«Природа создала человека для того, чтобы иметь наблюдателя, поэтому смысл человеческого существования заключается в познании окружающего мира. Это познание может быть и чувственным и рациональным. Его объектом может быть окружающий мир и сам человек как часть этого мира».
С. А. Чандаева. [1]
Перед педагогической наукой и школой стоит задача: разработать для процесса обучения специальную систему развития самостоятельности и творческих способностей учащихся. Такая же задача стоит и перед методикой преподавания физики в школе. Для того чтобы быть на уровне времени, выпускник школы должен глубоко усвоить важнейшие идеи современной физики и овладеть системой основных научных понятий, уметь ориентироваться в научно-технической литературе, самостоятельно и быстро отыскивать нужные сведения, научиться систематически пополнять знания и, наконец, научиться активно и творчески пользоваться своими знаниями.
К сожалению, очень немногие учащиеся заинтересовываются этим предметом. Большинство из них связывают это с тем, что предмет очень труден, что они не понимают материала учебника, не понимают смысла физических задач. Многие учащиеся в числе важнейших причин отсутствия интереса к физике называют «неинтересное изложение материала учителем». «Неинтересное изложение» заключается в том, что у них в основном уже сложился устойчивый познавательный интерес к другим предметам, поэтому «непонятная» физика отдаляется на второй план.
Между тем физика как одна из основных наук о природе формирует творческие способности учащихся, их мировоззренческие взгляды и убеждения, т.е. способствует воспитанию высоконравственной личности. Кроме того физика является основой научной техники. Это приводит к выводу о важности воспитания и развития у школьников познавательного интереса к изучению физики.
Из всех возможных путей создания эмоционального настроя учащихся на уроках физики, при ориентации на интерес к учению, наиболее результативным путем, как показал мой собственный опыт, является использование межпредметных связей. Межпредметные связи, вызывая интерес к познанию, активизируют мысленную деятельность ученика, осуществляют перенос знаний и способов действий. Это рождает успех учения, укрепляя интерес к знаниям по различным предметам, в том числе и к физике.
Одним из действенных способов реализации на уроках физики межпредметных связей является привлечение на уроки материала гуманитарного содержания.
Использование на уроках физики материала гуманитарного содержания, не только пробуждает познавательный интерес, но и служит средством восприятия особо трудного материала, средством переключения внимания и разрядки напряженной обстановке в классе, средством повышения эмоционального тонуса учебной деятельности. А так же способствует доступности сообщаемых знаний, обостряет эмоциональное отношение к предмету познания и обеспечивает лучшее протекание познавательных процессов.
Законы движения и взаимодействия тел.
При изучении данной темы будет целесообразно использовать материал из статьи «Методы осуществления гуманитаризации школьного курса физики. 7 класс.» 2009 – 2010 уч. год (см. темы: «Механическое движение», «Явление инерции», «Масса тела», «Явление тяготения»).
Используя таблицы: «Линейные размеры, встречающиеся в мире», «Время в природе», «Средние скорости движения в природе и технике», «Массы, встречающиеся в природе», « Силы в природе», еще раз показать учащимся, что значения физических величин, характеризующих человека, лежат примерно посредине между областями, относящимися к мега - (Вселенная) и микро - (ядро) мирам. В качестве количественной меры познающий природу человек выбрал себя. Именно человек сумел ощутить, а затем осознать устройство мира. Он смог продвинуться в познании природы почти на одинаковое количество порядков как «вглубь», так и «вширь».
Необходимо напомнить учащимся, что человек живёт в мире, устроенном и функционирующем в соответствие с законами физики. Изучая природу, он познаёт окружающий мир и себя в этом мире. Происхождение человека, особенности, которыми он обладает, его будущее определяются физическими особенностями Вселенной. И изменяя и приспосабливая к своим потребностям окружающую среду, он должен стремиться, не нарушать с ней гармонического единства.
Материальная точка.
Введению понятия материальной точки – первого идеального объекта, следует уделить особое внимание. Это обусловлено особой ролью, которую играет идеализация в процессе познания природы человеком, становления физического знания.
