Конспект

повторно-обобщающего урока-исследования

Тема урока

«Геометрическая оптика».

Методическая разработка учителя физики МОУ- лицея №11 гВолгодонска.

Скляровой И.В.

.

2009-2010 г

Пояснительная записка

По результатам статистических исследований и анализа результатов ЕГЭ по физике - самой сложной темой для учащихся служит «Оптика». Именно поэтому в последних предлагаемых министерством образования  демонстрационных версиях ЕГЭ по физике увеличено количество заданий по разделам «Геометрическая оптика» в части В и С, рекомендовано учителям обратить особое внимание на проработку этих разделов в курсе изучения физики. Я предлагаю версию обобщительного урока –исследования по этой теме для 11 класса в объёме 2-х часов. Вся содержательная часть урока рассчитана на повторение темы, и на углубленную работу именно с часто встречающимися в ЕГЭ вопросами.

Таким образом, после выполнения фронтального эксперимента перед учащимися ставится общая цель: определить, что происходит с лучами света при встрече с преградой? А вот ответ на этот вопрос учащиеся находят, работая в группе. Каждая группа получает карточку с индивидуальным заданием, на выполнение которого отводится примерно 30 мин, затем группы делают отчёт о полученных результатах, подтверждая их чертежами, расчётами, таблицами. В конце отчёта обязательно должны прозвучать выводы по результатам эксперимента, а затем делается общий вывод – даётся ответ на поставленную задачу.

В старших классах есть реальная возможность проводить уроки «сдвоенными», поэтому все 5 групп успевают сделать отчёт о проделанном исследовании, а при динамичной и слаженной работе в конце занятия ещё остаётся время для обсуждения результатов, ответов на дополнительные вопросы, уточнений и подведения итогов, демонстрации презентаций.

Уроки-исследования позволяют привить учащимся начальные практические навыки в обращении с экспериментальной установкой, дают им возможность почувствовать вкус к исследовательской работе, развивают познавательный интерес, причём удаётся включить в поиск решения той или иной задачи одновременно весь класс. Это в значительной степени активизирует мыслительную и практическую деятельность учащихся. Нельзя не отметить и ещё одно: учащиеся развивают умение самостоятельно получать и осваивать новую информацию, получают возможность расширить и углубить свои знания. При таком подходе полностью исчезает формализм в знаниях учащихся.

Отметим также некоторые сложности для уч-ся:

1.     Одна из проблем возникает при выполнении эксперимента с использованием призмы: при прохождении луча сквозь призму может наблюдаться явление полного внутреннего отражения, в этом случае невозможно провести те наблюдения, которые требуются, и учащимся следует изменить ход падающего луча, т.е. направить его под б льшим углом к грани призмы.

2.     В процессе вычислений учащиеся часто неправильно записывают закон преломления света: важно не забыть, что для границы раздела «воздух–стекло» закон преломления записывается так: sin /sin = n, а для границы раздела «стекло–воздух»: sin '/sin ' = 1/n.

3.     Поскольку большая часть данной исследовательской работы основана на анализе чертежей, учащиеся особое внимание должны уделять правильному и наглядному построению хода лучей и не допускать при этом грубых неточностей.

4.     Тем не менее главной проблемой для большинства было и остаётся недостаточное умение чётко, последовательно, лаконично и физически грамотно объяснить полученные результаты, кратко и уверенно ответить на дополнительные вопросы.

После проведения урока-исследования сами учащиеся отмечают, насколько полезны такие уроки, подчёркивают, что на таких уроках материал усваивается и закрепляется лучше.

Тема урока:

«Геометрическая оптика».

Тип урока:

урок-исследование

Эпиграф: 

«Цикл научного познания: от наблюдений к выдвижению гипотезы, от гипотезы к теоретическому обобщению и практическому применению».

Методические цели урока:

Образовательные:

·        создание физических моделей преломления света,  хода лучей в линзах, выявление закономерностей физических явлений, моделируемых на опыте, наблюдаемых на экране компьютера и представленных в условиях задач,

·        перевод физической модели в математическую, более четкое понимание задачи и успешное решение задач повышенной трудности, 

·        проведение микроисследований на базе задач повышенной сложности,

·        работа в проектном режиме, активизирующая полученные знания и стимулирующая творческую и познавательную активность учащихся, включающая конструкторскую и исследовательскую деятельность,

·        закрепление основных знаний, необходимых для решения задач повышенной сложности в разделе «Оптика»,  подготовка к сдаче ЕГЭ.

