В современном обществе школа как источник информации уступает Интернету, телевидению. Симпозиум «Философия образования в перспективе ХХI века», проводившийся под эгидой ЮНЕСКО, в своём итоговом документе подчеркнул: «Человек в рамках образования должен встать на путь образования самого себя, на путь сознательного и ответственного выбора тех способов мышления и действия, которые способствуют сохранению жизни, культуры и природы… Основой образования должны являться не столько учебные предметы , сколько способы мышления и деятельности, то есть процедуры и методы рефлексивного характера» [1]. Таким образом, цель современного образования – подготовка человека, способного к непрерывному образованию.
«Самоорганизация свойственна всем формам материи и равноценна способности к выживанию и развитию. Человек, как социальная система, способен самоорганизовываться под воздействием поступающей к нему извне информации и энергии, выходя самостоятельно на новое качество своего развития. Педагог может эффективно управлять этим процессом, зная законы такого управления» [2].
Придерживаясь цели образования и основных принципов обучения на основе самоорганизации, я вижу целью моих уроков саморазвитие ученика на учебном материале предмета физики. Блок уроков на основе самоорганизации по теме «Волновые свойства света» начинается с предъявления учащимся образовательного поля темы «Оптика» и фронтального обсуждения подтем этой большой темы, так как многое они уже изучали с 7 по 9 класс.
Далее учащимся предоставляется выбор индивидуальной образовательной траектории, источников информации, коммуникативных партнёров по схеме приложения п.3. Предлагается четыре модуля, начать работу можно с любого. Порядок изучения модулей учащиеся выбирают сами и прорабатывают задания, предложенные в модулях, готовя образовательные продукты. В каждом модуле находится избыточное число заданий. Обязательными для выполнения является образовательный продукт № 1 «Ключевые понятия» и образовательный продукт № 4 «Решение задачи». Выполнение остальных образовательных продуктов каждого модуля учащиеся так же выбирают. Подробно предлагаемые образовательные продукты по каждому модулю можно посмотреть в Приложении. Работа идёт в течение 4 уроков.
На 5 уроке по этой теме идёт обсуждение изученного самостоятельно:
- фронтальные качественные задачи;
- проверка решения задач, включенных в образовательные модули;
- обсуждение практических работ, которые выполняли учащиеся при самостоятельном изучении модуля.
На 6 уроке проводится срезовый контроль по изученной теме.
Приложение.
1. Общая информация о применении:
Пыстогова Татьяна Владимировна. Физика, 11 класс, МОУ «Добрянская СОШ № 4»
Примерная программа Министерства образования по физике для средней общеобразовательной школы (базовый уровень). Учебник «Физика, 11 класс». Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев.
Электродинамика. 6 уроков по технологии самоорганизации.
2. Используемые психолого-педагогические авторские приемы:
Учащиеся сами выбирают первую учебную цель (начало индивидуальной образовательной траектории) – один из четырех модулей (см рис. № 1). Необходимо выполнить все четыре модуля в любом порядке, внутри модуля учащиеся выбирают и выполняют предложенные образовательные продукты (см. Модули).
Учащимся сообщаются: ход работы, формы и сроки промежуточного и итогового контроля по данной теме.
Учащиеся сами выбирают информационные источники из числа предложенных: учебник, справочники, ЦОРы, Интернет.
3. Изучаемые фундаментальные законы и понятия учебного предмета, общепредметные учебные умения, навыки и способы деятельности:
монохроматическая волна, когерентные волны, интерференция, условия максимума и минимума, интерференция в тонких плёнках, дифракция, опыт Юнга, дисперсия света, дисперсионный спектр, понятие цвета, спектроскоп, зависимость показателя преломления от цвета, поляризация.
Рис. 1
| Модуль № 1: «Светло – темно, светло – темно, …» | Модуль № 2: «Как прекрасен этот мир!» |
| Модуль № 3: «К чему приводит поперечность?» | Модуль № 4: «Если на пути мелкие препятствия, то …» |
МОДУЛЬ № 1 «Светло – темно, светло – темно …»
Интерференция света. Образовательные продукты модуля выбираются в любом порядке, кроме 1 (выполняется первым), и должно быть выполнено не менее трёх.
Образовательный продукт № 1 «Ключевые понятия».
Составьте минисловарь терминов:
Интерференция; Когерентные волны; Способы получения когерентных лучей; Монохроматическая волна; Интерференционная картина; Условие максимума; Условие минимума.
Образовательный продукт № 2. «Двойной дневник».
Прочитайте текст. С левой стороны запишите фрагменты текста, которые произвели наибольшее впечатление, вызвали какие-то воспоминания или ассоциации с эпизодами из собственной жизни; возможно, возникли определенные аналогии из предыдущего опыта , что-то просто озадачило или вызвало в душе резкий протест, удивление. С правой стороны записываются комментарии: что заставило выписать именно эту цитату? Какие мысли она вызвала? Какие вопросы возникли?
| Фрагменты текста | Комментарии |
ТРУБЫ – ХАМЕЛЕОНЫ.
