Выпускная квалификационная работа

 

ПРОГРАММА ВНЕУРОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ  ДЛЯ ОСНОВНОЙ СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЫ 

«КАК РАБОТАЕТ?..»

 

 

Выполнил: студент 5 курса 

                                                                                                            группы        Ф-51        факультета       информатики,

математики и физики

специальность «Физика с доп. специальностью информатика» 

Жаринов Константин Александрович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Киров, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

··········································································································· ······3

I. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММЫ ВНЕУРОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ

ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ ОСНОВНОЙ СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЫ

··································5

1.1. Значение внеклассной работы в современных условиях

······························5

1.2. Особенности образовательных стандартов второго поколения:

··················6

а) назначение стандартов

····················································································6 б) образовательная политика

··············································································8

в) функции образовательных стандартов второго поколения

·························12

г) психологическая основа новых стандартов

···················································17 д) структура стандартов

·······················································································18

1.3. Особенности функционирования современной сельской школы

··················21

II. ПРОГРАММА ВНЕУРОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО ФИЗИКЕ 

ДЛЯ СЕЛЬСКОЙ ОСНОВНОЙ ШКОЛЫ 

«КАК                                                РАБОТАЕТ                                                …?»

·······························································································28

2.1. Содержание программы

а) Пояснительная записка

····················································································28

б) Основное содержание внеурочных занятий

··················································30

в) Тематическое планирование

···········································································40

г) Рекомендации по оснащению кабинета физики

···········································44

д) Основные психолого-педагогические идеи для реализации программы внеурочных занятий по физике

··········································································46

е) Проблемы диагностики внеклассной деятельности и критерии постановки оценки

····································································································

···············48

ж) Список литературы для учителей и учеников

·············································51

2.2. Разработка внеурочных занятий по программе:

а) Конференция по решению проблем ракетостроения

···································54

б) Внеклассное мероприятие: «Вечер занимательной физики»

······················57

в) Внеклассное мероприятие: «Эвристическая олимпиада»

···························63

2.3. Результаты педагогического апробирования программы

·····························65  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

······································································································· 71

БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК

···································································73

ПРИЛОЖЕНИЯ

······································································································7

7

ВВЕДЕНИЕ

 

Данная работа является одним из вариантов систематизации внеклассных занятий по физике в 7–9-х классах сельской основной школы. Актуальность проекта определяют следующие факторы:

–                   низкий уровень организации системной внеклассной работы по предмету в реальной практике обучения физике;

–                   разработка новых образовательных стандартов для школьного образования (ФГОС-2) и включение в их содержание программы внеклассной работы как обязательного компонента;

–                   опыт организации внеклассной работы по предмету, накопленный методикой преподавания физики.

Исходя из данных факторов, выявляется проблема создания системы внеурочных занятий по физике в форме взаимосвязанной деятельности учащихся в соответствии с требованиями реализуемых образовательных стандартов второго поколения. 

Целью работы является разработка программы внеурочных занятий по физике с учащимися сельской основной школы «Как работает…?» как варианта реализации вариативной части образовательных стандартов второго поколения.

Объектом исследования в данной ситуации будет процесс организации внеурочной деятельности обучения физике в основной сельской школе в условиях подготовки к реализации новых образовательных стандартов. 

Предметом исследования соответственно будет являться программа внеурочных занятий, обеспечивающая взаимосвязанную внеурочную деятельность учащихся в соответствии с требованиями новых образовательных стандартов второго поколения. 

Исходя из цели, можно предположить, что, если изучить особенности стандартов второго поколения и состояние реальной практики организации внеурочной работы по предмету «физика» в основной сельской школе, то возможно разработать целостную систему внеурочной деятельности школьников по физике, что окажет положительное влияние на мотивацию к изучению предмета и будет способствовать развитию познавательного интереса к области физики и техники. Данное предположение является гипотезой исследования.

Следовательно, для составления программы внеурочных занятий по физике в сельской школе необходимо решить следующие задачи:

1.                 Изучить особенности образовательных стандартов второго поколения.

2.                 Выявить особенности условий функционирования современной сельской школы и преподавания в них физики. 

3.                 Разработать программу внеурочных занятий по физике для 7–9-х классов сельской школы.

4.                 Апробировать элементы программы и обсудить её особенности с учителями-практиками.

Решение первых двух задач будет отражено в первой главе работы. Вторая часть исследования будет состоять из программы внеурочных занятий по физике для 7–9-х классов сельской школы и результатов апробирования программы. Программа занятий будет содержать пояснительную записку, содержание внеурочных занятий, тематическое  планирование, рекомендации по оснащению кабинета физики, психолого-педагогические идеи и список литературы для учителей и учеников. При работе будут использоваться следующие методы:

–                   теоретические (анализирование психолого-педагогических и методических источников по проблеме, сравнение и теоретическое моделирование при подборе содержания программы);

–                   экспериментальные (наблюдение и анкетирование при  выявлении проблем сельской школы и особенностей преподавания физики в ней, педагогический эксперимент при реализации программы и интерпретация результатов педагогического эксперимента). Все это поможет составить грамотную и актуальную программу внеурочных занятий по физике, которая должна систематизировать работу на внеклассных занятиях, значение которой достаточно велико в современных условиях.

 

I. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММЫ ВНЕУРОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ

ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ ОСНОВНОЙ СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЫ

 

1.1. Значение внеклассной работы в современных условиях

В настоящее время школьная практика преподавания физики столкнулась с множеством проблем, которые накапливались годами, оставаясь не решенными. Основная из них – это отсутствие организованной системы внеклассной работы по предмету. Если по содержанию основного курса разрабатывались и разрабатываются программы, то внеклассная деятельность долгое время оставалась в стороне. Лишь в рамках новых образовательных стандартов второго поколения разработаны примерные программы для организации физических кружков и внеклассных занятий, поскольку внеклассной деятельности учеников новые стандарты отводят важную роль в формировании творческих, исследовательских навыков школьников [41].

Внеурочные занятия по физике призваны способствовать повышению интереса учащихся к изучению предмета, развитию познавательных и творческих способностей учащихся, формированию умений применять полученные знания на практике. Достижению этих целей в большой мере способствует процесс самостоятельного познания мира, а не процесс передачи готовых знаний. Поэтому на занятиях физического кружка, при организации самостоятельной работы учащихся над индивидуальными исследовательскими или конструкторскими проектами целесообразно возможно чаще ставить школьника в положение не слушателя, а докладчика, первооткрывателя, изобретателя. Самостоятельно обнаружив явление, открытое Архимедом, Ньютоном или Фарадеем за много лет до него, ученик испытает эмоциональный подъем. «Открытие» известного в физике закона, изобретение способа измерения физической величины или уяснение сути того, как работает тот или иной механизм для ученика является объективным доказательством его способности к самостоятельному творчеству, позволяет приобрести необходимую уверенность в своих силах и способностях. При организации дискуссии с целью поиска возможного объяснения нового явления следует обратить внимание на тот факт, что творческий процесс связан с особым видом мышления – интуицией. Интуитивное решение проблемы находится догадкой, без последовательного логического обоснования. Поэтому не следует сразу отбрасывать решение, которое ученик не готов объяснить. Многие открытия в физике получены сначала в виде интуитивной догадки, и лишь позднее им было найдено последовательное логическое обоснование или экспериментальное подтверждение.

На развитие творческих способностей влияют характер педагогического общения учителя и учащихся в процессе обучения. Специфике внеурочных занятий соответствуют эвристические беседы, дискуссии, во время которых каждый имеет возможность высказать свою точку зрения. Для многих школьников одним из стимулов к участию во внеурочных занятиях служит внимание к его личным достижениям со стороны учителя и товарищей. Поэтому важной задачей для учителя является такая организация внеурочной работы, при которой каждый его участник имеет возможность высказать свое мнение по обсуждаемой проблеме, предложить свой вариант и её решение, получить внешнее признание успешности своей деятельности [40].

Кроме обсуждения личных вариантов решения задач, экспериментов и докладов учащихся на внеурочных занятиях, полезно дать возможность участникам этих занятий продемонстрировать свои достижения на уроках физики всему классу при изучении соответствующей темы на школьных и межшкольных конкурсах творческих проектов учащихся. Рассмотрение особенностей новых образовательных стандартов позволит глубже уяснить позицию внеурочной деятельности и понять основное направление ее развития. 

1.2. Особенности образовательных стандартов второго поколения

 

Назначение стандартов

Назначение новых государственных образовательных стандартов является более широким, чем стандартов первого поколения. Значимым становится развивающий потенциал образовательных стандартов, обеспечивающий развитие системы образования в условиях изменяющихся запросов личности и семьи, ожиданий общества и требований государства в сфере образования. Назначение стандартов на современном этапе представлено на рис. 1:

К основным направлениям государственной политики в сфере образования, реализуемым посредством образовательных стандартов, относится создание условий равных возможностей, достижение нового качества общего образования в РФ, баланс взаимообязательств и требований в области государственных образовательных стандартов, гуманистический характер содержания стандарта, сохранение единства образовательного пространства. Впервые объектом модернизации становится не сфера образования, не образовательная среда, а образовательное пространство как совокупность институтов социализации, определяющих социально-экономическое развитие государства. Более того, в стандартах нашли свое отражение и провозглашенные, но не реализованные ранее продуктивные идеи, которые имеют немалый потенциал для развития российского образования. Вместе с тем в образовательных стандартах второго поколения сформулирован ряд принципиальных инновационных идей, связанных со стратегической трактовкой стандарта как важнейшего ресурса социокультурной модернизации российского общества, направленной на формирование новой системы ценностей и ценностных ориентиров, обеспечение инновационного, социально ориентированного развития России.

Инновационность стандартов заключается в том, что образование рассматривается в качестве важнейшей социальной деятельности общества, направленной на формирование российской идентичности как неотъемлемого условия укрепления российской государственности. Ключевая особенность стандартов второго поколения – переход от предметоцентрированной модели к модели вариативного личностно-центрированного образования, к партнерским отношениям основных институтов социализации в достижении целей образования.

Это обусловило и формулировку стратегических целей образования:

1.  Обеспечение социальной и духовной консолидации общества.

2.  Обеспечение конкурентоспособности личности, общества и государства.

3.  Обеспечение безопасности личности, общества и государства.

                Исходя    из     этого    в     качестве    объекта    модернизации,    в    стадарте

рассматривается не сфера образования (отрасль социальной сферы государства), не образовательная среда (как совокупность образовательных ресурсов и технологий), а образовательное пространство как совокупность институтов социализации, определяющих социально-экономическое развитие государства (семья, СМИ, культура, конфессии и др.). Выделим основные кластеры, в которых должен быть реализован данный подход.

Образовательная политика

Сферу преемственности и инновационности в государственной образовательной политике, связанной с федеральными государственными образовательными стандартами второго поколения, обусловливают факторы, выдвигающие задачу развития образования как важнейшего системо- и смыслообразующего ресурса социально-экономического развития в центр государственной образовательной политики. Это, прежде всего, основные вызовы современности, порождаемые развитием процессов глобализации. Применительно к России они выдвигают на первый план задачи развития гражданского общества, социокультурной модернизации страны, поворот в образовании к личности обучаемых, учет новых требований информационного общества к человеку, системе образования и обществу в целом.

Опыт создания отечественных стандартов образования показывает, что стандарты в состоянии эффективно выполнить свою миссию только в том случае, если их разработка и процедура принятия будут основаны на выявлении и согласовании индивидуальных, общественных и государственных потребностей в общем образовании, то есть приобретают форму общественного договора – конвенциональной нормы [19]. 

Это приобретает принципиальный характер, поскольку анализ отечественных образовательных реформ ХIХ–ХХ веков показал, что одной из важнейших причин их незавершенности является постоянное противостояние государства и общества. Несформированность гражданского общества в конце ХХ – начале ХХI века также в своей совокупности явилась фактором, обусловившим неглубокий характер реформ, приведший к неудовлетворенности их результатами.

Всякая реформа, предпринимаемая сверху руководящими органами, вызывала то более явное, то скрытое противодействие большинства педагогов, не видящих в новациях для себя ничего, кроме увеличения и без того немалых трудностей.

В свою очередь реформаторское движение, идущее снизу, порожденное усилившейся активностью передовых педагогов-новаторов, скорее рано, чем поздно глушилось (в том числе и в результате распространения их опыта в качестве директивно-обязательного на всю страну) государственными органами. В результате каждая реформа осложняла отношения внутри педагогического сообщества, порождала остроту взаимного неприятия «новаторов» и

«консерваторов». 

Вместе с тем все осуществлявшиеся прогрессивные реформы носили явно выраженный характер «догоняющей» модернизации, происходившей в сфере образования под сильным влиянием опередивших Россию в своем развитии западных стран, что обусловливало заимствование технологий, адаптацию отечественного образования к образцам, возникшим или возникающим в иных социоэкономических и культурных условиях. Это, конечно, обеспечивало некоторый прогресс в образовании, но в итоге порождало и существенные негативные последствия. Как показал опыт, «догоняющие модернизации» вообще неэффективны в интеллектуальных сферах (в том числе и в образовании). Организуемые извне, они в основном пассивно усваивали чужие образцы, а не вырабатывали свои собственные, не изменяли условия, не формировали новые цели. В данном аспекте слабо, а по сути, и вообще не реализовалась направленность реформ не как «догоняющей модернизации» по западным образцам, а в качестве саморазвивающегося изнутри процесса, как результата преодоления собственных противоречий, на своей отечественной ментальной базе.

Анализ исторического опыта показал, что результат каждой реформы системы образования в конечном итоге определялся, не только материальноэкономическими, социально-педагогическими и организационными причинами, хотя это всегда выходило на первый план. Не менее важной являлась задача концептуальной направленности реформ, которые должны действительно утверждать новое, но в то же время не разрушать самобытность национальной культуры, опираться на нее [32].

В связи с этим подчеркнем, что все осуществлявшиеся ранее реформы недостаточно учитывали российский менталитет, систему его ценностей, а следовательно, и не опирались на него. Поэтому важным фактором успешности инновационного развития является смена доминант в осуществлении образовательной деятельности – переход от более или менее адекватного копирования западной модели модернизации образования к выявлению и реализации скрытых социокультурных изменений, происходящих в глубинах российской цивилизации, проектированию образовательных реформ как важнейшего ресурса социально-экономического развития государства [3].

Главное заключается не в организационных и структурно-функциональных мероприятиях, а в определении тех образовательных целей, базовых ценностей, вокруг которых смогли бы сплотиться основные субъекты педагогического процесса. При этом темп инноваций должен соответствовать реальным возможностям российского общества, не раскалывать, а интегрировать его различные слои.

Формулируются целевые установки разработки стандартов, исходя из того, что успешность современного человека определяют ориентированность на знания и использование новых технологий, активная жизненная позиция, установка на рациональное использование своего времени и проектирование своего будущего, активное финансовое поведение, эффективное социальное сотрудничество, здоровый и безопасный образ жизни. 

В качестве ценностных ориентиров новых стандартов выделено формирование российской идентичности как условие:

–                    укрепления российской государственности;

–                    развития в России гражданского общества; 

–                    повышения          конкурентоспособности         отечественного          человеческого капитала.

В основу стандартов положен общественный договор – новый тип взаимоотношений между личностью, семьей, обществом и государством, который в наиболее полной мере реализует права человека и гражданина. Этот тип взаимоотношений основан на принципе взаимного согласия личности, семьи, общества и государства в формировании и реализации политики в области образования, что с необходимостью подразумевает принятие сторонами взаимных обязательств (договоренностей), их солидарной ответственности за результат образования. 

Таким образом, стандарты приобретают характер конвенциональной нормы, отражающей социальные ожидания по отношению к образованию со стороны личности, семьи, общества, бизнеса и государства. Подобная идеология стандартов образования способствует достижению миссии образования как основного инструмента формирования российской идентичности, обеспечивающей успешную социализацию подрастающих поколений, устойчивость и процветание государства. 

Стандарты нового поколения – это средство обеспечения стабильности заданного уровня, качества образования и его постоянного воспроизводства и развития. Будучи стабильными в течение определенного диапазона времени, они в то же время динамичны и открыты для изменений, отражающих меняющиеся общественные потребности и возможности системы образования по их удовлетворению. 

В отличие от образовательных стандартов первого поколения, которые были ориентированы в основном на задание уровня подготовки выпускников и индивидуальную оценку учебных достижений отдельного школьника, стандарты второго поколения предусматривают, прежде всего, задание ориентиров развития всего образовательного пространства, ожидаемые государством, обществом, семьей и личностью результаты образования. Поэтому стандарты выступают как основание для анализа и оценки состояния развития систем образования на различных иерархических уровнях (государства, региона, муниципалитета, образовательного учреждения), а также индивидуальных достижений школьников по освоению основных общеобразовательных программ.

Функции образовательных стандартов второго поколения

В сложной диалектике преемственности и инновационности важнейшей функцией стандарта выступает обеспечение права на полноценное образование, которое заключается в обеспечении посредством стандарта гарантированных Конституцией РФ «равных возможностей» для каждого гражданина «получения качественного образования», то есть уровня образования, представляющего необходимую основу для полноценного развития личности и возможности продолжения образования.

Другой стратегической функцией выступает стабилизирующая и регламентирующая роль стандартов: обеспечение единства образовательного пространства страны, которое в условиях перехода к многообразию типов и видов учреждений образования требует наличия механизма регулирования, призванного стабилизировать систему образования в стране. Не ограничивая развития специфических региональных подходов, наличия различных видов школ, вариативных программ, образовательные стандарты фиксируют государственные требования к результатам освоения основных общеобразовательных программ.

В этом положении особенно рельефно проявляется преемственность и инновационность второго поколения стандартов. Сохраняя вариативный характер образования, его культурный орнамент, отражающий полиэтнический и поликультурный характер российского общества, они вместе с тем обеспечивают внутри страны гарантированное качество подготовки выпускников школы, на которое можно опереться при организации последующего обучения. Государственный запрос в этом случае заключается, прежде всего, в решении остро стоящей задачи равной доступности образования для всех граждан страны вне зависимости от их социального и имущественного положения, места жительства или иных различий. Инновационным ориентиром развития принципа вариативности образования вступает его реализация путем создания «личных пространств» для принятия самостоятельных решений различными участниками образовательного процесса: учениками и педагогами, профессиональными и национальными сообществами [3].

