Реализация межпредметных связей в преподавании физики Подготовила учитель физики Карасёва И,Д. Актуальность проблемы межпредметных связей обусловлена процессом интеграции наук. Крупнейшие научные открытия и решение сложных технических проблем в современных условиях чаще всего осуществляются в результате комплексных исследований, опирающихся на взаимодействие многих наук. Существующая предметная система образования позволяет обеспечить учащимся приобретение знаний в области отдельных наук. Данное обстоятельство выдвинуло перед педагогической наукой проблему межпредметных связей как одну из актуальных проблем. Межпредметные связи могут иметь разные цели и выполнять разные задачи, но обязательно способствовать более глубокому и качественному усвоению физики, выработке умений применять свои знания в разных ситуациях, помогают изучать явления с разных сторон и в разных аспектах, то есть способствуют формированию критического мышления. Рассмотрим конкретные примеры использования межпредметных связей на уроках физики. Современная физика развивается в тесной связи с математикой. Изучение функциональной зависимости между величинами и графики функций имеют большое значение для курса физики. Навыки работы с простейшими буквенными формулами, с координатной плоскостью, с векторами, умения строить графики, приобретаемые учащимися на уроках математики, имеют большое значение для успешного изучения механического движения, изопроцессов в молекулярной физике, работы в механике и термодинамике. Полученные учащимися знания о статистических вычислениях позволяют дать статистическое истолкование необратимости процессов в природе, познакомить с законом радиоактивного распада. Для успешного изучения физики требуются прочные вычислительные и измерительные умения и навыки, формируемые на уроках математики. Установление межпредметных связей между физикой и биологией даёт большие возможности для формирования материалистических убеждений. Школьники приучаются иллюстрировать законы физики не только примерами из техники, но и примерами из живой природы. С другой стороны, рассматривая жизнедеятельность растительных и животных организмов, они используют физические закономерности, физические аналогии. Физика широко применяется для исследований в биологии и помогает понять особенности строения, жизнедеятельности биологических объектов. Считаю полезным при первом знакомстве с физикой как учебным предметом показать учащимся применимость законов физики к жизнедеятельности человека, млекопитающих, птиц, рыб, растений. Для этого можно сравнить полёт птиц, насекомых и самолётов, рассказать о локации в животном мире в области неслышимых звуков. Можно, к примеру, рассказать, что изучение строения тела крота помогло инженерам создать землеройную машину, а наблюдения за дельфинами и рыбами помогают совершенствовать подводные лодки. Известны классические примеры наблюдения Леонардо да Винчи за полётом птиц и строением их крыльев и использование этих идей современными инженерами при конструировании самолётов и ракет. При изучении учащимися уравнения теплого баланса и закона сохранения энергии в 8 классе уместно познакомить ребят с трудами Роберта Майера, Лавуазье и Лапласа. Роберт Майер, врач-естествоиспытатель, впервые стал думать о тепловых явлениях, когда наблюдал в тропиках цвет…крови людей. Он обратил внимание, что у жителей южных стран кровь в венах значительно темнее. Значит, сделал вывод Майер, при повышении температуры окружающей среды нужна меньшая затрата энергии для поддержания постоянной температуры тела и усилий на мускульные движения. В тёмной крови мало кислорода. В 1841 г. Майер высказал основную идею закона сохранения и превращения энергии. Справедливость первого закона термодинамики для биологии можно доказать, если живой организм изолировать от окружающей среды, измерить количество выделенной им теплоты и сравнить его с тепловым эффектом биохимических реакций внутри организма. С этой целью ещё в 1780 г. Лавуазье и Лаплас помещали морскую свинку в калориметр и измеряли количество выделенной теплоты и углекислого газа. После этого определяли количество теплоты, выделяющейся при прямом сжигании исходных продуктов питания. В обоих случаях получались близкие значения. Более точные результаты были получены при измерении количеств теплоты углекислого газа, азота и мочевины, выделенных человеком. На основании этих данных вычисляли баланс обмена белков, жиров и углеводов. И здесь совпадение оказалось достаточно хорошим. В настоящее время калориметрические измерения позволяют делать важные выводы о жизнедеятельности человека, давать направление к диагностике некоторых заболеваний. Создан прибор, наглядно показывающий температурные изменения в теле