Методы поиска и исследований в преподавании физики
Научить учащегося всему , что понадобится в жизни , невозможно , но можно и нужно научить его самостоятельно добывать знания , научить уметь их применять на практике , работать с книгой.
Известно, что знания постоянно должны пополняться , что на уроке не только передать их , но и сформировать умение и потребность учиться , черпать сведения из разнообразной литературы , в первую очередь , из учебника.
Первое , что необходимо сделать , чтобы поднять эффективность , результативность урока , я считаю , нужно увеличить удельный вес самостоятельной работы учащихся.
Не секрет же, на сообщение-объяснение нового материала, на устные опросы иногда тратим слишком много времени. В итоге мало времени остается на самостоятельную работу, а работа с учеником переносится на дом.
Второе, важным условием для повышения эффективности работы является расширение тематического диапазона каждого занятия. Не всегда оправдано дробление темы и изучение ее по частям на отдельных уроках .
Считаю ошибочным то, что мы хотим получить от своей работы сиюминутный результат : т.е. дал сегодня урок, объяснил новый материал, а на следующее утро уже проводим опрос. А учащиеся еще ничего не успели освоить, для этого нужно не только время, но и соответствующая работа каждого , которой еще не было.
А опыт показывает, что оправдывает себя проведение уроков в системе с многократной проработкой учащимися всей темы на нескольких занятиях. Учебные темы нужно давать крупными блоками.
Первоначальное ознакомление происходит на первом уроке. На всех последующих тема опять рассматривается в целом, но от занятия к занятию все более углубленно. В результате учащиеся многократно возвращаются к изученному материалу, однако каждый раз приходят к нему по-новому и глубже. Это позволяет :
1 Воспринять единую картину изучаемых явлений.
2 Как следует понять, усвоить и закрепить.
3. Осознать связи между явлениями при анализе материала с разных точек зрения.
Вариант такой системы преподавания:
1 этап: На первом занятии по теме объясняю ее содержание в целом. Урок провожу в форме лекции. Особое внимание уделяю разъяснению основного, главного.
2 этап: В след за лекциями провожу семинарские занятия, число которых зависит от сложности и объема изучаемой темы. На этих уроках учащиеся самостоятельно, пользуясь учебником, справочником изучают материал, выполняют упражнения.
3 этап: Практикум – это уроки формирования умений и навыков, на которых ученики учатся проводить наблюдения, опыты, делать выводы. Здесь выполняются лабораторные работы и другие практические работы.
4 этап: Решение задач по теме с целью углубления и развития знаний.
5 этап: Зачет, здесь проверяется усвоение учебного материала.
6 этап: Завершающий урок – урок интересных сообщений – рассматривается практическое применение изученного материала.
Эту методику работы можно показать на примере любой темы программы.
Например: атом и атомное ядро.
Основные знания, которыми должен овладеть учащийся:
Понятие: атомное ядро, ядерная модель атома, ядерные силы, ядерные реакции, энергия связи ядра атома, радиоактивный распад, цепные реакции, термоядерные реакции, элементарные частицы
Постулаты Бора
Закон радиоактивного распада
Практические применения: устройств и принципа работы ядерного реактора
Основные умения и навыки
Определять продукты ядерной реакции на основе Законов сохранения электрического заряда и массового числа
Рассчитать энергетический выход ядерных реакций
Определять знак заряда или направления движения элементарных частиц по трекам на фотографиях
Применять знания при решениях задач
Цели воспитания
Проиллюстрировать принцип материальности мира и показать бесконечность процесса познания, показать границы применяемости теории и подчеркнуть идею относительности знаний
Содействовать воспитанию патриотических чувств в ходе знакомства с работами ученых (Иваненко, Курчатов, Кельдыш, Ландау, Арсимович, Багов, Прохоров и многих других)
Познакомить с ролью атомной физики в Научно – техническом прогрессе, способствовать экологическому просвещению
Блок 1
Урок 1 Лекция «Модель атома Резерфорда – Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектры лазер»
Урок 2 Семинарское занятие: Модель атома. Постулаты Бора
Урок 3 Спектры испускания и поглощения. Происхождение линейчатых спектров
Урок 4 Практикум. (Просмотр фрагментов, п/р наблюдение спектров)
Урок 5 Решение задач.
