ФОРМУВАННЯ ПРИРОДНИЧО-НАУКОВОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ УЧНІВ
НА УРОКАХ ФІЗИКИ
Зміст
Вступ……………………………………………………………………………….3
Розділ 1. Теоретичне обґрунтування необхідності формування природничо-наукової компетентності учнів на уроках фізики……………6
1.1. Сутність природничо-наукової компетентності учнів……………….6
1.2. Компетентнісний підхід на уроках фізики……………………………8
Розділ 2. Формування природничо-наукової компетентності учнів
при викладанні фізики……...…………………………………………………11
2.1. Методи формування природничо-наукової компетентності учнів
при викладанні фізики……………………………………………………..11
2.2. Вправи і задачі з фізики, що використовуються
при формуванні природничо-наукової компетентності учнів…………..20
Висновки…………………………………………………………………………34
Список використаних джерел…………………………………………………..37
Вступ
Зміни у суспільному житті і свідомості вимагають від нас, педагогів, визначити нову мету навчання та виховання – розвиток інноваційної особистості, здатної до життєвої творчості та самореалізації у нових соціальних умовах. Якщо говорити про дитину, то їй сьогодні потрібні не тільки знання, але і достатній рівень життєвої компетентності для успішної адаптації в соціумі, який швидко змінюється, та сучасному світі, враховуючи те, що за останні кілька років нові інформаційні технології повели людську цивілізацію на багато кроків уперед і стали невід’ємною частиною нашого життя. Ми вчимося жити самі та навчаємо жити дітей. Раніше традиційною метою шкільної освіти завжди було оволодіння системою знань, основами наук; пам’ять учнів перевантажувалась чисельними фактами, поняттями, іменами, датами. Але знання не завжди віддзеркалюються в діях. Наукою доведено, що для життєвого успіху необхідні не самі знання, а вміння їх застосувати відповідно до конкретної життєвої ситуації. Дослідження, проведені психологами Гарвардського університету, показали, що успіх на 85% залежить від особистісних якостей, правильного вибору лінії поведінки, і лише на 15% визначається наявними знаннями. Таким чином, необхідність змістити акценти в освіті із засвоєння фактів на оволодіння способами взаємодії зі світом призводить до осмислення необхідності змінити характер навчального процесу та способів діяльності учнів.
Ми повинні підготувати дитину не до окремого уроку «на завтра», а до самостійного життя, тобто, створити умови для розвитку особистості, виявити творчий потенціал учнів, формувати вміння висловлювати власну думку, розв’язувати проблеми, розвивати здатність самостійно займатися власною освітою, швидко адаптуватися до інформаційного середовища. Іншими словами – сформувати такі особистісні якості, які допоможуть дитині знайти своє місце у житті, визначитися з колом своїх інтересів та уподобань, розвинути їх, стати активним членом суспільства, компетентною упевненою у власних силах людиною. Результатом такої стратегії і тактики в організації навчально-виховного процесу буде сформованість загальної компетентності випускника, що є інтегрованою сукупністю досягнень учня, вона набувається в процесі навчання, особистісного пізнавального та життєвого досвіду, є потрібною для успішного самостійного вирішення життєвих завдань, з якими учень зустрічатиметься (або вже зустрічається) в різних сферах власної життєдіяльності (виробництво, політика, життя громади, освіта, сімейне життя, мистецтво та дозвілля, релігія тощо). Компетентний випускник спроможний зберегти, розкрити, розвинути та конструктивно реалізувати свій життєвий і життєтворчий потенціал в умовах складних вимог і ризиків, які висуває до перед ним сьогодення. Така характеристика має сформуватися в процесі навчання і містити знання, вміння, ставлення, досвід діяльності й поведінкові моделі особистості.
Такий ідеальний освітній продукт, який є головним результатом, критерієм ефективності освітньої діяльності школи, відповідає вимогам сучасного життя, можна створити завдяки особистісно орієнтованому, діяльнісному та компетентнісному підходу вчителя до педагогічної діяльності, які покладені в основу нових Державних стандартів від дошкілля до старшої школи. Їх не можна розглядати відокремлено, оскільки стосуються особистості дитини й можуть бути реалізованими і перевіреними тільки в процесі виконання конкретним учнем певного комплексу дій. Тому коротко можна визначити, що компетентнісна освіта — особистісно-діяльнісна.
Зокрема, у новому Державному стандарті базової і повної загальної середньої освіти цитуємо: «Діяльнісний підхід – спрямованість НВП на розвиток умінь і навичок учня, застосування на практиці здобутих знань з різних навчальних предметів, успішну адаптацію в соціумі, професійну самореалізацію, формування здібностей до колективної діяльності та самоосвіти». Особистісно орієнтовані технології ставлять сьогодні в центрі усієї шкільної освітньої системи особистість дитини, забезпечення комфортних, безконфліктних умов її розвитку, реалізації природних потенціалів: нахилів, задатків, здібностей, талантів.
Компетентнісний підхід – спрямованість НВП на досягнення результатів, якими є ключові і предметні компетентності.
Актуальність роботи полягає в тому, що сьогодні в педагогічній теорії та практиці навчання фізики склалася ситуація, що характеризується низкою суперечностей:
- на соціально-педагогічному рівні: між соціально зумовленою потребою в компетентних особистостях, здатних самостійно розв’язувати різні природничо-наукові проблеми й недостатнім рівнем формування природничо-наукової й предметної компетентності випускників старшої школи;
- на науково-теоретичному рівні: між об’єктивно зумовленою потребою розвитку природничо-наукової компетентності старшокласників в процесі навчання фізики й недостатньою науково-теоретичною розробленістю цієї проблеми;
- на практико-методичному рівні: між потребою педагогічної практики в організації процесу розвитку природничо-наукової компетентності старшокласників в навчанні фізики й недостатньою розробленістю змістовно-методичного забезпечення цього процесу.
Метою дослідження є розроблення принципів добору і формування змісту навчання фізики в старшій школі та їх реалізація в компетентнісно-орієнтованих методиках навчання .
