Поделиться
методическое пособие_Кукнерик Д.Р..docx
Учебно-методический материал
ФОРМИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ В ШКОЛЕ
Кукнерик Д.Р.
Кукнерик Дина Романовна - учитель физики
муниципального общеобразовательного бюджетного учреждения Талаканской СОШ № 5,
пгт Талакан, Амурская область
Methodical manual
BUILDING AN ENGINEERING MINDSET AT SCHOOL
Kuknerick D.R.
Dina Romanovna Kuknerik - physics teacher
municipal educational budgetary institution Talakan secondary school No. 5, town Talakan, Amur region
Аннотация: В пособии рассматриваются виды работ для формирования инженерного мышления школьников 5-9 классов в урочной форме, как домашние задания, так и во внеклассной работе кружков «Я исследователь», «Робототехника». Актуальность инженерно-технического направления в развитии школьников заключается в том, что оно востребовано для преобразования окружающего мира, позволяет раскрыть потенциал каждого ребёнка. В инженерной подготовке важную роль играют практические навыки для технических решений. Целью методического пособия «Формирование инженерного мышления в школе» является создание условий для развития научно-технического потенциала обучающихся на основе системно-деятельностного подхода в обучении, который стал методологической основой ФГОС общего образования второго поколения. Ожидаемые результаты: Формирование мотивации к изучению физики и занятиям научно-техническим творчеством, приобщение и развитие у учащихся исследовательских умений, выступление на НПК школьников, выбор предмета «физика» для сдачи ОГЭ и ЕГЭ, ранняя профориентация обучающихся. Разработанная модель формирования инженерного мышления может быть использована для развития различных компетенций, таких как креативность, критическое мышление, общение, работа с информацией, сотрудничество посредством проектных мероприятий.
Учебно-методическое пособие адресовано учителям физики общеобразовательных школ.
Ключевые слова: научно-техническое творчество, инженерное мышление, эксперимент, проект.
Abstract: The manual examines the types of work to form the engineering thinking of schoolchildren in grades 5-9 in the form of lessons, both homework and in the extracurricular activities of the circles "I am a researcher," "Robotics." The relevance of the engineering and technical direction in the development of schoolchildren lies in the fact that it is in demand to transform the world around it, allows you to unleash the potential of each child. Practical skills for technical solutions play an important role in engineering training. The purpose of the methodological manual "Formation of engineering thinking at school" is to create conditions for the development of the scientific and technical potential of students on the basis of a system-activity approach to training, which has become the methodological basis of the GEF of general education of the second generation. Expected results: Formation of motivation to study physics and engage in scientific and technical creativity, introducing and developing research skills among students, speaking at the NPK of schoolchildren, choosing the subject "physics" for passing the OGE and USE, early career guidance for students. The developed model for the formation of engineering thinking can be used to develop various competencies, such as creativity, critical thinking, communication, work with information, cooperation through project activities.
The teaching manual is addressed to physics teachers of secondary schools.
Key words: scientific and technical creativity, engineering thinking, experiment, project.
Введение
«Высшее искусство, которым обладает учитель, — это умение пробудить радость от творческого выражения и получения знаний»
Альберт Эйнштейн
Инженерное мышление — это особый вид мышления, формирующийся и проявляющийся при решении инженерных задач. Оно направлено на удовлетворение технических потребностей в знаниях, способах, приёмах с целью создания технических средств и организации технологий. [1]
Одним из самых важных качеств будущих инженеров является способность самостоятельно, творчески мыслить, быть способным к самореализации и самообразованию. Наиболее востребованные компетенции, которые необходимо развивать это креативность, критическое мышление, общение, работу с информацией, сотрудничество посредством проектных мероприятий.
Целью методического пособия «Формирование инженерного мышления в школе» является создание условий для развития научно-технического потенциала школьников 5-10 классов. Пособие способствует решению задач:
• Развивать научно-техническое творчество;
• Развивать проектно-исследовательскую деятельность;
• Стимулировать интерес школьников к фундаментальным и прикладным наукам;
• Объяснять природные явления с научной точки зрения;
• Формировать раннюю профориентацию школьников.
Актуальность инженерно-технического направления в развитии школьников заключается в том, что оно востребовано для преобразования окружающего мира, позволяет раскрыть потенциал каждого ребёнка. В инженерной подготовке важную роль играют практические навыки для технических решений.
С чего начать? Как только ребёнок начинает испытывать потребность создавать то, чего нет, очень важно поддержать это желание, стимулировать его, подсказывать какие-то первые решения. По сути, с этого момента начинается инженерное образование в широком смысле. Задача педагога - вовремя заметить, когда можно усложнять условия, давать целенаправленные задания, поддерживать самостоятельные решения.
Каждый ребёнок потенциальный изобретатель. Инженерное мышление - это вид познавательной деятельности, направленной на исследование, создание и эксплуатацию новой техники. Инженерное мышление – активная форма творческого мышления и нужно не только будущим инженерам. Оно формирует базовые представления о физике, с которыми мы сталкиваемся каждый день, и помогает в познании окружающего мира.
В пособии предложены виды работ для формирования инженерного мышления школьников 5-10 классов в урочной форме, как домашние задания, так и во внеклассной работе.
Учебно-методическое пособие адресовано учителям физики и учащимся.
