Преподавание физики в средней школе включает решение следующих задач:
- дать ребятам первоначальные знания по физике, предусмотренные программой средней школы;
- научить логически мыслить и применять полученные знания для объяснения различных явлений;
- научить пользоваться различными методами, применяемыми в физике (наблюдение, пользование различными приборами, постановка опытов и умение объяснить результаты эксперимента).
Выбирая методы для решения этих задач, учитель должен руководствоваться тем, чтобы учение для ребят было продуктивным, интересным, познавательно насыщенным и творческим процессом. Из всего многообразия существующих методов хочу выделить несколько, которые, на мой взгляд, позволяют эффективно справляться с поставленными задачами:
- решение качественных и расчетных задач; в том числе задач не абстрактного содержания, а приближенных к опыту учащихся;
- домашние экспериментальные задачи (особенно в младших классах);
- работа над смыслом понятий;
- применение схем, таблиц, алгоритмов, позволяющих систематизировать полученные знания;
- самостоятельная работа с текстом учебника;
- домашние сочинения на различные темы, связанные с изучаемыми проблемами.
Ниже приведен подбор материала, иллюстрирующий использование данных методов уже в самом начале изучения физики в 7 классе при знакомстве с темой «Первоначальные сведения о строении вещества» и на первом уроке «Строение вещества. Молекулы».
Качественные задачи.
На мой взгляд, решение качественных задач является очень важным элементом уроков физики. Во-первых, при решении таких задач ребята учатся мыслить логически. Во-вторых, именно при решении качественных задач можно наиболее полно раскрыть смысл физических понятий, законов и использовать их для объяснения различных явлений. В-третьих, решение качественных задач не требует использования сложного математического аппарата (а часто именно недостаточное развитие математических навыков не позволяет решить физическую задачу). И, наконец, разнообразны виды качественных задач и методы их решения (логические умозаключения, эксперимент, графический метод).
При изучении темы «Первоначальные сведения о строении вещества» в 7 классе расчетные задачи не решаются, поэтому при изучении этой темы именно решение качественных задач позволяет углубить понимание новых явлений и понятий и проверить степень усвоения нового материала учащимися.
Домашние экспериментальные задачи
наряду с демонстрационными экспериментами и фронтальными лабораторными работами и опытами позволяют более эффективно решать задачу формирования у учащихся навыков наблюдения, постановки опытов, умения объяснять результаты наблюдений и опытов. Домашние экспериментальные задачи не требуют сложного оборудования, а поэтому их решение максимально приближено к повседневному опыту учащихся. Кроме этого, достоинством таких задач является и то, что для их решения ученик должен самостоятельно подобрать оборудование и самостоятельно спланировать эксперимент.
Чтобы достичь более глубокого понимания школьниками изучаемого материала, можно предложить для решения качественные задачи, которые сразу же проиллюстрировать опытом или предложить в качестве домашней экспериментальной задачи (домашних наблюдений) или сначала выполнить дома эксперимент, а потом обсудить в классе:
1. Какие ваши собственные наблюдения убеждают вас в том, что
а) все вещества состоят из молекул,
б) между молекулами есть промежутки, которые могут увеличиваться и уменьшаться,
в) молекулы взаимодействуют между собой силами притяжения и отталкивания?
Запишите или зарисуйте результаты своих наблюдений, попытайтесь объяснить наблюдаемые явления.
В классе обязательно обсудить результаты наблюдений. Отметить положительной оценкой как качество, так и количество наблюдений.
2. «Если смешать два равных объема воды и спирта, то объем полученной смеси будет меньше удвоенного. Почему?»
После демонстрации и объяснения явления в классе можно предложить дома дополнительный опыт: смешать равные объемы риса и гречки (фасоли и гороха) и риса и соли (фасоли и гречки). Результат объяснить и связать с опытом в классе.
3. Капля нефти расплывается по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Почему при некоторой толщине пленки растекание нефти прекращается? Какова наименьшая толщина пленки?
Можно повторить этот опыт дома с разными жидкостями (масло, бензин и т.п.) и, может быть, даже попытаться измерить толщину пленки (объем капли научились измерять методом рядов, площадь поверхности пленки измерить, используя знания геометрии или другим способом).
4. Изучить процесс растворения сахара в воде. Попытаться объяснить и сделать выводы.
- Положить кусочки сахара в чашку с водой. Размешать сахар. (Следите за уровнем воды!) Что заметили?
- Положите кусочки сахара в горячую и в холодную воду. Что наблюдаете?
- Размешайте сахар в чашке с чаем. Куда делся сахар? Как это доказать?
