| Заборы в Орле Заборы в Орле цены на Заборы. забор-ключ.рф |
Роль математики в процессе преподавания физики
 Скачать 228.98 Kb.
|
| Анализ новых учебных программ по предметам естественно - научного цикла показал, что они требуют от учителей данных предметов решения общих учебно-воспитательных задач, одной из которых является формирование общепредметных умений в тех видах деятельности, которые являются общими для данных предметов (учебная, познавательная, экспериментально – практическая, расчетно – измерительная). В настоящее время в связи с увеличением объема информации, подлежащего усвоению в период школьного обучения, и в связи с необходимостью подготовки всех учащихся к работе по самообразованию, особо важное значение приобретает изучение роли межпредметных связей в активизации познавательной деятельности учащихся. Установление межпредметных связей в школьном курсе физики способствует более глубокому усвоению знаний, формированию научных понятий и законов, совершенствованию учебно-воспитательного процесса и оптимальной его организации, формированию научного мировоззрения, единства материального мира, взаимосвязи явлений в природе и обществе. Это имеет огромное воспитательное значение. Кроме того, они способствуют повышению научного уровня знаний учащихся, развитию логического мышления и их творческих способностей. Реализация межпредметных связей устраняет дублирование в изучении материала, экономит время и создает благоприятные условия для формирования общеучебных умений и навыков учащихся. Роль математики в процессе преподавания физики. В данной работе кратко опишу , как осуществляется межпредметная связь в процессе обучения физике. Курс физики имеет тесную связь с математикой, поскольку в физике наряду с экспериментальным методом используется математический метод. С первых уроков физики в 9 кл., при объяснении материала, приходятся опираться на понятия и знания, которые изучались или изучаются параллельно в курсе алгебры или геометрии. Так, например, на уроке физики с понятием вектора школьники сталкиваются впервые в 7 кл. при изучении скорости и силы. Знания о физических векторных дисциплинах развиваются и углубляются в курсе физики в 9 кл. параграфах 4,5 и параллельно в курсе геометрии 9 кл. Среди многих вопросах методики обучения физики, которые могут быть успешно решены только тесной связи с изучением математики, важную роль играют понятия функциональной зависимости, действия с наименованиями и приближенными числами. Изучение функции начинают с 7 кл., а далее развивают в других классах. При изучении темы «Основы кинематики» приходится устанавливать функциональную зависимость некоторых физических величин (x=x/t; v=v(t); s=f(t)) от времени [5,с.62]. Эти формулы являются частными случаями математической функции вида. Y=kx+1 (y=f(x)) y=kx2+ bk+c X=xo+voxt (x=x(t)) s=xo+voxt+axt2 2 v=vox+axt (v=v(t)) В курсе алгебры на ряду с заданием функции формулой, ещё излагается графический способ, который облегчает изучение темы «Графическое представление движения» в курсе физики 9 класса [7,с.21.]. При изучении этой же темы следует вспомнить, что графики строят только для скалярных величин. Для проверки умений и навыков приводилась контрольная работа, в которую были включены задания: а) по заданному уравнению построить график зависимости x от t и y от t. б) пользуясь графиком проекции скорости написать уравнение движения. Всё это способствует формированию понятия о функциональной зависмости величин физики на основе связей её с курсом математики. При изучении темы «Движении тел по окружности с постоянной по модулю скоростью» [7,с.44] пришлось опираться на понятия о центральных углах и окружности, которые изучались раньше в курсе геомертии. Данные понятия были использованы при вводе формулы ценростремительного ускорения. Связь между физикой и математикой существует и пи изучении тем:
Одним из ярких примеров межпредметной связи физики и математики, является понятие симметрии [16,с.236 - 251]. Понятие симметрии имеет определенную «структуру», состоящую из трех факторов:
Понятие симметрии может относится к любому объекту. Для физиков особое значение имеет такой объект, как физический закон. В процессе преподавания физике в школе понятие симметрии не используется. Но, например, рассмотрения законов сохранения без обращения к симметрии не может убедить учащихся в исключительной важности этих законов. Почему, собственно говоря, мы так уверены в законах сохранения? Почему мы уверены, что энергия и импульс обязательно должны сохраняться? Именно обращаясь к симметрии мы даем убедительный ответ на этот вопрос: у нас есть уверенность, что время и пространство однородны. Имен поэтому мы и не сомневаемся в справедливости законов сохранения энергии и импульса. Учитывая вышесказанное, при поведение обобщающего урока по теме «Законы сохранения» учащимся объясняю, что законы сохранения связаны с симметрии законов природы (приложение №3). В начале коротко сообщаю о различных свойствах симметрии физических законов.
