne vole

neodredenosti nego vole znati kakve stvari zaista jesu. Medutim, u tako koncipiranoj nastavi

ucenici dobivaju pogresnu predodzbu o prirodi znanosti. Nastavnik-konstruktivist ne moze

opravdati tvrdnju da je ono sto on poucava istinito vec jedino moze reci da je to najbolji

nacin razmatranja dane situacije.

Ako pretpostavimo da ucenici izgraduju svoje osobno znanje, moramo smatrati da njihova

svijest nije prazna ploca. Cak su i prvoskolci vec prozivjeli nekoliko godina i nasli upora-

bive nacine baratanja s iskustvenom okolinom. Znanje kojim oni vec raspolazu je jedini

temelj na kojem ga dalje mogu dogradivati. Zato je za nastavnika bitno da dobije odredenu

ideju o tome s kojim i kakvim konceptima oni raspolazu i kako ih povezuju. Sto god ucenik

kaze u odgovoru na neko pitanje (ili u rjesavanju problemske situacije) za njega je u tom

trenutku smisleno. Takve se izjave moraju uzeti za ozbiljno cak i ako nastavniku izgledaju

cudne i pogresne. Nikada ne treba pretpostaviti da je ucenikov nacin misljenja jednostavan

i transparentan. Dobro je pitati ucenike kako su dosli do svojeg odgovora, jer se tako mogu

otkriti neke stvari u njihovom misljenju. Da bi razumio i uvazavao ucenikovo razmisljanje

nastavnik mora biti neizmjerno fleksibilan, jer ucenici ponekad polaze od premisa koje su

za nastavnika nezamislive. Nema svrhe prezentirati uceniku verbalne definicije ako on nema

mogucnost stjecanja neke vrste relevantnog iskustva i ukljucivanja u misaoni proces kojim

se dolazi do ideja, konstruiranja koncepata i definicija.

Konstruktivisti ne ocjenjuju sposobnost reproduciranja naucenih odgovora, jer je za njih

vazan pristup novim problemima i sposobnost njihovoga rjesavanja. Moramo se odluciti

zelimo li da ucenici razviju sposobnost razmisljanja, ili zelimo da barataju standardnim po-

6

stupcima i daju standardne odgovore za ograniceni broj situacija. Ovo drugo se moze postici

memoriranjem i to ne zahtijeva ucenikovu konceptualnu sposobnost.

Nastavnikov program rada i priprema imaju dvostruku svrhu; nastavna strategija se moze

sugerirati ali ne i propisati. Svaki ce kreativan nastavnik razviti svoju osobnu strategiju.

Poucavanje je nesto poput umjetnosti. Pored poznavanja tehnike, ono zahtijeva i intuiciju.

Iz svega recenog proizlazi da je za efektivnu nastavu bitno osmisljeno prezentiranje problem-

skih situacija u cijem razrjesavanju ucenici aktivno sudjeluju. U raspravi dolaze do izrazaja

njihove pretkoncepcije, a takoder zapocinje i proces konceptualne promjene. Ucenici gotovo

sva nova znanja spoznaju vec u ucionici, a fizika kao skolski predmet ima neusporedivo bolji

imidz. U tradicionalnoj nastavi ucenici steknu uglavnom deklarativno znanje (znaju defini-

cije i formule, ali ih ne znaju primijeniti u novoj situaciji) i to ako dodatno uce kod kuce. U

konstruktivistickoj nastavi oni vec u ucionici stjecu proceduralno znanje, tj. znaju primijeniti

definicije na nove situacije. To je prirodno jer u konstruktivistickom pristupu oni neprestano

primjenjuju svoje predznanje na razrjesavanju novih problemskih situacija. Brojni rezul-

tati istrazivanja pokazuju da se tradicionalnom nastavom ne postize zadovoljavajuca razina

proceduralnog znanja. U interaktivnoj konstruktivisticki orijentiranoj nastavi, profesor na

temelju sudjelovanja ucenika u procesu konstruiranja novog znanja, dobiva neusporedivo

bolji uvid u njihovo (proceduralno) znanje i razumijevanje, nego sto bi dobio klasicnim ispi-

tivanjem u kojem se uglavnom ispituje deklarativno znanje. To ujedno znaci i veliku ustedu

vremena, koje se moze korisnije uporabiti.

7

3 Metodika nastave fizike

Pod nazivom metodika fizike ili metodika nastave fizike podrazumijevamo znanstvenu

disciplinu koja se bavi istrazivanjem i pronalazenjem ucinkovitih nacina prirodoznanstvenog

(fizikalnog) opismenjivanja ukupne populacije, posebno ucenika, te istrazivanjem medudje-

lovanja fizike, tehnologije i drustva.

Prirodne znanosti u skoli se na tradicionalan nacin poucavaju kao mnostvo manje ili vise

medusobno povezanih cinjenica i informacija. Medutim, krajem 20. stoljeca postalo je jasno

da je takav nacin poucavanja daleko od optimalnog. Iako dio ucenika i na taj nacin stekne

izvjesno deklarativno znanje, to nije dovoljno. Postoje i druge dimenzije ucenja prirodnih

znanosti koje bolje pridonose razvoju konceptualnog razumijevanja i proceduralnog znanja,

a koje se mogu usvajati istovremeno sa stjecanjem deklarativnog znanja, te koje pobuduju

vece zanimanje ucenika za fiziku. Neki tradicionalisti jos uvijek smatraju da nema smisla

govoriti o drugim dimenzijama ucenja sve dok ucenik ne dosegne relativno visoku razinu

znanja. Medutim, u tradicionalnoj nastavi vecina ucenika nikad ne postigne takvu razinu

znanja, sto nam govori da je misljenje takvih tradicionalista pogresno. Istrazivanja pokazuju

da ucenik u procesu ucenja moze istrazivati, otkrivati i kreirati, te da te aktivnosti bitno

utjecu na kvalitetu njegova znanja, a zbivaju se unutar sljedecih domena: informativna, is-

trazivacka, kreativna, afektivna i aplikativna.

a) Informativna domena

Djelovanje metodika prirodnih znanosti se do sredine 20. stoljeca zbivalo iskljucivo u-

nutar informativne domene cija je karakteristika da ucenici u nastavnom procesu usva-

jaju prirodoznanstvene informacije, ukljucujuci cinjenice, koncepte, zakone, hipoteze,

modele i teorije. Informativna domena ukljucuje i povijest i filozofiju znanosti. Dakle,

istrazuju se optimalni nacini stjecanja ucenikog deklarativnog znanja.

8

b) Istrazivacka domena

Unutar istrazivake domene traze se nacini kojima ucenici mogu efikasno prakticirati i

usvajati procese istrazivanja i otkrivanja u prirodnim znanostima. Ucenici mogu u na-

stavnom procesu usvojiti uporabu procesa kao sto su: identificiranje problema, kreiranje

eksperimenta, predvidanje, izvedba eksperimenta i opazanje, mjerenje i uredivanje po-

dataka, interpretacija rezultata opazanja, kreiranje hipoteza, konstruiranje modela i

tumacenje istrazivane pojave, naravno, ukoliko im se to omoguci. Osim kognitivnog

aspekta u ovoj domeni, bitan je i razvoj manipulativnih i psihomotornih sposobnosti i

vjestina, odnosno ukljucivanje ucenika u izvedbu eksperimenta, jer na taj nacin stjecu

fizicko iskustvo koje je nuzan preduvjet uspjesnom usvajanju daljnjih apstraktnih ge-

neralizacija. Istrazivacka se domena u metodikama prirodnih znanosti u posljednje

vrijeme naglo razvija, a pocela se obradivati u drugoj polovici 20. stoljeca. Medutim,

dobivene se spoznaje jos uvijek premalo uvode u nastavnu praksu.

c) Kreativna domena

Unutar kreativne domene istrazuje se kako strukturirati i osmisliti nastavni proces da

bi se ucenike potaknulo na mastovito i kreativno misljenje, na razvijanje sposobnosti

kao sto su: stvaranje misaonih slika, stvaranje neuobicajenih ideja, dizajniranje uredaja,

kombiniranje objekata, pojmova i ideja na nov nacin i slicno. Do danas su rezultati

istrazivanja zadovoljavajuci, medutim, implementacija tih ideja u nastavnu praksu je

prespora.

d) Afektivna domena

Afektivna domena obuhvaca ukljucivanje rada na razvijanju zdravih ljudskih osjecaja

kod ucenika kao i na razvijanju sposobnosti za donosenje odluka u obrazovnom pro-

cesu sto je neophodno u doba sve slozenijih drustvenih i politickih zbivanja, problema

ocuvanja okolisa, energetskih problema i opce zabrinutosti za buducnost. Afektivna

domena ukljucuje:

• razvijanje pozitivnog stava spram znanosti opcenito, znanosti u skoli, prema na-

stavnicima i pozivu znanstvenika

• razvijanje pozitivnog stava spram samog sebe i svojih mogucnosti

9

• razvijanje postivanja afektivnog sustava drugih ljudi

• razvijanje sposobnosti konstruktivnog izrazavanja osobnih osjecaja i stajalista

• donosenje odluka o osobnim vrijednostima

• donosenje odluka o drustvenim i ekoloskim pitanjima

• prihvacanje argumenata razlicitih strana u raspravi, itd.

e) Aplikativna domena

Izobrazba iz prirodoznanstvenih disciplina ima puni smisao samo ako ukljucuje odredeno

znanje, razumijevanje, vjestine i stavove koji se mogu primjenjivati u svakidasnjem

zivotu. Znanost koja se uci u skoli ne moze biti ista akademska znanost, odvojena od

tehnologije i drustva. Vaznije dimenzije aplikativne domene su:

• uocavanje znanstvenih koncepata i vjestina u tehnoloskim problemima iz svakidasnjeg

zivota

• razumijevanje znanstvenih i tehnoloskih nacela koja se primjenjuju u kucanskim

i drugim tehnickim uredajima

• uporaba znanstvenih procesa za rjesavanje problema iz svakidasnjeg zivota

• razumijevanje i vrednovanje izvjesca o razlicitim znanstvenim i tehnoloskim pro-

blemima i postignucima u sredstvima javnog informiranja

• naglasavanje nerazdvojne povezanosti i meduovisnosti prirodnih znanosti s drugim

ljudskim djelatnostima, itd.

Danas se sve te domene sjedinjuju u opci zahtjev: prirodoslovno opismenjivanje ukupne

populacije.

3.1 Metodika fizike – znanost ili struka

Cesto cujemo izjave pojedinaca, medu njima i nekih nasih znanstvenika, da je metodika

fizike nekakva struka koja nema znanstveni status, premda se vec dulje vrijeme ucvrstila

kao znanstvena disciplina. Takve su izjave posljedica neupucenosti i nepoznavanja temeljne

problematike i ideja suvremene metodike fizike. Stoga bi trebalo pojasniti neke elementarne

pojmove i raspraviti znanstveni status metodike fizike, odnosno metodika prirodnih znanosti.

10

Istrazivanja u svakom znanstvenom podrucju mogu se podijeliti u tri stadija:

1. stadij prikupljanja podataka, u kojemu se identificiraju i razlucuju temeljni elementi

problematike;

2. stadij prirodnog razvoja, u kojemu se naglasava opisivanje elemenata i njihovo orga-

niziranje u sheme i sustave;

3. stadij formuliranja teorije, u kojemu se stvaraju koncepti, mreze koncepata i hipoteze

koje je moguce testirati.

