Урок физики по теме "Применение фотоэффекта в технике"

Тип: изучение нового материала.

Форма: деловая игра, дифференцированная работа в группах.

Цель: выделить основные направления применения фотоэффекта в современной технике.

Задачи:

I. Дидактические:

• применить знания, полученные при изучении темы “Фотоэффект”, в процессе изучения материала урока, рассмотрении устройства и принципа работы фотоэлементов, фоторезисторов, фотореле и т.д.;
• проконтролировать знания учащихся по теме “Квантовые свойства света”;
• повторить ранее изученный материал “Электрический ток в вакууме” и “Электрический ток в полупроводниках”;
• продолжить работу по развитию понятийного содержания понятий “Фотоэффект”, “р-n переход” (при знакомстве с явлением внутреннего фотоэффекта, ознакомлением с устройством полупроводникового фотоэлемента и фоторезистора).

II. Развивающие:

- учащиеся должны овладеть следующими видами деятельности:

• по созданию знаний (расширение объёма понятия “фотоэффект”);
• по использованию знаний (применение фотоэффекта в конкретной ситуации);
• проведение проблемного эксперимента (разработка идеи опыта, его проектирование и конструирование, проведение необходимых измерений и обработка экспериментальных данных);
• конструирование ответа на задание;
• конструирование вывода в виде обобщённого ответа, полученного при разборе проблемных задач урока;
• по формированию личностных качеств: (в системе базовых национальных ценностей, далее БНЦ):
• формирование у учащихся убеждений:

1. опыт – источник знаний (БНЦ “наука”);

2. упорство и настойчивость в достижении цели – залог успеха в учении (БНЦ “труд и творчество”);

3. значимость, ценность действий каждого ученика в условиях коллективной мыслительной деятельности (социальная культура ученика; БНЦ “социальная солидарность”);

- создание на уроке условий, обеспечивающих каждому ученику возможность реализации творческого потенциала в предметно-продуктивной деятельности (БНЦ “труд и творчество”);

- развитие умений адекватно себя оценивать (личностная культура ученика; БНЦ “социальная солидарность”).

Ожидаемый результат:

• усвоение учащимися различных (по степени сложности восприятия, понимания и осмысления) способов применения фотоэффекта в технике;
• развитие универсальных учебных действий:
• УУД познавательной направленности: знаково-символические, логические, постановка и решение проблем, моделирование, умение осознанно строить высказывание в устной и письменной форме;
• Регулятивные УУД: целеполагание, составление плана последовательности действий, контроль и оценка результатов деятельности, волевая саморегуляция;
• Личностные УУД: смыслоообразование; нравственно-этическое оценивание содержания урока;
• Коммуникативные УУД: учёт позиции других учеников, партнёров по группе, умение слушать и вступать в диалог, продуктивное сотрудничество со сверстниками при работе в группе, владение монологической речью в ходе актуализации опорных знаний и представление проекта решения проблемного задания;
• развитие личностной и социальной культуры учащихся в системе БНЦ.

III. Воспитательные:

Способствовать воспитанию:

• чувства коллективизма, взаимопомощи, настойчивости в достижении цели в ходе групповой формы работы;
• коммуникативных качеств, умения управлять эмоциями, умения работать в группах;
• чувства ответственности за порученное дело, инициативности и исполнительности, аккуратности, добросовестности.

Примерное оборудование:

• фотореле;
• фоторезисторы типа ФСК-1 и селеновые фотоэлементы из наборов (завод “Электродело”);
• гальванометры демонстрационные;
• микроамперметры;
• солнечная батарея;
• лампы электрические на подставке напряжением 5В и 220В;
• выпрямители лабораторные напряжением 4В;
• выпрямитель универсальный ВУП;
• таблица учебная “Фотоэффект” (автор В.А. Касьянов) – Спектр – Комплексный проект средств обучения. 2012. Таблицы по физике. 11 класс;
• Термисторы и фоторезисторы. Фотоэлемент. Таблицы по физике для 9 класса. Москва, “Просвещение”, 1986.
• самодельные плакаты, изготовленные учащимися, по темам “Телевидение” и “Применение фотоэффекта”;
• звонок электрический, рассчитанный на напряжение 220В.

Урок проводился как открытый на городском семинаре “Поиск вариантов адаптивного обучения”. К подобным урокам ученики заранее создают много самодельного наглядного материала: или создают свои плакаты (как правило, на листах формата А-3), или используют готовые рисунки из предложенной учителем литературы.

