Практическая часть по теме "Метапредметные компетенции на уроках физики"

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Кейс №1 Тема: «Круговорот воды в природе»

Август и сентябрь 2013 года выдались дождливыми, в результате чего оказались подтопленными большие территории Дальневосточного Федерального округа. Разрушительные наводнения, охватившие регион, принесли много миллиардные убытки. Такого полноводья в Амурском крае не видели с 1896 года. За истекшие два десятилетия в мире количество случаев опасных гидрометеорологических явлений и неблагоприятных условий погоды, нанесших социальный и экономический ущерб, только увеличивается.   Каковы же истинные причины наводнений?        

Вопросы к кейсу

1.Каковы истинные причины дождя? (1 группа)

2.Какие процессы, с точки зрения физики, негативно влияют на круговорот воды, провоцируя наводнения? (2группа).                                                                                            

3. Какие меры необходимо предпринимать, чтобы уменьшить вероятность наводнений в будущем? (3 группа).

КЕЙС №2 Тема: «Физика- наука о природе»

Однажды, совершенно незнакомые друг другу люди, ехавшие в 7 вагоне поезда «Оренбург – Москва» оживлённо разговаривали и спорили о науке физике.

Молодая девушка Ольга рассказала, что она студентка педагогического института, и что она - будущий учитель физики.

- Почему ты выбрала именно этот предмет, ведь он такой сложный? – спросила Марина Леонидовна, которая была экономистом со стажем.

- Да вы знаете, какая это интересная и важная наука! Физика – это всё то, что окружает нас в жизни, в природе, в быту! Физика - она вокруг нас!

- Как это верно! - вступил в разговор врач Егор Семёнович, - без достижений физики сегодняшняя медицина была бы «без глаз» и «без рук», ведь основа современной медицинской диагностики базируется на достижениях физики, а как с помощью физики продвинулась на немыслимые высоты хирургия и терапия!

- Верно! - сказал семиклассник Сергей, - я читал в интернете, что теперь можно излечить от слепоты даже людей незрячих от рождения. В зрачки вживляют видеокамеру, которая видеосигнал по припаянным к ней лазером нервным окончаниям, передаёт в мозг и у человека формируется изображение! Представляете!

- Вот именно! – обрадовано сказала Ольга, - вот какой замечательной наукой я занимаюсь!

- Нельзя вмешиваться в созданное природой! Нельзя! Я против этого, а значит и против физики! -убеждённым и ровным голосом сказал, молчавший до этого, Николай Фомич

Вопросы к кейсу:

1. Попробуйте продолжить кейс, отстаивая позицию либо «за» либо «против» науки физики. Для этого выберите себе роль и аргументируйте свою точку зрения.

2. Можно ли почерпнуть новые знания из данного кейса? Все ли факты можно назвать научными?

3. Возникли ли у вас вопросы по кейсу, на которые вы бы хотели найти ответы?

4. Поставьте, опираясь на кейс, для себя задачу к следующему уроку.

Кейсы бывают абсолютно разные: тематические, научные, кейсы-инструкции, видео кейсы, но все они обязательно должны содержать реально возможную ситуацию из жизненного опыта людей. А так же в кейсе должны быть противоречия, которые дадут возможность рассуждать и ставить перед собой вопросы.

КЕЙС № 2

Тема: « Принцип работы СВЧ-печи»

Микроволновая печь или -печь— электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или подогрева пищи, размораживания продуктов в быту с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (обычно с частотой 2450 МГц). В промышленности эти печи используются для сушки, разморозки, плавления пластмасс, разогрева клеев, обжига керамики и т. д. В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это сокращает время разогрева продукта.

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг — это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже.

Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.

Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления. Нельзя нагревать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

Вопросы:

1. Знаком ли вам этот прибор? Какая информация была для вас новой, а какая была уже вам известна?

2. Встретились ли вам незнакомые термины в кейсе? Как можно узнать их значение?

3. В чём преимущества использования данного прибора в быту, а какие вы видите недостатки? Какие меры безопасности нужно соблюдать при работе с этим бытовым прибором?

4. Поставьте для себя задачи, опираясь на данный кейс, к следующему уроку.

КЕЙС №3 (демонстрируется видеофрагмент старта космического корабля)

Вопросы к кейсу: Тема: «Реактивное движение»

Какое событие представлено в видеокейсе? Известно ли вам физическое явление, которое лежит в основе данного события?

1. Какие особенности события вы заметили при просмотре видеокейса?

2. Сформулируйте для себя задание на дом (на урок), опираясь на данный кейс

КЕЙС №4 Тема: «Проводники и диэлектрики»

Механик автоколонны по перевозке нефти Сидоров Пётр Кузьмич не подписал путёвку в рейс Синицину Дмитрию Викторовичу, так как на его бензовозе цепь утратила несколько звеньев и была недостаточно длинной. Однако Синицин самовольно покинул автогараж и уехал в рейс, так как не хотел, чтобы пропал рабочий день. На посту ДПС бензовоз был остановлен и отправлен на принудительную стоянку за несоблюдение правил перевозки опасных грузов. По решению суда Синицин был лишён водительских прав сроком на 1 год.

Вопросы к кейсу:

1. Зачем к бензовозам прицепляют цепь до земли?

2. Прав ли был механик автоколонны?

3. Не слишком ли суровое наказание понёс Синицин? Какой лучший выход можно было найти в данной ситуации?

4. Всё ли вам известно, чтоб верно разобраться в поставленных вопросах. Сформулируйте для себя задание по данному кейсу, которое вы выполните к следующему уроку ( на следующем этапе урока).

Тема «Строение вещества. Взаимное притяжение и отталкивание молекул»»

КЕЙС №5

Вася и его папа инженер Васильев Сергей Дмитриевич утром пили чай. Вася налил себе полный до краёв стакан с чаем. Сергей Дмитриевич сказал:

- Отлей, иначе чай выливаться будет, когда ложечкой сахар размешивать будешь.

- Конечно отолью, ведь и сахар мне сыпать некуда будет, - с умным видом согласился Вася.

- Сахар насыпать можно, чай не выльется! Но размешивать его будет неудобно.

- Как же не выльется, стакан ведь уже полон! - удивился Вася.

Папа взял ложечку и осторожно всыпал целую ложку сахара в чай. Вода из стакана не вылилась.

- Как же так? – воскликнул Вася.

- Ты до вечера подумай почему так произошло, а вот вечером мы всё обсудим, а в гости науку физику пригласим, - таинственно сказал папа.

Вопросы к кейсу:

1.Наблюдали ли вы в своей жизни подобное явление?

2. Почему вода не вылилась из стакана, когда добавили сахар?

3. Какие меры техники безопасности необходимо соблюдать, когда наливаешь горячий чай?

КЕЙС №6 Тема: «Свойства вещества»

Лена и Пётр на поезде ехали в гости к бабушке. Колеса поезда стучали.

- Петя, а почему поезд всё время стучит, время отсчитывает?- спросила младшая сестрёнка Лена своего брата.

- Нет, это поезд по рельсам катится и перепрыгивает с одного полотна на другое, сказал Петя.

- А почему железнодорожные рельсы не делают сплошными?

- Потому, что температура воздуха бывает разная и длина у рельсов становится разная.

- Ничего не поняла, объясни подробнее.

Вопросы к кейсу:

1. Любите ли вы путешествовать на поезде? Почему?

2. Почему железнодорожные рельсы не делают сплошными?

3. Как изменяются зазоры между рельсами при уменьшении температуры воздуха?

4. Попробуйте составить ответ Пети так, чтоб его поняла сестрёнка.

Тема «Плавание тел»

КЕЙС №7

Весна. С крыш домов падали весёлые крупные капли. Вот-вот по дорогам побегут звонкие ручьи. Макс и Ванька смотрели в окно и планировали, как они уже совсем скоро будут запускать кораблики по лужам.

- Макс, а ты уже приготовил кораблики?

- Да что их готовить? Бумага всегда под рукой, можно наделать сколько угодно!

- Нет, я так не люблю! Бумажные корабли очень быстро размокают и приходят в негодность. Хочется сделать, пусть один, но такой, чтоб был, как настоящий! Вот из чего бы лучше сделать? Наверное, попрошу у папы небольшие деревянные брусочки и сделаю себе деревянный кораблик.

- Ну, если хочешь, чтоб как настоящий, нужно, чтоб он был металлический!

- Да ты что! Думай, что говоришь! Металлический кораблик тут же потонет, как гвоздь! Я даже пробовал запустить металлический кораблик, купленный в магазине! Потонул! А, может быть из пенопласта лучше вырезать? Он мягче дерева, вырезать легче будет, и уж точно не потонет.

- Смешно слушать тебя! Говоришь о корабликах, похожих на настоящие, а сам хочешь, чтоб полегче было! Пусть твой магазинный кораблик и потонул, но ведь настоящие корабли не тонут. Давай лучше найдём в интернете советы по изготовлению самодельных кораблей и попробуем сделать сами, ведь время у нас ещё есть!

Вопросы к кейсу.

1.Как ты думаешь, кто из ребят прав? Ты поддержал бы чью- то точку зрения или нет? Почему?

2.Из какого материала ты бы сделал свой кораблик? Почему?

3. Знаешь ли ты, почему не тонут настоящие корабли?

Тема «КПД простых механизмов»

КЕЙС №8

Изобретатель Иванов Сергей Павлович утверждал, что он создал простейший механизм для поднятия грузов с КПД = 110 %. Защищая свою разработку, он заявил, что бесполезную работу, которая тратилась на нагревание трущихся деталей при подъёме, он исключил. Для этого обычные тросы он заменил на шёлковые, которые постоянно увлажнялись за счет смачивания их водой.

Его оппонентами стали мастер цеха и экономист завода, которые доказали, что его изобретение не продумано серьёзно и требует доработки.

Вопросы к кейсу

- Какие аргументы могли выдвинуть мастер цеха и экономист?

- Есть ли физические неточности в тексте?

КЕЙС № 9 Тема: «КПД простых механизмов»

Северов Иван Кузьмич наметил большую стройку. «Нужно прикинуть какое оборудование и стройматериалы необходимо закупить к лету? Какой магазин выбрать?» – думал Иван Кузьмич.

Он открыл страничку рекламы в местной газете. Сразу бросилась в глаза яркая картинка рекламы магазина «Всё для Вас» на улице Прямой. «КПД наших приборов 100%! Все ваши усилия полностью превратятся в полезную работу! Работай без потерь!» – гласила реклама.

«Что-то подозрительно» - размышлял Иван Кузьмич.

Вопросы к кейсу

- Что такое КПД простых механизмов?

- В чем заключается обманный ход компании, чтобы провести покупателей?

Тема «Диффузия»

КЕЙС №10

Мама попросила свою дочку Аню развесить цветное бельё после стирки. Аня тоже постирала своё белое бельё и положила в таз с цветным бельём, чтоб удобней было всё вместе вынести на улицу. Но тут ей позвонила её любимая подруга Света. Девочки были настоящими подружками, столько всего их объединяло: общие проблемы в школе, репетиция спектакля в ДШИ, обсуждение новой серии любимого детского сериала. Время прошло незаметно, но Аню помнила, что нужно развесить бельё. Она простилась со Светой и побежала вешать бельё.

Как же расстроилась Аня. Белое бельё полиняло о цветное.

- Как же так? – воскликнула Аня.

Вопросы к кейсу:

1. Случалось ли в вашей жизни подобное?

2. Почему полиняло белое бельё? Объясните с точки зрения физики.

3. Почему цветное и белое бельё необходимо стирать отдельно?

КЕЙС №11 Тема: «Диффузия»

Самые вкусные солёные помидоры консервирует бабушка Славика Елена Викторовна.

- Бабушка, а почему твои помидоры такие вкусные? – спросил Славик.

- Да я в них не только соль, но и сахар, и петрушку, и укроп, и лавровый лист, и смородиновый лист кладу, - ответила бабушка.

- Как же всё это внутрь помидоров попадает?- удивился Слава.

- Так я всё это в рассол кладу, а внутрь помидоров всё само попадает.

Вопросы к кейсу:

1.Знаете ли вы как консервируют помидоры?

2.Какое физическое явление помогает консервировать овощи?

3. Почему лучше помидоры заливать горячим рассолом?

Тема «Сообщающиеся сосуды»

КЕЙС№12

Жил был в одном кухонном государстве обычный чайник. Всё у него было обычное: обычный синий цвет, обычный размер в 2 литра и носик у него тоже был обычный: узенький, и заканчивался на уровне самого чайника.

«Вот бы мне длинный носик, - думал чайник, - тогда меня видно было бы на много лучше! Все бы меня замечали и понимали, что я совсем не обычный чайник, а особенный!» Не успел он как толком эту мысль обдумать, как вдруг – бац! Носик стал у чайника длинный, яркий, красивый. Все стали сразу замечать чайник, обращать на него внимание, даже разглядывать, но вот пользоваться им совсем перестали. В чём дело? Подумал чайник?

Вопросы к кейсу:

- Ребята, а почему, как вы думаете чайником перестали пользоваться?

- Каким свойством обладает чайник?

- А если бы носик у чайника был ниже самого сосуда чайника, было бы удобно? Почему?

8 класс

Тема «Электризация»

КЕЙС №13

Мастеру прядильного цеха Иванову Степану Ивановичу был объявлен выговор за то, что он не следил за режимом влажности в цеху. По его вине, нити при электризации друг о друга и о детали станка, путались и рвались. Степан Иванович с выговором был не согласен. Он считал, что в разрыве нитей виноваты работницы, которые плохо следили за работой станка.

Вопросы к кейсу:

- Почему так важен режим влажности в цехах текстильной промышленности

- Справедливо ли был наказан мастер Степан Иванович?

- Могли ли быть последствия при трении нитей и не соблюдении влажностного режима более серьёзными?

КЕЙС №14 Тема: «Электризация тел»

Комиссия, проверяющая работу в типографии была возмущена тем, что несколько раз в день печатные машины отключались, для проведения в цеху влажной уборки. Это, по их мнению, снижало производительность труда, повышало себестоимость печатной продукции. Мастер цеха Петров Иван Иванович объяснил, что это необходимо делать для того, чтобы снять статическое электричество с бумаги и машины, для предотвращения замятия, разрыва бумаги и возможности пожара.

Вопросы к кейсу:

- Кто прав? Иван Иванович или комиссия?

- Как повысить производительность труда и себестоимость печатной продукции?

КЕЙС №15 Тема: «Тепловые двигатели»

Неприятность в дороге произошла с водителем-любителем Смирновой Ольгой Ивановной. Её автомобиль не доехав немного до автозаправки остановился, т.к. кончился бензин. Ольга Ивановна всегда возила с собой в багажнике, на всякий случай, небольшую, симпатичную, пластиковую канистру с бензином.

- Какая я всё-таки молодец! – подумала Ольга Ивановна, долила бензин в бензобак и поехала дальше.

Вопросы к кейсу:

- Действительно ли «молодец» Ольга Ивановна?

- Какую важную ошибку допустила Ольга Ивановна? Что могло случиться?

- Что должен делать водитель, что бы такая неприятность с ним не случилась в дороге?

Тема «Сопротивление проводников»

КЕЙС №16

Светлов Борис и Иванов Павел решили изготовить резистор для использования на уроках физики. Борис взял медную, а Павел железную проволоку.

- Зря ты берёшь железную проволоку, все проводники лучше делать из медной проволоки, она ценнее и лучше?- сказал Борис.

-Нет, я считаю, что медная проволока не подойдёт, сопротивление получится очень маленькое, - возразил Павел.

-Ну, это смотря какую проволоку взять!- усмехнулся Борис. Всё же, моя лучше.

Вопросы к кейсу

1. Кто прав из друзей?

2. Какими необходимыми характеристиками должна отличаться проволока для изготовления резистора?

3.Как рассчитать сопротивление резистора изготовленного из обыкновенной проволоки?

4.Как проверить, правы ли вы?

КЕЙС №17 Тема: «Сопротивление проводников»

Павел шёл очень расстроенным со школы. Сопротивление изготовленного им резистора не совпало с расчётным. А так хотелось, чтоб всё получилось хорошо, ведь он старался. Правда, учитель физики Анатолий Юрьевич, похвалил Павла за изготовленный прибор, однако сказал, что расстраиваться необходимо не из-за того, что не совпало сопротивление, полученное экспериментально, с расчётным, а из-за того, что мы ещё маловато выучили, чтобы понять, почему это случилось.

- Приди домой и попробуй поискать ответ на вопрос о том, почему не совпало экспериментальное сопротивление с расчётным. Попробуй найти несколько аргументов, выбрать из них самые главные, посоветовал Анатолий Юрьевич.

Вопросы к кейсу.

1. Как вы думаете, почему не совпали сопротивления? А как получилось у вас?

2. Выдвиньте несколько аргументов в поддержку Павла.

3. Назовите и прокомментируйте свои результаты. Почему они получились разные?

Тема «Последовательное и параллельное соединение»

КЕЙС №18

Учитель физики Иванов Алексей Иванович предложил ученикам выполнить учебный проект по оформлению светомузыкой летнюю площадку в лагере отдыха. Одним из условий этого проекта было экономичное использование электроэнергии.

- Чтоб сэкономить электроэнергию нужно спроектировать такую электрическую цепь, чтобы работа электрического тока была минимальной, - рассуждали ребята.

- Нужно все лампочки подсоединить последовательно. Сила тока в цепи будет маленькой, затраченная энергия минимальной. Но если перегорит хоть одна лампочка, все другие лампочки погаснут, - сказал Игорь.

- Такая цепь не подойдёт. Нужно лампочки подсоединить параллельно, тогда если перегорит одна, все другие будут работать, - сказал Костя.

- А может быть нужно использовать и последовательное и параллельное соединение? – задумался Игорь.

- Нужно подумать!

Вопросы к кейсу:

1. Какую бы цепь использовали вы? Почему?

2. Какие правила нужно помнить при эксплуатации электроприборов?

3. Придумайте памятку по грамотному пользованию электроприборами. Обсуди эту памятку в группе.