Optica, Un Capitol de Baza al Fizicii

Evoluția societății contemporane impune școlii, din ce in ce mai mult, să ofere elevilor o mai bună pregătire pentru viața profesională. În acest sens, profesorul de astăzi trebuie să găsească noi metode pentru ca procesul de predare-învățare sa fie unul atractiv și performant.

„Optica”, un capitol de baza al Fizicii, are un rol determinant în dezvoltarea creativității elevilor, în formarea științifică a omului modern. Laboratorul școlar oferă condițiile efectuării de către fiecare elev a unei activități proprii de investigare experimentală. Profesorul are un rol esențial în rezolvarea problemelor întâmpinate de elevi, în realizarea unor lecții captivante, care să solicite întreaga inteligență și forță creatoare a elevilor. Integrarea cunoștințelor de matematică în predare și spectaculozitatea fenomenelor optice reprezintă un atuu în atragerea elevilor spre frumosul tărâm al științei, al inovației.

Cuvinte cheie: optica, elevi, strategii didactice

„Optica” este un capitol complex, cu un înalt grad de abstractizare în prezentarea fenomenelor, care necesită un bagaj bogat de cunoștințe, atât de fizică, dar și de matematică. Raportarea continuă la realitate, la experiența proprie, preocuparea consecventă pentru înțelegerea intuitivă a fenomenelor, a percepției imaginilor sunt câteva căi prin care profesorul poate atinge obiectivele propuse.

Voi prezenta câteva modalități prin care pot fi rezolvate o serie de dificultăți întâmpinate în studiul acestui capitol, asfel încât lecțiile să devină accesibile, clare, interesante, atrăgătoare și utile.

O primă dificultate pe care o întâmpină elevii este legată de abundența de informație și de teoretizarea excesivă a fenomenelor. Pentru a face față noianului de cunoștințe ei încearcă să le memoreze, de cele mai multe ori fără nici o logică. În aceste condiții intervine rolul profesorului. Din partea acestuia se cere un efort deosebit, nu numai în predarea accesibilă a noțiunilor, ci și în sistematizarea lor.

Sistematizarea este o condiție necesară pentru formarea unor cunoștințe profunde și stabile. Ea permite să se folosească mai productiv memoria, ordonând cunoștințele elevilor și servind ca sursă de noi cunoștințe. Realizarea acestei activități în procesul de predare-învățare depinde de capacitatea profesorului în a utiliza diferite metode de sistematizare a cunoștințelor predate. Este necesar ca aceste metode să fie prezentate și elevilor pentru ca ei să le poată aplica în mod independent în procesul de învățare.

Sistematizarea nu se reduce însă la o simplă clasificare. Ea implică, printre altele, stabilirea legăturilor și a raportului cauză-efect dintre faptele studiate. De cele mai multe ori, este bine ca sistematizarea să fie însoțită de o schemă sau un tabel. Un exemplu de astfel de tabel poate fi folosit în studierea lentilelor (figura 1). El permite elevilor să înțeleagă mai bine dependența poziției și a tipului imaginii de distanța dintre obiect și lentilă. Tabelul se completează de către elevi în procesul efectuării experientei în care se urmărește stabilirea poziției și a formei imaginii, în funcție de poziția obiectului față de lentilă. Lucrarea poate fi realizată astfel:

– se propune elevilor să efectueze construcția geometrică a imaginii obiectului pentru distanțele indicate în tabel;

– cu ajutorul construcției elevii stabilesc poziția și forma imaginii obiectului;

– fiecare construcție se verifică experimental;

– la sfârșitul orei profesorul organizează o discuție colectivă privind rezultatele obținute.

O altă problemă pe care am constatat-o este neîndemânarea unora dintre elevi în construirea de imagini, prin oglinzi și lentile. Stabilirea eronată a poziției unei imagini atrage după sine, de cele mai multe ori, imposibilitatea sau dificultăți în rezolvarea unor probleme. Și de data aceasta ne salvează matematica.

