Тайны и загадки физических явлений

11.02.201907.04.2019
Младшие школьники очень любят проводить опыты. Давайте предоставим им такую возможность. Курс рассчитан на организацию занятий в школе во внеурочное время. Задача курса - организация исследовательской деятельности младших школьников с проведением наблюдений и постановкой опытов по теме «Тайны и загадки физических явлений». Форма организации работы школьников: общеклассная работа, работа в парах и группах. В итоговой работе по курсу мы предлагаем каждому младшему школьнику (а лучше - в микрогруппах или парах) провести опыт по физике и выполнить несколько заданий. Каких? Не сомневайтесь, будет интересно!

Мини-курс предполагает два вида работ.

Первый вид работы — это общеклассная, общегрупповая работа младших школьников при поддержке педагога.

Этот вид работы состоит из трёх тем (частей): «Улыбка Чеширского кота», «Молекулы и атомы», «Опыты своими руками».

По итогам этих трёх частей ждём от вас, уважаемые педагоги, итоговую презентацию о работе детей по данному мини-курсу. В конце презентации обязательно представьте список детей- участников мини-курса. На основе этой презентации вы получите именной сертификат учителя.

Второй вид работы — это индивидуальная (или микрогрупповая) работа, за которую школьники получают баллы и именные сертификаты.

Уважаемые педагоги! Чтобы ваши дети получили именные сертификаты им необходимо персонально зарегистрироваться на странице мини-курса. И прикрепить материалы, в создании которых они принимали участие. Помогите им выполнить эти виды работ. Попросите родителей помочь зарегистрировать детей (завести электронную почту и записаться на курс). Это ребятам пригодится на все последующие сессии.

 

Часть 1. Улыбка Чеширского кота

Шаг 1.

У.: Знаете ли вы, кто такой «Чеширский кот» и чем он необычен? (обсудите с детьми)

Шаг 2.

Давайте прочитаем текст.

…Легенда рассказывает, что однажды Демокрит (древнегреческий философ) сидел на камне у моря, держал в руке яблоко и размышлял: «Если я сейчас это яблоко разрежу пополам – у меня останется половина яблока; если я затем эту половину снова разрежу на две части – останется четверть яблока; но если я и дальше буду продолжать такое деление, всегда ли у меня будет оставаться часть яблока? Или же в какой-то момент очередное деление приведет к тому, что оставшаяся часть уже не будет обладать свойствами яблока?»

У.: Что вы думаете по этому поводу? Какие версии возникли в ходе разговора в вашем классе?

 Примечание 1

Специально о веществе и строении вещества мы будем говорить на следующей встрече. Пока же давайте сделаем первую пробу обсуждения этой темы. Для этого нужно только зафиксировать детские реплики.

Примечание 2

Какие могут быть детские версии?

  1. Кто-то сочтёт, что яблоко можно делить до бесконечности и эти частички всегда будет яблоком.
  2. Кто-то выскажет предположение, что частицы можно делить до определенного этапа и потом их просто будет невозможно разделить.

Могут быть и другие версии.

При этом нужно учитывать, что часть детей уйдет в обсуждение того, а чем делить эти частицы, что «ножом» это сделать невозможно и т.д. Кто-то начнет обсуждать, что в яблоке есть еще сок и т.д.

Другими словами, кто-то из школьников будет размышлять в слое абстракции про строение вещества, а кто-то «уйдет» в область конкретных действий и в область натурального восприятия.

Важно в ходе обсуждения различать эти «стратегии» и не уходить в «натуральную детализацию».

Шаг 3.

У.: Представим ситуацию. Мы взяли ложку сахара и размешали ее в стакане с водой.  Сахара растворился. А что с частицами сахара происходит дальше?

Примечание

После короткого обсуждения о том, что происходит с частицами сахара после растворения, группы школьников получают следующий текст для работы:

 «Среди представлений дошкольников, о том, что происходит с сахаром (или солью) при их растворении в воде, есть такие:

Частицы распадаются на части до бесконечности бесконечно долгое время (причем это происходит с каждой частицей).

Частицы распадаются и исчезают, оставляя после себя только вкус.

Частицы делятся лишь до некоторой величины и остаются такими неограниченное время.»

Шаг 4.

У.: Обсудите в группах смысл каждой версии, сделайте схематические изображения каждого варианта в своих рабочих тетрадях. Нарисуйте свои схемы на доске.

–Какие у вас есть возражения к той или иной версии?

–Какие вопросы можно задать к каждой из версий?

–Запишите эти вопросы в свои рабочие тетради.