Важнейшей функцией стандартов является обеспечение реализации ключевых целей и задач социально-экономического развития страны. Это позволит решить вопросы национальной безопасности, государственной стабильности, международного позиционирования России. 

При разработке образовательных стандартов второго поколения в полной мере преемственно учитывались механизмы и результаты деятельности Государственной комиссии по разработке содержания среднего образования. Эта комиссия была сформирована совместным постановлением президиумов двух академий – Академии наук СССР и Академии педагогических наук РСФСР (15 декабря 1964 года).

В состав Центральной общей комиссии, приобретшей сразу же по характеру своей деятельности значение общественного научно-педагогического штаба по определению нового содержания школьного обучения, вошли видные советские ученые, представляющие различные отрасли науки (И. К. Кикоин,

А. Н. Колмогоров, А. Л. Минц, М. В. Нечкина, А. И. Опарин, Н. Н. Семенов и др.),

писатели, деятели искусства, квалифицированные специалисты по профессиональному образованию, директора и главные инженеры предприятий, педагоги, методисты, деятели народного образования, передовые учителя. При Центральной комиссии было создано 15 рабочих групп (предметных комиссий) по начальным классам и всем предметам школьного курса, по эстетическому, трудовому, физическому воспитанию. 

Главным результатом работы комиссии на протяжении 1965 – 1970 годов стало обновление содержания общего образования, приведение его в соответствие с современными для того времени научными достижениями. Именно современная наука была положена в основу того источника, на базе которого формировалось новое содержание общего среднего образования. В качестве целевой установки учебных программ по всем предметам была поставлена задача «не превращая научную новизну в самоцель, вместе с тем ввести школьников в мир современной науки, вооружить их знанием всего наиболее существенного и передового, что составляло ее содержание» [49]. 

Продуктивность деятельности Государственной комиссии придала творческая атмосфера дискуссий, которые были особенно присущи начальному –  методологическому этапу ее работы. В центре внимания оказался поиск путей разрешения противоречия между новым характером изложения изучаемого учебного материала, усиливающим значение обобщенных знаний и теоретических положений, и психологическими особенностями познавательной деятельности детей, которая основывается на чувственном опыте, постепенно овладевая обобщениями и абстракциями.

Концепция содержания общего образования, которая складывалась в Центральной комиссии, в итоге приняла за исходные положения такие идеи и принципы, которые, устанавливая определенные соотношения между насущными требованиями модернизации школьных программ и психологическими особенностями учащихся, обеспечивали бы повышение научного уровня общего образования.

Линии преемственности между деятельностью Государственной комиссии по разработке содержания среднего образования и процессом разработки стандартов второго поколения представлены на рисунке 2:

Анализируя все эти положения, связанные с содержательной и процессуальной преемственностью, важно подчеркнуть, что в качестве важнейшего инновационного показателя стандартов второго поколения выступает то, что в нем впервые определено фундаментальное ядро содержания общего образования – совместная разработка Российской академии наук и Российской академии образования. В фундаментальном ядре содержания общего образования фиксируются основополагающие элементы научного знания методологического, системообразующего, ценностного и мировоззренческого характера, предназначенные для обязательного изучения в общеобразовательной школе: ключевые теории, идеи, понятия, факты, методы, как универсального свойства, так и относящиеся к отдельным отраслям знания и культуры; универсальные учебные действия, на формирование которых направлен образовательный процесс. К ним относятся личностные универсальные учебные действия, регулятивные действия, познавательные действия, коммуникативные универсальные учебные действия. Совокупно фундаментальное ядро содержания общего образования определяет элементы научной и функциональной грамотности, без освоения которых или без знакомства с которыми уровень общего образования, достигнутый выпускником российской школы начала XXI столетия, не может быть признан достаточным для полноценного продолжения образования и последующего личностного развития.

Инновацией в структуре Базисного образовательного плана (рис. 3) выступает то, что в нем выделяется три раздела: инвариантная часть, вариативная часть, а также предусмотрена внеурочная деятельность учащихся, осуществляемая во второй половине дня.

Рис. 3

Психологическая основа новых стандартов

Психологической основой стандарта выступает его преемственная укорененность в деятельностной парадигме образования, постулирующей в качестве цели образования развитие личности учащегося на основе освоения универсальных способов деятельности (А. Н. Леонтьев, Д. Б. Эльконин, П. Я. Гальперин). При этом процесс учения понимается не только как усвоение системы знаний, умений и навыков, составляющих инструментальную основу компетенций учащегося, но и как процесс развития личности, обретения духовнонравственного и социального опыта.

Инновационность подхода состоит в том, что деятельностный подход в образовательных стандартах позволяет выделить основные результаты обучения и воспитания, выраженные в терминах «ключевых задач развития учащихся» и «формирования универсальных способов учебных и познавательных действий», которые должны быть положены в основу выбора и структурирования содержания образования.

Особенностью реализации деятельностного подхода при разработке стандартов образования является то, что цели общего образования представляются в виде системы ключевых задач-компетентностей, отражающих направления формирования качеств личности (такое построение целей позволяет обосновать не только способы действий, которые должны быть сформированы в учебном процессе, но и содержание обучения в их взаимосвязи).

Деятельностный подход обусловливает изменение общей парадигмы образования, где основными новообразованиями выступают: определение цели как формирование умения учиться как компетенции, обеспечивающей овладение новыми компетенциями; включение содержания обучения в контекст решения значимых жизненных задач (то есть от ориентации на учебно-предметное содержание школьных предметов к пониманию учения как процесса образования и порождения смыслов); целенаправленная организация образовательной деятельности ученика и планомерное формирование, создание индивидуальных образовательных траекторий; признание решающей роли учебного сотрудничества в достижении целей обучения.

Соответственно в рамках деятельностной парадигмы результаты общего образования должны быть прямо связаны с направлениями личностного развития и представлены в деятельностной форме, прежде всего могут иметь характер универсальных (метапредметных) умений. Это обусловливает включение в состав основных образовательных программ программы формирования универсальных учебных действий как совокупности способов действий учащегося, которые обеспечивают его способность к самостоятельному усвоению новых знаний и умений, в том числе и организацию этого процесса.

Структура стандартов

Новая формулировка 7-й статьи Закона «Об образовании» трактует стандарты как совокупность требований к результатам освоения основных образовательных программ, требований к структуре основных образовательных программ и требований к условиям реализации основных образовательных программ. Эта редакция закона потребовала четкого определения требований.

Под требованиями к результатам освоения основных образовательных программ понимается совокупность компетентностей выпускника образовательного учреждения, выявленных на основе анализа семейных, общественных и государственных запросов к результату образования. Операциональное выражение требования к результату получают в виде обобщенных планируемых результатов. Требования к структуре основной общеобразовательной программы – система норм, регламентирующих содержание и организацию образовательного процесса, обеспечивающего достижение планируемых результатов. Это такие документы, как планируемые результаты общего образования, базисный учебный план, фундаментальное ядро содержания образования, примерные программы учебных предметов, программы универсальных учебных действий, система итоговой аттестации, примерные программы воспитания и социализации, внеурочной деятельности и пр.

Требования к условиям реализации основных образовательных программ – система нормативов и регламентов, обеспечивающих реализацию основных общеобразовательных программ, направленных на достижение планируемых результатов общего образования. Сюда включены требования к педагогическим кадрам, финансово-экономические условия функционирования системы образования, СанПиНы, федеральный перечень учебников и пр.

Новая версия стандартов должна создать условия для более эффективной реализации традиционных функций стандартов как средства нормативно-правового регулирования деятельности системы образования. Сама же цель разработки стандарта в этой связи может быть классифицирована как «задача на оптимизацию», предполагающая одновременное утверждение в государственных образовательных стандартах и результатов образования, и наиболее общих (рамочных) черт современного образовательного процесса, и условий его осуществления.

Реальный уровень образования каждого отдельного школьника будет складываться из базового уровня и уровня образования, достигнутого при освоении вариативной части содержания образования, выбор которой осуществляется им самим (вместе с родителями) в зависимости от индивидуальных познавательных потребностей и способностей. При таком построении содержания школьного образования стандарт, оптимизируя объем инвариантной его части, открывает широкие возможности для вариативности образования, реализации индивидуальных образовательных программ.

Таким образом, стандарты могут быть инструментом правового регулирования отношений субъектов системы образования, с одной стороны, и государства и общества – с другой, при условии что в них определены цели этой системы и операционализированы результаты деятельности субъектов системы (то есть описаны процедуры измерения и заданы критерии достижения требований к результатам).

Принципиально, что в таком стандарте на первое место выходят требования к результатам образования, а также квалификационные процедуры подтверждения соответствия реально достигнутых результатов ожидаемым, потому что именно результаты образования могут быть предметом диалога как внутри системы, так и между обществом и государством.

Вместе с тем образовательные результаты, представляющие собой по существу декомпозицию целей образования, не только должны быть ориентированы на познавательные возможности школьников разных возрастных групп, но и связаны с условиями, в которых осуществляется образовательный процесс, причем условия отражают возможности общества (государства) в обеспечении образования.

В данной связи инновационный характер структуре стандартов придает включение в нее условий осуществления образования как ресурсных ограничений системы, имеющих приоритетный характер. 

Только в этом случае стандарты могут пониматься как базовый комплексный государственный документ, совокупно определяющий систему требований и обязательств государства по отношению к обществу в целом, как важный фактор финансового управления системой образования, как форма общественного договора.

Поэтому в структуре стандартов такое большое значение придается требованиям к условиям реализации основных общеобразовательных программ, которые представляют собой интегральное описание совокупности условий, необходимых для реализации основных образовательных программ, и структурируются по сферам ресурсного обеспечения общего образования.

Внеурочная деятельность в новых образовательных стандартах является одним из способов организации вариативной части стандартов, направленной на развитие творческих навыков, расширению кругозора учеников, предоставить учащимся возможность выбора большого спектра занятий по интересующим предметам. Все это и необходимо выразить в программе внеурочной деятельности, и, так как, программа ориентирована, прежде всего, на реализацию в сельской школе, важно выяснить проблемы, которые в настоящее время существуют в школе. С этой целью было проведено анкетирование с учителями сельских школ, использовался личный опыт обучения в сельской школе и результаты наблюдения занятий в школе. Итоги данного исследования отражены в следующей главе.

 

 

1.3. Особенности функционирования современной сельской школы

 

В настоящее время преподавание в школе сталкивается с множеством проблем.

Для более грамотного составления программы внеурочных занятий важно выявить основные препятствия, которые стоят перед учителями. С этой целью было проведено анкетирование с преподавателями физики. В опросе участвовало 19 человек, из них 78% - учителя сельских школ. Большинство из опрошенных проработало в школе более 20 лет – 84% опрошенных, за такой период работы вполне можно выделить множество проблем, особенно последних лет. На рис. 4 представлены основное проблемы, которые выделили учителя.

 

Рис. 4

Одна из проблем – это многопредметность, то есть большая догрузка преподавания других предметов, кроме основного. Помимо физики 69% учителей вынуждены преподавать математику, 44% - информатику, 17% - технологию, 6% – искусство, черчение, краеведение и ОБЖ, особенно остро стоит проблема нехватки учителей по математике и информатике. Неудивительно, что из перечня основных проблем при обучении физики 53% отметили нехватку личного времени для качественной подготовки урока по физике из-за большой догрузки преподавания других дисциплин. Для многих, очевидным фактом, станет большая трудность правильной организации занятий по внеурочной деятельности, так как они требуют довольно качественную подготовку каждого занятия. Для решения данной проблемы необходимо обеспечить учителю соответствующие условия для преподавания – ведение предметов только своего профиля. В настоящее время это особо важная проблема, так как молодых специалистов не хватает. Со стороны государства необходимо вести соответствующую работу по привлечению молодых преподавателей к работе в школе.

Следующая проблема сельской школы – это слабая материально-техническая база и устаревшее оборудование – 90% опрошенных. Проблема демонстрации и опытов самая серьезная трудность, с которой сталкиваются учителя сельских школ. Имеющееся оборудование сильно устарело, поскольку большинство из приборов – это остатки наследия Советского Союза, оборудование не только морально устарело, но и физически. Преподавание физики и организация качественных демонстраций и наглядных опытов – неразделимые части. С помощью опытов вызывается интерес учеников к предмету и достигается более глубокое понимание материала. Теоретический пересказ предмета малоинтересен, содержательно беден и вызывает негативные отношения к предмету у учеников. Организация внеклассных занятий также затруднена при слабой материально-технической базе, так как ученики ждут от этих занятий нечто нового и интересного. Без хорошо организованного и качественного оборудования невозможна реализация проектов по моделированию. Демонстрации тоже будут сведены к минимуму, это приведет к самому главному – потере интереса учеников к занятиям и предмету, цели занятий будут не достигнуты, и польза от занятий будет минимальной. Очень важно предоставить школе необходимое оборудование и приборы, эти затраты стократно окупятся, когда школа будет выпускать в свет грамотных, творчески развитых учеников, которые смогут реализовать свои способности, принося стране пользу за счет творческого склада ума! Возможно, где-то будет выпущен в свет новый Ньютон, Эйнштейн или Менделеев.

Следующая, немаловажная проблема школы, – малое количество часов на изучение предмета, 53% опрошенных указали эту проблему. В неделю проводится два, а в некоторых школах и один урок, это ничтожно мало, весь курс приходится изучать бегло, а то и самостоятельно. Это приводит к поверхностным знаниям, недостаточному уяснению сути процессов и явлений. Интересно отметить, что материала для изучения не стало меньше, а вследствие периодических открытий его становится только больше, тем не менее, время для его изучения не прибавили, а наоборот убавили. Само собой разумеется, что школа сталкивается с большой проблемой в последние годы – ростом количества информации, которую надо передать ученику, и не только по физике. С каждым годом все большие требования предъявляют к качеству образования стандарты государства, а время для качественной подготовки учеников очень мало [12]. Для решения данной проблемы необходимо как-то расставлять приоритеты в образовании каждого ученика, давать ему то, что надо именно ему, а не то, что он должен знать по окончании очередного класса. Индивидуальный подход в образовании, возможно, решил бы проблему нехватки часов, но тогда систему образования придется в корне пересматривать, на это уйдут не одни годы, гораздо проще просто оставить все как есть, свалив проблемы на головы учителей.

И последняя проблема из перечня анкеты – недостаточное количество элементов в содержании предмета физика, отражающих особенности сельскохозяйственного и природного окружения – 16% опрошенных остановились на данной проблеме. Это проблема содержания предмета, парадокс, но по определению физика – это наука о природе. Изучать науку о природе и не касаться именно природы – это конечно серьезная проблема. Отсутствие содержания сельскохозяйственных и иных техногенных достижений в содержании предмета – тоже не менее важная проблема. По сути, природа – это источник физических теорий и законов, некий первичный источник знания, а технические достижения человека – это отражение законов природы, практическое применение достижений теоретической физики [16]. Отсутствие в содержании этих двух элементов пагубно для ученика. Зачем знать теорию, не зная её истоков и применения? Ученики получают пустую информацию, поэтому и теряется интерес к предмету. Многое, конечно, зависит и от учителя, необходимо акцентировать внимание на том в каком природном явлении проявляется тот или иной закон, и какое практическое применение он имеет. Грамотное и качественное содержание знаний, которые передаются ученику – залог успеха, ученикам будет интереснее на уроках и их знания будут гораздо глубже.

Еще одна важная проблема школы – проблема мотивации учеников. Большинство учеников посещают занятия только потому, что в данный возрастной период принято учиться в школе. Учащиеся не заинтересованы в получении  знаний. Тут и требуется максимум стараний учителя в формировании интереса учеников к занятиям, кроме получения оценки по предмету необходимы и другие мотивы к посещению уроков. При преподавании физики этому могут служить интересные опыты, примеры из окружающего мира и из жизни, чтобы ученикам было понятно, для чего они проходят ту или иную тему. Важную роль играют и отношения между учителем и учеником. Преподаватель должен завоевать доверие учеников, расположить их к себе. При негативном отношении ученика к учителю процесс обучения значительно осложняется. Формирование положительных отношений очень сложный процесс, не всем учителям удается справиться с этой задачей. Связано это, прежде всего, с педагогической грамотностью учителя, психологической уравновешенностью, умением контролировать себя, личным отношением учителя к своей деятельности и желанием добиться успеха. Редко кто из учителей обладает всеми этими качествами, у учителей в настоящее время очень малая заинтересованность в достижении успехов и качественном обучении. Связано это, прежде всего, с позицией учителя, в которое его поставило государство. Низкая заработная плата, большая часовая загруженность, устарелое оборудование и многое другое превращает уроки в процесс передачи информации, а необходимо формировать знания, умения и навыки, развивать творческие способности учеников. В данной области со стороны государства необходимо, чтото менять, и не только образовательные стандарты, необходимо повысить сам статус учителя, и привлекать к работе молодые кадры, с новыми идеями и современным подходом к обучению. В сельской школе особенно остро стоит проблема с молодыми учителями. Очень малый процент студентов, закончивших педагогические учебные заведения, идут работать по специальности в городскую школу, а в сельскую и того меньше. Молодые учителя – это педагоги с другим подходом к обучению, у них еще нет шаблонов преподавания, с подростками им гораздо легче установить отношения и у них больше сил и таланта для реализации новых программ обучения и развития творческих способностей учащихся. Для молодежи эта профессия считается неперспективной, мало оплачиваемой и достаточно трудной. Если девушки еще идут работать в школу, то молодые люди почти на сто процентов нет, потому что на такую зарплату невозможно содержать семью.

Следующая проблема современной школы – это организация внеклассной работы. Многие учителя считают внеклассную деятельность важнейшим фактором в формировании интереса к физике – 74% опрошенных. Вот основные причины важности данных занятий, которые указали участники анкеты:

–       позволяет повысить интерес к изучаемому предмету;

–       на уроке все не успеешь, так как количество часов на изучение предмета недостаточно;

–       физика наука практическая, необходимо применение теории на практике.

При этом лишь 5% учителей уверены, что ими создана эффективная система внеклассной работы, 63% сомневаются в создании такой системы, а 32% уверены, что такой системы ими не создано. Это ещё раз подтверждает низкий уровень организации внеклассной работы в школах. Важно отметить, что лишь 47% опрошенных знакомы с особенностью образовательных стандартов второго поколения и ролью внеклассной деятельности в рамках новых стандартов, лишь 26% учителей выделили основные направления внеклассной деятельности в стандартах:

–       удовлетворение интересов и потребностей учащихся;

–       возможность выбора, расширение и улучшение уровня образования; – включение проектной и исследовательской деятельности.

