Методическая разработка урока. Интегративное обучение и применение межпредметных связей при обучении физике в вечерней школе

«Интегративное обучение и применение межпредметных связей при обучении физике в вечерней школе»

КонецXIX века ознаменовался рождением и быстрым развитием новых наук, лежащих на стыке двух или более фундаментальных. Это привело к тому, что законы, понятия ранее изолированных друг от друга научных сфер стали переплетаться, посему продолжать насыщать детей новыми знаниями в строгих рамках каждого предмета в отдельности стало невозможно да и бессмысленно. Это породило необходимость организовывать межпредметные связи в науках для увеличения информативности и эффективности образовательного процесса. Прогрессивное начало XXI века лишь укрепило знание о важности сочетания различных учебных дисциплин в процессе обучения подрастающего поколения.

Актуальность применения интегративного обучения состоит в следующем: необходимо формирование у учащихся целостной картины мира, а не “склеивание” узкопредметных познаний; обучение должно обеспечивать целостное развитие и саморазвитие личности учащихся, должно способствовать самореализации и самораскрытию личности; современного работодателя перестала удовлетворять функциональная готовность выпускника к быстрой и эффективной адаптации в новых условиях производства, т.е. работодатель в наше время требует умение быстрой перепрофилизации, умение применять знания в динамичных жизненных ситуациях.

Современный уровень развития наук требует от учеников и педагогов очень глубоких знаний в различных дисциплинах. Освоение более полного материала в неизменных временных рамках обеспечивается путем применения в образовательных программах межпредметных связей.

Тема компактного умещения в рамки одного урока наибольшей информативности предмета особо актуальна при преподавании физики в вечерней школе. Причиной тому служит тот факт, что многие из обучающихся приходят продолжать обучение, спустя несколько лет после окончания основной школы. А это значит, что знания, которые длительное время не обновлялись и не использовались, слабеют или вовсе стираются из памяти. Поэтому одной из задач при обучении в вечерней школе является быстрое восполнение и возобновление знаний. Основную роль в этом играет интегративное обучение. В частности, использование межпредметных связей в преподавании физики позволяет обеспечить доступность и понятность, и, как следствие, более высокий уровень усвоения учащимися физических явлений, законов, понятий, формул, обеспечивает умение осуществлять всесторонний подход к изучению явлений, протекающих в природе и технике. Так, например, межпредметные связи физики с астрономией позволяют лучше усвоить закон Всемирного тяготения, изучение движения в физике является основой для изучения в астрономии движения тел Солнечной системы, и сочетание этих тем дает наилучший эффект. Межпредметные связи физики и географии дают возможность учащимся без труда освоить понятие влажности воздуха, а интегративный урок физики и биологии – устройство и принцип функционирования уха.

В целом, координация и согласование учебных дисциплин на основе межпредметности должны обеспечивать такое расположение предметов в учебном плане, при котором достигалось бы непрерывное развитие теоретических знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков. Но, к сожалению, использование межпредметных связей в школьном процессе обучения так и не заняло должного места.

В этой статье я предлагаю методическую разработку межпредметного урока, объединяющего физику, химию, биологию, историю, для 10 класса вечерней школы.

(Х класс, 2 часа)

Тема урока по физике: «Законы электролиза Фарадея».

Цели урока.

Обучающая: изучить законы электролиза и их применение, обеспечить понимание сути законов.

Воспитательная: воспитание самостоятельности учеников при решении проблемных вопросов.

Развивающая: развитие умения использовать знания из других наук и самостоятельности их применения, развитие физического мышления учащихся, их внимания, общеинтеллектуальные умения, научить анализировать явления, используя опытные данные, и наблюдать физические явления.

Оборудование: электроды, амперметр, резистор, источник тока, портрет Фарадея.

План урока.

Ход урока.

Учитель. Сегодня на уроке мы будем изучать тему, с которой вы уже встречались в курсе химии и которая была задана вам для повторения по учебнику ”Химия 9”. Но предварительно хотелось бы немного рассказать о биографии ученого, посвятившего свою жизнь развитию физики и химии.

