Спецвыпуск

Электромагнитная волна

Организуется деятельность учащихся по распознаванию физического объекта «электромагнитная волна» в конкретных ситуациях^*. Чтобы обучить данной деятельности, необходимо актуализировать ранее полученные знания: что такое электромагнитная волна; каковы её источники и способы обнаружения. Понятие «электромагнитная волна» может быть усвоено при условии, что у учащихся сформированы следующие знания: переменное электрическое поле, переменное магнитное поле, связь между этими полями, электрические заряды, ускоренно движущиеся электрические заряды, колебания электрического заряда, проводники, конденсатор, условные обозначения электрических цепей, колебательный контур. Теперь предстоит осмыслить порядок действий по распознаванию электромагнитной волны. Для этого учащиеся должны составить порядок действий в конкретной ситуации самостоятельно, а после уточнения с учителем (или после обсуждения в классе) усвоить эти действия через самостоятельную работу.

Ход урока

I. Мотивационный этап

Учитель. С каким понятием физического объекта мы познакомились на прошлом уроке?

Ученик. Электромагнитная волна.

Учитель. Какой физический объект называется электромагнитной волной?

Ученик. Электромагнитная волна – это чувственно не воспринимаемый объект, состоящий из взаимно связанных переменных электрического и магнитного полей.

Учитель. Зачем нам нужно это знание? Какую деятельность мы можем выполнить на его основе?

Ученик. Наверное, чтобы распознавать этот объект в окружающей нас жизни и, используя электромагнитную волну, разработать устройство, позволяющее передавать звук и изображение на расстояние в сотни километров без проводов и принимать их.

Учитель. Скажите, пожалуйста, присутствует ли этот объект в нашем кабинете физики? (Ученики по-разному отвечают на этот вопрос.) Вот видите, не все могут установить, присутствует электромагнитная волна в конкретной ситуации или нет.

II. Этап составления схемы ориентировочной основы деятельности

Учитель. Возникает потребность научиться этому распознаванию. Запишите задание: научиться выделять ситуации, в которых есть электромагнитная волна. Теперь попрошу перечислить действия, которые надо выполнить, чтобы выполнить это задание. Работайте в группах по 4 человека. На работу 4 минуты. (Дети выполняют задание.)

Какие действия составила 1-я группа? 3-я? 5-я? (Называет любые три. Действия записываются на доске без комментария: 1) выделить понятие, указанное в цели деятельности; 2) определить это понятие; 3) выделить признаки этого понятия; 4) установить, какая связь между признаками – конъюнктивная или дизъюнктивная; 5) установить, обладает ли заданная ситуация этими признаками; 6) сформулировать вывод.)

Откуда вы знаете, что надо выполнить именно такие действия?

Ученик. Мы опирались на определение электромагнитной волны и условия, при которых она обнаруживается.

Учитель. Хорошо, это уже ориентир. Давайте вместе попробуем выделить действия, которые нужно выполнить, чтобы выделить ситуации, в которых есть электромагнитная волна. Вы совершенно верно отметили, что нужно исходить из определения электромагнитной волны. Так какое же действие нужно выполнить первым?

Ученик. Выделить понятие, указанное в цели – электромагнитная волна, – и указать условия, при которых она обнаруживается.

Учитель. Составим табл. 1 (чертит на доске).

Таблица 1

Мои действия при выполнении задания	Результат выполнения каждого действия

Записываем в таблицу под № 1: «1. Выделить понятие, указанное в цели деятельности». (Ученик заносит в первую строку таблицы свои действия при выполнении задания и результат выполнения этих действий.Окончательный вид этой таблицы представлен на с. 4 – см. табл. 2.)

Теперь определим понятие электромагнитная волна и укажем условия, при которых она возникает и обнаруживается. Это действие запишем под № 2 в таблицу. (Ученик заполняет вторую строку табл. 1.)

В определении понятия электромагнитная волна указаны признаки этого объекта и условия, при которых она возникает и обнаруживается. Какие признаки этого объекта мы можем выделить?

Ученик. Взаимосвязанные переменные электрическое и магнитное поля.

Учитель. Хорошо. При каких условиях возникает элетромагнитная волна?