Stadij prikupljanja podataka

Mnogi problemi ovog stadija jos nisu dovoljno istrazeni, premda je u metodikama

prirodnih znanosti zapoceo vec krajem 19. stoljeca. Glavno obiljezje stadija prikupljanja po-

dataka je da, u nedostatku paradigme, sve cinjenice i podaci izgledaju jednako relevantnima.

U jednoj analizi iz 1980. godine tvrdi se da su metodike prirodnih znanosti jos djelomicno u

stadiju prikupljanja podataka, a djelomicno u stadiju prirodnog razvoja. Medutim, mnogo

se toga promijenilo od 1980. godine do danas, metodike prirodnih znanosti razvijale su se

vrlo brzo.

Stadij prirodnog razvoja

U literaturi se pojavilo nekoliko konceptualnih okvira koji organiziraju osnovne ele-

mente problematike metodika prirodnih znanosti. To su modeli koji daljnjim razvojem mogu

dovesti do teorija. Jedan takav opisni okvir razvijen je u 1970-im na sveucilistu Berkeley

u Kaliforniji. Taj je model vjerodostojan, jednostavan i prakticno primjenjiv. Prema tome

modelu metodika fizike sastavljena je od tri medusobno povezana podrucja: fizika, ucenik i

nastavni proces.

NPU

F

Slika 1. Model metodike nastave fizike

11

Fizika ukljucuje korpus znanja fizike kao i putove spoznavanja unutar te discipline, ucenik

ili onaj koji uci ukljucuje paradigme i rezultate istrazivanja o bitnim aspektima ljudskog

ucenja, a nastavni proces ili, opcenito, poucavanje i ucenje, ukljucuje u najsirem smislu sve

ono sto omogucuje ostvarivanje procesa ucenja, kao sto su strukturiranje nastavnog procesa,

verbalna i neverbalna interakcija razlicitih pojedinaca, itd.

Presjek ta tri medusobno povezana podrucja cini istrazivacki sustav i podrucje rada

metodike fizike, iako se svaki od njih ocituje kao diskretan entitet sa svojim vlastitim e-

lementima, njihovom organizacijom i zakonitostima. U vezi s tim modelom treba naglasiti

dvije osobitosti:

a) Ta su tri podrucja toliko cvrsto isprepletena i meduovisna da je u metodici fizike tesko

govoriti samo o jednom od njih, a da se pritom ne ulazi i u domenu drugih dvaju

krugova. Metodika fizike bila bi nepotpuna i promasena ako se zanemari jedan od tih

podrucja. Presjek tih podrucja donosi novu kvalitetu i nova znanja, koja ne postoje u

odvojenim podrucjima.

b) Veci dio svakoga kruga nalazi se izvan presjeka triju krugova, dakle mozemo reci da

ne pripada podrucju metodike fizike. To posebno vrijedi za podrucje fizike, sto znaci

da se mnoga znanja iz nekih podrucja fizike uobicajeno ne obraduju u metodici fizike.

To su brojni visokomatematizirani procesi i poruke teorijske fizike, koji cine dio stan-

dardne naobrazbe fizicara profesionalaca, ali zbog matematicke barijere ne mogu biti

u skolskom programu. Osim toga, za metodiku fizike su veoma vazni neki aspekti

fizike koji tradicionalno nisu dovoljno zastupljeni u profesionalnoj naobrazbi fizicara.

To su prije svega povijesni, filozofski i spoznajni aspekti fizike. Te cinjenice impliciraju

nuznost razlicitosti studijskih programa za buduce profesore fizike i buduce inzenjere

fizike i znanstvenike.

Za proucavanje metodike fizike potrebno je sustavno prouciti svaki od tri navedena podrucja

(fizika, ucenik i nastavni proces) u medudjelovanju s preostala dva.

12

4 Ucenicke pretkoncepcije u fizici

U tradicionalnom pristupu nastavi fizike bilo je uobicajeno pretpostaviti da ucenici ne

znaju gotovo nista o fizici prije nego li je pocnu uciti u skoli, a zadaca nastave je da transferira

informacije, koje, ako su jasno izlozene, ucenici bez problema prihvacaju. No, intenzivna

istrazivanja nastave fizike u zadnjih dvadesetak godina nedvojbeno su pokazala da ta pre-

tpostavka nije opravdana. Vec i prije nego sto pocnu formalno uciti fiziku djeca imaju razvijen

skup intuitivnih ideja o fizikalnim fenomenima, koje su razvili na temelju osobnog iskustva.

Taj skup ideja funkcionira kao svojevrsna “zdravorazumska” slika svijeta, koja djeci sluzi da

interpretiraju svoja iskustva, ukljucujuci tu i ono sto vide i cuju na satovima fizike. Kako je

fizika svojim dobrim dijelom kontraintuitivna, ucenicke su ideje cesto u sukobu s fizikalnim

idejama, te kao takve predstavljaju zapreku usvajanju fizikalnih ideja (djeluju kao svojevrsni

filtar ideja). Ono sto ucenicke intuitivne ideje (pretkoncepcije) cini problematicnima za na-

stavu fizike je njihova ustrajnost. Naime, one su ucenicima jednostavne, razumljive i korisne

u objasnjavanju svakodnevnih situacija, te ih oni nerado napustaju u korist fizikalnih ideja

koje su kontraintuitivne, cesto tesko razumljive, nove i – sto se njihovog iskustva tice –

neprovjerene. Pretkoncepcije znacajno utjecu na ucenje fizike, no u tradicionalnoj se nastavi

njihovo postojanje ignorira, najcesce zbog toga sto nastavnici malo o njima znaju. Njihova

osnovna svojstva su:

• jednostavnost i razumljivost za ucenike,

• stabilnost (prisutne su i nakon niza godina ucenja fizike),

• otpornost prema promjeni (ucenici ih nerado napustaju).

Upravo ta svojstva cine ih vaznim cimbenikom u nastavi, a svaki nastavnik trebao bi biti

svjestan njihovih prisutnosti i utjecaja.

Premda su vrlo ustrajne, ucenicke intuitivne ideje nisu nuzno i medusobno konzistentne,

tj. ne cine sustav ideja, a vrlo cesto ucenici nisu ni svjesni njihova postojanja. Svojstva

pretkoncepcija i snagu njihovog interferiranja s nastavom vrlo slikovito ce ilustrirati sljedeci

primjer.

U jednoj studiji (Nussbaum, 1979) intervjuirani su ucenici u dobi od 8 do 14 godina

o obliku Zemlje. Svakome je od njih na pocetku postavljeno pitanje kakvog je oblika Zemlja

13

i svi su odgovorili da je Zemlja okrugla. Nakon toga se od njih trazilo da objasne sto to za

njih znaci, te da to pojasne crtezom. Evo nekoliko njihovih tipicnih crteza i objasnjenja:

a) b)

c) d)

Slika 2. Neke ucenicke ideje o obliku Zemlje (prema Nussbaum, 1979).

Jedan je ucenik Zemlju prikazao kao otok koji je okruzen morem (sl. 2.a), zbog cega ju je

Kolumbo mogao oploviti, dok je druga ucenica nacrtala slican crtez, te jos nadodala satelit

na nebu iz kojeg se moze snimiti fotografija okrugle Zemlje (sl. 2.b).

Jedna je ucenica Zemlju doista nacrtala kao kuglu, no pritom je ustvrdila da mi zivimo u

njoj, a ne na njoj (sl. 2.c). Donja polukugla je tlo, iznad nje je zrak, a na vrhu nebo. Izvan

Zemlje je svemir. Drugi je ucenik zastupao slican model, u koji je jos dodao putanju Sunca

koje se nocu spusta ispod Zemlje (sl. 2.d). Rezultati istrazivanja pokazali su da vrlo velik

broj ispitane djece unatoc tome sto spremno izjavljuju da je Zemlja okrugla, zapravo smatra

da je Zemlja ravna. To je njima intuitivno vrlo jasno i prihvatljivo, dok im se ideja o zivotu

na velikoj lopti cini posve nevjerojatna. No, kako svuda cuju o tome da je Zemlja okrugla,

za sto im se navode i brojni dokazi, poput satelitskih slika, oni imaju potrebu tu informaciju

ugraditi u svoj model Zemlje. Tako nastaju razni modeli, koji su vise ili manje sofisticirani,

vec prema dobi djeteta i kolicini dodatnih informacija koje ono poznaje, ali im je zajednicko

ocuvanje osnovne ideje - da je Zemlja na kojoj zivimo nesumnjivo ravna. Premda su ucenici

bili izlozeni formalnoj nastavi o obliku Zemlje i upoznati s raznim argumentima koji idu u

prilog modelu okrugle Zemlje, oni nisu napustili svoju intuitivnu ideju o ravnoj Zemlji. Iako

se ovdje radi o mladim ispitanicima, u brojnim drugim istrazivanjima uocen je i kod starijih

ucenika isti karakteristican snazan otpor prema napustanju intuitivnih ideja. No, ucenicke

intuitivne ideje nisu niposto vezane samo uz oblik Zemlje: one se protezu na gotovo sva po-

drucja fizike, koja se obraduju u skoli, a pod njihovim utjecajem ucenici razvijaju hibridne

14

modele fizikalnih pojava analogne primjeru ravne okrugle Zemlje.

Jezik kojim se koristi fizika prozet je simbolima koje karakterizira jednoznacnost. Pojmovi

koristeni za opis sustava ili stanja egzaktno su definirani, te postoji tocno odredeni smisao u

kojem se oni primjenjuju. Za razliku od znanstvenog, svakodnevni jezik nije “ogranicen” je-

dnoznacnim simbolima. Uzmimo za primjer, na pitanje “Koliko kilograma imas?” ili “Kolika

ti je tezina?”, dobivamo isti odgovor. Osim toga, postoje izrazi i pojmovi koji su jedno-

stavno prihvaceni u svakodnevnom govoru, koriste ih svjesno i ljudi koji znaju njihovo tocno

znacenje. Tako svako kucanstvo dobiva “racun za struju” , iako je na njemu napisano da

je racun za potrosnju elektricne energije. Placamo uvijek ono sto i potrosimo, naglasavajuci

kako placamo struju, neizbjezno je zakljuciti da se ta struja trosi. Koliko nas onda treba izne-

naditi najzastupljenija pretkoncepcija iz podrucja elektrodinamike i razumijevanja strujnih

krugova koja glasi: struja se trosi?

U procesu ucenja fizike pojmovi koristeni u svakodnevnom govoru otezavaju razumije-

vanje fizikalnih pojmova. Razumijevanje tih pojmova i njihova primjena na fizikalnom nivou

moguca je ukoliko se ucenicima u proces ucenja omoguci njihova konstrukcija, da otkriju

otkuda oni dolaze, sto opisuju i gdje se ocituje njihova primjena, kako u fizici, tako i u drugim

znanostima, pa i u svakodnevnom govoru.

