Как на уроках физики и астрономии формируется функциональная грамотность? (из опыта работы)

Начать статью хочу с байки, рассказанной Сергеем Петровичем Капицей, советским и российским ученым-физиком, телеведущим и просветителем.

Дело было в 60-х годах. Группа физиков-ядерщиков из закрытого НИИ поехала на Чёрное море. Все как один – доктора наук. Пришли на бережок, по пути купив несколько бутылок винца с такой пластмассовой крышкой, которую надо срезать ножом. Приходят, приготовились уже - опа! - а бутылки открывать нечем! Видят невдалеке мужичка бомжеватого вида.

- Уважаемый, а у вас не найдётся чего-нибудь, чтоб бутылочку открыть ?

- Откроем, как не открыть! Спички есть?

- Мужик берёт спички, нагревает пробку и срывает её, размякшую, со словами:

- Физику в школе надо было учить, салаги!

Думается, что описанная ситуация имеет непосредственное отношение к теме статьи.

Функциональную грамотность можно определить как умение эффективно действовать в нестандартных ситуациях, как повседневную «мудрость» или способность решать задачи за пределами парты, грамотно строить свою жизнь и не теряться в ней.

Естественнонаучное познание формируется на уроках учителем, используя методы эмпирического и теоретического исследования, индукцию, дедукцию, анализ, обобщение и многое другое. Но выходя из-за парты, ученик «отсеивает» учебный материал, поэтому в «сухом остатке» должны остаться умения, которые мы и называем функциональной грамотностью.

Предметная область физики пересекается с областями многих других наук, что делает ее изучение сложным для обучающихся. Задача учителя сориентировать учеников на те аспекты предмета, которые будут им необходимы здесь и сейчас, при этом сформировать УУД и получить высокие результаты не только предметные, но и метапредметные, и личностные.

В функциональной грамотности выделяют естественно-научную, математическую, читательскую, финансовую, можно еще добавить цифровую грамотность, а также креативное мышление и глобальные компетенции.

С целью достижения хороших результатов учитель использует системно-деятельностный подход, а учебный процесс строится как процесс решения учащимися учебно- познавательных, учебно-практических задач. Такой комплексный подход затрагивает все виды функциональной грамотности.

Хочу поделиться своими наработками по формированию функциональной грамотности на уроках физики и астрономии. Рассмотрю примеры заданий, используемые на различных этапах урока и домашнем задании.

В качестве «затравки» на начальном этапе можно использовать проблемно-поисковые вопросы. Например, при переходе к теме «Соединение проводников» предлагаю объяснить смысл шутливой картинки с точки зрения физики» (рис.1).

Рис. 1

В 11 классе в начале изучения «Шкалы электромагнитных излучений» даю время подумать над вопросом : «ОНИ были открыты в 1800 году. Японский термин для НИХ состоит их иероглифов, которые означают «снаружи», «красный», «линия». Назовите ИХ», прозвучавшим на одной из игр «Что? Где? Когда?». В нем речь идет о тепловизоре. Вот они эти иероглифы 赤外線. В скобках отмечу, что среди вопросов этой игры можно найти как раз большое количество проблемно-поисковых вопросов, отвечать на которые будет интересно ребятам на уроках физики и астрономии.

На уроке астрономии, посвященном изучению единственного естественного спутника Земли - Луны, думаем над тем, почему согласно некоторым исследованиям, «ОН символизирует собой луну, которая, переходя из одного созвездия в другое, постепенно меняет фазы. Однако в наиболее известной версии из фаз присутствуют только полнолуние и новолуние. Назовите ЕГО». Ребята догадываются, что речь идет о Колобке. Это он символизирует Луну, имеющую фазы полнолуние в начале путешествия и новолуние, когда его съели. А животные, с которыми он встречается- это созвездия, на фоне которых на небосводе проходит Луна.