Урок 6 Зачет
Модель атома Резерфорд – Бора
Спектры испускания и поглощения. Происхождение линейчатых спектров
Блок 2
Лекция. Протонно – нейтронная модель ядра атома. Ядерные силы энергетический выход ядерных реакций
Семинарское занятие: Строение ядра атома, изотопы, энергия связи ядра атома
Решение задач
Зачет по теме: Строение ядра, изотопы, энергия связи ядра.
Блок 3
Лекция: Радиоактивность. Свойства радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Законы радиоактивного распада.
Семинарское занятие: Радиоактивность, излучение и их свойства
Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц
Практикум. Опыты, наблюдения. Устройство и действие приборов
Зачет.
Радиоактивность.
Методы регистрации заряженных частиц
Блок 4
Лекция: Деление ядра урана. Цепная реакция. Ядерный реактор. Термоядерные реакции.
Семинарское занятие: Цепная реакция. Термоядерные реакции. Успехи, перспективы. Экологические и нравственные проблемы развития энергетики.
Решение задач
Зачет: Цепная реакция. Термоядерная реакция. Проблемы развития ядерной энергетики.
Блок 5
Лекции: «Элементарные частицы и их свойства»
Подготовка и контрольная работа. Повторение
Контрольная работа
Урок интересных сообщений
Лазер и его применение. Роль советских ученых в создании квантовых генераторов
Радиоактивные изотопы и их использование
Рассмотрим более подробно каждый тип урока:
Лекция – Это развернутое изложение материала
Цель – общий обзор темы: основных явлений, законов, теорий.
На этом уроке дважды объясняю материал; сначало кратко ознакомлю с главным и планом лекции , затем – подробно. Привлекаю внимание к учебнику, даю общую ориентировку, связываю новое с ранее изученным. При первоначальном объяснении ученики только слушают, благодаря этому они не рассеивают внимание на ведение записи, не теряют логическую нить.
На вторую часть урока уходит 40 минут. В конце урока я еще раз повторяю содержание (8 – 9 минут)
План лекции по блоку номер три:
Открытие радиоактивности, состав радиоактивного излучения, его свойства. Биологическое действие излучений (параграф 89, 90, 104 учебника)
Радиоактивное превращение ( параграф 91)
Закон радиоактивного распада. Период полураспада, физический смысл закона (параграф 92)
Принцип решения задач (№ 1257, 1255, из Рымкеевича)
Домашнее задание (параграф 91, 104, - составить план ответа на вопрос №3 на странице №253, дать ответ письменно).
Семинарские занятия.
(Семинар, как следует из толкового словаря – групповое практическое занятие под руководством преподавателя.)
Все люди разные. Ученики также имеют разные интересы, наклонности, у них разные способности, разные психофизиологические особенности.
Поэтому, если учить всех до одного уровню владения предметом, потребуется разное время, если же заниматься со всеми одно и тоже время, получим разные знания.
Значит, учить на уроке всех одинаково неверно, оно приносит вред.
Равные для всех требования подавляют слабых, и обкрадывают сильных, лишает их пищи для ума.
Надо помнить: одни слабы в одном, другие в другом, так что равные требования для всех не дают каждому оптимальных возможностей развития в том, к чему они наиболее способны.
Поэтому и возникают необходимость учебный материал и изучать его на трех уровнях:
Обязательный для всех минимум, доступный для всех
Дополнительный материал предназначен слабым только для ознакомления, а сильным и интересующемся предметом – для овладения
Материал только для сильных изучается индивидуально только с ними
Семинар базируется на материале лекции и дифереинцируется двумя заданиями разной системы сложности. Выполнение первого задания направлено на полное владение фактическим материалом, оно поднимает ученика на уровень осознанного творческого применения знаний.
Выполнив второе задание ученики научатся воспроизводить изученный материал. С заданием должна справиться все.
Задания даются на доске, учащиеся добровольно выбирают.
