Сучасні цифрові засоби на уроках фізики (астрономії)

І. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ РОЗДІЛУ ІІІ ФІЗИКИ «ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ І СИЛА»

 7 КЛАСУ

Тема уроку. Виштовхувальна сила в рідинах.

Відповідно до програми(з цієї теми), очікувані результати навчально-пізнавальної діяльності учнів:

Знаннєвий компонент:

володіє поняттям, формулює визначення фізичної величини сила, сила тиску та вміє обрати її одиницю;

формулює закон Архімеда;

знає умову  плавання тіл;

знає і розуміє будову та принцип дії динамометра, манометра, барометра, терезів.

Діяльнісний компонент:

застосовує  Архімеда, умови плавання тіл, формули виштовхувальної сили під час розв’язування різних видів чи типів задач і виконання лабораторних робіт;

графічно зображує сили;

користується динамометром, терезами; читає покази шкали манометра, барометра;

використовує набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

оцінює практичне значення застосування закону Архімеда  у природі та техніці

Основні поняття, закон, формули теми:

На тіло, що перебуває в рідині або газі, діє виштовхувальна (архімедова) сила.

Причина появи архімедової силив тому, що гідростатичні тиски рідини або газу, які діють на верхню і нижню поверхні тіла, є різними.

Закон Архімеда: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка напрямлена вертикально в гору та дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі  зануреної частини тіла:

F_арх,

де F_арх – архімедова сила, – густина рідини або газу, – об’єм зануреної частини тіла.

ІІ. ЦИФРОВІ ЗАСОБИ, ЯКІ ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ НА УРОЦІ

В умовах сучасних тенденцій розвитку освіти, поширення коронавірусу у світі, війни в Україні, вкрай важливим для кожного вчителя володіти арсеналом та знати методику використання цифрових інструментів у професійній діяльності, адже все частіше розмова йде про дистанційну або змішану форму навчання.

Інформаційно-цифрова компетентність сучасного педагога – це одна з професійних компетентностей, що визначені в професійному стандарті за професією «Вчитель закладу загальної середньої освіти».

Цифрова компетентність педагогічного працівника має забезпечувати розвиток широкого спектру всіх її складників: від медіаграмотності до опрацювання та критичного оцінювання інформаційних даних, безпеки та співпраці в інтернеті до знань про різноманітні цифрові технології та пристрої, уміння використовувати відкриті ресурси та технології для професійного розвитку, формування в учнів умінь ефективно користуватися цифровими технологіями та сервісами в навчальних та життєвих ситуаціях для розв’язування різних проблем та завдань, застосовувати інноваційні технології для оцінювання результатів їхньої навчальної діяльності, розуміння поняття кодування, елементів штучного інтелекту, віртуальної та доповненої реальності та вирішення професійних проблем за допомогою використання цифрових технологій.

Сьогодні вкрай важливо для педагогів розуміти, як цифрові технології можуть підтримувати комунікацію, співпрацю, творчість та інноваційність, усвідомити їхні функціональні особливості, обмеження, наслідки та ризики використання; розібратись із загальними принципами, механізмами та логікою, що є в основі створення цифрових сервісів, які постійно розвиваються, а також знати основи функціонування та використання різних цифрових пристроїв, комп’ютерних програм та мереж.

В своїй роботі саме зараз застосовую такі основні форми організації онлайн-навчання:

