Исследовательская деятельность обучающихся как ресурс формирования образовательной среды по физике

Илья Бривкольн

Исследовательская деятельность обучающихся как ресурс формирования образовательной среды по физике

Выполнил: Бривкольн Илья Валерьевич Научный руководитель - канд. пед. наук, доц. проф. каф. ОиТФ А. Н. Величко ВКР была защищена в июне 2019 года. В работе представлены методические разработки в направлении проектной и исследовательской деятельности для учителей физики, студентов и школьников! Также в работе имеется инструкция по сборке и эксплуатации катушки тесла!

Физика

Дипломы

Вуз: Новосибирский государственный педагогический университет (ФГОУ ВПО НГПУ)

ID: 604c235dccefde0001fb5549

UUID: c23ad180-65d1-0139-2d5d-0242ac180002

Язык: Русский

Опубликовано: около 3 лет назад

Просмотры: 17

-9.66

Илья Бривкольн

Новосибирский государственный педагогический университет (ФГОУ ВПО НГПУ)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 1,4 МБ

Поделиться работой

Оглавление ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 2 ГЛАВА 1 РОЛЬ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ В ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА .................................................................................... 4 1.1. Место исследовательской деятельности в современной школе .............. 4 1.2 Требования к условиям обеспечения обучения физике .......................... 10 1.3 Обеспечение преемственности урочной и внеурочной деятельности .... 15 ГЛАВА 2 ПРОЕКТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПО ФИЗИКЕ .............................. 19 2.1 Примеры проектов, обеспечивающих образовательную среду .............. 19 2.2 Разработка проекта обучающегося «Трансформатор Тесла» ................. 30 2.3 Методические рекомендации по использованию разработки в учебном процессе ........................................................................................................... 39 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 47 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................... 48 1

ВВЕДЕНИЕ Мы живём 21 веке. Кажется, открыто всё, что только можно, но это не так. Да, темпы развития науки сейчас достигают колоссальных масштабов, но всё же мы очень далеки от полной картины мира. Сейчас самые великие умы современности говорят нам, что мы находимся на самой ранней стадии изучения вселенной. Даже о человеческом теле мы не знаем многого, а что говорить о природе, а тем более о вселенной. Как в итоге происходит познавательная деятельность? Ещё в школе нам говорят, что, посредством эмпирических и теоретических методов. Если мы заглянем ещё глубже, то поймём, что наша познавательная деятельность проявляется в нас с самого рождения. Все это происходит на подсознательном уровне. Для человека, в процессе эволюции стало неотъемлемой частью познавать мир, нам приходится усваивать информацию в таких темпах, что людям даже прошлого столетия это показалось бы фантастикой. К чему это всё? В педагогической практике на данный момент исследовательская деятельность приобрела обязательный характер, не только на уровне учеников, но и на уровне самих педагогов. Если ни учитель, ни его подопечные не занимаются исследовательской деятельностью, то значит, что процесс обучения не является качественным. Поэтому было принято решение сделать работу на тему, связанную с исследовательской деятельностью в образовательном процессе. А именно главной целью работы стало: изучение исследовательской деятельности учащихся как ресурса формирования образовательной среды по физике. Да, только по физике, потому что я имею опыт работы учителем физики и моё образование связанно непосредственно с ней, но это не означает, что разработки и результаты данной работы нельзя будет применять в других дисциплинах. Задачи работы: 2

1. определить значимость исследовательской деятельности современной школе; 2. проанализировать примеры исследовательских проектов по физике 3. разработать методическое пособие по созданию проекта. 3 в

ГЛАВА 1 РОЛЬ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ В ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА 1.1. Место исследовательской деятельности в современной школе Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (ФГОС ООО) говорит: «Программа развития универсальных учебных действий (программа формирования общеучебных умений и навыков) на ступени основного общего образования (далее – Программа) должна быть направлена на: формирование у обучающихся основ культуры исследовательской и проектной деятельности и навыков разработки, реализации и общественной презентации обучающимися результатов исследования, предметного или межпредметного учебного проекта, направленного на решение научной, личностно и (или) социально значимой проблемы» [34]. В нем говорится о значимости внедрения исследовательской и проектной деятельности в курс основного, а затем и среднего общего образования. Значимости такой деятельности уделяется много внимания в целевом, содержательном и в организационном разделах основной образовательной программы, как говорится во ФГОС ООО. В современной школе каждый ученик, так или иначе, должен быть задействован в исследовательской либо проектной деятельности. С 2019-2020 года обязательным пунктом в обучении ребенка, точнее в его аттестации будет проект, который ребенок должен будет защищать в 9 классе, наряду со сдачей обязательных экзаменов. Также педагоги в школах, постоянно задействованы в различных проектах. Они пишут статьи, работы, делают проекты и проводят различные исследования. Все это является обязательной частью в деятельности учителя на данный момент. Благодаря таким наработкам, педагоги повышают свою квалификацию, вносят вклад в развитие образования, получают нужные выводы и в формирования целом становятся понимания более компетентными исследовательской в деятельности, вопросах что в дальнейшем способствует формированию понимания у их учеников. Сейчас 4

директора школ и завучи требуют от педагогов как можно большую вовлеченность в проекты различного уровня, начиная с муниципальных, региональных и заканчивая международными. Возьмем, как пример, конкурс «Учитель года». Одним из этапов этого конкурса является создание социально значимого проекта на уровне своей школы или для образования в целом. Таким образом, наша система образования получает различные новые открытия, подтвержденные старые, методические наработки, интересные выводы, потенциальные значимые проекты на уровне страны и даже международном, то есть, всё то, что должна реализовать и обычная исследовательская деятельность в любом проекте. Также можно говорить о том, что педагоги постоянно задействованы в различных проектах, исследованиях, которые проводимых реализует различными министерство центрами образования; мониторинга образования. Когда учителя в школах сами готовят, либо уже реализуют какие-либо готовые проекты – они автоматически, иногда и сами того не подозревая, задействуют в этих проектах и своих учеников. Важно отметить, что не каждый проект является полезным, даже смотря на то, что происходит в современном образовании сейчас – большинство проектов не являются значимыми либо полезными, но имеют место быть, ведь как мы знаем, неудачный эксперимент – тоже эксперимент. В процессе обучения у детей то, что в понимании обычного человека является той самой исследовательской деятельностью, проявляется с самых ранних ступеней образования. Когда ребенок начинает сначала познавать, как записываются буквы и цифры, затем составляет это в слова, предложения и примеры соответственно, также рассматривая окружающий мир, и то, как происходят явления в нем, это тоже является неким исследованием для ребенка. Да, можно говорить, что это происходит и дома, и в детском саду, и в социуме, который окружает ребёнка в целом, и это всё имеет место быть, но мы сейчас рассуждаем о его образовании на начальном этапе. Первые проекты, то есть структурированные работы, имеющие некий результат, 5

подвергаемый оцениванию, появляются у обучающегося еще в начальной школе, затем на уроках технологии и изобразительного искусства. На основном уровне образования идут постоянные изменения в образовательных программах. Уроки технологии, например, то убирают, то соединяют с другими, то в школах на них занимаются не тем, что предусматривает программа, согласно ФГОС, которой должны придерживаться школьники, но конкретно оформление проектов, как раз находится сейчас во втором пункте требований по этой дисциплине «овладение методами учебно-исследовательской и проектной деятельности, решения творческих задач, моделирования, конструирования и эстетического оформления изделий, обеспечения сохранности продуктов труда» [35, с 26]. Но чаще всего, именно проектами и различного рода исследованиями дети начинают заниматься уже в зависимости от своих предпочтений или же профилей обучения. В предметные требования ФГОС ООО входят: «освоенные обучающимися в ходе изучения учебного предмета умения, специфические для данной предметной области, виды деятельности по получению нового знания в рамках учебного предмета, его преобразованию и применению в учебных, учебно-проектных формирование ключевых научного теориях, и типа типах и социально-проектных мышления, видах ситуациях, научных представлений отношений, владение о научной терминологией, ключевыми понятиями, методами и приемами» [35, с. 5]. Здесь мы видим, что уже значимость исследовательской деятельности является требованием ФГОС внутри предметной деятельности, а именно про «Учебно-проектные и социально-проектные ситуации». В связи с чем, на этапе средней школы проводятся различные конкурсы, конференции и мероприятия, где дети защищают свои проекты в различных учебных областях. С каждым годом таких мероприятий становится больше, и они получают все большую значимость и открывают новые перспективы для детей. 6

