Підключення до Сонця

Стислий опис

Наприкінці вивчення навчальної теми «Сонце» з природознавства пропонується розглянути підтему щодо використання сонячної енергії та здійснити навчальний проект «Підключення до Сонця». Це проект-практична робота, він включає виготовлення учнями сонячної печі, а також приготування їжі в ній. Заняття у класі починається з вивчення обертання Землі навколо Сонця, щоб дізнатися, як це спричиняє тіні. Учні проводять декілька досліджень щодо положення Землі і довжини тіні за допомогою гномону, вимірювання температури та фіксують свої спостереження. Вони ознайомлюються з проблемою з використання корисних копалин в якості пального, що не може забезпечити потреби людства в енергії. Учні розглядають питання, як використання сонячної енергії могло б вирішити цю проблему. Учні працюють як інженери-конструктори, і їх завданням є створення сонячних печей, за допомогою яких можна успішно приготувати яйце. Якщо такі плити запрацюють, то це може стати основою для більш розширеного дослідження щодо використання сонячної енергії як альтернативи викопним видам палива. Учні демонструють свої знання у формі результуючої мультимедійної презентації або інформаційного бюлетеня.

Основні запитання

• Ключове запитання
  Що змушує людей (учених) розглядати нові варіанти рішення проблем?
• Тематичні запитання
  Чому сонячна енергія повинна розглядатися як альтернатива викопним видам палива?
  Чи можна спроектувати пристрій, що буде перетворювати енергію Сонця для корисних цілей?
• Змістові запитання
  Які фактори обмежують передачу сонячного тепла?
  Який вплив сонячної енергії на різні матеріали, і як ми можемо використовувати ці ефекти?
  Як передається тепло?
  Як обертання Землі і положення Сонця впливають на тепло і температуру на Землі?

Оцінювання

При вивченні теми використовуються різноманітні методи та інструменти оцінювання. Таке оцінювання допомагає учням і вчителям поставити навчальні цілі, відслідковувати прогрес у навчанні учнів, забезпечувати зворотній зв’язок, оцінювати мислення, продукт діяльності учнів та його представлення, а також відобразити увесь навчальний цикл.

Вивчення теми

До початку навчання за цією темою потрібно:

• Переглянути терміни та основні поняття у довідковому інформаційному документі.
• Пересвідчитися, щоб учні знають, як користуватися компасом і термометром.
• Пересвідчитися, що учні мають досвід використання математичних дій та формул для проведення досліджень.
• Перевірити, чи учні знають, як шукати інформацію в Інтернеті, зберігати її та документувати.
• Вибрати учнів – добровольців для занять 7-9 (як описано далі в цьому розділі плану).

Заняття 1
Спочатку поставте перед учнями Ключове запитання: Що змушує людей (учених) розглядати нові варіанти рішення проблем? Можна провести з учнями мозковий штурм у малих групах та поміркувати про причини, які спонукають вчених розробляти нові винаходи і знаходити альтернативи. Запитайте учнів, що відбудеться, якщо ми завжди будемо робити речі звичайним шляхом? Учні також обмірковуватимуть це питання наприкінці проекту.

Вчитель показує вступну презентацію, в ході якої та після неї варто провести з класом обговорення наступних питань:

• Як ви можете спроектувати пристрій, що буде передавати енергію сонця для корисної мети?
• Як готується їжа у звичайній плиті за допомогою способу передачі тепла за допомогою конвекції? (Дослідіть та зверніть увагу на дві ідеї – приготування їжі на плиті потребує джерела тепла й ізольований корпус, що утримує тепло. Зауважте, що температурний датчик є додатковим корисним пристроєм.)

Учні мають розробити ідеї приготування їжі за допомогою сонячної енергії, відповідаючи на наступні запитання:

• Люди говорять, що у спекотний день можна смажити яйце на тротуарі. Чи вірно це?
• Чи спробував хто-небудь це зробити? Наскільки розпеченим має бути асфальт, щоб на ньому можна було приготувати яйце? Яку він повинен мати температуру?

Під час класної демонстрації, можливо зварити яйце в маленькій посудині на стандартній плитці (електричній чи газовій). Використовується термометр для вимірювання температури твердих тіл для того, щоб визначити внутрішню температуру щойно звареного яйця. Поки яйце вариться, можна з учнями обговорити, чи готується яйце за допомогою променевого тепла (радіації - передачі тепла через простір), теплопровідності (тепло переходить при прямому контакті з джерелом тепла), або конвекції (тепло передається через рух теплого повітря, рідини). Коли яйце зварилося, подивіться на показники термометра. (Примітка: Яйце готове, коли його внутрішня температура досягне 71º С. Не вимірюйте температуру плити.)