Майкл Фарадей (1771 - 1867) родился в семье лондонского кузнеца 22 сентября 1771 года. Недостаточность средств не позволило будущему великому ученому получить хорошее образование. В начальной школе он научился читать, писать, постиг начала арифметики, а затем поступил в учение к переплетчику, где и восполнил недостающие знания. Особенно его увлекло электричество и химия, он сам начал проделывать опыты, описанные в книгах. Промышленная революция пробудила в кругах англичан интерес к естествознанию. Лекции во времена Фарадея читал знаменитый химик Дэви. Фарадей тщательно записывал их и аккуратно переплетенные записи направил Дэви. Когда Дэви понадобился помощник, он вспомнил о Фарадее и привлек его в институт в качестве ассистента.

Первые научные работы Фарадея относятся к химии. Они обратили на себя внимание европейских химиков и сделали его имя широко известным.

Всемирную славу Фарадею принесли его исследования в электричестве. С ноября 1831 г. Фарадей начал систематическую публикацию своих исследований по электричеству, составивших трехтомный труд ”Экспериментальные исследования по электричеству”.

С Фарадеем в физику наряду с частицами вещества вошла и новая форма материи – поле, излучаемое и распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

В июне 1833 г. появилась пятая серия трехтомника, посвященная теме, которую мы и будем сегодня рассматривать на уроке.

Химические действия тока (электролиз воды) были открыты постепенно. Дэви открыл электролитическим разложением щелочные металлы. Иоганн Риттер обнаружил поляризацию гальванического элемента. Пропуская ток через подкисленную воду, он установил, что электроды, опущенные в электролит и отключенные от источника, снова дают после их соединения проводником электрохимическое разложение, но в обратном направлении (так открыли аккумулятор).

Прибалтийский ученый Гротгус впервые пытался представить механизм электролиза посредством цепочек полярно заряженных молекул.

Но только Фарадей сначала в пятой, а затем, уточняя, в седьмой серии трехтомника сформулировал точный закон электролиза. Также Фарадей вводит новую терминологию, ныне общеупотребительную. Электроды, подводящие ток к разлагаемому раствору, он называет анодоми катодом. Разлагаемые вещества он называетэлектролитами. Вещества, на которые разлагаются электролиты, - ионами, а именно анионамии катионами, смотря по тому, где отлагается вещество – у анода или катода.

Итак, только что мы с вами встретились с понятием ”электролиз”. Что такое электролиз, вы изучали в курсе химии. Вспомним основные определения и запишем их.

Ученик.Электролиз – процесс химический, протекающий в растворе электролита при прохождении электрического тока.

Учитель.А что такое электролит?

Ученик. Электролит – химическое вещество, раствор или расплав которого обеспечивает при прохождении электрического тока движение ионов, что сопровождается химическими реакциями.

Учитель.Напишите уравнение диссоциации сульфата меди.

Ученик. CuSO₄ = Cu²⁺+SO₄^2- – первичный процесс

2SO₄^2-+2H₂O = 2H₂SO₄+O₂ – вторичный процесс.

В результате диссоциации уменьшается количество воды в растворе и появляется (увеличивается) количество серной кислоты.

Учитель.Соберем теперь установку и будем наблюдать за явлением электролиза. Предварительно взвесим катод (действие желательно выполнять одному из учеников).

В раствор медного купороса опустим два медных электрода. Присоединим электроды к источнику тока. Пока идет электролиз, напишите еще одно уравнение диссоциации соли, содержащей щелочной металл.

Ученик.NaCl = Na⁺+ Cl^- - первичный процесс.

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂^- - вторичный процесс.

Учитель.Зарисуем нашу установку.

Итак, химический процесс диссоциации мы рассмотрели, электролиз провели: установка работала в течение 5 минут, силу тока в цепи определили по амперметру – она равна 1,5 А.

Посмотрим, что изменилось в установке.

Ученик.На катоде появился красноватый налет.

Учитель.Действительно на катоде осело вещество. Измерим массу электродов. (Ученик взвешивает). Что произошло? Дело в том, что в начале опыта возникает диссоциация, протекающая по схеме:

CuSO₄ = Cu²⁺ + SO^2-₄

Нейтрализовавшиеся атомы меди отлагаются в виде твердого осадка на катоде. Нейтральный радикалSO₄ предпочтительнее вступает в реакцию с медью, чем с водой. Поэтому идет реакция с материалом анода:

SO₄ + Cu = CuSO₄

Образовавшаяся молекула сульфата меди переходит в раствор. Т.о., при прохождении электрического тока через раствор сульфата меди, когда электроды медные, происходит растворение анода и отложение меди на катоде. Концентрация раствора сульфата меди при этом не изменится.

