Wspaniałe eksperymenty dla dzieci. Nauka - ebook

WSTĘP

Witaj w świecie fascynujących doświadczeń naukowych dla dzieci!

Książka ta dostarczy niespodzianek, frajdy i dużo wiedzy, zawiera bowiem opisy 105 zabawnych eksperymentów przeznaczonych dla dzieci w wieku od 5 do 10 lat. Materiał podzielony jest na rozdziały poświęcone: przyrodzie, technologii, inżynierii, sztuce i matematyce.

Odkąd sięgnę pamięcią, zawsze pasjonowały mnie nauki przyrodnicze i matematyka. Po uzyskaniu magisterium z chemii organicznej i pracy w laboratorium stworzyłam własną rodzinną grupkę mininaukowców, mających obecnie lat 8, 6 i 2. W roku 2012 zaczęłam pisać blog _The Science Kiddo._ Od tamtej pory dzielę się setkami prostych eksperymentów naukowych dla dzieci z tysiącami rodziców i nauczycieli na całym świecie.

WstęP

Kilka lat temu na polu edukacyjnym modnym hasłem stał się STEM – skrót od angielskich słów: science_,_ technology_,_ engineering __ i mathematics_._ Być może i Ty, Drogi Czytelniku, już się z nim zetknąłeś. Ponieważ sztuka oraz projektowanie stają się coraz ważniejsze i zdaliśmy sobie sprawę z ich złożonych powiązań z naukami ścisłymi, dodaliśmy słowo art. W ten sposób stworzyliśmy formułę STEAM.

Wszystkie te dziedziny są ze sobą powiązane na wiele sposobów. Projektowanie struktur zawiera w sobie elementy sztuki i inżynierii. Stworzenie robota wymaga znajomości technologii, inżynierii i nauk przyrodniczych, a pomiar wyników dowolnego doświadczenia naukowego nie może się obejść bez narzędzi matematycznych.

Ta książka ma być jak prawdziwe życie – pokazywać zależności między wszystkimi dziedzinami STEAM-u. Naukowcy pracujący w laboratoriach dokonują dokładnych obliczeń, pomiarów oraz rejestracji wyników. Nie wystarcza im jednak dogłębna wiedza naukowa. Potrzebna jest także kreatywność oraz pomysłowość, aby mogli projektować i przecierać ścieżki do tej pory nieznane.

Podobnie inżynierowie elektrycy nie tworzą wyłącznie obwodów w panelach sterowania. Potrzebują głębszej znajomości fizyki i dostępnych technologii, umiejętności projektowania i budowania nowych modeli oraz dokonywania odpowiednich pomiarów. Wszystkie elementy naszego STEAM-u są zatem konieczne, aby inżynierowie mogli odnosić sukcesy.

Eksperymenty opisane w tej książce mają dostarczyć przede wszystkim mnóstwa dobrej zabawy. Niezależnie od tego, czy jesteś dorosłym, czy dzieckiem, nauczysz się całkiem sporo, celebrując chwile radosnych odkryć. Bazując na prostych zasadach, będziesz mógł tworzyć bardziej imponujące i kreatywne rozwiązania. A co najważniejsze, większość z nich uzyskasz z materiałów, które posiadasz w domu lub kupisz w sklepie.

Nieliczne materiały potrzebne do doświadczeń z rozdziału poświęconego technologii, takie jak zaciski krokodylkowe i LED-y, wymagają zakupu w internecie lub w sklepach z artykułami elektronicznymi. Nie martw się jednak – nie są to rzeczy drogie i trudne do znalezienia. Dla ułatwienia we wstępach do poszczególnych rozdziałów zamieściłam listy takich specjalnych materiałów.

W każdym rozdziale znajdują się przejrzyste opisy doświadczeń. Każdy z nich poprzedzony jest listą potrzebnych materiałów i zawiera proste instrukcje, które przeprowadzą Cię przez eksperyment krok po kroku.

Opisom doświadczeń towarzyszą również sugestie obserwacyjne oraz pytania pobudzające dzieci do głębszego zastanowienia nad tym, co widzą. Każdy eksperyment zakończony jest propozycją jego rozszerzenia lub modyfikacji. I to jest ten moment, w którym ujawnia się prawdziwa kreatywność i ciekawość dzieci zaczynających samodzielnie tworzyć nowe doświadczenia i zadających kolejne pytania.

