Слащова М.В.

Використання саморобних приладів
у процесі викладання фізики

Методичний посібник

У посібнику представлено досвід роботи вчителя фізики Зеленоярської ЗОШ І-ІІІ ступенів Слащової М. В., яка працює над проблемою формування стійкого інтересу учнів до предмету, розвитку особистісних якостей шляхом використання саморобних приладів у освітньому процесі.

Автор детально описує виготовлення учнями саморобних приладів і методику їх використання на уроках фізики та в позаурочний час; подає рекомендації вчителям щодо виготовлення саморобних приладів.

Матеріали можуть бути використані при розробці учнями навчальних проектів.

Дана розробка розрахована на вчителів природничих дисциплін закладів загальної середньої освіти.

ЗМІСТ

ВСТУП ………………………………………………………………5

РОЗДІЛ І.  Педагогічна ефективність використання саморобних приладів у процесі викладання фізики

1.  Виготовлення саморобних приладів як засіб 
   розвитку інтересу учнів до фізики.............................….8

2.  Використання саморобних приладів для проведення фізичного навчального експерименту…………………12

РОЗДІЛ ІІ. Методичні рекомендації щодо виготовлення та використання саморобних фізичних приладів

2.1. Організація роботи учнів з виготовлення
найпростіших фізичних приладів…………………..….28

2.2. Алгоритм створення саморобного приладу …........….31

2.3. Карта  саморобного приладу …………………….……33

2.4. Вимоги до демонстрації саморобних приладів.............34

ВИСНОВКИ……………………..……………….……..….. .40

БІБЛІОГРАФІЯ……….…………..……...……………….....44

ДОДАТКИ

1. Виготовлення саморобних приладів у домашніх умовах……………...……………………………………….45

2. Наукові проекти з використанням саморобних приладів
   
   2.1. Дослідницький проект «Життєва ємність легенів»…..……………………………………...……….....51
   
   2.2. Проект з фізики «Термоскоп. Перший прилад —
   прототип термометра»…………………...…...…………..74
   
   2.3. Дослідження теплопровідності природних та штучних речовин…………………………………….…..………..….86

3. Технічний паспорт приладу……………………....………94

4. На допомогу учневі. Звіт про виконання саморобного приладу……………………………………..…………..….98

ВСТУП

 Фізика – наука експериментальна. Спостереження, вимірювання та аналіз отриманих результатів, які проводять учні, використовуючи саморобні прилади, є по суті відтворенням основних методів фізики як науки та втіленням STEM-освіти в освітній процес, що є значущою складовою в умовах Нової української школи. Головна мета STEM-освіти полягає у реалізації державної політики з урахуванням нових вимог Закону України «Про освіту» щодо посилення розвитку науково-технічного напряму в навчально-методичній діяльності на всіх освітніх рівнях; створенні науково-методичної бази для підвищення творчого потенціалу молоді та професійної компетентності науково-педагогічних працівників [1].

Запорукою успіху у викладанні фізики є вдало підібраний експеримент, а кожен експеримент, у свою чергу,  вимагає відповідного устаткування. І це є проблемою, адже більшість кабінетів не мають навіть половини обладнання, передбаченого «Типовим переліком засобів навчання та обладнання навчального і загального призначення для кабінетів природничо-математичних предметів загальноосвітніх навчальних закладів» [2] (зі змінами від 14 липня 2017 року №1036 [3]), або це обладнання застаріле. Тому обрана тема  «Використання саморобних приладів у процесі викладання фізики» є актуальною та дозволяє успішно вирішувати завдання, пов'язані як із засвоєнням знань учнями, так і з розвитком їх особистих якостей; сприяє вирішенню проблеми оснащення кабінету фізики засобами навчання. Деякі прилади для проведення уроків, лабораторних робіт, демонстрацій виготовлені спільними зусиллями учителя та учнів.  За концепцією «Нової української школи» сучасна педагогіка – це «педагогіка партнерства». «Якщо вчитель став другом дитини, якщо ця дружба осяяна благородним захопленням, поривом до чогось світлого, розумного, у серці дитини ніколи не з’явиться зло», – писав Василь Сухомлинський [4, с.14].

Сучасне українське суспільство потребує освічених, всесторонньо підготовлених, вихованих молодих людей, оскільки це є передумовою стабільності держави та метою «Нової української школи» [4].

Метою роботи є теоретичне і практичне висвітлення значення саморобних приладів на уроках фізики для підвищення успішності та виховання учнів; визначення переваг саморобних фізичних приладів перед приладами фабричного виробництва; формування творчого підходу до будь-якої навчальної або практичної діяльності, розвиток ініціативи, активності та самостійності в учнів, конструкторських умінь, компетентності майбутньої соціально успішної особистості, що є провідним принципом STEM-освіти; підвищення інтересу до предмета, самореалізації особистості в процесі навчання.

Виготовлення приладів власноруч приносить учням задоволення й радість успіху, підвищує інтерес до предмета фізики. Тому наявність саморобних приладів у фізичному кабінеті є своєрідним критерієм працездатності  вчителя та його учнів.

РОЗДІЛ І.  Педагогічна ефективність використання саморобних приладів у процесі викладання фізики

1.1. Виготовлення саморобних приладів як засіб розвитку інтересу учнів до фізики

Значення використання нескладного саморобного обладнання не можна перебільшити навіть в умовах повної комплектації кабінетів фізики промисловими приладами. Досліди, проведені на власноруч виготовленому приладі, дозволяють учневі не тільки краще побачити зв’язок фізики і навколишнього світу, але й сприяють адекватному розумінню фізичних понять. Набутий учнями досвід конструювання приладів та установок має велике значення, бо під час складання приладів учні мають аналізувати фізичні процеси, що лежать в основі функціонування створюваного обладнання. Така практика дозволяє учневі по-новому уявити картину досліджуваних ним явищ, сприяє формуванню творчої уяви – необхідного компоненту розумової діяльності.

Окрім того, набуває розвитку дрібна моторика рук, просторове мислення й сприйняття форми об’єктів. Експерименти, які виконані за допомогою обладнання, що виготовлене учнем або за його безпосередньою участю, набувають для нього додаткового емоційного забарвлення. Усе це надає школяреві впевненості у собі, народжує бажання просуватися й далі шляхом пізнання світу фізики. Саме на це вказував академік П. Л. Капіца: «Школяр розуміє фізичний дослід добре тоді, коли його робить сам, але ще краще він розуміє його, якщо він сам робить прилад для експерименту. Тому залучення школярів до виготовлення приладів треба всіляко вітати, і при конструюванні приладів треба звернути увагу на виявлення творчих здібностей дітей і давати їм максимальну можливість проявити свої винахідницькі схильності, хоч би в дрібницях» [5, с.169].

Саморобний прилад, який бездоганно відповідає своєму призначенню, завжди дає вчителю велике задоволення і спонукає його до подальшої творчої роботи в цьому напрямі, а зацікавлення вчителя передається і його учням, що можемо побачити у відеорезюме автора [6].

Усе, що зроблене власними руками й продемонстроване на уроці фізики чи в позаурочний час, – це запорука глибоких знань.

Таким чином, аналіз процесу виготовлення та застосування школярами саморобних фізичних приладів приводить до виявлення низки можливостей цього виду навчального експерименту, серед яких можна виділити:

• формування практичних та експериментальних  умінь школярів;
• розвиток пізнавального інтересу, критичного мислення;
• самореалізацію кожного учня через досягнення успіху [7, с.191–192].

 Вважаємо, що сьогодні за відсутністю стандартного шкільного обладнання саморобний експеримент є для вчителя одним із важливих кроків впевнити школяра в тому, що всі наші знання про природу базуються на досліді, і що фізика без спостережень та дослідів перетворюється просто на гру слів. З іншого боку, із виготовлення та широкого застосування саморобного приладу можна почати процес відновлення обладнання для навчального фізичного експерименту.

