Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Опубликуйте свой материал в официальном Печатном сборнике методических разработок проекта «Инфоурок»

(с присвоением ISBN)

Выберите любой материал на Вашем учительском сайте или загрузите новый

Оформите заявку на публикацию в сборник(займет не более 3 минут)

+

Получите свой экземпляр сборника и свидетельство о публикации в нем

Инфоурок / Физика / Рабочие программы / Методическая разработка "Формирование понятия энергии на основе межпредметных связей"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Методическая разработка "Формирование понятия энергии на основе межпредметных связей"

библиотека
материалов











«Формирование понятия энергии на уроках физики в основной школе на основе межпредметных связей».

Мартынова Екатерина Ивановна,

учитель физики, биологии, химии

ГБОУ СОШ № 800 г. Москвы.




Понятие энергии является одним из наиболее важных при изучении естественнонаучных дисциплин. Формированию данного понятия в курсе физики основной школы уделяется очень большое внимание. Анализ становления и развития понятия энергии показывает, что основное свойство энергии - сохранение вначале было установлено при механических, тепловых, а затем электромагнитных и квантовых взаимодействиях. Принцип историзма предполагает учет данного факта в последовательности изучения видов энергии, начиная с механической энергии и внутренней энергии систем объектов. В курсе физики 7 класса учащиеся должны понимать энергию как способность тел совершать работу, значение закона сохранения энергии в механике. Учащиеся должны знать, какую энергию называют потенциальной, какую кинетической, от чего они зависят, уметь объяснять превращения энергии, которые происходят при различных движениях. Например, при ударе молотка, при скатывании шарика с наклонной плоскости, при движении мяча, брошенного вверх и др. Дальнейшее расширение объема понятия «энергия» происходит в 8 классе при изучении темы «Тепловые явления». Понятие внутренней энергии, которое начинает формироваться у учащихся, в дальнейшем используется при изучении агрегатных превращений веществ и тепловых свойств газов, жидкостей и твердых тел. Учащиеся должны уметь доказывать, что тела обладают внутренней энергией, внутренняя энергия зависит от температуры и массы тела, а также от его агрегатного состояния и не зависит от движения тела как целого и от его взаимодействия с другими телами. Завершается формирование понятия энергии в 8 классе при изучении закона Джоуля - Ленца. С точки зрения теории о строении вещества рассматривается прохождение электрического тока по проводнику и происходящие при этом преобразования энергии тока во внутреннюю энергию проводника, которая идет на его нагревание. Учащиеся должны уметь формулировать закон сохранения энергии и применять его к различным природным процессам и явлениям. Расширение объема понятия энергии происходит в курсе физики 9 класса. Здесь учащиеся на более высоком уровне рассматривают механическую энергию, устанавливают связь между работой и изменением потенциальной энергии, работой и изменением кинетической энергии, формулируют закон сохранения полной механической энергии для замкнутой системы тел. Продолжается формирование понятия энергии при изучении электромагнитных явлений, рассмотрении вопроса, связанного с объяснением транспортировки электроэнергии. Новый смысл понятие энергии приобретает при изучении механизма протекания ядерных реакций и энергетическом выходе ядерных реакций. Таким образом, курс физики 9 класса завершает формирование понятия «энергия» в основной школе.

Приступая к формированию понятия «энергия», учителю необходимо учитывать, что термином «энергия» учащиеся уже пользовались на уроках биологии. Источником энергии для земной планеты служит Солнце. Термин «энергия» здесь используется без раскрытия его смыслового содержания. Подобное введение терминов вредно, т.к. приучает учащихся к механическому запоминанию слов, их проговариванию без понимания смысла, что приводит в конечном сете к формализму в знаниях. Однако все же необходимо выяснить, как учащиеся понимают смысл слова «энергия» в результате жизненного опыта и изучения других предметов (природоведения, естествознания, биологии), что необходимо для предупреждения возникновения ошибок в усвоении понятия. Говоря о возможности физического истолкования явлений жизни, т.е. влияния физики на современное и последующее развитие биологии, не следует забывать, что закон сохранения и превращения энергии был открыт врачом Р. Майером, физиком Д. Джоулем и врачом Г. Гельмгольцем. Как известно, Майер исходил из наблюдений над живыми организмами, над людьми. Менее известно, что Гельмгольц также основывался на биологических явлениях .Таким образом, в своей деятельности по формированию понятия «энергия» учителю просто необходимо использовать межпредметные связи физики с другими естественнонаучными дисциплинами, в частности с биологией . Дидактическая роль межпредметных связей заключается в том, что их установление между дисциплинами естественнонаучного цикла позволяет установить систематичность и последовательность знаний. Образовательная ценность выполнения заданий и задач межпредметного характера с возрастом учащихся возрастает в несколько раз, так как такая работа приобретает в основном исследовательский характер. Это ставит учащихся в условия необходимости постоянного анализа и синтеза полученных данных, что способствует значительному развитию познавательной активности школьников . В качестве примера рассмотрим элементы планирования уроков в 7- 9 классах по теме «Энергия» (таблицы № 1-3), в которых отражено содержание деятельности учителя по формированию понятия «энергия» , межпредметные связи с биологией , а так же примеры задач межпредметного содержания. С помощью данного планирования достигается конкретизация межпредметных связей в процессе обучения.