•    Відеоконференція – це конференція в режимі реального часу, що про- водиться в онлайн-форматі. Вона проводиться у визначений день і час. Це один із сучасних способів зв’язку, який дозволяє проводити заняття, коли учні та вчитель перебувають на відстані. Учитель та учні можуть бачити одне одного, учитель має можливість супроводжувати лекцію наочним матеріалом.
•     Форум – це ресурс із можливістю створення окремих груп за темами  для обговорення. Програмне забезпечення для форумів дозволяє приєднувати файли. Кілька форумів можна об’єднати в один більший. Наприклад, під час ро- боти малої групи учнів над проєктом створюються форуми для кожної окремої групи для спілкування під час дослідження поставленого для групи завдання, потім – обговорюється загальна проблема проєкту спільно, із залученням усіх учасників освітнього процесу (відеоконференція).
•     Чат – це засіб для спілкування в режимі реального часу, засіб опера- тивної комунікації людей через інтернет. Є кілька різновидів чатів: текстовий, голосовий, аудіо-, відеочат. Соціальні мережі, служби обміну миттєвими по- відомленнями та мобільні додатки, наприклад, Viber, дозволяють створювати чати та вести обговорення тем, завдань, проблем, інформації.
•     Блог, сайт – це форма спілкування, де право на публікаціюне належить  одній особі чи групі людей. Автор розміщує на персональному освітньому ве- бресурсів допис і надає можливість іншим читати та коментувати допис.
•   Електронна пошта – це сервіс для обміну повідомленнями як у форматі звичайних текстів, так і в інших формах (графічній, звуковій, відео).

 Активізовую навчальну діяльність учнів і за рахунок залучення до моделювання педагогічних ситуацій, виконання творчих завдань і використання інновацій. Інновації в організації навчального процесу пов'язані, насамперед, з впровадженням концепції STEM-освіти (science, technology, engineering, mathematics), також інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ).

Неперервні процеси інформатизації розширюють і оновлюють роль педагога, роблять його консультантом, який повинен координувати пізнавальний процес, постійно удосконалювати навчальні курси, підвищувати творчу активність і кваліфікацію відповідно до нововведень та інновацій.

Інтернет-сервіси дозволили не тільки розміщувати готові матеріали, але й створювати їх онлайн. Це розміщення й перегляд навчального відео, публікація журналів, газет, документів, створення тестів, використання інтерактивних дошок, соціальних мереж, wiki-енциклопедій, проведення вебінарів.

Важливу роль має навчальний експеримент, що охоплює демонстраційний експеримент, фронтальні лабораторні роботи, лабораторний практикум, експериментальні завдання, домашні експерименти. Створення відеозаписів дослідів з подальшим їх опрацюванням в Tracker показало, що учні у цілому позитивно сприймають ІКТ-ініціативи і з радістю залучаються до співучасті в позаурочний час, вчяться працювати у командній взаємодії, поєднуючи творчість, гру і навчання.

У той же час методи та прийоми реалізації ІКТ в освіті не обмежуються розглянутими варіантами, оскільки є набагато глибшими, спираються на більш потужну технічну базу (в тому числі робототехнічні комплекси), майстерність педагога та особисту зацікавленість усіх учасників навчально- виховного процесу. Перспективними є дослідження, що зорієнтовані на пошук нових методів і способів організації навчання засобами соціальних мереж .

Урок фізики у 7 класі.

Розділ ІІІ. Взаємодія тіл і сила.

Тема уроку. Виштовхувальна сила в рідинах.

Мета: довести наявність виштовхувальної сили в рідинах, з’ясувати причину її виникнення, знайти спосіб її визначення, установити зв’язок виштовхувальної сили з іншими фізичними величинами. Розвивати логічне мислення учнів, їх експериментальні навики. Виховувати працьовитість, наполегливість.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Елементи освітніх технологій:

• інтерактивні методи (групова робота);
• навчання через експериментальне дослідження;
• елементи цифрових технологій (PhET (Physics Education Technology – інтерактивне моделювання фізичних явищ для демонстрації під час навчання).

Навчальний ресурс:

• https://phet.colorado.edu/uk/simulation/molecule-shapes-basics  (виникнення виштовхувальної сили; моделювання експериментальних досліджень).

Дидактичне забезпечення, обладнання: мультимедійний комплекс, ПК на групу, технологічні картки-завдання для групової роботи.

Очікувані результати:

Розвиток таких ключових компетентностей:

• спілкування державною мовою;
• компетентність у природничих науках та технологіях;
• математична компетентність;
• інформаційно-цифрова компетентність.

