Содержание практической части индивидуальных проектов по физике, выполняемых студентами первого курса техникума

Федеральным государственным стандартом среднего общего образования, реализуемого в рамках освоения среднего профессионального образования предусмотрено выполнение студентами индивидуального проекта по общеобразовательным дисциплинам.

Индивидуальный проект выполняется обучающимся самостоятельно под руководством преподавателя по выбранной теме в рамках любой избранной области деятельности: познавательной, практической, учебно-исследовательской.

Написание проекта предполагает подготовку студентами теоретической и практической части. В теоретической части обучающийся описывают исследуемый закон, явление или процесс, отражает историю его открытия, раскрывает его практическое применение в науке, технике, быту.

Практическая часть является наиболее значимой частью проекта. Она включается в себя описание хода создания продукта проекта.

В рамках данной статьи опишем возможные варианты наполнения практической части индивидуальных проектов, выполняемых студентами первого курса при изучении профильной дисциплины «Физика».

Так, например, при выполнении проекта по исследованию закона превращения и сохранения механической энергии, для его наглядной иллюстрации обучающимся предлагается сконструировать самодельный маятник Максвелла, используя следующую технологическую карту прибора.  

Название прибора: Маятник Максвелла

Оборудование: лист ДСП (30х20 см), крышки от бутылки (4); три деревянных палочки (30 см), две железные крышки, железная ось, прочная нить, изолента.

Порядок выполнение работы:

1. Проделать в центре пластиковых и железных крышек отверстия под ось.
2. Совместить крышки между собой, закрепив гайкой и болтом. Промежутки заполнить пластилином.
3. Убрать болт и одеть крышки на ось. С внешней стороны железной крышки закрепить гайкой.
4. Изготовить основание и стойки.
5. Подвесить маятник в верхнюю планку на прочной нити. Маятник готов.

Объяснение: Маятник демонстрирует взаимопревращение энергий: кинетической в потенциальною и обратно. Со временем маятник поднимается на все меньшую высоту, то есть его полная энергия уменьшается. Объясняется это тем, что часть энергии расходуется на работу сил трения о воздух, трения при наматывании шнура на ось. Механическая энергия превращается во внутреннюю тепловую.

В рамках подготовки индивидуального проекта, ориентированного на изучение механических волн, их свойств, видов, характеристик студентам рекомендуется создать модель волнового маятника по предложенному паспорту устройства.

Название прибора: Волновой маятник

Оборудование: шурупы 10шт, деревянные бруски 6 шт (30 см), 1щт(50см), нить, металлические шарики 9 штук, лист ДСП (50х30см)

Ход работы:

1. Четыре деревянных бруска (опора) прикрутить к листу ДСП.
2. Соединить бруски - опоры между собой двумя деревянными брусками
3. В деревянном бруске – перекладине (50 см) просверлить 9 отверстий на расстоянии 5 см.
4. Закрепить шарики 9 штук на нитях разной длины в отверстиях в бруске-перекладине.
5. Покрасить установку
6. Если с помощью деревянного бруска все гайки отводить от положения равновесия, то каждая гайка, совершая колебания, вносит свой вклад в получаемую бегущую волну.

Объяснение: Несмотря на то, что отвели каждый из шариков на одинаковое расстояние (амплитуду), они колеблются с разной частотой. Дело в том, что частота колебаний маятника зависит от длины подвеса. Чем длиннее подвес, тем реже маятник совершает колебания, т.е. тем его меньше частота.

Длины подвесов подобраны так, что после запуска можно наблюдать бегущую волну. Что же это такое? Бегущая волна — это такой вид движения, при котором фронт волны перемещается (другими словами, это волна, которая двигается вперед). Такими волнами, например, распространяется свет. Так же будут выглядеть и другие виды электромагнитного излучения, в том числе радиоволны или излучение микроволновки.

Через некоторое время маятники выстраиваются таким образом, что появляется картина стоячей волны. Стоячие волны возникают при отражении бегущих волн от какой-нибудь преграды, как сочетание падающей волны и отражённой. При этом в некоторых точках (пучностях) мы наблюдаем максимумы волны, а в других (узлах) минимумы. Примером стоячей волны является колебание струны.

При подготовке проекта нацеленного на исследование принципа работы электрических цепей, их компонентов обучающимся предлагается на выбор несколько видов самодельных устройств.

Название прибора: Элемент умного дома – технология «Умный свет»

Описание: Комплексная система управления всем инженерным оборудованием здания называется «умным домом». Такая система построена по модульному принципу, позволяющему легко изменять и расширять ее без потери уже существующего функционала. Модули –  управление освещением, климатом, системами безопасности и так далее.

Технология «Умный свет» позволяет настраивать свет под свои предпочтения и управлять светом дистанционно. «Умное освещение» освобождает человека от поиска переключателя в темноте, позволяет дистанционно управлять электроприборами в квартире. Кроме этого, она может быть сопряжена с голосовым управлением, видеофиксацией, системой безопасности, термостатами, изменением цветовых оттенков света и многими другими вещами

Оборудование: Электрическая часть устройства состоит из соединенных в соответствии со схемой: платой Arduino nano, модуля с микрофоном, источника питания 4,5В, соединительных проводов, соединительной ленты, картон, цветная бумага, клей пистолет.

