Победа над потерей энергии
учебно-методический материал по физике (7 класс) на тему

Название экспериментариума

Победа над потерей энергии

Возрастная группа обучающихся (класс)

7  кл.

Разработчик экспериментариума

Додонова Ирина Александровна

Методическое объединение разработчика экспериментариума

МО учителей физики

Цель экспериментариума

Создание условий для развития у обучающихся компетенций учебно-исследовательской деятельности в связи с патриотической тематикой при изучении темы «Коэффициент полезного действия. Энергия»

Задачи экспериментариума

• обсудить понятия «коэффициент полезного действия» и «энергия»
• экспериментально определять значения КПД, кинетической и потенциальной энергий, описывать взаимные энергопереходы
• повысить интерес обучающихся к самостоятельной деятельности, сформировать понимание того, что весь мир вокруг является объектом познания
• развивать умение применять полученные знания в повседневной жизни, прогнозировать последствия принимаемых решений
• способствовать развитию у обучающихся нестандартного творческого мышления, умений создавать оригинальные продукты

Педагогические технологии

обучение вне стен классной комнаты

Используемые площадки проведения

• Здание школы
• Аллея пионеров-героев артековцев
• Памятник Неизвестному матросу
• Территория лагерей
• Студии доп.образования

Краткое описание (аннотация) экспериментариума

В ходе занятия обучающиеся становятся исследователями, самостоятельно открывающими для себя новые знания и проектирующими проведение учебных экспериментов

Темы занятий в рамках экспериментариума

Блок общего образования

Блок дополнительного образования

Блок образовательной деятельности в лагере

1. КПД в МДЦ.
2. Энергия «Артека».

КПД и энергия студии

Энерго-рекорды лагеря

Объем учебного времени

Структурные блоки экспериментариума

Реализаторы/количество академических часов

Учитель

Педагог дополнительного образования

Педагогический работник лагеря

Блок общего образования

4

Блок дополнительного образования

1

2

Блок образовательной деятельности в лагере

1

2

Сумма

6

2

2

Общие ожидаемые результаты экспериментариума (продукты и эффекты)

1.

Продукты, созданные обучающимися

• Сборник рекомендаций по увеличению КПД «Маленькие победы над большими потерями энергии»
• «Книга энерго-рекордов лагеря»
• Заполненные обучающимися оценочные листы индивидуальной учебно-исследовательской деятельности «История моих побед»

2.

Эффекты экспериментариума (предметные, метапредметные, личностные)

• Предметные: представление о коэффициенте полезного действия, об энергии, её источниках, видах и взаимных превращений; знание/понимание формул для расчёта КПД, кинетической и потенциальной энергий; применение этих знаний на практике.
• Метапредметные: овладение навыками работы в группе; обнаружение вокруг себя объектов познания и областей применения новых знаний; способность опираться на культурно-исторический опыт предшествующих поколений, дополняя (подтверждая/опровергая) его достижениями современности; навыки устной и письменной речи, умения формулировать и аргументировать собственную позицию по актуальным вопросам.
• Личностные: формирование познавательного интереса; развитие патриотического отношения к истории нашей страны в целом и Крыма в частности, творческих способностей и практических умений, самостоятельности в приобретении знаний, способности обосновывать и оценивать результаты своих действий, развитие творческой инициативы.

Состав рабочей группы:

Направления деятельности (задачи)

Учитель

Разработка экспериментариума, подготовка технологической карты, дидактического и информационного материала, подбор информационных источников, постановка задач и разъяснение способов деятельности обучающихся в рамках самостоятельной работы, предметное консультирование, организация рефлексии обучающихся по итогам самостоятельной работы в предметном блоке, разработка критериев оценки результатов самостоятельной работы в экспериментариуме, проведение аттестации обучающихся по экспериментариуму, участие в презентации творческих продуктов. Организация межструктурного взаимодействия (школа, партнёр, лагерь, дополнительное образование). Взаимодействие с подразделениями, отвечающими за материально-техническое, транспортное сопровождение экспериментариума, и специалистом, курирующим заключение договоров.

