Учебные занятия
В. Е.
Бугаев,
< dav_lic@mail.ru >, МОУ Давыдовский лицей, д. Давыдово, Орехово-Зуевский р-н, Московская обл.
Плавление и отвердевание кристаллических тел
Технология совместных экспериментальных исследований и её развитие
30 октября 2008 г. в рамках традиционной Педагогической ассамблеи, проводимой в Орехово-Зуевском муниципальном районе Московской области, МОУ Давыдовский лицей принимал педагогов-победителей приоритетного национального проекта «Образование» из г. Реутова и наукограда Черноголовки. Учителя-гости проводили уроки по различным предметам, да и учителя-хозяева не ударили лицом в грязь. Один урок провёл учитель физики лицея, отличник народного образования РФ В.Е. Бугаев. В основу этого урока была положена технология совместных экспериментальных исследований учителя и учащихся (см. статью Г.Г. Никифорова, О.А. Поваляева «Современный кабинет физики: новые возможности для обучения» в «Физике-ПС» № 16/2008). Идея в том, что урок строится в соответствии со структурой включённого в Стандарт метода познания и цикла познания, элементы которых в той или иной пропорции распределяются между демонстрационными исследованиями, которые проводит учитель, и лабораторными исследованиями учеников (см. там же статью Н.В. Андреевой «Совместные экспериментальные исследования учителя и учащихся»). Это направление определяется тенденциями развития современной учебной техники, которая поступает в школы в рамках ПНПО «Образование» и Президентской программы компьютеризации школ. В частности, в Давыдовский лицей оборудование поставляется ОАО РНПО «Росучприбор». Эти технические составляющие – экспериментальная база для реализации описанной педагогической идеи расширения технологии совместных исследований: экспериментальные результаты, полученные учащимися на уроке физики при фронтальном исследовании плавления кристаллического вещества, обрабатываются на уроке информатики с использованием «информационных» знаний и умений.
Г.Г. Никифоров < nikiforowgg@mail.ru >, ИСМО РАО, г. Москва
Урок проходит в четыре этапа: актуализация знаний и умений учащихся, демонстрационный эксперимент, самостоятельное исследование учащихся и его обсуждение, компьютерная обработка экспериментальных результатов на уроке информатики. Окончательные итоги межпредметного исследования подводятся в начале следующего урока. Остановимся кратко на особенностях каждого этапа.
Цель урока: вспомнить особенности внутреннего строения вещества в различных агрегатных состояниях, обусловленность тепловых свойств движением и взаимодействием частиц; повторить приёмы работы с калориметром, приёмы измерения температуры.
Оборудование: учебник [1], плакаты «Кристаллические тела», модели кристаллических решёток, видеофрагмент «В глубь кристаллов» [2].
Ход урока
I этап
Ученики делятся на две группы.
Вопросы первой группе: • В каких трёх агрегатных состояниях может находиться одно и то же вещество? • Чем отличаются эти вещества друг от друга? • Каковы свойства этих веществ в разных агрегатных состояниях? • Одинаковы ли молекулы в трёх агрегатных состояниях? А если разные, почему? • Если молекулы одинаковы, то почему вещество в разных агрегатных состояниях имеет различные свойства?
Вопросы второй группе: • Что такое процесс плавления? • Что необходимо сделать, чтобы твёрдое вещество перешло в жидкое? • Чтобы расплавить вещества, их надо нагревать до одной и той же температуры? • Что такое температура плавления? • Таблица из учебника [1, с. 32], вопросы 2, 3, 5 из упр. 7, с. 33 • Что такое кристаллизация (отвердевание)? • Что надо сделать с жидким веществом, чтобы оно кристаллизовалось? • Что понимают под температурой отвердевания?
Схема установки для исследования процесса плавления-кристаллизации (вверху), реальная сборка (справа внизу) и результирующий график процесса на экране компьютера
II этап
На экране компьютера – график плавления и отвердевания кристаллического тела
Полное демонстрационное исследование нагревания, плавления и отвердевания кристаллического вещества позволяет провести комплект «Тепловые явления» серии «L-микро» с использованием компьютерной системы. В комплект входят: датчик температуры до 1000 °C Цельсия, термопара, измерительная система «L-микро» (электронный блок), рабочее поле, две платы с зажимами, два лабораторных штатива с держателем, ложка для плавления, сплав олова и свинца (припой), спиртовка. Технология проведения эксперимента подробно представлена в методических рекомендациях, которые входят в набор. Проведя исследования, получаем график.