Аналіз виготовлення та застосування саморобних фізичних приладів дозволив виділити їх переваги перед стандартним навчальним фізичним обладнанням:

1. Простота виготовлення (прилади можна легко виготовити із підручних засобів та застарілого фабричного обладнання).
2. Простота використання (прилади, виготовлені власноруч, за рахунок простоти конструкції не потребують багато зусиль у процесі виконання лабораторного  експерименту).
3. Простота конструкції (прилад не має зайвих деталей, які під час роботи не відволікають увагу учнів та не «забирають» час у процесі пояснення вчителем досліду).
4. Наочність (виготовляючи саморобний прилад, ми конкретизуємо його використання).
5. Забезпечення принципу зв’язку навчання з життям (більшість саморобних приладів можна виготовити з підручних побутових матеріалів, знайти таким чином для них «нове призначення»).

1.2. Використання саморобних приладів для проведення фізичного навчального експерименту

Демонстраційний експеримент з використанням саморобних приладів як метод навчання належить до ілюстративних. Отже, нашим головним завданням було і є залучення як можна більшої кількості учнів у діяльність створення саморобних фізичних приладів.

Технічна підготовленість сприяє орієнтації спеціальностей різносторонніх напрямів учнів, а також створює сприятливі психологічні і педагогічні передумови для розвитку творчих здібностей особи, виховання працьовитості, колективізму та соціальної адаптації підлітків.

Із педагогічної точки зору демонстрація дослідів за допомогою стандартного та саморобного обладнання є необхідною під час розв'язання низки специфічних задач, а саме:

1. Під час уроку для ілюстрації пояснень учителя.

Практика свідчить, що ефективність засвоєння навчального матеріалу значно підвищується, якщо пояснення вчителя супроводжується демонстрацією дослідів. Це подано в таблиці «Саморобний прилад – засіб навчання». Адже творчі саморобні прилади розширюють коло демонстрацій на уроці. Детальний  принцип роботи саморобних приладів автори (учні нашої школи) презентують на відео [6].

2. Під час виконання лабораторних робіт та фізпрактикуму [8] для ілюстрації застосування вивчених фізичних явищ та теорій в техніці, технологіях та побуті.

Демонстрація таких дослідів є необхідною не лише для ілюстрації зв'язків фізики з технікою, а й для підготовки учнів до життя в умовах сучасного технізованого суспільства.

3. Для активізації пізнавального інтересу до фізичних явищ та теорій. «Ярмарок саморобних приладів» та «Експериментаніум», які ефективно проводити  під час тижня фізики  (див. фотогалерея).

Під час «Ярмарку саморобних приладів» кожен учасник може продемонструвати свій прилад у дії і відповісти на запитання інших учасників та відвідувачів. Наприкінці проводиться обговорення робіт учнів і під час обговорення в кожного є можливість довести свою точку зору,  спираючись на знання фізичних фактів і законів, а інколи – на інтуїцію. Це послужить стимулом, який спонукає учнів не тільки стежити за правильністю виготовлення приладу, але й ретельно готуватися до захисту приладу, експерименту: читати підручник, самостійно знаходити літературу, розбиратися в суті явища або процесу. Як результат, все це приводить до розширення кругозору, закріплення знань з предмета, підвищення інтересу до нього.

«Експериментаніум» відрізняється від ярмарку тим, що відвідувачі (учні школи, вчителі, батьки) із пасивних спостерігачів перетворюються на активних учасників. Із задоволенням, а молодші школярі із захватом та подивом, проводять експеримент, використовуючи саморобні прилади, створені учнями школи.

Виготовлення саморобних приладів може бути в основі роботи фізичного гуртка, факультативу,  предметного тижня. Нескладні, але творчі завдання розвивають технічне мислення дітей, як і абстрактне взагалі, а також активізують їхні конструкторські здібності.

4. Домашній експеримент, як урізноманітнення форми домашніх завдань, що спонукають учня до самостійного отримання знань за рахунок більш глибокого вивчення відповідної літератури, бесід із учителем, батьками [9]. При цьому учень здобуває навички роботи з найпростішими інструментами, оцінює результати своєї роботи. Як результат, в учнів підвищується інтерес до предмета, розвиваються пізнавальні мотиви.

Вчитель може варіювати ступінь складності завдань, залежно від індивідуальних особливостей учня, його творчого потенціалу, навичок і умінь за допомогою карт приладів.

Наводимо нескладні приклади саморобних приладів (їх назва, будова та покроковий опис виконання), які можна зробити вдома (додаток 1):

1. Компас у домашніх умовах.
2. Електромагнітний компас.
3. Найпростіший електромагніт.

5. Навчальний проект [10; 11, с.2-24] для перевірки припущень, висунутих учнями під час обговорення навчальних проблем.

Ефективний демонстраційний експеримент може бути своєрідним поштовхом до активної пізнавальної діяльності учнів, особливо, якщо він носить проблемний характер. Під час виготовлення саморобного обладання учень знайомиться з фізичними закономірностями, законами, явищами, розвиває інтелектуальні вміння та навички, вчиться поєднувати теорію з практикою, опановує інструментальні методи дослідження.

 Приклади використання саморобних приладів під час навчальних проектів (додаток 2):

1. Дослідницький проект «Життєва ємність легенів».

2. Проект з фізики «Термоскоп. Перший прилад – прототип термометра».

3. Дослідження теплопровідності природних та штучних речовин.

І. ФОТОГАЛЕРЕЯ
«ЯРМАРОК САМОРОБНИХ ПРИЛАДІВ»

І. ФОТОГАЛЕРЕЯ
«ЯРМАРОК САМОРОБНИХ ПРИЛАДІВ»

І. ФОТОГАЛЕРЕЯ
«ЯРМАРОК САМОРОБНИХ ПРИЛАДІВ»

І. ФОТОГАЛЕРЕЯ
«ЯРМАРОК САМОРОБНИХ ПРИЛАДІВ»

ІІ. ФОТОГАЛЕРЕЯ «ЕКСПЕРИМЕНТАНІУМ»

ІІ. ФОТОГАЛЕРЕЯ «ЕКСПЕРИМЕНТАНІУМ»

ІІ. ФОТОГАЛЕРЕЯ «ЕКСПЕРИМЕНТАНІУМ»

ІІ. ФОТОГАЛЕРЕЯ «ЕКСПЕРИМЕНТАНІУМ»

РОЗДІЛ ІІ. Методичні рекомендації щодо виготовлення та використання саморобних фізичних приладів

Саморобні прилади в кабінеті фізики завжди займали і займатимуть не останнє місце. І хоч такі прилади офіційно не визнаються і не входять до жодної групи класифікації засобів навчання, проте їх виготовленню приділяють значну увагу творчо працюючі вчителі [12].

2.1. Організація роботи учнів з виготовлення найпростіших фізичних приладів

Виготовлення саморобних приладів дає змогу залучити окремих учнів до елементів технічної творчості, надати їм можливість «відчути»  фізику руками. До цієї роботи не слід залучати учнів примусово. За виготовлений прилад, після його демонстрації з описом будови та пояснення фізичних явищ, які прилад дає змогу спостерігати, учень отримує позитивну оцінку на уроці [13].

Якщо раніше наявні в кабінеті інструменти, матеріали і деталі уможливлювали проведення гурткової роботи в цьому напрямі безпосередньо в школі, то нині в основному виконують її вдома. Тому слід враховувати можливості учнів, надавати допомогу матеріалами й деталями, які є в кабінеті.

Використовуємо два варіанти залучення учнів до виготовлення саморобних найпростіших приладів:

1. На початку навчального року в кабінеті фізики учням пропонуємо перелік саморобних приладів і теми навчальних проектів. Вибравши прилад, учень отримує консультацію, а через декілька днів подає план роботи над приладом, вказує його розміри, необхідні матеріали й деталі. Після обговорення та узгодження з учителем учень приступає до виконання роботи.
2. На початку вивчення тієї чи іншої теми оголошується дата підсумкового уроку, на якому відбудеться захист саморобних приладів. Допускається колективне виготовлення складніших приладів.

На підсумковому уроці учні демонструють виготовлені ними прилади, пригадують теоретичний матеріал. Їх праця оцінюється, а це впливає на підсумкову оцінку з теми.

Саморобні прилади, виготовлені учнями, не завжди претендують на новизну й оригінальність, але, як показує практика, мають велике виховне значення та сприяють глибшому й міцнішому засвоєнню знань, наповнюють кабінет, розширюють подальші можливості виконання дослідів.