5. Измерить скорость диффузии в газах.
(Скорость распространения запаха духов и т.п)
В классе обсудить:
Почему скорость распространения запаха порядка 1 см/с, а скорость движения молекул порядка сотен метров в секунду?
Как изменится результат, если температура в комнате понизится?
Можно ли проводить измерения при открытом окне?
Почему результаты разных учеников разные?
6. Капните воду на чистую тарелку и на тарелку, смазанную маслом.
Что наблюдаете? Как объяснить результат?
Где встречались с этим явлением в природе? дома?
7. Вставьте воронку в горлышко бутылки, плотно прижмите воронку и заполните бутылку водой.
Что для этого пришлось сделать? Почему?
Схемы, таблицы, алгоритмы.
Уже с первых шагов при изучении физики полезно учить ребят систематизировать полученные знания, составляя схемы, таблицы, алгоритмы. Сначала составлять схемы и таблицы можно вместе с учащимися на уроке или давать готовые варианты. Затем предлагать делать это самостоятельно и использовать в дальнейшем при повторении материала.
При изучении темы «Строение вещества» в 7 классе введен новый термин «молекула», раскрыто содержание этого понятия. Рассматриваем последовательно, что нам известно о молекулах и все данные заносим в тетрадь в виде схемы (Приложение №1). Схема составляется в течение нескольких уроков. При изучении темы «Агрегатные состояния вещества» составляем таблицу (Приложение №2), в которую вносим данные о взаимодействии, расположении и характере движения молекул и свойствах вещества в каждом из агрегатных состояний. И, наконец, при обобщении темы «Строение вещества» составляем таблицу «Основные положения теории молекулярного строения вещества» (Приложение №3), в которую вносим три основные положения МКТ и опытные обоснования каждого положения.
Таким образом, уже в начале изучения физики учимся с детьми составлять схемы и таблицы, которые помогают систематизировать полученные знания. Эти таблицы и схемы используем и дополняем в десятом классе при изучении темы «Основные положения МКТ».
Работа над смыслом понятий
способствует не механическому запоминанию формулировок, а их осмысленному восприятию, позволяет проникнуть в суть содержания данного понятия. Такие упражнения можно предлагать уже при объяснении нового материала, чтобы избежать заучивания неверного определения, а затем повторять при закреплении и опросе. Еcли работу над осмыслением понятий вести регулярно, то ребята со временем привыкают следить за смыслом и четкостью формулировок.
Работу над смыслом понятий можно начинать сразу же после введения понятия молекулы:
1. «Молекула вещества – мельчайшая частица данного вещества».
Можно ли убрать слово «мельчайшая»? Как изменится смысл утверждения?
Можно ли убрать слово «данного»?
2. Почему мельчайшей частицей вещества считают молекулу, а не атом?
3. «Молекулы одного и того же вещества одинаковы».
Можно ли опустить слова «одного и того же»?
4. «Диффузия – явление самопроизвольного перемешивания веществ».
Можно ли убрать слово «самопроизвольного»?
5. Сравните два определения: «Диффузия – явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества» и «Диффузия – явление самопроизвольного перемешивания веществ». Какое определение, на ваш взгляд, является наиболее полным? Почему?
6. Можно ли сказать «молекула тела», «молекула вещества», «молекулы вещества тела»? Почему?
7. Молекулы веществ отталкиваются друг от друга. Можно ли сказать, что между молекулами действуют силы отталкивания или молекулы взаимно отталкиваются?
Подобные вопросы вовлекают учащихся в активную мыслительную деятельность, заставляют думать и рассуждать, способствуют более осмысленному запоминанию определений, а учителю позволяют проверить глубину понимания ребятами учебного материала.
Домашние сочинения
позволяют активизировать деятельность учащихся, развивают творческие способности, дают возможность проявить себя гуманитариям и повысить их самооценку на уроках физики. Домашние сочинения следует предлагать после изучения темы, при обобщении материала, и выполняются они, конечно, только по желанию.
Возможные темы сочинений:
«Если бы я был молекулой, то…», «Если бы молекулы перестали взаимодействовать друг с другом, то…».
Работа с текстом учебника.
Многие фактические знания, полученные в школе, со временем забываются. Поэтому необходимо выработать у учащихся умение правильно работать с учебной литературой, чтобы в дальнейшем уметь приобретать знания самостоятельно. В начале изучения физики полезно в классе прочитать параграф вместе, отметить основные мысли, новые термины. В дальнейшем аналогичная работа выполняется самостоятельно. Задания можно усложнить (составить план прочитанного текста) и разнообразить (сформулировать свои вопросы к параграфу, выписать незнакомые слова и непонятые фразы). Некоторые параграфы можно предложить изучить самостоятельно: ребята читают параграф в классе самостоятельно, отвечают на вопросы, заранее сформулированные учителем, на этом же уроке обсуждают результаты работы.
