Использование метода проектов в преподавании физики

Разделы: Физика


Исследовать – значит видеть то, что видели все, и думать так, как не думал никто (Альберт Сент-Дьерди).
Творчество – универсальный способ самореализации, самоутверждения человека в мире.
Основная задача учителей – создать для ребёнка среду – интеллектуальную атмосферу, которая поможет ему раскрыть свои способности и достичь высоких результатов.
Основной целью организации научно-исследовательской деятельности школьников по физике является:

  • выявление и поддержка одарённых учащихся;
  • развитие их интеллектуальных и творческих способностей;
  • поддержка научно-исследовательских интересов учеников.

Задачами организации научно-исследовательской деятельности школьников по физике являются:

  • приобщение учащихся к интеллектуально-творческой деятельности;
  • выдвижение и реализация в научных исследованиях творческих идей, создание научных работ и проектов;
  • создание условий для расширения среды общения и получения информации;
  • участие в проводимых в рамках района, края, страны научно-практических конференциях;
  • формирование навыков исследовательской работы;
  • развитие интеллектуальных, творческих и коммуникативных способностей.

Одним из направлений научно-исследовательской деятельности учащихся является подготовка к научно-практической конференции.
Научно-практические конференции, являются итогом многомесячной исследовательской, творческой деятельности обучающихся, осуществляемой под руководством учителя. Они дают возможность раскрыться одаренной личности, проявить все качества характера, т.е. являются своеобразным психологическим тренингом.
Научно-исследовательская работа позволяет открыть способности к тому или иному предмету, а иногда к нескольким. Научно-исследовательская деятельность не возникает в школе сама по себе. Необходимы условия для осуществления научно-исследовательской деятельности:

  • готовность к этому виду работы учащихся;
  • желание и готовность учителей руководить этим видом деятельности.

Сложнее всего выявить у учащихся готовность к данному виду деятельности. Для того чтобы найти именно того ребенка, которому это интересно, и который не сойдет с дистанции (доведет работу до конца).

Исследуемые проекты

Я работаю учителем физики. Данная предметная область включает в себя широкое поле аспектов научно-исследовательской деятельности. К участию в НПК привлекаю учащихся с 7 по 11 классы.
Работа начинается с выявления обучающегося, заинтересованного в исследовании какой-либо проблемы, способного к самостоятельной исследовательской деятельности. Кроме того, способного продемонстрировать своё исследование широкой публике. Затем мотивация. Стараюсь заинтересовать ребёнка в выбираемой теме. Любая деятельность должна быть мотивирована, иначе успеха не будет. Иногда обучающийся сам находит исследуемую проблему – в этом случае заинтересованность его оптимальная.
Вашему вниманию предлагается несколько исследовательских работ, подготовленные учащимися нашего лицея.

Техника на службе искусства

1. Группа учащихся 11 класса, в составе 7 человек,  подготовили проект на тему «Техника на службе искусства».

Задачи:

  • Проследить взаимосвязь техники с некоторыми видами искусств.
  • Выбрать техническое устройство. Анализ Технического устройства.
  • Экспериментально показать изменение характеристик ТУ.

Цели:

  • Усвоение знаний оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии.
  • Овладение умениями оценивать достоверность естественно – научной информации.
  • Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием различных источников информации и современных информационных технологий.
  • Воспитание в необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, уважительного отношения к мнению оппонента.

Проект начинается с рассказа о технике.

(Определение, назначение, классификация, развитие техники)

Определение понятия «искусства»

Взаимосвязь техники с искусством:

1. Еще с древних времен техника была связана с искусством.

«Всякое искусство, — говорит Аристотель, — имеет дело с возникновением, и быть искусным — значит разуметь, как возникает нечто из вещей, могущих быть и не быть и чье начало в творце, а не в творимом. Искусство ведь не относится к тому, что существует или возникает с необходимостью, ни к тому, что существует или возникает естественно, ибо это имеет начало в себе самом». [4, с.11]

2. XX век – век техники.

ХХ век называют веком техники и интеграции. В этой связи актуализируется проблема соотношения искусства и техники. Именно в современную эпоху появляются художественная фотография, кино, телевидение, эстрада, светомузыка. Благодаря технике расширяются “языковые”, выразительные возможности искусства.

3. Техника и кинематограф.

Говоря о новых технологиях в искусстве нельзя обойти стороной такой вид искусства, как кинематограф. За сто с небольшим лет существования он успел встать в один ряд с живописью, музыкой, театром и другими видами искусства. Но в то же время кинематограф — это исключительно детище новых технологий. Без изобретения фотографии и упомянутого выше фонографа кинематограф был бы невозможен. Кинематограф — это род искусства, произведения которого создаются с помощью съёмки  реальных, специально инсценированных или воссозданных средствами мультипликации событий действительности.

4. Техника и музыка.

