Научная межпредметная игра «Марафон знаний».

На протяжении ряда лет у меня складывается творческое сотрудничество с замечательным учителем химии г. Пензы Ниной Ивановной Мельниковой. Наш творческий диалог воплощается в интегрированных уроках, внеклассных мероприятиях. Примером такого сотрудничества стала игра «Марафон знаний».

Подготовка игры

Продолжительность игры – около 2 часов.

Основу команд составляют учащиеся старших классов, но обязательно следует включать учеников 7-8-х классов, только начавших изучение курса физики и химии.

Численность каждой команды небольшая – до 15 человек, так как большие команды менее мобильны. Специальной подготовки учащихся не требуется.

Как отбираются члены команды?

Сначала учащимся рассказывают об игре, о видах деятельности в ней, а затем формируются команды и группы обслуживания, в которые желательно отбирать наиболее подготовленных учеников, для учащихся 7-х и 8-х классов этот критерий не учитывается.

Кроме того, в каждом кабинете находятся еще два участника, которые встречают команды, дают им задания и принимают ответы, выдавая участникам за каждый правильный ответ круглую картонную «денежку». Несколько человек помогают готовить чай. Вид деятельности ребята выбирают сами.

Задания для команд составляются таким образом, чтобы отработать межпредметные связи физики и химии с другими предметами. Игра в целом должна способствовать формированию устойчивого интереса к предметам, дружескому сотрудничеству учащихся разных классов.

Вопросы подбираются в основном исходя из среднего уровня подготовленности учеников. Сначала ставятся вопросы, носящие межпредметный характер, а затем составляются задания из четырех вопросов, чтобы для команды «Химиков» число вопросов по химии постепенно убывало, а по физике – увеличивалось, для команды «Физиков» наоборот – число вопросов по физике постепенно убывало, а по химии – увеличивалось.

Игра требует от учителей и учащихся определенных организационных умений. Учителя должны провести следующую организационную работу:

подготовить кабинеты и продумать маршруты движения команды так, чтобы их пути не пересекались;

подготовить вопросы и составить задания для команд в соответствии с их профилем;

придумать конкурсы, проводимые во время чаепития;

продумать варианты оценки знаний, дать задание изготовить «денежки»;

провести работу с учащимися по формированию команд, рабочих групп;

в кабинетах физики и химии при проведении сложных заданий обеспечить соблюдение правил техники безопасности.

Учащиеся должны сформировать команды, выбрать капитанов.

В качестве призов чаще всего используются пирог или торт, приготовленный школьниками.

Сценарий игры

В игре участвуют две команды – «Физики» и «Химики». Первоначально обе команды собираются в одном кабинете, где объявляется начало игры, проходит представление команд, капитаны получают маршрутные листы, в которых указано, какие кабинеты и в какой последовательности должны посетить команды. Команда «Физики» стартует из кабинета физики и финиширует в кабинете химии; команда «Химики» стартует из кабинета химии, финиширует в кабинете физики.

Маршрут команды «Физики»:

кабинет физики – кабинет математики – кабинет биологии – кабинет географии – кабинет литературы – кабинет истории – кабинет химии.

Маршрут команды «Химики»:

кабинет химии – кабинет истории – кабинет литературы – кабинет биологии – кабинет географии – кабинет математики – кабинет физики.

Цель каждой команды – пройти маршрут как можно быстрее и набрать как можно больше «денежек».

Задания для команды

Кабинет физики.

1. Если шар, куб и цилиндр будут одновременно пущены вниз по наклонной плоскости, какой предмет окажется внизу первым, какой вторым и какой третьим?

2. Как определить массу груза на неравноплечих весах?

3. Определите плотность подсолнечного масла, используя нить, масштабную линейку и стакан с водой (масло и оборудование выдаются).

4. В небольшой прозрачный ящик поместили птичку колибри. Ящик закрыли и поставили на весы. Если птичка сидит на дне ящика, весы показывают 85 г (известно, что масса птички 2 г). Что покажут весы, если птичка взлетит и будет «висеть» внутри ящика? При взлете не учитывайте момента взлета и резких движений птицы.

Кабинет математики.

1. На поверхности воды разлили нефть объемом 1 м3. Какую площадь займет нефтяное пятно, если толщина eгo 1/40 000 мм?

2. Сколько водяного пара, температура которого 100оС, надо ввести в латунный калориметр массой 100 г, в котором находится снег массой 150 г при температуре -20оС, для того чтобы весь снег растаял?

