Программа элективного курса "Формирование основных методов решения задач по физике"

Пояснительная записка

Важная цель обучения физике — овладение учащимися методами решения задач.

Достижению цели элективного курса способствует решение учащимися системы учебных задач.

Содержание образования становится предметом обучения лишь тогда, когда оно принимает для ученика вид определенной задачи. Решение задач является и целью, и средством обучения. При анализе и решении сообщаются знания о конкретных объектах и физических явлениях, создаются и разрешаются проблемные ситуации, формируются практические и интеллектуальные умения, сообщаются знания из истории науки и техники.

Элективный курс “Формирование основных методов решения задач по физике” – разработан для учащихся в 10-х – 11-х классов, изучающих физику на базовом уровне, и желающих подготовиться к сдаче ЕГЭ. На основании концепции профильного обучения на старшей ступени общего образования создаются условия для дифференциации содержания обучения старшеклассников. Программа элективного курса рассчитана на 140 часов (70 часов в 10 классе и 70 часов в 11).

Элективные курсы предназначены для удовлетворения индивидуальных образовательных интересов, потребностей и склонностей каждого школьника.

При разработке данного курса использован значительный опыт существовавшей в нашей стране системы факультативных занятий.

Анализ результатов ЕГЭ выявил недостатки подготовки выпускников в выполнении следующих действий:

• Получение и запись ответа в указанных единицах измерения;
• Округление ответа с указанной в задании точностью;
• Правильное использование понятия “абсолютная величина”;
• Использование справочных данных с указанной точностью;
• Использование единиц Международной системы СИ в расчетных формулах;
• Умение пользоваться кратными и дольными приставками;
• Умение проводить вычисления с большими и малыми числами, записанными в стандартном виде;
• Знание тригонометрических функций и умение применять их при решении физической задачи.

Особое внимание нужно обратить на отработку перечисленных навыков и умений, необходимых при этом виде контроля знаний.

Для повышения уровня полученных знаний, а также для приобретения практических навыков, программой предусматривается выполнение лабораторных, практических и экспериментальных работ. Итогом их выполнения являются отчеты с выводами, рисунками, схемами.

При изучении отдельных тем учащиеся составляют обобщающие таблицы, схемы. При завершении изучения каждого раздела проводится зачет по тестам. Знания проверяются с помощью тестовых контрольных работ, включающих задания разного уровня сложности (базового, повышенного и высокого). Все задания базового уровня соответствуют минимуму содержания физического образования.

Цель элективного курса. Углубить, обобщить и систематизировать знания по физике. Познакомить с общими методами решения физических задач. Обучить простейшим приемам исследования и конструирования.

Задачи элективного курса. В процессе обучения данному элективному курсу следует решать следующие задачи:

• развить мышление учащихся, сформировать у них умение самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять явления;
• преподать школьниками идеи единства строения материи и неисчерпаемости процесса познания;
• развить творческие способности и осознанные мотивы учения у школьников;
• подготовить к продолжению образования и сознательному выбору профессии.

Учебно-тематический план

Основное содержание

1. Механика (30ч)

Механическое движение и его относительность. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение.

Скорость. Ускорение. Уравнение прямолинейного равноускоренного движения. Свободное падение. Криволинейное движение точки на примере движения по окружности с постоянной по модулю скоростью. Центростремительное ускорение.

Взаимодействие тел. Сила. Инерция. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона. Масса. Плотность. Третий закон Ньютона.

Принцип суперпозиции сил. Принцип относительности Галилея. Момент силы. Условие равновесия тел. Сила тяжести. Закон всемирного тяготения. Искусственные спутники Земли. Невесомость. Сила трения. Закон трения скольжения. Сила упругости. Закон Гука.

Импульс. Закон сохранения импульса. Ракеты. Работа. Мощность. Простые механизмы. КПД механизмов.

Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.

Давление. Атмосферное давление. Закон Паскаля. Архимедова сила.

Механические колебания. Амплитуда, период, частота колебаний. Преобразование энергии при механических колебаниях. Уравнение гармонических колебаний, фаза колебаний. Свободные колебания. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.

Механические волны. Длина волны. Поперечные и продольные волны. Уравнение гармонической волны. Звук. Скорость звука. Громкость и высота тона.

2. Молекулярная физика. Термодинамика (34ч).

Дискретное строение вещества. Непрерывность и хаотичность движения частиц вещества. Модели газа, жидкости и твердого тела. Количество вещества. Моль. Постоянная Авогадро.

