В авторской редакции
Министерство образования Республики Беларусь
Национальный институт образования
Физика в игрушках
Экспериментальная программа
курса по выбору для учащихся 7-9 классов
учреждений, обеспечивающих получение
общего среднего образования
с 12-летним сроком обучения
Минск, 2006
Данный курс по выбору предназначен для учащихся, начавших изучение физики на базовом и профильном уровнях, а также для тех, кто интересуется возможностями «ежедневного» приложения знаний по физике. В рамках курса рассматриваются принципы работы простейших игрушек для детей, предлагаются их интересные модификации, самостоятельно выполненные школьниками.
Курс прошел апробацию в Лицее БГУ, различных средних и высших учебных заведениях Республики Беларусь.
Пояснительная записка.
Разработка данной программы вызвана острой потребностью популяризации физики как учебного предмета среди современной молодежи. В настоящее время во всем мире наблюдается снижение интереса к физике, как к ключевой науке о природе.
В подобных условиях необходимо изменить устоявшуюся систему спецкурсов, включая в нее варианты более привлекательного, легкого характера, ориентированные на самую широкую молодежную аудиторию.
В предлагаемом варианте программы, начиная с самого первого года изучения физики, реализуется возможность непрерывного пропедевтического действия на всех без исключения учащихся с целью дальнейшей профориентации в области точных наук.
Основная его идея заключается в соединении достаточно серьезной физики и … игры, игрушек, занимающих ребенка с самых первых лет его жизни.
Игрушка — это первое, что берет в руки маленький человек, стремясь постичь окружающий его мир. Поэтому она должна быть увлекательной и несложной. С другой стороны, чтобы удивить, нужно быть привлекательнее и интереснее всего окружающего, привычного.
«Соединить» эти два противоречивых начала в одном предмете под силу только серьезному человеку, для которого игрушка — уже не игрушка, а объект достаточно серьезных исследований.
Разбираясь в принципах работы игрушек, можно лучше понять и одну из самых серьезных наук — физику, которая коренным образом изменила быт человека за последние несколько десятков лет.
Чрезвычайно важно, пользуясь школьным курсом физики, попробовать «раскусить» секреты их работы, усовершенствовать или придумать что-нибудь новое.
В силу разных причин человеку некогда задуматься о том, что игрушки устроены и действуют также «по законам физики», следовательно, мы можем не только понять и объяснить принцип действия той или иной игрушки, но и самостоятельно предложить интересные варианты новых игрушек.
Данный курс по выбору ставит перед собой следующие задачи:
· Доступными средствами заинтересовать учащихся 7-9 классов в изучении точных наук в целом и физики в частности;
· Помочь учащимся в усвоении материала обязательного уровня посредством простых и наглядных демонстраций, не входящих в обязательный перечень программы основного школьного курса;
· Показать возможности практического приложения знаний и умений обязательной школьной программы по физике в повседневной жизни.
· Привлечь учащихся младших классов к проведению самостоятельной исследовательской работы по доступным их понимаю темам
Структура курса во многом соответствует структуре преподавания предмета "Физика" и включает в себя следующие разделы:
7 класс — «Физика — наука о природе», «Основные понятия молекулярного строения вещества», «Движение и силы», «Давление»;
8 класс — "Механические явления", "Тепловые явления", "Электрические явления";
9 класс — "Электромагнитные явления", "Радиоактивность", «Световые явления», «Кинематика».
Рассмотрение соответствующих тем курса по выбору желательно проводить только после усвоения учащимися базового материала, позволяющего им быть не «посторонними зрителями», а соучастниками происходящего.
Основной метод работы при проведении курса можно сформулировать следующим образом: «демонстрация 
секрет объяснение физические основы действия и законы возможные варианты усовершенствования».
Как показывает опыт, деление на классы при проведении курса в общем необязательно — в любом случае учащиеся активно участвуют в обсуждении принципов действия игрушек. Ведь с самого рождения человек считает себя «специалистом» по игрушкам, что придает занятиям раскованный и увлекательный характер.
В учебный план школы курс по выбору учащихся "Физика игрушек" может быть включен как в первом, так и во втором полугодии учебного года в объеме 17 или 34 часов в зависимости от запросов учащихся и возможностей учителя.
Особое значение программа имеет для школ гуманитарного, художественного, спортивного и т. д. профиля, в которых физика не является профилирующим предметом.
Содержание.
7 класс,часов.
Введение. Цели и задачи курса. Методы и способы их реализации Обзор рекомендуемой литературы. Обсуждаемые вопросы: «Может ли игрушка быть объектом физических исследований?», «Может ли физика быть игрушкой?»
