ЭНЕРГИЯ

День конвергентного урока

Границы стираются, а результаты возникают во время междисциплинарной работы на стыке областей.

Конвергенция (от английского convergence — «схождение в одной точке») означает не только взаимное влияние, но и взаимопроникновение отдельных научных дисциплин и технологий, когда границы между ними стираются, а результаты возникают именно в рамках междисциплинарной работы на стыке областей.

Реализация в московских школах конвергентного подхода в обучении направлена на формирование такой образовательной среды на уроке и во внеурочной деятельности, когда учащиеся воспринимают мир как единое целое, а не как перечень отдельных изучаемых в школе дисциплин.

«УГ Москва», № 48 от 27 ноября 2018 года

Урок

Получение

«Получить можно всё,
но не всё сразу»

Как мы видим, получению энергии придавалось и придается архиважное значение. Но очевидно, что энергия и вещество связаны диалектическим единством. Для получения материалов с древности используется энергия, но и выработать энергию, в свою очередь, мы можем только с помощью специально подобранных материалов и конструкций из них. Названные процессы могут служить примером конвергенции человеческих знаний для научно обоснованного развития технологии. Эксперименты в ходе урока позволят вам глубже осознать понятие «Энергия» и ее взаимосвязь с материальными объектами.

А. Исследование зависимости мощности ветрогенератора от формы крыльчатки ветрогенератора и направления воздушного потока
Электроэнергетика — это фундамент мировой экономики и основа существования современного общества. Она обеспечивает энергией все отрасли хозяйства, приводит в действие большинство машин и механизмов на предприятиях и у нас дома, обеспечивает связь, освещение и многое другое, без чего современное общество существовать не может.

Деятельность учащихся:
1. Расположите ветрогенератор так, чтобы лопасти пришли в движение от силы ветра.
2. Включите ветрогенератор в цепь, содержащую лампочку, амперметр, вольтметр и ключ для замыкания и размыкания электрической цепи.
3. Вычислите мощность, потребляемую лампочкой.
4. Повторите опыт, сохранив постоянную скорость воздушного потока, но изменив его направление.
5. Поменяйте лопасти ветрогенератора и повторите опыт.

Вопросы для размышления:
Как направление воздушного потока и форма крыльчатки влияют на мощность ветрогенератора?
В каких административных округах Москвы возможно размещение ветрогенераторов? При ответе обратите внимание на розу ветров исследуемой территории и удаленность ветроэнергетической установки от жилой застройки.
Какие достоинства и недостатки характерны для ветрогенераторов?
Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист
Б. Получение электроэнергии из альтернативных источников. Энергия Солнца
Количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и других энергетических ресурсов. Использование всего лишь 0,0125% могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% – полностью покрыть потребности в будущем.
Самым распространённым устройством для превращения солнечной энергии является солнечная ячейка, в которой для преобразования энергии света в электричество применяются полупроводниковые элементы, чаще всего кристаллы кремния.

Деятельность учащихся:
1. Положите солнечную батарею перед источником электромагнитного излучения.
2. Соедините солнечную батарею с потребителем электроэнергии.
3. Что вы наблюдаете?

Вопросы для размышления:
1. Почему солнечная энергия не может служить основным источником энергии?
2. Какие превращения энергии вы наблюдали?
3. Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист
В. Получение меди методом электролиза раствора
Электролизом называют разложение электролита в ходе пропускании тока. В результате электролиза на электродах возможно получить простые вещества, некоторые из которых невозможно получить иными методами. Великий английский ученый Майкл Фарадей установил взаимосвязь между параметрами электрического тока и массой вещества, выделяющегося при электролизе. Его законы послужили утверждению и развитию атомистической теории.

