Авторская адаптационная педагогическая разработка «Фундаментальные эксперименты в физической науке» Программа факультативного курса (10, 11 классы; 34 часа)

Министерство образования и науки Российской Федерации
Департамент образования администрации города Братска

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Гимназия №1 им. А.А. Иноземцева»

РАССМОТРЕНО РЕКОМЕНДОВАНО УТВЕРЖДЕНО

Заседание НМС ЭМС МАУ «ЦРО» Приказ № ______

МБОУ «Гимназия №1

им. А.А. Иноземцева» департамента образования от ___________ 2012г

Протокол № 9 администрации г. Братска Директор

от 12 апреля 2012 г. Протокол № __ от _____2012 г. МБОУ «Гимназия №1

им. А.А.Иноземцева»

Зам. директора по НМР Директор МАУ «ЦРО" Сиреньщикова Н.В..

Антонюк О.С. _________ Кускова И.Н. _____________ ____________________

(печать) (печать)

Авторская адаптационная педагогическая разработка

«Фундаментальные эксперименты в физической науке»

Программа факультативного курса

(10, 11 классы; 34 часа)

Автор разработки:

Феденева Наталия Владимировна,

учитель физики МБОУ «Гимназия №1»,

высшая квалификационная категория

2012г

г. Братск

Содержание:

Пояснительная записка 3-6

Программы 7-9

Учебно-тематический план 10-12

Список литературы для учителя 13

Список литературы для учащихся 14

Приложение №1 (классификация исторических опытов) 15-18

Приложение №2 (перечень учебных наглядных пособий и ЦОР) 19-20

Приложение №3 (материал к уроку) 21-22

Приложение №4 (компьютерное моделирование по теме «Фотоэффект») 23

Приложение №5 (примерные темы докладов и рефератов) 24

Приложение №6 (рекомендации для учителей) 25

Приложение №7 (рекомендации для учителей) 26

Пояснительная записка.

Данная программа написана на основе авторской программы элективного курса «Фундаментальные эксперименты в физической науке», авторы программы: Н.С. Пурышева, Н.В. Шаронова, Д.А. Исаев. Программа входит в состав сборника программ элективных курсов профильного обучения для общеобразовательных учреждений, рекомендована Министерством образования науки России, Москва, ДРОФА, 2008 год.

Актуальность.

Одним из важных направлений формирования стандартов второго поколения является реализация деятельностной парадигмы развития личности учащегося на основе овладения универсальными способами деятельности. В физике такими универсальными способами деятельности являются научный метод познания и методы исследования явлений природы для формирования экспериментальных умений. Учебный материал в данной программе представлен в форме фронтальных экспериментальных и теоретических исследований или в форме демонстрационного эксперимента.

Данный курс предназначен для учащихся 10, 11 классов. Программа содержит также задания исследовательского и конструкторского характера, которые школьники с успехом могут выполнить дома. Экспериментальная деятельность способствует повышению мотивации обучения физике. Программа рассчитана на 34 часа (1 час в неделю в течении года или 2 часа в неделю в течении одного полугодия). Данный курс построен с опорой на знания и умения учащихся, приобретённые при изучении физики в основной школе, даёт возможность более глубоко познакомиться с экспериментальным методом научного познания и приобрести целый ряд практических умений (обработка, анализ результатов опытов и др.).

Новизна.

Для интеллектуального развития школьников в процессе обучения, формирования основ научных знаний и научного мировоззрения, для развития познавательных интересов нужно учащихся знакомить с методами научного познания. Формировать познавательные компетенции, учить проводить наблюдения, обрабатывать и систематизировать полученные данные, ставить проблемные вопросы и выдвигать обоснованные предположения. Измерять физические величины и устанавливать зависимость между ними, моделировать явления, делать теоретические выводы и проверять их экспериментально, проверять в процессе проведения эксперимента законы природы, а при возможности и устанавливать их, изучать принципы действия приборов, конструировать несложные устройства на основе изученных явлений, формировать регулятивные универсальные учебные действия.