Таким образом, использование таких методов работы, как составление схем и таблиц, решение качественных задач, работа над смыслом физических понятий и величин, решение экспериментальных задач на уроке и дома, сочинения, позволяет заинтересовать ребят, показать, что полученные на уроке знания не являются абстрактными, привить первые навыки проведения эксперимента, научить логически мыслить, систематизировать полученные знания, привлечь к активной работе ребят с разным уровнем подготовки и с разными способностями.
Урок в 7 классе по теме « Строение вещества. Молекулы»
(по учебнику А.В.Перышкина, Н.А.Родиной «Физика 7»)
Тип урока: урок изучения нового материала.
Цель урока: сформировать представление о строении вещества, ввести понятие молекулы, познакомить с некоторыми свойствами молекул.
Физика изучает физические явления. Изучить – значит объяснить, почему так, а не иначе протекает данное явление. Посмотрим вокруг и попытаемся ответить на некоторые вопросы:
Нас окружает множество разных тел, состоящих из разных веществ. Почему одни тела твердые (стол, доска), другие мягкие (ткань, губка)?
Почему вода растекается по поверхности стола, а книга нет?
Почему твердое тело трудно сжать, а газ легко?
Почему, если намочить классную доску, то скоро она вновь станет сухой (вода испарится), а сама доска не испаряется?
Почему все вещества обладают такими разными свойствами?
Чтобы ответить на эти и многие другие вопросы, надо знать строение вещества. Об этом мы и будем говорить в течение нескольких уроков.
I. Первый вопрос, который возникает, когда мы задумываемся о строении вещества – сплошные все тела или состоят из отдельных частиц?
Давайте наблюдать и делать выводы.
Демонстрации ( сопровождаются комментариями и диалогом с классом):
- Кусочек мела можно разломить, раздробить на маленькие кусочки, растереть в порошок.
- Растворение марганцовки в воде.
- Расширение стального шарика при нагревании.
Какие выводы можем сделать?
- Тела можно дробить на части.
- Можно растворять.
- Тела расширяются при нагревании.
Следовательно, можем предположить, что тела не являются сплошными, а состоят из частиц.
II. Возникают следующие вопросы:
- Как расположены частицы в веществе? Есть ли между ними промежутки?
- Почему же мы не видим эти частицы?
Анализируя проведенные опыты с точки зрения ответов на эти вопросы, делаем выводы, что между частицами есть промежутки, что частицы очень маленькие и их в каждом теле очень много.
Демонстрации:
- Продолжить опыт по растворению марганцовки, последовательно окрашивая новые порции воды.
- Смешать спирт и воду.
Обсудить результаты данных опытов. Еще раз убедиться в том, что сделанные предположения позволяют объяснить наблюдаемые явления.
III. Сейчас уже ученые точно установили, что все тела состоят из частиц, которые называют молекулами, что в переводе с древнегреческого языка означает «маленькая массочка».
Из истории вопроса.
25 веков назад, Древняя Греция: все состоит из воды, воздуха и огня.
Более поздние «любители мудрости» (философы) увеличили число первооснов: все состоит из воды, воздуха, огня и земли.
Аристотель: все состоит из одного вещества, которое может принимать разные свойства. Этих свойств четыре: холод – тепло, сухость – влажность.
Сухое + холодное > земля,
сухое + горячее > огонь,
влажное + холодное > вода,
влажное + холодное > воздух
и + объединяющее «божественное начало».
Демокрит: тела только кажутся сплошными. Они состоят из частиц – атомов.
Идея Демокрита была забыта на 1000 лет.
Теория Аристотеля просуществовала до ХVIII века.
Сомнения породила алхимия. Алхимики пытались получить золото из других веществ и занимались поисками «философского камня». Золото алхимики не получили, «философский камень» не нашли, но обнаружили элементы (золото, ртуть, свинец), которые не разлагались на более простые. В дальнейшем было открыто множество таких элементов, Д.И.Менделеев открыл закон, который показал, как искать новые элементы. К началу ХХ века были открыты почти все элементы, встречающиеся в природе.
В ХVII веке французский ученый Пьер Гассенди издает книгу, в которой отрицает идеи Аристотеля и возвращается к идее Демокрита.
В России идея молекулярного строения вещества была поддержана и развита М.В. Ломоносовым.