Конструирование мысленных образов непосредственно связано с отражением в сознании человека многообразия предметов и связей реального мира, обусловленного неисчерпаемостью свойств материи. Охватить все эти связи и объекты невозможно не только в практическом, но и в теоретическом, принципиальном смысле. Поэтому в науке, и в частности в физике, принимают во внимание только существенные для данного круга явлений свойства и связи.
Встречаясь в повседневной жизни и практической деятельности с различными физическими объектами, явлениями, ситуациями и связями между ними, человек в своем сознании создает мысленный образ, воспроизводящий исследуемый объект в идеальной форме, учитывающий лишь существенные факторы.
Отражение окружающей действительности в мозгу человека осуществляется путем создания некой системы моделей. Задача физики как науки состоит в выработке наиболее адекватно отражающей окружающий мир модели – физической картины мира. Учащиеся могут получить представление о ней в процессе изучения физики, которая в свою очередь, является моделью процесса физического познания.
- В каких случаях человека удобно рассматривать как материальную точку, а в каких – нет?
Скорость. Относительность движения.
Гуманитаризации преподавания курса физики может послужить практическая работа «Определение скорости движения игрушечного автомобиля». Организовать эту работу следует так, чтобы в качестве измерительных приборов для определения S и t учащиеся использовали частоту ударов собственного пульса и длину своей пяди (расстояние между большим и средним пальцами напряженной ладони). Учащиеся 9 класса проделывают эту работу с большим интересом, приобретая при этом полезные в некоторых ситуациях знания.
- «Похищенного рэкетирами» ребенка везут в автомобиле. Сквозь щель в кузове он замечает, что расстояние между двумя соседними километровыми столбами соответствует 40 ударам его пульса. С какой скоростью едет автомобиль?
< Приложение 1 >
< Приложение 2 >
< Приложение 3 >
Ускорение. Перегрузки.
В отличие от скорости, значение которой не ощущается человеком, ускорение – изменение скорости – может влиять на человека. Возрастание ускорения по сравнению с ускорением свободного падения g, которое испытывает человек, находясь на поверхности Земли, называется перегрузкой. Перегрузки, возникающие при движении с большим ускорением, опасны для жизни.
При перегрузках происходит замедление кровообращения. Уже при ускорении, несколько большем g, у человека нарушается зрение, и появляются галлюцинации. Определенный вклад в ощущение человеком перегрузки дает увеличение давления одних внутренних органов на другие.
При ускорении 5g, направленном вдоль тела в направлении ноги – голова, кровь утяжеляется настолько, что сердце вообще не может гнать ее к голове. Человек испытывает ощущение «черной пелены» перед глазами и теряет сознание. Если ускорение направлено в другую сторону (голова – ноги), перед глазами встает красная пелена, и наступает потеря сознания в результате прилива крови к голове.
Возникновение перегрузок обычно связывают со стартами космических кораблей, когда космонавт во время работы двигателей (порядка 5 сек.) испытывает перегрузки, равные 7 - 9g.
Большие перегрузки возникают при раскрытии парашюта, управляемом спуске космического аппарата, резком маневрировании на скоростном самолете, автомобильной аварии.
Методы борьбы с опасными перегрузками предложил К.Э. Циолковский. Один из них – помещение космонавта при старте и финише ракеты в жидкость с плотностью, равной плотности тела человека. Второй способ, подтвержденный многочисленными опытами и применяемый в современной космонавтике, заключается в расположении тел космонавтов так, чтобы ускорение было направлено перпендикулярно длинной оси человеческого тела. Последнее делается для того, чтобы, уменьшая размеры подвергнутых деформации кровеносных сосудов, свести к минимуму нарушение условий кровообращения.
При изучении данной темы очень важно обсудить с учащимися вопрос «экологии» человека – безопасность при авариях. При авариях человек испытывает большие перегрузки. Важно рассмотреть их значение и роль средств безопасности для выживания потерпевших.
В результате многочисленных экспериментов на манекенах и изучения статистики несчастных случаев на дорогах удалось выяснить, что реальные шансы выжить имеют те автомобилисты, чье ускорение при аварии не превышает 30g.
< Приложение 4 >
< Приложение 5 >
< Приложение 6 >
Свободное падение тел.
Ускорение свободного падения на других небесных телах.
Ускорение свободного падения является одной из основных характеристик окружающего человека мира. Значением ускорения свободного падения определяется высота гор и деревьев, размеры и форма тел животных и человека и т.д.