Конечно, основная доля работ детей до сих пор идёт для участия в НПК – научно практических конференциях. Этот проект реализуется довольно давно, еще до вступления в 2010 году государственного образовательного стандарта второго поколения. Сейчас призовые места на всероссийском НПК дают обучающимся дополнительные баллы при поступлении в высшие учебные заведения. НПК проводятся по основным школьным дисциплинам. Раньше они были структурированы по этапам: муниципальный; региональный; межрегиональный; всероссийский. Сейчас вроде ничего не изменилось, по крайней мере, не нашлось информации по этому поводу, но появилось огромное количество коммерческих НПК, где нужно платить взносы за участие или публикации твоей работы или же тезисов к ней. Самые активные учителя привлекают к таким конференциям своих учеников. Бывает, что ученики сами находят информацию и затем уже обращаются к педагогу за помощью, так как участие обычно подразумевает наличие научного руководителя, которым и становится учитель. Как уже было сказано, таких конкурсов и конференций стало очень много. Предлагаю рассмотреть примеры некоторых из них. Конкурс исследовательских и проектных работ школьников «Высший пилотаж» [13] – проводится с 2017 года в формате проектов и исследовательских работ для обучающихся 9-11 классов. Дети могут продемонстрировать свои проекты с целью получения экспертных оценок. Отличается только масштабом – Международный конкурс исследовательских работ школьников «Research start» [16]. Примеры коммерческих конкурсов можно увидеть на сайте «Малой академии наук «Интеллект будущего»» [15]. Здесь представлены различные как очные, так и заочные мероприятия с применением исследовательской деятельности: «Научный потенциал-XXI», «Шаги в науку», «Юный исследователь» (все для 5-9 классов), «Лучшее место Земли», «Созидание и творчество» (1-11 классы) и «Планета проектов» (для 1-4 классов). 7

Также с 2017 года в России проводится конкурс «Капитаны» [12]. Это огромный проект при поддержке правительства Российской Федерации и различных медийных персонажей: блогеров – Wylsacom [8], Николая Соболева [3], Сергея Собянина [9] и т.д. В первый год проект позиционировался как всероссийский, но приняли участие школьники из стран СНГ. Уже в 2018 году участие в конкурсе приняли дети из 53 стран. Его суть заключается в формировании команд, которые разрабатывают социально-значимые проекты, бизнес кейсы и проекты, решающие экономические и экологические проблемы. То есть это больше об экономике. Но, дети получают опыт работы в команде, делают действительно качественные проекты, а призеры приглашаются с привилегиями после окончания школы в лучшие экономические ВУЗы страны, получают финансирование для своих проектов и просто хорошие призы. «Капитаны» получил широкий резонанс в прессе, на телевидении и в интернете, тем более основная реклама проекта шла именно из интернета, там же и принимались заявки. Данный проект не только даёт широкий спектр возможностей детям, а также популяризирует проектную деятельность среди них. О конкурсе, непосредственно я, узнал от своих учеников – десятиклассников 212 школы, которые также принимали участие в конкурсе, а точнее даже прошли в финальный этап. В отличии от обычной НПК, где дети награждаются только сертификатом, естественно данная площадка создаёт большую мотивацию для них. С каждым годом, популяризация исследовательской деятельности в России среди молодежи выходит на новый уровень. Это обусловлено двумя факторами: критическим отношением современной молодежи к значимости образования и второе, вытекающее отсюда, якобы недостаток молодых талантов. Критике, со стороны молодёжи, образование подвергается в первую очередь из-за ЕГЭ и ОГЭ. То, как проводят эти экзамены, их результаты и вся система образования направленная на современном этапе на то, чтобы научить детей учиться, а чаще это перетекает в просто 8

натаскивание на итоговые тесты, и в итоге получаемое отсутствие знаний на выходе из школы, что не соответствует ожиданию детей и их родителей. Это не безосновательно конечно, но и не совсем так. А вот насчет молодых талантов, у нас их может и немного, по отношению к общему количеству обучающихся, но ребята из Российских школ уже многие годы доминируют на международной арене по математике, химии, физике, робототехнике. Причем, если предметные области – это олимпиады, то вот робототехника, это уже непосредственно проекты детей, с оформленным назначением, структурой создания и алгоритмами для самих роботов. Не все студенты технических специальностей могут похвастаться подобными проектами. Именно из-за незнания обществом реального текущего положения дел в образовании, государству приходится придумывать проекты, подобные «Капитанам», для популяризации исследовательской деятельности, открытия талантов среди обычных школьников и улучшения отношения к качеству образования у нас в стране. Посредством исследовательской деятельности в конечном итоге реализуются требования к результатам освоения программы как предметные, так и личностные, и метапредметные, что и позволяет нам говорить о её значимости. Также, исследовательская деятельность в школе, это подготовка детей к продолжению исследований на дальнейших этапах обучения, это написания курсовых и дипломных работ. Таким образом, система образования сейчас направлена на улучшение качества образования, а исследовательская деятельность является неотъемлемой частью процесса обучения, что и определяет ФГОС ООО и все проекты, которые разрабатываются для апробации результатов этой деятельности и их внедрения. 9

1.2 Требования к условиям обеспечения обучения физике Итак, определив значение исследовательской деятельности для современной школы, рассмотрим более узкое направление, а конкретнее её место в физике и значения для формирования образовательной среды по этой дисциплине. Физика – дисциплина, находящаяся в предметной области «Естественно-научные предметы». Таким образом, изучение данной области, согласно ФГОС ООО должны обеспечить: «формирование целостной научной картины мира; понимание возрастающей роли естественных наук и научных исследований в современном мире, постоянного процесса эволюции научного знания, значимости международного научного сотрудничества; овладение научным подходом к решению различных задач; овладение умениями формулировать гипотезы, конструировать, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты; овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни; воспитание ответственного и бережного отношения к окружающей среде; овладение экосистемной познавательной моделью и ее применение в целях прогноза экологических рисков для здоровья людей, безопасности жизни, качества окружающей среды; осознание значимости концепции устойчивого развития; формирование умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования, проведения точных измерений и адекватной оценки полученных результатов, представления научно обоснованных аргументов своих действий, основанных на межпредметном анализе учебных задач» [35, с. 22]. Рассмотрев данный перечень, можно с уверенностью заявить, что достигать поставленные задачи проще 10 всего именно с помощью

