Актуальность исследования по данной теме обусловлена тем, что понятие «механическая энергия» необходимо при изучении первых тем курса физики 8 класса, относящихся к разделу «Тепловые явления», а именно: тем «Внутренняя энергия», «Агрегатные состояния вещества», «Изменение агрегатных состояний вещества», «Тепловые двигатели»; при изучении разделов «Кинематика», «Динамика», «Механические колебания и волны. Звук» курса физики 9 класса. С другой стороны, требованиями «Образовательного стандарта основного общего образования по физике» эта тема включена в обязательный минимум содержания образовательных программ по физике. Также, обязательный минимум содержания образовательных программ предусматривает, что на основании знания понятия «механическая энергия» учащиеся должны уметь описывать и объяснять различные виды механического движения, взаимодействие тел, давление жидкостей и газов, и суть других понятий и процессов. Помимо «теоретических» представлений по данной теме, учащиеся должны, согласно требованиям к уровню подготовки выпускников основной школы, применять полученные знания на практике – решать качественные и расчетные задачи. Проблема, являющаяся основой исследования (изучения темы), состоит в том, что при изучении соответствующих тем (представленных выше) курса физики 8,9 классов приходится возвращаться к определению механической энергии и ее видов, а это, в свою очередь, требует дополнительного времени на повторение материала, изученного в 7 классе. Также, в некоторых учебниках, например, в учебнике С. В. Громова «Физика 7», изучение темы «Механическая энергия» выносится на резервные уроки или факультативные занятия. Но при двухчасовой нагрузке в неделю резервные уроки могут и не охватить этой темы, а факультативные занятия выделяются далеко не в каждой школе. Следствием данного обстоятельства становится «пробел» в знаниях по рассматриваемой теме. Даже, если и удается в курсе физики 7 класса рассмотреть понятие «механическая энергия и ее виды», то на отработку практических навыков времени почти нет. Поэтому приходится либо отказываться от решения задач, либо уменьшать существенно объем решаемых задач, либо выносить решение задач на самостоятельную, порой домашнюю, работу, что не всегда и не для всех учащихся приводит к желаемым и требуемым результатам.
Предметом данной исследовательской работы является разработка системного метода изучения темы «Механическая энергия» курса физики основной школы.
Задачи исследования:
- проанализировать учебную и методическую литературу по теме исследования;
- изучить формулировку понятий и законов по теме, изложение темы в учебнике;
- рассмотреть подробно технологию и средства обучения по данной теме.
Цели исследования:
- Методическая разработка системного изучения понятия «механическая энергия» в 7 – 9 классах, включающее в себя и теоретический, и практический материал соответствующего характера (для каждой темы и раздела);
- Подборка демонстрационного и компьютерного эксперимента для различных этапов изучения и повторения темы;
- Подборка практических заданий для разных классов по данной теме;
- Подборка мультимедийного сопровождения данной темы;
- Методические рекомендации по теме.
При исследовании изложения темы в учебниках 8 класса - [6], [8] выяснилось, что в каждом из них наблюдается примерно одинаковое представление материала темы в следующей последовательности: температура, внутренняя энергия, изменение внутренней энергии, агрегатные состояния вещества.
Было обнаружено, что в учебниках базового уровня не рассматривается подробно закон сохранения энергии, представлена только формулировка закона без вывода и ввода формул. Лишь при изучении колебательного движения в 9 классе вводится математическое выражение закона сохранения энергии, а вот довольно подробно на базовом уровне в 9 классе изучается закон сохранения импульса. Конечно, в 7 классе в введении формулы нет необходимости, в 8 классе этот закон выражается уравнением теплового баланса, но, одновременно с этим фактом, в 8 классе учащиеся должны решать задачи с использованием закона сохранения механической энергии. При рассмотрении отдельных тем понятием «кинетическая энергия» оперируют сразу без «предисловия» и повторения, однако, в 8 и 9 классах учащимся порой трудно вспомнить и, следовательно, сложно сориентироваться и вникнуть в изучение конкретной темы (внутренней энергии, колебательного движения и других тем). Поэтому, на мой взгляд, целесообразно в 8 и 9 классах на одном – двух уроках повторения рассмотреть понятие «механическая энергия», т. е. разработать модель уроков, которые можно использовать в качестве повторения и лучшего восприятия соответствующей темы 8, 9 классов. А дальше, в контексте конкретной темы, развивать представления учащихся с использованием понятия «энергия».
