1. A kísérletezés szerepe a fizikatanításban

A kísérletezés szerepéről, fajtáiról, a fizikaszertár berendezéséről stb. részletesen ír A fizika tanítása a középiskolában I. című jegyzet (624-632. oldal). Ezen tartalmakat nem szeretnénk megismételni, csupán néhány fontosabb észrevételt hangsúlyozunk ki, és példákkal illusztrálunk.

A kísérletezés egy szemlélet a világról. Annak felismerése, hogy a természet törvényeinek megismerése csak megfigyeléssel lehetséges. Ennek a művészi megfogalmazása a bevezetésben olvasható Feynman-idézet. Kísérleteinkkel figyeljük meg az isteni játszma lépéseit és az azok alapján megfogalmazott törvényszerűségekkel számíthatjuk ki a következő lépést.

A kísérletek megtanítanak minket arra is, hogy mi a lényeges (mit kell figyelembe venni) és mi a lényegtelen (amit elhanyagolhatunk), ezáltal erősítik a modellalkotó gondolkodásmódot.

Ezek kialakítása miatt feltétlenül fontos kísérletezni a fizikaórákon. Érdemes azt is figyelembe venni, hogy diákjaink jelentős része el fogja felejteni, hogy konkréten mit tanult tőlünk. Nem fogják tudni pontosan, mi a Lenz-törvény, vagy a fényelektromos hatás. Tartósan csupán az maradhat meg hogyan tanítottunk: voltak-e kísérletek, érdekes történetek, technikai alkalmazások stb. Emellett ha visszatérően foglalkozunk a természettudományos szemlélet kialakításával és a gondolkodásfejlesztéssel, akkor az is maradandó lehet.

Fontos kihangsúlyozni, hogy nem a kísérletek mennyisége számít, sokkal inkább, hogy mennyire voltak beillesztve az oktatási folyamatba. Ennek megkönnyítésére minden kísérlet esetén pontosan megadjuk a kísérlet célját.

A fizikai kísérleteket többféleképpen is csoportosíthatjuk. A kísérletező személye alapján feloszthatjuk tanulói és tanári kísérletekre. Jelen jegyzet legnagyobb része a tanári kísérletekre koncentrál, de kiegészítésként mindig megjegyezzük, ha valamelyik alkalmas tanulói kísérletnek is. A tanári kísérletezés előnye, hogy gyors és lényegre törő. A tanár pontosan tudja, hogyan kell elvégezni a kísérletet, ezért nem ragad le a technikai problémáknál/részleteknél. Emellett tudja, hogy miért végzi a kísérletet, irányítani tudja a tanulók figyelmét, így a tapasztalatok leszűrése is gyorsabb, lényegretörőbb, a táblai dokumentációt is könnyebb megtervezni. Ez persze nem azt jelenti, hogy a diákok passzív befogadók (lásd 3. fejezet: Jó gyakorlatok a kísérletezésben).

A tanári kísérlet célját tekintve lehet:

1.  Motiváló, érdeklődést keltő kísérlet. Ennél a típusnál nem követelmény, hogy mély fizikai háttere legyen a kísérletnek. Sokszor elég, ha csak a gyönyörködtetésen van a hangsúly (például: óriás szappanbuborék). Ebbe a kategóriába tartoznak azok a bonyolult kísérletek is, melyeket nem tudunk középiskolai szinten teljesen megmagyarázni (például: Abbe-elmélet), de érdekességük miatt hasznos a bemutatásuk. Az ilyen jellegű demonstrációnál teljes körű táblai dokumentációra sem kell törekedni, mert elsősorban nem oktatási célja van, hanem a fizikához fűződő pozitív attitűd kialakítása a feladata.
2. Egy-egy fizikai törvény tapasztalati megalapozása, vagy a már kimondott törvény igazolása. Gondolhatunk itt a tehetetlenség törvényének illusztrálására, a hőtágulás, áram mágneses hatásának, vagy a fényelektromos jelenségnek a demonstrálására. Gyűjteményünk rengeteg kísérlete tartozik ebbe a kategóriába, sokszor ezt a kategóriát nevezik tanári demonstrációs kísérletnek. Ebben az esetben nem a számszerűsítés a lényeg, hanem a jelenség értelmezésén, vagy a kapcsolódó fogalom elmélyítésén van a hangsúly.
3. A kísérletek egy harmadik csoportját alkotják azok a mérések, ahol egy anyagi paraméter (pl. elektromos ellenállás, kristályosodási hő, stb.) kimérése, vagy egy univerzális fizikai állandó közelítő meghatározása (pl. Boltzmann-állandó) a feladat. Itt a fizikai ismeretek elmélyítésén túl a mérési módszerek és eszközök megismertetése, a mérési kompetencia fejlesztése is cél. Bár az ebbe a kategóriába tartozó kísérletek technikailag nehezebbek, nagyon fontos ilyenek elvégzése is. Ennek hiányában a fizikáról kialakulhat az a hamis kép, hogy kézlengetős magyarázatokra és illusztrációkra épül. Fontos annak bemutatása, hogy a fizikai törvényeket gondosan elvégzett, számszerűsíthető mérési eredményekre alapozva mondták ki. Természetesen az oktatás folyamatában nincs lehetőség és idő minden mérés bemutatására, de néhány egyszerűbb esetben mindenképpen érdemes ezt megtenni.

Szeretnénk kihangsúlyozni, hogy fizikát tanítani kísérletek nélkül nem lehet. Még ha lehetne is, nem érdemes. Ezt manapság nem mindenki tudja betartani, rengeteg helyen hallani, hogy a tanárok alig kísérleteznek, és sajnos ez érthető. A tanároknak sok órája van, ami mellé a kísérletek előkészítése komoly terhet ró a fizikatanárokra. Semmi esetre sem gondoljuk, hogy minden órán végig kísérletezni kell, viszont minden órán lehet egy-egy egyszerű demonstrációt, vagy mérést bemutatni.