За весь период человеческой истории от изобретения лиры до наших дней было создано огромное количество музыкальных инструментов. Но наибольшему влиянию новых технологий за последние сто пятьдесят лет подверглись  три группы —  клавишные, ударные и струнные (в основном гитара).
Изобретение волновой звукозаписи позволило записать  любой инструмент, да что там инструмент, вообще теперь любой звук можно было записать. Однако от изобретения фонографа до изобретения качественных проигрывателей  и магнитофонов прошло немало времени. По началу фонограф не находил признания из-за жуткого качества звучания. Но дальнейшее совершенствование этого способа звукозаписи и изобретение качественных электропроигрывателей и магнитофонов расставило все точки над i. Они появились в сороковых-пятидесятых годах прошлого столетия.

Выбор технического устройства.

Наш выбор пал на техническое устройство – «эквалайзер», так как это устройство в наше время знакомо многим. Мы постарались проанализировать его, то есть рассказать о его устройстве (схеме, АЧХ), провести эксперимент, показав тем самым работу эквалайзера.
Учащиеся на уроках информатики разработали программу, с помощью которой можно увидеть графики частотных характеристик.
Описание хода эксперимента и работы с разработанной программой приведено в Приложении 1.
В заключении можно сказать, что при взаимодействии искусства и техники, выяснилось, что влияние новых технологий на искусство неоспоримо. В результате влияния техники на искусство образовался феномен цифровых искусств, или арт-медиа, для которых характерна интерактивность, элитарность, новые художественные средства, формы и жанры. Наиболее распространенными видами цифрового искусства являются видео-арт, сетевое искусство, анимация.

Акустика помещений.

Проект подготовили ученицы 11 класса Несмеловой Анастасии на тему «Акустика помещений».

Цель проекта: рассчитать акустику актового зала.

Задачи:

  • Изучить раздел физики «Акустика»;
  • Узнать какие факторы влияют на акустику помещений;
  • Узнать какие бывают виды акустических систем.

Начинается проект о понятии звука, распространении звука в пространстве и его воздействии на органы слуха человека. Изложены интересные факты о звуке. Далее дается определение акустики, основные направления современной акустики. Затем проводятся исследования слышимости, которые зависят от: формы помещения, его размеров, конструктивного решения, размещения источника звука, времени реверберации.

Приводятся таблицы:

  • «Величина коэффициента звукопоглощения  некоторых распространенных материалов. По «Справочнику по строительным материалам» и данным профессора Э. Михеля.
  • «Допустимый уровень громкости шумов в помещениях различного назначения».
  • «Верхний предел допустимый громкости шума систем кондиционирования и вентиляции по Бераник».
  • «Минимальная сжимаемость изоляционных материалов для защиты от шума».

Размещение акустической системы в комнате прослушивания. Симметрия и расположение слушателя.
При проведении замеров в школьном актовом зале было выяснено, что важным фактором распространения звуковых волн являются: покрытие мебели, ее расположение, материал занавеса его размер, кроме того, большое влияние на распространение звука оказывают окна и двери (открыты или закрыты). Также покрытие и материал стен.
Можно сделать вывод:
Рассмотренные теории с разных сторон объясняют акустические процессы, происходящие в помещениях. Из них только одна – статическая – позволяет определить численно важную величину, характеризующую акустические свойства помещения – время реверберации.
Геометрическая теория более приложима к анализу акустических процессов в помещениях больших размеров – концертных и театральных залах, крупных студиях.
Статическая и волновая теории особенно применимы к помещениям сравнительно малых размеров, например к студиям звукового вещания и аудиториям различного назначения.[9, с. 15]

Модуль Юнга и коэффициент Пуассона для анизотропных наноусов.

Проект ученицы 11 класса Скрипниковой Виктории на тему «Модуль Юнга и коэффициент Пуассона для анизотропных наноусов».

Цели:

  • Нахождение максимальных и минимальных значений модулей Юнга и коэффициентов Пуассона для анизотропных материалов;
  • Нахождение среди рассматриваемых кристаллов элементов с отрицательным коэффициентом Пуассона  – ауксетиков.

Вслед за первоначальным открытием углеродных микро- и нанотрубок и постоянно расширяющимися фронтом их исследования и изучения углеродных наноусов все большее внимание привлекают неуглеродные неорганические микро- и нанотрубки и наноусоы. Родственность структуры монокристаллов таких веществ и соответствующих им усов делает схожими их механические свойства.[6, с. 246]
Далее рассматриваются изменения коэффициента Пуассона и модуля Юнга в зависимости от ориентации микро- и наноусов относительно осей кристаталлофизических координат (Рисунок 1).

