Учебная деятельность как средство формирования коммуникативной компетентности ученика Лекция 4
Учебная деятельность – это особая форма активности школьника в деятельности, осознанно направленная субъектом на самого себя. Составляющие: - внутренние познавательные мотивы, вытекающие из познавательных потребностей; - цели сознательного самоизменения самого себя, понимание и принятие учебной задачи; - знания субъектом алгоритма деятельности; - теоретические знания и направленность на их усвоение; - методы исследования и понимания того, что учебная деятельность является аналогом исследовательской деятельности (квази исследование); - собственные действия рефлексивного характера.
Коммуникация – это процесс общения в учебной деятельности между учителем и учеником, средствами учебного предмета, в условиях информационно- образовательной среды. коммуникационные компетентности: - общая ориентировка в способах предполагаемой деятельности, - репродуктивное воспроизведение обобщённых учебных умений по известным алгоритмам, - узнавание новой проблемы, возникшей в учебной ситуации - умение проектировать учебную деятельность
Модель научно-исследовательской деятельности ПРОБЛЕМА ГИПОТЕЗА Методы исследования РЕЗУЛЬТАТ З а к л ю ч е н и е Т е м а и с с л е д о в а н и и я Актуальност ь темы Объект Предмет Цель Задачи исследования
Вид и цель пед эксперимента Констатирующий Поисковый Обучающий Контрольный Изучить состояние учебного процесса и актуальность выбранной проблемы. Проверка эффективности разрабатываемой методики обучения. Уточнить гипотезу, убедиться в ее достоверности Подтвердить результаты обучающего эксперимента.
Содержание Введение Глава 1. Глава 2 Глава 3 Педагогический эксперимент Заключение Методологический аппарат: актуальность, проблема, задачи её решения, гипотеза, значимость, научная новизна. Научно-методический анализ исследуемой проблемы.Теоретические методы Теоретические основы решаемой проблемы. Учебные материалы, эмпирические и теоретические методы исследования Интерпретация результатов эксперимента
Виды исследовательских работ Исследование – наблюдение (лабораторная работа) Исследование описание (анализ понятия, закона) Исследование – конструкция (конструирование камеры-обскуры) Исследование – размышление (экологические проблемы) Исследование физических явлений Сборка экспериментальных установок Исследование истории развития физики Исследовательские физические задачи
Вид исследовательской работы: исследование – анализ понятия Составляющие: оценка значения понятия для науки, техники, миропонимания; содержание понятия, связь с другими понятиями и величинами; формула определения величины; исторические факты становления, развития понятия (величины).
Научный анализ понятия скорости света Оценка значения понятия для науки, техники и миропонимания. Скорость света – одна из фундаментальных констант физики. Изучение скорости света дает выход к вопросам теории относительности; позволяет объяснить явления интерференции и дифракции. Содержание понятия опытное определение скорости света, конечность ее величины; зависимость скорости света в веществе от частоты колебаний (явление дисперсии); независимость скорости света от движения источника света (второй постулат теории относительности); предельность скорости распространения светового сигнала.
Исторические факты становления, развития понятия (величины ) Классификация движений: медленные (или нерелятивистские) и быстрые (или релятивистские движения) Применяя законы Ньютона к медленным движениям тел Солнечной системы, удалось объяснить и предсказать их движения в полном соответствии с наблюдениями.
Групповая и фазовая скорости Графическое изображение световой волны А и Б синусоидальные волны, различной частоты колебаний; В – суммарная волна. Фазовая скорость – скорость перемещения фазы; групповая скорость – скорость движения группы волн («волнового пакета») в пространстве. В случае монохроматической плоской волны, фазовые фронты, имеющие постоянные фазы, перемещаются вдоль оси ОХ со скоростью В СТО всегда Для фазовых скоростей ограничений не существует В курсе физики
Монохроматичность Оценка значения понятия для науки., анализ содержания понятия, связь с другими понятиями и величинами, исторические факты становления данного понятия. Опыт Ньютона с призмой С помощью монохроматоров выделяют пучок света Так как известными средствами не возможно создать бесконечно узкую щель и получить бесконечно разрешение прибора, то и нельзя выделить монохроматическое излучение. Под монохроматическим излучением следует понимать бесконечно длящееся синусоидальное излучение. Монохроматическое излучение - излучение одной какой-либо частоты и постоянной амплитуды. Это понятие является абстракцией.
Монохроматическое излучение - излучение одной какой-либо частоты и постоянной амплитуды Теоретически под монохроматическим излучением следует понимать бесконечно длящееся синусоидальное излучение. Но излучение атомов и молекул происходит в конечное время. Даже волна постоянной частоты и амплитуды, но ограниченное во времени (цуг волны), не будет монохроматической. Такое излучение можно представить в виде набора бесконечно длящихся синусоидальных (монохроматических) колебаний с частотами кратными некоторой частоте v. Причина немонохроматического излучения заключается в том, что в источнике содержится огромное количество излучателей, и они находятся в тепловом движении. Монохроматическое излучение – понятие абстрактное
Рекомендания учителю! Частоту колебаний в видимой части спектра можно характеризовать цветом, однако по ощущению определенного цвета невозможно судить о составе излучения и его частоте. Понятие о цветности излучения следует рекомендовать связывать с частотой колебаний, а не с длиной волны, так как при переходе света из одной среды в другую длина волны изменяется, в то время частота (цвет) остается постоянной.
Когерентность: оценка значения понятия: - содержание понятия, связь с другими понятиями и величинами; - формула определения величины; - исторические факты Когерентными понимают такие источники, которые совершают колебания с одинаковой частотой и с постоянной по времени разностью фаз. Колебания каждой точки среды характеризуются тремя величинами – амплитудой, частотой и фазой Условия: группы волн от источника должны перекрывать друг друга и следовать один за другим через равные промежутки времени
Длина цуга Пусть один атом излучает оранжевый цвет с длиной волны λ= 600 нм. Частота колебаний определяется так: Если, кроме того, известно, что излучение длится, то можно определить число волн в цуге: n = vτ, n = = 5 · 106. Легко вычислить длину цуга: L = n λ, L = 3 м.
Интерференция – это проявление принципа суперпозиции Этот принцип состоит в том, что если линейная система (среда) подвергается двум или нескольким воздействиям, то их результаты складываются (амплитуды – геометрически). Так, две электромагнитной волны проходят через одну и ту же точку пространства, и дальше каждая волна распространяется так, как если бы другой волны не было. В точке встречи напряженности Е1 и Е2 электрических полей обеих волн складываются векторно. При этом волны не взаимодействуют. например, в случае, когда Е1 = - Е2, волны не уничтожают друг друга, хотя в точке встречи волн колебания гасятся. После встречи электромагнитные волны распространяются независимо одна от другой. Принцип суперпозиции позволяет рассматривать сложное колебание как сумму гармонических колебаний. Явление интерференции связано с двумя важными физическими понятиями – монохроматичность и когерентность.
Из истории становления понятия В истории физики применялись различные способы получения когерентных волн. Один из них состоит в том, что излучение от одного и того же источника (атомов) разделяли путем отражения или преломления на два пучка. Второй путь получения когерентных волн – это лазерное излучение, например, излучение от рубинового лазера.
Вид исследовательской работы: исследование – теоретический вывод закона (формулы) - формулирование цели получения вывода из обобщения более высокого порядка (принципа, закона); - оценка его значения для науки, техники, миропонимания: - обращение к фундаментальным идеям, принципам, теориям, истории науки, - преобразование формул, физических величин, связь с другими понятиями и величинами; - анализ полученного соотношения; - опытное подтверждение и примеры практического применения; - границы (условия) применимости закона.
Вывод условия максимумов и минимумов интерференционной картины.. Оценка значения исследовательской работы. Из эксперимента следует, что в среде свет распространяется медленнее, чем в вакууме. Это подтверждает справедливость волнового принципа Гюйгенса, с успехом применяющегося для объяснения преломления и отражения света. Однако необходимо более веские доказательства того, что свет при распространении ведёт себя как волна Любому волновому движению, например, механическим волнам, характерно явление интерференции и дифракции.
Обращение к фундаментальным идеям, принципам, теориям, истории науки Принцип суперпозиции справедлив для полей, описываемых линейными уравнениями, в частности уравнениями Максвелла для электромагнитных волн. Например, две электромагнитной волны проходят через одну и ту же точку пространства, и дальше каждая волна распространяется так, как если бы другой волны не было. В точке встречи напряженности Е1 и Е2 электрических полей обеих волн складываются векторно. При этом волны не взаимодействуют; например, в случае, когда волны не уничтожают друг друга, хотя в точке встречи волн колебания гасятся. После встречи электромагнитные волны распространяются независимо одна от другой.
Пусть эти волны распространяются от двух точечных источников S1 и S2, находящихся на расстоянии l друг от друга. Результат сложения волн будем рассматривать на расстоянии D от источников, много больше l В электромагнитной волне в вакууме напряжённость электрического поля по модулю в системе Гаусса равна магнитной индукции. Рассмотрим сложение волн напряжённости электрического поля. Уравнение бегущей волны имеют одну и ту же форму для волн любой физической природы.
Колебания и происходят вдоль одной прямой:
Анализ полученного соотношения Интенсивность света в данной точке пространства определяется разностью фаз колебаний. Если колебания источников синфазны, то
Дифракция На основе принципа Гюйгенса- Френеля можно определить амплитуды и фазы колебаний, приходящих в данную точку от всех элементов фронта волны, и суммировать их ( амплитуды складываются геометрически). Качественное изучение дифракции в курсе физики требует применение этого принципа. Для упрощения учитываются только фазы составляющих колебаний. Учет амплитуды выходит за пределы общеобразовательного курса.
