Методы поиска и исследований в преподавании физики
Научитьучащегося всему, что понадобитсяв жизни , невозможно, но можно и нужнонаучить егосамостоятельнодобывать знания, научить уметьих применятьна практике, работать скнигой.
Известно,что знанияпостояннодолжны пополняться, что на урокене только передатьих , но и сформироватьумение и потребностьучиться , черпатьсведения изразнообразнойлитературы, в первую очередь, из учебника.
Первое, что необходимосделать , чтобыподнять эффективность, результативностьурока , я считаю, нужно увеличитьудельный вессамостоятельнойработы учащихся.
Несекрет же, насообщение-объяснениенового материала,на устные опросыиногда тратимслишком многовремени. В итогемало времениостается насамостоятельнуюработу, а работас ученикомпереноситсяна дом.
Второе,важным условиемдля повышенияэффективностиработы являетсярасширениетематическогодиапазонакаждого занятия.Не всегда оправданодробление темыи изучение еепо частям наотдельныхуроках .
Считаюошибочным то,что мы хотимполучить отсвоей работысиюминутныйрезультат :т.е. дал сегодняурок, объяснилновый материал,а на следующееутро уже проводимопрос. А учащиесяеще ничего неуспели освоить,для этого нужноне только время,но и соответствующаяработа каждого, которой ещене было.
А опытпоказывает,что оправдываетсебя проведениеуроков в системес многократнойпроработкойучащимися всейтемы на несколькихзанятиях. Учебныетемы нужнодавать крупнымиблоками.
Первоначальноеознакомлениепроисходитна первом уроке.На всех последующихтема опятьрассматривается в целом, но отзанятия к занятиювсе более углубленно.В результатеучащиеся многократновозвращаютсяк изученному материалу,однако каждыйраз приходятк нему по-новомуи глубже. Этопозволяет :
1 Воспринятьединую картинуизучаемыхявлений.
2 Как следуетпонять, усвоитьи закрепить.
3. Осознатьсвязи междуявлениями прианализе материалас разных точекзрения.
Варианттакой системыпреподавания:
1 этап: Напервом занятиипо теме объясняюее содержаниев целом. Урокпровожу в формелекции. Особоевнимание уделяюразъяснениюосновного,главного.
2 этап: В следза лекциямипровожу семинарскиезанятия, числокоторых зависитот сложностии объема изучаемойтемы. На этихуроках учащиесясамостоятельно,пользуясьучебником,справочникомизучают материал,выполняютупражнения.
3 этап:Практикум –это урокиформированияумений и навыков,на которыхученики учатсяпроводитьнаблюдения,опыты, делатьвыводы. Здесьвыполняютсялабораторныеработы и другиепрактическиеработы.
4 этап:Решение задачпо теме с цельюуглубленияи развитиязнаний.
5 этап:Зачет, здесьпроверяетсяусвоение учебногоматериала.
6 этап:Завершающийурок – урокинтересныхсообщений –рассматриваетсяпрактическоеприменениеизученногоматериала.
Эту методикуработы можнопоказать напримере любойтемы программы.
Например:атом и атомноеядро.
Основныезнания, которымидолжен овладетьучащийся:
Понятие:атомное ядро,ядерная модельатома, ядерныесилы, ядерныереакции, энергиясвязи ядраатома, радиоактивныйраспад, цепныереакции, термоядерныереакции, элементарныечастицы
ПостулатыБора
Законрадиоактивногораспада
Практическиеприменения:устройств ипринципа работыядерного реактора
-
Основныеумения и навыки
Определятьпродукты ядернойреакции наоснове Законовсохраненияэлектрическогозаряда и массовогочисла
Рассчитатьэнергетическийвыход ядерныхреакций
Определятьзнак зарядаили направлениядвиженияэлементарныхчастиц по трекамна фотографиях
Применятьзнания прирешениях задач
Целивоспитания
Проиллюстрироватьпринцип материальностимира и показатьбесконечностьпроцесса познания,показать границыприменяемоститеории и подчеркнутьидею относительностизнаний
Содействоватьвоспитаниюпатриотическихчувств в ходезнакомства с работамиученых (Иваненко,Курчатов, Кельдыш,Ландау, Арсимович,Багов, Прохорови многих других)
Познакомитьс ролью атомнойфизики в Научно– техническомпрогрессе,способствоватьэкологическомупросвещению
Блок1
Урок1 Лекция«Модель атомаРезерфорда– Бора. Испусканиеи поглощениесвета атомами.Спектры лазер»
Урок2 Семинарскоезанятие: Модельатома. ПостулатыБора
Урок3 Спектрыиспусканияи поглощения. Происхождениелинейчатыхспектров
Урок4 Практикум.(Просмотр фрагментов,п/р наблюдениеспектров)
Урок5 Решениезадач.
