Уроки по механике в основной школе
с применением открытых электронных модулей
ГОУ гимназия «На Юго-Западе» № 000 г. Москвы
*****@***ru
В данной работе предлагаются уроки с использованием открытых модулей, размещенных на портале ФЦИОР http://fcior. *****/, в которых, наряду с изучением содержания физической теории, происходит знакомство с вопросами методологии естественных наук. При этом устанавливается тесная связь метода и содержания физической теории и связь того и другого с мировоззренческим, общекультурным контекстом данной эпохи. Такой подход позволяет увидеть физику не только «изнутри», но и «снаружи» как один из элементов системы, называемой человеческой культурой.
Первые два урока этого цикла служат для пропедевтики изучения гипотетико-дедуктивного метода исследования и проводятся при изучении свободного падения тел (как пример равноускоренного движения тел) в теме «Кинематика». На них реализуются все этапы этого метода, но теоретическая основа метода проявлена пока не будет. Иными словами, знания о методе науки физики ребята получают не в готовом виде (запоминание со слов преподавателя), а в практической деятельности.
Так как содержание этой деятельности отражает все этапы познавательно-исследовательской деятельности, то в результате ее выполнения в материализованной форме формируются знания как о изучаемом явлении, так и о методе науки физики.
Урок № 1
Изучение движения тела брошенного горизонтально
План урока:
1. Историко-методологическое вступление.
2. Постановка задачи о движении тела, брошенного горизонтально.
3. Обсуждение и проведение эксперимента.
4. Анализ результатов эксперимента.
1. Историко-методологическое вступление. 10 минут
Учитель рассказывает о том, что современная физика как наука начала развиваться в связи с деятельностью Галилео Галилея. Галилео Галилей () выдающийся итальянский мыслитель, физик, астроном, оказал значительное влияние на развитие научной мысли. Один из основателей методов современного экспериментально-теоретического естествознания, заложивший основы классической механики.
До Галилея в физике не был укоренен метод экспериментального исследования. Ученые ограничивались наблюдениями за явлениями. Объясняется разница между наблюдением и научным экспериментом. Эксперимент (научный опыт) - заранее обдуманный, теоретически подготовленный процесс наблюдения за явлениями природы (часто с помощью специально для этой цели созданной установки), при котором экспериментатор, активно вмешиваясь в протекающее явление, устанавливает и меняет условия его протекания в соответствии с поставленной им познавательной целью. Наблюдение - пассивное восприятие органами чувств явлений природы с последующим умозрительным их анализом.
Кроме того, до работ Галилея аристотелевская физика, бывшая теоретической основой наук о природе, не использовала математических методов. Затем говорится о том, что Галилей, начиная создавать новыми методами (вводя экспериментальный метод и математизацию теоретических знаний) новую науку о движении, ставит перед собой задачу ответить на вопрос как происходит движение, отказываясь, на первых порах, отвечать на вопрос почему оно происходит именно так, т. е. он создает кинематику. Строя теоретическую схему кинематики, Галилей использует геометрические доказательства своих «предложений». Мы будем использовать алгебру, что значительно упростит ход рассуждений.
Дав определение равномерному движению и описав его, Галилей переходит к расмотрению ускоренных движений. Выделив и дав определение равноускоренному движению, Галилей указывает на свободное падение тел как на пример равноускоренного движения. Он доказывает теоремы, которые можно сформулировать на языке алгебраических формул следующим образом:
υ = υ0 – gt.
Тот факт, что для всех тел ускорение свободного падения одинаково, Галилей установил экспериментально (знаменитые опыты с падением тел с Пизанской башни). После этого Галилей ставит задачу рассмотреть движение тела, брошенного горизонтально. В первом «предложении» он выясняет, какой должна быть траектория такого движения.
2. Постановка задачи о движении тела, брошенного горизонтально. 10-12 минут.
Учащимся предлагается подумать, как можно описать движение шарика, катившегося по горизонтальной поверхности стола, после того, как он сорвался с нее? Если идея о разложении сложного движения на два простых не высказывается самими учащимися, то сообщается, что такая идея была предложена Галилеем. Излагая эту идею, надо акцентировать внимание учащихся на том, что мы заменяем рассмотрение реального движения тела на его «умственную» модель.
Обсуждая вопрос, как будет двигаться тело по вертикали и горизонтали и говоря о пренебрежении сопротивлением воздуха, надо опять подчеркнуть, что, делая упрощающие допущения, мы исследуем теоретическую модель изучаемого явления и что теоретическое исследование всегда будет являться исследованием модели. Возвращаясь к вопросу о траектории движения тела, мы в беседе с учащимися, опираясь на их знания из курса математики, выясняем, что траектория, как любая линия, описывается уравнением зависимости координат друг от друга, и если записать уравнения движения по осям координат, то, решая их совместно путем исключения времени из них, мы придем к искомой зависимости. После этого мы делаем на доске рисунок и предлагаем учащимся реализовать этот метод самостоятельно. Через пару минут просим одного из учащихся показать его выкладки на доске.
Придя к уравнению, учащиеся узнают в нем уравнение параболы.