В процессе подготовки, проведения и обсуждения результатов исследования обращаем внимание учащихся, что:
а) мы проводим целую серию исследований тепловых явлений с использованием компьютера (нагревание при совершении работы, теплопроводность, излучение, плавление, кристаллизация) и убеждаемся в том, что компьютер – средство не только обработки информации, но и изучения явлений, в частности, тепловых (такое обобщение очень важно, т. к. ученики только на уроках физики могут познакомиться с технологическим применением компьютеров);
б) мы учимся представлять результаты экспериментального исследования в виде графиков, учимся читать их, что крайне важно. Графики отражают все особенности реального процесса, в то время как в учебниках в основном представлены идеальные графики, графики-модели. Поэтому мы должны сравнить идеальный график, представленный на рис. 16, с. 33 учебника, и график, полученный в демонстрационном исследовании;
в) мы даём энергетическое и атомно-кинетическое объяснение всех этапов процессов, происходящих с кристаллическим веществом.
III этап
Ступин Денис (8-й класс) снимает результаты изменения температуры от времени в процессе кристаллизации
Учащиеся выполняют лабораторную работу «Исследование процесса кристаллизации» с целью получить данные для построения графика зависимости температуры от времени, определить температуру кристаллизации и на опыте убедиться, что в процессе кристаллизации температура не изменяется. Они строют график, составляют бланк отчёта, делают выводы
Оборудование: калориметр, термометр, кристаллическое вещество в пробирке, стакан с холодной водой.
Кабанова Дарья, 8-й класс, демонстрирует на кодоплёнке свой график с результатами эксперимента
Порядок выполнения работы: в чайнике нагревают воду (не менее чем до 70 °С), наливают её в калориметр, опускают туда пробирку с легкоплавким кристаллическим веществом и термометр. Наблюдают процесс плавления вещества в пробирке. Чтобы ускорить обратный процесс кристаллизации расплава в пробирке, в калориметр постепенно добавляют холодную воду из стакана и фиксируют температуру через каждую минуту.
Основная группа учащихся готовит график на миллиметровой бумаге, трое – на кодоплёнке (для дальнейшей демонстрации полученных графиков с помощью кодоскопа на экране.
IV этап
Дугин Иван, 8-й класс, вводит экспериментальные данные в программу
При обработке результатов измерений на уроке информатики ученики используют изучаемый ими программный продукт «Мастер-график» и по результатам, полученным на уроке физики, получают графики процесса. На следующем уроке подводят итоги исследования.
Суть используемой нами педагогической технологии ярко выразил академик РАО В.Г. Разумовский: «Прекрасным средством является компьютер. Внедрение компьютеров в учебный процесс, в особенности на уроках физики, знаменует начало новой эры в обучении. Речь идёт об использовании компьютера как инструмента для исследования физических явлений, ведь на нём мы автоматически можем получать любую зависимость параметров всякого протекающего во времени реального физического явления.
Но самое главное, самое принципиально новое в процессе обучения заключается в том, что школьники получают возможность не только строить идеальные модели и изучать их свойства, но и работать с этими моделями как с реальными сущностями».
Литература
- Пёрышкин А.В. Физика. 8 класс: учеб. для общеобразоват. учрежд. М.: Дрофа, 2007.
- В глубь кристаллов: науч. фильм / Свердловская студия: видеостудия «Кварт».
Владимир Евгеньевич Бугаев – учитель физики высшей квалификационной категории, выпускник МГПИ им. В.И. Ленина 1965 г. (специальность «физика и электротехника»), отличник народного образования, победитель всероссийского конкурса «Лучшие учителя России» в рамках ПНПО, педагогический стаж 44 года, ветеран труда. Награждён медалью «В память 850-летия Москвы». В 1965–1969 гг. работал в пионерлагере «Орлёнок», в 1987–1988 гг. был советником министра обучения и воспитания Демократической республики Афганистан. Женат, имеет двух теперь уже взрослых детей. Увлекается игрой на гитаре, организатор и обязательный участник туристических походов.