3. Некоторые учителя любят пить чай – на работе во время перемены. Определите КПД устройства, с помощью которого нагревают воду.

4. Осторожно! Воздушная среда кабинета математики представляет собой чистый азот. Объем кабинета составляет приблизительно 160 м3. Сколько литров воды необходимо подвергнуть разложению, чтобы воздух в кабинете стал пригоден для дыхания?

Кабинет биологии.

1. Придумайте приспособление для определения емкости своих легких.

2. Предложите экспериментальный вариант определения полной механической энергии летящей птицы.

3. Определите, в какой колбе находится раствор кислоты, а в какой – раствор щелочи. (Даны две колбы А и Б с растворами кислоты и щелочи, а также сосуды с растворами чая, смородиновым компотом, цветы герани, пробирки.)

4. Как очистить вареное яйцо, не разбивая скорлупы?

Кабинет географии.

1. Почему левые берега рек в Северном полушарии подмываются сильнее?

2. Представьте, что вы попали на необитаемый остров, над которым периодически проносятся бури. Какие материалы вы мечтали бы найти на потерпевшем крушение судне, чтобы изготовить самодельный прибор для предсказания очередной бури? Как им пользоваться?

3. В коллекции минералов найдите минералы, идентичные по составу минеральной части человеческой кости и зубной эмали.

4. Приведите примеры (не менее трех) названий химических элементов, данных им в честь той или иной страны.

Кабинет литературы.

1. Один из героев Г. Манна поучал другого: «Если снег перестанет идти, может наступить сильный мороз…» Верно ли это? Объясните.

2. Главный герой романа А.Р. Беляева «Человек-амфибия» рассказывает: «Дельфины на суше гораздо тяжелее, чем в воде. Вообще у вас тут все тяжелее. Даже собственное тело». Прав ли он? Объясните.

3. Приведите примеры пословиц, поговорок, где упоминается какой-либо химический элемент, вещество.

4. Запишите уравнением реакции следующее четверостишие:

«Подмигнув лиловым глазом,

Сера тут же стала газом.

Газ такой ты встретишь редко,

Он удушливый и едкий».

Кабинет истории.

1. В Лондоне есть Музей восковых фигур, в котором представлены скульптуры выдающихся личностей в натуральную величину, выполненные из воска. Определите массу воска, необходимую для изготовления вашей фигуры.

2. Во времена Петра I на Урале был открыт источник минеральной воды, который назвали «Марцинальные воды». Какой химический элемент играет там лечебную роль?

3. Перечислите химические элементы, названные в честь древних героев и богов.

4. Д.И. Менделееву были подарены весы, сделанные из двух драгоценных металлов. Что это за металлы? Где мы чаще всего встречаем их сейчас?

Кабинет химии.

1. Какой спирт – совсем не спирт?

2. Растительные жиры не годятся для многократного жарения. Почему?

3. Зажгите свечу без помощи спичек.

Сложите номера, указанные на склянках, содержащих реактивы; это будет номер парты первого ряда, где лежит следующее задание. (Учащимся предоставлено необходимое оборудование, а также реактивы: серная концентрированная кислота, кристаллический перманганат калия, этиловый спирт, серная разбавленная кислота, кристаллический хлорид калия и т. д. Лишние реактивы даются затем, чтобы обеспечить учащимся поиск. Все склянки пронумерованы).

4. Какую воду можно замутить своим дыханием?

Номер склянки с реактивом покажет вам номер шкафа, где хранится пятое задание. (Учащимся предоставлены склянки с надписями: «Дистиллированная вода», «Жесткая вода», «Известковая вода»; стаканчик, трубочка для коктейля в единственном экземпляре, чтобы они могли экспериментально доказать свою правоту.)

В действительности никакого пятого задания нет, в шкафу находится торт – приз, который команда честно заработала. Команда «Химики», пройдя свой маршрут, заработает такой же приз. Получив призы, команды собираются в кабинете, где продолжается игра.

для команды «Химики»

«Химики» двигаются по указанному маршруту, решая свои задания. В кабинетах химии, истории, литературы и географии задания для обеих команд совпадают. Задания в кабинете химии сформулированы короче, так как это первый для команды кабинет.

2. Предложите экспериментальные варианты определения полной механической энергии летящей птицы.

3. Определите, в какой колбе находится раствор кислоты, а в какой – раствор щелочи. (Даны две колбы А и Б с растворами кислоты и щелочи, а также сосуды с растворами чая, смородинового компота, цветы герани, пробирки).