На розробку й виготовлення приладів хотілось би подивитись з іншого боку, а саме, як впливає цей процес на розвиток творчих здібностей учнів. При цьому необхідно враховувати, що творчі здібності розвиваються лише у відповідній творчій діяльності, в результаті якої створюється щось нове, оригінальне.

Визначимо два корисні аспекти творчої діяльності:

а) створюється новий продукт;

б) змінюється на краще (розвивається) сам суб'єкт творчої діяльності. Для періоду навчання в школі важливішим є саме розвиток дитини, а не об'єктивно нового продукту.

Відомо, що в основі створення будь-яких технічних приладів, у тому числі й вимірювальних, завжди лежать відомі фізичні закони.

Хочеться звернути увагу й на те, що створення нового приладу є винахідницькою діяльністю, а його «втілення в метал», тобто створення його діючого зразка, слід віднести до конструкторської діяльності.

2.2. Алгоритм створення саморобного приладу

1. Учнів необхідно готувати до сприйняття ідеї.

Ідея виготовлення приладу, хід роботи та одержані результати повинні бути зрозумілими учням. З цією метою вчитель пояснює схему установки, всі її складові, звертає увагу, який саме закон або явище демонструє прилад.

2. Прилад можуть готувати декілька учнів, групою або кожен учень окремо.

3. Демонстраційне устаткування повинно встановлювати правильні кількісні співвідношення фізичного явища, закону.

4. Установка має бути максимально надійною, а техніка демонстрування – відпрацьованою.

5. Демонстраційну установку слід збирати перед учнями в процесі викладання навчального матеріалу. Лише за умови використання дуже складного обладнання, установка може бути зібрана заздалегідь.

6. Саморобне устаткування повинно мати охайний вигляд, не відволікати учнів від основного завдання: спостерігати за фізичним явищем.

7. Не слід підміняти демонстраційний експеримент, доступний для шкільних умов, показом відповідних кінофрагментів чи комп’ютерним моделюванням, тому в разі відсутності стандартного устаткування на допомогу приходять саморобні прилади.

Під час виготовлення приладу учні повинні чітко уявляти й розуміти те фізичне явище, яке демонструє прилад. [14;15].

Інструменти й матеріали повинні бути знайомі й доступні більшості учнів, інструкції – зрозумілими і повними, загальний вид приладу повинен відображати основні особливості конструкції приладу.

2.3. Карта саморобного приладу

У ході роботи учні повинні уявляти собі об'єкт діяльності, кінцеву та проміжну цілі, інакше вони не зможуть подумки сконструювати, спрогнозувати процес досягнення поставленої мети, тим більше, якщо вона чітко не сформульована. Тому в карту приладу включаємо наступне:

Карти приладів можуть бути докладними, короткими або взагалі відсутні. У першому випадку вони підійдуть для роботи з початківцями, у другому – вони дозволяють учневі розвивати і проявити на практиці свій творчий потенціал. У третьому випадку перед учнем відкривається широке поле творчої та конструкторської діяльності [16].

Враховуючи вище зазначені вимоги, нами було створено технічний паспорт приладу (додаток 3).

Виготовлення саморобних приладів допомагає вирішити важливу проблему: перетворити учнів із пасивних спостерігачів на активних учасників освітнього процесу. Учні певною мірою стають співавторами («творцями») уроків фізики. Зацікавленість фізикою зростає на тих уроках, де використовуються саморобні прилади, цікаві досліди (більшою мірою, ніж під час використання стандартного обладнання).

2.4. Вимоги до демонстрації саморобних приладів

Для забезпечення доброї видимості потрібно дотримуватись таких правил [13]:

1. Ні учень, ні його руки не повинні закривати прилади.
2. Окремі прилади чи їх частини не повинні затінювати один одного. У зв'язку з цим прилади розносять не тільки по горизонталі, а й по вертикалі, застосовуючи різні підставки і столики.
3. Прилади потрібно добре освітлювати. Для цього застосовують спеціальні освітлювачі й екрани. Деякі досліди зі світловими явищами потрібно проводити в темноті.
4. Якщо явища відбуваються в безбарвних тілах чи рідинах, то їх роблять видимими одним з методів контрастування: підсвічуванням чи підфарбуванням.
5. Якщо предмет обертається у горизонтальній площині, то його мітять вертикальними позначками на видимій стороні, або ставлять на нього вішки.
6. Явища, які відбуваються в горизонтальній площині, демонструються учням за допомогою похилих дзеркал.
7. Якщо жоден з перелічених засобів не дає результату, то потрібно користуватись тіньовим проектуванням на екран, або використовувати телевізійну камеру.

Якщо вчитель буде працювати в цьому напрямку з самого початку, то можна досягти того, що виготовлення охайного і водночас працездатного приладу стане метою самих учнів. Таким чином, виготовлені учнями прилади будуть відповідати нормам і зможуть бути використані вчителем на уроках.

Результати домашніх експериментів, які передбачають виготовлення саморобних приладів, обговорються на уроці, де кожен бажаючий учень має змогу продемонструвати свій виготовлений прилад, розповісти хід його створення, принцип дії. Для зручності оцінювання вчителем домашнього завдання при виконанні роботи учні записують свої спостереження у вигляді письмового звіту про виконану роботу (додаток 4).

Виконання приладу бажано заохочувати оцінками, дипломами, грамотами. Кращі роботи можуть буть представлені в районних та обласних конкурсах, форумах: «Юний дослідник», «Юний шанувальник фізики», «Юний натураліст» (див. фото 1-6).

Фото 1-2. Обласний форум юних шанувальників
фізики та астрономії

Фото 3-4.  Х Всеукраїнський конкурс
дослідницько-експериментальних робіт
«Юний дослідник»

Фото 5. Обласний етап Всеукраїнського конкурсу
дослідницько-експериментальних робіт із природознавства «Юний дослідник»

Фото 6. Юні експерементатори

 Взаємодія учня і педагога в процесі спільної діяльності – це важливий момент у вихованні й навчанні учнів. В процесі роботи учні дістають можливість спілкуватися не тільки зі своїми однолітками, але і з педагогом у «партнерській» атмосфері, що є важливим моментом, як для учня, так і для вчителя.

ВИСНОВКИ

Фізика – це щось набагато більше, ніж набір законів. Фізика, насамперед, – жива творчість рук та мозку.

Нехай не кожен прилад є вершиною досконалості, але це всеодно вершина, досягнута власним розумом і своїми руками. Важливий факт, який свідчить на користь саморобних демонстраційних матеріалів – це зацікавленість учнів, стимул до реалізації себе як успішної особистості; усвідомлення можливості діяти в технологічному, технічному, швидкозмінному середовищі. Підведженням цього є призові місця учнів за участь у турнірах, конкурсах, форумах. У 2013-2014 н.р. учні були переможцями районного та учасниками обласного етапу конкурсу дослідницько-експериментальних робіт «Юний дослідник», а вже 2014-2015 н.р. стали переможцями районного, обласного етапу та учасниками Х Всеукраїнського  конкурсу дослідницько-експериментальних робіт «Юний дослідник» (який приводився в м.Київ); у 2016-2017 н.р. учні мали ІІ, та ІІІ призові місця; школярі є  активними учасниками обласного форуму «Юних шанувальників фізики та астрономії», конкурсів «Енергія», «Космічні фантазії».

Приємним фактом є і те, що деякі випускники школи обрали технічний напрям у виборі майбутньої професії (інженер, газозварювальник, автослюсар).

Таким чином, впровадження у практику роботи школи виготовлення саморобних приладів досягло своєї мети: значно виріс рівень зацікавленості, знань та самореалізації учнів як успішної особистості.

Наші сподівання підтвердилися відповідями учнів, які брали участь у соцопитуванні (учні 7-11 класів).

Учням були запропоновані наступні запитання. Отримані результати подано у відсотках (див. діаграми):

1. Що вам подобається під час вивчення фізики?

2. Яке домашнє завдання ви вважаєте за краще виконувати?

3. На якому уроці вам цікаво?

