В.Ю. Грук. Самоучитель по физике: Проектная тетрадь

Проектная тетрадь посвящена физическому эксперименту, его планированию и проведению, сбору и обработке данных, анализу результатов и формулированию новых вопросов и гипотез. Пособие может быть полезно учащимся разных возрастов. Проектную тетрадь рекомендуется использовать в сочетании с Рабочей тетрадью, Учебным пособием и Справочным руководством (серия «Самоучитель по физике»).

Предисловие к Проектной тетради
Настоящее пособие посвящено важным вопросам, связанным с физическим экспериментом, с его планированием и проведением, сбором и обработкой данных, с анализом результатов и формулированием новых вопросов и гипотез. Пособие мы назвали «Проектная тетрадь», несмотря на то, что собственно проектам посвящена небольшая ее часть. Это объясняется несколькими обстоятельствами.
Современный образованный человек – это не только человек знающий и умеющий, но и «компетентный», сделавший знания и умения своим ресурсом; человек, готовый к решению открытых задач, к постоянному самообразованию, к поиску, к работе с проблемой и т.д. и т.п. В этом контексте проектную деятельность можно рассматривать как одну из ведущих, именно при ее осуществлении физические знания перестают быть формальными, становятся действенными и «живыми».
Проектный подход расширяет границы учебной деятельности. Одну и ту же проблему можно сузить до уровня простейшего эксперимента и расширить до проекта. Любой проект можно разбить на множество сравнительно простых задач и, с другой стороны, любую экспериментальную задачу можно использовать в качестве «кубика» для конструирования большой проектной задачи.
Например, задачу «Изучаем воздухоплавание» можно выполнить как демонстрационный эксперимент, доказывающий, что «летучесть» шарика зависит от наполняющего его газа. Для этого один из трех одинаковых шариков надо накачать воздухом, другой – гелием, третий – углекислым газом, отпустить их и посмотреть, какой из них полетит. Эту же задачу можно представить как исследование по поиску существенных параметров, влияющих на грузоподъемность шарика (род газа, плотность и температура газа, масса и объем оболочки и т.д.). Можно сформулировать проектную задачу: поднять в воздух игрушечного мишку с помощью шарика, наполненного газом. Этот проект вполне может быть индивидуальным. При такой формулировке учащийся должен будет сам продвигаться в решении задачи и последовательно преодолевать все трудности, неизбежно возникающие на пути.
А вот задача создания плота из пластиковых бутылок требует уже коллективной работы. Этот проект можно выполнить в летнем лагере. Он включает как теоретическую часть – определение количества бутылок для необходимой грузоподъемности, так и практическую – определение формы плота, способов крепежа, распределение грузов на плоте, управление движением плота и т.п.
Существенными отличиями проектной деятельности являются ее коллективно-распределенный характер, практическая направленность, открытость (неоднозначность решения). Важную роль играют задачи оптимизации. Например, необходимо с минимальными финансовыми затратами организовать экспедицию в горный безлесный район. Анализ этой глобальной задачи приводит к постановке более конкретных задач: организация питания и ночлега. Для их решения проводится ряд работ: исследование эффективности горючего, исследование различных утеплителей, сравнение процессов плавления снега и льда (как ресурсов для получения питьевой воды), сравнение теплоемкости воды и камней, сравнение термосов, наблюдение за нагреванием и кипением воды, исследование зависимости скорости испарения от разных факторов и др.
Коллективный характер проектных задач требует соответствующих форм предъявления результатов. Если проект выполняется в сетевом режиме, неизбежно его оформление в цифровом виде с использованием текстового редактора, электронных таблиц, мастера создания презентаций. Материалы (текстовые описания, фотоотчеты, видеоматериалы) можно выкладывать на сайте Клуба физиков http://physclub.ru или в специально созданных группах в социальной сети. Главное требование к предъявленному отчету состоит в том, чтобы любой человек после ознакомления с ним мог повторить исследование и проверить полученные результаты. Полезно сформулировать общие правила оформления отчета и требования к содержанию. В отчете желательно отразить тему, проблему, гипотезу исследования; материалы и ход исследования, технические секреты; условные обозначения и результаты измерения, представленные в табличной и/или графической форме; выводы, предположения и новые программы исследований; дополнительные источники информации.
Лучшие проектные исследования могут быть представлены на конференции. В Приложениях приводятся примеры оценочных листов, с помощью которых организуется эффективная работа участников. Каждому участнику конференции предлагается после выступления очередного докладчика быстро ответить на вопросы, содержательно связанные с темой выступления и поставить оценки за качество оформления и объяснения.
Обратимся к другим разделам настоящего пособия.
Вопросы и задания раздела Учебный эксперимент позволяют с помощью мысленного и реального экспериментов выйти на новое понятие, открыть новую закономерность, обнаружить границы их применимости. Здесь реальность эксперимента с его погрешностью рассматривается как помеха, от нее абстрагируются и работают с пропорциональностями.
Раздел Лабораторный эксперимент включает работы, в которых идет проверка уже известных простых зависимостей, изготавливаются и испытываются приборы для прямых и косвенных измерений. Более сложные зависимости проверяются в разделе Исследовательский эксперимент, а небольшие практические задания для организации самостоятельной работы включены в Домашний эксперимент.
Остановимся подробнее на коллективных способах проведения практических работ в разделах Проектные задачи и Экспериментальные задачи. Например, чтобы провести сравнительный анализ эффективности разных видов топлива, необходимо распределить обязанности: одни отмеряют равные массы различных видов топлива, другие – равные массы воды, третьи собирают установку, четвертые измеряют время горения, пятые измеряют температуру, шестые сравнивают яркость горения.
В основе организации совместной деятельности – идея объединения уникальных индивидуальных результатов в общий, их анализ, обсуждение, критика. Так, для проведения исследования зависимости силы трения от различных факторов, целесообразно распределить различные материалы соприкасающихся поверхностей в разные группы. Результаты измерений каждая группа фиксирует на общей доске в таблице и координатной плоскости; результаты обсуждаются совместно, перепроверяются сомнительные данные, а затем строится семейство графиков Fтр(N).
В Проектной тетради есть интересный раздел Изучая отчеты экспериментаторов, название которого говорит само за себя. Развитию читательской компетенции поможет раздел Тексты, в котором использованы старинные книги по физике, в частности знаменитая Историческая физика П. Лакура и Я. Аппеля.
В Приложениях подробно рассматриваются достаточно сложные вопросы, связанные с погрешностями измерений, а также приводятся примеры графической обработки данных.