Такие уроки я провожу в классах, где у большинства учащихся хорошо развиты художественные способности. Эти ученики имеют развитое образное мышление, и образная бедность учебников создаёт проблемы в восприятии ими учебного материала.

Состав групп формируется учителем до начала урока в соответствии с учебными возможностями и способностями учащихся. Дифференцированный подход к выполнению экспериментальных заданий по ходу урока позволяет создать ситуацию успеха для каждого ученика и помогает воспринимать изучаемый материал через образ.

Плакаты, изготовленные к уроку, впоследствии служат самодельными наглядными пособиями для последующих уроков по данной теме в других классах. На их основе учащимися создаются мультимедийные презентации, также развивающие образное мышление учеников.

Надеюсь, что моя разработка будет небезынтересна учителям физики, преподающим в классах и учебных заведениях гуманитарного профиля. Также её можно будет применить для проведения внеклассных занятий по физике.

Примерный сюжет для создания проблемной ситуации на первом этапе урока

На демонстрационном столе фотореле, подключённое к электрическому звонку. В затемнённом кабинете выключен свет. Учитель просит учеников представить, что ночью, например, в магазин забрался жулик. И чтобы осмотреться в темноте он включил фонарик (зажёг спичку). Это проделывается в тёмном классе, фотореле срабатывает, все слышат звуковой сигнал от электрического звонка, учитель кратко поясняет роль фотоэффекта в сигнализационных устройствах, определяет тему, цель и задачи урока.

Схема для опыта с фотореле “Электронный сторож”

Рисунок 1

Комментарии к 4 и 5 этапам урока: критерии оценивания работы групп

При оценке работы групп оценивается:

1. Качество выполнения задания (Заполнение кроссворда, составление схемы и сборка электрической цепи и проведение опытов, правильность выводов в ходе проведённого экспериментального задания, построение графика по полученным экспериментальным данным).
2. Объём его выполнения.
3. Качество представления выполненной работы у доски перед всеми учениками класса.
4. Соблюдение правил техники безопасности при выполнении эксперимента.
5. Степень участия всех членов группы в выполнении задания.

Как правило, все участники группы получают одинаковые отметки за работу в группе. Однако, в отдельных случаях, после коллективного обсуждения итогов урока членами группы её руководитель может довести до учителя мнение всей группы:

1) о повышении отметки одному – двум её членам за особую активность при выполнении задания;

2) или, наоборот, не ставить отметки отдельному ученику, если он слабо или вообще не участвовал в коллективной работе группы на этом уроке.

Если на уроке присутствует жюри из числа учителей физики других школ, то право оценить деятельность учащихся на уроке предоставляется им.

Комментарии к 6 этапу “Обобщение. Подведение итогов. Рефлексия”

Учитель оценивает работу учащихся в группах. При оценке учитываются качество ответа, наличие ошибок, активность всех участников группы.

Учитель: Ребята! Вам я тоже предлагаю оценить свою работу на уроке и сделать выводы по уроку. Для этой цели письменно заполните выданную вам схему <Рисунок2>

Рисунок 2

Учитель: Кто хочет озвучить свою схему?

На основании ответов учеников подводится совместный итог урока.

Ход урока

Таблица 1

Задания по группам на карточках

1 группа. Исследуйте зависимость сопротивления полупроводников от освещенности.

Оборудование: пластина изоляционная с открытым слоем кристаллического селена ПИ, фоторезистор, источник постоянного тока напряжением 4В, миллиамперметр или амперметр демонстрационный (включенный в качестве гальванометра, чувствительного по току), однополюсный ключ, соединительные провода, источник света (электрическая лампа, рассчитанная на напряжение 220 В).

Опыт 1. Включите фоторезистор в электрическую цепь, собранную из данных вам приборов. Что происходит с электрическим током в цепи при освещении его источником света? Почему? Начертите схему электрической цепи.

Опыт 2. Аналогичное задание проделайте с пластиной селенового полупроводника ПИ. Сравните полученные результаты. Обратите внимание на обозначения<Рисунок3>и <Рисунок4>:

Схема электрической цепи для группы 1

Рисунок 5

2 группа. Соберите электрическую цепь, состоящую из прибора для изучения законов освещенности с фоторезистором ФС-К1, микроамперметра. Электрическую лампочку подключите к источнику постоянного тока напряжением 4В.

Исследуйте зависимость фототока от расстояния между фоторезистором и источником света.

