Проектно- исследовательская деятельность учащихся
в процессе обучения физике.
|
|
Евлампьева Любовь Михайловна, учитель физики МОУ «Ишакская СОШ» Чебоксарского района |
Проектно - исследовательская деятельность учащихся – это процесс совместный учителя и учащегося по выявлению сущности изучаемых явлений и процессов, по фиксации, систематизации субъективно и объективно новых знаний, определение и доказательство, раскрывающий межпредметную связь. За многолетнюю работу учителем физики я убедилась, что исследовательская деятельность способствует расширению и углублению знаний по предмету, развитию интеллекта и научного мировоззрения, и формированию коммуникативных навыков.
Я пытаюсь создать условия для развития творчеств, организуя уроки, внеклассные мероприятия проектно- исследовательского характера. Всю работу по проектно-исследовательской деятельности разбиваю на этапы.
1.Предварительный этап:
Определение основных целей и задач проектной работы, названия творческого задания, выявление основных направлений исследовательской деятельности , составление плана работы , которое является ориентиром для учителя, а педагог в свою очередь составляет план самостоятельной работы для учащихся.
2.Реферативны этап:
Обработка информации, источниками информации выступают: библиотечный фонд школы, Интернет; работа со справочной литературой, составление схем, рисунков, плакатов.
3. Этап исследования
:
Проведение опытов, прослушивание дисков и просмотр видеофильмов.
4. Этап оформления:
Создание презентации, итогов проведенных исследований в виде кратких отчетов
.
5.Заключительный этап
:
Защита проекта, который включает: визитную карточку, электронная презентации проекта.
Проектно- исследовательская работа
« Беззвучный звук в мире живой природы».
Визитная карточка проекта
1.Авторы:Алексеева Ольга учащийся 9 класса
Сазонова Анжелика учащийся 9 класса
Координатор: Евлампьева Любовь Михайловна, учитель физики МОУ «Ишакская СОШ».
2. Тема проекта:
«Беззвучный звук в мире живой природы
».
3.Цели проекта:
расширение кругозора учащихся путем самообразования;
повышение творческой активности учащихся;
формирование умений и навыков поисково- исследовательской деятельности.
4.Методические задачи
:
научиться обрабатывать полученную информацию и
формулировать обобщения и выводы;
доказывать обнаружение опытным путем распространение
беззвучного звука в природе.
5.Основопологающий вопрос:
«К
ак излучаются и воспринимаются инфра и ультразвуки живыми существами на суше, в воде и в воздухе
»
6.Вопросы учебной темы:
Как распространяются инфра-ультразвуковые волны?
Как беззвучные звуки помогают живым существам выживать?
Что такое «голос моря»?
Как человек научился слышать беззвучный звук?
7.Творческое задание:
«Беззвучный звук во благо жизни»(серия заданий)
8.Самостоятельные исследования, проводимые учащимися
:
опытное определение места распространения звука,
опытное подтверждение распространения звука через кости.
9. Соответствие с темой учебного плана:
интерференция ,отражение, преломление волны,
длина и скорость распространения волны,
распространение звука в различной среде,
ультра- и инфразвук .
10.Предметные области
: физика, биология, география , зоология , информатика
11.Оформление результатов проекта
:
рефераты,
плакат об излучении и восприятии звука,
плакат распространения инфразвуковой волны при землетрясении,
презентация.
12.Краткая аннотация проекта
:
В ходе создания проекта учащиеся проводят опыты по определению места издания звука ,распространения звука через кости; расширяют свой кругозор путем самообразования; формируют умения извлекать информацию из различных источников; учатся анализировать и доказывать, что существуют звуки, которых слышат одни, но не слышат другие
.
13.Какое время требуется для выполнения проекта: 3 недели.