Изучение темы «Архимедова сила. Условия плавания тел» (7 класс) можно начать с вопроса «Как плавает подводная лодка?» Вторым вопросом может служить видеоэксперимент «Яйца и соленая вода». Причем видео транслируется на иностранном языке и ребятам будет нетрудно сделать еще и перевод фрагмента.

В основную часть урока и в зависимости от его типа предлагаю включить проектную работу. Это могут быть мини-проекты, которые решаются в парах или группах, но могут быть и проблемы, которые «вырастут» до серьезных исследовательских работ. Например, изучая тему «Сила трения» или «Простые механизмы», определить, как можно вытащить застрявший автомобиль в одиночку? Или изучая диффузию продумать, как выкрутить болт без отвертки? Используя различные источники информации, можно собрать коллекцию простых механизмов, металлов, диэлектриков, полупроводников или лайфхаки с простыми механизмами.

На итоговом уроке изучения специальной теории относительности в 11 классе вместо проверочной работы предлагаю ребятам написать эссе по теме «Почему Дед Мороз не стареет?» Для меня эта работа традиционна. По времени она выпадает на уроки, близкие к Новому году. За последние лет пять еще не встречала совершенно одинаковых работ. И такая форма проверки эмоционально приятна ребятам.

Еще одной традиционной работой также на обобщающем уроке в 7 классе является написание рассуждения «Что было бы, если бы сила трения (сила тяжести) исчезла?». Ребятам предлагается пофантазировать и написать сказку в прозе или в стихах. Астрономическая тема «Определение расстояний до тел Солнечной системы» знакомит ребят с экваториальным горизонтальным параллаксом. И тема проектной работы звучит так: «Как параллакс помогает в проверке зрения глухонемых людей?» Одна моя ученица, используя понятие параллакса, придумала таблицу для проверки зрения глухонемых людей. С этой работой она на городской научно- практической конференции заняла призовое место.

Важное место на уроке занимает работа с информацией. Форма подачи этой информации может быть самой различной.

Если мы говорим о законе сохранения энергии, то задание может выглядеть так.

«Изучить материалы сети (соцопросы, блоги, форумы и др., указать основной источник) по теме «Ремень безопасности - за и против» или «Подушка безопасности- за и против»:

1. Записать несколько вариантов «за»;
2. Записать несколько вариантов «против»;
3. Найти данные статистики за последний полный год в своем регионе, России;
4. Привести данные краш- тестов с манекенами;
5. Высказать собственное мнение, сделать общий вывод».

Либо вот так. Задание называется «Баланс энергии»:

1. Изучить страницу «Анализатор расхода калорий» http://www.calorizator.ru/analyzer/calories
2. Указать свой вес в килограммах.
3. Внести в таблицу виды вашей деятельности в течение суток (отдых, учеба в школе, передвижение и т.д.), сделать скрин страницы, распечатать, вклеить в тетрадь.
4. Записать суточный расход энергии в МДж и ккал, сравнить его с табличным значением для своего возраста.

Суточные нормы физиологических потребностей в энергии детей и подростков».

В 9 классе, знакомясь со звуковыми волнами, выполняем задание «Сопроводительный текст»:

«Изучить график «Связь объективных характеристик звука и слуховых ощущений», составить сопроводительный текст к инфографике (рис.2) и сделать вывод».

Конечно. в качестве заданий для выполнения на уроке могут выступать задачи по типу ОГЭ или ЕГЭ. Например,

1. При скольжении вниз по канату ладони рук спортсмена нагреваются. Какой способ изменения внутренней энергии применяется в этом случае?

1. Теплопроводность
2. Тепловое излучение
3. Совершение работы силы тяжести
4. Совершение работы силы трения.

Рис. 2

2. Собака, промокшая под дождем, начинает встряхиваться, чтобы высушить шерсть.

К встряхиванию животное прибегает и тогда, когда к спине что-то пристало. На каком физическом явлении основан этот способ сушки и освобождения от инородного тела?