Наилучшими средствами обучения и достижения этой цели будут служить демонстрации, простые фронтальные опыты, мультимедийные средства обучения (презентации, анимации, видеофрагменты), решение качественных задач, выполнение повторительно – обучающих тестов.
В 7 классе необходимо предусмотреть в планировании два урока на изучение темы «Механическая энергия. Виды энергии». Начать следует с теоретического материала с использованием анимации «Энергия как способность совершить работу» - диск [13], приложение 1. Это первый урок по теме. При введении в 7 классе закона сохранения механической энергии (второй урок) учащимся демонстрируется опыт с маятниками Атвуда и (или) Максвелла, либо воспроизводится видеофрагмент «Взаимные превращения различных видов энергии (маятник Атвуда)» - диск тот же, приложение 2.
Основательное закрепление материала осуществляется презентацией «Механическая энергия», рассчитанную на 4 – 5 минут с возможными пояснениями учителя. В презентации присутствуют определения, анимации, модели, примеры, что способствует поддержанию интереса учащихся к теме. Некоторые слайды из этой презентации представлены в приложении 3. Д/з (1 урок): №803, 808, 811 [10]– устно. Правда, если на уроке остается время, то один из номеров можно рассмотреть на уроке. Д/з (2 урок): №1. При каком условии два тела разной массы, поднятые на разную высоту, будут обладать одинаковой потенциальной энергией? №2. Камень, брошенный с поверхности Земли со скоростью 10 м/с, в верхней точке траектории обладает кинетической энергией 5 Дж. Определите массу камня (Кирик «Физика 7. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы, с/р №15, достаточный уровень).
В 8 классе перед изучением темы «Температура» (&1) необходимо начать с презентации «Механическая энергия» 7 класса и повторительно – обобщающего теста [11]. Таким образом, у учащихся в самом начале изучения материала 8 класса повышается мотивация и интерес к новому, т. к. эта тема для них уже знакома. Более того, при рассмотрении, например, темы «Изменение агрегатных состояний вещества» учащиеся самостоятельно могут обратиться по тетради к изученному (повторенному) материалу.
В 9 классе в курсе физики основной школы базового уровня не выделено часов на отдельное изучение тем «Механическая энергия», «Закон сохранения механической энергии», т. к., видимо, предполагается, что с ними учащиеся уже хорошо знакомы. Но, тем не менее, это понятие и закон используются для описания процессов и в кинематике, и в динамике, и в колебательном движении . Но учащимся сразу, без подготовки и повторения, опять же трудно пользоваться и оперировать этим понятием и законом. Поэтому важно хотя бы, вкратце повторить данный материал. Наиболее «удачно» эти темы можно «внедрить» после темы «Импульс. Закон сохранения импульса» и до изучения раздела «Механические колебания и волны». На такое повторение достаточно будет одного урока с использованием уже знакомой с 7 и 8 классов презентацией. Тогда рассмотрение темы «Превращение энергии при колебаниях» можно только дополнить информацией, относящейся к колебательному движению, а также использовать компьютерное сопровождение – модели 1.21 и модель 2.4 диска «Открытая физика. Часть 1», приложение 4.
Наряду с теоретическим материалом и компьютерным сопровождением, тему «Превращение энергии при колебаниях» полезно расширить демонстрацией колебаний математического и пружинного маятников. Далее, при рассмотрении колебательного движения учащимися будет отработан данный материал посредством решения задач качественного и практического характера: №828 – 830 – устно, № 881 – письменно [10]. Часть может быть разобрана на уроке, а часть – дома.