Урок6 Зачет
Модельатома Резерфорд– Бора
Спектрыиспусканияи поглощения.Происхождениелинейчатыхспектров
Блок2
Лекция.Протонно –нейтроннаямодель ядраатома. Ядерныесилы энергетическийвыход ядерныхреакций
Семинарскоезанятие: Строениеядра атома,изотопы, энергиясвязи ядраатома
Решениезадач
Зачетпо теме: Строениеядра, изотопы,энергия связиядра.
Блок3
Лекция:Радиоактивность.Свойстварадиоактивныхизлучений.Радиоактивныепревращения.Законы радиоактивногораспада.
Семинарскоезанятие: Радиоактивность,излучение иих свойства
Экспериментальныеметоды регистрациизаряженныхчастиц
Практикум.Опыты, наблюдения.Устройствои действиеприборов
Зачет.
Радиоактивность.
Методырегистрациизаряженныхчастиц
Блок4
Лекция:Деление ядраурана. Цепнаяреакция. Ядерныйреактор. Термоядерныереакции.
Семинарскоезанятие: Цепнаяреакция. Термоядерныереакции. Успехи,перспективы.Экологическиеи нравственныепроблемы развитияэнергетики.
Решениезадач
Зачет:Цепная реакция.Термоядернаяреакция. Проблемыразвития ядернойэнергетики.
Блок5
Лекции:«Элементарныечастицы и ихсвойства»
Подготовкаи контрольнаяработа. Повторение
Контрольнаяработа
Урокинтересныхсообщений
Лазери его применение.Роль советскихученых в созданииквантовыхгенераторов
Радиоактивныеизотопы и ихиспользование
Рассмотримболее подробнокаждый типурока:
Лекция– Это развернутоеизложениематериала
Цель –общий обзортемы: основныхявлений, законов,теорий.
На этомуроке дваждыобъясняю материал;сначало краткоознакомлю сглавным и планомлекции , затем– подробно.Привлекаювнимание кучебнику, даюобщую ориентировку,связываю новоес ранее изученным.При первоначальномобъясненииученики толькослушают, благодаряэтому они нерассеиваютвнимание наведение записи,не теряют логическуюнить.
На вторуючасть урокауходит 40 минут.В конце урокая еще раз повторяюсодержание(8 – 9 минут)
Планлекции по блокуномер три:
Открытиерадиоактивности,состав радиоактивногоизлучения, егосвойства.Биологическоедействие излучений(параграф 89, 90,104 учебника)
Радиоактивноепревращение( параграф 91)
Законрадиоактивногораспада. Периодполураспада,физическийсмысл закона(параграф 92)
Принципрешения задач(№ 1257, 1255, из Рымкеевича)
Домашнеезадание (параграф91, 104, - составитьплан ответана вопрос №3на странице№253, дать ответписьменно).
Семинарскиезанятия.
(Семинар,как следуетиз толковогословаря – групповоепрактическоезанятие подруководствомпреподавателя.)
Вселюди разные.Ученики такжеимеют разныеинтересы,наклонности,у них разныеспособности,разные психофизиологическиеособенности.
Поэтому,если учить всехдо одного уровнювладения предметом,потребуетсяразное время,если же заниматьсясо всеми однои тоже время,получим разныезнания.