Демонстраційний експеримент з використанням саморобних приладів та пристроїв покликаний допомагати у формуванні раціоналізаторських і винахідницьких здібностей, а також у професійній компетентності майбутньої соціально успішної особистості, що є провідним принципом STEM-освіти; дозволяє здійснювати модернізацію методологічних засад, змісту, обсягу навчального матеріалу предметів природничо-математичного циклу, технологізацію процесу навчання та формування навчальних компетентностей якісно нового рівня. Це також сприяє більш якісній підготовці молоді до успішного працевлаштування та подальшої освіти, яка вимагає різних і більш технічно складних навичок, зокрема із застосуванням математичних знань і наукових понять.

Отже, можливий вихід зі скрутного становища, у якому сьогодні опинилася фізична освіта через нестачу навчального обладнання, полягає, на нашу думку, в організаційній підтримці саморобного експерименту. При цьому виготовлення та постачання у школи фізичного приладдя промислового виробництва залишається одним із  першочергових завдань.

БІБЛІОГРАФІЯ

1. STEM-освіта: стан впровадження та перспективи розвитку: матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції, 9–10 листопада 2017 року, м. Київ. – К.: ДНУ «Інститут модернізації змісту освіти», 2017 – с.160  [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://man.gov.ua/upload/news/2017/12_11/Zbirnyk.pdf
2. Перелік обладнання кабінету фізики, що відповідає діючим навчальним планам і програмам, затвердженим МОН України, технічні характеристики обладнання зі списку Наказа МОН №704 від 22.06.2016 р. про  [Електронний ресурс].- Режим доступу: http://www.ukrdidac.com.ua/katalog/sec/2 
3. Типовий перелік засобів навчання та обладнання навчального і загального призначення для кабінетів природничо-математичних предметів загальноосвітніх навчальних закладів (від 14 липня 2017 року №1036) [Електронний ресурс].- Режим доступу: http://search.ligazakon.ua/l_doc2.nsf/link1/RE29180.html
4. Нова українська школа.  Концептуальні засади реформування середньої школи [Електронний ресурс].- Режим доступу: https://www.kmu.gov.ua/storage/app/media/reforms/ukrainska-shkola-compressed.pdf
5. Збірник матеріалів наукових досліджень студентів та магістрантів Кам'янець-Подільського національного університету імені Івана Огієнка. Фізико-математичні науки. – Випуск 10. – Кам'янець-Подільський: Ка- м'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка, 2013. – 265 с. [Електронний ресурс].- Режим доступу: http://dspace.kpnu.edu.ua:8080/jspui/bitstream/123456789/2306/2010.pdf
6. Відеорезюме Слащової М.В. на конкурс "Учитель року - 2018" [Електронний ресурс].- Режим доступу:  https://www.youtube.com
7. Коробова І.В. Проблема застосування саморобних фізичних приладів у навчальному експерименті / Збірник наукових праць Бердянського державного педагогічного університету (Педагогічні науки). – №1. – Бердянськ: БДПУ, 2008. – С.188–194.
8. Фізичний практикум у класі та вдома. 10 клас/С.В.Каплун, В.Г.Решетняк. – Х.: Веста: Видавництво «Ранок»,2007. – 64 с.; іл.. – (На допомогу вчителю)
9. Старощук В. Цікаві демонстрації з фізики. Частина ІІ. - Тернопіль: Навчальна книга - Богдан, 2006. - 88с.
10.    Пізнай самого себе. Практичні роботи та експериментальні міні-проекти: вимірювання параметрів людини. - М.: Чисті ставки, 2009. - 32 с. Іл.- (Бібліотека «Першого вересня», серія «Фізика». Вип. 26).
11.    Проекти та наукові конференції як форма активізації пізнавальної діяльності учнів. – Вид. група «Основа», 2008. –160 с. – (Б-ка журн. «Фізика в школах України»; Вип.6 (54))
12.    Експериментальні домашні завдання, як засіб підвищення рівня засвоєння знань з фізики. Курсова Моміт Т Ф-42.docx [Електронний ресурс].- Режим доступу: https://studfiles.net/preview/5186625/
13.    Бугаев А.И. Методика преподавания физики в школе. - М: Просвещение, 1981. - 288 с.
14.    Блог учителя фізики Дацишиної Олени Олександрівни. Дивовижна фізика: Саморобки. Фокуси. Іграшки [Електронний ресурс].- Режим доступу: http://surprisingfiziks.blogspot.com/p/blog-page_7216.html
15.    Блог Свінціцького Антонія Домініковича-вчителя фізики і математики. Саморобні прилади з фізики [Електронний ресурс].- Режим доступу:   http://dominikovich.blogspot.com/p/blog-page_15.html
16.    Сайт Фізика та інформатика. Саморобні прилади. [Електронний ресурс].- Режим доступу:  https://fizyka.io.ua/s2455760/samorobni_priladi
17.    Магнітне поле котушки _Правило свердлика або ПРАВОЇ РУКИ_урок 21[Електронний відео ресурс].- Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=lhjzOIaJdmM

Додаток 1.

1. Компас в домашніх умовах

Вам знадобиться:

• посудина  з водою (тарілка);
• голка;
• шматочок корку або поролону.

Кроки виконання роботи

1 крок: Відриваємо шматочок поролону розміром 3х3 мм. З розміром поролону визначитися легко: головне, щоб він тримав голку, не даючи їй потонути, і не робив сильного опору при обертанні голки.

2 крок: Протикаємо голкою поролон по центру тіла (для кращого балансування), поміщаємо отриману конструкцію в посудину з водою. Голка повинна повернутися в бік «Північ-Південь».

Якщо нічого не сталося, потрібно буде намагнітити один кінець голки, а другий – розмагнітити.

Як знайти магніт в домі? Він присутній в кухонних (та інших меблях) гарнітурах, що утримують дверцята магнітами.

Також магніт є в динаміках музичних центрів, спікерів комп'ютера та ін.

Як розмагнітити сталеву голку? Піднесіть один (тільки один!) кінець голки до полум'я газової плити і потримайте 20-30 секунд. При температурі понад 70 ⁰С магнетизм зникне. Таким чином, ми отримаємо голку з одним кінцем намагніченим (Північ), й іншим  – розмагніченим (Південь).

3 крок: Як дізнатися, де з них північ, а де південь? Станьте обличчям в напрямку стрілки і згадайте, з якого боку сходить сонце. Як ми пам'ятаємо з уроку природознавства, воно сходить на сході, а заходить  – на заході. Тому, стоячи обличчям на північ, схід повинен бути справа, а захід – зліва.

Домашній експеримент

Визначте напрямок магнітного поля Землі

За стрілкою компаса визначте напрямок магнітного поля Землі у вашій кімнаті.

Чи буде наша відповідь правильною, якщо біля стрілки розмістити:

• сталевий предмет
• постійний магніт

Поясніть своє припущення та перевірте його експериментально.

2. Електромагнітний компас.

Для цього склейте паперовий циліндр завдовжки 4-5 см. Намотайте на цей каркас 20-30 витків тонкого гнучкого ізольованого дроту. Отриману таким чином котушку закріпіть на невеличкій дощечці і з’єднайте кінці провідників з батареєю гальванічних елементів.

За допомогою правої руки визначте полюси котушки (відеопосилання [17]) та позначте їх на каркасі. Опустіть дощечку в посудину з водою. Електромагнітний компас готовий.

Контрольні запитання.

1. Поясніть, як він діятиме?
2. Що відбуватиметься, якщо від'єднати джерело струму?

3. Найпростіший електромагніт

Вам знадобиться: Цвях, плоскогубці, емальований провід, кембрик (ізоляція від проводів), джерело живлення (батарейка), папір, ізолента.

Інструкція:

1 крок: Візьміть товстий цвях і плоскогубцями відщипніть від нього гострий кінчик. Місце зрізу обробіть напилком так, щоб торець цвяха був рівним і гладким.

2 крок: Цвях необхідно ізолювати: надягніть на нього кембрик і з обох сторін встановіть пластмасові шайби, щоб обмотка не виходила за межі кембрика.

3 крок: Візьміть емальований провід і щільно, виток до витка, намотайте його на кембрик, коли намотаєте один шар, оберніть його папером і намотуйте наступний.