Педагог дополнительного образования

Если вначале школа.

Обращать внимание детей на коэффициент полезного действия используемых в студии механизмов, способы его увеличения (уменьшение трения в осях механизмов и их веса). В ходе занятий обсуждать понятие «энергия» (способность совершить работу), её источники (пища для человека, топливо для техники, двигатели, электростанции), виды (механическая, электрическая, кинетическая (энергия движения), потенциальная (энергия взаимодействия), внутренняя (энергия движения и взаимодействия наших молекул, температура как её показатель) и др.), взаимные превращения (кинетическая в потенциальную и наоборот, кинетическая с потенциальной во внутреннюю, механическая в электрическую и наоборот).

Если вначале студия.

При знакомстве с инструментами работы рассмотреть способы повышения их срока службы, усовершенствования для минимизации силовых и временных затрат, энергетических потерь. Что понимают дети под «энергетическими потерями»? Пусть порассуждают о смысле слова «энергия». Привести их к пониманию энергии как способности совершать работу. Обсудить разные её виды (механическая, электрическая, энергия движения, энергия взаимодействия) и источники (питание, топливо и др.). Перечислить обнаруженные виды энергии в данной студии, проследить их взаимные превращения.

Педагогический работник лагеря

Составить «Книгу энерго-рекордов лагеря» (в электронном или бумажном виде, видеорепортаж), на которой расположены:

• места, где есть источники энергии (пункты питания, источники электричества), и какие
• самое высокое и самое низкое строения на территории лагеря   с указанием на них:

• максимально и минимально возможной потенциальной энергии Еп = mgh =… Дж (масса самого тяжёлого ребёнка для самого высокого здания и масса самого лёгкого для низкого строения (в кг) ∙ 9,8 ∙ высоту самой верхней точки сооружения (в метрах))
• максимальной (для высокого здания) и минимальной (для низкого) кинетической энергии: дети из самой отдалённой точки каждого из выбранных зданий выбегают как можно быстрее на улицу. Измеряется длина всей линии движения, время для каждого участника. Рассчитывается скорость самого быстрого (с мéньшим затраченным временем) в высоком здании и самого медленного (с наибольшим временем) в низком здании: длина в метрах делится на время в секундах. Для этих детей определяется соответственно наибольшая и наименьшая кинетическая энергия: скорость в квадрате умножается на массу, и всё делится на два:   = … Дж
• КПД (коэффициенты полезного действия) при движении в этих зданиях: кратчайшее расстояние (в метрах, можно воспользоваться официальной схемой здания) разделить на длину всей линии фактического движения (в метрах) и умножить получившийся результат на 100%
• способов по увеличению КПД (уменьшению лишних затрат энергии, времени, сокращению проходимых путей).

№

Перечень

Назначение

Кол-во

1. Материально-техническое сопровождение

Таблицы по физике

Усвоение нового материала

2 шт.

Мультимедийный экран

Демонстрация мультимедиа

1 шт.

Ноутбуки с выходом в интернет, программным обеспечением цифровой и виртуальной лабораторий, и инфо-центра

Поиск новой информации.

Проведение исследования

6 шт.

Датчики силы

Проведение исследования

4 шт.

Динамометры

Проведение исследования

6 шт.

Весы (электронные)

Проведение исследования

6 шт.

Секундомер

Проведение исследования

6 шт.

Измерительная рулетка

Проведение исследования

6 шт.

Флипчарт (офисная доска) с маркерами

Фронтальная работа

1 шт.

Магнитики

Для работы с классом на доске

20 шт.

Фото- и видеозаписывающее устройство

Демонстрация исследований, оцифровка результатов

1 шт.

Бумага А4

Раздаточный материал

1 уп.

Цветная бумага А4

Раздаточный материал

50 л.

Цветной принтер

Раздаточный материал

1 шт.

Цветные карточки

Жеребьёвка (деление на группы)

1 уп.