Формирование инженерного мышления в школе – это процесс, направленный на развитие навыков и умений, позволяющих эффективно решать практические задачи, используя научные знания и технологии. Инженерное мышление включает три компонента:
- Техническое – умение анализировать состав, структуру, устройство и принцип работы технических объектов в изменённых условиях.
- Исследовательское – определение новизны в задаче, умение сопоставлять её с известными классами задач, аргументировать свои действия, полученные результаты и делать выводы.
- Конструктивное – построение определённой модели решения поставленной проблемы или задачи, умение сочетать теорию и практику.
Развитие творческих способностей школьников является главной задачей по повышению эффективности обучения физике. Одним из путей развития инженерного мышления у школьников является внеурочная деятельность кружков «Я исследователь», «Робототехника». В пособии представлены виды деятельности по формированию мотивации инженерного мышления:
1. Изготовление приборов по физике своими руками;
2. Опыты и эксперименты;
3. Проектная деятельность;
4. Составление и решение задач с техническим содержанием;
5. Наблюдение и объяснение природных явлений
Ожидаемые результаты: Формирование мотивации школьников к изучению физики и занятиям научно-техническим творчеством, приобщение и развитие у учащихся исследовательских умений, выступление на НПК школьников различного уровня, выбор предмета «физика» для изучения в профильных классах, ранняя профориентация обучающихся.
Обзор литературы
Начало XXI века ознаменовалось бурным развитием IT-технологий. То, чему нас учат в школах и университетах, устаревает еще до того, как мы успеваем их закончить. Современный мир требует развития особого набора характеристик, а именно непрерывно обучаться, понимать новые технологии, взаимодействовать и работать в команде – отмечает в своём исследовании С.Н. Бабина.
Выбирать профессию в 10-11 классах становится поздно, предпрофильная подготовка учащихся начинается в среднем звене. Становится понятно, что чем раньше ученик начнет овладевать навыками будущей профессии, тем больший запас знаний, умений и навыков он получит к моменту выбора основного рода деятельности. Даже если в будущем карьерный путь ребенка не будет связан с выбранной профессией, умение разбираться в сложных системах и взаимодействовать с новыми технологиями пригодится ему в дальнейшем [2].
Важным мотивом образования в настоящее время становится потребность выпускника школы в социальной адаптации на основе профессионального самоопределения. Социальная адаптация школьника происходит более успешно в том случае, когда выпускник подготовлен к освоению опыта преобразующей деятельности в одном или нескольких профессиональных направлениях. Развитие науки, техники, технологий изменяет структуру и расширяет спектр направлений профессиональной деятельности в современных условиях.
В настоящее время важную роль в образовании играет профильное обучение. Болотина Т.Б., Вяземский Е.Е отмечают недостатки и достоинства данного обучения в свете ФГОС.[3].
Недостатки профильного обучения:
· Сложность перехода в случае необходимости из одного профильного класса в другой, из-за сильного отличия программ. А поскольку ребенок 14-16 лет не всегда четко уверен в том, чем хочет заниматься в будущем, и сможет ли он идти по выбранному пути, переходы из одного профильного класса в другой не редкость.
· Сложность, а зачастую невозможность такого обучения в школах с маленьким количеством учеников, где отсутствуют необходимые для организации учебного процесса современные устройства и технологии, нужное количество педагогов.
· Необходимость постоянного повышения квалификации учителей.
· Еще большая временная загруженность старшеклассника.
Преимущества профильного обучения в школе:
· Индивидуальный, учитывающий желания ученика подход, направленный на то, чтобы сделать урок максимально интересным и доступным для понимания.
· Обязательное использование современных технологий на занятиях (что дает возможность не только сделать урок более информативным, но и правильно организовать учебный процесс).
· Хорошая подготовка к сдаче ЕГЭ.
· Выстраивание в сознании ученика его будущего пути, а, следовательно, его моральной готовности к переменам после школы.
Можно сделать вывод, что на сегодняшний день, профильная система образования в российских школах нуждается в определенных "доработках".
За последние годы в России вопросам инженерного образования школьников уделяется большое внимание, разрабатываются программы и концепции, открываются инженерные классы при лицеях и колледжах, анализирует развитие инженерного образования в общеобразовательной школе Е.В. Щепелина. Государственные корпорации проявляют интерес к подготовке будущих специалистов для своих производств, при образовательных организациях открываются технопарки, развивается система Кванториумов. На данном этапе в России только начинает складываться единая, научно обоснованная система работы в данном направлении. [4]
Внедрение ФГОС изменили приоритеты образования, поставив на первый план вопросы воспитания и развития. Сдвиг целевых ориентиров в направлении формирования личностных и метапредметных результатов делает предпочтительными для учащихся задачи проблемного характера. Именно такие задачи рождаются в процессе технического творчества детей.