Развивающие:

·        переход от опыта к гипотезе и теории,

·        выращивание индивидуальной готовности к самостоятельному открытию знаний,

·        осознанное встраивание новых знаний в свою картину мира,

·        содействие овладению методами научного исследования, анализа и синтеза,

·        применение электронных образовательных ресурсов,

Информационно-коммуникативные:

·        переводить информацию из одной знаковой системы в другую,

·        проявить свои творческие способности, умение мыслить, слаженно работать в группе,

·        применять и оценивать свои знания.

Рефлексивной деятельности:

·        способность самооценки,

·        постановки для себя задачи,

·        анализа своих достижений.

Форма проведения:

Исследовательская работа в группах. Рейтинговая (накопительная) система выбора заданий и оценивания - как индивидуальная форма работы и отчёта учащегося.

Оборудование и техническое оснащение:

на столах для групп разложены листы с заданиями, тестами части А , части С, для дополнительного решения, оборудование для проведения эксперимента по задаче, ПК с мультимедийным проектором или компьютерный класс с локальной сетью; программы Power Point и Excel, диски «Физика в картинках», «Лабораторный эксперимент в физике».

Этапы урока:

1 этап - ориентировочно-мотивационный

-постановка задачи.

2 этап - операционально-исполнительский

·        проведение эксперимента,

·        создание физической модели задачи,

·        создание математической модели задачи. (Моделирование с данными эксперимента или обработка компьютерного эксперимента),

·        решение задачи,

·         работа с тестами.

·        выступление с отчётом

3 этап - рефлексивно-оценочный

·        проверка домашнего задания (презентации),

·        подведение итогов, выставление оценок, рефлексия.

Ход урока

1 этап - ориентировочно-мотивационный

Проблему урока можно поставить в виде фронтального эксперимента:

·          На каждом столе – стакан с водой, пробирка с трубочкой. Учащиеся рассматривают пробирку, опущенную в воду, через стекло (сбоку) и из воздуха (сверху). Если смотреть из воздуха, то можно обнаружить «исчезновение» той части трубочки, которая находится в пробирке, а пробирка при этом кажется зеркальной. Если налить в пробирку воду, этот эффект исчезает.

·          При прохождении лазера через плоскопараллельную пластину на экране происходит смещение направления распространения луча. Таким образом, после выполнения фронтального эксперимента перед учащимися ставится общая цель: определить, что происходит с лучами света при встрече с преградой? А вот ответ на этот вопрос учащиеся находят, работая в группе.

Оргмомент: создание психологического настроя, обсуждение плана работы.

Для достижения наших целей мы разделимся на группы по 5 человек. Каждая группа получает карточку с индивидуальным заданием, на выполнение которого отводится примерно 30 мин. Каждой группе предлагается следующий план работы:

1.       Экспериментальная часть (проведение эксперимента с оборудованием на столе или применением компьютерных программ).

2.       Теоретическая часть (создание чертежа как физической  модели процесса, по данным опыта создание задачи как математической модели процесса).

3.       Решение полученной задачи.

4.       Творческая часть: создание отчёта о работе в виде чертежей, выводов, применение эффекта в природе и технике, как подтверждение правильности результатов работы. Отчёт может быть предоставлен на втором уроке в виде электронной презентации. Выполнение домашнего задания: решение подборки подобных заданий из ЕГЭ.

5.       Рефлексия (создание для каждого картины затруднений по шкале). Выставление оценок.

За выполненную работу предлагается следующая система оценивания:

В тетради у учащихся имеется подготовленная ведомость для учёта получаемых баллов. Итоговая оценка «5» – 25 баллов, «4» – 20 баллов, «3» –ниже 20 баллов.

Формулировка цели урока:

«Цикл научного познания: от наблюдений к выдвижению гипотезы, от гипотезы к теоретическому обобщению и практическому применению».

В начале урока производится розыгрыш заданий для групп. Капитаны берут билет для практической части, содержащий название, описание опыта.

2 этап - операционально-исполнительский

Проведение эксперимента.

Задача: установить взаимосвязь теоретических представлений и опыта.

Опыт проводится в группе, выполняется каждым учащимся в тетради.

Используя данные опыта или виртуального опыта, составляется задача с данными. Решение задачи оформляется в тетради у каждого учащегося.

Затем группы составляют отчёт о полученных результатах, подтверждая их чертежами, расчётами, таблицами, которые оформляют в тетрадях или компьютере в виде презентации. Эта работа выносится на домашнее задание. 

—  Домашнее задание: составление презентации с отчётом о проделанной работе и применению явления на практике. Выбрать для себя уровень сложности (часть А или частьС) заданий ЕГЭ и  решать в тетради. 

Действия учеников группы:

 Провести эксперимент. Составить физическую модель в виде чертежа.

Из представленной схемы эксперимента ясны обозначения всех входящих в расчётную формулу величин.

Создание математической модели задачи.

