Дьоміна І. О., Задоянний В. А. Формування наукового світогляду учнів у процесі засвоєння факультативного курсу “Світ через призму науки”

Очікувані результати навчальної діяльності

Наука – ключ до майбутнього

Науковий метод. Методи наукових досліджень. Мова науки. Сучасна наука. Поняття псевдонауки, її ознаки та критерії.

Авторське право та плагіат. Істинні джерела інформації. Наукові видання світового рівня. Українські наукові та науково-популярні видання. Як працювати в просторі мережі Інтернет.

Наука та майбутнє.

Види робіт:

1. Опорний конспект "Методи наукових досліджень".

2. Есе: "Наука – ключ до майбутнього", "Перспективи української науки".

3. Практичні роботи: "Порівняльна характеристика науки та псевдонауки", "Розробка інструкції щодо пошуку необхідної інформації в мережі Інтернет".

4. Групові навчальні проекти: "Наукові видання світового рівня", "Українські наукові та науково-популярні видання" (Наприклад, журнал "Куншт", сайт Моя наука, канал на Youtube "Цікава наука").

Навчальні проекти можуть включати різноманітні продукти: електронні презентації, власноруч створені відео, постери, рецензії, написані науково-популярні статті та інше

Знаннєвий компонент:

знає та розуміє відмінності науки від псевдонауки, сутність понять "авторське право", "плагіат", значення використання істинних джерел інформації в українському та світовому науковому співтоваристві;

визначає ознаки псевдонауки у прочитаному тексті, відео- чи інших матеріалах;

пояснює, за якими критеріями опрацьований матеріал належить до наукового або псевдонаукового.

Діяльнісний компонент:

уміє знаходити необхідну інформацію в науковій літературі, користуватися науковими сервісами в мережі Інтернет; опрацьовує наукові публікації з українських та міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed і т.д.);

пише есе на основі власних поглядів на питання науки та псевдонауки;

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

висловлює судження про науку, псевдонауку, плагіат в Україні та світі;

робить висновки щодо перспектив розвитку науки в Україні та світі

Частинки

Чотири типи взаємодій у природі.

Інфляційна модель розміру Всесвіту – від квантової струни (10−35 м) через людину (1,8 м) до видимого Всесвіту (3,56×1080 м³).

Рівні організації живої та неживої природи. Хімічні елементи як види атомів. Радіоактивні ізотопи. Звідки ми знаємо про частинки: сучасні методи вивчення частинок. Великий адронний колайдер (ВАК). Атомна бомба.  "Ядерна зима". Природна радіоактивність.

Вплив радіоактивних ізотопів на живі організми.

Наслідки впливу фізичних, хімічних і біологічних мутагенів.

Внесок українських учених у ядерну фізику та радіобіологію.

Екологічні проблеми України та світу після Чорнобильської аварії. Аварія на Першій Фукусімській АЕС.

Види робіт:

1. Кейси:  "Чорнобиль: науковий погляд",  "Новий саркофаг на ЧАЕС: передумови та переваги",  "Дослідження змін екологічного стану довкілля України та світу після Чорнобильської аварії".

2. Індивідуальні та групові навчальні проекти:  "Зірки як фабрики елементів",  "Атомна бомба та термоядерний реактор",  "Ядерна зима",  "Українські вчені в авангарді науки: ядерна фізика та радіобіологія"

Знаннєвий компонент:

називає 4 типи взаємодій у природі, прийнятих світовим науковим співтовариством, рівні організації живої природи;

наводить приклади радіоактивних ізотопів, сучасних методів вивчення частинок;

характеризує сучасну модель розміру Всесвіту, рівні організації живої та неживої природи;

пояснює вплив фізичних, хімічних і біологічних мутагенів.

