Методика использования интеграции физики с предметами естественнонаучного цикла в рамах традиционных технологий, то есть в урочное и внеурочное время, с помощью специально подобранных практических и экспериментальных задач, качественных и количественных примеров, методических и учебных пособий. Великий Леонардо да Винчи говорил: “Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться”.
Технология подготовки и проведения учебных занятий
А) Использование фрагментов текстов, связанных с естественнонаучными и историческими науками на уроках физики.
“Истина науки – это спокойный, все освещающий свет, подобный теплу, в котором распускаются все и который способствует раскрытию внутренних сокровищ на просторах жизни”, - говорил Г. Гегель. Научный метод – главный инструмент, с помощью которого осуществляется проверка правильности выдвигаемых гипотез и создания целостной научной картины мира в классах гуманитарного и естественнонаучного профилей.
Методика использования информационных ресурсов по физике, связанных с биологией, географией, экологией, историей, может быть разнообразной. Если информация содержит описание какого-либо явления или пример физического явления в природе, то его целесообразно использовать на уроке как иллюстрацию. Продемонстрировать познавательную и предсказательную силу физических теорий, возможности научного метода в познании окружающего мира можно только на основе широкого использования в процессе преподавания физического эксперимента и обсуждения основных идей по его интерпретации на доступном для учащихся уровне.
Например, при изучении темы “Простые механизмы” в 5 –7 классах можно привести следующие примеры использования простых механизмов.
1) Ученые полагают, что первые колеса были созданы в Шумере примерно 5200 лет назад. До изобретения колеса тяжести по суше перемещали с помощью катков и рычагов. С развитием скотоводства начали использовать вьючных животных, появились бесколесные волокуши, ставшие прообразом саней. Первые дошедшие до нас изображения колесной повозки найдены в Месопотамии, датируются они 4 тысячелетием до нашей эры.
2) Древние египтяне оставили после себя величественные памятники зодчества - знаменитые пирамиды, гробницы фараонов. Европейцы узнали об этих грандиозных сооружениях после Египетского похода (1798-1801 гг. ) генерала Бонапарта (будущего императора Франции) : именно тогда были сделаны первые описания устройства гробниц. Доказано, что строительная техника древности позволяла возводить столь монументальные сооружения. Блоки из известняка вырублены в каменоломнях, их на месте обрабатывали, обтесывали и полировали. Выполняли эту операцию медными инструментами. Камень отделывали так тщательно, чтобы в дальнейшем блоки плотно прилегали друг к другу. Мастера добивались удивительных результатов – и тысячелетия спустя между гранями соседних плит нельзя протащить даже нитку. Затем многотонные блоки, используя полозья-волокуши и простые рычаги, грузили на баржи и в период половодья по специально прорытым каналам отправляли к месту строительства. Втягивали блоки на канате медными крюками. Главной тайной пирамид является трудолюбие и талант человека. В самом деле, высота пирамиды фараона Хуфу (Хеопса) достигает 146. 59 м, сложена она из огромных каменных блоков массой 2. 5 т каждый.
3) При изучении темы “Трение”, очень интересен пример, который иллюстрирует преимущества трения качения.
Храм Артемиды в Эфесе (построен около 550 г. до нашей эры) был одним из самых красивых и знаменитых творений греческой архитектуры и считался третьим чудом света. Руководители строительства Херсифрон и Метаген при возведении храма столкнулись со сложной проблемой: как перевезти по рыхлой почве тяжелые колонны и блоки из каменоломни к месту работы? Выход был найден: колонну, особым образом прикрепляли к деревянной раме, как бы превращали в каменный каток. А перекатывать тяжести гораздо легче, чем тащить. Для прямоугольных блоков Метаген придумал другой способ: каждый блок, как ось вставляли в огромные деревянные колеса около 4 м в диаметре и катили до места строительства.
4) Очень интересен пример, иллюстрирующий применение закона Паскаля, его можно предложить на уроках при изучении темы: “Давление газов” в 7, 10 классах.