План работы по проекту
| Предварительный этап |
Сроки выполнения |
| Формулировка основополагающего вопроса и осознание проблемы Обсуждение творческого проекта Участники Результат |
1ч Алексеева О.,Сазонова А. Начало работы |
| Реферативный этап |
2ч |
| Обработка информации Поисково-исследовательская деятельность Работа Результат |
1ч 1ч индивидуальная оформление плакатов |
| Этап исследования |
3ч |
| Проведение опытов Прослушивание музыкального диска и получение «шума моря» Просмотр видеокассеты «вода» Работа Результат |
1ч 1ч 1ч групповая оформление презентации |
| Этап оформления |
2ч |
| Создание презентации Результат |
2ч подготовка проекта |
| Заключительный этап |
1ч |
| Выступления учащихся Обсуждение результатов Формулировка общего вывода по проекту Оценка работ |
Представить готовую презентацию проекта |
Лист планирования самостоятельной работы учащихся
Имена: Алексеева Ольга, Сазонова Анжелика.
Тема проекта: «Беззвучный звук в мире живой природы»
Основной вопрос
: Как излучают и воспринимают инфра- и ультразвуки живые существа и используют распространение звука во благо?
Вопросы учебной темы
: Как распространяются инфра- и ультразвуковые волны?
Как инфра- и ультразвук помогает живым существам выживать ?
Что такое « голос моря»?
Как человек научился слышать беззвучный звук?
Этапы работы и виды деятельности
| №№ |
Название этапа |
Вид деятельности |
| 1. |
Распространение и восприятие ультразвука живыми существами в воздухе |
Оформление плаката восприятия звука летучей мышью |
| 2. |
Распространение инфразвука на земле |
Оформление плаката возникновения землетрясений |
| 3. |
Разгадка «голоса моря» |
Прослушивание диска и просмотр видеофильма |
| 4. |
Восприятие беззвучного звука человеком |
Опытное подтверждение распространения звука через кости головы и кости ног |
Учебные предметы: физика, биология, география, зоология, информатика.
Материал для ученика: лист планирования самостоятельной деятельности учащихся.
Материал для учителя: план работы по проекту.
Урок - исследование.
«Беззвучный звук в мире живой природы»
Цель
:1. ознакомить учащихся с результатами исследований, существующего беззвучного для человеческого уха звука
2.научиться слышать и слушать окружающий нас мир
3.расширение кругозора учащихся
4. уметь сопоставлять окружающие явления с реальными опытными аналогами
5. научиться угадывать место источника звука.
Оборудование
: домино, секундомер, тарелки, чипсы, мультимедийный проектор .компьютер, музыкальный центр, диск «Голос природы»,резиновый шар.
Ход урока
Окружающий нас мир материален, т.е. существует вне нас и независимо от нас, прямо или косвенно действует на наши органы чувств, вызывая ощущения.
На экране:
«Луга по обеим сторонам кишели насекомыми, которые для моего слуха наполняли воздух своим резким жужжанием, но мой друг ничего этого не слышал: музыка насекомых лежала вне границы его слуха».
В воздухе, в воде, на суше возникают и распространяются звуковые волны –слабые возмущения- механические колебания с малыми амплитудами. По мере слышимых эвуков - звуковые волны с частотой от 16 до 20000 гц, существуют беззвучные для человеческого уха звуки- инфразвук при частоте меньше 16 гц и ультразвук с частотой больше 20000 гц.
На экране основополагающий вопрос :Как излучают инфра- и ультразвук живые существа и используют распространение этих видов волн во благо себе»
Дать ответы на следующие вопросы учебной темы:
Как распространяются ультра – инфразвуковые волны?
Как инфра- ультразвук помогает живым существам выживать в своей среде?
Что такое «голос моря»?
Может ли человек слышать беззвучный звук?
Может ли человек услышать беззвучный для другого человека звук?
Гипотеза: человек услышать беззвучный для другого человека звук
.
Проведем исследование
. Жевание картофельных чипсов, плотно закрыв уши руками.
Домашнее исследование:
Часы, зажатые между зубов, плотно закрыв уши пальцами. Слышны тяжелые удары тиканья часов.
Дело в том, что шум и грохот существуют лишь в наших ушах и мало беспокоят уши наших соседей. Кости черепа, как и вообще твердые тела хорошо проводят звук ,а звук в плотной среде распространяется быстрее и усиливается до чрезмерных размеров. Доходя до уха через воздух, треск чипсов воспринимается как легкий шум, но тот же треск пройдя через кости челюсти превращается в грохот.
Так Бетховен, потеряв слух, слушал игру на рояле, приставив к нему одним концом свою трость, другой конец держал в зубах.