Об’єктом дослідження є процес навчання фізики в старшій школі.
Предмет дослідження: науково-методичне забезпечення змісту навчання фізики в старшій школі.
Методи дослідження: аналіз психолого-педагогічної і методичної літератури, вивчення результатів навчально-пізнавальної і практичної діяльності учнів спостереження за діяльністю учнів і вчителів у процесі навчання.
Розділ 1. Теоретичне обґрунтування необхідності формування природничо-наукової компетентності на уроках фізики
1.1. Сутність природничо-наукової компетентності учнів
Державним стандартом базової і повної загальної середньої освіти встановлено, що основною метою освітньої галузі «Природознавство» є формування в учнів природничо-наукової компетентності як ключової та відповідних предметних компетентностей як обов'язкового складника загальної культури особистості і розвитку її творчого потенціалу.
Освітня галузь "Природознавство" формує в учнів базову (ключову) природничо-наукову компетентність і предметні компетентності відповідно до змістових складників освітньої галузі. Ключова природничо-наукова компетентність формується як здатність і готовність учнів до використання особистісно значущої системи знань і методології природничих наук для пояснення й адекватного ставлення до природи, розуміння сучасної природничо-наукової картини світу як образу природи. Предметні компетентності спрямовані на опанування учнями фундаментальних ідей і принципів, наукового стилю мислення, усвідомлення ними способів діяльності і ціннісних орієнтацій, що дають змогу зрозуміти закономірності перебігу природних явищ, наукові основи сучасного виробництва, техніки і технологій, виробити навички безпечного життя у сучасному високотехнологічному суспільстві і цивілізованої взаємодії з природним середовищем.
Завданнями освітньої галузі є:
Зміст освітньої галузі ґрунтується на принципі наступності між початковою та основною, основною і старшою школою, між загальною середньою і вищою освітою. Зокрема, він ураховує природознавчу підготовку учнів початкової школи, на основі якої будуються його базовий фундамент в основній школі, який потім поглиблюється на засадах профільного навчання в старшій школі .
Загальними змістовими лініями освітньої галузі є:
Загально природничий компонент галузі забезпечує формування в свідомості учнів базису для цілісного розуміння образу природи і місця людини в ній, розуміння ними загальних закономірностей перебігу природних явищ, пропедевтичну підготовку учнів до предметного навчання з основ природничих наук, опанування найпростіших способів навчально-пізнавальної діяльності, що сприяють розвитку ціннісних орієнтацій у різних сферах життєдіяльності й визначають адекватну поведінку в навколишньому середовищі.
Фізичний компонент забезпечує усвідомлення учнями основ фізичної науки, формування в них знання основних фізичних понять і законів, наукового світогляду і стилю мислення, розвиток здатності пояснювати природні явища і процеси, застосовувати здобуті знання в життєвій практиці, під час розв'язування фізичних задач, удосконалення досвіду експериментальної діяльності, вироблення ставлення до фізичної картини світу, оцінювання ролі фізичного знання в житті людини і суспільному розвитку.
Оскільки фізика як навчальний предмет нерозривно пов’язана з математикою, то можна стверджувати, що формування природничо-наукової компетентності сприяє зміцненню природничо-математичної компетентності учнів.
1.2. Компетентнісний підхід на уроках фізики
Однією з найважливіших ділянок роботи в системі навчання фізики залишається розв’язування задач. Задачі різних типів можна ефективно використовувати на всіх етапах засвоєння знань: для розвитку інтересу, творчих здібностей і мотивації учнів до навчання, під час постановки проблеми, що потребує розв’язання, в процесі формування нових знань учнів, вироблення практичних умінь, з метою повторення, закріплення, систематизації та узагальнення засвоєного матеріалу, з метою контролю якості засвоєння навчального матеріалу чи діагностування навчальних досягнень учнів тощо.
В умовах особистісно орієнтованого навчання важливо здійснити відповідний добір задач, який би враховував пізнавальні можливості й нахили учнів, рівень їхньої готовності до такої діяльності, розвивав би їхні здібності відповідно до освітніх потреб. За умов компетентнісного підходу розв’язування учнями навчальних задач спрямовується не лише на оволодіння знаннями та вміннями, а й на забезпечення можливості адекватно й ефективно діяти в реальних життєвих обставинах. Між навчальними та життєвими задачами існують суттєві відмінності в особливостях постановки умови, способах діяльності, формулюванні відповіді:
Показник порівняння |
Задача |
|
Навчальна |
Життєва |
|
Умова задачі |
Педагогічно адаптована умова, яка містить усі необхідні дані для розв’язування (за винятком деяких констант), як правило, до умови не вводяться "зайві" дані, не пов’язані безпосередньо із задачею |
Реальна умова, як правило, містить багато різноманітних даних, які необхідно проаналізувати, виокремивши суттєві та несуттєві, ймовірні та достовірні. Деяких даних може не вистачати і їх необхідно знайти |
Ситуативність задачі |
Навчальна задача абстрактна, її розв’язування не співвідноситься з конкретними практичними проблемами |
Життєва задача завжди ситуативна, тобто пов’язана з певними аспектами, ситуаціями з життя людини |
Предметність задачі |
Задача належить до визначеної навчальним предметом галузі знань, яка визначає типові підходи до її розв’язування |
Часто задачі мають міжпредметний характер, що вимагає інтеграції знань і способів діяльності з різних дисциплін |
Способи розв’язування задачі |
Більшість задач мають один конкретний спосіб розв’язування, який перевіряється викладачем |
Як правило, існує певна множина способів дій, які дають змогу розв’язати дану задачу. Ефективність розв’язування задачі визначається обранням найбільш раціонального за даних умов способу дій |
Характер задачі |
Теоретичний: більшість навчальних задач не передбачають оперування з реальними предметами та явищами |
Практично-перетворювальний: як правило, життєві задачі спрямовані на безпосередні зміни в предметах або явищах навколишнього світу, передбачають практичні дії, які базуються на попередньому теоретичному осмисленні способу діяльності |
Особливості формулювання відповіді |
Як правило, вимагається чітка, конкретна, однозначна відповідь |
Більшість життєвих задач не мають однозначної відповіді; часто необхідна не конкретна відповідь, а визначення загальних тенденцій |
Як спробу зближення навчальних і життєвих задач, як засіб набуття учнями предметної компетентності можна розглядати використання практично орієнтованих завдань. Це різновид навчального завдання, окремі складові якого: дане чи шукане, відоме чи невідоме, умова чи вимога, вихідний чи кінцевий стан системи, явища, об’єкти, процеси, про які йдеться, безпосередньо пов’язані з повсякденною реальністю, що оточує учня, з якою він безпосередньо взаємодіє.