–Какая из версий вам ближе?

Шаг 5.

У.: Некоторые дошкольники считают, что если соль или сахар растворить в воде, то вещество будет распадаться на частицы до тех пор, пока частицы полностью не исчезнут. При этом вкус останется.

–Согласны ли вы с таким понимаем?

–Если не согласны, то как доказать, что частицы вещества не исчезают?


В группах или индивидуально выберите из списка нужное оборудование.

В своих рабочих тетрадях кратко напишите, как нужно провести такое исследование.

–термостойкий стеклянный стакан;

–чистая вода (100 мл.);

–соль (или сахар);

–микроскоп;

–высокоточные электронные весы;

–термометр;

–спиртовка (нагревательный прибор);

– спички;

–пипетка;

–фотоаппарат или видеокамера;

–металлическая ложка;

–стеклянная палочка;

–таймер (секундомер);

–увеличительное стекло;

–предметное стекло (возможно потребуется объяснить, а лучше показать, что это такое).


Разные группы могут выбрать не одинаковое оборудование. Если у вас останется время, то предложите каждой из групп рассказать, как будет проводиться опыт с использованием подобранного ими оборудования.

Примечание

Если у вас есть возможность «вживую» провести предложенный вариант проверки выдвинутого предположения о том, что вещество не исчезает, то это будет совершенно замечательно.

Собственно, для этого нужны спиртовка (+ спички), поддон (металлический; для пожарной безопасности), предметное стекло, водный раствор сахара или соли, пипетка, держатель предметного стекла.

При проведении эксперимента важно провести и контрольный опыт, когда будет испаряться вода без соли (или сахара).

Шаг 6. Подведение итогов.

 

 

Часть 2. Молекулы и атомы

Занятие 1.

 Оборудование

– поддоны (по возможности), по количеству групп;

– предметные стекла (одно стекло на группу);

– пипетки Пастера;

– стаканчики с водой;

– цветная жидкость (один стакан на все группы)

 

Шаг 1.

У.: Прочитайте в группах текст № 1 (Приложение 1_Текст 1 Тела и вещества).


Текст № 1. «Тела и из чего они состоят?»

Нас окружает огромное количество тел. Куда ни посмотри, везде разные тела. Часть из них – природные, часть – искусственные.

       

А из чего состоят тела?

Ответы на этот вопрос могут быть разными.

Например, игрушечная машинка состоит из деталей – колес, кабины и т.д. Колеса машинки состоят из дисков и шин.

У птицы есть голова, туловище, лапы, хвост, крылья. А еще у нее есть внутренне строение:у птицы есть сердце, легкие, желудок.

У карандаша есть грифель и деревянный корпус.

У ягоды есть мякоть и косточка.

А из чего тогда состоит мякоть ягоды? Из чего состоят шины машины? Из чего состоят камни? Из чего состоит Солнце?

Какие версии ответов вы можете предложить?


Шаг 2.

У.: Прочитайте в группах текст № 2 (Приложение 2_Текст 2 Вещества и частицы).


 Текст № 2. «Тела, вещества, частицы: что из чего состоит?»

Считается, что в пределе все тела (или их части) состоят из веществ.

Кстати, размышления Демокрита про яблоко касались и этого вопроса. Он ведь пробовал мысленно ответить на вопрос, из чего состоит однородное тело.

Веществом мы назовем, например, сахар, железо, алюминий, воду, пластмассу, бензин и т.д.

Какие-то тела состоят только из одного вещества.

Например, кусок сахара (тело) состоит из вещества, которое называется сахар. Стеклянный стакан состоит из одного вещества – стекла. Серебряная цепочка из вещества – серебра.

Тело – кусок сахара Тело – стакан Тело – цепочка
Вещество «сахар» Вещество «стекло» Вещество «серебро»

Другие тела состоят из многих веществ.

Например, в состав растений входят такие вещества как вода, сахар, крахмал.

Обычная бумага состоит из целлюлозы (вещество растительного происхождения), клея и других «связующих» веществ.

Из одного вещества можно сделать (изготовить) разные тела (предметы/вещи).

Вещество алюминий
   

А из чего состоят сами вещества?

Уже известный нам древнегреческий философ Демокрит предположил, что любые вещества состоят из мельчайших частиц, которые он назвал атомами.

Разные вещества, по мнению Демокрита, состоят из разных атомов. Оттого свойства разных веществ – разные.

Доказать существование атомов оказалось очень непростым делом. И только чуть больше 100 лет назад такие доказательства убедили ученых, что атомы существуют.