Чим більше намотаєте витків, тим більше буде ефективність електромагніту. Після закінчення намотки виведіть дроти назовні, оберніть останній шар обмотки папером і замотайте ізоляційною стрічкою. Очистіть кінці проводів від емалі і підключіть їх до джерела струму, електромагніт буде притягувати до себе металеві предмети.

Додаток 2.1.

1. ДОСЛІДНИЦЬКИЙ ПРОЕКТ «ЖИТТЄВА ЄМНІСТЬ ЛЕГЕНІВ»

Робота учениці 8 кл.,
Зеленоярької ЗОШ І-ІІІ ст.,

 Дяченко Анни
Керівник: Слащова Марія Василівна

ЗМІСТ РОБОТИ

І. Вступ

ІІ. Життєва ємність легенів

     2.1. Легені – супергубка

     2.2 Практична частина

    2.2.1. Визначення об'єму легенів людини за площею поверхні тіла

    2.2.2 Дослід 1. «Визначення життєвої ємності легенів членів моєї родини»

2.2.3. Дослід 2. «Визначення життєвої ємності легенів  учнів»

ІІІ. Поради, як збільшити об’єм легенів

ІV. Висновки

Використана література

І. АКТУЛЬНІСТЬ ОБРАНОЇ ТЕМИ

Коли нам говорили, що потрібно виходити з класу і провітрювати його, я вважала це просто примха вчителя, щоб позбутися нас, хоч на перерві. Але під час епідемії грипу ми навчалися за кабінетною системою – всі уроки в одному класі. Після дня такого навчання я помітила, що скоріше стомлююся і моя пам'ять втрачає швидкість сприйняття і засвоєння матеріалу. Мої однокласники теж були, наче «в’ялі»: частіше позіхали, увага була розсіяна. Спитавши вчителя, у чому може бути справа, я почула, що в такому нашому стані винен кисень, вірніше його нестача, і те, що ми його не провітрювали кабінет та більшу частину перерви проводили у приміщенні. А справа в тому, що ми всі видихали вуглекислий газ, який порушував газообмін у нашому організмі. Людина є основним джерелом вуглекислого газу в приміщенні, оскільки ми видихаємо від 18 до 25 літрів цього газу на годину. Розрахунки вчених показують, що всупереч існуючому стереотипу, біль голови, слабкість та інші симптоми у людини виникають не від нестачі кисню, а сааме від вмісту вуглекислого газу.

Завдання: визначити, чи існує зв'язок між нашим організмом, приміщенням, де ми перебуваємо і показниками легенів.

2.1. ЛЕГЕНІ – СУПЕРГУБКА

Легені – основний орган дихальної системи. Вони займають більшу частину грудної порожнини. Дихальна система забезпечує організм киснем і звільняє його від вуглекислого газу. Без кисню людина гине протягом 5-7 хвилин.

Забруднення повітряного басейну істотно впливає на організм вцілому і на дихальну систему, зокрема.

Основними джерелами його забруднення є вихлопні гази автомобільного транспорту, діяльність підприємств хімічної промисловості (виробничий пил, органічні речовини, сірководень, оксиди вуглецю та азоту, а також ароматичні вуглеводні, солі важких металів).

Органи дихання беруть на себе основну частину шкідливих  речовин атмосферного повітря. Під впливом хімічних агентів, що надходять з повітряного середовища, відбувається істотне порушення структури і функції дихальної системи.

Актуальність роботи полягає у вивченні різних способів вимірювання важливих показників ємності та стану легень.

Легеневі об'єми. Життєва ємність легень

У спокої людина може вдихнути і видихнути приблизно 500
мл повітря. Це називають дихальним об'ємом легень. Об'єм дихального повітря у дитини, коли їй 1 місяць, становить 30 мл, 1 рік — 70 мл, 6 років—156 мл, 10 років — 230 мл, 14 років — 300 мл. При посиленому диханні людина може вдихнути ще приблизно 1500-3000 мл повітря — це додаткове, або резервне повітря вдиху. Після спокійного видиху людина може додатково видихнути ще 1300—1500 мл повітря — резервний об'єм видиху.

Найбільша кількість повітря, яку людина може видихнути після глибокого вдиху, називається життєвою ємністю легенів (ЖЄЛ), яка змінюється з віком, залежно від статі, ступеня розвитку грудної клітки, дихальних м'язів.

Сума об'ємів дихального — 500 мл, додаткового — 1500 мл,
резервного —1500 мл повітря становить життєву ємність легень (3500 мл).

Життєва ємність легенів у дітей повільно наростає до 7 років, поки відбувається диференціювання легенів, і енергійно збільшується у 8-9 років, даючи максимальний приріст у період статевого дозрівання. З 18 до 35 років життєва ємність легенів є максимальною — 3000-6000 мл, а потім з віком зменшується. У жінок ЖЄЛ становить 3000-4500 мл, а в чоловіків — 4000-5500 мл. Здоровий спосіб життя, фізичні тренування значно підвищують життєву ємність легенів.

Після максимально глибокого видиху в легенях залишається ще значний об'єм повітря, близько 1200 мл, який називається залишковим об'ємом. Це пов'язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній щілині, по відношенню до атмосферного, легені не спадаються і в них завжди міститься повітря. Частина залишкового повітря може вийти з легенів лише тоді, коли в плевральну щілину зайде повітря і створиться там атмосферний тиск, що можливе при пошкодженні грудної клітки з обох боків.
Загальна ємність легенів дорівнює сумі значень ЖЄЛ і залишкового об'єму.
 Крім того, при кожному вдиху приблизно 150 мл повітря залишається в дихальних шляхах: у порожнині носа, глотці, гортані, трахеї та бронхах. Цей об'єм називають об'ємом повітроносних шляхів, або мертвим простором, бо він не бере участі в газообміні, а виконує лише бар'єрну функцію. Тут повітря зволожується, зігрівається, звільняється від пилу та мікроорганізмів.

2.2.1. ВИЗНАЧЕННЯ ОБ'ЄМУ ЛЕГЕНІВ ЛЮДИНИ
ЗА ПЛОЩЕЮ ПОВЕРХНІ ТІЛА

Вважається, що кожному квадратному метру поверхні тіла чоловіка відповідає 2500 мл об'єму легенів, а жінки, відповідно, 2000 мл.

Тому об'єм легенів людини визначимо за формулою:

V= 0,0025*S - для чоловіків

V= 0,002*S - для жінок,
де V - об'єм легенів, м³; S- площа поверхні тіла людини, м².

Для цього я визначила певні параметри (табл.1) членів моєї родини (фото1-3).

Площу поверхні тіла можна обчислити двома способами:

І спосіб: математичний

S_І=0,167
де S-площа поверхні тіла людини, м²;

m - маса тіла, кг; l - ріст людини, м.

Ми розрахували площу поверхні свого тіла, підставивши всі дані:

S_Ія= 0,167= 1,23 м²

Площу інших членів експерименту розрахувала аналогічно.

ІІ спосіб: за номограмою

Для цього з'єднаємо за допомогою лінійки прямою лінією показники маси й довжини тіла. Точки перетину цієї прямої зі шкалою S дасть значення площі поверхні.

Номограма визначення площі поверхні тіла

для мами

для тітки

для мене

Використовуючи дані площі поверхні тіла S_І і S_ІІ, обчислимо об'єм легенів:

Vбрат= 0,0025*S - для чоловіків

Vя= 0,002*S - для жінок

*Площу тіла за номограмою не визначали для братика та сестрички, так як їхні параметри (маса та довжина тіла) не входять в межі номограми.

Таблиця 1

Висновок: у цьому досліді ми визначили площу поверхні тіла двома способами і визначили, що результати майже подібні. Значить ці два способи є практичними. При досліді об’єму ми встановили, що найбільший об’єм – у тітки Світлани (0,352л), а найменший – у сестри Анастасії (0,162л).

2.2.2 Дослід 1. Визначення життєвої ємності легенів
членів моєї родини

Мета роботи: визначити один із найважливіших параметрів організму – життєвої ємності легенів.

Обладнання: повітряні кульки, лінійка.

На заміну спірографу ми використовували повітряну кульку.

1. Вимірювання дихального об'єму легенів V_дих.

