Межпредметный проект: физика и учебные предметы, близкие к изучаемой теме – биология, экология, основы безопасности жизнедеятельности.
Участники проекта: учащиеся 11 класса.
Оборудование: компьютеры, принтер, сканер, ксерокс, учебные плакаты наглядные пособия.
Цели проекта:
- Формировать знания о величинах и законах, изучаемых в разделе “Молекулярная физика и тепловые явления”.
- Формировать умение применять законы физики для объяснения процессов, протекающих в организме человека.
- Развивать познавательную активность и исследовательскую деятельность учащихся.
- Воспитывать экологическую грамотность учащихся.
- Привлечь внимание к проблеме сохранения и укрепления здоровья старшеклассников.
- Совершенствование педагогических технологий, развивающих навыки общения и сотрудничества.
Задачи проекта:
- Научить учащихся самостоятельному поиску необходимой информации, с использованием различных источников (компьютерных баз данных, библиотек) в работе над проектом.
- Научить учащихся обмениваться информацией, умению выразить свою точку зрения и обосновать ее.
- Научить учащихся работать индивидуально, в парах, в группах по теме проекта.
- Сформировать убеждение в единстве законов живой и неживой природы.
- Развить умения и навыки организации презентации проекта.
- Обеспечить практическое применение школьниками полученных знаний.
- Развить у школьников чувство ответственности за порученное дело.
- Научить анализу и оценке собственных творческих и деловых возможностей учащихся и учителя.
АННОТАЦИЯ
Крайне малое время, отведенное на усвоение школьниками знаний в области физики в процессе учебных занятий, а также во внеурочное время, сказывается на недостаточном уровне знаний. Влияет и дефицит знаний о практическом применении законов физики в жизнедеятельности человека. Поэтому у нас возникла необходимость в разработке проекта коллективного творческого дела, реализация которого способствовала бы развитию у участников образовательного процесса представления о том, как можно применить законы физики о тепловых явлениях применительно к организму человека. Ведь первейшая потребность человека – сохранение его жизни и здоровья. Большинство людей не знают, какими большими резервами физического здоровья обладает организм, как можно сохранить, развить и использовать эти резервы. Не менее важно знать, какие физические законы объясняют процессы, протекающие в организме.
Тема данного проекта является актуальной не только для учащихся конкретной школы, но и для других школ территории РФ.
В процессе освоения раздела “Молекулярная физика и тепловые явления” в старших классах мы разработали интегративную модель обучения, в основе которой – личностно ориентированное обучение. По окончании изучения данного раздела целесообразно обобщить темы и рассмотреть практическое применение законов физики с использованием метода проектов.
В его основе – развитие познавательных процессов ученика, умений самостоятельно конструировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве. Добиться такого результата можно только тогда, когда у школьников будут сформированы самостоятельность мысли, умение находить и решать проблемы, привлекая для этого знания из разных предметных областей и сфер деятельности, способность прогнозировать результаты и возможные последствия вариантов решения, умение устанавливать причинно-следственные связи. Метод проектов направлен к тому, чтобы формировать у старшеклассников новый тип мышления – интегративное мышление.
Обобщение раздела “Молекулярная физика и тепловые явления” мы заканчиваем разработкой проекта “Применение законов физики к изучению деятельности организма человека”.
На первом этапе определяем типологические признаки проекта:
- По доминирующей деятельности – смешанный тип, так как его реализация требует объединить все виды деятельности: исследовательскую, творческую, поисковую, практико-ориентированную.
- По предметно-содержательной области – монопроект, ибо предусматривает применение знаний физики, биологии, экологии, основ безопасности жизнедеятельности.
- По характеру координации проект открытый, с явной координацией, так как учитель-физик ненавязчиво направляет работу его участников, организует отдельные этапы проекта, деятельность исполнителей.
- По характеру контактов – внутренний (проект организуется внутри одного класса).
- По количеству участников проекта – групповой.
- По продолжительности выполнения – краткосрочный, так как занимает 3 урока физики.
При работе над проектом предусматривается объединение учащихся в творческие рабочие группы, специализирующиеся как:
- Координатор (координация деятельности творческих групп).
- Физики-теоретики (изучение и анализ раздела физики)
- Физики-практики (формулировка и решение задач)
- Биологи (изучение систем организма человека)
- Экологи (исследование экологической обстановки в регионе, городе; изучение влияния негативных факторов среды на организм человека)
- Медики-гигиенисты (объяснение закономерностей работы систем организма, основ первой медицинской помощи)
- Группа информационной поддержки (оформление слайдов, фотосъемка, компьютерная презентация проекта)
ВЫХОДЫ:
- Разработка урока “Применение законов физики к изучению деятельности организма человека” (план-конспект).
