Сборник контекстных задач по методике обучения физике. Учебное пособие для студентов педагогических вузов

Раздел 2

5.Сравните явления электростатической индукции и электромагнитной индукции. Предложите способ изучения этих явлений на основе их сравнения в средней (полной) школе.

6.Предложите наиболее полный набор экспериментов (демонстрационных и лабораторных) на уроке по введению понятия «Явление электромагнитной индукции».

7.Разработайте сценарий урока по изучению закона электромагнитной индукции.

8.Представьте себе такую ситуацию на уроке. Ученик, отвечая у доски, говорит: «Майкл Фарадей взял проволочную катушку, соединил ее с гальванометром, внес в катушку магнит

иувидел, что стрелка гальванометра отклонилась. Так он открыл явление электромагнитной индукции». Как вы отреагируете на такой ответ ученика?

9.Известен исторический факт о трудностях, с которыми сталкивались предшественники Фарадея при изучении взаимосвязи электрических и магнитных явлений. В чем состояли эти трудности? Как Фарадею удалось их преодолеть? Предложите способы рассмотрения данного историко-научного материала на уроках физики.

10.Изучение правила Ленца неизменно вызывает трудности у учащихся. В чем эти трудности состоят, и какие причины их вызывают? Предложите учебный физический эксперимент

икомпьютерные иллюстрации для изучения правила Ленца.

11.В различных УМК по физике для основной и средней (полной) существуют различные формулировки правила Ленца. Сравните эти формулировки. Какой из них Вы отдали бы предпочтение и почему?

12.Существуют физические законы разной степени общности. С каким наиболее общим фундаментальным физическим законом связано правило Ленца? Можно ли правило считать законом? Считаете ли вы целесообразным обсудить этот вопрос

сучащимися в средней (полной) школе, если да, то как?

13.Одной из стержневых идей школьного курса физики следует считать идею относительности. Как эта идея развивается в теме «Электромагнитная индукция»? Предположите, что будет наиболее интересным и самым трудным для учащихся при рассмотрении этого вопроса.

41

Часть I

14.Явление электромагнитной индукции находит широкое применение в технике. Разработайте фрагмент урока по обобщению знаний учащихся об этом.

15.Что вы видите общего в явлении самоиндукции и в проявлении инертности макротел? Является ли аналогия между самоиндукцией и проявлением инертности чисто внешней? Разработайте фрагмент урока по изучению магнитного поля на основе этого сравнения.

16.При формировании научного мировоззрения учащихся очень важно показать, что причиной всех физических явлений выступают фундаментальные физические взаимодействия. Укажите причину и следствие в явлении электромагнитной индукции. Предложите идеальный ответ ученика, раскрывающий эту причинно-следственную связь.

2.3.6.Электромагнитные колебания и волны

1.Завершенность курса физики основной школы приводит

ктому, что уже на этапе 9-го класса учащиеся изучают такое абстрактное и сложное физическое понятие, как электромагнитные колебания. Составьте максимально короткий учебный текст, описывающий явление установления свободных электромагнитных колебаний.

2.Проследите, развитие знаний учащихся об электромагнитных колебаниях от основной к средней (полной) школе.

3.Существуют различные классификации электромагнитных колебаний. Возможными классификационными признаками могут быть вид зависимости физических величин от времени, состав колебательной системы, энергетические превращения при электромагнитных колебаниях и др. Предложите возможные классификации электромагнитных колебаний. Какие виды

электромагнитных колебаний целесообразно рассматривать в курсах физики основной и средней (полной) школы на базовом

ипрофильном уровнях? Ответ обоснуйте.

4.В литературе встречаются термины «Электрические ко-

лебания» и «Электромагнитные колебания» применительно к процессам в закрытом колебательном контуре. Какое название, на ваш взгляд, является наиболее правильным и полным. Ответ обоснуйте.

42

Раздел 2

5.Предложите несколько видов таблиц аналогий для изучения различных групп электромагнитных колебаний (свободных, вынужденных и авто). Разработайте фрагменты урока с применением таких таблиц в курсе физики основной и средней (полной) школы. Какой вред может нанести применение этой аналогий?

6.Одной из самых важных причин низкого уровня усвоения учащимися знаний об электромагнитных колебаниях выступает невозможность их непосредственного наблюдения. В связи

сэтим особую роль при изучении данной темы играет учебный физический эксперимент. С какого демонстрационного опыта, на ваш взгляд, целесообразно начать изучение свободных электромагнитных колебаний. Опишите этот эксперимент.

7.В школьном курсе физики традиционно изучаются три вида электромагнитных колебаний – свободные, вынужденные и автоколебания. В какой последовательности целесообразно их изучать. Ответ обоснуйте.