Значит,учить на урокевсех одинаковоневерно, оноприносит вред.
Равныедля всех требованияподавляютслабых, и обкрадываютсильных, лишаетих пищи дляума.
Надопомнить: однислабы в одном,другие в другом,так что равныетребованиядля всех недают каждомуоптимальныхвозможностейразвития в том,к чему они наиболееспособны.
Поэтомуи возникаютнеобходимостьучебный материали изучать егона трех уровнях:
Обязательныйдля всех минимум,доступный длявсех
Дополнительныйматериалпредназначенслабым толькодля ознакомления,а сильным иинтересующемсяпредметом –для овладения
Материалтолько длясильных изучаетсяиндивидуальнотолько с ними
Семинарбазируетсяна материалелекции и дифереинцируетсядвумя заданиямиразной системысложности. Выполнениепервого заданиянаправленона полное владениефактическимматериалом,оно поднимаетученика науровень осознанноготворческогоприменениязнаний.
Выполниввторое заданиеученики научатсявоспроизводитьизученныйматериал. Сзаданием должнасправитьсявсе.
Заданиядаются на доске,учащиеся добровольновыбирают.
Затемучащиеся начинаютчитать учебник,затем в тетрадях,советоватьсядруг с другом,консультироватьсяу преподавателя.В конце урока15 минут отводитьсяна самостоятельнуюработу (частьучащихся проверяютустно – тихийопрос, частьзаписываютсвои ответы).
Насеминаре работаютвсе.
Направленныйсеминар по теме«Модель атомаРезерфорда– Бора»
Прочитатьпараграф 83, 84 изучебника, подготовитьответ по плану.
IВопрос
Модельатома Томсана
ОпытРезерфорда
Планетарнаямодель атомапо Резерфорду
Противоречияпланетарноймодели
ПостулатыБора
Модельатома Резерфорда– Бора и еетрудности
IIВопрос
Планетарнаямодель атома
Противоречияэтой модели
ПостулатыБора
Модельатома Резерфорд– Бора
2. Защититесвой ответ повопросу «Модельатома Резерфорда– Бора»
3. Проверочнаяработа
I
Почемуэлектроны немогут изменитьтраекториюальфа частиц?
На основаниикаких опытныхданных Резерфордуудалось сделатьвывод о наличииядра атома?
Чтопредставляетсобой модельатома по Резерфорду– Бору?
II
Расскажитео планетарноймодели атома
Назовитепротиворечияэтой модели
Расскажитео строенииатома по Резерфорду– Бору
Зачетпо теме: он состоитиз двух частей
Обучающаячасть (до 10 минут)в ходе этойчасти разбираютипичные ошибкии недостаткипо итогампроверочнойработы на семинаре
Контролирующаячасть (до 35 минут)ученики сдаютзачет или выполняютконтрольнуюработу
Организациязачетногоурока:
Поитогам семинараназначаютсяассистентыпреподавателя– это учащиесяполучившиеоценки (отлично,хорошо) остальныхучащихся разбиваюна время почетыре человекапо группам.Каждая группасдает зачетассистентам,они проверяютзнания, оченькратко конспектируютответы и выставляютоценки.
Я спрашиваюхорошо успевающихв том числеассистентовпроверяю дляобъективностиответы некоторыхучащихся.
Сдавзачет, учениквыполняетзадание наповторение.
В концеурока ассистентсдает итогипринятых зачетов,оценки выставляютсяв журнал.
Иногдапредлагаюсамооценку:учащимся самимвыставить себеоценку, некоторымучащимся предлагаюзащитить этуоценку.
Выставленныеоценки объективны,иногда ученикиоценивают болеестрого чемпреподаватель.
Урокиинтересныхсообщений.
Моисоветы учащимсяпрочитать туили иную научно– популярнуюлитературупо физике невсегда выполнялись,и много интересныхкниг, статейпо предметуоставалисьне прочитанными.
