Пояснительная записка.
Повышение эффективности и качества обучения физике в школе во многом зависит от удачного выбора и реализации путей активизации познавательной деятельности учащихся.
Важнейшим стимулом, побуждающим школьников к активизации познавательной деятельности, к приобретению глубоких знаний, является интерес к изучению физики. "Учение, лишенное всякого интереса и взятое только силою принуждения, убивает в ученике охоту к учению, без которой он далеко не уйдет", - писал К.Д. Ушинский.
Познание законов природы как базовая потребность человека было тем светом, который вывел наших далеких предков из тьмы дикости и варварства на путь цивилизации и прогресса. Используя врожденную любознательность, познавательные инстинкты учащихся, представленный урок позволяет повысить интерес к изучению законов механики. Использованный оригинальный подход к обучению заключается в том, что повторение ранее изученного программного материала по физике происходит лишь только в случае возникающих затруднений при решении конкретных физических задач и только в рамках материала, необходимого для их решения.
Цель настоящего урока-практикума состоит в решении самых интересных, самых занимательных качественных задач, которые позволят увидеть, как проявляются законы механики Ньютона в растительном и животном мире. Форма проведения занятия позволяет каждому из учащихся проявить свои знания и умения.
Законы физики используются не только в работе самых удивительных приборов и механизмов, но и распространяются на явления живой природы, однако в живой природе многие из этих законов не проявляются в открытом виде, поэтому подметить их может только опытный глаз наблюдателя.
Решение физических задач – один из основных методов обучения физике. С помощью решения задач обобщаются знания о конкурентных объектах и явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, формируются практические и интеллектуальные умения, сообщаются знания из науки и техники, формируются такие качества личности, как целеустремленность, настойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинированность, развиваются эстетические чувства, формируются творческие способности.
Урок-практикум представляет собой серию качественных задач, связанных с проявлением законов физики в растительном и животном мире, содержание которых не выходит за рамки основного курса физики и биологии основной школы, тем не менее, для понимания многих из них требуется глубокое усвоение школьной программы, умение применять полученные знания на практике. Этот урок направлен как на дальнейшее совершенствование уже усвоенных знаний и умений, так и на формирование углубленных знаний и умений.
План-конспект.
Цели урока:
- обучающая: демонстрация практической значимости физических знаний для познания законов живой природы, проявления законов механики Ньютона в растительном и животном мире; формирование навыков решения качественных физических задач.
- развивающая: развитие физического мышления и активного восприятия окружающей действительности учащимися; накопление опыта решения задач различной трудности; развитие умственной деятельности, творческих способностей учащихся, целостности восприятия и умения анализировать знания.
- воспитательная: воспитание познавательного интереса, целеустремленности, настойчивости, аккуратности, внимательности и дисциплинированности.
Задачи урока:
- формирование умений решать качественные задачи различной трудности, применять физические знания в нестандартных ситуациях;
- закрепление изученного материала по темам: «Законы взаимодействия и движения тел», «Равновесие твёрдых тел», «Механические колебания и волны. Звук».
На содержание задач накладываются следующие ограничения:
- предлагаемые задачи должны иметь нестандартную постановку, побуждающую учеников к решению;
- задачи должны решаться на основе знаний по физике, полученных в общеобразовательной школе до 9 класса;
- последовательность задач должна подчиняться требованию продвижения от простого к сложному.
При решении задач главное внимание обращается на формирование умений решать задачи, на накопление опыта решения задач различной трудности. Развивается самая общая точка зрения на решение задачи как на описание того или иного физического явления физическими законами. В механике – это описание движения материальной точки законами Ньютона и описание движения физической системы законами сохранения.
Особенности урока: лекционная (теоретическая) часть в нем сведена к минимуму и состоит в повторении программного материала по физике лишь только в случае возникающих затруднений при решении конкретных физических задач и только в рамках материала, необходимого для их решения.
Тип урока: урок-практикум.
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация к уроку (приложение 1), подготовленные анкеты для рефлексии.
Ход урока
Слайды № 1-2.
1. Организационный момент. Объявление темы и целей урока (2 мин).
Слайд № 3.
2. Вводная часть. Определение актуальности темы урока (2 мин).