Сегодня самыми значимыми признаются не объем памяти и основанная на ней эрудиция, а овладение универсальными учебными умениями: навыками исследовательской деятельности, опытом преобразования и передачи разных видов информации; умением продуктивно сотрудничать. «…в качестве содержания образования, транслируемого ребёнку, выступают культурные техники и способы мышления и деятельности» отмечает автор [5]. Исследователи из Санкт – Петербурга Ярмолинская М.В., Спиридонова А.А. выделяют перечень междисциплинарных (надпредметных) познавательных умений и навыков, проявляющихся в уровнях мышления будущих инженеров, так необходимых для развития инженерных компетенций через организацию проектной деятельности:
Ø теоретическое мышление;
Ø способность и умение обобщать, систематизировать, определять понятия, строить доказательства и т.п.);
Ø критическое мышление
Ø умение определять главное, отличать факты от мнений, определять достоверность источника, видеть двусмысленность утверждения, 29 невысказанные позиции, предвзятость, логические несоответствия и т.п.);
Ø творческое мышление - способность осуществлять перенос, видение проблемы в стандартной и новой ситуации, определять варианты альтернативных решений, комбинировать известные способы деятельности с новыми способами. [6]
По мнению Шубовича В.Г., Семенова А.А., Аленоваа А.Н. для подготовки перспективных инженерных кадров в современном мире, необходимо внедрять самые новейшие технологии в образование подрастающего поколения. Одним из самых приоритетных направлений современного общества является «робототехника», для преподавания которой необходима хорошая материальная база и достаточное количество часов на подготовку. Для того, чтобы каждый подрастающий специалист был высокообразован и грамотен в инженерной деятельности, уже с раннего возраста необходимо развивать техническое творчество. Каждого выпускника школы необходимо профессионально подготовить для будущей жизни в современном обществе. [7]
Необходимость осуществления инженерного образования учащихся в общеобразовательных школах отмечается как отечественной, так и зарубежной педагогической наукой.
В США имеется позитивный опыт внеурочной деятельности по инженерному образованию в средней школе. Анализ отдельных форм внеурочной деятельности, распространенных в американской практике, приведен С. Бедер [8]. Внеурочная деятельность складывается из функционирования научных клубов, посещения музеев, зоопарков, планетариев, национальных музеев, парков и природных объектов. Помимо этого, в отдельных школах разрабатываются внеурочные программы по робототехнике, организуются научные ярмарки и олимпиады.
В российской педагогике тема инженерного образования во внеурочной деятельности в 7–9-х классах общеобразовательной школы практически не присутствует. Исследователями рассматриваются общие методологические основы и анализируются отдельные формы внеурочной деятельности. В науке не имеется как обобщений успешного опыта инженерной подготовки, так и концепций по подготовке учеников посредством внеурочной деятельности. Подобная ситуация обусловлена как общими проблемами в подготовке инженерных кадров, так и отсутствием системного практического опыта. [9].
Эллен Мэри Спенсер и Билл Лукас из Великобритании в своём исследовании [10]. рассматривают сходства (и различия) в подходах к систематическому, целенаправленному и эффективному включению творческих и инженерных дисциплин в учебные программы всех школ. Исходим из того, утверждают авторы, что инженерные и творческие дисциплины, которые во всем мире все больше ценятся как средства решения некоторых трудноразрешимых и сложных проблем, стоящих перед человечеством, тем не менее, практически не представлены в школах Англии.
Доктор Фатма Каян Фадлельмула из Катара в своих исследованиях подчеркивает важнейшую роль науки, технологий, инженерии и математики (STEM) в развитии человеческого капитала в областях, имеющих значение для глобальной конкурентоспособности и процветания страны. В государствах Совета сотрудничества арабских государств Персидского залива (ССАГПЗ) имеется растущая потребность в переходе к экономике, основанной на знаниях, и подготовке высококвалифицированных специалистов в областях STEM для удовлетворения потребностей рынка труда. Тем не менее, несмотря на многочисленные реформы в сфере образования и выделение значительных ресурсов, национальные и международные показатели успеваемости учащихся по-прежнему свидетельствуют о незначительном улучшении успеваемости учащихся стран Персидского залива по естественно-научным, технологическим, инженерным и математическим дисциплинам. Очевидно, что молодежь стран Персидского залива по-прежнему не проявляет интереса к профессиям в сфере STEM и редко выбирает эти предметы в качестве основных [11].
В междисциплинарном контексте в Китае и при решении задачи интеграции учебных предметов, очевидно, что учителям естественно-научных, технологических, инженерных и математических дисциплин необходимо преодолевать дисциплинарные границы. Эпистемическая гибкость — это способность распознавать, оценивать и участвовать в междисциплинарных дискуссиях о проектировании для совместного создания новых знаний и практик, которые могут помочь в решении возникающих проблем, считает автор [12]. Наука, инженерное дело и математика опираются на различные формы эпистемологии. Когда учителя разрабатывают междисциплинарные проекты в области STEM, им приходится задействовать разные способы мышления и познания констатируют Дж. Л.Бенче, Д. Г.Хоуг [13]. Следовательно, необходимо дальнейшее развитие эпистемологической беглости учителей для плодотворного междисциплинарного STEM-сотрудничества в педагогическом проектировании.
А.Т. Фаритов, кандидат наук Ульяновского ГП, анализируя инженерное образование учащихся основного общего образования в разных странах, сделал следующие выводы:
По большей части инженерная подготовка в 7–9-х классах осуществляется посредством внеурочной деятельности. Между тем вопрос об инженерной подготовке в 7–9-х классах школы посредством внеурочной деятельности в литературе освещен в недостаточной степени [9].
Обобщая сказанное, выделим общие черты и различия между отечественным и зарубежным подходами к исследованию инженерной подготовки во внеурочной деятельности в 7–9-х классах.
1. Общими чертами являются: слабая разработанность тематики, хаотичность и фрагментарность подхода, выделение различных возможных форм внеурочной деятельности, осознание значимости инженерной подготовки.