На сколько изменилась масса?

Ученик.На n мг.

Учитель.Продолжим электролиз еще некоторое время и вновь взвесим катод. Каков будет результат? (Вызванный ученик взвешивает электроды).

Ученик.Масса катода возросла.

Учитель. Какой вывод мы можем сделать?

Ученик.С течением времени масса изменяется, в нашем случае она растет.

Учитель.m ~ t.

Ребята, зависит ли масса выделившейся меди от силы протекающего тока? Изменим силу тока в цепи реостатом и повторим опыт (5 мин.).

Ученик.(Взвешивает, делает вывод). Из опыта следует, что m ~ I.

Учитель. Проделывая опыт, получили, что m ~ Δt

m ~ I.

Следовательно,m=kIΔt, где k – некий коэффициент пропорциональности, получивший название электрохимического эквивалента.

Перепишем выше полученную формулу еще раз и выделим в рамку.

m=kIΔt

• I закон электролиза Фарадея.

I – сила тока,

Δt – время прохождения тока через электролит.

В данном случае мы получили формулу опытным путем, а сейчас подтвердим ее верность еще и теоретическим выводом.

Допустим, что через электролит прошел электрический заряд Q, а на электродах при этом выделилось некоторое количество вещества, масса которого m. Заряд и выделившееся вещество переносились ионами, поэтому масса выделившегося на электроде вещества будет равна массе всех ионов, пришедших к электроду: m=m_iN, где N – число ионов.

N=Q/q_i, где Q – электрический заряд, прошедший через электролит.

q_i – заряд одного иона.

m=m_iQ/q_i=(m_i/q_i)Q

m=kQ=kIΔt

Масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна общему заряду, прошедшему через электролит.

Зная массу одного иона и его заряд, можем получить электрохимический эквивалент. Это отношение называется II закон Фарадея:

k=m_i/q_i

Электрохимический эквивалент равен отношению массы иона к его заряду.

Учитель.II закон электролиза нашел свое применение в физике при вычислении элементарного заряда в 1874 году.

k=m_i/q_i

m_i=M/N_A,M - молярная масса.

q_i=en, где e – модуль элементарного заряда;

n – валентность используемого химического элемента.

k=M/N_Aen, подставляя в закон электролиза и выражая, получаем e=MIΔt/N_Amn.

Решим задачу на закрепление.

Электроды, опущенные в раствор CuSO₄,соединены с источником тока, ЭДС которого 2В и внутреннее сопротивление 1Ом. Сопротивление раствора между электродами 0,3 Ом. Сколько меди выделится за 10 мин.

Явление электролиза используется и в биологии.

Итальянский врач Луиджи Гальвани обнаружил, что если к обезглавленному телу лягушки подвести электрическое напряжение, то будут наблюдаться сокращения ее лапок. Так он показал воздействие электрического тока на мышцы. Поэтому его называют отцом электрофизиологии. В других опытах он подвешивал лапку отпрепарированной лягушки на латунном крючке. В момент, когда, раскачиваясь, лапка касалась железной решетки балкона, где производились опыты, наблюдалось сокращение лапки. Гальвани предположил существование между нервом и лапкой разности потенциалов – «животного электричества». Сокращение мышцы он объяснял действием электрического тока, возникающего в тканях лягушки при замыкании цепи через металл.

Соотечественник Гальвани – Аллесандро Вольта внимательно изучил электрическую цепь, которой пользовался Гальвани и доказал, что в ней имеются два разнородных металла, которые замыкаются через солевой раствор, т.е. полное подобие химического источника тока. Нервно- мышечный препарат, утверждал он, в этом опыте служит чувствительным гальванометром.

Далее заслушаем ваши доклады об использовании электролиза.(темы: «Гальванопластика» (1 чел.), «Электрометаллургия» (1чел)).

Учитель. Итак, в растворах и расплавах электролитов свободные электрические заряды появляются за счет распада на ионы нейтральных молекул. Движение ионов в поле - означает перенос вещества. Этот процесс широко используется на практике – электролиз.

Откройте дневники и запишите домашнее задание:

• § 113 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н., Просвещение, 2014.);

• записи в тетради выучить;

• подготовиться к письменному опросу по пройденной теме.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/473698-integrativnoe-obuchenie-i-primenenie-mezhpred