Познание законов природы как необходимая потребность человека было тем светом, который вывел наших далеких предков из тьмы дикости и варварства на путь цивилизации и прогресса. Наши предки познавали мир через решение практических задач, которые ставила перед ними сама Природа. На сегодняшнем уроке мы вместе с вами, как когда-то наши предки, будем решать самые интересные, самые занимательные задачи, которые позволят увидеть, как проявляются законы механики Ньютона в растительном и животном мире. В ходе решения конкретных задач мы вспомним изученные на прошлых уроках законы взаимодействия и движения тел, равновесия твердых тел, механических колебаний и волн.
Мы увидим, что законы физики используются не только в работе самых удивительных приборов и механизмов, но и распространяются на явления живой природы, однако в живой природе многие из этих законов не проявляются в открытом виде, поэтому подметить их может только опытный глаз наблюдателя.
3. Основная часть (21 мин).
3.1. Решение качественных задач по теме «Законы взаимодействия и движения тел».
Если отдельные задания вызывают затруднения, то целесообразно повторить необходимые для их решения теоретические сведения по ходу решения практических задач.
Слайд № 4.
Задача 1. Лиса, убегая от преследующей её собаки, часто спасается тем, что внезапно делает резкие движения в сторону как раз в те моменты, когда собака готова схватить её зубами. Почему собаке трудно поймать лису?
Ответ: Лиса внезапно изменяет направление движения, собака же некоторое время по инерции движется в первоначальном направлении, поэтому не может следовать за лисой.
Слайд № 5.
Задача 2. «Кто не знает,— писал Галилео Галилей,— что лошадь, упав с высоты трех-четырех локтей, ломает себе ноги, тогда как собака при этом не страдает, а кошка остается невредимой, будучи брошена с восьми— десяти локтей, точно так же как сверчок, упавший с верхушки башни, или муравей, упавший на землю хотя бы из лунной сферы». Почему насекомые, падая на землю с большой высоты, остаются невредимыми, а крупные животные гибнут?
Ответ: Масса животного прямо пропорциональна кубу его линейных размеров, а поверхность — квадрату линейных размеров. Следовательно, с уменьшением размеров тела его объем убывает значительно быстрее, чем поверхность. Сопротивление движению в воздухе зависит от поверхности падающего тела. Поэтому мелкие животные испытывают большее сопротивление, чем крупные, так как у них на единицу массы приходится большая поверхность. Кроме того, когда ударяется о препятствие тело небольшого объема, то прекращают движение почти сразу все его части, и во время удара они не давят друг на друга. Когда же падает крупное животное, то нижние части его тела при ударе прекращают свое движение, а верхние еще продолжают двигаться и оказывают на нижние сильное давление. Это и есть то сотрясение, которое гибельно для крупных животных.
Слайд № 6
Задача 3. Почему рулевой на гребной лодке, наклоняя свое тело в такт гребцам, увеличивает скорость лодки?
Ответ: Когда рулевой наклоняется вперед, лодка отталкивается назад. Но гребцы, упираясь веслами в воду, препятствуют этому. При отклонении рулевого назад лодка продвигается вперед — ей ничто не препятствует, так как в это время весла гребцов находятся в воздухе.
Слайд № 7.
Задача 4. Прыгательные конечности кузнечика очень длинные. Почему?
Ответ: Тело приобретает больший запас энергии, если приложенная к нему сила действует длительное время или на достаточно большом пути, например, разбег перед прыжком, размах перед ударом. Мышцы кузнечика не могут развить больших усилий, поэтому для увеличения дальности прыжка, которое требует значительного накопления энергии, служат длинные конечности кузнечика.
Слайд № 8.
Задача 5. Почему мелкие животные более подвижные, чем крупные?
Ответ: В организме животного сила создается мышцами. Следовательно, подвижность животного тем больше, чем больше мышечная сила и чем меньше его масса (а = F/m). Сила, развиваемая мышцей, прямо пропорциональна площади поперечного сечения разреза мышцы. Поэтому при уменьшении мышцы в п раз сила уменьшается в n2 раз, между тем как масса мышцы, зависящая от ее объема, уменьшается приблизительно в п3 раз. Таким образом, при уменьшении размеров тела животного сила его убывает медленнее, чем масса.
Слайд № 9.
Задача 6. Небольшая ящерица — геккон — легко передвигается по гладким наклонным и вертикальным поверхностям, включая обычное стекло, и даже ногами вверх по потолку. Что помогает гекконам удерживаться на таких поверхностях?