Но окончательно подтвердились эти идеи опытом только в ХХ веке, когда изобрели электронный микроскоп, который позволил увидеть молекулы.
Рассмотреть фотографии в учебнике.
IV. Каковы размеры молекул?
Если бы все тела увеличились в длине в миллион раз, то рост человека стал бы равен 1600 км, толщина пальца -10 км, а молекула - размером всего в половину точки печатного шрифта учебника. Если бы все молекулы, содержащиеся в 1 см3 воздуха, вытянуть в цепочку, то такой цепочкой можно было бы опоясать Земной шар.
Можем попытаться самостоятельно определить размер молекулы.
Капля масла расплывается по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Почему при некоторой толщине пленки растекание нефти прекращается? Какова наименьшая толщина пленки?
Можно повторить этот опыт дома с разными жидкостями (масло, бензин и т.п.) и определить диаметр молекулы, измерив толщину пленки (объем капли научились измерять методом рядов, площадь поверхности пленки измерить, используя знания геометрии или другим способом).
Можно ли молекулы делить на части?
Ответ: сложные опыты (о них будем говорить в старших классах и на уроках химии) показали, что молекулы делимы. Молекулы состоят из еще более маленьких частиц – атомов.
Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Обозначение молекулы воды Н2О.
(Рассмотреть рисунок в учебнике и модель молекулы воды)
Почему же именно молекула, а не атом считается наименьшей частицей вещества?
Ответ: именно молекула обладает свойствами данного вещества (речь идет о химических свойствах). Если будем последовательно делить воду на части и дойдем при этом до молекулы воды, то молекула – это еще вода. Если же разделим молекулу, то получим атомы, которые свойствами воды уже не обладают. Из этих же атомов состоят молекулы кислорода (О2), водорода (Н2), свойства которых отличаются от свойств воды. Атомов в природе существует немного, все они занесены в таблицу (показываем периодическую таблицу элементов Д.И. Менделеева). А молекул, которые состоят из этих атомов – великое множество. Попробуйте перечислить известные вам вещества!
Это интересно!
Молекула поваренной соли состоит из атома натрия и атома хлора. Вещество натрий – это металл, хлор – ядовитый газ.
Советский академик Н.Н. Семенов в детстве так заинтересовался этим “чудом”, что сам проделал опыт: сжег натрий в хлоре, смыл осадок со стенок, отфильтровал его, выпарил, посыпал на хлеб и съел, убедившись тем самым, что состав поваренной соли именно таков, как описан в учебниках.
Опыты показали, что молекулы одного и того же вещества одинаковы, независимо от того, каким способом получили данное вещество. То есть молекулы воды, взятой из водопровода, из лужи, или полученной из снега и т.д. одинаковы (состоят из одних и тех же атомов). Молекулы разных веществ отличаются друг от друга составом атомов.
V. Подведем итоги. Что мы узнали?
Все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки. Молекула – мельчайшая частица данного вещества.
Что узнали о молекулах?
1. Очень маленькие и их в теле очень много.
2. Молекулы состоят из атомов.
3. Молекулы одного и того же вещества одинаковы.
Подводя итоги, начинаем составлять схему «Что мы знаем о молекулах?» (Приложение №1), которую заполняем в течение нескольких уроков.
VI. Первичное закрепление.
- Какие явления указывают на то, что
все вещества состоят из молекул?
молекулы очень маленькие?
молекул в теле очень много?
между молекулами есть промежутки? - «Молекула вещества – мельчайшая частица
данного вещества».
Можно ли убрать слово «мельчайшая»? Как изменится смысл утверждения?
Можно ли убрать слово «данного»? - Почему мельчайшей частицей вещества считают молекулу, а не атом?
- «Молекулы одного и того же вещества
одинаковы».
Можно ли опустить слова «одного и того же»? - Объем воздуха в шарике уменьшился путем сжатия? На что это указывает?
- Чем объяснить увеличение длины проволоки при нагревании?
- Одинаковы ли молекулы холодной и горячей воды?
- Можно ли сказать, что объем газа равен сумме объемов его молекул?
Домашнее задание: §§6,7 (прочитать, ответить на вопросы к параграфам), упр.2(1).
По желанию:
1) упр.2(1) выполнить экспериментально, оценить
диаметр молекулы;
2) дополнительный опыт к демонстрации смешивания
спирта и воды: смешать равные объемы риса и
гречки (или фасоли и гороха), риса и соли (или
фасоли и гречки).
Результат объяснить и связать с опытом в классе.
Одному ученику подготовить доклад о
М.В.Ломоносове.