Четвер, 14.12.2017, 18.13.23
Вітаю Вас Гость | RSS

Підгороднянська ЗОШ І - ІІІ ст.

Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0

Красуцька О.Л.

Інтеграція

 фізики та математики як один із засобів

підвищення ефективності навчання

 

                               

Вступ

 

   Сучасне навчання фізики передбачає органічне сполучення експериментального і теоретичного підходів, виявлення суті фізичних законів на основі математичних методів у рамках  навчальної програми.

   Відповідно до Державного стандарту базової та повної загальної середньої освіти зміст фізичної компоненти створює умови для забезпечення усвідомлення учнями наукових фактів, розвиток умінь і дослідницьких навичок, умінь застосовувати набуті знання для розв’язування фізичних задач. У державних вимогах до рівня загальноосвітньої підготовки учнів передбачається володіння вмінням розв’язувати різними способами, будувати та аналізувати графіки.

„З тих пір, як існує вивчення природи, воно має як ідеал завдання об’єднати багатобарвність явищ у єдину істину, а якщо можливо – у єдину формулу”, - писав відомий німецький фізик Макс Планк.

Бажання зробити процес навчання фізики ефективним, цілісним, показати нерозривність наук і можливість  об’єднати багатобарвність явищ у єдину істину, а якщо можливо – у єдину формулу і зумовило вибір проблемної теми, пов’язаної з інтеграцією природничо-математичних наук.

 

Науково-теоретична база

 

У методиці навчання фізики системою, що розв’язує проблему застосування математичних знань у шкільному курсі фізики, вважаються між предметні зв’язки.

   Проте в умовах зміни концепції середньої фізичної освіти змінюється і концепція міжпредметних зв’язків фізики і математики. В умовах диференціації фізичної освіти, що досягається через індивідуальний підхід до навчання і виховання школярів, підвищити якість навчання фізиці можна шляхом формування в них певної бази математичних знань, математичного мислення.

Психолого-педагогічні концепції міжпредметних зв’язків взагалі і фізики та математики зокрема викладені в дослідженнях  Бугайова О.І., Гончаренка С.У., Гусєва В.О., Донченка М.Т., Калапуші Л.Р., Коршака Є.В. та інших вчених-методистів, які стверджують необхідність здійснення міжпредметних зв’язків фізики і математики, застосування математичних знань на уроках фізики, узгодженого викладання цих дисциплін.

Цінність виявлення і здійснення міжредметних зв’язків у навчально-виховному процесі полягає не тільки у формуванні в школярів інтегрованих знань, умінь і навичок, але й у появі нових ідей інтеграції, тобто в процесі навчання міжпредметні зв’язки виконують не тільки навчальну і розвиваючу функції, але й виховну.

Найбільш яскраво виражені в школі стійкі зв’язки фізики і математики. Існує думка, що міжпредметний зв'язок „фізика-математика” ґрунтується на основі загальних фізико-математичних понять (функція, відношення, змінна, величина, залежність, вектор, геометричні перетворення тощо). Зокрема, математичні моделі ефективно „працюють” при розв’язуванні фізичних задач, без яких не може бути реалізоване надійне засвоєння й розуміння фізики.

Аналіз сучасних вимог до процесу навчання, вивчення педагогічної та методичної літератури з даного питання свідчить про існування певних проблем щодо реалізації міжпредметних зв’язків фізики і математики у школі.

 Л.В.Тарасов,  розглядаючи інтегративно - гуманітарний підхід, виділяє два компоненти –  інтеграцію і гуманізацію. Інтеграція припускає, перш за все, розвиток міжпредметних зв'язків, перехід від узгодженого викладання суміжних дисциплін до їх глибокої взаємодії, яка повинна реалізовуватись на різних рівнях.

Перший рівень - «вторгнення в чужу галузь» - полягає в тому, що на уроці з одного предмета використовуються поняття, образи, уявлення з інших дисциплін, тобто, в рамках одного предмету використовуються знання, одержані на уроках з інших предметів. Такі екскурси в біологію, математику, хімію, літературу на уроках фізики сприятимуть не тільки формуванню у школярів цілісної системи знань про навколишній світ, а й кращому засвоєнню суто фізичного матеріалу.

Наступний, більш глибокий рівень інтеграції, припускає, по-перше, використання на уроках із різних предметів загальних принципів, що складають методологічну основу сучасного природознавства і, по-друге, розгляд комплексних проблем, які по самій суті вимагають застосування знань із різних предметів.

Проблема інтеграції фізики і математики є надзвичайно важливою, адже математична підготовка школярів певною мірою впливає на рівень знань із фізики, оскільки:

- вивчення окремих питань шкільного курсу фізики вимагає застосування складних математичних виразів;

- існує необхідність аналізу функціональної залежності між фізичними величинами;

- для розкриття динаміки фізичних явищ і встановлення причинно-наслідкових зв'язків важливо розуміти поняття функції;

- поняття похідної дає змогу кількісно оцінити швидкість зміни фізичних явищ і процесів у часі та просторі;

вміння обчислювати інтеграл дає можливість визначити роботу змінної сили, потужність у колі змінного струму;

- ідеї симетрії дозволяють на основі загальних наукових положень у молекулярній фізиці визначати будову молекул і кристалів, у оптиці - будувати зображення у плоских дзеркалах.

Саме тому інтеграція фізики і математики сприяє кращому засвоєнню і розумінню учнями обох предметів.

 

 

 

 

 

Сутність досвіду

 

Актуальність даного питання зумовлена тим, що в світі  відбувається процес інтеграції знань, який поступово охоплює всі науки про природу і людину. Математика є необхідним інструментом для вивчення фізики, мовою, за допомогою якої можна записати фізичні закономірності, а фізика формує математичне мислення учнів, ілюструє прикладну спрямованість математики, її значення в повсякденному житті.

Поштовхом для роботи над проблемою інтеграції фізики і математики стали такі ситуації:

- на уроках математики учні успішно розв'язують квадратні рівняння,   а   на   уроках   фізики   зазнають труднощів, розв'язуючи рівняння руху

 S = v0t + аt2/2  відносно t;

- учні вміють розв'язувати пропорції,    

але не вміють виразити з них невідому величину ;

- будують графіки функцій у= kх + b, у=ах2 + bх + с, проте мають труднощі при побудові графіків руху тощо.

Причини таких проблем  вбачаю, в першу чергу, в розрізненості шкільних предметів, коли при вивченні кожного береться до уваги тільки його логіка, не враховується логіка і потреби інших суміжних предметів. А їх вирішення - у перебудові викладання природничих наук на основі інтегративно-гуманітарного підходу.

Створенню досвіду передувала кропітка робота по вивченню праць науковців, учених-методистів із даної тематики (Л.Тарасова, В.Бевза, Ю.Діка, І.Туришева, В.Разумовського та ін.)

Важливим етапом, що визначає успішність реалізації даного питання є попередня підготовка вчителя. Робота починається з тісного спілкування з учителем математики. У подальшій діяльності  виділяю такі етапи:

- аналіз шкільних підручників, методичної літератури з метою встановлення рівня відображення в них програмових вимог;

- співставлення та аналіз програм курсів фізики і математики в різних класах;

- виявлення питань, які доцільно розглянути з використанням міжпредметних зв'язків;

- визначення тем уроків, які можна провести інтегровано.

На початку навчального року вчителі фізики і математики опрацьовують програми обох предметів і виділяють спільні теми, де можна об'єднати їх зусилля. На основі досвіду пропонують теми інтегрованих уроків, які можна провести на різних ступенях вивчення фізики та математики (додаток 1).

Відповідно до нової програми з фізики у 7-у класі 12-річної школи вперше почали вивчати тему «Світлові явища». У вимогах до рівня загальноосвітньої підготовки учнів зазначено, що учень повинен уміти будувати хід променів у плоскому дзеркалі, при переході через межу поділу двох середовищ; зображення, утворені за допомогою лінз. А це вимагає достатньої математичної підготовки.

Вивчення даної теми базується на геометричних побудовах, пов'язаних із властивостями трикутників. Зближення в часі вивчення властивостей трикутників у курсі математики, ілюстрація їх застосування при побудові зображень у оптичних системах сприяє поглибленню міжпредметних зв'язків фізики і математики, підсиленню прикладного спрямування вивчення математики. Це дає можливість учителю фізики повною мірою використати знання та навички учнів, одержані на уроках геометрії. А проведений під час вивчення цих тем інтегрований урок із теми «Властивості трикутників і геометрична оптика» значно підвищує ефективність навчання.

Широкі можливості для інтеграції фізики і математики вчитель вбачас під час вивчення механіки.

Поняття функції - одне з основних у математиці. Курс фізики 10-го класу відкриває всі можливості для конкретного вивчення функцій та їх графіків. Формули кінематики V=V0t, Х=Хо+Vоt + аt2 є окремими випадками математичних функцій у= kх + b, у=ах2 + bх + с.

Метод побудови графіків уже відомий учням, проте слід звернути особливу увагу на використання графіків руху для потреб людини. Тому потрібно вчитися не просто будувати графіки, а й читати та аналізувати їх, вміти взяти з графіка необхідну інформацію.

Вивчення даної теми співпадає в часі з вивченням на уроках алгебри властивостей квадратичної' функції. Тому з метою формування в учнів цілісної уяви про можливості графічних методів  разом із колегою-математиком проводимо інтегрований урок фізики та алгебри «Графіки залежності кінематичних величин від часу в рівноприскореному русі».

При вивченні розділів «Молекулярна фізика» і «Термодинаміка» учні використовують знання, отримані на уроках математики при вивченні теми «Рівняння та нерівності», закріплюють навички графічного зображення функціональних залежностей на прикладах рівняння стаїту газів та ізопроцесів у ньсму. Удосконалити навички розв'язування задач на застосування поняття функції та побудови її графіків, показати універсальність функції щодо описання широкого класу різних залежностей, розширити уявлення учнів про можливості фізичних і  математичних методів дослідження можна на інтегрованому уроці-семінарі «Поняття функції та її застосування в фізиці».

Всебічного   поглиблення   зазнає   інтеграція   фізики та математики у  11-му класі. Ефективне засвоєння основних понять розділу «Коливання і хвилі» неможливе без знань про властивості тригонометричних функцій, уміння застосовувати похідну для вивчення характеристик коливального руху. В результаті  цього основне рівняння  гармонічних коливань, рівняння швидкості та прискорення як результат математичних узагальнень  фізичних закономірностей  коливального руху. Разом   із  колегою-математиком  ретельно плануємо    спільну    роботу    з    комплексного вивчення гармонічних коливань і хвиль для того, щоб уникнути зайвих повторень,    нашарування    однорідних    понять, штучного введення взаємопов'язаних понять і характеристик.

При вивченні матеріалу з фізики атомного ядра використовуються знання про показникові функцію і диференціальне рівняння, що її описує. Під час ознайомлення з явищем радіоактивності, звертають увагу на математичний вираз закону радіоактивного розпаду, який є конкретним проявом властивостей функціональної залежності типу  f(х)=ах. Тому при вивченні даної теми  вважаю корисним проведення інтегрованого уроку фізики та алгебри «Закон радіоактивного розпаду. Диференціальне рівняння показникового зростання і показникового спадання».

Широко використовую можливості інтеграції фізики та математики під час розв'язування задач. Вважаю, що в даному випадку важливо знайомити учнів із загальними методами і підходами до аналізу задачі, а саме: аналітико-синтетачним, координатним, алгоритмічним. Причому одні й ті задачі можуть розв'язуватись на уроках фізики і математики різними методами, тому педагог намагається вчити учнів обирати найраціональніший спосіб.

Важливими з практичного боку вчитель вважає задачі, в яких треба провести найкоротшу дорогу, що задовольняє певним умовам, обрати найкоротший маршрут при наявності певних шляхів, обрати місце для будівництва, щоб транспортні затрати були мінімальними. Подібні задачі дуже часто виникають у повсякденному житті і, на перший погляд, для їх розв'язання без методів диференціального числення не обійтись. Красунька О.Л. вчить своїх учнів розв'язувати такі задачі простіше, використовуючи закони геометричної оптики. Ще видатний давньогрецький механік і математик Герон Олександрійський вказав на ту обставину, що світло обирає найшвидший і найкоротший шлях із усіх можливих між джерелом, дзеркалом і оком. Це стосується і заломлення світла. Це правило у фізиці називають «принципом найкоротшого оптичного шляху», або «принципом мінімального часу поширення».