- Презентация проекта “Законы физики и организм человека” в общеобразовательном учреждении.
- Фотоматериалы по проекту.
ЭТАПЫ РАБОТЫ НАД ПРОЕКТОМ
1 ЭТАП: “Организационный”
ЗАДАЧИ: определение темы, уточнение целей, постановка задач, актуальность проблемы, выбор творческих рабочих групп и распределение в них ролей, определение источников информации, изучение методов и форм работы по уроку, выбор критериев оценки результатов.
УЧАСТНИКИ (ученики): организуются в рабочие группы, уточняют информацию, обсуждают задание, формируют задачи и способы взаимодействия, выбирают и обосновывают свои критерии успеха.
КООРДИНАТОР (учитель физики): мотивирует участников проекта, объясняет цели проекта, обсуждает методы и формы проведения урока, помогает в анализе, оговаривает сроки проведения выполнения заданий, наблюдает.
ФИЗИКИ-ТЕОРЕТИКИ: выявляют источники информации, обсуждают методическую литературу по физике.
ФИЗИКИ-ПРАКТИКИ: формулируют задачи, выявляют источники информации, обсуждают методическую литературу по физике.
БИОЛОГИ: выявляют источники информации, обсуждают методическую литературу по биологии.
ЭКОЛОГИ: выявляют источники информации, обсуждают методическую литературу по географии, экологии.
МЕДИКИ: выявляют источники информации, обсуждают методическую литературу по гигиене, основам безопасности жизнедеятельности (раздел “Оказание первой медицинской помощи”).
ГРУППА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ: обсуждает формы выполнения компьютерной графики презентации проекта, создания в файлах иллюстративного материала, определяют все, что необходимо для фотоматериалов.
2 ЭТАП: “Разработка проектного задания”
ЗАДАЧИ: сбор и уточнение информации, обсуждение альтернатив, выбор оптимального варианта, уточнение планов деятельности, выполнение проекта.
УЧАСТНИКИ (ученики): самостоятельная работа над заданием: индивидуальная, групповая, парная, исследовательская деятельность по группам, работа над проектом.
КООРДИНАТОР: координирует деятельность творческих групп, выясняет круг людей, способных оказать методическую и техническую помощь в организации проекта.
ФИЗИКИ-ТЕОРЕТИКИ: изучают законы раздела “Молекулярная физика и тепловые явления”, как можно применить законы физики относительно жизнедеятельности организма (в процессе дыхания, движения, кровообращения, работы нервной системы).
ФИЗИКИ-ПРАКТИКИ: формулируют задачи, объясняющие процессы дыхания, кровообращения, нервной системы, протекающие в организме человека.
БИОЛОГИ: рассматривают строение и функции систем организма: дыхательной, кровеносной, нервной, опорно-двигательной.
ЭКОЛОГИ: изучают вопросы экологической обстановки в республике Татарстан, а именно проблему загрязнения воздуха; рассматривают последствия неблагоприятной обстановки.
МЕДИКИ: изучают вопросы негативного влияния на организм человека нарушений функций дыхательной, кровеносной, нервной, опорно-двигательной систем.
ГРУППА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ: оформляют наглядный материал по физике, биологии в виде учебных таблиц, схем, рисунков; готовят компьютерную презентацию.
3 ЭТАП: “Разработка проекта”
ЗАДАЧИ: выполнение проекта, обсуждение достигнутых результатов.
УЧАСТНИКИ (ученики): работа над проектом в группах.
КООРДИНАТОР: координирует деятельность творческих групп.
ФИЗИКИ-ТЕОРЕТИКИ: изучают и закрепляют знания законов физики:
Бойля-Мариотта, применительно к процессу дыхания; объясняют процесс вдоха и выдоха. Рассматривают первый закон термодинамики, формулируют вопрос: может ли живой организм работать как тепловая машина. Повторяют тему: “Влажность воздуха”. Рассматривают вопросы: почему в сухом воздухе легче переносится жара; почему заболевания органов дыхания чаще происходят при относительной влажности, чем при более высокой. Анализируют тему: “Деформация”.
ФИЗИКИ-ПРАКТИКИ: формулируют и решают задачи:
- Сколько молекул участвуют во вдохе человека? (дыхательная система);
- Сколько молекул гемоглобина содержится в крови? (кровеносная система);
- Сколько атомов содержится в нервной клетке? (нервная система);
- Определить температуру мышцы (опорно-двигательная система);
- Определить массу нагреваемой воды за счет тепловой энергии, затраченной на испарение пота (тепловые явления).
БИОЛОГИ: исследуют материалы из курса биологии:
- Дыхательная система: легкие, как орган дыхания; дыхательные движения.