4. Почему мякоть разрезанного яблока быстро желтеет, а затем коричневеет?

1. Подберите геометрическую фигуру, соответствующую геометрической форме молекулы аммиака. А теперь представьте, что аммиак проявил свои основные свойства и геометрическая форма частицы изменилась. Как она называется? Подберите соответствующую геометрическую фигуру (учащимся предложены самые разные объемные геометрические фигуры, но среди них должны быть треугольная пирамида с углом при вершине приблизительно 107 градусов и тетраэдр).

2. Определите объем своего тела, используя для этого 3-литровую банку.

3. Расположите два прямоугольных листа бумаги параллельно друг другу на расстоянии 5-6 см и подуйте между ними. Объясните наблюдаемое.

4. Совершить прыжок лучше «перекатом», чем прямо. Почему?

1. Как определить плотность тела неправильной формы, имея для этого динамометр, банку с водой, нитки? Следующее задание вы найдете в парте, на крышке которой указан правильный ответ.

2. Предложите способ оценки массы своего тела без использования весов.

3. Как в условиях невесомости перелить воду из одного сосуда в другой?

4. Определите удельную теплоту растворения поваренной соли, имея в наличии калориметр, поваренную соль, весы с разновесами, воду, колбу и термометр. Пятое задание вы найдете в шкафу лаборантской, на дверце которого указан правильный ответ.

Пройдя свои маршруты, команды собираются в кабинете, где подводится промежуточный итог. К примеру, если по времени выиграла команда «Физики», а по «денежкам» – команда «Химики», то за проигрыш по времени «Химики» отдают «денежки» в соответствии с числом проигранных минут. Команды получают приз – торт. Но для чаепития необходимы чашки, чайные ложки, сахар, которые можно получить на заработанные «денежки». Как правило, «денежек» немного не хватает, поэтому командам предлагается выполнить еще задание: команда «Физики» должна изобразить (инсценировать) изотермический процесс, а команда «Химики» – диссоциацию электролитов в растворе.

В момент завершения чаепития неожиданно для команд объявляется еще один конкурс – все участники приглашаются в морскую школу – зачитывается отрывок из книги Л. Кэрролла «Алиса в стране чудес», в котором Грифон и Морской Деликатес рассказывают, как они учились: «… Когда мы были маленькими, – заговорил Деликатес менее патетическим тоном, – мы ходили в школу в море…» и до конца девятой главы (Кэрролл Л. Приключения Алисы в стране чудес. М.: Детская литература, 1977. С. 120-124).

Команды должны узнать все слова-перевертыши и изобразить, как идет преподавание одного из предметов в морской школе. Пожалуй, это самая веселая часть игры. После этого подводятся окончательные итоги. Команде-победителю вручается конверт с надписью «Первый приз», второй команде – конверт с надписью «Второй приз». Капитаны вскрывают конверты: в первом сообщается, что команде предоставляется почетнейшее право помыть посуду; во втором – что команде предоставляется почетное право привести в порядок кабинет. После веселого обсуждения призов чаепитие продолжается, а затем команды выполняют свои почетные обязанности. Игра окончена.

Ответы на вопросы и задания игры «Марафон знаний»

Для команды «Физики»

1. Первым будет куб, вторым шар, последним будет цилиндр, так как шар и цилиндр потратят часть энергии на вращение, что и уменьшит их скорость.

2. На одну чашу весов, например левую, следует поместить гирю, масса которой заведомо больше массы взвешиваемого тела, а на другую – правую – разновески. С их помощью необходимо добиться как можно более точного равновесия. Затем на правую чашу поместить взвешиваемое тело, а разновески снимать до тех пор, пока равновесие весов не будет восстановлено. Масса снятых гирек будет равна массе тела.

3. Обвязать масштабную линейку нитью. Погрузить линейку в сосуд с маслом, удерживая ее нитью в вертикальном положении. Отметить по шкале глубину погружения линейки в масло Н1. Погрузить линейку в сосуд с водой и, действуя аналогично, определить Н2. Условия плавания линейки в масле и в воде: Mg =1gH1S;

M2g=2gH2S; 1H1=2H2;

4. Показания весов не изменятся, так как во время парения птичка все время должна отбрасывать воздух вниз, чтобы создать подъемную силу, равную средней величине своего веса.

1. 40 км2.

2. Задача на применение уравнения теплового баланса: Qотд. = Qприн.