2. Различия заключаются в следующем:
В зарубежной педагогике присутствует многоаспектный подход, который включает в себя организационно-технологический, мотивационный и гендерный аспекты;
В зарубежной педагогике имеется более богатый опыт инженерной подготовки, что обусловлено в первую очередь дифференциацией системы школьного образования; в России существует методологический потенциал к развитию концепции инженерной подготовки как самостоятельного вида деятельности, в США же реализуется комплексная концепция STEM.
Перспективой данной работы могут стать учебно-методические пособия для дальнейшего формирования инженерного мышления школьников среднего звена общеобразовательной школы.
Материалы и методы.
Изготовление приборов по физике своими руками
Изготовление приборов своими руками из подручных средств необходимо для развития творческих и практических умений у школьников. Важные этапы творческой деятельности связаны с переходом от фактов к построению абстрактной модели.
Исследовательские компетенции:
- выяснение того, на использовании каких физических явлений и законов основывается работа данного прибора, каковы его назначение, условия использования, требования к нему и т. д.;
- выявление наиболее целесообразного (простого) конструктивного решения;
- подготовка эскиза и рисунка прибора, если это необходимо;
- изготовление самого прибора;
- исследование возможности использования прибора в опытах по физике, в быту и технике;
- проведение оценки характеристик самодельных приборов при постановке физических экспериментов и лабораторных опытов.
Критерии успешности:
• работоспособность прибора;
• безопасность использования;
• 
наглядность физического принципа;
• доступность материалов и технологий изготовления. [14]
Компас. Тема: Магнетизм, 8 класс
Требуется: Брусок магнита. Иголка – желательно большая. Металлическая скрепка или булавка. Неметаллическая тарелка или миска. Вода. Пробка. Компас для проверки самодельного компаса [15].
Подготовка. Много раз подряд (не менее 50) провести магнитом по иголке в одном направлении. Проверить намагнитилась ли иголка, поднять с её помощью металлическую скрепку. Наполнить тарелку водой. Положить иголку на пробку, а пробку осторожно опустить в воду. Тупой конец иголки будет указывать на север.
Проверь правильность показаний самодельного компаса с помощью обычного.
Задание:
1. Определить по компасу стороны горизонта.
2. Поднести самодельный компас к проводнику с током, проверить опыт Эрстеда – действие электрического тока на магнитную стрелку.
3. Сделать вывод.
Электроскоп. Тема: Электризация, 8 класс
Требуется: Стеклянная банка с крышкой. Металлический гвоздь. Шарик из алюминиевой фольги. Лёгкие листочки из бумаги или фольги. Эбонитовая палочка или пластмассовая ручка. Шерстяная ткань.
Подготовка. К гвоздю прикрепляем шар из алюминиевой фольги.
Пропускаем гвоздь сквозь крышку.
Прикрепляем к гвоздю лёгкие листочки из фольги или бумаги и закрываем крышку на банке.
Наэлектризуем эбонитовую палочку о шерсть и поднесём к шарику из фольги.
Задание:
Потереть пластмассовую ручку о шерсть, зарядить электроскоп.
Потереть стеклянный предмет (например, стаканчик) о бумагу и поднести к электроскопу. Наблюдаем, что произошло с листочками электроскопа. Сделать вывод.
Гальванический элемент. Тема: Электрический ток, 8 класс
Гальванический элемент из лимона описанный ещё в 1909 году в журнале «Природа и люди»
Требуется: Лимон. Кусочки или пластины медной и цинковой проволоки.
Подготовка. Разрежьте лимон острым ножом поперёк, стараясь не разрывать тонких перегородок. В каждое гнездо воткните медную и цинковую проволоку.
Проба на язык даёт характерное покалывание.
Задание:
1. Измерьте силу тока в лимоне миллиамперметром.
2. Вместо лимона возьмите яблоко, солёный огурец, лук и снова измерьте силу тока.
3. Сделайте вывод.
Гигроскоп. Тема: Влажность, 8 класс
Действие прибора основано на том, что в сухую погоду волос становится короче, а в дождь, набравшись влаги, удлиняется.
Требуется: Фанера. Три деревянных брусочка. Штопальная игла. Длинный волос.
Подготовка[15].
Из фанеры вырезать прибор длиной 40 см, внизу окружность радиусом 15 см.
К задней стенке дощечки прикрепить два брусочка внизу и вверху для опоры о стену
В среднем бруске (2,5×2,5×2 см) просверлить отверстие для оси - иглы, на которую прикрепим стрелку.
На ушке иглы укрепим маленький деревянный блок, пропустим иглу через средний брусок и через отверстие в центре круга.
На круг наклеим циферблат.
Длинный волос привяжем к крючочку в верхнем бруске, а нижний обернём вокруг блока и привяжем грузило
С влажностью волос будет удлиняться, и вращать соломенную стрелку, прикреплённую к острию иглы.
Задание: Измерьте с помощью гигроскопа влажность в течение дня – утром, в обед и вечером, сделайте вывод.
Термоскоп. Тема: Тепловые явления, 8 класс
Термоскоп придуманный Героном Александрийским. Когда солнечные лучи прогревают шар, воздух в верхней части шара, расширяясь, давит на воду и вытесняет её по изогнутой трубке наружу, вода начинает капать из конца трубки в воронку, откуда стекает в нижний ящик. В холодную же погоду, напротив, упругость воздуха в шаре уменьшается и вода из нижнего ящика, вытесняется давлением наружного воздуха по прямой трубке в шар[17].