Для того чтобы познать явление, ученик, как исследователь, накапливает и систематизирует эмпирические факты. Этому в программе способствует отобранная система опытов для ученических наблюдений. Анализ отобранных фактов позволяет путём догадки выдвинуть гипотезу, построить модель исследуемого явления. Модель в процессе познания играет промежуточную роль. Логические выводы, сделанные на её основе, нуждаются в экспериментальной проверке, поэтому школьный физический эксперимент имеет решающее значение в процессе обучения. Изучение фундаментальных экспериментов в физической науке должно также помочь учащимся сознательно выбрать профиль дальнейшего обучения или профессиональной деятельности. Реализовать эту цель предлагается нетрадиционно: изучая последовательно модели из различных разделов физики или в процессе выполнения ряда фундаментальных экспериментов. В процессе изучения данного курса школьники смогут расширить свои представления о физике, как фундаментальной науке о природе, по-иному взглянуть на роль эксперимента, осознать ход процесса познания человеком природы, пересмотреть и «присвоить» вроде бы уже знакомые понятия, законы, узнать об истории развития физики.

Цель и задачи.

Основной целью курса «Фундаментальные эксперименты в физической науке» является обобщающее повторение базового курса физики при изучении фундаментальных опытов. Это должно позволить ученику познакомиться с одной стороны, с историей развития физики, становлением и эволюцией физической науки, а с другой – с биографиями учёных и тем самым представить физику в контексте культуры, а также формирование познавательных компетенций, повышение интереса учащихся к физике как науке.

Основной задачей курса является помощь каждому ученику в выборе будущей профессиональной деятельности, так как учащиеся на практике знакомятся с такими видами деятельности, которые являются ведущими во многих инженерных и технических профессиях, связанных с практическим применением физики.

Задачи курса:

Обучающая задача заключается в том, что физический эксперимент, опыты и наблюдения служат средством приобретения новых знаний. Содействуют более глубокому пониманию учащимися физических явлений, процессов, теорий. Способствуют приобретению умений и навыков в обращении с приборами, измерительными  инструментами, таблицами; позволяют привить умения и навыки в составлении плана проведения наблюдений и опытов; развивают навыки измерения физических величин и анализа их взаимосвязи; служат средством практического ознакомления учащихся с наблюдением и экспериментом как методами научного познания.

Развивающая задача заключается в том, что физический эксперимент вызывает у учащихся интерес к физике и технике, развивает способности к техническому творчеству.

Воспитательная задача позволяет выработать и развить внимательность, наблюдательность, аккуратность, настойчивость в работе; приучает школьников к сознательному целенаправленному труду и воспитывает самостоятельность как черту личности.

Основные теоретические идеи.

Курс идейно и содержательно связан с базовым курсом физики школы и позволяет углубить и расширить представления учащихся об экспериментальном методе познания, о роли и месте фундаментального эксперимента в становлении физического знания, о взаимосвязи теории и эксперимента. Выполнение учащимися некоторых фундаментальных опытов с использованием физических приборов позволяет внести вклад в формирование у них экспериментальных умений. Использование компьютерного моделирования даёт возможность сформировать умения выполнять исследование с помощью компьютера, а также получить представления о возможностях и границах применимости компьютерного эксперимента. Чтобы наука не казалась учащимся чем-то завершённым, застывшим, необходимо понимание ими роли и значения различных научных категорий в описании реальной действительности: эмпирических фактов, физических понятий и величин, законов, моделей изучаемых объектов и явлений, теоретических выводов, экспериментальных данных и опыта практического использования науки. Осмысление этих категорий происходит в ходе исследовательской деятельности и знакомства с историей развития научного знания.

Способы организации деятельности и используемые технологии.

