«Функционально грамотный человек - это человек, который способен использовать все постоянно приобретаемые в течение жизни знания, умения и навыки для решения максимально широкого диапазона жизненных задач в различных сферах человеческой деятельности, общения и социальных отношений» (Образовательная система «Школа 2100». Педагогика здравого смысла / под ред. А.А.Леонтьева. М.: Баласс, 2003. С. 35.)
Функциональная грамотность включает в себя несколько составляющих, основными в процессе изучения физики являются:
- читательская грамотность - способность человека понимать, использовать, оценивать тексты, размышлять о них и заниматься чтением для того, чтобы достигать своих целей, расширять свои знания и возможности, участвовать в социальной жизни. Формирование читательской грамотности может происходить при изучении параграфа, осмысления сути решаемой задачи или поставленного эксперимента;
- математическая грамотность - формулировать, применять и интерпретировать математику в разнообразных контекстах. Формирование математической грамотности может происходить как при решении расчетных задач, так и при выполнении заданий, например, «Вычисление затраченной энергии», «Расчет КПД двигателя», где обучающийся, используя математический аппарат, производит вычисления физических величин, переводит единицы измерения физических величин в систему единиц СИ;
- естественнонаучная грамотность - способность человека занимать активную гражданскую позицию по вопросам, связанным с естественными науками, и его готовность интересоваться естественнонаучными идеями. Формирование естественнонаучной грамотности происходит, в большей степени, с помощью экспериментальных заданий, которые закладывают навыки использования естественнонаучных знаний для понимания физических процессов и явлений в окружающем нас мире.
Одна из основных задач педагога в формирования ключевых компетенций - формирование у обучающегося готовности использовать усвоенные знания, умения, навыки и способы деятельности в реальной жизни для решения практических задач. Разнообразие урока, использование различных видов деятельности позволяют педагогу увлечь, заинтересовать ребенка, стимулируя его на изучение предмета.
В этом педагогу поможет физический эксперимент, который занимает при формировании функциональной грамотности лидирующее место в предмете «Физика». Существуют различные виды эксперимента: фронтальный, демонстрационный, лабораторный, домашний. Эксперимент - частный случай метода познания мира, объединяющий в себе наблюдение и анализ, позволяющий активизировать познавательную и мыслительную деятельность обучающегося. Физический эксперимент невозможно использовать как абстрагированный метод, он всегда идет в совокупности со словесными методами (лекция, объяснение, беседа) и с другими средствами наглядности (рисунки, таблицы, экранные пособия). Эксперимент развивает у обучающихся наблюдательность, образное мышления, умение делать обобщения на основе наблюдаемых фактов. Также он дает возможность овладеть навыком применения тех или иных физических закономерностей, понять тесную связь физики с окружающим миром и предметами.
Рассмотрим данные возможности на примере изучения закона сохранения энергии.
Понятие и знакомство с законом сохранения энергии в курсе физики происходит в школе и начинается с того, что данный закон был открыт эмпирическим путём. В рамках функциональной грамотности учащимся необходимо вводить данное понятие - «эмпирический», так как большинство познания мира, а соответственно изучение физики, как естественнонаучного курса, основано на познании опытным путём - эмпирически. С другой стороны закон сохранения энергии в той трактовке, которой мы представляем обучающимся в 8 классе, опытно не доказуем - нет выведенных математических формул из опытов, следовательно, мы обращаем внимание на то, что данный закон был открыт, а не выведен - мы не можем построить вечный двигатель. Поэтому, затрагивая такую глобальную тему в курсе физики 8 класса, мы должны познакомить, дать четкое определение закона, акцентировать внимание на условия его существования, а также, считаю, необходимым озвучивать его другое название - первый закон термодинамики. Вследствие чего у обучающихся уже будет складываться стереотип того, что кроме первого закона термодинамики (закона сохранения энергии) есть еще и другие законы термодинамики, связанные с энергией. Выводы, сделанные обучающимися будут важны в рамках естественнонаучной грамотности, являясь плодотворной почвой для возникновения дальнейшего интереса к Термодинамике, которая рассматривается в старших классах.
Для закрепления темы «Закон сохранения энергии» необходимо учащимся давать больше учебного материала, который предполагает возможность опытного подтверждения и размышления над знакомыми им событиями, в частности, на примере энергосбережения.