Розділ 2. Формування природничо-наукової компетентності учнів
при викладанні фізики
2.1. Методи формування природничо-наукової компетентності учнів
при викладанні фізики
Для успішного засвоєння учнями матеріалу уроку вчитель має сфокусувати їхню увагу на проблемі та викликати інтерес до обговорюваної теми.
Щоб налаштувати учня на ефективний процес пізнання, необхідно створити атмосферу , його власної зацікавленості.
З цією метою можуть бути використані проблемні ситуації, які викликають в учнів здивування, інтерес до отримання знань та процесу їх отримання.
Матеріалом для створення проблемних ситуацій можуть бути наслідки фізичного експерименту, аналіз життєвих ситуацій, фізичні загадки, фізичні парадокси тощо.
Результати фізичних експериментів
8 клас
Тема. Плавлення і кристалізація.
У металеву кварту набрати снігу і додати трохи солі. Внести кварту до класу, поставити на дошку, на якій розлито воду. Перемішати ложкою сніг і сіль. Через деякий час вода під квартою замерзла. Чому це сталося?
(Сіль спричинює танення снігу. При цьому поглинається велика кількість тепла навколишнього середовища. Кварта охолоджує воду під собою настільки, що вона перетворюється на лід.)
10 клас
Тема. Закон Бернуллі.
Узяти два горизонтально розміщені аркуші паперу, які злиплися. Збоку із силою дмухнути на них. Аркуші розлипаються.
Наблизити ці самі аркуші один до одного і знову подути збоку, щоб струмінь повітря потрапляв переважно між ними. Аркуші не розходяться, а, навпаки, наближаються один до одного. Як пояснити ці два явища?
(За законом Бернуллі у першому випадку струмінь повітря рухався уздовж зовнішніх сторін аркушів з великою швидкістю. Чим швидше рухається газ, тим із меншою силою він тисне на поверхню. Тому аркуші і розходилися в бік меншого тиску. У другому випадку швидкість течії повітря більша між аркушами, отже, тиск його тут менший і аркуші зближуються.)
11 клас
Тема. Дифракція світла.
В чашку Петрі наливають мильний розчин. Використовуючи лійку, видувають мильну бульбашку. Вона може досягнути розмірів відра. Зі зміною розмірів змінюється забарвлення. Пояснити, чому.
11 клас
Тема. Магнітні властивості речовини.
Для досліду можна використати саморобний пристрій.
Проткнути корок від пляшки голкою так, щоб частина її трохи виступала знизу. У боки корка під невеликим кутом до голки застромити по радіусах однакові відрізки тонкої залізної дротини. Покласти на шийку пляшки монету і поставити на неї таку вертушку. Піднести до неї збоку магніт, а під найближчу до нього дротину поставити запалену свічку. Через деякий час вертушка почне повільно обертатися. Чому?
(Дротина, нагріваючись над полум'ям, утрачає магнітні властивості і магніт притягує сусідню дротину, повертаючи вертушку.)
Аналіз життєвих ситуацій
8 клас
Тема. Випаровування і конденсація.
Якщо вітер дуже слабкий, то важко визначити його напрям. Досвідчені люди в такому разі застосовують простий спосіб: вони змочують пальця водою і піднімають його вертикально над головою. Таким способом напрям вітру можна визначити досить точно. Чому?
(Під дією вітру вода випаровується інтенсивніше. Як відомо, випаровування відбувається з поглинанням теплоти, тому напрям вітру можна визначити, за охолодженням пальця: який його бік відчуває холод, звідти дме вітер.)
8 клас
Тема. Плавлення і кристалізація.
Через деякий час після випадіння граду температура повітря трохи знижується. Чим це можна пояснити?
(Після граду температура повітря знижується, тому що град при таненні відбирає від навколишнього середовища (повітря, землі, трави тощо) тепло. Як відомо, танення кожного граму льоду, з якого складається град, супроводжується поглинанням 332 Дж тепла.)
10 клас
Тема. Умови рівноваги тіла.
Учню пропоную підійти до стіни без плінтуса. Стати до неї лівим або правим боком і щільно притиснутися до стіни. Потім, зберігаючи рівновагу, підняти ногу, яка не притиснута до стіни. При кожній спробі учень втрачає рівновагу. Чому?
(Встояти на одній нозі не вдається, бо вертикаль, опущена з центра тяжіння тіла, проходить поза площею ступні.)
Фізичні парадокси
10 клас
Тема. Центр тяжіння. Види рівноваги.
Обладнання: фігура, що складається з двох конусів із цупкого паперу, які склеєні основами, похила площина з невеликим кутом нахилу.
Склеєну фігуру ставлять на нижню частину похилої площини.
Фігура покотиться вгору.
Як пояснити таке переміщення конусів?
(Це явище виникає тому, що центр тяжіння склеєних конусів, які котяться по похилій площині, не знижується, а піднімається.)