При проведении занятий используются такие формы организации обучения, как вводные лекции, семинары, практические занятия по выполнению лабораторных работ и решению задач, самостоятельная работа учащихся (коллективная, групповая, индивидуальная), консультации. При выполнении лабораторных работ, как с реальными физическими приборами, так и с компьютерными моделями, организуется исследовательская деятельность по экспериментальному установлению зависимостей между величинами. Учащиеся осуществляют все этапы: постановку задачи, выдвижение гипотезы или гипотез, планирование эксперимента, выбор средств выполнения эксперимента, сборку установки, наблюдения и измерения, фиксацию и анализ результатов эксперимента, выводы. При этом в зависимости от уровня владения учащихся исследовательским методом уровень самостоятельности при её осуществлении и характер помощи со стороны учителя могут быть различными. Помимо исследовательского метода целесообразно использование частично-поискового, проблемного изложения, а в отдельных случаях информационно-иллюстративного. На занятиях используются следующие технологии: развивающего обучения, проблемное обучение, развитие критического мышления, компьютерные технологии.

Данный курс предполагает использование активных форм организации учебного процесса: практическая и самостоятельная исследовательская работа; презентация результатов, участие в дискуссиях. Использование этих форм позволяет решить задачу всестороннего развития учеников, создать условия для приобретения ими не только предметных, но и интеллектуальных умений: овладение навыками устной и письменной речи; учением как процессом, позволяющим использовать усвоенное, знанием как динамической структурой умственных действий. Все виды практических заданий рассчитаны на использование типового оборудования кабинета физики и могут выполняться всеми учащимися класса в форме лабораторной.

Наиболее целесообразным представляется изучение курса в первом полугодии 11-го класса, поскольку во втором полугодии учащиеся интенсивно готовятся к поступлению в вузы. Что касается 10-го класса, то могут возникнуть методические сложности, связанные с тем, что знаний по большинству разделов курса физики на уровне основной школы недостаточно для осознанного восприятия ряда рассматриваемых вопросов.

При изучении некоторых тем (фундаментальные опыты в оптике, в квантовой физике) элективный курс будет опережать базовый, даже если его изучать в 11-м классе. В этом случае установление опережающих внутрипредметных связей будет способствовать более осознанному восприятию базового курса физики.

Практическая значимость.

Наиболее устойчивыми в науке являются экспериментальные факты: модели одних и тех же явлений могут быть разными, а понятия по мере накопления знаний переосмысливаются и наполняются новым содержанием. Организация исследований школьников в учебном процессе поможет дать первое представление о цикле научного познания:

систематизация эмпирических фактов и законов, взятых из наблюдений, приводит к постановке проблемы о причинной их связи;

первоначальное решение поставленной проблемы находится как догадка, обоснованное предположение – гипотеза;

гипотеза, в основу которой кладётся модель явления, позволяет путем её логического развития (теоретически) объяснить это явление или предвидеть новые его свойства (в этом громадная эвристическая сила научной теории);

гипотеза и вытекающие из неё следствия нуждаются в экспериментальной проверке.

Предполагаемые результаты.

Система самостоятельных исследований для школьников:

способствует формированию понимания того, что в научных исследованиях результаты эксперимента или новые эмпирические факты, противоречащие принятой гипотезе, требуют уточнения гипотезы или её замены

способствует формированию осознанного овладения знаниями, овладения научным подходом к изучаемому материалу

приучает к поиску ответов на такие вопросы: какие экспериментальные факты лежат в основе данного утверждения? какая гипотеза лежит в основе данной теории? следствием какого эмпирического закона или какой модели является данный вывод?

формирует познавательную деятельность учеников, развивает творческие способности учащихся.

Предполагаемые результаты в развитии компетенций:

в области предметной компетенции - общее понимание сущности физической науки;

в области коммуникативной компетенции - овладение учащимися формами проблемной коммуникации (умение грамотно излагать свою точку зрения, сопровождая примерами, делать выводы, обобщения);

в области социальной компетенции - развитие навыков взаимодействия через групповую деятельность, работу в парах постоянного и переменного составов при выполнении разных заданий.

в области компетенции саморазвития - стимулирование потребности и способности к самообразованию, личностному целеполаганию.

Требования к подготовке учащихся.

Учащиеся должны знать (на уровне воспроизведения):

имена учёных, поставивших изученные фундаментальные опыты, даты их жизни

краткие биографические данные, основные научные достижения.

Учащиеся должны понимать:

роль фундаментальных опытов в развитии физики;

место фундаментальных опытов в структуре физического знания;

цель, схему, результат и значение конкретных изученных фундаментальных опытов.