Затем учащиеся начинают читать учебник, затем в тетрадях, советоваться друг с другом, консультироваться у преподавателя. В конце урока 15 минут отводиться на самостоятельную работу (часть учащихся проверяют устно – тихий опрос, часть записывают свои ответы).
На семинаре работают все.
Направленный семинар по теме «Модель атома Резерфорда – Бора»
Прочитать параграф 83, 84 из учебника, подготовить ответ по плану.
I Вопрос
Модель атома Томсана
Опыт Резерфорда
Планетарная модель атома по Резерфорду
Противоречия планетарной модели
Постулаты Бора
Модель атома Резерфорда – Бора и ее трудности
II Вопрос
Планетарная модель атома
Противоречия этой модели
Постулаты Бора
Модель атома Резерфорд – Бора
2. Защитите свой ответ по вопросу «Модель атома Резерфорда – Бора»
3. Проверочная работа
I
Почему электроны не могут изменить траекторию альфа частиц?
На основании каких опытных данных Резерфорду удалось сделать вывод о наличии ядра атома?
Что представляет собой модель атома по Резерфорду – Бору?
II
Расскажите о планетарной модели атома
Назовите противоречия этой модели
Расскажите о строении атома по Резерфорду – Бору
Зачет по теме: он состоит из двух частей
Обучающая часть (до 10 минут) в ходе этой части разбираю типичные ошибки и недостатки по итогам проверочной работы на семинаре
Контролирующая часть (до 35 минут) ученики сдают зачет или выполняют контрольную работу
Организация зачетного урока:
По итогам семинара назначаются ассистенты преподавателя – это учащиеся получившие оценки (отлично, хорошо) остальных учащихся разбиваю на время по четыре человека по группам. Каждая группа сдает зачет ассистентам, они проверяют знания, очень кратко конспектируют ответы и выставляют оценки.
Я спрашиваю хорошо успевающих в том числе ассистентов проверяю для объективности ответы некоторых учащихся.
Сдав зачет, ученик выполняет задание на повторение.
В конце урока ассистент сдает итоги принятых зачетов, оценки выставляются в журнал.
Иногда предлагаю самооценку: учащимся самим выставить себе оценку, некоторым учащимся предлагаю защитить эту оценку.
Выставленные оценки объективны, иногда ученики оценивают более строго чем преподаватель.
Уроки интересных сообщений.
Мои советы учащимся прочитать ту или иную научно – популярную литературу по физике не всегда выполнялись, и много интересных книг, статей по предмету оставались не прочитанными.
Нашел выход: проводить специальные уроки посвященные внеурочному чтению, а назвать их уроки интересных сообщений.
Рассматриваем только факты, о практической значимости изучаемого материала.
В течении года в группе провожу три – четыре таких урока.
Планирую выступление трех – четырех учащихся за несколько дней до урока проверяю готовность ученика, даю совет.
Направленный план такого урока по теме «Атом и атомное ядро»
Действительность, превосходящая фантазию (о квантовых генераторах и усилителях)
Ядерная физика и медицина: радиостанция в желудке, радиорепортаж из тонкой кишки, измерение с помощью изотопов, скорость и объем кровотока, путешествие радиоактивного кода, радиодиагностика рака, телепередача из печени и др.
Любопытные эффекты и остроумные решения: радиоактивность человека, радиоактивный сыр, восстановление пропавших изображений на фотографиях, автографы невидимок.
Методы поиска и исследований в преподавании физики
Введение
От мифов к простым фактам.
Потребность в познании мира в начале привела к попыткам объяснить мир сразу в целом, немедленно получить ответы на всеобъелющие вопросы: откуда взялась вселенная? В чем сущность жизни? Какие принципы управляют всеми событиями в мире? и т.п.
Однако дать сколько – нибудь обоснованные ответы на эти вопросы оказалось трудно, поэтому начали придумывать разнообразные мифы, появилась религия. Лишь примерно 500 лет назад человечество вступило на путь научного познания, на путь детального экспериментального изучения природы.
Это было зарождение науки в той форме, как мы ее знаем сегодня.