Діяльнісний компонент:

створює загальні опорні конспекти, рецензії на наукові відео;

описує взаємозв’язки в живій і неживій природі, принцип функціонування та значення для світової науки Великого адронного колайдера, принцип дії атомної бомби, явище  "ядерної зими";

досліджує сучасні методи вивчення частинок в Україні та світі, причини виникнення мутацій у природі та сучасні технології редагування генів (CRISPR), зміни екологічного стану України від Чорнобильської аварії до сьогодення, зірки як фабрики елементів;

аналізує та порівнює відсотковий вміст хімічних елементів у літосфері, гідросфері, атмосфері й гідросфері;

застосовує здобуті теоретичні знання про радіоактивність та вплив мутагенних факторів під час вирішення кейс-завдань (case-study) на прикладі Чорнобильської аварії, виконання індивідуальних і групових проектів;

опрацьовує наукові публікації з українських та міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed, PubChem і т.д.);

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

обґрунтовує значення дослідження частинок науковцями;

оцінює масштаб екологічної катастрофи після аварії на ЧАЕС, наслідки впливу атомної бомби на основі прикладів її застосування в історії людства;

робить висновки щодо перспектив покращення екологічної ситуації в Україні та розвитку технологій корекції змін у геномі

Хвилі

Хвилі. Рух по колу, маятник та вібрації. Спектр електромагнітного випромінювання. Класифікація хвиль. Звук. Залежність швидкості звуку від середовища та від температури. Світло. Колір. Червоний стоп-сигнал. Світлофор. Ефект Доплера.

Сенсорні системи в різних видів організмів. Дальтонізм.

Ультразвуковий метод діагностики людського організму. Рентген.

Абсолютно чорне тіло, абсолютно біле тіло. Залежність процесу фотосинтезу в рослин від спектра світла.

УФ-ліхтар та сонцезахисні окуляри.

Радіо. Wi-Fi, WiMax, 3G, 4G, 5G-технології передачі даних, стільниковий та супутниковий зв’язок. Радіотелескоп.

Гравітаційні хвилі.

Внесок українських учених.

Ідея доступу до мережі Інтернет у всьому світі.

Види робіт:

1. Практичні роботи:  "Дослідження процесу фотосинтезу рослин за наявності різних світлових фільтрів", "УФ-фільтри у сонцезахисних окулярах", "Як працює Palaroid", "Танцюючі зернятка або як побачити звук".

2. ндивідуальні та групові навчальні проекти: "Чи побачить бджола (змія)…?",  "Чому стільниковий зв’язок називають  "стільниковим? " "Що ми знаємо про безпілотник Aquila у важкодоступних місцях від Facebook"

Знаннєвий компонент:

називає основні параметри хвилі: довжину, частоту, амплітуду та період;

наводить приклади явищ інтерференції, дифракції, поляризації; використання хвиль у повсякденному житті;

характеризує енергію випромінювання залежно від його знаходження в спектрі електромагнітних хвиль;

пояснює взаємозв'язок між частотою та довжиною хвилі.

Діяльнісний компонент:

створює загальні опорні конспекти, рецензії на наукові відео;

описує явища світла, звуку та радіо, користуючись характеристиками хвиль;

визначає фазу та  тип хвилі;

досліджує інтенсивність світлового потоку від поляризації, зв'язок між кольорами, що випромінюються і сприймаються оком;

аналізує та порівнює різні технології виготовлення сонцезахисних окулярів, мобільний Інтернет різних поколінь технологій;

застосовує одержані знання у виборі побутових приладів та елементів одягу;

опрацьовує наукові публікації з українських і міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed і т.д.);

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

обґрунтовує необхідність вільного доступу до інформації через мережу бездротового зв'язку;

оцінює важливість високошвидкісного Інтернету для сталого розвитку та епохи Internet of things;

робить висновки щодо впливу техно­логій зв'язку на норми суспільної поведінки

Речовини

Загальна характеристика речовин (природні, штучні, синтетичні). Фізичні та хімічні властивості речовин. Аерогель, графен. 3D-принтери – "принцип нашарування проти принципу обробки"; полімерні, металічні, керамічні. Добування речовин з живої та неживої природи. Номенклатура IUPAC. Біореактор та мікробіологічний синтез.

