Главная страницаМетодическая поддержкаМетодические рекомендации по физикеИспользование цифровых инструментов Google и "1С" при организации метапредметного проекта в школе

Использование цифровых инструментов Google и "1С" при организации метапредметного проекта в школе

Ханнанов Н.К., khann@dio.ru, Милякова В.М., valentlogos@mail.ru
ЧУ СОШ "Логос М", г. Мытищи

Аннотация

Показано, как в ходе реализации межпредметного школьного проекта для 7 класса, объединяющего гуманитарные и естественнонаучные предметы, были использованы такие цифровые инструменты как Сайты Гугл (https://sites.google.com), Документы Гугл (https://docs.google.com), Фотографии Гугл (https://picasaweb.google.com), Ютуб (http://www.youtube.com)   а также цифровой инструмент "1С:Измеритель" (http://school-collection.edu.ru) для выполнения определенных педагогических целей.  Подробно описаны педагогические цели, этапы и использование перечисленных инструментов в части проекта, связанной с предметным содержанием физики.

Смена образовательных целей в современном мире подталкивает к поиску новых форм преподавания предметов. В школе "Логос М" уже несколько лет ведутся эксперименты по организации проектной деятельности с использованием Интернет-технологий. Особенно значительных успехов удалось достигнуть при использовании проектных технологий c активным использованием информационных технологий в преподавании истории и обществознания. Учителя других предметов и начальной школы активно используют информационные технологии в рамках классно-урочной системы.

В 2011-2012 году с учениками 7 классов школы был предпринят эксперимент по организации проектно-исследовательской деятельности с охватом нескольких предметов: истории, литературы, английского языка, биологии и физики. Цементирующим началом стали темы курса истории, связанные с правлением Ивана Грозного. В рамках реализации проекта учащиеся:

1. Совершили 3 автобусные экскурсии 

  • в Александровскую слободу (Владимирская область);
  • в Московский Кремль;
  • в музей птиц Московской ветеринарной академии.

2.  Поработали в исследовательских группах над вопросами

  • Что повлияло на формирование личности Ивана IV?
  • Каковы причины реформаторской деятельности Ивана IV?
  • Что такое опричнина и чем было вызвано ее введение?
  • Как складывались отношения царя Ивана IV с церковью?
  • Как строились отношения России с другими государствами при Иване IV?

3.  Расширили словарный запас, знакомились с  текстами на английском языке о времени Ивана IV и готовили буклет о музее в Александровской слободе.

4.   Анализировали тексты произведений М.Ю.Лермонтова ("Сказ о купце Калашникове…"), А.К.Толстого ("Князь Серебряный"), малые фольклорные жанры, письма Ивана Грозного и Андрея Курбского, писали иллюстрированные путевые заметки и сочинения в других жанрах.

Вся деятельность строилась вокруг проблемного вопроса "Как формируется образ тирана?"

Работа по естественнонаучным предметам строилась вокруг эпизода с легендой о полете Никиты Холопа с колокольни в Александровской слободе. В рамках биологии работа задания давались вокруг темы "Птицы", в рамках физики вокруг тем "Измерения длины" и "Силы".

Вся организация деятельности учащихся по проекту строилась на основе сайтов Google с доступом только для приглашенных лиц. На двух сайтах (ограничение объема 1024 Мб) были заведены разделы для работ по предметам, и в рамках каждого раздела персональные страницы учащихся. Для ограничения объемов информации, загружаемых на сайт, для размещения фотографий был задействован инструмент Google Picasa, для размещения видеоматериалов – YouTube, для фиксации результатов деятельности и аттестации – Google Документы. Таким образом, очевидно, что помимо узкопредметных компетенций, учащиеся 7 класса приобретали навыки работы в социальных сетях и овладевали различными цифровыми инструментами.

Завершился проект общей презентацией с участием преподавателей и родителей.

Как видно из неполного списка видов деятельности учащихся деятельность в рамках каждого предмета имела свою специфику. В данном сообщении остановимся более подробно на деятельности  и результатах проекта в рамках предмета "физика".

Работа была разделена на 2 этапа, поскольку учащиеся только начали изучение физики, а проект начался 1 сентября. На первом этапе задачей учащихся было измерить высоту Распятской колокольни, с которой, согласно легенды, Никитка Холоп совершил полет, используя деревянные крылья и перелетев через кремлевскую стену.