Ученик. Изменяющийся электрический ток, например, заряды, движущиеся с ускорением.

Учитель. Очень хорошо. Но ведь элетромагнитная волна – это чувственно не воспринимаемый объект. Как же можно её обнаружить?

Ученик. По возникновению электрического тока в металлическом проводнике.

Учитель. Отлично! Запишем под № 3: «Выделить признаки элетромагнитной волны и условия, при которых она возникает и обнаруживается». Запишите в графу «Результаты…» названные признаки и условия. (Ученик заполняет третью строку табл. 1, без союза «ИЛИ» между пунктами в столбце «Результаты».)

Скажите, обязательно ли для распознавания ситуации, в которой есть электромагнитная волна, установить, все ли признаки электромагнитной волны имеют место, или достаточно одного из признаков?

Ученик. Для распознавания этой ситуации достаточно одного из признаков.

Учитель. Хорошо. Тогда поставим в таблице между признаками союз «ИЛИ». Такая связь между признаками называется дизъюнктивной связью. Мы с вами выполнили следующее действие: установили характер связи между признаками. Отметим это под № 4 в таблице. (Ученик заполняет четвёртую строку табл. 1.)

Итак, мы выделили признаки и условия, установили связь между ними. А зачем нам это надо было делать?

Ученик. Чтобы установить, обладает ли заданная ситуация этими признаками.

Учитель. Хорошо. Запишем в таблицу это пунктом № 5: «Установить, обладает ли заданная ситуация этими признаками». А теперь давайте по­смотрим, обладает ли конкретная ситуация первым признаком. Что для этого нужно установить?

Таблица 2. Окончательный вид табл. 1, составляемой на уроке

Мои действия при выполнении задания	Результат выполнения каждого действия
1. Выделить понятие, указанное в цели деятельности	Электромагнитная волна
2. Определить понятие электромагнитная волна и указать условия, при которых она возникает и обнаруживается	Электромагнитная волна – это чувственно не воспринимаемый объект, состоящий из взаимосвязанных переменных электрического и магнитного полей.  Источниками электромагнитной волны является изменяющийся электрический ток (заряды, движущиеся с ускорением).  Обнаруживаются электромагнитные волны по их действию на металлические проводники: они вызывают в них электрический ток
3. Выделить признаки электромагнитной волны и условия, при которых она возникает и обнаруживается	I. Взаимосвязанные переменные электрическое и магнитное поля. ИЛИ II. Изменяющийся электрический ток (заряды, движущиеся с ускорением) ИЛИ III. Возникающий или исчезающий в металлическом проводнике электрический ток
4. Установить, какая связь между признаками	Дизъюнктивная связь
5. Установить, обладает ли заданная ситуация этими признаками	I признак 1) Установить, есть ли электрическое или магнитное поле; 2) установить, является ли это поле переменным. ИЛИ II признак 1) Установить, есть ли электрический ток; 2) установить, изменяется ли этот ток (создаётся ли он ускоренно движущимися зарядами). ИЛИ III признак 1) Установить, есть ли металлический проводник; 2) установить, имеется ли в нём электрический ток; 3) установить, не создаётся ли этот ток источником тока
6. Сформулировать вывод	См. логическое правило вывода для дизъюнктивной связи

Ученики. Установить, есть ли электрическое или магнитное поле.

...Установить, является ли это поле переменным.

Учитель. Хорошо. Запишите это в графу «Результаты…». А теперь давайте попробуем установить, обладает ли эта ситуация вторым признаком. Что для этого нужно?

Ученики. Установить, есть ли электрический ток.

...Установить, изменяется ли этот ток или он создаётся ускоренно движущимися зарядами.

Учитель. Очень хорошо! Занесите это в «Результаты». Ну а теперь самостоятельно заполните таблицу по третьему признаку. (Ученик заканчивает заполнение пятой строки табл. 1.)

Учитель. Прочитайте, что у вас записано.

Ученики. Установить, есть ли металлический проводник.

...Установить, имеется ли в нём электрический ток.

...Установить, не создаётся ли этот ток источником тока.

Учитель. Какие действия после этого мы должны выполнить?

Ученик. Сформулировать вывод.

Учитель. Верно. Запишем это действие под № 6 в таблицу. (Ученик заполняет левую колонку шестой строки табл. 1.) Как же сформулировать вывод?

Ученик. Нужно проверить, обладает ли конкретная ситуация хотя бы одним из признаков.

Учитель. Отлично! Вы правильно воспользовались логическим правилом вывода. Если признаки связаны союзом «ИЛИ» (дизъюнктивная связь), то для положительного ответа достаточно выполнения хотя бы одного из признаков. Запишем логическое правило вывода в виде табл. 3.

(Ученик заполняет всю шестую строку табл. 1.)

Таблица 3. Логическое правило вывода

Логическое правило вывода Если признаки связаны союзом «и» – конъюнктивная связь:
Признаки	Возможные ситуации
	1		2		3
I	+		+		+
II	+		+		+
III	+		–		?
Вывод	Да		Нет		Неопределённо
Если признаки связаны союзом «или» – дизъюнктивная связь:
Признаки	Возможные ситуации
	1	2	3	4	5	6
I	+	–	?	–	?	?
II	+	–	?	–	?	?
III	+	+	+	–	–	?
Вывод	Да	Да	Да	Нет	Неопр.	Неопр.

Учитель. Теперь мы знаем, какие действия и в какой последовательности нужно выполнить, чтобы установить, есть ли электромагнитная волна в данной ситуации. Сейчас я предлагаю вам несколько ситуаций, работать мы будем по учебным картам. (Выдаются ситуации – табл. 4 – и учебные карты – табл. 5.)

Таблица 4. Ситуации

1.	2. На уроке показали опыт:	3. На экране осциллографа наблюдают временную развёртку электрического напряжения	4. Карманный фонарик работает от двух батареек	5. Аккумуляторная лампа накаливания освещает гараж	6. Согласно модели атома Бора электроны вращаются вокруг ядра по стационарным замкнутым орбитам
7. Магнитная стрелка отклонилась при включении электрического тока	8. Переключим выключатель в положение «2»:	9.  Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н.Яблочковым для питания изобретённых им «электрических свечей»	10.	11. Магнитная стрелка отклоняется при поднесении к ней проводника с током	12.

 

Таблица 5. Учебная карта

Ориентировочные признаки	Действия
I признак
Наличие электрического и магнитного полей можно обнаружить по следующим признакам: – электрическое поле связано и с неподвижными, и с подвижными электрическими зарядами; – магнитное поле связано только с движущимися электрическими зарядами	1. Установите, есть ли электрическое или магнитное поле. Обозначьте наличие электрического поля  красной буквой Е, а магнитного – красной буквой В
Электрическое поле переменное, если: а) изменяется заряд тела; б) заряды движется с ускорением. Магнитное поле переменное, если: а) электрический ток, порождающий его, изменяется; б) электрические заряды движутся с ускорением; в) магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника, колеблется	2. Установите, является ли это поле переменным. Обозначьте переменное электромагнитное поле символом ~ВЕ красного цвета
ИЛИ II признак
Наличие электрического тока можно обнаружить: а) по его действиям: тепловое, магнитное, химическое; б) по показаниям электроизмерительных приборов или осциллографа. Электрический ток всегда есть в цепи, если: а) в цепи есть источник постоянного тока  (условное обозначение в схеме ) и она замкнута; б) в цепи есть источник переменного напряжения (условное обозначение );  в) в цепи есть проволочная катушка, которая находится в переменном магнитном поле (индукционный ток)	1. Установите, есть ли электрический ток. Электрический ток отметьте символом I красного цвета
Изменения электрического тока можно обнаружить: а) по колебаниям стрелки электроизмерительного прибора; б) по графику напряжения на экране осциллографа; в) по наличию в цепи источника переменного напряжения; г) если этот ток является индукционным	2. Установите, изменяется ли этот ток. Отметьте это символом I красного цвета
ИЛИ III признак
Металлические проводники на схемах электрических цепей условно обозначаются так: Источники тока на схемах электрических цепей условно обозначаются так: и	1. Установите,  есть ли в схеме металлический проводник. 2. Установите, имеется ли в нём электрический ток. 3. Установите, не создаётся ли этот ток источником тока. Отметьте наличие электрического тока в проводнике символом I красного цвета
Вывод формулируется следующим образом (примеры):	Сформулируйте вывод. Если в ситуации есть электромагнитная волна, закрасьте номер задания зелёным цветом
Признаки Возможные ситуации 1 2 3 4 5 6        I + – ? – ? ? или II + – ? – ? ? или III + + + – – ? Вывод: Да да Да Нет Неопределённо Неопределённо

 

Задание. Выделите ситуации – отметьте зелёным цветом номера, в которых речь идёт об электромагнитной волне.