Домашні експериментальні завдання і спостереження
за діяльнісною активністю учнів
Шкільний курс фізики є експериментальним предметом. Без відповідних дослідів і спостережень його зрозуміти неможливо. Експеримент дає можливість через почуття учнів формувати у них первісні уявлення, створювати образи, які лежать в основі багатьох фізичних понять. Експериментальні задачі допомагають подолати формалізм у знаннях учнів, сприяють тому, що вони здобувають осмислені знання, вчяться користуватися ними. Дуже часто спостерігаємо, що зацікавленість учнів на початку вивчення курсу фізики за 5-10 уроків значно зменшується. Деяким учням не вистачає математичної підготовки для розв’язування задач. Зіткнувшись із труднощами і не отримавши підтримки, вони знаходять собі на уроці інше заняття. Для вчителя дуже важливо те, що експериментальні завдання підвищують інтерес до фізики і сприяють її кращому засвоєнню. Ніщо не захоплює людину і не залишається в її пам’яті так надовго, як власна діяльність, участь у подіях, пов’язаних із чимось новим, незвичайним.
Значення експерименту надзвичайне! Виконуючи домашні досліди і спостереження, учні здобувають знання, а не отримують їх у готовому вигляді. Домашні експерименти допомагають усвідомити об’єктивний характер законів фізики, побачити їх прояв і використання у житті.
Усі завдання для домашніх дослідів мають містити осмислену, певним чином регламентовану послідовність дій відповідно до вказівок учителя або власного плану і бути такими, щоб не затрачати багато часу на їх виконання. Кожне завдання має супроводжуватись інструктажем, під час якого даються вказівки щодо виконання завдання, форми звіту, правил з техніки безпеки.
7 клас
• Є каструля місткістю 2 л, відро з водою і чайник, в який треба якомога точніше відлити з відра 1 л води. Як це можна зробити?
• У прозорий флакон з-під одеколону налийте слабкий розчин крохмалю або суміші води з графітом. Помістіть цей флакон між електричною лампочкою, що світиться, й оком. Між лампочкою і флаконом розмістіть шматок картону або чорного паперу з невеликим отвором. Опишіть рух однієї або кількох частинок.
• Виміряйте товщину аркуша підручника фізики. Підрахуйте (приблизно) кількість літер у цій книжці.
• Візьміть дві однакові тонкостінні склянки і налийте у них по вінця окропу. Одну склянку накрийте блюдцем. Спочатку спостерігайте за поводженням пари, а потім порівняйте об’єм води у склянках після їх охолодження. Опишіть явища, що спостерігаються.
• За допомогою сантиметрової стрічки виміряйте довжину вашого кроку. Дорогою до школи підрахуйте число кроків і визначте переміщення. На аркуші паперу в клітинку зобразіть траєкторію свого руху і переміщення.
• Сконструюйте важільні ваги. Як важіль візьміть учнівську міліметрову лінійку, як шальки — дві сірникових коробки , як опору — лезо безпечної бритви, яке встроміть у брусок пластиліну або учнівського ластика. Гирі можна виготовити так: до однієї шальки ваг підвісьте невеликий поліетиленовий пакет і зрівноважте ваги. Потім за допомогою медичного шприца влийте в пакет 1 мл води, а на іншу шальку покладіть стільки пластиліну, щоб шальки ваг зрівноважилися: маса пластиліну буде 1 г. Не забудьте на виготовлених важках написати їхню масу. Міліграмові важки можна виготовити з узятого із зошита паперу. Маса такого паперу розміром 3 х 3 см дорівнює 1 мг. За допомогою ваг виміряйте масу чайної ложки солі, цукру та інших сипких тіл. На шальках ваг зрівноважте дві посудини — з холодною і гарячою водою. Яка з них через якийсь час переважить?
• За допомогою побутових пружинних ваг визначте масу і вагу курячого яйця, а за допомогою мензурки або шприца – його об’єм. Визначте середню густину курячого яйця (олії, мила).
Експериментально вивчіть залежність сили тертя від ваги тіла. Як тіло візьміть каструлю, в яку послідовно доливайте визначену кількість води за допомогою мірної склянки або іншого посуду з градуйованою шкалою. Рівномірний рух каструлі поверхнею кухонного стола забезпечуйте за допомогою побутових пружинних ваг. Складіть таблицю залежності сили тертя ковзання від ваги тіла.
• Виготовте модель барометра (банка з широким горлом, повітряна кулька, ножиці, соломина, кругла гумка, картон, скотч).
• Визначте тиск власного тіла на підлогу, вимірявши площу підошви черевика (туфлі) за допомогою паперу в клітинку.
• Визначте тиск табуретки на підлогу за допомогою підіймальних ваг і паперу в клітинку.
• Визначте тиск води на дно пластикової пляшки (пляшка, вода, лінійка, таблиця густин).
• Визначте силу, з якою атмосфера тисне на стіл (стіл, лінійка, барометр).
• Запалену свічку або папір потримайте всередині склянки, перевернутої догори дном. Потім швидко поставте склянку також догори дном на поверхню повітряної кулі. Опишіть явища, що спостерігаються.
• Визначте, яка виштовхувальна сила діє на картоплини різних розмірів, занурених у воду. Як її можна збільшити?
• За допомогою банки з поліетиленовою кришкою, відра або ванни з водою вивчіть, коли банка тоне, плаває, спливає.
• Обчисліть роботу, яку ви виконуєте, коли йдете до школи і назад, якщо при кожному кроці виконується в середньому робота, що дорівнює 20 Дж.
• Виміряйте сантиметровою стрічкою відстань від горизонтально витягнутої руки до підлоги. У руку візьміть м’яч, попередньо вимірявши його масу побутовими пружинними вагами. За даними вимірювання визначте потенціальну енергію м’яча в найвищій точці і кінетичну енергію — в найнижчій точці траєкторії. При проведенні повторного досліду простежте за кількаразовими перетвореннями механічної енергії м’яча.
• Виміряйте за допомогою міліметрової лінійки плечі важелів (ножиців, гайкового чи ключа від замка, водопровідного крана і т. ін.). Визначте виграш у силі цих простих механізмів.