Постройте график этой зависимости I=f(r).

3 группа. Соберите электрическую цепь, состоящую из прибора для изучения законов освещенности с фоторезистором ФС-К1, микроамперметра. Электрическую лампочку подключите к источнику постоянного тока напряжением 4В.

Исследуйте зависимость фототока от угла падения световых лучей на плоскость фотоэлемента. Постройте график этой зависимости I=f(?).

Примечание. В контексте вышеуказанной проблемной ситуации этой группе можно задать вопрос: Под каким углом нужно расположить фоторезистор, чтобы сигнализация срабатывала наилучшим образом?

4 группа. 1. Проведите круглый стол “Основные направления применения фотоэффекта в современной технике”. Не все материалы для карточек обязательны для использования на уроке, группе достаточно выбрать 2–3 карточки, а остальные просто прокомментировать.

Проведите опыт по действию селенового фотоэлемента.

Для этого селеновый фотоэлемент подключите с соблюдением полярности к демонстрационному амперметру (включенному в качестве гальванометра) и, освещая его электрической лампой, наблюдайте за возникновением тока в цепи.

Оборудование: Демонстрационный амперметр, электрическая лампа, рассчитанная на напряжение 220 В, селеновый фотоэлемент.

Схема электрической цепи для группы 4

Рисунок 6

5 группа художников:

1. “Озвучьте” свои индивидуальные задания – плакаты (или заранее приготовленную презентацию на основе плакатов) по применению фотоэффекта в ходе коллективного обсуждения.

Требование: оригинальность выполнения и тезисная подача материала (время выступления - 1 минута).

Оборудование: плакаты, которые вы выполнили дома для этого урока по заданию учителя.

Не все материалы для карточек обязательны для использования на уроке, группе достаточно выбрать 2–3 карточки, а остальные просто прокомментировать.

2. Выполните опыт по действию солнечной батареи.

Для этого солнечную батарею подключите к миллиамперметру или демонстрационному амперметру (или вольтметру), включенному в качестве гальванометра. Поворачивая батарею, наблюдайте за возникновением тока в цепи.

Оборудование: демонстрационный амперметр, солнечная батарея.

Примерная схема подведения итога урока

Что узнали, какие выводы сделали:

• при освещении фоторезистора (фотоэлемента) источником света сила тока в цепи резко увеличивается;
• при уменьшении расстояния между фоторезистором и источником света сила фототока в цепи увеличивается;
• при перпендикулярном падении световых лучей на плоскость фоторезистора (солнечной батареи) сила фототока в цепи максимальна;
• применение фотоэффекта в современной технике широко и разнообразно (автоматика, сигнализация, электроника, радиотехника, телевидение, оптика, гелиоэнергетика и др.)

Практика работы показывает, что уроки, проводимые в такой форме, позволяют в полной мере осуществить системно-деятельностный подход в процессе обучения при изучении любой темы школьного курса физики. При этом учащиеся работают с желанием на протяжении всего урока, самостоятельно “добывая” знания и делая выводы без помощи учителя. На мой взгляд, проведение таких уроков целесообразно на любой ступени обучения, в любом классе, при изучении любого учебного предмета.

Список используемой литературы:

1. Браверман Э.М. Создаём уроки, на которых главное – деятельность учащихся. Реализуем системно-деятельностный подход к обучению. Теория и практика: уроки изучения нового материала, уроки повторения и систематизации. Планы анализа уроков в современных позиций – М.: Илекса, 2013. – 84 с.; ил. (Серия “Идеи нового Стандарта образования”.) ISBN 978-5-89237-391-3
2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. 11 кл.: Учебник базового уровня для общеобразоват. учебных заведений. – 3-е изд. – М.: ИЛЕКСА, 2008. – 320 с.: ил. ISBN 978-5-89237-167-4.
3. Мякишев Г.Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 19-е изд. – М.: Просвещение, 2010. – 399 с., 4 л. ил. (Классический курс). – ISBN 978-5-09-022777-3.
4. Поляков В.Т. Посвящение в радиоэлектронику. – М.: Радио и связь, 1988. – 352 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1123). ISBN 5-256-00077-2
5. Шахмаев Н.М. и др. Физический эксперимент в средней школе: Колебания и волны. Квантовая физика / Н.М. Шахмаев, Н.И. Павлов, В.И. Тыщук. – М.: Просвещение, 1991. – 223 с.: ил. – (Б-ка учителя физики). - ISBN 5-09-001834-0.