Образовательные ресурсы

Физика для всех

Учебно-тематическое планирование

Номер и название темы	Кол-во часов		Вид работы
	Теория	Прак­тика
1. Вводное занятие	1	–	«Мозговой штурм», входное тестирование
2. Рождение Вселенной	1	1	1. Беседа в сопровождении презентации «Эволюция Вселенной». 2. Творческая работа «Составление Вселенского адреса землян»
3. Вещество и поле	1	1	1. Межгрупповой диалог («аквариумное обсуждение»). 2. Демонстрация анимационных роликов с применением интерполяции. Практическая работа «Моделирование явлений и объектов природы»
Пространство и время	1	1	1. Проблемная  лекция  с элементами диалога. Видеофильм «Астрономия», ч. I. 2. ЛР «Измерение времени реакции человека с помощью линейки»
Звук	1	2	1. Обзорная лекция с проблемно-поисковым подходом. 2. ЛР «Наблюдение колебаний  звучащих тел». Проведение  опытов с опорой на фиксацию фактов, установлением эмпирических закономерностей.  Решение качественных  и расчётных задач
Свет	1	2	1. Диалоговая лекция с выдвиженим гипотез,  демонстрациями. 2. ЛР «Изучение явлений отражения и преломления света». Решение  качественных и расчётных (экспериментальных) задач
Теплота	1	2	1. Обзорная лекция с проблемно-поисковым подходом. 2. Демонстрационные опыты. 3. Решение задач на установление взаимосвязи между эмпирическими температурными шкалами Цельсия, Кельвина, Фаренгейта, Реомюра
Электричество и   магнетизм	2	1	1. Проблемная лекция с элементами диалога, показом демонстраций. Выступления учащихся: «Симфония полярных сияний», «Насколько опасно находиться человеку рядом с высоковольтной ЛЭП?», «Практические советы по приобретению и использованию сотовых телефонов». 2. ЛР «Волшебный гвоздик». Фрагменты видеофильма «Грозные силы природы»
«Это вы можете!»	–	1	Научно-практическая конференция с защитой  проектов
Итог	10	10	20 ч

Введение

Значение физики в школьном образовании определяется ролью физической науки в жизни современного общества, её влиянием на темпы развития научно-технического прогресса. Существует, казалось бы, неоспоримое утверждение, что развитие ребёнка должно предшествовать его образованию. Однако у авторов этой «незыблемой» аксиомы есть оппоненты.

Выдающийся педагог и психолог XX в. Л.С.Вы­готский неоднократно подчёркивал, что «только то обучение считается хорошим, которое забегает вперёд развития». В ходе обучения ребёнок приобретает определённые навыки, совершенствует и использует их в своей деятельности. «Мы захлёбываемся информа­цией и умираем от жажды знаний», – сетует американский футуролог Джон Нейсбит и поясняет, что знание – это гораздо больше, чем информация. Так же как и опыт, информация представляет собой лишь кирпичики, которые после исследования, т.е. в результате выбора, оценки и размышления, перерабатываются в знания. А для исследования требуются любопытство и интенсивное желание решить загадки нашего мира.

Социальные и экономические условия в быстро меняющемся современном мире требуют, чтобы нынешние выпускники получили целостное компетентностное образование. Успешное формирование компетенций может происходить только в личностно-ориентированном образовательном процессе на основе личностно-деятельностного подхода, когда ребёнок выступает как субъект деятельности, субъект развития.

Приобретение компетенций базируется на опыте деятельности обучающихся и зависит от их активности. Самый высокий уровень активности – творческая активность – предполагает стремление ученика к творческому осмыслению знаний, самостоятельному поиску решения проблем. Именно компетентностно-деятельностный подход может подготовить человека умелого, мобильного, владеющего не набором фактов, а способами и технологиями их получения, легко адаптирующегося к различным жизненным ситуациям.

Пояснительная записка

Предлагаемая программа предпрофильного курса «Физика для всех» предназначена для формирования и развития профильной компетентности учащихся 8-го класса. Программа направлена на стимулирование творческой активности учащихся. В её содержании отражается компетентностный подход, методологический, поисковый, проектный, исследовательский методы обучения физике.