Większość doświadczeń zakłada, że dziecko będzie bawiło się z osobą dorosłą. Jednak starsze dzieci mogą wykonywać wiele opisanych eksperymentów w pełni samodzielnie.

Wyjątkowo użytecznymi dydaktycznie elementami książki są uwagi pt. _Jak i dlaczego_, występujące na końcu opisu każdego doświadczenia. To proste objaśnienia zjawisk zachodzących na poziomie molekularnym. W ten sposób dziecko dowiaduje się, dlaczego eksperymenty przebiegają w określony sposób i jak się to dzieje. Wiedza ta może być podstawą do projektowania własnych doświadczeń.

Na końcu książki znajduje się słowniczek terminów, które nasi mininaukowcy powinni znać. Są tam również puste tabele do rejestracji wyników i miejsce na wykresy. Przydadzą się one szczególnie przy doświadczeniach z rozdziału matematycznego oraz gdy dzieci mierzą i zapisują swoje wyniki. W razie potrzeby strony te można kopiować w dowolnym zakresie.

_Wspaniałe eksperymenty dla dzieci. Nauka_ to książka interaktywna, ucząca samodzielnego i twórczego myślenia oraz posługiwania się metodami naukowymi. Techniki te stosowane były przez badaczy przyrody już w XVII wieku do badania zjawisk i zdobywania nowej wiedzy. Czytelnicy z pewnością znają te zasady:

•zadawanie pytań,

•prowadzenie badań podstawowych,

•formułowanie hipotez,

•projektowanie doświadczeń,

•eksperymentalna weryfikacja hipotez,

•analiza danych,

•formułowanie wniosków.

Każdy z tych kroków jest ważny. Książkę zaprojektowałam tak, by przeprowadziła dzieci przez każdą opisaną metodę naukową. Służą temu odpowiednio sformułowane instrukcje oraz dodatkowe pytania i pomysły, które poszerzą umiejętność naukowego myślenia.

Opisy wszystkich doświadczeń zaczynają się od pytań i krótkich wprowadzeń w temat. Pobudza to dzieci do formułowania hipotez, czyli naukowych domysłów, dotyczących przebiegu doświadczeń. Na koniec przychodzi pora na wnioski z obserwacji i ocenę poprawności postawionych hipotez.

Doświadczenia opisane w książce mają posłużyć za trampolinę do zadawania większej liczby pytań oraz projektowania bardziej rozbudowanych eksperymentów, które pozwolą odpowiedzieć na te pytania. Istotą doświadczeń naukowych jest sztuka zadawania pytań i eksperymentowania w sposób przynoszący odpowiedzi. Bez nich doświadczenia byłyby tylko demonstracjami – przepisami dającymi ciekawe efekty, ale bez głębszego przemyślenia i uczenia się. Te ostatnie przychodzą, gdy pojawiają się pytania i odpowiedzi. Zachęcam więc rodziców i nauczycieli do zadawania dzieciom pytań oraz wspólnego znajdowania odpowiedzi. Wykorzystajcie tę książkę nie tylko w charakterze narzędzia dydaktycznego, lecz także jako źródło zabawnych doświadczeń poszerzających wiedzę oraz pozwalających nawiązywać więzi, które dzieci będą cenić.

Wierzę, że zrozumienie zasad STEAM przyczyni się do przyszłych sukcesów życiowych naszych dzieci. Każdego roku otwierają się tysiące miejsc pracy, osadzonych w uwzględnionych dziedzinach. Czekają one na ludzi z wysokimi kwalifikacjami i o twórczym myśleniu, ale nie o to tylko chodzi. Chodzi także i o to, że uczenie się kwestionowania, projektowania, budowania, tworzenia, mierzenia i krytycznej oceny obserwowanych zjawisk, zwiększa szansę sukcesu w zawodach, które nasze dzieci w przyszłości wybiorą. Nie zapominajmy oczywiście o dobrej zabawie! To podstawowe prawo dzieciństwa.