- Кровеносная система: значение крови, ее состав, строение и функции.
- Нервная система: строение нервной системы, ее значение.
- Опорно-двигательная система: функции опорно-двигательной системы, скелет человека, деформации тела человека.
ЭКОЛОГИ: готовят сообщение:
- состав биосферы Земли;
- краткая справка о загрязнении атмосферы в республике Татарстан;
- о неблагоприятных последствиях загрязнения атмосферы.
МЕДИКИ: готовят информацию:
- последствия разрушения нервных клеток организма;
- последствия неправильной осанки позвоночника;
- рекомендации по сохранению здоровья человека.
ГРУППА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ: сканируют учебные схемы и рисунки с учебника биологии:
- схема “Легочные пузырьки”;
- схема “Вдох и выдох”;
- рисунок “Эритроциты. Переливание крови”;
- рисунок “Нервная ткань”;
- схема “Скелет человека (вид спереди)”.
Ведет подготовку к компьютерной презентации: набирает текст, вставляет отсканированный материал, оформляет слайды.
4 ЭТАП: “Оценка результатов”
ЗАДАЧИ: анализ выполнения проекта, обсуждение достигнутых результатов, анализ полноты достижения поставленной цели.
УЧАСТНИКИ (ученики): участвуют в коллективном самоанализе проекта, демонстрация проделанной самостоятельной работы.
КООРДИНАТОР: обсуждает презентацию проекта, формы показа, последовательность выступления, участников выступления, устанавливает регламент.
ТВОРЧЕСКАЯ ГРУППА в составе физиков-теоретиков, физиков-практиков, биологов, экологов, медиков: демонстрируют исследовательскую работу, репетируют предстоящую презентацию проекта.
ГРУППА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ: обсуждение предстоящей презентации, показ слайдов.
5 ЭТАП: “Защита проекта: проведение урока “Применение законов физики к изучению деятельности организма человека””
ЗАДАЧИ: Коллективная защита проекта: проведение урока “Применение законов физики к изучению деятельности организма человека”.
УЧАСТНИКИ (ученики): участвуют в коллективном проведении урока “Применение законов физики к изучению деятельности организма человека”.
КООРДИНАТОР: наблюдает за ходом проведения урока, направляет ход урока.
ХОД УРОКА
Учитель сообщает тему и цели урока.
Группа информационной поддержки демонстрируют слайд №1: “Цели и задачи урока”.
Экологи вместе с учащимися вспоминают, что жизнь на Земле возникла благодаря существованию гидросферы и атмосферы, что человек может прожить без пищи до 90 суток, без воды – 4-5 суток, а без воздуха – всего до 5 минут. Воздух необходим человеку для дыхания.
Биологи докладывают, что дыхание – это перенос кислорода из окружающей среды внутрь организма. У человека в дыхании принимает участие вся поверхность тела, особенно интенсивно дышит кожа на спине, груди, животе. Однако интенсивнее всего происходит дыхательный процесс в легких. Общая площадь поверхности легких, если развернуть все 700 млн. альвеол – микроскопических пузырьков, через стенки которых происходит газообмен между воздухом и кровью, – составит 90 – 100м2 , а общая площадь поверхности кожи человека – около 2м2 , т. е. в 45 – 50 раз меньше.
Группа информационной поддержки демонстрируют слайд №2: схема “Легочные пузырьки”.
Физики-теоретики повторяют закон Бойля – Мариотта и объясняют процесс вдоха и выдоха: при вдохе за счет работы межреберных мышц объем грудной клетки увеличивается, давление воздуха в легких уменьшается, поэтому он поступает из атмосферы в легкие, затем вследствие расслабления мышц объем грудной клетки уменьшается – происходит выдох.
Группа информационной поддержки демонстрируют слайд №3: схема “Вдох и выдох”.
Экологи подчеркивают, что воздух, так необходимый нам для дыхания, должен быть чистым. Загрязненный воздух поражает органы дыхания и слизистые оболочки органов пищеварения, вызывает нарушение деятельности сердечнососудистой и нервной систем.
Физики-практики ставят задачу.
ЗАДАЧА№1
Объем воздуха, поступающего в легкие при вдохе, около двух литров, плотность воздуха 1,3 г/л. Сколько молекул участвуют в нашем вдохе, если молярная масса воздуха равна 0,029 кг/моль?
Биологи напоминают, что дыхательная система прямо связана с кровеносной. Вдыхаемый кислород связывается гемоглобином, образуя оксигемоглобин, который разносит кислород через кровеносные сосуды по всем клеткам организма.
Группа информационной поддержки демонстрируют слайд №4: рисунок “Эритроциты. Переливание крови”.
Физики-практики ставят задачу №2.
