Typická struktura úlohy z fyziky
Nápověda číslo: 2010
Typická struktura úlohy z fyziky
V následujícím textu jsou uvedeny typické části sbírkové úlohy z fyziky s komentáři k jejich vytváření, které mohou pomoci začínajícím tvůrcům úloh.
Povinnými částmi jsou název úlohy, zadání, řešení a odpověď. K volitelným částem patří nápovědy, rozbor, komentář a odkaz na jiné úlohy. Které z volitelných částí autor do úlohy zařadí a v jakém pořadí, je na něm. Nicméně je jasné, že úloha začíná názvem a zadáním. Další řazení se již u úloh liší. Typické jsou dvě následující možnosti.
Za zadáním následuje zápis, zejména jsou-li zadané číselné hodnoty veličin. Další částí je rozbor a za ním postupné řešení formou na sebe navazujících nápověd (se skrytým řešením), které čtenáře provedou celou úlohou. Na závěr bývá ještě připojeno celkové řešení a pak samozřejmě odpověď.
Příklad takto strukturované úlohy: Chlapec na kladce a Vzdálenost knihy při čtení bez brýlí.
Další možností je uvést v úvodu souhrnně jednu či více nápověd k jednotlivým krokům řešení, poté rozbor a vlastní řešení úlohy. Pokud jsou zadány číselné hodnoty veličin, je uveden také zápis a číselné dosazení a odpověď na závěr.
Příklad takto strukturované úlohy: Vodivá tyč protékaná proudem na kolejnicích a Změna vnitřní energie kyslíku.
Název úlohy
Název úlohy by měl být co nejvýstižnější. Jestliže si jej řešitel přečte, měl by být schopen si udělat představu, čeho se úloha týká (jakého tématu). Velmi vhodné je, když název dokáže zaujmout nebo ještě lépe nalákat k řešení úlohy.
Příklady názvů: Galileo Galilei a měření rychlosti světla, Třecí síla a smyk v zatáčce, Zobrazení netopýra kulovým zrcadlem a spojnou čočkou, Zahradní párty s rychlovarnou konvicí
Zadání úlohy
Zadání by mělo být přehledné, aby každý věděl, jaké veličiny jsou zadané a naopak jaké se mají spočítat, a také srozumitelně formulované. Zadavatel by se měl vyhýbat komplikovaným formulacím (a to nejen v zadání). Zadané hodnoty veličin by měly být reálné, aby si řešitel mohl udělat správnou představu o tom, jak vypadá daná situace ve skutečnosti.
Ukázka zadání: Sáňky na zasněženém svahu, Adiabatické stlačení v hustilce, Nabité koule spojené drátem
Zápis
V této doporučené části by měly být přehledně vypsány zadané veličiny a jejich označení. Pokud jsou veličiny zadány číselně, tak i potřebné převody jednotek. Vhodné je doplnit i veličiny, které hledáme, spolu s jejich označením.
Ukázky zápisu: Solení jezera, Klasický pohled na atom vodíku
Nápovědy
Nápověda je označena jako doporučená součást úlohy. Vzhledem k tomu, že sbírka si klade za cíl také pomoci uživatelům naučit se samostatně řešit fyzikální úlohy, je součástí velmi žádoucí.
Nápověda by měla nahradit někoho, kdo by řešiteli radil, jak má začít a na co se má soustředit. Měla by hlavně pomoci těm, kteří vůbec neví, jak se do řešení úlohy pustit. Vhodnou formou nápověd jsou návodné otázky, které by měly upozornit, na co se má řešitel soustředit a co si má případně vyhledat. Používá-li se při řešení úlohy nějaký neobvyklý postup, je vhodné ho řešiteli „prozradit“ právě v nápovědě.
Důležitá je i formulace vět v nápovědě. Čtenář by měl být nápovědou motivován k vyřešení úlohy, k přemýšlení nad ní a také k vyhledání potřebných informací například v tabulkách. Lepší je psát věty typu: „Zkuste si rozmyslet…“, „Zapřemýšlejte…“, než jen stroze psát, co má udělat: „Použijte…“, „Spočítejte…“.
Úloha může obsahovat i více nápověd.