Деятельность учащихся:
1. Приготовить 100 мл 1М раствора CuSO4 в 0,5М H2SO4.
2. Обезжирить медный катод нагреванием до 40-50 °С в 1М NaOH в течение 5 мин.
3. Вынуть катод с помощью пинцета, высушить фильтровальной бумагой или салфеткой и взвесить с точностью до 0,01 г.
4. Поместить в электролитическую ячейку раствор CuSO4, медный катод и графитовый анод, подключить источник питания, соблюдая полярность.
5. Подать ток силой 5А в течение 5 мин. Следить за постоянством силы тока с помощью регулировки напряжения, подаваемого источником.
6. По окончании электролиза осторожно ополоснуть катод дистиллированной водой и высушить в токе горячего воздуха от фена или спиртовки.
7. Взвесить катод с точностью до 0,01 г и по разности найти массу выделившейся меди.
8. Рассчитать теоретическую массу меди по формуле.
9. Рассчитать выход процесса электролиза.

Вопросы для размышления:
1. Почему ионы меди восстанавливаются на катоде?
2. Как связаны сила тока и время электролиза с массой выделившейся меди?
3. Какое применение находит процесс выделения металлов на катоде с помощью электролиза?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист

ПРИМЕНЕНИЕ

ПОЛУЧЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Применение

«Энергия – двигатель жизни»

Окружающий нас мир обладает поистине неиссякаемым источником различных видов энергии. На протяжении всего своего существования человечество использовало энергию, накопленную природой в течение миллиардов лет. При этом способы ее использования и применения постоянно совершенствовались с целью получения максимальной эффективности. Энергия всегда играла особую роль в жизни человечества. Все виды деятельности человека связаны с применением энергии.

А. Сравнение активности взаимодействия металлов с соляной кислотой
Металлы имеют различную активность при взаимодействии с кислотами. Есть определенная корреляция между активностью металла и теплотой, выделяющейся при его растворении в кислоте. При выделении теплоты происходит изменение температуры реакционной среды.

Вопросы для размышления:
1. Как объяснить, что в ходе реакции происходит разогревание раствора?
2. Почему при взаимодействии металла с кислотой происходит образование пузырьков газа?
3. Какой газ образуется? Как опытным путем доказать присутствие именно этого газа?
4. Какой из представленных металлов активнее остальных, а какой пассивнее?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист
Б. «Влияние освещения на скорость движения цитоплазмы в клетках водных растений»
Цитоплазма в растительных клетках находится в постоянном движении. На внешние и внутренние воздействия клетки отвечают изменением скорости этого движения вплоть до его остановки. О движении цитоплазмы в первую очередь свидетельствуют перемещения органелл в крупных клетках с большими вакуолями. Элементы цитоскелета – микротрубочки и микрофиламенты – принимают участие в осуществлении данного движения. Хлоропласты используют цитоплазматический поток, оптимально располагаясь в клетке для получения максимума световой энергии при фотосинтезе.

Деятельность учащихся:
1. От верхней трети побега элодеи отделить лист и поместить в каплю воды.
2. Накрыть покровным стеклом.
3. При малом увеличении микроскопа в нижней части листа ближе к центральной жилке выбрать клетки, в которых хорошо видны хлоропласты, и изучить из при большем увеличении.
4. Обозначить на рисунке клеточную стенку, вакуоль, ядро и пластиды.
5. Приготовить второй препарат и осветить лампой накаливания в течение 10 минут.
6. Для уменьшения вязкости цитоплазмы можно обработать препарат раствором нитрата калия, удаляя полоской фильтровальной бумаги воду из-под покровного стекла с одной стороны и нанося с другой стороны раствор нитрата калия.
7. Рассмотреть, зарисовать и обозначить на рисунке стрелками направление движения цитоплазмы.

Вопросы для размышления:
1. Каково биологическое значение движения цитоплазмы в клетке?
2. Высшие растения покрывают сушу, обитают на дне рек, прудов и неглубоких озёр. Почему они не встречаются на дне морей и океанов?
3. Как влияет освещенность на скорость движения цитоплазмы?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист
В. Измерение коэффициента трения скольжения с помощью закона сохранения энергии
Рассмотрим систему в которой действует сила трения. В ходе эксперимента убедимся, что закон сохранения механической энергии выполним не во всех системах, но имеет фундаментальный характер, если под энергией понимать полную энергию тел системы, то есть сумму всех видов энергий.
Определим коэффициент трения, опираясь на закон сохранения и превращения энергии.

Деятельность учащихся:
1. Соберите установку, изображённую на рисунке, предварительно измерив вес каретки с грузами.
2. Удерживая динамометр у края рейки, оттяните каретку так, чтобы пружина динамометра растянулась. Запишите показания динамометра и растяжение пружины.
3. Отпустите каретку и измерьте пройденный кареткой путь.
4. По результатам измерений вычислите коэффициент трения.
5. Повторите опыт трижды и найдите среднее значение коэффициента трения.

Вопросы для размышления:
Какие превращения энергии вы наблюдали?
Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии?представлены жёлтой линией, а уголь – красной.
Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист

ПРИМЕНЕНИЕ

ПОЛУЧЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Преобразование

«Если хотите открыть тайны вселенной, то мыслите языком энергии...»

У всех видов энергии есть общее свойство: энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Преобразование различных видов энергии лежит в основе всех процессов, происходящих в живой и неживой природе. Сегодня мы предлагаем вам почувствовать себя исследователями и опытным путём убедиться в преобразованиях энергии в её различных формах.

А. «Преобразование тепла в электрическую энергию»
Рассмотрим превращение тепловой энергии в электрическую с использованием элемента Пельтье. Такое превращение энергии применяется в термоэлектрических генераторах (ТЭГ).

Если спаять концы двух проводов из разнородных металлов и поддерживать разную температуру в местах контактов, то между спайками возникает тепловое напряжение (Эффект Зеебека). Величина напряжения зависит от разности температур между паяными соединениями.

Деятельность учащихся:

1. Соберите установку, изображённую на рисунке. Одну из мензурок теплогенератора наполните горячей водой, а другую – холодной (рекомендуется использовать небольшие кубики льда). Стаканы поместите в теплогенератор и сильно прижмите к элементу Пельтье с помощью зажима (элемент Пельтье расположен в перегородке между резервуарами). При помощи двух проводов подключите элемент Пельтье к мультиметру. Термометры вставьте в стаканы через силиконовые пробки.
2. Несколько раз изменяя температуру, получите различные значения теплового напряжения.
3. Результаты измерений занесите в таблицу. В первой строке запишите разницу температур между мензурками, во второй строке – средние значения теплового напряжения.
4. Постройте график зависимости теплового напряжения от разницы температур между мензурками.

Вопросы для размышления:

1. Какие превращения энергии вы наблюдали?
2. Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист
Б. «Преобразование химической энергии в тепловую»
Кислоты и основания вступают в реакцию нейтрализации, в результате которой образуется соль и вода. Как известно с давних времен, при проведении реакции нейтрализации выделяется теплота. Количество теплоты можно измерить с помощью калориметра.

Деятельность учащихся:
1. Приготовить по 100 мл растворов 1М HCl, 0,5М H2SO4, 1М NaOH, 1MKOH. Охладить растворы до комнатной температуры.
2. Приготовить датчик температуры и подключить его к регистратору.
3. Собрать калориметр. Поместить в стакан калориметра 30 мл раствора выбранной кислоты и измерить его температуру.
4. Быстро добавить 30 мл раствора щелочи, перемешать раствор мешалкой калориметра и определить температуру образовавшейся смеси на максимуме.
5. Внести данные о разности температур в таблицу.
6. Повторить эксперимент с другими парами кислот и щелочей.

Вопросы для размышления:
1. Отличаются ли данные по выделению тепла между разными парами кислот и оснований?
2. Почему при реакции кислоты и щелочи происходит выделение тепла?
3. Как возможно рассчитать тепловой эффект изученного взаимодействия?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист
В. «Определение влияния температуры (тепловой энергии) на скорость физиологических процессов у пойкилотермных организмов»
Размножение дрожжей происходит в присутствии углеводов (глюкоза, сахароза) в аэробных условиях при оптимальных температурах 25–35 °С. Спиртовое брожение идет в анаэробных условиях, образующийся спирт вреден для дрожжей, и при его накоплении брожение прекращается. Спиртовое брожение широко используется для получения технического и пищевого спирта, вина, пива, а также в хлебопечении. В последнем случае значение имеет не образующийся спирт, а углекислый газ, который выделяется в большом количестве и вызывает разрыхление, подъем теста и его специфический запах.

Деятельность учащихся:
1. В три колбы емкостью 250 мл внести по 10 мл исследуемой дрожжевой суспензии.
2. В одну колбу налить 50 мл холодного 10%-го раствора сахарозы, в две другие – по 50 мл 10%-го раствора сахарозы комнатной температуры. Плотно закрыть колбы пробкой с изогнутой трубкой.
3. Третью колбу поместить на водяную баню (35–40°С). Нижний конец трубок погрузить в пробирки с насыщенным раствором гидроксида кальция Са(ОН)2.
4. Следить за выделением пузырьков и помутнением жидкости. Известковая вода начинает интенсивно мутнеть за счет образования карбоната кальция.
5. По интенсивности выделения пузырьков и скорости помутнения известковой воды сделать вывод о роли температуры в интенсивности физиологических процессов пойкилотермных организмов.
6. Определение этилового спирта.
В пробирку к 2–3 мл исследуемой суспензии внести кристаллик бихромата калия и добавить 2–3 капли концентрированной серной кислоты. Смесь нагреть над пламенем спиртовки.
7. Записать наблюдения и уравнение реакции окисления спирта бихроматом калия в кислой среде.

Вопросы для размышления:
Почему для гетеротрофных организмов единственным способом получения энергии является окисление органических веществ?
2. Энергия клетки, возникающая вследствие окисления органических веществ, затрачивается на поддержание процессов жизнедеятельности. Однако процесс обмена веществ и энергии является незамкнутым. Почему?

Какие выводы Вы можете сделать?
Рабочий лист

Итоги работы

По итогам работы необходимо составить и отправить презентацию.

Структура презентации

Титульный слайд

На титульном слайде укажите номер школы и название команды. Шаблон презентации можно посмотреть и скачать ниже.

3 слайда

На каждом из 3 слайдов расположите фотографию оборудования, которое Ваша команда использовала на каждой из 3-х станций, и запишите выводы и развернутые ответы на вопросы к практическим задачам.

Интеллект-карта

На последнем слайде расположите интеллект-карту, которую Ваша команда составила по итогам проведенных практических работ. О том, что такое интеллект карта, написано ниже.

Интеллект-карта — это отличный инструмент при изучении нового материала: с ними гораздо проще не только запоминать новую информацию, но и воспринимать её. Это происходит из-за того, что в процессе создания своей интеллект-карты вы выявляете и фиксируете причинно-следственные связи между различными понятиями, и поэтому процесс изучения материала идет быстрее.
К тому же, интеллект-карты экономят время, поскольку при написании длинных конспектов уходит много времени и на написание, и на последующее перечитывание материала.
Кроме того, интеллект-карта это прекрасный инструмент при планировании или при решении различного рода жизненных задач.

Чтобы создать свою интеллект-карту по итогу сегодняшнего урока, расположите в центре фундаментальное понятие «энергия».
От центра сделайте несколько ветвей, каждую из них обозначите ключевым словом. Ветви, расположенные вокруг центральной темы, будут наиболее крупные, затем по мере ветвления, ветви будут уменьшаться. Такое деление визуально обозначит иерархию и взаимосвязи в интеллект-карте.
Продолжайте ветвление крупных идей на более мелкие, пока это Вам необходимо. Каждое понятие имеет ассоциативные связи с другими понятиями.

Интеллект-карта

Шаблон презентации

Скачать шаблон презентации

Отправить презентацию

Городской Методический Центр не оценивает отправленные презентации.
Оценивание проводит коллектив Ваших учителей.

ЧЕМПИОНАТ

УРОК

КОЛЛЕКТИВУ УЧИТЕЛЕЙ

Чемпионат

Задачи

Ответы необходимо отправить в форме ниже.

Коллективу учителей

Ниже представлены необходимые материалы, рабочие листы и списки оборудования для проведения Дня Конвергентного Урока «Энергия» в Вашей школе.

Вы также найдете дополнительные материалы для подготовки и проведения «Дней», посвященных другим фундаментальным понятиям.

Пример проведения

Подготовка к уроку

Внимательно изучите рабочие листы. В зависимости от имеющегося в школе оборудования могут потребоваться разные варианты комплектов. Все варианты представлены в разделе рабочие листы и оборудование.

Проведение урока

Урок разработан для 10-ых классов. Вся параллель делится на 3 класса (3 учебных кабинета). Каждый класс делится на 3 группы. Каждой группе будет предложено выполнить 3 практических задания.

Итоги работы

По итогам работы необходимо создать и отправить презентацию. Начинать готовить фотоматериалы для презентации необходимо уже в процессе работы на станциях. Шаблон и структура презентации представлены на сайте.

Чемпионат

После прохождения трёх станций каждой группе предлагается принять участие в чемпионате по решению междисциплинарных задач.

Итоги чемпионата

Ответы на задачи чемпионата нужно отправить в специальной форме на сайте.

Сертификаты

Команды, проявившие себя в ходе урока и чемпионата, получат сертификаты.

Рабочие листы и оборудование

Выберите для каждой станции один вариант рабочего листа, исходя из того оборудования, которое есть у Вас в школе.

ПРИМЕНЕНИЕ

ПОЛУЧЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Рабочий лист А
Оборудование проекта «Академический класс в московской школе»:
- набор «Альтернативные источники энергии» («Энергия ветра»);
- вентилятор;
- ключ для замыкания и размыкания электрической цепи;
- амперметр;
- вольтметр.
Скачать
Рабочий лист Б
Оборудование проекта «Академический класс в московской школе»:
- Маятник Максвелла;
- Машина магнито-электрическая (генератор ручной);
- штатив с муфтой и зажимом;
- динамометр с фиксатором;
- груз массой 100 г;
- прочная нить;
- измерительная лента;
- набор «Альтернативные источники энергии» («Энергия ветра», «Энергия Солнца»).
Скачать
Рабочий лист В
Оборудование проекта «Академический класс в Московской школе»:
- демонстрационный источник питания;
- прибор для опытов по химии с электрическим током;
- мешалка магнитная с подогревом или плитка электрическая;
- стаканы химические стеклянные;
- спиртовка;
- весы электронные с USB-переходником.
Оборудование проекта «Инженерный класс в московской школе»:
- набор лабораторный по электролизу;
- лабораторный источник питания;
- весы электронные;
- стаканы химические стеклянные;
- спиртовка;
- плитка электрическая.
Скачать

ПРИМЕНЕНИЕ

ПОЛУЧЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Рабочий лист А
Оборудование проекта «Академический класс в Московской школе»:
- штатив на 10 гнезд;
- пробирки ПХ-16;
- датчик температуры цифровой или термометр
- регистратор (ноутбук или планшет);
- пипетка автоматическая или пипетка Пастера
Оборудование проекта «Инженерный класс в московской школе»:
- штатив на 10 гнезд;
- пробирки ПХ-16;
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- мерный цилиндр или пипетка Пастера.
Оборудование проекта «Медицинский класс в московской школе»:
- штатив на 10 гнезд;
- пробирки ПХ-16;
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- пипетка автоматическая или пипетка Пастера.
Оборудование проекта «Курчатовский центр непрерывного конвергентного (междисциплинарного) образования»:
- штатив на 10 гнезд;
- пробирки ПХ-16;
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- пипетка автоматическая или пипетка Пастера.
Скачать
Рабочий лист Б
Оборудование проекта «Медицинский класс в московской школе»:
предметные и покровные стекла
- пинцеты;
- микроскопы;
- фильтровальная бумага;
- пипетки.
Реактивы:
- водное растение элодея.
Дополнительное оборудование:
- источник света 100 Вт.
Оборудование проекта «Курчатовский класс в московской школе»::
предметные и покровные стекла
- пинцеты;
- микроскопы;
- фильтровальная бумага;
- пипетки.
Скачать
Рабочий лист В
Оборудование стандартного кабинета:
- Маятник Максвелла;
- машина магнито-электрическая (генератор ручной);
- штатив с муфтой и зажимом;
- динамометр с фиксатором;
- грузы массой 100 г;
- прочная нить;
- измерительная лента;
- направляющая рейка;
- каретка.
Скачать

ПРИМЕНЕНИЕ

ПОЛУЧЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Рабочий лист А
Оборудование проекта «Инженерный класс в московской школе»:
- Маятник Максвелла;
- машина магнито-электрическая (генератор ручной);
- штатив с муфтой и зажимом;
- динамометр с фиксатором;
- груз массой 100 г;
- прочная нить;
- измерительная лента;
- набор «Теплота 2».
Скачать
Рабочий лист Б
Оборудование проекта «Академический класс в Московской школе»:
- калориметр;
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- пипетка автоматическая или мерный цилиндр.
Оборудование проекта «Инженерный класс в московской школе»:
- калориметр;
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- мерный цилиндр.
Оборудование проекта «Медицинский класс в московской школе»:
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- пипетка автоматическая;
- стакан химический на 100 мл.
Оборудование проекта «Курчатовский центр непрерывного конвергентного (междисциплинарного) образования»:
- калориметр;
- датчик температуры цифровой или термометр;
- регистратор (ноутбук или планшет);
- пипетка автоматическая или мерный цилиндр.
Скачать
Рабочий лист В
Оборудование проекта «Медицинский класс в московской школе»:
- водяная баня;
- спиртовка;
- штатив с лапкой;
- пробка с газоотводной трубкой;
- пробирки;
- плоскодонная термостойкая колба на 200–250 мл;
- мерный цилиндр;
- микроскоп;
- предметное и покровное стекла;
- пробирка с водой;
- пипетка.
Реактивы:
- дрожжи пекарские — Saccharomyces cerevisiae;
- 0% раствор сахарозы;
- насыщенный раствор Са(ОН)2;
- концентрированная серная кислота H2SO4;
- кристаллический бихромат калия K2Сr2O7.
Оборудование проекта «Курчатовский класс в московской школе»:
- водяная баня;
- спиртовка;
- штатив с лапкой;
- пробка с газоотводной трубкой;
- пробирки;
- плоскодонная термостойкая колба на 200–250 мл;
- мерный цилиндр;
- микроскоп;
- предметное и покровное стекла;
- пробирка с водой;
- пипетка.
Скачать

— Если у нас нет необходимого оборудования?

— Вы можете разработать свой вариант рабочего листа и провести практические работы. В этом случае вместе с отправленной презентацией Вы должны отправить разработанный Вами рабочий лист. Возможно, Ваш рабочий лист войдет в коллекцию работ и будет также представлен на сайте.

Конвергентный подход в действии

Для проведения «Дня конвергентного урока» разработаны и размещены в библиотеке Московской электронной школы уроки, электронные учебные пособия и сборники заданий в формате международных и национальных исследований качества образования. Электронные учебные материалы предполагают командное решение конвергентных практико-ориентированных заданий, направленных на формирование естественно-научной, читательской, математической, финансовой, компьютерной и информационной грамотности.

Скачать презентацию