Родиной стекла считается богатый кварцевым песком Египет, где в течение многих столетий изготовляли стеклянные бусы. Греки заимствовали это ремесло у египтян, усовершенствовали его и стали делать стеклянные вазы. Техника выдувания стекла с помощью специальных труб и форм появилась в Сирии в I веке до нашей эры и быстро распространилась по всей Римской империи. Стеклянные изделия – кубки, бокалы – стали много дешевле и превратились в предметы массового спроса. Новые центры стеклоделия известны в Италии и римских провинциях, на территории Испании, Франции, Германии.
Б) Использование задач, с элементами биологии, географии, экологии, литературы и истории на уроках физики.
Но более эффективным является решение физических задач, составленных на основе текстов из литературных произведений, сообщений по биологии, географии, истории, экологии.
Вот пример задач, которые предлагаются школьникам на уроках физики и естествознания в 5-7 классах по теме “Скорость. Равномерное движение”.
1) Гриб веселка (phallus) , обычный в наших краях, растет со скоростью 5 мм в минуту и вырастает до высоты 30 см. За какое время гриб достигает указанной высоты? (1 час)
2) Хотя растение банан (Musa) достигает высоты 10 м и имеет ствол толщиной до 1 м, оно является травой. Банан от начала развития до десятиметровой высоты вырастает всего за 8-10 месяцев. Листья банана растут со скоростью 0. 1 мм в минуту. Каждое растение дает три урожая в год, что составляет в целом 100 кг плодов. Определите, на сколько сантиметров увеличивается лист банана за сутки? (14. 4 см)
3) Бамбуки – общее название для более чем 100 родов и 600 видов травянистых растений. Их особенностью является быстрый рост. Так, бамбуки Вьетнама растут со скоростью 2 м в сутки. Бамбук, относящийся к семейству злаковых, у себя на родине может достигать высоты 50 м и иметь стебель диаметром до 40 см. На сколько метров изменяется длина бамбука за неделю? (на 14 м)
Можно по этой теме предложить ученикам творческое задание. Например, предлагается таблица, в которой указаны скорости движения в живой природе. Школьникам предлагается составить задачи по этим данным.
| Скорость | Скорость | ||
| Акула Гепард |
40 км/ч 112 км/ч |
Лосось Страус |
27 км/ч 80 км/ч |
Вот такие задачи составляют школьники (5-7 классы) .
1) Гепарды охотятся в одиночку. Они бегут за добычей со скоростью до 30 м/с, но довольно быстро устают. Если в течение минуты они не догоняют добычу, то прекращают погоню. Антилопа находится на расстоянии 100 м от гепарда и бежит со скоростью 72 км/ ч. Догонит ли ее гепард? (7 класс. Власов Максим)
Ответ: если будет двигаться с максимальной скоростью, то догонит через 10 с.
2) Африканские страусы, нанду и эму – это крупные бескрылые птицы. Они достаточно быстро бегают, чтобы убежать от немногих хищников, которые рискуют нападать на них. Страусы бегут со скоростью 80 км/ч. Все они неярко окрашены, кроме черно-белого африканского страуса, который является самой крупной птицей в мире. За какое время африканский страус преодолел бы стометровку? (6 класс. Васильев Алексей)
Ответ: примерно за 4.5 с
Как правильно высказывался О. Бальзак: “Ключом ко всякой науке является вопросительный знак”. Эффективно можно строить уроки “Решение задач” с использованием интересных сообщений. Так ребятам предлагается занимательный факт, а они должны составить по нему задачу или вопрос. А затем предложить ответить на него товарищей. Например, некоторые сообщения по теме “Масса. Плотность” 5 – 7 класс.
1. Сейшельская веерная пальма дает орехи массой до 25 кг и диаметром до 0. 5 м. Впервые такой орех попал в Европу в конце XVI века. Европейцы считали его талисманом, оберегающим от несчастий, и высоко ценили: за один “мальдивский орех” можно было получить целый корабль, груженный товарами. Император “Священной Римской империи” Рудольф II (1552-1612) заплатил за кубок из ореха сейшельской пальмы столько золота, сколько в него вместилось, - 100 кг.
Вот такие задачи были составлены на уроке по этому отрывку:
А) Определите объем кубка, зная, что плотность золота 19. 3 г/см?.
Б) Считая, что сейшельский орех имеет форму шара, определите его среднюю плотность. С каким веществом может сравниться эта плотность?
2. Цератония из семейства цезальпиниевых дает одинаковые семена, массой всегда ровно 0. 2 г. Такими семенами в качестве гирь с древности пользовались ювелиры. Эту меру массы назвали каратом.
Вот какие задачи были составлены по этому факту.
А) Какие единицы массы вы еще знаете? Сколько карат в 100 г?
Б) Алмаз массой 20 карат имеет объем 0. 6 см?. Определите среднюю плотность этого камня? Вас ничего не удивляет?
В) Сколько семян цератонии нужно взять, чтобы уравновесить брусочек серебра размерами 1*2*2 см?? Плотность серебра 10 500 кг/м?.
Такие задания позволяют учащимся применить свои знания на практике, развивают мышление и логику, помогают лучше понять физику. Все ученики, активно принимающие участие в этой работе, поощряются.
Информационные ресурсы с элементами естественн-онаучных и гуманитарных наук помогут учителю физики разнообразить уроки и занятия, вовлекать учащихся в активную творческую деятельность, развить у школьников любовь к родной природе. Хотелось бы верить, что эти ресурсы донесут до учеников известную долю новой информации, которая будет способствовать лучшему восприятию и пониманию физических явлений и законов.
Важной задачей на уроках физики становится ознакомление школьников с развитием современной науки, создание в представлении учащихся современной картины мира.
Цель данной методики ввести в урок элементы занимательности и познавательные моменты, повысить интерес к изучению физики и увеличить кругозор школьников, привлечь к поиску и побудить учащихся к чтению дополнительной литературы. Информационные ресурсы могут быть использованы на различных этапах урока: при проверке домашнего задания, при даче нового материала, при закреплении нового материала; в качестве коротких сообщений по теме, в качестве занимательных задач и материала, развивающего характера, для составления вопросов и задач самими школьниками как в традиционной форме, так и в электронном виде.
Содержание и формы внеурочной работы по физике, интегрирующая предметы естественнонаучного и гуманитарного циклов
По предлагаемой методике можно проводить не только отдельные уроки, но и внеклассные занятия и мероприятия. Такие занятия положительно влияют на усвоение основного школьного курса физики, а также способствует развитию умений решать задачи творческого характера. Решение таких задач, творческие задания побуждают учащихся больше читать, самим находить интересные факты, а затем использовать их на уроке или на внеклассном занятии. Это развивает у учащихся мышление, внимание, наблюдательность.
Внеурочные занятия являются эффективной формой работы по развитию интересов, склонностей и способностей учащихся. При проведении внеурочных занятий открываются широкие возможности для индивидуальной работы с учащимися.
Внеурочная работа по физике, интегрирующая предметы естественнонаучного цикла знакомит учащихся с современными научными проблемами, прививает навыки работы с научной литературой, помогает выбрать свою профессию.
Содержание внеурочной работы должно базироваться на знаниях, получаемых при изучении основных и обязательных для всех учащихся курсов физики, химии, биологии, географии, экологии, астрономии. Во внеурочную работу, помимо рассмотрения теоретических вопросов, входят также практические занятия. Целесообразно включать информационный ресурс в общий план работы физического кружка. Возможен и обратный принцип планирования такой работы: за основу берутся темы курсов химии, биологии, географии, экологии, астрономии, а к ним создается надстройка в виде факультативный, индивидуальных, групповых форм работы (Кац. УЦ. Б. Биофизика на уроках физики. М. Просвещение. 1988. -159 с)
Возможна проектная и исследовательская работа по очень широкой теме. Учащимся необходимо познакомиться с теорией вопроса. Новой стороной работы является проведение опытов, экспериментов, исследований.
Интересной формой работы является организация тематический вечеров, декадников. (Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы. Пособие для учителя. М. Просвещение. 1990 – 319 с) Кац. Ц. Б. Биофизика на уроках физики. М. Просвещение. 1988. -159 с) Хорошо проведенный вечер или декадник часто оставляет у учащихся неизгладимое впечатление, а для некоторых из них служит началом серьезного увлечения физикой или техникой.
Укажем некоторые возможные направления опытнической работы, которую полезно организовать совместно преподавателям физики, химии, астрономии, экологии, биологии, географии:
Проектная деятельность в условиях естественно-научных экспедиций
Процесс познания мира невозможен без ощущений. Именно они “поставляют” человеку сведения о предмете. Всем известно значение чувственного познания – от него зависит развитие разнообразных сфер личности человека: познавательной деятельности (умения наблюдать, давать полную сенсорную характеристику объекту) , личностных качеств (любознательности, внимательности и др. ) Все это ставит перед учителем задачу уточнить сенсорный опыт школьников, устранить недостатки его развития, научить детей использовать его. А это возможно только при непосредственном соприкосновении с природой.
В школе рекомендуется проводить различные экскурсии, рассчитанные на урок. Но этого времени крайне недостаточно и поэтому эта форма малоэффективна и непродуктивна. Эффективность такой формы можно увидеть, если проводить в форме интегрированного блока. Интегрированные блоки решают не множество отдельных задач, а их совокупность. Формы блока могут быть различны, но в каждом должно быть достаточно материала для упражнения “деятельных сил” ребенка, данных ему от природы. Интегрированный блок требует от учителя (учителей) профессионального мастерства и проявления творческой активности. (Кульневич С. В. , Лакоценина Т. П. Анализ современного урока. Ростов на Дону. ТЦ Учитель, 2002. )
Актуализация образования означает приведение его научного содержания в соответствие с динамической структурой современного знания. Образование должно не только давать актуальные знания в различных областях, учитывая новые открытия, изменения, новую информацию, которые появляются в мире, но и “отражать происходящие изменения в обществе, предопределять его будущее состояние”. Проблема здесь состоит в инерционности образования, которое не успевает реагировать, адаптироваться к моменту “здесь-и-сейчас”, одновременно с этим прогнозируя и учитывая будущую ситуацию общественного развития и запросы к системе образования. Среди актуальных направлений образования выделяется экологическое и естественно-научное образование. Настоящий момент времени диктует целый спектр условий, в которых эффективно функционировать можно лишь владея комплексными знаниями, комплексной подготовкой из разных областей знаний и умений. Задача экологического и естественнонаучного образования в рамках экологических и естественнонаучных экспедиций - обеспечить оптимальные условия для воспитания гибкого и многогранного научного мышления, различных способов восприятия действительности, создать внутреннюю потребность в саморазвитии и самообразовании на протяжении всей жизни.
В условиях, когда масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду достигли таких размеров, что под угрозу поставлена жизнь на планете, охрана окружающей среды и рациональное природопользование выходят на передний план и являются важнейшими национальными и межгосударственными задачами, успешное решение которых неразрывно связано с обеспечением высокого уровня образовательной подготовки школьников в данной области.
Большое значение в формировании нового мышления в отношении к природе имеет изучение экологических и естественно-научных основ природопользования, рассматривающее актуальную проблему постиндустриального развития общества, объективную оценку состояния и оптимизацию использования природных ресурсов и условий окружающей природной среды, их охраны и воспроизводства.
Средством формирования экологических и естественнонаучных знаний учащихся является единая естественнонаучная картина мира. Принципом создания единых естественнонаучных основ является интеграция естественнонаучных и этнорегиональных экологических знаний школьников. Основой такой интеграции является единство принципов естественнонаучного, национально-регионального и нравственно-экологического образования, где основополагающими считаются:
- фундаментальные закономерности сохранения, направленности процессов в природе и их периодичность (естественно-научный аспект);
- этнокультуроведческая и этнорегиональная и экологическая компетенции (национально-региональный аспект) ;
- экологический императив, экологическая ответственность и экологически действенная активная позиция (нравстсвенно-экологический аспект) .
Максимально эффективных успехов в экологическом и естественнонаучном образовании, в формировании экологической нравственности учащихся можно достичь при условии последовательной и целенаправленной реализации единства указанных выше основополагающих принципов.
Одной из важных целей современного естественнонаучного образования разработка концепции формирования единых естественно-научных основ и этно-региональных компонентов экологических знаний и нравственности в контексте интеграции естественнонаучных, этно-гуманитарных и региональных социально-экологических знаний в экспедиционных рамках и опытно-эксперимекнтального апробирования предлагаемой концепции.