Ниже приведен список задач, размещенных на сайте проекта:

1) Используя инструмент "1С:Измеритель" (ruler.exe) и ваши собственные фото измерьте высоту колокольни по отношению к своему росту.
2) Сформулируйте в Отчете возможные источники ошибки измерений при таком способе измерения и оцените погрешность измерения.
3) Занесите результаты в личный Отчет, включив в него, данные о собственном росте, "*.bmp" файл с иллюстрацией результатов использования программы ruler.exe, погрешность измерения.
4) Занести в сводную таблицу результаты измерений с погрешностью.
5) Запишите в Отчет выводы о том, совпадают ли с учетом ошибок измерений размеры колокольни, измеренные Вами и Вашими одноклассниками. Если нет, то в чем причина.
6) Поместите в Отчет размышления о том, чтобы Вы изменили при фотографировании с учетом опыта по обработке фотографии для того, чтобы повысить точность измерения. Предложите иные способы измерения высоты колокольни. Будут ли они более точными, более удобными.
7) Сравните полученные Вашим классным коллективом результаты с данными о высоте колокольни, полученными Вами в ходе экскурсии, с данными найденными в Интернет или иных источниках информации. Если они отличаются, то с чем могут быть связаны расхождения?
8) Запишите в Отчет, для чего предназначалась колокольня, и чем она знаменита? На какие вопросы, связанные с ее строительством, Вам теперь хотелось бы получить ответ (вопросы не обязательно могут быть связаны с физикой)?

Для решения этих задач во время экскурсии в Александровскую слободу каждый ученик должен был сняться на фоне колокольни, а затем по отношению высоты башни на фотографии к собственному росту определить высоту башни. Для соотнесения двух величин учащимся было предложено использовать цифровой инструмент "1С:Измеритель", который доступен в Единой коллекции образовательных ресурсов (http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fschool-collection.edu.ru%2Fcatalog%2Frubr%2F36982276-f7af-4e4b-a39f-814e88af8855%2F109473%2F%3F&sa=D&sntz=1&usg=AFrqEze1ofKysfcWQ12aGYCYt-Sm6AvIKA). Было важно, что каждый ученик использует свою фотографию, свой рост, сам пользуется цифровым инструментом и сам размещает на сайт проекта свой результат.

На рис.44 скриншот одной из персональных страниц учеников с результатами измерений. Конечно, не все учащиеся выполнили все задания первого этапа. Формирование представлений об ошибках измерений и, особенно, о статистической ошибке формируется в курсе физики существенно позже. Однако несколько существенных воспитательных цели были достигнуты на данном этапе проекта.

Дело в том, что ученики приехали с экскурсии с готовым ответом – им было сказано экскурсоводом, что высота башни 56 м. Однако ни у одного из учеников собственные измерения не дали результата выше 35 м (разброс от 21 до 35 м). И первый вывод о том, что в ходе исследования возникают неожиданные результаты был сделан. В ходе повторных измерений (разброс не более 1 м) был сделан вывод, что ошибка возникает из-за неточности растягивания мерного отрезка в "1С:Измерителе". Возникли даже подозрения, что инструмент все мерит неправильно.


Рис.44

Поскольку метод пропорций все-таки достаточно убедителен для учеников 7 класса, то использование других инструментов для определения пропорций на фото (MS Word, Photoshop, распечатка фото и измерение линейкой) отвергли эти сомнения. Рассматривание фотографий и сравнение результатов друг друга привело учеников к выводу, что виноваты неверно сделанные фотографии, на которых преобладал ракурс снизу вверх.

Изучение сайтов с указанием высоты колокольни, сделанное учениками с помощью поисковых систем Google и Yandex, дало 19 ссылок, только в двух из которых указывалась высота башни менее 35 м, на остальных указана высота выше 50 м. Учитель обратил внимание учащихся, что сайт с указанием высоты около 30 м создан архитекторами, участвовавшими в серьезных исследованиях истории башни (http://www.zagraevsky.com/sloboda_book3.htm), кроме того обратился к зрительной памяти учащихся, которые единогласно решили, что высота колокольни была ниже 17 – этажного дома. Так был сделан второй важный вывод о том, насколько достоверна информация в Интернет ресурсах и о важности оценочных результатов в физике. Важно, что выводы о критическом отношении к информации мог возникнуть только на "физической" части проекта, поскольку на остальных предметах в силу специфики предмета и образовательных целей ученикам давались "проверенные" ссылки, отобранные преподавателем. Были также сделаны выводы о том, каким должен быть снимок и каким должен быть инструмент для более точного определения высоты башни методом пропорций на фото. Такое фото было найдено и среди фотографий учащихся. Многократные измерения по ней дали результат H=(264)м. Для дальнейших рассуждений мы полагали H30 м.