Некоторым, правда, ещё не до конца понятно, как реально будет реализовываться внеклассная деятельность и сколько часов будет выделено для её организации, но многие (53%) уже готовы в настоящий момент приступить к реализации примерных учебных программ по внеклассной деятельности. Процент готовности учителей к реализации конкретной программы по внеклассной работе представлено на рис. 5.

Готовность учителей к реализации программ по внеклассной работе

Название программы

 

Рис. 5

Очень важен тот фактор, что в настоящее время ведется значительная работа по организации внеклассной деятельности учеников по физике. В рамках этой деятельности возможно решение некоторых вышеизложенных проблем, таких как малое количество часов на изучение предмета и качество содержания предмета. При разработке программы внеурочных занятий «Как работает…?» необходимо учесть большинство проблем и особенностей сельской современной школы. Программа не должна еще больше усугублять жизнь учителя и учеников, а, наоборот, должна сделать процесс обучения более интересным, способствовать развитию учеников и формированию целого ряда творческих умений – моделирования, исследования, анализирования и воображения. Этому и посвящена следующая часть работы.

II.     ПРОГРАММА ВНЕУРОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СЕЛЬСКОЙ ОСНОВНОЙ ШКОЛЫ «КАК РАБОТАЕТ …?»

 

2.1. Содержание программы

 

Пояснительная записка

Программа внеурочных занятий по физике для основной школы составлена на основе Фундаментального ядра содержания общего образования и Требований к результатам основного общего образования, представленных в федеральном государственном образовательном стандарте общего образования второго поколения.

Программа полностью согласована с учебным планом занятий и представлена в качестве дополнения к основному курсу физики. Содержание программы является мощным инструментом к формированию познавательных и творческих навыков учеников, расширением их кругозора. Возрастные особенности учащихся основной школы таковы, что для большинства из них наиболее привлекательными являются не теоретические занятия, а занятия с самостоятельным выполнением опытов, с использованием разнообразных физических приборов [17]. Необходимо помнить и о том, что физика как учебный предмет в основной общеобразовательной школе призвана не только формировать научные представления об основных природных явлениях и законах, но и знакомить учащихся с миром техники, искусственно созданным человеком в основном путем использования на практике достижений науки физики. Интерес учащихся к технике учитель физики должен рассматривать не как досадный факт конкуренции, а как одно из наиболее эффективных средств развития интереса учащихся к развитию физики. Перечень тем в этой программе следует рассматривать лишь как ориентировочный для начала организации занятий, далее следует ориентироваться на интересы учащихся и возможности кабинета физики [2].

Формы организации занятий могут быть самыми разнообразными (экскурсия, конференция, дискуссия, исследование) На первом занятии желательно обсудить перечень возможных тем на ближайшие 3-4 занятия и распределить эти темы между учащимися по их выбору. На одно занятие можно планировать обсуждение 2-3 сообщений, сообщения могут быть индивидуальными или подготовленными группой из 2-3 учащихся. По каждой теме готовится краткое сообщение об истории создания данной машины (или прибора), о ее принципе действия, характеристиках, физических явлениях и принципах, которые лежат в основе устройства. Для подготовки таких сообщений наиболее простым может оказаться путь использования сети Интернет. Достаточно в поисковой системе сделать запрос: «Как работает дизельный двигатель?», «Как работает транзистор?», и вы получите десятки вариантов ответов на поставленный вопрос. Трудность будет связана с выбором лучшего варианта ответа, достаточно простого, с наглядными иллюстрациями. Иллюстрации можно использовать в презентации, подготовленной учащимися. После обсуждения желательно продемонстрировать реальный технический объект или его модель в действии. Возможность такого прямого знакомства с техническим объектом должна служить одним из критериев при выборе тем сообщений.

Ниже прилагаются программа и тематическое планирование, рассчитанные на 1 час в неделю в 7–9 классах. Общее число часов на внеурочные занятия 110, из которых 102 ч составляют вариативную часть, а оставшиеся 8 ч учителя могут использовать в качестве резерва времени. Программа включает в себя пояснительную записку, содержание внеурочных занятий, тематическое  планирование, рекомендации по оснащению кабинета физики, психологопедагогические идеи, критерии оценивания и список литературы для учителей и учеников.

Основное содержание внеурочных занятий

Физика и физические методы изучения природы

На первом занятии дается краткое содержание курса, обоснование основных тем и навыков, которыми ученики овладеют к окончанию курса.

Рассматриваются основные измерительные приборы, позволяющие измерить основные фундаментальные величины, обосновывается их значимость при изучении природы. Выделяются общие принципы строения приборов (наличие индикатора, шкалы) [46].

Демонстрации

Измерение силы, электрических характеристик, давления, температуры, времени.

Опыты

Обнаружение радиоактивных частиц с помощью счетчика Гейгера [22].

Исследовательская работа

Различие линейчатых спектров разных тел.

Варианты сообщений

Как работает динамометр, электронный мультиметр, манометр, барометр, термометр, секундомер, телескоп, спектрометр, счетчик Гейгера. 

 

Механические явления Кинематика

Выяснить основы работы устройств. Выделить физические явления и теории лежащие в основе механизмов. Расширить представление о баллистическом движении. Принцип движения кораблей и самолетов. Система полива полей.

Применение центробежной силы в сепараторе [9].

 Демонстрации

Работа спидометра, сепаратора, мясорубки.

Опыты

Баллистическое движение снаряда пушки [25].

Исследовательская работа

Альтернативные устройства для замены винтов кораблей и самолетов [28].

Усовершенствование местной системы полива полей.

Варианты сообщений

Как работает автомобильный спидометр, артиллерийская пушка, винт моторной лодки, винт самолета, система полива полей, плуг, мясорубка, экскаватор, сепаратор.

 

Динамика

Рассмотрение принципа работы простейших механизмов – наклонная плоскость, рычаг, блок, колесо. Перегрузки в лифте. Искусственные спутники Земли. Плавание тел – корабль и подводная лодка. Преобразование энергии в турбине ГЭС.

Демонстрации

Работа рычага, наклонной плоскости, блока, барометра.

Опыты

Плавание тел

Исследовательская работа

Усовершенствование тормозной системы трактора, автомобильного амортизатора [13].

Экскурсии

ГЭС, водопроводная система.

Лодочная станция

Моделирование

Модели кораблей, подводных лодок.

Простейший барометр.

Варианты сообщений

Как работает рычаг, наклонная плоскость, блок, колесо, тормозная система трактора, амортизатор автомобиля, лифт, зерномет, триер, плуг, подшипник, спутник (ИСЗ), барометр, водокачка, речной корабль, подводная лодка, водяная турбина ГЭС.

Экспериментальные задачи и задания

1.                 Посетите зерно ток, понаблюдайте за работой зернопульта. Объясните принцип его работы. Как распределяется зерно в куче после движения по зернопульту? Чем объясняется такое расположение зерна в куче [5]?

2.                 Во время посещения цеха по ремонту двигателей тракторов и комбайнов в машинно-тракторной мастерской обратите внимание на устройство муфты сцепления двигателя. Сделайте схематический рисунок муфты сцепления, укажите основные ее части. Объясните принцип работы устройства [13].

 

Законы сохранения импульса и механического движения

Принцип работы ракетного двигателя. Механика движения бильярдных шаров. Устройство пульверизатора, пожарного брандспойта. Обоснование применения закона импульса на практике [18].

Демонстрации

Запуск модели ракеты, работа пульверизатора, взаимодействие бильярдных шаров.

Исследовательская работа

Альтернативные ракетные двигатели.

Моделирование Модели ракет.

Экскурсии

Цех завода, кузницы, пожарная служба.

Варианты сообщений

Как работает космический корабль многоразового использования, пульверизатор, пожарный брандспойт, артиллерийский снаряд, бильярдный шар, многотонный пресс, гидромолот.

 

 

 

 

Механические колебания и волны

Различия и сходство музыкальных инструментов. Работа часов с маятником и пружиной. Работа фонографа, эхолота, сейсмографа. Патефон – устройство преобразования механических колебаний в звуковые [27].

Демонстрации

Звучание звуков различных инструментов в отдельности и в оркестре.

Исследовательская работа

Эволюция патефона до лазерного проигрывателя.

Экскурсии

Филармония (или запись)

Моделирование

Сборка звукоснимателя для гитары.

Варианты сообщений

Как работает гитара, скрипка, флейта, патефон, фонограф, пружинные и маятниковые часы, эхолот, сейсмограф.

Экспериментальные задачи и задания

1.                 Посетите машинный двор сельскохозяйственного предприятия. Поинтересуйтесь у механизаторов, обслуживающих зерноуборочные комбайны, какие агрегаты комбайна во время работы совершают колебательные движения.

Опишите их устройство и принцип действия [6].

2.                 Для уменьшения сроков прорастания и всхожести семян культурных растений    используют         различные методы       предпосевной      обработки          семян. Исследуйте, как влияет обработка семян встряхиванием на сроки их прорастания и всхожесть. Сконструируйте и по возможности изготовьте установку для проведения исследования [4].

 

Строение и свойства вещества

Наблюдение молекулярной структуры вещества с помощью микроскопа. Рассмотрение основных принципов кристаллизации. Нагревание и охлаждение жидкости [34].

Демонстрации

Молекулярная структура вещества.

Кристаллические решетки различных материалов.

Опыты

Выращивание кристаллов поваренной соли или медного купороса.

Исследовательская работа

Альтернатива криогенной установки для продления жизни.

Моделирование

Модели кристаллических решеток.

Варианты сообщений

Как работает микроскоп, кипятильник, криогенная установка, установка для выращивания кристаллов.

Экспериментальные задачи и задания

1. Поступление воды при поливе растений, а также питательных веществ во время подкормки, зависит от способности почвы пропускать жидкость. Исследуйте, какая из предложенных почв (глина, песок, чернозем, перегной) обладает лучшей способностью пропускать через себя воду [31].

 

Тепловые явления

Рассмотрение видов тепловых машин. Устройство нефтеперерабатывающей колонки. Преобразование энергии на тепловой электростанции. Устройство двигателей внутреннего сгорания [36].

Демонстрации

Работа тепловых машин.

Исследовательская работа

Альтернативные машины по совершению полезной работы.

Экскурсии

Тепловая электростанция, оранжерея, инкубатор, холодильное предприятие.

Моделирование

Модель паровой машины, двигателя внутреннего сгорания.

Варианты сообщений

Как работает паровая турбина, паровая машина, дизельный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, охладитель молока, скороварка, нефтеперерабатывающая установка, тепловая электростанция, оранжерея, холодильник, инкубатор.

Экспериментальные задачи и задания

1.                 При посещении сварочного цеха МТМ сельскохозяйственного предприятия обратите внимание на то, как производится газосварка металлов.

Объясните, какие физические процессы происходят при этом [5].

2.                 Для работы двигателей большинство сельскохозяйственных машин используется дизельное топливо. Предложите способ, который позволил бы определить удельную теплоту сгорания дизельного топлива [26].

3.                 Для нормального роста и развития растений очень важно, чтобы испарение влаги с поверхности почвы происходило как можно медленнее. Исследуйте, с поверхности, какой почвы (перегной, чернозем, песчаная, суглинистая) происходит большее испарение влаги [6].

 

Электрические явления

Принципы работы электрофорной машины, электродвигателя, электробритвы, пылесоса. Полупроводниковые приборы. Автоматические системы управления. Низкочастотный усилитель или как докричаться до небес.

Электромобиль – альтернатива ДВС [37].

Демонстрации

Работа электрофорной машины, диода, транзистора.

Исследовательская работа

Поиск альтернатив двигателю внутреннего сгорания.

Разработка систем автоматического управления.

Автоматизация работ в животноводстве [24].

Влияние электрического поля на развитие растений.

От лампы до микропроцессора – эволюция радиоэлектроники.

Моделирование

Сборка низкочастотного усилителя.

Варианты сообщений

Как работает электрофорная машина, аккумулятор, диод, транзистор, низкочастотный усилитель, автомат электрического освещения, автомат пожарной тревоги, электродвигатель, электростатический сепаратор, электрообогревательный коврик, электропастух, электробритва, пылесос, электромобиль, электростатический фильтр [7].

Экспериментальные задачи и задания

1. Земля имеет отрицательный заряд, а окружающая атмосфера в общей сложности – положительный. Исследуйте, как влияет электрическое поле, создаваемое землей и атмосферой, на развитие и рост растений [4]?

 

Магнитные явления

Способность движущегося магнитного поля вызывать электрический ток. Звуковые устройства с магнитным принципом. Магнитные системы автоматического управления.  Плазма в электромагнитном поле. Циклотрон – ускоритель частиц. Компас как прибор для обнаружения магнитного поля [39].

Демонстрации

Действие магнитного поля на проводник с током.

Реакция компаса на магнитное поле.

Магнитный пускатель – устройство автоматического управления [8].

Работа динамика, микрофона.

Исследовательская работа

Магнитная дорога – альтернативные пути развития.

Альтернатива удержания плазмы в магнитном поле.

Магнитное поле Земли – альтернативные средства передвижения.

Экскурсии

Электростанция.

Моделирование

Модель магнитной железной дороги.

Модель генератора тока.

Варианты сообщений

Как работает генератор тока, микрофон, динамик, магнитная железная дорога, магнитный сепаратор зерновых культур, магнитный пускатель, циклотрон, токамак, компас.

Экспериментальные задачи и задания

1.                 Исследуйте, как влияет направление магнитного поля, отличающегося от магнитного поля Земли, на всхожесть семян и расположение проростков [10].

2.                 Разработайте устройство для омагничивания воды, исследуйте, как влияет полив растений омагниченой водой на их рост и развитие.

 

Электромагнитные колебания и волны

Устройства связи – телеграф, телефон, телевещание, радиосвязь, интернет.

Строение компьютера. Спутниковые системы навигации.

Демонстрации

Различные виды связи (телефон, телеграф, телевещание, мобильная связь, интернет).

Устройство компьютера.

Исследовательская работа

Альтернатива связи – от телеграфа до интернета.

Как ускорить работу компьютера.

Спутниковые системы навигации, как альтернатива компасу.

Моделирование

Модель простейшего радиоприемника, модель простейшего телеграфного аппарата.

Экскурсии

Телефонная станция, телеграф, радиостанция, телецентр.

Варианты сообщений

Как работает телефон, телеграф, мобильный телефон, радиопередатчик, радиоприемник, телевизор, спутниковые системы навигации, компьютер, интернет.

Оптические явления

Устройство глаза, фотоаппарата, кинокамеры. Устройства вывода – мониторы. Устройства исследования – телескоп, спектрограф. Зеркально-линзовые устройства ориентации – маяк, прожектор [44].

Демонстрации

Работа фотоаппарата, кинокамеры.

Работа спектрографа.

Монитор плазменный и ЖК.

Исследовательская работа

Как печатаются фотографии с пленки?

Спектрография – узнать строение объекта на расстоянии многих световых лет.

Экскурсии

Фотолаборатория.

Моделирование

Модель маяка, прожектора.

Варианты сообщений

Как работает глаз, фотоаппарат, кинокамера, ЖК-монитор, плазменный монитор, телескоп, спектрограф, прожектор, маяк.

Экспериментальные задачи и задания

1.     Исследуйте, как влияет ультрафиолетовое излучение на посевные качества семян и урожайность [11].

2.     Исследуйте, как влияет солнечное излучение на скорость роста растений.

 

Квантовые явления

Области применения лазеров. Устройство калайдера. Атомная энергетика.

Ядерное оружие. Рентгеновское излучение. Фотоэлементы.

Демонстрации

Лазерная указка.

Запись ядерного взрыва.

Рентгеновские снимки.

Исследовательская работа

Альтернативы развития управляемой термоядерной реакции.

Лазер – устройство изменившее мир [33].

Экскурсии

Атомная электростанция. Кабинет флюорографии.

Моделирование

Макет ядерного реактора.

Макет ядерной бомбы.

Варианты сообщений

Как работает лазер, лазерное оружие, лазерный проигрыватель, лазерный принтер, колайдер, фотоэлемент, солнечная батарея, рентгеновская установка, ядерный реактор, атомная электростанция, атомная бомба, термоядерная бомба.

 

Строение и эволюция Вселенной

Принцип работы телескопа Хаббла. Устройство фотонного двигателя.

Ракетостроение. Жизнь на МКС.

Демонстрации

Снимки космоса – галактик, планет, комет.

Исследовательская работа

Жизнь в космосе – трудности и особенности.

Фотонный двигатель – альтернативы развития и применения.

Моделирование Макет МКС.

Модель строения Солнечной системы.

Варианты сообщений

Как работает телескоп Хаббла, фотонный двигатель, ракета, спутник, МКС.