Говоря о принципах энергосбережения, обращаем внимание, что в такой науке, как физика, сформулировано два важных закона об энергии, и мы должны их усвоить. Эти законы действуют, независимо от нашего желания везде и всегда и того, и независимо от нашего сознания, называются и выражаются они по-разному. Первый из этих законов - закон сохранения энергии: «Полная энергия замкнутой системы тел остаётся постоянной», а второй, не менее важный - закон возрастания энтропии (не вся энергия системы может быть использована для превращения в какую-нибудь полезную работу). Затем акцентируем на том факте, что каждый из них можно охарактеризовать по своему: первый - законом количества энергии, а второй - законом качества энергии. При законе сохранения энергии количество энергии не изменяется - данное условие проще объяснить на примере: рассмотреть плотину ГЭС, которая перекрыла реку, образовав водохранилище. Сравнивая уровни воды перед плотиной с уровнем после, мы видим разницу уровней и соответственно можем сделать вывод, что вода в водохранилище будет обладать потенциальной энергией. Зная, что с уменьшением высоты потенциальная энергия превращается в кинетическую, соответственно, падая вода, будет терять потенциальную энергию, но приобретать кинетическую. Вода, попадая на лопатки турбины, отдаст свою кинетическую энергию гидротурбине. В результате чего турбина приобретет кинетическую энергию вращения. В связи с тем, что электрический генератор вращается благодаря турбине, то мы можем сказать, что электрическая энергия образовалась благодаря превращению механическая энергия вращения. Для получения электроэнергии в наших домах существует разветвленная сеть проводов. При загорании лампочки в доме, электрическая энергия переходит частично в световую и тепловую энергии. По пути следования часть энергии тратится на нагревание проводов, на трение в турбине и генераторе. Рассматривая этот пример, можно сделать вывод, что энергия не исчезла, а превращается из одной формы в другую.
Учитывая все потери, величина энергии во всей цепочке превращений не изменяется. Закон сохранения энергии формулируют так: Энергия ниоткуда не появляется и никуда не исчезает. Энергия меняет форму и место (переходит из одного вида в другой). Исходя из сделанного вывода понятие «расходование» энергии неприменимо, ведь она не исчезает, поэтому мы подразумеваем переход энергии в другую форму.
Для систематизации знаний можно провести следующие практические задания, решить задачи с числовыми данными для формирования всех навыков функциональной грамотности.
Практическое задание 1. Блиц-опрос «Превращения энергии»
Вопрос: «Какие превращения энергии происходят при запуске ракеты на орбиту, ударе хоккеиста по шайбе, подъеме на воздушном шаре, вкручивания винта в доску?»
Практическое задание 2. Блиц-обсуждение «Метеоры и метеориты»
Вопрос: «Почему большинство наикрупнейших небесных тел могут долететь до Земли (метеориты), а остальные сгорают в атмосфере (метеоры)?»
Практическое задание 3. Блиц-обсуждение «Лампочка и картофель»
Вопросы: Чтобы картофель не замерз,сосед посоветовал поместить электрическую лампочку в ящик, где я храню зимой картофель на балконе, и периодически её включать (например, на ночь). Правильный ли совет дал сосед? Почему?
Практическое задание 4. «Модель электрической цепи с помощью горошин»
Домашний практикум. Возьмите 2 кг горошин и желоб, сконструированный из любого подручного материала. Главное, чтобы желоб был сплошной. Поставьте под уклон желоб, чтобы горошинки скатывались по нему и собирались в ёмкости внизу. Оперативно набирайте в чашку горошинки и наполняйте вершину желоба так, чтоб движение горошинок не прерывалось. Данное устройство моделирует замкнутую электрическую цепь. Желоб - проводник; горошинки - электроны; скатывающиеся по наклонному желобу горошинки - электрический ток; вы - электрическая батарея, обеспечивая возврат горошин от основания желоба к его вершине.
Практическое задание 5. «Сбережение энергии: считаем потребление энергии дома»
Таблица. В трех колонках примерных параметров указаны примерные данные по мощности и времени потребления электроэнергии для разных видов домашней техники. Какие электроприборы являются самыми большими потребителями электроэнергии. Почему? Как можно снизить энергопотребление?
Работа с таблицей:
- выбрать в таблице электроприборы, которые есть у вас дома (остальные вычеркнуть),
- дополнить таблицу электроприборами, которые отсутствуют в таблице,
- проставить время их использования (по своим оценочным представлениям),
- проставить их мощность (если затруднительно, взять мощность из второй колонки),
- посчитать суммарное потребление электроэнергии своими бытовыми приборами.
