CC BY
14УДК 372.853
Проекты по физике в школе в условиях введения ФГОС
Филиппова И.Я.
ГБОУ СОШ138 имени Святого благоверного князя Александра Невского Калининского
района (Россия, Санкт - Петербург)
Аннотация. По ФГОС основной процедурой итоговой оценки достижения метапредметных результатов обучающимся является защита им итогового индивидуального проекта. В данной статье представлены результаты 15-летнего опыта организации подобного учебного проекта в рамках курса школьной физики, выбора его структуры и итогового вида.
Ключевые слова: физика, школа, обучение физике, изучение физики.
Physics projects at school in the context of the introduction of the Federal State Educational
Standard
Abstract. According to the Federal State Educational Standards, the main procedure for the final assessment of the achievement of metasubject results by students is the protection of the final individual project by them. This article presents the results of 15 years of experience in organizing such an educational project within the framework of a school physics course, choosing its structure and final form.
Key words: physics, school, physics teaching, physics study.
Данная работа была представлена на XVI международной конференции «Физика в системе современного образования (ФССО-2021)» на секции «Физика в системе общего среднего и среднего специального образования». Заседания конференции проходили в дистанционном формате 11 и 12 ноября 2021 года с использованием технологии Zoom. На видеоролике выступление автора на конференции 12 ноября.
Введение. По ФГОС основной процедурой итоговой оценки достижения метапредметных результатов обучающимся является защита им итогового индивидуального проекта. Организацией исследовательской работы учеников я занимаюсь почти 15 лет, за это время сформировались представления о том, как правильно организовывать учебный проект, какая должна быть его структура и какой продукт должен получиться в итоге выполнения исследовательской работы.
Первая проблема - выбор темы. Предлагаю детям выбрать тему работы из имеющихся в сети Интернет. Выбранные темы мы обсуждаем, аргументированно отклоняя чисто реферативные (например, черные дыры, нейтронные звезды и т.д.). Остаются такие темы, при разработке которых возможно организовать измерения дома или в школьной лаборатории. Затем следует этап подготовки инструментария (дети сами ищут материалы, изготавливают необходимые устройства, изучают литературу по тематике проекта, обсуждают с учителем возникшие проблемы). Кульминация проекта - проведение необходимых измерений и анализ
полученных результатов. Завершается работа представлением полученных результатов на защите проектов.
В нескольких словах хочу упомянуть ряд прошлогодних проектов 9-классников.
1. Исследование полета бумеранга. Ученик проанализировал литературу, научился бросать бумеранг. Полеты бумеранга были засняты двумя видеокамерами с разных точек, полученный видеоматериал обработан методом видеоанализа, выявлены основные закономерности полета бумеранга.
Рисунок 1 - Результат обработки видеоклипа полета бумеранга в программе MeasureDynamics. На последний кадр клипа наложена траектория полета бумеранга
2. Двигатель Стирлинга. Были собраны модели двигателя разной конструкции с подключенным электрогенератором. На одном из них был измерен КПД преобразования энергии сгорания спирта в электрическую энергию. Масса сгоревшего спирта определялась взвешиванием спиртовки, выработанная электроэнергия - как интеграл мощности работы потребителя, то есть как интеграл произведения мгновенных значений силы тока и напряжения на нагрузке, измеренных датчиками тока и напряжения цифровой лаборатории «Архимед». КПД оказался удивительно низким (сотые доли процента).
Рисунок 2 - Три модели двигателя Стирлинга, использованные в работе
3. Исследование аномальных свойств воды. Ученик в своей работе остановился на
нескольких аспектах. В частности, на аномально высокой плотности воды, для объяснения которой пришлось разобраться в таком непростом явлении, как водородная связь. Кроме того, на аномальной температурной зависимость плотности вблизи температуры замерзания. Был проведен опыт с одновременным измерением температуры у поверхности смеси вода -лед и у дна сосуда. Вблизи дна температура оказалась около 4 градусов Цельсия, а у поверхности - около 0. Ученик в своей работе акцентировал свое внимание также на большой силе поверхностного натяжения воды.