Термоскоп Герона
Потребуется: шар или пластиковая бутылка, трубка, ящик или банка с пластиковой крышкой, воронка, вода.
Задание: Проверьте работу гигроскопа при разных температурах. Сделайте вывод.
Перископ. Тема: Оптика, 9 класс
Действие прибора основано на законе отражения света
Потребуется: Картон; Два зеркала.
Подготовка. Изготовить трубу. На изгибах трубы установить зеркала под углом 45о.
Задание: Объясните действие прибора на основе закона отражения света, постройте ход лучей в перископе. Проверьте действие прибора из укрытия, сделайте вывод. Назовите профессии, в которых используется перископ.
Маятник Максвелла. Тема: Преобразование видов энергии, 8 класс
Прибор демонстрирует превращение потенциальной энергии в кинетическую энергию и обратно, иллюстрируя закон сохранения энергии при колебаниях. Потребуется: Диск, надетый на ось. Два резиновых жгута. Перекладина.
Подготовка. Диск, надетый на ось, прикрепим к перекладине с помощью резиновых жгутов. Прибор готов.
Задание: Вспомните определение потенциальной и кинетической энергии, от каких параметров зависит каждый вид энергии? Объясните закон сохранения энергии при колебаниях.
Гигроскоп. Тема: Влажность, 8 класс
Домашняя метеостанция из еловой шишки. В сухую погоду шишка высыхает и раскрывается, во влажную закрывается.
Потребуется: Еловая шишка. Две дощечки. Соломинка-стрелка.
Подготовка. Соединить дощечки перпендикулярно друг другу. Прикрепить стрелку-указатель к шишке, закрепить конструкцию. Отметить «пасмурно-ясно».
Задание: Вспомните определение насыщенного пара, определение абсолютной и относительной влажности. Проверьте действие прибора. Сделайте вывод.
Опыты и эксперименты
Привитие учащимся практических навыков и умений является одной из главных задач школьного обучения. Физический эксперимент - важнейший составной элемент в процессе изучения физики. Школьник понимает суть физического опыта только тогда хорошо, когда он его выполняет сам [17].
На кружке «Я исследователь» учащиеся проводят эксперименты, которые записывают на видео. Дело в том, что обычно учитель демонстрирует опыты, а ученики наблюдают и делают выводы, а если поменяться ролями, то процесс обучения станет эффективнее. В применении мультимедийной видео технологии учащиеся являются активными участниками, так как в основе лежит творческая познавательная деятельность, учащиеся проводят съёмку, монтаж и озвучивание. Необходимость записи экспериментов существует из-за отсутствия нужного оборудования в школе. К экспериментам приведены задачи в приложении 1.
Атмосферное давление, 7 класс
https://cloud.mail.ru/public/g73U/9WvmUJwVU
Оборудование: Вакуумный насос Комовского, полушария.
Фото 1.Опыт О.Герике с магдебурскими полушариями в миниатюре
Сравните показания барометра в классе, на улице и на третьем этаже школы. Сделайте вывод. Информация об атмосферном давлении важна во многих областях науки и техники. Почему важно учитывать атмосферное давление инженерам-конструкторам в самолётостроении и в строительстве подводных лодок?
Все источники звука колеблются, 9 класс
https://cloud.mail.ru/public/LT1N/eY4b2Lf3H
Оборудование: камертон, штатив, гайка на нити, молоточек.
Фото 2. Обнаружение колебаний ветвей звучащего камертона
Подумайте, с какой основной целью строители древних русских церквей замуровывали в стены и своды небольшие керамические кувшины-голосники открытыми горлышками внутрь помещений? (Каждый голосник выполнял роль резонатора, как и ящик камертона. При резонансе резко возрастает амплитуда колебаний и, следовательно, громкость звука).
Давление газа, 7 класс
https://cloud.mail.ru/public/V7rR/siyhWKpRN
Оборудование: насос Комовского, воздушный колокол, шарик, нить.
Фото 3.Если откачать воздух из-под колокола, то число ударов молекул о резиновую оболочку снаружи, становится меньше, чем изнутри, что приводит к раздуванию шарика.
Давление газа широко используется в промышленности и производстве. Например, пневматические системы используют сжатый воздух для работы инструментов, станков и систем автоматизации. Где ещё используется давление газа? Сделайте вывод.
Давление света, 9 класс
https://cloud.mail.ru/public/pAYC/zSUFeLUvB
Оборудование: воздушный колокол, насос Комовского, лёгкие крылышки из фольги, нить, линза.
Давление света используется в космических технологиях для создания солнечного паруса. Как называется инженер в области космических технологий? (Инженер-конструктор ракетостроения, инженер космических систем и т.д.) Подумайте, где ещё можно использовать давление света.
Почему солнечный парус может перемещаться в межпланетном пространстве, двигаясь с огромной скоростью, а метеоры, залетевшие в земную атмосферу, раскаляются добела и чаще всего сгорают?
Фото3. Лёгкие крылышки из фольги движутся под действием света в вакууме
Правило Ленца, 9 класс
https://cloud.mail.ru/public/ZUNx/Z8spuUn81
Оборудование: Коромысло из двух алюминиевых колец, одно из которых с разрезом, магнит.