Основными задачами при реализации программных мероприятий являются:
- реализация исследовательских и проектных образовательных программ естественно-научного содержания в полевых условиях;
- проведение широкого спектра естественно-научных исследовательских работ в различных районах Краснодарского края и регионах России;
- освоение основных приемов проведения экологического мониторинга окружающей среды;
- ознакомление с флорой и фауной заповедных зон Краснодарского края и России;
- пропаганда роли особо охраняемых территорий для сохранения биологического разнообразия;
- обмен опытом учителей России и Краснодарского края.
Ожидаемые результаты
Успешное прохождение и освоение экологического и естественно-научного практикума в условиях экспедиции и приобретение при этом соответствующих знаний и навыков будет способствовать повышению уровня подготовки школьников, что позволит им в дальнейшем не только объективно оценивать состояние окружающей природной среды, вред, наносимый ей тем или иным предприятием, но и квалифицированно проводить необходимые природозащитные мероприятия, в том числе обеспечивать выбор наиболее приоритетных и эффективных из них, осуществлять свою гражданскую деятельность с позиций стратегии экологической безопасности.
Дорога цивилизации вымощена консервными банками. (Альберто Маравио)
Одной из главных и актуальных задач Российского образования является формирование экологической культуры школьников. Биосфера как единая и очень сложная система изучается многими науками. В недалеком прошлом природу считали не союзником, а неким противником человека, которого надо безжалостно покорять. Осознание того, что мы – люди - существуем на Земле не только ради самих себя, а выполняем определенную биосферную функцию, составляет суть экологической культуры.
Идея экспедиционной экологической и естественно-научной деятельности не нова. В 2002, 2003, 2004 году участниками конкурса “Учитель года” были проведены межрегиональные экспедиции школьников на Байкал, Северный Урал, в Приазовье. В ходе реализации программы преследуется выполнение следующих задач: реализация исследовательских и проектных образовательных программ естественно-научного содержания в полевых условиях; проведение широкого спектра естественнонаучных исследовательских работ в различных районах; освоение основных приемов проведения экологического мониторинга окружающей среды; ознакомление с флорой и фауной заповедных зон Краснодарского края и России; пропаганда роли особо охраняемых территорий для сохранения биологического разнообразия; обмен опытом учителей России и Краснодарского края.
Общий замысел экспедиции следующий: каждый учитель привозит с собой группу школьников 5-8 человек и исследовательские программы естественно-научного и экологического содержания. Форма экспедиции позволяет нам сочетать широкий спектр полевых исследовательских работ и одновременное обучение ребят методикам исследования животного мира, растительного сообщества, полезных ископаемых, радиологического и гидрологического мониторинга, климатологическим наблюдениям и многому другому.
Технология работы экспедиций отработана в предыдущие годы. Всех ребят объединили в 10 рабочих групп. Численность каждой группы 7-9 человек. Состав групп смешанный и по возрасту, и по представительству территорий. Разновозрастная группа – это наша сознательная установка. Такой подход, с одной стороны, нацеливает учителей на создание интегрированных надкурсовых программ, с другой стороны, провоцирует ситуацию взаимообучения в группах. Передача информации от старшего ученика к младшему идет легче, чем от учителя к ученику. Дело в том, что ученик сначала осмысливает информацию на своем уровне, а затем излагает ее младшему в более доступной форме. К тому же происходит обучение с опережением. Для решения поставленной задачи ребята используют не только те знания, которые у них есть, но и осваивают новые. И еще один плюс такого комплектования групп: для выполнения исследовательских заданий учащиеся разного возраста часто используют разные методы. Таким образом, получается своего рода симбиоз педагогических приемов и методов. Каждая рабочая группа последовательно работает с каждым из педагогов. Мы называем это “работой в мастерских”. В каждой мастерской – свой мастер (один из учителей) и своя исследовательская программа. А “помещения” для мастерской выбирают самые разные: это может быть участок степной зоны Ейского района, водная гладь залива или моря, сосновый бор или лесополоса. За время экспедиции каждая группа побывала в каждой мастерской и прошла полный учебный цикл. В то же время каждый из учителей отрабатывал свою программу поочередно со всеми группами, но каждый раз на новом объекте.
Можно выделить три основные модели работы экспедиции.
Модель 1. Стационарный лагерь, радиальные выходы в контрольные точки.