Тематическое планирование внеурочных занятий по физике 7-9 классы (110 ч)

Основное содержание по темам	Основные        виды        деятельности        и рекомендации по содержанию занятий
Раздел 1. Физика и физические методы изучения природы (4 ч)
1. Физика и физические методы изучения природы (4 ч)
Как работает динамометр, электронный мультиметр, манометр, термометр, секундомер, телескоп, спектрометр, счетчик Гейгера	Рассматриваются принципы измерения основных физических величин, как один из методов познания мира, и общие принципы работы измерительных приборов. Формы занятий – конференция «Как измерить окружающий мир» [20].
Раздел 2. Механические явления (36 ч)
2. Кинематика (10 ч)
Как работает автомобильный спидометр, артиллерийская пушка, винт моторной лодки, винт самолета, система полива полей, плуг, мясорубка, экскаватор, сепаратор	Закрепляются ранее полученные знания о равномерном, ускоренном, баллистическом движении. Обоснование практической значимости знаний, организация дискуссии «Из пушки на Луну», конкурс моделей устройств с винтом (корабли, самолеты и т. д.).
3. Динамика (14 ч)
Как работает рычаг, наклонная плоскость, колесо, тормозная система трактора, амортизатор автомобиля, лифт, спутник (ИСЗ), барометр, речной корабль, подводная лодка, водяная турбина ГЭС	Закрепление основных понятий – сила, масса тела, давление, взаимодействие. Обоснование знаний о плавании тел, взаимодействии, законах Ньютона, невесомости, силе трения. Формы организации – экскурсия на ГЭС (возможно виртуально с помощью компьютера), конференция «От колеса до

 

	спутника» [24].
4. Законы сохранения имп	ульса и механиче	ского движения (8 ч)
Как работает космический корабль многоразового использования, пульверизатор, пожарный брандспойт, артиллерийский снаряд, бильярдный шар, многотонный пресс, гидромолот	Закрепление движения, механического организации – инерционных моделей ракет	явлений реактивного сохранения импульса, движения. Формы дискуссия «Перспективы двигателей», конкурс
5. Механическ	ие колебания и в	олны (4 ч)
Как работает гитара, скрипка, флейта, патефон, фонограф, пружинные и маятниковые часы, эхолот, сейсмограф	Обоснование практического использования явлений колебания, резонанса, распространения волн. Возможна организация исследования «Как обнаружить землетрясение», экскурсия в филармонию (или имитация ее с помощью записей оркестровых концертов)
Раздел 3. Молекулярн	ая физика и термодинамика (12 ч)
6. Строение	и свойства вещества (4 ч)
Как работает микроскоп, кипятильник, криогенная установка, установка для выращивания кристаллов	Наблюдение и обоснование молекулярного строения веществ, агрегатных состояний. Выращивание кристаллов поваренной соли, конкурс установок для кристаллизации. Дискуссия «Возможно ли обмануть природу» (обсуждение криогенной установки)
7. Теп	ловые явления (8 ч)
Как работает паровая турбина, паровая машина, дизельный двигатель, двигатель внутреннего	Закрепление изученных явлений – теплообмен, фазовые переходы. Формы организации – экскурсия на ТЭЦ,

 

сгорания, скороварка, нефтеперерабатывающая установка, тепловая электростанция, оранжерея, инкубатор, холодильник	конференции на тему «Тепловые машины», конкурс моделей ДВС
Раздел 4. Электрические и магнитные явления (36 ч)
8. Электрические явления (14 ч)
Как работает электрофорная машина, аккумулятор, диод, транзистор, низкочастотный усилитель, автомат электрического освещения, автомат пожарной тревоги, электродвигатель, электробритва, пылесос, электромобиль, электростатический фильтр	Практическое обоснование явлений электрического тока, полупроводников. Формы        занятий        –        конференция «Электричество в быту и вокруг нас», конкурс работ по созданию автоматических устройств [35].
9. Магнитные явления (8 ч)
Как работает генератор тока, микрофон, динамик, магнитная железная дорога, магнитный сепаратор зерновых культур, магнитный пускатель, циклотрон, токамак, компас	Практическое применение электромагнетизма. Форма занятий – исследование по поиску альтернативных средств передвижения с использованием магнитных явлений, конференция на тему «Магнетизм на пользу человечества»
10. Электромагнитные колебания и волны (8 ч)
Как телефон, телеграф, мобильный Практическое использование телефон, радиопередатчик, электромагнитных колебаний. Формы радиоприемник, телевизор, занятий – дискуссия на тему «Эволюция спутниковые системы навигации, средств связи – от телеграфа до компьютер, интернет интернета», конкурс простейших радиоприемников.
11. Оптические явления (6 ч)

 

Как работает глаз, фотоаппарат, кинокамера, ЖК-монитор, плазменный монитор, телескоп, спектрограф, прожектор, маяк	Практическое обоснование явлений отражения, преломления, поглощения света, методы изучения состава веществ. Возможные формы занятий – конференция, посвященная средствам фото- и видеозаписи, дискуссия о методах исследования звезд [23].
Раздел 5. Квантовые явления (10 ч)
12. Квантовые явления (10 ч)
Как работает лазер, лазерное оружие, лазерный проигрыватель, лазерный принтер, колайдер, фотоэлемент, рентгеновская установка, ядерный реактор, атомная электростанция, атомная бомба, термоядерная бомба	Многогранность практического применения радиоактивности, фотоэффекта. Возможные формы занятий – дискуссия «За и против ядерной энергии», конференция «Лазерные устройства изменившие мир»
Раздел 6. Строение и эволюция Вселенной (4 ч)
13. Строение и эволюция Вселенной (4 ч)
Как работает телескоп Хаббла, фотонный двигатель, ракета, спутник, МКС	Расширение кругозора, методы изучения Вселенной. Формы занятий – конференция «Альтернативные двигатели для освоения космического пространства»
14. Резерв времени (8 ч)

Рекомендации по оснащению кабинета физики в основной школе для обеспечения занятий по внеурочной деятельности школьников

Для обучения учащихся основной школы в соответствии с программой внеурочных занятий необходима реализация деятельностного подхода. Деятельностный подход требует постоянной опоры процесса обучения физике на демонстрацию физических явлений, выполняемые учителем, организацию исследовательских работ и моделирования, выполняемые учащимися. Поэтому школьный кабинет физики должен быть обязательно оснащен полным комплектом демонстрационного и лабораторного оборудования в соответствии с перечнем учебного оборудования по физике для основной школы. Демонстрационное оборудование должно обеспечивать возможность наблюдения всех изучаемых явлений, включенных в программу основной школы. Система демонстрационных опытов при внеурочных занятиях предполагает использование, как классических аналоговых измерительных приборов, так и современных цифровых средств измерений. Использование демонстрационного оборудования и средств моделирования в форме тематических комплектов позволяет организовать выполнение задания с прямым доступом учащихся к ним в любой момент времени. Это достигается путем их хранения в шкафах, расположенной вдоль задней или боковой стены кабинета, или использование специализированных лабораторных столов с выдвижными ящиками. Использование тематических комплектов оборудования по механике, молекулярной физике, электричеству и оптике способствует:

–                   формированию такого важного общеучебного умения, как подбор учащимися оборудования в соответствии с целью проведения самостоятельного исследования;

–                   проведение экспериментальной работы на любом этапе занятия;

–                   уменьшению трудовых затрат учителя при подготовке к занятиям.

Снабжение кабинета физики электричеством и водой должно быть выполнено с соблюдением правил техники безопасности. К лабораторным столам, неподвижно закрепленным на полу кабинета, специалистами подводится переменное напряжение 42В от щита комплекта электроснабжения, мощность которого выбирается в соответствии с числом столов в кабинете. К демонстрационному столу от щита комплекта должно быть подведено напряжение 42 и 220В. В торце демонстрационного стола размещается тумба с раковиной и краном. Одно полотно доски в кабинете физики должно иметь стальную поверхность. В кабинете физики необходимо иметь:

–                   противопожарный инвентарь и аптечку с набором перевязочных средств и медикаментов;

–                   инструкцию по правилам безопасности труда для обучающихся и журнал регистрации инструктажа по правилам безопасности труда.

На фронтальной стенке кабинета размещаются таблицы со шкалой электромагнитных волн, таблиц приставок и единиц СИ. В зависимости от имеющегося в кабинете типа проекционного оборудования он должен быть оборудован системой полного или частичного затемнения. В качестве затемнения удобно использовать рольставни с электроприводом. Кабинет физики должен иметь смежную комнату – лаборантскую для хранения демонстрационного оборудования и подготовки опытов. Кабинет физики, кроме лабораторного и демонстрационного оборудования, должен быть также оснащен:

–                   комплектом         технических        средств       обучения,   компьютером          с

медиапроектором, интерактивной доской и подключением к сети Интернет;

–                   учебно-методической, справочно-информационной и научно-популярной литературой (учебниками, сборниками задач, журналами, руководствами по проведению учебного эксперимента, инструкциями по эксплуатации учебного оборудования);

–                   картотекой с заданиями для индивидуального обучения, организации исследовательских работ, проведения занятий по моделированию;

–                   комплектом тематических таблиц по всем разделам курса физики, плакатами устройства машин представленных в программе, портретами выдающихся физиков [2].

Кроме технического оснащения кабинета важную роль играет и психологическая подготовка учителя и его педагогическая грамотность, с этой целью в программу включаются основные психолого-педагогические идеи, способствующие продуктивной внеурочной деятельности.

 

Основные психолого-педагогические идеи при реализации программы внеурочных занятий по физике

Внеклассная работа по физике позволяет добиться значительных результатов в воспитании учеников и развития большого спектра полезных навыков. Самое главное при реализации программы – это правильный подход к организации занятий. Ученики очень чувствительно реагируют на атмосферу, царящую на занятиях, при неправильной психологической организации занятий, даже при высоком уровне педагогической подготовки, ученики быстро потеряют к ним интерес и преследуемые цели не смогут реализоваться. Очень важно самое первое впечатление, которое получат ученики, при неудовлетворенности, дальнейшие занятия потеряют смысл и будут просто являться местом бесполезной траты времени. По сути, чтобы вызвать интерес у ученика, учителю необходимо быть подростком, то есть мыслить как они, чувствовать как они, радоваться вместе с ними даже самым незначительным, как может показаться, результатам, так же увлекаться работой. Только тогда можно добиться пользы от внеклассных занятий, важно уяснить, что это не обычный урок, - это занятие на которое ученики приходят, чтобы попасть в некую другую среду – среду, где им помогут развиваться и не обругают за неудачу [38].

Учитель должен демонстрировать терпение, приемлемость, сочувствие и интерес к ученикам, избегает сарказма и унизительных замечаний, тем самым учитель создает атмосферу, которая вселяет во всех учеников желание добиться успехов. Педагог устанавливает необходимые нормы поведения и добивается их, заостряет свое внимание во всех случаях, когда поведение учеников соответствует или не соответствует этим нормам. Повторяемые неоднократно примеры правильного поведения в классе указывают на то, что правила и нормы поведения ранее были указаны ученикам. Учитель должен привлекать всех учеников к участию в процессах хода занятия, когда любой из учеников постоянно невнимателен на занятиях, учитель должен попытаться заполучить обратно внимание этого ученика. Важную роль играет также и правильный подбор содержания, оно должно согласовываться с целями занятий и изучаемой темы, должно быть на уровне соответствующем уровню восприятия учеников и уровню их социального, эмоционального и физического развития. Содержание занятий не должно быть слишком легким или слишком трудным для восприятия и усвоения учениками, оно должно быть достоверным. На занятиях должны четко прослеживаться введение – то есть то, чего мы хотим достичь, и заключение – подведение итогов. Введение необходимо делать для того, чтобы сконцентрировать внимание учеников, на занятии до его начала, а также до начала рассмотрения нового материала занятия. Заключение учитель делает в конце занятия, что помогает ученикам понять цель. Это также может быть краткий обзор тем всего занятия или только что рассмотренного материала. Учитель должен поощрять участие учеников в обзоре изученного материала или добиваться их участия методом задавания вопросов. Занятия должны быть логически последовательными, связывающими последующей материал с предыдущим. Оба должны способствовать развитию интереса учеников и привлекать их к участию. Учитель должен выражаться связанно, неопределенная или неоднозначная речь создает сложности для усвоения учениками материала, указания должны быть ясными и грамотными. Выразительность, громкость голоса и скорость речи не должны создавать сложности для понимания учениками материала, грамматически неправильные и сленговые выражения не должны использоваться, никогда не должны использоваться вульгарные выражения, не следует никогда быть грубым или оскорблять учеников. На занятии должна  присутствовать завязка, развитие сюжета, кульминация, развязка. Возможно, создание эмоциональнопознавательной интриги, атмосферы радости интеллектуального открытия, ситуации творческого поиска, важную роль играют приемы активизации совместного решения интеллектуальной, учебной задачи, использование метода «мозгового штурма» (брейнсторминг), создание дискуссионных «малых групп», сотрудничающих пар, «жужжащие группы», важно побуждение учеников к взаимопомощи. Необходимо выделять поведение учеников, высказывания, вопросы, развернутые выступления, оказание помощи товарищу, проявление творческой самостоятельности, старательность, требовательность к себе, способность к дискуссии, нестандартность мышления – это все служит для создания благоприятной атмосферы на занятиях, побуждает учеников к активным действиям, способствует творческому росту, сближает учителя и ученика. Важно проявление индивидуального подхода к ученикам: учет темперамента, интереса к предмету, успеваемости, особенностей восприятия конкретного и абстрактного материала, взаимоотношений с другими учениками класса, учитывать различий между мальчиками и девочками, их симпатий друг к другу. Понятно, что соответствовать всем требованиям бывает сложно и все учесть и предусмотреть нелегко, но ученикам еще труднее, тем более при реализации новой программы, главное не останавливаться на достигнутом и смело пробовать новые идеи и нестандартные решения. Важно понимать, что при достижении целей и успеха при реализации занятий, мы получим от обучения и воспитания необходимый результат, и, возможно, сумеем в ком-то вырастить нового Ньютона или Эйнштейна, или просто успешного человека, способного решать поставленные перед ним задачи с использованием своего творческого потенциала и навыков, полученных на внеклассных занятиях [42].

Любая деятельность учеников на занятиях должна оцениваться, для качественной постановки оценки необходимо познакомиться с проблемами диагностики внеклассной деятельности и критериями постановки оценки.

 

Проблемы диагностики внеклассной деятельности и критерии постановки оценки

В рамках новых образовательных стандартов внеклассная деятельность входит в обязательный перечень занятий, направленных на развитие кругозора учащихся и их творческих способностей. Следовательно, необходимо как-то оценивать внеклассную деятельность школьников. Это достаточно сложная проблема, так как необходимо учесть много факторов, которые характерны именно для внеклассной деятельности. 

Одна из проблем – это учет индивидуальных качеств и способностей учеников. Уровень развития у всех учеников разный, и для одного собрать, например, модель ракеты не является большой сложностью, а от другого это задание требует приложения больших усилий. Соответственно, при оценивании это необходимо также учитывать. Необходимо принимать в расчет и личный рост ученика в профессиональном и творческом отношении.

Важно учитывать и источник знаний, используемый учеником при подготовке и выполнению задания. Интернет-источники не являются весомым аргументом при выставлении оценки, гораздо выше по уровню – это использование правильной, полезной литературы, и самый главный критерий – опора на личный опыт и запас умений.

Немаловажным параметром оценивания является и личное отношение учителя к ученику. К кому-то педагог испытывает симпатию, а к некоторым наоборот. Для некоторых учителей бывает сложно в таком отношении выставлять действительно заслуженные оценки, не завышая и не занижая результата. В такой ситуации необходимо более объективно и трезво подходит к результатам работ, так как при таком подходе ученики, попавшие разряд отвергнутых, перестанут стараться качественнее выполнить задания, так как смысла в этом для них не будет – «что ни делай, все равно, снизят балл».

Важно также вовремя поставить оценку, не торопиться с выводами, дать ученику шанс исправиться. Внеурочная деятельность – это не урок, получив плохую оценку, ученик перестанет посещать занятия, потеряет к ним интерес, необходимо более терпимо относится к ученикам и положительно оценивать даже незначительные успехи. На внеурочных занятиях большую роль играет даже не физическая оценка, а качественная. «Хорошо», «молодец», «умница». Как вариант можно использовать и такую шкалу условной оценки, и предоставить ученикам возможность самим оценивать свою деятельность. Внеурочная деятельность больше носит воспитательный характер, и тут оценивать достижения гораздо труднее.

Основная проблема состоит в параметрах оценивания. Рассмотрим один из вариантов их реализации:

1.                 Нестандартность (отличие от общепринятого и известного).

2.                 Самобытность (опора на личный потенциал ученика).

3.                 Творческая продуктивность (объем и качество ответа участника).

4.                 Мировоззренческая глубина (степень проникновения в основы разрабатываемой или конструктируемой области).

5.                 Уровень технического или графического воплощения идеи.

Исходя из этого комплекса параметров, и надо выставлять оценку ученику за работу на внеурочных занятиях. Объективно оценить работу ученика очень сложно, так как вариант отметки будет зависеть от личных качеств учителя и его уровня педагогической грамотности. Учитывая все основные проблемы и факторы, можно предложить следующую систему постановки оценки:

Оценка «Хорошо»

Мировоззренческая глубина	Часть проекта в рамках общей физики	Проект основан на интуиции	Использование дополнительного материала из разных областей знаний
Техникографическое воплощение идеи	Проект без технической или графической основы	Требуется доработка технической или графической основы	Проект полностью готов к использованию, имеет ясную и понятную схему или план

 

Важно отметить, что постановка по такому оценочному листу реализуется крайне индивидуально, не содержит характеристик, отталкивающих ученика от занятий, а значит, вполне, может использоваться для оценивания деятельности учеников на внеклассных занятиях. По такой таблице ученик сразу понимает, над какой областью своих умений и навыков нужно поработать, а учитель может проследить прогресс личного роста ученика в ходе занятий.

Для качественной подготовки к занятиям и учителю и ученикам необходимо знать источники информации по предмету, в настоящее время большую часть необходимого материала можно найти в интернете, тем не менее, есть очень полезная по содержанию литература. Желательно постоянно иметь доступ к источникам, указанным в нижеприведенном списке.

 

Источник знаний для учителей

1.                 Интернет-поисковая система.

2.                 Браверман, Э. М. Внеурочная работа по физике: кружки, игры, эстафеты [Текст] / Э. М. Браверман, В. С. Данюшенков. – М.: МП «Мап», 1994. – 144с.

3.                 Внеклассная работа по физике [Текст] / авт. сост.: В. П. Синичкин, О. П. Синичкина. – Саратов: Лицей, 2002. – 208 с.

4.                 Внеурочная работа по физике [Текст] / под ред. О. Ф. Кабардина. – М.: Просвещение, 1983. – 223 с.

5.                 Горлова, Л. А. Нетрадиционные уроки, внеурочные мероприятия по физике: 7–11 классы [Текст] / Л. А. Горлова. – М.: ВАКО, 2006. – 176 с.

6.                 Камин, А.Л. Физика. Развивающее обучение [Текст]: кн. для учителей. 7-й класс / А. Л. Камин. – Ростов н/ Д: Изд-во «Феникс», 2003. – 352с.

7.                 Косолапов, В. И. Диспуты и конференции в школе [Текст] / В. И. Косолапов. – М., 1975.

8.                 Ланина, И. Я. Внеклассная работа по физике [Текст]: кН. для учителя / И. Я. Ланина. – М.: Просвещение, 1991.

9.                 Ланина, И. Я. Формирование познавательных интересов учащихся на уроках физики [Текст]: кн. для учителя / И. Я. Ланина. – М.: Просвещение, 1985. –  128 с.

10.            Рапацевич, Е. С. Формирование технических способностей у школьников [Текст]: кн. для учителя / Е. С. Рапацевич. – Минск: Нар. асвета, 1986. – 96 с.