Lmп+cвmп100 + cлmл100 =

= cлmл20 +mл;

mп = (cлmл20 + mл – cлmл100)/(L+cл100).

3. КПД = Qпол./Qзатр.; Qпол. =

= cm(t2 – t1);

Qзатр. = IUt, или Nt.

4. Необходимо знать, что объемная доля кислорода в воздухе составляет примерно 21 %, следовательно, в комнате необходимо иметь 160 0,21 = 33,6 м3 кислорода, чтобы там можно было дышать. Из одного моля воды можно получить 0,5 моль кислорода (согласно формуле или уравнению реакции), что составит

11,2 л кислорода. Чтобы получить 33,6 м3 кислорода, надо соответственно в 3000 раз больше воды, то есть 3000 моль воды. Молярная масса воды составляет 18 г в одном моле, 3000 моль воды имеют массу 54 000 г, или 54 кг. Зная плотность воды, легко сообразить, что ее объем составит 54 л.

1. В сосуд с жидкостью поместить перевернутый вверх дном мерный сосуд, один конец резиновой трубки взять в рот, а другой опустить в сосуд. Набрать полную грудь воздуха и выдохнуть через трубку в сосуд. Конечно, здесь о погрешностях говорить не приходится – важна сама идея.

2. В справочнике находим массу птицы. Высоту полета оцениваем по высоте деревьев, домов и т.п. Скорость полета птицы можно оценивать, зная расстояние между столбами или деревьями и время прохождения этого расстояния, v = L/t, поэтому Wп = Wр + Wk. Полная энергия птицы Wп = M(gH + 0,5v2).

3. И чай, и смородиновый компот, и ярко окрашенные венчики цветов можно считать биологическими индикаторами. В кислой среде окраска раствора чая становится заметно светлее, в щелочной – темнее. Смородиновый, вишневый компоты в щелочной среде приобретают синюю окраску. Венчики цветов приобретает синюю окраску также в щелочной среде, причем их окраска меняется в разных средах по-разному. Неплохо проверить это конкретно на тех растениях, какие есть у вас в кабинете.

4. Если опустить вареное яйцо в раствор кислоты (подойдет некрепкий раствор соляной кислоты или раствор уксусной кислоты), то скорлупа, состоящая в основном из карбоната кальция, растворится.

1. За счет действия кориолисовой силы.

2. Для предсказания очередной бури можно изготовить жидкостный манометр. Для этого необходимо иметь колбу, пластиковые бутылки, прозрачную (бесцветную) трубку. Перед бурей атмосферное давление понижается, поэтому в той части, которая сообщается с атмосферой, уровень воды будет расти.

3. В качестве минеральной составляющей человеческие кости содержат в основном фосфат кальция Са3(РО4)2, что соответствует минералу фосфориту (фосфоритной муке), а минеральная часть зубной эмали – минералу апатиту, состав которого можно упрощенно представить как

Са3(РО4)2 CaF2.

4. В честь различных стран названы элементы: Ge – германий, Am – америций,

Sc – скандий, Ро – полоний

(в честь Польши), Ru – рутений

(в часть России), Ga – галлий

(в честь Франции), Тm – тулий

(в честь Скандинавии).

1. Примета указана верно. Образование кристалликов снега и льда связано с выделением энергии в окружающую среду. Поэтому при снегопаде большого понижения температуры воздуха быть не может.

2. Автор выражается неточно, так как сила тяжести, с которой Земля притягивает к себе тела, в воде остается прежней. Но в жидкости, кроме того, действует сила Архимеда, которая направлена вертикально вверх. Поэтому и возникает уменьшение веса.

3. Могут быть приведены такие поговорки и пословицы: слово – серебро, молчание – золото; не все то золото, что блестит и др.

4. Речь идет о реакции горения серы: S + О2 = SO2. Полученный ядовитый сернистый газ является одной из причин кислотных дождей.

1. Если считать, что восковая фигура без пустот, то Мв = вV. Объем можно оценить следующим образом: налить в ванну воду, отметить ее начальный уровень. Затем погрузить в нее исследуемое тело и отметить конечный уровень воды. Затем, убрав тело, с помощью трехлитровой или другой банки доливаем воду в ванну до конечного уровня. Объем тела равен V = NV0, где V0 = 3 л (точность, естественно, невелика). Знаем, что если размеры тела увеличиваются в 1,2 раза, объем увеличится в 1,23 раза. Тогда массу воска, которая понадобится, можно определить по формуле М = 1,23Mв.