исследовательской деятельности. Формирование базы знаний, а также способность моделировать, анализировать, выдвигать гипотезы и подтверждать или опровергать их при помощи просто теории достаточно тяжело, а уже практика помогает углубиться в данную предметную область и сделать нужные выводы, а затем получить более достоверные результаты. А что же такое образовательная среда и каким образом она относится к физике? Образовательная среда – это психолого-педагогическая реальность, сочетание уже сложившихся исторических влияний и намеренно созданных педагогических условий и обстоятельств, направленных на формирование и развитие личности ученика [5, с. 15]. С точки зрения синергетики [33] образовательная среда – это системно образованное пространство, в котором реализуется взаимодействие субъектов образовательного процесса с внешней средой, в результате чего раскрываются индивидуальные черты личности ученика. [6] То – есть, образовательной средой является любое социокультурное пространство в котором, так или иначе, происходит развитие личности. Если мы вернёмся к ФГОС, то, по своей сути, формирование образовательной среды в рамках школьной программы происходит в процессе реализации личностных требований к результатам освоения программы. Сопоставив суть определения и то, что говорится в требованиях к усвоению естественнонаучных дисциплин, мы снова получаем – формирование образовательной среды. Дальше, перейдем непосредственно к физике, как к школьной дисциплине. В ФГОС отмечено в требованиях к усвоению дисциплины 11 пунктов, предлагаю рассмотреть 8 из них, так как последние 3 касаются детей с ограниченными возможностями, а рассмотрение влияния исследовательской деятельности на детей с ограниченными возможностями больше похоже на отдельную тему для исследования. 11

Каждый пункт рассматривается как отдельный, с точки зрения места и проявления в исследовательской деятельности. Итак: «1) Формирование представлений о закономерной связи и познаваемости явлений природы, об объективности научного знания; о системообразующей роли физики для развития других естественных наук, техники и технологий; научного мировоззрения как результата изучения основ строения материи и фундаментальных законов физики;» [35, с. 22] – роль исследовательской деятельности проявляется в отражении межпредметных связей. Первая исследовательская работа, тема которой заинтересовала меня в школе, была работа по физике «Физика в футболе», в которой одноклассница разбирала удар по мячу, с точки зрения действующих на него сил и давала рекомендации, как правильно бить по мячу, с точки зрения физики. «2) Формирование первоначальных представлений о физической сущности явлений природы (механических, тепловых, электромагнитных и квантовых), видах материи (вещество и поле), движении как способе существования материи; усвоение основных идей механики, атомномолекулярного учения о строении вещества, элементов электродинамики и квантовой физики; овладение понятийным аппаратом и символическим языком физики;» [35, с. 22] – теоретическая база, основные понятия и знания, которые требуются в любой работе, независимо от темы. «3) Приобретение опыта применения научных методов познания, наблюдения физических явлений, проведения опытов, простых экспериментальных исследований, прямых и косвенных измерений с использованием аналоговых и цифровых измерительных приборов; понимание неизбежности погрешностей любых измерений;» [35, с. 22] – каждая исследовательская работа подразумевает собой снятие каких-либо данных, а также, здесь указано уже прямым текстом о простых экспериментальных исследованиях. 12

«4) Понимание физических основ и принципов действия (работы) машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов, влияния их на окружающую среду; осознание возможных причин техногенных и экологических катастроф; 5) Осознание необходимости применения достижений физики и технологий для рационального природопользования; 8) формирование представлений о нерациональном использовании природных ресурсов и энергии, загрязнении окружающей среды как следствие несовершенства машин и механизмов» [35, с. 23] – 3 этих пункта можно объединить под общей эгидой – всё, что связанно с техникой, технологиями, экологией – несёт в себе актуальность для работы. А, как известно, актуальность – один из важнейших аспектов при разработке проекта. «6) Овладение основами безопасного использования естественных и искусственных электрических и магнитных полей, электромагнитных и звуковых волн, естественных и искусственных ионизирующих излучений во избежание их вредного воздействия на окружающую среду и организм человека; 7) Развитие умения планировать в повседневной жизни свои действия с применением полученных знаний законов механики, электродинамики, термодинамики и тепловых явлений с целью сбережения здоровья;» [35 , с. 23] – техника безопасности при выполнении любой работы, при использовании различного рода приборов формирует личные качества обучающегося, или другими словами, ту самую образовательную среду. Что касается нормативной базы, вроде всё понятно, легко и просто, и взаимосвязано. На практике не всё так хорошо. Во многих школах не хватает того самого оборудования, которое было бы нужно для исследований. Всё конечно зависит от состояния школы и от её финансирования. Конечно, состояние кабинета физики зависит от учителя физики, а финансовое 13

состояние школы от директора, но и тоже здесь речь идет скорее о картине как таковой на первый взгляд. Много других факторов, влияющих на состояние кабинета исследовательскую физики. работу Поэтому, такую, хороший которая учитель поможет ему найдет в его образовательной деятельности, например, собрать ту или иную установку. Моя педагогическая деятельность проходила в новой школе, где стоял стол, оборудованный программным обеспечением, подходящим самой современной школе, на это и был расчет. Также в кабинете были коробки с оборудованием, которым дети пользуются на лабораторных работах во время ГИА. Но проблема была в следующем, все это оборудование было в одном экземпляре. Даже элементарно один динамометр на класс. Современная система образования оборудования, не запрещает поэтому большинство использования экспериментов и самодельного демонстраций происходило при помощи подручных средств, что конечно не даёт школьникам полного представления о работе с современным оборудованием. Даже самые элементарные лабораторные работы приходилось проводить одной или двумя группами, где естественно вклад каждого был похож на просто рассматиривание прибора. Какой выход есть из данной ситуации? Как раз таки разработка проектов по моделированию приборов. Например, при помощи подручных средств, сделать те же самые динамометры. Таких приборов может быть много. Причем не самых элементарных. Собрать ту же установку для демонстрации опыта Эрстеда. Почему бы и нет. Конечно, это не то, к чему стремиться современная система образования, но с этим, судя по всему, придется бороться еще не один год, а может и ни одно десятилетие, и неизвестно, получится ли победить. Здесь мы уже сталкиваемся с другой проблемой – нехватка квалифицированных специалистов. Это уже общеизвестный факт – дефицит учителей в современных школах. Сейчас в России, несмотря на все внедрения инноваций в образовательный процесс, огромное количество «пилотных» и новых школ, профессия учителя не является престижной, из-за низкой 14

оплаты труда. Учитель, теряет свой авторитет у учеников. Это проблема, которая также требует решения. Работу по данному вопросу, школьный ученик скорее всего не может выполнить и воплотить, раз это не получается даже на уровне министерства, но этот вопрос уже переходит в компетенцию исследований самих учителей, профессоров и студентов педагогических и экономических университетов, с поиском возможного решения проблемы. Что мы в итоге получаем: для формирования образовательной среды по физике в идеале достаточно реализовывать требования ФГОС, но чтобы реализовывать их, необходимо решать вопросы материально-технического оснащения школы и подготовки высококвалифицированных кадров. 1.3 Обеспечение преемственности урочной и внеурочной деятельности Программа развития универсальных учебных действий (о которой немного было сказано в самом начале) – является документом, которым педагог также руководствуется при составлении рабочих программ. В ней речь идёт о формировании тех самых универсальных учебных действий, формирование творчески и разносторонне развитой личности, или другими словами она направлена на формирование образовательной среды. Программа выделяет два возможных направления работы: «урочная учебно-исследовательская деятельность учащихся: проблемные уроки; семинары; практические и лабораторные занятия; др.; внеурочная учебно-исследовательская деятельность учащихся, которая является логическим продолжением урочной деятельности: научно-исследовательская и реферативная работа; интеллектуальные марафоны; 15

