Активизация познавательной деятельности учащихся при обобщении и систематизация знаний по физике

В работе описывается реализация подхода обобщения и систематизации знаний на примере раздела «Основы молекулярно-кинетической теории». Выявлено, что уроки обобщения и систематизации знаний позволяют выявить связи между явлениями, развивают мышление учащихся, приучают к самостоятельному применению положений физических теорий для объяснения конкретных фактов и явлений и облегчить анализ и решение задач. Показана возможность использования для активизации деятельности учащихся электронных экспериментальных моделей по физике. физический теория учащийся Одной из задач обучения физике является развитие мышления учащихся, формирование у них умений самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления.

Исходя из этого, учителю необходимо проводить такие уроки, где учащиеся под его руководством обучались бы обобщению широкого круга физических явлений путем применения теории, а также развивали бы умение самостоятельно объяснять различные проявления законов в природе и применения этих законов человеком в быту, технике и производстве.

С другой стороны, объем информации, получаемый учащимися в школе, растет, что ведет к увеличению нагрузки на их память. При этом она тем больше, чем меньше связаны между собой усваиваемые понятия, факты и явления. Облегчение нагрузки на память возможно по пути формирования теоретических обобщений и систематизации знаний. Обобщение и систематизация знаний ведут к развитию мышления, что в свою очередь повышает интерес к предмету. Все сказанное активизирует познавательную деятельность учащихся при обучении физике.

Уроки обобщения и систематизации знаний желательно проводить после изучения вопросов темы или целого раздела программы. Попытаемся раскрыть реализацию такого подхода на примере раздела «Основы молекулярно-кинетической теории» (далее — МКТ) в 10-м классе.

Во вступительной части урока желательно с помощью учащихся вспомнить и записать на доске основные положения МКТ. Учитель, обобщая ответы, в своем выводе может подчеркнуть, что: основные положения — это те утверждения, на основе которых объясняют множество физических явлений, встречающихся в природе, быту, технике; сами положения выведены из многократно проводившихся различными учеными опытов, в том числе фундаментальных экспериментов.

К основным положениям МКТ относятся:

• · все вещества состоят из атомов (и молекул);
• · все атомы между собой взаимодействуют (притяжение и отталкивание);
• · все атомы находятся в непрерывном («вечном») беспорядочном движении;
• · между атомами имеются «пустые» промежутки, другими словами, атомы находятся друг от друга на определенных расстояниях, которые могут изменяться при изменении агрегатного состояния вещества или температуры.

К сожалению, последнее положение в методической литературе не нашло отражения. Хотя об этом в неявной форме говорится в школьных учебниках физики при рассмотрении строения газообразных, жидких и твердых тел. Очевиден и другой факт. Возможность сжатия газов, а также изменение линейных размеров твердых тел при различных температурах, можно объяснить только через изменение расстояний между молекулами вещества за счет «пустого» пространства или промежутка между ними. По этой причине положение о наличии «пустых» промежутков между молекулами необходимо считать одним из основных в МКТ.

Для урока обобщения рекомендуются следующие вопросы, порядок предъявления которых определяется самим учителем.

• 1. Привести примеры (опытные факты), подтверждающие реальное существование молекул.
• 2. Действуют ли силы притяжения и отталкивания между молекулами вещества одновременно или неодновременно? Ответ: Силы притяжения и отталкивания действуют одновременно, но суммарная сила взаимодействия будет разная в зависимости от расстояния между молекулами. Другими словами, при сжатии в большей степени проявляются силы отталкивания, а при растяжении больше силы притяжения между молекулами.
• 3. Как на основе МКТ объяснить причину восстановления при определенных условиях объема и формы твердых тел (например, резины, каучука, стали и др. материалов) после прекращения действия внешних сил? Ответ: Благодаря силам взаимодействия между молекулами.
• 4. Как можно объяснить (опираясь на МКТ) свойство твердых тел сохранять свою форму и объем?
• 5. Как объяснить на основе МКТ свойство жидкостей сохранять объем? (Например, 100 см 3 воды в любом сосуде будет иметь все тот же объем).
• 6. Как можно объяснить, опираясь на положения МКТ, свойство газов занимать весь предоставленный объем сосуда?
• 7. Как объяснить на основе МКТ малую сжимаемость жидкостей и твердых тел?
• 8. Как можно объяснить на основе МКТ медленное распространение запахов в воздухе, ведь скорость теплового движения молекул около 500 м/с?
• 9. Как объяснить, опираясь на МКТ, возможность покрытия краской твердых тел?
• 10. Когда провисание проводов между столбами больше — зимой или летом? (Объяснить причину этого явления с точки зрения МКТ).
• 11. Как объяснить на основе МКТ пользование кремом для смазки кожаной обуви?
• 12. Как объяснить явление смачивания стекла водой с точки зрения МКТ?
• 13. Как объяснить на основе МКТ факт раскалывания полена вдоль волокон, но не поперек?

Следует заметить, что на все вышеуказанные вопросы можно дать обоснованные ответы, опираясь на основные положения МКТ.