Фізичні методи дослідження речовин (ЯМР, ІЧ-, УФ-спектроскопія).

Відкриття радіоактивних елементів, Уран, Радій, Актиній, Полоній. Використання Полонію як джерела теплової енергії для супутників і місяцеходів.

С14 – радіовуглецеве датування археологічних, палеологічних та геологічних знахідок.

Хроматографія. Природні фарби. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) у медичній діагностиці, тестах на батьківство, криміналістиці, персоналізованій медицині та інших сферах життя людини.

Магнітно-резонансна томографія (МРТ).

Внесок українських учених у розробку методів створення та дослідження речовин.

Молекулярна кухня.

Екологічні наслідки виробництва речовин в Україні та світі.

Види робіт:

1. Кейси:  "Алмаз, графіт, графен та нанотрубки",  "Полімеразна ланцюгова реакція",  "Магнітно-резонансна томографія".

2. Індивідуальні та групові проекти:  "Нейлон" (компанія DuPont)",  "Історія відкриття каучука", "Історія відкриття гуми", "Історія про фарбник індиго: міф чи правда?",  "Молекулярна кухня",  "Українські вчені в авангарді науки: біохімія, органічна хімія".

3. Практичні роботи:  "Порівняння властивостей природних і штучних тканин",  "Основні світові центри добування корисних копалин",  "Основні центри добування корисних копалин в Україні", "Основні світові центри створення штучних та синтетичних речовин", "Основні центри створення штучних і синтетичних речовин в Україні".

4. Лабораторні роботи:  "Хроматографія рослинних пігментів",  "Виділення ДНК з овочів та фруктів", "Біуретова реакція",  "Якісні реакції на катіони та аніони"

Знаннєвий компонент:

називає основні фізичні та хімічні властивості речовин, методи дослідження речовин;

наводить приклади природних, штучних і синтетичних речовин;

характеризує природні та штучні фарби, хроматографічний метод дослідження властивостей речовин;

пояснює принципи методів ЯМР, спектроскопії та інших.

Діяльнісний компонент:

створює загальні опорні конспекти, рецензії на наукові відео;

описує значення використання полімеразної ланцюгової реакції в медичній діагностиці, тестах на батьківство, криміналістиці, персоналізованій медицині та інших сферах життя людини;

досліджує основні принципи молекулярної кухні, екологічні наслідки виробництва речовин в Україні та світі, мікробіологічний синтез в Україні, рівень розвитку фармакології в Україні та світі;

аналізує та порівнює технології виробництва речовин на території України та у світі;

застосовує теоретичні знання під час вирішення завдань у кейсах та проектних роботах, практичних і лабораторних роботах;

опрацьовує наукові публікації з українських і міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed і т.д.);

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

обґрунтовує доцільність виробництва штучних та синтетичних речовин, пошуку нових речовин та їх застосування у промисловості й повсякденному житті;

оцінює значення застосування полімеразно-ланцюгової реакції та магнітно-резонансної томографії в діагностиці стану здоров’я людини;

робить висновки про рівень розвитку виробництва різноманітних речовин на території України та перспективи в майбутньому

Клітина

Клітина – структурно-функціональна одиниця живого як унікальна фабрика.

Фізико-хімічні основи обміну речовин у живому організмі та транспорту речовин у клітини. Ферменти. Як працюють ліки. Основні центри виробництва ліків в Україні. Перспективи фармакології в Україні.

Міжнародні організації контролю якості ліків (FDA та інші).

Внесок українських учених у розвиток вітчизняної та світової фармакології.

Старіння. Стовбурові клітини. Клонування та генна інженерія. Генна терапія. Проект  "Геном людини".