Řazení a strukturování nápověd může být různé. V mechanice, která bývá jednou z prvních částí fyziky, se kterou se studenti na vysoké škole i žáci na střední škole setkávají, je obvykle volen postup řešení „krok po kroku“. Řešení kopíruje postup řešitele a ke každému kroku je uvedena nápověda se skrytým řešením, které si čtenář může a nemusí odkrýt. Systém nápověd tak provede řešitele celou úlohou. Pokud řešitel již např. po první či druhé nápovědě ví, jak dál, může si úlohu řešit samostatně a pak se podívat na odpověď s výsledkem či si zkontrolovat postup v celkovém řešení. Příkladem s takto strukturovanými nápovědami jsou úlohy Zahradní hadice a Pozorování ryby přes spojnou čočku.
Jinou možností je uvést nápovědy v úvodu po zadání úlohy a pak následuje rozbor a celkové komentované řešení. příkladem takto strukturovaných nápověd jsou úlohy Hookův zákon a délková roztažnost a Pohyb částice po kružnici v homogenním magnetickém poli.
Řešení nápovědy
V této části je uvedena dílčí část řešení vztahující se k dané nápovědě. Platí zde tedy to, co je uvedeno dále v oddíle Řešení.
Rozbor úlohy
Rozbor úlohy je doporučená část úlohy, ve které by měl být slovně shrnut postup řešení. Cílem je rozebrat „fyzikální podstatu“ úlohy, vysvětlit myšlenkový postup řešení a jeho podstatné kroky. Právě rozbor by měl čtenáři pomoci úlohu pochopit a přimět ho nad ní přemýšlet.
Měli byste se pokud možno vyhnout používání vzorců. Chceme tak zabránit mechanickému používání „vzorečků“ bez přemýšlení, aby si je řešitel nesepsal, a pak jen bezmyšlenkovitě nedával dohromady v závislosti na tom, které veličiny jsou zadané. Pokud je přece jen „vzorec“ potřeba uvést, je lepší pokusit se ho vyjádřit raději větou než matematickým zápisem. (Například: Elektrická síla je přímo úměrná náboji a intenzitě elektrického pole.)
U některých úloh bude možná rozbor částečně shrnutím nápověd nebo bude přímo nějakou nápovědu obsahovat. Bylo by vhodné, aby se nejednalo o přesné kopírování textu z nápověd, protože to nepůsobí na čtenáře příliš pěkně.
Ukázka rozboru: Dielektrický výtah, Srážka puků na ledě, Účinnost skutečného kruhového děje
Řešení
Řešení je povinný oddíl, který by měl obsahovat podrobné komentované řešení úlohy. Z řešení by mělo být zcela jasné, jaký je jeho myšlenkový postup.
V řešení budou již samozřejmě uvedeny všechny použité vzorce a vztahy. Mělo by zde být přesně popsáno, odkud jsme kterou veličinu získali a který vzorec jsme kam dosazovali. Rovněž matematické úpravy by měly být uvedeny krok po kroku, aby čtenář nestrávil zbytečně mnoho času tím, že se bude snažit přijít na to, co jsme zrovna zkrátili nebo vytknuli. Pokud není úprava hodně jednoduchá, měla by být okomentována buď slovně, nebo alespoň naznačena za vzorcem („za čárou“ - jak je zvykem v matematice). Na druhou stranu by se slovní komentáře úprav neměly omezit pouze na matematické úpravy (zkrátíme, odečteme), ale mělo by zde být zdůrazněno, proč výraz upravujeme právě takto a čeho chceme nakonec dosáhnout. Například: Výraz budeme upravovat, abychom si vyjádřili neznámou intenzitu E.
Doprovodné komentáře k řešení by neměly přesně kopírovat rozbor, ale být zformulovány jiným způsobem.
Řešení bude pravděpodobně nejdelší část úlohy. Aby byl postup pro čtenáře přehlednější, může být rozdělen na několik logicky členěných celků oddělených například čarou nebo úplně rozdělený na několik samostatných oddílů. Například pokud některé úlohy obsahují více úkolů (otázek), může být každý oddíl věnován jedné z nich. Ale i v úlohách, kde se počítá jedna veličina, může být řešení dlouhé. Pak je lepší ho strukturovat do více částí. Nadpisy těchto oddílů je vhodné volit tak, aby vystihovaly jejich obsah. Například: Řešení: Výpočet působící síly, Řešení: Výpočet náboje. To řešiteli pomůže už tím, že se podívá na nadpisy a získá tak představu o tom, co musí spočítat nejdříve a co až poté.