11.            Соколова, Н. Ю. Ресурсы интернета и обучение физике [Текст] / Н. Ю. Соколова // Физика в школе. – 2002. – № 6 – С. 70-75.

12.            Усова, А. В. Связь преподавания физики в школе с сельскохозяйственным производством [Текст] / А. В. Усов, Н. С. Антропова. – М.: Просвещение, 1970.

 

Источник знаний для учеников

1.                 Интернет-поисковая система.

2.                 Веччионе, Г. Сделай сам! 100 самых интересных самостоятельных научных проектов [Текст] / Г. Веччионе; пер. с англ. Е. Гупало. – М.: «Изд-во АСТ»: ООО «Изд-во Астрель», 2004. – 192 с.

3.                 Иванов, А. С. Мир механики и техники [Текст]: кн. для учащихся / А. С. Иванов, А. Т. Проказа. – М.: Просвещение, 1993. – 223 с.

4.                 Куприн, М. Я. Физика в сельском хозяйстве [Текст]: кн. для учащихся. – 2е изд., перераб. и доп. / М. Я. Куприн. – М.: Просвещение, 1985. – 144 с.

5.                 Майоров, А. Н. Физика для любознательных, или О чем не узнаешь на уроке [Текст] / А. Н. Майоров; худ. Г. В. Соколов. – Ярославль: «Академия развития»: «Академия, К°», 1999. – 176 с.

6.                 Низе, Г. Маленькая физика [Текст]: общедоступное введение в физические основы техники / Г. Низе, пер. с нем. М. И. Блудова; под ред. С. М. Райского. – М.:

Гос. изд-во ф.-м. литературы, 1960. – 300 с.

7.                 Тарасов, Л. В. Физика в природе [Текст]: кн. для учащихся / Л. В. Тарасов.

– М.: «Вербум-М», 2002. – 352 с.

8. http://www.fizika.ru/tehnik/index.htm

Политехнический материал об измерительных приборах, промышленном оборудовании и бытовой технике.

Для облегчения работы учителя по новой и незнакомой программе внеурочных занятий приводятся развернутые разработки для проведения некоторых занятий. С их помощью учителю легче будет приступить к реализации программы, так как уже есть некий ориентир в организации работы на занятиях, конечно же, за учителем сохраняется право выбора формы организации занятий, исходя из личного опыта. Самое главное, чтобы ученики получали пользу и удовольствие от посещений внеклассных занятий по физике.

2.2. Разработка внеурочных занятий по программе

 

Внеклассное занятие «Конференция по решению проблем ракетостроения»

Занятие проводится в рамках четвертого раздела программы «Законы сохранения импульса и механического движения». Рекомендуется организация такого рода конференции в качестве итогового занятия при завершении рассмотрения любого из разделов программы, но конечный выбор форм занятия зависит от предпочтений преподавателя и его фантазии.

На данном занятии рекомендуется поделить класс на несколько групп. Исследовательский центр – группа учеников, проводивших исследование по заранее выбранному вопросу «Альтернативные ракетные двигатели». Конструкторское бюро – группа учеников, занимающаяся подготовкой моделей ракет. Центр теоретиков – ученики, подготовившие сообщения по вопросам «Как  работает ракета?», «Как работает космический корабль многоразового использования?» Научный совет – три представителя от учеников, основная их задача – следить за выступлениями товарищей, придумывать вопросы по содержанию сообщений и выставлять баллы за выступление, в этой группе желательно задействовать тех, кто не вошел ни в одну из других групп [30]. Само собой разумеется, что задания для конференции учениками выбраны заранее и его выполнение проводилось на предыдущих занятиях, конференция служит в качестве обобщения их деятельности, подведения итогов и обсуждения полученных результатов с товарищами. Председатель конференции – учитель, основная его задача – организация хода занятия, поощрения за подготовку и создание атмосферы реальной конференции с реальной проблемой [45].

Цели занятия:

1. Педагогические:

–                   расширение кругозора учеников в области ракетостроения и освоения космоса;

–                   закрепление основных физических понятий по теме «Импульс и законы сохранения импульса»;

2. Психологические:

–                    развитие конструктивных, исследовательских и творческих способностей;

–                    привитие принципов работы в группе и выступлений;

–                    сплочение коллектива путем следования к общей цели занятия и сложения общей картины темы из маленьких выступлений каждого.

Ход занятия.

Учитель: Здравствуйте, сегодня нам предстоит решение важнейшей проблемы – проблема ракетостроения, мы с вами разберемся, что необходимо для того, чтобы запустить ракету, и какие технические возможности для этого уже разработаны. Итак, я думаю нам необходимо устроить конференцию, для этого мы поделимся на группы, каждая из которых уже занималась работой по выбранным заданиям. Я думаю, никто не будет против, если председателем конференции буду я? Хорошо, тогда я назначаю Исследовательский центр из следующих учеников …, ученики … выступят в роли ученых из Теоретического центра, наши моделисты составят Конструкторское бюро и все те, кто остались, составят Научный центр.

Ну, вот теперь мы с вами, как на настоящей конференции, займемся решением проблемы, а какая у нас проблема? Научный центр сформулируйте, что мы сегодня будем обсуждать, и запишите в протоколе. Правильно, сегодня мы займемся проблемой, которая волнует человечество уже очень давно, мы обсудим, как отправиться к звездам и далеким галактикам, исследуем проблему ракетостроения.

В качестве протокола используется тетрадь, в которую каждое занятие ученики записывают основные положения, итоги, задания. Желательно вести такую тетрадь.

Ну, теперь я думаю, мы можем считать нашу конференцию открытой. Для того, чтоб полететь в космос нам необходима ракета, давайте познакомимся какие ракеты существуют, и что необходимо для успешного полета. И первым я предоставляю слово Теоретическому центру, ученые которого хорошо поработали и готовы рассказать нам о том, как работает ракетный двигатель и космический корабль многоразового использования. (Варианты сообщений  в приложении 1.1 и

1.2)

Выступление учеников, желательно в форме презентации с рисунками и фотографиями.

Учитель: Я вижу, ученые у нас хорошо подготовились, и Научный центр отметит Ваши старания. Строение и принцип работы ракетных двигателей и корабля многоразового использования мы рассмотрели, теперь мы знаем, что нам нужно для полета в космос, вот только мы не знаем, какое топливо нам использовать, чтобы заправить ракету. Здесь, я думаю, нам помогут исследователи с Исследовательского центра. Их задача была рассмотреть различные виды топлива, и найти альтернативный источник энергии для ракет. Пожалуйста, просим наших исследователей поделиться своими результатами с нами. (Вариант работы в приложении 1.3, презентация по материалам исследования на cd1)

Выступают ученики, рассказывая о работе термохимического, ядерного, электрического, фотонного и ионного ракетных двигателей. Удачным будет объединение материала в презентацию, по каждому разделу выступает один ученик.

Учитель: Замечательно, теперь мы знаем, чем мы можем заправить ракету, а что мы можем использовать сейчас? У нас с вами нет ни ядерного реактора, ни баллонов с окислителем и водородом, прояснить ситуацию нам помогут наши моделисты, они продемонстрируют нам свои модели ракет и расскажут, как запустить ракету не используя столь дорогого топлива, как в настоящих ракетах.

Конкурс моделей ракет: ученики демонстрируют свои модели и рассказывают, что они использовали для изготовления. Вариант изготовления летающих моделей рассмотрен в источнике [1] на странице 15, ученикам можно предоставить такой вариант модели, но гораздо важнее, когда ученик реализует свой личный проект.

Учитель: Отлично, как видите, наши моделисты нас приятно удивили, столько разнообразных моделей и в каждой видно море таланта и старания. Молодцы! Теперь давайте подведем итоги. Научный центр расскажите, пожалуйста, что нового мы сегодня с вами узнали, и какое выступление вам понравилось больше всего.

Ученики Научного центра высказывают по очереди свое мнение о выступлениях, выделяют особо понравившиеся.

Учитель: Спасибо Научному центру, итак сегодня мы с вами познакомились с устройством ракетных двигателей, узнали об альтернативных видах топлива, рассмотрели модели ракет. Как думаете, успешной ли оказалась наша конференция, смогли ли мы решить проблему ракетостроения?

Ученики: Да!!!

Учитель: Хорошо, тогда объявляю нашу конференцию закрытой, всем спасибо за активное участие и, думаю, нам необходимо организовать выставку по результатам нашей конференции – пусть и другие узнают какие мы молодцы, и оценят наши старания. И давайте обсудим задания для следующего занятия. Ктонибудь умеет играть на каком-нибудь музыкальном инструменте? Вот и хорошо, возьмите их на следующее занятие и подготовьте небольшое сообщение о том, как работает ваш музыкальный инструмент. Всем спасибо за внимание, до свидания!

 

Внеклассное мероприятие «Вечер занимательной физики»

Вечер проводится в рамках двенадцатого раздела программы «Квантовые явления». Вечер проводится в качестве итогового мероприятия по окончанию раздела, на нем ребята демонстрируют те знания и умения, которыми они овладели в ходе занятий.

Цель вечера:

1. Педагогические:

–                   стимулировать учащихся к более глубокому и всестороннему изучению предмета;

–                   привить интерес к занятиям физикой; – расширение кругозора в области физики.

2. Психологические:

–   развитие творческих и организаторских способностей учеников;

–   укрепление коллективных отношений и развитие навыков работы в группе.

О проведении вечера учащихся извещает красочное объявление.

Программа вечера:

1.                 Конкурс на лучшее приветствие, эмблему, название команды.

2.                 Разминка.

3.                 «Лазер – устройство изменившее мир»  – театрализованное представление.

4.                 Конкурс капитанов.

5.                 Игра со зрителями.

6.                 «Однажды в лаборатории...» (д/з) – составить рассказ-приключение, в котором использовать слова: лазер, луч, гамма-квант, полупроводник, излучение, нейтрон, реактор.

Оформление актового зала:

Зал можно украсить газетами, которые готовит каждый класс, принимавший участие в неделе физики, плакатами с различными высказываниями, например:

«Нам необыкновенно повезло, что мы еще живем в век, когда еще можно делать открытия.

Р. Фейнман»

 «Здравый смысл – это те предрассудки, которые складываются в возрасте до 18 лет.

А.Эйнштейн»

«Все науки делятся на физику и коллекционирование марок.

Э. Резерфорд»

«Радость видеть и понимать есть самый прекрасный дар природы

А.Эйнштейн»

На сцене плакат со стихами:

«Физика! Какая емкость слова,

Физика! Для нас не просто звук,

Физика! Опора и основа

Всех без исключения наук! [47]»

В конкурсах принимают участие две команды – сборные 7–9 классов.

 

Ход мероприятия:

1-й конкурс. «Приветствие».

Конкурс на лучшее приветствие, название, эмблему команды.

2-й конкурс. «Разминка»

Ведущий задаёт загадки и вопросы. Команда, набравшая большее количество баллов, выигрывает. Загадки подобраны на тему «Природа и явления в ней». К каждой загадке ставится физический вопрос, если ответ неверный, то право ответа переходит к команде – сопернице.

Чего в сундук не спрячешь? (луч света) Вопрос: Какого цвета белый свет?

Ответ: Белый цвет состоит из семи основных цветов – красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Ревнул вол на сто сёл, за сто речек. (гром)

Вопрос: Вдалеке бушует гроза. Какое явление мы зафиксируем раньше: увидим молнию или услышим гром?

Ответ: Раньше увидим молнию, так как скорость света составляет 300000 км/с, а скорость звука 340 м/с при 15°С в воздухе.

В воде не тонет и в огне не горит? (лёд)

Вопрос: Когда лёд может быть нагревателем?

Ответ: Когда другое тело, находящееся со льдом в соприкосновении, имеет температуру ниже, чем у льда.

Без рук, без ног, а в избу лезет? (тепло, холод)

Вопрос: Почему при холодной погоде многие животные спят, свернувшись в клубок?

Ответ: У свернувшегося животного меньше поверхность тела, поэтому оно меньше охлаждается из-за меньшего контакта с холодным воздухом и меньшей конвекции.

Не взять меня и не поднять, не распилить пилой,

Не вырубить и не прогнать, не вымести метлой.

Но только мне придёт пора –  сама уйду я со двора. (ТЕНЬ)

Вопрос: Как получить от одной палки тень разной длины?

Ответ: Нужно наклонять её под разными углами к Солнцу.

Виден край, а не дойдешь. Что это? (горизонт)

Вопрос: Может ли горизонт являться телом отсчёта?

Ответ: Нет, так как при движении перемещается вместе с наблюдателем.

Что идёт, не двигаясь с места? (время)

Вопрос: Всегда ли время идёт с одинаковой скоростью?

Ответ: Нет, его скорость зависит от скорости движения системы отсчета [43].

На вечере работает «Информационный центр», и пока команды готовятся к выполнению экспериментальных заданий, все выслушивают сообщения «Информцентра». На сцену выходят ребята, готовившие информационные сообщения. «Информационный центр» сообщает:

– В последнее время, как и во времена "звездных войн", ряд средств массовой информации вновь запестрели сообщениями о разработке в различных странах лазерного оружия и проведении с ним практических опытов. Что же это за оружие и какова реальная ситуация с его созданием в настоящее время? Лазерное оружие представляет собой оружие, которое использует высокоэнергетическое направленное электромагнитное излучение, генерируемое различными лазерами. Его поражающее действие по цели определяется термомеханическим и ударноимпульсным воздействием, которое с учетом плотности потока лазерного излучения, может привести к временному ослеплению человека или к механическому разрушению (расплавлению или испарению) корпуса поражаемого объекта (ракеты, самолета и др.). При работе в импульсном режиме одновременно, при достаточно большой плотности энергии, тепловое воздействие сопровождается и ударным воздействием, что обусловлено возникновением плазмы. Сегодня наиболее приемлемыми для боевого применения считаются лазеры твердотельные, химические, со свободными электронами и рентгеновские лазеры с ядерной накачкой. Так, твердотельный лазер специалисты США рассматривают как один из наиболее перспективных генераторов для систем лазерного оружия самолетного базирования, предназначенного для борьбы с баллистическими и крылатыми ракетами различного базирования и назначения, самолетами, подавления оптикоэлектронных средств ПВО и защиты своих самолетов-носителей ядерного оружия от управляемых ракет противника.

3-й конкурс. «Лазер – устройство изменившее мир».

Команды по очереди показывают представления по предложенной теме. Конкурс основан на импровизации учеников. Для выполнения этого задания требуется некоторое время. Пока команды готовят небольшие выступления, проводится конкурс для болельщиков.

4-й конкурс. «Игра со зрителями».

Загадки о природных явлениях и средствах передвижения.

Сперва – блеск, за блеском – треск, за треском – плеск. (Молния, гром, дождь.)

Кто со всеми говорит, а его не видно? (Эхо)

То черное полотно, то белое полотно закрывает окно. (День и ночь)

Чего в комнате не видишь? (Воздух)

Летит, как птица жужжит, а крыльями не машет. (Самолет)

Бегут по дорожке доски, да ножки. Что это? (Лыжи)

Держусь я только на ходу, а если стану – упаду. (Велосипед)

Льётся речка – мы лежим, лёд на речке – мы бежим. (Коньки)

Плывет белый гусь – брюхо деревянное, крыло полотняное. (Яхта)

Бывают ли у дождика четыре колеса? Скажи, как называются такие чудеса? (Поливальная машина)

Два брата родных – одного всякий видит, да не видит, да не слышит; другого все слышат, да не видят. (Молния, гром.)

В поле лестница лежит, дом по лестнице бежит. (Поезд)

За правильные ответы болельщики получают жетоны, набравшим большее количество жетонов вручаются поощрительные призы.

Выступает «Информационный центр».

«Информационный центр» сообщает:

– С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё не известных проблем». В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту (проигрыватели компакт-дисков, лазерные принтеры, считыватели штрихкодов, лазерные указки и пр.). В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл). Луч лазера может быть сфокусирован в точку диаметром порядка микрона, что позволяет использовать его в микроэлектронике (так называемое лазерное скрайбирование). Лазеры используются для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости. Широкое применение получила также лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов. При лазерной обработке материалов на них не оказывается механическое воздействие, поэтому возникают лишь незначительные деформации. Кроме того весь технологический процесс может быть полностью автоматизирован. Лазерная обработка потому характеризуется высокой точностью и производительностью.

5-й конкурс. «Капитанский»

Капитаны команд должны по-очереди называть устройства, в которых используется лазер. Кто назовет больше устройств – тот и выиграл.

6-й конкурс. Домашнее задание «Однажды в лаборатории...» Каждая команда должна составить весёлый рассказ-приключение о том, что произошло в лаборатории. В рассказе должны быть использованы слова: лазер, луч, гамма-квант, полупроводник, излучение, нейтрон, реактор.

После проведения конкурсов проводятся итоги вечера, награждается команда-победитель, лучший капитан, лучший игрок, лучший болельщик.

 

Внеклассное мероприятие «Эвристическая олимпиада»

Эвристическая олимпиада – отличное средство для создания небольших творческих и исследовательских работ в короткое время. На эвристических олимпиадах нет задач про трубы, из которых что-то зачем-то куда-то вытекает. Задания олимпиады направлены не столько на поиск известных решений, сколько на собственные открытия участников, совершаемых ими с помощью физической науки. 

В олимпиаде участвуют отдельные ученики и группы учеников с 1-11 класс. Выполнение заданий и подведение итогов производится индивидуально для каждого участника в его возрастной категории. Олимпиада может проводится на разных уровнях: класса, школы, нескольких школ, города и даже страны. Например, Центр дистанционного образования «Эйдос» (http://eidos.ru) совместно с Российской академией образования проводит Всероссийские дистанционные эвристические олимпиады по физике два раза в год. С помощью дистанционных телекоммуникаций учащиеся из разных школ, городов и стран имеют великолепную возможность творчества в области физики [15].

Задания эвристической олимпиады являются открытыми, то есть не предполагают заранее известных ответов. Их выполнение ориентирует участника не столько на поиск известных решений, сколько на собственные версии, суждения, исследования, на создание нового результата, а не на припоминание известной информации. Олимпиадные задания опираются на общеобразовательную подготовку участников. Особенностью эвристических заданий является то, что выполнить их может каждый школьник, не обязательно отличник. Задания эвристических олимпиад часто бывают исследовательскими. Это могут быть опыты, эксперименты как практические, так и мысленные. Особо сложных установок и оборудования для выполнения заданий не предполагается.