Цв.бумага

Оформление страниц

1 н.

Фломастеры/карандаши/мелки восковые

4 уп.

Точилка

4 шт.

Ластик

4 шт.

Скотч

4 шт.

Ножницы

4 шт.

Клей

4 шт.

2. Транспортное обеспечение

-

3. Информационно-техническое обеспечение

Вожатые

Сопровождение обучающихся во время учебных занятий при выполнении «лестничных работ»

2

Специалист по ИКТ

Обеспечение качественного доступа к Интернету и рабочего состояния компьютерной техники

1

Учебное занятие № 1

Предмет

Физика

Реализатор(ы)

Учитель физики Додонова Ирина Александровна

Тема занятия в рамках экспериментариума

КПД в МДЦ

Кол-во часов в рамках экспериментариума

2

Цель занятия в рамках экспериментариума

Создание условий для самостоятельного открытия и понимания обучающимися смысла понятия «коэффициент полезного действия»

Форма реализации

Учебно-исследовательская деятельность обучающихся, самостоятельное открытие нового знания

Место проведения

Аллея пионеров-героев артековцев (или здание школы в плохую погоду)

Предметное содержание общего образования в соответствии с КТП

Темы занятий (по КТП)

Кол-во часов (по КТП)

Коэффициент полезного действия. Исследовательская работа «Определение КПД при подъёме по наклонной плоскости»

2

Модель занятия и хронометраж

Ход этапов занятия

Формы взаимодействия/ обучения детей

Площадки проведения обучения

Время

1. Оргмомент

Приветствие обучающихся. Знакомство.

Площадка перед школой

(кабинет физики в плохую погоду)

5 мин

2. Мотивация, актуализация

Беседа о тематике смены, о победах, о затраченных усилиях для этого (передвижение солдат, обход препятствий), об их сокращении без ухудшения итога (на примере подъёма тела по наклонной плоскости и без неё). Получение и обсуждение ассоциативных карточек с физическим содержанием, необходимым для дальнейшей работы. Введение нового понятия для доли полезной работы и его обозначения – коэффициент полезного действия η

20 мин

3. Целеполагание

Деление на группы с обсуждением связующих понятий. Поиск взаимосвязи образовавшихся величин. Планирование работы по изучению затраченной и полезной работы (при своём спуске, и при подъёме тела по наклонной поверхности).

10 мин

4. Проведение исследований

Передвижение от школы к Аллее с фиксацией затраченного времени (или спуск между этажами) и получением информации об Аллее.

Школа - Аллея

(здание школы)

7 мин

Каждая группа делится на две подгруппы для знакомства с информацией о пионерах-героях, расчёта затраченной и полезной работы при подъёме двух разных тел (с гладкой и шероховатой поверхностями) по наклонной плоскости (определяется на месте; по перилам между этажами), полной и полезной работы силы тяжести при спуске (к Аллее; между этажами). Определяют потери, находят отношение полезной работы к затраченной. Продумывают способы уменьшения «лишней» работы.

Аллея (кабинет физики в плохую погоду)

18 мин

5. Заседание научного общества

Отчёт групп по результатам своих исследований (по предмету). Сравнение КПД на разных участках. Обсуждение способов по увеличению КПД при движении по наклонной плоскости и при спуске (между этажами). Рассуждение о применимости КПД к человеческой жизни. Обмен информацией о пионерах-героях.

Аллея пионеров-героев артековцев

13 мин

6. Итоги, рефлексия

Попытка рассчитать свой личный жизненный КПД (общий возраст разделить на годы своей полезности окружающим)

Аллея - Школа

7 мин

Рекомендации по проведению аналогичных исследований на территории своих лагерей, результаты которых будут внесены в «Книгу энерго-рекордов лагеря»

Площадка перед школой

(кабинет физики в плохую погоду)

3 мин

Работа с рефлексивно-оценочной частью индивидуальных листов. 