7 класс. Фрагмент планирования по теме «Энергия» на основе межпредметных связей



Тема урока



Содержание деятельности,

направленное на формирование

понятия «энергия»




Межпредметные связи с биологией/ задания с межпредметным содержанием

Энергия

Рассмотреть условия, при которых тело совершает работу с помощью опытов (падения тела вниз с определённой высоты, равномерное движение по поверхности).

На примерах показать, что тело может обладать энергией, но при этом и не совершать работы, но, чтобы работа совершалась, обязательно необходим определенный запас энергии.

3) Выяснить смысл выражения: «Энергия
это физическая величина».

Рассмотреть примеры превращения энергии в живых организмах, энергии Солнца.

Например, все живые организмы делятся на производителей, потребителей и разрушителей. Каким образом получают энергию производители?

Кинетическая и потенциальная энергия

Поставить проблемную ситуацию, с помощью которой показать, что движущее тело обладает тем большей энергией, чем больше его масса и скорость. Сделать это на уроке можно с помощью серии опытов по движению тел разной массы с различной скоростью (кинетическая энергия);

С помощью опытов показать, что энергией обладают не только движущиеся тела, но и тела, поднятые на определенную высоту над поверхностью Земли (потенциальная энергия);

3) Выяснить, что общего между понятиями «потенциальная энергия» и
«кинетическая энергия» и чем они отличаются.

Рассмотреть примеры движения животных различной массы, скорость их движения (слон и гепард, заяц и лисица и др.) и сравнить, кто из них обладает большей кинетической энергией и почему. Например: « Кто из животных обладает большей кинетической энергией - лисица массой 6 кг, бегущая со скоростью 40 км/ч или заяц, массой 4 кг, убегающий от нее со скоростью 60 км/ч?»

Закон сохранения энергии в механике

Урок целесообразно начать с постановки проблемы: рассмотрим колебания груза на пружине, падение шарика с определенной высоты, маятник Максвелла. Какие преобразования энергии происходя в рассмотренных примерах.

2) Показать, что при действии на систему сил трения механическая энергия не
сохраняется;

3) Сформулировать закон сохранения
полной механической энергии.


Рассмотреть преобразование энергии в живых организмах. Например, какие преобразования энергии происходят при движении кузнечика?

Как влияют ГЭС на окружающую среду.



8 класс. Фрагмент планирования по теме «Энергия» на основе межпредметных связей



Тема урока

Содержание деятельности,

направленной на формирование

понятия «энергия»



Межпредметные связи с биологией/ задания с межпредметным содержанием

Внутренняя

энергия.

Способы

изменения внутренней
энергии.


1) Целесообразно повторить понятия кинетической и потенциальной энергии

2) Дать определение внутренней энергии. Обратить внимание учащихся на то, что внутренняя энергия не характеризует состояние системы как целого, а складывается из энергии частиц, составляющих систему.

Чтобы рассмотреть способы изменения внутренней энергии, можно предложить учащимся ответить на следующий вопрос: у вас зимой замерзли руки, какими способами вы можете их согреть (потереть ладошки друг о друга или подышать на них)

Можно использовать задачи
такого типа: Обезьянка массой 4,2 кг перепрыгивает с одной ветки на другую, расположенную на 1,7 м выше первой. На сколько при этом изменится потенциальная энергия обезьянки?

Почему в результате работы мышц тело человека нагревается и выделяется большое количество тепла?

Можно так же предложить учащимся самостоятельно найти информацию о использовании тепла, выделяемого телом человека в с точки зрения современных технологий. (например, в термоэлектрическом генераторе)

Теплопроводность

При изучении видов теплопередачи используется метод дедукции: мы сначала даем определение теплопередачи, а потом знакомим учащихся с ее видами. Такой подход дает возможность более объемного формирования понятия энергии;

Начать знакомство с понятием теплопроводности целесообразно с демонстрации опыта: нагревание медного стержня с прикрепленными к нему кнопками;

3) Следует рассмотреть механизм
передачи энергии при теплопроводности с
точки зрения молекулярно-кинетической
теории строения вещества.

