Программа кружка "Лего-конструирование"
рабочая программа по физике (5 класс) на тему

ВОСТОЧНОЕ ОКРУЖНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

Государственное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа

с углубленным изучением английского языка № 1362

 «Утверждаю»                                                    Рекомендовано методическим                                        

                                                                               советом школы

Директор школы__________                             Председатель методического

                           (Н.С. Соловьева)                       совета___________________      

                                                                                        (Н.Г. Азымова)

Направление: Естественно – научное

ПРОГРАММА

Дополнительного образования детей

 «ЛЕГО – КОНСТРУИРОВАНИЕ»

Для детей 5-9 классов

Срок реализации 2 года

                                                        Автор: учитель физики

Юденко М.Н                                                              

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к программе дополнительного образования детей

«Лего – конструирование»

Дети от природы любознательны, творчески активны и изначально талантливы. Они быстро обживают любое помещение и пространство, приспосабливая их под свои нужды. Достаточно вспомнить шалаши в кустах, сооружения на деревьях, дома из картонных коробок, снежные крепости и многое другое. Ребенка интересует сам процесс создания некой формы и проектирование изделия, включая множество предметных мелочей. При этом он разыгрывает сцены воображаемой жизни, наслаждается возможностью жить в собственном рукотворном мире.

 Художественно-творческая деятельность детей должна быть организована так, чтобы каждый ребенок смог пройти «путь творца»: от художественного восприятия действительности, рождения художественного замысла, поиска средств и путей его воплощения к созданию художественного образа в материале, самооценке и оценке результатов другими людьми. Причем основными критериями успешности выполнения творческого задания должны являться выразительность и самостоятельность художественного образа.

Наглядно-образное мышление детей связано с представлением ситуаций и изменений в них. Важнейшей его особенностью является установление непривычных, «невероятных» сочетаний предметов и их свойств. В этом своем качестве оно практически неразличимо с воображением. В образе может быть зафиксировано одновременно видение предмета с нескольких точек зрения. Школьный возраст является самым продуктивным периодом становления ребенка как личности. Духовная жизнь школьников неразрывно связана с «миром вещей». Эстетически организованная среда оказывает огромное влияние на мировоззрение человека. Формотворчеству (процессу создания объемной вещи) всегда отводилась особая роль в общеобразовательной школе.

Одной из значимых составляющих развивающей предметной среды детства являются развивающие игрушки. Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов LEGO как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию на уроках Лего-конструирования.

Занятия Лего-конструированием дают возможность ребенку проявить многие свои скрытые качества, индивидуальность и развить в себе те задатки, которые ему даны от природы.

  Использование Лего-конструкторов во внеурочной деятельности повышает мотивацию учащихся к обучению, т.к. при этом требуются знания практически из всех учебных дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук.

Работа с образовательными конструкторами LEGO позволяет  школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки.
В процессе решения практических задач и поиска оптимальных решений школьники   осваивают понятия баланса конструкции, ее оптимальной формы, прочности, устойчивости, жесткости и подвижности, а также передачи движения внутри конструкции. Конструктор предоставляет широкие возможности для знакомства детей с зубчатыми передачами, рычагами, шкивами, маховиками, а также для изучения энергии, подъемной силы и равновесия.
Изучая простые механизмы, дети  учатся работать руками (развитие мелких и точных движений), развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию, изучают принципы работы многих механизмов.

Цель курса: 

Овладение навыками начального технического конструирования, развитие мелкой моторики, изучение понятий конструкций и ее основных свойств (жесткости, прочности и устойчивости), навык взаимодействия в группе.

Основными задачами курса являются:

• развивать творческие способности и логическое мышление детей;
• развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;
• развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;
• развивать умения творчески подходить к решению задачи;
• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

Ожидаемые результаты:

Учащиеся будут знать:

- правила безопасной работы;

- основные приемы конструирования;

-  способы и приемы соединения деталей;

- особенности различных механизмов и конструкций;

- что разные варианты расположения нагрузки, силы и точки опоры позволяют добиться увеличения либо перемещения, либо силы;

- что колеса уменьшают трение;

- применение зубчатых, ременных передач, рычагов и блоков;

- что червячная передача увеличивает крутящий момент;

- что различные передачи можно использовать в одном механизме;

- этапы создания презентаций в PowerPoint.