Чуть позже стали говорить и о молекулах.

Молекулы – это частица, состоящая из нескольких разных атомов. Если молекула распадётся на атомы, она потеряет свои свойства.

Если, например, молекула воды распадется на атомы, то в итоге получатся атомы двух газов — кислорода и водорода! И это очень взрывоопасные газы!

Одни вещества (кислород, водород, железо и т.д.) состоят только из атомов.

А другие вещества (например, вода) состоят из молекул. Молекула воды состоит, как вы уже узнали, из атомов водорода и кислорода.


– Что вы поняли из этого текста?

– Изобразите схематично основное содержание текста.

– Какие вопросы вы могли бы задать по поводу этого текста?

Шаг 2.

В группах проведите опыт.

Возьмите предметное стекло, поместите его на белый лист бумаги, нанесите на стекло в двух местах по капле воды. Соедините капли «водяным мостиком». В одну каплю добавьте каплю «цветного» вещества.

Примечание

Цветным веществом может быть «метиленовый синий» (есть в кабинете химии) или просто вода, подкрашенная пищевым красителем.

Раньше можно было использовать кристаллики марганцовки (перманганат калия), но сейчас он запрещен к продаже в аптеках как прекурсор. Поэтому не используйте.

Шаг 3.

Посмотрите, понаблюдайте, что будет дальше.

Сделайте в своих рабочих тетрадях таблицу, занесите в нее данные своих наблюдений.

Время наблюдения
1-я минута 2-я минута 5-я минута
Две капли воды, соединенные водным мостиком.

Примечание

Скорее всего к этому этапу работы время занятия подойдет к концу.

Зафиксируйте результаты работы и предложите школьникам обсудить результаты наблюдений на следующем занятии.

Занятие 2.

Шаг 1.

Восстановление в памяти того, что обсуждали на предыдущем занятии.

Шаг 2.

У.: На предыдущем занятии вы наблюдали за двумя каплями воды, соединенными между собой, и одна из капель была подкрашена. Опираясь на представления о молекулярном (и атомарном) строении вещества,  в группах объясните протекание наблюдаемого процесса.

Расскажите о своей версии.

Представьте обсуждаемый процесс в виде схемы.

Выслушайте версии от других групп.

Задайте им вопросы.

Шаг 3.

Возникли ли в ходе работы версии прямо противоположные по смыслу?

Примечание

Если в ходе ваших обсуждений не возникло следующего вопроса, обсудите его все вместе: «Как в ходе опыта взаимодействовали молекулы воды и молекулы краски?».

Шаг 4.

Подведение промежуточных итогов.

Шаг 5.

У.: Опираясь на представления о молекулярном (и атомарном) строении вещества, в группах обсудите и объясните протекание процесса распространение аромата из открытого флакона духов.

Примечание

До начала обсуждения опыт можно провести прямо в классе.

Можно распылить немного вещества из баллончика «освежитель воздуха».  Распылять нужно не в сторону класса, а вверх. Чтобы в ходе обсуждения не возникло версий о том, что вещество (молекулы) вылетели с силой из баллона и долетели до того или иного места.

 Шаг 6.

Нарисуйте в своих рабочих тетрадях схему (схемы) обсуждаемого вами процесса.

По результатам группового обсуждения сделайте сообщение в классе.

При необходимости задайте вопросы другим группам.

Ответьте на вопрос – какова роль молекул воздуха в процессе распространения ароматического вещества из баллончика?

Шаг 7.

Зарисуйте в рабочие тетради схемы процессов, о которых рассказывали ваши одноклассники.

Во всех гипотез есть что-то общее, или они все – про разное?

Шаг 8.

Обсудите вопросы:

  1. Что находится между молекулами воды?
  2. Известно, что в горячей воде соль или сахар растворяются быстрее, чем в холодной. Как это можно объяснить?
  3. Известно, что если одну чашку с водой поставить на батарею, а другую – в прохладное место, то вода из первой чашки испарится быстрее. Как это можно объяснить?

 

Часть 3. Опыты своими руками

 Примечание

На данный раздел мини-курса «Тайны и загадки физических явлений» выделите два часа.

С учетом предлагаемых этапов, времени на каждый отдельный опыт потребуется не менее 20 минут

Данный вид работы является «образцом» для индивидуальной или (групповой) зачетной работы по мини-курсу «тайны и загадки физических явлений».

Другими словами – на занятии школьники осваивают «норму работы по представлению и обсуждению опыта» а в качестве зачетной работы представляют индивидуальную (групповую) работу с другим опытом.

 

Требования к зачетной работе – ниже.

 

***

Предложите детям принести на занятие и «поставить-показать» собственный «опыт-загадку» («опыт-фокус по физике»(!)).

На занятии дети показывают свои «опыты». Все – смотрят, потом совместно обсуждают то, что увидели.

 

Почему опыты-фокусы именно по физике?

Дело в том, что в опытах «по физике» есть наглядно демонстрируемое противоречие, парадокс, который и можно обсуждать.

Например, если пустую пластиковую бутылку повернуть вверх дном опустить открытым горлышком в чашку с водой, то ничего не произойдет. А если эту же бутылку подержать под струей горячей воды и потом вновь опустить горлышком в чашку с водой, то через короткая время можно увидеть (!), что вода из чашки начинает «втягиваться» в бутылку.

Именно этот необычный эффект дети-зрители должны самостоятельно увидеть; по этому поводу сформулировать вопросы и даже попробовать предложить свои версии ответов.

В опытах «по химии» парадокс скрыт или же отсутствует. Чтобы его обсуждать нужно как минимум понимание идеи химической реакции.

 

Основные этапы проведения «опыта-фокуса по физике»

  1. Автору дома обязательно провести «свой» опыт, убедиться, что у него все получается.
  2. Для публичного показа приготовить необходимое оборудование и провести опыт (но не объяснять ничего зрителям; не указывать, на что нужно смотреть)
  3. Совместно со всеми обсудить, кто, что увидел/заметил (необходимо обнаружить неожиданный эффект)
  4. Совместно сформулировать вопрос(ы) проблемного характера
  5. Обсудить особенности протекания наблюдаемого процесса и важнейшие условия, без соблюдения которых «опыт-фокус» не удастся.
  6. Зарисовать в тетрадях опыт в его последовательности (уровень сложности – или «иллюстрация опыта», или «теоретическая» схема наблюдаемого явления).
  7. Зрители предлагают варианты ответов.
  8. Автор предлагает заранее подготовленный «научно-популярный» вариант объяснений.

 

Примечание

Особо обратим внимание на то, что в ходе проведения опыта авторы опыта не должны рассказывать, что должно получиться (!).

Зрители сами должны увидеть, обнаружить эффект.

И уже через обсуждение наблюдаемого, зафиксировать то или иное противоречие.

И затем оформить это противоречие в виде вопроса.

Для чего это нужно?

С одной стороны, так мы учим детей формулировать проблемные вопросы. С другой – во многом именно так и устроена научно-исследовательская деятельность естественнонаучного характера.

Очень часто бывает, что ученые проводят эксперимент с одной целью, но в ходе работы неожиданно наталкиваются на какой-то необъяснимый феномен. За которым чаще всего стоит очень большое открытие.

 

Общий комментарий

В книжках опыты-эксперименты описаны с точки зрения действующих там физических законов. Но понять их младшим школьникам достаточно сложно.

Другое дело, что магия слов делает своё дело. Раз сказано, что яйцо проскальзывает в бутылку из-за разницы давления, значит, так оно и есть.

Другое дело – что демонстрация опыта носит публичный характер. Можно предположить, что ребёнок в этом случае выступает этаким личным гарантом того, что разница давления всё же сработает.

Таким образом, ребёнок «лично несёт ответственность» за работу законов физики :))

Подарки от партнеров National Geographic и сети магазинов оптической техники «Четыре глаза» за лучшие работы:

За лучшую работу в этом курсе подарок получает весь класс.

 Микроскоп Levenhuk 1ST, бинокулярный (70404) https://www.4glaza.ru/products/levenhuk-microscope-1st-binocular/

Задание

Требования к зачетной работе по мини-курсу «Тайны и загадки физических явлений»

Зачетная работа может выполняться школьниками индивидуально, или в паре, или в мини-группе.

Этапы выполнения работы.

  1. Выберите опыт, подготовьте необходимое оборудование, проведите опыт. Сделайте видеозапись опыта со своими комментариями.
  2. Расскажите на видеокамеру (или опишите в презентации), в чем «фокус» этого физического опыта.
  3. Оформите материалы, в которых:

– перечислите необходимые условия, без соблюдения которых «опыт-фокус» не получится;

–представьте рисунки-схемы, иллюстрирующие протекание опыта и возникновение эффекта;

– сформулируйте проблемный (исследовательский) вопрос к этому опыту.

– укажите всех участников проведенной работы;

Примечание

Длительность видеоролика с опытом и вопросом – не более 3 минут.