Pomyślnej nauki!ROZDZIAŁ I.
JAK KORZYSTAĆ Z TEJ KSIĄŻKI

Opisane w tej książce doświadczenia podzieliłam na pięć kategorii ujętych w osobnych rozdziałach dotyczących: przyrody, technologii, inżynierii, sztuki i matematyki. Z uwagi na liczne powiązania tych dziedzin wiele doświadczeń pasowałoby do więcej niż jednej kategorii. Z tego powodu eksperymenty oznaczone są kolorowymi etykietkami, odnoszącymi się do innych kategorii, w których mogłyby się znaleźć. Merytoryczne przenikanie się kategorii uwzględnione zostało w indeksie. Na końcu książki znajduje się także wykaz powiązanych tematycznie witryn internetowych – źródło dalszych odkryć i bogatszej wiedzy.

Przejdźmy teraz do doświadczeń stanowiących główną część książki!Przygotowanie

Książka jest kopalnią zabawnych i ciekawych eksperymentów! Ich opisy nie są wzajemnie zależne, można więc wybierać i wykonywać je w dowolnej kolejności. Nie ma potrzeby przerabiania ich w porządku, w jakim zostały opisane. Zaczynamy więc od doświadczenia, które dla dziecka i Ciebie wygląda na najbardziej zabawne i interesujące.

W pierwszym kroku zapoznajemy się z listą materiałów. Większość można znaleźć w domu, gdy jednak czegoś brakuje, wystarczy zaplanować wypad do sklepu po potrzebne rzeczy.

Zawsze miejmy pod ręką notes i ołówek. Skuteczni naukowcy prowadzą szczegółowe notatki, zapisują nurtujące ich pytania, szkicują, rejestrują swoje obserwacje i śledzą wyniki doświadczeń. Kształtowanie dobrych nawyków sprzyja pogłębianiu wiedzy i dobrej zabawie.

Kiedy mamy już potrzebne materiały, przeczytajmy pytanie podstawowe. Rozpoczynając w ten sposób doświadczenie, zadawajmy pytania dodatkowe. Niektóre z nich na pewno warto zanotować.

Wiedząc już, na czym doświadczenie będzie polegało, sformułujmy hipotezy. Są to przypuszczenia co do możliwego przebiegu doświadczenia. Dziecko może już wiedzieć, co się stanie, w niczym to jednak nie przeszkadza. Postawmy hipotezę i sprawdźmy, czy mamy rację. Tak postępują prawdziwi naukowcy.

Hipoteza naukowa ma swój format: „Sądzę, że..., ponieważ...”. Nie jest to jakieś dowolne, przypadkowe przewidywanie lub domysł. To ścisłe, naukowe stwierdzenie bazujące na tym, co już wiemy, i poparte uzasadnieniem. Na przykład: jeśli mieszamy sodę oczyszczoną z octem, hipoteza może brzmieć następująco: „_Spodziewam się_ wybuchu, _ponieważ_ powstaje wiele bąbelków”. Wykonując doświadczenie, przekonujemy się, czy hipoteza była słuszna.

Powiem więcej! Niesprawdzenie się hipotezy może mieć pozytywne znaczenie. Wyniki niektórych doświadczeń z tej książki są dość zaskakujące i nieoczekiwane! Często takie właśnie przypadki bywają najciekawsze i najzabawniejsze. Błędne przewidywania otwierają drogę do dalszych pytań oraz ważnych odpowiedzi i odkryć.

Sprawdźmy stopień trudności i czas wymagany do przeprowadzenia doświadczenia, aby upewnić się, że odpowiada on naszym potrzebom. Większość eksperymentów ma szybki przebieg, a ich wyniki są natychmiastowe, niektóre jednak wymagają więcej czasu.

I wreszcie, skupmy się na ostrzeżeniach zamieszczonych przy części doświadczeń. Niektóre z nich są wprawdzie zabawne, ale wywołują nieporządek, powinny więc być wykonywane na świeżym powietrzu. Czasami dziecko będzie potrzebowało pomocy z jakimś narzędziem lub będzie musiało odejść na kilka kroków. Jako osoba dorosła, bądź świadomy wszystkiego, co może wywołać potencjalne zagrożenie.