Объединяющей идеей курса является идея целостности взгляда на окружающий мир и место человека в нём, целостности причинно-следственных и пространственно-временных связей явлений и протекающих процессов. Программа рассчитана на 20 ч (1 ч/нед.) и идёт параллельно курсу «Метод учебного проекта».

Общедидактические цели курса: • создание условий для развития познавательных интересов и творческих способностей учащихся • продолжение формирования и развития осознанных мотивов деятельности при изучении физики и в повседневной жизни • углубление знаний или расширение информации по отдельным вопросам или темам базового образования • формирование компетенций: социальной, коммуникативной, информационной, когнитивной, специальной.

Ещё в 60-х гг. ХХ в. Р.Фейнман отмечал: «Пора экспериментов уже наступила. Цель их – найти наиболее эффективные способы обучения физике, которые позволили бы быстро передать новому поколению весь тот запас знаний, который накоплен наукой за всю её историю. Преподавание, следуя развитию науки, должно непрерывно менять свои формы, ломать традиции, искать новые методы». Следуя идее Р.Фейнмана, сформулируем методические задачи курса:

– познакомить учащихся со спиральной структурой развития физической науки;

– сформировать умения проводить наблюдения, изучать явления, включая фиксацию фактов;

– развивать экспериментальные навыки и умения;

– помогать учащимся учиться обобщать, анализировать, сравнивать, формулировать эмпирические закономерности, устанавливать взаимосвязи в изучаемых явлениях;

– прививать навык работы с учебными и научными текстами;

– развивать способности выдвигать гипотезы и самостоятельно выбирать метод исследования с последующей рефлексией.

Вид предпрофильного курса – углубляющий. Его назначение – удовлетворить естественное стремление учащихся к знаниям и самостоятельной познавательной деятельности, не скованной жёсткими рамками обязательного стандарта обучения.

Курс позволяет формировать такие важные человеческие качества, как стремление к успеху, умение работать в команде, самостоятельно выдвигать гипотезы и решать проблемы, работать с различного рода информацией.

Структура курса ориентирована на раскрытие логики познания окружающего мира: от мегамира к микромиру, от простейших явлений природы к сложным физическим процессам.

Ожидаемые результаты: развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся.

Программа данного курса включает темы: • «Рождение Вселенной» • «Вещество и поле» • «Пространство и время» • «Звук» • «Свет» • « Теплота» • «Электричество и магнетизм». В основу содержания курса положены сведения из основных разделов программы основного и среднего (полного) общего образования по физике: «Методы научного познания в физике», «Механические колебания и волны», «Молекулярная физика», «Электродинамика», «Элементы СТО», «Образование и строение Вселенной».

Программа предпрофильного курса «Физика для всех» защищена на курсах повышения квалификации в РО ИПКиПРО под руководством к.п.н. М.С.Атаманской, доцента кафедры математики и естественных дисциплин РО ИПКиПРО.

Методические рекомендации к изучению курса

Учебников и пособий по данному курсу учащиеся не имеют, поэтому рекомендуется использовать опорные конспекты к каждой теме. В них представлена вся необходимая информация по теории рассматриваемой темы, проблемные вопросы для обсуждений, задания для практических работ.

Специфика курса в том, что на первое место выдвигаются методологические, фактологические и практические задачи, поэтому деятельность учащихся оценивается не в традиционной системе, а по результатам представления продукта проектной деятельности и защиты мини-проекта.

Особое внимание уделяется проведению наблюдений, опытов для подтверждения или опровержения выдвинутой гипотезы, лабораторных и практических работ, решению качественных и расчётных задач.

Для организации учебного процесса в классе формируются творческие группы переменного состава, которые работают в рамках мини-проекта по каждой теме курса. Значимость такого подхода заключается в том, что ученик сможет апробировать свои возможности, интеллектуальные способности и личностные качества, включаясь в разнообразные виды деятельности: ролевые игры, моделирование, изобретательство, конструирование, исследование.