Тепловое равновесие. Теплопередача. Абсолютная температура. Связь температуры со средней кинетической энергией частиц вещества.

Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики и его статистическое обоснование.

Тепловые двигатели. Преобразование энергии в тепловых двигателях. Адиабатный процесс. КПД теплового двигателя.

Идеальный газ. Связь между давлением и средней кинетической энергией молекул идеального газа, а также температурой идеального газа. Уравнение Менделеева—Клапейрона. Изопроцессы.

Испарение и конденсация. Кипение жидкости. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха.

Кристаллические и аморфные тела. Плавление и кристаллизация. Преобразование энергии при изменениях агрегатного состояния вещества.

3. Электродинамика (36ч)

Электризация. Электрическое взаимодействие, два вида электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. Элементарный электрический заряд.

Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов. Связь между напряженностью электрического поля и разностью потенциалов. Принцип суперпозиции электрических полей.

Проводники в электрическом поле. Электрическая емкость. Конденсатор. Диэлектрики в электрическом поле. Энергия электрического поля конденсатора.

Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление.

Носители свободных электрических зарядов в металлах, жидкостях, газах и полупроводниках. Закон электролиза.

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной электрической цепи.

Последовательное и параллельное соединение проводников.

Работа электрического тока. Закон Джоуля—Ленца.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Р-n переход.

Магнитное поле. Источники и способы обнаружения электрических и магнитных полей. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Электродвигатели.

Энергия магнитного поля.

Электромагнитные колебания. Колебательный контур.

Переменный ток. Действующее значение силы тока и напряжения. Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор.

Идеи теории Максвелла. Электромагнитные волны. Свойства электромагнитных волн. Принципы радиосвязи.

4. Оптика (20ч)

Прямолинейное распространение света. Отражение света. Закон отражения света. Преломление света. Закон преломления света. Полное отражение.

Плоское зеркало. Построение изображений в плоском зеркале.

Линза. Построение изображения в собирающей линзе. Формула тонкой линзы. Оптические приборы.

Свет как электромагнитная волна. Интерференция света. Когерентность. Дифракция света. Дифракционная решетка.

Поляризация света.

Призма. Дисперсия света. Скорость распространения электромагнитных волн.

5. Основы специальной теории относительности (2ч)

Инвариантность скорости света. Принцип относительности Эйнштейна. Пространство и время в специальной теории относительности. Связь массы и энергии.

6. Квантовая физика (10ч)

Тепловое излучение. Постоянная Планка.

Фотоэффект. Опыты Столетова. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза Луи де Бройля. Дифракция электронов.

Опыты по рассеянию альфа-частиц. Планетарная модель атома. Боровская модель атома водорода. Спектры. Спектральный анализ. Люминесценция. Лазеры.

Методы наблюдения и регистрации частиц в ядерной физике. Радиоактивность.

Альфа-, бета-, гамма—излучения. Заряд ядра. Массовое число ядра. Энергия связи частиц в ядре.

Ядерные реакции. Сохранение заряда и массового числа при ядерных реакциях. Деление ядер. Синтез ядер. Выделение энергии при делении и синтезе ядер. Ядерная энергетика. Дозиметрия. Элементарные частицы.

Фундаментальные взаимодействия.

7. Методы научного познания и физическая картина мира (8ч)

Эксперимент и теория в процессе познания природы. Использование результатов эксперимента для построения теории. Моделирование явлений и объектов природы.

Роль математики в физике. Научные гипотезы. Физические законы и границы их применимости.

Принцип соответствия. Принцип причинности.

Измерение физических величин. Погрешности измерений. Построение графика по результатам эксперимента. Использование результатов эксперимента для предсказания значений величин, характеризующих изучаемое явление.

Физическая картина мира.

Владение понятиями и представлениями физики, связанными с жизнедеятельностью человека.

Планируемые результаты обучения.