Kiedy wszystko jest już przygotowane, zakasujemy rękawy i rozpoczynamy naukową zabawę!Wykonywanie doświadczeń

Przebieg każdego doświadczenia jest opisany w punktach. Należy oczywiście dokładnie wykonywać instrukcje, obserwując wszystkie zachodzące zmiany.

Po zakończeniu eksperymentu warto przeczytać pytania zawarte pod nagłówkiem _Obserwacje._ Czy hipoteza była słuszna? Jakie ciekawe i nieoczekiwane zjawiska zauważyliśmy? Dlaczego wynik był taki, a nie inny? Odpowiedzi warto zapisać wraz z pytaniami, które jeszcze się nasuwają.

Bardzo ważne są treści pod hasłem _Jak i dlaczego._ W tym miejscu fakty naukowe stojące za tym, co widzimy, zostają w prosty sposób wyjaśnione. To sprawia, że ożywają one w naszym świecie!

W książce pojawia się wiele terminów, z którymi mininaukowcy powinni się zapoznać. Nieznane słowa znajdują się w słowniczku na końcu książki. Korzystajcie również z internetu lub słownika, jako dodatkowych źródeł informacji.

Dodatkowe pomysły modyfikacji doświadczeń znajdują się w sekcji _Próba dodatkowa!_ Zawarte tam informacje integrują zdobytą wiedzę, przygotowując dziecko do samodzielnego zadawania dalszych pytań i projektowania eksperymentów własnego pomysłu.

Wspomniałam, że ze względu na powiązania między dziedzinami, wiele doświadczeń pasuje do różnych kategorii. Na przykład: wystrzeliwanie pocisków z katapulty wymaga znajomości energii potencjalnej i kinetycznej (przyroda), obeznania z maszynami prostymi (technologia), umiejętności zbudowania wyrzutni (inżynieria), twórczego myślenia w projektowaniu (sztuka) oraz mierzenia trajektorii pocisków (matematyka). Dziedziny te są wzajemnie powiązane. W stosownych przypadkach na początku opisu doświadczenia znajdują się adnotacje, a na dole strony piktogramy innych kategorii.

Nie należy się zniechęcać, gdy doświadczenie nie przebiega zgodnie z przewidywaniem. Niepowodzenie to okazja do zdobywania nowej wiedzy. Trzeba się więc zastanowić, co i dlaczego się nie udało, a następnie powtórzyć doświadczenie wprowadzając zmiany. Najprzyjemniejszą cechą tych eksperymentów – niezależnie od ich wyników – jest wspólna zabawa dzieci i dorosłych!ROZDZIAŁ II.
PRZYRODA

Przygotuj się do tworzenia i odkrywania rzeczy zdumiewających!

W tym rozdziale napompujesz balonik bez jego nadmuchiwania, stworzysz tęczę taką, jak po burzy, rozerwiesz plastikowy woreczek przy użyciu prostych reakcji chemicznych, rozpuścisz skorupkę jajka, w jedną noc ukształtujesz kryształowy ogród i dokonasz wielu innych niesamowitych rzeczy!

Prawie wszystkie materiały do tych doświadczeń najpewniej masz już w domu. Tylko dwie rzeczy będziesz musiał dokupić. Do eksperymentu z wybuchem pianki (s. 36) potrzebna będzie woda utleniona (6% roztwór nadtlenku wodoru). Można ją tanio kupić w aptece lub w internecie. Doświadczenie z łodzią podwodną z puszki gazowanego napoju (s. 60) będzie wymagało rurki winylowej o długości około 1 m, którą można znaleźć w sklepie z artykułami technicznymi lub on-line.

Jako początkujący przyrodnik wykonujący doświadczenia musisz pamiętać o kilku rzeczach.

Po pierwsze, zadawaj jak najwięcej pytań. Różnicą między nudnym eksperymentem, a tym ekscytującym jest to, czy zadajesz właściwe pytania. Pytaj często: „Dlaczego tak się dzieje?” i „Jak to działa?”.

Po drugie, zadawaj pytania i eksperymentuj dalej. Traktuj doświadczenia z tego rozdziału jako punkt wyjścia do trwającej przez całe życie pogoni za wiedzą, zadawaniem pytań i projektowaniem eksperymentów w celu znalezienia odpowiedzi.