Видихаємо у кульку 10 разів. Міряємо діаметр кулі, і математично обчислюємо обсяг повітря V=4/3πR³. Розраховуємо середній дихальний обсяг легенів, розділивши об'єм кулі на 10.

   Для чистоти експерименту досліди  повторюємо 3 рази.

Вимірюємо діаметр кулі всіх членів дослідження (Див. мал.1, фото 7). Робимо розрахунки та всі дані заносимо до табл.2

Таблиця 2. Вимірювання дихального об'єму легенів V_дих.

Висновок: за даними вимірювань та обчислень визначили, що найбільший дихальний об’єм – у тітки Світлани (0,386 л). Я вважаю, що вона має найвищі результати, так як в минулому серйозно займалася спортом.

2.Вимірювання резервного об'єму видиху V_р.вид. Відразу після спокійного видихання треба зробити максимально глибокий видих в кульку (Фото 9-10). Визначаємо об'єм кульки. (Табл3).

Таблиця 3. Вимірювання резервного об'єму видиху V_р.вид

3. Визначення життєвої ємності легенів (ЖЄЛ). З кулькою в роті робимо глибокий вдих і максимально видихаємо у кульку. Не віднімаючи кульку від рота, повторюємо дії 5 разів. Визначаємо діаметр і обчислюємо об'єм кулі. Щоб обчислити ЖЕЛ поділимо об'єм кулі на 5.

4. Визначення життєвої ємності легенів ЖЄЛ теоретично.

ЖЄЛ_юн=[зріст (м)*5,2 - вік(років)*0,022]-4,2(для юнаків)

ЖЄЛ_дів=[зріст (м)*4,1 -вік (років)*0,018]-3,7(для дівчат)

ЖЄЛ_я=[1,52 (м)*4,1 - 12(років)*0,018] - 3,7=2,316

ЖЄЛ_брат=[1,3 (м)*5,2 - 8(років)*0,022] - 4,2 =2,384

Всі результати занесемо до таблиці 4.

Таблиця 4. Визначення життєвої ємності  легенів

2.2.3. Дослід 2. Визначення життєвої ємності легенів учнів різної фізичної підготовки.

Проблемним питанням цього досліду є те, як заняття спортом пов’язано з ЖЄЛ (життєвою ємністю легенів)?

Адже чим більше людина займається спортом або певними фізичними вправами, тим у неї краще і більше формується грудна клітка, що збільшує об’єм легенів, що забезпечує надходження кисню до легенів. Це дає можливість повністю забезпечити надходження достатньої кількості кисню в організм і навпаки.

Обладнання: Чистий (!) гнучкий тонкий пластиковий або гумовий шланг довжиною 30-50 см; пластикова пляшка об'ємом 4 л; вода; велика миска або таз; лінійка. (Див. фото 11)

Нам допомагали два добровольці з 9 класу різної фізичної підготовки.

Хід роботи

1. Набираємо в миску води на рівень приблизно 10 см.
2. Наповнюємо пляшку по вінця.
3. Закриваємо рукою пляшку і перевертаємо її догори дном. Поміщаємо так, щоб верхня частина пляшки була під водою, і тільки тоді забираємо руку.
4. Засовуємо один кінець шлангу в шийку пляшки.
5. Вдихаємо якнайглибше і робимо максимальний видих через шланг.
6. Визначаємо об'єм повітря легенів, який дорівнює об'єму води, витісненої з пляшки.

Виконання роботи

І дослідження

Першим добровольцем був Погорелець Микита
(див. фото 12-13).

Результат дослідження: пляшка майже пуста. Для дослідження ми брали пляшку об'ємом 4 л, отже, ЖЄЛ Микити близько 4 л.

ІІ дослідження

Іван також дуже відповідально поставився до нашого прохання, хоча переймався своїм результатом. (Див фото 14-15)

Результат дослідження: ЖЄЛ Івана виявився трохи більше половини пляшки. Але його результат всеодно був менший, ніж у Микити.

Іван декілька разів повторював дослідження, а результату Микити так і не досяг. (Див. фото 16)

Висновок: вимірюючи ЖЄЛ хлопців 9 класу, ми звернули увагу, що хлопець Микита, який більше фізично працює, грає у волейбол, футбол та ходить до «качалки» має більший об’єм легенів, ніж Іван, який більше часу проводить за комп’ютером і практично не розвивається фізично.

  Якщо ці два учні будуть працювати в одному приміщенні (навчатися), то другий скоріше втомиться, бо об’єм його легенів не зможе достатньо забезпечити киснем роботу мозку.

Івану ми порадили робити вправи по збільшенню грудної клітки, займатися спортом та більше бувати на свіжому повітрі, як це робить Микита та учні нашої школи. (Див фото 17-18)

3. ПОРАДИ ПО ЗБІЛЬШЕННЮ ОБ’ЄМУ ЛЕГЕНІВ

1. Дихальні практики Сходу. Китайські дихальні практики спільно з комплексами йоги і цигун лягли в основу багатьох оздоровчих систем і бойових мистецтв. Так чому б і нам не взяти з цього тисячолітнього досвіду що-небудь корисне для себе?

Почнемо з того, що правильно дихати – це не так вже просто. Прослідкуйте за собою, за тим, як видихаєте: грудьми або животом? Справа в тому, що більшість людей несвідомо дихають грудьми, наповнюючи повітрям лише 40% своїх легенів, а саме «верхню» зону, яка розташована відразу за грудною кліткою. А це не тільки не раціонально, але й шкідливо, тому що в умовах високих фізичних навантажень такі люди дихають набагато частіше, збиваючи правильну роботу серця.

Правильним же вважається дихання «животом», коли ви наповнюєте повітрям не тільки верхній відділ легенів, а й нижній, так звану діафрагму. Діафрагма становить більше половини від загального обсягу легенів, і включаючи її в роботу, ви приблизно на 30-40% задіюєте ще й верхній відділ, таким чином, збільшуючи споживаний обсяг повітря майже в два рази. Плюс до всього, якщо ви дихаєте животом, то проводите легкий внутрішній масаж органів, стимулюючи їхню правильну роботу.

2. Західна система збільшення грудної клітки.

На Заході, як і завжди, пішли іншим шляхом, розширюючи грудну клітку і, тим самим, збільшуючи вільний простір для розширення легенів. Таким чином це досить проста, але вимагає певної фізичної підготовки система того, як збільшити об’єм легенів швидко і на довгий термін. Для цього використовуються такі вправи, як пуловери (лежачи на лаві, опускання і піднімання гантелі на витягнутих руках за голову (див.мал2)), або розтягування еспандераза спиною. Це чудові вправи, які не тільки розширять вашу грудну клітку, а й зроблять вас сильнішими.

3. Об’єднання дихальних і силових технік. Існують і більш прості способи, які побудовані на комбінуванні різних систем, з метою досягнення найкращих результатів у тому, як збільшити об’єм легенів. Іншими словами, виконуючи певні вправи, ви повинні дихати правильним чином, тим самим не тільки розтягуючи грудну клітку зовні, але і розпираючи її зсередини. Найяскравішою вправою такого типу є тяга Рейдера, яка виконується таким чином: встаньте лицем до стіни, руки витягніть вгору, долоні поруч. Тримаючи руки на стіні, зігніть в області тазу приблизно на 60 градусів так, щоб відчути печіння в області грудей, після чого напружте прес, заблокувавши діафрагму, і вдихніть повні легені. Робіть по 5-6 вдихів-видихів за підхід в 5-6 повтореннях кожен день і вже через місяць ваша грудна клітка збільшиться на пару сантиметрів, а з нею і обсяг ваших легенів!

Але для того, щоб зробити цю вправу ще більш ефективною, чергуйте її з легкими підходами пуловерів зі штангою або гирею, виконуючи вправу по техніці дихання, аналогічної тязі Рейдера.

Моя родина дуже активна та спортивна.

На фото 19-20 я зі своєю тіткою та братиками беремо участь у родинно-спортивному святі, яке є традиційним у Зеленоярській школі.

Бажаю всім бути здоровими!

ІІІ. Висновки

Кращий кисневий обмін.