4.1 Zasto je vazno poznavati ucenicke pretkoncepcije

Poznavanje ucenickih intuitivnih ideja vrlo je bitno da bi se nastava bolje prilagodila

ucenicima, a time bila i ucinkovitija. Nastavnici koji su svjesni postojanja ucenickih ideja

ponovno ce razmotriti u drugom svjetlu neke stvari, koje su prije mozda smatrali trivija-

lnima, pa nisu vidjeli potrebu da ih posebno objasnjavaju. Na primjer, ako nastavnik zna da

dobar dio ucenika smatra apsurdnim da stol moze proizvesti silu prema gore na knjigu koja

na njemu lezi, nece na jednak nacin i jednakom brzinom uvesti pojam sile reakcije podloge,

kao drugi nastavnik, koji tog problema nije svjestan.

Zatim, ako su ucenicke ideje nastavniku poznate, on moze odabrati eksperimente ili pro-

bleme ciji ce ishod biti u suprotnosti s ucenickim ocekivanjima i tako ih navesti da s jedne

strane, postanu svjesni svojih ideja, a s druge strane da uoce konflikt izmedu njih i fizikalnih

ideja. To ih moze potaknuti na konceptualnu promjenu. Ipak, treba naglasiti da konflikt sam

po sebi ne mora dovesti do konceptualne promjene i restrukturiranja ucenickih ideja, no on

moze biti prvi korak prema restrukturiranju.

Da bi ucenici prihvatili novu ideju i napustili staru, koja im je do tada vrlo dobro sluzila,

potrebno je da novu ideju dozive kao jasnu, prihvatljivu i korisnu. Zbog toga, restrukturiranje

ideja zahtijeva sirok spektar iskustava i vrijeme. Treba takoder reci da sve pretkoncepcije

15

nisu jednako snazne, tako da ce neke vec samim odrastanjem i mentalnim sazrijevanjem

djeteta slabiti i nestajati, dok ce druge opstajati vrlo dugo i odolijevati godinama formalnog

ucenja fizike.

Iako se obicno naglasava da su ucenicke intuitivne ideje zapreka ucenju fizike, to ne mora

uvijek biti tako. Medu njima ima i takvih ideja koje mogu sluziti kao dobro polaziste za razvi-

janje fizikalne ideje. Takoder, nastavnik moze izmedu vise pristupa odredenoj temi odabrati

onaj koji najbolje moze iskoristiti ono sto ucenici vec misle o toj temi. Recimo, iako je tzv.

“potrosacki” model strujnog kruga u suprotnosti s fizikalnim modelom, on se moze donekle

upotrijebiti ako se pojam “struja” u njemu zamijeni pojmom “elektricna energija”. Kon-

cept trosenja elektricne energije njima ce biti lako razumljiv, a on je i drustveno znacajan,

pa mozda predstavlja bolji pocetak razmatranja strujnih krugova, nego pristup koji odmah

stavlja naglasak na iznose struja i napona.

Za razliku od tradicionalnih oblika nastave koji ignoriraju postojanje pretkoncepcija, a

barataju gotovim znanjima, nastojeci ih prenijeti ucenicima, danasnja nastava ima tenden-

ciju suprotstaviti se pretkoncepcijama stavljajuci naglasak na interaktivnost. Da bi se to

omogucilo, potrebno je pretkoncepcije detektirati. Postoji vise pristupa, a najjednostavniji

je razgovor. Cilj je stvoriti atmosferu u kojoj ce se voditi ravnopravni razgovor izmedu svih

sudionika. Razgovor u kojem ce nastavnik i ucenici biti ravnopravni, stvorit ce se kod ucenika

osjecaj slobode, te ce bez straha iznositi svoje misli, ideje i argumentirano braniti svoja sta-

jalista. U takvoj je nastavi nastavnik sudionik koji ciljanim pitanjima ili demonstracijom

istrazuje ucenicke pretkoncepcije. Ovisno o njihovoj ustrajnosti, porijeklu i otpornosti, nas-

tavnik treba posegnuti za prikladnim metodama koje ce omoguciti njihovo uklanjanje.

U dobi kada se pocinje uciti fizika, ucenici su istrazivaci vec sposobni razmisljati i o ap-

straktnim pojmovima. Upravo su to karakteristike znanstvenika koji su nam omogucili fiziku

koju danas imamo, kao znanost i kao nastavni predmet putem kojeg se ona poucava i uci u

skolama.

Napisana tvrdnja, bilo da je ona u obliku neke definicije, teorije, zakona ili aksioma je

beznacajna za istrazivaca. Istrazujuci njezinu primjenu, otkrivajuci okolnosti u kojima ona

vrijedi, istrazivac dozivljava promjenu u svom razmisljanju kako na emotivnom tako i na

kognitivnom nivou. Promjene nastale u tom aktivnom procesu uzrokuju relativno perma-

nentne promjene u ponasanju, a tim procesom je definirano ucenje.

4.2 Ucenicke pretkoncepcije o jednostavnim strujnim

krugovima

Zajedno s mnostvom ideja koje imaju, ucenici svoja “privatna” znanja koja ukljucuju

razne cinjenice koje su vec negdje culi, iskustva koja su imali s razlicitim elektricnim napravama

16

ili prirodnim fenomenima o kojima su se informirali (npr. munje, gromovi, . . . ), koriste kod

interpretacije novih situacija u procesu ucenja. Krenuvsi uvijek najjednostavnijim putem

i najcesce vodeni intuicijom, ucenici konstruiraju pojmove i modele koji nisu u skladu sa

znanstvenim, pa je tako ucenicki pojam struje blizi znanstvenom pojmu elektricne energije

nego elektricne struje. Nepravilni ili nepotpuni pojmovi i modeli otezavaju razumijevanje po-

java koje se njima nastoje opisati, npr. svijetljenje zarulja, te onemogucuju njihovu primjenu

u proucavanju strujnih krugova.

Ucestalost i postojanost pretkoncepcija ucenicima otezavaju znanstveni pristup i mo-

deliranje u procesu spoznaje, otezavajuci na taj nacin i rad nastavnika u procesu ucenja tog

gradiva. Upravo je ta cinjenica navela znanstvenike diljem svijeta da provode istrazivanja vec

dugi niz godina kako bi otkrili najzastupljenije koncepte i njihove karakteristike istrazujuci

ideje i pristupe koje ucenici koriste kako bi stvorili predodzbe pomocu kojih ce lakse razumjeti

znacenje pojma struje, napona, otpora i elektricne energije, te interpretirati i razumjeti je-

dnostavne strujne krugove primjenom tih pojmova. Dmitris Psillos, P.V. Engelhardt, Robert

Beichner, Lillian McDermott i Shaffer samo su neki od istaknutih znanstvenika koji su niz

godina istrazivali razumijevanje pojmova i pojava vezanih uz elektricitet, njihove primjene u

jednostavnim strujnim krugovima, razumijevanje zakonitosti koje u njima vrijede, te njihovu

primjenu u stvarnom svijet. Rezultati istrazivanja koje su navedeni znanstvenici proveli sazeti

su i objavljeni u znanstvenim casopisima, a otkrivaju nam najcesce ucenicke pretkoncepcije,

njihovu primjenu i otpornost. Slijedi kratki pregled objavljenih rezultata istrazivanja.

4.2.1 Pretkoncepcije o elektricnoj struji

Pojam elektricna struja cesto je koristen u svakodnevnom govoru, pa nas ne treba izne-

naditi njegova siroka primjena kod ucenika. Istrazivanja pokazuju da je taj pojam ucenicima

najprihvatljiviji, pa zato i najzastupljeniji kod opisa elektricnih pojava, posebno kod inter-

pretacije dogadaja u strujnim krugovima.

Ucenici dobivaju mogucnost da eksperimentiranjem s baterijom i zaruljama sami istraze

uvjete pod kojima ce zarulja svijetliti, te da objasne posljedice koje nastaju spajajuci vise

zarulja u seriju ili paralelno. Ucenici problemu pristupaju intuitivno, otkrivajuci nam cetiri

najzastupljenije pretkoncepcije.

1. Jednopolni moment ucenici koriste kako bi spojili izvor (bateriju) i trosilo. U tom mo-

delu zarulja ima samo jednu kontaktnu tocku (kovinsko dno) koju je dovoljno povezati

s jednim polom baterije. Strelica na slici predstavlja smjer struje.

17

Slika 3. Jednopolni model strujnog kruga

2. Sudaracki model za svijetljenje zarulje ukljucuje oba pola baterije, koji predstavljaju

dva izvora struje. Struja potjece iz oba pola baterije (oznaceno sa strelicama na Slici

4), dolazi do zarulje putem zice, sudarajuci se u zarulji proizvodi se svjetlost i zarulja

svijetli.

Slika 4. Sudaracki model strujnog kruga

3. Potrosacki model struju interpretira kao “gorivo” pohranjeno u bateriji koje izlazi iz

nje, dolazi do trosila u kojem se djelomicno potrosi, a ostatak se vraca u “spremnik”

(bateriju). Strelice oznacavaju smjer struje.

Slika 5. Potrosacki model strujnog kruga

4. Model dijeljenja posljedica je interpretacije jednakog svijetljenja vise zarulja spojenih

u seriju i vise zarulja spojenih paralelno, zanemarujuci pri tome razlike u intenzitetu.

Po tom modelu struja se dijeli podjednako nailaskom na svaku tocku grananja.

Ocito je, vec primjenom prvog modela, da kod ucenika postoje poteskoce kod interpretacije

potpunog strujnog kruga, kruznog ciklusa, zahtjeva za njegovo ostvarenje, te funkcije i grade

18

njegovih elemenata. Interpretiranju uloge druge zice u strujnom krugu prilagoden je drugi

model. Eksperimentiranjem se otkriva da i drugi pol baterije treba biti povezan sa zaruljom,

ali ucenicima nije intuitivno jasno iz kojeg razloga, pa to objasnjavaju sudarackim modelom.

Ako primijenimo model dijeljenja struje na zarulje spojene serijski u strujnim krugovima,

dobit cemo model koji je vrlo slican znanstvenom modelu, jer ucenici navode kako zarulje

svijetle jednako, jer su iz istog izvora opskrbljene jednakom snagom. Medutim, taj model ne

ukljucuje ocuvanje naboja, kao ni potrosacki model. Najtrajniji model medu navedenima je

upravo onaj u kojem se baterija smatra izvorom, a zarulja potrosacem elektricne struje. Taj

model ucenici zadrzavaju dugo nakon visegodisnjeg ucenja, a cesto i primjenjuju prilikom

objasnjavanja raznih situacija, iako ga na direktan upit negiraju. Ocuvanju potrosackog mo-

dela pridonosi ucenicima prihvatljiva cinjenica da se baterija nakon nekog vremena istrosi, a

tesko im je prihvatiti cinjenicu da je struja u tom procesu ocuvana, tj. da su naboji ocuvani.

4.2.2 Pretkoncepcije o naponu

Zbog njegova nerazumijevanja, pojam napona ucenici izbjegavaju prilikom opisivanja stru-

jnih krugova i tumacenja pojava u njima. S tim se izrazom rjede susrecu u svakodnevnom

govoru i ne posjeduju zorna iskustva, pa to rezultira sljedecim pretkoncepcijama:

• Naponu se pripisuju svojstva struje – gdje postoji struja, postoji i napon, tamo gdje

nema struje, nema ni napona.