1. Реактивное движение
2. Инерция
3. Действие силы тяжести
4. Электризация.

Обязательно включаю на уроке практические задания. Так, изучая электромагнитные волны и их свойства, предлагаю ребятам практическую работу «Исследование свойств электромагнитных волн на примере мобильного телефона».

Цель такой работы: исследовать способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из диэлектрика и металла. Оборудование, которое используется: два мобильных телефона, пластмассовая или стеклянная коробка с крышкой, металлическая фольга.

Порядок выполнения задания.

1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго.
2. Положите первый телефон в пластмассовую коробку с крышкой и снова позвоните на него со второго телефона.
3. Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго.
4. Сделайте выводы.

Другой формой практической работы может служить работа со симулятором.

Вариантов проведение такой работы великое множество.

Например, на приведенном ниже симуляторе (рис.3) можно изучать преобразования механической энергии при наличии/отсутствии трения, закон сохранения и изменения энергии на различных траекториях (мёртвая петля, горка, американские горки с разнойвысотой, произвольная траектория) при наличии/отсутствии трения, изменять значения коэффициента трения, массы тела, определять значения высоты подъема тела, скорости тела, также решения этих задач можно сразу проверять.

Рис. 3

Ребята могут и сами составлять задачи и предлагать их решения своим одноклассникам.

В 8 классе, изучая работу и мощность тока, дается следующая практическая работа.

1. По техническим характеристикам определите сопротивление каждого прибора. 
2. Каким общим сопротивлением будет обладать участок бытовой цепи, если включить все три прибора одновременно?
3. Рассчитайте, какую оплату за электроэнергию вы должны внести за 30 дней, если электрочайник использовали ежедневно в общей сложности 70 минут, пылесос – раз в неделю в течении 0,5 часа, а фен-расческу – в среднем 4 раза в неделю по 10 минут. Тариф 3,83 копейки за киловатт-час.

И предлагаются инструкции реальных приборов, таких как фен (рис.4), пылесос, электрический чайник.

Рис. 4

Данную практическую работу можно разбить на варианты или группы, взять инструкции к другим бытовым электрическим приборам (например, стиральной машины, электрической плиты), дополнить задания и т.д. Кстати, можно при расчетах и тарифы использовать разные: для города и сельской местности, для квартиры с газовой плитой или электрической, для однотарифного счетчика или многотарифного и др.

Похожая работа предлагается и авторами учебника за 8 класс. Но, по моему мнению, с реальными данными настоящих электрических приборов эта работа выглядит более реалистичной.

Другим вариантом могут стать ситуационные задания. Например, «Покупка телескопа»:
«Прочитайте статью или посмотрите видеоролик по теме «Как выбрать телескоп?» и выполните одно любое задание.

Вариант1. Перечислите основные параметры телескопов, охарактеризуйте каждый. Перечислите виды телескопов, назовите плюсы и минусы каждого. Какой телескоп вы бы выбрали для наблюдения далёких объектов (звёзд, туманностей)?

Вариант2. Используя сервис Яндекс Маркет, подберите телескоп по заданным параметрам: Телескоп нужен для наблюдения планет и Луны в местности с небом средней засвеченности (не мегаполис, но и не идеально тёмное небо), наблюдение с балкона/из окна (поворот трубы в горизонтальной и вертикальной плоскостях), без хроматической абберации, массой не более 7-8 кг, цена не более 10 000 рублей, с хорошими отзывами покупателей».