Нашелвыход: проводитьспециальныеуроки посвященныевнеурочномучтению, а назватьих уроки интересныхсообщений.
Рассматриваемтолько факты,о практическойзначимостиизучаемогоматериала.
В течениигода в группепровожу три– четыре такихурока.
Планируювыступлениетрех – четырехучащихся занесколько днейдо урока проверяюготовностьученика, даюсовет.
Направленныйплан такогоурока по теме«Атом и атомноеядро»
Действительность,превосходящаяфантазию (оквантовыхгенераторахи усилителях)
Ядернаяфизика и медицина:радиостанцияв желудке,радиорепортажиз тонкой кишки,измерение спомощью изотопов,скорость иобъем кровотока,путешествиерадиоактивногокода, радиодиагностикарака, телепередачаиз печени идр.
Любопытныеэффекты и остроумныерешения: радиоактивностьчеловека,радиоактивныйсыр, восстановлениепропавшихизображенийна фотографиях,автографыневидимок.
Методыпоиска и исследованийв преподаваниифизики
Введение
От мифовк простым фактам.
Потребностьв познании мирав начале привелак попыткамобъяснить мирсразу в целом,немедленнополучить ответына всеобъелющиевопросы: откудавзялась вселенная?В чем сущностьжизни? Какиепринципы управляютвсеми событиямив мире? и т.п.
Однакодать сколько– нибудь обоснованныеответы на этивопросы оказалосьтрудно, поэтомуначали придумыватьразнообразныемифы, появиласьрелигия. Лишьпримерно 500 летназад человечествовступило напуть научногопознания, напуть детальногоэкспериментальногоизучения природы.
Это былозарождениенауки в тойформе, как мыее знаем сегодня.
Развитиенауки в современномпониманииначалось стого, что вместопопытки получитьнемедленноответы на глобальныевопросы, началиинтересоватьсяпростыми, напервый взгляднезначительнымифактами.
Вместотого, чтобызадавать общиевопросы и получитьчастные ответы,ученые началиставить передсобой частныевопросы и находитьобщие ответы.В процессепознания законовприроды отчетливопроявиласьи продолжаетпроявлятьсясправедливостьмысли английскогофилософа Бэконао возможностинахожденияобщих законовв результатеисследованиячастных фактов,установленныхточными экспериментами.
Особенностифизическогометода исследования.
Цельфизики: физиказанимаетсяизучениемконкретныхявлений, протекающихв природе, еецель отыскатьнаиболее общиезаконы, и объяснитьконкретныепроцессы действияэтих общихфундаментальныхзаконов.
Наиболееглубокое объяснениепроцессовудается датьна основеопределенныхпредставленийо строениивещества, выявлениестроения веществатакже составляетзадачу физики.Фундаментальныхфизическихтеорий сравнительнонемного (к ихчислу относятся,например,классическаямеханика Ньютона,термодинамика,квантоваямеханика), нокаждая из нихохватываетгромаднуюсовокупностьявлений, многочастных законов.
Экспериментальныйхарактер физики.
Целифизики определяютособенностиее метода изучения.Законы физикиоснованы нафактах, установленныхопытным путем.Причем нередкоистолкованиеодних и тех жефактов меняетсяв ходе историческогоразвития физики.Факты накапливаютсяв результатенаблюдений.Но при этомтолько имиограничиватьсянельзя. Этотолько первыйшаг к познанию.Дальше идетэксперимент,выработкапонятий, допускающихкачественныехарактеристикив форме числа.Чтобы из наблюденийсделать общиевыводы, выяснитьпричины явлений,надо установитьколичественныезависимостимежду величинами.Если такаязависимостьполучается,то найден физическийзакон. Еслинайден физическийзакон, то нетнеобходимостиставить в каждомотдельномслучае опыт,достаточновыполнитьсоответствующиевычисления.