8.Как вы объясните учащимся, что колеблется, когда в колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания?

9.Предположим, что один из учеников в классе сказал: «Автоколебания следует отнести к свободным колебаниям, поскольку частота их определяется свойствами самой колебательной системы», – а второй возразил на это так: «Автоколебания относятся к вынужденным колебаниям, так как происходят за счет периодически поступающей от источника энергии и не затухают». Кто из них прав и почему?

10.В различных УМК по физике встречаются два подхода

кструктурированию учебного материала о механических и электромагнитных колебаниях и волнах – изучение этих явлений в едином разделе, который в методической литературе называют колебательно-волновым концентром, и изучение механических колебаний и волн в разделе «Механика», а электромагнитных – соответственно в разделе «Электродинамика». Проанализируйте различные УМК с точки зрения реализации этих подходов.

11.На основе анализа, проведенного при выполнении предыдущего задания, выявите достоинства и недостатки объединения материала о колебаниях и волнах в колебательно-волновой концентр. Оформите результаты выполнения данного задания в виде таблицы.

43

Часть I

12.Какую роль может сыграть обучение учащихся решению задач по теме «Электромагнитные колебания». Классифицируйте задачи, приведенные в одном из сборников задач для основной

исредней (полной) школы.

13.Предложите вариант структуры электродинамики Максвелла, которую целесообразно рассмотреть на уроке физики в 11-м классе. Какое место в этой структуре занимают электромагнитные волны?

14.Какова роль опытов Герца в становлении электродинамики Максвелла? Разработайте фрагмент урока по изучению опытов Герца.

15.При ответе на вопрос об открытии электромагнитных волн Герцем ученик утверждал, что Герц определил частоту электромагнитных волн по формуле Томсона. Проанализируйте этот ответ и оцените его.

16.Предложите систему демонстрационного эксперимента по изучению свойств электромагнитных волн радиодиапазона.

17.При изучении принципов радиосвязи в классах физикоматематического профиля ведущая роль может быть отведена вопросам радиосвязи и радиолокации, образования «мертвых зон» для волн различной длины волны. В классах биолого-химичес- кого профиля – взаимодействию электромагнитного излучения с веществом. В классах, изучающих физику на базовом уровне, – истории изобретения радио, проблеме признания заслуг изобретателей, особенностям радиотелефонной связи, распространенности использования радиоволн в жизни человека. Подберите электронные образовательные ресурсы для этих трех уроков.

18.Составьте несколько заданий для учащихся, проверяющих понимание того, что колеблется в звуковой и электромагнитной волне.

19.Можно ли устанавливать аналогию между механическими и электромагнитными волнами, ведь их природа различна? Ответ обоснуйте. Если считаете возможным проведение такой аналогии, разработайте дидактические материалы к уроку, где эта аналогия может сыграть эвристическую роль.

20.Какие виды графиков необходимы для того, чтобы охарактеризовать волну (механическую или электромагнитную)? Какие виды графиков из всех вам известных отражают про- странственно-временное существование материи?

44

Раздел 2

21.Существенным систематизирующим и обобщающим потенциаломобладаетшкалаэлектромагнитныхволн.Составьтемаксимально подробную таблицу на основе шкалы электромагнитных волн для учащихся классов физико-математического профиля.

22.Свойства физических объектов и процессов обнаруживаются в физических явлениях и характеризуются физическими величинами. Заполните следующую таблицу о волнах. Предложите способы работы с такой таблицей на уроках физики в средней (полной) школе.

Волновые явления Свойства волн Физические величины

23.В некоторых учебных пособиях встречается такое утверждение: «При детектировании принятого антенной электромагнитного сигнала происходит разделение высокочастотной

инизкочастотной составляющих. Затем низкочастотная составляющая преобразуется в звуковой сигнал». Какие пояснения к такому фрагменту текста вы считаете необходимым дать учащимся?

24.Обсуждение вопросов распространения радиоволн у поверхности Земли, а также возникновения зон приема и блокирования мобильной связи (аналогичных вопросам распространения радиоволн в ионосфере Земли) требует рассмотрения образования и распространения электромагнитных волн в плазме. Составьте учебный текст для учащихся об этих явлениях.

25.Разработайте набор заданий с применением электронных образовательных ресурсов для учащихся классов физико-

математического профиля, направленных на формирование и диагностику представлений учащихся о распространении электромагнитных волн в плазме.

2.4.Оптика, квантовая физика

2.4.1.Электромагнитная природа света и основы СТО

1. Какие доказательства электромагнитной природы света целесообразно обсуждать с учащимися? Проследите преемственность в формировании знаний учащихся по этому вопросу от основной к средней (полной) школе. Какие дополнительные

45

Часть I

обоснования электромагнитной природы света целесообразно включить в курс физики профильного уровня?

2.Проанализируйте различные УМК по физике с точки зрения существования самостоятельного раздела «Оптика» и его структуры.

3.В каких разделах курса физики и в какой последовательности, на ваш взгляд, целесообразно изучать геометрическую оптику, волновые и квантовые свойства света? Ответ поясните.

4.История развития взглядов на природу света полна драматизма и обладает существенным воспитательным потенциалом. Предложите пути ознакомления учащихся с историко-научным

иисторико-биографическим материалом по данному вопросу.

5.Предложите классификацию различных способов определения скорости света, которую вы считаете целесообразным включить в изучение материала об электромагнитной природе света.

6.Совпадение скорости электромагнитных волн в вакууме со скоростью света в вакууме является ведущим доказательством электромагнитной природы света. Предложите фрагмент урока, на котором вы будете обсуждать с учащимися взаимосвязь следующих вопросов: теоретическое предсказание существования электромагнитных волн Максвеллом, открытие электромагнитных волн Герцем и измерение скорости света.

7.Какую роль скорость света как одна из мировых констант играет в физической науке, в современной технике и школьном физическом образовании?

8.Верны ли выражения: «Интерференция и дифракция света доказывают волновую природу света» и «Интерференция и дифракция света доказывают электромагнитную природу света»?

9.Какие фундаментальные физические эксперименты легли в основу специальной теории относительности? Предложите методы и формы изучения учащимися этих экспериментов на уроках физики в средней (полной) школе.

10.Разработайте план-конспект урока по теме «Постулаты специальной теории относительности». Как на таком уроке показать зарождение релятивистских идей в недрах электродинамики Максвелла?

11.Разделите следующие идеи специальной теории относительности на две группы – постулаты специальной теории

46

Раздел 2

относительности и следствия из них: относительность одновременности, инвариантность скорости света, предельный характер скорости света, сокращение длин, замедление времени, принцип относительности Эйнштейна, релятивистский закон сложения скоростей. Какие, на ваш взгляд, ошибки могут совершить учащиеся, если вы предложите им выполнить аналогичное задание?

12.Разработайте фрагмент урока по изучению с учащимися относительности одновременности событий.

13.В теме «Элементы специальной теории относительности» проведение натурного учебного физического эксперимента не возможно. Поэтому особую роль играет применение электронных образовательных ресурсов, в том числе различных компьютерных моделей. Подберите электронные образовательные ресурсы к урокам для изучения элементов СТО.

14.Как развиваются представления учащихся о массе при изучении элементов специальной теории относительности? Какие трудности могут встретиться учащимся при обсуждении инертных и гравитационных свойств объектов, движущихся

срелятивистскими скоростями?

15.Предложите фрагмент урока в классе физико-математи- ческого профиля по рассмотрению вопроса о массе фотона и массе света как совокупности фотонов. Как на этом уроке можно создать проблемную ситуацию?

16.Какую роль соотношение массы и энергии, обоснованное

А.Эйнштейном, играет в школьном курсе физики? В каких темах курса целесообразно обращаться к этому соотношению?

2.4.2.Геометрическая оптика

1.Каково место и значение геометрической оптики в учении о колебательных и волновых процессах?

2.Проанализируйте различные УМК по физике для основной и средней (полной) школы с точки зрения места геометрической оптики в курсе физики.

3.Разработайте структурно-логические схемы изучения вопросов геометрической оптики в основной и средней (полной) школе. Чем отличаются эти схемы?

4.Перечислите идеализированные модели, с которыми встречаются учащиеся при изучении геометрической оптики.

47

Часть I

Предложите способы формирования знаний учащихся о них

иумений работать с ними в основной и средней (полной) школе.

5.Что позволяет нам использовать такие вымышленные объекты, как точечный источник света, световой луч, для объяснения и предсказания световых явлений, для разработки световых приборов?

6.Предложите задания для организации самостоятельной познавательной деятельности учащихся по изучению следующих вопросов: действительные и мнимые изображения, фокусы, источники.

7.Разработайте фрагмент урока по изучению правила знаков на уроке по теме «Фокусное расстояние собирающей линзы».

8.Как вы отреагируете на высказывание ученика «Выпуклые линзы являются собирающими, а вогнутые – рассеивающими»?

9.Предложите систему задач на построение по геометрической оптике.

10.Разработайте сценарий урока по изучению хода лучей в тонкой линзе.

11.Предложите сценарии урока обучения решению задач по геометрической оптике. Разработайте дидактические материалы к такому уроку.

12.Предложите пути реализации межпредметных связей физики и биологии на примере темы «Геометрическая оптика».

13.Каково политехническое значение изучения геометрической оптики в школьном курсе физики? Предложите различные классификации оптических приборов и устройств, которые находят применение в технике и повседневной жизни.

14.Разработайте систему фронтальных лабораторных работ по геометрической оптике в основной школе. Какие изменения

идополнения следует внести в эту систему при повторении материала и развитии знаний учащихся о геометрической оптике в средней (полной) школе при изучении физики на базовом

ипрофильном уровнях?

15.Разработайте систему демонстрационного эксперимента для изучения геометрической оптики в курсе физики профильного уровня.

16.Составьте варианты контрольных работ по геометрической оптике в основной и средней (полной) школе (при изучении

48

Раздел 2

физики на базовом и профильном уровнях). Выделите элементы знаний и умений учащихся, которые проверяются при выполнении этой работы. Предложите систему оценки результатов выполнения таких работ.

2.4.3.Волновые свойства света

1.В конце XVII в. зародились две концепции о свете – волновая (Х. Гюйгенс, Р. Гук) и корпускулярная (И. Ньютон). Авторитет главы Лондонского королевского общества И. Ньютона сыграл решающую роль в том, что в «ожесточенной борьбе» победила именно корпускулярная теория света. А в начале XIX в. произошли революционные события в понимании того, что такое свет. Разработайте лекцию историко-научного содержания

овозникновении и развитии волновой теории света. Подберите демонстрационный эксперимент и электронные образовательные ресурсы к этой лекции.

2.Составьте структурно-логическую схему изучения волновых свойств света в курсе физики средней (полной) школы. Покажите в ней возможные варианты места изучения дисперсии света.

3.Раскройте смысл понятие «монохроматическое излучение». В каком месте курса и как вы будете вводить это понятие? Проанализируйте различные УМК с точки зрения отражения в них этого вопроса.

4.Считаете ли вы целесообразным изучать с учащимися пространственную и временную когерентность световых волн? Если да, предложите вариант включения этих понятий в учебный материал для учащихся классов физико-математического профиля. Если нет, обоснуйте свою точку зрения.

5.Почему можно наблюдать интерференцию звука от двух независимых источников звука и нельзя – интерференцию света от двух независимых источников света? Предложите фрагмент урока по организации диспута учащихся на эту тему.

6.Существует несколько «интерференционных схем», позволяющих наблюдать интерференцию света – бипризма Френеля, схема Юнга, зеркало Ллойда, билинза Бийе и другие.

Сописания какого эксперимента предлагают начинать изучение световых волн авторы различных УМК? Каково ваше мнение по этому вопросу?

49

Часть I

7.Разработайте фрагмент урока по изучению интерференции света с использованием описания исторического опыта Юнга.

8.Подберите демонстрационный и фронтальный лабораторный эксперимент по изучению интерференции и дифракции света в белом и монохроматическом свете.

9.Можно ли утверждать, что световые волны взаимодействуют, когда происходит явление интерференции света? Возможно ли вообще взаимодействие световых волн друг с другом?

10.Проанализируйте различные УМК на предмет отражения в них взаимосвязи явлений интерференции и дифракции света. Разработайте дидактические материалы для изучения данного вопроса в курсе физики средней (полной) школы. Чем будут отличаться фрагменты уроков для классов, изучающих физику на базовом и на профильном уровнях?

11.Предложите методику изучения интерференции и дифракции света в рамках одного урока. Подберите соответствующий демонстрационный эксперимент к уроку, разработайте дидактические материалы к нему.

12.Как вы объясните ученикам, что при интерференции света закон сохранения энергии не нарушается, несмотря на то, что в некоторых областях пространства интенсивность света больше (или меньше), чем сумма интенсивностей света интерферирующих пучков.

13.Разработайте дидактические материалы и подберите электронные образовательные ресурсы для изучения практического применения интерференции, дифракции и поляризации света.

14.Разработайте сценарий интегрированного урока об оптических явлениях в атмосфере, связанных с дисперсией света.

15.Как с помощью современного учебного оборудования ученики смогут определить длину волны света. Разработайте сценарий урока исследовательской лабораторной работы на эту тему.

16.Подберите учебный физический эксперимент и электронные образовательные ресурсы для изучения поляризации света в классах физико-математического профиля.

17.Разработайте сценарий урока систематизации и обобщения знаний учащихся о волновом движении.

50