Рисунок 3 - Температура в сосуде со смесью воды и льда у дна и у поверхности разная. У
дна 4 0С, у поверхности 1 0С
4. Создание термоса своими руками. Создавая термос, ученик акцентировал внимание на устранение теплопотерь, связанных с разными видами теплопередачи. Завершало проект «испытание» изделия - измерение скорости охлаждения воды в обыкновенной бутылке и в «термосе».
Рисунок 4 - Сравнение скорости остывания воды в пластиковой бутылке и в самодельном термосе. Красная линия - температура воды в самодельном термосе.
5. Исследование модели гравитационного источника света с использованием цифровой лаборатории «Архимед». Учеником была создана установка, в качестве генератора электроэнергии в ней был использован двигатель, снятый с вышедшего из строя принтера, на вал которого была закреплена катушка от скотча с намотанным на нее тросиком. В качестве
потребителя выступала лампочка карманного фонарика, закрепленная в патроне с детского электрического конструктора «Знаток». Измерения силы тока и напряжения велись датчиками тока и напряжения цифровой лаборатории «Архимед». Устройство приходило в движение при опускании наборного груза. Механическая энергия оценивалась по расстоянию, на которое опускался груз (^И). Выработанная электроэнергия определялась как интеграл мощности работы потребителя, то есть как интеграл произведения мгновенных значений силы тока и напряжения на нагрузке, измеренных датчиками тока и напряжения цифровой лаборатории «Архимед». КПД созданного учеником устройства составило примерно 40%.
Рисунок 5 - Вид установки для исследования преобразования механической энергии в
электрическую.
6. Визуализация звука. Для визуализации звука была создана установка для получения фигур Лиссажу. Установка состояла из пластикового ведерка из-под майонеза с помещенной в нее звуковой колонкой, которая по блютуз-каналу управлялась от смартфона. На смартфон была загружена программа звукового генератора, вырабатывающего сигнал на двух частотах. На ведерке была натянута мембрана, в качестве которой была использована одноразовая резиновая перчатка. На мембране было закреплено легкое плоское зеркальце, на которое светила лазерная указка. Изображение проецировалось на потолок.
Рисунок 6 - Пример полученной фигуры Лиссажу
7. Исследование модели ветрогенератора. Учеником была приобретена модель ветрового генератора, в качестве потребителя в котором был использован светодиод в патроне. Для проведения электрических измерений (силы тока через светодиод и напряжения, вырабатываемого генератором) к выводам генератора нами были припаяны длинные провода. Схема для измерений была собрана из модулей комплекта «Электричество и электроника» фирмы Phywe (Германия) (см. рисунок, справа). Ветрогенератор приводился в движение воздушным потоком, создаваемым электрическим феном. Для оценки скорости воздушного потока был использован метод видеоанализа - движение крупинок пенопласта, захваченных воздушным потоком, отслеживались видеокамерой с частотой кадров 50 кадров в секунду. Обработка видео проводилась в программе видеоанализа MeasureDynamics (Phywe, Германия). Проведенные измерения позволили оценить КПД преобразования
кинетической энергии воздушного потока в электроэнергию (примерно 27%).
■ -
Рисунок 7 - Исходный вид модели ветрогенератора (слева), справа - после модификации.
Выводы:
Даже такое краткое описание проведенных проектов показывает то, что в них есть общее -все они включают элементы реального исследования: подготовка эксперимента, проведение измерений, анализ результатов. И даже если результаты подтверждают хорошо известные факты, эти подтверждения получаются в ходе собственного исследования.
Сведения об авторе:
Филиппова Илзе Яновна - учитель физики ГБОУ СОШ 138, учитель высшей категории, кандидат физико-математических наук.
Author:
Filippova Ilze Yanovna - teacher of physics in school №138 in Saint-Petersburg.