Dvije trecine svih ispitanih ucenika, na pitanje koliki je napon izmedu tocaka A i

B u strujnom krugu prikazanom na Slici 6, odgovara da nema napona izmedu tocaka

A i B, jer strujnim krugom ne tece struja buduci da je otvoren.

Slika 6. Otvoreni strujni krug

• Interpretiranje napona kao “snage baterije” – na temelju pokusa ucenici utvrduju da

zarulja svijetli tek kada je spojena s baterijom, a napon nastoje interpretirati na osnovu

uocavanja posljedica koje baterije uzrokuju, buduci da im je napon najcesce prezentiran

preko uloge baterije u strujnom krugu. Misljenje ucenika je da oznaka volta na bateriji

predstavlja snagu struje koja je, po njima, pohranjena u bateriji.

19

• Posljedica pretkoncepcije o struji je interpretiranje napona kao “sile kojom struja

djeluje” u strujnom krugu. Po toj pretkoncepciji struja je pohranjena u bateriji, pa

treba djelovati neka sila koja bi tu struju prisilila na gibanje kroz strujni krug.

Posljedica nerazumijevanja uloge baterije u strujnom krugu je nerazlikovanje pojma

napona i struje. Ucenicima je tesko promatrati bateriju kao uredaj (izvor) koji je kara-

kteriziran konstantnom razlikom potencijala izmedu svojih polova, bez obzira na nacin na

koji je ona spojena s ostalim elementima strujnog kruga. Stoga odabiru laksi i njima jedno-

stavniji model, po kojemu baterija predstavlja konstantni izvor struje.

Osim sto ne razlikuju pojam napona i struje, kod ucenika se javljaju i poteskoce kod

razlikovanja pojma potencijal i razlika potencijala – napon, sto se ocituje kada ucenici

objasnjavaju svijetljenje zarulja u strujnom krugu. Na primjeru strujnog kruga prikazanog

na Slici 7, u kojem se nalaze jednake zarulje, ucenici su trebali predvidjeti svijetljenje zarulja.

Slika 7. Strujni krug

Vecina ucenika je poredala zarulje po jakosti svijetljenja na sljedeci nacin:

A > B = C > D

Svijetljenje zarulja ucenici, umjesto s naponom na krajevima pojedinih zarulja (trosila),

povezuju s vrijednoscu potencijala na polozaju na kojem se nalazi zarulja. Uzimajuci u obzir

dogovoreni smjer struje po kojem ona putuje od pozitivnog pola izvora prema negativnom,

tvrde da jace svijetli ona zarulja koja je blize pozitivnom polu, jer smatraju da se ona nalazi

na polozaju s vecim potencijalom. Tako objasnjavaju i jednako svijetljenje zarulja B i C.

U ovom primjeru ocito je da ucenici pokusavaju primijeniti ono sto su naucili o poten-

cijalu i o razlici potencijala. Ucenici pogresno interpretiraju pojave u strujnim krugovima

zbog interferencije naucenog gradiva s vec postojecim pretkoncepcijama.

20

4.2.3 Pretkoncepcije o otporu

Istrazivanjem je utvrdeno da, kako ucenici, tako i studenti, ne mogu pomocu otpora

interpretirati promjene u strujnim krugovima, objasniti kako otpor utjece na ostale velicine

u strujnom krugu, jer dovoljno ne razumiju pojam otpora. Utvrdene poteskoce su sljedece:

• Povezivanje povecanja otpora s povecanjem struje. Ucenici smatraju da ce povecanje

otpora u strujnom krugu zahtijevati vecu struju za svijetljenje zarulja.

• Zanemarivanje nacina na koji su trosila (zarulje) spojena kod odredivanja ukupnog

otpora u strujnom krugu, a fokusiranje na njihov ukupan broj u strujnom krugu.

• Nerazlikovanje ukupnog otpora pojedine grane strujnog kruga od otpora individualnog

elementa (otpornika) te grane. Zbog toga ucenici cesto razmisljaju o ukupnom otporu

cijelog strujnog kruga samo kao svojstvu pojedinih zarulja koje se u njemu nalaze.

• Poteskoce kod razlikovanja serijski i paralelno spojenih trosila. Problem se javlja kod

kombiniranih spojeva, kada u nizu postoji vise otpornika od kojih su pojedini medusobno

spojeni paralelno, pa jos serijski s ostalima i obratno.

• Tesko prihvacaju cinjenicu da je ukupan otpor paralelno spojenih trosila manji od

otpora pojedinog trosila u tom spoju.

Primijeceno je da ucenici koji se dobro snalaze u matematici i koji su uspjesni u rjesavanju

slozenijih zadataka s racunanjem otpora u razlicitim strujnim krugovima, ne mogu zadovo-

ljavajuce odgovoriti na kvalitativna pitanja.

4.2.4 Pretkoncepcije o elektricnoj energiji

Energija je ucenicima apstraktan pojam. U fizici pocinju uciti o energiji oko 13. godine,

kada je faza prijelaza izmedu konkretnih u formalne mislioce vec zapocela. Zakon ocuvanja

energije predstavlja im se kroz mnoge primjere.

Ucenici ne razmisljaju na nivou ocuvanja, niti naboja, niti struje, pa ni elektricne e-

nergije u elektricnim strujnim krugovima. Njima je to vrlo neprihvatljivo zbog dominacije

potrosackog modela. Eksperimentirajuci s baterijama i zaruljama, ucenici u pocetku energiju

povezuju s volumenom baterije, veca baterija oznacava spremnik za vise energije, te sma-

traju kako vise energije uzrokuje dulje svijetljenje zarulja bez obzira kako su zarulje spojene

u strujnom krugu.

21

4.3 Poteskoce u konceptualnom razumijevanju jednos-

tavnih strujnih krugova

Pokazalo se da su poteskoce u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih kru-

gova prije i nakon procesa ucenja tog dijela gradiva fizike jednake, a javljaju se zbog:

• nemogucnosti primjene formalnih pojmova (npr. napona, struje, elektricne energije)

• nemogucnosti formalnog prikazivanja i interpretiranja strujnih krugova

• nemogucnosti kvalitativnog razumijevanja strujnih krugova

Najzastupljenije poteskoce i pretkoncepcije koje se javljaju kod interpretacije strujnih kru-

gova:

1. Prije pocetka ucenja fizike kod ucenika je najzastupljeniji potrosacki model, koji oni

zadrzavaju i nakon vise godina ucenja fizike. Po tom modelu baterija predstavlja

konstantan izvor elektricne struje, koja se nailaskom na pojedini element u krugu

djelomicno potrosi, a ostatak se vraca natrag u bateriju (izvor), a struja je neka vrsta

goriva koja protjece krugom i daje snagu zaruljama (trosilima) da svijetle. Mozemo

uociti da jednostavnost ovog modela sadrzava pretkoncepcije o elektricnoj struji, o

naponu i otporu.

2. Po sekvencijalnom modelu promjena nastala u nekom dijelu strujnog kruga (npr.

povecanje ili smanjenje jednog od otpornika) ne utjece na cijeli strujni krug (npr.

smanjenje ili povecanje elektricne struje), vec na elemente koji se nalaze ispred tocke

u kojoj se dogodila promjena. Promotrimo strujni krug prikazan na Slici 8.


Zadatak je bio predvidjeti kako ce zatvaranje prekidaca utjecati na svijetljenje zarulje A.

Vecina ucenika je odgovorila da ce zarulja A i nakon zatvaranja prekidaca svijetliti jednako,

tvrdeci da struja prvo prolazi kroz zarulju A, a zatim dolazi na mjesto gdje se dogodila pro-

mjena. Na temelju ovog primjera mozemo uociti da ucenici smjer struje i poredak elemenata

u strujnom krugu smatraju vaznim za interpretiranje pojava.

22

3. Kako bi objasnili put kojim prolazi struja u razgranatom strujnom krugu, ucenici

koriste lokalni model. Primjenom tog modela uvijek “laksim” putem prolazi vise struje.

Od ucenika se trazilo da predvide kako ce svijetliti zarulja A, u strujnom krugu prikazanom

na slici 9., nakon povecanja otpora R.


Ucenici su, primjenom lokalnog modela, objasnili da ce povecanjem otpora R zarulja A

jace svijetliti, jer ce sva struja unutar paralelnog spoja proteci kroz granu s manjim otporom,

dakle kroz zarulju A. Istina je da ce zarulja A svijetliti jace, ali ne iz navedenog razloga.

Mozemo primijetiti da su ucenici u svojim odgovorima potpuno zanemarili moguce promjene

u svijetljenju zarulje B, a to upucuje na primjenu sekvencijalnog modela.

4. Nerazlikovanje uvjeta pod kojim su grane paralelnog spoja neovisne jedna o drugoj.

Ucenici smatraju da iako se paralelan spoj nalazi negdje unutar strujnog kruga, pro-

mjena u jednoj grani nece utjecati na ostale grane tog spoja. Do tog zakljucka su dosli

primjenjujuci iskustvo koje su stekli na temelju eksperimentiranja sa zaruljama spo-

jenim paralelno s baterijom i uvidanja da one svijetle jednako bez obzira dodaje im se

ili oduzima jos jedna zarulja u takvom spoju.

Zadatak je bio predvidjeti kako ce otvaranje prekidaca u strujnom krugu, prikazanom

na Slici 10., utjecati na svijetljenje zarulje B.


Ucenici su predvidjeli da ce zarulja B svijetliti jednako i nakon otvaranja prekidaca, buduci

da je ona dio paralelnog spoja.

23

5. Na temelju shematskih dijagrama strujnih krugova ucenici zakljucuju o prostornom

i fizickom odnosu medu njima. Buduci da vise paznje obracaju na fizicke karakteri-

stike strujnih krugova, nego na nacin povezanosti elektricnih komponenata, javljaju

se poteskoce kod zakljucivanja o stvarnim strujnim krugovima na osnovu njihove

prezentacije putem dijagrama i obratno.

6. Mjerne instrumente ucenici ne tretiraju kao elemente strujnih krugova. Nakon sto im

je omoguceno da eksperimentalno provjere na koji nacin trebaju spojiti mjerne instru-

mente da bi izmjerili struju i napon i objasnjena uloga ampermetra i voltmetra, ucenici

tesko samostalno zakljucuju zasto ampermetar treba biti spojen u seriju s uredajem

kroz koji mjeri struju, a voltmetar paralelno s uredajem na kojem mjeri napon.

Nedostatak osnovnih konceptualnih modela koji bi mogli posluziti za predvidanje i tumace-

nje svijetljenja zarulja u strujnim krugovima uzrok je navedenim poteskocama i prisutnim

pretkoncepcijama koje se javljaju prilikom interpretiranja pojava u strujnim krugovima. U-

pravo zbog tog nedostatka ucenici se prilikom predvidanja oslanjaju na formule dobivene u

procesu ucenja i na intuiciju. A rezultat kombiniranja intuicije i racunske primjene Ohmova

zakona su upravo gore navedeni pristupi koje ucenici koriste kako bi sebi priblizili pojave

u strujnim krugovima. Potrebno je naglasiti da su koristeni pogresni pristupi podjednako

zastupljeni i kod ucenika kojima je u procesu ucenja prevladavao predavacki tip nastave, kao

i kod onih koji su pohadali nastavu baziranu na istrazivanju i rjesavanju problema.