Очень часто мы ошибочно определяем расположение источника звука.
Как определить местоположение источника звука?
Исследование.
По
Результат получается прямо невероятный: звук издается в одном углу, а слышится в другом. Отсюда практический вывод: если хотите определить, откуда доносится звук, не поворачивайте лицо на звук, напротив, отворачивайте его в сторону.
В природе живым существам определять источник звука помогает ультразвук, который для человека является беззвучным.
Морская вода насыщена звуками. Это обнаруживают опытные ныряльщики за те немногие секунды, которые они проводят под водой.
Чаще всего рыбы издают звуки, воздействуя особыми мышцами на свой, туго натянутый плавательный пузырь.
Опыт с резиновым шаром.
Надуть 2 одинаковые резиновые детские шарики. Один до больших размеров, другой меньшего размера. Провести пальцем по шарикам.
Результат. Слышим различный звук. Каждая рыбка издает свой звук.
Особенно сложная звуковая сигнализация у морских млекопитающих.
Рассказ о дельфинах
Сазоновой А. по плакату (См. приложение1) про эхолокацию дельфинов.
Дельфины.
Один из видов морских млекопитающих, использующих эхолокацию - это дельфины. Я попробую вам объяснить, каким образом дельфины могут разговаривать между собой, ориентируются в воде и ловят рыб с помощью ультразвуков.
У большинства дельфинов есть спинной плавник, морда вытянута в “клюв”. Из семейства китовых у дельфинов лучше всего развита эхолокация и наиболее тонкий слух (дельфины могут воспринимать акустические колебания с частотой от нескольких десятков Гц до 150-196 кГц). Имеют голосовую сигнализацию и звукосигнальный (он же эхолокационный) орган, расположенный в воздухоносных полостях головы. Испускают сигналы до 170 кГц.
Ультразвук возникает в гортани, переходит в воздухоносные мешки головы, которые являются генератором ультразвука, то есть они генерируют (усиливают) громкость звука, и эти лучи, проходя через жировую линзу, собираются в одной точке возле рыбы. Эти лучи могут пройти расстояние до 15-20м.
А почему дельфин ловит рыбу намного меньшего размера, чем он сам.
Оказывается, это связано с полным отражением звуковых волн, в частности, ультразвука. Дельфин испускает короткие ультразвуковые импульсы, которые доходят до рыбы и заворачивают обратно, давая дельфину полную информацию о расстоянии до рыбы, и нет ли на этом пути препятствий. Кроме того, возникает боковая волна, которая идёт вдоль всей поверхности тела рыбы и заворачивает обратно и даёт дельфину информацию о размерах рыбы.
Почему иногда дельфины оказываются выброшенными на берег или на мель, то есть в места, где глубина недостаточна для их проживания. Объяснения этому до сегодняшнего дня нет. Но с физической точки зрения происходит следующее: распределение волны сопровождается потерями энергии за счёт её перехода в тепло. Когда дельфин движется в воде, на него действуют такие силы, как сила тяжести, Архимедова сила, а также он ощущает на себе волновое сопротивление. Волновое сопротивление – одна из составляющих сил сопротивления жидкости движению тела. При движении тела по поверхности жидкости или около поверхности раздела жидкостей разной плотности на этих поверхностях образуются системы гравитационных волн. Результат вызванных волнами сил давления, направленная противоположно движению тела, представляет собой волновое сопротивление. Величина волнового сопротивления зависит от формы тела, глубины его погружения под поверхностью, на которой возникают волны, от скорости его движения, глубины и ширины фарватера, где происходит движение. С увеличением глубины погружения тела волновое сопротивление уменьшается, а с уменьшением этой глубины, следовательно, уменьшается. И если дельфин попадает в место, где глубина очень мала, волновое сопротивление, действующее на него, резко увеличивается. Из-за этого дельфин теряет ориентировку и оказывается выброшенным на берег или на мель.
Прослушивание пения дельфинов (приложение 2 на
CD диске).
Дельфин воспринимает отраженный звук, а человек- какой?
Домашнее исследование.
Поставить одну тарелку на стол и в нескольких сантиметрах от ее дна держать секундомер или часы. Другую тарелку держать у головы близ уха. Если положение, часов, уха правильно подобрать, то можно услышать тиканье часов, словно исходящие от той тарелки, которую вы держите у головы.