Для подведения итогов совместной деятельности в творческих группах или индивидуальных достижений проводится школьная научно-практическая конференция «Это вы можете!». На конференции учащиеся представляют и защищают продукты своей проектной деятельности: электронную презентацию, творческую работу, исследование, рекламу, действующую модель, коллаж.

Требования к результатам обучения

Понимание каждым учеником места физики в системе естественных наук, спиральной структуры развития физической науки, роли физики в развитии научно-технического прогресса.

Умение анализировать, систематизировать и обобщать научную информацию, оперировать основными понятиями и терминами для объяснения природных явлений, устанавливать причинно-следственные связи.

Умение проводить наблюдения, опыты, решать качественные и расчётные задачи, строить модели, выдвигать гипотезы в соответствующей теме курса.

Развитие ключевых компетенций в процессе реализации проектной деятельности.

 

Литература для учителя

1. Гульчевская В.Г. Педагогические основы современного образования. – Ростов-на-Дону.: РО ИПКиПРО, 2006.
2. Дитрих А., Юрмин Г., Кошурникова Р. Почемучка. – М.: Педагогика, 1988.
3. Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? – Домодедово: Вапар, 1994.
4. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. – М.: Наука, 1986.
5. Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. Физика для всех. – М.: Наука, 1974.
6. Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Просвещение, 1992.
7. Роуэлл Г., Герберт С. Физика. – М.: Просвещение, 1994.
8. Компьютерные программы и энциклопедии на CD-ROM: Физика 7–11. Библиотека наглядных пособий; Физика 7–11 кл. Практикум; Открытая физика 1.1 (Долгопрудный, Физикон).
9. Энциклопедия «Наука». – М.: РОСМЭН, 1994.

Литература для учащихся

1. Книга для чтения по физике: Сост. Кириллова И.Г. – М.: Просвещение, 1986.
2. Лукашик В.И. Сборник задач по физике-7–9. – М.: Просвещение, 2002.
3. Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? – Домодедово: Вапар, 1994.
4. Пёрышкин А.В. Физика-8. – М.: Дрофа, 2003.
5. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Физика-7; Физика-8. –М.: Дрофа, 2006.
6. Энциклопедия «Физика»: Ч. 1, 2. – М.: Аванта+.
7. Энциклопедия «Астрономия». – М.: Аванта+.

Содержание курса см. в рубрике «Дополнительные материалы» к № 12/2009 на сайте газеты. Ниже приводим сценарий урока по теме 5 «Звук», проводимого в рамках предфпрофильного курса. – Ред.

 

Звук

Урок-обзорная лекция с проблемно-поисковым подходом, 2 ч. 8-й класс.

Проблемный вопрос. Какое отношение имеет метод акустической термометрии к проблеме глобального потепления?

Оборудование: мультимедиапроектор, камертон, пружина, металлическая линейка, металлический шарик на нити.

Ход урока

1. Звуковые явления вокруг нас

(Звучит «Токката и фуга» d-moll И.-С.Баха в органном исполнении.)

Учитель. Каково значение звука в жизни человека? Мир, окружающий нас, наполнен различными звуками. (Ученики приводят примеры: тиканье часов, звучание музыкальных инструментов, сирена «скорой помощи» и пожарной машины, завывание ветра, шелест листьев, шум прибоя.) Человек от природы наделён слухом, он воспринимает широкий диапазон звуков, но способен и производить звуки – говорить, петь, – а также подчинять свои движения ритму.

Выделим у человека два биофизических блока: 1) ухо – приёмник звука; 2) голос – источник звука. Вся ярчайшая палитра настроений и чувств – радость и горе, бодрость и уныние, радость и печаль – может быть выражена звуком. Произнесите фразу «Я рад (-а) тебя видеть», придав ей три эмоциональных оттенка: 1-й ряд – радость, 2-й ряд – печаль, 3-й ряд – безразличие. (Учащиеся выполняют задание.)

