1. Jednoduché experimenty na podporu vyučovania rádioaktivity
Viera Haverlíková
Ústav lekárskej fyziky, biofyziky, informatiky a telemedicíny
Lekárska fakulta Univerzity Komenského v Bratislave

2. Rádioaktivita na prednáškach z biofyziky na LF UK
Objektívne východiská
Rádioaktivita na prednáškach z biofyziky na LF UK
Ionizujúce žiarenie v medicíne (alfa, beta, gama, neutrónové, protónové, röntgenové), vlastnosti a interakcie ionizujúceho žiarenia s hmotným prostredím. Detektory ionizujúceho žiarenia v medicíne.
Zobrazovacie metódy v medicíne využívajúce ionizujúce žiarenie. Požiadavky na rádioizotopy ako stopovače. Zobrazovacie metódy v medicíne využívajúce neionizujúce žiarenie (zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie)
Festival fyziky, Smolenice,

3. Rádioaktivita na praktických cvičeniach z biofyziky na LF UK
Objektívne východiská
Rádioaktivita na praktických cvičeniach z biofyziky na LF UK
Modely a modelovanie
Model rádioaktívneho rozpadu- vysvetliť analógiu medzi elektrickým modelom a reálnym rozpadom rádioaktívneho prvku. Fyzikálny princíp (analógia vzťahov pre vybíjanie kondenzátora a zákonom rádioaktívneho rozpadu. Polčas rozpadu a jeho stanovenie. Aktivita rádioaktívnej látky.
Festival fyziky, Smolenice,

4. Objektívne východiská
Rádioaktivita v ŠVP
ISCED 2 (aktuálny)
Sila a práca. Pohyb. Energia Tradičné a netradičné zdroje energie
ISCED 3 (aktuálny)
Elektromagnetické žiarenia a častice mikrosveta Rádioaktivita. Žiarenia alfa, beta, a gama. Podstata žiarení, ionizačné účinky, oslabovanie žiarenia prechodom cez prostredia. ... Štiepna reakcia a syntéza jadier
ISCED 3 (inovovaný)
Elektromagnetické žiarenia a častice mikrosveta porovnať vlastnosti a podstatu žiarení alfa, beta a gama, zaujať stanovisko v súvislosti s rádioaktivitou prostredia, zdrojmi pridanej rádioaktivity a rádioaktívnymi izotopmi používanými v medicíne (v diagnostike aj v terapii),... posúdiť klady a zápory jadrovej energetiky v porovnaní s inými možnosťami získavania el. en.
Festival fyziky, Smolenice,

5. Rádioaktivita v Cieľových požiadavkách na maturitu
Objektívne východiská
Rádioaktivita v Cieľových požiadavkách na maturitu
Základy fyziky mikrosveta
Zapamätanie a porozumenie: Žiak vie Opísať nestabilitu niektorých jadier a z nich vyplývajúcu prirodzenú rádioaktivitu. Definovať pojmy polčas premeny (doba polpremeny, polčas rozpadu), aktivita žiariča a rozpadová konštanta. Načrtnúť závislosť počtu nepremenených jadier od času. Vyjadriť vzťahom počet nepremenených jadier v závislosti od času. Opísať spôsob využitia jadrovej energie. Opísať spôsob využitia rádionuklidov.
Aplikácia: Žiak je schopný Vypočítať a porovnať polčas premeny vybraných rádionuklidov. Aplikovať vedomosti o prirodzenej a umelej rádioaktivite na riešenie úloh.
Festival fyziky, Smolenice,

6. Vstupný test VL (N = 241) ZL (N = 28) VLa (N = 148) ZLa (N = 27) SpoluVL
(N = 241) ZL
(N = 28)
VLa
(N = 148)
ZLa
(N = 27)
Spolu
(N = 444)
Základné jednotky SI
50 %
37 %
27 %
7 %
39 %
Ohmov zákon
43 %
33 %
4 %
38 %
Zákon rádioaktívneho rozpadu
2 %
3 %
0 %
Zákon odrazu a lomu svetla
10 %
6 %
Newtonove pohybové zákony
20 %
16 %
17 %
Teplotná objemová rozťažnosť
1 %
Celková priemerná úspešnosť
(21±11) %
(13 ± 9) %
(15±11) %
(3 ± 3) %
(17±12) %