Учитель. Прочитайте учебную карту. Что в ней записано?

Ученик. В учебной карте записаны действия по анализу признаков электромагнитной волны и условий, при которых она возникает и обнаруживается.

Учитель. Эта карта нужна для того, чтобы вы не забыли выполнить каждое действие, а я могла бы проверить, правильно ли вы это действие выполнили.

Этап «материальных» действий

Учитель. Ситуацию 1 рассматриваем вместе. (Ученики называют действие, учитель вместе с учащимися выполняет его. После выполнения каждого действия учащиеся поднимают руку и отвечают на по­ставленный вопрос, обосновывая свои ответы. Учитель контролирует и корректирует выполнение.)

При анализе ситуации 2 сами называем действие и выполняем его. после выполнения каждого действия поднимаем руку и сверяемся, правильно ли оно выполнено. (На этом этапе учитель имеет возможность провести пооперационный контроль. Аналогично анализируем ситуацию 3.)

Этап «внешнеречевых» действий

Учитель. Теперь отложите учебные карты на край стола. Далее работать будете в парах: один из вас будет «ученик», а другой – «учитель». «Ученики» называют «учителю» каждое действие при анализе ситуаций 4 и 5, проговаривают способ его выполнения и одновременно выполняют его. «Учитель» контролирует «ученика». Он имеет право пользоваться учебной картой. (Через отведённое время учитель показывает правильное решение ситуаций 4 и 5.) Теперь поменяйтесь ролями и работайте с ситуациями 6 и 7. (Через отведённое время учитель показывает правильное решение.)

Этап внешней речи «про себя»

Учитель. Передайте мне учебные карты. Теперь работайте с ситуациями 8 и 9 самостоятельно, проговаривайте про себя действия и выполняйте их. (После выполнения задания учитель показывает правильное решение.)

Этап умственных действий

Учитель. Теперь ответьте быстро, есть ли электромагнитная волна в в ситуациях 10, 11, 12. Поднимайте руку при положительном ответе. (Ученики отвечают.)

Литература

1. Анофрикова С.В. Азбука учительской деятельности, иллюстрированная примерами деятельности учителя физики. Ч. 1. Разработка уроков. – М.: МПГУ, 2001.
2. Анофрикова С.В. Азбука учительской деятельности, иллюстрированная примерами деятельности учителя физики. Ч. 2. Подготовка к преподаванию темы. – М.: МПГУ, 2003.
3. Талызина Н.Ф. Педагогическая психология: Учеб. для студ. пед. учеб. заведений: 3-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2003.
4. Талызина Н.Ф. Практикум по педагогической психологии: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. – М.: Академия, 2002.
5. Теории учения. Хрестоматия. Ч. I. Отечественные теории учения: Под ред. Н.Ф.Талызиной, И.А.Володарской. – М.: Редакционно-издательский центр «Помощь», 1996.

Елена Михайловна Солодова – учитель физики и астрономии высшей квалификационной категории, Соросовский учитель, педагог-методист. Закончила МПГИ им. В.И. Ленина в 1986 г., педагогический стаж 22 года (всё время работала в одной школе). Ежегодно 40–50 учеников занимают призовые места на олимпиадах, 100% поступают в вузы. Хобби: кинология, (очень любит ротвейлеров).

---

^* Занятие разработано в рамках обучающей программы по теме «Электромагнитные волны» (11-й класс) на основе деятельностного подхода. Методика формирования всех умственных видов деятельности разработана в соответствии с теорией планомерного формирования умственных действий и понятий П.Я.Гальперина и с учётом этапов, выделенных Н.Ф.Талызиной. Под ситуацией понимается конкретный физический процесс, явление или задача.