Po trzecie, traktuj niepowodzenie jako krok we właściwym kierunku i jako rzecz pomocną. Jeśli doświadczenia się nie udają, pytaj dlaczego tak się stało i ucz się na błędach. Szukaj przyczyn, zmieniając niektóre elementy doświadczenia. W prawdziwych laboratoriach naukowcy więcej uczą się na błędach niż na tym, co dzieje się zgodnie z ich przewidywaniami. Wszystko jest drogą do wiedzy, więc się nie zniechęcaj.

Po czwarte, zapisuj swoje wyniki. Weź zeszyt i notuj w nim doświadczenia wraz z tym, czego się z nich nauczyłeś. Zapisuj pytania i pomysły dotyczące dalszych działań. Rób rysunki. Jeśli coś zmodyfikujesz, zanotuj, jak zmiana wpłynęła na wynik. Dobrzy naukowcy prowadzą staranne notatki.

I wreszcie, traktuj eksperymenty jak dobrą zabawę. Uczenie się i odkrywanie nowych rzeczy to źródło najbardziej satysfakcjonujących doświadczeń życiowych. Ciesz się niespodziankami i zapamiętuj chwile, w których stałeś się odkrywcą.TAŃCZĄCE RODZYNKI

POZIOM TRUDNOŚCI: ŁATWY

CZAS TRWANIA: 10 MINUT

Jak sądzisz, co się stanie, gdy wrzucisz rodzynki do gazowanej wody? Utoną czy będą pływały? Wynik może cię zaskoczyć, a nagrodą będzie słodka przekąska.

MATERIAŁY

•Przezroczyste kubki

•Woda gazowana

•Woda niegazowana

•Rodzynki

CZYNNOŚCI

1.Do jednego kubka wlej wodę gazowaną, a do drugiego wodę niegazowaną. Ta druga będzie twoją próbą kontrolną.

2.Wrzucaj rodzynki pojedynczo do każdego kubka.

OBSERWACJE: Czy rodzynki wrzucone do wody niegazowanej zachowują się tak samo, jak te w wodzie gazowanej?

PRÓBA DODATKOWA! Jak sądzisz, jakie inne drobne przedmioty będą tańczyły w wodzie gazowanej? Wypróbuj: koraliki, inne suszone owoce, ziarna kukurydzy, nasiona soczewicy, suchy makaron.

JAK I DLACZEGO: Małe pęcherzyki dwutlenku węgla w wodzie gazowanej przywierają do nierównych powierzchni rodzynków. Wszystkie drobne zagłębienia stają się miejscami kondensacji pęcherzyków dwutlenku węgla. Kiedy do jakiegoś rodzynka przyklei się dostatecznie dużo bąbelków, wówczas wypływa on na powierzchnię, zupełnie jak tonący z kołem ratunkowym. Na powierzchni dwutlenek węgla uwalnia się i rodzynek zaczyna tonąć, gotowy na przyjęcie nowych bąbelków. Daje to efekt, jakby rodzynki tańczyły w kubku!BALONIK W BUTELCE

POZIOM TRUDNOŚCI: ŚREDNI

CZAS TRWANIA: 20 MINUT

Jaki jest związek temperatury z ciśnieniem? W tym praktycznym doświadczeniu, wykonując naprawdę zadziwiający naukowy trik, zobaczysz, jak ciśnienie zmienia się wraz z temperaturą. Twoi koledzy pomyślą, że uczyłeś się w Hogwarcie!

Ostrzeżenie: Poproś osobę dorosłą o pomoc w operowaniu gorącą wodą i szkłem. Pamiętaj, że rozgrzane szkło wygląda tak samo, jak wychłodzone. Używaj kuchennych rękawic ochronnych do obchodzenia się ze szkłem podczas trwania całego eksperymentu.

MATERIAŁY

•Szklana butelka z wąską szyjką

•Woda

•Kuchenne rękawice ochronne

•Trójnóg (podstawka pod gorące naczynie)

•Balonik

•Miarki kuchenne

CZYNNOŚCI

1.Wlej do butelki 1 łyżkę stołową wody.

2.Włóż butelkę do kuchenki mikrofalowej i ogrzewaj ją przez 1 minutę. Jeśli jest za wysoka, to umieść ją po przekątnej w żaroodpornym naczyniu.

3.Po wyjęciu z kuchenki butelka i woda będą bardzo gorące. Użyj rękawic ochronnych, aby chwycić butelkę i ustawić ją na trójnogu na blacie kuchennym.

4.Nie zdejmując rękawic, szybko nałóż otwór balonika na szyjkę butelki i upewnij się, czy jest równo umieszczony. Usiądź i obserwuj, co będzie się działo.

OBSERWACJE: Co się stało z balonikiem? Jakie zmiany zauważyłeś w butelce po wyjęciu z kuchenki?

PRÓBA DODATKOWA! Jak sądzisz, jak mógłbyś wyciągnąć balonik z butelki, wykorzystując zasady, które znasz z tego doświadczenia?

JAK I DLACZEGO: Temperatura i ciśnienie są wprost proporcjonalne, co oznacza, że ciśnienie rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Gorąca woda w butelce zwiększa ciśnienie, jednak gdy się ochładza i para wodna zamienia się w kropelki wody, ciśnienie maleje. Wówczas ciśnienie na zewnątrz butelki staje się wyższe od ciśnienia w jej wnętrzu i wpycha powietrze do butelki wraz z balonikiem.SPADAJĄCE POMARAŃCZE

POZIOM TRUDNOŚCI: ŁATWY

CZAS TRWANIA: 10 MINUT

Czy widziałeś kiedyś trik polegający na wysuwaniu obrusa spod naczyń stojących na stole bez ich zniszczenia? Czy zastanawiałeś się, jak to możliwe? Spróbuj zrobić coś podobnego (choć może mniej kosztownego), zadziwiając kolegów i ucząc się przy okazji zasad dotyczących inercji.

MATERIAŁY

•Plastikowe naczynie, wypełnione do połowy wodą

•Sztywna kartonowa pocztówka

•Tekturowa rurka (taka jak od ręczników papierowych)

•Pomarańcza

CZYNNOŚCI

1.Zacznij pokaz od ułożenia sztywnej pocztówki na naczyniu z wodą.

2.Ustaw na niej pionowo tekturową rurkę.

3.Na szczycie rurki połóż pomarańczę.

4.Szybko wysuń pocztówkę i obserwuj, co się dzieje.

OBSERWACJE: Co stało się z pomarańczą po usunięciu pocztówki?

PRÓBA DODATKOWA! Co się stanie, gdy położysz pomarańczę bezpośrednio na pocztówce, nie używając rurki? Czy efekt będzie taki sam? Dlaczego? Co się stanie, gdy użyjesz czegoś cięższego od pomarańczy, np. grejpfruta lub melona?

JAK I DLACZEGO: Pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi: „Ciało pozostaje w spoczynku lub ruchu jednostajnym, dopóki nie zadziała na nie niezrównoważona siła zewnętrzna”. Skłonność ciał do zachowania stanu ruchu nazywana jest inercją.
Inercja ciał o większej masie jest większa. Inaczej mówiąc, przedmioty ciężkie opierają się zmianom ruchu bardziej niż lekkie. Tekturowa rurka jest lekka i nie ma dużej inercji. Pomarańcza jest znacznie cięższa i ma jej znacznie więcej. Dlatego po usunięciu pocztówki pomarańcza zachowuje swoje położenie, po czym spada wprost do naczynia z wodą.O AUTORCE

Crystal Chatterton jest matką trojga dzieci, zajmującą się edukacją domową. Zrezygnowała z kariery akademickiej w dziedzinie chemii na rzecz prowadzenia domu i wychowywania swoich pociech. Prowadzi witrynę internetową ScienceKiddo.com, poświęconą dzieleniu się swoją miłością do koncepcji edukacyjnej STEAM (od angielskich słów: _science_ – nauki przyrodnicze, _technology_ – technologia, _engineering_ – inżynieria, _art_ – sztuka i _math_ – matematyka) z tysiącami dzieci z całego świata. Mieszka z mężem i dziećmi w Portland, w stanie Oregon.