Знаннєвий компонент:

• називає сили, що діють на тіло, занурене в рідину;
• пояснює причину виникнення виштовхувальної сили;
• характеризує чинники, що зумовлюють величину виштовхувальної сили.

Діяльнісний компонент:

• порівнює значення ваги тіла в повітрі та в рідині;
• оцінює значення виштовхувальної сили в умовах плавання тіла.

Ціннісний компонент:

• обґрунтовує роль виштовхувальної сили для повітро- та судоплавання.

Особливості: застосування ментальних карт, розв’язання якісних задач методом обговорення з подальшою перевіркою в програмі PhET.

ПЕРЕБІГ УРОКУ

І. Уведення (мета – викликати інтерес до вивчення нового матеріалу).

Починаючи вивчення теми «Тиск рідин і газів», ми перейшли до вивчення суті однієї з найцікавіших груп явищ нашого світу. Основи знань про ці явища подарували нам Архімед, Торрічеллі, Паскаль. Цими знаннями люди користуються вже багато століть. Інженери й техніки на основі цих знань створили чудові прилади та машини для освоєння водного та повітряного океанів.

Вода й повітря – дорогоцінні для життя утворення на нашій планеті. Зміняться атмосфера та океан – зміниться або зовсім зникне життя на Землі. Як же мало на нашій планеті води й повітря! Якщо Землю представити в розмірі глобуса, то шар води й повітря буде тонший за шар фарби на цьому глобусі. Наскільки ж важливо вміло користуватися цим багатством! А шлях до вмілого використання лежить тільки через знання – знання законів.

На сьогоднішньому уроці ми спробуємо пояснити поведінку тіл, занурених у рідину, адже вона особлива!

Пригадайте: купаючись літнім днем на річці, ви, напевно, намагалися занурити м’яч у воду. Чи вдалося вам це?!

Пригадайте ще свої відчуття, коли ви поступово входите у воду, відчуваючи, що тіло ваше «легшає» з кожним кроком.

Ці явища ви зможете пояснити вже в кінці сьогоднішнього уроку.

ІІ. Викладання нового матеріалу:

а) постановка мети групової діяльності:

Кожна із шести груп (по 4 учні в кожній) отримує завдання (комплект при- ладів, технологічну карту, ПК з програмою PhET), виконання якого – сходинка до вивчення нової теми. У кожній групі паралельно по двоє учнів виконують завдання через реальний експеримент та за допомогою програми PhET. Пові- домляється також, що через 15 хвилин виконання завдання кожна група звітує: демонструє свій дослід (за допомогою приладів або використовуючи PhET – за рішенням групи) класу й відповідає на поставлені в технологічній карті питання.

Отже, на основі спостережень, аналізів і висновків планується отримати загальні знання як результат сумісного дослідження всіх учнів.

Завдання групам (зміст технологічних карт):

№ 1. Мета: описати поведінку тіла, зануреного в рідину.

Обладнання: ПК із PhET, посудина з водою, досліджувані тіла (парафінова кулька, олівець, дерев’яний брусок).

Порядок виконання:

• Занурити олівець на дно посудини з водою, потім швидко відпустити.
• Спостерігати, що відбувається з тілом у перший момент після того, як його відпустили у воді.
• Аналогічно досліджувати поведінку у воді двох інших тіл.
• Аналізуючи результати спостережень, відповісти на ЗАПИТАННЯ:

• як пояснити спостережувану вами поведінку тіл, занурених у рідину?
• яка дія рідини на занурене в неї тіло?

№ 2 Мета: знайти спосіб визначення виштовхувальної сили.

Обладнання: ПК із PhET, динамометр, посудина з водою, досліджуване тіло (циліндр).