Развитие науки в современном понимании началось с того, что вместо попытки получить немедленно ответы на глобальные вопросы, начали интересоваться простыми, на первый взгляд незначительными фактами.
Вместо того, чтобы задавать общие вопросы и получить частные ответы, ученые начали ставить перед собой частные вопросы и находить общие ответы. В процессе познания законов природы отчетливо проявилась и продолжает проявляться справедливость мысли английского философа Бэкона о возможности нахождения общих законов в результате исследования частных фактов, установленных точными экспериментами.
Особенности физического метода исследования.
Цель физики: физика занимается изучением конкретных явлений, протекающих в природе, ее цель отыскать наиболее общие законы, и объяснить конкретные процессы действия этих общих фундаментальных законов.
Наиболее глубокое объяснение процессов удается дать на основе определенных представлений о строении вещества, выявление строения вещества также составляет задачу физики. Фундаментальных физических теорий сравнительно немного (к их числу относятся, например, классическая механика Ньютона, термодинамика, квантовая механика), но каждая из них охватывает громадную совокупность явлений, много частных законов.
Экспериментальный характер физики.
Цели физики определяют особенности ее метода изучения. Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики в форме числа. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления.
Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений, объединяющая частные закономерности. Теория – это результат творческой работы, размышления и воображения. Теория позволяет не только объяснить факты, явления, но и предсказать новые (так, например, Менделеев на основе открытого им периодического закона, смог предвидеть существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны. Английский физик Максвелл на основе теории связи магнитного и электрических полей предсказал существование электромагнитных волн.)
Любое явление, любой процесс, свойства любого конкретного тела бесконечно сложны. Поэтому приступая к изучению физического явления, нужно выделить то главное, от чего это явление зависит существенным образом, и отбросить второстепенные обстоятельства, которые в рассматриваемом вопросе не играют существенной роли. Без такого упрощения изучение физических явлений было бы невозможно: самые простые явления приводили бы к сложным, неразрешимым задачам. Например, падение камня принадлежит к числу самых простых явлений. Главный фактор здесь – притяжение к Земле. Но имеется еще целый ряд обстоятельств, влияющих на падение камня: сопротивление воздуха. Вращение Земли, форма Земли, притяжение к окружающим телам. Поэтому при изучении любого явления нужно выделить существенное в нем. При этом нужно найти упрощенную модель происходящего в действительности сложного явления.
Примеры: материальная точка, точечный заряд, идеальный газ.
При изучении основного уровня состояния газов приходится упрощать реальные газы (молекулы реального газа совершают сложные движения: поступательное, вращательное, колебательное; обладают кинетической и потенциальной энергией, обладают размерами, объемом, оптические свойства сложные), отбрасывая все эти обстоятельства, нужно ставить проблему: от чего зависит давление газа? (на основе молекулярно – кинетической теории).
Подвожу учащихся к раскрытию проблемы: нас интересует только механические и тепловые свойства газа , поэтому приближенно можно считать молекулы газа маленькими упругими шариками, движущимися хаотически, сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда. Давление на стенки сосуда обусловлено такими сосудоударениями, поэтому оно зависит от числа молекул, от их массы скорость движения.
Взаимосвязь процессов в природе.
Познаваемость мира
Каждое явление природы связано бесконечными нитями со всеми другими. Поэтому, объясняя какое – либо событие, нельзя не затронуть окружающий мир, этот мир един. В нем нет ни чисто механических, ни чисто тепловых, ни чисто электромагнитных явлений , ни чисто химических и других явлений.
Чтобы приблизиться к пониманию мира, мы рассматриваем так, что расчленяем единое целое и изучаем его по частям. Это необходимо, ибо нельзя объяснить сразу все многообразие вселенной.
При изучении физики приходиться вначале знакомиться с очень грубыми моделями реальных явлений, когда внутренние связи между явлениями непосредственно не выступают. При обобщении общей темы уточняются значения и роль различных процессов с тем, чтобы в конце концов приблизиться к пониманию мира как единого целого.