Методи перероблення біомаси. Вирішення проблем сміття органічного походження.

Види робіт:

1. Кейси:  "Транспорт речовин у клітину",  "Лікування генетичних хвороб за допомогою генної терапії".

2. Індивідуальні та групові проекти: "Теорії старіння",  "Перспективи застосування стовбурових клітин у науці та медицині",  "Клонування".

3. Практичні роботи:  "Схожості та відмінності: клітина та  "Черкаський азот" (або будь-який промисловий завод)", "Противірусні та протимікробні препарати",  "Принцип  "ключ-замок"

Знаннєвий компонент:

називає основні компоненти клітини та їх функції, фізико-хімічні процеси, що лежать в основі обміну речовин у живому організмі та транспорті речовин у клітини;

наводить приклади біохімічних і біофізичних процесів, що відбуваються в живому організмі під час потрапляння ліків;

характеризує клітину як фабрику, у якій існує чіткий функціональний розподіл, ферменти як каталізатори життєво важливих процесів;

пояснює процеси старіння з точки зору сучасної науки.

Діяльнісний компонент:

створює загальні опорні конспекти, рецензії на наукові відео;

описує основні центри виробництва ліків в Україні, перспективи вітчизняної фармакології;

досліджує сутність та значення використання стовбурових клітин, клонування, генної інженерії та генної терапії.

аналізує та порівнює внесок українських учених у розвиток вітчизняної та світової фармакології;

застосовує теоретичні знання для пояснення процесів і явищ під час виконання завдань із кейсів та індивідуальних/групових проектів;

опрацьовує наукові публікації з українських та міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed і т.д.);

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

обґрунтовує комплексне застосування фізичних та хімічних методів у дослідженні клітин живих організмів;

оцінює перспективи розвитку фармакології в Україні та світі, наслідки використання клонування та генної інженерії;

робить висновки про зміну генів як можливість продовження життя

Енергія та енергетика. Харчування

Електромагнітне поле.

Змінний та постійний електричний струм.

Електрогенератор та електродвигун.

ГЕС, ТЕС, АЕС.

Державне підприємство  "Національна атомна енергогенеруюча компанія (НАЕК) "Енергоатом" – оператор усіх діючих атомних електростанцій України.

Альтернативні джерела енергії ("річка та відра"). Вітрогенератор, сонячні батареї та інші. Біотопливо.

Пасивні будинки (0-енергії або +енергія), тепловий насос, фреони. Досягнення українських учених у галузі енергетики. Hyperloop – проект вакуумного потяга.

Калорії та кілоджоулі. Білки, ліпіди, вуглеводи та вітаміни. Теплообмін та терморегуляція.

Раціональне харчування.

Біологічно активні добавки (БАД).

Хеморецептори та підсилювачі смаку.

Консерванти.

Емульгатори (Е-…).

Види робіт:

1. Кейси:  "Едісон vs. Тесла",  "Waterhouse vs. General Electric",  "Дамба Гувера", "Рослинний акумулятор" (Проект Starry Sky від компанії Plant-e)",  "Харчування різних народів світу", "Емульгатори та консерванти", "Біологічно активні добавки".

2. Індивідуальні та групові проекти:  "Створення макету власного екобудинку", "Як працюють сонячні батареї? Чи можна передавати енергію за допомогою дірок? ".

3. Практичні роботи:  "Екобудинки в різних країнах світу",  "Складання власного  "ідеального" меню",  "Аналіз продуктів харчування за етикетками"

Знаннєвий компонент:

називає величини, у яких вимірюється енергія та потужність, характеристики струму та електричного кола, джерела електричного струму, основні принципи раціонального харчування, джерела енергії для організму людини;

наводить приклади приладів, що працюють на змінному струмі, та приладів, яким потрібен тільки постійний струм, а також білків, ліпідів, вуглеводів та вітамінів, консервантів та емульгаторів;

характеризує енергетичні потреби та характеристики струму, що використовує конкретний прилад, теплообмін і терморегуляцію з точки зору фізики та хімії на прикладі об’єктів неживої та живої природи;

пояснює, як працюють електростанції різного типу, сутність понять "кілоджоулі", "калорії", як впливають підсилювачі смаку на хеморецептори.