Порядок виконання:

• Визначити за допомогою динамометра вагу даного вам тіла в повітрі.
• Помістивши тіло в посудину з водою, знайти його вагу у воді.
• Порівняти результати.
• Відповісти на ЗАПИТАННЯ: як пояснити той факт, що вага у воді виявилася менше, ніж вага того ж тіла в повітрі?
• Зробити висновок: як за наслідками дослідів визначити значення виштовхувальної сили?

№ 3 Мета: з’ясувати зв’язок між силою, що діє на занурене в рідину тіло, і густиною рідини.

Обладнання: ПК із PhET, динамометр, досліджуване тіло (циліндр), посудини з різними за густиною рідинами (водою, гасом, розчином солі).

Порядок виконання:

• Визначити за допомогою динамометра вагу даного вам циліндра в повітрі.
• Опускаючи циліндр, підвішений на гачку динамометра, по черзі в посудини з різними рідинами, визначити його вагу в кожній із цих рідин.
• Порівняти різницю між вагою циліндра в повітрі й вагою його в рідині для 3-х дослідів.
• Відповісти на ЗАПИТАННЯ: чи з однаковою силою рідини виштовхують занурений циліндр?
• Зробити висновок про зв’язок між значенням виштовхувальної сили й густиною рідини.

№ 4  Мета: з’ясувати зв’язок між силою, що виштовхує занурене в рідину тіло, та об’ємом цього тіла.

Обладнання: ПК із PhET, динамометр, посудина з водою, два тіла однакової густини, але різного об’єму (наприклад, дві різних за розмірами картоплини).

Порядок виконання:

•     Визначити за допомогою динамометра вагу більшого тіла в повітрі.
•     істивши тіло у воду, визначити вагу його у воді.
•     Знайти різницю між вагою тіла в повітрі та вагою його у воді.
•     Виконати пункти 1–3 для тіла меншого об’єму.
•     Порівняти результати для тіл різного об’єму.
•     Відповісти на ЗАПИТАННЯ: чи однаково виштовхує рідина різні за об’ємом тіла?
• Зробити висновок про зв’язок між значенням виштовхувальної сили та об’ємом тіла.

№ 5 Мета: дослідити, чи змінюється сила, що діє на занурене в рідину тіло, із зміною глибини занурення.

Обладнання: ПК із PhET, посудина з водою, досліджуване тіло (циліндр), динамометр.

Порядок виконання:

• Визначити вагу даного вам циліндра в повітрі.
• Опустивши циліндр, підвішений на гачку динамометра, у воду, визначити його вагу на різній глибині занурення.
• Для кожного випадку знайти різницю між вагою тіла в повітрі та вагою його у воді.
• Відповісти на ЗАПИТАННЯ: чи однаково виштовхується тіло на різній глибині занурення?
• Зробити висновок про наявність залежності величини виштовхувальної сили від глибини занурення.

№ 6  Мета: з’ясувати наявність зв’язку між силою, що діє на занурене в рідину тіло, і густиною цього тіла.

Обладнання: ПК із PhET, динамометр, посудина з водою, сталевий та алюмінієвий циліндри однакового об’єму.

Порядок виконання:

• Визначити вагу кожного із циліндрів у повітрі.
• Опускаючи по черзі циліндри у воду, визначити їхню вагу у воді.
• Для кожного із циліндрів знайти різницю між вагою тіла в повітрі та вагою його у воді.
• Відповісти на ЗАПИТАННЯ: чи з однаковою силою вода виштовхує однакові за об’ємом різнорідні циліндри?
• Зробити ВИСНОВОК про наявність залежності сили, що діє на занурене в рідину тіло, від густини тіла.

б) робота дослідницьких груп:

До цієї частини уроку необхідна особливо ретельна підготовка вчителя: можливо, потрібно буде надати допомогу тим, хто не справляється із завданням, але зробити це так, щоб не усувалася одразу вся творча частина в роботі учня. Для цього потрібно наперед передбачити найбільш вірогідні ускладнення в роботі учнів і види допомоги їм.