7. Vstupný dotazník VL (N = 324) ZL (N = 38) VLa (N = 220) ZLa (N = 34)VL
(N = 324) ZL
(N = 38)
VLa
(N = 220)
ZLa
(N = 34)
Spolu
(N = 616)
Počet hodín fyziky v poslednom ročníku strednej školy týždenne
0,7  1,1
0,9  1,2
2,1  2,0
1,6  2,0
1,1  1,6
Súčasťou výučby boli laboratórne merania
70 %
75 %
46 %
27 %
60 %
Súčasťou výučby bolo spracovanie protokolov
55 %
42 %
41 %
10 %
47 %
Maturita z fyziky
3 %
26 %
35 %
12 %
Nástup na LF UK hneď po maturite
50 %
39 %
45 %
44 %

8. Písomná časť skúšky - test
2014 (N = 360)
2015 (N = 379)
Teória merania a štatistické spracovanie
74 %  19 %
76 %  18 %
Termika a termodynamika
65 %  11 %
61 %  10 %
Optika
72 %  14 %
Akustika, ultrazvuk
61 %  14 %
63 %  12 %
Biomechanika
69 %  13 %
71 %  10 %
Biofyzika krvného obehu
68 %  16 %
66 %  14 %
Biofyzika dýchania
64 %  23 %
68 %  17 %
Molekulová biofyzika
70 %  16 %
75 %  17 %
Elektrické javy
69 %  18 %
Akčný a pokojový potenciál
73 %  10 %
74 %  11 %
Receptory
75 %  14 %
76 %  13 %
Biosignály
Teória informácií
70 %  22 %
72 %  18 %
Žiarenie
65 %  16 %
69 %  11 %
Zobrazovacie metódy, detektory
67 %  10 %
70 %  10 %
70 %  7 %
70 %  8 %

9. Študentská vedecká odborná činnosť
Pridaná motivácia
Študentská vedecká odborná činnosť
Fyzikálne experimenty pre edukáciu dlhodobo chorých pacientov
výber oblasti,
výber vekovej skupiny adresátov
Valentína a Dominika – 1. r. všeob. lekárstvo
„Fyzikálne experimenty v edukácii detských onkologických pacientov“
vek > 12 rokov
Festival fyziky, Smolenice,

10. Festival fyziky, Smolenice, 7.4.2015
Didaktické výskumy
Miskoncepcie
Zistenia u žiakov 14 – 16 rokov:
Nediferencované pojmy radiácia, rádioaktivita a rádioaktívne častice
Neporozumenie pojmu elektromagnetické žiarenie
Žiarenie (radiácia) nie je prirodzené, len produkt ľudskej činnosti
Neporozumenie atómovej a subatómovej štruktúre
Žiarenie je príčinou environmentálnych problémov ako ozónová diera, klimatické zmeny, znečistenie ovzdušia (autá a továrne ako zdroj radiácie)
Žiarenie emitované živými tvormi ako zdroj informácií o pocitoch
Festival fyziky, Smolenice,

11. Dôsledky mylných predstáv
Didaktické výskumy
Dôsledky mylných predstáv
Nediferencované pojmy radiácia, rádioaktivita a rádioaktívne častice (časté aj v tlači) – žiaci nerozumejú:
pojmom ožiarenie a kontaminácia; nie sú schopní interpretovať pojmy aktivita, dávka,
možnostiam ochrany pred žiarením, problém absorpcie žiarenia,
rozdielom medzi ionizujúcim a neionizujúcim žiarením.
Predstava „zachovávania“ - Je ožiarený pacient rádioaktívny?
Problém zachovávania hmotnosti, objemu pri rozpade
Festival fyziky, Smolenice,