С чем сравнятся раскат грома, пение соловья, звон капели весной, колыбельная мамы, разнообразие и мощь музыкальных аккордов?

Учащиеся (делают вывод). С помощью звуков человек познаёт окружающий мир; общаясь, обменивается чувствами, мыслями, информацией, эмоциями. Звук – средство общения.

2. Причины возникновения звуковых волн

Учитель. В глубокой древности были заложены основы науки о звуках – акустики. Что же такое звук? Запишем определение: звук – это механические волны определённой частоты, распространяющиеся в упругих средах и воспринимаемые ухом человека и животного. Выделите (подчеркните) слова в определении, которые вам непонятны. (Показывает опыты с камертоном и металлической линейкой.)

Учащиеся (делают вывод). Источником звуковых волн является колеблющиеся тела, а в нашем опыте упругая среда – это воздух.

Учитель. Составим логическую схему:

Источник звука – Передающая среда – Приёмник звука

Наложите два указанных выше биофизических блока на эту логическую схему.

Источник звука – Передающая среда – Приёмник звука

Голос                                                       Ухо

Какое из приведённых утверждений верное: «Звучащее тело колеблется» или «Колеблющееся тело звучит»?

Учащиеся. Оба утверждения верные.

3. Распространение звука в различных средах

Учитель. Рассмотрим процесс распространения звука. Колеблющаяся линейка – источник звука. При отклонении линейки влево сжимается прилегающий к её левой стороне слой воздуха (он становится плотнее) и одновременно создаётся разрежение с правой стороны (воздух становится менее плотным). Эти сжатия и разрежения воздуха чередуются во времени и распространяются в обе стороны от линейки. Последовательное сжатие и разрежение среды можно наблюдать, например, на пружине, подвесив на ней груз и заставив его колебаться.

Звук распространяется во всех упругих средах: твёрдых, жидких, газообразных. Многочисленные опыты показывают, что звук распространяется в каждой среде с определённой скоростью, табл. 1. Проанализируйте данные этой таблицы.

Таблица 1

Среда	Скорость звука, м/с при t = 20 °С
Воздух	343
Кислород	316
Вода (пресная)	1483
Вода (морская)	1530
Керосин	2330
Глицерин	1923
Ткани тела человека	1530–1600
Бетон	4250–5250
Дерево (дуб)	4115
Дерево (ель)	5000
Кирпич	3600
Сталь	5000–6100
Медь	4700
Свинец	2160
Стекло	5500

Выскажите свои суждения: В какой среде звук распространяется быстрее? Какова скорость звука в твёрдых телах? в жидкостях? в газах? Как изменится скорость звука волны при переходе из воздуха в воду? От чего зависит скорость распространения звука? (Обращает внимание учащихся на уточнение: «При t = 20 °С».) Как изменяется скорость распространения звука при повышении (понижении) температуры среды? (Логическая цепочка ответов позволяет учащимся самостоятельно найти ответ на проблемный вопрос лекции: какое отношение имеет метод акустической термометрии к проблеме глобального потепления?)

Метод акустической термометрии основан на том, что в роли термометра используется звук. Многократные измерения времени прохождения звуковых сигналов через воду на расстояние 1000 км позволяют ответить на вопросы, волнующие учёных: повышается ли температура воды Мирового океана из-за парникового эффекта и ждать ли в обозримом будущем повышения его уровня?

Учащиеся (делают вывод). Разные тела проводят звук по-разному. Плохими проводниками звука являются мягкие и пористые тела: войлок, вата, прессованная пробка, пористые камни, свинец. Хорошо проводит звук земля.

Учитель. Русский историк Н.М.Карамзин сообщает, что Дмитрий Донской перед Куликовской битвой, приложив ухо к земле, услышал топот конницы противника, когда она ещё не была видна. Жидкости также хорошо проводят звук. Рыбы, например, слышат шаги и голоса на берегу, это известно опытным рыболовам. Вы сможете проверить наши выводы, выполняя творческие задания в конце урока.