Затем выделяю, что в рамках механической картины мира законы сохранения энергии, импульса, момента импульса являются средствами законов движения. На самом деле законы сохранения являются следствиями симметрии пространства и времени. Однородность времени приводит к закону сохранения энергии, однородность пространства - к закону сохранения импульса, а его изотропность – к закону сохранения момента импульса. «Тот факт, что закон сохранения энергии вытекает из однородности времени, означает, что течение времени само по себе не может вызвать изменения физических состояний системы. Связь закона сохранения импульса со свойством однородности пространства означает, что перемещение системы не достаточно для изменения её состояния; последним может произойти только в результате взаимодействия одной системы с другими системами. Связь закона сохранения импульса со свойством изотрпности пространства означает, что поворот системы в пространстве не изменяет её свойств» В заключение хочется отметить, что законы сохранения энергии, импульса, момента импульса применяются не только в классической механике, но и в квантовой; в то время, как законы динамики Ньютона в квантовой механике не работают. Поэтому учащимся необходимо объяснить, что в действительности законы сохранении значительно шире, что они связаны с симметрией законов природы и именно это предопределяет широкое поля их применения. Так закон сохранения импульса применим и при рассмотрении бильярдных шаров, и электромагнитного поля, и фотонов, хотя сам импульс при этом выражается по-разному. В первом случае: p=mv (это и есть импульс тела массы m, движущегося со скоростью v), во втором p=ExH/с2 (импульс единицы объема поля, характеризующегося напряженности Е и Н), в третьем р=nhu/c (импульс фотона с энергией hu, которое задает единичный вектор n). Понятие симметрия используется также при изучении темы «Тепловые явления». Это симметрия графика плавления и кристаллизации твердого тела, симметрия кристаллических тел. Итак, опора на математические понятия раскрывает новые аспекты физических знаний, одновременно математические знания приобретают обобщенный смысл. Учащиеся при этом отмечают : «Математика – это «царица» наук. Она дает методы изучения другим наукам» Однако, одного знания математике не достаточно для понимания физических величин и понятий. Физическое описания окружающего нас мира, отличается тем, что в нем используется специфический язык физических величин. И поэтому, при описании физических понятий и величин необходимо очень осторожно использовать математические описания понятий, величин и формул. Межпредметная связь физики и естественнонаучных дисциплин Для курса физики характерно многообразие межпредметных связей. Особенно тесно и ярко осуществляется межпредметная связь между физикой и химией, а также географией и природоведением. Общим для предмета физики и химии, например, является: системы понятий о веществе его строений, которая необходима для усвоения фундаментальной физико-химической теории строении вещества, система понятий об энергии, её видах и превращений, включая понятия о внутренней энергии активации, ионизации и др. Например, первоначальные сведения о строение вещества в7 классе изучаются с опорой на знание из курса природоведения о расширении воздуха и оды при нагревании и сжатии при охлаждении, о трех состояниях воды. Поученные сведения учащиеся применяют в курсе химии 8 класса при изучении первоначальных химических понятий, основных классов неорганических соединений, периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, строение атома и строение вещества. Физику, химию и биологию объединяет система понятии о материи, формах её движения и уровнях организации [11,с.7]. Физика и химия изучают молекулярный и атомный уровни организации материи, биология – клеточный, организменный и биоцинозный. Молекулы при одних уровнях распадаются на атомы, ионы , а при других образуют многомолекулярные коллоидные системы. Коллоиды живых тел изучают биохимия и биофизика. Наблюдения и опыт преподавания в школе показывают, что в процессе осуществления межпредметных связей «биология – химия - физика» учащиеся глубоко осознают общность и особенность структуры живых и неживых макротел. Изучение