Паршина
Людмила Алексеевна
учитель
физики
МАОУ
Гимназия №10 г. Пушкино Московской обл.
Методическая
разработка урока физики в 7 классе «Момент силы» с применением технологии
проблемного обучения.
Введение
момента силы и правила моментов в учебнике А.В. Перышкина «Физика. 7 класс»
носит несколько формальный характер: из формулы, выражающей правило равновесия
рычага под действием двух сил, путем простых математических преобразований
вводится понятие «момент силы» и формулируется правило моментов. У обучающихся
может сформироваться представление, что одно правило просто дублируется другим.
Необходимость новых знаний остается непонятной, а значит, и неактуальной. А
ведь очень важно в 7 классе научиться применять правило моментов, поскольку при
дальнейшем обучении физике на базовом уровне условия равновесия твердого тела
не изучаются.
Полагаю,
что для решения этих задач целесообразно использовать богатый потенциал
проблемного обучения. Создание проблемной ситуации на уроке, частично-поисковый
метод изложения акцентируют внимание учеников на более общем характере правила
моментов по сравнению с уже известным им правилом равновесия рычага. Знания и
новые способы действия, самостоятельно добытые на уроке, лучше усваиваются и
крепче запоминаются или восстанавливаются при необходимости.
Проблемное
обучение основано на получении учащимися новых знаний при решении теоретических
и практических задач в создающихся для этого проблемных ситуациях. В ходе урока
я использую различные способы создания проблемной ситуации:
1. Использование
учебных и жизненных ситуаций, возникающих при выполнении учащимися практических
заданий (этап актуализации знаний – экспериментальное задание, в ходе
выполнения которого ученики самостоятельно усваивают новый способ действий при
взвешивании тел, поскольку традиционный способ в данных условиях невозможен).
2. Столкновение
учащихся с явлениями и фактами, требующими теоретического объяснения (этап
изучения нового материала – экспериментальное задание №3), когда ученики
осознают причину «невыполнения ими поставленного практического учебного
задания или невозможности объяснить им те или иные продемонстрированные факты»
(Матюшкин А.М., 1972. С. 181-183). Формулируется проблема - для решения
задачи необходимы новые знания, позволяющие учитывать вращающее действие силы
и применимые в тех случаях, когда на тело действует более двух сил.
3. Постановка
учебных проблемных заданий на поиск путей его практического применения (этап
закрепления знаний – тест: задания №5 и №7, в ходе выполнения которых ученик
вырабатывает определенный порядок – алгоритм действий при решении задач на
применение правила моментов).
4. Организация
межпредметных связей с биологией (заключительный этап урока, объявление
домашнего задания).
Задания,
предлагаемые ученикам на уроке, имеют различный уровень проблемности,
рассчитаны на большую или меньшую самостоятельность при добывании знаний или
способов действий. Например, момент силы, как новую физическую величину, вводит
учитель. А при выведении правила моментов ученики, анализируя результаты
совместной экспериментально-исследовательской работы, эмпирическим способом
устанавливают новый закон.
Класс 7
Тема урока: Момент
силы.
Планируемые
результаты:
1. Личностные
результаты: самостоятельность в приобретении новых знаний и практических
умений.
2. Метапредметные
результаты: формирование
·
познавательных
УУД (выдвижение гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной
проверки выдвигаемых гипотез, умение перерабатывать информацию в соответствии с
поставленными задачами, овладение универсальными логическими действиями –
сравнение, анализ, обобщение);
·
регулятивных
УУД (целеполагание, прогнозирование, коррекция, оценка);
·
коммуникативных
УУД (учебное сотрудничество с учителем и сверстниками, владение монологической
и диалоговой речью).
Цели урока: Ввести
новую физическую величину – момент силы, характеризующую вращающее действие
силы. Сформулировать новое условие равновесия твердого тела – правило моментов
и научиться пользоваться им при решении задач различной степени сложности.
Задачи
урока:
- Обучающая: обосновать
ограниченность применения правила равновесия рычага под действием двух сил
и универсальность правила моментов; научить применять его при решении задач
различной степени сложности.
- Развивающая: мотивировать
и поддерживать познавательную активность учащихся в течение урока, продолжить
формирование общеучебных познавательных УУД - устанавливать
причинно-следственные связи, делать логические умозаключения; формировать
навыки экспериментально-исследовательской деятельности.
- Воспитательная:
продолжить формирование коммуникативных компетенций (готовность работать
в группе, публично высказывать свое мнение, аргументировать его, умение
принять точку зрения оппонента и пр.), позитивного отношения к изучаемому
предмету.
Тип урока:
изучение
нового материала.
Образовательная
технология:
проблемное обучение.
Методы
изложения: частично-поисковый,
эвристическая беседа.
Формы
работы учащихся: фронтальная и групповая.
Необходимое
техническое оборудование: ПК, мультимедийный проектор,
презентация, интерактивная доска.
Оборудование
для выполнения экспериментальных заданий: рычаг-линейка,
закрепленный на штативе, набор грузов по 100 г, динамометр, (7 комплектов — по
количеству групп); на демонстрационном столе - тяжелая книга (массой 500-700
г), лабораторный динамометр (с пределом измерений 4 Н), нитка.
План урока:
1.
Организационный момент (2 мин)
2.
Актуализация опорных знаний (3 мин)
3.
Мотивация познавательной деятельности — создание проблемной ситуации (4 мин)
4.
Изложение нового материала (15 мин)
5.
Закрепление изученного материала (8 мин)
6.
Первичный контроль и коррекция знаний (8 мин)
7.
Подведение итогов урока. Рефлексия (2 мин)
8.
Объявление домашнего задания (2 мин)
9.