Фото 4. Возникновение индукционного тока в кольце при изменении магнитного потока
Правило Ленца демонстрирует направление индукционного тока. Индукционный ток вырабатывается на ТЭЦ, ГЭС, АЭС в электромеханических индукционных генераторах, где механическая энергия превращается в электрическую. Какие превращения энергии происходят на Бурейской ГЭС? Какой ток вырабатывает электростанция? Какие инженерные профессии востребованы на ГЭС? (Инженеры-электрики осуществляют организацию, поддержку технического обслуживания и ремонт электрооборудования, объектов гидроэлектростанции. Инженеры-гидротехники участвуют в разработке мероприятий по повышению безопасности гидротехнических сооружений, внедряют новые методы контроля над гидротехническими сооружениями.
Инженеры по специализации гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика участвуют в создании сложных гидравлических машин. Они проектируют гидротурбины и системы их автоматизированного управления. Также выполняют монтаж, наладку и эксплуатацию гидравлических машин и устройств. Есть должность инженер по транспорту электроэнергии.
Кипение воды при давлении ниже атмосферного, 8 класс
https://cloud.mail.ru/public/hqe5/EfzeKAePc
Оборудование: Насос Комовского, вода при t =50-70 С, воздушный колокол.
Фото 5. Кипение воды в вакууме при более низких температурах
Высокие температуры кипения при повышенном давлении используют в паровых котлах на электростанциях, вода кипит под высоким давлением, образуя пар для турбин.
Низкие температуры кипения при пониженном давлении используют в холодильниках и кондиционерах. Фреон кипит при низких температурах в испарителе, поглощая тепло из камеры. Подумайте, где ещё можно использовать кипение жидкости с большим (меньшим) давлением атмосферного.
В рамках предметной недели «Физика» в школе с целью повышения интереса учащихся к предмету, формированию познавательной активности ежегодно проводится конкурс видео роликов «Занимательная физика». Наиболее удачные работы демонстрируются в классах, победители награждаются дипломами.
С VII класса необходимо приступать к систематическому проведению домашних экспериментальных заданий, включая в них интересные и простые опыты и наблюдения. Домашние опыты и наблюдения учащиеся выполняют с большим интересом, чем другие виды работы. Их знания становятся более осмысленными, глубокими, повышается интерес к физике и технике.
Например:
1. Картезианский водолаз. Цилиндрический стеклянный сосуд на 9/10 заполняют водой. В нём находится стеклянный пузырёк с небольшим объёмом воды, опрокинутый горлышком вниз. Сверху цилиндрический сосуд плотно затягивают резиновой плёнкой. Если оказывать давление на резиновую плёнку, то стеклянный пузырёк тонет. Прекратить воздействовать на плёнку - пузырёк всплывает. Объясните наблюдаемое явление. Где используется в практике данное явление? [18] (Батискаф, подводная лодка)
2. Умные спички. На поверхность воды положите две спички и куском мыла коснитесь этой поверхности между ними. Повторите опыт, коснувшись воды кусочком сахара. Почему в первом случае спички убегают друг от друга, а во втором случае, наоборот, устремляются друг к другу. Результаты опытов объяснить. [19] Явление поверхностного натяжения используется в разных сферах, например, в промышленности. Силы поверхностного натяжения применяют при отливке сферических форм, например ружейной дроби. Каплям расплавленного металла дают застывать на лету при падении с достаточной для этого высоты, и они сами застывают в форме шариков, прежде чем упадут в приёмный контейнер.
Проекты
Проектно-исследовательская деятельность в школе — это целенаправленный, самостоятельный процесс, в ходе которого учащиеся изучают проблему, выдвигают гипотезу, проводят исследование и представляют полученные результаты в виде завершённого продукта. Этот формат работы помогает формировать у школьников важные компетенции, соответствующие требованиям ФГОС. [20]
В настоящее время возросла роль некоторых качеств личности, ранее необязательных для жизни в обществе, таких как: способность быстро ориентироваться в меняющемся мире, осваивать новые профессии и области знаний. Исследовательская и проектная деятельность учащихся является инновационной образовательной технологией и служит средством комплексного решения задач воспитания, образования, развития личности в современном социуме, трансляции норм и ценностей научного сообщества в образовательную систему. Позволяет учащимся не только усваивать знания, но и развивать навыки самостоятельной работы, критического мышления и творческого подхода к решению проблем. Помощь учащимся при работе над проектом выражается не в передаче знаний и умений, которые могут быть практически реализованы в проектной деятельности, а в обеспечении педагогом деятельности ученика. Учитель консультирует, мотивирует, сопровождает, наблюдает деятельность школьника, учитывает общие правила для руководителя проекта. (Приложение 2)
Важнейшей педагогической задачей является формирование у школьников умений ориентироваться в расширяющемся информационном пространстве, добывать и применять знания, пользоваться приобретенными знаниями для решения познавательных и практических задач. Не менее значимой задачей является обучение школьников умению планировать свои действия, тщательно взвешивать, принимаемые решения, сотрудничать со сверстниками.