Перед учнями ставиться наступне завдання: Учні працюють як інженери-конструктори і створюють сонячні плити, що можуть успішно приготувати яйце. Якщо плита працює, це може стати основою для подальшого дослідження щодо використання сонячної енергії як альтернативи викопним видам палива. Учням повідомляється, що вони повинні розробити обґрунтування щодо використання сонячної енергії на основі досліджень і дати відповідь на запитання: Чому сонячна енергія повинна розглядатися як альтернатива викопним видам палива?

Учні об’єднуються в малі групи для розробки та впровадження учнівського проекту.

Заняття 2 і 3
Учні повинні зустрітися в малих групах, щоб визначити умови, які вони вважають, необхідними для створення своїх сонячних печей для вирішення поставленого завдання. Учні записують в Журналі досліджень свої попередні ідеї та вимоги та критерії, яким мають відповідати сонячні печі.

Учні знову збираються всі разом та вчитель розповідає їм про процес відбиття і поглинання променів сонця. Обговоріть причини, чому яйце, швидше за все, не можна приготувати на тротуарі, і попросіть учнів продумати інші необхідні елементи сонячних печей. Обговорюються відповіді на запитання: Який вплив має сонячна енергія на різні матеріали, і як ми можемо використовувати ці ефекти?

Потім, використовуючи критерії, які запропоновані учнями та і списки друкованих і електронних ресурсів, (надаються вчителем), попросити учнів розпочати оцінку різноманітних конструкцій сонячних плит, які вже є на сайтах в Інтернеті та в книжках. Вчитель підчас роботи груп ходить класом, прислухається до обговорень учнів, записує нотатки у блокнот щодо роботи малих груп, їх ідей та намічає шляхи для подальшого спрямування навчання кожної групи учнів.

Протягом останніх 10 хвилин, учні відповідають у своїх Журналах для дослідження на запитання 1 і 2, які містяться в списку перевірки розуміння матеріалу. Вчитель після заняття перевіряє журнали та надає учням свої коментарі, які сприяють корекції знань, розумінню та навчанню учнів.

Заняття 4
Доручити групам вибрати ідею дизайну сонячної печі на основі їх Інт/content/dam/www/program/education/emea/ua/uk/documents/project-design/unit-plans/sun/sun-understanding.pdfернет досліджень. Попросіть їх бути готовими захищати та аргументувати свій вибір.

Використовуючи запитання 3 зі списку перевірки розуміння матеріалу, попросіть кожну групу розробити короткий документ, що описує, як дизайн їх печі відповідає її основній функції. Це може бути оформлено як захист дизайну, який вони вибрали, у порівнянні з дизайном плити, який був ним вони відхилений.

Заняття 5
Учні повинні розказати про свій вибір та аргументи на його користь іншим учням класу та, отримавши конструктивний зворотній зв’язок під час дискусії, здійснити свій остаточний вибір дизайну.

Попередньо до побудови реальної конструкції попросіть учнів намалювати свій ескіз в Журналах, здійснюючи маркірування кожного елементу плити, описуючи, з чого його можна зробити та де його учні візьмуть.

Заняття 6
Вчитель розробляє для учнів заняття з ознайомлення їх з концепціями обміном тепла: переносом тепла, пов'язаним з випромінюванням, конвекцією та теплопровідністю. Повідомляється учням, щоб вони використовували цю інформацію при виборі методу приготування їжі, який вони б хотіли використати (випікання, смаження, варіння, запікання, в лушпинні (шкаралупі) або без неї.

Кожна група повинна визначити задачі у межах своєї групи – спланувати свою роботу, і почати збір необхідних матеріалів. Вчитель має поставити учням 4 запитання з списку перевірки розуміння матеріалу, відповіді на які учні мають записати в своєму Журналі. Знову ж, перевіряються журнали і вчитель змінює методи надання зворотнього зв’язку учням у процесі викладання, якщо є така необхідність.

Заняття від 7 до 9
Вчитель має забезпечити достатній час для учнів, щоб вони побудували свої плити.

У ці дні варто попросити учнів дослідити вплив обертання Землі і відносного положення Сонця на тепло і температуру на Землі, та, виконавши пошук північного напрямку на подвір’ї школи та знаходять «сонячну ділянку» (див інструкцію - «Сонячна ділянка»).

Учні відповідають на запитання 5 із документу списку перевірки розуміння матеріалу.

Заняття 10
Одне заняття відводиться на усунення несправностей плити та тренування учнів з вимірювання температури. Учні повинні створити діаграму або графік зміни температури впродовж проведення дослідження з приготування яєць у реальному досліді. Зараз вони мають навчитися вимірювати температуру через конкретні проміжки часу і записувати результати поки що не використовуючи яєць. Показники температури можна порівняти з показниками в рецептах з приготування харчових продуктів, що використовуються в їх дослідженнях.

Використовуючи запитання 6 із списку перевірки розуміння матеріалу, учні мають пояснити графік роботи сонячної плити. Пізніше їхні дані можуть бути представлені графічно з використанням програмного забезпечення для електронних таблиць. Ця діяльність разом з процедурами знаходження «сонячної ділянки» допомагає учням настроювати плити, а також вибрати час і розташування плити для приготування їжі «Сонячна ділянка»).

Вчитель проводить обговорення з учнями, щоб допомогти відповісти на будь-які питання, які у них виникли, а також перевіряє їх розуміння основних понять теми та питань, з якими у них виникли труднощі.

Заняття 11 (або наступного сонячного дня)
Готуємо їжу! Учні використовують свої сонячні плити для приготування яйця (по 1 яйцю на кожну команду – малу групу).

Підчас виконання робот вчитель спонукає учнів робити фото та відео зйомку! Запобіжний захід: якщо яйця будуть споживати, переконаєтеся, що вони були приготовлені при температурі щонайменше 71º С і споживаються відразу ж після приготування.

Заняття від 12 до 14
Вчитель пояснює, що тепер учні будуть ділитися своїми знаннями за виконаним проектом.

У малих групах учні розроблятимуть презентацію у вигляді слайд-шоу, брошуру або інформаційний бюлетень. Вчитель роздає учням документ Проект «Сонячна енергія». Контрольний список, щоб допомогти учням планувати та стежити за своїм прогресом.

Вчитель повідомляє учням, що всі їх проекти повинні включати наступне:

• Обґрунтування вибору дизайну і опис причин, чому людина хотіла б використовувати сонячну енергію як альтернативу викопному паливу.
• Одну або кілька цифрових фотографій плити, як в стадії проектування, розробки та виготовлення, так і в процесі приготування їжі.
• Графік, що показує зміну температури печі під час приготування їжі, в якому вказані назви осей графіка.
• Обговорення процесу і результатів роботи (включаючи вступ, процес усунення неполадок, результати виконання завдань та кінцеві думки та висновки).
• Зображення (та /чи опис) конструкції плити та іншу інформацію.

Потрібно попередньо забезпечити учнів формою оцінювання (документ «Форма оцінювання: Сонячна енергія») про сонячну енергію та обговорити її з учнями, щоб переконатися, що вони розуміють критерії оцінювання перед початком роботи.

Заняття 15
У класі проводиться обговорення основного запитання: Що змушує людей (учених) розглядати нові варіанти рішення проблем? Учні повинні бути більш освіченими щодо факторів, які спонукають вчених досліджувати нові шляхи вирішення проблем.

Учні пишуть відповіді на питання з 7 по 9 з списку перевірки розуміння матеріалу (документ «Дослідження для розуміння»).

Попередні знання та навички

• Вміння використовувати компас для визначення місцезнаходження об’єктів на Землі.
• Знання щодо використання термометра для моніторингу змін температури різних матеріалів та вміння вимірювати температуру.
• Навички застосування математичних знань у дослідженнях.
• Базові навички набору текстів на комп’ютері та початкові комп’ютерні навички (відкриття та збереження документів, завантаження програм, оформлення дослідження, пошук інформації в мережі Інтернет).

Диференціація навчання

Більшість роботи може бути виконане учнями з різними навчальними потребами. Якщо потрібно, то можна об’єднати учнів, які краще володіють комп’ютером з менш вправними учнями.

Учні з особливими потребами

• Об’єднайте таких учнів у команді з сильнішими учнями.
• Дозвольте таким учням не писати свої відповіді в журналі, наприклад, наговорювати на диктофон, чи використовувати записи через мікрофон до комп’ютера).
• Звузити завдання до обов’язкового виконання найбільш важливих елементів.
• Дозволити учням зробити вибір з декількох варіантів відповідей або давати відповіді усно замість написання есе з написанням відповідей.
• Попросіть про допомогу класного керівника, шкільного психолога, батьків.
• Вимагати від такого учня щоденний план завдань для сприяння кращій організації та завершенню роботи.

Обдаровані/талановиті учні

• Забезпечити можливості для додаткових видів діяльності, таких як побудова більш складної параболічної плити, вивчення атомного синтезу та його роль у енергії Сонця; або вивчення того, як мікрохвилі прискорюють рух молекул та нагрівають їжу.
• Поставити проблему збереження сонячної енергії та запит до учнів дослідити її вирішення.

Учні, для яких мова викладання не є рідною

• Забезпечте візуальні моделі ( малюнки, схеми тощо), коли можливо.
• Якщо є складнощі у читанні та розумінні української чи російської мови з сайтів та інших джерел , поросіть допомогти з перекладом у більш досвідчених двомовних учнів.
• Попросіть учнів-консультатнтів розробити двомовний словник термінів для сприяння збагаченню словникового запасу.
• Дозвольте учням завершити письмову роботу рідною мовою для подальшого її перекладу.

Додаткова інформація

М. Стембел з Garrett Park, штат Меріленд, США, розробила цю тему за програмою Intel® «Навчання для майбутнього» і впровадила її в своїй школі. Цей опис був доповнений та вдосконалений групою викладачів.