4) С точки зрения МКТ рассмотреть и
объяснить теплопроводность металлов,
жидкостей и газов

Почему утки, и другие
водоплавающие птицы, могут
долгое время находиться в холодной
воде и при этом не
переохлаждаются? Объясните назначение подкожного жира у китов, тюленей и других животных, обитающих в водах полярных морей; почему у животных, живущих в холодных климатических условиях более густой шерстяной покров? Привести примеры теплоизоляции в жизни животного мира, защитная роль покровов животных. Устройство пчелиного улья с точки зрения теплотехники.

Излучение и конвенкция

Постановка вопросов проблемного характера. Например, почему воду в
кастрюле нагревают снизу, а не сверху?
Почему радиаторы отопления

устанавливают возле пола, а не ближе к потолку?

Выяснить, что при конвекции перенос энергии происходит вместе с веществом. Роль конвекции при образовании ветров в атмосфере.

Выяснить, как поступает энергия от Солнца к Земле, какие поверхности больше излучают и поглощают энергии.

На уроке полезно сравнить конвекцию и теплопроводность, обратить внимание учащихся на то, почему конвекция не происходит в твердых телах

Рассмотреть приспособленность

живых организмов к жизни в различных климатических условиях. Почему животные и насекомые, обитающие высоко в горах, имеют темную окраску?

Можно рассмотреть механизм
теплообмена у некоторых земноводных.

Количество теплоты. Удельная

теплоемкость вещества

1)Необходимо ввести понятие
количества теплоты как изменения
внутренней энергии в процессе
теплопередачи;

2) Выяснить от чего зависит количество
теплоты (с помощью опытов);

3) Ввести понятие удельной
теплоемкости вещества.


Для закрепления понятия количества теплоты и удельной теплоемкости решить задачи:

1. Если человек выпил стакан (200 г) горячей воды при температуре 60°С, то какое количество теплоты получил вследствие этого организмчеловека? Температура тела человека 36,6°С .

2.Чтобы сохранить 2 кг абрикосов, их сложили в полиэтиленовый пакети поместили в холодильник.
Температура в холодильнике 4°С. Затем их достали из холодильника иположили на стол. Какое количество теплоты получат абрикосы при нагревании их до комнатнойтемпературы 20°С? Удельнаятеплоемкость абрикосов 3800 Дж/кг-°С.

3.Продукты питания обладают определенной удельной теплоемкостью. Можно привести таблицу значений удельной теплоемкости некоторых продуктов

Принцип работы тепловых двигателей.

1)Рассмотреть устройство простейшего теплового двигателя и преобразование энергии в нем

2)Выяснить, из каких частей состоит двигатель и каков его коэффициент полезного действия

Рассмотреть влияние тепловых двигателей на окружающую среду и возникающие в связи с этим экологические проблемы, рассмотреть понятие «коэффициент полезного действия» с точки зрения биологических процессов. Например : Пищу можно рассматривать как биотопливо, «коэффициент полезного действия» которого составляет примерно 25%. Объясните, что это означает с точки зрения преобразования энергии, происходящего в животном организме при потреблении пищи.

Электрический ток. Действия электрического тока.


  1. Рассмотреть источники тока и условия его существования

  2. Действия электрического тока

  3. Преобразование механической и световой энергии в электрическую


Электрический ток в живых организмах (учащиеся уже изучили по биологии тему «Рефлекс-основа нервной деятельности»). Опыты Л.Гальвани. Обратить внимание учащихся на то, что по принципу работы гальванического элемента протекают биологические процессы в живых организмах.

Преобразования энергии в живых организмах.(Например: какие преобразования энергии происходят в организме человека при осуществлении коленного рефлекса?)

Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца.

  1. Выяснить зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивление этого участка цепи

  2. Повторить тепловое действие тока

  3. Короткое замыкание и предохранители

Опасность короткого замыкания для человека.

Обратить внимание учащихся на то, что электрический ток, проходя через тело человека, оказывает биологическое, тепловое, механическое и химическое воздействие.  Тепловое воздействие заключается в в его способности вызывать ожоги.


Производство и передача электроэнергии


  1. Генератор переменного тока.

  2. Устройство и принцип действия трансформатора, типы электростанций.

  3. Альтернативные источники электроэнергии.

  4. Объяснить, почему электроэнергию передают под высоким напряжением; как и для чего повышают и понижают напряжение при передаче электроэнергии.


Воздействие электростанций на окружающую среду;

Чем объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнаказанно усаживаются на провода? 



9 класс. Фрагмент планирования по теме «Энергия» на основе межпредметных связей

Тема урока



Содержание деятельности,

направленное на формирование

понятия «энергия»




Межпредметные связи с биологией/ задания с межпредметным содержанием

Работа и

потенциальная энергия.

1) Необходимо вспомнить, что понимали под энергией в 7 классе. Рассмотреть примеры, подтверждающие, что тела обладают энергией;

2) На примерах рассмотреть, когда тело обладает потенциальной энергией, от чего это зависит;

3) Доказать, что работа силы
тяжести, а так же силы упругости равна изменению потенциальной энергии.

Решить с учащимися следующие задачи:

1. Почему в походе опытный турист предпочитает перешагнуть через упавшее дерево, вместо того, чтобы сначала наступить на него, а затем спрыгнуть?

2. Спортсмен весом 700 Н преодолевает высоту 201 см. Какой потенциальной энергией он обладает?

3. Известно, что летающая рыба, спасаясь от хищников, взлетает на высоту 10 м. Зная, что вес летающей рыбы 5 Н, определите ее потенциальную энергию в верхней точке траектории, считая, что на поверхности воды ее потенциальная энергия равна нулю.

Работа и

кинетическая энергия.

Рассмотреть с помощью
примеров, когда тело
обладает кинетической
энергией;


Привести примеры из жизни животных и растений, когда они обладают кинетической энергией

Закон сохранения механической энергии.

1) Рассмотреть закон
сохранения полной
механической энергии для
замкнутой системы тел;

2) Рассмотреть закон
сохранения механической
энергии с учетом силы
трения.

Рассмотреть пример превращения кинетической энергии в потенциальную: Крошечное насекомое ногохвостка для передвижения использует специальное приспособление, играющее роль шеста -фуркулу, она находится под хвостом; она помогает насекомому подпрыгнуть. Ногохвостка выбрасывает жидкость в фуркулу, которая надувается. Опускаясь фуркула резко выпрямляется, происходит переход потенциальной энергии в кинетическую, и насекомое подбрасывается вверх.

Передача электрической энергии

На примере работы ГЭС рассмотреть процесс преобразования энергии падающей воды в электрическую;

Виды электростанций промышленной (ГЭС, ТЭС, АЭС) и альтернативной энергетики (ПЭС, СЭС, ВЭС, ГеоТЭС)

Способы передачи энергии к потребителю;

Электропередача в живых организмах, ее отличие от передачи энергии по ЛЭП(осуществляется потоком жидкости с энергоносителями в виде электрических зарядов).

АТФ как аккумулятор энергии.

Влияние ЛЭП на живые организмы

Дефект массы. Энергетический выход ядерных реакций.

1)Зная дефект массы, можно
определить энергию связи
ядра;

2) Дать определение энергии
связи, познакомить учащихся
с формулой, позволяющей
рассчитать энергию связи

3) Используя закон
взаимосвязи массы и энергии,
рассмотреть способ
изменения энергии системы

Влияние ядерного излучения на живые организмы. Какие виды излучений оказывают наиболее вредное биологическое действие на живой организм? 

Ядерный реактор. Ядерная энергетика

1) Рассмотреть схему
энергетической установки с ядерным реактором, принцип работы реактора;

2) Развитие ядерной
энергетики в России и в мире.

Рассмотреть экологические проблемы, связанные с ядерной энергетикой.

Достоинство — выделение большого количества энергии при сравнительно небольшом объеме топлива; недостаток - смертельная опасность радиоактивного излучения в случае аварии, проблема захоронения радиоактивных отходов. Влияние радиации на эмбриональное развитие животных и человека.



В процессе своей деятельности по формированию понятий учитель физики должен опираться на знания, которые были получены учащимися при изучении других естественнонаучных дисциплин. На уроке достаточно трудно бывает выделить именно тот этап, на котором учитель занят формированием того или иного понятия. Для решения поставленной проблемы на уроке можно использовать различного рода задания, которые помогают определить уровень сформированности понятий, а так же решать задачи межпредметного содержания. Это позволяет проверить различные уровни усвоения знаний о физических понятиях. Для определения уровней сформированности понятий можно использовать систему формирующих и диагностических заданий.

Требования, предъявляемые к системе заданий формирующего и диагностического характера:

  1. содержание заданий и способы их выполнения должны быть направлены на определение уровней сформированности понятий

  2. задания должны:

  • иметь четкую формулировку;

  • представлять собой составную часть системы заданий; быть дифференцированными

  • предполагать индивидуальную деятельность учащихся;

  • учитывать возрастные психолого-педагогические особенности учащихся;

  • учитывать требования программы курса физики основной школы к знаниям и умениям учащихся.