человека, – тепловизор. Этот метод позволяет распознавать самые разные недуги, связанные с воспалительными процессами, сопровождающимися повышением температуры данного участка тела. Большую роль в ознакомлении с элементами биофизики может играть составление и решение задач по физике живой природы. Магнитное поле Земли защищает все живое от вредных космических излучений, направляя их в протяженные радиационные пояса. Именно благодаря магнитному полю Земли существует северное сияние - красивое явление в атмосфере северных районов. Но магнитное поле не так безобидно. Например, переменное магнитное поле воздействует на атомы железа клеток гемоглобина - кровяных клеток, отвечающих за доставку кислорода тканям организма. Эти действия (колебания атомов под действием силы Лоренца) повышают густоту крови, способствуют образованию тромбов. Нужно говорить о том, что вредны долгие разговоры по сотовым телефонам, т.к. действие электромагнитных излучений на человека еще не изучено, последствия могут быть любыми. Сейчас строят жилые дома вблизи линий электропередач, организуют детские площадки на земле, где проложен электрический кабель, а ведь это очень опасно. Большую возможность предоставляет беседа о влиянии компьютера на человека, т. к. при работе компьютера имеет место электромагнитное излучение монитора (ультрафиолетовое, рентгеновское), накапливается статический заряд на экране монитора. Об этих вредных факторах необходимо знать, современная жизнь без компьютера невозможна, а дети и подростки проводят за ним много времени. При изучении электромагнитных излучений рассматриваются полезные и опасные свойства ультрафиолета - синтез витамина Д и усвоение кальция влияет на развитие костной системы детей, развитие центральной нервной системы, заболевания кожи, обесцвечивание волос в летнее время, влияние на рост и развитие растений и т.д. Необходимо подчеркнуть, что на Земле источником коротких электромагнитных волн является Солнце, многие из них опасны для всего живого, и только атмосфера Земли защищает биологическую жизнь на планете. Обязанность человечества - беречь и охранять атмосферу. При изучении свойств света и ультрафиолетовых лучей необходимо поговорить о солнцезащитных очках. Они не просто дань моде, а преграда, защищающая наше зрение от вредного внешнего воздействия. Очки должны быть качественными, не пропускающими ультрафиолет. Дешевые пластиковые очки наносят непоправимый вред, ведь человек думает, что глаза защищены, а это не так. Под действием ультрафиолетовых лучей в коже выделяется пигмент меланин, кожа темнеет, организм защищается. Загар может вызвать повышение волосатости, т. к. облучение повышает чувствительность луковиц к мужским гормонам. От ультрафиолета страдают надпочечники. Загар губит людей с новообразованиями, под действием Солнца они начинают расти. Сейчас загар перестал быть символом здоровья и красоты, а загар в солярии также опасен, как и солнечный. Для уменьшения отрицательного воздействия ультрафиолетовых лучей на человека во время пребывания на Солнце используются защитные кремы: следует помнить, что при многократном нанесении солнцезащитного крема его показатели защиты не суммируются. При изучении квантовых свойств света рассматривается вопрос о фотосинтезе. Ученые пытаются реализовать реакцию фотосинтеза в искусственных условиях. Это позволит получать неограниченное количество биосырья для питания животных. Может быть, данный способ решит вопрос о продовольствии для человечества. Хорошо это или плохо? Голода не будет, но численность населения Земли при этом возрастет. Однозначно на этот вопрос ответить нельзя. Физика и химия часто взаимно дополняют друг друга, поскольку на уроках по этим предметам одни и те же явления и процессы рассматриваются с разных сторон. Общими для физики и химии понятиями являются вещество, масса, вес, энергия, молекула, атом. Общими являются и фундаментальные законы: сохранения и превращения энергии, сохранения электрического заряда. Важнейшие межпредметные связи обусловлены изучением одних и тех же теорий: молекулярно-кинетической и электронной, теории строения атома. Большое значение для развития понятий об атоме и молекуле имеет введение химических формул, изучение химических свойств веществ и химических реакций, которые почти всегда сопровождаются выделением или поглощением теплоты. Примером реакции, идущей с выделением теплоты, служит горение. Эти знания, полученные в курсе химии, полезно использовать на уроках физики при формировании понятия о внутренней энергии тела и способах её изменения, а также при изучении тепловых двигателей. При изучении на уроках физики химических источников тока (элемента Вольта) можно не только сказать, что электролитом является