Живой интерес у учащихся вызывает рассказ о внешнем виде и физиологических особенностях гуманоидов – жителей планеты с другими по сравнению с Землей характеристиками, например с большим ускорением свободного падения. В соответствии с выражением p = ρgh при неизменных характеристиках состава вещества и структуры тела животные и человек на такой планете должны обладать меньшим ростом, но более развитой мускулатурой.
Последнее обстоятельство потребовало бы для наших гипотетических существ более крепкого телосложения, более коротких конечностей, более тяжелых костей при той же прочности материала, что и у жителей Земли. В мире больших ускорений свободного падения малый ребенок был бы предпочтительнее при беременности, что привело бы к уменьшению среднего веса взрослых людей. Большое ускорение свободного падения, означающее, что тела должны падать быстрее, потребовало бы от жителей этой планеты более быстрой и точной мускульной реакции. Случайные падения стали бы для них более опасными, вероятнее стали бы смертельные исходы и ушибы. Однако по скорости бега и дальности бросания жители этой планеты уступили бы землянам.
Для иллюстрации того факта, что свободное падение – равноускоренное движение, можно предложить следующие задания. < Приложение 6 >
- Практическая работа: «Определение времени реакции человека».
Выполняется следующим образом: один из учащихся прижимает вертикально расположенный деревянный метр к стене так, чтобы середина метра находилась на уровне отметки на стене. Затем, отвлекая внимание партнера, отпускает метр в свободное падение. Второй участник должен остановить падение метра, прижав его к стене, так быстро, как сможет. Отметив новое положение середины метра, измеряют длину его пролета h по расстоянию между метками. Затем вычисляют время реакции t по формуле t2 = 2h/g.
- Какова предельно допустимая скорость приземления парашютиста, если человек может безопасно прыгать с высоты 2 м?
- Ускорение свободного падения на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на Земле. На какую высоту взлетит тело на Луне, если на Земле его удалось подкинуть вверх на 30 м?
Также можно воспользоваться материалом темы: «Сила. Явление тяготения.» (см. 7 класс)
Импульс. Закон сохранения импульса.
Импульс тела – важнейшая физическая величина, более эффективная с точки зрения интерпретации взаимодействий, чем каждая из составляющих ее величин по отдельности.
Чем больше у тела импульс, тем труднее его остановить и тем серьезнее будут последствия, если его остановка вызвана ударом или столкновением. Более вероятно, что футболист будет сбит с ног, если с ним столкнется игрок, бегущий с высокой скоростью, чем, если он столкнется с более легким или медленно бегущим игроком. И тяжелый, быстро движущийся грузовик нанесет больший ущерб при аварии, чем более легкий, медленно движущийся автомобиль.
При изучении темы «Импульс» с целью ее «гуманитаризации», можно познакомить учащихся со значениями импульсов человека, перемещающегося с разными скоростями, импульсами тел и предметов из ближайшего окружения человека, а также со значениями импульсов космических объектов.
Колебания и волны. Биоритмы.
Колебательные, или периодические, процессы играют важную роль в жизни человека.
Мы живем на поверхности планеты, чье положение относительно других членов Солнечной системы периодически изменяется за счет особого характера движения. Периодически изменяются положения любой точки на поверхности планеты относительно Солнца вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Сезонные изменения на планете, смена дня и ночи, пульсации электрического и магнитного полей Земли, активность Солнца, изменение климата – Важнейшие факторы эволюции земной жизни. Периодичность свойственна и процессам в организме человека: вдох-выдох регулирует поступление необходимого для жизнедеятельности кислорода. Ритмичная работа сердца обеспечивает бесперебойное снабжение тканей организма питанием и т.д.
Циклические процессы происходят и в биосфере Земли. Из-за того, что вещество биосферы ограниченно, оно используется живыми существами и растениями неоднократно. Различают биохимические циклы воды, углерода, азота и других жизненно важных веществ. Например. По оценкам учёных, вода, участвуя в вечном природном круговороте, каждые 2 млн. лет проходит через живые организмы биосферы.
Следующим по масштабу периодическим процессом является одиннадцатилетний цикл солнечной активности. Она проявляется в появлении на его поверхности пятен, изменений магнитного поля. Активность Солнца непосредственно влияет на характер многих происходящих на Земле процессов.