Діяльнісний компонент:

створює загальні опорні конспекти, рецензії на наукові відео; власне меню за основними принципами раціонального харчування;

описує сучасні альтернативні джерела енергії, види біотоплива;

досліджує потужність гальванічних елементів різного типу, відмінності послідовного та паралельного з’єднання елементів електричного кола;

аналізує та порівнює позитиви й негативи застосування змінного струму в нашій сучасній електромережі;

застосовує одержані знання у виборі побутових приладів, гальванічних елементів (батарейок) та акумуляторів;

опрацьовує наукові публікації з українських і міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed і т.д.);

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

обґрунтовує важливість переходу до використання відновних джерел енергії;

оцінює позитиви й негативи кожної з технологій виробництва енергії в контексті впливу на людину й довколишнє середовище;

робить висновки про можливість переходу до планетарної цивілізації з точки зору енергетики

Космос

 "Життя на дні гравітаційного колодязя". Вплив гравітації на живі організми. Умови виникнення життя. Світові роки. Парсек. Галактика. Фізичний вакуум. Теорія Великого Вибуху. Кінечний-безкінечний Всесвіт. Екзопланети.

Штучні супутники Землі. Гіроскоп і системи навігації.

Міжпланетні подорожі. Чорні діри, "кротові нори", Горизонт подій, Міст Енштейна-Розена, ефект Хокинга. NASA.

Voyager-1 та Voyager-2. Провідники, надпровідники.

Їжа космонавтів.

Можливість життя на Марсі та колонізіція інших планет.

Фактори, що заважають реалізації міжпланетних подорожей людиною.

Falcon, Blue Origin, Virgin Galactic.

Екзопланети і можливість життя за межами Сонячної системи.

Види робіт:

1. Кейси: "Voyager-1 та Voyager-2","Компанія SpaceXта апарат Falcon".

2. Індивідуальні та групові проекти: "Їжа космонавтів", "Екзопланети і можливість життя за межами Сонячної системи", "Топ 100 фотографій Хаббла".

3. Практична робота "Визначення сталої вільного падіння в навчальному класі"

Знаннєвий компонент:

називає швидкість світла і гравітаційну сталу, за що відповідають перша, друга та третя космічні швидкості;

наводить приклади відстаней, що вимірюються у світових роках і парсеках;

характеризує зірку за її температурою, класом світності, кольором, яскравістю, масою та радіусом, спектром за Н; планету за положенням відносно зірки, орбітою, періодом обертання, масою, поверхнею та атмосферою;

пояснює вплив гравітації на розвиток людського тіла.

Діяльнісний компонент:

створює загальні опорні конспекти, рецензії на наукові відео;

описує характеристики екзопланети, які свідчать про можливість існування життя, подібного до земного;

досліджує Землю за допомогою фотографій Міжнародної космічної станції NASA, Всесвіт, світлин телескопу Хаббл;

аналізує та порівнює характеристики різних зірок і планет;

застосовує одержані астрономічні знання для орієнтації за сторонами світу та визначення приблизного часового проміжку;

опрацьовує наукові публікації з українських і міжнародних наукових сайтів (Моя наука, PubMed і т.д.);

створює власні статті на основі аналізу наукової інформації з наукових порталів українського та світового наукового співтовариства.

Ціннісний компонент:

обґрунтовує важливість освоєння інших планет для виживання людства в цілому;

оцінює ризики, пов'язані зі знаходженням за межами захисту магнітного поля Землі та її атмосфери;

робить висновки про можливість існування позаземних форм життя та цивілізацій у Всесвіті, розуміє складність проблеми контакту