Потребуются простейшие, в том числе и подручные материалы [26].

Примерные задания для эвристической олимпиады в рамках реализации десятого раздела программы «Электромагнитные колебания и волны»:

Колебательный контур. Какие средства связи можно создать на основе конденсатора и электромагнитной катушки? Опишите их назначение и принцип действия. Укажите условия и границы применимости приборов. Возможен чертеж или рисунок, поясняющий устройство способ применения вашего прибора.

Спутниковая система навигации. Придумайте свой вариант реализации спутниковой системы навигации, для этого опишите, что необходимо для реализации проекта, как будет работать ваша система, какие физические явления используются при разработке навигационной системы. Указать схему работы и рисунки системы навигации. Описать границы применимости и преимущества системы по сравнению с существующими системами навигации, отметить новизну проекта и реальность осуществления.

Радиоприемник. Вам необходимо придумать средство для приема радиосигналов в местах со слабым приемом. Нарисовать схемы установки, основные параметры, границы применимости и физические явления, которые используются в вашем приборе. Описать границы применимости и метод реализации устройства.

Как работает мобильный телефон? На уроках физики часто можно услышать, что физика находится вокруг нас буквально везде. Докажем это утверждение на примере мобильного телефона. Ваша задача – провести комплексное исследование мобильного телефона, в котором изучить механические, тепловые, электромагнитные, оптические явления, связанные с этим устройством. Результатом ваших опытов должно стать открытие новых, доселе вам неизвестных физических явлений, связанных с «мобильником», а также ваше объяснение этих явлений. Запишите наиболее примечательные факты, которые вы обнаружили, поставленные вами вопросы к этим фактам и свои версии ответов на них.

Итоги олимпиады подводятся для каждого участника индивидуально, по каждой возрастной группе выделяются победители, выявляются также командыпобедители.

2.3. Результаты педагогического апробирования программы Репортаж вводного занятия.

Место проведения, класс.

Апробирование программы внеурочных занятий по физике «Как работает…?» началось 29 апреля в МОУ СОШ поселка Юбилейный

Котельничского района в 9-м классе, состоящем из 15 учеников.

Цели занятия.

1. Психологические:

–   сближение с коллективом класса, завоевание их доверия,

–   выявление сильных и слабых сторон класса,

–   формирование необходимой творческой атмосферы занятий.

2. Педагогические:

–                   выяснение представления учеников о внеклассных занятиях,

–                   знакомство учащихся с основными аспектами программы «Как работает…?»,

–                   распределение заданий между учениками по основным видам деятельности, исходя из личных предпочтений учеников.

Ход занятия:

Здравствуйте, меня зовут Жаринов Константин Александрович, я студент 5го курса факультета информатики, математики, физики Вятского государственного гуманитарного университета, работаю над дипломной работой, связанной с программой внеурочных занятий по физике. На моих занятиях мы не будем заниматься скучным решением задач и разбором теоретических вопросов, мы с вами познакомимся с некой другой стороной физики – ее практической стороной, узнаем, как на практике реализуются законы природы, познакомимся с некоторыми техническими изобретениями. И для начала давайте посмотрим, что вы знаете о физико-техническом кружке, а затем я расскажу вам то, что я о нем знаю. Я зачитаю вопросы анкеты, а вам необходимо честно ответить на них.

1.                 Существует ли в вашей школе физико-технический кружок?

2.                 Хотели бы вы, чтоб такие кружки проводились? На какую тематику?

3.                 Чем бы вы хотели заниматься на физико-техническом кружке?

4.                 Считаете ли вы важной деятельность на физико-техническом кружке? Ответ обосновать.

Моя программа внеурочных занятий называется «Как работает…?», это вариант физического кружка, на котором вы ознакомитесь с устройством самых разнообразных механизмов. На таких занятиях предусмотрено несколько видов деятельности: опыты, исследование, моделирование, экскурсии, сообщения, экспериментальные задачи. Таким образом, каждый из вас может выбрать для себя наиболее интересный вид работы.

Мы с вами коснемся лишь небольшой части такого рода кружка, для того чтобы выявить наиболее удачные и неудачные стороны новой программы внеурочных занятий. Все вы будете выступать в роли экспертов.

Занятия, которые буду проводить я, посвящены проблемам ракетостроения. Мы познакомимся с устройством ракетного двигателя, узнаем, какие виды ракетных двигателей существуют и для каких целей они применяются.

Я вам предлагаю выполнить следующие задания:

1. Исследовательская работа «Альтернативные ракетные двигатели».

Для выполнения ее потребуется группа из 5 человек. Каждый из вас будет разбираться со своим видом ракетного двигателя (термохимический, ядерный, электрический, фотонный, ионный) и подготовит сообщение по плану:

1.  Название двигателя.

2.  Топливо.

3.  Применение.

4.  Альтернатива развития.

В результате группа должна подготовить презентацию с результатами исследования.

2.  Моделирование.

Необходимо собрать модель космического аппарата, не обязательно летающего. 

3.  Сообщения.

–   «Как работает ракетный двигатель?».

–   «Как работает космический корабль многоразового использования?».

Отлично, задания мы распредели, всем ли понятно, что от него требуется? Хорошо, есть ли у кого вопросы? Тогда, встречаемся с вами через неделю с готовыми отчетами, моделями и идеями. Всем спасибо за внимание!

Анализ вводного занятия.

Вводное занятие прошло успешно, все поставленные цели и задачи были достигнуты. С ребятами удалось установить доброжелательные отношения, ученики отлично поняли, что от них требуется. С помощью анкеты удалось выяснить, что физико-технический кружок в школе существует и, что сами ученики хотели бы от него получить. Восемьдесят процентов учеников хотят, чтобы такого рода кружковая работа проводилась, особенно интересны для них оказались занятия на тему конструирования (53%) и электротехнический (33%).

Также удалось выяснить, чем бы хотели ученики заниматься на внеурочных занятиях по физике (рис. 6).

Предпочтения учеников к форме работы на внеурочных занятиях

 

Рис. 6

Учеников больше всего привлекают практические, конструктивные виды работ, такие как опыты и моделирование, но есть и такие кому нравятся исследование и решение задач. Все эти виды работ реализованы в программе занятий «Как работает…?», что говорит о ее гибкости и практичности.

Восемьдесят процентов учеников считают важной работу на физикотехническом кружке, потому что «дает дополнительные знания и навыки», «интересно и познавательно», «позволяет исправить оценку», и «узнать новое и интересное».

На вводном занятии ученики с большим рвением разбирали задания для будущей конференции, особенно ребята, заинтересовались моделированием ракет.

Получилась целая команда конструкторов из восьми человек. Исследование «Альтернативные ракетные двигатели» также имело успех, пять человек с охотой взялись за эту работу.

Через неделю было проведено ещё одно занятие, на котором выясняли, какие трудности появлялись при подготовке задания. У моделистов были проблемы с монтажом летающей модели ракеты из пластиковой бутыли. Исследователи столкнулись с проблемой выбора нужного материала и множеством неизвестных понятий. Все проблемы были решены в ходе занятия.

Конференция по проблемам ракетостроения.

Итоговое занятие проводилось 17 мая 2011 г. Форма занятия – конференция. Данное занятие описано выше в разделе 2.2. В ходе занятия ученики делились друг с другом полученными результатами по исследованию (фотоприложение 1.1, cd1), моделированию (фотоприложение 1.2, cd1), также было прочитано два сообщения (фотоприложение 1.3, cd1). Группа учеников задавала вопросы выступающим и выставляла оценки. Я также выступал на конференции и продемонстрировал собственную модель корабля многоразового использования «Буран» (фотоприложение 1.4, cd1). В ходе занятия была проведена анкета по следующим пунктам:

1.   Что Вам особенно понравилось на занятиях?

2.   Хотели бы Вы, чтоб такие занятия проводились чаще? Почему?

3.   Что, по Вашему мнению, необходимо еще включить в такого рода занятия?

4.   Какие трудности возникли при подготовке задания?

И итогом занятия стал запуск модели ракеты (видеоприложение 1.1 и 1.2, cd1). Запуск производили авторы ракеты, ученики получили незабываемые чувства от данного мероприятия.

Проанализировав анкетные данные, удалось выяснить, что особенно ярко ученикам запомнились демонстрация модели «Буран», запуск летающей модели и исследовательская работа. Восемьдесят семь процентов учеников за то, чтобы занятия по программе «Как работает…?» проводились чаще, потому что предлагаются интересные опыты и различные виды работ, на занятиях можно узнать много интересного и увлекательного. Ученики отметили, что на занятия необходимо больше внимания уделять опытам и практике, необходимо включить еще и познавательные фильмы, фоновое музыкальное сопровождение занятий и больше демонстраций (рис. 7).

музыкальное сопровождение

 

Рис. 7

При подготовке заданий ученики выделили следующие трудности – плохо воспринимается незнакомый материал, встречаются незнакомые понятия и проблемы внешнего вида ракеты и высоты полета.

В ходе пробных занятий удалось выяснить, что программы внеурочных занятий «Как работает…?» актуальна и интересна для учеников. Следовательно, такие занятия необходимо проводить регулярно, что согласуется с требованиями образовательных стандартов второго поколения. 

Исходя из позитивных результатов апробации элементов программы, можно сделать вывод о подтверждении нашего гипотетического предположения о том, что если изучить особенности стандартов второго поколения и состояние реальной практики организации внеурочной работы по предмету «физика» в основной сельской школе, то возможно разработать целостную систему внеурочной деятельности школьников по физике, что окажет положительное влияние на мотивацию к изучению предмета и будет способствовать развитию познавательного интереса к области физики и техники. 

В заключении необходимо подвести итоги всей работы, что была проведена в рамках дипломного иссследования.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью дипломной работы было создание программы внеурочных занятий по физике «Как работает…?», соответствующей требованиям образовательных стандартов второго поколения, интересной и полезной для учеников современной сельской школы, как формообразующий фактор их творческой деятельности.

Для реализации данной цели была проведена работа по исследованию требований ФГОС-2. Было выяснено, что в рамках новых стандартов внеурочная деятельность является обязательной частью базового учебного плана и необходима для более глубокого понимания предмета, развития творческих способностей и формирование физико-технического мировоззрения. Для реализации этой цели программа содержит тематическое планирование, разделы «Моделирование», «Исследование», «Опыты».

Для выявления проблематики функционирования современной сельской школы  проводилось анкетирование с учителями, в ходе которого подтвердились основные проблемы образовательного учреждения, расположенного в сельской местности, – низкий уровень МТБ и устарелое оборудование, многопредметность, нехватка личного времени, малое количество часов на изучение предмета, нехватка в содержании элементов природного и сельскохозяйственного характера. Частично эти проблемы решаются включением в программу элементов природного и сельскохозяйственного окружения. Также программа полностью соответствует инвариантной части базового учебного плана и может реализовываться, как дополнение к рассмотренному на уроке материалу.

Для выявления мнения учеников о программе было проведено педагогическое апробирование программы. В результате было выяснено, что такой вид работы ученикам интересен, они хотели бы, чтоб занятия по данной программе проводились чаще, содержали различные виды деятельности и включали больше опытов, практики моделирования, познавательных фильмов и фонового музыкального сопровождения. Программа соответствует и этим требованиям, так как в каждом разделе предусмотрено несколько видов работы, как теоретической, так и практической деятельности.

При разработке программы использовались следующие методы:

–                   анализ источников (проработка психологической, педагогической, методической литературы);

–                   синтез и сравнение при подборе содержания программы;

–                   анкетирование (при выявлении проблем современной сельской школы и определении мнения школьников о внеклассной деятельности);

–                   педагогический эксперимент (при апробировании элемента программы);

–                   интерпретация результатов (при подведении итогов анкетирования и педагогического эксперимента).

Все эти методы и приемы очень помогли грамотному построению программы внеклассных занятий и выявлению многих формообразующих факторов.

По результатам исследования была напечатана статья в сборнике «Познание процессов обучения физике» под редакцией Ю. А. Саурова в разделе «Исследование процессов обучения», в которой были описаны основные содержательные моменты и базовые идеи программы внеурочных занятий «Как работает…?» [48]. Результаты педагогического исследования, анализ апробирования программы и основные ее аспекты были оглашены на научнометодической студенческой конференции 18 мая 2011 г.

Проанализировав весь материал и результаты исследований, можно сделать вывод, что программа внеурочных занятий для 7–8-х классов сельской школы «Как работает…?» отвечает всем требованиям ФГОС-2, поставленным целям и задачам и готова к реализации на практике.

 

БИБЛЕОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.          Нестандартные приемы внеклассной работы по физике: в помощь учителю [Текст]: сб. методических материалов / под ред. О. В. Коршуновой. – Киров: Изд-во ВятГГУ 2008. – 56 с.

2.          Примерные программы по учебным предметам. Физика. 7–9 классы. Естествознание. 5 класс. [Текст]: – 2-е изд. – М.: Просвещение. 2010. – 80 с. – (Стандарты второго поколения). – ISBN 978-5-09-020552-8.

3.          Концепция федеральных государственных образовательных стандартов общего образования: проект / Рос. акад. образования; по ред. А. М. Кондакова,

А. А. Кузнецова. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2009. – 39 с. – (Стандарты второго поколения). – ISBN 978-5-09-019844-8.

4.          Степанов    Д. Л. Сборник     задач          и       заданий      по      физике          с сельскохозяйственным содержанием [Текст]: учебное пособие / Д. Л. Степанов – Шадринск: Изд-во ПО «Исеть», 2005. – 39 с.

5.          Усова А. В. и Антропов Н. С. Связь преподавания физики в школе с сельскохозяйственным производством [Текст]: пособие для учителей. Изд. 2-е, перераб.  / А. В. Усова. – М., «Просвещение», 1976. – 191 с.

6.          Абдурахманов С. Д. Исследовательские работы по физике в 7–8 классах сельских школ. [Текст] / С. Д. Абдурахманов – М.: Просвещение, 1990. – 112 с.

7.          Булатов Н. П. О преподавании электротехники в средней школе.

[Текст] / Н. П. Булатов – М.: Изд-во Акад. пед. наук, 1962. – 128 с.

8.          Воробьев В. А.    Практикум по      механизации       и          электрификации животноводства. [Текст] / В. А. Воробьев,  Г. П. Дегтярев, П. А. Филаткин. – М.:

Колос, 1980. – 192 с.

9.          Зарецкий Л. М. Техническая механика. [Текст] / Л. М. Зарицкий. – М.:

Просвещение, 1965. – 267 с.

10.      Искандарян М. И. Механизация и электрификация животноводческих ферм: учебное пособие для учащихся 9-10 кл. сельской школы. [Текст] / М. И. Искандарян, И. Е. Карнаухов. – М.: Просвещение, 1974. – 222 с.

11.      Куприн М. Я. Физика в сельском хозяйстве: пособие для учащихся.

[Текст] / М. Я. Куприн. – М.: Просвещение, – 1977. – 161 с.

12.      Орлов В. А. Факультативные занятия по прикладной физике на материале          сельскохозяйственного          производства       [Текст]       /

В. А. Орлов, В. А. Степанов, В. П. Макаров // Физика в школе. – 1999. – № 2. –

С. 30–33.

13.      Практикум по трактору: учебно-справочное пособие для учащихся 9–10 классов сельской школы [Текст] / под ред. Калошина А. И. – 4-е изд. исправленное.

–   М.: Просвещение. – 1975. – 238 с.

14.      Дегтярев Г. П. Справочник по машинам и оборудованию для животноводства. – 2-е изд. перераб. и доп. [Текст] / Г. П. Дегтярев. – М.:

Агропромиздат. -1986. – 224 с. ил.

15.      Хуторской А. В., Хуторская Л. Н., Маслов И. С. Как стать ученым. Занятия по физике со старшеклассниками. [Текст] / А. В. Хуторской. – М.: Изд-во «Глобус», 2008. – 318 с. – (Профильная школа) ISBN 978-5-9928-0003-6

16.      Балашов М. М. О природе [Текст] / М. М. Балашов. кн. для учащихся 7

кл. – М.: Просвещение, 1991. – 64 с.

17.      Браверман Э. М. Внеурочная работа по физике: содержание и методика проведения [Текст]: метод. пособие / Э. М. Браверман. – М.: Высш. шк., 1990. – 189 с.

18.      Веччионе Г. Сделай сам! 100 самых интересных самостоятельных научных проектов [Текст] / пер. с англ. Е. Гупало. – М.: «Изд-во АСТ»: ООО «Издво Астрель», 2004. – 192 с.

19.      Внеклассная работа по физике [Текст] / авт.-сост.: В. П. Синичкин, О. П. Синичкина. – Саратов: Лицей, 2002. – 208 с. (Библиотека учителя)

20.      Галузо И. В. Прикладная физика для школьников [Текст] / И. В. Галузо.

пособие для учителей. – Минск: Универсал Пресс, 2005. – 352 с.

21.      Глазунов А. Т. Техника в курсе физики средней школы. [Текст] / А. Т. Глазунов. – М.: Просвещение, 1977.

22.      Горев Л. А. Занимательные опыты по физике в 6–7-х классах средней школы [Текст]: кн. для учителя / Л. А. Горев. – М.: Просвещение, 1985. – 175 с.

23.      Горлова Л. А. Нетрадиционные уроки, внеурочные мероприятия по физике: 7–11 классы [Текст] / Л. А. Горлова. – М.: ВАКО, 2006. – 176 с.

24.      Гулиа Н. В. Удивительная физика: О чем умолчали учебники [Текст] /

Н. В. Гулиа. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. – 416 с.

25.      Ди Специо М. Занимательные опыты: свет и звук. Электричество и магнетизм [Текст] пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. – М.: Астрель, 2006. – 319 с.

26.      Довнар Э. А., Курочкин Ю. А., Сидорович П. Н. Экспериментальные олимпиадные задачи по физике. [Текст] / Э. А. Довнар. – Минск: Нар. асвета, 1981.

–   96 с.

27.      Елькин В. И. Необычные материалы по физике: задачи, тексты, практические работы [Текст]: книжка для чтения и раздумий / сост.

Э. М. Браверман. – М.: Школа-Пресс, 2001. – 80 с.

28.      Иванов А. С. Мир механики и техники [Текст]: кн. для учащихся / А. С.

Иванов. – М.: Просвещение, 1993. – 223 с.