Ответ: Пальцы гекконов снабжены пластинками, на которых поперечными рядами располагаются особые щеточки из микроскопических многовершинных волосков. С помощью электронного микроскопа было подсчитано, что на одном только пальце геккона расположено свыше 200 миллионов таких щеточек, каждая из которых состоит из множества отдельных волосков. Благодаря своей ничтожно малой величине эти крючкообразные выросты способны охватывать самые мельчайшие неровности поверхности, что в сочетании с когтями позволяет ящерице легко передвигаться по гладким наклонным и вертикальным поверхностям.
Слайд № 10.
Задача 7. Как известно, некоторые птицы во время далеких перелетов размещаются цепочкой или косяком. В чем причина такого расположения?
Ответ: Наиболее сильная птица летит впереди. Воздух обтекает ее тело так, как вода нос и киль корабля. Этим обтеканием объясняется острый угол косяка. В пределах данного угла птицы легко продвигаются вперед, они инстинктивно угадывают минимум сопротивления и чувствуют, находится ли каждая из них в правильном положении относительно ведущей птицы. Расположение птиц цепочкой, кроме того, объясняется еще одной важной причиной. Взмахи крыльев передней птицы создают воздушную волну, которая переносит некоторую энергию и облегчает движение крыльев наиболее слабых птиц, летящих обычно сзади. Таким образом, птицы, летящие косяком или цепочкой, связаны между собой воздушной волной и работа их крыльев совершается в резонанс. Это подтверждается тем фактом, что если воображаемой линией соединить концы крыльев птиц в определенный момент времени, то получится синусоида.
Задача 8. Почему сильный ветер летом ломает деревья чаще, чем зимой?
Ответ: Листва значительно увеличивает лобовую поверхность дерева, а в связи с этим возрастает и действующая сила ветра.
3.2. Решение качественных задач по теме «Равновесие твёрдых тел».
Слайд № 11.
Задача 9. На слайде показан дятел, сидящий на стволе дерева. Вес его разлагается на две составляющие F1 и F2. Составляющая F1 уравновешивается реакцией дерева на хвост птицы. Составляющая F2 стремится опрокинуть птицу. Почему же дятел под действием этой составляющей не падает вниз, а без особого труда удерживается на стволе дерева?
Ответ: Составляющая сила F2 уравновешивается силой сцепления ног птицы с корой дерева.
Слайд № 12.
Задача 10. Какой из изображённых на слайде медведей находится в более устойчивом положении? Почему?
Ответ: В более устойчивом положении находится медведь, стоящий справа, так как его центр тяжести расположен ниже.
Слайд № 13.
Задача 11. Почему черепахи, опрокинутые на спину, обычно не могут самостоятельно перевернуться?
Ответ: Перевернутая черепаха представляет собой как бы тяжелый шаровой сегмент, лежащий на выпуклой поверхности. Такой сегмент очень устойчив, и, чтобы перевернуть его, нужно достаточно высоко поднять его центр тяжести. Многие черепахи не могут поднять свой центр тяжести так высоко, чтобы перевернуться, и поэтому погибают лежа вверх ногами.
Слайд № 14.
Задача 12. В густом лесу всегда можно встретить поваленные ветром деревья, а в открытом поле, где ветер гораздо сильнее, деревья сваливаются ветром редко. Чем это объясняется?
Ответ: В тени леса нижние ветви деревьев отмирают и крона находится вверху. Центр тяжести дерева также смещается вверх, и оно становится менее устойчивым. У дерева, растущего на открытом месте, крона расположена ниже. Центр тяжести такого дерева лежит ближе к корням, и оно лучше противостоит напору ветра.
Слайд № 15.
Задача 13. Многие кости животных и человека имеют на концах утолщения. Объясните назначение этих утолщений.
Ответ: При сжатии однородного тела величина деформации во всех его точках будет одинаковой, кроме концов, где тело опирается на другие тела.
Слайд № 16.
Задача 14. На сухих лугах нередко встречается красивое травянистое растение, называемое луговым шалфеем. Рассмотрите устройство цветка шалфея и найдите в нем рычаг. Какое значение имеет рычаг шалфея для опыления цветка?
Ответ: В цветках шалфея вытянутые тычинки служат длинным плечом рычага. На их конце расположен пыльник. Короткое плечо рычага как бы предохраняет вход в цветок. Когда насекомые, преимущественно шмели, заползают в цветок, они нажимают на короткое плечо. В это время длинное плечо рычага пыльником ударяет по спинке насекомого и оставляет на ней пыльцу. Перелетая на другой цветок, насекомые этой пыльцой опыляют его.
3.3. Решение качественных задач по теме: «Механические колебания и волны. Звук».