Дифракция Френеля При упрощенном решении вопроса о дифракции с помощью принципа Гюйгенса- Френеля предполагается, что амплитуда волн, например, в отверстии экрана такая же, как и в отсутствие экрана.
Дифракция Фраунгофера На непрозрачные преграды (или на отверстия) падают параллельные лучи и за этими преградами (или отверстиями) они снова параллельны, т.е. дифракционная картина образуется в бесконечности. Для того, чтобы ее сделать видимой на близком расстоянии от преграды, за последней помещается линза. Линза собирает на экран, установленный в ее фокальной плоскости, все параллельные пучки, направленные под различными углами к главной оптической оси В установке с дифракционной решеткой используется линза, которая «сортирует» параллельные лучи
Линза не вносит дополнительной разности хода между лучами Пусть луч АВ пучка проходит через центр линзы, а луч СВ проходит через более тонкую часть линзы. Так как скорость света в стекле меньше, чем в воздухе, а частота колебаний при переходе из одной среды в другую не изменяется, то на участке МN уложится большее число световых волн, чем на участке PQ. Поэтому второе колебание ( по пути CB) должно опережать по фазе первое колебание ( по пути AB). Однако второе колебание распространяется по более длинному пути (по ломанной линии CPQB), в результате чего должно отставать по фазе от первого колебания. Оказывается, насколько первое колебание отстанет от второго по фазе в стекле, настолько оно опережает по фазе второе колебание в воздухе. Поэтому собранные в фокальной плоскости линзы параллельные лучи имеют такую же разность фаз, как в плоскости MD, перпендикулярной к направлению распространения света до входа в линзу.
Условия наблюдения дифракции. Переход к геометрической оптике В школьной практике при изучении дифракции принято считать, что если ширина щели или экрана D становится сравнимой с длиной волны, то возникает явление дифракции. Если же D >>, то дифракция отсутствует и тогда выполняются законы геометрической оптики. Это требует уточнения. Эффект дифракции зависит от соотношения трех величин: размеров преграды D, расстояния до точки наблюдения R и длины волны, т.е. от соотношения трех величин Рассмотрим следующие три случая. На краях щели любой ширины D всегда происходит дифракция. Если >> - дифракционная картина - узкая область против щели. = - вся область на экране против щели. << - не только поверхность против щели, но и заходит в область геометрической тени При уменьшении круглого отверстия в экране выделить световой луч невозможно
Тематическое планирование «Распространение света» Скорость света. Определение скорости света Интерференция. Когерентность Интерференция в тонких пленках Решение задач. Некоторые применения интерференции Дифракция Дифракционная решетка (лабораторная работа) Решение задач Контрольная работа Демонстрации Интерактивный курс Опыт Юнга Интерференция света в тонких пленках Дифракционное рассеяние света мельчайшими частицами Дифракция от нити, щели.Дифракция от решетки
Измерение скорости света Скорость света впервые удалось измерить датскому ученому О.Рёмеру в 1676 г. Рёмер наблюдал затмение спутника Ио Юпитера. Зная диаметр Земной орбиты и время запаздывания спутника, была рассчитана скорость света. Скорость света оказалась примерно км/с. За одну секунду свет проходит расстояние больше длины земного экватора в 7,5 раза.
Юнг впервые измерил длины волн в различных областях видимого спектра. Если d<< R, то лучи, идущие от щелей S1 и S2 в точку на экране с координатой yт, практически параллельны. Разность хода между ними равна: Угол мал, поэтому. Тогда условие интерференционного максимума можно представить в виде: m = ± 1; ± 2; …. Измерив расстояние d между щелями, расстояние R от щелей до экрана и координату ут интерференционного максимума, Юнг рассчитал длины волн излучения фиолетового и красного света (ф = 0,42 мкм, кр = 0,7 мкм):
Интерференция (демонстрация) На рисунке приведен классический опыт по интерференции света, в котором разделение светового потока происходит с помощью зеркала Ллойда. В случае с зеркалом Ллойда когерентными источниками оказываются сам источник S и его мнимое изображение S'.
Ход лучей при интерференции света в тонких пленках
Дифракция
Задача 1(Уровень В, «понимание») Оптическая разность хода волн от двух когерентных источников в некоторой точке экрана 3,015 мкм. Каков будет результат интерференции в этой точке, если длина волны равна: а) 603 нм; б) 670 нм ? Р е ш е н и е. Исходя из условия максимума, определим k:. 3, / 6, = 5. 3, / 6, = 4,5. Для длины волны получилось целое число k=5. Следовательно, в этой точке произойдет усиление света. Для длины волны полученное число k= 4,5 (или количество половин длины волны равно девяти), поэтому в точке будет наблюдаться ослабление света.
Расстояние между двумя точечными когерентными источниками света h = 2 мм. Источники расположены в плоскости, параллельной экрану, на расстоянии 7 м от него. Расстояние между соседними интерференционными полосами на экране равно 2,1 мм. Найдите длину световой волны..