1. «Физика — наука о природе». Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Волшебная монета».
Вопросы: Каким образом монете удается сохранить равновесие? Что произойдет при раздвижении концов открытки? Зависит ли результат демонстрации от размера монеты?
— «Клепсидра».
Вопросы: Почему говорят, что время течет? Как Вы можете прокомментировать поговорку «похожи, как две капли воды»? Почему крупные капли опережают мелкие при движении по наклонной части клепсидры? Что произойдет при интенсивном взбалтывании клепсидры?
— «Ванька-Встанька», «Пьющая птичка».
Вопросы: В чем секрет устойчивости игрушки «Ванька-Встанька»? Как изготовить подобную игрушку самостоятельно? Сохранятся ли удивительные свойства игрушки при переворачивании ее «вверх ногами»? Почему птичка не падает с конуса? Сохранится ли ее равновесие на краю стола?
Супер-задание: Используйте для самостоятельного изготовления игрушки конструкцию из двух массивных вилок, пробки и спички.
— «Мишка косолапый».
Вопросы: Каким образом Мишке удается сохранять равновесие на наклонной поверхности? Имеет ли значение угол наклона плоскости к горизонту? Чем определяется предельное значение этого угла? Может ли Мишка двигаться задом-наперед?
— «Декоративный светильник».
Вопросы: Почему лепестки поднимаются в центральной части светильника и опускаются вблизи его краев? Какое значение имеет мощность электрической лампочки, вмонтированной в донышко светильника? Одинакова ли температура различных частей светильника? В какой области она больше? Супер-задание: самостоятельно изготовьте действующую модель светильника. Поместите внутрь светильника кусочек воска. Пронаблюдайте и объясните его движение.
3. «Основные понятия молекулярного строения вещества». Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Perpetuum mobile» или «Птичка Хоттабыча».
Вопросы: Почему игрушка называется «Perpetuum mobile»? Почему она все же не оправдывает своего названия? Что является «топливом», необходимым для нормальной работы «Птички Хоттабыча»? За счет какой энергии осуществляется «вечное» движение птички?
— «Волшебная иголка».
Вопросы: За счет какого взаимодействия иголке удается лежать на поверхности воды? Зачем перед демонстрацией необходимо натереть иголку салом (маслом)? Почему подобный опыт не удастся провести с гвоздем? Супер-задание: Поднесите к плавающей на поверхности воды иголке заряженную палочку. Опишите и объясните результат опыта.
— «Капля между стеклами».
Вопросы: Почему две стеклянные пластинки невозможно разделить после смачивания? Какие силы препятствуют разделению пластинок? Возможен ли подобный опыт на Луне? Как изменится результат опыта, если пластинки предварительно намазать жиром?
4. «Движение и силы». Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Удивительный гимнаст».
Вопросы: Какие силы приводят гимнаста в движение? Будет ли он двигаться в обратном направлении? Как зависит сила трения от натяжения нити, пропущенной через гимнаста? Супер-задание: изготовьте модель гимнаста самостоятельно из тонкой фанеры или плотной бумаги. Как зависят его свойства от материала нити, используемой при его создании?
— «Быстрее камня».
Вопросы: В каком движении участвует линейка? Моменты каких сил определяют ее угловое ускорение? Все ли части линейки участвуют в «сверхсвободном» падении? Превышает ли ускорение центра масс линейки ускорение свободного падения?
— «Антигравитация».
Вопросы: Какие силы приводят внутреннюю пробирку в движение? Какую функцию выполняет вода, залитая между пробирками? Какое значение имеет величина зазора между стенками пробирок? За счет какой энергии увеличивается потенциальная энергия пробирки? Получится ли данный опыт на Луне?
5. Давление. Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Стойкая стеклянная лампа».
Вопросы: Каким образом лампе удается выдерживать давление, производимое на нее взрослым человеком? Почему перед демонстрацией баночку от кофе необходимо тщательно протереть? Какое значение имеет форма и размер отверстия в баночке для кофе? Супер-задание: Попробуйте раздавить рукой куриное яйцо вдоль его большей полуоси. Объясните полученный результат.
— «Картезианский водолаз».
Вопросы: Почему водолаз погружается при сжатии бутылки и всплывает при снятии напряжения? Получится ли демонстрация при открытой пластиковой бутылке? Имеет ли значение место, где сжимать бутылку? Получится ли данная демонстрация на Луне? Супер-задание: Сохранится ли равновесие водолаза при медленном переворачивании пластиковой бутылки? При быстром переворачивании?
— «Волшебный сосуд».