4. отражение звука – эхо

Учитель. Отгадайте загадку: «Его никто не повстречал ни разу, но что ни скажешь – повторяет сразу».

Учащиеся. Эхо!

Учитель. Пробовали ли вы когда-нибудь кричать в горах, в лесу, на открытой местности? Чтобы услышать эхо, какое условие необходимо?

Учащиеся. Горы, лес – преграда на пути звуковой волны.

Учитель. Запишите определение: явление отражения звука называется эхом или отголоском. Так как звук распространяется с постоянной скоростью в однородной среде, то вычислить путь звуковой волны можно по формуле s = υ_зв· t. Внесите коррективы в эту формулу и найдите время восприятия эхосигнала человеком с учётом того, что звук должен дойти до преграды и вернуться обратно, отразившись.

Учащиеся. t_эхо = 2s/ υ_зв.

Учитель. Эту формулу мы используем для решения задач.

5. Характеристики звука

(На доске: объективные – скорость, частота, интенсивность; субъективные – высота, громкость, тембр.)

Учитель. Познакомимся с некоторыми характеристиками звука. С одной мы уже познакомились – это скорость звука. Вспомните, что является источником звука? Совершенно верно, источником звука являются колеблющиеся тела. Колебания характеризуются частотой. Частота обозначается буквой греческого алфавита ν («ню»). Она выражается в герцах (Гц). Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени. Во время пения или речи воздух, идущий из лёгких, поступает в гортань, заставляя голосовые связки колебаться и издавать звук, который передаётся наружу через полости рта и носа. Пропойте простую мелодию, например, «В траве сидел кузнечик», проследите за колебаниями голосовых связок. Используя данные табл. 2, определите, у какого певца высокий голос, а у какого – низкий, сделайте вывод о взаимо­связи частоты колебаний и высоты звука.

Таблица 2

Голос	Частота, Гц
Бас	80 – 400
Баритон	110 – 400
Тенор	150 – 500
Контральто	200 – 700
Колоратурное сопрано	250 – 1400

Учащиеся (делают вывод). Чем больше частота колебаний, тем выше звук.

Учитель. Высота звука – субъективная характеристика, так же как и громкость звука. Один и тот же звук разными людьми воспринимается по-разному. Амплитуда колебаний давления в звуковой волне определяет громкость звука. Однако звуковые колебания одинаковой амплитуды не кажутся нам одинаково громкими, если их частоты различны. Наиболее чувствительно ухо к звукам в диапазоне 1500–4000 Гц. При слишком громких звуках в ушах возникает давящая боль, это порог болевого ощущения. Громкость звука выражается в белах (в честь американского изобретателя телефона А.Белла), на практике чаще применяют десятую долю бела – децибел, дБ. Громкость звука зависит от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя. Это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от громких (120 дБ) до тихих (40–30 дБ).

Ниже представлена диаграмма громкости звуков, создаваемых различными источниками – от самых сильных (удар грома) до разговора шёпотом. Проанализируем представленные данные. (Учащиеся сопоставляют данные со своими индивидуальными ощущениями и выслушивают сообщение одноклассника «Галереи шёпота».)

6. Музыкальные звуки и шум

Учитель. Почему шумит большая морская раковина, если её прижать к уху? (Учащиеся слушают «шум моря» в большой раковине и предлагают объяснения.) Раковина является резонатором, усиливающим многочисленные шумы в окружающей нас среде, обычно нами не замечаемые из-за их слабости. Этот смешанный звук напоминает гул моря, что и породило различные легенды.

Чистый музыкальный звук можно извлечь из музыкальных инструментов (ученики перечисляют: гитара, орган, скрипка, рояль, труба, саксофон; звучит запись испанской гитары.) Настроить музыкальный инструмент можно с помощью камертона. (Демонстрация звучания камертона.) Ножки камертона колеблются с частотой 440 Гц, что соответствет звуку «ля» первой октавы. Камертон сделан из металлического сплава элинвар. Из него же делают пружины механических часов.