Чим більше об’єм ваших легенів, тим менше зусиль вам доведеться прикладати для того, щоб забезпечити організм киснем. Відповідно, вам, в прямому сенсі цієї фрази, не доведеться так часто дихати.

Підвищена витривалість і сила

Кисневий обмін забезпечує не тільки кращу витривалість, але й більше вибухової сили. І чим краще ваш організм насичується киснем, тим сильнішими і витривалішими стануть ваші м’язи. Саме тому в боксі, футболі та сучасному Кроссфіті, починаючі спортсмени спочатку тренують свої легені, «дихалку», а вже потім м’язи і техніку.

Естетика

Тож чим більший обсяг ваших легенів, тим ширші ваша грудна клітка, плечі і масивніше торс. Таким чином це дозволить чоловікам виглядати мужньо за рахунок візуально більш широкого торсу, а жінкам – привабливіше за рахунок підняття грудей і візуально тонкої талії.

Використана література та джерела

1. Массаригін А. Г., Массаригін В. Г., ГончаровВ. М. Анатомія і фізіологія людини.— К., 1975.— С. 60–66.
2. Шмалей С. В. Диагностика здоровья.— Херсон, 1991.— С. 46–54.
3. Сергеев Б. Занимательная физиология.— М., 1969.— С. 86–113.
4. Пізнай самого себе. Практичні роботи та експериментальні міні-проекти: вимірювання параметрів людини - М.: Чисті ставки, 2009. - 32 с. Іл.- (Бібліотека «Першого вересня», серія «Фізика». Вип. 26).
5. Кисільова Л.В. Фізика людини. Елективний курс. – Х.: Вид.група «Основа», 2012. – 128 с. – (Б-ка журн. «Фізика в школах України»; Вип. 3 (99))
6. http://ukrbukva.net/72703-Zhiznennaya-emkost-legkih.html
7. http://konst.org.ua/yak-zbilshiti-obyem-legeniv-praktichni-poradi.html.

Додаток 2.2.

2.          ПРОЕКТ З ФІЗИКИ «ТЕРМОСКОП. ПЕРШИЙ
   ПРИЛАД – ПРОТОТИП ТЕРМОМЕТРА»
   Розділ «Теплові явища»

Орієнтовний план проекту

1. Історія винайдення першого приладу для вимірювання температури – термоскопа.
2. Які існують шкали для вимірювання температури. Історія їх винайдення.
3. Типи термометрів. Їх використання.
4. Цікаві факти про температуру з різних наук.

Кожен пункт запропонованого плану можна розглядати як окрему тему проекту.

До кожного пункту плану підібрано матеріал на допомогу учню, за текстом якого він зможе дібрати малюнки приладів та фото вчених, а на основі всього матеріалу – зробити презентацію і вдало захистити проект.

2.1. Історія винайдення першого приладу для вимірювання температури – термоскопа.

Давні вчені про температуру судили за безпосереднім відчуттям. Ніхто з сучасників Галілео Галілея не міг порівнятися з ним в умінні побачити великі закони в простих явищах. Всі чули про те, як багато він дізнався, роздумуючи про падіння тіла на Землю.

До вивчення теплових явищ Галілей підійшов з тих же позицій; перш за все він зайнявся тим, як виміряти температуру тіла.

У 1592 році Галілео Галілей створив перший прилад для спостережень за змінами температури, назвавши його «термоскопом».  За термометричне тіло в ньому було взято повітря. Цей прилад складався із скляної кулі, наповненої повітрям; від нижньої частини цієї кулі відходила скляна трубка, частково заповнена підфарбованою водою.

Ця трубка занурювалась нижнім кінцем у посудину, також наповнену підфарбованою водою.

Перед використанням куля злегка нагрівалась; при цьому частина повітря з неї виходила і після цього трубку опускали в посудину. Атмосферний тиск змушував воду підніматися вгору до деякого рівня. Піднімання та опускання після цього рідини у трубці легко пояснюється зміною температури повітря у кулі. Оскільки висота піднімання рідини у трубці залежить не тільки від температурного збільшення чи зменшення об'єму повітря у кулі, а й від атмосферного тиску, то вимірювання температури цим термометром було наближеним, який не мав певної шкали і тому можна було користуватися ним тільки для порівняння температури тіл.

Висновок: Історія винайдення термометра є історією удосконалення термоскопа. Повітря замінили підфарбованим спиртом, а пізніше ртуттю. Повітря з трубки відкачали і запаяли кінець, виключивши дію атмосферного тиску. Але основним удосконаленням було створення шкали.

2.2. Які існують шкали для вимірювання температури.
Історія їх винайдення

1.             Шкала Фаренгейта

Фаренгейт Габріель Даніель (1686-1736), німецький фізик і склодув із Голландії, працював у Великобританії і Нідерландах. 1709 року виготовив спиртовий термометр, а 1714 року — ртутний. Запропонував першу температурну шкалу, яка носить його ім'я — шкала Фаренгейта. Ця температурна шкала, один градус якої (1 °F) дорівнює 4200 різниці температур кипіння води і плавлення льоду за атмосферного тиску. Секрет Фаренгейта полягав у тому, що він охайно наносив поділки на шкалу, використовуючи для цього декілька опорних точок. За 0 °F — першу фіксовану точку — Фаренгейт прийняв найнижчу температуру, яку він зміг одержати, — температуру плавлення суміші льоду, води, нашатирю. Другу точку — 32 °F — він отримав, занурюючи термометр у суміш води і льоду. А відстань між ними розділив на 32 частини. Свою шкалу Фаренгейт перевіряв, вимірюючи нормальну температуру тіла людини. Нова точка потрапляла на 96 °F. Пізніше він увів ще й четверту опорну точку — точку кипіння води за нормальних умов — 212 °F.

Різні термометри Фаренгейта можна було звіряти один з одним, порівнюючи їхні показання в різних сталих точках шкали. Тому вони прославилися своєю точністю. Шкалою Фаренгейта дотепер користуються в Англії й США.

2.                 Шкала Реомюра

В 1730 р. Рене Антуан Фершо де Реомюр запропонував температурну шкалу, названу його ім'ям, що один градус цієї шкали рівний 1/80 різниць температур кипіння води і танення льоду (тобто градус Реомюра рівний 5/4 градуси Цельсія), що вона практично вийшла з вживання.

Термометр робився так. Припаявши до круглої колби трубку, Реомюр заливав в неї спирт, в міру можливості очищений від води і розчинених газів.

У своєму мемуарі він особливо обумовлює, що його рідина містила не більше 5 відсотків води. Видно, Реомюр не помилявся: ретельною перегонкою спирт, дійсно, можна довести до 96%-вої чистоти.

 Трубка не запаювалася, Реомюр лише затикав її замазкою на основі скипидару, яка протистояла тиску, який створюють пари спирту при температурі кипіння води. Опорна точка була у Реомюра всього одна: температура танення льоду. А величину градуса він визначив зовсім не діленням якогось інтервалу температур на число, що казна-звідки узялося, 80. Насправді він вирішив прийняти за один градус таку зміну температури, при якій об'єм спирту зростає на 1/1000. Таким чином, термометр Реомюра був, по суті, великим пікнометром.

Інша версія говорить, що шкала Реомюра введена в 1730 р. Як опорні точки вибрані температура танення льоду і температура кипіння води. Точці танення льоду привласнено значення 0°R. Свій термометр він наповнив сумішшю спирт-вода, яка між двома опорними точками розширювалася на 8%. За 1°R він прийняв температуру, відповідну розширенню рідини на 1 проміле (тисячна частка), тому температура кипіння води набула значення 80°R. Таким чином, величина градуса в шкалі Реомюра визначається як вісімдесята частина інтервалу між температурою танення льоду і температурою кипіння води. Так і виникла «шкала Реомюра», яка дожила до середини нашого століття.

Через декілька десятків років ця температурна шкала вийшла з використання.

3) Шкала Цельсія.