Биосфера Земли и все живые организмы приспособились к вращению планеты. Множество растений и животных точно следует циркадным (околосуточным) ритмам. Причем этот ритм очень устойчив: он сохраняется у организма при попытках его изоляции от окружающей среды, присоздании тех или иных помех.
Кроме циркадного, сейчас обнаружены и другие циклы жизнедеятельности человека: трехлетний цикл у спортсменов, семилетний цикл творческой активности у деятелей науки, искусства, литературы.
Звуковые волны.
Звуковые волны играют важную роль в жизни человека и других существ, живущих на поверхности нашей планеты. Чем определяется отданное природой звуку предпочтение перед волнами других диапазонов? Несмотря на гораздо меньшую (на 5 порядков) скорость распространения и способность быстро затухать в воздухе, звук как средство восприятия и особенно передачи информации имеет ряд преимуществ по сравнению со светом. Звук хорошо распространяется в темноте, в тумане, в лесу, в горах, в воде, в земле, способен преодолевать преграды, недоступные свету. Звуковые волны требуют гораздо меньших энергетических затрат на излучение. Ненаправленность звуковых волн вместе со способностью к дифракции делает их незаменимым средством коммуникации при отсутствии прямой видимости. Быстрое затухание не является при этом недостатком, поскольку дальность распространения оказывается достаточной для целей коммуникации. По сравнению с упругими волнами других диапазонов звук имеет то преимущество, что его длины волн соизмеримы с размерами тела человека и окружающих его предметов. А известно, что «видеть» с помощью волн можно лишь тогда, когда длина волны не превышает размеров исследуемого объекта.
Наша планета характеризуется чрезвычайным разнообразием и изменчивостью акустического ландшафта. Одни звуки возникают в результате взаимодействия различных сил природы (движения воды, воздуха, атмосферного электричества), другие - как своеобразное проявление жизнедеятельности живых существ. Для живых существ звуковая картина мира является одним из важнейших источников информации обо всем, что происходит вокруг. Охотники по треску хрустнувшей ветки издалека узнавали о приближении врага или добычи. Аборигены Австралии, прикладывая ухо к земле, получали довольно точную информацию о передвижении в округе людей и животных. А «язык» тамтамов задолго до изобретения радио и телевидения играл роль средства массовой информации в джунглях Тропической Африки.
В процессе эволюции у человека выработалась способность воспринимать звуки как сигналы о процессах, происходящих в окружающей среде, как средство ориентации и приспособления к ее изменениям, как необходимое условие ее жизнедеятельности. Слух играет в жизни человека второстепенную по сравнению со зрением роль. Но одновременное существование слухового и зрительного каналов восприятия у живых существ значительно повышает надежность и точность передачи и приема информации об окружающей среде.
Качества уха как звукоулавливающего прибора – благодарная тема для обсуждения на уроках физики. Физические объективные качества звука, воздействуя на акустический анализатор человека – ухо, вызывают в нем физиологические ощущения высоты, громкости и тембра звука.
< Приложение 7 >
< Приложение 8 >
< Приложение 9 >
< Приложение 10 >
Литература.
- Волков В.А. Поурочные разработки по физике. – М., 2005.
- Мэрион Дж. Б. Общая физика с биологическими примерами. –М., 1986.
- Лансберг Г.С. Элементарный учебник физики. – М., 1985. – Т.1 – 3.
- Смирнов Ю.И. Мир физики. – СПб., 1995.
- Степанова Г.Н. Сборник вопросов и задач по физике. 10/11 кл. – СПб., 2005.
- Степанова Г.Н. Сборник вопросов и задач по физике. 7/8 кл. – СПб., 2006.
- Енохович А.С. Справочник по физике и технике. – М., 1999.
- Плужников М.С., Рязанцев С.В. Среди запахов и звуков. – М., 1991.
- Чадаева С.А. Физика человека. – М., 1994.
- Ланина И.Я. Методика развития познавательного интереса учащихся при обучении физики. – РТП ЛГПИ им. Герцена, 1984.
- Тулькибаева Н.Н., Пушкарев А.Э. Задания по физике. – М., 2003.