Другая ситуационная задача, которая предлагается по теме «Кинематика», например, на обобщающем уроке темы. Называется она «Построение маршрута»:

1. Открыть в поисковике Яндекс вкладку «Карты» и кликнуть «Маршруты».
2. Ввести в графы «А» и «В» нужные адреса или выбрать случайным образом на карте. Добиться, чтобы пунктами были реальные объекты (для этого увеличить масштаб и переставить маркер в нужное место), записать названия пунктов; желательно сделать скрин, распечатать и вклеить в тетрадь фрагмент карты.
3. В колонке «Маршруты» выбрать по очереди все виды движения (личным транспортом, общественным транспортом, пешком); для каждого случая выбрать самый быстрый вариант (если вариантов несколько), раскрыть для детального изучения и рассчитать для каждого случая среднюю скорость движения.
4. Предложите альтернативный вариант маршрута (если есть).
5. Какой вариант движения вы бы выбрали? Почему? Сделайте общий вывод по работе.
6. * За какое время расстояние между пунктами преодолеет квадрокоптер, если его средняя скорость равна 20 м/с? Хватит ли заряда батареи коптера для полета? (Инструмент для измерения расстояния по прямой в сервисе «Яндекс Карты» и максимально возможное время полета коптера на одном заряде батареи найти самостоятельно). Каким образом (с какой целью) вы бы использовали квадрокоптер?

Формулируя задание, можно конкретизировать местность, например, взять свой населенный пункт или пофантазировать о поездке как по территории России , так и заграницей.

С целью пониманию физического смысл явлений на уроке разбираем качественные задачи. Примерами могут служит следующие:

1. Можно ли измерить давление воздуха в кабине космического корабля барометром-анероидом? жидкостным барометром? металлическим манометром? Почему?
2. Зеркало и белый лист бумаги отражают до 90% падающего на них света. Почему в зеркале мы видим свое изображение , а в белом листе –нет?
3. Почему обычно хозяйки стирают белое белье отдельно от черного?
4. Почему боксеры ведут бой в перчатках?
5. Почему необходима побелка плодовых деревьев?
6. Зачем на крышках фарфоровых чайников делают отверстие?
7. Почему при очень быстрой езде на гоночных автомобилях у спортсменов закладывает уши?

Совсем недавно с семиклассниками мы искали ответ на вопрос: «Зачем барометру-анероиду две стрелки?» Варианты ответов были самыми разными. Например, это запасная стрелка. Тогда я спрашивала: «А почему она не лежит в коробке?» Долго размышляя, мы пришли к выводу, что с помощью барометра-анероида (прибора для измерения атмосферного давления) можно измерить и высоту здания школы, и высоту, на которой летит самолет.

Рис. 5

В качестве домашнего задания очень часто даю домашний эксперимент, с которым ребята с удовольствием справляются. Задания могут быть следующими.

1. Бросить в кипящую воду несколько пельменей, наблюдать несколько минут до подъема пельменей. При варке пельмени впитывают воду и становятся тяжелее. Почему они всплывают? (7 класс, тема «Архимедова сила. Условия плавания тел»)
2. Встаньте на напольные весы. Измерьте свой вес. Резко поднимите руки вверх. Изменились ли показания весов? Резко опустите руки. Меняются ли показания? Результаты поясните. Стоит ли весы вернут продавцу? (9 класс, тема «Вес тела»)
3. Изучите статью «Ареометр» (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ареометр), рассмотрите рисунки и ответьте на вопросы:
   1. Каково назначение ареометра?
   2. Каков принцип действия? 3)Перечислите виды ареометров, для чего используют каждый?
   3. Почему правый ареометр на рисунке 5 погружен на большую глубину?
   4. Ответьте на вопросы по рисунку 6:
      

   а) Как изменится положение лактометра, если молоко разбавить водой?
   б)Как изменится положение спиртометра, если в спирт добавить воды?
   в)Как изменится положение сахариметра, если мед разбавить сахарным сиропом?

Учащиеся, кстати, изготавливают ареометры сами из подручных материалов.

В качестве вопросов рефлексии не люблю традиционные пять. Предлагаю по-разному, в зависимости от темы оценить ребятам степень усвоения материала урока. Так, после рассмотрения темы «Механические волны» рисуем волну и каждый должен определить, где он находится - на гребне или впадине.