Не только морские млекопитающие общаются между собой звуками и ориентируются при движении, но и наземные млекопитающие. Рассказ Сазоновой А. о летучих мышах.
Летучие мыши.
Кроме морских млекопитающих, наземные животные тоже используют ультразвук.
Во многих пещерах живут огромными колониями летучие мыши. Они находятся в пещерах только днём, ночью же вылетают наружу и охотятся за насекомыми. Как же летают эти животные в полной темноте, не наталкиваясь на стены и известковые образования. Оказалось, что летучие мыши способны издавать и воспринимать ультразвуковые колебания. Частота этих издаваемых колебаний около 50 тыс. в секунду.
У большинства летучих мышей уши большие, с незамкнутыми снизу краем, перед слуховым проходом имеется кожистый выступ – козелок. Зрение развито плохо, поэтому все летучие мыши обладают совершенной эхолокацией – определяют положение окружающих предметов (включая объекты питания), улавливая слуховым аппаратом эхо ультразвуковых сигналов (короткие ультразвуковые импульсы частотой 20-120 кГц и продолжительностью от 0.2 до 100мс). Локационные сигналы генерируют гортанью и испускают их через нос или рот.
Первая часть импульсов падает на стену и отражается под углом, равным углу падения. Кроме того, возникает боковая волна, которая падает на стену, идёт вдоль всей её поверхностью, пересекается с первой волной и заворачивает обратно в то место, откуда она возникла.
Значит, благодаря именно ультразвуку и боковой волне, способной заворачивать обратно, летучие мыши могут не только летать внутри и вне пещеры, прекрасно ориентируясь в кромешной темноте, но и ловить на лету мелких насекомых.
Прослушивание шума ветра (приложение 4 на
CD диске).
Помимо ультразвука с частотой более 20000 гц, распространяются инфразвуки.
Рассказ Алексеевой О. об инфразвуке.
Инфразвук
Инфразвук –
от латинского слова “инфра” – “ниже”.
-- это упругие колебания и волны с частотами, лежащими ниже области слышимых человеком частот.
Обычно за верхнюю границу инфразвукового диапазона принимают 15-40Гц; такое определение условно, поскольку при достаточной интенсивности слуховое восприятие возникает и на частотах в единицы Гц, хотя при этом исчезает тональный характер ощущения и делаются различимыми отдельные циклы колебаний. Примерно диапазон инфразвуковых частот охватывает около 15 октав.
Инфразвуковые волны распространяются в
- воздушной среде;
- водной среде;
- земной коре, но не в безвоздушном пространстве!
Естественными источниками инфразвука в воздушной среде является метеорологические явления. Инфразвуковые волны генерируются атмосферными турбулентными изменениями давления, ветром и т.д. В атмосфере вклад в шумовое инфразвуковое поле вносят грозовые разряды, полярные сияния и т.п.
Естественными источниками инфразвука в водной среде также являются метеорологические явления. Эти волны генерируются океаническими турбулентными изменениями давления, морскими волнами (в т.ч. приливными), водопадами и т.п. В океане же вклад в шумовое инфразвуковое поле вносят изгибные колебания и температурное растрескивание ледяного покрова. Источником инфразвука в океане является приводный слой атмосферы. Генерация происходит вследствие взаимодействия ветра с взволнованной поверхностью моря. Сущность этого взаимодействия – срыв вихрей в загребневой зоне волн.
В море частотный диапазон генерируемых колебаний зависит от скорости ветра, параметра волн и ряда других факторов.
Также источником инфразвука является инфразвуковой “голос моря”. Впервые он был выявлен В.В.Шумикиным и объяснил его.
Поверхность инфразвуковой волны возбуждает шумовой звук в толще воды океана. Образуется же “голос моря” вовремя шторма, в результате сжатия и разряжения воды. Аналогом “голоса моря” является домино. При помощи домино как раз-таки можно услышать шум приливных волн.
Животные, живущие в океанах, чувствуют приближение шторма или цунами (или какого-нибудь бедствия), и уплывают из места, где призойдёт бедствие. В случае возбуждения внутри океана, животные чувствуют сжатие и разряжение воды.