В результате изучения курса учащиеся должны:

ЗНАТЬ:

• основные понятия, законы и принципы механики, молекулярной физики, термодинамики, электродинамики, оптики и квантовой физики, физики атома и атомного ядра;
• современную физическую картину мира;

УМЕТЬ:

• пользоваться измерительными приборами, измерять и вычислять физические величины;
• читать и строить графики, выражающие зависимость физических величин от времени, уметь производить расчеты электрических цепей с применением закона Ома для участка и полной цепи и закономерностей последовательного и параллельного соединения проводников, конденсаторов;
• решать физические задачи разных уровней сложности;
• понимать смысл применяемых законов, формул;
• применять знания в измененных и новых ситуациях;
• оценивать реальность полученных результатов;
• выполнять с числами, записанными в стандартном виде;

Методические рекомендации

Решение задач на элективных курсах

На элективных курсах полезно предоставить каждому ученику возможность самостоятельной работы на занятиях и дома. Последовательность задач должна быть такой, чтобы рассмотрение предшествующих влияло на успешность решения последующих, чтобы была реализована их взаимосвязь по сюжету и структуре логических, физических и математических операций.

Можно выделить в этой системе три группы задач.

К первой группе отнесем задачи, ставящие своей целью усвоение основных физических понятий, необходимых для решения задач по данной теме.

Вторая группа включает в себя специальные (рефлексивные) задачи, в процессе решения которых ученики обращают внимание на свою деятельность по поиску решения. Успешность овладения способом решения задач определенного типа повышается, если целью действий ученика является поиск общего способа решения задач такого типа, а не ответа частной задачи.

Третья группа задач ставит целью, приобретение опыта творческой деятельности, В нее входят все нестандартные задачи, решения которых не могут быть получены непосредственным применением известного учащимся приема. В процессе решения задач этой группы устанавливаются внутрипредметные и межпредметные связи, полученные знания применяются, в новых ситуациях.

Решение задач первой" группы" целесообразно проводить в процессе изучения нового материала. В этом случае они используются для постановки проблемы, систематизации и углубления знаний школьников, повышения познавательного интереса.

Решение задач второй и третьей групп желательно проводить на специальных практикумах. Удобнее обратить внимание на метод решения задач данного типа, деятельность ученика в поисках этого метода, знакомить учащихся с системой задач по данной теме.

Изберем два направления в методах решения задач:

– использование предписаний алгоритмического типа, как обобщённых, так и частных, предназначенных для решения задач по конкретной теме курса физики;

– использование эвристических приемов поиска решения нестандартных, олимпиадных задач. Решение таких задач представляет собой своеобразный творческий процесс.

Приступать к решению сложных задач можно только после приобретения достаточно прочных навыков в решении элементарных задач.

Необходимо отобрать такие задачи, на примерах которых учащиеся могли бы получить, возможно, более полное представление об основных типах задач по данному разделу физики и научиться решать их оптимальным способом.

Для этой цели рекомендуем использовать учебные пособия “Факультативный курс физики” (VIII, IX, X классы).

При проведении занятий по решению физических задач необходимо учитывать, что подготовленность к этому типу работы учащихся одной группы оказывается существенно различной.

Рекомендуем форму проведения занятий, при которой все учащиеся одной группы решают одни и те же задачи. При этом они ставятся в равные условия, и предварительная оценка учителем способностей учеников не влияет на их результаты. Чтобы занятие такого типа было полезным для всех участников элективного курса, отбираемые для решения задачи должны быть новыми для всех, а по уровню сложности — рассчитанными на более сильных учащихся. Рекомендуем коллективный анализ содержания задачи и возможных путей ее решения, который способствует более быстрому развитию у навыков самостоятельного решения физических задач у всех участников группы.

Для накопления опыта творческой деятельности необходимо развитие творческой активности.

Основные процессуальные характеристики этого опыта:

— самостоятельный перенос ранее усвоенных знаний и умений в новую ситуацию, способность использовать эти знания для поиска решения;

— видение новой проблемы в знакомой ситуации;

— видение новой функций объекта;

— самостоятельное комбинирование известных способов деятельности в новой ситуации;

— оперативность мышления, видение различных способов решения данной проблемы;

— нахождение принципиально нового способа решения, не являющёгося комбинацией известных способов.

Нахождение такого способа решения задачи на первых этапах часто протекает интуитивно, в форме “озарения”, “вдохновения” на последующих этапах — в форме применения последовательной системы логических операций.

Большой вклад в формирование творческой активности на занятиях вносят экспериментальные задачи. Ценность экспериментальных задач заключается в том,_ что они позволяют проверить умения учащихся применять полученные знания на практике. Даже очень простое экспериментальное задание позволяет обнаружить учащихся с задатками исследователей.

Очень важно найти такой вариант экспериментального задания, в котором поставленная задача находила бы эмоциональный отклик в душе школьника. Важно дать возможность учащимся убедиться в том, что большинство основных законов природы установлено простыми и доступными для понимания средствами, что сведения о свойствах частиц микромира получаются с помощью макроскопических приборов, принципы действия которых им понятны: камера Вильсона, счетчик Гейгера, фотоэлемент.

Приблизиться к уровню современной физики невозможно, не имея прочных знания ее законов, элементарных сведений о методах физических исследований и умений применять их на практике.

Конструирование на занятиях элективного курса

Успех конструкторской деятельности школьников зависит от их знакомств с конструкциями различных видов, теоретических знаний из физики, химии, математики, биологии и других наук, необходимых для понимания устройства конструкции, а также от умения проектировать, выполнять необходимые чертежи и расчеты. Способности к конструированию зависят от целого ряда психологических особенностей: пространственного воображения, устойчивости внимания, избирательности памяти, быстроты реакции.

Методы творческого конструирования нельзя запрограммировать заранее, однако существуют наиболее типичные из них.

Метод расчленения — новое получается в результате расчленения объектов.

Метод объединения — новое получается в результате объединения деталей, частей механизма и т. п.

Метод замещения — новое получается путем замены части машины более эффективными элементами.

Метод аналогии – новое получается по аналогии с уже известным.

Примерные темы учебных проектов

Предложите несколько вариантов конструкции приборов или методов, с помощью которых можно:

• отмечать пути, пройденные телом за равные промежутки времени;
• производить автоматическую запись зависимости пути от времени;
• измерять ускорение тележки, движущейся по горизонтальной поверхности;
• определять массу тел в условиях невесомости;
• сравнивать массы тел по их взаимодействию;
• измерять силу тяжести тела без разновеса и использования пружинных весов;

Разработайте один или несколько вариантов выполнения следующих лабораторных заданий:

• произведите запуск легкоподвижной тележки или бруска с заданным ускорением;
• определите коэффициент трения бруска о плоскость, не имея динамометра;
• определите жесткость пружины, пользуясь только линейкой;
• рассчитайте максимальную высоту подъема снаряда выпущенного из пружинной пушки;
• рассчитайте угол, под которым должен быть произведен выстрел из пружинной пушки, чтобы снаряд попал в заданную цель.

Примерные темы рекомендуемых практических и лабораторных работ

1. Измерение скорости тела при прямолинейном, равномерном движении.
2. Проверка соотношения перемещения при прямолинейном равноускоренном движении.
3. Изучение свободного падения тела и измерение ускорения свободного падения.
4. Измерение линейной скорости и центростремительного ускорения при равномерном движении по окружности.
5. Наблюдение инерции тела и сравнение инертности двух тел.
6. Изучение движения тела, брошенного горизонтально.
7. Изучение зависимости силы упругости от деформации тела.
8. Измерение жесткости пружины.
9. Изучение равновесия тела при действии нескольких сил.
10. Выяснение условия устойчивого равновесия.
11. Измерение относительной влажности воздуха с помощью термометра.
12. Наблюдение кристаллических и аморфных тел.
13. Измерение модуля упругости резины.
14. Наблюдение электростатической защиты.
15. Измерение удельного сопротивления проводника.
16. Включение реостата в качестве потенциометра.
17. Наблюдение зависимости сопротивления проводника от температуры.
18. Сравнение фаз колебаний маятников.
19. Измерение фокусного расстояния и оптической силы собирающей, рассеивающей линзы.
20. Наблюдение изображения предмета полученного с помощью плоскопараллельной пластинки и призмы.
21. Наблюдение изображения предмета полученного с помощью вогнутого зеркала и собирающей линзы.
22. Наблюдение явлений интерференции и дифракции света.
23. Наблюдение поляризации света.
24. Наблюдение сплошного и линейчатого спектра испускания.

Зачеты в тестовой форме по материалам ЕГЭ по следующим темам:

1. “Основные понятия кинематики. Равномерное движение”.
2. “Равноускоренное движение”.
3. “Основные понятия динамики”.
4. “Силы трения, упругости, гравитации”.
5. “Движение по окружности”.
6. “Импульс. Работа. Энергия”.
7. “Законы сохранения и изменения импульса и энергии”.
8. “Статика. Гидростатика. Закон Архимеда”.
9. “Основные понятия МКТ”.
10. “Процессы в газах. Графики изопроцессов”.
11. “Основы термодинамики”.
12. “Тепловые двигатели”.
13. “Механические колебания”.
14. “Волны”.
15. “Электростатика”.
16. “Постоянный ток”.
17. “Электромагнетизм”.
18. “Электромагнитная индукция”.
19. “Электромагнитные колебания и волны”.
20. “Геометрическая оптика”.
21. “Линзы”.
22. “Физическая оптика”.
23. “Специальная теория относительности”.
24. “Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц”.