Учащиеся будут уметь:

- самостоятельно работать с инструкциями к конструктору;

- работать с литературой;

- создавать модели из деталей конструктора по технологическим картам;

- самостоятельно конструировать модели;

- подготовить творческие работы к защите  (создавать презентации средствами PowerPoint)

- представлять свои работы на конкурсах.

Способы проверки:

• педагогическое наблюдение;
• анализ творческих работ учащихся;
• самоанализ;
• защита и презентация проектов;
• участие в конкурсах.

Учебно – тематическое планирование

на 1 год

(2 часа в неделю, всего 72 часа)

Содержание программы

Вводное занятие

На вводном занятии проводится инструктаж по технике безопасности в кабинете и при работе с конструктором.

Очень важно правильно организовать первое знакомство с набором. Впоследствии это поможет избежать многих трудностей. Ученикам требуется некоторое время, чтобы привыкнуть к различным элементам конструктора и к тому, как они состыковываются друг с другом.

На вводном занятии учащиеся смогут:

• познакомиться с составом наборов;
• научиться соединять элементы друг с другом;
• узнавать название деталей;
• научиться аккуратно обращаться с наборами.

Задания

Раздать по одному набору на группу из 2-х учеников. Попросить учащихся:

• построить из деталей набора максимально длинную и достаточно гибкую гусеницу;
• объяснить друг другу, как их гусеница двигается;
• Разобрать гусеницу и убрать все детали на место. Засечь при этом время, чтобы определить, насколько хорошо дети запомнили, куда убирать детали;
• достать из своих наборов названную деталь;
• собрать за 3 минуты какую – либо модель из 10 выбранных элементов;
• объяснить друг другу, что это за модель.
• мини – выставка «Моя первая работа»

Конструкции и силы

На простых примерах учащиеся должны познакомиться с тем, что:

• треугольные формы жесткие;
• прямоугольные формы жесткие;
• для придания большей жесткости прямоугольной форме, ее можно укрепить;

толкающие и тянущие силы действуют на формы по – разному

Практическая работа:

• сделать длинную удочку для рыбалки;
• объяснить друг другу, каким образом соединяются конструктивные элементы;
• сделать треугольную и прямоугольную конструкции;
• проверить их на жесткость и сделать выводы;
• построить мост.

Рычаги

Для ознакомления учеников с реальными конструкциями удобно воспользоваться фотографиями из повседневной жизни. Можно показать изображения детских качелей, тележки, удочки, ножниц и т.д.; посмотреть видеоматериал по теме и обсудить его.

Рычаги:

1. для поднятия грузов;
2. для перемещения грузов;
3. рычажные механизмы;
4. музыкальная ударная установка;
5. Рычаги, как автомобильные стеклоочистители.

На примере простых моделей учащиеся должны понять, что:

• разные варианты расположения нагрузки, силы и точки опоры позволяют добиться увеличения либо силы, либо перемещений;
• для поднятия груза с наименьшим усилием груз должен быть расположен как можно ближе к опоре, а сила приложена, как можно дальше от опоры.

Практическая работа:

• построить простые качели не менее 10 см. Попробовать их уравновесить и сделать длиннее;
• построить карусель;
• построить ударную музыкальную установку;
• мини – выставка сделанных моделей, защита своих проектов.

Колеса и оси

Ключевые идеи. Колеса и оси могут:

• уменьшать трение;
• накапливать энергию;
• применяться в качестве роликов;
• образовывать наклонную плоскость.

На простых моделях учащиеся должны ознакомиться со следующими закономерностями:

• колеса уменьшают трение;
• чем больше колено изогнутой рукоятки, тем меньше силы требуется, чтобы ее повернуть.

Практическая работа:

• построить самую невероятную машину, которую можно себе представить с возможно большим числом колес;
• дать название своей машине и вкратце рассказать всем, какую полезную работу она выполняет
• построить сухопутную лодку;
• построить любую машину на колесах;
• мини презентация и защита своего проекта.

Зубчатые передачи

Ключевые идеи. Зубчатые передачи могут:

• изменять скорость вращения и вращающий момент;
• менять направления вращения;
• передавать вращающий момент под углом 900.

На простых моделях учащиеся должны познакомиться с основными принципами устройства зубчатых передач.