конференции; и др.» [ 34, с. 2]. Основное различие в их структуре – это ограниченные временем и программой действия во время урочной деятельности. Да, формы могут быть различные, это и исследовательская деятельность в форме домашнего задания, но программой все же ограниченно разнообразие такой деятельности. А формы внеурочной деятельности уже более разнообразны и открыты для экспериментов. Это могут быть даже просто походы на предприятия, в ходе которых можно произвести исследовательскую работу с отраженными результатами в форме реферата, а может и быть работа, как мы уже начали говорить выше по конструированию оборудования. Роль учителя в создании условий, где он будет выполнять только функции-консультанта наставника. Только в таком случае исследовательская деятельность учащегося будет удовлетворять нормы программы по формированию УУД и требования ФГОС ООО, так как у ребенка будет максимален уровень мотивации и самостоятельной познавательной деятельности. Бывают и исключения, когда ребёнок, без помощи педагога не может осуществлять познавательную деятельность, но и в таком случае преподаватель должен только наталкивать своего подопечного на нужные действия и выводы. В этом и заключается роль педагога в исследовательской деятельности учащегося. Теперь нужно поговорить о том, какими способами учащиеся могут производить исследовательскую деятельность и откуда им черпать мотивацию. Выше, уже было сказано о недостаточной обеспеченности материально-технической базы большинства школ и о том, что можно было бы брать за основы исследовательских работ – разработку различных приборов, которыми можно будет пользоваться после реализации проекта уже и на самих уроках физики. Примеры проектов будут приведены во второй главе. Сейчас важнее указать их значимость. 16

Когда ребенок разрабатывает потенциально важный прибор для обучения физике конкретно в своей школе (конечно, важно, чтобы ребенок участвовал в работе не только на принудительной основе), он обретает дополнительную мотивацию. Возможность выступить перед одноклассниками, заработать дополнительные баллы, ощутить вклад в создание образовательной среды для других учащихся – все это стимулирует учащегося при работе над проектом. Школьные работы могут быть различного типа. Не всегда это будут проекты. Очень часто на конференциях дети выступают с работами, не имеющими за собой никакой материальной основы. Это реферативнонаучные работы, описательные, например, описание какого-либо опыта или явления, бывают и работы просто об ученых и их жизни. Такие работы тоже могут быть. Здесь по сути проявляется как раз различие учебной исследовательской деятельности и проектной деятельности, что за первым нет продукта, и отрицательный результат тоже результат. А во всем остальном и там и там мы имеем общую структуру работы: 1) Выбор проблемы; 2) Поиск гипотезы; 3) Планирование исследовательских (проектных работ) и выбор инструментария; 4) Поиск и решение проблемы с поэтапной коррекцией результатов; 5) Представление результатов и выводов. Ничего в обычных исследовательских работах, где отсутствует объект, плохого нет. Они также удовлетворяют всем требованиям регулятивных, познавательных и коммуникативных УУД, выдвигаемых программой. Просто, при защите проекта, когда ребёнок имеет что-либо материальное в своей работе, он получает преимущества. Это и дополнительная уверенность в себе, так как он знает то, о чем говорит изнутри и естественно большая наглядность, чем просто презентация, которая иногда даже и не нужна при выполнении такого проекта. 17

В этой главе был разобран в основном теоретический материал, далее мы разберем тему с практической точки зрения, с применением примеров и возможности их реализации. 18

ГЛАВА 2 ПРОЕКТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПО ФИЗИКЕ 2.1 Примеры проектов, обеспечивающих образовательную среду В предыдущей главе, речь уже шла о проектах, которые могли бы обеспечить образовательную среду по физике, если в школе недостаточная материально-техническая база для проведения демонстрационных опытов или лабораторных работ. И если даже такая база существует, то примеры, разобранные далее в этом пункте, могут стать новым этапом в контакте между учителем и учеником при изучении физики. Мы составим примерный перечень оборудования, который можно выбирать для своих проектов ученикам 7-9 классов (так как физика на данный момент в основной школе изучается именно в этом возрастном диапазоне), но естественно, это будет самое простое и явное оборудование. Учителя в зависимости от своей смекалки и опыта могут его постоянно дополнять. 7 класс. Учебник для этого класса у А.В. Перышкина [23] поделен на введение, 4 главы и лабораторные работы. Сама программа для 7 класса рассчитана больше на ознакомление с основными понятиями. Конференции по физике для них проходят только в специализированных школах и школах, где начали появляться вводные курсы физики для 5-6 классов. Поэтому выбор оборудования здесь не такой широкий, но импровизировать всё же можно. В лабораторных работах выделяется работа «Градуирование пружины» [23, с 208], это создание того самого динамометра. Суть в градуировании бумажной полоски под пружиной. Но можно пойти дальше, взять пружины, и дать детям на основе готового динамометра изготовить самодельные и учесть их погрешность. Вот уже и исследовательская проектная работа, вполне посильная для детей этой возрастной категории, и соответствует программе. 19

Как вариант, сделать еще более простую работу, она выглядит совсем абсурдной, но это не отменяет возможность её создания. Лабораторная работа №3 «Измерение массы тела на рычажных весах» [ 23, с. 204]. Здесь, обладая фантазией, можно изготовить и самодельные рычажные весы, и наборы грузиков, взяв за образцы то, что уже имеется в школе. А если раздать детям это как домашнее задание, то возможно мы получим что-то очень необычное. Например, весы из пластиковой бутылки, для которых понадобятся соответственно бутылка, пробки, нитки, чтобы подвесить эти пробки (или другие одинаковые платформы для подставки грузиков), палочка, на которую это будет подвешено и инструменты, чтобы собрать подобную конструкцию [1]. Например, весы, изображенные на рисунке 1 изготовлены девочкой с не самой хорошей успеваемостью. Рисунок 1 Рычажные весы из подручных средств «Не говорите людям, как делать вещи. Скажите им, что делать, и они удивят вас своей изобретательностью» – Фил Найт [17, с 56]. Чтобы заинтересовать детей, часто применяется прибор для наблюдения зависимости давления от величины опоры [27]. Для самого прибора нам нужны доски и гвозди одинаковой длины (рисунок 2). 20

Рисунок 2. Прибор для демонстрации зависимости давления от площади опоры Если этот прибор соберет обучающийся, то он может описать сборку прибора и провести ряд опытов, демонстрирующих эту самую зависимость. На физических шоу часто показывают опыт, где человек встает или ложится на гвозди, равномерно распределенные по доске, фактически это та же установка. Для демонстрации давления в жидкостях – часто используют опыт «Фонтан». Он очень вариативен, и только в одной книжке Л. Гальперштейна приведены семь его вариаций [11]. Например, можно просто взять бутылку с крышкой и трубочкой, набрать жидкость и перевернуть. Вода будет выходить из трубочки, пока её уровень в бутылочке не сравняется с трубочкой. Для большего эффекта фонтана, чтобы струя била из трубочки, её конец вытягивают, создавая сужение просвета и увеличение скорости вытекания струи (рисунок 3). Рисунок 3. Модель фонтана 1 21

Можно выбрать вариант немного сложнее, с уксусом и мелом. Схема практически такая же, только нужно соблюсти меры безопасности, и поставить плотно закрытую бутылку с уксусом и мелом в таз или раковину, чтобы уксус не попал, куда не нужно (рисунок 4) . Рисунок 4. Модель фонтана 2 Или просто налить в ту же бутылку с крышкой и трубочкой воды и сжать воздух внутри, вдувая его туда самостоятельно (рисунок 5). Затем фонтан забьет. Таким образом иногда переливают жидкости из одной тары в другую, берут шланг, вставляют в тару, проделывают в целом тот же эксперимент, но когда фонтан начинает работать, перекидывают второй конец шланга в другую тару, и уже происходит все по принципу сообщающихся сосудов. Рисунок 5. Модель фонтана 3 22

Очень интересный опыт все так же на тему давления «Картезианский водолаз» [10]. Для изготовления водолаза в настоящее время чаще всего используется пластиковая бутылка с завинчивающейся крышкой. Бутылка заполняется водой, внутрь неё вверх дном помещается частично заполненный сосуд, например, пипетка, с прикрепленной гайкой. Крышка бутылки плотно завинчивается. При сжатии бутылки давление внутри неё увеличивается, объём воздуха внутри флакончика уменьшается и водолаз погружается. Если бутылку отпустить, водолаз всплывает (рисунок 6). Рисунок 6. «Картезианский водолаз» Опыты простые – а заинтересовать детей могут. Да и не все взрослые знают, как это работает. Как уже было сказано, в 7 классе физика носит ознакомительный характер, поэтому примеры установок больше носят демонстрационный характер, а вот в 8-9 классах выбор уже склоняется к сборке установок и исследованиях с их помощью. 8 класс. Здесь всё выглядит более интересно, и дети уже относительно понимают, чем они занимаются на физике и как им это может пригодиться в жизни. Поэтому более широкое разнообразие проектов можно выделить даже по самому учебнику. Данный учебник А.В. Пёрышкина [23] , также состоит из 4 глав и лабораторных работ в конце него. 23