Изучивэкспериментальноколичественныесвязи междувеличинами,можно выявитьзакономерности.На основе этихзакономерностейразвиваетсяобщая теорияявлений, объединяющая частные закономерности.Теория– это результаттворческойработы, размышленияи воображения.Теорияпозволяет нетолько объяснитьфакты, явления,но и предсказатьновые (так, например,Менделеев наоснове открытогоим периодическогозакона, смогпредвидетьсуществованиенесколькиххимическихэлементов,которые в товремя не былиизвестны. Английскийфизик Максвеллна основе теориисвязи магнитногои электрическихполей предсказалсуществованиеэлектромагнитныхволн.)
Любоеявление, любойпроцесс, свойствалюбого конкретноготела бесконечносложны. Поэтомуприступая кизучению физическогоявления, нужновыделить тоглавное, отчего это явлениезависит существеннымобразом, и отброситьвторостепенныеобстоятельства,которые врассматриваемомвопросе неиграют существеннойроли. Без такогоупрощенияизучение физическихявлений былобы невозможно:самые простыеявления приводилибы к сложным,неразрешимымзадачам. Например,падение камняпринадлежитк числу самыхпростых явлений.Главный факторздесь – притяжениек Земле. Но имеетсяеще целый рядобстоятельств,влияющих нападение камня:сопротивлениевоздуха. ВращениеЗемли, формаЗемли, притяжениек окружающимтелам. Поэтомупри изучениилюбого явлениянужно выделитьсущественноев нем. При этомнужно найтиупрощеннуюмодель происходящегов действительностисложного явления.
Примеры:материальнаяточка, точечныйзаряд, идеальныйгаз.
При изученииосновногоуровня состояниягазов приходитсяупрощать реальныегазы (молекулыреального газасовершаютсложные движения:поступательное,вращательное,колебательное;обладают кинетическойи потенциальнойэнергией, обладаютразмерами,объемом, оптическиесвойства сложные),отбрасываявсе эти обстоятельства,нужно ставитьпроблему: отчего зависитдавление газа?(на основемолекулярно– кинетическойтеории).
Подвожуучащихся краскрытиюпроблемы: насинтересуеттолько механическиеи тепловыесвойства газа, поэтому приближенноможно считатьмолекулы газамаленькимиупругими шариками,движущимисяхаотически,сталкиваясьдруг с другоми со стенкамисосуда. Давлениена стенки сосудаобусловленотакими сосудоударениями,поэтому онозависит отчисла молекул,от их массыскорость движения.
Взаимосвязьпроцессов вприроде.
Познаваемостьмира
Каждоеявление природысвязано бесконечныминитями со всемидругими. Поэтому,объясняя какое– либо событие,нельзя не затронутьокружающиймир, этот миредин. В нем нетни чисто механических,ни чисто тепловых,ни чисто электромагнитныхявлений , ничисто химическихи других явлений.
Чтобыприблизитьсяк пониманиюмира, мы рассматриваемтак, что расчленяемединое целоеи изучаем егопо частям. Этонеобходимо,ибо нельзяобъяснить сразувсе многообразиевселенной.
При изучениифизики приходитьсявначале знакомитьсяс очень грубымимоделями реальныхявлений, когдавнутренниесвязи междуявленияминепосредственноне выступают.При обобщенииобщей темыуточняютсязначения и рольразличныхпроцессов стем, чтобы вконце концовприблизитьсяк пониманиюмира как единогоцелого.
Усилиямимногих ученыхмы узнали оченьмного о закономерностяхокружающегонас мира. Настолькомного, что всюполученнуюинформациюуже не можетохватитьиндивидуальныйчеловеческиймозг. Но знаеммы далеко невсе. Не знаем,быть может,самого главного.Но человечествоидет по путипознания мира,мира движущейся,изменяющейся,бесконечноразнообразнойматерии.
Этимиположениямия и руководствуюсьв работе.
Урок –это творчество,поэтому ондолжен опиратьсяна хорошоразработаннуютеорию.
Почтина каждом урокеставлю проблему,связывая темуурока с историческиммоментом открытияданного явления.