2. Название источника произошло от слова «марц» – «марс». Когда-то знак этой планеты использовали как символ железа. Действующий элемент воды источника «Марциальные воды» – железо.

3. В честь древних героев и богов названы элементы: V – ванадий, в честь скандинавской богини Ванадис; Ti – титан, в честь титанов – могучих сыновей Урана и Геи; Nb – в честь Ниобы, дочери Тантала; Рm – прометий, в честь легендарного Прометея; Та – тантал, в честь героя греческой мифологии Тантала, Тm – торий, в честь дневнескандинавского божества Тора.

4. Весы, подаренные Д.И. Менделееву, были изготовлены из двух металлов – золота и алюминия, в XIX веке алюминий был дороже золота.

1. Нашатырный спирт. 10-процентный раствор аммиака в воде носит название нашатырного спирта и к органическим веществам – спиртам – никакого отношения не имеет.

2. Жидкие жиры – растительные масла – содержат остатки непредельных карбоновых кислот. Как и другие реакции, реакции окисления и присоединения по двойным связям протекают значительно быстрее при повышенной температуре (при жарении), а вот продукты, получающиеся при этом, опасны для здоровья человека.

3. Зажечь свечу можно следующим образом: несколько кристаллов КМnО4 смочить концентрированной серной кислотой, полученную массу нанести с помощью стеклянной палочки на фитиль свечи. Если фитиль свечи при этом не загорится, аккуратно с помощью пипетки капнуть на него одну капельку спирта. (Работать аккуратно!)

4. Своим дыханием можно замутить известковую воду, так как в результате взаимодействия гидроксида кальция и углекислого газа образуется осадок карбоната кальция.

Для команды «Химики»

1. В мякоти яблока содержится двухвалентное железо. Соединения двухвалентного железа, как правило, слабо окрашены, имеют бледно-желтую или бледно-зеленую окраску, поэтому не видны на свежем срезе яблока. В результате окисления кислородом воздуха соединения двухвалентного железа превращаются в соединения трехвалентного, а те, как правило, имеют коричневую окраску, что и становится заметно через некоторое время.

1. Молекула аммиака имеет форму треугольной пирамиды, в основании которой находятся три атома водорода, а на вершине – атом азота. Проявляя основные свойства, молекула аммиака присоединяет протон, превращаясь в ион аммония, геометрическая форма которого – правильная треугольная пирамида, тетраэдр, в геометрическом центре которого находится атом азота, а на вершинах – атомы водорода.

2. Объем можно оценить следующим образом: налить в ванну воды, отметить ее начальный уровень, погрузить туда исследуемое тело и отметить конечный уровень воды. Затем, убрав тело, трехлитровой или другой банкой долить воду до конечного уровня. Объем тела

V = NV0, где V0 = 3 л (точность подсчета, естественно, невелика).

3. Между листами уменьшается давление по сравнению с давлением вне листов, поэтому они соприкасаются.

4. В прыжке «перекатом» спортсмен не так высоко поднимает тело над планкой, как в прыжке «прямо», поэтому совершает меньшую работу.

1. Плотность тела вычисляется по формуле =m/V, масса тела m = Рвозд./g, где Рвозд. – вес тела в воздухе, который определяется с помощью динамометра. Объем тела можно рассчитать, найдя с помощью динамометра архимедову силу Fа = Рвозд. – Рводы и зная, что Fа = воды g V, отсюда V = (Рвозд. – Рводы)/воды g. Окончательно получим: тела= Рвозд.воды (Рвозд. – Рводы).

2. Если V1 и V2 – объемы воды в ванне соответственно без человека и с человеком, то М = b(V2 – V1). Примерный объем тела можно определить следующим образом: налить в ванну воду и отметить ее начальный уровень, погрузить исследуемое тело, отметить конечный уровень воды. Затем, убрав тело, трехлитровой или другой банкой долить воду в ванну до конечного уровня. Объем тела V= NV0, где V0 = 3 л (точность подсчета, естественно, невелика).

3. При помощи давления воздуха или другого газа из закрытого сосуда по шлангу в другой закрытый сосуд.

4. Используется уравнение теплового баланса. Поваренная соль плавится за счет воды, поэтому справедливо свmв(t2 – t1) = mсоли, отсюда = cвmв (t2 – t1)/mсоли.

Александр Кистанов, учитель физики СШ № 60 г. Пензы, учитель года Пензенской области-2004