XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экспериментальная катапульта: образовательный аспект
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мне очень нравится мастерить своими руками!
А если я смогу сделать своими руками то, что сможет передвигаться и стрелять, это будет воплощением одного из моих желаний! У меня была мечта сделать катапульту. В этом проекте я смог её осуществить. Но не только сборка модели меня заинтересовала. При помощи моей катапульты, я смог познакомиться с такими понятиями как расстояние, скорость, притяжение. И это всё из науки физика! А связаны они с другими интересными свойствами предметов: весом, размером, объемом. Я придумал свою катапульту, сделал её своими руками и провёл эксперименты.
-
Содержательная часть
2.1 Актуальность проекта.
Актуальность и целесообразность проекта можно оценить в нескольких направлениях:
Инженерное мышление.
Для детей младшего школьного возраста реализация такого проекта требует применения инженерных знаний и развития критического мышления. При помощи педагога, обучающиеся учатся проектировать, строить и анализировать свои решения, что способствует развитию творческих и аналитических навыков.
Практическое применение физики и математики:
Проект предоставляет возможность изучения законов физики (например, механики, кинематики) и математики (расчеты, геометрия) на практике, что делает обучение более увлекательным и запоминающимся.
Командная работа: Реализация проекта требует сотрудничества с педагогом, что полезно для развития социальных навыков, таких как коммуникация. При групповой реализации проекта, работа проводится в команде, что способствует развитию навыков управления конфликтами.
Экологическое сознание: Проект может включать элементы устойчивого развития, например, использование вторичного сырья или переработанных материалов или изучение влияния механических систем на окружающую среду.
Развитие критического мышления: Учащиеся могут анализировать результаты своих экспериментов, делать выводы и предлагать улучшения, что способствует развитию критического мышления.
Интерес к науке и технологии: Создание катапульты может стать стимулом для дальнейшего углубленного изучения физических и инженерных дисциплин, а также вдохновить учащихся на выбор профессии в этих областях.
Таким образом, проект «Экспериментальная катапульта: образовательный аспект» не только способствует освоению учебного материала, но и развивает множество важных навыков, что делает его актуальным в контексте современных образовательных требований.
2.2 Цель проекта:
Целью проекта "Экспериментальная катапульта: образовательный аспект" является разработка, создание и применение образовательной модели, основанной на создании и тестировании экспериментальной катапульты., которая будет способствовать углублению знаний в области физики и инженерии.
2.3 Задачи:
Узнать историю катапульты.
Разработать конструкцию экспериментальной катапульты с учетом физических законов, с применением вторсырья.
Провести серию экспериментов по запуску снарядов различного веса и формы, проследить математическую и физическую закономерности.
Исследовать основные законы механики, связанные с запуском снарядов.
Оценить эффективность образовательного процесса через внедрение экспериментов с катапультой.
2.4 Объект исследования:
Объектом исследования узнать основы физики и инженерного проектирования практическим путем создания и применения экспериментальной катапульты.
2.5 Предмет исследования:
Предметом исследования являются методы и подходы к преподаванию физики и математики, с использованием практических экспериментов и модели катапульты.
2.6 Гипотеза
Предполагается, что использование экспериментальной катапульты зародит интерес к физике и математике и освоению первоначальных знаний теории, связанной с механикой и динамикой.
2.7 Перечень используемых методов исследования:
Анализ исторической литературы.
Изучение основных понятий в физике.
Конструктивное проектирование и моделирование.
Экспериментальные исследования.
2.8 Отличие полученных результатов от известных ранее:
Полученные результаты отличаются тем, что использование экспериментальной катапульты как образовательного инструмента вызывает более глубокое понимание физических законов и принципов. В отличие от традиционных методов обучения, данный подход активизирует вовлеченность обучающегося и способствует развитию критического мышления.
2.9 Степень новизны:
- Результаты исследования являются новыми, так как впервые предложен комплексный подход к изучению механики через проектирование и опыт с катапультой в учебном процессе.
- Методы обучения могли быть усовершенствованы за счет интенсификации практических занятий и активного вовлечения детей младшего школьного возраста в процесс разработки.