Практическая работа:

• изготовить механизм с применением зубчатой передачи.

Ременные передачи и блоки

Ключевые идеи. С помощью шкивов можно:

• изменять скорость вращения и вращающий момент;
• изменять направление вращения;
• изменять направление приложенной силы;
• увеличивать силу тяги.

Практическая работа:

• сконструировать и построить механизм, в котором применялось бы как можно больше шкивов и ремней;
• объяснить друг другу принцип его работы;
• выполнить проекты по технологической карте;
• мини презентация и защита проекта.

Другие механизмы

Чтобы учащиеся больше узнали о многообразии механизмов, предлагается просмотр видеоматериала.

Ключевые идеи

• червячная передача увеличивает крутящий момент;
• зубчатая рейка движется прямолинейно и поступательно;
• зубчатую и цепную, ременные передачи можно использовать вместе, в одном механизме.

Учащиеся узнают, что:

• при каждом обороте червяка, червячное колесо смещается на один зуб;
• червяк создает большой крутящий момент;
• червячное колесо не может повернуть червяк;
• зубчатая передача позволяет преобразовывать вращательное движение в поступательное и наоборот.

Практическая работа:

• разработать свой проект;
• собрать его;
• собрать материалы для защиты и презентации своего проекта;
• проведение диспута: чья идея интереснее;
• внесение (при необходимости) изменений в конструкцию и технологию изготовления модели.

Защита проектов

Каждый ученик проводит защиту своего проекта с использованием созданной ими презентации в PowerPoint. Проводится выставка работ. Лучшие работы отправляются на конкурсы.

Итоговое занятие

Проводятся итоги работы кружка за год:

• что узнали нового и интересного;
• что научились делать своими руками;
• анализ работ участников кружка и самоанализ;
• пожелания на будущий год.

Учебно – тематическое планирование

на 2 год

(2 часа в неделю, всего 72 часа)

Содержание программы

На занятиях учащиеся знакомятся с различными источниками энергии, способами преобразования и сохранения энергии, а также с соотношением между энергией, работой и мощностью. В основе всех предлагаемых заданий – фундаментальный закон природы, который гласит, что энергия не исчезает и не возникает вновь, только переходит из одного вида в другой.

В дальнейшем учащиеся знакомятся с тремя основными возобновляемыми источниками энергии: солнечной энергией, энергией ветра и энергией потока воды.

Вводное занятие

В начале занятия проводится инструктаж по технике безопасности в кабинете и при работе с конструктором.

Дальше проводится знакомство с набором, чтобы впоследствии не тратилось время на поиски деталей.

На вводном занятии учащиеся смогут:

▪ познакомится с составом наборов;

▪ научится соединять элементы друг с другом;

▪ правильно раскладывать все детали по местам;

▪ познакомится со специальными элементами: Лего – конденсатором, солнечной батарей и мотором;

▪ научится проводить электрические измерения с помощью вольтметра и амперметра.

Практическая работа:

▪ Выньте все содержимое из красных коробок и поместите в каждую из них по два голубых поддона.

▪ используя карточки для сортировки деталей, разложите одинаковые детали в соответствующие ячейки.

▪ Измерьте напряжение на лампе. Для этого надо подсоединить генератор к лампе, как показано на рисунке. Вольтметр подключается параллельно.

▪ Измерьте ток. Подключите амперметр к электрической цепи последовательно.

Потенциальная энергия

В ходе занятий учащиеся узнают, что:

• существуют различные виды энергии;
• энергия может переходить из одного вида в другой;
• для того, чтобы поднять груз необходимо приложить силу и совершить работу;
• при поднятии груза возрастает его потенциальная энергия;
• редуктор – это устройство, увеличивающее силу вращения лебедки.

Практическая работа:

• использовать лебедку для поднятия тяжелых грузов;
• проверить на практике, облегчает ли установленный на лебедке редуктор подъем груза с помощью динамометра.
• записать полученные результаты и обсудить их с остальными.

Кинетическая энергия

В ходе этого занятия учащиеся узнают, что:

• при спуске с наклонной плоскости тело теряет потенциальную энергию и приобретает кинетическую;
• сопротивление воздуха снижает скорость движущегося объекта;
• сила трения снижает скорость автомобиля;
• трение преобразует часть кинетической энергии в тепло.