8 клас
• Візьміть дві однакові пластмасові пляшки (0,5 л). Одну з них заповніть водою з-під крана, а іншу — водою, що перед цим кипіла 1 хв й остигла до кімнатної температури. Покладіть закриті пляшки в морозильну камеру холодильника на добу. Розгляньте лід, що утворився в пляшках. Які ви помітили відмінності? Поясніть їх. Поставте пляшки поруч нагріватися до кімнатної температури. У якій з них лід розтане швидше? Чому?
• Складіть модель вогнегасника (маленька свічка, невелика скляна пляшка, 5 столових ложок оцту, тарілка, невеликий аркуш паперу, 0,5 столової ложки харчової соди, столова ложка).
• Поставте на плиту дві однакові посудини: в одній з яких міститься 0,5 л води, а в іншій — 0,5 л льоду. Визначте, скільки часу потрібно, щоб вода в обох посудинах закипіла. Побудуйте графіки залежності температури від часу (вода, лід, посудини, термометр, годинник).
• За допомогою домашнього холодильника, каструлі невідомого об’єму, годинника і газової плити визначте теплоту пароутворення води. Питому теплоємність води вважати відомою.
• Спостерігайте електроліз кухонної солі (таблетка фенолфталеїну, спирт, склянка з підсоленою водою, два проводи, батарейка). Кілька крапель спиртового розчину фенолфталеїну капніть у склянку з водою. Опустіть у розчин зачищені кінці проводів, приєднаних до батарейки. Опишіть результат досліду.
• Зберіть електромагніт (батарейка 4,5 В, 150 см ізольованого проводу, довгий залізний цвях, соломина, скотч, ножиці, голка).
• Виготовте гальванічний елемент (лимон, ніж, шматочки мідного і цинкового дроту завдовжки 2 см, тонкий дріт).
• Визначте опір провідника (провідник з відомого матеріалу, лінійка, олівець).
• За допомогою настільної лампи і годинника визначте потужність, яку споживає від міської мережі телевізор.
9 клас
Визначте початкову швидкість тіла, кинутого горизонтально (стіл, сірникова коробка, лінійка).
• Визначте, не відкриваючи сірникових коробок і не користуючись ніякими приладами, в якій коробці залишилося менше сірників.
• Визначте прискорення вільного падіння, спостерігаючи за струменем води, що тече з нещільно закритого водопровідного крана (лінійка, посудина відомого об’єму, годинник).
• Визначте коефіцієнт жорсткості гуми (гумова нитка, лінійка, штатив, тіла відомої маси).
• Визначте середню швидкість і прискорення руху бусинки вздовж нитки. Побудуйте графік залежності середньої швидкості від кута нахилу нитки до горизонту (нитка, бусинка, секундомір, лінійка.)
10 клас
• Визначте кількість молекул у склянці води (склянка з водою, таблиці).
• Виготовте моделі термометра (скляна пляшка, харчовий барвник, вода, тонка харчова соломина, пластилін, смужка картону з поділками, скотч).
• Визначте абсолюту і відносну вологість повітря у своїй квартирі (термометр, вода, ганчірка, таблиці).
• Визначте поверхневий натяг мильного розчину, змочування вважати повним (дві капілярні трубки різного діаметра, лінійка, посудини з водою та із мильним розчином, таблиці).
• Налийте в тарілку трохи води і покладіть на її поверхню 4 сірники так, щоб вони утворили квадрат. Візьміть шматочок мила і торкніться поверхні води усередині квадрата сірників. Поясніть явище, що спостерігається. Дослід повторіть кілька разів і поясніть результати.
• Обчисліть максимальне значення діаметра стального циліндра (голки), що може плавати на поверхні води при нанесенні на його поверхню плівки, що не змочується водою. Результат обчислення перевірте на дослідах зі швацькими голками.
• Визначте радіус трубочки з-під пасти (порожній стержень від ручки, вода, лінійка, таблиці).
• Визначте радіус капіляра промокального паперу (промокальний папір, лінійка, вода, таблиці).
• Визначте кількість теплоти, що виділяється під час рівномірного ковзання тіла похилою площиною (похила площина, лінійка, тіло відомої маси).
• Виростіть кристали (чиста скляна банка, нитка, чайна і металева ложки, кальцинована сода, скріпка для паперу, миска, гаряча вода, олівець).
11 клас
• Визначте швидкість поширення хвилі (ванна з водою, лінійка, секундомір, піпетка).
• Оцініть довжину блискавки за тривалістю грому (секундомір).
• Визначте показник заломлення прозорої рідини (вода, соняшникова олія, лінійка).
• Визначте висоту Сонця над горизонтом (лінійка).
• Спостерігайте дифракцію хвиль на поверхні води (посудина з водою, піпетка медична, смужка цупкого паперу розміром 150x40 мм із вирізом усередині прямокутної форми розміром 30 х 8 мм, смужка цупкого паперу розміром 60 х 8 мм).
• Спостерігайте інтерференцію на плівці оксиду металу (лезо безпечної бритви — незабарвлене, пінцет, сірники). Лезо безпечної бритви нагріти на полум’ї сірника. Спостерігайте за послідовністю виникнення смуг на поверхні леза. Поясніть це явище. Опишіть, які кольори та в якій послідовності з’являлися на поверхні леза бритви під час її нагрівання.
Ось ми й підійшли до вирішального моменту. Чи варто наполягати на тому, щоб учні засвоїли фізику хоча б на рівні запам’ятовування? На нашу думку, це безперспективно, бо такі знання нічого не значать, через певний час від них нічого не залишиться. Зробивши перехід від механічного заучування до навчання діяльнісного характеру, ми побачили ріст мотивації в навчанні, що сприяє розвитку гнучкого фізичного мислення і впевненості в собі.
2.2. Вправи і задачі з фізики, що використовуються
при формуванні природничо-наукової компетентності учнів
Наведемо приклад завдання для підсумкового контролю з фізики у 9 класі.
На горизонтальній поверхні рівномірно рухаються два тіла, з'єднані між собою ниткою. На перше тіло масою 8 кг почала діяти в горизонтальному напрямку сила так, що тіла стали рухатися за кінематичним законом (м). Маса другого тіла 2 кг, а коефіцієнт тертя тіл по поверхні 0,2.
Початковий рівень. Накреслити схему фізичної ситуації, зробити короткий запис умови задачі і зобразити вектори сил, які діють на тіла.
Перерахуємо елементи знань, які повинен мати учень, щоб виконати вимогу на цьому рівні:
1) позначення маси ();
2) позначення сили ();
3) позначення коефіцієнта тертя ();
4) зображення сили тяжіння ();
5) зображення сили реакції опори ();
6) зображення сили тертя ();
7) зображення сили, що діє з боку нитки на перше тіло ();
8) зображення сили, що діє з боку нитки на друге тіло ().
Якщо учень продемонстрував всі 8 елементів знань, то він одержує 3 бали (відмінно на початковому рівні). Кількість балів (1-3) виставляється залежно від повноти і правильності відповідей.
Середній рівень. Визначити силу , яка почала діяти на перше тіло за умовою задачі.
Елементи знань:
7) конкретизація ;
8) кінематичний закон руху у загальному вигляді ;
9) конкретизація , , ;
10) ;
Якщо учень володіє цими 10-ма елементами знань і визначає силу , він одержує 6 балів (це відмінно для середнього рівня).
Достатній рівень. Визначити сили і , які діють на перше і друге тіла з боку нитки.
Елементи знань:
Якщо учень володіє цими 8-ма елементами знань, він одержує 9 балів (відмінно для достатнього рівня).
Високий рівень. Пояснити, чому ми одержали, що . Чи в кожному випадку це так, від чого це залежить? Визначити прискорення тіл, якщо сила діятиме під кутом до напрямку руху, а також швидкість через 2 с.
Елементи знань:
Залежно від повноти і правильності пояснень і розрахунків учень одержує 10-12 балів.
Другий приклад (для 11 класу). Електричне коло складається із джерела струму, трьох резисторів і конденсатора. Паралельно до першого резистора приєднано конденсатор, а другий і третій резистори з'єднані паралельно між собою. Відстань між пластинами повітряного конденсатора 5 мм.
Початковий рівень. Записати фізичні величини, які задані умовою задачі, та накреслити принципову схему електричного кола.
= 120 В
r = 1 Ом
R1 = 27 Ом
R2 = 20 Ом
R3 = 30 Ом
C = 60 мкФ
d = 5 мм
Елементи знань, які виявляються й оцінюються: позначення фізичних величин, їх одиниці вимірювання, умовні позначення елементів електричного кола на схемах та їх з’єднання (послідовне, паралельне, комбіноване).
Система елементів знань щодо цієї конкретної задачі; , r, R, C, d; В, Ом, мкФ; R1 і С, а також R2 і R3 – паралельне з’єднання, R1–С та R2–R3 – послідовне з’єднання.
Таким чином, маємо 14 елементів знань, якими учень повинен володіти згідно з навчальною програмою. Це «абетка» або «таблиця множення» фізики. Якщо учень усе це успішно виконує, він має одержати 3 бали (це відмінно, але на початковому рівні). За умови неповного виконання цієї вимоги учень одержує 2 або 1 бал. Це дійсно позитивні навчальні досягнення учня, а тому 1, 2, 3 бали аж ніяк не можна вважати негативними оцінками.
Середній рівень. Визначити силу струму в кожному із резисторів та напругу на конденсаторі.
Додаткова система елементів знань: І – сила струму, [І] = 1 А, U – напруга, [U] = 1 В, , , , , , , .
Таким чином, маємо ще 11 елементів знань, якими учень повинен, володіти і вміти їх застосовувати. Якщо учень усе це виконує, він одержує 6 балів.
Достатній рівень. Визначити потужність першого резистора, кількість, теплоти, яка розсіюється другим резистором протягом 5 хвилин, роботу сторонніх сил джерела струму протягом 5 хвилин, енергію електричного поля конденсатора.
Додаткова система елементів знань: Р – потужність, [Р] = 1 Вт, Q – кількість теплоти, [Q] = 1 Дж, t – час, 1 Хв = 60 с, Аст – робота сторонніх сил, [Аст] = 1 Дж, W – енергія електричного поля, [W] = 1 Дж, q – заряд, [q] = 1 Кл, , , , , .
Для виконання вимог задачі на достатньому рівні необхідно додатково ще 17 елементів знань. Якщо учень має ці знання і вміє їх застосувати, він одержує 9 балів (відмінно).
У процесі підготовки до тематичного контролю (навчально-пізнавальний режим роботи) мають виконуватися подібні завдання і чітко визначатися вимоги щодо критеріїв їх оцінювання.
Для здійснення контролю на високому рівні вимоги мають бути нестереотипними, щоб можна було перевірити здатність учнів самостійно мислити, глибоко аналізувати фізичні ситуації і продуктивно застосовувати знання, які передбачені навчальною програмою.
Високий рівень. Визначити густину енергії електричного поля конденсатора. Як вона змінюватиметься, якщо відстань між пластинами конденсатора ми будемо змінювати? Дослідити, як залежить потужність зовнішнього кола від навантаження, тобто при зміні блока резисторів.
Необхідні елементи знань: w – густина енергії електричного поля, [w] = 1 Дж/м3, – електрична стала, Ф/м, – діелектрична проникність речовини, (для повітря), Е – напруженість електричного поля, [Е] = 1 Н/Кл; , , – потужність, яку реалізує джерело струму, – потужність, яка витрачається на внутрішньому опорі джерела струму, – потужність навантаження (зовнішньої ділянки електричного кола), (парабола), (струм короткого замикання), при чи при , висновок при
Маємо додатково 17 елементів знань, які передбачені навчальними програмами з фізики та математики (міжпредметні зв'язки).
Таким чином, учень повинен на високому рівні продемонструвати вміння самостійно мислити і виконувати пошукову навчально-пізнавальну діяльність та робити необхідні узагальнення. Залежно від повноти і якості виконаної роботи вона оцінюється 10, 11, 12 балами.