Говоря о давлении газов и жидкостей, рисуем стакан и определяем степень его наполненности знаниями. Когда изучаем реактивное движение, на полях тетради внизу рисуем ракету на старте (в начале урока) и на высоте (в конце урока), показывая, на сколько понятна тема.

Рис. 6

Закончить статью хочу отрывком из басни К.Анкундинова «Ученый кот».

У кошки маленький котеночек подрос.
— Как дальше быть? — возник вопрос.
Ловить мышей — такая штука,
Что тут нужна теперь наука.
Решила мать, что впору
Послать котенка в школу,
И вот за партой в классе
Сидит пушистый Вася...
С усердием большим, как наказала мать,
Принялся кот науку постигать.
Он изучил до тонкости по темам
Строение мышей (по графикам и схемам).
Их чучела изготовлял из тряпок
В кружке «умелых лапок».
Решал, едва не плача,
Он про бассейн задачу. (Сколь выльется сметаны, когда открыты краны.)

Был в геометрии как дома,
Знал доказательств остроту;
Тригонометрия знакома
Была прилежному коту.
И через десять лет, науками богат,
Понес домой наш кот из школы аттестат...
В то время у какой-то горки
Мышонок вылезал из норки,
Хоть Васька изучал мышиный род по книгам,
Исконного врага узнал он все же мигом.
Но как его схватить?
Нельзя же прыгнуть сразу!
Тут надо применить
Научных знаний базу...
Вот неизвестного мышонка
За икс он принял очень тонко.
Затем в системе CGS
Нашел его удельный вес.
v — скорость, ускоренье — а. (А брызги сыплются с пера!)
По теореме Пифагора
Он путь нашел довольно скоро;
Привел ответы, глядя в книгу,
К логарифмическому виду;
Вписал последнюю строку
И приготовился к прыжку...
Пока ученый кот над уравненьем бился,
Мышонок - неуч в норке скрылся.
Запомните, друзья, соль истины такой:
Теория мертва без практики живой.

Ресурсный материал

1. КПК «Мультимедийные и интерактивные ресурсы в проектировании урока физики в рамках ФГОС» (Фоксворд, автор Е.В.Алексеева)
2. Бухарова Е.А. Методическая разработка «Функциональная грамотность через призму физики» https://iro86.ru/images/razm3000/pedagog2022/6_БухароваЕА_Методическая_разработка_из
3. _опыта_работы_по_формированию_и_оценке_функциональной_грамотности.pdf
4. Байка С. Капицы - https://dzen.ru/a/YEMkTETtxmaBjgwH
5. Баласанова Ольга Валентиновна, Примеры заданий для формирования естественнонаучной грамотности на уроках физики и способы их оценивания. https://урок.рф/library/primeri_zadanij_dlya_formirovaniya_estestvennonauchno_181613.html
6. Вопрос «Что?Где? Когда?» о тепловизоре https://db.chgk.info/question/poles13.2/6
7. Вопрос О Колобке https://db.chgk.info/search/questions/%D1%84%D0%B0%D0%B7%D1%8B%20%D0%9B%D 1%83%D0%BD%D1%8B
8. Видеоэксперимент «Яйца и соленая вода» https://www.youtube.com/watch?v=cipDtvN6ClQ&lc=UggHImyozFsGWXgCoAEC CrazyRussianHacker. Eggs & Salt Water - Water Density Science Experiment:
9. Фиксики. Подводная лодка https://www.youtube.com/watch?v=Au_GTNeOZNY&t=244s
10. Анализатор калорий http://www.calorizator.ru/analyzer/calories
11. Изучение преобразования механической энергии
12. https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_en.html
13. Ареометр https://ru.wikipedia.org/wiki/Ареометр
14. Басня https://multiurok.ru/index.php/files/uchienyi-kot-basnia-k-ankundinov.html