Практическая работа:

• соберите модель автомобиля и изучите его движение по наклонной плоскости, данные запишите в таблицу;
• проведите несколько опытов, изменяя высоту наклонной плоскости и сопротивление воздуха, данные запишите в таблицу, сделайте выводы.

Преобразования механической энергии в электрическую

Для ознакомления учеников с этой темой проводится просмотр видеоматериалов, обсуждение увиденного.

В ходе этих занятий учащиеся:

• увидят, как энергия генерируется при вращении оси мотора;
• познакомятся с работой динамо-машины (генератора);
• узнают, что система генератор – мотор, как и все другие, не является 100% эффективной.

 Практическая работа:

• подключите генератор к мотору, понаблюдайте его в действие;
• подключите к системе лампочку;
• предложите метод исследования эффективности системы генератор – мотор

Аккумулирование энергии

В ходе занятий учащиеся узнают, что:

• аккумуляторы энергии иногда называют накопителями;
• потенциальная энергия растянутой резиновой ленты носит название энергии деформации;
• процедура определения точности измерительного устройства называется калибровкой;
• для аккумулирования электрической энергии можно использовать маховик;
• трение заметно снижает величину запасенной кинетической энергии;
• конденсатор может накапливать электрическую энергию;
•  энергию можно запасти в каком – либо накопителе и затем использовать по мере необходимости.

Практическая работа:

• сконструируйте и изготовьте модель катапульты с резиновой лентой, чтобы с ее помощью запустить автомобиль по испытательной дорожке;
• разработайте и изготовьте шкалу с отметками положения рычага натяжения резиновой ленты, соответствующими продвижению автомобиля до середины дорожки, до четверти ее длины, трех четвертей и т.д.;
• подготовить презентацию результатов выполненной работы всей группе;
• соберите маховик и установите его на автомобиль;
• сделайте вывод, за счет чего происходит потеря энергии;
• соедините конденсатор с генератором, используйте генератор для зарядки конденсатора;
• исследуйте зависимость расстояния, пройденного автомобилем, от числа оборотов генератора, используемого для зарядки конденсатора.
• Измерьте эффективность преобразования энергии в системе конденсатор – мотор.

Возобновляемые источники энергии

На занятии необходимо обсудить следующие вопросы с учащимися:

• К невозобновляемым источникам энергии относятся ископаемые виды топлива, включая нефть, уголь, газ;
• разведанных запасов угля человечеству хватит на 300 лет , а нефти и газа лет на 40;
• к возобновляемым источникам энергии относятся солнце, ветер и поток воды.

Практические задания:

• выявить различия в использовании возобновляемой энергии солнца, ветра и воды в прошлом и настоящем;
• какие могут быть ограничения при использовании этих источников энергии.

Основы солнечной энергетики

В ходе занятия учащиеся узнают, что:

• солнечная батарея преобразует солнечную энергию в электрическую;
• количество выработанной электроэнергии зависит от яркости света и освещенной площади солнечной батареи;
• электрическую энергию, выработанную солнечной батарей, можно запасать с помощью электрического конденсатора;
• конденсатор не содержит химических веществ и запасает меньше энергии по сравнению с электрической батареей.

Практическая работа:

• собрать модель, в которой солнечная батарея приводит в действие мотор для подъема груза;
• рассчитать величину произведенной работы;
• измерить мощность солнечной Лего – батареи;
• собрать модель электромобиля солнечной батареей;
• убедится, что чем больше мощность мотора на солнечной батарее, тем больший наклон сумеет преодолеть автомобиль;
• проверить, сможет ли солнечная батарея выработать достаточно электроэнергии, чтобы полностью зарядить конденсатор;
• сконструировать и собрать станок для обработки ювелирных камней, приводимый энергией солнца.

