Klíčové kompetence ve výuce na základní škole a gymnáziu

Žákovské porozumění Newtonovým pohybovým zákonům je jedním z důležitých cílů výuky fyziky
na gymnáziu. I když tyto zákony, jak už dnes víme, mají omezený rozsah platnosti, zůstávají stále
důležitým základem pro řešení mnoha fyzikálních problémů.
K nejdůležitějším z nich pak patří řešení problémů pohybu tělesa nebo soustavy těles pod vlivem
působení jiných těles či silových polí. V obecné a názorné podobě se jedná o řešení tohoto
zásadního vědeckého problému, svým významem překračujícího oblast fyziky a vyskytujícího
se nejen v ní: Známe stav tělesa v určitém čase a charakter jeho interakcí s okolím, úkolem je
předpovědět stavy tělesa v následujících časových okamžicích nebo zjistit stavy tělesa v okamžicích
předcházejících. Pro určitou třídu problémů je velmi efektivním způsobem jejich řešení
použití právě Newtonových pohybových zákonů, v daném případě především 2. (Newtonova) pohybového
zákona. Interakce tělesa s okolím jsou zde reprezentovány silami a jeho pohybový stav
hybností (resp. součinem hmotnosti tělesa a jeho rychlosti). Známe-li pak síly (či jejich výslednici)
působící v průběhu času na těleso a jeho hybnost v určitém (počátečním) okamžiku, můžeme pomocí
2. pohybového zákona určovat charakter pohybu tělesa v minulých či budoucích okamžicích.
A následně také trajektorii tělesa, známe-li v počátečním okamžiku ještě počáteční polohu tělesa.
2. pohybový zákon nám však umožňuje řešit i opačnou úlohu: ze znalosti počátečních podmínek
a trajektorie tělesa určovat síly působící na těleso.
Celkově zde chceme zdůraznit hluboký poznávací (metodologický) i praktický význam 2. pohybového
zákona. Umožňuje ze znalosti počátečních podmínek, v nichž se těleso nachází (z počátečního
stavu tělesa), a sil působících na těleso, předvídat další stavy tělesa. Nutno si ale v této
souvislosti uvědomit, že 2. pohybový zákon sám o sobě nedovoluje předvídat průběh pohybu
(trajektorii) tělesa. Sám o sobě totiž tento zákon předvídá pouze časové změny hybnosti tělesa,
resp. zrychlení tělesa. Pro předvídání trajektorie tělesa musíme vedle samotného pohybového
zákona znát či určit i počáteční podmínky. Různé počáteční podmínky (polohy, hybnosti, resp.
hmotnosti a rychlosti tělesa) mohou mít „za následek“ zcela rozdílné pohyby tělesa, i když platí
stále stejný pohybový zákon! Jen vzpomeňme na různorodost pohybů tělesa vrženého v homogenním
tíhovém poli Země v závislosti na jeho počáteční poloze a hybnosti.
Výše uvedený zásadní poznávací význam 2. pohybového zákona, ale také důležitost uvažování
počátečních podmínek při studiu pohybů těles si často neuvědomujeme a neuvědomují si ho
především žáci. Didaktické výzkumy např. ukázaly, že žáci ve značné míře sdílejí tuto představu:
Působí-li na těleso konstantní výslednice sil (co do směru i velikosti), těleso bude konat vždy
pouze přímočarý rovnoměrně zrychlený pohyb. Výzkumy také ukázaly, že při výuce Newtonových
zákonů je velmi obtížné překonávat u žáků i další prekoncepty , s nimiž žáci do výuky přicházejí.
Nejzávažnějším je představa, že pohyb tělesa je vždy spojen s působením síly a že pouze klid
tělesa působení síly nevyžaduje 31 .
31 Při zpracování této kapitoly, především při výběru očekávaného výstupu, konkrétních klíčových kompetencí a jejich částí vycházíme
z Rámcového vzdělávacího programu pro gymnázia (Praha : VÚP, 2007. 100 s. ISBN 978-80-87000-11-3). Dále uvedené
hladiny klíčových kompetencí jsou obsaženy v publikaci Klíčové kompetence na gymnáziu (Praha : VÚP, 2008. 129 s. ISBN 978-
80-87000-20-5.).
– 45 –