4.4 Strategije za uspjesnije poucavanje elektriciteta

Razlog istrazivanja ucenickih ideja o funkcioniranju elektricnih strujnih krugova bio je

uoceni nedostatak razumijevanja i odbojnost ucenika prema tom dijelu gradiva fizike, te

otezano usvajanje pojmova potrebnih za tumacenje pojava u strujnim krugovima.

Rezultati istrazivanja potvrduju zadrzavanje, pa i prevladavanje “vlastitih uvjerenja” i prije

i nakon ucenja znanstveno prihvatljivih modela, na kojima se temelji istinska spoznaja, prim-

jenjiva u razlicitim okolnostima. Upravo su ti rezultati bili znak da treba mijenjati pristup

poucavanja tog dijela gradiva, buduci da je vidljivo da do sada koristeni pristupi rezulti-

raju zadrzavanjem jednakih pretkoncepcija. Pokazalo se da ovo gradivo nije dovoljno samo

prezentirati na prikladan nacin, jer ucenici rezultate pokusa interpretiraju u skladu sa svojim

pretkoncepcijama, cesto ne vjerujuci i ne prihvacajuci odmah iznesene cinjenice (npr. struja

je jednaka u cijelom strujnom krugu).

Kod ucenja i poucavanja ispravnih modela, ucenicima je potrebno skrenuti pozornost i

omoguciti uvid u razlike izmedu njihovih modela i prihvatljivog, znanstvenog modela, sto

naglasavaju i strategije koje su se razvile kao posljedica istrazivanja, analiziranja i prihvacanja

24

ucenickih pretkoncepcija. Treba analizirati modele i usporediti ih, primijeniti ih u danim okol-

nostima, te vidjeti koliko su uspjesni za predvidanje i tumacenje pojava. Takva aktivnost u

procesu ucenja pomoci ce ucenicima da razlikuju pogresno od ispravnog, da provjere svoje

pretpostavke i da se uvjere u njihovu ispravnost, te im omoguciti prihvacanje alternativnih

ideja.

Buduci da je adekvatno razumijevanje strujnih krugova tesko, kod ucenja se treba usre-

dotociti na primjenu struje u kucanstvima ili ocuvanje elektricne energije. Moguca je i

primjena analogija prilikom tumacenja nacina na koji funkcioniraju strujni krugovi. Razlika

strategija koje se koriste prilikom ucenja i poucavanja je u tome na sto stavljaju naglasak i

koja im je svrha.

25

5 Konceptualni test iz jednostavnihstrujnih krugova

5.1 Konstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih

strujnih krugova

Konstrukcija konceptualnog testa je dugotrajan proces, koji prije generalizacije zahtijeva

opsezno istrazivanje, sto znaci da nije dovoljno interpretirati rezultate samo na osnovi prvog

dobivenog odgovora ili ako se koristi samo jedan kontekst prilikom postavljanja pitanja, da

bi se u potpunosti ispitalo razumijevanje nekog pojma.

Zanimljivo i korisno istrazivanje o razumijevanju jednostavnih strujnih krugova proveli

su poznati znanstvenici iz podrucja fizike sa sveucilista u Sjevernoj Karolini, Paula V. En-

gelhardt i Robert J. Beichner uz pomoc svojih kolega. Kako bi se osiguralo da ni jedan

fundamentalni pojam ne bude izostavljen, istrazivanju je prethodilo opsezno pregledavanje

udzbenika i prirucnika za osnovne i srednje skole.

Prije same izrade testa, znanstvenici su razgovarali s ispitanicima, postavljajuci im ci-

ljana pitanja, ponekad nudeci i niz odgovora izmedu kojih su se ispitanici mogli odluciti za

tocan odgovor. Osim sto su odgovarali na pitanja, ucenici su iznosili i argumente za odabrani

odgovor, te su mogli izradivati skice i racunati na papiru ukoliko im je to pomoglo da se

usmeno izraze. Razgovori izmedu znanstvenika i ucenika, obiljezeni visokim stupnjem in-

teraktivnosti, omogucili su znanstvenicima da dobiju bolji uvid u njihove pristupe prilikom

odabira odgovora i da detaljno ispitaju prirodu odredene poteskoce. Razgovori su trajali

izmedu 30 i 40 minuta, snimani su i kasnije transkribirani. Vise znanstvenika preslusalo je

odgovore ucenika kako bi se izmjerila podudarnost u interpretaciji njihovih odgovora, te pri-

padnih skica i racuna.

Razgovor, koji je bio podijeljen na pet dijelova, odnosio se na ispitivanje:

• razumiju li ucenici postavljena pitanja i sto se od njih trazi

• razumiju li simbole koji ce se koristiti na testu

• razumijevanje definicija pojmova koje ce primjenjivati

• odabira tocnog odgovora na osnovu razumijevanja situacije

26

• postotka sigurnosti u odabrani odgovor

Izmedu ostalog, bilo je vazno dobiti uvid u interpretaciju pitanja od strane ispitanika,

buduci da su nepreciznost jezika, kojeg koriste ispitanici, i nedefinirani pojmovi cesto uzrok

nesporazuma. Tako je otkriveno da velik broj ispitanika mjerne instrumente (ampermetar i

voltmetar) ne tretira kao elemente strujnih krugova, ne prepoznaju njihovu ulogu i nije im

jasno na koji nacin trebaju biti povezani u strujnom krugu i iz tog razloga u ovom testu nisu

koristeni mjerni instrumenti. Ucenicima je tesko prihvatiti cinjenicu da dobar ampermetar

ima zanemariv utjecaj na struju u strujnom krugu, te da dopusta struji da protjece kroz

njega i da se tako mjeri jakost struje. Da su ukljucena pitanja koja bi zahtijevala pozna-

vanje funkcioniranja i nacina povezivanja mjernih instrumenata u strujnim krugovima, to

bi otezalo utvrdivanje njihova shvacanja strujnih krugova i pojmova koje koriste prilikom

interpretacije pojava u njima. U takvim bi uvjetima teze bilo eksplicitno odrediti ne mogu li

ispitanici ispravno interpretirati pojavu zbog nerazumijevanja pojmova, npr. struje, napona,

ili zato sto ne razumiju ulogu mjernog instrumenta.

Na temelju provedenog istrazivanja i dobivenih informacija, konstruiran je konceptu-

alni test iz jednostavnih strujnih krugova, DIRECT (Determining and Interpreting Resistive

Elektric Circuits Concepts Test / Test iz konceptualnog razumijevanja jednostavnih strujnih

krugova, nalazi se u Dodatku!). Test se sastoji od 29 pitanja koja pokrivaju podrucje jedno-

stavnih strujnih krugova, kojima se moze ispitati razumijevanje temeljnih kvalitativnih kon-

cepata koji se javljaju pri interpretaciji pojava u strujnim krugovima. Pitanja su visestrukog

izbora, a ponudena su 3, 4 ili 5 odgovora od kojih je samo jedan tocan. Ponudeni odgovori

predstavljaju najzastupljenije pretkoncepcije vezane uz odgovarajuci koncept. Naglasak je

stavljen na kvalitativne zadatke, jer vise doprinose primjeni, pa i otkrivanju konceptualnog

razumijevanja.

Testom se preispituju sljedeci temeljni fizikalni koncepti vezani uz razmatranje jednos-

tavnih strujnih krugova:

1. Fizikalni aspekt jednostavnih strujnih krugova

a) identifikacija i objasnjenje jednostavnog strujnog kruga (10, 19, 27)

b) razumijevanje spajanja i funkcioniranja elemenata strujnog kruga (9, 18, 27)

c) razumijevanje potrebe ostvarenja potpunog strujnog kruga za protjecanje struje

(27)

d) primjena pojma otpora kod interpretacije strujnih krugova i razumijevanje otpora

kao pripadnog svojstva odredenog elementa (5, 14, 23)

e) interpretacija slika i shematskih dijagrama strujnih krugova sa serijskim, paralel-

nim i kombiniranim spojevima (4, 13, 22)

27

2. Koncept energije

a) primjena koncepta snage kao obavljenog rada, odnosno pretvorene energije po

jedinici vremena u strujnim krugovima (2, 12)

b) primjena konceptualnog razumijevanja ocuvanja energije, ukljucujuci Kirchhof-

fova pravila i bateriju kao izvor energije (3, 21)

3. Koncept struje

a) razumijevanje i primjena pojma struje, te njezino ocuvanje u razlicitim strujnim

krugovima (8, 17, 26)

b) razumijevanje mikroskopskog aspekta protjecanja struje u strujnim krugovima,

koristenjem pojmova: elektricno polje, razlika potencijala (napon) i elektricna

sila (1, 11, 20)

4. Koncept napona

a) primjena znanja da na jakost struje u strujnom krugu utjece napon (konstantna

razlika potencijala) baterije i ukupan otpor unutar strujnog kruga (7, 16, 25)

b) primjena pojma napona, ukljucujuci razumijevanje da je ukupan napon svih el-

emenata strujnog kruga spojenih u seriju, jednak zbroju napona pojedinacnih

elemenata, dok je napon u svakoj grani paralelnog spoja jednak (6, 15, 24, 26, 28,

29)

Primjena konceptualnog testa na odredenom broju ispitanika korisna je u odredivanju ucesta-

losti pogresnih shvacanja kod razlicitih populacija na kojima se test primjenjuje. Tako je ovaj

test proveden u SAD-u na uzorku od 1135 ispitanika, od kojih su 454 ucenici srednjih skola,

a 681 ucenici visokih skola, usmjerenih na dodatno obrazovanje iz fizike.

U istocnoj Hrvatskoj DIRECT test je proveden u nekoliko srednjih skola na uzorku od

230 ucenika. Sudjelovalo je 50 ucenika Tehnicke skole Rudera Boskovica iz Vinkovaca, 68

ucenika iz Srednje skole Valpovo, od kojih 54 idu u opcu gimnaziju, a 14 ih se obrazuje za

elektrotehnicare, te 112 ucenika iz III. prirodoslovno-matematicke gimnazije iz Osijeka.

5.2 Obrada i analiza rezultata

Analizirajuci rezultate testiranih ucenika, dobivamo uvid u zadatke koji su bili rijeseni s

najvecim i najmanjim uspjehom. Na Slici 11, poredani su zadaci od prvog do posljednjeg i

evidentiran je postotak rijesenosti svakog zadatka.

28

POSTOTAK TOČNIH ODGOVORA PO ZADACIMA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

redni broj zadatka

%to

čnih

od

go

vo

ra

rederrrre

Slika 11. Prikaz postotka tocnih odgovora po zadatku u DIRECT testu

Ako zadatke poredamo po uspjesnosti rjesavanja, dolazimo do poretka prikazanog na Slici

12. iz koje je vidljivo da je ucenicima najtezi zadatak bio 12, na kojem je ostvareno naj-

manje tocnih odgovora (10%), zatim slijedi zadatak 20 sa 14% tocnih odgovora, pa zadatak

24 (17%), zadatak 28 (19%) i zadatak 17 sa 20% tocnih odgovora.

ZADACI POREDANI PO TEŽINI

0

10

20

30

40

50

60

70

80

12 20 24 28 17 11 29 1 23 22 4 10 21 6 14 26 19 2 18 15 16 3 5 7 27 25 8 9 13

redni broj zadatka

%to

čnih

od

go

vora

Slika 12. Prikaz zadataka poredanih po tezini

U sljedecih nekoliko zadataka koje cemo detaljnije analizirati, a koji ukazuju na postojanje

odredenih pretkoncepcija, masno su otisnuta slova ispred tocnih odgovora.

29

• Zadatak 12

Razmotrite snagu koju dobije svaki od otpornika u prikazanim strujnim krugovima. U kojem

je strujnom krugu/krugovima dobivena snaga najmanja?

(A) U strujnom krugu 1

(B) U strujnom krugu 2

(C) U strujnom krugu 3

(D) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 2

(E) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 3

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d e

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati

Slika 13. Prikaz rezultata 12. zadatka

U ovom zadatku najveci broj ispitanika odabrao je odgovor A, njih 30%, iz cega mozemo

zakljuciti da ucenici ne razlikuju serijski i paralelno spojene izvore, tj. njihove uloge u stru-

jnom krugu, nego smatraju da je jedino bitan broj izvora u strujnom krugu, a ne nacin na

koji su oni povezani. Navedena pretkoncepcija podjednako je zastupljena u svakom od tri

obrazovna programa. Ispitanici iz SAD-a na ovo pitanje odgovorili su sa 19% tocnih odgo-

vora, za razliku od nasih ispitanika, od kojih je 10% tocno odgovorilo.

• Zadatak 20

Je li iznos elektricnog polja u volframovoj niti zarulje jednak nuli ili je razlicit od nule?

30

(A) Jednak je nuli, jer je nit zarulje vodic.

(B) Jednak je nuli, jer struja tece.

(C) Razlicit je od nule, jer je strujni krugzatvoren i struja protjece.

(D) Razlicit je od nule, jer na povrsini niti zaruljeima naboja.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


Ovim se pitanjem zeljelo ispitati sto uzrokuje struju u zarnoj niti zarulje. Vise od polovice

(55%) ispitanika odabralo je odgovor C, smatrajuci da struja uzrokuje elektricno polje u

zarnoj niti. Ista pretkoncepcija detektirana je kod ispitanika iz SAD-a, kod kojih je odgovor

C bio zastupljen sa 63%. Nasi su pak ucenici na ovo pitanje prosjecno dali 14% tocnih odgo-

vora, a ispitanici iz SAD-a 15%.

• Zadatak 24

Udvostrucimo li struju koja protjece kroz bateriju, hoce li se napon u bateriji udvostruciti?

(A) Da, jer Ohmov zakon kaze U = IR.

(B) Da, jer povecavajuci otpor povecavamo i napon.

(C) Ne, jer ako udvostrucimo struju, smanjujemo napon za polovicu.

(D) Ne, jer je napon svojstvo baterije.

(E) Ne, jer je napon svojstvo svih elemenata u strujnom krugu.

31

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d e

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


U ovom zadatku je 47% ispitanika odabralo odgovor A, potvrdujuci tako nerazumijevanje

pojma napona. Drugim rijecima, ocito je da ne shvacaju da je baterija uredaj (izvor) koji je

karakteriziran konstantnom razlikom potencijala izmedu svojih polova, bez obzira na nacin

na koji je ona spojena s ostalim elementima strujnog kruga. Slicna je situacija i kod ispitanika

iz SAD-a, od kojih je, takoder, njih 47% odabralo odgovor A, a tocno je odgovorilo njih 25%.

Od nasih ucenika, na ovo pitanje tocno je odgovorilo 17% njih, s tim da su ucenici elektro

smjera, postigli znatno bolji rezultat (38%) u odnosu na ucenike iz opce (12%) odnosno

matematicke gimnazije (4%).

• Zadatak 28

Koliki je napon izmedu tocaka A i B?

(A) 0 V

(B) 3 V

(C) 6 V

(D) 12 V

32

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


Vise od dvije trecine (69%) ucenika nasih skola odabralo je odgovor A, potvrdujuci tako jednu

od najzastupljenijih pretkoncepcija po kojoj se naponu pripisuju svojstva struje. Pritom je

kod testiranih ucenika matematicke gimnazije navedena pretkoncepcija najvise zastupljena,

s 81%, u odnosu na ucenike elektro smjera (75%) i opce gimnazije (59%). Tocnih odgovora je

tek 19%, sto je u dobrom slaganju s rezultatima americkog ispitivanja, gdje je 21% ispitanika

tocno odgovorilo na ovo pitanje, a 56% njih je odabralo odgovor A, sto znaci da je i kod

americkih ucenika i studenata snazno prisutna navedena pretkoncepcija.

• Zadatak 17

Poredajte struje koje prolaze tockama 1, 2, 3, 4, 5 i 6 od najjace prema najslabijoj.

(A) 5, 1, 3, 2, 4, 6

(B) 5, 3, 1, 4, 2, 6

(C) 5 = 6, 3 = 4, 1 = 2

(D) 5 = 6, 1 = 2 = 3 = 4

(E) 1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 6

33

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d e

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


U ovom zadatku 38% testiranih ucenika je odabralo odgovor C, potvrdujuci tako nerazumi-

jevanje pojma struje kao i nesposobnost njegove primjene, za razliku od ispitanika iz SAD-a

od kojih je samo 13% njih odabralo taj odgovor, a 44% ih je tocno odgovorilo, iz cega je

jasno da kod njih ta pretkoncepcija nije zastupljena u tolikoj mjeri kao kod nasih ispitanika.

• Zadatak 11

Zasto se svjetla u vasim kucama upale gotovo trenutno?

(A) Naboji se vec nalaze u zici. Kada se strujni krug zatvori, dolazi do brze preraspodjele

povrsinskog naboja u strujnom krugu.

(B) Naboji pohranjuju energiju. Kad se strujni krug zatvori, energija se oslobada.

(C) Naboji u zici gibaju se vrlo velikom brzinom.

(D) Strujni krugovi u kuci spojeni su paralelno. Zbog toga, struja vec tece.

34

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


Jednak broj ucenika odabrao je odgovor C i D (28%), sto pokazuje da ne razumiju mikroskop-

ski aspekt protjecanja struje u strujnim krugovima. Slicna je situacija i kod ispitanika iz

SAD-a, od kojih je 21% njih odabralo odgovor C, a 36% odgovor D, sto znaci da je navedena

pretkoncepcija podjednako zastupljena i kod njih.

• Zadatak 29

Kako ce svijetliti zarulje A i B kad se prekidac zatvori?

(A) Zarulja A ce svijetliti isto kao i prije, a zarulja B ce svijetliti slabije.

(B) Zarulja A ce svijetliti jace, a zarulja B slabije.

(C) Zarulje A i B ce svijetliti jace.

(D) Zarulje A i B ce svijetliti slabije.

(E) Zarulje A i B ce svijetliti jednako kao i prije.

35

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d e

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


U ovom zadatku najzastupljeniji su odgovori A (31%) i E (25%). Odabirom odgovora A

ocituje se primjena sekvencijalnog modela, a odabir odgovora E moze se objasniti kao nera-

zlikovanje uvjeta pod kojim su grane paralelnog spoja neovisne jedna o drugoj i zanemari-

vanje nacina na koji su trosila spojena prilikom odredivanja ukupnog otpora. Navedene

pretkoncepcije vidljive su i kod ispitanika iz SAD-a.

Grafikon na Slici 12. pokazuje da je zadatak 3 puno vise rangiran od zadatka 12, iz

cega je ocito da je zadatak 3 bio ucenicima puno laksi za rjesavanje. U oba zadatka nalaze

se tri strujna kruga s jednakim izvorima, i po broju i po vrsti spoja, ali su u zadatku 3,

umjesto otpornika, u svakom strujnom krugu po dvije zarulje, koje su jednako smjestene

kao i otpornici u zadatku 12. Zadatak je bio odabrati krug/krugove koji primaju najvise

energije u jedinici vremena. Taj zadatak je rijesen s 51% tocnih odgovora, sto je oko pet

puta uspjesnije od zadatka 12. Ucenici su kod odredivanja energije koju primaju trosila u

strujnom krugu, osim broja izvora, koji predstavljaju izvor energije, uzeli u obzir i nacin na

koji su ti izvori spojeni, dok to nisu primijenili kod odredivanja snage u zadatku 12, vec su se

samo fokusirali na broj izvora u strujnom krugu. Taj rezultat ukazuje na poteskoce primjene

pojma snage u strujnim krugovima, pa i na njezino razumijevanje.

Najuspjesnije su rijeseni zadatak 13 sa 76% i zadatak 9 sa 69% uspjesnosti.

• Zadatak 13

Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan na slici?

36

(A) A

(B) B

(C) C

(D) D

(E) Nijedan od prikazanih.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d e

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


Veliki postotak odabira tocnog odgovora, koji iznosi 76%, pokazuje da testirani ucenici

bez poteskoca mogu stvarne strujne krugove predociti shematskim dijagramima. Odgovori

C, D i E odabrani su u podjednakom postotku, a odgovor B odabralo je 13% ispitanika,

sto nam pokazuje da ipak kod odredenog broja ucenika postoji poteskoca u interpretaciji, a

ta se poteskoca odnosi na nerazlikovanje prikaza serijski i paralelno spojenih trosila. I kod

ispitanika iz SAD-a, njih 89% je odabralo odgovor A, dok su ostali odgovori podjednako

zastupljeni, iz cega je vidljivo da i njihovi ispitanici bez problema interpretiraju slike she-

matskim dijagramima strujnih krugova sa serijskim, paralelnim i kombiniranim spojevima i

tu nije uocena nikakva sustavna alternativna ideja.

37

• Zadatak 9

U kojem ce strujnom krugu/krugovima zarulja svijetliti?

(A) A

(B) C

(C) D

(D) A i C

(E) B i D

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

a b c d e

MG

OG

STŠ - elektro

Skupni rezultati


Na ovo pitanje tocno je odgovorilo 69% ispitanika, a to nam pokazuje da velik broj ucenika

razumije spajanje (dvije terminalne tocke) i funkcioniranje elemenata strujnog kruga. Ostali

odgovori odabrani su u podjednakom postotku, sto nam govori da su ti ucenici slucajno

izabirali alternativne odgovore pa se ovim zadatkom moze direktno pokazati da postoji

razumijevanje strukture jednostavnih strujnih krugova. Slicna situacija je i kod ispitanika iz

SAD-a, od kojih je 79% njih tocno odgovorilo, sto takoder potvrduje razumijevanje spajanja

i funkcioniranja elemenata strujnog kruga.

Na temelju ovog testiranja mozemo zakljuciti da kod ucenika postoje poteskoce kod interpre-

tiranja pojma napona, te da pokazuju primjenu pogresnih modela kod interpretiranja pojava

u strujnom krugu, npr. sekvencijalnog, nerazumijevanje mikroskopskog aspekta protjecanja

struje i nerazlikovanje posljedica serijski i paralelno spojenih izvora napona.

38

5.3 Usporedba rezultata testiranja

Testirani uzorak od ukupno 230 ispitanika sastojao se od ucenika koji su imali razlicito

iskustvo obrazovanja u ovom podrucju s obzirom na program ucenja.

Potrebno je napomenuti da je za vjerodostojnije rezultate uvijek bolji veci uzorak ispi-

tanika, a kod usporedivanja ispitanih razlicitih skupina, laksa obrada podataka i preglednost

dobiva se ukoliko skupine sadrze jednak broj clanova.

