Компетентностный подход в процессе преподавания физики Е.А. Шимко, к.п.н. доцент кафедры ПФЭИБ ФТФ АлтГУ учитель физики МОУ «Гимназия 5» г. Барнаула

Цели компетентностного образования (ЮНЕСКО) научить получать знания (учить учиться); научить жить (учение для бытия); научить жить вместе (учение для совместной жизни); научить работать и зарабатывать (учение для труда). Международные исследования способностей учащихся

Краткая информация об исследовании PISA Международная программа по оценке образовательных достижений учащихся PISA (Programme for International Student Assessment) осуществляется Организацией Экономического Сотрудничества и Развития (ОЭСР) Всего: 400 тыс. подростков 57 стран мира В России: 6154 учащихся из 210 образовательных учреждений 46 регионов России Основной вопрос исследования: обладают ли учащиеся 15-летнего возраста, получившие общее обязательное образование, знаниями и умениями, необходимыми им для полноценного функционирования в обществе?

Краткая информация об исследовании PISA оценка функциональной грамотности (естественнонаучная грамотность, математическая грамотность, грамотность чтения); изучение интереса, мотивации и учебных стратегий учащихся; изучение факторов, позволяющих объяснить различия в результатах учащихся стран-участниц программы (характеристики учащихся и их семей, образовательных учреждений и учебного процесса)

Краткая информация об исследовании PISA Страны Место страны Уровни естественнонаучной грамотности Ниже Финляндия 13,917,032,229,113,63,60,5 Германия 151,810,023,627,921,411,34,1 США301,57,518,324,024,216,87,6 Россия 360,53,715,128,330,217,05,2 Страны ОЭСР1,37,720,327,324,014,15,2

Краткая информация об исследовании PISA Результаты: наши учащиеся уступают в способности осваивать и использовать естественнонаучные знания для приобретения нового знания, для объяснения естественнонаучных явлений и формулирования выводов в связи с естественнонаучной проблематикой; понимать основные особенности естественнонаучных исследований; демонстрировать осведомленность в том, что естественные науки и технология оказывают влияние на материальную, интеллектуальную и культурную сферы жизни общества.

Космос - неживая природа Биота - живая природа Социум - общество

Космос - неживая природа Биота - живая природа Социум - общество

Цели физического образования ознакомление с основами физической науки – ее основными явлениями, законами и теориями; формирование в сознании учащихся естественнонаучной картины мира; ознакомление с основными методами научного познания окружающего мира; ознакомление с физическими основами современного производства, техники и бытового окружения человека: Компетентностное образование – единство предметных знаний и способов практической деятельности школьников в сфере самообразовательного и социального опыта.

Компетентностный подход в обучении физике Учащийся способен: анализировать ситуации практического характера, распознавать в них знакомые физические явления и применять знания для их объяснения; решать задачи, распознавать проблемы, которые можно решить при помощи физических методов, находить адекватную задаче физическую модель, уметь решать задачу (проблему) как на основе имеющихся знаний с использованием математического аппарата, так и при недостатке необходимого материала с помощью методов оценки, на качественном уровне или на основе здравого смысла; к эффективному поиску информации научно-популярного характера в СМИ, перевода информации из одной знаковой системы в другую, умеет критически ее оценивать, определять достоверность информации, использовать полученную информацию для принятия решений практического характера. Демидова М.Ю. Компетентностно-ориентированные задания в естественнонаучном образовании Народное образование, – 4.

Уровни образованности личности Элементарная грамотность Функциональная грамотность (в т.ч. естественнонаучная грамотность) Компетентность (О.Е. Лебедев)

Основные термины Элементарная грамотность – способность к чтению, письму и счету Естественнонаучная грамотность – комплекс знаний ученика в области науки и естественнонаучных дисциплинах, а также его способность использовать полученные знания для приобретения нового знания, объяснения природных явлений с помощью научных методов познания Компетентность – совокупность способностей школьника в сфере самостоятельной познавательной деятельности, которая включает в себя элементы логической, методологической, общеучебной деятельности, соотнесенной с реальными познаваемыми объектами

Основные термины Компетенция – совокупность взаимосвязанных качеств личности (знаний, умений, навыков, способов деятельности), задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов и необходимых, чтобы продуктивно и качественно действовать по отношению к ним Компетентность – владение человеком соответствующей компетенции, включающей его личностное отношение к ней и предмету деятельности А.В. Хуторской

Основные термины Компетенции заранее заданные требования (норма) к образовательной подготовке ученика Ключевые Общепредметные Предметные Естественнонаучная грамотность Компетентность - уже состоявшееся личностное качество ученика и минимальный опыт деятельности в заданной сфере

Структура естественнонаучной грамотности Контекст (жизненные ситуации, рассматриваемые с точки зрения науки) Знания (предметные и методологические знания) Отношения (опыт эмоционального отношения к миру) Компетенции (умения и способы деятельности) Естественнонаучная грамотность Деятельность в социальной и природной среде

Контекстный компонент ЕНГ познание и объяснение явлений и процессов окружающей действительности, поддающихся объяснению при помощи физических моделей; знакомство с современными научными исследованиями, расширяющими представления об окружающем мире и ведущие к изменению качества жизни; освоение и использование современной техники и технологий; выполнение роли грамотного потребителя, обеспечение безопасного образа жизни (в рамках использования этой техники и различных технологий)

Знаниевый компонент ЕНГ знания понятийного аппарата, который используется при формулировке заданий и необходим для их выполнения по разделам: – механика; – молекулярная физика и термодинамика; – электродинамика; – квантовая физика; – элементы астрофизики

Компетентностный компонент ЕНГ Предметные умения: использовать понятийный аппарат физики для объяснения явлений и процессов действительности; выполнять количественные расчеты с использованием соответствующих формул и законов; применять простейшие оценочные процедуры; подбирать адекватную физическую модель для описания явления; выстраивать собственный алгоритм решения задачи (проблемы); решать проблемы (создание собственного алгоритма действий в ситуации множественного выбора с учетом различных ограничивающих условий)

Умение работать с информацией физического содержания: выделять главную мысль текста или его частей; понимать смысл использованных в тексте физических терминов (понятий, явлений, законов и т.п.); выделять явно заданную в тексте информацию (отвечать на прямые вопросы к содержанию текста); отвечать на вопросы, требующие использования информации из текста в другой ситуации; переводить информацию из одной знаковой системы в другую (текст, таблица, график, диаграмма, рисунок); сравнивать, классифицировать описанные в тексте объекты; критически оценивать содержание информации; предлагать способы оценки ее достоверности Компетентностный компонент ЕНГ

Исследовательские (методологические) умения: различать вопросы, проблемы, которые могут быть решены научными методами; формулировать (различать) цели проведения (гипотезу) описанного опыта или наблюдения; предлагать (выбирать) порядок проведения опыта или наблюдения в зависимости от поставленной цели; выбирать измерительные приборы и оборудование (по рисункам и фотографиям) для исследования; понимать приблизительный характер исследования, оценивать абсолютные погрешности прямых измерений; понимать результаты исследований, представленные в виде таблицы, графика; делать выводы из описанных опытов или наблюдений (анализировать, объяснять результаты на основе известных физических явлений, законов, теорий) Компетентностный компонент ЕНГ

1. Познакомиться с методическими рекомендациями и результатами ГИА и ЕГЭ по физике 2. Выявить структуру КИМов ГИА и ЕГЭ 3.Выявить, какие способности учащихся проверяют задания КИМ 4. Использовать известные методические идеи: А.В. Усова В.Г. Разумовский А.Н. Крутский А.А. Шаповалов Л.И. Скрелин и др. Что делать?

1. Методические рекомендации Имеется целый ряд внутрипредметных ресурсов, позволяющих в значительной степени повысить эффективность методики преподавания физики. Стандартом по физике предусмотрено существенное расширение требований, связанных с формированием методологических умений. В настоящее время в ЕГЭ и ГИА во всех вариантах встречаются задания с использованием фотографий реальных экспериментов. Этот факт требует умения выпускника либо правильно читать показания измерительных приборов и использовать их в дальнейших расчетах, либо найти объяснение того или иного опыта, изображенного на фотографии. При выполнении заданий с выбором ответа необходимо актуализировать знания и навыки, связанные с умением работать с текстом задания, умением анализировать содержание и варианты ответов.

1. Результаты ГИА 2011 г. Диаграмма результатов выполнения экспериментального задания (С1)

Методические рекомендации (ГИА-2011) 1. При повторении законов и формул для расчета различных физических величин следует обратить внимание на причинно-следственные связи между входящими в них величинами. 2. Следует существенно увеличить удельный вес заданий с использованием графиков, диаграмм, рисунков. 3. Рекомендуется использовать большее количество качественных задач, в которых проверяется понимание учащимися сути различных явлений. 4. Большое внимание следует уделять практической части школьного курса физики: обучение учащихся проведению наблюдений, опытов и измерений физических величин. 5. Предлагать задания, которые формируют умения учащихся проводить самостоятельный поиск информации естественнонаучного содержания с использованием различных источников.

2. Структура контрольных измерительных материалов ГИА и ЕГЭ Задания по курсу физики основной школы (ГИА): Физические методы изучения природы Физические явления (механические, тепловые, электромагнитные, квантовые) Задания по разделам курса физики (ЕГЭ): Физические методы изучения природы «Механика» (кинематика, динамика, статика, законы сохранения в механике, механические колебания и волны) «Молекулярная физика. Термодинамика» «Электродинамика» и «Основы специальной теории относительности» (электростатика, постоянный ток, магнитное поле, электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны, оптика, элементы СТО) «Квантовая физика» (корпускулярно-волновой дуализм, физика атома, физика атомного ядра)

3. Способности учащихся понимать физический смысл моделей, понятий, величин; объяснять физические явления, различать влияние различных факторов на протекание явлений, проявление явлений в природе или их использование в технических устройствах и повседневной жизни; применять законы физики для анализа процессов на качественном уровне; анализировать условия проведения и результаты экспериментальных исследований; применять законы физики для анализа процессов на уровне расчета; анализировать сведения, получаемые из графиков, таблиц, схем, фотографий, и проводить, используя их, расчеты; решать задачи различного уровня сложности.

Структурная схема познания в курсе физики Эмпирический уровень познания Явления, объекты природы (факты) Понятия Законы Фундаментальные теории Теоретический уровень познания Научная картина мира 7-9 классы классы

Эмпирические методы научного познания Метод Характеристика Наблюдение А ктивный познавательный процесс, опирающийся, прежде всего, на работу органов чувств человека Измерение О пределение численного значения некоторой величины посредством единицы измерения; выявление точных, количественных определенных сведений об окружающей действительности. Эксперимент В мешательство в естественные условия существования предметов и явлений или воспроизведение определенных сторон предметов и явлений в специально созданных условиях с целью их изучения. Эксперимент Источник новых знаний Критерий истинности знаний

Теоретические методы научного познания Метод Характеристика Сравнение В ыявление сходств и различий предметов; сопоставление объектов, явлений, их свойств. Аналогия Сравнения явлений и объектов разной природы Моделирование Исследование объектов с помощью моделей –аналогов определенного фрагмента природной действительности. Предметное моделирование - исследование объектов с помощью моделей, воспроизводящих геометрические, физические или другие характеристики. При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы и т.д. Обобщение Форма приращения знания путём мысленного перехода от частного к общему, которой обычно соответствует и переход на более высокую ступень абстракции. Систематизация Мыслительная деятельность, в процессе которой изучаемые объекты организуются в определенную систему на основе выбранного принципа.

Теоретические методы научного познания Метод Характеристика Абстрагирование В ыделение отдельных признаков и свойств явления или предмета и отбрасывание всего того, что мешает целенаправленному рассмотрению объекта исследования. Анализ Вычленение из целого отдельных частей объекта (признаков, свойств, количественных характеристик и т.п.), которые можно изучать в отдельности, отделять случайное от необходимого, выявлять взаимосвязи и взаимодействия частей, устанавливать иерархию и структуру. Синтез М етод исследования явления в его единстве и взаимной связи частей. Синтез восстанавливает расчленяемое анализом целое, вскрывая более или менее существенные связи и отношения выделенных анализом элементов. Таким образом, анализ расчленяет проблему, синтез по-новому объединяет данные для ее разрешения. Индукция Вид умозаключения, суть которого в восхождении познания от частных, единичных фактов к обобщениям все более высокого порядка. Дедукция Логический путь от общего к частному.

Объекты для систематизации (деятельность учащихся, в процессе которой элементы физических знаний организуются в определенную систему на основе выбранного принципа) Структурные формы материи Свойства вещества и поля Свойства тел (частиц) Явления и процессы Величины, характеризующие свойства тел и явлений Формулы, выражающие связь между физическими величинами Приборы, установки, машины Методы исследования

Обобщенные планы изучения (А.В. Усова) Физическое явление Определение явления. Опыты, в которых обнаруживается явление. Объяснение явления на основе научной теории. Физические величины, описывающие явление. Использование и учет на практике, его проявление в природе. Опыт, эксперимент Цель опыта. Схема экспериментальной установки. Описание опыта. Результаты опыта. Интерпретация результатов. Закон Формулировка закона. Формула закона. Опытное подтверждение закона. Границы применимости. Практическое применение и учет закона. Физическая величина Явление или свойство, которое характеризует величина. Определение величины. Определяющая формула и формулы, связывающие величину с другими. Единицы измерения (СИ и внесистемные). 5. Способ измерения. Техническое устройство, прибор Назначение прибора. Обозначение (если есть). Схема устройства. Принцип действия. Применение и правила использования Физическая теория 1. Исходные опытные факты. 2. Идеальный объект или модель. 3. Физические величины, характеризующие модель. 4. Основные положения теории (принципы или гипотезы). 5. Следствия и частные законы, выводимые из основных положений. 6. Экспериментальная проверка следствий. 7. Границы применимости теории.

Этап усвоения новых знаний и умений тема урока «Закон Ома для участка цепи» Деятельность учителя (обеспечение восприятия осмысления и первичного запоминания знаний и способов действий, связей и отношений в объекте изучения) Деятельность учащихся (активные действия учащихся с объемом изучения; максимальное использование самостоятельности в добывании знаний и овладении способами действий) Проведение демонстрации опытов Ома: Наблюдение и записи в тетради Формулировка закона Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению Формула закона: I – сила тока, U – напряжение, R - сопротивление 3. Опытное подтверждение закона: 4. Границы применимости: выполняется при небольших значениях силы тока (небольшое тепловое действие тока) Практическое применение и учет закона: (можно найти сопротивление проводника по показаниям амперметра и вольтметра и др.) I ~ U I ~ 1/R I R 0 I U 0

Этап обобщения единичных знаний в систему Физическая величина Напряжение СопротивлениеСила тока 1. Явление или свойство, которое характеризует величина 2. Определение величины 3. Определяющая формула и формулы, связывающие величину с другими 4. Единицы измерения (СИ и внесистемные) 5. Способ измерения

Этап обобщения единичных знаний в систему Физическая величина Напряжение СопротивлениеСила тока Явление или свойство, которое характеризует величина Совершение работы силами электрического поля при перемещении заряженных частиц в проводнике Противодействие, оказываемое проводником электрическому току Интенсивность направленного движения заряженных частиц в проводнике Определение величины Это ф.в., показывающая, какую работу совершает электрическое поле, перемещая заряд 1 Кл Это ф.в., которая зависит от рода вещества проводника и его геометрических размеров Это ф.в., показывающая, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с Определяющая формула и формулы, связывающие величину с другими (определение) (из закона Ома) (определение) (из закона Ома) (определение) ( закон Ома) Единицы измерения (СИ и внесистемные) 1 В = 1Дж/Кл (вольт) 1 Ом = 1 В/А (ом) 1 А (ампер) Способ измерения Вольтметр Вольтметр и амперметр Амперметр V V A А

Оценка знаний учащихся по теме «Постоянный электрический ток» (12-15) баллов – отлично (9-11) баллов – хорошо (5-8) баллов – удовлетворительно (0-4 балла) – неудовлетворительно

Цикл научного познания I этап Изучение и анализ специально отобранных фактов, сопоставление их с ранее изученными; наблюдения, эксперимент, подводящие учащихся к новому понятию, закону. II этап Абстрагирование – отвлечение от конкретных явлений и формулировка обобщения с использование той или иной модельной его формы: понятия о физической величине или уравнения, постулата или системы постулатов. III этап Получение и обсуждение конкретных выводов и следствий из главной закономерности – абстрактной формулы, закона, принципа с помощью методов логических рассуждений и математических выводов. IV этап Применение полученных знаний к конкретным физическим объектам и явлениям – объяснение явлений природы, промышленных и производственных процессов, решение разного рода задач, иллюстрирующих выводы из закона, теории и т.д. Факты МодельСледствия Эксперимент

Структура классической механики (В.Г. Разумовский) Теория Классическая механика Предмет изучения Механическое движение и взаимодействие тел Основание: наблюдения, эксперименты, анализ ранее полученных знаний Описание положения материальной точки в пространстве. Ускорение. Масса, сила. Наблюдения и эксперименты, подводящие к законам Ньютона Ядро: формулирование общих законов, принципов, уравнений Законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. Законы сохранения импульса и механической энергии. Гравитационная постоянная. Выводы: следствия, позволяющие получить числовые значения величин и установить функциональную зависимость между ними Применение законов Ньютона и законов сохранения в конкретных случаях движения и равновесия тела

Основные образовательные задачи (результаты деятельности учителя) Кинематика ДинамикаЗаконы сохранения

Основные образовательные задачи (результаты деятельности учителя) Кинематика ДинамикаЗаконы сохранения 1. Формирование понятий о векторных величинах(перемещении, скорости и ускорения тела). 2. Формирование умения описывать механическое движение: определять координату, перемещение, скорость тела в любой момент времени. 3. Раскрыть научное и практическое значение этого умения 1. Формирование понятий массы тела как меры инертности тел и силы как меры взаимодействия тел. 2. Формирование умения объяснять вид механического движения, причину покоя или изменения скорости тела с помощью законов Ньютона. 3. Познакомить с особенностями сил в механике и их учетом в технике, строительстве, транспорте и др. 1. Формирование понятий работы и энергии в механике. 2. Формирование умения определять характеристики движения тел с помощью законов сохранения. 3. Раскрыть научное, методологическое, философское и практическое значение законов сохранения

Результат деятельности учащихся (обобщение и систематизация знаний) Раздел теории Кинематика ДинамикаЗаконы сохранения Основные физические величины координата тела, перемещение, скорость, ускорение масса тела, сила импульс тела, механическая работа, кинетическая энергия, потенциальная энергия полная механическая энергия Основные законы Закон движения материальной точки:. Первый закон Ньютона: Второй закон Ньютона: Третий закон Ньютона:. Закон сохранения импульса: Закон сохранения механ. энергии: Теорема о кинетической энергии: Значение основных законов Позволяет определить координату и скорость тела в любой момент времени 1 – объясняет причину равномерного прямолинейного движения тела; 2 – объясняет причину ускорения тела; 3 – объясняет характер взаимодействия тел. 1) Помогают исследовать процессы в замкнутых системах тел, когда силы взаимодействия неизвестны. 2) Закон сохранения импульса характеризует однородность и изотропность пространства. 3) Закон сохранения энергии характеризует однородность времени.

Результат деятельности учащихся (обобщение и систематизация знаний по теме «Основы кинематики») Координата - число, определяющее положение тела на прямой (x), плоскости (x,y) и пространстве (x,y,z) Вид движения Наглядное представление Аналитическое представление Графическое представление Равномерное Равноускоренное Равнозамедленное 0x0x0 x X 0x0x0 x X 0x0x0 x X x t0 x0x0 x t0 x0x0 x t0 x0x0

Результат деятельности учащихся (обобщение и систематизация знаний по теме «Основы кинематики») Перемещение тела – это вектор, соединяющий начальное положение тела с конечным Вид движения Наглядное представление Аналитическое представление Графическое представление Равномерное Равноускоренное Равнозамедленное 0 x0x0 x X 0x0x0 x X 0x0x0 x X t0 sxsx t0t0 sxsx sxsx

Результат деятельности учащихся (обобщение и систематизация знаний по теме «Основы кинематики») Скорость тела - предел отношения перемещения тела за определенное время к этому промежутку времени Вид движения Наглядное представление Аналитическое представление Графическое представление Равномерное Равноускоренное Равнозамедленное 0x0x0 x X 0x0x0 x X 0x0x0 x X v 0t v 0t v 0t

Результат деятельности учащихся (обобщение и систематизация знаний по теме «Основы кинематики») Ускорение тела - предел отношения изменения скорости тела за определенное время к этому промежутку времени Вид движения Наглядное представление Аналитическое представление Графическое представление Равномерное Равноускоренное Равнозамедленное 0x0x0 x X 0x0x0 x X 0x0x0 x X 0t 0t 0 t

Методические идеи А.Н. Крутского Технология системного усвоения знаний, включающая в себя четыре методологических подхода: дискретный, системно-функциональный, системно-структурный, системно-логический.

Методические идеи А.Н. Крутского Системно-структурный подход – это подход, связанный с анализом общей структуры состава знания учебного предмета, выделением его элементов и их функций, систематизацией по общности функций и классификацией в соответствии со структурой изучаемых теорий

Методические идеи А.Н. Крутского

Физическое явление. Функцией физических явлений, включённых в содержание образования и изложенных в школьном учебнике, является то, что они служат объектом учебного познания и усвоения для учащихся. На их базе осуществляется воспитание и развитие учащихся. Физическая теория. Функция физической теории заключается в объяснении физических явлений, предсказании их протекания, поиске количественных характеристик, выявления закономерностей и возможных путей использования. Научный факт. Построение физической теории начинается со сбора научных фактов. Их функция в системе физического знания заключается в том, что они служат экспериментальным основанием для развития теории. Гипотеза (научное предположение). Функция гипотезы состоит в том, что она даёт объяснение конкретным установленным фактам. Идеальный объект (модель). Функция идеальных объектов – абстрагирование от несущественных свойств изучаемых явлений и концентрация внимания на существенных свойствах.

Методические идеи А.Н. Крутского Физическая величина. Функция физической величины заключается в том, что она является количественной характеристикой физических явлений и служит для измерения. Закон (вербальное, графическое или аналитическое представление элементов знания, выражающее устойчивые повторяющиеся связи между физическими явлениями или величинами). Функция закона – установление связей, взаимозависимостей, знание которых позволяет управлять физическими процессами. Практическое применение. Функция – нахождение способов практического применения положительных проявлений изучаемого явления и способов борьбы с его негативными проявлениями. Это конечная цель научного познания. Задачи. Функция – моделирование в учебных целях явлений и ситуаций, протекающих в природе или в создаваемых человеком установках.

Методические идеи А.А. Шаповалова КАЧЕСТВЕННОЕ ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ восприятие через органы чувств; анализ явления; констатация фактов и высказывание суждений единичного характера; классификация фактов; введение новых понятий; проведение обобщений определение условий протекания явления СУЩНОСТНОЕ ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ постановка задачи; выдвижение гипотезы, позволяющей объяснить опытные факты; выбор моделей, позволяющих представить механизм протекания процессов и вычленить в них самые существенные для объяснения стороны; определение логических следствий, вытекающих из гипотезы и модельных представлений; проведение эксперимента, направленного на проверку логических следствий. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ введение величин, характеризующих рассматриваемое явление; установление зависимости между величинами; ознакомление с единицами физических величин и константами ПРИКЛАДНОЕ ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ название механизмов, машин, приборов, технологических процессов; назначение; область применения; анализ возможных негативных сторон явления и поиск способов борьбы с ними.

Зрительные зоны визуального поля человека Зрительная память Зрительная конструкция Звуковая память Фокус зрения Звуковая конструкция Внутренний диалог Чувства

Структурно-логическая схема, сконструированная с учетом особенности зон визуального поля Качественное описание явления Сущностное описание явления Количественное описание явления Прикладное описание явления

Методические идеи А.А. Шаповалова + Zn – – q = const q стекло Факты: 1) УФЛ не разряжают Zn пластину, если q>0; 2) УФЛ разряжают Zn пластину, если q<0. Наглядное представление опытов Г. Герца по фотоэффекту (1887) (качественное описание явления)

Методические идеи А.А. Шаповалова Наглядное представление цикла научного познания (сущностное описание явления) Г Фотоэффект – вырывание электронов с поверхности металла под действием света. Свет излучается и поглощается веществом не непрерывно, а отдельными порциями (М. Планк). М А. Эйнштейн (1905) Сл. 1. Е к (электрона) ~ ν (фотона) 2.N(электронов)~ N (фотонов) Э Опыт А.Г. Столетова (1887)

Методические идеи А.А. Шаповалова Наглядное представление основных физических величин и их связей (количественное описание явления) ФВ Е– энергия фотона, Дж ν – частота излучения, Гц h – постоянная Планка (6, Дж·с) А вых – работа выхода, Дж ν min – красная граница фотоэффекта, Гц υ – скорость электрона, м/с m – масса электрона, кг е – заряд электрона, Кл U з – запирающее напряжение, В I н – ток насыщения, А N – число электронов, вырываемых светом за время t ФЗ Е = hν hν = А вых + m υ 2 /2 ν min = А вых / h Е кин = еU з I н = q/t q = eN

Методические идеи А.А. Шаповалова Наглядное представление практического значения фотоэффекта (прикладное описание явления)

Электромагнитная индукция Г 1. При взаимном перемещении магнита и контура ток создает сила Лоренца 2. Если контур покоится в переменном МП, ток создает вихревое ЭП М Сл. 1. Торможение проводников в МП 2. Самоиндукция Э ФВ Ф – магнитный поток, Вб В – индукция МП,, Тл S – площадь контура, кв.м. I – сила индук. тока, А ε – ЭДС индукции, В – длина проводника, м v – его скорость, м/с α – угол м/у В и v, В и n L – индуктивность, Гн ФЗ Ф 1.~ Ф I 2. I ~ ΔФ/Δt 3. I 1. Индукционные печи (токи Фуко) 2. Генератор (производство электроэнергии), трансформатор (преобразование электроэнергии), тахометр (измерение скорости) 3. Расчет ЭДС и токов в контурах

Сравнение Источник энергии Устройство, регулирующее поступление энергии Колебательная система

Аналогия Колебания МеханическиеЭлектромагнитные Колебательная система Пружинный маятник Колебательный контур Параметры системы k – жесткость пружины m – масса груза C – электроемкость конденсатора L – индуктивность катушки Процессы, происходящие в системе 1. Возникновение возвращающей силы (сила упругости). 2. Инерция. 3. Затухание колебаний (уменьшение амплитуды колебаний из-за трения). 1. Возникновение ЭДС при зарядке конденсатора. 2. Самоиндукция. 3. Затухание колебаний (уменьшение амплитуды колебаний из-за сопротивления я проводников). Модель колебательной системы Идеальный пружинный маятник (F тр. = 0) Идеальный колебательный контур (R = 0) Определение колебаний Механические колебания – это периодические изменения координаты тела x(t), проекции его скорости v x (t) и ускорения a x (t). Электромагнитные колебания – это периодические изменения заряда q(t) и напряжения u(t) в конденсаторе и силы тока i(t) в катушке m k LC

Аналогия Колебания МеханическиеЭлектромагнитные Закон сохранения энергии Вывод основного уравнения колебательного процесса Основное уравнение колебательного процесса Циклическая частота колебаний Период колебаний

Аналогия свободных колебаний Колебания МеханическиеЭлектромагнитные Уравнения зависимости величин от времени Векторные диаграммы колебаний Графики зависимости величин от времени Характеристика колебаний Колебания координаты тела x(t) отстают по фазе на Δφ = π/2 от колебаний проекции его скорости v x (t) и имеют разность фаз Δφ = π с колебаниями проекции его ускорения a x (t). Колебания электрического заряда q(t) и напряжения u(t) между обкладками конденсатора отстают по фазе на Δφ = π/2 от колебаний силы тока i(t) в катушке. ImIm qmqm UmUm vmvm А amam x,vx,v 00

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА Физические теории Принципы, выражающие связи между теориям Исходные философские идеи и понятия Механика Молекулярная физика Электродинамика Квантовая физика Основание ЯдроСледствия Интерпретация Эмпирический базис Идеализированн ый объект (модель). Система величин. Процедуры измерения. Система законов. Законы сохранения. Принципы и постулаты. Фундаментальн ые постоянные постоянные. Объяснение фактов. Практические применения. Выведение следствий. Предсказание нового. Истолкование основных понятий и законов. Осмысление границ применимости теории

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ФИЗИКЕ: ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ ВЫПУСКНИКОВ В результате изучения физики ученик должен уметь использовать физические приборы и измерительные инструменты для измерения физических величин: расстояния, промежутка времени, массы, силы, давления, температуры, влажности воздуха, силы тока, напряжения, электрического сопротивления, работы и мощности электрического тока; представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости: пути от времени, силы упругости от удлинения пружины, силы трения от силы нормального давления, периода колебаний маятника от длины нити, периода колебаний груза на пружине от массы груза, температуры остывающего тела от времени, силы тока от напряжения на участке цепи, угла отражения от угла падения света, угла преломления от угла падения света.

Методические идеи Л.И. Скрелина Использование физических приборов и измерительных инструментов для измерения физических величин

Методические идеи Л.И. Скрелина 1. Цена деления амперметра 2. Сила тока в цепи с учетом погрешности ее измерения амперметром 3. Цена деления вольтметра 4. Напряжение с учетом погрешности его измерения вольтметром 5. Внешнее сопротивление цепи потребителей тока по данной схеме 6.Напряжение: а) на лампе; б) на реостате 7. Мощность тока: а) в лампе; б) в реостате 1. Количество теплоты,выделяющееся за t мин: а) в лампе; б) в реостате 2. Напряжение на зажимах источника тока, сила тока и внешнее сопротивление цепи, если лампу включается параллельно реостату (в данном случае надо учесть, что показания вольтметра уменьшаться на 30%) 3. Внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС 4. КПД электрической цепи

Методические идеи Л.И. Скрелина Представление результатов измерений с помощью графиков и выявление на этой основе эмпирических зависимости

Методические идеи Л.И. Скрелина 1. Полная работу за цикл. 2. Коэффициент полезного действия цикла. 3.КПД, если изменение состояния газа происходило бы по циклу Карно с тем же перепадом температур 1. Макропараметры идеального газа (давление, температуру и объем газа) в состояниях, отмеченных точками А, В, С 2. Графики изменения состояния идеального газа в других координатах 3. Работа газа 4. Работа внешних сил над газом

Методические идеи Л.И. Скрелина Примеры практического использования физических знаний о механических, тепловых, электромагнитных и квантовых явлениях

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ФИЗИКЕ: ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ ВЫПУСКНИКОВ В результате изучения физики ученик должен уметь проводить самостоятельный поиск информации естественнонаучного содержания с использованием различных источников (учебных текстов, справочных и научно-популярных изданий, компьютерных баз данных, ресурсов Интернета), ее обработку и представление в разных формах (словесно, с помощью графиков, математических символов, рисунков и структурных схем).

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ ВЫПУСКНИКОВ В работе с текстами физического содержания ученик должен уметь Выделять главную мысль текста или его частей Понимать смысл использованных в тексте физических терминов (понятий, явлений, законов и т.п.) Выделять явно заданную в тексте информацию (отвечать на прямые вопросы к содержанию текста) Выделять неявную заданную в тексте информацию (отвечать на вопросы, требующие использования информации из текста в другой ситуации) Переводить информацию из одной знаковой системы в другую (текст, таблица, график, диаграмма, рисунок) Делать выводы, обобщения из содержания текста Сравнивать, классифицировать описанные в тексте объекты Применять информацию из текста и имеющийся запас знаний в измененной ситуации Критически оценивать содержание информации