Для трубопроводов, которые находятся в помещениях, большое значение имеет их внешний вид – их красят, никелируют. Но можно применить необычное покрытие, изобретение которого подсказано бабочками.
Чешуйки тропических бабочек семейства Ураний представляют собой многослойную структуру. Хитиновые пластинки разделены между собой воздушными промежутками. В результате многократного отражения и интерференции отражённые лучи приобретают более насыщенный цвет, а поверхность крыла – блеск полированного металла. При деформации чешуйки или при изменении угла зрения толщина воздушного зазора изменяется, что вызывает изменение окраски чешуйки, так называемые перламутровые переливы.
Отражённый луч представляет собой результат интерференции лучей, отражённых от передней и задней поверхностей пластинки. Оптическая разность хода определяется толщиной пластинки и углом падения луча.
Современные технологии позволяют получать тонкие плёнки толщиной до 0,5 мкм. На внешние стенки труб наносят покрытия из плёнок толщиной около 5 мкм, склеенных между собой не сплошь, а тонкими полосками, так что получается структура, аналогичная чешуйкам бабочек Ураний. Такое покрытие, нанесённое на внешнюю сторону трубы, будет менять цвет при изменении температуры: если труба горячая, давление на слои покрытия увеличивается, и толщина воздушных зазоров уменьшается. По оттенкам цвета можно определить, течёт ли по трубе вода и какая она – горячая или холодная. Кроме того, подобное покрытие служит хорошим теплоизолятором и уменьшает потери тепла.
Образовательный продукт № 3. Практическая работа «Интерференция в тонких плёнках».
Задание: «Мыльный пузырь, витая в воздухе, зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное „чудо природы”», – писал Марк Твен.
Рассмотрите мыльный пузырь и ответьте на вопросы:
– Какое явление делает мыльный пузырь достойным восхищения?
– При каком условии возможно это явление?
– В каком порядке располагаются цвета на мыльной плёнке? (Зарисуйте.)
Почему именно в таком порядке?
Образовательный продукт № 4. «Решение задачи».
Из сборника задач на стр. 144 решите задачу № 1087.
Задание на самоконтроль: «Кластер».
- Посередине чистого листа написать ключевое слово изучаемого модуля.
- Вокруг написать слова или предложения, выражающие идеи, факты, образы, подходящие для данной темы.
- Эти слова или предложения («спутники») соединить прямыми линиями с ключевым словом. У каждого из «спутников», в свою очередь, тоже появятся «спутники», устанавливаются новые логические связи.
Постараться построить как можно больше логических связей. Не следовать заранее определенному плану.
МОДУЛЬ № 2 «Как прекрасен этот мир!»
Дисперсия света. Образовательные продукты модуля выбираются в любом порядке, кроме 1 (выполняется первым), и должно быть выполнено не менее трёх.
Образовательный продукт № 1 «Ключевые понятия».
Составьте минисловарь терминов:
Дисперсия; Дисперсионный спектр; Рассеяние света; Поглощение света; Спектроскоп.
Образовательный продукт № 2. Практическая работа «Дисперсия света».
Задание: посмотрите сквозь один из углов стеклянной плоскопараллельной пластинки на горящую свечу и ответьте:
– Что вы наблюдаете?
– Как называется наблюдаемое явление?
– В каком порядке располагаются цвета? (Зарисуйте.)
Посмотрите через другой угол и ответьте:
–Что изменилось в спектре? Почему?
Образовательный продукт № 3. «Решение задачи».
Из сборника задач на стр. 143 решите задачу № 1080.
Образовательный продукт № 4. Конспектирование :«Плюс, минус, интересно».
Текст размечается с помощью трех видов знаков: +, -, интересно. Эти три знака вы может использовать для оценки значимости или новизны материала для себя лично.
Как появляется радуга.
Вряд ли найдется человек, который не любовался бы радугой. Появившись на небосводе, она невольно приковывает внимание.
Радуга всегда связывается с дождем. Она может появиться и перед дождем, и во время дождя, и после него, в зависимости от того, как перемещается облако, дающее ливневые осадки. Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Его объяснение радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, но его тело и рукописи были сожжены.
Обычно наблюдаемая радуга – это цветная дуга угловым радиусом 42°, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности Земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками. Такие условия чаще всего создаются при выпадении летних ливневых дождей, называемых в народе « грибными » дождями. Центром радуги является точка, диаметрально противоположная Солнцу,– антисолярная точка. Внешняя дуга радуги красная, за нею идет оранжевая, желтая, зеленая дуги и т. д., кончая внутренней фиолетовой.