3. Обсуждение и проведение эксперимента. 10-12 минут
Предлагается во фронтальной лабораторной работе (проведение реального физического эксперимента) получить экспериментальную траекторию и проверить, является ли она параболой.
4. Анализ результатов эксперимента. 8-10 минут
После того как учащимися экспериментально получена траектория, перед ними ставится вопрос: «Как можно убедиться, является ли экспериментально полученная траектория параболой?» Опираемся на знания из курса алгебры. Если учащиеся затрудняются с ответом, то учитель задает наводящие вопросы, предварительно сделав
на доске следующий чертеж (Y, X).
Вопрос: Чем являются координаты Y и X?
Ответ: Длинами отрезков OY и OX
Вопрос: Можно ли, измерив эти длины, подставить их значения в уравнение и проверить выполняется ли равенство?
Ответ: Нет, так как неизвестно значение v.
Вопрос: Как же поступить? Как исключить коэффициент пропорциональности из уравнения?
Ответ: Надо взять два уравнения для разных значений X и Y и поделить их друг на друга.
Эти расчеты, проводимые учащимися, могут занять столько времени, что его не хватит до конца первого урока. Тогда если уроки не сдвоены, первый урок нужно закончить выяснением того, что и как будем измерять и подсчитывать, и выполнение этой работы, начfтое на уроке, задается на дом.
Урок № 2
Выявление методологических приемов исследования в физике. Обобщение задачи о движении тела брошенного горизонтально на случай произвольного угла бросания.
План урока:
1. Завершение анализа результатов эксперимента. 10-13 минут
2. Выявление методологических приемов исследования в физике. 15 минут
3. Решение задачи о движении тела, брошенного под произвольным углом к горизонту. 15 минут
4. Домашнее задание. 2 минуты
1.Если урок сдвоенный, то реализация способа анализа осуществляется на этом уроке. Если урок не сдвоенный, то проводится проверка и обсуждение выполненной дома работы. 15 минут.
Таким образом, учащиеся приходят к выводу, что равенство тем точнее, чем больше значение индексов. Встает вопрос - почему? Если учащиеся самостоятельно не находят ответ, то задаем наводящий вопрос - почему все эксперименты не дают точных результатов? В случае, если учащиеся хорошо усвоили материал об оценке погрешностей измерения, (урок, посвященный оценке погрешностей измерения, проводится раньше перед лабораторной работой «Определение ускорения тела»), то они сразу дают правильный ответ. Если же усвоение было не полное, то следует задать вопросы типа: какие Вы знаете погрешности измерений, как определяется относительная погрешность измерений, от чего
зависит значение этой погрешности.
После этого в беседе подводятся итоги лабораторной работы:
· получив экспериментальную траекторию движения тела, брошенного горизонтально, мы выяснили, что с учетом погрешностей измерения (и с учетом того, что силы сопротивления не были полностью устранены), эта траектория является параболой. - теоретическая модель, предложенная Галилеем, работает, то есть единое, криволинейное движение тела, брошенного горизонтально, можно представить как сумму двух прямолинейных движений - по вертикали (равноускоренного) и горизонтали (равномерного).
2. Выявление методологических приемов исследования в физике. 15 минут
Теперь можно подвести методологические итоги предыдущего урока. Учащимся предлагается проанализировать всю нашу деятельность на уроке. Этот анализ осуществляется в беседе учителя с учащимися. Учитель ставит перед учащимися проблему: «Итак мы с вами выяснили как движется тело брошенное горизонтально, но бросить его можно и под любым другим углом к горизонту. Как тогда будет двигаться тело? Народная мудрость говорит, что голодному лучше дать не рыбу, а снасти для ловли рыб и научить ими пользоваться. Вот и мы с вами давайте не будем удовлетворяться решением отдельных частных задач, а выявим метод решения любых задач.
В помощь объяснению рекомендуется использовать интерактивную модель «Навестная и настильная траектории» из модуля «Движение тела, брошенного под углом к горизонту».
Давайте поэлементно проанализируем нашу деятельность. После этого мы переходим к решению задачи о движении тела, брошенного под произвольным углом к горизонту.
3. Решение задачи о движении тела, брошенного под произвольным углом к горизонту. 15 минут
Изучение этого вопроса проводится по плану принципиально такому же: теоретическое решение задачи и затем фронтальная лабораторная работа с баллистическим пистолетом (это хорошо известная работа физического практикума).
Затем проводится тестирование с использованием электронных модулей. Для этих целей лучше использовать интерактивную доску, тогда учащиеся ответ вносят непосредственно на интерактивную доску, и выясняют верный ответ.
Учитель задает учащимся серию вопросов, отвечая на которые они решают задачу.
Учитель: Как мы будем представлять сложное движение тела?
Учащиеся: Как сумму двух движений: одно по вертикали, другое по горизонтали.
Учитель: Каков характер движения тела по вертикали?
Учащиеся: Так как ускорение свободного падения направлено вертикально вниз, то это равноускоренное движение.
Учитель: Каков характер движения тела по горизонтали?
