Использование LEGO на уроках и во внеурочной деятельности по физики

Использование LEGO на уроках и во внеурочной деятельности по физики.

(из опыта работы учителя )

В качестве LEGO можно использовать комплекты «E – lab»: «Возобновляемые источники энергии», «Энергия и мощность», «Инженерная механика», «Перворобот. Город и транспортные средства».

В свободное от уроков время ученики 7 – 11 классов с удовольствием занимались сборкой различных моделей, начиная от самых простых и заканчивая моделями, управляемыми микрокомпьютером с использованием программы «Роболаб». Они собирали не только модели, описанные в фирменных буклетах данных наборов, но и под руководством учителя создавали свои.

Модели из LEGO, собранные учениками, могут использоваться:

- как демонстрационное оборудование на уроках физики;

- для решения экспериментальных задач;

- как некоторые лабораторные работы для физпрактикумов;

- а также LEGO используется в проектной деятельности.

Изучая тему «Рычаги и блоки» ученики 7 класса, собрали рычаги 1-го и 2-го видов, а также подвижные и неподвижные блоки.

Используя рычаг 1-го рода собранный из LEGO можно легко продемонстрировать условие равновесия рычага, правила моментов и золотое правило механики, использовать его, как рычажные весы, при измерении массы тел. Рычаг, типа «журавль» применялся при решении экспериментальных задач разного типа сложности.

Модели подвижного и неподвижного блоков, использовались при изучении и закреплении материала по теме «Простые механизмы».

При изучении давления в 7 классе, конструктор использовался для красочной демонстрации зависимости давления от площади поверхности и от силы действующей перпендикулярно поверхности.

Важной частью LEGO наборов являются генератор, конденсатор и провода с клеммами. В 8 и 10 классах в качестве фронтального эксперимента можно показать зарядку конденсаторов с использованием генератора, преобразующего механическую энергию в электрическую. Конденсатор снабжен сигнальной лампочкой, которая загорается при полной зарядке.

Используя заряженный конденсатор, как источник энергии, а генератор как электродвигатель ученики собрали тележки, с помощью которых можно демонстрировать равномерное прямолинейное движение. Энергии конденсатора хватает на минут десять равномерного движения.

Меняя заряд конденсатора, или используя в качестве источника различные гальванические элементы, можно изменить скорость движения машинки. Появляется возможность демонстрировать относительность движения автомобилей, движущихся в одном или в противоположных направлениях, с одинаковой или с разной скоростью.

Электромобили могут использоваться для решения экспериментальных задач по разделу «Кинематика»:

- на определение скорости равномерного прямолинейного движения;

- на применение принципа относительности Галилея.

по разделу «Динамика»:

- на определения коэффициента трения;

- силы тяги двигателя;

- массы машинки;

- на определение работы;

- мощности и КПД;

- в задачах на закон сохранения импульса при столкновении машинок.

Также электромобили могут использоваться в качестве экспериментальной проверки расчетных задач по данным темам.

Модель центрифуги, горизонтальная и вертикальная карусели (модель колеса обозрения), собранные из LEGO конструктора используются при изучении вращательного движения в качестве демонстрационного эксперимента, а также для решения экспериментальных задач.

Вращение каруселей происходит за счет превращения электрической энергии LEGO конденсатора в механическую.

Используя набор, «Возобновляемые источники энергии», учащиеся собрали модели ветряной электростанции (ветряную мельницу) и гидроэлектростанции (водяное колесо). Данные модели использовались в качестве демонстрации по теме «Производство электроэнергии». Они дали возможность четко проследить за переходом механической энергии в электрическую (в комплект входят миниатюрные лампочки).

Солнечная батарея позволила продемонстрировать превращение энергии солнечного света в энергию электрическую. Машинка, работающая на солнечной батарее – превращение энергии света в кинетическую.

Модели ветряной мельницы, водяного колеса могут использоваться при решении экспериментальных задач на определение работы по подъему груза на данных моделях, расчет мощности и КПД.

