Экспериментальное исследование поступательного равнопеременного движения твердого тела

Мастер-класс

УДК 372

А. А. Марко

Экспериментальное исследование поступательного равнопеременного движения твердого тела

Как сформировать ключевые компетенции у школьников на уроках физики?

Аннотация. Автор делится опытом реализации ФГОС на уроках физики. Предлагает формирование у школьников системы ключевых компетенций, позволяющих выпускнику адекватно воспринимать информацию физического содержания, критически анализировать информацию, представленную в любой форме, планировать деятельность по получению новой информации, выдвижению и проверке гипотез.

Ключевые слова: ФГОС, урок физики, экспериментальное исследование, ключевые компетенции

Аннотация урока

В рамках реализации ФГОС-2010 наиболее приоритетными являются уроки физики, не передающие учащимся готовую систему теоретических знаний, а формирующие у школьника систему ключевых компетенций, позволяющих выпускнику адекватно воспринимать информацию физического содержания. Последнее означает наличие способности у выпускника школы критического анализа информации, представленной в любой форме, планирования и проведения исследования по получению новой информации, включающие этапы поптановки пелей, выдвижения гипотез, построение физической и/или математической модели эксперимента, проведение эксперимента и всесторонняя обработка результатов эксперимента. Процедуры получения экспериментальных данных предполагают широкое и в тоже время целесообразное применение современных цифровых и аналоговых приборов, программных средств.

Ниже представлена разработка урока построенного с учетом реализации вышеуказанных задач на примере занятия в 10 физико-математическом классе гимназии №44 города Пенза по теме «Экспериментальное исследование поступательного равнопеременного движения твердого тела». Основной целью урока является формирование представления у учащихся о экспериментальном методе исследования. Первая часть урока (1 академический час) - экспериментальная проверка, ранее изученных законов кинематики прямолинейного равноускоренного движения. Можно отметить проблемный характер заданий (нет готового алгоритма выполнения). Вторая часть урока (1 академический час) - решение исследовательской задачи о выявление функциональной зависимости физических величин, описывающих криволинейное равноускоренное движение (свободное падение). Решение второй задачи подразумевает построение учащимися мате-

матической модели опыта и соотнесение результатов эксперимента и теоретического расчета. Для оптимизации времени урока отведенного на обсуждение ключевых проблем и результатов, взамен рутинной расчетной работы, используются возможности EXCEL. Проведение исторической параллели, постановка проблемных вопросов, расширение кругозора учащихся реализуется путем использования на уроке цифровых образовательных ресурсов по физике компании «1С».

Описание урока

Тема: Экспериментальное исследование поступательного равнопеременного движения твердого тела. Структура урока:

этапы урока Время реализации Виды деятельности

Постановка проблемы №1 3-5 минут Просмотр ЦОР Беседа, актуализирующая знания учащихся

Разработка экспериментальной установки 5 минут Беседа, сопровождающая демонстрационный эксперимент

Проведение исследования 25 минут Экспериментальное исследование, по предложенным задачам

Обсуждение результатов 10 минут Беседа и защита результатов, оценка достоверности результатов

Постановка проблемы №2 3-5 минут Просмотр ЦОР Беседа, актуализирующая знания учащихся

Построение математической и физической модели исследования 5 минут Беседа, самостоятельная работа

Проведение экспериментального исследования 25 минут Выполнение эксперимента Обработка результатов опыта

Обсуждение результатов 10 минут Бесед а и защита результатов, оценка достоверности результатов

Используемое оборудование:

1. Демонстрационный комплект по механике поступательного движения (например, L-micro) c компьютерной измерительной системой

2. Лабораторный комплект по механике

3. Компьютер, проектор Программные средства и ЦОР:

1. Компьютерная измерительная система

2. «Физика-10» электронное пособие компании 1С. Ход урока.

1. Теоретическое изучение законов равнопеременного движения позволило записать законы, описывающие изменение с течением времени скоростей и радиус-векторов частиц:

v = v0 + at

“ ^ ^ ^ at2 r =r0+V + —

58

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/2

Мастер-класс

Такой результат возможен благодаря использованию дифференциально-интегрального счисления, заложенного Ньютоном (графическое интегрирование уравнения скорости).

Однако основные результаты были получены до Ньютона на основе экспериментального подхода Г. Галилея. Предлагаю посмотреть анимационный ролик об исследовании Галилеем законов равноускоренного движения без начальной скорости.

2. Организуем беседу, в ходе которой обсуждаем особенности установки (длина желоба, необходимость обеспечения скольжения, а не качения шара). Методику измерения промежутков времени, результаты опыта (S ~ t2).

3. Проводим экспериментальное исследование прямолинейного равноускоренного движения в демонстрационном варианте. Основные задачи: 1). Определение ускорения; 2) Исследование зависимости S (t).

Показ анимационного ролика

Фрагменты и идеи эксперимента понятны из фотографий с урока

Проводится измерение времени прохождения каретки под каждым сдатчиком и между датчиками, что позволяет рассчитать приближенно мгновенные скорости каретки в двух точках траектории и по определению рассчитать ускорение движения.

Для оперативного исследования зависимости перемещения от времени используются возможности электронных таблиц EXCEL/

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/2

59

Мастер-класс

Заполнение таблицы сопровождается автоматическим нанесением экспериментальных точек на координатную плоскость. Построение аппроксимирующей кривой выполняется посредством метода наименьших квадратов. Основным вопросом является поиск способов доказательства того, что полученная зависимость квадратичная.

4. Учащимся предлагается решить ряд исследовательских задач, используя лабораторный комплект «Механика». Учащиеся сталкиваются с проблемами измерения времени с помощью магнитных датчиков, реализацией движения без начальной скорости. Проверка достоверности полученных результатов проводится с помощью простой программы, выполненной средствами EXCEL, что позволяет вести оперативный контроль результатов и реализовать дифференцированный подход к организации работы школьников.

Задания для учащихся

Часть 1. Исследование прямолинейного равнопеременного движения

Задание 1. Установите край трибометра на высоту

h=_____и определите ускорение, с которым каретка

скользит по нему.

Задание 2. Не изменяя положения трибометра, определите мгновенную скорость в точке с координатой х=______м (начальную координату отсчитывать

от положения первого датчика, который устанавливается так, чтобы каретка двигалась без начальной скорости)

Задание 3. Не изменяя положения трибометра, определите (экспериментально и теоретически) время прохождения кареткой точки с координатой

x2=_____м (начальную координату отсчитывать от

положения первого датчика, который устанавливается так, чтобы каретка двигалась без начальной скорости).

Задание 4. Не изменяя положения трибометра, снять зависимость перемещения каретки от времени по трибометру без начальной скорости.

Задание 5. Не изменяя положения трибометра, снять зависимость мгновенной скорости каретки от времени при движении по трибометру без начальной скорости.

60

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/2

Мастер-класс

X4h**<1 L&tl Пи |*|

L-=J 1*4^1 В** I-ИЕ LgM Дч m ]£rw VttttM

Л i.J. ,il ] j Ч з \ - t 4 * at У. yjl 1J. jlM i J В Л

I^JCv ^ H  Ж * S I li'Jfl lit j'i'|

f. .................... ~ '________________________

___ЛЕ C_____________a____________E F_____________L-____________M

Проверка результатов заданий №1, 2. 3

Вариант персональных результатов /заботы ученика. Второе задание выполнено не правильно. Истинный результат заложен в виде интервала, с учетом границ погрешностей, возможных (допустимых) в эксперименте.

Фотографии, поясняющие ход исследований ребят, руководство их работой и обсуждение того, как работает программа проверки результатов.

Инновационные проекты и программы вобразовании 2011/2

61

Мастер-класс

5. Криволинейное движение точки ярко иллюстрируется движением точечного тела в поле тяжести Земли,

если ему сообщить скорость, направленную под углом а е (0,900) к вертикали. Познакомимся с историей изучения баллистического движения.

Показ анимационного ролика

6. Вторая часть исследований школьников имеет вид экспериментальной задачи. Учащиеся должны не только предложить схему эксперимента, но и построить его матемктическую модель, провести сопоставление результатов эксперимента и теории.

Задания, предложенные школьникам:

Часть 2. Исследование криволинейного движения материальной точки Задание 1. Исследовать зависимость дальности полета тела, брошенного горизонтально, от высоты бросания.

Задание 2. Определить по результатам задания 1 значение ускорения свободного падения.

7. В заключение урока проводится обсуждение вопросов, связанных с уточнением результатов, совершенствованием методики измерений кинематических величин.

Литература

1. Аюбашева С.И., Давыдова Н.Н., Ивонин А.О. Организация образовательного процесса в начальной школе на основе проектно-исследовательских и индивидуализиро-нанных форм учебной деятельности. // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. - 2010. - №3.

2. Бабий Е.А. Инновации сегодня - стандарт завтра // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. -2010. - №5.

3. Балашова А.И., Ермолова Н.А., Потылицына А.Ф. К вопросу о развитии универсальных действий // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. -

2009. - № 5.

4. Мусорина А.А. Использование вариативной части ФГОС СПО третьего поколения для получения дополнительных профессиональных компетенций с учетом запросов работодателей // Инновационные проекты и программы в образовании. - 2011. - №1.

5. Сиденко Е.А. Мастер-класс: «Инновационная деятельность учителя в условиях введения ФГОС второго поколения» // Муниципальное образование: инновации и эксперимент - 2010. - №4.

6. Сиденко Е.А. Универсальные учебные действия: от термина к сущности// Эксперимент и инновации в школе. -

2010. - №3.

62

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/2