Максимальная оценка зачетной работы 10 баллов

Оценка складывается из:

– представленного видеоматериала проведения опыта (3 балла);

– обсуждения того, в чем «фокус/эффект» этого опыта (1 балл);

– перечисления необходимых условий, без соблюдения которых «опыт-фокус» не получится (2 балла);

– рисунков-схем, иллюстрирующих протекание опыта и возникающего эффекта (2 балла);

– формулировки проблемного (исследовательского) вопроса (2 балла).

 

Видеоролик по итоговой работе разместите в облаке. Ссылку поместите в файл ворд и прикрепите в личном кабинете. Там же разместите итоговые материалы о своем опыте (в формате *.docx или *.pdf)

 

 

Уважаемые участники! Программа «Тайны и загадки физических явлений» нацелена на организацию групповой работы детей учителями начальных классов, однако не исключает индивидуального участия школьников в мини-курсе.

В итоге на мини-курс записались 272 участника, из которых 196 человек прошли курс и выполнили зачетное задание.

На этот раз мы получили небольшое количество прекрасных работ, которые были оценены в 10 баллов. В основной же массе работы оценены на 8 баллов.

На этом я остановлюсь подробнее, потому что обнаружился факт, что многие участники не отличают проблемного вопроса от вопроса «про знание».  Перечитайте внимательно задание. Все формулировки, на которые нужно было обратить внимание и еще раз сами оцените свою работу.

Мы обращали ваше внимание на несколько обстоятельств.

Прежде всего — не стараться сделать из опыта «объясняшку». Не надо торопиться объяснить явление, нужно предложить ребенку задать вопрос, в котором он сам обнаруживает противоречие. Приведу пример. Натирая воздушный шарик о волосы и показывая, как примагничивается бумага, ребенок тут же с радостью пересказывает то, что только что узнал из энциклопедии «Простые опыты по физике». Он не отвечает ни на какой вопрос при этом. Он пересказывает и иллюстрирует свое «знание».

Чтобы вопрос действительно появился у наблюдателей правильно было бы сделать следующее.  Один шарик на глазах у всех наполняют воздухом и подносят к бумаге. Ничего не происходит. Ничего не примагничивается. Но вот шарик натерли об шерстяной свитер (или собственные волосы). Что-то произошло с бумагой. И… дайте возможность задать вопрос сидящим в классе детям. Наличие проблемного вопроса в работе оценивалось в 2 балла.

Итак, необходимо было сформулировать проблемный вопрос к опыту-фокусу и сделать схему опыта.

Примечание из курса.

«Особо обратим внимание на то, что в ходе проведения опыта авторы опыта не должны рассказывать, что должно получиться (!).

Зрители сами должны увидеть, обнаружить эффект. И уже через обсуждение наблюдаемого, зафиксировать то или иное противоречие.

И затем оформить это противоречие в виде вопроса. Для чего это нужно?

С одной стороны, так мы учим детей формулировать проблемные вопросы. С другой – во многом именно так и устроена научно-исследовательская деятельность естественнонаучного характера.

Очень часто бывает, что ученые проводят эксперимент с одной целью, но в ходе работы неожиданно наталкиваются на какой-то необъяснимый феномен. За которым чаще всего стоит очень большое открытие».

Кто-то из вас, уважаемые коллеги, отнесся к этому условию очень внимательно и получил хорошие результаты, а кто-то сейчас, надеюсь, получил ответ на свое недоумение: «Почему такой низкий балл, детки старались».

Уважаемые коллеги, нам было нелегко выставлять оценки на этот раз, но мы твердо убеждены, что нет поражений и неудач, есть обратная связь, и мы надеемся, что следующие сессии станут для вас и ваших ребят еще более продуктивными. Удачи!

Лучшие работы:

  1. Молдавук Александр (наилучший результат):https://yadi.sk/i/nNHwXJxf5mN1Ow — видеоhttps://yadi.sk/d/qukuCdXdAnLCkw  — презентация
  2. Никита Яниогло (обязательно нужно смотреть и презентацию и видео).
  3. Окотэтто Екатерина Янгавывна, Бадыкова Галина Петровна, обязательно смотреть и презентацию и видео)

Кроме того, отмечу работы:

Верхотуровой Натальи (ссылка, pdf).

Балявина Степана https://www.youtube.com/watch?v=SM64v77xj0s&feature=youtu.be

Кабакова Сергея https://cloud.mail.ru/public/2HfG/29nhCTebg и (файл doc), но эта работа — из физической химии.