Основы ветроэнергетики

В ходе занятий учащиеся узнают, что:

• на скорость вращения крыльев влияют сила ветра, его направление, размер и форма крыльев;
• тормозящее усилие ветродвигателя можно измерить, подвешивая на крюк лебедки дополнительные разновесы до тех пор, пока она не сможет поднять их;
• энергию можно аккумулировать с помощью резиновой ленты. Это потенциальная энергия;
• энергия высвобождается, когда лента приобретает исходную форму;
• чем быстрее устройство отдает энергию, тем оно мощнее

Практическая работа:

• соберите модель ветродвигателя, рассчитайте скорость его вращения;
• использовать накопитель с резиновой лентой для аккумулирования энергии ветра;
• рассчитать величину работы ветродвигателя и его мощность, используя ветродвигатель  для поднятия грузов;
• получить электричество с помощью ветрогенератора;
• проверить, можно ли с помощью ветродвигателя зарядить конденсатор;
• разработать конструкцию и собрать модель мельницы для размола зерна, приводимую в движение энергией ветра;
• мини – выставка работ

Основы гидроэнергетики

В ходе занятий учащиеся узнают, что:

• скорость вращения водяного колеса зависит от расхода воды и формы черпаков для захвата воды;

Практическая работа:

• собрать модель водяного колеса;
• используйте модель водяного колеса для преобразования энергии потока воды;
• используйте накопитель с резиновой лентой для запасания энергии водяного потока;
• используйте накопитель для запуска модели автомобиля;
• используйте водяное колесо для поднятия грузов;
• рассчитайте мощность водяного колеса;
• проверьте, можно ли с помощью водяного колеса получить электричество;
• посмотрите, как с помощью водяного колеса можно зарядить конденсатор;
• используйте запасенную энергию для передвижения автомобиля;
• сконструируйте и соберите механизм, приводимый в движение потоком воды, для превращения древесной массы, растительных отходов и ветоши в бумажную массу (пульпу)

Системы энергоснабжения

В ходе выполнения заданий учащиеся смогут убедиться, что:

• увеличение количества энергопотребителей требует повышения числа оборотов генератора;
• система не может выдать энергии больше, чем получила сама;
• дополнительный генератор помогает удовлетворить повышение спроса на электроэнергию;
• система, объединяющая источники и потребители энергии и называемая энергосетью, служит для распределения электрической энергии.

Практическая работа:

• создать единую энергосистему;
• создать модель энергосистемы, включающую устройства для аккумулирования эенргии.

Дополнительные проекты

• Учащиеся самостоятельно разрабатывают конструкции для исследования резиновых лент;
• рассчитывают затраты энергии на освещение; подъём груза;
• изучают движение вверх по наклонной плоскости; измеряют и рассчитывают скорость подъёма и мощность мотора

Защита проектов

Каждый ученик проводит защиту своего проекта с использованием созданной ими презентации в PowerPoint. Проводится выставка работ. Лучшие работы выставляются на конкурсы.

Результаты участия в конкурсах, анализ работы за год, самоанализ выполненных работ проводится на итоговом занятии.

Методическое обеспечение:

▪ Важен дифференцированный подход к каждому ученику, т.к. возраст занимающихся ребят – переходный (подростковый) и важно уметь найти контакт с каждым, учитывая особенности характера ребенка, его желания и интересы.

▪ При изготовлении модели учитываются индивидуальные способности каждого учащегося. Одно и тоже задание выполняется всеми учащимися за различное время. Учащихся не следует ни подгонять, ни останавливать: очень важно индивидуально подойти к каждому ребенку.

▪ Экспериментальный этап характеризуется тем, что подросток, создав собственную модель, проводит ее испытания, фиксирует результат, анализирует его, и на основе этого анализа – корректирует технические возможности модели.

▪ В качестве домашнего задания учащимся предлагается найти и изучить информацию по выбранной теме:

- Выяснение технической задачи.

- Определение путей решения технической задачи.

▪ Контроль осуществляется в форме творческих проектов, самостоятельной разработки работ, участии в конкурсах.

Список литературы:

1. Литвиенко В.М., Аксенов М.В. «Лего – мастер» - СПб.: Кристалл,1999г.
2. LEGO. – М.: изд. ООО «Лего»
3. Смирнов Н.К. «Здоровьесберегающие образовательные технологии в работе учителя и школы» - М.: Аркти, 2003 г.
4. Трактуев О., Трактуева С., Кузнецов В. «eLAB: Методическое учебное пособие для учителя» - М.: ИНТ, 2002 г.
5. Чехлова А.В., Якушкин Л.А. «Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий» - М.: ИНТ, 2002 г.
6. Авторская программа педагогов дополнительного образования ВАО г.Москвы «Ключ к успеху» № 10, М.: 2003г.