Сучасна температурна шкала була запропонована в 1742 році шведським фізиком Андерсом Цельсієм (1701-1744), який у своїх ртутних термометрах запровадив 100-градусну шкалу. Йому не подобатися від'ємні значення температур, і він вирішив за потрібне перевернути стару шкалу і помістити 0°С у точку кипіння води, а 100°С — у точку її замерзання. Але «перевернута» шкала не набула популярності і незабаром на пропозицію шведського натураліста Карла Ліннея повернулися до звичайного розміщення опорних температур. На сьогодні прийнято, що одиниця температури 1°С (один градус Цельсія) — це 1/100 частини інтервалу між температурами плавлення льоду й кипіння дистильованої води за нормального атмосферного тиску (101325 Па).

4) Шкала Кельвіна. На початку XIX століття англійський вчений Уїльям Томсон, який одержав в 1866 році за наукові заслуги титул барона Кельвіна (1827-1907), запропонував температурну шкалу, яка стала надалі основною для міжнародного стандарту сучасної термометрії. Одночасно Кельвін обґрунтував поняття абсолютного нуля температури, за якого припиняється тепловий рух. Від абсолютного нуля відраховується температура за шкалою Кельвіна:

0 °С—273,15 К

100 °С —373,15 К

Шкалу Кельвіна називають абсолютною шкалою температур.

3. Типи термометрів.

Існує багато приладів для вимірювання температури: рідинні, металеві, електронні, термоелектричні, газові, термометри опору У медицині використовують термометри ртутні, електронні, інфрачервоні.

•                     Рідинний термометр – прилад для вимірювання температури, дія якого ґрунтується на тепловому розширенні рідини під час нагрівання. Залежно від температурної області застосування рідинні термометри заповнюють етиловим спиртом (від -80 °С до 100 °С) або ртуттю (від -35 °С до 750 °С).

Спочатку термометри застосовували тільки для метеорологічних спостережень, пізніше — для вимірювання температури повітря в приміщеннях, у медицині, під час хімічних досліджень, тощо. (Демонстрація різних видів термометрів.)

•                     Електронний термометр більш точний, ніж звичайний кімнатний або вуличний. Він з точністю до десятих показує температуру в приміщенні і на вулиці.
•                     Термометр опору — прилад для вимірювання температури, зі зміною температури змінюється сила електричного струму в колі.
•                     Дія газового термометра ґрунтується на залежності тиску і об'єму газу від температури. Заповнюючись гелієм, азотом або воднем, балон з'єднується за допомогою капіляра з манометром, що поміщають у середовище, температуру якого вимірюють.
•                     Металевий термометр — це біметалева пластинка, яка з'єднана зі стрілкою термометра, і вигинається в результаті нагрівання.

Пам'ятайте! Термометри повинні зберігатися в спеціальній картонній або пластмасовій упаковці (футлярах) у місцях, що виключають можливість їх пошкодження. З розбитих ртутних термометрів витікає ртуть, випаровування якої є сильною отрутою. Тому при пошкодженні ртутних термометрів їх осколки і краплі ртуті, що розлилася, повинні бути ретельно зібрані, поміщені в банку з кришкою, що щільно закривається, і здані в найближчу аптеку для подальшої утилізації або знешкодження. Але в жодному випадку не можна викидати зібрану з розбитого термометра ртуть в сміття, оскільки її пари представляють велику небезпеку для оточуючих людей і тварин.

ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Зверніть увагу на таку обставину. Термометр завжди показує свою температуру, отже, під час вимірювання температури рідинним термометром слід дотримуватись таких правил: треба помістити колбу термометра в те середовище, температуру якого вимірюють; зачекати певний час, поки стовпчик рідини в трубці термометра зупиниться, тобто поки не встановиться теплова рівновага між колбою і середовищем; не виймаючи термометр із середовища, визначити за шкалою значення його температури.

4. Цікаві факти про температуру з різних наук

•                     Фізика. У XIX столітті англійські фізики Благ-ден і Чентрі проводили на собі досліди, з визначення найбільшої температури повітря, яку може витримати людина. Вони проводили цілі години в натопленій печі хлібопекарні. Виявилось, що при поступовому нагріванні в сухому повітрі людина може витримати не тільки температуру кипіння води, а й набагато більшу — +160°С.
•                     Географія. На Землі є багато спекотних і холодних місць. У Долині Смерті (Каліфорнія, США) зафіксована спека +56,7°С, але рекорд належить пустелі Сахара (Африка) — +63°С у тіні. Найхолоднішими місцями у Північній півкулі є Якутія і Гренландія, де температура досягає -70°С. Але найхолодніше місце на нашій планеті — це Антарктида. У серпні 1960 році на радянській станції «Восток» була зафіксована температура повітря -88,3°С, а в 1983 році – температура -89°С. В її глибинних районах зафіксована температура -94,5°С. На такому морозі метал стає крихким, гас перетворюється на густу желеподібну масу і не спалахує навіть при контакті з полум'ям.
•                     Біологія. Змії знаходять здобич за тепловим випромінюванням. Природний термометр гримучої змії, розташований у неї між очима, уловлює зміну температури до 0,001°С.
•                     Хімія. У німецького фізико-хіміка Вальтера Нернста в робочому кабінеті на письмовому столі завжди лежав своєрідний термометр — запаяна ампула з органічною речовиною дифенілметаном С6Н5 -СН2 -С6Н5.

Температура плавлення цієї сполуки близько +27 °С.

Якщо літньої пори починалася спека і дифенілметан плавився, це означало, що роботу в лабораторії треба припиняти. Тоді Нернст наказував усім співробітникам негайно залишити лабораторію і йти купатися.

•                     Медицина. Нормальна температура тіла для кожної людини індивідуальна. Для одних нормальною вважається температура +36,2. °С, для інших +37,2 °С. Кожна людина повинна сама визначити свою нормальну температуру, використавши термометр. Проведіть вимірювання температури протягом декількох діб вранці і ввечері, коли самопочуття добре. Врахуйте, що температура, як правило, нижча вранці. Доки температура менше +37,5 °С, не треба перейматися, а якщо при цьому з'являються інші симптоми, краще звернутися до лікаря. Під час грипу температура тіла може досягти +40 °С Для дорослих саме тривалість жару найнебезпечніша, ніж сама температура. Температуру до +38 °С збивати не треба, оскільки за підвищеної температури до +38 °С виробляється інтерферон — захисний білок, який допомагає організму самостійно боротися з вірусною інфекцією. Якщо температура підвищується, негайно її збивайте і викликайте лікаря.

Додаток 2.3.

3. «ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ
   ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ РЕЧОВИН»

Опис проекту

Автор: Андрущенко Марина,  учениця 8 класу
Зеленоярської ЗОШ І-ІІІ ст.

Керівник: Слащова Марія Василівна

Мета роботи: дослідити і порівняти теплопровідність пінопласту та сухої серцевини соняшнику, які подібні за фізичними властивостями; висунути гіпотезу про можливе використання природної речовини в побуті.

Об'єкт дослідження: теплопровідність речовин

Предмет дослідження:

1. суха серцевина стовбура соняшника;
2. пінопласт

Матеріали та обладнання:

• сухі стебла соняшника
• пінопласт
• годинник
• термометри
• два саморобні калориметри
• ніж
• гаряча вода

Структура роботи:

Вступна частина включає в себе підготовку досліджуваних матеріалів до експерименту.

1.  Видаляємо серцевину (перенхіму) зі стебла соняшника.
2. Пінопласт ділимо на сегменти (кульки).  Серцевину подрібнюємо на маленькі шматочки, які за величиною подібні до пінопластових кульок.
3. Заповнюємо пустоти калориметра №1 пінопластом. Аналогічні дії робимо із калориметром №2, заповнюючи проміжки серцевиною соняшника.

Основна частина

У розділі «Експеримент|» порівнюємо теплопровідність досліджуваних матеріалів. Всі результати заносимо до таблиці.

За даними таблиці створюємо діаграму.

Робимо аналіз експерименту та висновки.

В роботі є фотоматеріали проведеного дослідження.

Додаток 3

Додаток 4

НА ДОПОМОГУ УЧНЕВІ

Звіт про виконання саморобного приладу

Прізвище та ім’я учня ________________________________
 

Клас_______________
 

1. Назва роботи:_____________________________________

2. Опишіть будову та принцип роботи приладу, макету

2. Поясніть, які явища демонструє прилад

3. Зробіть малюнок , схему

ДЛЯ НОТАТОК

ДЛЯ НОТАТОК