Promotrimo kako su te razlike izmedu pojedinih skupina utjecale na rezultate testiranja.

• Razlike na osnovi obrazovnog programa

U testiranju su sudjelovali ucenici drugih i trecih razreda Tehnicke skole Rudera

Boskovica iz Vinkovaca – elektro smjer (50), drugi razredi Srednje Skole Valpovo - opca

gimnazija (54) i elektro smjer (14), te drugi razredi matematicke gimnazije iz Osijeka (112).

Elektro smjer tehnicke skole odabran je za testiranje iz razloga sto im je kroz razne labora-

torijske vjezbe i praktican dio obrazovnog programa omogucena primjena, pa samim time

i iskustvo s jednostavnim strujnim krugovima koji se ispituju ovim testom. U odnosu na

njih, gimnazijski program uglavnom obiluje teorijskim dijelom, koji je popracen s nekoliko

demonstracijskih pokusa.

Obradom rezultata koje su ostvarili ucenici pojedinih skola u provedenom testiranju, do-

bivamo grafikon na Slici 23. koji nam vizualno predocava dobivene rezultate. Na apscisi

su prikazani postotni razredi, a na ordinati broj ucenika koji se nalaze unutar odredenog

postotnog razreda.

Opće gimnazije

0

5

10

15

20

25

30

0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 50 50 - 60 60 - 70 70 - 80 80 - 90 90 - 100

Postotni razredi

Fre

kven

cija

35,2 ± 4,4%

Slika 23.a) Distribucija uspjesnosti rjesavanja DIRECT testa kod ucenika opce gimnazije.

39

Matematičke gimnazije

0

5

10

15

20

25

30

35

0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 50 50 - 60 60 - 70 70 - 80 80 - 90 90 - 100

Postotni razredi

Fre

kvenc

ija

36,3 ± 4,1%

Slika 23.b) Distribucija uspjesnosti rjesavanja DIRECT testa kod ucenika matematicke

gimnazije.

Strukovne elektro škole

0

5

10

15

20

25

0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 50 50 - 60 60 - 70 70 - 80 80 - 90 90 - 100

Postotni razredi

Fre

kvenc

ija

46,6 ± 4,5%

Slika 23.c) Distribucija uspjesnosti rjesavanja DIRECT testa kod ucenika strukovnih skola

– elektro smjera.

40

Svi testirani učenici

0

10

20

30

40

50

60

70

0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 50 50 - 60 60 - 70 70 - 80 80 - 90 90 - 100

Postotni razredi

Fre

kvenc

ija

39,2 ± 6,9%

Slika 23.d) Distribucija uspjesnosti rjesavanja DIRECT testa za sve testirane ucenike

neovisno o nastavnom programu fizike.

Najuspjesnije rezultate ostvarili su ucenici elektro smjera strukovne skole, koji su u

prosjeku tocno rijesili malo manje od polovine cijelog testa (46, 6 ± 4, 5%). Osim najboljih

rezultata koje su ostvarili na testu (76% rijesen test), pokazalo se da najveci broj testiranih

ucenika pripada postotnom razredu od 40% do 50% uspjesnosti, sto je bolje u odnosu na

preostale dvije skupine koje najvise ostvarenih rezultata biljeze u istom postotnom razredu

(30 − 40%), a i u prosjeku su slabije rijesile test: 36, 3 ± 4, 1% (matematicka gimnazija)

odnosno 35, 2 ± 4, 4% (opca gimnazija).

Ako promotrimo grafikon na Slici 24., mozemo uociti da su ucenici imali najmanje uspjeha

na zadacima 12 (odnosi se na primjenu koncepta snage), 20 (razumijevanje mikroskopskog

aspekta protjecanja struje) i 24 (primjena pojma napona). Na 12. pitanje tocno je odgovorilo

12% ucenika matematicke gimnazije, 7% ucenika opce gimnazije i 11% ucenika strukovne

elektro skole. Na 20. i 24. zadatku najslabiji rezultat ostvaruju ponovno ucenici opce gi-

mnazije, pa slijede ucenici matematicke gimnazije i strukovne elektro skole. To nam pokazuje

da su ucenici strukovne elektro skole pokazali bolje razumijevanje mikroskopskog aspekta

protjecanja struje i primjene koncepta napona.

41

Usporedba postotka točnih odgovora ostvarenih na testu

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

redni broj zadatka

%to

čn

iho

dg

ovo

ra

MG

OG

STŠ - elektro

Slika 24. Postotci tocnih odgovora po zadacima za sva tri nastavna programa fizike.

Ucenici matematicke i opce gimnazije najbolje rezultate ostvarili su na zadatku 13,

sto pokazuje da nemaju problema kod transformacije realnih strujnih krugova u shematske

dijagrame. Ucenici strukovnog programa elektro skole najbolje su rijesili zadatak 9, iz cega je

jasno da razumiju spajanje i funkcioniranje elemenata strujnog kruga. Ucenicima strukovne

elektro skole problematicna podrucja su primjena pojma napona s obzirom na nacin spa-

janja elemenata u strujnom krugu (29. zadatak) i primjena koncepta snage (12. zadatak).

Poteskoce su otkrivene i u zadatku 11, koji se odnosi na mikroskopski aspekt struje. Putem

tog zadatka uvidamo da ucenici u nedostatku razumijevanja primjenjuju najjednostavnije

modele. Na pitanje zasto se svijetla u kucanstvima upale gotovo odmah, najcesce odabiru

ponudeni odgovor – Naboji u zici gibaju se vrlo velikom brzinom. Navedeni zadaci rijeseni su

sa manje od 15%.

Ucenici matematicke gimnazije najslabije su rijesili 12. i 24. zadatak, sto znaci da takoder

imaju poteskoce sa primjenom koncepta snage, a osim toga ne razumiju ni pojam napona.

I ucenicima opce gimnazije problematicna podrucja su primjena koncepta snage (12. zadatak)

i razumijevanje ocuvanja struje i mikroskopskog aspekta struje (20. zadatak). Osim toga, kao

i ucenici matematicke gimnazije, ne razumiju pojam napona, sto je vidljivo iz toga sto su s

malim postotkom tocnosti rijesili 24. zadatak.

5.4 Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj

i SAD-u

Znanstvenici koji su konstruirali ovaj konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova,

proveli su testiranje ucenika i studenata u srednjim skolama i fakultetima mnogih drzava

SAD-a. Rezultati dobivenih istrazivanja pokazuju da i studenti i ucenici nakon vise godina

ucenja fizike pokazuju slabo razumijevanje u istom podrucju, sto nam sugerira na trajnost i

42

otpornost pretkoncepcija koje se javljaju. Nasi rezultati potvrduju isto i na ovim prostorima.

Od poteskoca koje su zabiljezene najzastupljenija je primjena koncepta snage (zadatak 12)

i interpretacija baterije kao konstantnog izvora napona (zadatak 24). Rezultati dobiveni u

SAD-u pokazuju na veliku zastupljenost potrosackog modela, po kojem je struja apsolutno

primarna velicina, pomocu koje oni nastoje objasniti sve pojave u strujnom krugu. Napon

je vrlo nejasan pojam, i uglavnom postoji teznja da ga se poistovjeti sa strujom. Struja je

shvacena kao neka vrsta goriva, koje se nalazi u bateriji, te koje iz nje prelazi u zice, dolazi

do trosila, gdje se dio potrosi, a dio vraca natrag u bateriju. Samo ono sto je “prije” trosila

moze utjecati na njega, a dva trosila uvijek trose vise nego jedno.

43

Zakljucak

Ovaj diplomski rad opisuje provedeno istrazivanje konceptualnog razumijevanja jedno-

stavnih strujnih krugova testiranjem ucenika srednjih skola u sva tri obrazovna programa

fizike DIRECT testom.

Iako su rezultati ovog istrazivanja dobiveni i analizirani na relativno malom uzorku,

pa bi se buduca istrazivanja mogla i trebala prosiriti na reprezentativniji uzorak (npr. svi

ucenici drugih razreda u istocnoj Hrvatskoj), samo istrazivanje ukazalo je na postojanje

brojnih pretkoncepcija o temeljnim pojmovima iz elektriciteta prilikom njihove primjene u

jednostavnim strujnim krugovima. To jasno upucuje na vaznost ovakvog testiranja ucenika

i ukazuje na probleme koje ucenici imaju pri razvijanju osobnog nacina razmisljanja, a koje

bi trebalo biti u skladu sa znanstvenim.

Fizika je ucenicima uglavnom dosadan, nezanimljiv, nerazumljiv i frustrirajuci skolski

predmet, a i podrucje elektriciteta nije u fokusu njihovih interesa. Kako bi razumjeli elek-

tricne strujne krugove i mogli interpretirati pojave koje se u njima dogadaju, te ih primijeniti

u stvarnom zivotu, ucenici moraju razumjeti i osnovne koncepte kao sto su struja, napon,

otpor, elektricna energija, snaga. Ucenicima su ti pojmovi apstraktni i tesko razumljivi.

Stoga je zadatak nastavnika omoguciti im laksu i kvalitetniju spoznaju putem strujnih kru-

gova, uocavanjem i analiziranjem nastalih promjena, razgovorom, iznosenjem i provjerom

hipoteza, koristenjem analogija iz stvarnog zivota koja ce rezultirati time da se kod ucenika

stvara iskustvo koje ce kroz daljnji rad omoguciti kvalitetnu konstrukciju, spoznaju i razu-

mijevanje.

Uspjesna nastava fizike jedan je od najvecih izazova pred suvremenim obrazovanjem u svi-

jetu. Uvodenjem interaktivne nastave fizike, zajedno sa prepoznavanjem ucenickih pretkon-

cepcija, omogucujemo ucenicima laksu i kvalitetniju spoznaju. Zahtjevi za unaprjedenjem

nastave fizike mozda nisu jednostavni, ali su definitivno investicija u buducnost koja ce se

visestruko isplatiti.

44

Literatura

[1] P. Engelhardt, R. J. Beichner, Students’ understanding of direct current resistive elec-

trical circuits, American Journal of Physics, 72(1), 2004, 98-114

[2] http://nastava.hfd.hr/simpozij/2001/2001 - Planinic, Krsnik, Pecina.pdf

[3] http://www.carnet.hr/referalni/obrazovni/mkod/metodika

[4] http://physics.ohio-state.edu/ jossem/ICPE/C2.html

[5] http://physics.ohio-state.edu/ jossem/ICPE/E4.html

[6] R. Krsnik, Suvremene ideje u metodici nastave fizike, Skolska knjiga, Zagreb, 2008.

[7] L. McDermott, P. Shaffer, Investigation of student understanding, 996-1002

[8] J. Nossbaum, Children’s conception of the Earth as a cosmic body: a cross-age study,

Science Education, 63(1), 1979, 83-94.

[9] D. Psillos, Teaching introductory electricity

[10] P. Shaffer, L. McDermott, Design of instructional strategies, 1992.

45

Sazetak

U diplomskom radu opisane su temeljne ideje konstruktivisticke nastave fizike s pose-

bnim naglaskom na najcesce ucenicke pretkoncepcije vezane uz jednostavne strujne krugove.