QR – тестирование (вопросы с вариантами ответов в индивидуальных оценочных листах и в приложении учителя)

7 мин

Ожидаемые результаты (предметные, метапредметные, личностные)

• Предметные: представление о коэффициенте полезного действия; знание/понимание формулы для расчёта КПД; применение этих знаний на практике.
• Метапредметные: овладение навыками работы в группе; обнаружение вокруг себя объектов познания и областей применения новых знаний; способность опираться на культурно-исторический опыт предшествующих поколений, дополняя (подтверждая/опровергая) его достижениями современности; навыки устной и письменной речи, умения формулировать и аргументировать собственную позицию по актуальным вопросам.
• Личностные: формирование познавательного интереса; развитие патриотического отношения к истории нашей страны в целом и Крыма в частности, творческих способностей и практических умений, самостоятельности в приобретении знаний, способности обосновывать и оценивать результаты своих действий, развитие творческой инициативы.

Критерии оценки результатов

В соответствии со следующими критериями выставляются отметки:

• процент верных выводов, результатов выполненных исследований и QR – тестирования

 80% - «5»

 65% - «4»

• содержание ответов рефлексивно-оценочной части

Формы контроля результатов

Выполнение исследовательских заданий

QR – тестирование

Заполнение рефлексивно-оценочной части

Самооценка индивидуальной работы

Взаимооценка работы в группах

Наблюдение учителя за работой обучающихся в течение занятия

Учебное занятие № 2

Предмет

Физика

Реализатор(ы)

Учитель физики Додонова Ирина Александровна

Тема занятия в рамках экспериментариума

Энергия «Артека»

Кол-во часов в рамках экспериментариума

2

Цель занятия в рамках экспериментариума

Создание условий для самостоятельного открытия и понимания обучающимися смысла понятия «энергия», её видов, источников и взаимных превращений

Форма реализации

Учебно-исследовательская деятельность обучающихся, самостоятельное открытие нового знания

Место проведения

Памятник Неизвестному матросу (или здание школы в плохую погоду)

Предметное содержание общего образования в соответствии с КТП

Темы занятий (по КТП)

Кол-во часов (по КТП)

Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия. Превращение одного вида энергии в другой. Решение задач по теме «Энергия».

3

Модель занятия и хронометраж

Ход этапов занятия

Формы взаимодействия/ обучения детей

Площадки проведения обучения

Время

1. Оргмомент

Приветствие обучающихся. Введение в сюжет занятия по личным «сегодняшним» КПД, по затраченным и полезным усилиям, энергии

Площадка перед школой

(кабинет физики в плохую погоду)

5 мин

2. Актуализация. Мотивация

Рассуждения о смысле понятия «энергия», её видах, источниках, взаимных превращениях. Деление на исследовательские энерго-отделы по ассоциативным карточкам для закрепления старой и актуализации знаний для новой темы.

15 мин

3. Целеполагание

Обсуждение групповых физических величин. Поиск взаимосвязи между ними. Получение заданий. Планирование и распределение обязанностей.

5 мин

4. Работа энерго-отделов

Эксперимент по нахождению скорости и КПД по передвижению всего класса от школы до памятника Неизвестному матросу с фиксацией каждым затраченного времени.

Школа – Памятник (здание школы)

10 мин

Обработка и сравнение результатов с учётом данных по пройденному и кратчайшему расстояниям и высот над уровнем моря. Предложения по увеличению КПД в данном случае, по уменьшению в пустую затраченной энергии. Расчёт своих кинетической и потенциальной энергий по результатам измерений во время движения от школы к студии, используя карты с указанными расстояниями и высотами над уровнем моря). Получение группами материалов на патриотическую тему (карты военных действий в Крыму, эвакуации Артека). Расчёт кинетических и потенциальных энергий в ходе передвижения разным видом транспорта согласно рассматриваемым маршрутам. Поиск на предложенных картах примеров полной и полезной работы, оценка возможных КПД. Заполнение групповых страниц рекомендациями по повышению КПД и уменьшению энерго-потерь. Расчёт энергий для тел, двигавшихся по наклонной плоскости (учесть массу и время).