Урок фізики з комп’ютерною підтримкою
«Електричний опір. Питомий опір»
8 клас
Мета. Ознайомити учнів з електричним опором провідника як фізичною величиною; пояснити природу електричного опору на основі електронної теорії; показати залежність електричного опору від геометричних розмірів провідника; розвивати навички аналізувати, порівнювати, робити висновки; формувати компетенції саморозвитку і самоосвіти; виховувати допитливість, спостережливість.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Демонстрації:
Хід уроку
І. Мотивація уроку.
Учитель. На попередньому уроці ми, виконуючи лабораторну роботу, складали електричне коло та вимірювали силу струму і напругу.
Давайте пригадаємо прилади, з яких складається електричне коло (на дошці зображено електричну схему і кросворд).
Завдання 1
Користуючись схемою електричного кола, розгадати кросворд.
Відповіді:
1. Провідник. 2. Лампочка. 3. Резистор. 4. Вольтметр. 5. Джерело. 6. Вимикач. 7. Амперметр.
Завдання 2 (учні працюють із програмою «Педагогічний програмний засіб. Віртуальна фізична лабораторія 7-9. Версія 1.0).
Дослідити, що покажуть амперметр і вольтметр, якщо в електричне коло вмикати по черзі різні провідники, що мають однакові геометричні розміри (рис. 1).
Записи зробити в зошиті.
Очікувана відповідь. Вольтметр показує однакову напругу, а амперметр – різну силу струму.
Учитель. Чому амперметр показав різну силу струму?
(Учні пропонують варіанти відповідей.)
Учитель. Відповідь на це запитання ми одержимо на нашому уроці.
ІІ. Повідомлення теми та мети уроку. Обговорення завдань уроку, визначення учнями очікуваних результатів, користуючись схемою:
після закінчення уроку я зможу:
ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
План
Учитель. Щоб розв'язати нашу проблему, давайте уявимо, що ми можемо побачити, як побудовано метал.
(Демонстрація моделі кристалічної решітки, між вузлами якої рухаються електрони, аналіз моделі.)
Очікувана відповідь. Електрони взаємодіють між собою, відштовхуються, оскільки заряджені однойменно. Це впливає на швидкість їхнього руху. Електрони взаємодіють з йонами, які заряджені позитивно. Електричне поле йонів також впливає на швидкість руху електронів.
Учитель. Це означає, що в провіднику створюється опір електричному струму.
(Учні записують означення.)
Електричним опором називають фізичну величину, яка характеризує протидію електричному струму в провіднику.
Учитель. Знайдіть у підручнику, якою буквою позначають опір, одиниці його вимірювання (с. 62).
Позначають опір буквою R.
(Учні записують у зошити.)
За одиницю опору взято опір провідника зі струмом силою в 1 ампер при напрузі на його кінцях 1 вольт:
.
Учитель. Як пояснити, що в нашому віртуальному досліді покази амперметра були різними?
Очікувана відповідь. Різні матеріали мають різний опір, оскільки відрізняються внутрішньою будовою.
Учитель. Проведемо досліди, за допомогою яких спробуємо з'ясувати, від чого ще може залежати опір провідника.
(Демонстрація дослідів залежності електричного опору від геометричних розмірів провідника.)
Учні пояснюють одержані результати на основі електронної теорії і записують висновок:
R ~ l
R залежить від речовини.
Учитель. Щоб урахувати залежність опору провідника від речовини, треба обчислити так званий питомий опір. Уведемо позначення:
– питомий опір. Тоді
Визначимо фізичний зміст питомого опору та одиниці його вимірювання. Якщо l= 1; I = 1, то і
; .
На практиці зручніше використовувати наступну одиницю питомого опору: .
Питомий опір визначено для кожної речовини і його значення можна знайти в таблиці.
(Учні відкривають с. 63 підручника «Фізика–9».)
Учитель. Що показує запис ?
(Робота з таблицею по відпрацюванню відповіді на вищевказане запитання.)
Учитель. Для чого можна використати провідники з великим і малим питомими опорами?
Для відповіді на це запитання створимо конструкторські бюро, яким необхідно, користуючись таблицею питомого опору, підібрати матеріали для нагрівальних елементів та шнура (електричні плитки, праски, кип'ятильники, фени).
Учні працюють у групах:
1. Електрична плитка.
2. Праска.
3. Кип'ятильник.
4. Фен.
Результати записують до таблиці, яка зображена на дошці:
|
Нагрівальний елемент |
Шнур |
Електрична плитка |
|
|
Фен |
|
|
Праска |
|
|
Кип'ятильник |
|
|
Учитель. А зараз розв'яжемо задачі на знаходження величин із формули
.
Самостійна робота в парах. Учні розв’язують № 6.23, № 6.27 за збірником задач з фізики для 9 класу; Ненашев І. Ю. (Після розв'язання учні порівнюють результати з розв'язком на дошці.)
IV. Підсумок уроку.
На початку уроку кожен для себе визначив мету і завдання.
Давайте проаналізуємо результати.
(Спільний аналіз успішності учнів на уроці.)
V. Домашнє завдання.
Опрацювати § 29, вправа № 30 № 2, 6*с.159 (Завдання для бажаючих: скласти кросворд до теми, написати вірш, казку, зробити рекламу.)
Проблемний характер навчання
як реалізація діяльнісного підходу
Про те, що діти відрізняються одне від одного не тільки, наприклад, кольором очей, а й успішним виконанням тієї чи іншої роботи, говорили найдопитливіші уми вже в давнину. Звернули вони увагу й на те, що людина досягає успіху в діяльності навіть тоді, коли на шляху до цього існують якісь перешкоди.
Для того щоб справді активізувати розумову діяльність учня, недостатньо поставити перед ним задачу, треба зробити так, щоб у нього виробилося своє, особистісне ставлення до неї, виникла особиста зацікавленість у її розв’язуванні. Тільки тоді з’явиться те емоційне тло, що сприяє підвищенню ефективності розумової діяльності. Доведено, що найактивніше учень залучається в процес пізнання, якщо виникають протиріччя, тобто, якщо його особисті уявлення різняться з деякими поглядами, положеннями, що виникають під час уроку. Тоді проявляється його внутрішнє «Я», виникає природне бажання з’ясувати, в чому полягає сутність питання. Кращий засіб ефективно розв’язувати задачі — опанування розумових дій, засвоєння знань за допомогою активізації розумової діяльності учнів — використання проблемного навчання.
Це приводить до того, що дії і знання учнів змінюють структуру, вони стають більш осмисленими, міцнішими, надовго запам’ятовуються. Вони перетворюються в розумову дію.
Реалізація діяльнісного підходу
в проблемному навчанні
Задача. З якою початковою швидкістю необхідно кинути тіло вертикально вгору, щоб воно досягло висоти h = 15 м через t = 3с і t = 2 с?
Чи усім доводилося в житті що-небудь кидати, чи уявили ви кинуте тіло та яким його собі уявили? (Вступно-мотиваційний етап навчальної діяльності.) Учні із задоволенням відповідають на прості й зрозумілі запитання, обговорення відбувається досить жваво. Потім, відповідаючи на запитання: «Якщо початкова швидкість тіла більша, то як зміниться висота піднімання?», вони передбачають характер розв’язування задачі, стверджуючи, що для досягнення висоти 15 м за 2 с початкова швидкість тіла має бути більшою, ніж для випадку, коли час дорівнює 3 с, тобто має бути >
З’ясовується характер руху тіла, пригадуються формули, що описують цей рух:
h= vt -
(орієнтування на виконавчу частину). Визначаємо , підставляємо числові значення та обчислюємо (виконавча частина):
тобто <
Учні починають шукати помилку в обчисленнях, але її немає. Дуже корисно накреслити траєкторію руху. Чим з більшою швидкістю кинути тіло, тим швидше воно підніметься на висоту 15 м, але тим довше підніматиметься до максимальної висоти і тим пізніше опуститься на ту саму висоту 15 м. На висоті 15 м воно опиняється двічі, числа в умові задачі підібрано так, щоб відповідати руху тіла вниз.
Висновки
Нова українська школа має ефективно допомогти учневі розкрити, розвинути особистісний потенціал та сформувати стійкі компетентності, які необхідні при досягненні його життєвого успіху. Вона повинна готувати їх до життя, повноцінного життя.
Мета природничо-математичної освіти в сучасній школі полягає у формуванні в учнів засобами навчальних предметів системи знань та спроможності використовувати ці знання в повсякденному житті та творчому розвитку особистості .
Компетентність інтелектуальних надбань у галузі певної природничої науки передбачає засвоєння школярами сукупності наукових знань, оволодіння учнем інструментами і інтелектуальними технологіями, які сприяють формуванню її когнітивної автономії, необхідної в подальшому самостійному житті.
Критеріями компетентності інтелектуальних надбань є володіння старшокласниками системою основних знань специфічних для певного природничого предмету; мислення, засноване на принципах наукового пізнання; вирішення учнями завдань природничого змісту; застосування ними основних знань з навчального предмету в різних реальних ситуаціях. Компетенція наукового дослідження виявляється як дослідницька діяльність, що є стимулом до наукового пізнання природи та формування ставлень, які в подальшому виявляються в повсякденній діяльності особистості.
Критеріями компетентності наукового дослідження є спостережливість учнів; планування дослідження (практичного або ж теоретичного); виконання практичного або ж мисленевого експерименту; вирішення проблемних і значущих ситуацій. Компетентність спілкування науковою мовою, специфічною для природничих виявляється через володіння старшокласниками точною, логічною, доказовою, аргументованою, переконливою мовою, яка є головною і найбільш досконалою формою наукового спілкування, засобом передавання змістової інформації про нагромаджений суспільний досвід, результати пізнання та творчості. Критеріями компетентності спілкування науковою мовою є участь старшокласників у конструктивних дискусіях на природничо-наукові теми з використанням наукової термінології; вільне і чітке викладення наукової інформації в письмовій і усній формах; наукове пояснення одержаних експериментальних результатів; підготовка наукових повідомлень та виступів.
Компетентність безпеки навколишнього середовища має провідну роль у відновленні гармонічних відносин між людиною і природою. Наразі освіта має забезпечити покращення стану навколишнього середовища внаслідок формування в учнів поваги до екологічних взаємозв’язків у природі. Складовими цієї компетентності є знання правил і норм поведінки, розуміння значущості природи, формування правильного ставлення сприяння захисту природних ресурсів та навколишнього середовища. Критеріями компетентності безпеки навколишнього середовища є здатність визначати техногенні та екологічні проблеми певної місцевості, країни в цілому та планети Земля; дотримання норм цивілізованої поведінки в оточуючому світі; свідома участь у діях по захисту навколишнього середовища на місцевому рівні; здатність оцінювати наслідки зміни навколишнього середовища для природи в цілому, для суспільства та особистого здоров’я.
Формування природничо-наукової компетентності складний процес розумового виховання особистості, який найінтенсивніше відбувається в період систематичного вивчення основ природничих наук і набуття суспільного досвіду. Цей процес передбачає оволодіння учнями сукупністю основних знань; розвиток навичок використання набутих знань в конкретних ситуаціях; вирішення різних проблемних ситуацій із застосуванням набутих функціональних знань; вирішення значущих ситуацій, певних комплексних проблем повсякденного життя, виявляючи ставлення, відповідно до набутих компетентностей. Визначення системотвірної основи, компонентів та критеріїв сформованості природничо-наукової компетентності є необхідною умовою результативності сучасної шкільної природничої освіти. Міждисциплінарний характер природничо-наукової компетентності є основою для визначення компетентностей, яких має набути учень у процесі вивчення окремих природничих наук: компетентність інтелектуальних надбань у галузі певної природничої науки; компетентність наукового дослідження; компетентність спілкування науковою мовою, специфічною для певної природничої науки; компетентність створення безпеки навколишньому середовищу.
Список використаних джерел
1