Опережающее обучени в курсе физике основной и старшей школы
методическая разработка по физике

Разработку составил и выполнил

Пластунов Данил Александрович

 учитель физики ГБОУ Лицея №281

 г. Санкт-Петербург.

Тема: Методическая разработка уроков по физике с использованием перспективно-опережающего обучения.

Поиск путей увеличения продуктивности успешного обучения учащихся по любой определенной дисциплине не ограничивается корректировкой и отбором ее богатого содержания. В текущее время остро стоит проблема поиска новаторских решений в системе образования, основным результатом которых будет формирование личности, способной к неизменному развитию и обладающей различными навыками, которые определяют способность к оценке последствий принимаемых различных решений для достижения поставленных задач.

Отечественная психология и педагогика исходят из сформулированного Л.С. Выготским положения о ведущей роли успешного обучения по отношению к развитию: развитие происходит на основе овладения знаниями, способами деятельности, вхождения личности в контекст культуры. Согласно учению Л.С. Выготского обучение, опираясь на достигнутый уровень развития, должно опережать его, стимулировать, вести за собой, поэтому процесс овладения знаниями необходимо организовывать так, чтобы вносить новые элементы, формировать новые отношения, обеспечивая тем самым развитие. Обучение, идущее впереди развития, ориентировано на развитие ребенка как основную цель .

Одним из способов достижения высокой эффективности обучения является «опережающее обучение». Понятие «опережающее обучение» заполняется различным содержанием зависимо от того, каким конкретно образом взаимосвязано обучение.

Теоретические предпосылки опережающего обучения, нацеленного на развитие человека в образовании, представлены в трудах Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, В.В. Давыдова, Л.В. Занкова, Э. В. Ильенкова, А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, К.Д. Ушинского, Д.Б. Эльконина.

Педагоги, способные видеть перспективу и конечный результат обучения, вводят в процесс обучения с опережением небольшие фрагменты новой темы, для уменьшения объективной трудности некоторых вопросов программы. Методика педагога – новатора С.Н. Лысенковой называется перспективно-опережающим обучением.

Таким образом, одной из важнейших разработок является перспективно-опережающее обучение, так как оно позволяет сберечь время на разъяснение нового материала и уделить больше внимания практическому закреплению.

Опережающее обучение заключается в том, что мы демонстрируем, говорим о некоторых понятиях, опережая программу обучения на несколько уроков, а иногда и классов. При этом говорим об этих понятиях, как о чем то не обязательном на данном этапе обучения, но основная задача опережающего обучения будет заключаться в мотивации детей и заинтересованности в изучении физики.

 Исследуя данную тему, были рассмотрены некоторые варианты внедрения опережающего обучения для того, чтобы подготовить обучающихся к изучению нового и более глубокого материала.

1. Вариант связи между равнодействующей силой в курсе седьмого класса и Второго закона Ньютона девятого класса.»

В седьмом классе мы говорим о равнодействующей силе, а она является одной из причин возникновения ускорения во втором законе Ньютона. В ходе урока мы рассматриваем два случая расположения саней на поверхности.

Вариант проведения урока и слова, подводящие ко Второму закону Ньютона, могут быть следующими:

В седьмом классе мы говорим о равнодействующей силе, а она является одной из составляющих во втором законе Ньютона, обратимся к учебнику Перышкина А.В.

«Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующих этих сил».

Дальше мы будем рассматривать два случая, когда на тело действуют две силы:

1) Противоположно направленные силы.         

2) Направленные вдоль одной прямой.

1. Из рисунка (Рис.3.) видно, что равнодействующая сил, направленных по одной прямой в одну сторону, направлена в ту же сторону, а её модуль равен сумме модулей составляющих сил.

R=F1 + F2

R- равнодействующая сила.

F1

F2

R

Рис.3.Графическое изображение равнодействующей двух сил, действующих на тело по одной прямой

2. Из рисунка видно, что если на тело действуют силы по одной прямой, направленные в противоположные стороны, то равнодействующая этих сил направлена в сторону большей по модулю силы, а её модуль равен разности модулей составляющих сил.

 R=F1 – F2

 R- равнодействующая сила

             F1

R

F2

Рис. 4. Графическое изображение равнодействующей двух сил, действующих на тело в противоположные стороны.

В данной формуле мы видим, что если на тело действуют две одинаковые силы, то равнодействующая этих сил будет равняться нулю. В этом случае тело находится в покое или равномерно движется (т.е. ускорение равно 0, первая отсылка ко 2 закону Ньютона).

Рис.5.Сила тяжести уравновешивается силой упругости. Книга покоится

Рис.6. Сила тяжести уравновешивается силой Архимеда. Тело плавает в толще воды

Сила Архимеда уравновешивается силой тяжести, тело равномерно перемещается в жидкости вниз. После того, как мы дали определение равнодействующей силы, мы можем поступить следующим образом:

Давайте рассмотрим тело (сани), для этого обратимся к рисунку (рис 7). 1. Сани находятся на горизонтальной поверхности, если на тело не действуют никакие силы или сумма сил равно 0, то тело находится в состоянии покоя, либо движется равномерно.

2. Если увеличивать массу саней, они не смогут сдвинуться.

Рассмотрим рисунок (Рис.7), все силы скомпенсированы: сила тяжести уравновешивается силой реакции опоры, т.к. нет силы вызывающей движения на горизонтальной поверхности (сила тяги), то тело не движется. 

Рис.7. Силы, действующие на тело на горизонтальной поверхности

Рассмотрим второй случай, когда сани находятся на наклонной гладкой поверхности, к примеру, на ледяной горке. В данном случае, мы можем сказать, что сани начинают скатываться, причем они будут разгоняться, и скорость будет увеличиваться и у подножья горы будет максимальной, для того, чтобы разобраться, почему так происходит, изобразим сани на наклонной гладкой поверхности и силы, действующие на них (Рис.8.).

Мы видим, что сила тяжести теперь не находится на одной прямой вместе с силой реакции опоры, т.к. сила тяжести всегда направлена к центру земли, а сила нормальной реакции опоры приложена всегда перпендикулярно плоскости опоры.

А значит, вектор N силы реакции опоры будет направлен под неким углом к горизонтальной плоскости, в 7 классе дети еще не знают, как работать с векторами, поэтому для того, чтобы они разобрались, можно задать вопрос: что будет происходить с санями на наклонной плоскости?

Конечно, дети интуитивно ответят на этот вопрос: сани будут скатываться вниз по наклонной плоскости. После этого мы можем задать вопрос: почему сани скатываются вниз, что их заставляет это делать?

 Для того чтобы ответить на этот вопрос давайте изобразим действие сил на сани (рис. 8). Из-за нехватки математических знаний, дети не смогут сказать, что причинной движения является некоторый вектор силы, появившийся в результате векторного сложения  и . Однако, рассматривая вместе с ними рисунок, мы можем сказать, что когда сани находятся на ледяной горке, то сила трения отсутствует, и на них действую только две силы:

1. сила реакции опоры .
2. сила тяжести .

И именно эти две силы в сумме являются равнодействующей силой, которая является причиной возникновения движения у саней.

Рис.8. Силы, действующие на сани, на горизонтальной плоскости

А теперь, чтобы подвести учеников ко Второму закону Ньютона, мы можем задать несколько вопросов:

1. Как изменится скорость?
2.  Как изменится равнодействующая сила при соскальзывании санок?
3. Как будет изменяться скорость при увеличении массы саней?

Отвечая на эти вопросы, дети должны прийти к выводу:

1) При движении саней вниз по наклонной плоскости скорость будет постепенно увеличиваться.  

2) Равнодействующая не изменяется, т.к. никто не уменьшал и не увеличивал массу, из-за которой может измениться сила реакции опоры и сила тяжести.

Дети интуитивно будут понимать, что при увеличении массы саней скорость будет увеличиваться медленнее. Здесь мы говорим ученикам, что существует такая величина, которая отвечает за то, как быстро или медленно изменяется скорость, такая величина называется ускорение.

Но вот здесь мы говорим, как бы по секрету то, что сила является причиной возникновения ускорения, так же ускорение будет зависеть от массы при этом, чем больше масса, тем меньше ускорение.

  - Второй закон Ньютона.

После того, как мы поможем детям прийти к этому выводу и этой формуле, мы можем сказать, что данный закон был открыт Исааком Ньютоном, в честь которого и был назван данный закон и более подробно мы его разберем в 9 классе.

2. Вариант связи движения тела вверх и вниз на уроке 9 класса с движением под углом к горизонту в 10 классе

В школе нельзя пропустить изучение движения тела вниз и вверх в девятом классе и изучение движения тела под углом к горизонту в десятом классе. Для того чтобы провести аналогию между двумя этими темами и показать это движение, обратимся к теории десятого и девятого класса.

 В девятом классе мы изучаем движение вверх и вниз в теме «Движение тела, брошенного вертикально вверх. Невесомость» и говорим о том, что на тело, находящееся на поверхности земли действует сила тяжести и что при броске вектор начальной скорости, которую мы придаем телу и вектор ускорение свободного падения, будут противоположно направлены (рис. 9).

Рис. 9. Движение тела вверх

В результате этого скорость тела будет уменьшаться, и в какой-то момент времени будет равняться нулю на максимальной высоте (рис.6).

Рис.10.Тело находится в максимальной точке полета

И тело будет падать равноускорено вниз под действием силы тяжести постепенно, увеличивая скоростьV0 (рис .11).

Рис .11. Движение тела вниз

В девятом классе сообщаем, что при движении тела вверх под действием на него лишь только силы тяжести, используем формулы при прямолинейном равноускоренном движении с начальной скоростью (1) и (2).

   (1)

  (2)

При этом мы учитываем, что при движении тела вверх векторы скорости и ускорения свободного падения направлены в противоположные стороны, а значит, при проецировании будут иметь разные знаки в уравнение в зависимости от выбранной оси движения.

После того как мы рассмотрели теорию, мы можем задать классу вопрос: мы рассмотрели движения тела вертикально вверх и вниз, но по какой траектории будет двигаться тело, брошенное под некоторым углом к горизонту, к примеру, при выстреле из пушки ядром? Для того, чтобы понять нам, как движется тело необходимо графически изобразить траекторию движения с учетом того, что на тело действует ускорение свободного падения g (Рис.12).

Рис.12.Движение тела под углом к горизонту

Ускорение на протяжении всего пути одинаково, поэтому используем те же формулы, что и при равноускоренном движении (1) и (2).

   (1)

  (2)

При выбранных начальных координатах, когда Х0 = 0 и У0 = 0. Проекция вектора на какую-либо ось будет состоять из модуля вектора и косинуса угла, который этот вектор образует с положительным направлением оси.

Рис. 13. Начало движения тела

В девятом классе дети способны найти синус и косинус угла к соответствующим координатам, а значит с помощью рисунка видно, что

                         (3)

      (4)

5)

                                 (6)

то уравнения равноускоренного движения можно записать в виде:

                    (7)

            (8)

После того, как мы поможем детям прийти к этому выводу и этой формуле, мы можем сказать, что данная формула действительно имеет место быть и данное движение более подробно рассматривается в десятом классе, но для того, чтобы эта тема вами усвоилась осознано затрагивать мы ее, будем и в девятом классе.

3. Вариант связи с уроком давление газа и жидкости в сосудах в 7 классе и МКТ в 10 классе.

Одним из вариантов опережения в курсе физики может быть тема , которая рассматривается в физике 7 класса, это давление жидкости и газа на дно и стенки сосуда, на уроке мы рассматриваем пример, когда столб жидкости давит на дно и стенки сосуда и мы говорим о давлении в целом, обратимся к теории седьмого класса.

Мы говорим, что сила, с которой жидкость давит на дно и стенки сосуда, равна весу жидкости в сосуде, а вес мы определяем, зная массу, которая вычисляется по формуле (9):

       (9)

Объем легко найти, зная высоту h и площадь дна сосуда S;

                     (10)

                    (11)

 Вес этой жидкости

                   (12)

Зная, что давление определяется как:

     (13)

     (14)

сокращая S, мы получаем формулу

      (15)

Мы получаем формулу для расчета давления жидкости и газа на дно и стенки сосуда. Мы видим, что давление зависит от плотности жидкости (газа) и высоты столба жидкости. Для того, чтобы связать урок давления жидкости и газа в сосудах с уроком МКТ в 10 классе, можно задать вопрос: а от чего же зависит давление газа в сосуде? Ведь газ — это мельчайшие частички, которые перемещаются хаотически в воздухе и соударяются со стенками сосуда.

Здесь мы можем нарисовать движение частичек газа в плотно закрытом сосуде и рассмотреть движение частиц в сосуде под действием атмосферного давления (Рис.10).

Рис.14. Движение частиц газа в плотно закрытом сосуде и под атмосферным давлением

Из этого рисунка мы можем сделать вывод, что чем больше частиц в сосуде, тем больше соударений, а значит больше давление, т.е. давление зависит от количества частиц. Эта величина называется концентрация (n). Далее мы скажем, что число соударений зависит от движения самих частиц, а именно чем больше скорость, тем чаще частицы будут соударяться со стенками, т.е. давление будет зависеть от скорости частиц, при чем скорость в квадрате (V^2), частицы имеют массу и сила удара будет зависеть от массы(m), а значит и давление тоже.

Но ведь мы рассмотрели это лишь в одномерном пространстве, когда частица движется в одну сторону, а мы знаем, что мы живем в трехмерном, а значит одна частица может выбрать одно из трех направлений.

Здесь мы говорим о том, что более подробный вывод изучается в 10 классе и для того, чтобы хорошо усвоить данную тему, мы затрагиваем ее в 7 классе.

4.Вариант внедрения опережающего обучения в теме урока «конденсатор» 8 класса и 10 класса.

В восьмом классе мы рассматриваем тему конденсаторы и говорим о том, что можно ли накопить электрический заряд и электрическое поле, говорим об устройстве элементарного конденсатора, а именно о том, что элементарный конденсатор состоит из двух плоских одинаковых металлических дисков-обкладок находившимся на некотором не большом расстоянии по сравнению с размером обкладок и разделенными слоем диэлектрика-воздух (Рис.15)

Рис.15. Простейший демонстрационный конденсатор

После этого мы будем заряжать конденсатор с помощью электрофорной машины и поговорим о способности накапливать заряд, о том, что свойством конденсатора накапливать заряд является электроемкость, потом с помощью опыта говорим о том, что, когда мы уменьшаем заряд в несколько раз, во столько же раз и уменьшаются показания электрометра.

Причем отношения заряда к напряжению будет оставаться постоянным (16)

  (16)

Рис.16. изображение конденсатора с подключенным к нему электрометром

после этого мы можем сказать, что такая величина называется электроемкостью:

 «Величина, измеряемая отношением заряда одной из пластин конденсатора к напряжению между пластинами, называется электроемкостью конденсатора.»

А значит, электроемкость конденсатора определяется данной формулой:

   (17)

После того, как мы сделали данный вывод и провели ряд опытов с конденсатором, мы можем взять две другие пластины больших размеров и повторить опыт.  Мы заметим, что показания электрометра изменятся, а значит заряд q пропорционален площади обкладок S, т.к. большая по площади обкладка способна накапливать больший по количеству заряд (Рис.17)

Рис.17. Зависимость электроемкости от площади обкладок

После данного эксперимента проведем еще один, возьмем и отодвинем эти пластины друг от друга на некоторое расстояние и вновь произведем измерения и наши показатели электрометра так же изменятся, а это значит, что при увеличении расстояния d (рис 18) будет изменяться емкость, причем обратно пропорциональна, от сюда следует, что емкость конденсатора зависит прямо пропорционально от площади обкладок S и обратно пропорционально расстоянию d (18):

 (18) - электроемкость конденсатора, зависящего от площади обкладок и расстоянием между ними

Рис.18. Зависимость электроемкости от расстояния между обкладками

5. Вариант внедрения опережающего обучения при изучении тем «Второй закон Ньютона» и «импульс материальной точки» в 10 классе.

Когда мы проходим в 10 классе второй закон Ньютона, то мы рассматриваем изначально несколько физических величин, а именно ускорение, массу, силу.

Рис.19. Движение тела под действием силы

Рассматривая опыт с тележкой, и говоря о том, что  больше для более нагруженной тележки в отличие от менее нагруженной, мы указываем на то, что ускорение зависит не только от силы (F), но и от свойств самого тела. После этого мы формулируем определение второго закона Ньютона с учащимися:

«Ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе.»

Так же он формулируется, как:

«Произведение массы тела на ускорение равно сумме действующих на тело сил»

         (19)

После того, как мы вывели второй закон Ньютона и записали его как:

                      (20)

Мы можем попросить ребят расписать ускорение через скорость (21):

        (21)

Тогда уравнение примет вид:

               (22)

или

      (23)

и вот как раз здесь появляется новая величина, а именно импульс тела

 (), а именно изменение импульса и тогда второй закон Ньютона примет вид:

       (24)

После вывода этой формулы, мы можем сказать ученикам, что это Второй закона Ньютона в импульсной форме и более подробно мы его разберем на следующих занятиях.

6. Вариант связи между силой тяжести земли (ускорение свободного падения) и законом всемирного тяготения.

В 7 классе мы рассматриваем силу тяжести и говорим о ускорении свободного падения, который дается нам как некий коэффициент перед массой тела, для определения силы тяжести.

    (25)

Но целесообразно задать вопрос детям: а что это за коэффициент, от куда он взялся и всегда ли он постоянен для остальных планет? Данная тема рассматривается в курсе физики 9 класса, но все же я расскажу вам, откуда взялся этот коэффициент.

Для того, чтобы определить этот коэффициент мы должны воспользоваться законом всемирного тяготения, который более подробно вы узнаете в 9 классе.

   (26)

Для того, чтобы подвести детей к выводу коэффициента, мы можем сказать, что сила тяжести на Земле – это проявление действия закона всемирного тяготения для тел, которые находятся на поверхности Земли.

Вывод:

1. – Закон Всемирного тяготения
2. - формула силы тяжести
5.  g=

  - формула ускорения свободного падения для Земли

Из данной формулы мы видим, что для нашей планеты коэффициент g-будет постоянен, но не для других планет.

Вывод:

Современная образовательная модель предполагает, что необходимость получения знаний является потребностью личности. Человеку можно только оказать помощь в приобретении знаний, помочь сформировать умения применять полученные знания на практике. Для этого необходимо сформировать и развивать у обучающихся творческие способности, направленные на применение знаний в нестандартных ситуациях. Этому успешно способствует введение на раннем этапе обучения пропедевтического курса физики.