Аналогично по пропорции на фото из Интернет было оценено расстояние от колокольни до кремлевской стены (рис.45).


Рис.45

Второй этап проекта был посвящен собственно ответу на вопрос "Мог ли Никита холоп перелететь через кремлевскую стену Александровской слободы?". Для формирования соответствующего терминологического словаря при описании круга явлений вокруг полета на уроках были изучены темы "Сила как мера воздействия одного тела на другое", "Сила тяжести", введены внепрограммные темы "Сила сопротивления воздуха", "Подъемная сила". Введение новых понятий сопровождалось живым демонстрационным экспериментом, демонстрацией видеофрагментов с экспериментами по аэро- и гидродинамике из открытого сегмента Интернет.

После этого была дана новая серия заданий, результаты выполнения которых следовало поместить на своей странице сайта проекта:

  1. Изложить подробности из легенды о полете Никитки холопа с колокольни (время года, возраст и массу Никитки, описание приспособлений для полета, их массу, материалы, указания на высоту и дальность полета и т.д.), указав источник информации.
  2. Найти исторические факты реализации технических приспособлений (махолет, аэроплан, воздушный шар и т.п.) или современных устройств  из экстремальных видов спорта (параглайдинг, скайсерфинг, бейсджампинг, вингсьют и т.д.), которые позволяют человеку перемещаться по воздуху на расстояния, сравнимы с полетом Никитки, не используя двигатели на каком либо топливе или электроэнергии. В отчете требуется поместить фото (рисунок) с описанием устройства или дать вкладку с видеофрагментом и небольшой текстовый комментарий с условием реализации полета (необходимость предварительного разгона, восходящих потоков воздуха, минимальной высоты для разгона и т.п.).
  3. Провести испытания модели планирующего в воздухе устройства без двигателя (бумажный самолетик, маленький парашют и т.п.) с указанием размеров, помещением фото, и измерением соотношения высоты и дальности полета при разных массах прикрепленного к устройству грузах.
  4. Сделать вывод о возможности полета Никитки на расстояние, соответствующее легенде, с высоты 30 м.

Задание, связанное с анализом всевозможных приспособлений, созданных  человеком до настоящего времени для полета в воздухе с использованием только мускульной силы человека вызвало большой интерес у учащихся. На персональных страницах учеников на сайте проекта обнаружены ссылки и описания полетов в воздухе с использованием махолета (устройство с машущими крыльями), параплана (парашют-планер), дельтаплана (планер дельтовидной формы, позже совмещенный с миниатюрным винтовым двигателем), планера, парашюта, лыжи (скай-серфинг), вингсьюта (специальный костюм из ткани для полетов в свободном падении). Совместный анализ на уроке видеофрагментов, найденных учащимися, с иллюстрацией этих приспособлений подвел учеников к выводу, что ближе всего к полету Никитки холопа (рис.46) вингсьют (по размерам и отсутствию дополнительных приспособлений) и первый планер Лилиенталя с размахом крыльев около 7 м и площадью около 20 м2 (по доступности материалов для изготовления). Махолеты были отвергнуты  на основании результатов, полученных на уроках биологии, и по причине того, что до сих пор не создано махолетов на мускульной силе рук. Парапланы и дельтапланы были исключены из дальнейшего рассмотрения по причине необходимости значительного начального разгона и недоступности для Никитки столь прочных и легких материалов. Скайсерфинг, требует не менее 50 м свободного падения для набора скорости и приобретения силы сопротивления воздуха. Для выхода вингсьюта на стационарный полет, то есть набора скорости, обеспечивающей подъемную силу, требуется не менее 10 м свободного падения вниз.

 
Рис.46

На этом этапе мы добивались учебной цели проведения не только ознакомительного просмотр видео, но и его внимательного изучения. Кроме того, мы учили учеников 7 класса попытаться синтезировать описания разных по внешним признакам явлений (полет разных устройств для полета).

При выполнении пункта программы по моделированию полета Никитки мы, изучив историю полетов на планерах изобретателя Лилиенталя, остановились на моделировании полета с использованием обычного планера. При этом мы исходили из того, что главной характеристикой планеров является отношение подъемной силы планера на единицу площади. В модельном эксперименте (рис.47) мы уменьшили все размеры в 15 раз, что предполагало изучение возможности полета модели с высоты 1,5 м на дальность на 3,5 м. Полагая, что у Никитки-холопа массой 50-70 кг размах крыльев не мог превышать 4 м, а ширина 1 м, мы пришли к выводу, что отношение массы поднимаемого груза к площади крыльев было 60 кг/4м2 =15 кг/м2 (заметим у лучших современных планеров эта величина 30 кг/м2). Модельный планер должен быть иметь площадь крыльев 4м2/152=0,0177м2=180 см2, и переносить при  той же подъемной силе груз массой массой около 15 кг/м2х0,018м2=0,27 кг=270 г


Рис.47

Поиск в Интернет наилучших бумажных моделей (http://www.meas.ru/fish-5-2.html) привел нас к модели, которую можно изготовить из стандартного листа  бумаги (формат А4, масса около массой 4,6 г), площадь крыльев которой составляла около 150 см2 (рис.48).

На уроке она была нагружена разными грузами и запущена учениками с разной скоростью. Результаты были вполне ожидаемыми: без груза максимальная дальность превышает размер класса (более 10 м), с грузом 50 г дальность не более 5 м, с грузом 150 г дальность не более 1 м. На основании чего учащиеся сделали вывод о том, что полет Никитки с Распятской колокольни скорее красивая легенда, чем реальный исторический факт.

Можно спорить о научности подхода с моделированием полета, однако для нас было важно познакомить учащихся с модельным экспериментом, используемым в физике.

На всех этапах проекта создавалась ситуация, когда ученик мог высказывать мнение, не совпадающее с общепринятым, если оно опирается на экспериментальные факты. В этом смысле показательно, что на презентации, одна ученица попросила выступить с особым мнением (отличным от вывода класс) и показала видео с экспериментом, где мяч парит в струе воздуха, как мог бы парить Никитка холоп при достаточно сильном ветре.

Таким образом, в ходе выполнения проекта удалось найти подходы для ответа на вопросы, связанные с общей канвой метапредметного проекта, несмотря на то, что знания учащихся по физике были весьма скудными. Детальная прорисовка заданий, возможность выполнять их до и после обсуждения в классе, позволила большинству учащихся внести персональный вклад в исследование, выводы на каждом этапе делались именно после объединения информации получаемой различными учащимися. Конечно, при этом существенная нагрузка по управлению проектом ложилась на учителя. Важно, что на защите проекта выступили как один из самых сильных учеников класса, так и один из тех, чьи успехи в усвоении курса физики пока не очень велики.

Несмотря на несомненную воспитательную функцию работы над проектом, следует отметить и минусы педагогического эксперимента, когда проектная деятельность вплетается в урочную систему организации изучения такого предмета как физика.

Во-первых, работа над проектом потребовала использования не менее 10 часов дополнительного учебного времени (3 экскурсионных дня, 1 час на ознакомление с инструментом "1С:Измеритель", 1 час анализ полученных данных по измерению высоты башни, 2 часа на введение и закрепление внеплановых понятий "сила сопротивления воздуха" и "подъемная сила крыла", 1 час  обсуждение видеофрагментов с разными летающими аппаратами, 1 час на моделирование полета Никитки с бумажным планером, 1 час подготовка презентации проекта). Это потребовало ускоренного изучения понятий стандартного курса физики для 7 класса, что естественно сказалось на результатах итогового тестирования, проверяющего усвоении стандартного курса.  Так некоторые "сильные" учащиеся крайне слабо выполнили тест по теме "Строение вещества".

Во-вторых, опрос учащихся после подведения итого по "физической" части проекта показал, что они не связывают эту деятельность с работой над проектом по другим предметам. По-видимому, организация таких проектов требует более длительной проработки деталей проекта педагогами или в этом возрасте (7-8 класс) следует интегрировать в метапредметный проект более близкие по методам изучения действительности предметы, например, физику и химию, химию и биологию, информатику и физику, литературу и историю.