CC BY
25
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ УСВОЕНИЯ ЗНАНИЙ ШКОЛЬНОГО КУРСА ФИЗИКИ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА ОСНОВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
А.Н. Кузьмина, Г.П. Стефанова
Аннотация. В статье приводится пример проектирования программы усвоения физических знаний школьного курса физики в рамках реализации Федерального государственного образовательного стандарта основного образования. Предлагается программа по теме «Световые явления» курса физики основной школы.
Ключевые слова: физические понятия, усвоение знаний, задания - упражнения, световые явления.
Summary. The article deals with the example of designing a program of mastering the school course of physics within implementation of the Federal state educational standard of the basic education. The program on the subject "Light Phenomena" of a course of physics of the basic school is offered.
Keywords: physical concepts, mastering the knowledge, tasks-exercises, light phenomena.
Б
азовым положением Федерального государственного образовательного стандарта основного образования является утверждение, что развитие личности в системе образования обеспечивается, прежде всего, формированием универсальных учебных действий (УУД). При этом знания формируются, применяются и сохраняются в тесной связи с активными действиями самих учащихся. Концепция УУД рассматривает компетентность как «знание в действии», то есть достижение учащимися способности использовать на практике полученные знания.
Программа усвоения элементов физических знаний представляет со-
бой перечень предметных знаний, которые должны быть усвоены учащимися, и виды деятельности (умения, компетенции), в которых эти знания используются, дополненные заданиями-упражнениями для усвоения знаний и овладения выделенными видами деятельности [1, с. 10].
Нами разработана серия таких программ по некоторым темам курса физики основной школы. Темы не привязаны к классам, что дает учителю возможность использовать тот материал, который ему подходит в данный момент. В курсе физики основной школы существуют разные виды научных знаний. Из множества физических знаний
149
Таблица 1
Виды деятельности, программа выполнения которых составляется с опорой на физическое понятие
Виды понятий Виды деятельности
Понятие о физ. явлении 1. Распознавание явления, соответствующего понятию, в конкретной ситуации. 2. Воспроизведение явления, соответствующего понятию, в конкретной ситуации.
Понятие о физ. объекте 1. Распознавание объектов, соответствующих понятию, в конкретной ситуации. 2. Воспроизведение конкретных объектов, соответствующих понятию.
Понятие о физ. величине 1. Нахождение конкретного значения физ. величины в конкретной ситуации. 2. Воспроизведение свойства объекта (явления), интенсивность которого задана конкретным значением физической величины.
Понятие о состоянии 1. Распознавание состояния, соответствующего понятию, в конкретной ситуации. 2. Воспроизведение состояния, соответствующего понятию, в конкретной ситуации.
Понятие о процессе 1. Распознавание процесса, соответствующего понятию, в конкретной ситуации. 2. Воспроизведение процесса, соответствующего понятию, в конкретной ситуации.
Закон 1. Составление уравнения, описывающего заданную конкретную ситуацию. 2. Создание конкретных ситуаций, в которых объективно действует данный закон.
Научный факт 1 .Распознавание конкретных ситуаций, соответствующих научному факту. 2. Создание конкретной ситуации, соответствующей научному факту.
Таблица 2
Программа усвоения знаний в теме «Световые явления»
150
Знания, которые должны быть усвоены учащимися Виды деятельности, адекватные знанию № задания-упражнения
1. Источники света - тела, которые сами создают видимое излучение. Естественные источники света - источники света, существующие в природе. Искусственные источники света - источники света, созданные человеком. Распознавание естественных и искусственных источников света в конкретных ситуациях. Воспроизведение естественных и искусственных источников света в конкретных ситуациях. 1.1. 1.2.