29.      Кириллин В. А. Страницы истории науки и техники [Текст] / В. А. Кириллин. – М.: Наука, 1986. – 511 с.

30.      Косолапов В. И. Диспуты     и       конференции       в        школе          [Текст]        /

В. И. Косолапов. – М., 1975.

31.      Куприн М. Я. Физика в сельском хозяйстве [Текст] кн. для учащихся / М. Я. Куприн. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1985. – 144 с.

32.      Ланина И. Я. Формирование познавательных интересов учащихся на уроках физики [Текст]: кн. для учителя / И. Я. Ланина. – М.: Просвещение, 1985. – 128 с.

33.      Майоров А. Н. Физика для любознательных, или О чем не узнаешь на уроке [Текст] / худ. Г. В. Соколов. – Ярославль: «Академия развития»: «Академия, К°», 1999. – 176 с.

34.      Марон А. Е. Сборник качественных задач по физике . для 7–9 кл.

общеобразоват. учреждений [Текст] / А. Е. Марон. – М.: Просвещение, 2006. –

 239 с.

35.      Назаров А. М. Вопросы и задачи по физике с производственным содержанием [Текст]: учеб. пособие для ПТУ  / А. М. Назаров.– М.: Высш. шк., 1987. – 119 с.

36.      Низамов И. М. Задачи по физике с техническим содержанием: для 7–9 кл. общеобразоват. учреждений [Текст] / И. М. Низамов. 3-е изд., перераб. и доп. –  М.: Просвещение, 2001. – 112 с.

37.      Низе Г.       Маленькая физика        [Текст]: общедоступное          введение     в физические основы техники / пер. с нем. М. И. Блудова; под ред. С. М. Райского. –  М.: Гос. изд-во ф.-м. литературы, 1960. – 300 с.

38.      Оригинальные приемы по физике и приемы обучения [Текст] / сост.

Э. М. Браверман. – М.: Школа Пресс, 2000. – 80 с.

39.      Покровский С. Ф. Наблюдай и исследуй сам [Текст] / С. Ф. Покровский.

– М.: Просвещение, 1971.

40.      Преподавание      физики,      развивающее       ученика.     Кн.    1:          подходы, компоненты, уроки, задания [Текст]: пособие для учителей и методистов / сост., ред. Э. М. Браверман. – М.: Ассоциация учителей физики, 2003. – 400 с.

41.      Программы для внешкольных учреждений и общеобразовательных школ: Физико-технические кружки. Физические производственно-технические кружки [Текст]. – М.: Просвещение, 1987. – 96 с.

42.      Рапацевич Е. С.   Формирование    технических        способностей       у школьников [Текст]: кн. для учителя  / Е. С. Рапацевич. – Минск: Нар. асвета, 1986. – 96 с.

43.      Солдатова Т. Б. Сценарии тематических вечеров и предметной Недели физики. 7–9 класс [Текст] / Т. Б. Солдатова, Т. А. Гусева, Е. П. Сгибнева. –  Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 320 с.

44.      Тарасов Л. В. Физика в природе [Текст]: кн. для учащихся / Л. В. Тарасов. – М.: «Вербум-М», 2002. – 352 с.

45.      Усова А. В. Учебные конференции и семинары по физике в средней школе [Текст] / А. В. Усов, В. В. Завьялов. – М.: Просвещение, 1975. – 111 с.

46.      Черник Г. В. Контрольно-измерительные приборы и автоматика в животноводстве [Текст] / Г. В. Черник – М.: Агромиздат, 1986. – 279 с.

47.      Юфанов И. Л. Занимательные вечера по физике в средней школе [Текст] / И. Л. Юфанов – М.: Просвещение, 1990. – 159 с.

48.      Познание    процессов обучения    физике:      сборник      статей.          Вып.

двенадцатый [Текст] / под ред. Ю. А. Саурова. – Киров: Изд-во ЦДООШ, 2011. –

56 с.

                    49.       Федеральный      Государственный      Образовательный      Стандарт

[Электронный ресурс]: режим доступа: http://www.standart.edu.ru.

Приложение

Варианты сообщений учеников на конференции по проблемам ракетостроения

Приложение 1.1. Как работает ракетный двигатель?

Представьте себе, что внутри какого-либо замкнутого со всех сторон сосуда — камеры — произошел взрыв твердого горючего, например пороха, или воспламенение жидкого горючего, например бензина или керосина. Естественно, что образовавшиеся при этом газы будут оказывать одинаковое давление на все стенки камеры — вверх, вниз и в стороны. Но что произойдет, если в одной из стенок камеры, скажем нижней, проделать отверстие? 

 

Сильно сжатый в камере газ тотчас же устремится через проделанное отверстие наружу. Следовательно, напор газа на нижнюю стенку резко уменьшится и не сможет более уравновешивать давление газа на противоположную, верхнюю стенку. Поэтому давление на верхнюю стенку превзойдет давление на нижнюю стенку, и этот избыток напора, увлечет всю камеру вверх: она взлетит. Этот принцип есть не что иное, как другая форма рассмотренного нами раньше принципа реактивного движения. Действительно, разность давления газов возможна только потому, что газ все время истекает из отверстия и ракета от этого газа отталкивается. Если сгорание заложенного в камеру горючего будет происходить постепенно, с расчетом на определенное время, то камера будет находиться в полете, пока не иссякнет горючее и не прекратит действия инерция полета. Камера, в которой происходит сгорание топлива, со всеми необходимыми приспособлениями, носит название ракеты, а самое движение ее называется реактивным, или ракетным, движением. Отверстие, которое проделывают в одной из стенок камеры, имеет особую насадку конической формы, которая называется соплом. Стенки сопла расходятся наружу в виде рупора. Газы, выходя через такое сопло, растекаются по его стенкам, давят на них, и это давление увеличивает силу, движущую ракету. Как видите, основной принцип движения ракеты, выталкивающей из своего тела через особое отверстие массу сжатого газа, чрезвычайно прост. Ракета обладает одной замечательной особенностью: заряженная горючим, она способна двигаться независимо от воздушной среды и наилучшие результаты дает именно в безвоздушном пространстве, где отсутствует внешнее сопротивление ее движению. Это возможно потому, что масса, от которой отталкивается ракета, запасена в ней заранее и поэтому отталкивания от внешней среды не нужно. При этом возникает вопрос: как же будет гореть топливо, заложенное в ракету, при отсутствии кислорода? Но, во-первых порох для воспламенения не нуждается в кислороде воздуха — кислород находится в нем самом в связанном состоянии. Что же касается жидкого топлива, то современная техника может отлично справиться с этой трудностью, закладывая в ракету баллоны с жидким кислородом, полученным при охлаждении воздуха примерно на 200 градусов ниже нуля. Именно на этом свойстве ракеты двигаться в безвоздушном пространстве основывались многочисленные проекты применения ее для межпланетных сообщений. Но эти проекты пока принадлежат к области научной фантастики. Зато возможность применения ракетного двигателя в высоких слоях земной атмосферы — в стратосфере, где обычные винтомоторные самолеты почти неприменимы, вполне вероятна. 

Приложение 1.2 

Как работает космический корабль многоразового использования?

Пока космические запуски были редкими, вопрос о стоимости ракетносителей особого внимания к себе не привлекал. Но по мере освоения космоса он стал приобретать все большее значение. Стоимость ракеты-носителя в общей стоимости запуска космического аппарата бывает разная. Если носитель серийный, а космический аппарат, который он запускает, уникальный, стоимость носителя — около 10 процентов от общей стоимости запуска. Если космический аппарат серийный, а носитель уникальный — до 40 процентов и более. Высокая стоимость космической транспортировки объясняется тем, что ракета-носитель применяется один-единственный раз. Спутники и космические станции работают на орбите или в межпланетном пространстве, принося определенный научный или хозяйственный результат, а ступени ракеты, имеющие сложную конструкцию и дорогое оборудование, сгорают в плотных слоях атмосферы. Естественно, возник вопрос о снижении стоимости космических запусков за счет повторного запуска ракетносителей.

Существует много проектов таких систем. Один из них — космический самолет. Это крылатая машина, которая, подобно воздушному лайнеру, взлетала бы с космодрома и, доставив полезный груз на орбиту (спутник или космический корабль), возвращалась бы на Землю. Но создать такой самолет пока невозможно, главным образом из-за необходимого соотношения масс полезного груза и полной массы машины. Экономически невыгодными или трудноосуществимыми оказывались и многие другие схемы летательных аппаратов многоразового использования.

Тем не менее в США все-таки взяли курс на создание космического корабля многоразового использования. Многие специалисты были против столь дорогостоящего проекта. Но его поддержал Пентагон.

Разработка системы «Спейс Шаттл» («космический челнок») началась в США в 1972 году. В ее основу была положена концепция космического летательного аппарата многоразового использования, предназначенного для вывода на околоземные орбиты искусственных спутников и других объектов. Космический летательный аппарат «Шаттл» представляет собой связку из пилотируемой орбитальной ступени, двух твердотопливных ракетных ускорителей и большого топливного бака, расположенного между этими ускорителями. Стартует «Шаттл» вертикально с помощью двух твердотопливных ускорителей (диаметр каждого 3,7 метра), а также жидкостных ракетных двигателей орбитальной ступени, которые питаются топливом (жидкий водород и жидкий кислород) от большого топливного бака. Твердотопливные ускорители работают только на начальном участке траектории. Время их работы чуть больше двух минут. На высоте 70–90 километров ускорители отделяются, спускаются на парашютах на воду, в океан, и буксируются к берегу, с тем чтобы после восстановительного ремонта и зарядки топливом использовать их вновь. При выходе на орбиту топливный бак (диаметром 8,5 метра и длиной 47 метров) сбрасывается и сгорает в плотных слоях атмосферы. Самый сложный элемент комплекса — орбитальная ступень. Она напоминает ракетный самолет с треугольным крылом. Помимо двигателей, в ней размещены кабина экипажа и грузовой отсек. Орбитальная ступень осуществляет сход с орбиты как обычный космический аппарат и производит посадку без тяги, только за счет подъемной силы стреловидного крыла малого удлинения. Крыло позволяет орбитальной ступени совершать некоторый маневр как по дальности, так и по курсу и в конечной счете производить посадку на специальную бетонную полосу. Посадочная скорость ступени при этом намного выше, чем у любого истребителя, — около 350 километров в час. Корпус орбитальной ступени должен выдерживать температуру 1600 градусов Цельсия. Теплозащитное покрытие состоит из 30922 силикатных плиток, приклеенных к фюзеляжу и плотно подогнанных друг к другу. Космический летательный аппарат «Шаттл» — своего рода компромисс и в техническом, и в экономическом отношении. Максимальный полезный груз, доставляемый «Шаттлом» на орбиту, — от 14,5 до 29,5 тонны, а его стартовая масса — 2000 тонн, то есть полезная нагрузка составляет всего 0,8–1,5 процента от полной массы заправленного корабля. В то же время этот показатель для обычной ракеты при том же полезном грузе составляет 2–4 процента. Если же взять в качестве показателя отношение полезного груза к весу конструкции, без учета топлива, то преимущество в пользу обычной ракеты еще более возрастет.

В СССР тоже был корабль многоразового использования, во многом превзошедший американский. 15 ноября 1988 года новая ракета-носитель «Энергия» вывела на околоземную орбиту многоразовый корабль «Буран». Он, совершив два витка вокруг Земли, ведомый чудо-автоматами, красиво приземлился на бетонную посадочную полосу Байконура, будто рейсовый лайнер «Аэрофлота».

Ракета-носитель «Энергия» — базовая ракета целой системы ракетносителей, образуемых сочетанием разного количества унифицированных модульных ступеней и способных выводить в космос аппараты массой от 10 до сотен тонн! Ее основу, стержень, составляет вторая ступень. Ее высота — 60 метров, диаметр — около 8 метров. На ней установлено четыре жидкостных ракетных двигателя, работающих на водороде (горючее) и кислороде (окислитель). Тяга каждого такого двигателя у поверхности Земли — 1480 кН. Вокруг второй ступени у ее основания пристыкованы попарно четыре блока, образующие первую ступень ракеты-носителя. На каждом блоке установлен самый мощный в мире четырехкамерный двигатель РД-170 тягой в 7400 кН у Земли. «Пакет» блоков первой и второй ступеней и образует мощную, тяжелую ракету-носитель, имеющую стартовую массу до 2400 тонн, несущую полезную нагрузку 100 тонн. Общая тяга ее двигателей в начале полета достигает 36000 кН. «Буран» имеет большое внешнее сходство с американским «Шаттлом». Корабль построен по схеме самолета типа «бесхвостка» с треугольным крылом переменной стреловидности, имеет аэродинамические органы управления, работающие при посадке после возвращения в плотные слои атмосферы — руль направления и элевоны. Он был способен совершать управляемый спуск в атмосфере с боковым маневром до 2000 километров. Длина «Бурана» — 36,4 метра, размах крыла — около 24 метра, высота корабля на шасси — более 16 метров. Стартовая масса корабля — более 100 тонн, из которых 14 тонн приходится на топливо. В носовой отсек вставлена герметичная цельносварная кабина для экипажа и большей части аппаратуры для обеспечения полета в составе ракетно-космического комплекса, автономного полета на орбите, спуска и посадки. Объем кабины — более 70 кубических метров. При возвращении в плотные слои атмосферы наиболее теплонапряженные участки поверхности корабля раскаляются до 1600 градусов, тепло же, доходящее непосредственно до металлической конструкции корабля, не должно превышать 150 градусов. Поэтому «Буран» отличала мощная тепловая защита, обеспечивающая нормальные температурные условия для конструкции корабля при прохождении плотных слоев атмосферы во время посадки.

Теплозащитное покрытие из более 38 тысяч плиток изготовлено из специальных материалов: кварцевое волокно, высокотемпературные органические волокна, частично материал на основе углерода. Керамическая броня обладает способностью аккумулировать тепло, не пропуская его к корпусу корабля. Общая масса этой брони составила около 9 тонн. Длина грузового отсека «Бурана» — около 18 метров. В его обширном грузовом отсеке мог разместиться полезный груз массой до 30 тонн. Туда можно было поместить крупногабаритные космические аппараты — большие спутники, блоки орбитальных станций. Посадочная масса корабля — 82 тонны. «Буран» оснастили всеми необходимыми системами и оборудованием, как для автоматического, так и для пилотируемого полета. Это и средства навигации и управления, и радиотехнические и телевизионные системы, и автоматические устройства регулирования теплового режима, и система жизнеобеспечения экипажа, и многое-многое другое.

 

Приложение 1.3. Альтернативные ракетные двигатели Термохимические ракетные двигатели

Известно, что в двигателе внутреннего сгорания, топке парового котла – всюду, где происходит сгорание, самое активное участие принимает атмосферный кислород. В космическом пространстве воздуха нет, а для работы ракетных двигателей в космическом пространстве необходимо иметь два компонента – горючее и окислитель.

В жидкостных термохимических ракетных двигателях в качестве горючего используется спирт, керосин, бензин, анилин, гидразин, диметилгидразин, жидкий водород. В качестве окислителя применяют жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота. Возможно, в будущем будет применяться в качестве окислителя жидкий фтор, когда будут изобретены способы хранения и использования такого активного химического вещества.

Горючее и окислитель для жидкостных реактивных двигателей хранятся раздельно, в специальных баках и с помощью насосов подаются в камеру сгорания.

При их соединении в камере сгорания развивается температура до 3000 – 4500 °С.

Продукты сгорания, расширяясь, приобретают скорость от 2500 до 4500 м/с. Отталкиваясь от корпуса двигателя, они создают реактивную тягу. При этом, чем больше масса и скорость истечения газов, тем больше силы тяги двигателя.

Удельную тягу двигателей принято оценивать величиной тяги создаваемой единицей массы топлива сгораемой за одну секунду. Эту величину называют удельным импульсом ракетного двигателя и измеряют в секундах (кг тяги / кг сгоревшего топлива в секунду). Лучшие твердотопливные ракетные двигатели имеют удельный импульс до 190 с., то есть 1 кг топлива, сгорающий за одну секунду, создает тягу 190 кг. Водородно-кислородный ракетный двигатель имеет удельный импульс 350 с. Теоретически водородно-фторовый двигатель может развить удельный импульс более 400 с.

Обычно применяемая схема жидкостного ракетного двигателя работает следующим образом. Сжатый газ создает необходимый напор в баках с криогенным горючим, для предотвращения возникновения газовых пузырей в трубопроводах. Насосы подают топливо в ракетные двигатели. Топливо впрыскивается в камеру сгорания через большое количество форсунок. Также через форсунки в камеру сгорания впрыскивают и окислитель.

В любой машине при сгорании топлива образуются большие тепловые потоки, нагревающие стенки двигателя. Если не охлаждать стенки камеры, то она быстро прогорит, из какого бы материала она ни была сделана. Жидкостный реактивный двигатель, как правило, охлаждают одним из компонентов топлива. Для этого камеру делают двух стеночной. В зазоре между стенками протекает холодный компонент топлива.

Большую силу тяги создает двигатель, работающий на жидком кислороде и жидком водороде. В реактивной струе этого двигателя газы мчатся со скоростью немногим больше 4 км/с. Температура этой струи около 3000°С, и состоит она из перегретого водяного пара, который образуется при сгорании водорода и кислорода.