серная кислота, но и написать её формулу – H2SO4. При изучении темы «Атом и атомное ядро» вновь повторяются вопросы строения атома и атомного ядра, природа изотопов, искусственная и естественная радиоактивность. Все эти вопросы рассматриваются с использованием периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. В этой теме формируется понятие радиоактивности. Важную роль в осуществлении межпредметных связей в преподавании физики и химии играют физико-химические задачи. Ещё на начальном этапе изучения географии (в курсе «Окружающий мир») учащиеся узнают о трёх состояниях вещества. Их знания дополняются при изучении физики в 7 классе, когда школьники получают представление о строении различных агрегатных состояний вещества. В 10 классе их знания углубляются при знакомстве с молекулярно-кинетической теорией. Изучая свойства воздуха, ученики узнают, например, что газы обладают упругостью и плохо проводят тепло. Школьники изучают также расширение тел при нагревании, и на этой основе получают представление об устройстве термометра, о таких явлениях природы, как разрушение гранита, образование ветра. При изучении магнитного поля на уроках физики учащиеся узнают о магнитном поле Земли и возможности использования магнитной стрелки компаса для ориентирования на местности. При изучении географии школьники получают представление о движении, форме и размерах Земли, о строении атмосферы и способах измерения атмосферного давления с помощью ртутных барометров и барометров-анероидов. У учеников закрепляются знания о тепловом расширении тел, конвекции в воде и воздухе, о круговороте воды в природе, использовании человеком энергии рек и ветра. Знакомясь с воздухоплаванием при изучении силы Архимеда, учащиеся узнают о роли аэростатов и стратостатов для изучения различных слоёв атмосферы. Изучая движение искусственных спутников Земли, школьники выясняют практическое значение спутников для составления прогнозов погоды, наблюдения и детального исследования верхних слоёв атмосферы, обнаружения залежей полезных ископаемых. При изучении тепловых явлений в 8 классе школьники знакомятся с уравнением теплового баланса, которое широко применяют в энергетических расчётах теплового баланса Земли в географии. Уместно указать на связь физики и географии в вопросах, касающихся плавления кристаллических тел. Например, повышение температуры воздуха на нашей планете может способствовать таянию ледников и, как следствие, затоплению материковой части Земли. Здесь же разумно рассмотреть экологический аспект, затрагивающий тепловой баланс Земли и его влияние на климат. Достижения физики лежат в основе современных технологий. Это позволяет показать ученикам всё возрастающие масштабы воздействия человека на окружающую среду, ряд социальных последствий этого воздействия и решение возникающих экологических проблем. Одна из важнейших задач школьного курса физики – развить у учащихся научный подход к явлениям и процессам природы, сформировать у них умения и навыки проведения научного эксперимента. Это позволяет выработать у школьников умения, важные для изучения и решения доступных им физико-экологических задач. Иногда ошибочно считают, что гуманитарные предметы не имеют прямого отношения к физике. Между тем, история знакомит учащихся со многими вопросами, общими и для физики, но освещает их с иных точек зрения. К таким вопросам относятся: развитие орудий труда; процесс развития производительных сил и производственных отношений; развитие культуры, техники и науки, в том числе и физики; историческая характеристика эпохи и её исторических деятелей, в том числе и учёныхфизиков; возникновение религии. Большое значение для учеников 8 класса имеет материал по истории изобретения тепловых машин, на примере которого можно наглядно показать взаимное влияние вопросов производства на науку и достижений науки и техники на развитие производительных сил и производственных отношений. В этой связи уместно познакомить учащихся с русской культурой, наукой и техникой середины и второй половины XVIII века, лучшими представителями которых были М.В. Ломоносов, И.И. Ползунов, И.П. Кулибин. Школьники должны узнать о работах русских и зарубежных учёных и изобретателей, благодаря которым век пара сменился веком электричества. К ним относятся работы Б. Франклина, Г. Рихмана по изучению атмосферного электричества, Л. Гальвани, А. Вольта по исследованию химических источников тока, М. Фарадея по описанию электромагнитной индукции, П.Н. Яблочкова, А.Н. Лодыгина, Б.С. Якоби, Э.Х. Ленца, Т. Эдисона по электротехнике. Нахожу уместным при рассмотрении физических явлений решение задач с историческим содержанием. При изучении радиоактивности рассматриваются исторические факты открытия этого явления: работы М. Кюри, А. Беккереля, Э.