Обратите внимание, что некоторые приборы потребляют электроэнергию периодически (холодильник, утюг) даже когда постоянно включены в сеть.
|
Электроприбор |
Примерные параметры |
Фактические параметры |
||||
|
|
Мощность, Вт |
Продол-
|
Расход эл.энергии, кВт*ч в неделю |
Мощность, Вт |
Продол-
|
Расход эл.энергии, кВт*ч в неделю |
|
Радиоприемник |
10 |
10 |
0,1 |
|
|
|
|
Электрочайник |
2000 |
1 |
2 |
|
|
|
|
Утюг |
1500 |
1 |
1,5 |
|
|
|
|
Пылесос |
1200 |
1 |
1,2 |
|
|
|
|
Стиральная машина |
1000 |
4 |
4 |
|
|
|
|
Микроволновая печь |
1000 |
0,5 |
0,5 |
|
|
|
|
Компьютер |
100 |
14 |
1,4 |
|
|
|
|
Телевизор |
100 |
20 |
2 |
|
|
|
|
Кондиционер |
500 |
16 (3 мес. в году) |
8(2) |
|
|
|
|
Электрорадиатор |
1500 |
12 (6 мес. в году) |
18(9) |
|
|
|
|
Холодильник |
100 |
60 |
6 |
|
|
|
|
Светильник (6 лампочек) |
360 |
25 |
9 |
|
|
|
|
Посудомоечная машина |
1000 |
4 |
4 |
|
|
|
|
Морозильный шкаф |
100 |
100 |
10 |
|
|
|
|
Электроплита (1 комфорка) |
1000 |
14 |
14 |
|
|
|
|
Тостер |
1000 |
0,2 |
0,2 |
|
|
|
|
Кухонная вытяжка |
100 |
10 |
1 |
|
|
|
|
Кофеварка |
1200 |
0,25 |
0,3 |
|
|
|
|
Кофемолка |
200 |
0,25 |
0,05 |
|
|
|
|
Электромиксер |
1000 |
0,2 |
0,2 |
|
|
|
|
Фен |
2000 |
0,25 |
0,5 |
|
|
|
|
Итого |
|
|
83,95 |
|
|
|
Необходимо учитывать именно фактическое время потребления электроэнергии этими приборами. Определить, когда работает холодильник, очень легко - в это время работает (и шумит) мотор компрессора холодильника. Утюг фактически потребляет энергию, только когда у него горит сигнальная лампочка.
Некоторые электроприборы могут потреблять меньше, чем их максимальная (номинальная) мощность - например, конфорка электроплиты. Это тоже необходимо учитывать.
Наконец, нужно учитывать, что некоторые электроприборы используются не круглый год (обогреватель, кондиционер).
Сделайте вывод: Какое потребление энергии в неделю у вас получилось? Влияет ли уровень потребления на комфорт? Можно ли на ваш взгляд без чего-то обойтись или изменить режим использования каких-то приборов?
Режим готовности «stand-by» (режим ожидания)
Калькулятор режима ожидания (http://www.technopark.by/iccee/calculator/366.html)
Затраты электроприборами приборами, находящимися в режиме ожидания
|
|
Устаревшие модели |
Новейшие модели |
||
|
В час, Вт |
В месяц, кВт |
В час, Вт |
В месяц, кВт |
|
|
Персональный компьютер |
80 |
57,6 |
3-5 |
2,1-3,6 |
|
Ноутбук |
3 |
2,1 |
1,5 |
1,1 |
|
Лазерный принтер |
50 |
36 |
4-5 |
2,9-3,6 |
|
Телевизор |
10 |
7,2 |
0,1-0,3 |
0,07-0,2 |
|
Приемник спутниковой антенны |
11 |
7,9 |
0,5-1,0 |
0,3-0,7 |
|
Музыкальный центр |
6-8 |
4,3-5,7 |
0,5-1,0 |
0,3-0,7 |
|
Мобильный телефон |
7 |
5 |
0,5-1,5 |
0,3-1,1 |
|
Электроплита с таймером |
6 |
4,3 |
2-4 |
1,4-2,8 |
|
СВЧ-печь с таймером |
3 |
2,1 |
3 |
2,1 |
Задача 1. Рассчитать среднее годовое потребление электроэнергии телевизором марки Горизонт 42AF в режиме «stand-by», учитывая, что потребляемая мощность в режиме ожидания равна 11Вт. (Среднее время работы телевизора в режиме холостого хода составляет 19 часов).
Задача 2. Рассчитать среднее годовое потребление электроэнергии телевизором марки Samsung UE42F5500 в режиме «stand-by», учитывая, что потребляемая мощность в режиме ожидания равна 0,3Вт. (Среднее время работы телевизора в режиме холостого хода составляет 19 часов).
Задача 3. Рассчитать массу сухих дров, при сжигании которых выделяется такое же количество энергии, которое необходимо для обеспечения работы приборов в режиме «stand-by» в городе Воронеж на протяжении одного года. (удельная теплота сгорания сухих дров составляет q = 8,3*106 Дж/кг)
Задача 4. Рассчитать массу природного газа, при сжигании которого выделяется такое же количество энергии, которое необходимо для обеспечения работы приборов в режиме «stand-by» в городе Калуга на протяжении одного года.