Учащиеся должны уметь:

выполнять определённые программой исследования с использованием физических приборов и компьютерных моделей;

демонстрировать опыты;

работать со средствами информации (осуществлять поиск и отбор информации, конспектировать её, осуществлять её реферирование);

готовить сообщения и доклады;

выступать с сообщениями и докладами;

участвовать в дискуссии;

подбирать к докладам и рефератам иллюстративный материал;

оформлять сообщения и доклады в письменном виде.

Программа согласована с содержанием программы курса физики старшей школы. Она ориентирует на дальнейшее совершенствование уже усвоенных знаний и умений учащихся, а также на формирование углубленных знаний и умений.

Как итоговый продукт данного факультативного курса предполагается:

участие школьников в научно-практических конференциях разного уровня

создание коллекции самодельных приборов, используемых для демонстраций и проведения экспериментов

создание коллекции разработок лабораторных работ не рассматриваемых в основном курсе

создание коллекции мультимедийных презентаций

Программа курса.

1. Эксперимент и теория в естественно – научном познании (2 часов).

Цикл естественно – научного познания. Теоретический и экспериментальный уровни познания. Теоретические и экспериментальные методы познания, их место в цикле познания, связь между ними.

Роль эксперимента в познании. Виды исторических физических опытов. Фундаментальные опыты по физике, их роль в науке и место в процессе естественно – научного познания.

Лекционное занятие 2 часа.

2. Фундаментальные опыты в механике (5 часов).

Зарождение экспериментального метода в физике. Роль фундаментальных опытов в становлении классической механики.

Опыты Галилея по изучению движения. Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения и опыт Кавендиша. Опыты Гюйгенса по изучению колебательного движения.

Эмпирический базис как структурный элемент физической теории.

Лекционное занятие 1 час.

Компьютерные модели опытов 3 часа.

Семинарское занятие 1 час.

3. Фундаментальные опыты в молекулярной физике (7 часов).

Возникновение атомарной гипотезы строения вещества. Опыты Броуна по изучению теплового движения молекул. Опыт Релея по измерению размеров молекул. Опыты Перрена по измерению массы молекул и определению постоянной Авагадро. Опыт Штерна по измерению скоростей движения молекул. Экспериментально и теоретически полученное распределение молекул по скоростям. Победа молекулярно – кинетической теории строения вещества.

Опыты по исследованию свойств газов. Опыты Бойля. Опыты Румфрда. Опыты Джоуля по доказательствам эквивалентности теплоты и работы.

Фундаментальные опыты как основа научных обобщений.

Лекционное занятие 1 час.

Компьютерные модели опытов 5 часов.

Семинарское занятие 1 час.

4. Фундаментальные опыты в электродинамике (7 часов).

Опыты Кулона по электростатическому взаимодействию. Опыты Рикке, Иоффе, Милликена, Мандельштама, Папалекси, Толмена, Стюарта, лежащие в основе электронной теории проводимости. Опыты Ома, позволившие установить закон постоянного тока. Различие между ролью фундаментальных опытов в науке и в процессе изучения основ наук.

Опыты Ампера, Эрстеда и Фарадея по электромагнетизму. Опыты Герца по излучению и приёму электромагнитных волн.

Фундаментальные опыты как подтверждение следствий теории в структуре физической теории.

Демонстрационный эксперимент:

· Зависимость силы тока от сопротивления участка цепи.

· Зависимость силы тока от напряжения.

Учебный Эксперимент :

· Определение заряда электрона.

Демонстрационный эксперимент 3 часа.

Учебный Эксперимент 1 час.

Компьютерные модели опытов 2 часа.

Семинарское занятие 1 час.

5. Фундаментальные опыты в оптике (8 часов).

Краткая история развития учения о свете. Опыты, послужившие основой возникновения волновой теории света.

Опыты Ньютона по дисперсии света. Опыты Ньютона по интерференции света. Опыты Юнга. Опыты по поляризации света.

Проблема скорости света в физической науке. Астрономические наблюдения и лабораторные опыты по измерению скорости света.