в) звіти груп:

Під час підбиття підсумків дослідження результати окремих груп обговорюються по черзі. Кожен виступ супроводжується демонстрацією відповідного експерименту, містить аналіз спостережуваного, відповідь на питання, поставлене перед кожною групою.

Звіти груп супроводжуються узагальненням вчителя. На цьому етапі поступово формулюються висновки: ВИШТОВХУВАЛЬНА СИЛА:

• діє на занурене в рідину тіло, напрямлена вертикально вгору;
• визначається різницею між вагою тіла в повітрі та вагою його в рідині;
• залежить від густини рідини та об’єму тіла;
• не залежить від густини тіла й глибини занурення.

У процесі обговорення на слайді презентації до уроку поступово «з’являється» ментальна карта.

 ІІІ. Швидке повторення.

За ментальною картою вчитель швидко промовляє весь матеріал, виділяючи те нове, що учні дізналися безпосередньо на цьому уроці.

  ІV. Розв’язування якісних завдань.

Учні розв’язують задачі, обговорюючи їх у групах. Ухвалене рішення фіксується в зошиті. Далі дається чітка однозначна відповідь з обґрунтуванням. За кожну правильно вирішену задачу члени групи нараховують собі три бали. Завдань – чотири, і до кінця роботи на цьому етапі всі отримують оцінку.

Завдання:

• На терезах зрівноважено два однакові бруски. Чи порушиться рівновага терезів, якщо один з брусків опустити в посудину з водою, а інший – з гасом?
• У посудину з водою повністю занурені дерев’яний і парафіновий бруски рівного об’єму. Чи однаково вони виштовхуються водою?
• Середньостатистичні за статурою для свого віку першокласник і десяти- класник пірнули у воду. Чи однаково виштовхує їх вода?
• Герой роману О. Бєляєва «Людина – амфібія» розповідає: «…дельфіни на суші набагато важче, ніж у воді. Узагалі у вас тут усе важче, навіть власне тіло...».
• Чи має рацію автор? Пояснити.
• Після обговорення останнього завдання своєчасною буде розповідь про значення виштовхувальної сили, наприклад, для китів: саме виштовхувальна сила рятує їх від згубної дії величезної за модулем сили тяжіння.

5. Висновок.

Пропонується пояснити явища, з обговорення яких починалася розмова про виштовхувальну силу.

6. Повідомлення змісту домашнього завдання.
7. Оцінювання роботи учнів за результатами виконання дослідницьких завдань.
   

ІІІ. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Навчальна програма з фізики для загальноосвітніх навчальних закладів з 7–9 класи,  затверджена Наказом Міністерства освіти і науки України від 07.06.2017 № 804.
2. Підручник Фізика 7 клас за редакцією Бар'яхтара В.Г., Довгого С.О., Харків, видавництво «Ранок», 2020 р.
3. Матеріали курсу «Онлайн-сервісидля роботи у віддаленому режимі (Zoom, Skype, Google Meet)» викладача Салівон О.В.
4. Матеріали курсу « Медіаграмотність на уроках фізики» викладача Олешко О.О.
5. Матеріали курсу «Плата Arduino Uno, пристрої розширення та основні електронні компоненти» викладача Прийменко С.О.
6.  Воронкін О. С. Використання елементів STEАM-освіти під час розгляду базових питань шкільної програми фізики з кінематики механічного руху / О. С. Воронкін // Наукові записки Малої академії наук України : зб. наук. пр. – К.: Інститут обдарованої дитини НАПН України, 2017. – Вип. 10. – С. 144- 160.
7. Воронкін О. С. Основи використання інформаційно-комп’ютерних технологій в сучасній вищій школі : навч. посіб. / О. С. Воронкін. – Луганськ : Вид-во ЛДІКМ, 2011. – 156 с.
8. Опанасюк  Ю.  І.  Дистанційне  навчання  як   інноваційна   технологія   / Ю. І. Опанасюк // Гілея : науковий вісник. – 2015. – Вип. 94. – С. 298–301.