В заключении хочу отметить, что изложенная выше методика изучения темы «Механическая энергия» для курса физики основной школы позволит познакомить учащихся с понятием и законом, которые относятся к данной теме. Позволит установить связь и закономерности с другими величинами (υ, m, h, А, g и др.), будет способствовать более осознанному отношению и пониманию других тем. Учащиеся смогут применить полученные знания и навыки в повседневной жизни, научатся описывать процессы и явления, происходящие вокруг (не только физические, но и химические, и биологические, и социальные и др.). Это непременно пригодится в различных сферах обычной и профессиональной деятельности. Также проведенная работа позволила достичь выдвинутых целей, однако, подразумевается и такой вывод - необходимо более скрупулезно подходить к разработке уроков по выбранной теме в классах основной школы, что не укладывается в рамки представленного исследования, но в дальнейшем над этим работа будет продолжена. Анализ методической и учебной литературы подводит к заключению, что, практически, во всех учебниках основной школы, несмотря на различную последовательность в изложении тем, материал соответствует требованиям стандарта образования и представлен в едином литературном стиле. Единственное на что требуется обратить внимание, в учебнике С. В. Громова для 8 класса выделяется, что кинетическая энергия – это энергия, обусловленная движением [6], а про «обусловленность» потенциальной энергии ничего не сказано. У учащихся может возникнуть не целостное представление о двух видах энергии. В других учебниках определению каждого вида энергии уделяется достаточное внимание. Анализ методической и учебной литературы также показал, что в настоящее время у учителя имеется возможность выбора заданий по данной теме с учетом нагрузки и уровня подготовки учащихся. Представленная выше методика предполагает и применение здоровьесберегающих технологий, так как учащиеся не нагружаются на отдельных этапах изучения темы лишней информацией, домашнее задание подбирается и с учетом норм для каждого конкретного класса (возраста). Помимо этого, время использования компьютера на уроке также согласовывается с соответствующими санитарными нормами – смотреть на светящийся экран не более 15 минут без перерыва.
Литература:
- С .Е. Полянский . Поурочные разработки по физике. 7 класс. М.: «Вако», 2003, 224 с.;
- С. Е. Полянский. Поурочные разработки по физике к учебным комплектам С. В. Громова и А. В. Перышкина. 8 класс. М. : «Вако», 2004, 304 с.;
- В .А. Волков. Поурочные разработки по физике к учебным комплектам С. В. Громова и А. В. Перышкина. 9 класс. М.: «Вако», 2004, 336 с. – (В помощь школьному учителю);
- С. Л. Островский. Как сделать презентацию к уроку? – М.: Первое сентября, 2010;
- Л. С. Хижнякова, А. А. Синявина. Физика: Механика. Термодинамика и молекулярная физика: Учеб. для 7 – 8 классов общеобразоват. учрежд. – 256 с.: ил. – М.: Вита Пресс, 2000;
- С. В. Громов. Физика: Учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений/ С. В. Громов, Н. А. Родина. – 4-е изд. – М.: Просвещение – АО «Московские учебники», 2002.- 158 с.: ил. ;
- А. В. Перышкин. Физика 7 кл.: учеб. для общеобаразоват. Учреждений/ А. В. Перышкин. – 11 – е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2007. – 192 с.: ил.;
- А. В. Перышкин. Физика 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2001. – 192 с.: ил.;
- А. В. Перышкин. Физика 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений/ А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002. – 256 с.: ил.;
- В. И. Лукашик. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений/ В. И. Лукашик, Е. В. Иванова. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.-224 с.: ил.;
- А. В. Чеботарева. Тесты по физике: 7 класс: к учебнику А. В. Перышкина «Физика 7 класс»: учеб. для общеобразоват. учреждений»/ А. В. Чеботарева.-4-е изд., прераб. И доп.-М.: Издательство «Экзамен», 2011.-159 с. (серия «Учебно-методический комплект»);
- диск «Открытая физика». Версия 2.6. часть 1., под ред. проф. МФТИ С. М. Козела. ООО «Физикон», 2005;
- диск «Физика 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий. 1С-школа» под ред. Н. К. Ханнанова.- М.: Дрофа, 2010.