Изучение физики в этом классе начинается с тепловых явлений. Можно продемонстрировать опыт «туман в бутылке», опять же при достаточном уровне смекалки, этот прибор могут соорудить ученики самостоятельно, особых затрат он не потребуется. Для самого простого опыта потребуется лишь банка с теплой водой, кубики льда и сито, а также знание физики – и получим туман [4]. Можно попробовать изготовить собственный термос и изучить его свойства. И как итог изучения тепловых явлений – изготовление паровой турбины из подручных материалов, принцип действия и устройство которой есть даже на страницах самого учебника [24, с. 68]. Это самая распространенная работа среди восьмиклассников, которую доводилось видеть на конференциях. Она является достаточно интересной и эффектной для 8 класса, а лучшие работы оставлять как пример остальным школьникам. Далее электрические явления, на первый взгляд – интересно, но что здесь можно сделать. А вариативность также присутствует: различные установки для демонстрации электризации тел – например, «Электротрусишка» [14] – когда собирают установку из палочки, на ней что то вроде пластилиновой головки и нарезанный ленточками фантик от шоколада в роли волос. К ней, подносим эбонитовую палочку, потертую о шерсть, и видим, как импровизированные волосы начинают шевелиться. Эффектны самодельные источники тока из различных продуктов (в учебнике приведен пример с лимоном), но в фильмах часто показывают, как дети получают ток из картошки. На этом эксперименте хорошо иллюстрируется роль батарей элементов ЭДС. Можно рассуждать о последовательном и параллельном соединении (рисунок 7). 24

Рисунок 7. «Картофельная батарейка» Очень сложная, но всё же возможная работа – создание электрофорной машины, например из CD дисков [2] (рисунок 8). Рисунок 8. Электрофорная машина В разделе электромагнитные явления можно собрать установку для демонстрации опыта Эрстеда, конечно не источник тока, а именно рамку с магнитной стрелкой (рисунок 9). Рисунок 9. Модель опыта Эрстеда 25

При изучении световых явлений разнообразие опытов небольшое, но всё же можно выбрать различные работы по изучению световых явлений и изготавливать приборы для их демонстрации. Например, можно попробовать сделать линзы для преломления лучей или приборы для демонстрации механики лунного и солнечного затмения. Очень интересно детям будет собрать предшественника современного фотоаппарата – камеру обскура. Понадобится картонная коробка, калька и пара инструментов. Берем коробку, делаем окошко для экрана, на это место приделываем при помощи скотча или клея кальку, на обратной стороне делаем маленькое отверстие – камера готова. Затем в затемненном помещении наводим её на свечу и получаем изображение на экране. В виде исследования можно использовать изготовление коробки, описание полученного изображения, зависимость от размера отверстия на стороне, противоположной экрану, получение различных изображений и т.д. Ничего сложного, а работа может получиться очень интересной. 9 класс. А.В. Перышкин [22] не изменяет структуру учебника, и в оглавлении мы видим всё те же 4 главы и лабораторные работы. Начинается изучение физики в 9 классе с законов взаимодействия и движения тел. Здесь у нас сразу появляется перспектива изготовления различных приборов и систем для демонстрации законов Ньютона, маятники и приборы для демонстрации законов сохранения. Достаточно простым, но вариативным в своей сборке, является прибор для демонстрации закона сохранения импульса [18], который можно собрать как из деревянных палочек, ниток и пластилиновых шариков, так и из более замысловатых компонентов, в том числе сконструированных в электронном виде и напечатанных на 3D-принтере (рисунок 10). 26

Рисунок 10. Маятник Ньютона «Механические колебания и волны. Звук» [22, с. 92]. Это построение и исследование различных колебательных систем, например, маятник Максвелла, который также можно собрать из ниточек, деревянных палочек и вместо пластилиновых шариков – металлический диск (рисунок 11). Можно замерять зависимость амплитуды колебаний от материала, собрать установку для демонстрации гармонических колебаний, исследование колебаний камертона, исследование распространения звука в различных средах и т.д. Рисунок 11. Маятник Максвелла Далее электромагнитное поле и его свойства. Это могут быть различные эксперименты с электромагнитами и их конструирование; рамки с металлическими опилками для воссоздания линий магнитного поля, при 27

прохождении через эту рамку тока. Это может быть и создание собственного трансформатора, одну из разновидностей которого мы разберем в следующих пунктах. А ещё различные исследования электромагнитной природы света. Как бы это не показалось абсурдно, мы можем поучаствовать в исследовании строения атома и атомного ядра. Самая большая сложность заключается в том, что эта тема изучается в конце учебного года, что затрудняет работу с определениями, но те дети, которые занимаются исследовательской деятельностью, как правило, изучают физику более углубленно. Конечно, мы не можем повторить опыты Резерфорда, но можем сделать модель ядра, которая послужит в дальнейшем наглядным примером по изучению данной темы. Она может пригодиться уже не только девятиклассникам, но и детям при представлении о строении атома на внеурочной деятельности, различных физических школьных выставках, и также как пособие учителю, при ознакомлении детей со свойствами вещества в 7 классе. Таким образом, мы выделили самые основные и простые проекты и исследования, которые можно брать как для конференций, так и для решения вопроса обеспечения образовательной среды в школе. Это лишь примерный и самый очевидный перечень установок и экспериментов. По каждой теме можно находить еще как минимум 1-2 проекта. Порой, работы, встречающиеся на мероприятиях, поражают воображение, и кажется, как до такого можно было додуматься, но совместными усилиями учителя и ученика можно сделать многое. В поиске возможных интересных тем для исследовательских работа наткнулся на сайт «Обучонок» [19], где собраны методические работы учителей и исследовательские работы и проекты учащихся 5-11 классов по физике. Работы, которыми занимаются дети – очень разнонаправлены и интересны даже по названию, например: «Влияние компьютерных технологий на зрение»; «Теория эфира»; «Бочка Паскаля»; «Колесо на резиновых спицах»; «Физика воды»; 28 и даже «Исследование

термодинамических характеристик термоса» и так далее. В поиске идей можно обращаться как раз к подобным сайтам. Также, большее влияние на изучение школьных дисциплин, так или иначе, исходит от того, что близко детям, а это в первую очередь компьютер и различные гаджеты. Очень много времени современный школьник проводит на просторах такой площадки, как «YouTube» [29]. И не только школьники. На этой площадке можно найти как развлекательный контент, так и образовательный. Большую популярность в последнее время набирают каналы, на которых просто рассказывается о сложных науках, например, о физике. В чем преимущество данных каналов перед уроками в школе? Там зачастую показывают те эксперименты, которые в школе физически невозможно воспроизвести. Можно также сказать, что учителя находят видеоролики на этой площадке для наглядной демонстрации перед своими учениками опытов, если опять же, в кабинете физики имеется компьютер и проектор. С помощью видеороликов мы можем узнать о явлении либо опыте и научиться самостоятельно его воспроизводить. Скажу честно, в своей педагогической практике мне приходилось использовать данный метод и ни раз, в виду недостаточной оснащенности школы материально-технической базой. Тем более, что касается уроков астрономии, где нужно показывать космос. Мы живем в мире, где космос показывать мелом на доске, это что-то из прошлого. Далекого прошлого. В процессе работы и изучения данной тематики, приходит понимание, что все проблемы, связанные с недостаточной подготовленностью образовательной среды по физике, это не только недоработки системы образования, но и новые вызовы для учителя, в связи с которыми он может не только исправлять предъявляемые ситуацию, современными но и реализовывать образовательными требования, стандартами по формированию универсальных учебных действий у детей, и в тоже время, дополнительной мотивации у них к их изучению предмета. 29