Памятник Неизвестному матросу (кабинет физики в плохую погоду)

20 мин

5. Энерго-совет

Отчёты отделов (самые высокие результаты личных кинетической и потенциальной энергий в группах, сравнение полученных данных по маршрутам карт, оформление Сборника рекомендаций по увеличению КПД «Маленькие победы над большими потерями энергии»)

15 мин

6. Итоги, рефлексия

Обратный маршрут с фиксацией времени движения для сравнения скоростей и энергий при спуске и подъёме

Памятник – Школа (здание школы)

10 мин

Рекомендации по проведению аналогичных исследований на территории своих лагерей, результаты которых будут внесены в «Книгу энерго-рекордов лагеря»

Площадка перед школой

(кабинет физики в плохую погоду)

2 мин

Работа с рефлексивно-оценочной частью индивидуальных листов. 

QR – тестирование (вопросы с вариантами ответов в индивидуальных оценочных листах и в приложении учителя)

8 мин

Ожидаемые результаты (предметные, метапредметные, личностные)

• Предметные: объяснять условия равновесия тел, совершения работы, знать формулы для расчёта выталкивающей силы, работы и мощности, понимать смысл закона Архимеда и «Золотого правила» механики.
• Метапредметные: овладеть навыками самостоятельной постановки цели, планирования, самоконтроля, научиться работать в группе, находить вокруг себя объекты познания и видеть в окружающей реальности области применения новым знаниям, опираться на культурно-исторический опыт предшествующих поколений, дополняя (подтверждая/опровергая) его достижениями современности.
• Личностные: сформировать познавательный интерес, развивать творческие способности и практические умения, самостоятельность в приобретении знаний, способность обосновывать и оценивать результаты своих действий, развивать творческую инициативу

Критерии оценки результатов

В соответствии со следующими критериями выставляются отметки:

• процент верных выводов и результатов выполненных исследований

 80% - «5»

 65% - «4»

• качество подготовки карты и выполнения поисковой работы

высокое, самостоятельно - «5»

высокое, с помощью; хорошее, самостоятельно - «4»

• содержание ответов рефлексивно-оценочной части

Формы контроля результатов

Выполнение исследовательских заданий и творческих работ

QR – тестирование

Заполнение рефлексивно-оценочной части

Самооценка индивидуальной работы

Взаимооценка работы в группах

Наблюдение учителя за работой обучающихся в течение занятия

Дополнительная общеобразовательная программа

Реализатор(ы)

Педагог допобразования Семёнов С.С.

Тема занятия в рамках экспериментариума

Кол-во часов в рамках экспериментариума

2

Форма реализации

Физический практикум

Место проведения

Студия дополнительного образования

Модель занятия и хронометраж

Этапы

Взаимодействие

Площадки/формы

Хронометраж

Ожидаемые результаты (предметные, метапредметные, личностные)

Полезные для будущей экспедиции физические расчёты

Критерии оценки результатов

Качество участия в физическом практикуме и степень самостоятельности

 75%, самостоятельно – I степень

 75%, не самостоятельно; 50%, самостоятельно – II степень

Формы контроля результатов

Наблюдение, задания физического практикума.

Образовательная программа лагеря

Реализатор(ы)

Педагогический работник лагеря Деревянко Кристина

Тема занятия в рамках экспериментариума

Спонсоры! Ау!

Кол-во часов в рамках экспериментариума

2

Форма реализации

Рекламная кампания

Место проведения

Территория лагеря

Модель занятия и хронометраж

Этапы

Взаимодействие

Площадки/формы

Хронометраж

Ожидаемые результаты (предметные, метапредметные, личностные)

Демонстрация буктрейлера

Критерии оценки результатов

Доля активного участия в создании конечного продукта

 75% – победители

 50% – призёры

Формы контроля результатов

Наблюдение, демонстрация творческих продуктов.