У підготовці та проведенні занять міжпредметного характеру вчитель виділяє певні специфічні особливості (додаток 2).

Готуючись до інтегрованого уроку, вчителі намагаються органічно переплести матеріали предметів, розподілити свої домінуючі ролі, спланувати діяльність учнів таким чином, щоб у результаті вони усвідомили цілісність проблеми, яка розглядається на уроці.

 

Висновок

 

Інтегровані уроки з фізики і математики дають змогу переконливо показати застосування математичних понять і методів у фізиці, наповнити знання учнів із математики реальним практичним змістом, значною мірою поглибити знання учнів із обох предметів.

Інтегративний підхід при викладанні фізики і математики не лише підвищує якість окремих компонентів навчального процесу, а й сприяє формуванню в учнів комунікативних, ділових, інформаційних компетентностей, структурованої системи знань, яка зумовлює їхнє орієнтування в конкретно-предметній діяльності. Встановлення цілісної картини світу на основі між предметних зв’язків у навчальному процесі також відкриває шляхи для розв’язання проблеми підвищення якості освіти, розвитку самостійності й творчої активності учнів та підготовки їх до самостійного здобуття знань і творчої діяльності.

 

 

 

ЛІТЕРАТУРА

 

Ю.І.Дик та ін. Між предметні зв’язки курсу фізики в середній школі.

Г.П. Бевз та ін. Методика викладання фізики і математики в середній школі.

Л.В.Тарасов. Современная физика в средней школе.

І.П.Підласий. Як підготувати ефективний урок.

В.Г.Разумовский. Развитие общего образования: интеграция и гуманитаризация.

А.А.Окунев.  Спасибі за урок, діти.

С.У. Гончаренко. Фізика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 1

 

Теми інтегрованих уроків, які можна провести на різних ступенях вивчення фізики та математики

 

7 клас (12-річна школа)

      1. Властивості трикутників і геометрична оптика.

 

8 клас (12-річна школа)

      1.Лінійна функція та її застосування при розв'язуванні задач із фізики.

      2.Пряма пропорційність. Сила пружності.

      3.Раціональні рівняння. Кількість теплоти. Плавлення і тверднення кристалічних речовин .

 

10 клас (12-річна школа)

      1.Графіки залежності кінематичних величин від часу. Квадратична функція, її графік і властивості.

      2.Використання арифметичної та геометричної прогресії при розв'язування фізичних задач.

 

10 клас (11 -річна школа)

      1.Поняття функції та її застосування у фізиці.

      2.Дії над векторами. Принцип суперпозиції полів.

      3.Показникові та логарифмічна функції. їх прояви та застосування в природі та техніці.

 

11 клас

1.Екстремуми у фізичних задачах.

2.Гармонічні коливання. Математичний опис та математичні моделі коливань.

3.Диференціювання елементарних функцій. Гармонічні коливання. Застосування похідної для дослідження процесів коливального руху.

4.Закон радіоактивного розпаду. Диференціальне рівняння показникового зростання і показникового спадання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 2

 

Специфічні особливості підготовки та проведення занять між предметного характеру

 

 І. Це форма уроку (урок-семінар, конференція чи лекція), що передбачає не тільки роботу педагога, а й самостійну роботу учнів по підготовці матеріалів.

2. Активна участь і взаємодія в підготовці та проведенні заняття двох учителів. Звичайно, це ускладнює роботу щодо організації заняття.

 

 

Інтегрований    урок повинен задовольняти таким дидактичним вимогам:

 

1.Мати чітко сформульоване специфічне навчально-пізнавальне завдання, теми обох предметів повинні бути органічно поєднаними.

2.Забезпечувати високу активність застосування знань із обох предметів.

Вхід на сайт
Пошук
Календар
«  Грудень 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбНд
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031