Биологическими источниками инфразвука в океанах являются китообразные. В воде содержится источник энергии (в данном случае это китообразные). Передача возмущений воды сопровождается подпиткой от этих источников, то есть оттуда, где начинается возмущение воды или приближение шторма идёт инфразвуковая волна, которую принимают на себя китообразные. Таким образом, они являются биологическими источниками и чувствуют приближение шторма.
Естественными источниками инфразвука в земной коре являются сейсмические и вулканические явления. Инфразвук генерируется в этом случае землетрясениями, обвалами, извержениями вулканов.
Землетрясения – подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещениях и разрывов в коре или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний (инфразвуковых и сейсмических волн).
Различают Р- и S-волны.
Р-волны – это глубинные волны, при прохождении которых породы то растягиваются, то сдавливаются.
S-волны – это упругие, поверхностные волны, которые расходятся в стороны или движутся вверх и вниз.
Основная особенность инфразвука, обусловленная его низкой частотой – малое поглощение. При распространении в глубоком море и в атмосфере на уровне земли инфразвуковые волны частотой 10-20Гц затухают на расстоянии 1000км не более чем на несколько дБ. Из-за большой длины волны на инфразвуковых частотах мало и рассеяние звука в естественных средах; заметное рассеяние создают лишь очень крупные объекты – холмы, горы, высокие здания и др. Вследствие малого поглощения и рассеяния инфразвук может распространятся на очень большие расстояния. Известно, что звуки извержения вулканов, атомных взрывов могут многократно обходить вокруг земного шара, сейсмические волны могут пересекать всю толщу Земли. По этим же причинам инфразвуки почти невозможно изолировать, и все звукопоглощающие материалы теряют эффективность на инфразвуковых частотах.
Установлено, что инфразвук с высоким уровнем интенсивности (120дб и более) оказывает вредное влияние на человеческий организм. Ещё более вредными являются инфразвуковые вибрации, поскольку при их воздействии могут возникать опасные резонансные явления отдельных органов. Мощный инфразвук может вызвать разрушение и повреждение конструкций, оборудования. Вместе с тем инфразвук вследствие большой дальности распространения находит полезное практическое применение при исследовании океанической среды, верхних слоёв атмосферы, для определения места извержения или взрыва. Инфразвуковые волны, излучаемые при подводных извержениях, позволяют предсказать возникновение цунами.
Для приёма инфразвука применяют микрофоны, гидрофоны и геофоны. Используются также специальные низкочастотные приёмники электро-химического, термистерного и оптического типа.
Прослушивание шума прибоя (приложение 5 на
CD диске).
Шум прибоя можно получить опытным путем.
Опыт с домино.
Домино расставляется торцом на расстоянии 1,5 -2 см друг от друга. Толкнув первое домино, приходят в движение остальные, издав звук подобный звуку прибоя.
Опыт доказывает, что каждый элемент запускается толчком от предыдущего, а затем падает под действием собственного веса, т.е. за счет собственной потенциальной энергии в поле тяжести.
Существует изречение, что «Крысы бегут с тонущего корабля».
А почему? Что позволяет им заранее определить надвигающийся шторм или произойдет землетрясение?
Рассказ Алексеевой А. о распространении инфразвука на суше по плакату (см. приложение 6).
Исчезновение либо гибель экипажей морских судов ученые связывают с воздействием мощного инфразвука, генерируемого в штормовых зонах. Этому дают подтверждение опыты, проведенные на человеке. При воздействии инфразвука частотой 10 гц на организм практически здоровых мужчин от 20 до 25 обнаружили существенное изменение слуховой чувствительности. Сразу же после начала облучения возрастала частота сердечных сокращений на 11 ударов в мин., величина кровотока увеличивалась на 22%.
Выявлены патологические изменения со стороны центральной нервной системы.
Инфразвук в области от 6-7 гц оказывает губительное действие на экипажи судов (паника и покидание судов). Биологическое действие инфразвуковых колебаний менее 1 гц сводится к появлению признаков морской болезни со всеми сопутствующими изменениями центральной нервной системы и внутренних органов.
Итог урока:
на экране презентация проекта (См. приложение 7).