Примеры заданий диагностического характера

  1. уровень

  1. Что вы понимаете под словом «энергия»? Какие виды энергии вам известны?

  2. Приведите примеры преобразования одного вида энергии в другой.

3) Что вы понимаете под внутренней энергией? Как ее можно изменять? Приведите примеры.

2 уровень

  1. В холодную погоду многие птицы распушивают перья. Для чего?

  2. Обезьянка массой 4,2 кг перепрыгивает с одной ветки на другую, расположенную на 1,7 м выше первой. На сколько при этом изменится потенциальная энергия обезьянки?

  3. Саранча массой 3,0 г в прыжке развивает скорость 3,4 м/с. Чему равна ее кинетическая энергия при этой скорости?

3 уровень

  1. Почему, выходя из-под душа или из бассейна, вы ощущаете прохладу. Какие изменения энергии при этом происходят?

  2. Вы собираетесь построить загородный дом. Какие источники энергии вы будете использовать для обогрева и приготовления пищи? Опишите превращения энергии, которые будут происходить при этом.

  3. С какой скоростью лосось должен выпрыгнуть из воды, если ему необходимо преодолеть водопад высотой 2,8 м?

4уровень

  1. Как известно, в процессе фотосинтеза образуются углеводы. «Коэффициент полезного действия» фотосинтеза составляет обычно 6-8%. Объясните, что это значит с точки зрения преобразования энергии, происходящего в процессе фотосинтеза. Пищу можно рассматривать как биотопливо, «коэффициент полезного действия» которого составляет примерно 25%. Объясните, что это означает с точки зрения преобразования энергии, происходящего в живом организме при потреблении пищи.

  2. Восстановит ли спортсмен массой 70 кг запас энергии после того, как он проедет на велосипеде 20 км за 1 час, если съест 200 г жирного творога? При этом его энергозатраты за 1 час составят 22360*103 Дж. Удельная теплота сгорания творога составляет 9755*103 Дж/кг. Считайте, что КПД усвоения пищи 25%

  3. Некоторые крупные морские птицы часто "сопровождают" суда, преследуя их часами, а то и сутками. При этом обращает на себя внимание тот факт, что эти птицы преодолевают путь совместно с теплоходами с малой затратой энергии, летя большей частью с неподвижными крыльями. С помощью какой энергии перемещаются в этом случае птицы?

Для обобщения темы «Энергия. Преобразования энергии» можно предложить учащимся такие задания:

    1. Самое быстрое животное на Земле – гепард - тратит огромное количество энергии на обеспечение работы мышц. В какой вид энергии преобразуется энергия связей органических соединений, запасенных в мышечной ткани гепарда?

    2. Кто из животных обладает большей кинетической энергией- лисица массой 6 кг, бегущая со скоростью 40 км/ч или заяц, массой 4 кг, убегающий от нее со скоростью 60 км/ч?

    3. Моллюск морской гребешок открывает свою раковину с помощью упругого вещества абдуктина, модуль упругости которого примерно равен 2 МН/м2. Какую потенциальную энергию запасает абдуктин при сжатии его на 1 мм?

    4. На какую максимальную высоту способен подпрыгнуть кенгуру массой 70 кг при скорости 60 км/ч?

    5. Маша внимательно рассматривает рисунок в книге. Какие преобразования энергии происходят в процессе появления изображения рисунка на сетчатке ее глаза?

    6. Какой вид энергии обеспечивает протекание в растительных клетках реакции: углекислый газ + вода = глюкоза + кислород?

    7. Выберите процессы, происходящие с выделением энергии: фотосинтез, гниение органических веществ, испарение воды, таяние льда, горение свечи, фильтрование раствора соли.  

    8. Саранча массой 3,0 г в прыжке развивает скорость 3,4 м/с. Если саранча преобразует энергию с КПД=40%, то сколько энергии она затрачивает на этот прыжок?











Краткое описание документа:

С помощью данного планирования достигается конкретизация межпредметных связей в процессе обучения. Дидактическая роль межпредметных связей заключается в том, что их установление между дисциплинами естественнонаучного цикла позволяет установить систематичность и последовательность знаний. Образовательная ценность выполнения заданий и задач межпредметного характера с возрастом учащихся возрастает в несколько раз, так как такая работа приобретает в основном исследовательский характер. Это ставит учащихся в условия необходимости постоянного анализа и синтеза полученных данных, что способствует значительному развитию познавательной активности школьников

Автор
Дата добавления 23.10.2014
Раздел Физика
Подраздел Рабочие программы
Просмотров551
Номер материала 100945
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх