Н.В. Горовая,
гимназия № 1519, г. Москва

Механическая работа

Модульная программа. 9-й класс. Базовый и углубленный курсы

Каким должно быть модульное обучение. Цель современной школы – обеспечить образовательные потребности каждого ученика в соответствии с его склонностями, интересами и возможностями. Для ее достижения необходимо кардинально поменять отношения ученика и учителя в учебном процессе. В настоящее время этот процесс в массовой школе страдает неразрешимыми противоречиями между фронтальными формами обучения и индивидуальным усвоением знаний, а также индивидуальным темпом учебно-познавательной деятельности ученика; между необходимостью дифференциации образования и единообразием содержания и технологии обучения; между преобладающим в школе объяснительно-иллюстративным способом преподавания и деятельностным характером обучения, способствующим развитию способностей и интересов ученика.

Любое обучение призвано: развивать склонности и познавательные интересы ученика, формировать навыки и умения, быть мотивированным, дифференцированным и практико-ориентированным, готовить к непрерывному образованию, инициировать самообразование. Все это интегрируется в модульной технологии обучения.

Теоретические основы. Модульное обучение – это такое обучение, при котором ученик полностью или частично самостоятельно работает по индивидуализированной программе. Основные особенности метода:

– базирование на деятельностном подходе к образованию (только то содержание усваиваивается прочно и сознательно, которое стало предметом активных действий ученика);
– опора на теорию развивающего обучения – определение зон развития ученика по Выготскому (зона актуального развития – нет затруднений в выполнении заданий; зона оптимального, ближайшего, развития – имеются трудности, которые ученик может преодолеть с какой-нибудь помощью). Знание зоны актуального развития позволяет повышать сложность заданий. Оценить зону развития ученика можно, давая, например, 4 задания различного уровня сложности. Если все задания выполнены самостоятельно, значит, ученик находится в зоне актуального развития. Если для выполнения 4-го, самого сложного задания, он обратился за помощью, значит, находится в зоне ближайшего развития. При самостоятельном выполнении трех заданий учитель констатирует зону хорошей обученности, а при выполнении всего двух заданий – низкой. Всех учащихся необходимо комплектовать в группы, соответствующие зоне их ближайшего развития (3–4 группы в классе);
– использование программированного обучения: ход деятельности ученика строго программируется, плюс подключается самоконтроль, плюс используется мелкое деление учебного материала;
– поэтапное формирование умственных действий: на первом этапе ученик выполняет действия в материальном или материализованном виде (проговаривая их тихо); на втором – действия проговариваются в громкой речи; на третьем – проговариваются про себя, на четвертом – во внутренней речи;
– четкое управление, переходящее в самоуправление;
– проблемный подход;
– интенсивное обучение, что предусматривает продумывание нагрузки и разрядки во избежание перегрузок;
– обучение саморефлексии (как я работал, почему допустил ошибку, как работал в группе, кто наиболее компетентен в группе по этому вопросу – я?).

С модульного урока ученик уходит, зная, на каком уровне он усвоил материал, и фиксируя в конце урока свою рефлексию в тетради:

 Компоненты учебного модуля:

– завершенный информационный блок;
– целевая программа действий ученика;
– руководство деятельностью учащегося.

Роль учителя в этом процессе – управление мотивацией учения.

Последовательность действий учителя

1. Выделение в предмете стержневых линий курса (научных идей курса).
2. Составление технологической карты по каждому классу.

 3. Разработка модульной программы, ориентированной на достижение комплексной двухуровневой дидактической цели (КДЦ): первый уровень – усвоение учебного содержания учеником (что знать, что уметь, чему научиться), второй уровень – ориентация ученика на использование учебного материала на практике, а также при изучении учебного содержания в будущем.
4. Выделение из КДЦ интегрирующих дидактических целей (ИДЦ) и формирование модулей. Каждый модуль (тема урока) имеет свою ИДЦ. Совокупность достижения этих целей обеспечивает достижение всей КДЦ.
5. Деление каждой интегрирующей дидактической цели на частные дидактические цели (ЧДЦ) с выделением учебных элементов (УЭ) – каждой ЧДЦ соответствует один учебный элемент.

В результате создается дерево целей, в соответствии с которым структурируется учебное содержание.

Общие правила

– Обязательный поэтапный контроль: входной – проверка знаний, взаимопроверка, тестирование (на доске или на отдельных листах указываются правильные ответы) с последующим разбором ошибок; промежуточный и текущий – в конце каждого УЭ (цель – выявить затруднения, испытываемые учеником, чтобы преодолеть их впоследствии с помощью учителя или консультанта группы); выходной в конце каждого модуля (цель – выявить уровень усвоения содержания модуля для последующей обязательной доработки); при освоении базового уровня выставляется зачет;
– доступность изложения содержания и методического материала;
– обязательное добавление к числу содержательных учебных элементов еще трех: УЭ0 – входного контроля; УЭ1 – цели модуля; УЭ(n – 1), предпоследнего, – обобщения, вывода; УЭn , последнего, – выходного контроля.

Форма представления модуля

Требования к учебным заданиям

– Обеспечить 2–3 уровня сложности;
– осуществлять проблемное обучение;
– строить модуль комплексно: от восприятия до обобщения;
– обязательно включать повторение изученного.

Требования к деятельности ученика

Ученик учится сам в зоне своего ближайшего развития; осуществляет самоуправление и взаимоуправление в ходе деятельности; учится обращаться к товарищам и к учителю; учится распределять свое время; осуществляет рефлексию по ходу учения и в комплексе каждого учебного занятия.

Выводы. Модульное обучение возникло как альтернатива традиционному. Оно интегрирует в себе все прогрессивное, что накоплено в педагогической теории и практике. Так, из программированного обучения заимствуется идея активности ученика в процессе его четких действий в определенной логике, постоянное подкрепление своих действий на основе самоконтроля, индивидуализированный темп учебно-познавательной деятельности. Из теории поэтапного формирования умственных действий используется самая ее суть – ориентировочная основа деятельности. Кибернетический подход обогатил модульное обучение идеей гибкого управления деятельностью учащихся, переходящего в самоуправление. Из психологии используется рефлексивный подход. Сами учащиеся формулируют суть модульного обучения так: главное – то, что каждый работает самостоятельно, имея возможность проконсультироваться у учителя, получить помощь товарища, в результате значительно глубже познается учебное содержание и, кроме того, все время можно себя контролировать.

Однако имеются и трудности, которые следует иметь в виду. Во-первых, необходимо быть уверенным в том, что эта технология поможет вам. Во-вторых, необходимо убедиться в том, что учащиеся готовы к самостоятельной учебно-познавательной деятельности (т.е. у них уже сформирован минимум знаний и общеучебных умений). В-третьих, школа (или преподаватель лично) должна иметь возможность размножения модулей, ибо они эффективны только в том случае, если каждый ученик обеспечен программой действий. (На начальной стадии работы мы писали модули от руки и копировали, позже стало возможным размножать их на компьютере.) В-четвертых, не следует сразу выходить с модулями на весь класс – сначала попробуйте на малой группе, это позволит оценить объем, структуру, уровень трудности содержания, логику построения деятельности учащихся, систему контроля и самоконтроля и на этой основе внести коррективы. (Рекомендуем воспользоваться примерными модулями, представленными в методической литературе [2, 4].) Наконец, нужно включать в модуль очень большой объем содержательной деятельности. Учащимся, особенно на первых уроках, не хватает времени, потому что у них не сформировано чувство времени, а учитель не задает темп работы.

Основным итогом работы по модульной технологии является учение без двоек, что очень нравится и учащимся, и учителю.

Литература

Модульное обучение: теоретические вопросы, опыт, перспективы.//Под ред. Т.И.Шамовой – М.: МПГУ, 1994.
Педагогические технологии: что это такое и как их использовать в школе. //Практико-ориентированная монография. Под ред. д.п.н., проф., чл.-корр. РАО Т.И.Шамовой, д.п.н., проф.
П.И. Третьякова. – М.–Тюмень, 1994.
Система промежуточной аттестации школьников. //Из опыта работы гуманитарной гимназии-лаборатории № 1504. Под ред.
Т.И.Шамовой. – М.: Центр инноваций в педагогике, 1997.
Цявичене П.Ю. Теория и практика модульного обучения. – Каунас, 1989. (См. также статью этого автора в журнале «Советская педагогика», 1992.)
Чекмарева Т.К. и др. Модульный внутришкольный контроль на рефлексивной основе. //Методическое пособие. – Калуга, 1997.
Школа-лаборатория № 137 Московского комитета образования (из опыта работы). //Отв. ред. Л.Е.Курнешова. – М.: Центр инноваций в педагогике, 1997.

Модульная программа «Механическая работа»

М0 – КДЦ (комплексная дидактическая цель);
М1 – «Работа силы» («Механическая работа»);
М2 – «Работа, совершаемая силами, приложенными к телу; изменение скорости тела»;
М3 – «Работа силы тяжести»;
М4 – «Потенциальная энергия тела, поднятого над землей»;
М5 – «Работа силы упругости»;
М6 – «Закон сохранения полной механической энергии»;
М7 – «Работа силы трения и механическая энергия».

Комплексная дидактическая цель

Овладение содержанием всех модулей должно обеспечить закрепление полученных ранее знаний о механической работе, о потенциальной и кинетической энергии (из курса физики 7-го класса), ознакомление с понятием механической работы потенциальных сил, а также со связью механической работы с изменением кинетической энергии тела, формирование понятий о замкнутой системе и о полной механической энергии, воспитание ответственности за результат своего труда и труда товарища.

Учащиеся должны научиться: производить расчет работы сил тяжести, упругости, трения, а также кинетической и потенциальной энергий тел; применять знания для решения задач на расчет работы и энергии.

(УЭ0 – отсутствует, т.к. пока нечего повторять);
УЭ1 – интегрирующая цель;
УЭ2 – механическая работа – физическая величина;
УЭ3 – формула работы силы, направленной параллельно и под углом к перемещению;
УЭ4 – работа изменяющейся силы;
УЭ5 – единицы измерения работы;
УЭ6 – выводы;
УЭ7 – выходной контроль.

Модуль 2. «Работа, совершаемая силами, приложенными к телу; изменение скорости тела»

УЭ0 – входной контроль;
УЭ1 – интегрирующая цель;
УЭ2 – связь между работой силы, действующей на тело, и изменением его скорости;
УЭ3 – кинетическая энергия – физическая величина;
УЭ4 – решение задач на применение теоремы о кинетической энергии; 

УЭ5 – резюме;
УЭ6 – выходной контроль.

Модуль 3. «Работа силы тяжести»

УЭ0 – актуализация знаний о работе как физической величине;
УЭ1 – интегрирующая цель;
УЭ2 – формула работы силы тяжести при вертикальном движении тела;
УЭ3 – работа силы тяжести при движении тела по наклонной плоскости;
УЭ4 – независимость работы силы тяжести от формы траектории;
УЭ5 – применение наклонной плоскости;
УЭ6 – обобщение полученных знаний;
УЭ7 – выходной контроль.

Модуль 4. «Потенциальная энергия тела, на которое действует сила тяжести»

УЭ0 – интегрирующая цель;
УЭ1 – входной контроль;
УЭ2 – потенциальная энергия тела, на которое действует сила тяжести;
УЭ3 – связь работы силы тяжести с изменением потенциальной энергии тела;
УЭ4 – потенциальная энергия – энергия взаимодействия;
УЭ5 – обобщение изученных знаний;
УЭ6 – выходной контроль.

Модуль 5. «Работа силы упругости»

УЭ0 – интегрирующая цель;
УЭ1 – входной контроль;
УЭ2 – формула работы силы упругости;
УЭ3 – связь работы силы упругости с изменением потенциальной энергии упруго деформированного тела;
УЭ4 – потенциальная энергия упруго деформированного тела;
УЭ5 – обобщение полученных знаний;
УЭ6 – выходной контроль.
Семинар по решению задач.

Модуль 6. «Закон сохранения полной механической энергии»

УЭ0 – интегрирующая цель;
УЭ1 – входной контроль;
УЭ2 – замкнутая система;
УЭ3 – общее определение энергии (связь между энергией и работой);
УЭ4 – сохранение и взаимное превращение кинетической и потенциальной энергий; полная механическая энергия;
УЭ5 – обобщение полученных знаний;
УЭ6 – выходной контроль.
Семинар по решению задач.

Модуль 7. «Работа силы трения и механическая энергия»

УЭ0 – входной контроль;
УЭ1 –интегрирующая цель;
УЭ2 – работа силы трения при горизонтальном движении тела;
УЭ3 – работа силы сопротивления при движении по вертикали;
УЭ4 – неравенство нулю работы силы трения при движении тела по замкнутой траектории;
УЭ5 – работа силы трения и механическая энергия;
УЭ6 – обобщение полученных знаний;
УЭ7 – выходной контроль.

Модуль 1. «Механическая работа»

УЭ Учебный материал с указанием цели и заданий (объявляются учащимся) Комментарии для учащихся
УЭ1 Цель: введение понятия работа, формирование представлений о зависимости работы от системы отсчета, положительной и отрицательной работе, работе изменяющейся силы. Учебники*: «Физика-9» И.К.Кикоина и др. (2000); М.М.Балашова (1993)

УЭ2

Цель: введение понятия механическая работа как физической величины.

При изучении механического движения мы имеем дело с системой тел. Для определения состояния механического движения системы тел достаточно знать их координаты и скорости – параметры движения. При изменении одного из параметров система переходит в другое механическое состояние.

Эксперименты
  • Поднимите с пола свой портфель и поставьте его на стол.
  • Поставьте портфель опять на пол.
  • Измените местоположение своего пенала или учебника на парте.

?    Наличие каких двух физических величин потребовалось, чтобы изменить состояние портфеля и пенала?

Если вы самостоятельно ответили на вопрос, сравните свой ответ с приведенным ниже.

Примеры экспериментов зарисуйте в тетрадь (схематично)
Для изменения механического состояния тела или системы тел необходимо наличие:
1) силы, приложенной к телу; 2) перемещения тела под действием этой силы.
В этих случаях говорят, что сила производит механическую работу, в результате которой меняется состояние тел, участвующих в процессе.

? Что характеризует механическая работа?

(Вспомните: при действии силы совершается перемещение, в результате изменяется состояние системы тел; чем больше это изменение, тем большее перемещение совершает тело под действием силы, тем более длителен процесс перехода тела из одного состояния в другое.)
Если не знаете ответа, то запишите в тетрадь следующее:

Это нужно знать.
Механическая работа – это физическая величина, которая является количественной характеристикой процесса перехода тела из одного состояния в другое.

или:

Механическая работа – это физическая величина, характеризующая процесс действия силы на некотором перемещении.

Знать это определение!
З а д а н и е (письменно)

1. В каких из перечисленных случаев слово работа употребляется как физическая величина?

а) ученые работают над новым проектом;
б) сила тяжести груза при перемещении его подъемным краном совершает работу;
в) при торможении машины сила трения совершает работу.

2. В каком случае действие силы не приводит к совершению этой силой работы? Попробуйте привести примеры.

Выполните работу на листах, сдайте учителю и получите оценку.

УЭ3

Цель: ознакомление с формулой для работы силы, направленной параллельно перемещению тела и под углом к перемещению (a 0).
a) Прочитайте учебник [К] (§ 43, с. 119) и запишите формулу, по которой вычисляется работа силы в случае, изображенном на чертеже.

Формулу А = F s вы должны помнить из курса физики 7-го класса.

б) a 0; 0°<a< 90° (санки на веревке).

Перенесите чертеж в тетрадь.

 

Запишите формулу в тетрадь.

 

Перенесите чертеж в тетрадь.

Прочитайте учебник [К] (§ 43, с. 120 – общее выражение для работы). Запишите в тетрадь формулу
А = Fs cos
a.
Механическая работа определяется произведением модулей силы и перемещения на косинус угла между ними.

Попробуйте вывести эту формулу для случая действия на тело нескольких сил самостоятельно, воспользовавшись утверждением: если на тело действует несколько сил, то работа равнодействующей этих сил равна алгебраической сумме работ каждой из этих сил.

Если вы самостоятельно вывели эту формулу, сравните ее с выводом, приведенным ниже.

F = F1 + F2 – свойство сложения векторов.

А = А1 + А2 = F1s1 + F2 · 0 = F1s1;

перемещение в вертикальном направлении s2= 0.

s1 = s; F1 = F cos a ; А = Fscos a, что и требовалось доказать. Следовательно:

1) a = 0°; F ­­ s; А = Fs > 0;
2)
a =180°; F ­Ї s; А = –Fs < 0 (cos 180° = –1);
3)
a = 90°; F ^ s; А = 0.

Работа – скалярная величина, она не имеет направления, но по знаку может быть и положительной, и отрицательной, и равной 0.

Прочитайте учебник [К] (§ 43, с. 119 – «Работа – скалярная величина. Положительная и отрицательная работа»; с. 120 – «когда работа силы равна нулю»).

Запишите определение в тетрадь.

 

Запишите вывод формулы в тетрадь.

З а д а н и е

1. Мяч брошен горизонтально, ракета поднимается вертикально вверх, искусственный спутник Земли движется по круговой орбите. В каком из указанных случаев движения тел работа силы тяжести:

а) положительная;
б) отрицательная;
в) равна 0?

2. Штангист поднял с помоста штангу и зафиксировал ее над головой. В чем различие между работой силы мышц штангиста и работой силы тяжести?

3. Чему при этом равна работа силы тяжести, действующей на штангу? Работа силы упругости мышц штангиста?

Выполните работу на листах, сдайте учителю и получите оценку.

УЭ4

Вычислить работу изменяющейся силы можно двумя способами:
  • разделить все перемещение на отдельные (элементарные) перемещения, на которых сила постоянна, определить работу каждой силы на каждом перемещении и просуммировать их:

s1 + s2 + … + sn = Ssn.
F1 = const; F2 = const (но необязательно F2 = F1); ... Fn = const.
А1 = F1s1cos
a1;
А2 = F2s2cos
a2;
Аn = Fnsncos
an.

А = А1 + А2 + ... + Аn = SАn;

  • найти среднее значение F и вычислить А = Fсрscosa
    (a = const).
Запишите в тетрадь математический вывод.

УЭ5

Цель: изучение единиц измерения работы.

А = 1 Дж = 1 Н · 1 м, где 1 Дж – работа, которую совершает сила 1 Н, перемещая тело на расстояние 1 м в направлении действия силы.

УЭ6

Выводы:
  • механическая работа – физическая величина;
  • механическая работа зависит от силы, приложенной к телу, перемещения, совершаемого под действием этой силы, и направления между силой и перемещением.
  • не всегда действующая на тело сила совершает механическую работу;
  • механическая работа зависит от выбора системы отсчета;
  • единица измерения работы:
    1 Дж = 1 Н Ч м.
  • формула для расчета механической работы:
    А = FScos
    a.

УЭ7

Выходной контроль

Обязательный уровень

1. Сани с грузом перемещают по горизонтальной поверхности. Сила, действующая на сани, равна 100 Н и составляет с горизонтом 30°. Определите работу этой силы, если перемещение саней 100 м.

Повышенный уровень

2. Два блока – подвижный и неподвижный – соединены между собой веревкой. Какую силу необходимо приложить к веревке, чтобы поднять равномерно груз массой 40 кг на высоту 5 м? Какую при этом совершает работу:         
   а) сила упругости веревки?
   б) сила тяжести груза? (трение в          блоках не учитывать).

Указание. учтите, что силы натяжения во всех отрезках нити одинаковы.

Задачи решите в тетради, ответы сверьте с результатами, представленными учителем.
ДЗ [К] § 43, упр. 23 (1, 2); с. 121 (задание).

Карточка учителя (Таблица ответов на задания)

УЭ2

1. б и в;

2. Сила не совершает работу, если s = 0 или F ^ s (например, сила тяжести при горизонтальном движении тела, сила всемирного тяготения при движении искусственного спутника).

 

УЭ8, выходной контроль

1. Дано:

100 Н,
s = 100 м,
a = 30°
______
A – ?

Решение

А = Fs cos a;
А = 100 • cos 30°• 100 = 8600 (Дж).

Ответ. А = 8600Дж.

УЭ3

1. Аmg›> 0, когда мяч брошен горизонтально; Аmg‹< 0, когда ракета поднимается вертикально; Аmg = 0, когда искусственный спутник движется по круговой орбите;

2 и 3. Во время подъема штанги работа силы тяжести равна работе мышц штангиста и положительна:

Аmgмышц = mgh;

Когда штанга зафиксирована, работа силы тяжести равна нулю, а работа мышц штангиста положительна.

2. Дано:

m = 40 кг,
h = 5 м,

______
Аупр– ? Аmg– ?

Решение

T = Fупр= 0,5mg;
Fупр= 0,5mg;
h1 = 2h;
Аmg= mgh;
Aупр= Fупрh1 = mgh;
A = 40 • 10 • 5 = 2 • 103 (Дж).
[A] = Н • м = Дж.

Ответ. А = 2 • 103 Дж.

* Базовым является учебник И.К.Кикоина и др., в дальнейшем обозначается [К]; учебник М.М.Балашова – [Б], учебник.

TopList