Opisan je i konceptualni test, razvijen s ciljem identifikacije najcescih pretkoncepcija koje

ucenici imaju o jednostavnim strujnim krugovima. Prikazana je i metodologija provedenog te-

stiranja ucenika II. razreda u sva tri obrazovna programa fizike (prirodoslovno-matematicki,

opci i strukovni za elektro smjer) u nekoliko skola istocne Hrvatske. Rezultati testa pokazuju

postojanje istih pretkoncepcija kod ucenika u sva tri obrazovna programa fizike, a najza-

stupljenije su one vezane uz nerazumijevanje koncepta snage, mikroskopskog apekta pro-

tjecanja struje u strujnim krugovima, koncepta napona, te sekvencijalnog rezoniranja, po

kojem promjena nastala u nekom dijelu strujnog kruga ne utjece na cijeli strujni krug, vec

samo na elemente koji se nalaze ispred tocke u kojoj se promjena dogodila.

Upravo su ti rezultati znak da treba mijenjati pristup poucavanja tog dijela gradiva,

buduci da je vidljivo da do sada koristeni pristupi rezultiraju zadrzavanjem postojecih

pretkoncepcija.

46

Summary

In this bachelors thesis, the basic ideas of constructivism and its role to physics teaching

strategies are described as well as the most frequent misconceptions associated with simple

electric circuits. Also the conceptual test, developed to identify the existence of these simple

electric circuits misconceptions is described, in detail. The methodology of conducted student

testing in several schools in eastern Croatia through all three physics programs in secondary

schools (science, grammar and vocational) is shown. The obtained results have shown the

existence of the same students misconceptions regardless of school programs they attend,

and the most common are those associated with misunderstanding of concept of power,

microscopic aspect of the flow of electricity in the electric circuits, the concept of voltage

and sequential reasoning, where change occurred in one part of electric circuit does not affect

the entire electric circuit, but only the elements which are located in front of the point where

the change occurred.

These results are just a sign that teaching approach related to simple electric circuits

should be changed, since it is evident that the teaching strategies and approaches used so

far do not lead to conceptual change of existing misconceptions.

47

Zivotopis

Rodena sam 23. studenog 1985. u Brckom, u Bosni i Hercegovini. Od 1992. pohadam

Osnovnu skolu “Antun i Stjepan Radic” u Gunji. U razdoblju od 2000. do 2004. godine

pohadam Opcu gimnaziju u Zupanji. Nakon zavrsetka srednje skole upisana sam na Sveuciliste

Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Odjel za matematiku, smjer Matematika-fizika.

48

Prilog

KONCEPTUALNI TEST IZ JEDNOSTAVNIH STRUJNIH KRUGOVA

DIRECT 1.0 (Determining and Interpreting Resistive Electric Circuit Concepts Test)

1. Pretvaraju li se naboji iz zarulje u svjetlost

(A) Da. Na naboje koji se gibaju kroz zarnu nit djeluje sila trenja koja zagrijava zarnu

nit i tako nastaje svjetlost.

(B) Da. Naboji se emitiraju u obliku svjetlosti.

(C) Ne, naboj je ocuvan. On samo prelazi u druge oblike poput topline i svjetlosti.

(D) Ne, naboj je ocuvan. Na naboje koji se gibaju kroz zarnu nit djeluje sila trenja

koja ju zagrijava i nastaje svjetlost.

2. Sto ce se dogoditi sa snagom predanom otporniku A, spojenom u strujni

krug 1, ako se u strujni krug 2 doda otpornik B?

(A) Povecat ce se.

(B) Smanjit ce se.

(C) Nece se promijeniti.

3. Promotrite prikazane strujne krugove. Koji strujni krug/krugovi primaju

najvise energije u sekundi?

(A) Strujni krug 1

(B) Strujni krug 2

(C) Strujni krug 3

(D) Strujni krug 1 = Strujni krug 2

(E) Strujni krug 2 = Strujni krug 3

49

4. Promotrite sljedece strujne krugove.

Koji strujni krug/krugovi se sastoji/sastoje od dviju zarulja spojenih par-

alelno s baterijom?

(A) A

(B) B

(C) C

(D) A i C

(E) A, C i D

5. Grana je dio strujnog kruga. Usporedite otpor grane 1 s otporom grane 2.

Koja grana ima manji otpor?

(A) Grana 1

(B) Grana 2

(C) Nijedna. Otpor je isti.

6. Poredajte napone izmedu tocaka 1 i 2 (U12), 3 i 4 (U34) i 4 i 5 (U45) u

prikazanom strujnom krugu od najveceg prema najmanjem.

(A) U12; U34; U45

(B) U12; U45; U34

(C) U34; U45; U12

(D) U34 = U45; U12

(E) U12; U34 = U45

7. Usporedite sjaj zarulje u strujnom krugu 1 sa sjajem zarulje u strujnom

krugu 2. Koja zarulja svijetli jacim intenzitetom?

(A) Zarulja u strujnom krugu 1.

(B) Zarulja u strujnom krugu 2.

(C) Nijedna, obje svijetle jednako.

50

8. Usporedite struju koja prolazi kroz tocku 1 sa strujom koja prolazi kroz

tocku 2 u prikazanom strujnom krugu. Kroz koju tocku prolazi jaca struja?

(A) Kroz tocku 1.

(B) Kroz tocku 2.

(C) Struja je jednaka u obje tocke.

9. U kojem ce strujnom krugu/krugovima zarulja svijetliti?

(A) A

(B) C

(C) D

(D) A i C

(E) B i D

10. Usporedite sjaj zarulja A i B u strujnom krugu 1 sa sjajem zarulje C u

strujnom krugu 2. Koja zarulja/zarulje najjace svijetli/svijetle?

(A) A

(B) B

(C) C

(D) A = B

(E) A = C

11. Zasto se svjetla u vasim kucama upale gotovo trenutno?

(A) Naboji se vec nalaze u zici. Kada se strujni krug zatvori, dolazi do brze preraspod-

jele povrsinskog naboja u strujnom krugu.

(B) Energija je pohranjena u nabojima. Kad se strujni krug zatvori, energija se

oslobada.

(C) Naboji u zici gibaju se vrlo velikom brzinom.

(D) Strujni krugovi u kuci spojeni su paralelno. Zbog toga, struja vec tece.

51

12. Razmotrite snagu koju dobije svaki od otpornika u prikazanim strujnim kru-

govima. U kojem je strujnom krugu/krugovima dobivena snaga najmanja?

(A) U strujnom krugu 1

(B) U strujnom krugu 2

(C) U strujnom krugu 3

(D) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 2

(E) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 3

13. Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan

na slici?

(A) A

(B) B

(C) C

(D) D

(E) Nijedan od prikazanih.

14. Kako se otpor medu krajnjim tockama mijenja kada se prekidac zatvori?

(A) Povecava se.

(B) Smanjuje se.

(C) Ostaje isti.

52

15. Kako ce se promijeniti napon izmedu tocaka 1 i 2 ako uklonimo zarulju A?

(A) Povecat ce se.

(B) Smanjit ce se.

(C) Ostat ce isti.

16. Usporedite sjaj zarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem zarulje A u stru-

jnom krugu 2. Koja zarulja svijetli manjim intenzitetom?

(A) Zarulja A u strujnom krugu 1.

(B) Zarulja A u strujnom krugu 2.

(C) Obje svijetle jednako.

17. Poredajte struje koje prolaze tockama 1, 2, 3, 4, 5 i 6 od najjace prema

najslabijoj.

(A) 5, 1, 3, 2, 4, 6

(B) 5, 3, 1, 4, 2, 6

(C) 5 = 6, 3 = 4, 1 = 2

(D) 5 = 6, 1 = 2 = 3 = 4

(E) 1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 6

18. U kojem ce strujnom krugu/krugovima zarulja svijetliti?

53

(A) A

(B) B

(C) D

(D) B i D

(E) A i C

19. Sto ce se dogoditi sa sjajem zarulja A i B kad se zicom spoje tocke 1 i 2?

(A) Pojacat ce se.

(B) Smanjit ce se.

(C) Ostat ce isti.

(D) A ce svijetliti jace od B.

(E) Nijedna zarulja nece svijetliti.

20. Je li iznos elektricnog polja u zarnoj niti volframove zarulje jednak nuli ili

je razlicit od nule?

(A) Jednak je nuli, jer je nit zarulje vodic.

(B) Jednak je nuli, jer struja tece.

(C) Razlicit je od nule, jer je strujni krugzatvoren i struja protjece.

(D) Razlicit je od nule, jer na povrsini niti zaruljeima naboja.

21. Usporedite energiju koju svake sekunde prima zarulja u strujnom krugu 1

sa energijom koju svake sekunde primaju zarulje u strujnom krugu 2. Koja

zarulja/zarulje prima najmanje energije u sekundi?

(A) A

(B) B

(C) C

(D) B = C

(E) A = B = C

54

22. Koji stvarni strujni krug/krugovi odgovara prikazanom shematskom dija-

gramu?

(A) B

(B) C

(C) D

(D) A i B

(E) C i D

23. Sto ce se dogoditi s otporom zarulje odmah nakon otvaranja prekidaca?

(A) Otpor ce se povecati.

(B) Otpor ce se smanjiti.

(C) Otpor ce ostati isti.

(D) Otpor ce postati nula.

24. Udvostrucimo li struju koja protjece kroz bateriju, hoce li se napon u ba-

teriji udvostruciti?

(A) Da, jer Ohmov zakon kaze U = IR.

(B) Da, jer povecavajuci otpor povecavamo i napon.

(C) Ne, jer ako udvostrucimo struju, smanjujemo napon za polovicu.

(D) Ne, jer je napon svojstvo baterije.

(E) Ne, jer je napon svojstvo svih elemenata u strujnom krugu.

55

25. Usporedite sjaj zarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem zarulje A u stru-

jnom krugu 2. Koja zarulja svijetli vecim intenzitetom?

(A) Zarulja A u strujnom krugu 1.

(B) Zarulja A u strujnom krugu 2.

(C) Obje svijetle jednako.

26. Kako ce svijetliti zarulje A i B povecamo li otpor C?

(A) Zarulja A ce svijetliti isto kao i prije, azarulja B ce svijetliti slabije.

(B) Zarulja A ce svijetliti slabije, a zarulja B cesvijetliti isto kao i prije.




27. Hoce li sve zarulje svijetliti jednako?

(A) Da, jer su sve one u strujnom krugu spojene na isti nacin.

(B) Ne. Samo ce zarulja B svijetliti. Spojevi zarulja A, C i D nisu ispravni.

(C) Ne. Samo ce zarulja D svijetliti. Jedino je D zatvoreni strujni krug.

(D) Ne. Zarulja C nece svijetliti, ali A, B i D hoce.

56

28. Koliki je napon izmedu tocaka A i B?

(A) 0 V

(B) 3 V

(C) 6 V

(D) 12 V

29. Kako ce svijetliti zarulje A i B kad se prekidac zatvori?

(A) Zarulja A ce svijetliti isto kao i prije, a zarulja B ce svijetliti slabije.

(B) Zarulja A ce svijetliti slabije, a zarulja B ce svijetliti isto kao i prije.




57

katarina zivanovi cmdjumic/uploads/diplomski/Živ06.pdfiza svake znanosti, pa tako i ﬁzike, stoje...

Documents