Выбирается в качестве объекта исследования усы с кубической кристаллической структурой. По своим свойствам они близки к идеальным кристаллам, т. к. их структура обладает малым числом дефектов. Для этого, чтобы можно было применить законы классической теории упругости, усы должны превосходить в длину несколько нанометров, а площадь поперечных сечений может колебаться от нано до макро размеров.
График растяжение стержней с кубической кристаллической структурой и изменение коэффициента Пуассона и модуля Юнга в зависимости от ориентации микро- и наноусов относительно осей кристаталлофизических координат представлено на рисунке 1.
Модуль Юнга Е и коэффициент Пуассона зависят от единичного вектора направления растягиваемого стержня n, единичного поперечного вектора m  и коэффициентов податливости кристаллов.
Используя предыдущие формулы, можно получить выражения для угловых зависимостей коэффициентов Пуассона и модуля Юнга (рисунок 2):

Угловые зависимости коэффициентов Пуассона для натрия, ниобия, никеля и свинца представлены на рисунке 3.

Максимум модуля Юнга и коэффициента Пуассона достигается в точке π/4, минимум в точке π/2 для всех элементов, кроме молибдена, ниобия, ванадия и хрома. Для этих кристаллов точки достижения экстремумов диаметрально противоположны.
Среди рассматриваемых элементов наибольшее значение модуля Юнга имеет иридий (≈ 583 ГПа), а наименьшее рубидий (≈ 0,75 ГПа).
Коэффициент Пуассона, превышающий верхнюю границу для изотропных материалов, имеют 66% рассмотренных кристаллов, при этом максимальное значение коэффициента Пуассона, большее единицы, наблюдается у лития (1,29), натрия (1,2), калия (1,2), рубидия (1,15) и свинца (1,02) .[11, с. 650]
Проводится сравнительный анализ значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона для кристаллов и изотропных материалов. Отмечено, что диапазон изменения коэффициента Пуассона для некоторых из рассматриваемых кристаллов (лития, натрия, калия и рубидия) превосходит диапазон изменения коэффициента Пуассона для изотропных материалов.
Заключение говорит о том, что материалы, обладающие отрицательным коэффициентом Пуассона, т. е. при растяжении расширяющиеся в направлении, перпендикулярном приложенной силе, известны уже более ста лет, однако впервые они были синтезированы в 1987 году профессором Висконсинского университета Родериком Лэйксом . [6, с. 614-616]
В последние десятилетия наблюдается бурный рост количества теоретических и экспериментальных исследований, изготовления и применения материалов и конструкций с отрицательными коэффициентами Пуассона. Данная работа может послужить толчком к более подробному изучению механических свойств неуглеродных микро- и наноусов и композитов на их основе. В частности отрицательность коэффициента Пуассона у большинства элементов позволяет надеяться на их массовое использование в будущем.
В Приложении 2 приведен расчет модуля Юнга и коэффициента Пуассона на примере лития в программном пакете Maple.

ВЫВОД

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

  • Исследовательская деятельность помогает учащимся успешнее обучаться, глубже осмысливать учебные предметы.
  • Прививается навык работы с литературой, что расширяет кругозор.
  • Учатся четко и ясно излагать мысли, отстаивать свое мнение.
  • Развивается ораторское умение, что необходимо для будущей профессии.
  • Выступая много раз перед аудиторией учащиеся учатся аргументировать, доказывать свою точку зрения, вести полемику, участвовать в дискуссии.
  • Занимаясь исследовательской работой, учащиеся учатся соблюдать научную этику, убеждаются каким трудом добывается новое знание.
  • Научная исследовательская деятельность дает учащимся возможность осознать свою принадлежность к большой науке, знакомит с методами научной и творческой работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

  1. Бельфер М. «Несколько слов об исследовательских работах школьников» / М. Бельфер // Литература: изд. дом Первое сентября. – 2006. – № 17.
  2. Брыкова О.В. «Проектная деятельность в учебном процессе» / О. В. Брыкова, Т. В. Громова. – М.: Чистые пруды, 2006. – (Б-чка "Первого сентября"). – ISBN5-9667-0230-6.
  3. Волков С.  « Чтобы не было скучно» / С. Волков // Литература: изд. дом Первое сентября. – 2006. – N 13.
  4. Гете И. «Об искусстве», Москва, 1975.
  5. Глазкова К.Р. Уроки-исследования: формирование творческой, критически мыслящей личности / К. Р. Глазкова, С. А. Живодробова // Физика: изд. дом Первое сентября. – 2006. – № 24.
  6. Гольдштейн Р. В., Городцов В. А., Лисовенко Д.С. «Об отрицательности коэффициента Пуассона для анизотропных материалов»//ДАН 2009. Т. 429. №5.
  7. Закурдаева С.Ю. Формирование исследовательских умений / С.Ю.Закурдаева // Физика: изд. дом Первое сентября. – 2005. №11.
  8. Ивочкина Т. Организация научно-исследовательской деятельности учащихся. – Народное образование – №3, 2000 г.
  9. Исакович М. А. «Общая акустика». М.: Наука, 1973.
  10. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. «Теория упругости». М.: Наука, 1987.
  11. Сиротин Ю. И., Шаскольская М. П. «Основы кристаллической физики». М.: Наука, 1975.

7.01.2015