2.10 Научное использование результатов исследования:
Результаты исследования могут быть использованы для создания учебных пособий, включение материала в дополнительные образовательные программы, методических рекомендаций для преподавателей физики, а также в качестве основы для проведения научно-практических экспериментов для обучающихся.
2.11 Практическая значимость:
Практическая значимость проекта заключается в возможности практического применения полученных знаний, что способствует:
- Повышению мотивации детей младшего школьного возраста к изучению физики.
- Развитию практических навыков в области инженерного проектирования.
- Улучшению общей образовательной среды и качества преподавания.
3.Основная часть
3.1 Характеристика источников
Для успешного написания проекта по теме «Экспериментальная катапульта: образовательный аспект» использовались как первичные, так и вторичные источники. Среди первичных источников следует выделить научные статьи и исследования, посвященные принципам работы катапульт, механике и физике, а также различные учебные пособия, особенно касающиеся законов движения и механики.
Вторичными источниками стали образовательные сайты, статьи в энциклопедиях и специальные методические материалы, используемые в преподавании физики и технических дисциплин. Особое внимание было уделено литературе, рассматривающей использование катапульт в образовательных целях, их роль в развитии инженерного мышления у школьников.
3.2 Обзор литературы
В литературе отмечается, что катапульты представляют собой не только интересный исторический артефакт, но и эффективный инструмент для обучения основам физики и механики. Исторические сведения, опубликованные в различных источниках, создают понимание развития и применения катапульты в древности и до наших дней. Например, исследования, найденные в открытых источниках интернета, показывают, что проектирование и создание катапульты способствует развитию навыков работы в команде и критического мышления. Статья Е.В. Лобановой «Технология проектного обучения: история и современность» (2022) описывает опыт использования проектной деятельности в качестве образовательного аспекта и его влияние на усваивание научных концепций среди школьников.
3.3 Методика и техника исследования
В ходе исследования была выбрана экспериментальная методика, включающая разработку и построение модели катапульты. Основными этапами работы стали:
1. Изучение теоретических основ: Изучение законов физики, касающихся силы, движения и энергии в доступной форме для возрастной категории автора проекта.
2. Проектирование катапульты: Создание схемы и определение необходимых материалов (деревянные элементы, пружины, резинки и т.д.). В процессе проектирования, особое внимание уделяется возможности использования материалов вторсырья.
3. Сборка модели: Реализация проекта в физическом формате, с использованием доступных материалов. Совместная работа с руководителем и педагогом.
4. Эксперименты: Проведение серии тестов, направленных на определение связи физических и математических величин и процессов. (веса, дальности, силы натяжения и т.д.).
Объем исследования составил около 10 завершенных экспериментов, факторы которых включали различные условия устройства стреляющего механизма и условий запуска.
-
Анализ и обобщение полученных результатов
За 6000 лет известной истории человечества только 300 лет оно провело без войны. Конечно, за этот срок было создано огромное количество самого разнообразного оружия. Его не перестают придумывать и сейчас. Катапульта -одно из них. Название этой машине дали римляне и его дословный перевод – «камень против щита». Впервые это оружие начали применять с 5 века до н.э. в Древней Греции и в Древней Индии. Катапульта бросала камни или горшки с горящей жидкостью. Несколько воинов закручивали жгут из бычьих сухожилий, в котором был закреплён рычаг с ложкой на верхнем конце. При выстреле жгут мгновенно раскручивался, с силой проворачивая рычаг, который ударялся о перекладину, и снаряд вылетал из ложки круто вверх. Катапульта метала камни весом от 3 до 26 кг на 500 или даже 1000 метров. Из катапульты удавалось прицельно поражать врагов на большой дальности. Катапульта стояла на колёсах и перевозилась быками. Александр Македонский в походах широко использовал дальнобойные катапульты. Кроме того, он установил камнеметные катапульты в соответствующих местах и заставил стены содрогаться от валунов, которые они метали.
Катапульту изобрели в древности, но активно применяют и в современном мире. Есть труднодоступные в техническом плане места, где она незаменима. Например, на флоте, где есть авиация. На борту корабля самолёту мало места, чтобы разогнаться. Здесь и приходит на помощь катапульта. Его запускают при помощи этого современного, но богатого историей, приспособления. Есть ещё один пример применения катапульты в авиации: когда пилот должен покинуть кабину самолёта при аварии. Срабатывает катапульта и лётчик спасается и, с помощью парашюта, приземляется. Ещё один вид катапульты, рогатку, мы можем встретить на аттракционах и в руках мальчишек. Это мини-версия, которая приносит детям много радости, а взрослым хлопот.
Моя версия катапульты тоже сделана по такому принципу, с резинкой.
Для изготовления катапульты мне понадобились:
Основа деревянная 22х10 см;
Рейки деревянные различной длинны;
Клей столярный;
Наждачная бумага;
Сверло 4-6 мм;
Саморезы;
Лобзик;
Деревянная шпажка;
Пластиковая крышка от бутылки молока;
Кусочек фетра;
Шуруп;
Пластилин;
Резинки;
Шарики из разного материала.
В сборке мне помог педагог.
Я, при помощи брата и мамы, провёл ряд экспериментов и получил много новых знаний.
Полученные результаты экспериментов показали, что конструкция катапульты влияет на дальность и точность запусков. Для проведения эксперимента была выбрана и реализована модель с натяжным механизмом (резинкой), показавшая лучший результат по дальности броска.
По данным экспериментов, средняя дальность полета снаряда составила от 50 см до 3 метров 40 см в зависимости от применяемой силы натяжения рычага, регулируемого положением. Кроме того, была обнаружена зависимость между весом «снаряда» (пластилиновые шарики) и расстоянием полёта. Во время испытания катапульты заметил, что при увеличении натяжения резинки «снаряд» летит дальше и быстрее. Значит, и скорость вылета снаряда будет больше. Сделаем измерения дальности полёта снаряда в зависимости от натяжения резинки.
4.1 Оценка результатов
Результаты данного исследования подтверждают эффективность использования катапульт как образовательного инструмента. Эксперименты позволили узнать не только физические законы, но и важность практического опыта в обучении. Все участники экспериментов улучшили навыки работы в команде и научились применять полученные знания на практике.
-
Заключение
В работе над проектом я узнал много интересных фактов о катапульте: это очень древнее изобретение, но оно используется и в наши дни. С 5 века до н.э. её использовали как оружие в Древней Греции и В Индии, а сегодня она может спасти жизнь или помочь в авиации.
Моя экспериментальная катапульта познакомила меня с новыми науками - механикой и физикой. А благодаря тому, что я делал её своими руками, она помогла мне понять, что такое инженерное мышление и практические навыки. В дальнейших исследованиях я буду делать более сложные конструкции катапульт и исследовать их применение в различных образовательных аспектах.
-
Список используемых источников
1.Брейн, М. Великие изобретения. От катапульты до марсохода / М. Брейн. — Москва : АСТ, 2011. — 320 с. — ISBN 978-5-17-063389-7.
2.Газета.ру Грекам не был нужен Архимед/Оксана Молчанова. — 2007. — URL: https://www.gazeta.ru/science/2007/10/10_a_2230261.shtml
3.Лобанова, Е. В. Технология проектного обучения: история и современность / Е. В. Лобанова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 11 (406). — С. 253-256. URL:
4.Матяш, Н.В. Инновационные педагогические технологии. Проектное обучение : учеб. пособие для студ. учреждений высш. образования / Н.В. Матяш. — 3-е изд., стер. — Москва : Издательский центр «Академия», 2014. — 160 с. — ISBN 978-5-4468-0645-4.
5.Мультфильм «Фиксики», 56 серия
6.https://moluch.ru/archive/406/89552/ (дата обращения: 18.02.2025).
7.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%B0
8.http://historyweapon-romus.blogspot.com/2012/07/blog-post.html
-
Приложение
Приложение 1
Эскиз.
Приложение 2
Фотоархив.
Приложение 3
Таблица расчётов
-
Натяжение резинки
Вес снаряда
Дальность полёта
сильное
2 гр
340 см
4 гр
300 см
6 гр
210 см
8 гр
200 см
среднее
2 гр
240 см
4 гр
220 см
6 гр
185 см
8 гр
135 см
слабое
2 гр
110 см
4 гр
80 см
6 гр
65 см
8 гр
50 см