основ МКТ в курсе маллекуулярой физики Х класса широко опирается на химические понятия: «моль», «молярная и относительная молекулярная массы», «ионная, атомная и молекулярные кристаллические решётки». Периодический закон и периодическая система химических элементов, изучаемые в химии, применяются при изучении основ атомной и ядерной физики. При овладении знаниями об эклектической энергии в курсе физики, учащиеся применяют опорные знания: по географии – о запасах и размещении минерального топлива и водных ресурсов России, по химии- о составе воздуха и горении, по биологии – о фотосинтезе под углом зрения рационального использования природных ресурсов. Далее опишу некоторые фрагменты уроков, где и какие межпредметные связи устанавливались при изучении темы урока. Например, изучая вопросы Удельной теплоёмкости веществ [5.с.37-48], школьникам прелагалось сохранить удельную теплоёмкость воды и горных поро и объяснить причину резкой континентальности климата. Прикаспийской низменности, при этом осуществляется связь физики с географией. На уроке физике «Удельная теплота сгорания топлива» расширялись представления учащихся о способах изменения о внутренней энергии, т.е. об изменении внутренней энергии при химических реакциях. Использовались понятия и обозначения углерода (С), кислорода (о2) и молекулы вода Н2О (связь химии и физики). На этом же уроке были представлены данные об ограниченности запасов органического топлива и размещении топлива (физика и география) . о загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива и об экологически чистом источнике энергии – сгорании водорода с образование воды (экологическим образование). Рассказывая о работе первых тепловозов, которые работали на дровах, а позднее на каменном угле, осуществлялась межпреметной связи физике с историей. Перед изучение темы «Испарение и кондексация», были предложены следующие вопросы:
Поступая к изучению закона сохранения и превращения энергии, концентрирую внимание школьников на том, что энергия не существует сама по себе, т.к. энергия – характеристика состояния тела. С целью формирования представления о связи и взаимообусловленность явлений природу ребятам предлагали ответить на ряд вопросов из смежных предметов, например: «Почему после выключения двигателя токарно – винторезного станка нельзя сразу снять обрабатываемую деталь, сменить резец, выбрать стружку? Почему рабочее поле деятельности отделяется от токаря прозрачным экраном?» (физика и трудовое обучение) Используя материал биологии рассматриваю устройства пчелиного улья, как пример рациональной теплотехнической установки. Закрепляя данный материал выясняю, как закон сохранения и превращение энергии механических и тепловых процессах сопоставляется с изученным на уроках химии законом сохранения массы вещества. Часто школьникам предлагаю повторять дома материал по межпредметным связям. Например, перед изучение конвекции предлагаю повторить о учебнику географии 6 класса материал о бризах и океанических течениях. Рассказывая о межпредметных связях между естественнонаучными предметами, нельзя обходить знания физики с историей. Связь физики с курсом истории можно хорошо освещать при изучении вопросов: «Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина». При изучении темы будут полезными рассказы об особенностях промышленного переворота в Англии, когда наступил век водяного пара, о развитии науки, техники, культуры в Росси во второй половине 18 века. На яду с естественными научными дисциплинами в структуре учебного предмета, возрастает роль межпредметных связей в трудовом обучении. Связь преподавания физики с трудовым обучением школьникам – необходимее условие осуществления политехнизма. В преподавании физике используются знания и умения (а так же запас наблюдений), приобретенные учащимися в процессе трудового обучения, а знания и навыки, полученные учениками на уроках физики используются при обучении им трудовым операциям. Особенности связей преподавания физики и трудового обучения состоят в том, что курс трудового обучения является практическим приложением знаний, полученных учащимися на уроках физики. Методические рекомендации по реализации межпредметных связей физики с другими предметами более подробно описано поурочной разработки темы «Тепловые явления» (приложение №2) Итак, включаемы в содержание урока межпредметной связи, усиливают его новизну, вызывают обновление уже известного материала, объединят новые и прежние знания в систему. Связи смежных курсов позволяют глубже проникнуть сущность предметов, раскрыть, например, причинно-следственные, физико-химические связи в биологических процессах. Это дает возможность в полнее показать историю науки, методы и достижения современной науки. Укрепляя стимулирующее содержание уроков, межпредметной связи активируют и процесс усвоения знаний, основанный на их постоянном применении. Становится наглядной практическая научность и полезность знаний по всем предметом. Осознание наружности знаний надежно укрепляют интерес к их углублению и расширению. Использование художественной литературы на уроках физики Изучая курс физики, во взаимосвязях с естественнонаучными предметами, хочется показать, какую большую роль в обогащении учебного процесса играют произведения художественной литературы. Изучение физических процессов и явлений на фоне фрагментов из художественных произведений не только обогащают учебный процесс (он становиться интересным, наглядно-образным, впечатляющим), но и расширяет кругозор учащихся. Произведения художественной литературы богаты описаниями тех или иных физических явлений природы, интересными фактами. Здесь отражаются те явления, которые по-новому раскрывают уже известные физические понятия, изыскиваются новые области применения физических законов. Эти описания, прежде всего, отличаются своей доступностью и образностью. Значения использования произведений художественной литературы на уроках физики огромно. Прежде всего, это иллюстративный материал к различным разделам курса физики (прилагается в приложении № 5), опираясь на который ученик создает для себя наглядные образы. Заключая в себе эмоциональный элемент, этот материал легко воспринимается школьниками. Чтение отрывков из художественных произведений активизирует «лириков». Физика перестает быть для них сухой и отвлеченной наукой, так как помогает увидеть вокруг разнообразные физические явления, ранее незаменяемые ими. Помогает им быть более наблюдательными. Итак, умелое и своевременное использование художественной литературы на уроках физики пробуждает у учащихся интерес к изучаемому материалу, помогает им осознать и лучше запомнить пройденное. Кроме того, учителю физики предоставляется еще одна возможность для эстетического воспитания. Отрывки из произведений художественной литературы могут быть по разному использованы на уроках : в виде постановки проблемы, иллюстрации теоретических положений при объяснении учителя, опросе учащихся и закреплении пройденного, а так же в решении задач. Методика использования художественной литературы мною на уроках физики отражена в поурочной разработке «Тепловые явления» (приложение № 2) и в подробном конспекте урока «Действия электрического тока» (приложение № 4). Также в приложении № 5 показаны карточки-задания, включающие выдержки из произведений художественной и научно-популярной литературы, народные поговорки и пословицы, образно описывающие то или иное физическое явление, которые использованы мною и будут применены при дальнейшем изучении физических понятий и явлений. Например. Рассказывая в 9 классе относительности механического движения можно привести стихотворение А.С.Пушкина «Движение»: Движенья нет, сказал мудрец брадатый, Другой смолчал и стал пред ним ходить. Сильнее бы не мог он возразить; Хвалили все ответ замысловатый, Но, господа, забавный случай сей Другой пример на память мне приводит: Ведь каждый день пред нами солнце ходит, Однако ж прав упрямый Галилей. Произведение художественной литературы необходимо использовать, рассказывая об ученых-физиках. Светлые, необыкновенно лиричные портреты А.Эйнштейна и Э.Ферми можно найти в книге И.Эринбурга «Люди, годы, жизнь», Н.Бора – в книге Д.Данина «Нильс Бор». Большую помощь учителю окажет прекрасная книга Я.Голованова «Этюды обученных», очень интересны стихи В.Шефнера «Архимед», «Попов», Ф.Гусева «Курчатов» и др.[10, с.103]. Рассказывая об использовании художественной литературы на уроках физики, хочется отметить, что и великие ученые физики интересовались искусством. Дж.Масквелл увлекался поэзией, А.Эйнштейн любил Моцарта, а у С.И.Вавилова была неиссякаемая тяга к гетевскому «Фаусту». История физики богата примерами, которые доказывают, какую большую роль в творческом процессе ученых играли чувства, вызванные произведениями искусства. Луи де Бройль, Н.Бор утверждали, что искусство приводит ученого к принципиально новому знанию [2,3]. «Искусство совершенно необходимая для самой научной деятельности «гимнастика ума», «тренировка» способности человека рождать фантазии». ФИЗИКА И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Осуществляя межпредметные связи в процессе изучения курса физики, хочется отметить, что и сам курс физики, ее основные законы, понятия и явления играют большую роль в экологическом образовании. Физика как наука о природе может помочь школьникам понять окружающий мир, его свойства, основные явления и процессы, происходящие в нем и те закономерности, которым они подчиняются. И, следовательно, понять главные экологические проблемы, которые возникают при использовании научных достижений в производственных целях. А также, многие вопросы охраны окружающей среды соответствует содержанию и специфике школьного курса физики и их целесообразно рассматривать именно на уроках этого предмета, чтобы учащиеся осознали необходимость хорошего знания физики для понимания природных процессов и их изменений под влиянием человеческой деятельности. При этом важно обратить внимание школьников на взаимосвязь и противоположности, существующие между основными положениями физики и экологическими проблемами. Так, физика способствует получению энергии, при чем во все больших количествах, но это связано с расходованием природных ресурсов и, следовательно, с проблемой сохранения природы. Например, при изложении материала о тепловых двигателях обращаю внимание учеников на необходимость усовершенствование тепловых двигателей: переход от твердого и жидкого топлива на газообразное; затем на транспорте тепловых двигателей электрическими. При изучении «Энергия топлива» заостряю внимание на ограниченность запасов органического топлива; загрязнение атмосферы продуктами его сгорания. Рассказываю о возможности создания экологически чистого источника энергии – сгорание водорода с образованием воды. Итак, осуществление экологического образования учащихся при изучении необходимо¸ поскольку деградация окружающей среды вызвана главным образом ее технологическим загрязнением, и физика как теоретическая и экспериментальная база современной технологии оказывается первопричиной человеческого давления на природу. Но она же выступает и в другой, положительной роли: на основе ее достижений создаются новые альтернативные технологии, сберегающие природные ресурсы и не загрязняющие окружающую среду. Таким образом, осуществление экологического образования при изучении физики убеждает учащихся в том, что между различными отраслями знаний нет резких границ, что различные области науки не оторваны друг от друга, а взаимно связаны между собой. Учащиеся осознают глубокий по своему содержанию факт, что все науки с разных сторон и каждая своими методами изучают материальный мир. В своей совокупности они дают общее представление о природе. Все это имеет важное воспитательное значение. Возможность осуществления межпредметных связей во внеклассной работе по физике Межпредметные связи повышают эффективность обучения и воспитания школьников, когда они включаются не только в различные формы учебной работы, но и в содержание внеклассной, воспитательной работы. Внеклассная работа открывает наиболее благоприятные возможности для осуществления межпредметных связей, которые в большей степени стимулируют самообразование учащихся; их обращение к дополнительной литературе, повторение учебного материала по разным предметам под разным углом зрения, расширение знаний учащихся в результате организованного обобщения. Большое воспитательное и познавательное значение имеют материалы из истории науки и техники, если их использование в учебном процессе. Но малый лимит времени урока не позволяет широко их применять. И в этой связи особое значение приобретают школьные физические вечера, составной частью которой служат конкурсы знатоков истории и соответствующие викторины. Проведению таких викторин и конкурсов должна предшествовать определенная подготовка: учащихся нужно предупредить о предстоящем соревновании, его условиях, порядке организации, методике оценки ответов им должна быть рекомендована литература. Обычно все это вызывает интерес у учащихся и к физике, и к чтению научно-популярных книг и статей. Материал для одной викторины, которую я использую, прилагается в приложении № 6. Следующая составная часть физических вечеров – составление разгадывание учебных кроссвордов. Работа эта вызывает у учащихся интерес, она требует от них понимания физического смысла величин, знания фактического материала – определений, единиц измерений величин, примеров из техники, истории науки. Тематические кроссворды могут выступать как интересный, один из самых любимых учащимися способов повторения учебного материала. А повторение позволяет взглянуть на изученное понятие по-иному, дать несколько разных формулировок одного и того же вопроса. Кроссворд межпредметного содержания на тему «Движение и взаимодействия», который я применяю в конце ӀӀ четверти, прилагается к работе в приложении № 7.Есть и индивидуальные формы внеклассной работы. Это рефераты и доклады, приготовленное учениками (в приложении прилагается). Эффективность межпредметных связей возрастает, когда существует естественная связь учебной и внеклассной работы.Для этого на уроках создаю специальные ситуации, вызывающие у учащихся потребность во внеклассной познавательной деятельности межпредметного содержания, а в учебной работе использую результаты внеклассной межпредметной деятельности. Межпредметные связи, осуществляясь в различных формах организации обучения и во внеклассной работе, укрепляют предметную систему обучения, развивают интерес учащихся к самому процессу познания. При этом легче приохотить (а не приневолить) учащихся к участию в коллективном творческом деле за счет имеющегося у них интереса к определенному учебному предмету. Все это способствует возрастанию уровня знаний, умений и навыков. Знания, умение и навыки, которые получены учащимися при изучении различных дисциплин. Указаны темы, где рассматриваются физические понятия и явления, связанные с разделом физики «Тепловые явления». Биология 6-7 класс 1. §.7. Устройство увеличительных приборов. 2 §.26.Поглощение листьями на свету углекислого газа и выделение кислорода (горение лучинки при наличии кислорода). 3. §.28.Дыхание листьев (поглощение энергии солнечного света при фотосинтезе -процесс образования сахара и освобождение энергии при дыхании). 4. §.27. Выращивание растений в парниках. 5. §.29. Испарение воды растениями (кукуруза-800г., капуста 1л., береза-60л за сутки). 6. §.32. Значение зеленых растений в природе и жизни человека. (В своей книге «Жизнь растений» К.А. Темерязев рассказывает об этом очень просто « Когда-то, где-то на землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку лишенного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу.»). 7. §.49. Состав семян (испарение воды из сухих зерен при нагревании и их конденсация). 8. §.53. Время посева глубины заделки семян (прогревание почвы с помощью солнечных лучей). 9. §.85. Древние папоротники и образование каменного угля. (Использование каменного угля, как лучшее топливо и как сырьё для химической промышленности. Работа паровоз, паровых котлов ТЭС). География-6. 1. §.16. Строение Земли. (О Высоких Температурах и плавлении вещества). 2. §.17.Породы, слагающие земную кору. (О Различных температурах плавления пород). 3. §.23. Что такое гидросфера? (Три состояния воды, испарение воды и конденсация). 4. §.25. Свойства вод мирового океана (океанская вода замерзает при температуре -2 градуса С). 5. §.34. Атмосфера и ее строение. (Нагревание воздуха от земной поверхности). 6. §.36.Температура воздуха (конвекция воздуха). 7. §.38. Ветер. (Образование бризов, конвекция.) 8. §.39.Водяной пар и облака. 9. §.40. Атмосферные осадки. 10. §.43. Распространение солнечного света и тепла на Земле. Георафия-7.
Трудовое обучение.
Природоведение.
Математика-алгебра.
История-6-7.
Что изучают параллельно с физикой Биология-8
Химия-8
География-8.
История-8
Алгебра-8.
Трудовые обучения.
|