Список литературы для учителя

1. Богатин А.С. Пособие для подготовки к единому государственному экзамену и централизованному тестированию по физике. Изд. 4-е, доп. и испр. – Ростов н/Д: Феникс, 2004 – 480с.
2. Буров В. А., Иванов А. И., Свиридов В. И. Фронтальные экспериментальные задания по физике: 9 класс. — М.: Просвещение, 1986.
3. Гутман В. И. Алгоритмы решения задач по механике в средней школе. — М.: Просвещение, 1988.
4. Енохов и ч А. С. Справочник по физике. — М.: Просвещение, 1990.
5. К а б а р д и н О. Ф., Кабардина С. И., Орлов В. А. Задания для контроля знаний учащихся по физике в средней школе: Дидактический материал.— М.: Просвещение, 1983.
6. Кабардин и др. Факультативный курс физики: 8 кл. Учебное пособие для учащихся / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, А.В. Пономарева. – 3-е изд., перераб. – М.:Просвещение, 1985.– 208с., ил.
7. Кабардин и др. Факультативный курс физики: 9 кл. Учебное пособие для учащихся / О.Ф. Кабардин, И.С. Кабардина, И.Н. Шефер. – 3-е изд., перераб. – М.:Просвещение, 1986.– 239с., ил.
8. Кабардин и др. Факультативный курс физики: 10 кл. Учебное пособие для учащихся / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, И.Н. Шефер. – 3-е изд., перераб. – М.:Просвещение, 1987.– 208с., ил.
9. Каменецкий С. Е., Орехов В. П. Методика решения задач по физике в средней школе.— М: Просвещение, 1987.
10. Кирик Л.А., Бондаренко К.П. Самостоятельные и контрольные работы по физике. Разноуровневые дидактические материалы. 11 класс. – М.: Илекса, Харьков: Гимназия, 1998. – 64с.: ил.
11. Методика преподавания физики в 8—10 классах средней школы/Под ред. В. П. Орехова и А. В. Усовой. — М.: Просвещение, 1980. — Ч. 1, 2,
12. Оноприенко О. В. Проверка знаний, умений и навыков учащихся по физике. — М.: Просвещение, 1988.
13. Орехов В. П., Корж Э. Д. Преподавание физики в IX классе. — М.: Просвещение, 1986.
14. Практикум по физике в средней школе./Под ред. В. А. Бурова, Ю. И. Дика. — М.: Просвещение, 1987.
15. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей в процессе обучения физике. Пособие для учителей. М., “Просвещение”, 1975.
16. Сауров Ю.А., Бутырский Г.А. Молекулярная физика: Модели уроков: Кн. для учителя. – М., Просвещение ,1998. – 144 с.: ил.
17. Сауров Ю.А., Мултановский В.В. Квантовая физика: Модели уроков: Кн. для учителя. – М., Просвещение; учебная литература, 1996. – 272 с.: ил.
18. Усова А. В., Бобров А. А. Формирование учебных умений и навыков, учащихся на уроках физики. — М.: Просвещение, 1990.
19. Шаталов В. Ф., Шейман В. М., Хаит А. М. Опорные конспекты по кинематике и динамике. — М.: Просвещение, 1989.

Список литературы для учащихся

1. Богатин А.С. Пособие для подготовки к единому государственному экзамену и централизованному тестированию по физике. Изд. 4-е, доп. и испр. – Ростов н/Д: Феникс, 2004 – 480с.
2. Единый государственный экзамен: физика: 2004 – 2005; контол. измерит. материалы /[В.А. Орлов, Г.Г.Никифоров, под. ред. Г.С. Ковалевой]; Мин-во образования и науки Рос. Федерации, Федерал. служба по надзору в сфере образования и науки. – М.: Просвещение, 2005. – 154с
3. Капельян С.Н. Физика: интенсивный курс подгот. к тестированию и экзамену/ С.Н. Капельян, И.З. Джилавдари. – 3-е изд., перераб. Мн.: Тетра-Системс, 2005. – 336с
4. Тесты. Физика. Варианты и ответы централизованного (абитуриентского) тестирования – М.: Центр тестирования МО РФ, 2004.