Примером исследовательской работы в более детальном изучении было решено взять трансформатор Тесла. Почему именно он, как его собрать и применять будет описано далее. 2.2 Разработка проекта обучающегося «Трансформатор Тесла» Разработка трансформатора была упомянута в 9 классе. Но на самом деле можно приступить к его сборке уже в 8 классе при изучении электрических явлений и приборов, так ребенку будет даже интереснее. В рамках рассмотрения исследовательской деятельности можно даже предположить, что можно задать такую тему ребенку 8 класса для сборки простой катушки Тесла, а в 9 сделать работу по исследованию её свойств или сборке новой установки с различными модернизациями. «Трансформа́тор Те́слы, или кату́шка Те́слы (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Теслой и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала»» [21]. Итак, зачем он нужен. Катушка, в зависимости от сборки – мощное грандиозное устройство, создающее вокруг себя высоковольтное электрическое поле – она способна генерировать тысячи и даже миллионы Вольт, которые создают множество разрядов. Тут и коронные разряды, отрывающиеся от заостренной детали конструкции, где напряженность поля особенно высока. Если поднести к ней какой-либо заземлённой предмет, то можно наблюдать дуговые разряды и искровые, похожие на миниатюрные молнии, расходящиеся от неё, кстати, звук треска достаточно громкий. Если сделать большую модель дома, то на шум могут прийти соседи. Все дело в том, что ток, протекающий по искровому каналу, очень быстро и сильно нагревает воздух, приводит к его резкому расширению, настолько резкому, что возникает ударная волна, которую мы слышим как такой треск. Кстати, 30

во время грозы происходит тоже самое, только в больших масштабах и получается, чтобы создавать ударные волны, не обязательно быть пиротехником. Проникая внутрь газоразрядных ламп, такое сильное электрическое поле ионизирует газ внутри и заставляет их светиться. Вот она беспроводная передача энергии, о которой так мечтал Никола Тесла. Единственное, что КПД такого способа очень низкий, поэтому на практике его применять бессмысленно. И да, во всех таких случаях по человеку, проводящему эксперимент, протекает ток, но не причиняет никакого вреда. Дело в том, что здесь он переменной и очень высокой частоты, в таком случае очень силён скин-эффект (эффект уменьшения амплитуды интенсивности электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды [32, с. 463]), при котором ток не проникают в глубь проводника, а идёт только по поверхности. Так что это действительно безопасно. Но самое интересное, неужели что-то подобное можно собрать самому? Оказывается, да и довольно просто. Мы соберём свой интересный и бюджетный вариант, который сможет собрать любой школьник даже в домашних условиях. Что же такое трансформатор в общем случае, это две катушки с разным количеством витков. Ниже приведена схема простейшей катушки Тесла (рисунок 12). Рисунок 12. Схема простейшего трансформатора Тесла 31

Подаем на одну катушку переменный ток, и, возникающее магнитное поле индуцирует ток во второй, причём, во сколько раз отличается число витков, во столько раз меняется напряжение. Например, если у нас 20 и 200 витков, то может поднять напряжение в 10 раз, арифметика тут простая. Но трансформатор Тесла поднимает напряжение ещё сильнее в тысячи раз и больше и дело здесь не соотношение витков, а в резонансе. Частоту переменного тока подбирают так, чтобы во вторичной катушке, та, которая больше, он практически не затухал. Такая частота всегда есть, она одна и у каждой конкретной катушки своя. Зависит от его электроемкости и индуктивности, в таком случае даже без питания во вторичной катушке будут происходить самоподдерживающиеся колебания тока. Ток слабо затухает и если в такт этим колебанием подводить к катушке ещё энергию, то она будет добавляться, следовательно, амплитуда колебаний будет всё больше и больше, так можно добиться напряжение в миллионы Вольт. Вот он резонанс. Это как раскачивать качели – легкие движения в такт колебаниям, в итоге могут привести к огромный амплитуде. Остается вопрос: как подобрать эту частоту в первичной катушке так, чтобы она совпадала со вторичной. В оригинальной конструкции это достигается изменением емкости конденсатора, который подключен к первичной катушке, но нас такая схема не устраивает, там много сложностей, других деталей и вообще она не для бюджетного варианта. Мы же планируем сделать устройство более простым. Хотя она будет хороша в том плане, что частота там будет подбираться автоматически. Такую схему часто ещё называют – качер Бровина, хотя на деле это всего лишь модифицированная версия высокочастотного автогенератора. В нашем случае будет использоваться полупроводниковый транзистор, которого во времена Николы Тесла ещё не существовало. Здесь он выполняет функцию можно сказать ключа, который то открывается, то закрывается. В итоге, по первичной обмотке протекает пульсирующий ток от батарейки, а управляет 32

этими открываниями и закрываниями переменное напряжение вторичной обмотки и именно с той частотой, которая ей нужна. Такая схема с обратной связью позволит нам получить напряжение в несколько киловольт. Наша установка будет зажигать лампочки, к тому же такие полупроводниковые катушки позволяют моделировать даже аудио-сигнал. Коронный разряд обычно монотонно шипит, но можно собрать такую схему, которая будет управлять этим шипением и можно будет воспроизвести абсолютно любой аудио-трек. Но только катушку Тесла в основном используют не для развлечения, а в общем-то трансформаторы выполняют вполне практичные функции. Например, во многих зарядках для гаджетов установлен понижающий трансформатор, на первичную катушку подается 220 вольт, а на вторичной, так как там витков меньше, возникает 5, 12 ну или сколько нам нужно вольт. Двигатель внутреннего сгорания не смог бы работать без искры, которую создает катушка зажигания. По сути это просто повышающий трансформатор. Повышающие трансформаторы нужны для передачи электроэнергии на большие расстояния. При увеличении напряжения автоматически уменьшается сила тока и от этого потери в проводах становится намного меньше. Трансформаторы применяются в радиоэлектронике, аудиотехнике, для согласования нагрузок, они нужны для питания газоразрядных ламп и много-много где ещё. Итак, рассмотрим поэтапно, что потребуется для нашей катушки, и как её собирать. Составляющие: 1. Медный обмоточный провод (диаметр 0,2 мм) ~ 40 м. 2. Медный обмоточный провод (диаметр 1 мм) ~ 25 см. 3. Транзистор биполярный NPN (подойдет практически любой, например, SS8050 или 2N2222, главное, чтобы допустимый ток был не менее 1 ампера) 4. Резистор 20-50 кОм 33

5. Шприц 20 мл или тонкая пластиковая трубка диаметром порядка 22,5 см и высотой 8-10 см Дополнительно: 6. Батарейка "Крона" 7. Колодка для батарейки "Крона" 8. Наждачная бумага/пилочка (для зачистки проводов) 9. Ножницы/нож 10. Бумажный скотч Процесс самостоятельной сборки (собирать, соответственно схеме (рисунок 13)): Рисунок 13. Схема трансформатора Тесла 1. Вторичная катушка. Небольшим кусочком скотча зафиксировать тонкий медный провод на шприце и произвести намотку, виток к витку, без нахлёстов, очень аккуратно! Высота катушки должна составлять 7-8 см (это 250-350 витков). По завершению намотки зафиксировать скотчем обе стороны намотки. Снизу нужно оставить торчащим провод, длиной около 7 см. С кончика провода (1,5 см) необходимо снять прозрачный изоляционный лак с помощью наждачной бумаги или ножика. Это будет заметно по изменившемуся цвету провода (рисунок 14). 34