Порядок выполнения работы:

1) Собрать электронную схему

2) Разработать и загрузить микропрограмму для Arduino nano

3) Изготовит дом

4) Приклеить ленту

5) Закрепить электрическую часть

Объяснение: Микрофон улавливает звуковой сигнал, который преобразуется в электрический, усиливается усилителем и передается на плату Arduino nano. Для Arduino nano разработана программа, которая ожидает два последовательных импульса. При поступлении данных импульсов активируется порт управления реле. К реле подключена светодиодная лента, которая загорается при двух последовательных хлопках.

На плате укреплены четыре светодиода. Первый красный светодиод является индикатором питания на плате Arduino nano, демонстрирует ее работу. Второй красный светодиод подключен к микрофону, является индикатором питания на нем. Третий красный светодиод также подключен к микрофону, он мигает, когда через микрофон проходят электрические импульсы. Зеленый светодиод подключен к реле, он загорается, когда включается светодиодная лента.

Название прибора: Электрический лифт

Оборудование: Картон, клей ПВА, шпульки для швейных машин – 3шт., двигатель от детской игрушки, кнопочка включения, батарейки, толстая нить, палочка для суш, деревянная дощечка

Порядок выполнения работы:

1) Из деревянной дощечки изготовить основание для будущего лифта размерами 26×12 см

2) Склеить кабину лифта

3) Сделать основание для лифта, и прикрутить шпульки от швейных машинок саморезами.

5) Приклеить полученный механизм будущего лифта на основание.

6) На движок приклеить шпульку, двигатель укрепить на платформе рядом с основанием лифта.

7) Соединить шести контактную кнопку для смены полярности и запитанную от батарейки. Приклеить её на платформу.

Подвесить кабину лифта на верёвку, предварительно закрепив её через шпульки на подъёмнике.

8) Изготовить корпус для батарейки и подключить ее проводами.

9) Сделать подсветку кабины лифта, подключить ее к батарейке.  Электрический лифт готов.

Описание: При нажатии на кнопку кабина лифта поднимается или опускается.

Название прибора: Пылесос своими руками

Оборудование: пластиковая бутылка 1, жесть (пустой баллончик из-под дезодоранта), моторчик от CD, гофрированная трубка, клей, крышки от пластиковых бутылок, капроновая стяжка, мелкая сетка

Порядок выполнения работы:

1. Удалить часть пластиковой бутылки по линии
2. Из пустого металлического флакона изготовить крыльчатку для пылесоса (можно воспользоваться любым тонким металлическим листом).

На металлическом листе построить круг диаметром равным диаметру бутылки. Начертить радиально сектора круга. Сделать отверстие в круге, вырезать круг и сектора по линиям, не доходя до центра круга 10мм. Повернуть лепестки на небольшие углы.

3. На вал электродвигателя насадить крыльчатку, закрепить клеем.
4. В нижней части бутылке проделать отверстия для выхода воздушного потока
5. Удалить с крышки бутылки отверстия под провода согласно картинке и приклеиваем ее к двигателю.
6. Приклеить вентилятор в корпус бутылки.
7. Из канцелярских кнопок изготовить ограничитель для фильтра
8. Изготовить фильтр из капроновой стяжки и мелкой сетке
9. Из гофрированной трубки изготовить заборную часть пылесосы. Увеличить ее диаметр с помощью пластыря. Из пустого тюбика изготовить насадку для пылесоса.
10. Укрепить насадку на трубке с помощью пластыря
11. Изготовить ручку и ножки для пылесоса. Пылесос готов.

Объяснение: Внутри шланга пылесоса создаётся вакуум, который уменьшает давление воздуха, но повышает его скорость. Именно низкое давление позволяет воздуху с частицами пыли быстро двигаться внутрь пылесоса и уже чистому воздуху покидать пылесос через выходное отверстие.

Если на шланг надеть щелевую насадку, физический процесс усложняется. Резкое увеличение скорости и уменьшение давления при прохождении устойчивого потока через сужение в трубе называется эффектом Вентури. Этот эффект подсказывает, что удалять пыль, крепко вбитую в ворс ковра, лучше узкой насадкой.

Проект ориентированный на исследование принципов теплового расширения твёрдого тела, предусматривает подготовку самодельной демонстрационной установки следующего вида.

Название прибора: Прибор для демонстрации теплового расширения металлического стержня.

Прибор состоит из деревянного основания с двумя стойками. На гвозде, вбитом в среднюю стойку и служащем осью, вращается фигурная стрелка, изготовленная из железной полоски толщиной около 1 мм. На одном конце в выступ, выпиленный у основания стрелки, с небольшим трением входит металлический стержень диаметром от 3 до 5 мм. Другой конец стержня вложен в паз второй стойки.

Подогревая стержень над спиртовкой, мы замечаем, как он удлиняется. Степень удлинения стержня фиксируется заостренным концом стрелки, скользящей по циферблату.

Вставляя в прибор стержни, изготовленные из разных металлов, можно наглядно показать их различное тепловое расширение.

В зависимости от уровня сложности, создаваемого самодельного прибора, обучающимся предлагается индивидуальная или групповая формы работы по выполнению исследовательского проекта.

Необходимо ответить, что процесс конструирования студентами физических приборов, способствует активизации их познавательной деятельности, обеспечивает формированию у них практических умений и навыков в применении полученных знаний. Все это, в свою очередь, приводит к осознанному исследованию ими физических закономерностей рассматриваемого в индивидуальном проекте процесса, явления, или закона.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Содержание практической части индивидуальных проектов по физике, выполняемых студентами первого курса техникума