В конце урока рекомендуется заняться систематизацией изученного материала. Для этого из всех вышеприведенных вопросов можно выделить группы вопросов, ответы на которые имеют одну основу. Например. вопросы 2, 3, 9, 11, 12 имеют общую основу — существование молекул и их взаимодействие, вопросы 6, 8 — существование молекул и их постоянное движение, вопросы 4, 5, 7, 10, 13 — существование молекул, их взаимодействие и наличие определенных расстояний между ними.

Такой подход позволяет учащимся усваивать физическую основу многих, казалось бы, не связанных между собой явлений. Это приводит и к уменьшению нагрузки на их память.

Пользу систематизации знаний можно показать на примере материала 8-го класса по теме «Тепловые явления», где учащиеся усвоили отдельные явления (такие как нагревание и охлаждение, плавление и отвердевание, парообразование и конденсация). Однако они испытывают большие затруднения при решении задач. Чтобы облегчить усвоение и обобщение этих явлений удобно пользоваться сравнением и составлением сводной таблицы совместно с учащимися на уроке. Имея такую таблицу, можно легко рассчитать количество теплоты для любых из перечисленных явлений, как в отдельности, так и в совокупности. Например, рассчитать количество тепла, необходимое для получения воды с температурой 50 °C из льда, температура которого — 10 °C.

Для этого выделим явления, происходящие в рассматриваемой задаче:

• 1. Нагревание льда от -10°С до 0 °C.
• 2. Плавление льда при температуре 0 °C.
• 3. Нагревание воды от 0 °C до 50 °C.

Таблица 1.

По таблице находим расчетные выражения:

Q1 = c1mDt1,.

Q2 = lm,.

Q3 = c2mDt2,.

где Q1 — количество теплоты, идущее на нагревание льда от -10°С до 0 °C; c1 — удельная теплоемкость льда; Q2 — количество теплоты, затрачиваемое на плавление; Q3 — количество теплоты, используемое при нагревании воды от 0 °C до 50 °C; с 2 — удельная теплоемкость воды.

Эту таблицу можно составлять и по мере изучения каждого из явлений в отдельности и при проведении каждого урока добавлять соответствующие строки.

Тогда на уроке обобщения останется только еще раз повторить изученное на примерах и приступить к решению усложненных задач. Например, задач следующего содержания:

Задача 1. Имели лед при температуре 0 °C и получили воду при температуре 100 °C. Рассчитать необходимое количество теплоты.

Задача 2. Имея лед при 0 °C, получили пар при 100 °C. Рассчитать необходимое количество теплоты.

Задача 3. Имея лед при температуре — 10 °C поместили его в калориметр содержащий воду при температуре 50 °C. Определить удельную теплоту плавления льда.

Для активизации познавательной деятельности учащихся целесообразно также использовать электронные установки, позволяющие моделировать изучаемые физические явления и процессы [1, 2]. На рис. 1 представлена электронная установка для определения удельной теплоты плавления льда созданная с помощью программы Macromedia Flash [3]. Установка является нестационарной и позволяет последовательно рассмотреть процесс нагревания льда, его плавления и установления теплового равновесия в калориметре в режиме реального времени. По начальным данным процесса и установившейся температуре теплового равновесия достаточно легко рассчитать неизвестную величину — удельную теплоту плавления льда. Представленная электронная лабораторная установка находится на авторском сайте [4], посвященном виртуальным лабораторным работам и экспериментальным задачам по физике. К необходимым условиям использования электронных ресурсов данного типа является наличие установленных на компьютере произвольного Web-Browser и Flash Player версии 8.0 или выше.

Рисунок 1. Электронная установка для определения удельной теплоты плавления льда.

Таким образом, уроки обобщения и систематизации дают учителю следующие возможности:

• · Выявить связи между явлениями.
• · Организовать с учащимися систематизацию взаимосвязанных явлений.
• · Не создавать перегрузку памяти учащихся.
• · Развивать мышление учащихся.
• · Приучать к самостоятельному применению положений теории для объяснения конкретных фактов и явлений.
• · Облегчить анализ и решение задач.

Работа выполнена при поддержке гранта Стерлитамакского филиала БашГУ В 17−79 «Разработка виртуальных учебных лабораторий и экспериментальных установок для средней общеобразовательной школы» .

• 1. Смирнов А. В. Новый курс «Информационные и коммуникационные технологии в физическом образовании» в системе подготовки бакалавров в педвузах / А. В. Смирнов, Н. В. Калачев, С. А. Смирнов // Физическое образо-вание в вузах. — 2014. — Т. 20. — № 3. — С. 20−27.
• 2. Девяткин Е. М. Компьютерное моделирование экспериментальных задач по общей физике / Е. М. Девяткин // Современные проблемы науки и образования. — 2017. — № 6.; URL: https://www.science-education.ru /ru/ article/view?id =27 189 (дата обращения: 28.12.2017).
• 3. Гурский Д. Action Script 2.0: программирование во Flash MX 2004. Для профессионалов. / Гурский Д. — СПб.: Питер, 2004. — 1088 с.
• 4. Виртуальные лабораторные работы по физике [Электронный ре-сурс]. — Режим доступа: http://mediadidaktika.ru/course/view.php?id=20 (дата обращения: 28.12.17).