При изучении силы трения в 7–ых и в 9–х классах лего–тележка брусок может быть использована, для проведения лабораторных работ по измерению силы трения, а также при изучении зависимости силы трения скольжения от веса тела и от рода трущихся поверхностей.

Переворачивая, тележку брусок с плоской поверхности на колеса и измеряя силу трения качения (при равномерном движении она равна силе тяги тележки), мы демонстрируем, что Fтр. кач. < Fтр. ск.

Лего конструктор позволяет также продемонстрировать зависимость силы трения качения от радиуса катка:

К тележке прилагаются несколько пар колес разного радиуса ( R) и практически одинаковой массы. Скатывая тележку с наклонной плоскости, можно легко убедиться, что длина пути увеличивается (сила трения качения уменьшается) с увеличением радиуса колес тележки.

Можно также провести лабораторную работу (дополнительно к школьной программе) по изучению зависимости силы трения качения от веса тела, от рода трущихся поверхностей и от радиуса колес. Fтр. кач. = mР/R.

При нехватке рабочего времени на уроках можно провести дифференцированные лабораторные работы: кто-то из учеников выполняет лабораторную работу по изучению зависимости силы трения скольжения от веса тела и от рода трущихся поверхностей, а кто-то исследует силу трения качения.

Соударяющиеся тележки могут использоваться при изучении закона сохранения импульса.

Используя модель тележки, движущейся за счет падения груза, связанного нерастяжимой нитью с тележкой (связанные системы), можно проводить лабораторные работы на изучение второго закона Ньютона.

Данная модель может использоваться при решении экспериментальных задач на связанные системы, а также для экспериментальной проверки количественных задач.

ТВОРЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ LEGO КОНСТРУКТОРА

Учащиеся, заинтересованные в изучении физики, используют LEGO конструктор в творческих экспериментальных заданиях. С помощью созданных моделей, они проверяют важнейшие соотношения физики, знакомятся с методами измерения физических величин, исследуют физические характеристики и т. д.

Ученик 7 класса, собрал из LEGO конструктора тележку, движущуюся за счет преобразования, генератором, электрической энергии конденсатора в механическую и определил среднюю мощность, развиваемую движущейся тележкой.

Предварительно отключив заводной механизм, он измерил силу тяги при равномерном перемещении тележки с помощью динамометра. Затем определил среднюю скорость движущейся тележки на небольшом пути. Вычислил среднюю мощность как произведение силы тяги на скорость Ncp.= A/t = FтягиS/t = Fтягиvср. Исследовал зависимость мощности от загруженности тележки.

Результаты экспериментального задания он продемонстрировал классу.

Ученики 7 класса, собрали из LEGO конструктора тележку, приводимою в движение падающим грузом. Определяли КПД данной тележки. Исследовали зависимость высоты падения груза на дальность движения.

Данная тележка, может использоваться:

в физическом практикуме

- для изучения равноускоренного движения;

- для изучения закона сохранения механической энергии;

для решения экспериментальных задач

- на нахождение ускорения и мгновенной скорости, приобретаемой

тележкой в момент падения груза на платформу;

- вычисление работы совершаемой, движущийся тележкой;

- вычисление мощности и КПД тележки.

Используя водяное LEGO колесо можно продемонстрировать переход одного вида энергии в другой, рассчитать работу водяного колеса по подъему груза, определить мощность LEGO колеса, провести исследования зависимости мощности от высоты и «силы» падения воды

Проектная деятельность с использованием LEGO – конструкторов и программы Роболаб.

Используя наборы «LEGO», учащиеся под руководством учителя создавали творческие проекты. Лучшие проекты демонстрировались на уроках по физике.

Презентация проекта «Гробница Тутанхамона» проводилась на III международной специализированной выставке «Робототехника», где была отмечена как «оригинальный проект».

Тема проекта:

«У исков истории. Древний Египет. Гробница Тутанхамона».

Цель проекта:

Поиск оптимальных средств и форм обучения учащихся, стимулирующих их мотивацию для формирования креативной личности, самостоятельной, инициативной, социально творческой, всесторонне развитой, визуально мыслящей.