2. Световой пучок - область пространства, в которой распространяется свет. Световые пучки бывают сходящимися, расходящимися и параллельными. Луч света - луч, проведённый от источника света в направлении распространения света Распознавание сходящихся, расходящихся и параллельных пучков света в конкретных ситуациях. Изображение пучков света в конкретных ситуациях. 2.1 2.2
3. Оптическая среда - среда, в которой распространяется свет. Свет распространяется в вакууме и в прозрачных оптических средах. Распознавание оптических сред в конкретных ситуациях. Воспроизведение оптических сред в конкретных ситуациях. 3.1 3.2
4. Однородная оптическая среда состоит из одного вещества. Неоднородная оптическая среда состоит из разных веществ. Распознавание однородных и неоднородных оптических сред в конкретных ситуациях. Воспроизведение однородных и неоднородных оптических сред в конкретных ситуациях. 4.1 4.2
Продолжение таблицы 2
5. Точечный источник света - источник света, размеры которого намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие: — !г ю , 1 -расстояние от источника света до места наблюдения, а - максимальный размер протяженного источника света. Распознавание точечных источников света в конкретных ситуациях. 5.1
6. В однородной оптической среде свет распространяется прямолинейно. Тень - область пространства, в которую не попадает свет от источника света. Полутень - область пространства, в которую попадает свет от части источника света. Изображение световых лучей, распространяющихся от источника света в оптической среде с препятствиями. Распознавание области тени и полутени в конкретных ситуациях. 6.1 6.2
7. Граница раздела сред - поверхность, разделяющая различные прозрачные однородные среды. Распознавание границы раздела оптических сред в конкретных ситуациях. Изображение границы раздела оптических сред в конкретных ситуациях. 7.1
8. Направление распространение света, попадающего на границу раздела двух оптических сред, изменяется. Если при этом свет возвращается в ту же среду, в которой находится источник света, то говорят, что свет отразился от этой границы. Отражение света - это явление, заключающееся в том, что свет после отражения от границы раздела двух оптических сред возвращается в ту же среду, в которой находится источник света. Отраженный луч света - луч света, показывающий направление распространения света после отражения от границы раздела оптических сред. Лучи, падающий и отражённый, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к границе раздела двух сред в точке падения луча. Угол падения - угол, образованный падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча. Угол отражения - угол, образованный отраженным лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча. Угол падения а равен углу отражения р. а = р. Распознавание явления отражения света в конкретной ситуации. Воспроизведение явления отражения света в конкретной ситуации. Распознавания падающего и отраженного луча. Построение хода световых лучей в конкретных ситуациях при отражении света. Распознавание угла падения и угла отражения света. 8.1
9. Зеркало - это изделие с гладкой полированной поверхностью, которое отражает световые лучи и формирует изображения предметов. Плоское зеркало - это зеркало, поверхность которого плоская. Предмет - совокупность светящихся точек. Для построения изображения предмета в плоском зеркале необходимо: - нарисовать плоское зеркало, - нарисовать сам предмет, - провести через две какие-либо точки предмета по паре лучей, ход которых до и после зеркала известен, - соединить полученные изображения этих точек. Распознавание зеркала в конкретной ситуации. Воспроизведение зеркала в конкретной ситуации. Распознавание плоского зеркала. Воспроизведение плоского зеркала. Построение изображения предмета в плоском зеркале в конкретных ситуациях. 9.1
151
Продолжение таблицы 2
152
10. Преломление света - физическое явление, заключающееся в том, что при переходе света из одной оптической среды в другую, изменяется направление распространения света. При переходе из одной оптической среды в другую, луч света изменяет направление на границе раздела этих сред. Это явление называется преломлением света. Луч преломленный - луч света, показывающий направление распространения света во второй среде, после прохождения границы раздела оптических сред. Лучи падающий, преломлённый перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух оптических сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Угол преломления - угол, образованный перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча на границе раздела двух сред и преломлённым лучом. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред: Бта/Бту = п. Распознавание явления преломления света в конкретной ситуации. Воспроизведение преломления света в конкретной ситуации. Распознавания падающего и преломлённого луча. Построение хода световых лучей в конкретных ситуациях при преломлении света. Распознавание угла падения и угла преломления света. 10.1
1 1. Среда, обладающая большим показателем преломления относительно воздуха, называется оптически более плотной. Абсолютный показатель преломления воздуха равен =1,003. Абсолютный показатель преломления какой-либо среды связан с ее показателем преломления относительно воздуха Пзтк формулой /1аас = ":г:-. Обычно измеряется показатель преломления различных сред относительно воздуха. Нахождение значений показателя преломления среды в конкретных ситуациях. 11.1
12. Линза - прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. Выпуклая линза - линза, у которой края тоньше, чем середина. Вогнутая линза - линза, у которой края толще, чем середина. Вогнутая линза рассеивает свет, если показатель преломления линзы больше показателя преломления среды, и собирает, если показатель преломления линзы меньше показателя преломления среды. Выпуклая линза собирает свет, если показатель преломления линзы больше показателя преломления среды, и рассеивает, если показатель преломления линзы меньше показателя преломления среды. Распознавание линз в конкретных ситуациях. 12.1
Окончание таблицы 2
13. Оптическая ось - прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Фокус линзы - точка, в которой лучи, направленные параллельно оптической оси линзы, после преломления пересекают оптическую ось. Мнимый фокус - это точка, в которой сходятся продолжения преломленных лучей,направленных параллельно оптической оси рассеивающей линзы. Оптический центр линзы - точка, находящаяся на оптической оси в центре линзы. Фокусное расстояние линзы - расстояние от центра линзы до фокуса. Построение изображения предмета в собирающих линзах в конкретных ситуациях. Построение изображения предмета в рассеивающих линзах в конкретных ситуациях. 13.1 13.2
13. Физическая величина, характеризующая преломляющую способность линзы, численно равна отношению единицы к ее фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы и обозначается буквой D. За единицу оптической силы линзы принята 1 диоптрия (дптр). Фокусное расстояние рассеивающей линзы условились считать отрицательной величиной. Оптическая сила рассеивающей линзы является отрицательной величиной. Нахождение значения оптической силы линзы в конкретных ситуациях. 14.1
можно выделить класс, называемый «физические понятия», который включает в себя следующие виды физических понятий: о физическом явлении, физическом объекте, физической величине, взаимодействии, процессе, состоянии, свойстве, а также научные факты и физические законы [там же, с. 12]. С каждым видом связаны разные виды деятельности по их применению. Рассмотрим виды научных знаний, изучаемых в курсе физики основной школы, и адекватные им виды деятельности, выделенные С.В. Анофриковой [там же]. Представим виды научных знаний и виды деятельности, в которых они применяются в таблице 1.
Приведем пример проектирования программы усвоения знаний с соответствующими видами деятельности по теме «Световые явления», изучаемой в основной школе (табл. 2).
Задания - упражнения для усвоения знаний.
1.1. Выделите естественные и искусственные источники света в следующих ситуациях. Результаты занесите в таблицу 3:
1. Стрелки часов светятся в полной темноте.
2. Во время грозы в темном небе сверкнула молния.
3. На стене играет солнечный зайчик.
4. Пламя свечи.
5. Луна показалась из-за тучи.
6. На большой глубине, куда не проникает солнечный свет, аквалангист увидел светящуюся рыбку.
7. На новогодней елке сверкает гирлянда из разноцветных лампочек.
8. Ночью в темноте хорошо видны светлячки.
1.2. Дополните таблицу 3, полученную в п. 1.1, своими примерами
153
Таблица 3
Естественные источники света Искусственные источники света
Таблица 4
Сходящиеся пучки света Расходящиеся пучки света Параллельные пучки света
Таблица 5
Однородная оптическая среда Неоднородная оптическая среда
154
естественных и искусственных источников света.
2.1. Выделите, какие из приведенных пучков света являются: а) сходящимися; б) расходящимися; в) параллельными. Запишите результаты в таблицу 4.
1. Включенный карманный фонарик.
2. Свет, проходящий в комнату через щель в ставне.
3. Свет, проникающий в комнату через горизонтальные жалюзи.
4. Включенная настольная лампа с абажуром.
5. Солнце над океаном.
6. Свеча стоит перед экраном с круглым отверстием.
7. Свет проходит между зубьями расчески.
8. Включенная настольная лампа без абажура.
2.2. Изобразите пучки света в ситуациях, описанных в п. 2.1.
3.1. Выделите оптические среды в следующих ситуациях. Номера этих ситуаций обведите карандашом.
1. Сугроб снега.
2. Через тонкую корочку льда видно рыбку, плавающую в озере.
3. Космическое пространство.
4. Утренний туман в овраге.
5. Пыльный воздух комнаты.
6. Стеклянная призма.
7. В стакане с газированной водой видны пузырьки.
8. Через пластиковую линейку видны клеточки в ученической тетради.
3.2. Приведите примеры оптических сред в конкретных ситуациях.
4.1. Выделите однородные оптические среды среди тех, которые представлены в задании 3.1. Результаты запишите в таблицу 5.
4.2. Приведите примеры однородных и неоднородных оптических сред. Результаты запишите в такую же таблицу.