12. Dôsledky mylných predstáv
Didaktické výskumy
Dôsledky mylných predstáv
Neporozumenie pojmu elektromagnetické žiarenie:
Časť študentov si myslí, že elektromagnetické žiarenie emitujú iba elektrické prístroje
Časť žiakov nechápe viditeľné svetlo ako žiarenie
Časť žiakov považuje infračervené a ultrafialové žiarenie za viditeľné žiarenie (závislosť od kontextu)
Väčšina žiakov (70 %) považuje IR žiarenie za neškodné v akomkoľvek množstve, o viditeľnom svetle si to myslí 20 % a o UV 15 %.
Neporozumenie pojmom tepelné žiarenie, žiarenie absolútne čierneho telesa
Festival fyziky, Smolenice,

13. Model štruktúry atómov, izotopov, iónov
Podporné modely
Model štruktúry atómov, izotopov, iónov
Vrecúška s „fazuľkami“ – spočítajte koľko je protónov, neutrónov, elektrónov, zistite, ktoré vrecúška reprezentujú izotopy, ktoré reprezentujú ióny, pomocou tabuľky identifikujte prvok, zistite atómovú hmotnosť, elektrický náboj (Skoog et all, 1996)
Festival fyziky, Smolenice,

14. Model excitovaného stavu
Podporné modely
Model excitovaného stavu
Hrad z piesku
Preplnený výťah
Festival fyziky, Smolenice,

15. Model pravdepodobnostných javov
Podporné experimenty
Model pravdepodobnostných javov
Výroba pukancov – ktoré pukne, kedy pukne, nevratnosť premeny (Wenner J.)
Množstvo nevypuknutých zrniečok (Byrd, Perona, 2005): N = N0e-kt
Faktory – pevnosť obalu, zloženie jadra zrna, teplota, obalenie zrniečka tukom
Festival fyziky, Smolenice,

16. Modely rádioaktívneho rozpadu
Podporné experimenty
Modely rádioaktívneho rozpadu
Pravdepodobnostné javy
Hodenie mincí / cukríkov s lícovou a rubovou stranou
Kocky
Polený hrach
Problém s odstraňovaním „rozpadnutých“ častíc a mylnou predstavou, že po polčase premeny sa „stratí“ polovica hmotnosti.
Festival fyziky, Smolenice,

17. Festival fyziky, Smolenice, 7.4.2015
Podporné experimenty
Sunprint /solar print
Nevratná zmena
Citlivé na UV žiarenie
Ustálenie vodou
Možnosť sledovať vplyv:
doby expozície
intenzity zdroja žiarenia
vzdialenosti zdroja žiarenia
absorbcie (test UV filtrov)
Festival fyziky, Smolenice,

18. Festival fyziky, Smolenice, 7.4.2015
Literatúra
Neumann, S., Hopf, M: Students’ conceptions about “Radiation”: Results from an Explorative Interview Study of 9th Grade Students, J Sci Educ Technol (2012) 21: 826 – 834
Millar, R., Klaassen, K., Eijkelhof, H.: Teaching about radioactivity and ionising radiation: an alternative approach, Phys. Educ. (1990) 25: 338 – 342
Skoog et all: Activities for teaching fundamental concepts of nuclear energy and related topics, 1996, West Texas A&M University, 294 s.
Wenner, J.: Using Popcorn to Simulate Radioactive Decay, dostupné na internete: < >
Byrd, J.E., Perona, M.J.: Kinetics of popping of popcorn. Cereal Chemistry, (2005) 82: 52–59
Festival fyziky, Smolenice,

19. Festival fyziky, Smolenice, 7.4.2015
Poďakovanie Práca bola vypracovaná ako súčasť grantového projektu KEGA číslo 020UK-4/2014 „Inovácia obsahu, foriem a metód praktických cvičení z biofyziky a lekárskej biofyziky pre štúdium medicíny a biomedicínskej fyziky“.
Ďakujem za pozornosť
Festival fyziky, Smolenice,