Любой отличит музыкальные звуки от шума – шума толпы, шума моря. Шум возникает при работе бытовых приборов, машин, полёте самолёта, движении воздушных масс (ветре), несмазанных дверных петель. Источниками шума в жилых кварталах городов являются промышленные предприятия, строительные площадки.

Шум отличается от музыкальных звуков тем, что состоит из множества самых различных звуков, ему не соответствует определённая частота колебаний. Разные виды звука и соответствующие типы колебаний представлены в табл. 3.

Таблица 3

Вид звука	График колебаний	Особенности
Музыкальный тон (ля)		Только гармонические колебания. Звук без оттенков
Музыкальный звук		Периодические колебания. Результат сложения нескольких колебаний. Колебания не синусоидальные. Колебание имеет основной тон (низкая частота) и обертоны (высокая частота). Звук с оттенками
Шум (ветер, шелест, стук)		Беспорядочные колебания сложной формы и структуры. Не регулярные колебания, а смесь случайных, меняющихся колебаний
Удар (грохот обвала, удар барабана)		Колебания затухающие, непериодические, неправильной формы. Быстро затухают. Первая амплитуда первого колебания значительна, остальных – малая

7. Влияние шума на живые организмы

Шум (особенно громкий) вредно отражается на здоровье и трудоспособности людей. Длительный шум неблагоприятно влияет на органы слуха, развивается тугоухость, расстраивается деятельность сердца, печени, наступает истощение и перенапряжение нервных клеток, возникает быстрая утомляемость. Установлено, что допустимая граница шумовых ощущений составляет 80 дБ; при шуме 130 дБ у человека возникает боль в ухе, звук даже чувствуется кожей; шум 150 дБ непереносим (в Средние века была даже казнь «под колоколом»). О снижении шума в школе и дома должен заботиться каждый.

Работа в творческих группах. Предложите способы снижения шума: 1-я группа – в жилых помещениях, 2-я группа – в школе, 3-я группа – в автомобилях. (Учащиеся выдвигают и обсуждают гипотезы в течение 5–7 мин. Реализация идеи в виде мини-проекта в творческих группах выполняется как домашнее задание. На следующем занятии мини-проекты защищаются.)

Учитель. Подведём итог нашему знакомству со звуком – выполним тестовые задания. Критерии оценки: 7 баллов – «5»; 6 баллов – «4»; 5 баллов – «3». За каждый правильный ответ ставится 1 балл.

1. Чтобы звук воспринимался, необходимо:

А) наличие только источника звука;

Б) наличие источника и приёмника звука;

В) наличие только приёмника звука;

Г) наличие источника звука, передающей среды и приёмника звука;

Д) наличие только передающей среды.

2. Частота колебаний обозначается буквой и выражается в:

А) F, ньютонах; Б) Е, джоулях; В) ν, герцах; Г) р, паскалях.

3. Из перечисленных ниже веществ выберите хорошие проводники звука:

А) вата; Б) воздух; В) вода; Г) металл; Д) пенопласт.

4. Услышит ли космонавт звук колокольчика на Луне?

А) услышит, т.к. звук отражается;

Б) не услышит, т.к. звук поглощается;

В) услышит, т.к. температура среды низкая;

Г) не услышит, т.к. на Луне отсутствует воздух, необходимый для передачи звука.

5. Какие музыкальные духовые инструменты вам известны?

А) рояль; Б) орган; В) скрипка; Г) саксофон.

6. Чем музыкальный звук отличается от шума?

А) высотой;

Б) колебаниями определённой частоты;

В) отражением звука.

7. Какой прибор является источником чистого музыкального звука?

А) кларнет; Б) метроном; В) камертон.

Проверим, правильно ли вы выбрали ответы, и оцeним сами свою деятельность на уроке. Выйдя из школы, прислушайтесь к пению птиц, шёпоту листьев. Дома послушайте тихую мелодичную музыку, журчание искусственного фонтанчика – всё это поможет вам восстановить душевное равновесие, расслабиться и подготовиться к следующему учебному дню.

Примечание. Все таблицы и диаграммы демонстрируются с помощью мультимедиапроектора.