Приведупример:
При изученииквантовойтеории светаставлю вопрос:Как объяснитьявление фотоэффекта,эффекта Комптонана основеэлектромагнитнойтеории света(при этом повторяюс помощью учащихсяэлектромагнитнуютеорию света,излучениеатомами электромагнитнойэнергии), объясняю,что , излучаяэлектромагнитнуюэнергию, орбитаэлектронапостепенноуменьшается,что он приближаетсяк ядру. Когдаиссякнет всяэнергия, электронупадет на ядро,и атом исчезнет.Но, в действительностиэтого не случается,атом – стационарнаячастица. Следовательно,электромагнитнаятеория светне может объяснитьизлучениесвета атомами.
При изучениизаконов фотоэффекта
Числовырванныхэлектроновпропорциональносветовомупотоку,
Скоростьсорванныхэлектроновпропорциональначистоте света
Ставлювопрос
Можноли объяснитьэти законы наоснове электромагнитнойтеории света?
При изученииявления Комптона:
Рассеиваниесвета в кристаллахи изменениедлины волны.Рассуждаяприходим квыводу, что этоявление можнообъяснитьтолько на основеквантовойтеории.
При обобщениитемы «Свойствасвета» ставлювопросы:
Какимиволновымисвойствамиобладает свет?
Какимисвойствамиобладает светкак материальнаячастица
Окончательноприходим квыводу:
Светобладает дуализмом:представляетэлектромагнитныеволны со свойствамичастицы, распространяетсяимпульсами.
При решениизадач стараюсьучить учащихсяне только получатьобщую формулу,но и исследоватьее, используяпридельныепереходы ипостроениеграфиков. Решениезадач являетсяодним из способовразвития мышленияучащихся, атакже закреплениеих знаний. Однакообычные применяемыеметоды обучениярешению физическихзадач методыобразцов,рассуждений,грифов, эвристическиеметоды, алгоритмическиеметоды) не позволяютнаучить всехориентироватьсяв любой конкретнойситуации,представленныев условии задачи.
Общимдля решениявсех задач,является поискрешения, поэтомуцелесообразноучить учащихсяне методомрешения отдельныхзадач, а методупоиска решения.Метод поискарешения физическихзадач состоитиз пяти этапов:
анализфизическогоявления, описанногов задачи и условиеего существование.
выражениеэтих условийна языке физическойнауки.
выражениеэтих условийв виде математическихуравнений.
выполнениематематическихопераций сфизическимивеличинами,и их наименованиями
контрольсоответствияполученногорезультата,условиямсуществованиярассматриваемогоявления в задаче.
Для того,чтобы учащиесяовладели методомпоиска решениязадач, необходимонаучить ихсначала правильномувыполнениюдействия вотдельности,после чего онидолжны усвоитьпоследовательность выполненияэтих действий.
Поисковыеметоды приизучении темы«колебательныедвижение».
Формулыпериода колебаниямаятника самоеважное в теме.Они применяютсядля объяснениямногих явленийв окружающейжизни и технике.На знание этихформул будетопиратьсяизучениеэлектрическихколебаний.Поэтому оченьдаже целесообразнопровести поисково– исследовательскиеработы по вопросуот чего зависитпериод колебанийматематическогомаятника.
Предлагаюучащимся такуюработу с маятником:
Определитьпериоды маятникапри разныхмассах груза.Делают вывод:периодне зависит отмассы тела
Определитьпериоды маятникапри разныхамплитудахколебений.Делают вывод:периодне зависит отамплитудыколебаний
Определяютпериоды приразных длинахмаятника иустанавливают,что периодпропорционалендлине маятника.
Затемвыводим формулуголландскогофизика Гюйгенского.
Исследованияформулы Гюйгенсана уроке приводитк возможностямее применениядля обнаруженияполезных ископаемыхпо измерениюускорениясвободногопадения в зависимостиот плотностипород, залегающихоколо поверхностиЗемли (в частностиприводитсяпример, залеганияруд в областиКурской магнитнойаномалии былоуточнено измерениеманомалии силойтяжести: способпредложил физикЛазарев).
Эти методыдают возможностьуспешно обучатьучащихся физике.