Усилиями многих ученых мы узнали очень много о закономерностях окружающего нас мира. Настолько много, что всю полученную информацию уже не может охватить индивидуальный человеческий мозг. Но знаем мы далеко не все. Не знаем, быть может, самого главного. Но человечество идет по пути познания мира, мира движущейся, изменяющейся, бесконечно разнообразной материи.
Этими положениями я и руководствуюсь в работе.
Урок – это творчество, поэтому он должен опираться на хорошо разработанную теорию.
Почти на каждом уроке ставлю проблему, связывая тему урока с историческим моментом открытия данного явления.
Приведу пример:
При изучении квантовой теории света ставлю вопрос: Как объяснить явление фотоэффекта, эффекта Комптона на основе электромагнитной теории света (при этом повторяю с помощью учащихся электромагнитную теорию света, излучение атомами электромагнитной энергии), объясняю, что , излучая электромагнитную энергию, орбита электрона постепенно уменьшается, что он приближается к ядру. Когда иссякнет вся энергия, электрон упадет на ядро, и атом исчезнет. Но, в действительности этого не случается, атом – стационарная частица. Следовательно, электромагнитная теория свет не может объяснить излучение света атомами.
При изучении законов фотоэффекта
Число вырванных электронов пропорционально световому потоку,
Скорость сорванных электронов пропорциональна чистоте света
Ставлю вопрос
Можно ли объяснить эти законы на основе электромагнитной теории света?
При изучении явления Комптона:
Рассеивание света в кристаллах и изменение длины волны. Рассуждая приходим к выводу, что это явление можно объяснить только на основе квантовой теории.
При обобщении темы «Свойства света» ставлю вопросы:
Какими волновыми свойствами обладает свет?
Какими свойствами обладает свет как материальная частица
Окончательно приходим к выводу:
Свет обладает дуализмом: представляет электромагнитные волны со свойствами частицы, распространяется импульсами.
При решении задач стараюсь учить учащихся не только получать общую формулу, но и исследовать ее, используя придельные переходы и построение графиков. Решение задач является одним из способов развития мышления учащихся, а также закрепление их знаний. Однако обычные применяемые методы обучения решению физических задач методы образцов, рассуждений, грифов, эвристические методы, алгоритмические методы) не позволяют научить всех ориентироваться в любой конкретной ситуации, представленные в условии задачи.
Общим для решения всех задач, является поиск решения, поэтому целесообразно учить учащихся не методом решения отдельных задач, а методу поиска решения. Метод поиска решения физических задач состоит из пяти этапов:
анализ физического явления, описанного в задачи и условие его существование.
выражение этих условий на языке физической науки.
выражение этих условий в виде математических уравнений.
выполнение математических операций с физическими величинами, и их наименованиями
контроль соответствия полученного результата, условиям существования рассматриваемого явления в задаче.
Для того, чтобы учащиеся овладели методом поиска решения задач, необходимо научить их сначала правильному выполнению действия в отдельности, после чего они должны усвоить последовательность выполнения этих действий.
Поисковые методы при изучении темы «колебательные движение».
Формулы периода колебания маятника самое важное в теме. Они применяются для объяснения многих явлений в окружающей жизни и технике. На знание этих формул будет опираться изучение электрических колебаний. Поэтому очень даже целесообразно провести поисково – исследовательские работы по вопросу от чего зависит период колебаний математического маятника.
Предлагаю учащимся такую работу с маятником:
Определить периоды маятника при разных массах груза. Делают вывод: период не зависит от массы тела
Определить периоды маятника при разных амплитудах колебений. Делают вывод: период не зависит от амплитуды колебаний
Определяют периоды при разных длинах маятника и устанавливают, что период пропорционален длине маятника.
Затем выводим формулу голландского физика Гюйгенского.
Исследования формулы Гюйгенса на уроке приводит к возможностям ее применения для обнаружения полезных ископаемых по измерению ускорения свободного падения в зависимости от плотности пород, залегающих около поверхности Земли (в частности приводится пример, залегания руд в области Курской магнитной аномалии было уточнено измерением аномалии силой тяжести: способ предложил физик Лазарев).
Эти методы дают возможность успешно обучать учащихся физике.