Но у кислорода наряду с достоинствами есть и один недостаток – при нормальной температуре он представляет собой газ. Понятно, что применять в ракете газообразный кислород нельзя ведь в этом случае пришлось бы его хранить под большим давлением в массивных баллонах. Поэтому уже Циолковский, первым предложивший кислород в качестве компонента ракетного топлива, говорил о жидком кислороде как о компоненте, без которого космические полеты не будут возможны. Чтобы превратить кислород в жидкость, его нужно охладить до температуры -183°С. Однако сжиженный кислород легко и быстро испаряется, даже если его хранить в специальных теплоизолированных сосудах. Поэтому нельзя долго держать снаряженной ракету, двигатель которой использует в качестве окислителя жидкий кислород. Заправлять кислородный бак такой ракеты приходится непосредственно перед запуском. Если такое возможно для космических и других ракет гражданского назначения, то для военных ракет, которые требуется поддерживать в готовности к немедленному запуску в течение длительного времени такое неприемлемо. Азотная кислота не обладает таким недостатком и поэтому является «сохраняющимся» окислителем. Этим объясняется её прочное положение в ракетной технике, особенно военной, несмотря на существенно меньшую силу тяги, которую она обеспечивает. Использование наиболее сильного из всех известных химии окислителей – фтора позволит существенно увеличить эффективность жидкостных реактивных двигателей. Однако жидкий фтор очень неудобен в эксплуатации и хранении из-за ядовитости и низкой температуры кипения (-188°С). Но это не останавливает ученых-ракетчиков: экспериментальные двигатели на фторе уже существуют и испытываются в лабораториях и на экспериментальных стендах. Советский ученый Ф.А. Цандер еще в тридцатые годы в своих трудах предложил использовать в межпланетных полетах в качестве горючего легкие металлы, из которых будет изготовлен космический корабль – литий, бериллий, алюминий и др. В особенности как добавку к обычному топливу, например водородно-кислородному. Подобные «тройные композиции» способны обеспечить наибольшую из возможных для химических топлив скорость истечения – до 5 км/с. Но это уже практически предел ресурсов химии. Большего она практически сделать не может. Хотя в предлагаемом описании пока преобладают жидкостные ракетные двигатели, нужно сказать, что первым в истории человечества был создан термохимический ракетный двигатель на твердом топливе – РДТТ. Топливо – например специальный порох – находится непосредственно в камере сгорания. Камера сгорания с реактивным соплом, заполненная твердым топливом – вот и вся конструкция. Режим сгорания твердого топлива зависит от предназначения РДТТ (стартовый, маршевый или комбинированный). Для твердотопливных ракет, применяемых в военном деле характерно наличие стартового и маршевого двигателей. Стартовый РДТТ развивает большую тягу на очень короткое время, что необходимо для схода ракеты с пусковой установки и её первоначального разгона. Маршевый РДТТ предназначен для поддержания постоянной скорости полета ракеты на основном (маршевом) участке траектории полета. Различия между ними заключаются в основном в конструкции камеры сгорания и профиле поверхности горения топливного заряда, которые определяют скорость горения топлива, от которой зависит время работы и тяга двигателя. В отличие от таких ракет космические ракеты-носители для запуска спутников Земли, орбитальных станций и космических кораблей, а также межпланетных станций работают только в стартовом режиме со старта ракеты до вывода объекта на орбиту вокруг Земли или на межпланетную траекторию. В целом твердотопливные ракетные двигатели имеют много преимуществ перед двигателями на жидком топливе: они просты в изготовлении, длительное время могут храниться, всегда готовы к действию, относительно взрывобезопасны. Но по удельной тяге твердотопливные двигатели на 10-30% уступают жидкостным.  

 

Ядерные ракетные двигатели

Один из основных недостатков ракетных двигателей, работающих на жидком топливе, связан с ограниченной скоростью истечения газов. В ядерных ракетных двигателях представляется возможным использовать колоссальную энергию, выводящуюся при разложении ядерного «горючего», для нагревания рабочего вещества. Принцип действия ядерных ракетных двигателей почти не отличается от принципа действия термохимических двигателей. Разница заключается в том, что рабочее тело нагревается не за счет своей собственной химической энергии, а за счет «посторонней» энергии, выделяющейся при внутриядерной реакции. Рабочее тело пропускается через ядерный реактор, в котором происходит реакция деления атомных ядер (например, урана), и при этом нагревается. У ядерных ракетных двигателей отпадает необходимость в окислителе и поэтому может быть использована только одна жидкость. В качестве рабочего тела целесообразно применять вещества, позволяющие двигателю развивать большую силу тяги. Этому условию наиболее полно удовлетворяет водород, затем следует аммиак, гидразин и вода. Процессы, при которых выделяется ядерная энергия, подразделяют на радиоактивные превращения, реакции деления тяжелых ядер, реакцию синтеза легких ядер. Радиоизотопные превращения реализуются в так называемых изотопных источниках энергии. Удельная массовая энергия (энергия, которую может выделить вещество массой 1кг) искусственных радиоактивных изотопов значительно выше, чем химических топлив. Так, для 210Ро она равна 5*108 КДж/кг, в то время как для наиболее энергопроизводительного химического топлива (бериллий с кислородом) это значение не превышает 3*104 КДж/кг. К сожалению, подобные двигатели применять на космических ракетах-носителях пока не рационально. Причина этого – высокая стоимость изотопного вещества и трудности эксплуатации. Ведь изотоп выделяет энергию постоянно, даже при его транспортировке в специальном контейнере и при стоянке ракеты на старте. В ядерных реакторах используется более энергопроизводительное топливо. Так, удельная массовая энергия 235U (делящегося изотопа урана) равна 6,75*109 КДж/кг, то есть примерно на порядок выше, чем у изотопа 210Ро. Эти двигатели можно «включать» и «выключать», ядерное горючее (233U, 235U, 238U, 239Pu) значительно дешевле изотопного. У таких двигателей в качестве рабочего тела может применяться не только вода, но и более эффективные рабочие вещества – спирт, аммиак, жидкий водород. Удельная тяга двигателя с жидким водородом равна 900 с. В простейшей схеме ядерного ракетного двигателя с реактором, работающим на твердом ядерном горючем рабочее тело размещено в баке. Насос подает его в камеру двигателя. Распыляясь с помощью форсунок, рабочее тело вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным горючим, нагревается, расширяется и с большой скоростью выбрасывается через сопло наружу. Ядерное горючее по запасу энергии превосходит любой другой вид топлива. Тогда возникает закономерный вопрос – почему же установки на этом горючем имеют все-таки сравнительно небольшую удельную тягу и большую массу? Дело в том, что удельная тяга твердофазного ядерного ракетного двигателя ограничена температурой делящегося вещества, а энергетическая установка при работе испускает сильное ионизирующее излучение, оказывающее вредное действие на живые организмы. Биологическая защита от таких излучений имеет большой вес и не применима на космических летательных аппаратах. Практические разработки ядерных ракетных двигателей, использующих твердое ядерное горючее, были начаты в середине 50-х годов 20-го столетия в Советском Союзе и США, почти одновременно со строительством первых ядерных электростанций. Работы проводились в обстановке повышенной секретности, но известно, что реального применения в космонавтике такие ракетные двигатели до сих пор не получили. Все пока ограничилось использованием изотопных источников электроэнергии относительно небольшой мощности на беспилотных искусственных спутниках Земли, межпланетных космических аппаратах и всемирно известном советском

«луноходе». 

 

Другие виды ракетных двигателей

Существуют и более экзотические проекты ядерных ракетных двигателей, в которых делящееся вещество находится в жидком, газообразном или даже плазменном состоянии, однако реализация подобных конструкций на современном уровне техники и технологий нереальна. Существуют, пока на стадии теоретической или лабораторной следующие проекты ракетных двигателей:  

-                     импульсные ядерные ракетные двигатели, использующие энергию взрывов небольших ядерных зарядов; 

-                     термоядерные ракетные двигатели, в которых в качестве топлива может использоваться изотоп водорода. Энергопроизводительность водорода в такой реакции составляет 6,8*1011 КДж/кг, то есть примерно на два порядка выше производительности ядерных реакций деления; 

-                     солнечно-парусные двигатели – в которых используется давление солнечного света (солнечный ветер), существование которого опытным путем доказал русский физик П.Н. Лебедев еще в 1899 году. Расчетным путем ученые установили, что аппарат массой в 1 т, снабженный парусом диаметром 500 м, может долететь от Земли до Марса примерно за 300 суток. Однако эффективность солнечного паруса быстро уменьшается с удалением от Солнца. 

 

Электрические ракетные двигатели

Почти все рассмотренные выше ракетные двигатели, развивают огромную силу тяги и предназначены для вывода космических аппаратов на орбиту вокруг Земли и разгона их до космических скоростей для межпланетных полетов. Совсем другое дело – двигательные установки для уже выведенных на орбиту или на межпланетную траекторию космических аппаратов. Здесь, как правило, нужны двигатели малой мощности (несколько киловатт или даже ватт) способные работать сотни и тысячи часов и многократно включаться и выключаться. Они позволяют поддерживать полет на орбите или по заданной траектории, компенсируя сопротивление полету создаваемое верхними слоями атмосферы и солнечным ветром. В электрических ракетных двигателях разгон рабочего тела до определенной скорости производится нагреванием его электрической энергией. Электроэнергия поступает от солнечных батарей или атомной электростанции. Способы нагревания рабочего тела различны, но реально применяется в основном электродуговой. Он показал себя очень надежным и выдерживает большое количество включений. В качестве рабочего тела в электродуговых двигателя применяют водород. С помощью электрической дуги водород нагревается до очень высокой температуры, и он превращается в плазму - электрически нейтральную смесь положительных ионов и электронов. Скорость истечения плазмы из двигателя достигает 20 км/с. Когда ученые решат проблему магнитной изоляции плазмы от стенок камеры двигателя, тогда можно будет значительно повысить температуру плазмы и довести скорость истечения до 100 км/с. Первый электрический ракетный двигатель был разработан в Советском Союзе в 1929-1933 гг. под руководством В.П. Глушко (впоследствии он стал создателем двигателей для советских космических ракет и академиком) в знаменитой газодинамической лаборатории (ГДЛ).

 

Фотонный двигатель

Фотонный двигатель — реактивный двигатель, тяга которого создается за счет истечения квантов электромагнитного излучения или фотонов. Главным преимуществом такого двигателя является максимально-возможная в рамках релятивистской механики скорость истечения, равная скорости света в вакууме. Для ракетного аппарата это единственный широко известный способ достичь сколь-нибудь значительной доли световой скорости при разумных значениях числа Циолковского, характеризующего соотношение масс заправленной и пустой ракеты. Необходимо отметить, однако, что и в этом случае речь идет о числе Z порядка нескольких десятков — сотен, при технически реализованных значениях порядка 10 для многоступенчатых ракет. Главным недостатком фотонного двигателя является низкий КПД цепочки преобразования энергии от первичного источника до струи фотонов. Применение реакции аннигиляции для прямого получения оптических и гамма-квантов не намного снижает остроту проблемы, так как необходимо учитывать потери на хранение антивещества (не говоря о его производстве) и трудности фокусировки получаемого излучения. Кроме того, как более реальные, рассматривались использование в качестве источника фотонов термоядерной плазмы (в том числе и для генерации лазерного излучения) и использование электромагнитных квантов более длинноволнового диапазона («радиодвигатель»). В первом случае остаются пока нерешенными проблемы генерации и подержания в устойчивом состоянии плазмы с необходимыми параметрами. «Радиодвигатель» значительно упрощает задачу фокусировки «реактивной струи», но резко снижает КПД движительного комплекса.

Эффект эмиссии пыли под воздействием светового излучения позволит создать интересный и перспективный вид космических движителей для полетов к другим планетам Солнечной системы. Под воздействием света и тепла частицы пыли бросают вызов гравитации и устремляются вверх. Данный эффект, сыгравший не последнюю роль в формировании планет и астероидов, может найти также практическое применение в устройствах для удаления пыли, а также в двигателях марсианских зондов и в создании космического паруса нового типа. 

При воздействии на слой пыли красным лазерным излучением наблюдается фонтанирующий выброс частиц, напоминающий извержение крошечного вулкана. Всесторонне изучив это явление, ученые Герхард Вурм (Gerhard Wurm) и Оливер Краус (Oliver Krauss) из университета Мюнстера пришли к выводу, что его возникновение связано с фотофорезом и "парниковым эффектом" в твердом теле, сообщает PhysOrg.

Фотофорез - или движение частиц под воздействием света - базируется на давно известном эффекте, называемом термофорезом, то есть движении частиц под воздействием тепла. В средах с температурными градиентами частицы будут перемещаться из более горячей области в менее горячую. Когда источником тепла служит энергия поглощенного света, такой процесс называется фотофорезом.

В дополнение к поверхностному температурному градиенту "парниковый эффект" твердого тела также играет роль в извержениях пыли. Парниковый эффект возникает вследствие того, что лазерный луч сильнее всего нагревает частицы пыли, находящиеся немного глубже, чем поверхностные слои (по крайней мере на глубине 100 мкм, что составляет несколько десятков слоев частиц). 

    Ученые вычислили, что для освобождения одной сферической частицы размером в 1 мкм требуется сила приблизительно равная 10-7 Н. "Мы заметили, что частицы поднимаются в среднем на высоту 5 см, - сообщает д-р Вурм. - Высоту можно увеличить до 10 см, но и это еще не предел. Предел, вероятно, зависит от распределения и размеров частиц, силы их взаимного сцепления и мощности лазерного луча".

При мощности 50 мВт излучение проникает в слой пыли на глубину до нескольких миллиметров. Температура имеет тенденцию уменьшаться с увеличением глубины, но фактически она достигает максимума не у поверхности, а на глубине 100 мкм. Таким образом, создается обратный температурный градиент около поверхности, который и вызывает извержение частиц пыли. В ходе экспериментов было также обнаружено, что в течение нескольких десятков секунд после выключения лазера точка максимального градиента температур смешается глубже за счет быстрого остывания поверхности, что еще больше увеличивает силу фотофореза.

Фотофорез лучше всего наблюдать при низком давлении. Эксперименты проводились при давлении 10 миллибар, что составляет примерно 0,01 нормального атмосферного давления Земли, поэтому действие фотофореза на земную пыль незначительно. Однако на ранних стадиях образования планет и звезд фотофорез при малых давлениях, вероятно, играл значительную роль в возникновении газопылевых дисков, которые в свою очередь привели к формированию астероидов и прочих космических объектов пояса Койпера.

Ученые считают, что в будущем фотофорез может найти практическое применение в условиях разреженной атмосферы Марса. Например, можно использовать данную технологию на автоматических исследовательских станциях для удаления пыли с блоков солнечных элементов и линз оптических приборов. Кроме того, ученые планируют создать солнечный парус, который использовал бы силу фотофореза вместо лучевого давления. Такой парус, напоминающий рыболовную сеть и работающий на основе отрицательного фотофореза, по оценкам физиков, может приводить в движение небольшие зонды. Парус размером 10x10 м способен нести полезный груз массой в несколько десятков килограммов только за счет "пассивного" излучения Солнца.

 

Ионный двигатель

В субботу 30.09.2003 с космодрома Куру ракетой-носителем «Ариан 5» была успешно выведена в космическое пространство исследовательская станция европейского космического агентства SMART 1. Спутник создан по заказу ESA (European Space Agency, Европейское космическое агентство) Шведской космической корпорацией при участии почти 30 субподрядчиков из 11 европейских стран и США. Общая стоимость проекта составила 110 млн. евро.

SMART 1 - первая автоматическая станция ESA для исследования Луны. В то же время, это уникальная исследовательская станция нового типа, первая в новой программе ESA под названием Small Missions for Advanced Research in Technology. В ходе выполнения программы запланирована апробация целого ряда новых технологий, например, связь в Ка-диапазоне и лазерная связь, автономная навигация и многое другое.

При достаточно большом количестве аппаратуры, SMART 1 отличается малым весом (370 кг, в том числе научная аппаратура — 19 кг) и компактностью. Со сложенными солнечными батареями он представляет собой прямоугольник размером в метр. Стоимость SMART 1 примерно раз в пять меньше, чем типичной межпланетной станции ESA. Но самая главная особенность нового космического аппарата в том, что впервые в истории космонавтики ионный двигатель будет использован в качестве основного. В планах ESA — еще два аппарата, оснащенных ионной двигательной установкой. Это BepiColombo для исследования Меркурия и Solar Orbiter - для изучения Солнца.

Установленный на SMART 1 ионный двигатель потребляет 1350 Ватт электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, и развивает тягу в 0,07 Ньютон, что примерно соответствует весу почтовой открытки. Рабочим веществом служит ксенон (запас топлива 82 кг). При этом для выхода на эллиптическую полярную орбиту вокруг Луны станции потребовалось 16 месяцев. Выведение

SMART 1 на расчетную орбиту представло собой сложный многоступенчатый процесс, состоящий из этапов.

Строго говоря, ионные двигатели уже устанавливались на космических аппаратах — в последние годы, в частности, на исследовательской станции НАСА Deep Space 1 (DS 1) и на экспериментальном геостационарном спутнике связи ESA

Artemis. В последнем случае, благодаря наличию на борту ионных двигателей, удалось спасти казавшийся окончательно утраченным спутник ценой в миллионы долларов.

Нештатная работа верхней ступени ракеты-носителя Ariane 5, выводившей на орбиту спутник Artemis, привела к тому, что орбита Artemis оказалась значительно ниже расчетной. Обычно это приводит к потере спутника. Если он несет в себе угрозу другим космическим аппаратам, его топят (тяжелые аппараты) или «сжигают» в атмосфере. Но Artemis избежал этой печальной участи.

Благодаря экстренно принятым мерам и ценой расходования практически всего запаса химического топлива, имевшегося на борту, спутник удалось перевести на круговую орбиту высотой 31 тыс. км. Но после этого надо было перевести Artemis на расчетную геостационарную (высотой около 36 тыс. км). Тогда и было принято решение воспользоваться четырьмя ионными двигателями, установленными на борту попарно. Они изначально предназначались для управления ориентацией (наклоном) спутника. Что бы осуществить переход вектор тяги двигателей был направлен перпендикулярно плоскости орбиты. Но для спасения аппарата ему необходимо было придать импульс в плоскости орбиты, и таким образом перевести на более высокую геостационарную орбиту. Artemis требовалось повернуть на 90 градусов по отношению к его нормальной ориентации.

Сложнейшая спасательная операция, потребовала выработки «на ходу» новой стратегии действий, новых режимов управления спутником и функционирования бортовой аппаратуры. Потребовалось модифицировать 20% всего бортового программного обеспечения. И все же операция прошла весьма успешно. О ее сложности свидетельствует тот факт, что только для перепрограммирования бортовой системы управления потребовалось подгрузить с Земли модифицированные блоки программного обеспечения общим объемом в 15 тыс. слов. Это была самая масштабная операция по перепрограммированию с Земли телекоммуникационного спутника.

Несмотря на скромную тягу (всего 15 миллиньютон) Artemis стал

«карабкаться» на расчетную орбиту, поднимаясь на 15 км в день. Вся спасательная операция заняла 18 месяцев. 31 января 2003 года Artemis оказался именно там, где ему следовало бы оказаться еще полтора года назад. Первая в мире спасательная операция, исход которой целиком зависел от надежности ионных двигателей и слаженных действий людей на Земле, прошла успешно. Спутник, считавшийся безнадежно потерянным, приступил к нормальной работе.