В проектно-исследовательской деятельности учащихся, особенно выполнения конструкторских работ, как правило, возникает необходимость применения знаний, полученных в курсе физики. Однако, может оказаться, что нужный материал изучался учащимся давно, изрядно подзабыт, или был освоен поверхностно. Организовать повторное рассмотрение темы или раздела в последовательности, заданной программой обучения, не представляется возможным, - в системе дополнительного образования на этот вид учебной работы не отводится достаточного времени.
Вместе с тем, познавательная мотивация учащихся в ситуации выполнения проектной разработки, коренным образом меняется. Знания оказываются востребованными. Они нужны для выполнения конкретной задачи. Поэтому у учащихся появляется готовность к более внимательному восприятию материала.
В представленной работе мы с учащимися 1-го курса СПО в рамках проектно-исследовательской деятельности разрабатывали конструкцию «Марсохода», - устройства которое может перемещаться за счет использования энергии ветра. Для оценочных расчетов учащимся потребовалось вспомнить основные явления и законы механики. С этой целью мы используем концептуальную схему механики, разработанную Ю.А.Самоненко [1], внеся в нее некоторые изменения.
Для более прочного усвоения знаний учащимся предлагалось ответить на вопросы, нацеленные на понимание физического смысла величин и законов механики, представленных в концептуальной схеме. Например:
- Какие виды энергии могут переходить в кинетическую энергию?
- Может ли внутренняя энергия непосредственно перейти в другой вид механической энергии? и т.д.
Затем учащимся предлагались задачи с учетом «космической» темы выполняемого ими проекта.
- Тело падает в высоты 20 метров. Какова его скорость в конце падения, если тело падает на Земле, Луне, Марсе?
- По горизонтальной поверхности движется тело. Коэффициент трения µ =0,1. На какое расстояние сместится тело, если оно движется на Земле? Луне? Марсе?
- Пружинным пистолетом производится выстрел вертикально вверх. На какую высоту поднимется пуля? Масса пули 0,09 кг. Жесткость пружины 104 Н/м. Деформация пружины при взводе 0,05 м. Выстрел производится на Земле, Луне, Марсе.
Таблица 1. Концептуальная схема механики.
|
Основные |
Основные механические явления |
|||
|
Инерция |
Тяготение |
Упругость |
Трение |
|
|
Пространственные характерстики Протяженность. Метры, (м) |
Перемещение S=S1 + S2 |
Высота h = h2 – h1 |
Деформация x = x1 - x2 |
Путь L = L1+L2+L3+..Li |
|
Время, Секунды, С |
t1 - начало процесса t2 - конец процесса t = t2 - t1 продолжительность процесса |
|||
|
Сила, Н |
Вес (сила инерции) F = ma |
Сила тяготения F = mg |
Сила упругости F= - kx |
Сила трения F = µN |
|
Третий закон Ньютона: тела взаимодействуют с равными по величине и противоположно направленными силами |
||||
|
Энергия, Е Джоули, Дж |
Кинетическая энергия E = mV2 /2 |
Потенциальная тяжести E = mgh |
Потенциальная упругости E = kx2 /2 |
Внутренняя E = µN L |
|
Закон сохранения и превращения энергии Энергия переходит из одного вида в другой, полная энергия сохраняется |
||||
В ходе выполнения проекта группой учащихся была изготовлена действующая модель устройства, которая перемещалась по поверхности, имитирующей ландшафт Марса. Порывы ветра марсианской бури создавались бытовым феном. Учащиеся успешно выступили со своей разработкой на конференциях, конкурсах и Всероссийском фестивале наук.
Таким образом, наша работа показывает, что проектная и исследовательская деятельность учащихся может выступать эффективным стимулом для углубления знаний в основном образовании. Средством связи этих двух форм образования служат особые дидактические средства – концептуальные схемы предмета.