Рисунок 14. Подготовка вторичной катушки 2. Первичная катушка. Обернуть вокруг шприца толстую медную проволоку. Должно получиться 2 витка. С обоих концов провода (1,5 см) счистить изоляционный лак (как в п.1) (рисунок 15). Рисунок 15. Изготовление вторичной катушки. 3. Транзистор. У него есть три ножки. Нужно понять, какая из них коллектор. Ее присоединяем к одному из концов провода первичной обмотки. Можно скруткой, можно спайкой (рисунок 16). 35

Рисунок 16. Выбор ножки транзистора 4. Резистор. Присоединяем одну ножку ко второму концу первичной обмотки, вторую ножку – к центральной ножке транзистора (это база). Опять же, скруткой или спайкой. Резистор полярности не имеет, ножки равнозначны (рисунок 17). Рисунок 17. Присоединение резистора 5. Подключение вторичной катушки. Вдеваем вторичную катушку в первичную. Торчащий провод вторичной катушки подсоединяем к базе транзистора (скруткой или спайкой) (рисунок 18). 36

Рисунок 18. Подключение вторичной катушки 6. Подключение питания. Положительный контакт (красный провод) присоединяем к контакту первичной обмотки, к которой подсоединен резистор. Отрицательный контакт подсоединяем к свободной ножке транзистора (эмиттер) (рисунок 19). Рисунок 19. Подключение питания 7. Эксплуатация. Подключаем батарейку. Подносим энергосберегающую лампу (с диодной или лампой накаливания не работает!). Если все собрано правильно, она должна светиться (рисунок 20). 37

Рисунок 20. Эксплуатация 8. Возможная проблема 1. Если лампа не светится, проверьте, все ли контакты надежны, нет ли лишних контактов между деталями. 9. Возможная проблема 2. Если лампа все ещё не светится, то необходимо поменять местами контакты первичной обмотки (повернуть ее на 180 градусов), аккуратно отсоединив детали, и собрав все обратно. Можно не менять, но тогда первичную обмотку нужно будет поместить сверху вторичной, что не всегда удобно. 10. Возможная проблема 3. Выбрана не та лампочка. Себестоимость основных элементов такой катушки порядка 100 рублей. Создание катушки можно варьировать в зависимости от целей, для которых она изготавливается. Ещё имеется вариативность по её применению. Как было сказано выше, она способна создавать различного рода разряды, которые в свою очередь нужны для демонстрации различных явлений. Почему именно катушка, потому что это эффектно, после фильма «Ученик Чародея» в мире активизировалась продажа ламп, которые якобы испускали разряды, но на самом деле, это лампы с принципом действия данной катушки. Поэтому, создать такую катушку, для ученика 8-9 класса это как минимум интересно, как максимум, она стимулирует его к углубленному изучению предмета и создаст проект для демонстрации 38

электромагнитных явлений, а если ещё и собрать более мощную катушку, то можно, как в том самом фильме воспроизводить аудио при помощи разрядов. Для тех, кто будет не в курсе, как все устроено – это будет похоже на своего рода магию и также послужит мотивацией к изучению данного предмета. Осталось разобрать, какое практическое применение катушка Тесла может получить в школьном курсе физики, и каким образом она относится к формированию образовательной среды. 2.3 Методические рекомендации по использованию разработки в учебном процессе На создание этой катушки, ушло 3 дня, хотя после просмотра различных инструкций и видеороликов создавалось впечатление, что это дело 3-5 минут. 3 суток различных махинаций, перекручено и переменено местами было всё, что только можно. Подбирались различные резисторы, кстати, оказывается даже есть программа для компьютера Резистор v2.2 [26], где по внешнему виду можно вбить параметры резистора и узнать его сопротивление. Но вопрос, почему не загорается лампочка, так и не решался. Было решено попробовать спаять конструкции. И снова не принесло результатов. А ответ был в самом вопросе, а конкретнее в лампочке. Лампочки было 2, они были энергосберегающие, но как оказалось, они были на диодах, а не на газу, а мощности собранного трансформатора не хватало, чтобы зажечь такие. Стоило поменять лампочку, и все, результат получен. Таким образом, мы получили трансформатор, который способен зажигать лампочки, не касаясь их. Цель сборки конструкции была удовлетворенна. Затем, после всех мучений, было предложено собрать катушку ученице. Все было собранно по инструкции (не считая вторичной обмотки, которая уже была готова, так как её сборка занимает порядка часа), без каких либо спаек. Результат – свет в лампочке появился уже через 5 минут. 39

Наша катушка, рассчитана в основном на то самое свечение ламп в руке. Для более эффектных опытов следует собрать катушку более мощную. Собирать мощную катушку, ребенку стоит под присмотром с руководителем работы. А как собрать более мощную катушку и подобрать все нужные элементы – очень много информации в различных источниках. Как уже было сказано, трансформатор Тесла может быть использован для полезных экспериментов. Поэтому в нашем случае, конструкция будет рассматриваться, как элемент образовательной среды по физике. Поэтому приведём ряд опытов, в которых устройство будет полезно в учебной эксплуатации. 1. Свечение спектральных трубок, наполненных инертными газами: гелием, криптоном, неоном. Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, набор спектральных трубок. При поднесении спектральных трубок к катушке Тесла, наблюдается, как газ, которым наполнены трубки, светиться (рисунок 21). Рисунок 21. Свечение спектральных трубок. 2. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе и лампе дневного света (ЛДС). 40

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, люминесцентная лампа, лампа дневного света. Наблюдается разряд в люминесцентной лампе, свечение в люминесцентной лампе можно наблюдать на расстоянии до 1 м. от установки (рисунок 22). Рисунок 22. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе 3. Эксперимент с проводником. Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, металлический проводник. При близком поднесении заземлённого металлического проводника к терминалу трансформатора между ним и терминалом возникает разряд, при этом разряд ударяется о проводник, а проводник остается холодным. 4. Дерево из плазмы. (другие названия: ионизатор воздуха, лампочка Чижевского) [ 7, с. 560] Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, тонкий многожильный провод. Разветвляем жилы, у заранее зачищенного от изоляции провода, и прикручиваем к терминалу (рисунок 23). 41

Рисунок 23. Дерево из плазмы 5. Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд. Оборудование: катушка Тесла, толстая медная проволока. При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7 мм, это дуговой. С окончанием в виде округления – спарк. Острые в разную сторону – стримеры (рисунок 24). Рисунок 24. Спарк и стример 6. Эксперимент с бумагой. Оборудование: катушка Тесла, бумага. При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается (рисунок 25). Рисунок 25. Эксперимент с бумагой 42

7. Разряды в руку. Оборудование: большая катушка Тесла, рука. При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль. 8. Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла. Оборудование: большая катушка Тесла, шар, наполненный разреженным газом. При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара. 9. Эксперимент с диэлектриками. Оборудование: большая катушка Тесла; диэлектрики - известняк, мрамор, стеклянная банка, скотч, деревянная палка. При внесении диэлектриков в поле стримера катушки – наблюдается реакция разрядами на них (рисунок 26). Рисунок 26. Эксперимент с диэлектриками 10. Плазма. Оборудование: Большая катушка Тесла; лампочка «Ильича». При поднесении лампы к катушке, внутри лампы образуется плазма (рисунок 27). 43

Рисунок 27. Плазме в лампе 11. Передача энергии без проводов. Оборудование: Большая катушка Тесла, лампочка на металлической пластине. При попадании металлической пластины в зону охвата катушки, лампочка загорается (рисунок 28). Рисунок 28. Беспроводная передача энергии 12. Ионный двигатель. Оборудование: Трансформатор тесла со стримером; шестеренка, спаянная с медной проволокой. 44