Řešení by mělo obsahovat také číselné dosazení a výpočet. Číselné řešení může být buď přímo součástí řešení nebo může být uvedeno v samostatném oddíle.
Na konci každého řešení by mělo být jasně označeno, co jsme vypočítali.
Příklady řešení:
Nestrukturované řešení s číselným dosazením - Unikání plynu z nádoby
Nestrukturované řešení, číselné dosazení odděleně - Elektrolýza vody
Strukturované řešení s číselným dosazením - Povrchová energie
Strukturované řešení, číselné dosazení odděleně - Vratný kruhový děj
Odpověď
Tato část je povinná. Měla by obsahovat slovní odpověď i konečný obecný vztah a pokud je úloha zadaná číselně, tak i číselný výsledek.
Tento oddíl je důležitou součástí úlohy. Za prvé dodává řešení na přehlednosti, protože přesně ukazuje, co jsme spočítali. Za druhé lidem, kteří řeší úlohu samostatně, umožní rychlé zkontrolování výsledku bez zbytečného pročítání celého postupu řešení. Pokud je úloha komplikovanější mohou se v tomto oddílu objevit i důležité dílčí obecné vztahy.
Příklady odpovědi: Neznámé sloučeniny, Intenzita pole nabitého balónu, Chlapec na kladce
Komentář
Ke každé úloze je možné vložit samostatný oddíl s dalším komentářem, který se již nemusí přímo týkat řešení úlohy. Tady už záleží na konkrétních úlohách, ale i na zadavateli úlohy. Někde může být například vhodné zdůraznit, že jsme v dané úloze využívali určitý postup, nebo pokud je úloha založena na reálném experimentu, který byl v historii fyziky důležitý, mohou zde být uvedeny podrobnosti.
Pokud je možné úlohu řešit více postupy, měly by být u úlohy uvedeny. K tomuto účelu je také možné využít komentář. Můžeme zde uvést, jak by se úloha řešila složitějším postupem, například pomocí integrálů, nebo naopak jednodušeji, středoškolsky, podle toho jaký postup jsme zvolili jako hlavní. Chtěli bychom tím zabránit šíření názoru, že jen jeden uvedený postup řešení úlohy je správný a všechny ostatní jsou špatné.
V tomto oddíle můžeme také popsat, jak moc by se řešení úlohy změnilo, kdybychom do zadání něco přidali nebo naopak něco odebrali. Například kdybychom přidali další náboj nebo u stávajících nábojů změnili znaménko.
Součástí komentáře mohou být také poznámky týkající se realističnosti zadání či různé zajímavosti.
Příklady komentářů: Závit v magnetickém poli, Kulička v elektrostatickém a gravitačním poli, Paúhoř elektrický
Odkazy
V této části by měly být uvedeny odkazy na jiné úlohy v naší sbírce, které jsou tématicky stejné nebo podobné. Můžeme odkazovat například na složitější úlohu. Jestliže čtenář vyřeší danou úlohu správně, může si jednoduše najít těžší úlohu a na ní si ověřit, že problém opravdu pochopil. Z opačného důvodu bychom rádi odkazovali také na úlohy jednodušší, pokud řešitel neví jak řešit danou úlohu, může nejdříve zkusit vyřešit lehčí situaci.
Odkazy se mohou týkat nejen obtížnosti, ale také tématu. Pokud máme ve sbírce například úlohu řešenou za použití stejného zákona, můžeme na ni odkázat. (Za předpokladu, že není ve sbírce uvedena ve stejné podkapitole, ve které jsou všechny úlohy řešeny tímto zákonem. V takovém případě ztrácí odkaz smysl.)
Odkazy na jiné úlohy by měly řešiteli pomoci pochopit souvislosti v řešení různých úloh. Mělo by tak být jednodušší si všimnout, že jedním způsobem je možné vyřešit více, na první pohled odlišných úloh.
Příklad úloh s odkazy: Míjení vlaku I, Hmotný bod na kouli, Měření vodivosti mořské vody
Pokud je to vhodné a možné, snažíme se také provazovat úlohy s experimenty v elektronické sbírce pokusů.
Příklad takových úloh: Odraz světla ve skleněné podkově, Skleněné destičky ve vodě, Průměr molekuly kyseliny olejové