 Экспериментальные значения:

d = 20 мм, R = 50 мм, n = 1,43.

Из DBC: .

h = AD = DBsin( – ).

sin( – ) = sin • cos – cos • sin ;

Задача ЕГЭ.  В блоке оптического стекла с показателем преломления имеется наполненная воздухом полость в виде плоскопараллельной пластинки толщиной 0,2 см. Луч света падает на границу раздела стекло–воздух под углом 30°. Определите смещение луча после прохождения через воздушную полость.

Ответ. 0,2 см.

Действия учеников группы:

Осветитель поместим в нижней части диска. Кроме падающего луча, в стекле существует и отраженный луч. Его след можно заметить на матовой поверхности полуцилиндра. Отражение луча происходит в соответствии с законом отражения света.

n - показатель преломления стекла относительно воздуха, то 1/n – показатель преломления воздуха относительно стекла; n₂ – среда воздух.

рис. 2

Перемещая осветитель, увеличиваем угол падения. Одновременно будут увеличиваться и угол отражения, равный углу падения, и угол преломления. При этом угол преломления больше угла падения.

sinβ = n· sin ά

n > 1, sinβ > sinά

β> ά

Переходя в оптически менее плотную среду, луч отклоняется от перпендикуляра в сторону границы двух сред. Учащиеся также замечают, что с увеличением угла падения яркость (энергия отраженного пучка) растет, а преломленного падает.

Угол падения становится таким, что преломленный пучок света идет вдоль границы раздела сред. β _max - 90⁰ и соответствует ά ₀.

рис. 3

Что произойдет, если увеличим угол падения? (Происходит полное отражение света от границы оптически более плотной среды, когда ά >= ά ₀).

рис. 4

Математический вывод закона полного отражения

n₂ = 1 – среда воздух; β = 90⁰; sin β = 1; ά ₀ - предельный угол полного отражения

Условия выполнения законно внутреннего отражения света

• вторая среда является оптически менее плотной, чем первая среда; Из формулы видно, что предельный угол падения существует только при n₂ < n₁, т.е. полное внутреннее отражение возможно только при прохождении света из вещества оптически более плотного в оптически менее плотное.

Задачи для самостоятельного решения:

Задания части В и С: (МГУ им. М.В.Ломоносова). На дне водоёма глубиной H = 1,2 м находится точечный источник света. Найдите наибольшее расстояние от источника до того места на поверхности воды, где лучи выходят за пределы воды. Показатель преломления воды n = 1,33.

Решение. Обозначения отрезков и углов ясны из рисунка. Очевидно, что луч, идущий под углом к вертикали больше, чем , не выйдет из воды, а испытает полное внутреннее отражение. В точке A, по закону преломления, nsin  = 1. Применяем к треугольнику ABC теорему Пифагора:

l² = H² + S². Но 

Следовательно,  

Предельный угол полного внутреннего отражения на границе алмаза и жидкого азота равен 30 град. Абсолютный показатель преломления алмаза равен 2,4. Во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в жидком азоте?

3 этап - рефлексивно-оценочный

Предлагается оформить учётную ведомость оценок каждому учащемуся при помощи капитана и учителя. Для дополнения баллов в учётную ведомость предлагается продемонстрировать в качестве домашнего задания электронную презентацию по теме выбранного билета.

Проанализировав свою ведомость учёта, учащемуся предлагается оценить свои достижения и неудачи за урок, выявить западающие моменты в работе и отметить то, что в этой деятельности было для него новым и познавательным. Оформить рефлексию письменно на зачётной ведомости, сдать учителю для дальнейшего анализа и сравнения результатов в будущих работах.

 Итог урока.

«Благодарю за сотрудничество. Урок ставит вас в позицию творческого исследователя физической реальности, следовательно,  в процессе обучения должен найти отражение цикл научного познания: от наблюдений – к выдвижению гипотезы, от гипотезы – к теоретическому обоснованию и практическому применению. Возможно окончив школу, вы можете забыть принцип Гюйгенса и обобщение Френеля, но опираясь на сформированные при изучении этих понятий творческие навыки, вы сможете всегда найти нужное решение любой жизненной проблемы».

Используемая литература:

1.     Электронное программное обеспечение “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия”, 2003 г.;

2.     Электронное программное обеспечение “1C:Школа. Физика, 7-11 классы, библиотека электронных наглядных пособий”, под редакцией Н. К. Ханнакова, 2004 г.

3.     Электронное программное обеспечение «Физика в картинках».

4.     Электронное программное обеспечение «Лабораторный эксперимент в школе».

5.     Сборники вариантов ЕГЭ 2008-2009 год.

6.     Б.Б.Буховцев, Г.Я.Мякишев. Физика-11. – М.: Просвещение, 2004,