Резерфорда. При изучении ядерных реакций можно рассказать о работах немецких физиков перед войной, как Гитлер «убрал» всех физиков-ядерщиков из Германии. С одной стороны это замедлило создание атомного оружия на несколько лет, а с другой - трудно себе представить каким был бы мир, если бы у Германии в арсенале была бы атомная бомба. При объяснении определённых тем курса физики целесообразно использование фотографий, кинофрагментов исторического содержания. Физика и художественная литература… Что общего между этими, казалось бы, далёкими областями интеллекта? Почему учёные проявляют огромный интерес к литературе, а писателей тайны мироздания волнуют не меньше, чем история души человеческой? Всем известно, М.В. Ломоносов, И.Гёте внесли большой вклад в развитие, как науки, так и литературы. Такие учёные, как Д. Максвелл, С.И. Вавилов увлекались поэзией. Известны литературные переводы М. Кюри. Это лишь некоторые примеры того, что творчество в науке вполне совместимо с занятиями литературой. Обращение учёных к литературе не случайно: художественные образы нередко подсказывали исследователям путь к правильным решениям именно тогда, когда логика оказывалась бессильна. Известны случаи, когда писатели в художественных произведениях предвосхищали некоторые выводы науки. К примеру, Дж. Свифт в книге «Путешествия Гулливера» за 200 лет предугадал открытие спутников Марса и различия во времени их обращения. В.Я. Брюсов в своём стихотворении «Мир электрона», написанном в 1922 г., поэтически представил сложную структуру электрона. В преподавании физики в средней школе практикую решение физических задач (качественных, количественных, графических, экспериментальных), составленных на основе литературных текстов. У этих задач есть свои достоинства. На фоне выраженного эмоционального восприятия заметны: рост познавательной активности учащихся, развитие умений решать задачи творческого характера, побуждение школьников к прочтению цитируемых книг. На уроках физики также использую пословицы и поговорки как качественные задачи, поскольку многие из них наполнены физическим содержанием. Например, «Много снега – много хлеба», «Как с гуся вода», «Куй железо, пока горячо». Цитируя пословицу или поговорку, сопровождаю их вопросами: о каком физическом явлении, законе или понятии говорится; каков физический смысл пословицы (поговорки); в чём её житейская мудрость? И физика, и искусство отражают один и тот же реальный мир, но пользуются при этом разными средствами. Физика отражает действительность в понятиях, законах, теориях, а искусство – в образах, что чаще гораздо ближе и понятнее учащимся. Известно, что Леонардо да Винчи внёс большой вклад в развитие как науки, так и искусства. А. Эйнштейн, М. Планк, В. Гейзенберг увлекались музыкой, Н. Коперник, А.А. Чижевский серьёзно занимались живописью. Как и в искусстве, в физике существует понятие красоты. Истинное знание обладает эстетическими ценностями, заключает в себе совершенство и изящество. Подобные наблюдения ещё в древности Платон обобщил афоризмом «Красота – сиянье истины». Физика как наука тоже ищет внутреннюю красоту мироздания. Стройная и многообразная гармония природы доступнее человеку, который эстетически более развит. Искусство будит фантазию. В этой связи считаю уместным при изучении физических явлений привлекать художественные образы. Часто объяснение материала на уроке сопровождаю иллюстрациями. При изучении явления дисперсии света впервые объясняю понятие цвета. После рассказа о том, как глаз различает цвета, объяснения, почему мы видим предметы в цвете, почему в сумерках все предметы серые, откуда берутся белый и черный цвета, предлагаю домашнее задание: с помощью дополнительной литературы, сети Интернет подготовить сообщения о роли цветов в жизни человека. Школьники с удовольствием рассказывают о том, как цвет влияет на человека и где это применяется. Очевидна связь физики с астрономией. На уроках физики формируются первоначальные астрономические знания. Изучая шкалу электромагнитных волн, обязательно говорим о видимом излучении, источниками которого являются Солнце, звезды, рентгеновские волны - слушаем сообщение об открытии и обнаружении «черных дыр», ультрафиолетовые и инфракрасные волны тоже связаны с солнцем. Урок «Реактивное движение» начинаем с биографии К.Э.Циолковского - основная идея об использовании ракет для космических полетов, идея многоступенчатых ракет выдвинута ученым в начале ХХ столетия (задачи на движение космических объектов). При изучении движения тел в гравитационном поле записываем первую и вторую космические скорости и рассматриваем траектории движения тел, перечисляя планеты солнечной системы, кометы и т.д. Особое внимание заслуживают искусственные спутники Земли с помощью которых исследуют атмосферу, ведут фотосъемку поверхности Земли, осуществляют радиосвязь и, конечно, международная космическая станция. Тема урока «Электрический ток в различных средах. Плазма». Наша Земля окружена плазмой - ионосферой (50-60км), ионизация воздуха из-за излучения Солнца. В окрестностях земной орбиты плотность солнечного ветра (ионы и электроны) составляет 10 частиц в 1 см.куб. Они движутся со скоростью 450 км/с. На столах таблицы: «Звезды и их характеристики». Предложенный материал по физике мегамира актуализирует ранее изученные законы, подводит к обобщению изученного и, в результате, к осознанию естественнонаучной картины мира. Учащихся на уроках необходимо знакомить с тем, что происходит в космосе, а также с перспективами на будущее, которые обозначаются современной наукой. Накопление знаний о Космосе важно для человечества, поскольку существование земной цивилизации зависит от того, что представляет собой наша Вселенная, как она развивается. Практически на каждом уроке физики я применяю здоровьесберегающие технологии, а это связь физики с курсом ОБЖ. При рассмотрении вопросов об измерении температуры, теплопроводности необходимо говорить с подростками о том, как надо одеваться в холодную погоду, в гололед, летом в жару. Если очень холодно, то обязательно надевать белье - майки или футболки из хлопка, они очень тонкие, но создают дополнительный слой воздуха, который препятствует общему охлаждению, защищает от переохлаждения почки человека. Следует отметить, что очень важно иметь соответствующую обувь, толстая подошва защитит от переохлаждения весь организм. В сильные морозы очень опасно долго стоять, лучше двигаться. При изучении электрического тока в газах обязательно говорим о таком природном явлении, как молния, ее природе, опасности для человека и промышленных объектов. На уроке обязательно разбираем правила поведения в грозу - нельзя стоять или располагать палатку около одиноко стоящего дерева, нельзя находиться в воде, нельзя оставаться на возвышении, нужно прятаться в низинах; в сельской местности обязательно отключать телефон, антенну, электричество. Здесь необходимо подчеркнуть, что именно знания физики помогают защитить себя и близких от беды. Для большей убедительности можно привести примеры действия грозы на людей. В теме «Линзы» можно использовать модель глаза и показать, что хрусталик – это пример линзы, которую создала сама природа. Говоря об очках и коррекции зрения, обязательно подчеркиваю, что зрение надо беречь: следить за освещением в классе и дома на своем письменном столе, обязательно носить очки, делать гимнастику для глаз. Можно рассказать о коррекции зрения с помощью линз. Учащиеся должны знать правила «общения» с телевизором. Можно привести множество примеров проявления и применения законов физики в быту, в технике. Изучение закона Ома для замкнутой цепи позволяет учителю объяснить суть короткого замыкания, при котором сопротивление нагрузки уменьшается, а ток в цепи возрастает, это приводит к перегреву изоляции проводов и возникновению пожаров. Необходимо говорить об электробезопасности проводки, о том, какие должны быть пробки в квартире, как нужно подключать новые мощные электроприборы - стиральную машину и т.д. Можно зачитать из газет случаи возникновения пожаров из-за использования некачественных пробок, так называемых «жучков». Явление полного отражения применяется в волоконной оптике: свет идет по световоду, многократно отражаясь от его внутренней поверхности. Жгут толщиной с человеческий волос передает сигналы для работы телевизоров, телефонов, компьютеров. Между Европой и Америкой в Атлантическом океане проложены кабели для передачи информации с использованием волоконной оптики. Линза – обязательная часть оптического прибора: фотоаппарата, микроскопа, телескопа, очков, лупы. Реализация межпредметных связей в процессе преподавания физики позволяет решать ряд вопросов: 1) Позволяет продемонстрировать единство образовательных задач, решаемых школьными предметами. 2) Оптимизирует учебную нагрузку школьников. 3) Делает обучение личностно-ориентированным. Использование в работе уроков с межпредметными связями оказалось наиболее реальным путем обеспечения положительной мотивации учащихся к изучению физики, формирования устойчивого познавательного интереса к предмету, повышению качества знаний, создание педагогических условий для развития способностей учащихся. Результативность выбранного похода к обучению: 1) Улучшение качества знаний по предмету. 2) Потребность в учении и саморазвитии. 3) Развитие интереса к предмету, формирование целостности понимания единства "человек – природа - общество".