Учебный Эксперимент:

· Наблюдение преломления света призмой.

· Наблюдение дифракции света.

· Наблюдение интерференции света.

· Наблюдение поляризации света.

· Наблюдение дисперсии света.

Демонстрационный эксперимент:

· Принцип действия поворотной призмы.

· Принцип действия оборотной призмы.

· Прохождение света сквозь треугольную призму.

· Наблюдение дисперсии света.

· Поляризация света.

· Интерференция света в схеме с бипризмой Френеля.

· Наблюдение колец Ньютона в естественном свете.

· Наблюдение колец Ньютона в монохроматическом свете.

· Интерференция света в мыльной плёнке.

· Интерференция света в схеме Юнга.

· Дифракция параллельного пучка света на щели.

· Дифракция расходящегося пучка света на щели.

· Дифракция параллельного пучка света на нити.

· Дифракция расходящегося пучка света на нити.

· Дифракция параллельного пучка света на круглом отверстии.

· Дифракция расходящегося пучка света на круглом отверстии.

· Разложение естественного света в спектр с помощью дифракционной решётки.

· Дифракция монохроматического света на одномерной решётке

· Дифракция монохроматического света на двумерной структуре.

Лекционное занятие 2 час.

Демонстрационный эксперимент 3 часа.

Учебный Эксперимент 2 часа.

Семинарское занятие 1 час.

6. Фундаментальные опыты в квантовой физике (5 часов).

Зарождение квантовой теории. Экспериментальное изучение теплового излучения. Опыты А. Г. Столетова и Г. Герца по изучению явления и законов фотоэффекта. Опыты П. Н. Лебедева по измерению давления света.

Опыты Резерфорда по зондированию вещества и модель строения атома. Опыты Франка и Герца и модель атома Бора.

Фундаментальные опыты и формирование нового стиля научного мышления.

Лекционное занятие 2 часа.

Компьютерные модели опытов 3 часа.

Анализ внутренней логики программы данного курса показывает целесообразность следующего примерного соотношения между различными формами и методами проведения занятий:

Календарно-тематическое планирование.

Список литературы для учителя.

1. Электронный вариант брошюры «Элективные курсы в профильном обучении: Образовательная область «Естествознание»»/ Министерство образования Российской Федерации – Национальный фонд подготовки кадров. – М.: Вита-Пресс, 2004. стр.78 – 80.

2. В. А. Буров и др. «Демонстрационный эксперимент по физике» под редакцией А. А. Покровского. М.: «Просвещение». 1972 год.

3. В. А. Буров, Г. Г. Никифорова «Фронтальныелабораторные занятия по физике в 7 – 11 классах общеобразовательных учреждений. М.: «Просвещение» «Учебная литература». 1996 год.

4. Н. М. Шахмаев и др. «Физический эксперимент в средней школе». М.: «Просвещение». 1991 год.

5. В. А. Буров, Ю. И. Дик «Практикум по физике в средней школе». М.: «Просвещение» 1987 год.

6. Ю. И. Дик, О. Ф. Кабардин «Физический практикум для классов с углублённым изучением физики». М.: «Просвещение» 1993 год.

7. С. А. Хорошавин «Демонстрационный эксперимент по физике в школах и классах с углублённым изучением предмета». М.: «Просвещение» 1994 год.

8. А. В. Хуторской, Л. Н. Хуторская «Увлекательная физика» Сборник заданий и опытов для школьников и абитуриентов. М.: «Аркти». 2000 год.

9. Я. Л. Трембвольский, И. В. Чекалов «Ваше слово, эрудиты!» М.: «Просвещение» 1990 год.

10. В. М. Дуков «Исторические обзоры в курсе физики средней школы». М.: «Просвещение» 1983 год.

11. А. В. Хуторской «Фундаментальные физические постоянные». Минск «Народная асвета» 1988 год.

12. С. А. Хорошавин «Физический эксперимент в средней школе» М.: «Просвещение» 1988 год.

Список литературы для учащихся.

1. М. И. Блудов «Беседы по физике». М.: «Просвещение» 1973 год.

2. С. А. Порхаев «Великие учёные ХХ века». М.: «Мартин» 2002 год.

3. Б. Н. Иванов «Законы физики». М.: «Высшаяшкола» 1986 год.

4. Л. Г. Алмазов, А. А. Варламов «Удивительная физика». Библиотечка «Квант» выпуск 63. М.: «Наука» 1988 год.

5. Г. С. Ландсберг «Элементарный учебник физики». Том 1,2,3. М.: «Наука» 1972 год.

6. Боголюбов А.Н. Механика в истории человечества. – М.: Наука, 1978.

7. Вавилов С.И. Исаак Ньютон: 1643–1727. – М.: Наука, 1989.

8. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. – М.: Наука, 1985.

9. Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки (с древнейших времен до начала ХХ в.). – М.: Высшая школа, 1989.

10. Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни её творцов. – М.: Просвещение, 1986.

11. Иоффе А.Ф. О физике и физиках: Статьи, выступления, письма. – Л.: Наука,1985.

12. Каганов М.И., Френкель В.Я. Вехи истории физики твёрдого тела. – М.: Знание, 1981.

13. Кляус Е.М. Поиски и открытия: Т.Юнг, О.Френель, Дж.-К.Максвелл, Г.Герц, П.Н.Лебедев, М.Планк, А.Эйнштейн. – М.: Наука, 1986.

14. Кошманов В.В. Георг Ом. – М.: Просвещение, 1980.

15. Погребысская Е.И. Оптика Ньютона. – М.: Наука, 1981.

16. Собесяк Р. Шеренга великих физиков. – Краков: Наша ксенгарня, 1973.

17. Томилин А.Н. Рассказы об электричестве: Очерки истории электричества от древности до наших дней. – М.: Детская литература,1987.

18. Филонович С.Р. Кавендиш, Кулон и электростатика. – М.: Знание, 1989.

19. Филонович С.Р. Шарль Кулон. – М.: Просвещение, 1988.

20. Храмов Ю.А. Физики: Биографический справочник. – М.: Наука, 1983.

21. Хрестоматия по физике: Под ред. Б.И.Спасского. – М.: Просвещение, 1982.

22. Чернощёкова Т.М. Абрам Фёдорович Иоффе. – М.: Просвещение, 1983.

Приложение №1

Классификация исторических опытов

Приложение №2

Перечень учебных наглядных пособий и ЦОР

Приложение №3

Материал к уроку по теме:

«Опыты Галилея по изучению движения.

Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции».

Материал к уроку, посвящённому опытам и мысленным экспериментам Галилея (два эпизода). Приведённый ниже рассказ может излагаться учителем, однако более целесообразно скомбинировать его с выступлениями учащихся, подготовивших к этому занятию сообщения.

В начале урока учащимся предлагается иллюстрация Пизанского кафедрального собора.

«Пизанский кафедральный собор. С этим собором связано много замечательных страниц мировой истории и культуры. Наиболее часто этот собор вспоминают благодаря архитектурному казусу: падающей Пизанской башне, которая является звонницей собора, его составной частью. Однако не так часто помнят о том, что этот собор сыграл, можно сказать, немалую роль в истории науки. Говоря об этом, конечно же, мы имеем в виду пизанский период жизни и научной деятельности Галилео Галилея. Мы рассмотрим только два небольших эпизода из этого периода».

Далее приводится краткая биографическая справка, относящаяся к пизанскому периоду жизни Галилея. Прежде всего здесь необходимо рассказать о том, что Галилей в этот период внимательно изучил труды Аристотеля, и, усомнившись в верности приведённых там выводов, принял решение проверить их экспериментально.

Один из эпизодов научной деятельности Галилея легенда связывает с наклонной Пизанской башней. Согласно легенде, Галилей сбрасывал с неё тела разной массы, чтобы убедиться в том, что они одновременно достигнут поверхности Земли.

После этого целесообразно обсудить эти опыты Галилея и их результаты. При этом можно использовать демонстрацию с трубкой Ньютона или опыт с падением двух одинаковых листов бумаги, один из которых смят в комок. Если есть техническая возможность, опыты Галилея можно смоделировать на компьютере (например, с использованием среды «Живая физика»). Использование компьютера позволит проиллюстрировать и мысленный эксперимент Галилея, опровергающий одно из положений Аристотеля «от обратного»: три тела равной массы, будучи сброшенными с одинаковой высоты, согласно Аристотелю, упадут одновременно. Но если скрепить два из этих тел невесомой цепью, то, по Аристотелю, с одной стороны, масса двух скреплённых тел в два раза больше массы третьего тела, и скреплённые друг с другом тела должны падать в два раза быстрее. Но, с другой стороны, поскольку цепь невесома, тела должны падать так же, как будто они не скреплены. Таким образом, применение теории Аристотеля приводит к неразрешимому противоречию.

Далее есть смысл перейти к решению расчётных задач, а затем вновь вернуться к иллюстрации Пизанского собора.

Галилео Галилей, как и все католики Пизы, ходил в Пизанский собор к мессе. Однако, как можно сделать вывод из воспоминанний его учеников, Галилей не был истово верующим человеком: во время богослужений он позволял себе отвлекаться на посторонние предметы. Так, однажды, во время мессы, Галилей почему-то стал смотреть вверх – на люстру, массивную люстру, подвешенную к сводам собора. Люстра медленно покачивалась вперёд-назад и вправо-влево, описывая эллипс, – видимо, в соборе был сквозняк. Галилей обратил внимание на то, что люстра совершает каждое полное колебание за одно и то же время независимо от направления. Этот факт он решил немедленно проверить и стал измерять интервалы времени, соответствующие полным колебаниям люстры в продольном и поперечном направлениях. Эти интервалы времени оказались равными.

Каким же образом Галилей, не имея часов, отмечал равные интервалы времени? Согласно одним источникам, он использовал собственный пульс. Согласно другим, Галилей отсчитывал время в такт звучащей органной мессе. Какие из этих источников дают более достоверную информацию?

Хорошо в этот момент предложить учащимся фрагмент органной мессы, например, органной мессы Баха.

Удобно ли отмечать время, отсчитывая такты такой музыки? Но следует иметь в виду ещё один факт: месса как музыкальная часть богослужения в раннем Средневековье была одноголосой и исполнялась a capella (т.е. без аккомпанемента, только голосом). В дальнейшем мессы стали многоголосыми, но также без аккомпанемента. И лишь в исторический период, как раз приходящийся на годы, проведённые Галилеем в Пизе, в католическое богослужение постепенно стала входить органная месса. Таким образом, неизвестно, мог ли Галилей слышать в Пизанском соборе органную мессу. Это необходимо специально выяснить.

Придя домой после мессы, Галилей продолжил изучение колебаний маятников.

Далее разбираются опыты Галилея, в результате которых он пришел к выводу об изохронности маятника, выполняются соответствующие опыты (натурные и по возможности компьютерные) и решаются задачи.

Приведённые материалы к уроку демонстрируют один из вариантов того, каким образом при изучении фундаментальных физических экспериментов можно представить физику в контексте мировой культуры. При этом учащиеся физико-математического профиля строят своеобразный «мостик» от физического предметного материала к материалу из областей истории, литературы и МХК, а учащиеся гуманитарного профиля получают возможность увязать материал из близкой им предметной области с физическим материалом.

Приложение №4

Компьютерное моделирование

Лабораторная работа

«Изучение явления фотоэффекта»

Цель : Изучить явление фотоэффекта.

Выполнение работы:

Работа с электронным учебником «Открытая физика»

Открыть раздел «Квантовая физика»

Открыть модель «Фотоэффект»

Понаблюдать протекание явления фотоэффекта.

Изменить длину волны падающего света, записать первоначальное и измененное значение длины волны. Как при этом меняется значение тока насыщения (увеличивается или уменьшается)?

Изменить значение запирающего напряжения, записать первоначальное и измененное значение напряжения. Как при этом меняется значение тока насыщения (увеличивается или уменьшается)?

Изменить значение мощности излучения, падающего на поверхность металла, записать первоначальное и измененное значение мощности. Как при этом меняется значение тока насыщения (увеличивается или уменьшается)?

Изучить теорию к данной модели и ответить на вопрос: Какова «красная граница» фотоэффекта для щелочных металлов?

Решить задачу к данной модели.

Сделать вывод по данной работе.

Приложение №5.

Примерные темы докладов и рефератов

1. Моделирование в физике.

2. Галилей – основоположник экспериментального метода исследования в физике.

3. Фундаментальные опыты и эволюция физической картины мира.

4. Фундаментальные опыты и развитие электродинамики.

5. Фундаментальные опыты и развитие взглядов на природу света.

6. Фундаментальные опыты в структуре физической теории.

7. Ньютон и Гук – противостояние гениев.

Приложение №6

Рекомендации для учителей (средства обучения).

Основные средства обучения перечислены в программе курса. Однако особого обсуждения заслуживает вопрос применения компьютеров на занятиях элективного курса. Применение персональных компьютеров возможно в нескольких направлениях:

применение компьютерных обучающих программ для моделирования физических экспериментов;

применение компьютеризированных комплексов (датчиков, с помощью специального интерфейса передающих те или иные параметры с натурной экспериментальной установки в компьютер);

поиск информации в интернете;

применение компьютеров как средств представления информации.

Число компьютерных обучающих программ по физике на сегодняшний день достаточно велико. Среди них есть как отечественные, так и зарубежные, предоставляющие учителю и учащимся различные возможности. Особый интерес представляют обучающие программы-конструкторы. Одной из самых мощных и интересных программ такого типа является «Живая физика». Она позволяет не только проводить компьютерные эксперименты, изменяя различные параметры, но и заставляет самостоятельно создать, смоделировать экспериментальную установку. Сделать это в большинстве случаев несложно даже неопытному пользователю, поскольку «Живая физика» имеет достаточно дружественный пользовательский интерфейс. Программа позволяет моделировать такие эксперименты, проведение которых в реальных условиях школьного кабинета физики невозможно (например, опыт Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц).

Полезно проводить параллельно компьютерный и натурный эксперименты, поскольку без натурного эксперимента учащиеся могут лишиться возможности видеть за компьютерными имитациями и анализировать реально происходящие в природе явления и процессы. Лучше, если одни учащиеся проводят натурные эксперименты, а другие – компьютерные, а затем сравнивают полученные результаты и выводы. Например, достаточно интересно провести опыты с маятниками, подобные тем, что проводил Х.Гюйгенс. Легко воспроизвести и на компьютере, и с помощью простого школьного оборудования опыты Галилея с шарами, катящимися по длинному жёлобу.

Применение компьютера на занятиях желательно, но не является необходимым условием.

Приложение №7

Рекомендации для учителей (аттестация учащихся).

Особенностям внеурочных занятий наиболее соответствует зачетная форма оценки достижений учащихся. Зачет по выполненной лабораторной работе целесообразно выставлять по представленному письменному отчету, в котором кратко описаны условия эксперимента, в систематизированном виде представлены результаты измерений.
По результатам выполнения творческих экспериментальных заданий, кроме письменных отчетов полезно практиковать сообщения на общем занятии группы с демонстрацией выполненных экспериментов, изготовленных приборов. Для подведения общих итогов занятий всей группы возможно проведение конкурса творческих работ. На этом конкурсе учащиеся смогут не только продемонстрировать экспериментальную установку в действии, но и рассказать о ее оригинальности и возможностях. Здесь особенно важно оформить свой доклад графиками, таблицами, кратко и эмоционально рассказать о самом главном.

Итоговый зачет ученику по всему элективному курсу можно выставлять, например, по таким критериям: выполнение не менее половины лабораторных работ; выполнение не менее одного экспериментального задания исследовательского или конструкторского типа; активное участие в подготовке к проведению семинаров, дискуссий, конкурсов.
Предлагаемые критерии оценки достижений учащихся могут служить лишь ориентиром, но не являются обязательными. На основе своего опыта учитель может устанавливать иные.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/89032-avtorskaja-adaptacionnaja-pedagogicheskaja-ra