Помещаем шестеренку на кончик стримера, шестеренка под действием разрядов приходит во вращение (рисунок 29). Рисунок 29. Ионный двигатель 13. Техника в высокочастотном электромагнитном поле. Оборудование: Большая катушка Тесла, гаджеты, ненужные электронные пластиковые часы Эксперимент служит демонстрацией соблюдения техники безопасности при работе с высокочастотным электромагнитным полем. При внесении в поле катушки гаджета – он начинает выходить из строя. То же самое происходит с пластиковыми электронными часами, только вплоть до того, что они могут воспламениться (рисунок 30). Рисунок 30. Пластиковые часы в высокочастотном электромагнитном поле Все эти эксперименты, носят в основном демонстрационный характер, но любое из явлений можно исследовать дополнительно. 45

Опыты, описанные выше, могут применяться и учителем, на уроках по изучению электромагнитных полей, электромагнитных волн, световой природы электричества, изучения природных явлений. Вариативность опытов, позволяет акцентировать внимание на разнообразии потенциальных школьных исследовательских проектов на базе Трансформатора Тесла, тем самым внося вклад в развитие образовательной среды по физике. 46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В нашей работе было проанализировано место исследовательской деятельности в формировании образовательной среды по физике с теоретической точки зрения и с практическими примерами. Руководствуясь федеральными государственными образовательными стандартами, было выявлено, что исследовательская и проектная деятельность в школьном курсе физики занимает особое место, выполняя все требования, которые содержаться в стандарте. Помимо этого, мы пришли к выводу, что исследовательская деятельность может не только формировать образовательную среду вокруг детей, она также может и создаваться при их помощи, разрабатывая различные проекты. С практической точки зрения, было проведено создание проекта катушки Тесла, который может мотивировать детей к изучению физики. Разработаны методические рекомендации к этому проекту и его возможные вариации. Проделанная работа, может способствовать организации исследовательской деятельности, посредством которой будет формироваться образовательная среда по физике. 47

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1) «Самоделки для всей семьи» [Электронный ресурс]. URL: https://usamodelkina.ru/2947-rychazhnye-vesy-iz-butylki.html (дата обращения: 04.04.2019). 2) «Сделай сам своими руками» - мастер-классы, инструкции [Электронный ресурс]. URL: https://sdelaysam-svoimirukami.ru/143- ehlektrofornaja_mashinka_iz_cd.html (дата обращения: 09.04.2019). 3) SOBOLEV – канал Николая Соболева [Электронный ресурс]. URL: https://www.youtube.com/channel/UCNb2BkmQu3IfQVcaPExHkvQ (дата обращения: 05.05.2019). 4) Weather Wiz [Электронный Kids http://www.weatherwizkids.com/experiments-fog.htm ресурс]. (дата URL: обращения: 05.05.2019). 5) Баева И. А. Б 15 Психологическая безопасность в образовании: монография. СПб.: Издательство «СОЮЗ», 2002. 271 с. ISBN 5-94033-148-3. Груздева 6) Н. В. Методологические подходы к созданию образовательного пространства школы // Образовательная среда школы: проблемы и перспективы развития. СПб.: Речь. 2001. С. 32-35 7) Евдокимов Ф.Е., Теоретические основы электротехники, М: Академия, 2004г. – 560 с. 8) Инстаграм блогера Wylsacom [Электронный ресурс]. URL: https://instagram.com/wylsacom?igshid=1oyhst14ptq52 (дата обращения: 12.05.2019). 9) Инстаграм Мэра Москвы Сергея Собянина [Электронный ресурс]. URL: https://instagram.com/mossobyanin?igshid=1gyhk8v91g4d8 (дата обращения: 12.05.2019). 10) Картезианский водопад [Электронный ресурс]. URL: https://www.youtube.com/watch?v=u8P13cyyux4 (дата обращения: 04.04.2019). 11) Классная физика [Электронный ресурс]. fizika.ru/op52-24.html (дата обращения: 12.05.2019). 48 URL: http://class-

12) Конкурс «Капитаны» [Электронный ресурс]. URL: https://vk.com/kapitany_konkurs (дата обращения: 04.04.2019). 13) Конкурс исследовательских и проектных работ «Высший пилотаж» [Электронный ресурс]. URL: https://olymp.hse.ru/projects/ (дата обращения: 04.04.2019). 14) Конкурс научно-исследовательских работ [Электронный ресурс]. URL: «Старт в науке» https://school-science.ru/2/11/30190 (дата обращения: 04.04.2019). 15) Малая академия наук «Интеллект будущего» [Электронный ресурс]. URL: https://new.future4you.ru/catalog/research/ (дата обращения: 04.04.2019). 16) Research Международный конкурс исследовательских работа школьников Start 2018/2019 [Электронный ресурс]. URL: https://eee- science.ru/research-start-2018-2019/ (дата обращения: 05.05.2019). 17) Найт Фил. Продавец обуви. История компании NIKE, рассказанная её основателем. 18) Научный журнал для школьников ISSN 2542-0186 «Старт в науке» [Электронный ресурс]. URL: https://science- start.ru/ru/article/view?id=52 (дата обращения: 04.04.2019). 19) Обучающие программы и исследовательские работы учащихся «Обучонок» [Электронный ресурс]. URL: http://obuchonok.ru/fizika (дата обращения: 04.04.2019). 20) Опыты с Электричеством [Электронный https://www.youtube.com/watch?v=_6kz4AMezho ресурс]. (дата URL: обращения: 04.04.2019). 21) Патент США № 568 176 от 22 сентября 1896 22) Перышкин А.В., Гутник Е. М. Физика. 9 класс. М.: Дрофа, 2012. 23) Перышкин А.В.. Физика. 7 класс. М.: Дрофа, 2012.. 24) Перышкин А.В.. Физика. 8 класс. М.: Дрофа, 2012. 49

25) Поисковая система [Электронный ресурс]. URL: https://www.google.com (дата обращения: 04.04.2019). 26) Программа для определения номинала резистора [Электронный ресурс]. URL: https://raschet.info/programma-rezistor-v2-2-opredelenie- nominala-rezistora-po-raznym-vidam-markirovok/ (дата обращения: 04.04.2019). 27) Проект «физические приборы» [Электронный ресурс]. URL: https://vopvet.ru/news/proekt_fizicheskie_pribory_7_klass/2015-07-19-1678 (дата обращения: 04.04.2019). 28) ресурс]. Рабочая программа для 8-9 по Перышкину А.В. [Электронный URL: http://l_128.edu54.ru/sveden/files/972de493-4745-4648-8cc2- d64016f2749b.pdf (дата обращения: 04.04.2019). 29) Сайт с видеоматериалами [Электронный ресурс]. URL: https://www.youtube.com/ (дата обращения: 04.04.2019). 30) Сайт [Электронный с доступом ресурс]. URL: к электронным версиям учебников https://alleng.org/d/phys/phys216.htm (дата обращения: 04.04.2019). 31) URL: Сайт, на котором был взят ФГОС ООО [Электронный ресурс]. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_142304/ (дата обращения: 04.04.2019). 32) Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том 4. Оптика. — 1980. — С. 454 33) Статья на тему: Синергетика [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80% D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 (дата обращения: 04.04.2019). 34) ФГОС ООО. Организация проектно-исследовательской деятельности в рамках реализации стандарта [Электронный ресурс]. URL: https://docplayer.ru/50666106-Fgos-ooo-organizaciya-proektno-issledovatelskoydeyatelnosti-v-ramkah-realizacii-standarta-lichnostnye-rezultaty-dolzhnyotrazhat.html (дата обращения: 04.04.2019). 50

35) Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (утв. приказом Министерства образования и науки РФ от 17 декабря 2010 г. N 1897) С изменениями и дополнениями от: 29 декабря 2014 г., 31 декабря 2015 г. 51

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв