Альтернативные источники энергии

Если при проведении эксперимента меняется не одно, а несколько условий, то достоверность результатов уменьшается, так как трудно определить, какое из этих условий оказалось решающим. В таком случае можно говорить о влиянии на результаты ряда факторов.

Практически устранить полностью влияние побочных факторов в педагогическом эксперименте не всегда удается, поэтому результаты эксперимента всегда относительны и в выводах следует указывать погрешность, которая имела место при обработке данных эксперимента методами математической статистики (коэффициент рассеяния, средняя квадратичная погрешность, интервал доверительной вероятности и т. д.).

Исследователь должен подробно описывать условия, в которых проходил эксперимент.

Эксперимент может быть констатирующим, проверочным и преобразующим. Констатирующим называют педагогический эксперимент, в задачу которого входит изучение положения дел в школе, классе, коллективе учащихся и т. д. без внесения экспериментатором каких-либо изменений в учебно-воспитательный процесс (например, изучение методики руководства самостоятельной работой учащихся на уроках по предметам естественнонаучного цикла, состояния знаний учащихся, усвоения учащимися понятий и т. д.). Такой эксперимент проводится методом наблюдения и тщательным протоколированием, хронометрированием деятельности учащихся и учителя на уроке, методом проведения письменных контрольных работ, анкетированием.

Проверочным называют эксперимент, организуемый в целях проверки гипотезы, разработанной исследователем, методики или каких-то отдельных приемов учебной работы, видов учебной деятельности учащихся и т. д. По форме организации различают два вида проверочного эксперимента: лабораторный и обучающий.

Лабораторным называют эксперимент, проводимый с небольшой группой учащихся во внеучебное время. Целью его является предварительная  проверка гипотезы, педагогической целесообразности предлагаемого исследователем нововведения. Если лабораторный эксперимент покажет его несостоятельность, предложение отвергается или вносятся коррективы в методику его реализации, после чего вторично проводится лабораторный эксперимент и только после положительных результатов лабораторного эксперимента проверка новой идеи может быть перенесена в класс. Например, предварительно проверяется целесообразность включения в программу новых вопросов.

Обучающий эксперимент проводится в условиях работы класса по расписанию, по программе, утвержденной Министерством образования. Этот эксперимент предполагает выделение экспериментального и контрольного классов. В контрольном классе преподавание ведется традиционными методами, в экспериментальном классе вносятся изменения, влияние которых на качество знаний учащихся проверяется. Все прочие условия должны оставаться примерно такими же, как и в контрольном классе. Началу эксперимента должно предшествовать тщательное изучение уровня подготовки учащихся сравниваемых классов по интересующим показателям. Это начальное состояние фиксируется. В ходе эксперимента фиксируются все изменения, происходящие в контрольном и экспериментальном классах под влиянием обучения. Если в экспериментальной группе изменения значительно отличаются от изменений в контрольной группе, делают вывод о том, что это вызвано введением фактора, запланированного исследователем в соответствии с гипотезой [7].

Экспериментальная проверка гипотезы — это одновременно и перестройка практики обучения или воспитания, и изучение влияния этой перестройки на изучаемый объект.

При преобразующем эксперименте исследователь активно изменяет содержание, формы или методы обучения и воспитания в соответствии с выдвинутой гипотезой на основе творческого воображения, способности отвлечься от существующего опыта и умения находить новые решения. Все творческие идеи рождаются под влиянием запросов практики, новых задач, которые ставятся обществом на том или ином этапе развития перед школой в целом и перед преподаванием каждого отдельного предмета.

Таким образом, педагогический эксперимент может быть для исследователя и источником новых знаний, и одним из средств проверки собственных выводов, и средством активизации его творческой мыслительной деятельности.

Педагогический эксперимент по проверке окончательного вывода, полученного в результате обобщения фактов по итогам наблюдения за организацией труда учащихся, можно провести следующим образом.

Сначала по итогам проведенных наблюдений выявляют недостатки в организации их труда, затем продумывают методику проведения занятий, направленную на устранение этих недостатков путем последовательной, систематически проводимой работы по формированию у учащихся необходимых умений и навыков.

После этого определяют способ проверки эффективности разработанной методики.

В дидактических исследованиях широкое применение находят два способа проверки эффективности исследуемых методов: 1) перекрестный и 2) уравнивания условий успеваемости учащихся.

При перекрестном способе эффективность предлагаемого нововведения проверяют поочередно то в одном, то в другом классе. И если проверка дает положительные результаты в обоих классах, полагают, что предлагаемый метод заслуживает внимания и применения в дальнейшей работе.

Перекрестный способ проверки позволяет исключить влияние на результаты эксперимента и, следовательно, на выводы, вытекающие из него, состава класса. Если в разных классах проверяемый метод дает лучшие результаты по сравнению с традиционными, значит, его можно уверенно рекомендовать для применения в различных по успеваемости классах.

Однако этот метод проверки нельзя считать универсальным. Если исследование имеет целью выявить влияние того или иного метода обучения на развитие мышления, познавательные способности, память и другие личностные качества учащихся, требуется продолжительное применение этих методов в одних и тех же классах и прослеживание развития под их воздействием интересующих исследователя качеств (черт личности) обучаемых. В подобных исследованиях целесообразно использовать для проверки эффективности нового метода способ уравнивания условий успеваемости учащихся. При этом способе проверки выделяют экспериментальные и контрольные классы, которые подбирают так, чтобы состав учащихся в них примерно был одинаков и преподавание предмета вел один и тот же учитель (или учителя, имеющие примерно одинаковый стаж, уровень теоретической и методической подготовки). Об успеваемости судят по среднему арифметическому значению балла за последнюю четверть, предшествующую началу эксперимента. Внутри контрольных и экспериментальных классов целесообразно разделить учащихся на три группы по уровню знаний или по уровню развития интересующих исследователя умений и затем в ходе исследования сравнивать, какие изменения происходят в знаниях и умениях учащихся различных групп под влиянием проверяемых методов обучения (в экспериментальных классах) и под влиянием традиционных методов обучения (в контрольных классах). С этой целью проводят контрольные работы, содержание которых определяется в соответствии с задачами исследования [1].

 

Глава III. Методические аспекты изучения альтернативных источников энергии в профильном обучении физике

 

3.1. Особенности изучения  альтернативных источников энергии  в школьном курсе физики

 

В школьном курсе физики ученики изучают закон сохранения и превращения энергии, получают представление о научных основах ряда производств и использовании механической, внутренней, электрической и ядерной энергии, а также о рабочих телах, с помощью которых происходят превращения энергии (вода, пар, газ). Много внимания уделяется ознакомлению школьников с устройством и принципом действия машин и генераторов, использующих энергию движущейся воды (гидротурбины), ветра (ветродвигатели), внутреннюю энергию пара или газа (паровые машины, паровые и газовые турбины, реактивные двигатели), электрического тока (электродвигатели), атомного ядра (ядерные реакторы) [2]. Все эти знания в дальнейшем послужит активному изучению темы «Альтернативные источники энергии» в профильном обучении физике.

Таблица 1. Анализ школьной литературы по данной теме

№	Автор	Учебник	Что изучает	Опыты
1	Перышкин А. В.	Физика 7 кл.	Как материал для дополнительного чтения § 9. Энергия движущейся воды и ветра. Гидравлические и ветряные двигатели.	-
2	Перышкин А. В., Родина Н. Н.	Физика 8 кл.	Как материал для дополнительного чтения §  2. Ис-пользование энергии Солнца на Земле.	-
3	Перышкин А. В, Гутник Е. М.	Физика 9 кл.	§ 68. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. § 69. Атомная энергетика. § 72. Термо-ядерная реакция.	Лаб. №  5.Изучение деления ядра атома урана по фотографиям треков
4	Мякишев Г. Я. Буховцев Б. Б.	Физика 11 кл.	§   88. Ядерный реактор. § 89. Термо-ядерные реакции. §  90. Примене-ние ядерной энергии. Развитие ядерной энергетики.	-
5	Мякишев Г. Я., А. З. Синяков.	Физика 11 кл. (Для углубленного изуения)	§ 7.18. Ядерный реактор. § 7.19. Термо-ядерные реакции. § 7.20. Приме-нение ядерной энергии.	-
6	Мякишев Г. Я.	Физика 11 кл.	§ 110. Ядерный реактор § 111. Термо-ядерные реакции § 112. Приме-нение ядерной энергии	-
7	О. Ф. Кабардин, В. А. Орлов, Э. Е. Эвенчук,  А. А. Пинский	Физика 10 кл. (для углубленного изучения)	§ 33. Принцип действия тепловой машины. § 34. Устройство и действие тепловых машин. § 36. Холодиль-ные машины. § 37. Тепловые машины и охрана окружающей природы.	-

 

Анализ школьных учебников показал, что материалы по данной теме в большей степени даны для дополнительного чтения – с одной стороны предоставляет возможность ученикам самим развиваться, если конечно заинтересует ученика данная тема, а с другой стороны начальные сведения об энергии играют немаловажную роль в изучении данной темы. Без начальных сведений об энергии трудно было сориентироваться ученикам и именно поэтому темы по альтернативным источникам энергии встречается в конце учебника или как материалы для дополнительного чтения, что создает ряд осложнений  и проблем в освоении данной темы учениками. Это связано тем, что в базисном учебном плане на изучение физики выделяется 2 часа в неделю (68 ч. в год) и именно поэтому придется изучить данную тему в профильном обучении физике. В соответствии с учебным планом физики  на углубленном уровне отводится большее число часов, чем это заложено федеральным компонентом регионального базисного плана. А насколько эффективным окажется освоение данной темы в профильном обучении физике зависит от творчества учителя и активности учащихся.

Методически эта тема почти не разрабатывалась: проблематика данной темы недостаточно разработана в школьных учебниках.  Некоторые темы по данной теме, которые отсутствуют в базовых общеобразовательных курсах и представлены  в недостаточном объеме. Нет опытов по данной теме, что заинтересовала бы ученика.

При рассмотрении данной темы предполагается выполнение следующих демонстрационных опытов: на уроке рассматривают использование энергии воды и ветра. Демонстрируют опыты с наливным и подливным колесом, обращая внимание учащихся на то, что в первом используют потенциальную, а во втором кинетическую энергию воды. Дают краткие сведения о гидротурбине и демонстрируют ее действие на модели.

При объяснении способов  использования энергии ветра полезно продемонстрировать модели ветродвигателей, действующие от потока воздуха, создаваемого вентилятором.

А при изучении энергии Солнца полезно продемонстрировать  опыты, связанные с солнечными батарейками. Берут солнечную батарею и кладут на подоконник под углом 45 градусов. Подсоединим к солнечной батарее лампу 2.5 В. Затем на солнечную батарею должен попасть луч  и лампа загорится. Аналогично делаем тот же опыт, подключив вместо лампочки светодиод.

 На сегодняшний день широкое применение получили солнечные батареи как альтернативные источники энергии, которые представляют собой  устройства, состоящая из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов, в которых энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток. И если раньше они применялись в основном в космической промышленности, то в настоящее время сфера их применения стала гораздо шире, и теперь они доступны любому человеку. Например, вы сможете организовать освещение своего дачного участка с помощью светильников на солнечных батареях.

Сегодня солнечное электричество широко используется во многих областях. В удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем энергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т. д. работают от солнечного электричества.

Представлена лабораторная работа «Исследование физических свойств водорода» в приложении  разработки элективного курса. И постановка лабораторной работы, которые представлена в приложении разработки элективного курса по данной теме. Мною предлагается выполнение лабораторной работы, связанные с получением водорода как альтернативного источника энергии. А также предлагается лабораторная работа «Промышленные отходы как альтернативные источники энергии».

3.2. Демонстрационные опыты при наблюдении альтернативных источников энергии

Описание лабораторной работы

«Исследование физических свойств водорода»

 

Цель работы: исследовать физические свойства водорода.

Задачи:

1) создание условий для  прохождения электрического тока  в растворе хлорида натрия;

2) получение и исследование  водорода в лабораторных условиях;

3) выявление зависимости  объема получившегося водорода  от параметров электрической  цепи;

4) расчет давления получившегося  водорода.

Теоретическая  часть.

Электрическая диссоциация. Чистая дистиллированная вода – практически диэлектрик. Если последовательно с лампой накаливания соединить ванну с дистиллированной водой, в которую опущены металлические пластины, и включить электрическую сеть, то лампа гореть не будет. Если же в ванну ввести некоторое количество поваренной соли, то лампа загорается.

Выясним подробнее, как проходит ток через раствор, в котором имеются подвижные ионы.

Жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы, называют электролитом.

Пусть в ванну налит раствор соли NaCl  в воде. Диссоциация молекул хлорида натрия происходит в соответствии  с уравнением

Кроме ионов в растворе присутствуют и другие отрицательные ионы, так как молекулы  самой воды в небольшом количестве  тоже диссоциируют

Ионы гидроксила легко отдают свой лишний электрон, при этом образуются нейтральные молекулы газообразного водорода, который выделяется на аноде.