Увлекательная физика: инновационный проект по повышению интереса учащихся к науке

Препринт статьи



Данная статья описывает проект по повышению интереса к изучению физики в школах-заказчиках (школа при Посольстве России в Монголии, МБОУ Школа № 87). Проект реализуется в рамках проекта Южного федерального университета (ЮФУ) «Университетские классы» и сотрудничает с СУНЦ ЮФО. Статья обосновывает актуальность проекта, описывает методику преподавания, результаты предварительных исследований и планы на будущее.

Ключевые слова: изучение физики, демонстрационный урок, эксперимент.

В последнее время наблюдается снижение интереса к изучению физики, особенно в условиях ограниченного учебного времени и отсутствия проектно-исследовательской поддержки. Проект «Увлекательная физика» направлен на вовлечение обучающихся 7 классов в изучение физики через разнообразные эксперименты и демонстрации, опираясь на современные методики и учитывая запросы школьников. Проект реализуется студентами ЮФУ, имеющими опыт в области популяризации науки и подготовке образовательного контента, и взаимодействует с СУНЦ ЮФО, используя их материально-техническую базу.

Современная образовательная среда сталкивается с рядом проблем, связанных с недостаточной заинтересованностью школьников в естественно-научных дисциплинах. Именно поэтому был разработан проект «Увлекательная физика», который реализуется в рамках инициативы ЮФУ «Университетские классы». Этот проект направлен на популяризацию физики среди обучающихся и формирование у них интереса к данной науке.

Одной из значимых вех этого проекта стало открытие отделения Университетских классов в Монголии. В связи с этим возникла необходимость создания курса или серии уроков, которые впоследствии будут предложены учащимся данной страны. Важно отметить, что нашей команде, состоящей из студентов, не достаёт материально-технической базы для проведения полноценного обучения, поэтому мы договорились о сотрудничестве с СУНЦ ЮФО, который предоставит нам доступ к своему оборудованию в обмен на очные уроки, которые будут проводиться в данной образовательной организации.

В рамках этой инициативы мы уже продемонстрировали свои достижения в проекте SfeduNet, ведя активный канал в социальной сети ВКонтакте, где размещали уроки, снятые с нашей доступной базой. Эти материалы вызвали интерес у школ в Монголии, подтвердив важность нашего подхода к обучению.

«Увлекательная физика» — это не просто набор уроков по школьной программе; это возможность взглянуть на науку с другой стороны и открыть для себя интересные моменты, которые делают физику живой и увлекательной. Мы ставим своей целью не просто соблюдение учебного плана, а использование его как основы для глубокого погружения в предмет. Это позволяет нам сочетать традиционные аспекты физики с инновационными подходами.

Каждый урок нашего курса будет состоять из нескольких ключевых разделов:

1. Историческая справка — мы расскажем об экспериментах и учёных, которые впервые провели то или иное исследование.
2. Физическая составляющая — в этом блоке мы углубимся в теорию, изучим формулы и определения, которые лежат в основе данных физических исследований и экспериментов.
3. Устройство и принцип работы — предоставим учащимся возможность ознакомиться с экспериментальной установкой и ключевыми приборами.
4. Реконструкция исторического эксперимента — мы повторим исторический эксперимент с теоретическим обоснованием, объясняя, по какому принципу он работает. Этот акцент на реконструкции исторических опытов по физике станет одной из наших уникальных черт. Мы стремимся реконструировать физику — как это делают «Уральские умельцы» с физическими моментами из сказок или «Разрушители легенд» — с городскими легендами.
5. Применение в современном мире— мы будем реализовывать принцип «связи с жизнью», чтобы учащиеся понимали, как знания, полученные на наших уроках, могут пригодиться в реальных ситуациях.

В начале нашей работы над проектом мы провели три ярких и познавательных урока по основам физики, охватив темы гидростатика и термодинамика. Каждый из уроков был насыщен практическими экспериментами, которые помогали школьникам лучше понять основные физические законы и явления.

Продолжая реализацию проекта, мы решили действовать последовательно и дальнейшие уроки разрабатывать без «скачков» по разделам. В результате обсуждения нашего проекта со школами-заказчиками мы определили нашу целевую аудиторию — школьники 7 классов и решили создать курс по разделу «Механика».

Далее в тексте статьи представлено краткое описание каждого демонстрационного урока, проведённого или запланированного в рамках нашего проекта.

Гидростатика

Урок 1: Сила Архимеда и закон Паскаля

Первый урок был посвящен основным понятиям гидростатики. Мы обсудили закон Архимеда и закон Паскаля, а также провели ряд опытов, чтобы продемонстрировать эти законы.

Урок включал в себя следующие эксперименты:

Опыт Архимеда. Мы ознакомились с его (Архимеда) трактатом о жидкостях [1], но демонстрировали современную версию опыта с использованием ведёрка Архимеда. С помощью этого эксперимента мы показали, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. Также с помощью этого эксперимента мы показали, что вес тела, погруженного в жидкость равен весу вытесненной жидкости. [7] В рамках урока, мы также продемонстрировали три случая для тела, погруженного в жидкость. [9]

Опыты Паскаля. Мы провели эксперименты, с различными трубками погруженными в жидкость. Эти эксперименты были описаны в его трактате о равновесии жидкостей. [3]

Поплавок Декарта. Этот опыт объединил в себе закон Архимеда и закон Паскаля. Эта экспериментальная установка позволяла управлять «водолазом» в стеклянном сосуде с помощью «силы мысли», но, конечно, на самом деле, с помощью законов физики. [2]

Урок 2: Атмосферное давление

Второй урок был посвящён атмосферному давлению. В рамках этого урока мы рассказали об атмосферном давлении и показали, что это давление не такое уж и неощутимое, как нам кажется на первый взгляд. Для доказательства существования атмосферного давления были проведены следующие эксперименты:

Эксперимент Отто фон Герике с Магдебурскими полушариями. Он наглядно продемонстрировал силу атмосферного давления. [12] Согласно исторической справке, два полушария не могли разъединиться даже с помощью дюжины лошадей.

Опыт «Фонтан в пустоте». Мы продемонстрировали как атмосферное давление может выталкивать жидкость, вследствие разности давлений. [12]

Кроме того, в рамках урока мы рассказали о создателе ртутного барометра Эванджелисте Торричелли и его опытах с так называемой трубкой Торричелли. [7]

Термодинамика

Урок 3: Виды теплопередачи

Следующий урок был посвящен термодинамике и трем видам теплопередачи: теплопроводности, конвекции и излучению. [8]

Эксперименты:

Для демонстрации существования такого вида теплопередачи, как теплопроводность, мы кипятили воду в бумажном стакане на открытом огне. Такие чудеса физики возможны благодаря тому, что температура горения бумаги гораздо ниже температуры закипания воды. [9]

С помощью вращающейся бумажной вертушки мы продемонстрировали, что теплый воздух поднимается вверх, тем самым показали, что кроме явления теплопроводности существует явление конвекции. [9]

Несмотря на отсутствие экспериментов на явление излучения, мы обсудили его механизм, приводя в пример звезды, как основной источник теплового излучения. В рамках этого раздела урока мы подробно объяснили почему звёзды излучают тепловую энергию. [8]

Механика

Урок 4(1): Механическое движение. Равномерное и неравномерно движение.

Урок начался с обсуждения относительности движения. Был поставлен проблемный вопрос. «Двигаются ли ученики относительно учителя, который ходит по классу?» [10] И как говорит физика, ученики находятся в состоянии движения. После ответа на поставленный вопрос были рассмотрены причины и виды движения: равномерное и неравномерное [4, 5]

В рамках урока мы провели два эксперимента: первый на демонстрацию равномерного движения — опыт, рассматривающий движение машинки на радиоуправлении по столу, второй, демонстрирующий неравномерное движение — опыт со скатыванием шарика по жёлобу. [12]

Урок 5: Явление инерции

Следующий урок, который ещё предстоит провести, будет посвящён явлению инерции и первому закону Ньютона. [5, 6]

Запланированные эксперименты:

Ломание деревянного стержня, подвешенного на бумажных кольцах — наглядная демонстрация явления инерции. [12]

Вытаскивание листа бумаги из-под монеты, стоящей ребром на столе. [11]

Также в видео уроке предполагается проведение более зрелищной версии второго эксперимента, а именно выдёргивание скатерти из-под столовой утвари.

Урок 6: Полиспаст

Этот урок будет посвящён изучению механизмов. Мы планируем провести реконструкцию эксперимента Архимеда и создать полиспаст — устройство, использующее блоки для увеличения силы. [1,7]

В заключение хочется сказать, что каждый из этих уроков наполнен не только теорией, но и различными опытами, многие из которых ученики могут самостоятельно повторить в домашних условиях, что благоприятно сказывается на усвоении физики.

Курс будет адаптирован для дистанционного обучения для школьников, и в частности, для учащихся при Посольстве России в Монголии.

В будущем мы планируем расширить доступность нашего курса и загрузить его на платформу Stepik, чтобы ученики из любой школы могли им воспользоваться.

Мы уверены, что наш проект «Увлекательная физика» не только повысит интерес к физике, но и поможет произвести качественные изменения в образовательном процессе.

Литература:

1. Архимед. Сочинения / Перевод и вступ. статья И. Н. Веселовского, перевод арабских текстов — Б. А. Розенфельда. — М.: Физматгиз, 1962. — 64
2. Сопротивление воды сжатию, Рафаэло Маджиотти -1648.
3. «Классики физико-математических наук: Архимед, Стэвин, Галилей, Паскаль». — М.-Л., Государственное технико-теоретическое издательство, 1932. с. 234–260
4. Метафизика / Аристотель; [пер. с древнегр., вступит, ст. и комм. А. В. Маркова]. — М.: РИПОЛ классик, 2018. — 384 с.
5. Ньютон Иссак. Математические начала натуральной философии. — М.: Наука, 1989. —ISBN 5–02–000747–1, с. 711
6. Галилей Г. Избранные труды в двух томах. Том 1. Автор: Галилео Галилей (Galileo Galilei). Составитель У. И. Франкфурт. Москва: Издательство «Наука», 1964
7. Перышкия, А. В. Физика. 7 кл.: учеб, для общеобразоват. учреждений / А. В. Пе-рышкив. — 2-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2018. — 221
8. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. организаций: базовый и углубл. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. Н. А. Парфентьевой. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Просвещение, 2019–432 с.
9. Перельман Я. И. Занимательная физика. — Санкт-Петербург, СЗКЭО, 2018. — 208 с.
10. Ашкинази Л. Не пугайся, это — физика! 800 оригинальных задач. — М.: ДМК Пресс, 2022. — 292 с.: ил.
11. Майк Барфилд «Безумные эксперименты», 2021.-96 с.
12. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Часть 1. Механика, молекулярная физика, основы электродинамики. Пособие для учителей. Издание 3-е, переработанное. Под редакцией А. А. Покровского. Авторы: Владимир Алексеевич Буров, Борис Сергеевич Зворыкин, Алексей Петрович Кузьмин, Александр Андреевич Покровский, Иван Михайлович Румянцев. —Москва: Издательство «Просвещение», 1978.