Задачи:

1.  Расширение кругозора учащихся, с применением новых эффективных технологических приемов;

2.  Формирование и развитие умения понимать и ценить исторические ценности; уважение к историческому и культурному наследию всего мира, обеспечивающее гармоническое развитие личности;

3.  В условиях школы надомного обучения детей, имеющих проблемы со здоровьем способствовать формированию результатов в обучении, воспитании, коррекции не традиционных приемов в использовании LEGO технологий на факультативных занятиях по физике.

Приборы и оборудование: LEGO набор 9723, 9680; компьютер РС; программа Роболаб; инфракрасный датчик; миникомпьютер RCX; видеокамера; веб-камера; цифровой фотоаппарат; интернет.

На факультативных занятиях по физике, учащимся было предложено разработать проект с использованием LEGO конструкторов и знанием информационных технологий.

Мальчики с радостью занялись конструированием машин будущего, используя в работе сложные инженерно-технологические приемы. Получившиеся у них машины были многофункциональными, но не хватало сюжетной линии. Тогда девочки предложили одну из исторических тайн древнего мира – Гробница Тутанхамона. Учащиеся познакомились со многими историческими фактами не известными им ранее – тайны связанные с египетским фараоном Тутанхамоном, которые волновали, и будут волновать не одно поколение людей, живущих на Земле.

Учащиеся совершили путешествие в Древний Египет по энциклопедиям, справочникам, Интернету, просмотрев не один документальный фильм, посвященный мальчику фараону.

Многократные неудачные попытки разграбить гробницу, натолкнули ребят на сюжет, по которому и был создан проект, объединив математически-логическое мышление мальчиков и образно-художественное видение девочек. Идея проекта увлекла всех.

По версии учащихся грабители были смертельно напуганы поднявшейся из гробницы мумией Тутанхамона, с горящими глазами, которую разбудила собака. Из исторических фактов, учащиеся узнали, что эта собака – любимая собака фараона, с глазами из драгоценных камней, которые начинали светиться при появлении живых в гробнице, и это сопровождалось непонятным шумом.

Мальчики собрали собаку, у которой загорались глаза при появлении машин с грабителями у гробницы. Защищая своего хозяина, она начинала двигаться и издавать устрашающие звуки. В этот момент открывалась крышка гробницы, загорались глаза мумии, и она поднималась с горящими глазами.

Первый вариант крышки гробницы был собран учащимися полностью из LEGO конструктора. Для подъема крышки использовался двух рычажный механизм, который не мог поднять крышку. Используя законы физики, учащиеся рассчитали рычажный механизм по поднятию крышки определенной массы с указанием выигрыша в силе, и на основе полученных расчетов собрали облегченный вариант с использованием конструктора и бумаги. Ученики также решали задачу на определение скорости подъема Тутанхамона и крышки гробницы. Один из вариантов – это закладка нужной скорости подъема механизмов в программе или вариант – уменьшения скорости за счет утяжеления поднимаемой конструкции (Тутанхамона), например в начальный момент необходимо, чтобы крышка открывалась быстрее поднятия Тутанхамона, при опускании наоборот.

При работе над проектом созданные мальчиками машины требовали отдельных миникомпьютеров. По проекту необходимо было использовать комплексную многофункциональную программу, записанную на один блок RCX, поэтому пришлось взять только одну движущуюся модель машины, упростив ее движение.

В результате совместной работы был создан проект, показывающий видение учащимися тайны гробницы Тутанхамона.

В данном проекте все задачи, поставленные нами перед учащимися, были успешно выполнены. Ребята повторили историю древнего мира, стали более ценить и уважать культурное и историческое наследие всего мира, повторили раздел механики (равномерное движение, блоки, рычаги), совершенствовали навыки работы с LEGO конструктором, в программе Роболаб, PowerPoint, развивали свои творческие и дизайнерские способности, оценили межпредметную связь при работе над проектом, научились искусству сотрудничества и умению справляться с индивидуальными заданиями, составляющими часть общей задачи.