урока "Применение тепловых двигателей и охрана окружающей среды" с элементами методической ролевой игры "Дилеммы"
Скачать публикацию
Язык издания: русский
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: урока "Применение тепловых двигателей и охрана окружающей среды" с элементами методической ролевой игры "Дилеммы"
Автор: Коряжкина Светлана Анатольевна
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: урока "Применение тепловых двигателей и охрана окружающей среды" с элементами методической ролевой игры "Дилеммы"
Автор: Коряжкина Светлана Анатольевна
Методическая разработка урока Применение тепловых двигателей и охрана окружающей среды
с элементами методической ролевой игры Дилеммы
С. А. Коряжкина
МБОУ Гимназия №3 в Академгородке г. Новосибирска
Предмет: физика
Класс: 10
Тип урока: проблемный
Учебная цель: - обобщить знания учащихся о роли тепловых и других двигателей в жизни мирового сообщества,
-раскрыть сущность связанных с ними экологических проблем,
-убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.
Задачи
Образовательные:
- предъявить для осмысления поставленную проблему и предложить для самостоятельного поиска ее решения раздаточный материал;
- создать условия для проведения методической ролевой игры и дискуссии;
- оказывать информационно-консультативную помощь в трудных ситуациях.
Развивающие:
- способствовать самостоятельным поисково-исследовательским пробам учащихся в заданных ситуациях по решению проблемы;
- поддерживать продуктивную внутри- и межгрупповую коммуникацию.
Воспитательные:
- способствовать формированию умений действовать в группе быстро и сплоченно в ситуации лишь частичного понимания и определенности информационного материала;
- формировать культуру доказательства и презентации результатов.
УУД:
личностные— личностное самоопределение как исследователя в поисково-исследовательских пробах и участника взаимодействия внутри группы;
познавательные –изучение процессов, происходящих при работе тепловых двигателей разного типа.
общеучебные учебные действия— умение понять поставленную учебную задачу, уметь работать с информацией, уметь проводить эксперимент, обобщать полученные знания;
логические учебные действия— умение анализировать и синтезировать новые знания, устанавливать причинно-следственные связи, доказать свои суждения;
коммуникативные— умение вступать во внутригрупповой диалог и вести его в проблемно-исследовательской ситуации;
Планируемые результаты
Ученик:
Узнает: о причинах невысоких КПД у тепловых двигателей
Понимает: необходимость применения тепловых двигателей
Применяет: знания и навыки на практике
Использует знания по изучаемой теме, чтобы составить план решения той или иной проблемы
Умеет комбинировать элементы, чтобы получить целое, обладающее новизной
Оценивает: на основе осознаваемых критериев значимость собственных знаний
Проявляет: самостоятельность и интерес к решению учебных задач
Проявляет стремление к сотрудничеству в групповой деятельности
Основные понятия: тепловой двигатель, КПД, применение тепловых двигателей,
Форма урока: групповая
Технология: методическая ролевая игра Дилеммы, дискуссия
Ресурсы: учебники, рабочие тетради; раздаточный материал (карточки с заданиями, по две на группу), модель ДВС, модель паровой турбины, модель двигателя Стирлинга (или видео фильм)
Организация пространства урока: 5 ученических столов, стулья, компьютер, интерактивная доска
Ход урока:
Занятие, время
Урок, 45 минут
Цели
- обобщить знания учащихся о роли тепловых и других двигателей в жизни мирового сообщества,
-раскрыть сущность связанных с ними экологических проблем,
- убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.
Возраст и количество участников, форма организации работы
Учащиеся 10 класса
20 человек
5 групп по 4 человека
Ресурсное обеспечение
проектор;
экран;
карточки с заданиями и информацией (по две на группу);
модель двигателя внутреннего сгорания
модель паровой турбины
модель двигателя Стирлинга
Этапы и время
Действия педагога
Действия школьников
Формирование общего смыслового и проблемно-тематического пространства; формулировка вопросов
2 мин
3 мин
1. Обращение к ученическим группам:
Двигатель – машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.Основным преимуществом ДВС так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные ДВС., могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение ДВС. на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).
Восприятие проблемно-тематической информации от учителя и подготовка к выполнению практического задания
Учащиеся в группах (группы созданы заранее до урока) заполняют карточку
2. Проговаривание и одновременный показ на экране слайда с вопросом:
В каких областях народного хозяйства, промышленности применяются тепловые двигатели?
Обращение к ученическим группам с заданием попытаться ответить на поставленный вопрос, заполнив карточку с заданием.
Приложение №1 (на доске и на карточках у ребят)
3 мин
3. Анализ выполненного задания, заполнение таблицы на доске вместе с учащимися.
5 мин
4. Проговаривание и одновременный показ на экране слайда с вопросом:
Почему коэффициент полезного действия так невелик у тепловых двигателей? Приложение №2 (на доске)
5. Беседа с учащимися, опираясь на формулы КПД , выясняем причину невысокого КПД у тепловых двигателей.
Учащиеся проводят математический анализ формул КПД, выясняют соотношение величин и делают вывод о том, что большая часть энергии в виде отработанных (выхлопных газов), переходя в атмосферу, загрязняют её. А полезная работа тем больше (и КПД), чем меньше тепла уйдёт на холодильник.
Организация работы в формате методической игры Дилеммы
2 мин
5 мин
17 мин
1.Обращение к учащимся: Почему при низком КПД так широко используются тепловые двигатели?
Дилемма: Правильно ли производить и использовать тепловые двигатели, если известно, что повсеместное применение тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду?
Приложение №3 (на доске)
2.Обращение к ученическим группам с просьбой обсудить в группах дилемму. У каждой группы учащихся есть карточки, в которых дано краткое описание ситуации, приведена мотивация и возможные краткие аргументы. Предлагается несколько ролевых позиций, у каждой из которых имеется свой взгляд на ситуацию. Встаньте на позицию одной из заинтересованных сторон и попытайтесь отстаивать свои интересы, одновременно пытаясь найти компромис с другими заинтересованными сторонами.
3. Учитель выслушивает ответы групп, направляя дискуссию. Результатами игры могут быть установление контактов, выявление точек зрения партнеров, оказание влияния на общественное мнение и т.д.
Обсуждают вопрос в группах (производители, потребители, экологи, инженеры, врачи): проблему внутри своих ролей, а затем выносят ее на общий круглый стол.
Группы по очереди представляют свои аргументы. Может возникнуть дискуссия.
Инженеры демонстрируют модель двигателя Стирлинга как вариант самого экологически чистого теплового двигателя.
Подведение итогов (3 минут)
1. Учитель кратко даёт оценку действий участников игры по критериям:
1.Эффективность сформированного участниками игры решения(учитывается рациональность, мотивация принятого решения и его новизна)
2. Межгрупповое взаимодействие участников (аргументированность, согласование общего принятого решения и этика общения)
3. Взаимодействие участников внутри игровых групп.
4. Личностные качества участников:
• эрудированность и принципиальность;
• умение аргументировать и отстаивать свои решения;
• умение использовать необходимую научную литературу, справочные материалы и нормативные документы;
• честность, добросовестность, инициативность и исполнительность.
2.Учитель подводит итоги дилеммы: Использование тепловых двигателей дает человеку огромные возможности и одновременно является наиболее сильным фактором разрушения природы.
Приложение №4
Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа.
Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство.
А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа!
Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.
Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им. П.И.Чайковский
Учащиеся формулируют или пытаются сформулировать общее решение дилеммы
Приложение №4
Приложение №5 (на доске)
Примечания.
1. Принципиально важно , чтобы участники дискуссии не видели карточек других сторон.
2. При фиксации гипотез от групп учитель воздерживается от корректировок и исправлений; в данном случае важно собрать разные точки зрения от школьников.
3. Ученические группы: Экологи, Инженеры, Потребители, Врачи, Производители.
4. Содержание карточки на примере группы Инженеры
Дилемма: Правильно ли производить и использовать тепловые двигатели, если известно , что повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду?
Ваши приоритеты:
- признаём, что автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, проблема их усовершенствования представляет одну из наиболее актуальных научно - технических задач.
-Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.
- Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяют электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов, или двигатели, использующие в качестве топлива водород. В последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода, но и здесь возникает масса технических проблем.
- Тепловой двигатель будет тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Повышать температуру нагревателя можно, но необходимо учитывать теплостойкость, жаропрочность, упругие свойства твердых тел, из которых изготовлен нагреватель. Температура же холодильника не может быть намного ниже температуры окружающей среды. Поэтому повысить КПД можно за счёт уменьшения трения частей двигателя, потерь топлива из-за его неполного сгорания и др. Повышение КПД – это важная техническая и экологическая задача.
-Существуют две основные концепции снижения расхода топлива: повышение общей эффективности узлов и агрегатов (двигателя, трансмиссии, привода...), чтобы обеспечить больше полезной работы при определенном расходе топлива, или снижение затрат энергии автомобиля на преодоление сопротивлений движению (инерции, аэродинамического сопротивления, сопротивления качению), а также на функционирование дополнительных потребителей энергии.
Очевидно, чтобы уменьшить расход топлива, необходимо снизить вес автомобиля, уменьшить сопротивление качению и аэродинамическое сопротивление. Однако наибольшие резервы таятся в двигателе. Изучение последних достижений мирового автомобилестроения дает возможность вычленить для каждой системы автомобиля наиболее значимые технологии и способы снижения расхода топлива.
-Двигатель Стирлинга (1816) использует горячий воздух, а не пар. Рабочий цикл осуществляется за 4 такта: сжатие, нагревание, рабочий ход, охлаждение. Рабочий газ нагревается внешним источником тепла, а охлаждается водой, постоянно циркулирующей в двигателе. Двигатель Стирлинга имеет преимущества: слабое воздействие на окружающую среду и высокий КПД. Наиболее совершенные конструкции двигателя разработаны для судов и грузовых автомобилей.
с элементами методической ролевой игры Дилеммы
С. А. Коряжкина
МБОУ Гимназия №3 в Академгородке г. Новосибирска
Предмет: физика
Класс: 10
Тип урока: проблемный
Учебная цель: - обобщить знания учащихся о роли тепловых и других двигателей в жизни мирового сообщества,
-раскрыть сущность связанных с ними экологических проблем,
-убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.
Задачи
Образовательные:
- предъявить для осмысления поставленную проблему и предложить для самостоятельного поиска ее решения раздаточный материал;
- создать условия для проведения методической ролевой игры и дискуссии;
- оказывать информационно-консультативную помощь в трудных ситуациях.
Развивающие:
- способствовать самостоятельным поисково-исследовательским пробам учащихся в заданных ситуациях по решению проблемы;
- поддерживать продуктивную внутри- и межгрупповую коммуникацию.
Воспитательные:
- способствовать формированию умений действовать в группе быстро и сплоченно в ситуации лишь частичного понимания и определенности информационного материала;
- формировать культуру доказательства и презентации результатов.
УУД:
личностные— личностное самоопределение как исследователя в поисково-исследовательских пробах и участника взаимодействия внутри группы;
познавательные –изучение процессов, происходящих при работе тепловых двигателей разного типа.
общеучебные учебные действия— умение понять поставленную учебную задачу, уметь работать с информацией, уметь проводить эксперимент, обобщать полученные знания;
логические учебные действия— умение анализировать и синтезировать новые знания, устанавливать причинно-следственные связи, доказать свои суждения;
коммуникативные— умение вступать во внутригрупповой диалог и вести его в проблемно-исследовательской ситуации;
Планируемые результаты
Ученик:
Узнает: о причинах невысоких КПД у тепловых двигателей
Понимает: необходимость применения тепловых двигателей
Применяет: знания и навыки на практике
Использует знания по изучаемой теме, чтобы составить план решения той или иной проблемы
Умеет комбинировать элементы, чтобы получить целое, обладающее новизной
Оценивает: на основе осознаваемых критериев значимость собственных знаний
Проявляет: самостоятельность и интерес к решению учебных задач
Проявляет стремление к сотрудничеству в групповой деятельности
Основные понятия: тепловой двигатель, КПД, применение тепловых двигателей,
Форма урока: групповая
Технология: методическая ролевая игра Дилеммы, дискуссия
Ресурсы: учебники, рабочие тетради; раздаточный материал (карточки с заданиями, по две на группу), модель ДВС, модель паровой турбины, модель двигателя Стирлинга (или видео фильм)
Организация пространства урока: 5 ученических столов, стулья, компьютер, интерактивная доска
Ход урока:
Занятие, время
Урок, 45 минут
Цели
- обобщить знания учащихся о роли тепловых и других двигателей в жизни мирового сообщества,
-раскрыть сущность связанных с ними экологических проблем,
- убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.
Возраст и количество участников, форма организации работы
Учащиеся 10 класса
20 человек
5 групп по 4 человека
Ресурсное обеспечение
проектор;
экран;
карточки с заданиями и информацией (по две на группу);
модель двигателя внутреннего сгорания
модель паровой турбины
модель двигателя Стирлинга
Этапы и время
Действия педагога
Действия школьников
Формирование общего смыслового и проблемно-тематического пространства; формулировка вопросов
2 мин
3 мин
1. Обращение к ученическим группам:
Двигатель – машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.Основным преимуществом ДВС так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные ДВС., могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение ДВС. на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).
Восприятие проблемно-тематической информации от учителя и подготовка к выполнению практического задания
Учащиеся в группах (группы созданы заранее до урока) заполняют карточку
2. Проговаривание и одновременный показ на экране слайда с вопросом:
В каких областях народного хозяйства, промышленности применяются тепловые двигатели?
Обращение к ученическим группам с заданием попытаться ответить на поставленный вопрос, заполнив карточку с заданием.
Приложение №1 (на доске и на карточках у ребят)
3 мин
3. Анализ выполненного задания, заполнение таблицы на доске вместе с учащимися.
5 мин
4. Проговаривание и одновременный показ на экране слайда с вопросом:
Почему коэффициент полезного действия так невелик у тепловых двигателей? Приложение №2 (на доске)
5. Беседа с учащимися, опираясь на формулы КПД , выясняем причину невысокого КПД у тепловых двигателей.
Учащиеся проводят математический анализ формул КПД, выясняют соотношение величин и делают вывод о том, что большая часть энергии в виде отработанных (выхлопных газов), переходя в атмосферу, загрязняют её. А полезная работа тем больше (и КПД), чем меньше тепла уйдёт на холодильник.
Организация работы в формате методической игры Дилеммы
2 мин
5 мин
17 мин
1.Обращение к учащимся: Почему при низком КПД так широко используются тепловые двигатели?
Дилемма: Правильно ли производить и использовать тепловые двигатели, если известно, что повсеместное применение тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду?
Приложение №3 (на доске)
2.Обращение к ученическим группам с просьбой обсудить в группах дилемму. У каждой группы учащихся есть карточки, в которых дано краткое описание ситуации, приведена мотивация и возможные краткие аргументы. Предлагается несколько ролевых позиций, у каждой из которых имеется свой взгляд на ситуацию. Встаньте на позицию одной из заинтересованных сторон и попытайтесь отстаивать свои интересы, одновременно пытаясь найти компромис с другими заинтересованными сторонами.
3. Учитель выслушивает ответы групп, направляя дискуссию. Результатами игры могут быть установление контактов, выявление точек зрения партнеров, оказание влияния на общественное мнение и т.д.
Обсуждают вопрос в группах (производители, потребители, экологи, инженеры, врачи): проблему внутри своих ролей, а затем выносят ее на общий круглый стол.
Группы по очереди представляют свои аргументы. Может возникнуть дискуссия.
Инженеры демонстрируют модель двигателя Стирлинга как вариант самого экологически чистого теплового двигателя.
Подведение итогов (3 минут)
1. Учитель кратко даёт оценку действий участников игры по критериям:
1.Эффективность сформированного участниками игры решения(учитывается рациональность, мотивация принятого решения и его новизна)
2. Межгрупповое взаимодействие участников (аргументированность, согласование общего принятого решения и этика общения)
3. Взаимодействие участников внутри игровых групп.
4. Личностные качества участников:
• эрудированность и принципиальность;
• умение аргументировать и отстаивать свои решения;
• умение использовать необходимую научную литературу, справочные материалы и нормативные документы;
• честность, добросовестность, инициативность и исполнительность.
2.Учитель подводит итоги дилеммы: Использование тепловых двигателей дает человеку огромные возможности и одновременно является наиболее сильным фактором разрушения природы.
Приложение №4
Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа.
Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство.
А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа!
Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.
Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им. П.И.Чайковский
Учащиеся формулируют или пытаются сформулировать общее решение дилеммы
Приложение №4
Приложение №5 (на доске)
Примечания.
1. Принципиально важно , чтобы участники дискуссии не видели карточек других сторон.
2. При фиксации гипотез от групп учитель воздерживается от корректировок и исправлений; в данном случае важно собрать разные точки зрения от школьников.
3. Ученические группы: Экологи, Инженеры, Потребители, Врачи, Производители.
4. Содержание карточки на примере группы Инженеры
Дилемма: Правильно ли производить и использовать тепловые двигатели, если известно , что повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду?
Ваши приоритеты:
- признаём, что автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, проблема их усовершенствования представляет одну из наиболее актуальных научно - технических задач.
-Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.
- Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяют электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов, или двигатели, использующие в качестве топлива водород. В последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода, но и здесь возникает масса технических проблем.
- Тепловой двигатель будет тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Повышать температуру нагревателя можно, но необходимо учитывать теплостойкость, жаропрочность, упругие свойства твердых тел, из которых изготовлен нагреватель. Температура же холодильника не может быть намного ниже температуры окружающей среды. Поэтому повысить КПД можно за счёт уменьшения трения частей двигателя, потерь топлива из-за его неполного сгорания и др. Повышение КПД – это важная техническая и экологическая задача.
-Существуют две основные концепции снижения расхода топлива: повышение общей эффективности узлов и агрегатов (двигателя, трансмиссии, привода...), чтобы обеспечить больше полезной работы при определенном расходе топлива, или снижение затрат энергии автомобиля на преодоление сопротивлений движению (инерции, аэродинамического сопротивления, сопротивления качению), а также на функционирование дополнительных потребителей энергии.
Очевидно, чтобы уменьшить расход топлива, необходимо снизить вес автомобиля, уменьшить сопротивление качению и аэродинамическое сопротивление. Однако наибольшие резервы таятся в двигателе. Изучение последних достижений мирового автомобилестроения дает возможность вычленить для каждой системы автомобиля наиболее значимые технологии и способы снижения расхода топлива.
-Двигатель Стирлинга (1816) использует горячий воздух, а не пар. Рабочий цикл осуществляется за 4 такта: сжатие, нагревание, рабочий ход, охлаждение. Рабочий газ нагревается внешним источником тепла, а охлаждается водой, постоянно циркулирующей в двигателе. Двигатель Стирлинга имеет преимущества: слабое воздействие на окружающую среду и высокий КПД. Наиболее совершенные конструкции двигателя разработаны для судов и грузовых автомобилей.