Вопросы: Что находится внутри «волшебного сосуда»? Почему вода не выливается из него полностью? Какое значение имеет диаметр соломинки для успешной демонстрации? Супер-задание: Изготовьте сосуд из соломинки и баночки для йогурта. Проведите его испытания с различными по вязкости жидкостями.
— «Шарик в бутылке».
Вопросы: Зачем воду в бутылке необходимо тщательно прокипятить перед началом демонстрации? Каким образом шарику удается забраться в бутылку? Почему цвет шарика различен вблизи горлышка бутылки и у ее дна? Как «достать» шарик из бутылки? Выльется ли вода из бутылки, если ее перевернуть? Получится ли данный опыт на Луне? Супер-задание: Исследуйте, чем определяется минимальное количество пара и газа в бутылке?
8 класс,часов.
6. Механические явления. Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Прыгнем выше головы».
Вопросы: За счет какой энергии верхнему (легкому) шарику удается значительно увеличить высоту своего прыжка? Нарушается ли в этой демонстрации закон сохранения энергии? Изменится ли результат опыта, если поменять шарики местами, поместив тяжелый шарик поверх нижнего? Супер-задание: Проведите демонстрацию в спортивном зале с баскетбольным и волейбольным мячами. Объясните полученный результат.
— «Неподвижный ветер».
Вопросы. Действительно ли лепестки вентилятора неподвижны? Каким образом возникает иллюзия их движения вперед? Назад? Единственна ли частота, при которой наблюдается стробоскопический эффект? Возможно, ли было бы наблюдение эффекта, если бы глаз человека не обладал инертностью зрения? Супер-задание: с помощью стробоскопического эффекта докажите, что лампы дневного света «мерцают», а не горят постоянным накалом.
7. Тепловые явления. Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Несгораемый платочек».
Вопросы: Почему платок не загорается, находясь в пламени свечи? Какое значение имеет скорость движения зажигалки под платком? Загорится ли платок, если руку с зажигалкой остановить? Супер-задание: получится ли демонстрация при замене газовой зажигалки на свечку? На спички?
9 класс,часов.
8. Электрические явления. Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Звонок Франклина».
Вопросы: Объясните принцип действия звонка Франклина. Имеет ли значение знак заряда палочки, подносимой к звонку? Супер-задание: Будет ли работать звонок Франклина бесконтактным образом, т. е. без касания заряженной палочкой его центральной части?
— «Мотор Франклина».
Вопросы: Объясните принцип действия мотора Франклина. Имеет ли значение знак заряда банки, присоединяемой к звонку? Супер-задание: Будет ли работать мотор Франклина от сильно наэлектризованного длинного прямого стержня?
— «Волшебная линейка».
Вопросы: Объясните механизм возникновения сил, приводящих в движение изначально незаряженную линейку. Почему стержень следует подносить как можно дальше от точки опоры линейки? Имеет ли значение знак заряда стержня при проведении демонстрации?
9. Электромагнитные явления: Демонстрации и вопросы для их обсуждения:
Демонстрации:
— «Настольный моторчик».
Вопросы: Какое значение имеет количество витков проволочки в роторе моторчика? Будет ли работать моторчик при малой силе тока (напряжении) в цепи? За счет какой энергии осуществляется вращение ротора моторчика?
— «Электромагнитный фонарь».
Вопросы: Объясните принцип действия электромагнитного фонарика? Что происходит при прохождении магнита через внешние витки обмотки фонаря? Будет ли он гореть после продолжительного неподвижного хранеия?
10. Заключительное занятие. Презентация собственного проекта «Физика игрушек» по любой теме.
Ожидаемые результаты.
В результате изучения курса по выбору у учащихся должны быть
· сформированы четкие представления о принципах анализа физических закономерностей работы различных игрушек;
· существенно расширен спектр демонстрационных навыков и возможностей;
· развиты навыки самостоятельной демонстрации различных физических явлений на простейшем оборудовании;
Изучение данного курса по выбору предполагает:
· повышение интереса к изучаемому предмету;
· развитие познавательных способностей учащихся;
· формирование опыта самостоятельной исследовательской работы.
Знания и навыки полученные при изучении данного курса применимы и к другим видам учебной деятельности учащихся: решении традиционных задач курса физики, выполнении реальных экспериментальных исследований, подготовке рефератов и докладов на научно-практических конференциях.
Список рекомендуемой литературы.
1. «Занимательная физика». – Уфа: Слово, в 2- т., 1993.
2. , «Физика собственными силами».- Харьков: “Развивающее обучение”, 1996.
3. «Физика удивительных игрушек». –Мн.: Изд. -Принт», 200с.- (Библиотечка журнала «Репетитор»)
4. Тарасов в природе. – М.: Просвещение, 1988. – 351с.
