STEM-урок: "Навчальний міні-проєкт: «Світлофор: досліджуємо напівпровідникові елементи з Arduino"

Про матеріал

Інтеграція базових знань з фізики та інформатики за допомогою електронного конструктора KS0070 KEYESTUDIO UNO R3. Дослідження принципу роботи та використання світлодіодів на практиці.

Перегляд файлу

STEM-урок:

Навчальний міні-проєкт: «Світлофор»

Досліджуємо напівпровідникові елементи з Arduino

Підготувала:

вчитель фізики та інформатики

ЗЗСО №45

Подільського району

м. Києва

Київ- 2020

Тема STEM-уроку:

Навчальний міні-проєкт: «Світлофор»

Досліджуємо напівпровідникові елементи з Arduino

Тип уроку: комбінований.

Вікова група: 11 клас (при можливості, залучення учнів/учениць 9-10 класів).

Тип STEM-проєкту: міжпредметний, дослідницький, короткотривалий (45 хв).

Форма уроку: групова.

Пояснювальна записка до уроку: дана розробка STEM-уроку може бути використана як елемент впровадження проєктно-дослідницької діяльності у загальноосвітніх навчальних закладах та має на меті залучити до наукової діяльності учнів/учениць 9-11 класів.

Мета: інтегрувати базові знання з фізики та інформатики на практиці за допомогою електронного конструктора KS0070 KEYESTUDIO UNO R3; показати учням практичне застосування знань про напівпровідникові елементи, зокрема - світлодіоди. Розкрити причинно-наслідкові зв’язки між спостережуваними явищами та теоретичними закономірностями. Продовжувати формувати інтерес учнівського колективу до наукових досліджень.

Зміст уроку буде спрямовано на розвиток в учнів наступних компетентностей:

Ключові компетентності

Математична - застосовування математичних методів для опису, дослідження фізичних явищ і процесів.

Природнича - вміння пояснювати природні явища і технологічні процеси;

- використання знань з фізики для вирішення завдань, пов'язаних із реальними об'єктами природи і техніки;

- здатність, за допомогою фізичних методів самостійно чи в групі досліджувати природу;

- оцінка значення фізики та технологій для формування цілісної наукової картини світу, сталого розвитку.

Інформаційно-цифрова - уміння використовувати сучасні пристрої для опрацювання, збереження, передачі та представлення інформації;

- використання сучасних цифрових технологій і пристроїв для вивчення фізичних явищ, для обробки результатів експериментів, моделювання фізичних явищ і процесів;

- ціннісні орієнтири у володінні навичками роботи з інформацією, сучасною цифровою технікою.

Ініціативність і підприємливість - уміння застосовувати фізичні знання для генерування ідей та ініціатив щодо проєктної, конструкторської та винахідницької діяльності, для вирішення життєвих проблем, пов’язаних із матеріальними й енергетичними ресурсами;

- оцінювати можливість застосування набутих знань з фізики в майбутній професійній діяльності, для ефективного вирішення повсякденних проблем;

- оцінювати власні здібності щодо вибору майбутньої професії, пов’язаною з фізикою чи технікою;

- ціннісне ставлення до фізичних знань, результатів власної праці та праці інших людей.

Обізнаність і самовираження- використання знань з фізики та інформатики під час реалізації власних творчих ідей.

Предметні компетентності (їхня суть розкривається в наскрізних змістових лініях):

1) уміння планувати, підготувати, спостерігати експеримент;

2) уміння застосовувати набуті знання на практиці та обробляти результати експерименту;

3) уміння інтерпретувати результати досліджень.

Обладнання: навчальний електронний набір для Arduino KS0070 KEYESTUDIO UNO R3, ноутбук або ПК, програмне забезпечення Arduino, проектор, Інтернет-підтримка; світлодіоди, провідники.

Структура уроку:

Зміст уроку	Час, хв	Прийоми і методи
І. Організаційний етап. Актуалізація опорних знань. Постановка навчальної проблеми.	10	Питання класу. Фронтальна бесіда з елементами демонстрації.
II. Організація вивчення матеріалу.	20	Розповідь вчителя, бесіда;); спостереження й аналіз, виділення головного; записи на дошці і у зошитах. Виконання практичного завдання.
III. Закріплення нового матеріалу. Рефлексія.	5	Питання класу. Розв'язування якісних задач. Бесіда.
IV. Домашнє завдання. Підведення підсумків уроку.	5	Коментар учителя.

Хід уроку:

І. Організаційний етап.

Привітання. Перевірка присутності.

Актуалізація опорних знань.

Необхідно актуалізувати знання, отримані учнями з попереднього STEM-уроку: «Мерехтливий світлодіод».

Перевірка домашнього завдання.

Питання класу

Чим зумовлена провідність напівпровідників?
Де використовують світлодіоди?
Що таке рекомбінація?
Що таке валентна зона?
Який вид змінних використовується при програмуванні роботи світлодіода?
Що означає запис коду digitalWrite (ledpin, HIGH)?

Постановка навчальної проблеми.

Слово вчителя:

«Сьогодні ми спробуємо створити власний світлофор, використовуючи світлодіоди з набору електронного конструктора KS0070 KEYESTUDIO UNO R3».

II. Організація вивчення нового матеріалу.

Оголошення теми уроку.

Пояснення вчителя із записами в зошити (для наочності можна використати проектор, що виводитиме на екран інформацію з мережі Інтернет).

Слово вчителя: «Перед виконанням практичної частини уроку спершу пригадаємо з чого складається навчальний електронний набір для Arduino KS0070 KEYESTUDIO UNO R3».

Вчитель виводить на екран за допомогою проектора відповідну сторінку з Інтернет-мережі:

https://wiki.keyestudio.com/index.php/Ks0070_keyestudio_UNO_R3_Breadboard_Kit_for_Arduino?fbclid=IwAR2cCXUiPERvpnu4qv1ZOWGqbnkJsz8DoEv_Dx-c2f12CtO8Fj4CtLiwl70

Завдання класу: необхідно назвати основні складові електронної дошки KS0070 KEYESTUDIO UNO R3 та назвати допоміжні елементи з набору електронного конструктора.

Пригадуємо:

Як запустити програмне забезпечення Arduino?
Який порт використовується для програмування?
Як скомпілювати програму? Як запустити на виконання код програми?
Що таке резистор? Яке його основне призначення в схемі?
В якому напрямі пропускає електричний струм діод?

Дана розробка складається з двох дослідів – «Світлофор» та «Переслідуючий ефект».

Практична робота

Частина І: «Світлофор»

Мета: запрограмувати 3 світлодіоди так, щоб вони почергово перемикалися (жовтий світлодіод тричі мерехтів); пояснити фізичні процеси, що спостерігаються.

Час виконання - 20 хв.

Необхідне обладнання: