IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Колебательное движение – самое распространенное движение, но как показывают срезы знаний учащихся, уровень знаний о колебательном движении низкий. Это противоречит требованиям к уровню знаний в общем, и к уровню знаний о колебаниях – в частности.

Учебная программа по физике в 9 классе отводит 68 часов для обязательного изучения данного предмета, из расчета 2 учебных часа в неделю. На темы, касающиеся колебательного движения, дано 10 часов.

Согласно ФГОС планируются личностные, метапредметные и предметные результаты обучения физике.

При изучении рассматриваемой темы можно поставить следующие задачи, направленные на развитие личностных результатов:

1. сформировать умение осознавать единство и целостность окружающего мира, возможности его познаваемости и объяснимости на основе достижений науки;

2. сформировать умение осознавать потребность и готовность к самообразованию, в том числе и в рамках самостоятельной деятельности.

Задачи, направленные на развитие метапредметных результатов:

Познавательные универсальные учебные действия (УУД):

1. сформировать умение ориентироваться в учебнике, находить и использовать нужную информацию;

2. сформировать умение анализировать, сравнивать и обобщать факты.

Коммуникативные универсальные учебные действия УУД:

1. сформировать умение слушать и понимать речь других людей;

2. сформировать умение самостоятельно организовывать учебное взаимодействие при работе в группе.

Регулятивные универсальные учебные действия УУД:

1. сформировать умение самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную проблему, определять цель учебной деятельности;

2. сформировать умение составлять план решения проблемы;

3. сформировать умение в диалоге с учителем совершенствовать самостоятельно выработанные критерии оценки.

Задачи, направленные на развитие предметных результатов:

1. сформировать умение характеризовать и понимать смысл величин, связанных с колебательным движением;

2. сформировать умение выполнять эксперимент и решать задачи [2].

Большая часть УУД связана с формированием понятий, на их основе формируются и развиваются УУД, связанные с навыками и умениями.

Рассмотрим подробнее процесс формирования понятий, связанных с колебательным движением.

Раньше ученики приходили на урок и «получали» понятия в готовом виде. Системно - деятельностный подход, реализуемый в рамках ФГОС, требует самостоятельности: знания не даются в готовом виде, а добываются самими обучающимися [7].

Важность тщательного изучения понятий раздела «Механические колебания» определяется тем, что весь понятийный аппарат, изучаемый в данном разделе, будет приемлем в последующем при изучении колебаний другой природы. В разделе «Механические колебания» изучаются следующие понятия: колебательное движение, механические колебания, свободные и вынужденные колебания, амплитуда, период и частота, фаза колебаний.

В основу методики изучения раздела нами взят деятельностный подход, определяющий этапы формирования понятий, на базе планов обобщенного характера, методика проведения эксперимента без готовых описаний и инструкций, разработанные А.В. Усовой и ее учениками [4, 5, 6].

Планы обобщенно характера, составленные учащимися под руководством учителя, позволяют учащимся принять их при изучении всего школьного курса физики, т.к. они являются для них основным ориентиром в выделении главного при изучении всех основных структурных элементов знаний: свойств; явлений; процессов; величин, их характеризующих; законов; теорий, их характеристических применений, деятельности поведения колебаний и эксперимента. На основе этих требований к знаниям и умениям конкретно формируются универсальные учебные действия, определяются критерии и уровни формированности, контроль и самоконтроль учащимися усвояемых знаний и умений [4].

При изучении темы рассматриваются следующие явления: колебательное движение, механическое движение, резонанс. В основу методики их изучения нами положен план обобщенного характера о явлении (свойстве, процессе):

1. Внешние признаки явления (свойства, процесса).

2. Условия, при которых проявляется свойство, протекает явление или процесс.

3. Сущность свойств, явлений и процессов, механизм их протекания и объяснение на основе современных научных теорий.

4. Определение этих понятий.

5. Величины, характеризующие свойства, явления или процессы.

6. Использование свойств, явлений и процессов на практике.

7. Способы предупреждения их вредного воздействия на человека и окружающую среду [5, с.113].

Согласно содержанию темы раскроем понятие «колебательное движение» как явление:

Колебательным движение, или просто колебаниями, называется всякое движение или изменение состояния, характеризуемое той или иной степенью повторяемости во времени значений физических величин, определяющих это движение или состояние. С колебаниями встречаются при изучении самых различных физических явлений: звука, света, переменных токов, радиоволн, качаний маятников и т.д.

Колебательное движение называется периодическим, если значения изменяющихся в процессе колебаний физических величин повторяются через равные промежутки времени. Простейшим типом периодических колебаний являются так называемые гармонические колебания. Колебания какой-либо физической величины x называются гармоническими, если их зависимость от времени t имеет вид:

или

причем A, , с течением времени не изменятся.

Рассмотрим колебания, происходящие под действием упругой силы, например, колебания пружинного маятника. Пружинный маятник состоит из массивного шара, насаженного на горизонтальный стержень, вдоль которого он может скользить. На стержень надета стальная пружина, закрепленная на его конце и на шаре. Массой пружины по сравнению с массой шара можно пренебречь. В состоянии покоя шар находится в положении О. Если его передвинуть в положении В, сжав пружину, а затем отпустить, то он начтет ускоренно двигаться влево под действием упругой силы пружины где x – вектор смещения шара из положения равновесия О.

По мере приближения шара к положению равновесия численной значение упругой силы пружины, а значит, и ускорение, с которым двигается шар, уменьшается и в точке О становится равными нулю. За счет приобретенной кинетической энергии шар будет продолжать свое движение влево, растягивая пружину. Когда вся кинетическая энергия шара превратиться в потенциальную энергию пружины, шар на мгновение остановится. После чего упругая сила F₁ растянутой пружины заставит его возвращаться в положение О и т.д.

Колебания, которые возникают в системе, не подверженной действию переменных внешних сил, в результате какого-либо начального отклонения этой системы устойчивого равновесия, называются свободными. Если система консервативная, то при колебаниях не происходит рассеяния энергии. В этом случае свободные колебания называются незатухающими.

Величина А, равная максимальному смещению маятника (шара) из положения равновесия, называется амплитудой колебания. Амплитуда свободных колебаний консервативной системы не зависит от времени. Выражение стоящее под знаком синуса (или, соответственно, выражение , стоящее под знаком косинуса), определяет смещение x в данный момент начала отсчета времени (t=0) фаза колебаний равна (или ). Поэтому величина () называется начальной фазой колебания. Фаза измеряется в радианах или градусах.

Величина входящая в выражение для фазы колебания, называется циклической (или круговой) частотой колебаний. Физический смысл циклической частоты связан с понятиями периода колебаний T и частоты колебаний . Периодом незатухающих колебаний называется тот наименьший промежуток времени T, по истечении которого повторяются значения всех физических величин, характеризующих колебания. За время T совершается одно полное колебание.

Изучение выше указанных явлений построено на основе следующих опытов: изучение зависимости периода колебаний маятника от длины нити и изучение зависимости периода колебаний груза на пружине от массы груза, которые позволяют ввести понятия. В процессе постановки этих экспериментов используется план деятельности по выполнению эксперимента:

1. Уяснение цели эксперимента.

2. Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента.

3. Выяснение условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента.

4. Планирование эксперимента, включающее ответы на вопросы:

а) какие наблюдения провести;

б) какие величины измерить;

в) приборы и материалы, необходимые для проведения опытов;

г) ход опытов и последовательность их выполнения;

д) выбор формы записи результатов эксперимента;

5. Отбор необходимых приборов и материалов.

6. Сбор экспериментальной установки.

7. Проведение опыта, сопровождаемое наблюдениями, измерениями и выбранными способами кодирования получаемой во время опыта информации.

8. Математическая обработка результатов измерений.

9. Анализ результатов эксперимента, формулировка выводов (в словесной, знаковой или графической форме) [6].

Изучение величин «амплитуда», «период», «частота», «циклическая частота» построено на основе плана обобщённого характера о величине:

1. Какое явление, свойство тел (веществ), процесс характеризует данная величина.

2. Определение величины.

3. Обозначение.

4. Определительная формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

5. Какая эта величина – скалярная или векторная.

6. Единица измерения величины в СИ.

7. Способы измерения величины.

8. Разновидности величин (например, сила тяжести, сила упругости, сила электростатического взаимодействия и т.п.) [5, с.113].

Согласно теме раскроем понятие «период» как величины:

Период колебаний — это наименьший промежуток времени, через который система, совершающая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент времени, выбранный произвольно.

Другими словами, период колебаний (Т) — это время, за которое совершается одно полное колебание. Например, на рисунке ниже это время, за которое грузик маятника перемещается из крайней правой точки через точку равновесия в крайнюю левую точку и обратно через точку равновесия снова в крайнюю правую.

Период колебаний измеряется в единицах времени — секундах, минутах и т. д.

Частота колебаний — это число колебаний, совершаемых за единицу времени, например, за 1 с.

Единица частоты в СИ названа герцем (Гц) в честь немецкого физика Г. Герца (1857-1894). Если частота колебаний () равна 1 Гц, то это значит, что за каждую секунду совершается одно колебание. Частота и период колебаний связаны соотношениями:

Циклическая, или круговая частоты ω. Она связана с обычной частотой v и периодом колебаний Т соотношениями:

Циклическая частота — это число колебаний, совершаемых за 2π секунд.

Рассмотренная методика формирования понятий данной темы позволяет осуществить обобщенный подход к изучению и других разделов физики и прийти к выводу, что применение планов обобщенного характера ускоряет процесс формирования у школьников умения, а также помогаю достичь поставленных задач. Личностные результаты включают в себя готовность и способность обучающихся к саморазвитию. Метапредметными результатами являются умение выделять цель урока, самостоятельно работать с литературой, выделять главные мысли в тексте. Предметными результатами при изучении темы являются знание понятий (свойств, явлений, величин и т.п.), законов, теорий, умение собирать установки для эксперимента и использовать приобретенные знания в практической деятельности. Все это положительно сказывается на уровне образования учащихся по физике.

Библиографический список:

1. Бобров А.А., Суровикина С.А. Формирование многозначных физических понятий // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. Ч.1. – Челябинск, 1995. – С.167.

2. Примерная программа по физике 7-9 класс, результаты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://svbondareva.ucoz.ru/fgos/3-primernaja_programma_7-9_rezultaty.doc (дата обращения: 24.12.16).

3. Суровикина С.А. Многозначные физические термины. – Омск: Изд-во ОмГПУ, 1998. – 34 с.

4. Усова А.В. Психолого-дидактические основы формирования физических понятий: Учебное пособие к спецкурсу. – Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1988. – 90 с.

5. Усова А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: Курс лекций. – СПб.: Изд-во «Медуза», 2002. – 157 с.

6. Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. – 112 с. – (Б-ка учителя физики).

7. ФГОС ООО (физика) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.220-volts.ru/index.php/107-fgos/83-fgos-ooo-fizika# (дата обращения: 06.01.17).

Код для цитирования: Скопировать