5.1. Установите, можно ли источник света считать точечным в следующих ситуациях:
1. Экран сотового телефона освещает замочную скважину двери квартиры.
2. Свет лампы уличного фонаря освещает человека, стоящего в 10 метрах от него.
3. Солнце освещает комнату через окно.
4. Луна освещает клумбу в парке.
5. Лампа дневного света, длиной в 100 см освещает коридор школы.
Таблица 6
Предметы, находящиеся на пути распространения света
Условные обозначения:
I 5 источник
| диафрагма . СВЕТА
зеркало
6. Солнечный зайчик от зеркальца на чашке, стоящей на столе.
6.1. Покажите ход лучей от источников света, если на пути распространения света находятся различные предметы (см. табл 6).
6.2. Подпишите, где образуется тень, полутень в предыдущих заданиях.
7.1. Изобразите границу раздела разных сред в следующих ситуациях:
1. Застывший пруд тает.
2. Свет от настольной лампы освещает страницу книги.
3. На дороге после дождя образовалась лужа.
4. Солнце освещает морское дно.
5. Чай в стакане.
6. Солнечный свет проникает через стеклянное окно в классе.
7. Туман над взлётной полосой аэродрома.
8.1. Укажите направление распространения света, используя закон отражения, в следующих ситуациях:
1. Свет от карманного фонарика освещает дорогу ночью.
3.
4. Угол падения луча лазера на стекло равен 0°.
5. Луч света падает на поверхность стола под углом 30° к поверхности.
6. Луч света отразился от поверхности льда. Угол падения 55°.
9.1. Постройте изображение предмета в плоском зеркале в следующих ситуациях:
2.
5.
! а
Ч
155
6. Свеча стоит перед зеркалом
7. Свеча стоит за зеркалом.
8. Светлячок ползет мимо зеркала.
10.1. Постройте ход световых лучей в следующих ситуациях с применением закона преломления света:
1. Солнечный свет падает на стеклянный кубик и преломляется на верхней и нижней грани.
2. Солнечный свет осветил дно замёрзшей лужи.
3. Врач использует для операции светоотражающую трубку.
4. На дне аквариума с водой лежит зеркало. Как будет изменяться ход отраженного луча по мере заполнения аквариума водой?
5. Луч лазера падает на воду в аквариуме под углом 30° к ней.
6. Луч света выходит из воды под углом 45° к ней.
7. Луч света падает на стеклянную пластину под углом 0° к ее поверхности.
11.1. Найдите значение показателя преломления среды в следующих ситуациях и установите, что это за среда:
1. Световой луч проходит из воздуха в прозрачный камень. Угол падения составляет 30°, угол преломления 11°.
2. Луч лазерной указки проходит из воздуха в жидкость. Угол между падающим лучом и поверхностью жидкости составляет 40°, угол преломления 31°.
12.1. Укажите, какой объект находится в чёрном ящике (линза собирающая, линза рассеивающая, зеркало) в следующих ситуациях:
1.
15В 1.
4.
4.
—
ч —1
2. —1 — 3.
2 - — _ 3
5.
5.
6. -- - -
13.1. Постройте изображение, даваемое собирающей линзой, и укажите свойства этого изображения в следующих ситуациях:
1. Предмет находится слева от линзы и расположен между фокусом и двойным фокусом.
2. Предмет находится справа от линзы и расположен между фокусом и двойным фокусом.
3. Предмет находится слева от линзы и расположен в 3Е
13.2. Постройте изображение, даваемое рассеивающей линзой, и укажите свойства этого изображения в следующих ситуациях:
1. Предмет находится слева от линзы и расположен между фокусом и двойным фокусом.
2. Предмет находится справа от линзы и расположен между фокусом и двойным фокусом.
29 9 □ Г 29
1 1 . 'V
4.
14.1. Найдите оптическую силу линзы в следующих ситуациях:
1. Выпуклую круглую воздушную линзу поместили в воду. Наибольшая толщина линзы равна 5 см, расстояние от центра поверхности линзы до фокуса равно 1 м.
2. Вогнутую круглую воздушную линзу поместили в воду. Наименьшая толщина линзы 3 см. Расстояние от центра поверхности линзы до фокуса равно 80 см.
3. Собирающая линза фотоаппарата имеет фокусное расстояние 0,2 м.
6