Модель 2. Передвижной лагерь, изучение природных объектов около лагеря.
Модель 3. Передвижной лагерь, радиальные выходы в контрольные точки.
Летом детям особенно хочется жить ярко, занимательно, творчески, и экологическая экспедиция может полноценно дать им эти возможности. Экспедиция - форма образовательной деятельности, связанная с выездом в другую местность, проживанием в полевых условиях (палаточном лагере) и выполнением экологического мониторинга, исследовательских этнографических, естественно-научных и иных проектов. Данное мероприятие носит комплексный характер, в единстве решаются образовательные, развивающие и воспитательные задачи: приобретаются навыки жизни и самообеспечения в полевых условиях, исследовательская и обучающая работа в группах, сбор и обработка собственного экспериментального материала, спортивно-оздоровительные мероприятия, организация досуга и быта в экстремальных условиях, культурно-массовая работа.
Известный исследователь Р. Эмерсон писал, что “нравственное воздействие природы на любого человека измеряется правдой, которую она ему открывает”.
Экологическая экспедиция – это знакомство с растительным миром, живыми организмами, законами жизни и взаимосвязями в природе, но не взглядом “эксплуататора и насильника” этих чудес, а взглядом, способным увидеть и понять красоту мира и научную премудрость. Природа притягивает своим величием, неповторимостью, удивительными творениями и глубокой мудростью.
Придя к небольшому озеру, лесочку или бескрайней степи, не думают дети в первую очередь о ее ширине и длине, не строят планов исследования, а оглядываются кругом, стараются увидеть ее красоту, величие, неповторимость. И понимают, что пришли мы сюда как люди – дети природы, а потом уже как исследователи.
Естественно-научная и экологическая экспедиция школьников носит комплексный характер. Образовательные, воспитательные, развивающие задачи решаются в единстве.
Занятия в мастерских проводятся утром и вечером. Таким образом, все участники экспедиции проходят обучение во всех мастерских, на всех природных объектах, у всех преподавателей.
Экспедиция позволяет подойти к решению актуальной проблемы образования – самостоятельного практического применения учащимися полученных в ходе обучения теоретических знаний, их усвоения, введения в актив используемых технологий собственной деятельности. Экспедиция есть форма и способ перевести учащихся в иную реальность, где они вынуждены применять общие схемы и приемы, усвоенные в процессе обучения, в конкретных условиях; где тренируются и усваиваются способы разрешения ситуаций. Полученный фундамент теоретических знаний и методические навыки в условиях экспедиции практически всегда требуют осознания и творческой коррекции.
Принцип проводимых исследований – не навреди. Как высказался великий философ Э. Севрус “Экология – это наука о защите прав окружающей среды от человека”. Ребята изучают водоемы, прибрежную растительность, исследуют видовой состав организмов животного планктона, определяют чистоту воздуха по лишайникам, а чистоту водоема по их обитателям. Определяют химический состав минералов и карбонатную жесткость воды. Во время работы в мастерских ребята знакомятся с окружающей природой, выявляют существующие взаимосвязи между элементами природного комплекса. Выполняемые школьниками работы носят поисково-исследовательский, учебный и проектировочный характер. Участники экспедиции осваивают правила сбора данных, фиксации наблюдений, обработки результатов, формулирования выводов, учатся описывать биотопы и закладывать геоботанические площадки. Знания, получаемые при выполнении этих работ, являются основополагающими для ряда других учебных и исследовательских работ.
В конце экспедиции по ее итогам проводится научно-практическая конференция, на которой вместе с преподавателями обобщаются итоги многодневного марафона. В ходе конференции вырабатываются практические рекомендации, ставятся проблемы перед населением и вышестоящими организациями. В ходе подготовки к научно-практической конференции, в выступлениях и дискуссиях участниками приобретаются навыки практического решения современных экологических проблем.
Исследовательские и проектные работы приобщают учащихся к научной деятельности, формируют у них чувство любви и бережного отношения к природе, способствуют развитию экологического мышления, профориентации.
За время экспедиции участники последовательно бывают на всех природных объектах и работают во всех мастерских. Задачей является не только изучение природы заказников, но знакомство ребят с методиками естественно-научных и экологических исследований на примере уникального природного материала.