ЗАДАЧА№2
В теле человека содержится пять литров крови. Масса молекулы гемоглобина 1,9*10-21 г, плотность гемоглобина 1 г/см3. Сколько молекул гемоглобина содержится в крови человека?
Биологи напоминают, что функции всех систем организма человека находятся под контролем нервной системы. Нервная ткань состоит из 14 млрд. нервных клеток. Если разрушить нервную клетку, то она не восстанавливается (в отличие, например, от мышечной ткани).
Группа информационной поддержки демонстрируют слайд №5: рисунок “Нервная ткань”.
Медики констатируют, что к разрушению нервных клеток приводят стрессы, инфекционные болезни, нервные потрясения. Люди должны относятся друг к другу сочувственно, бережно, с уважением и любовью и помнить, что разрушение нервных клеток – процесс необратимый.
Физики-практики ставят задачу №3.
ЗАДАЧА№3
Нервная клетка может вытянуться до 1 м. Ее диаметр в среднем равен 10-4 см. Каждый из атомов, которые входят в состав клетки, занимает объем 3*10-23 см3. Сколько атомов содержится в такой клетке?
Физики-теоретики повторяют первый закон термодинамики и предлагают учащимся подумать, может ли живой организм работать как тепловая машина?
Физики-практики ставят задачу №4.
ЗАДАЧА№4
Определите температуру мышцы T1, предполагая, что она работает как тепловая машина с кпд, равным 30% при температуре 25°С.
Анализируем ответ. Если бы мышца работала как идеальная тепловая машина, то она нагрелась бы в этих условиях до 150°С. Это нереально, так как белки разрушаются при температуре около 50°С (из вареного яйца сырое не получишь). Следовательно, в живом организме работа совершается за счет изменения энергии системы.
Учитель. Обсуждаем вопросы:
За счет каких процессов происходит изменение внутренней энергии в организме человека? (Окисление глюкозы и белков, расщепление и окисление жиров.)
На что расходуется энергия, которая образуется в клетках тела человека в процессе окисления глюкозы и других органических веществ? (Основная часть энергии используется для синтеза новых органических веществ, необходимых для жизнедеятельности организма, другая часть выделяется в виде тепла и согревает тело.)
Процесс окисления глюкозы и других органических веществ происходит непрерывно, следовательно, температура тела человека должна повышаться, но она остается постоянной. Почему?
Физики-практики ставят задачу №5.
ЗАДАЧА№5
Известно, что при тяжелой физической работе человек выделяет пот объемом до 10 литров. Какая масса воды может быть нагрета от 40 до 100°С за счет той тепловой энергии, которая затратилась на испарение пота объемом 10 литров? (Удельная теплота парообразования пота равна 24,36*106 Дж/кг.)
Физики-теоретики предлагают вопросы по теме “Влажность воздуха”:
Исследования показали, что человек начинает ощущать перегрев своего тела во влажном воздухе при температуре 30°С, а в сухом воздухе при 40°С. Почему в сухом воздухе легче переносится жара?
Замечено, что случаи заболеваний органов дыхания чаще бывают зимой при относительной влажности 30 – 32%. А при той же самой температуре, но более высокой относительной влажности – реже, Чем это объяснить?
Учитель. Далее рассматриваем на уроке тему “Деформация”. Повторяем с учащимися, что называют деформацией, какие виды деформаций существуют, а затем на примере тела человека прослеживаем виды деформаций.
Группа информационной поддержки демонстрируют слайд №6: схема “Скелет человека (вид спереди)”.
Биологи акцентируют внимание на том, что нижние конечности, покровы ступни испытывают деформацию сжатия, верхние конечности – деформацию растяжения, шея при повороте головы, кисти рук при вращении, туловище в пояснице при повороте – деформацию кручения, позвоночник при наклоне – деформацию изгиба.
Медики акцентируют внимание на том, что при формировании скелета необходимо следить за осанкой. Неправильная осанка приводит к искривлению позвоночника.
Учитель подводит итог урока.
6 ЭТАП: “Рефлексия”
ЗАДАЧИ: коллективный анализ проведения урока “Применение законов физики к изучению деятельности организма человека”, оценка урока.
КООРДИНАТОР: участвует в коллективном анализе и оценке результатов проекта. Для себя делает вывод, что при этом методе развиваются диалектическое и системное мышление учащихся, гибкость ума, умение переносить и обобщать знания из разных предметов.
ТВОРЧЕСКАЯ ГРУППА в составе физиков-теоретиков, физиков-практиков, биологов, экологов, медиков, группы информационной поддержки: анализируют и оценивают результаты проекта. Делают вывод, что такие уроки, на которых используются межпредметные связи, нравятся учащимся.
В конце урока выставляются оценки.