Работа с информацией физического содержания В 1786 г. итальянский врач и ученый Гальвани провел серию опытов. Зная, что лапка лягушки является в некотором смысле чувствительным элементом, он решил попробовать обнаружить с ее помощью «спокойное» атмосферное электричество. Повесив препарат на железной решетке своего балкона, Гальвани долго ждал результатов, но лапка не сокращалась ни при какой погоде. Когда лапка, наконец, сократилась, это произошло не при изменении погоды, а при совершенно других обстоятельствах: лапка лягушки была подвешена к железной решетке балкона при помощи медного крючка и свисающим концом случайно коснулась решетки. Гальвани убедился, что всякий раз, когда образуется цепь железо – медь – лапка, тут же происходит сокращение мышц, то есть возникает электрический ток. Ученый переносит опыты в помещение, использует разные пары металлов и регулярно наблюдает сокращение лапки лягушки. Продолжив опыты Гальвани, Вольта погрузил медную и цинковую пластинку в раствор серной кислоты и создал первый источник тока, который получил название гальванического элемента. Вольта выяснил, что нельзя получить гальванический элемент, если составить цепь из одних только металлических проводников. Необходимо, чтобы хотя бы один из участков цепи был так называемым проводником второго рода (растворы и расплавы солей, кислот и т.д.). Изменение химического состава этого проводника является началом химических превращений, в результате которых внутренняя (химическая) энергия тел уменьшается, и за счет этой энергии поддерживается ток в цепи.

Работа с информацией физического содержания З адание 1 ( проверяет умение находить информацию, заданную в тексте в явном виде) Какое предположение пытался проверить Гальвани, когда в 1786 г. проводил серию опытов с лапкой лягушки? 1) Можно ли при помощи лапки лягушки обнаружить атмосферное электричество? 2) Зависит ли сокращение лапки лягушки от рода металлов, замыкающих цепь? 3) Зависит ли степень сокращения лапки лягушки от температуры атмосферного воздуха? 4) Можно ли лапку лягушки использовать для производства атмосферного электричества?

Работа с информацией физического содержания З адание 2 ( проверяет умение сопоставлять информацию из разных частей текста) Гальванический элемент можно создать, если использовать 1) алюминий, медь и никель 2) медь, раствор серной кислоты, и медный крючок 3) раствор соляной кислоты, стекло и железо 4) раствор соляной кислоты, цинк и железо

Работа с информацией физического содержания З адание 3 ( проверяет умение использовать информацию в тексте наряду с имеющимися знаниями) В гальваническом элементе происходят следующие преобразования энергии: 1) внутренняя энергия тел, составляющих элемент, увеличивается в результате протекания электрического тока; 2) электрический ток совершает работу за счет уменьшения химической энергии тел, составляющих элемент; 3) работа электрического тока осуществляется за счет уменьшения внутренней энергии проводников первого рода; 4) электрический ток возникает при наличии двух разных металлических проводников и электролита

Способы проверки (часть А) Формирование методологических знаний и умений (делать выводы при наблюдении) Ученица опустила электроды в сосуд с раствором электролита, затем подсоединила их к источнику тока и в течение некоторого времени пропускала через раствор электрический ток. В своем отчете она написала: «На одном из электродов выделились пузырьки». Это утверждение является: 1) теоретическим выводом; 2)экспериментальным фактом; 3) гипотезой; 4) объяснением факта

Формирование методологических знаний и умений (делать выводы на основе установления причинно-следственных связей) Ученик экспериментально исследовал зависимость времени закипания некоторого количества воды от мощности кипятильника. По результатам измерений он построил график, приведенный на рисунке. По результатам измерений ученик сделал вывод: 1. Время нагревания прямо пропорционально мощности нагревателя. 2. С ростом мощности нагревателя пода нагревается быстрее. 3. Мощность нагревателя с течением времени уменьшается. 4. Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг. 0 С.

Формирование методологических знаний и умений (делать выводы при использовании исторических фактов) Одним из положений МКТ является утверждение, что все частицы находятся в беспорядочном хаотичном движении. Это подтверждает такой опыт, как 1. Опыт Кавендиша. 2. Наблюдение броуновского движения. 3. Опыты Иоффе-Милликена. 4. Опыт с «магдебургскими полушариями»

Формирование методологических знаний и умений (выдвигать гипотезы для объяснения явления) При исследовании воль-амперной характеристики никелевой спирали наблюдалось отклонение от закона Ома в области больших токов. В связи с этим ученики выдвинули две гипотезы: I. Никель не является металлом. II. Сопротивление никеля растет с температурой, а проводник, по которому течет ток, нагревается На самом деле данное явление объясняет гипотеза 1) Только I. 2) Только II. 3) Ни I, ни II. 4) I и II.

Способы проверки: часть В Формирование методологических знаний и умений (устанавливать соответствие) Физические понятия Примеры АНаучный факт 1Энергия фотона прямо пропорциональна частоте излучения БЯвление 2Отрицательно заряженная цинковая пластинка теряет заряд под действием ультрафиолетовых лучей ВВеличина 3Максимальная скорость фотоэлектронов прямо пропорциональная частоте света и не зависит от интенсивности излучения ГЗакон 4Красная граница фотоэффекта ДГипотеза 5Представление механизма фотоэффекта Эйнштейном ЕМодель 6Фотоэффект – это вырывание электронов с поверхности металла под действием излучения АБВГДЕ

Способы проверки: часть В Формирование методологических знаний и умений (устанавливать соответствие) Физические понятия Примеры АНаучный факт 1Энергия фотона прямо пропорциональна частоте излучения БЯвление 2Отрицательно заряженная цинковая пластинка теряет заряд под действием ультрафиолетовых лучей ВВеличина 3Максимальная скорость фотоэлектронов прямо пропорциональная частоте света и не зависит от интенсивности излучения ГЗакон 4Красная граница фотоэффекта ДГипотеза 5Представление механизма фотоэффекта Эйнштейном ЕМодель 6Фотоэффект – это вырывание электронов с поверхности металла под действием излучения АБВГДЕ

Формирование методологических знаний и умений ( задания, направленные на установление причинно-следственных связей) ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫИХ ИЗМЕНЕНИЕ А) линейная скорость Б) угловая скорость В) центростремительное ускорение 1) увеличится 2) уменьшится 3) не измениться АБВ Материальная точка движется с постоянной скоростью по окружности радиусом R, совершая один оборот за время Т. Как изменится перечисленные в первом столбце физические величины, если радиус окружности увеличится, а период обращения остается неизменным?

Формирование методологических знаний и умений ( задания, направленные на усвоение законов природы) НАЗВАНИЕ ЗАКОНАФОРМУЛА А) закон Ома для участка цепи Б) закон Ома для полной цепи В) закон параллельного соединения проводников 1) 2) 3) 4) 5) 6) АБВ Установите соответствие между названным законом и формулой, ему соответствующей:

Формирование методологических знаний и умений ( задания, направленные на объяснение принципа действия технических устройств) ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВАФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ А) ванна для электролиза Б) двигатель постоянного тока В) лампа накаливания 1) взаимодействие постоянных магнитов 2) действие магнитного поля на проводник с током 3) явление электромагнитной индукции 4) тепловое действие тока 5) химическое действие тока АБВ Установите соответствие между технически устройством и физическим явлениями, лежащими в основе принципа их действия

Формирование методологических знаний и умений ( задания, направленные на использование законов для объяснение принципа действия технических устройств) ХАРАКТЕРИСТИКАЗНАЧЕНИЕ А) Какой ток должен проходить через шунт? Б) Каким сопротивлением должен обладать шунт? В) Под каким напряжением подключен шунт? 1) 50 Ом 2) 100 Ом 3) 400 мкА 4) 600 мкА 5) 20 мВ 6) 100 мВ АБВ Гальванометр имеет сопротивление 200 Ом, и при силе тока 100 мкА стрелка отклоняется на всю шкалу. Чтобы использовать прибор для измерения силы тока до 500 мкА, надо изготовить шунт. Установите соответствие между характеристиками, описывающими данный шунт.

Выводы: Реализация компетентностного подхода в преподавании физики выражается в решении таких задач, как: Освоение структуры деятельности с позиции компетентностного подхода Дифференциация предметного содержания, обеспечивающая освоение базового и повышенного уровня обучения Разработка и отбор средств, методов, приемов, использование технологий, обеспечивающих деятельностный подход в обучении Системное применение в образовательном процессе урока проектных и исследовательских методов, Конструктивное использование известных педагогических технологий и ИКТ Создание простой и объективной системы мониторинга

Выводы: Компетентностный подход будет успешно реализован в учебном процессе, если формируется система предметных и методологических знаний и умений ученика на основе его самостоятельной познавательной деятельности Методологические знания – это знания о способах получения нового знания. Методологические умения – это умения использовать научные методы познания (эмпирические и теоретические) для получения нового знания.

РЕЦЕНЗИЯ на самоанализ профессиональной деятельности Иванова Петра Сидоровича Содержание представленного самоанализа свидетельствует о том, что педагог – осознает стратегические цели современного школьного образования и адекватно выстраивает цели собственной профессиональной деятельности; – создает в процессе обучения физике условия для формирования у обучающихся системы предметных и методологических знаний, используя для этого системно- функциональный подход и элементы историко- библиографического подхода, разработанные А.Н. Крутским; – обеспечивает реализацию личностного роста ученика через ситуацию успеха и выявления профессиональной направленности личности учащегося;

РЕЦЕНЗИЯ на самоанализ профессиональной деятельности Иванова Петра Сидоровича – обеспечивает положительную динамику качества ЗУН по предмету, кроме этого, учащиеся педагога успешно участвуют в районных, городских и краевых конкурсах по физике и астрономии; – проводит большую внеклассную работу в целях повышения уровня предметных знаний и умений учащихся и их интереса к науке и технике; – активно участвует в профессиональной жизни коллектива школы при организации и проведении педагогических советов школы и заседаний методического объединения учителей естественных наук; – проводит анализ проблем, возникающих при организации учебного процесса, предлагает возможные способы их разрешения в дальнейшем.

Практические задания для учащихся 8-9 классов Задача 1 «Мензурка» В левой части рисунка изображена мензурка (измерительный цилиндр), в которой находится определенный объем воды. Справа дано изображение той же мензурки с погруженным в жидкость твердым телом. Новое положение уровня жидкости в мензурке отмечено штриховой линией. Вверху указана масса пустой мензурки, а внизу указано название вещества тела, погруженного в жидкость. При расчете абсолютной погрешности измерения считать ее равной половине цены деления шкалы.

Практические задания для учащихся 8-9 классов Задача 2 «Динамометр» В левой части рисунка изображен динамометр, к которому подвешен металлический цилиндр. Справа – та же экспериментальная установка, но с погруженным в воду цилиндром. Справа от каждого рисунка располагается линейка. При расчете абсолютной погрешности измерения считать ее равной половине цены деления шкалы.

Практические задания для учащихся 8-9 классов Задача 3 «Амперметр и вольтметр» На рисунке изображена схема электрической цепи для питания лампы накаливания через реостат от источника постоянного тока. Сопротивление лампы и реостата указаны на схеме. Электроизмерительные приборы показывают силу тока в цепи и напряжение на полюсах источника тока при замкнутом ключе. При расчете абсолютной погрешности измерения считать ее равной половине цены деления шкалы.