Слайд № 17.
Задача 15. Каким образом возникает звук при стрекотании сверчка?
Ответ: Звук возникает от трения ноги о крыло. На ноге у сверчка зазубринки, на крыле — зацепочки.
Слайд № 18.
Задача 16. Наблюдая летом за пчелами, можно заметить, что пчелы-сторожа, которые стоят у входа в улей, не обращают внимания на прилетающих рабочих пчел, но очень агрессивно реагируют на трут ней, пролетающих рядом, хотя те имеют ту же окраску, форму и размеры тела. Каким образом пчелы-сторожа отличают рабочих пчел о трутней?
Ответ: Несмотря на поразительное сходство даже в поведении, маскирующийся трутень выдает себя звуками. Частота колебаний его крыльев выше, поэтому пчелы-сторожа легко отличают пчел-воришек от рабочих даже на значительном расстоянии.
Слайд № 19.
Задача 17. Наблюдая за поведением паука, заметили, что он выскакивал из своего укрытия и стремительно направлялся к мухе, попавшей в расставленную им сеть, только тогда, когда там находилась муха средней величины; если же попадала малая муха, то паук часто не обращал на нее внимания. Каким образом паук мог судить о размерах своей жертвы?
Ответ: Паук с помощью особых чувствительных органов на лапках воспринимает колебания паутины и по их силе узнает, какого размера муха попалась в его западню. Если муха слишком мала, паук может не обратить на нее внимания. Если же колебания сильны, паук бросается к жертве и разрывает нити, освобождая ее и, тем самым, спасая остаток своей сети.
Слайд № 20.
Задача 18. Зрение у летучих мышей, как известно, очень плохое, и ориентируются они лишь благодаря ультразвуковому локатору. С его помощью мыши удивительно точно определяют местоположение даже самых маленьких насекомых и ловят их на лету без промаха. Но иногда бывают и неудачи. И, как правило, с бабочками. Почему ультразвуковой локатор летучей мыши не всегда обнаруживает бабочку?
Ответ: Оказалось, что у некоторых бабочек в брюшной полости есть особый орган, который предупреждает их о приближении летучей мыши. Когда мышь с наступлением темноты вылетает на охоту и начинает озвучивать окружающее пространство, эти бабочки мгновенно улавливают звуковые импульсы и, сделав крутой вираж, планируют на землю, чтобы выйти из поля облучения хищников.
Слайд № 21.
4. Самостоятельная работа учащихся в группах (9 мин).
Задача 1. Для чего белке нужен большой хвост? А лисе?
Ответ: Белка совершает большие прыжки с дерева на дерево. Хвост помогает ей: он является своеобразным стабилизатором. Хвост лисы помогает ей делать резкие повороты при быстром беге. Это своего рода воздушный руль.
Задача 2. Осенью около трамвайных путей, проходящих вблизи садов и парков, иногда вывешивают плакат: «Осторожно! Листопад». Каков смысл этого предупреждения?
Ответ: Упавшие на рельсы листья уменьшают трение, поэтому при торможении вагон может пройти большой путь.
Задача 3. Почему утки и гуси ходят, переваливаясь с ноги на ногу?
Ответ: У гусей и уток лапы расставлены широко, поэтому, чтобы сохранить равновесие при ходьбе, им приходится переваливать тело так, чтобы вертикальная линия, проходящая через центр тяжести, проходила через точку опоры, то есть лапу.
Задача 4. На концах крыльев стрекозы имеются хитиновые утолщения. Какую роль они играют при полете стрекозы?
Ответ: Такие утолщения предохраняют насекомое от вредных колебаний крыльев в полете. При испытаниях современных самолетов часто случалось, что они разваливались из-за сильной вибрации крыльев — флаттера. Конструкторы устранили этот недостаток, укрепив на крыльях утяжеление (антифлаттер).
Проверка выполнения заданий.
5. Рефлексия. Подведение итогов (6 мин).
Ученики заполняют анкету (анкета с рефлексией находится у каждого ученика на столе) и сдают учителю.
Анкета:
Продолжите фразу:
- Сегодня я понял, что с помощью решения задач…
- Мне было интересно узнать, что…
- Теперь я смогу…
- Я ухожу с урока с чувством…
Обмен мнениями, цитаты из анкет с рефлексией. Подведение итогов, выставление оценок.
6. Домашнее задание.
§ 10-12, с. 39-52 (Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 класс. – М.: Дрофа, 2007)