Se știe că fizica este indisolubil legată de matematică. Această disciplină oferă fizicii un limbaj optim de exprimare, acționând adesea ca un factor raționalizator al conceptelor și relațiilor, ordonându-le logic. Frumusețea fizicii se dezvăluie pe deplin numai cu ajutorul matematicii. De aceea, pentru a studia fizica, elevii trebuie să stăpânească bine aparatul matematic, să cunoască și să știe să utilizeze metodele matematice care le sunt folositoare la rezolvarea problemelor.

Optica este un capitol al Fizicii în care matematica se folosește din plin – poate chiar cel mai mult. În studiul opticii sunt necesare cunoștințe solide de geometrie, trigonometrie, algebră, analiză matematică. Din această cauză, se impune studierea opticii spre sfârșitul liceului, când elevii au acumulat deja un bagaj bogat de cunoștințe matematice.

Fig.1. Construirea imaginii unui obiect real in lentila convergentă.

Să revenim la problema ridicată anterior, legată de dificultățile întâmpinate de elevi în construirea de imagini. O astfel de operație este bine să fie precedată de o demonstrație matematică – prezentată de asemenea sistematizat. Să exemplificăm în cazul lentilelor. Se reprezintă grafic distanța lentilă-imagine (x2) în funcție de distanța lentilă-obiect (x1), obținându-se figura 2.a. De asemenea, se reprezintă grafic mărirea liniară transversală în funcție de distanța lentilă-obiect (x1) (figura 2.b). Pentru obținerea acestor grafice se folosesc relațiile:

și respectiv

unde f > 0 pentru lentilă convergentă și f < 0 pentru lentilă divergentă ( f este distanța focală a lentilei).

Figura ajută la aflarea rapidă a poziției imaginii, a tipului și a mărimii ei, în raport cu obiectul, pentru o poziție dată a acestuia.

În mod similar se poate proceda și în cazul oglinzilor.

În felul acesta, nu mai există nici un pericol de confuzie în timpul rezolvării problemelor, elevii obișnuindu-se să-și verifice singuri rezultatele, ori de câte ori au nevoie.

Pentru ca dificultățile întâmpinate să fie depășite mai usor, profesorul trebuie să fie permanent preocupat de creșterea motivației interne a elevilor. Pentru aceasta este necesar ca lecțiile să fie bogat ilustrate, nu numai prin folosirea experimentului didactic și prin observarea fenomenelor naturale, ci și prin proiectarea unor filme didactice, prin modelarea lecțiilor pe calculator. Tot în acest scop, manualul ar trebui să conțină mai multe imagini color, mai multe referiri la istoricul unor descoperiri, precum și la aplicațiile moderne ale opticii: holografia, fibre optice, polaroizi.

Reușita lecțiilor depinde și de talentul profesorului de a pune în evidență spectaculozitatea fenomenelor optice. El trebuie să sublinieze permanent frumusețea raționamentelor științifice, să le transmită elevilor bucuria explicării producerii unor fenomene și a găsirii soluțiilor de rezolvare a problemelor. Implicarea afectivă, entuziasmul profesorului în prezentarea fenomenelor optice și îndrumarea elevilor în redescoperirea legilor fizicii pot contribui la stimularea dorinței acestora de a participa conștient la procesul cunoașterii.

Fig.2. Proprietățile imaginii in funcție de poziția obiectului față de lentilă.

Bibliografie

1. A. Popescu, I.Ioniță, A.B. Popescu, M. Ioniță – „Fizică – manual pentru clasa a IX-a”, Ed. Petrion, București, 2004

2. I. Iova – „Elemente de optică aplicată”, Ed. Științifică și Enciclopedică, București, 1977

3. I. Iova (coordonator) – „Optică, fizica plasmei, fizică atomică și nucleară – pentru perfecționarea profesorilor”, București, 1983

4. S. Anghel, V. Malinovschi, I. Iorga Simăn, C. Stănescu – „Metodica predării fizicii”, Ed. Arg-Tempus, Pitești, 1995

5. I. Jinga – „Inspecția școlară”, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1985