Откуда берется удивительный красочный свет, исходящий от дуг радуги? Все радуги – это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода, противоположной той, где находится Солнце.
Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия – разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.
Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя. По образному выражению американского ученого А. Фразера, сделавшего ряд интересных исследований радуги уже в наше время, „Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а Ньютон расцветил ее всеми красками спектра».
Несмотря на то что теория радуги Декарта – Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных порядков.
Предмет, который может разложить луч света на его составляющие, называется «призмой». Образуемые цвета создают полоску из цветных сочетающихся линий, которая называется «спектр».
Радуга и есть большой изогнутый спектр, или полоса цветных линий, образовавшихся в результате разложения луча света, проходящего через капельки дождя. В данном случае капли дождя выполняют роль призмы.
Радуга появляется только во время ливня, когда идет дождь и одновременно светит солнце. Находиться необходимо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть! Солнце посылает свои лучи, которые, попадая на капельки дождя, создают спектр. Солнце, ваши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии!
Если солнце высоко в небе, провести такую прямую линию невозможно. Вот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру. Утренняя радуга означает, что солнце находится на востоке, а дождь идет на западе. При послеобеденной радуге солнце расположено на западе, а дождь – на востоке.
Задание на самоконтроль: «Кластер».
МОДУЛЬ № 3 «К чему приводит поперечность?»
Поляризация света. Образовательные продукты модуля выбираются в любом порядке, кроме 1 (выполняется первым), и должно быть выполнено не менее трёх.
Образовательный продукт № 1 «Ключевые понятия».
Составьте минисловарь терминов:
Поляризация; Поляризатор; Анализатор; Естественный свет; Поляризованный свет;
Образовательный продукт № 2. Практическая работа «Поляризованный свет».
Задание: рассмотрите сквозь поляризатор предметы и ответьте на вопрос:
– Можно ли с помощью одного поляризатора определить, где поляризованный луч света?
Возьмите поляризатор и анализатор. Рассмотрите предметы в классе сквозь них сначала при совпадении плоскостей поляризации, а затем при их перпендикулярном расположении. Ответьте на вопросы:
– При каком условии возможно наблюдение поляризованного луча света?
Образовательный продукт № 3. «Решение задачи».
Из сборника задач на стр. 147 решите задачу № 1106.
Образовательный продукт № 4. Конспектирование :«Плюс, минус, интересно».
Поляризованный свет в природе.
Человеческий глаз весьма чувствителен к окраске (то есть длине волны) и яркости света, но третья характеристика света, поляризация, ему практически недоступна. Мы страдаем «поляризационной слепотой». В этом отношении некоторые представители животного мира гораздо совершеннее нас. Например, пчелы различают поляризацию света почти так же хорошо, как цвет или яркость. И так как поляризованный свет часто встречается в природе, им дано увидеть в окружающем мире нечто такое, что человеческому глазу совершенно недоступно. Человеку можно объяснить, что такое поляризация, с помощью специальных светофильтров он может увидеть, как меняется свет, если «вычесть» из него поляризацию, но представить себе картину мира «глазами пчелы» мы, видимо, не можем (тем более что зрение насекомых отличается от человеческого и во многих других отношениях).
Поляризационные фильтры, или поляроиды, продаются в магазинах фотопринадлежностей. Если через такой фильтр смотреть на чистое голубое небо (при облачности эффект выражен гораздо слабее) примерно в 90 градусах от направления на Солнце, то есть чтобы Солнце было сбоку, и при этом фильтр поворачивать, то ясно видно, что при некотором положении фильтра на небе появляется темная полоса. Это свидетельствует о поляризованности света, исходящего от этого участка неба. Поляроидный фильтр открывает нам явление, которое пчелы видят «простым глазом». Но не надо думать, что пчелы видят ту же темную полосу на небе. Наше положение можно сравнить с положением полного дальтоника, человека, неспособного видеть цвета. Тот, кто различает только черное, белое и различные оттенки серого цвета, мог бы, смотря на окружающий мир попеременно через светофильтры различного цвета, заметить, что картина мира несколько меняется. Например, через красный фильтр иначе выглядел бы красный мак на фоне зеленой травы, через желтый фильтр стали бы сильнее выделяться белые облака на голубом небе. Но фильтры не помогли бы дальтонику понять, как выглядит мир человека с цветным зрением. Так же, как цветные фильтры дальтонику, поляризационный фильтр может лишь подсказать нам, что у света есть какое-то свойство, не воспринимаемое глазом.