Внедряя проектную деятельность в повседневную практику, мы создаём условия для всестороннего развития подрастающего поколения — активного, творческого и уверенного в своих силах. Проектные технологии заметно повышают интерес школьников, как к отдельным областям знаний, так и к образованию в целом. Необходимо учитывать последовательность работы над проектом. (Приложение 3) Наши проекты:
Катушка Тесла
https://cloud.mail.ru/public/SrRM/exBJF4p11
Цель: Создание и исследование устройства по передаче беспроводного электричества.
Фото 6. Демонстрация беспроводной передачи электроэнергии
Музыкальный трансформатор
https://cloud.mail.ru/public/2Aw9/VVJSRAniT
Цель: Создание резонансного трансформатора, выдающего высоковольтные и высокочастотные разряды, которые модулируются аудиосигналом для воспроизведения звука.
Фото 7. Резонансный трансформатор
Виброход
https://cloud.mail.ru/public/BaWW/KPi6vyJ5D
Цель: Создание устройства, принцип движения которого основан на вибрации.
Задачи:
Изучить физические принципы работы виброхода;
Разработать конструкцию;
Протестировать различные методы управления;
Подготовить практическое руководство по сборке.
Фото 8. Виброход
Образовательная робототехника – новое направление для обучения детей, сочетающее в себе изучение физики, информатики, математики, технологии и применение полученных знаний на практике. Занятия робототехникой направлены на популяризацию инженерных профессий и развитие научно-технического творчества среди школьников. Обязательно учитываем критерии оценки исследовательского проекта. (Приложение 4)
Робот – лошадка
https://cloud.mail.ru/public/gq63/UJKkrA4Dr
Цель: Создание прототипа робота для выполнения сельскохозяйственных работ на приусадебном участке.
Фото 9. Робот-лошадка
Робот – ликвидатор ЧС
https://cloud.mail.ru/public/QQfX/UM9mpDLSi
Цель: Создание робота – прототипа устройства для ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Фото 10. Робот – ликвидатор ЧС
Для будущих инженеров большое значение имеет составление и решение задач с техническим содержанием. Градообразующее предприятие в п. Талакан Бурейская ГЭС Тема гидроэнергетики близка многим учащимся. Найти данные и составить условие задачи (домашнее задание) не составляет труда [22]. . Примеры задач для 7-9 классов.
1. Расчёт мощности Бурейской ГЭС (Механика. Энергия)
Установленная мощность Бурейской ГЭС 2010 ГВт. Средний напор воды (высота падения) составляет около 100 м. КПД агрегатов равен 90%. Рассчитайте, какой объём воды проходит через турбины за 1 с при максимальной нагрузке.(2280 м3)
2. Мощность. Временными правилами эксплуатации Бурейского
водохранилища разрешены холостые сбросы объёмом до 7000 м3 /с. Определите мощность водного потока. (6300МВт)
3. Электродинамика и КПД.
За сутки Бурейская ГЭС выработала 45 ГВт×ч электроэнергии. Установленная мощность Бурейской ГЭС 2010 ГВт. Рассчитайте фактический коэффициент использования установленной мощности за этот период. (0,9).
4. Потенциальная энергия
Высота плотины Бурейской ГЭС 140 м. Какой потенциальной энергией обладает человек массой 70 кг, стоящий на гребне плотины? (98кДж).
5. Плотность вещества
На строительство Бурейской ГЭС затрачено 3,5 млн м3 бетона. Рассчитайте массу бетона, если его плотность равна 2500 кг/м3 . (8750 Мкг)
6. Давление жидкости
Задача. Максимальная глубина Бурейского водохранилища 118 м. Какое давление оказывает вода на придонных рыб. (1180000 Па=1,18МПа)
Материал "Физика в народных приметах" можно использовать как на уроках, так и во внеурочной деятельности для учащихся 8-9 классов в форме игры-соревнования. Мероприятие приобщает учащихся к народной мудрости в виде примет о погоде, формирует научное мышление. Народные приметы распределены по темам, поэтому их удобно использовать на уроках для формирования мотивации. При использовании презентации во внеклассной работе в форме игры-соревнования: Класс делится на команды, в которых обсуждается ответ, затем озвучивается и проверяется. За правильный ответ 1 балл. Выбирают задания по очереди. Выигрывает команда, набравшая максимальное количество баллов.
«Народные приметы о погоде — сохраняющиеся в народе и передаваемые из поколения в поколение сведения о различных признаках, указывающих на предстоящие явления погоды. Народные приметы уходят своими корнями в далёкое, языческое прошлое. Людям приходилось уметь ориентироваться в погодных явлениях затем, чтобы вовремя собрать или посеять урожай или начать другие земледельческие работы. Величайшее богатство народа — его язык! Тысячелетиями накапливаются и вечно живут в слове несметные сокровища человеческой мысли и опыта» [24]. Например:
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Задачи [25]
1. Может ли работать барометр-анероид на Луне?
(Не может работать, нет атмосферного давления)
2. Почему человек не чувствует давление атмосферы, которая давит на него с силой в несколько тонн?
(Давление внутри организма равно атмосферному давлению).
3.Почему солнечный парус может перемещаться в межпланетном пространстве, двигаясь с огромной скоростью, а метеоры, залетевшие в земную атмосферу, раскаляются добела и чаще всего сгорают?
(Воздух, находящийся на пути метеора, подвергается сильному сжатию и нагревается при этом за счёт кинетической энергии этого тела. Получая внутреннюю энергию от воздуха, раскаляется и сам метеор. Причиной нагревания метеора до высокой температуры служит также и трение о воздух.)
4.Алюминий не обладает магнитными свойствами, как железо. Почему же алюминиевое кольцо при взаимодействии с магнитом притягивается или отталкивается?
(Возникает индукционный ток, который всегда имеет такое направление, что противодействует причине его вызвавшей.)
5.Случай в горах. Альпинисты готовили обед, вода кипела, но еда не сварилась. Как так?
(При низком давлении вода кипит при температуре более низкой, чем 100о С. Например, на Эвересте (8848 м) вода кипит при 70о С.)
6.Установится ли в вакууме магнитная стрелка компаса в плоскости магнитного меридиана Земли? (Да)
2.Бабина С.Н. Интеграция технологического и физического образования учащихся школ (научно-методические основы и педагогический опыт реализации): Монография / С.Н. Бабина. – М.: Издательство «Прометей», МПГУ, 2002. – 320с.
3.Болотина Т.Б., Вяземский Е.Е. Профильное обучение в контексте ФГОС и нового Закона РФ «Об образовании в Российской Федерации» // Профильная школа. – 2013. – №2. – С. 3.
4.Щепелина, Е. В. Развитие инженерного образования в общеобразовательной школе / Е. В. Щепелина. — Текст: непосредственный // Аспекты и тенденции педагогической науки: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, декабрь 2020 г.). — Санкт-Петербург: Свое издательство, 2020. — С. 8-13. — URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/383/16197.
5.Метапредметный подход. Что это такое? [Электронный ресурс] – URL: http://www.ug.ru/article/64
https://proiskra.ru/wp-content/uploads/2019/11/sbornik-materialov-seminara-kor.pdf (дата обращения 10.03.2026)
6. Инженерного мышления в школе. Технологии, инструменты, результат.
Сборник статей по материалам выездного семинара Х Всероссийской конференции с международным участием «Информационные технологии для Новой школы»//Санкт-Петербург, 2019 – 124 с. [Электронный ресурс] metodicheskikhobedinenii/library/2012/04/08/metody-razvitiya-tekhnicheskogo (дата обращения 10.03.2026)
7. Шубович В.Г., Семенов А.А., Аленова А.Н. Подготовка и проведение соревнований по робототехнике на базе микрокомпьютера LEGO EV3. // Образование и информационная культура: теория и практика. Материалы Международной заочной научно-практической конференции. Под. ред. Ю.И. Титаренко. Ульяновск, 2015. С. 83-87.
8. Beder S. Beyond technicalities: Expanding engineering thinking // Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice. – № 125(1). – P. 12-18. [Электронный ресурс]
9. Фаритов А.Т. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЧАЩИХСЯ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ В РАЗНЫХ СТРАНАХ // Научное обозрение. Педагогические науки. 2020. № 1. С. 43-48; URL: [Электронный ресурс] https://sciencepedagogy.ru/ru/article/view?id=2272 (дата обращения: 11.03.2026).
10. Творчество и инженерное дело в школах: упущенная возможность? • Январь 2025 г. DOI:10.13140/RG.2.2.11781.87526/1 • Место работы: Университет Винчестера. Авторы: Эллен Мэри Спенсер • Университет Винчестера Билл Лукас • Университет Винчестера
12. М.Зениос П.Гудиер (2007). Дискуссия, совместная работа над знаниями и эпистемическая беглость. Br. J. Educ. Stud.55, 351–368. doi: 10.1111/j.1467-8527.2007.00383. [Электронный ресурс] https://www.academia.edu/313885/Discussion_Collaborative_Knowledge_Work_and_Epistemic_Fluency (дата обращения 10.03.2026)
13. Дж. Л.Бенче, Д. Г.Хоуг (2017). Ценности, лежащие в основе естественно-научного образования в США: анализ научных стандартов нового поколения. Sci. Educ.101, 278–301. doi: 10.1002/sce.21260 License https://moluch.ru/archive/118/32790 (дата обращения 10.03.2026)
15.Авдейкина А.Я. Чудеса со всего света//СПб.: «Дельта» 1998 – 205 с.
16. Алексеева М.Н. Физика – юным //М.: «Просвещение» 1980 – 160 с.
17. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в средней школе. Кн. Для учителя//М.: Просвещение, 1985. – 175 с.
18. Кабардина О.Ф. Внеурочная работа по физике//М.:Просвещение 1983 – 221 с.
19.Кикоин И.К. Опыты в домашних условиях//М.: Наука, 1980 – 160 с.
21. Шпаковский В.О. Для тех, кто любит мастерить//М.: «Просвещение» 1990 – 191 с.
22. Коренюк И., Афанасьев П. Бурейская ГЭС. 1000 Мегаватт// Красноярск, полиграфическая фабрика «Платина» 2005 -54 с.
24. Браверман Э.М. Преподавание физики, развивающее ученика. Книга 1//М.: Ассоциация учителей физики, 2003 - 316 с.
25. Золотарёв В.А. Вопросы и задачи по физике 6-7//М.: «Просвещение» 1975 – 160 с.
Скачано с www.znanio.ru
![Тысячелетиями накапливаются и вечно живут в слове несметные сокровища человеческой мысли и опыта» [24]](https://fs.znanio.ru/d5af0e/39/b4/363d70319a1ffa60834e5acd5b6e8469ef.jpg)
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