Поляризованность света, исходящего от чистого неба, – лишь один из примеров явлений поляризации в природе. Другой распространенный случай – это поляризованность отраженного света, бликов, например, лежащих на поверхности воды или стеклянных витрин. Собственно, фотографические поляроидные фильтры и предназначены для того, чтобы фотограф мог в случае необходимости устранять эти мешающие блики (например, при съемке дна неглубокого водоема или фотографировании картин и музейных экспонатов, защищенных стеклом). Действие поляроидов в этих случаях основано на том, что отраженный свет в той или иной степени поляризован (степень поляризации зависит от угла падения света и при определенном угле, разном для разных веществ, – так называемом угле Брюстера – отраженный свет поляризован полностью). Если теперь смотреть на блик через поляроидный фильтр, нетрудно подобрать такой поворот фильтра, при котором блик полностью или в значительной мере подавляется.
Применение поляроидных фильтров в противосолнечных очках или ветровом стекле позволяет убрать мешающие, слепящие блики от поверхности моря или влажного шоссе.
Задание на самоконтроль: «Кластер».
МОДУЛЬ № 4 «Если на пути мелкие препятствия, то …»
Дифракция света. Образовательные продукты модуля выбираются в любом порядке, кроме 1 (выполняется первым), и должно быть выполнено не менее трёх.
Образовательный продукт № 1 «Ключевые понятия».
Составьте минисловарь терминов:
Дифракция; Условие наблюдения дифракции; Дифракционная решётка; Дифракционный спектр;
Образовательный продукт № 2. «Двойной дневник».
К концу 18 века стали появляться наблюдения, которые свидетельствовали о волновой природе света. Френель и Араго проделали множество опытов, подтверждающих то, что свет это волна. Эти опыты были поставлены под влиянием Пуассона, одного из наиболее крупных французских учёных 19 века. Пуассон заметил, что если на пути света, испускаемого точечным источником света, поместить круглый экран перпендикулярно оси пучка, то волны – если свет есть волновое движение – должны достигать краёв экрана в одной фазе; но тогда в центре тени они должны накладываться и давать яркое пятно. Этот вывод казался ему совершенно абсурдным. Но Френель и Араго произвели такой опыт и обнаружили, что действительно наблюдается яркое пятно.
Можно проверить волновую теорию света и опытами по явлениям интерференции и дифракции. Самый знаменитый опыт – опыт Юнга. Юнг понял, что нельзя ожидать интерференции от двух независимых пучков света. Он пропустил солнечный свет в тёмную комнату через отверстие, сделанное острой иглой, получив расходящийся пучок света. В середину пучка он поместил полоску бумаги шириной около миллиметра, которая разделила пучок на две части. Затем Юнг поместил на пути света экран и обнаружил на нём равноотстоящие полосы – в центре – белую, а по краям окрашенные. Когда он сдвигал полоску бумаги к краю первичного пучка, полосы исчезали.
Простота и убедительность опыта Юнга сыграли огромную роль в поддержке работ Френеля по волновой теории.
Образовательный продукт № 3. Практическая работа «Наблюдение дифракции».
Задание: посмотрите сквозь лоскуток капрона, перо, узкую и широкую щели на горящую свечу и ответьте:
– Что вы наблюдаете по контуру пламени?
– Как называется наблюдаемое явление?
– В каком порядке располагаются цвета? (Зарисуйте.)
– Почему вы не видели дифракцию от широкой щели?
Образовательный продукт № 4. «Решение задачи».
Из сборника задач на стр. 145 решите задачу № 1099.
Образовательный продукт № 5. Конспектирование :«Плюс, минус, интересно».
Галo и венцы.
Французское слово, произошедшее от греческого, означающее световое кольцо вокруг Солнца и Луны. Гало возникает в атмосфере Земли и возникает вследствие преломления и отражения света ледяными кристаллами, образующими перистые облака и туманы.
Явления гало весьма разнообразны: они имеют вид радужных (в случае преломления) и белых (при отражении) полос, пятен, дуг и кругов на небесном небосводе.
Гало следует отличать от венцов, которые внешне схожи с гало, но имеют другое, дифракционное, происхождение.
Венцы – светлые туманные кольца на небесном своде вокруг диска Солнца или Луны, реже – вокруг ярких звёзд и земных источников света. Появляются при прохождении перед светилом полупрозрачных облаков или тумана и отличаются от гало меньшим радиусом колец (не более 5°). Венцы объясняются дифракционным рассеянием лучей светила на водяных каплях, образующих облако или туман. На основании теории венцов можно по наблюдаемым угловым радиусам отдельных колец или разделяющих их тёмных промежутков определить поперечники капель в облаках и распознавать облака, состоящие из водяных и ледяных частиц. Радиусы колец зависят от длины волны лучей, что приводит к окрашенности венца, причём наружный край кольца приобретает красноватый цвет.
Задание на самоконтроль: «Кластер».
Литература:
- Аршинов В.И. Синергетика как феномен постнеклассической науки / В. И. Аршинов. – ИФ РАН, 1999.
- Кирикович Т.Е. Индивидуальные траектории на уроке / Т. Е. Кирикович. – Пермь, 2010.