Завершение урока (1 мин)
Ход урока:
№
п/п
|
Этап
урока
|
№
слайда
|
Деятельность
учителя
|
Деятельность
учеников
(Формирование УУД)
|
1
|
Организацион-
ный момент
|
1
|
Приветствие. Проверка готовности
класса к уроку.
Формирует
группы из 4 человек, сидящих на двух ближайших партах.
(Презентация демонстрируется
с помощью интерактивной доски)
|
Готовятся
к уроку. (Взаимодействие со сверстниками, готовность работать в группе)
|
2
|
Актуализация
опорных знаний
|
2
|
1. Учитель
зачитывает эпиграф:
« Я
Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры…»
Что
послужило основанием для столь смелого заявления Архимеда?»
2. «О
возможности реализации такого утверждения мы с вами поговорим на одном из
ближайших уроков, а на сегодняшнем уроке мы продолжим изучение правила
равновесия рычага».
|
Слушают.
Отвечают
на вопрос:
«Правило
равновесия рычага, согласно которому рычаг находится в равновесии тогда,
когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил. Теоретически
можно получить сколь угодно большой выигрыш в силе, достаточно иметь точку
опоры и очень большое плечо приложения силы человеком».
(Умение
с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли)
|
|
|
3
|
№1.
Сформулируйте
и решите задачу к данному рисунку.
(Допускается
введение дополнительных данных – массы груза или мышечной силы человека.
Например: «Какую силу прикладывает человек, если суммарная масса перевозимого
груза 30 кг? Решение: Сила тяжести грузу равна 300 Н, что в 3 раза больше
мышечной силы человека, т.к. плечо силы тяжести в 3 раза меньше плеча силы,
прикладываемой человеком к ручкам тележки. Следовательно, мышечная сила
человека равна 100 Н»).
|
Формулируют
условие задачи и решают:
«Во
сколько раз мышечная сила человека меньше силы тяжести перевозимого груза?
Решение:
Тележка
(тачка) представляет собой рычаг, то мышечная сила человека в 3 раза меньше
силы тяжести перевозимого груза, т.к. ее плечо в 3 раза больше плеча
Ответ: в
3 раза».
(Анализ
и оценка информации, заключенной в иллюстрации, моделирование, умение строить
речевые высказывания в устной форме)
|
|
|
4
|
Читает
условие экспериментальной задачи №2. «Как можно измерить массу этой тяжелой
книги?
Оборудование:
лабораторный динамометр, прочная нить, книга».
(Эксперименты
проводится на демонстрационном столе учениками, предложившими способ
взвешивания)
1. (После
попытки взвешивания первым способом)
« Мы
убедились, что прямое взвешивание невозможно, поскольку вес книги больше
предела измерения динамометра. Попытаемся взвесить ее иначе, но с помощью
того же оборудования. Тому, кто успешно справится с этой задачей, ставлю «5».
2. (Учитель
демонстрирует анимацию слайда №4 во время теоретического обоснования учеником
решения задачи).
|
Обсуждают
в группах и предлагают способы решения задачи:
1. Сделать
из нити петлю, пропустить ее через разворот книги, за нить подвесить к крючку
динамометра.
Убеждаются,
что прямое взвешивание невозможно.
2.
Применить правило рычага: положить книгу на стол и приподнять ее с помощью
динамометра так, чтобы она опиралась на ребро. Сила упругости пружины
динамометра в 2 раза меньше силы тяжести книги, т.к. плечо этой силы в два
раза больше силы тяжести. Динамометр показал 3 Н, значит, сила тяжести равна
6 Н, а масса книги - приблизительно 600г.
(Выбор
наиболее эффективных способов решения задачи в зависимости от конкретных
условий; рефлексия способов и условий действия;
учебное
сотрудничество с учителем и сверстниками)
|
3
|
Мотивация познавательной
деятельности — создание проблемной ситуации
|
5
|
I. Экспериментальное задание №3.
Оборудование:
рычаг-линейка, закрепленный на штативе, набор грузов по 100 г, динамометр, (7
комплектов — по количеству групп), лабораторный динамометр (с пределом
измерений не менее 4 Н).
«На одинаковом расстоянии (18 см)
от оси вращения на левом конце рычага закрепите груз весом 1Н, а на правом -
3Н. Какую силу и в какой точке надо приложить к рычагу, чтобы уравновесить
его?» Указание: прикасаться к грузам нельзя.
Давайте проанализируем ситуацию.
1. Будет ли этот рычаг находиться
в равновесии?
2. Как он будет двигаться?
3. Что нужно сделать (не
прикасаясь к грузам), чтобы уравновесить рычаг?
4. А где его надо закрепить и в
какую сторону направить силу? Я вижу, вы не можете сразу ответить на вопрос.
Предлагаю проделать эксперимент и найти решение опытным путем.
Какие
результаты вы получили?
5. Какую
силу вы приложили к рычагу для того, чтобы его уравновесить?»
6. (Использует
анимацию)
«Обратите
внимание, сколько вариантов решения мы получили. А могли бы мы теоретически
рассчитать, какую силу и в каком направлении надо приложить к рычагу, чтобы
его уравновесить?»
7. «Почему?»
|
Ученики предлагают
для уравновешивания рычага применить динамометр, но ответить на вопрос
затрудняются.
1. Нет.
2.
Вращаться по часовой стрелке.
3. Уравновесить
рычаг с помощью динамометра. Например:
4.
Ученики выполняют экспериментальное задание и докладывают о результатах,
например: «Уравновесить рычаг с помощью динамометра,
закрепив его на расстоянии 12 см справа от оси вращения, и потянуть вверх»
Б)«Уравновесить
рычаг с помощью динамометра, закрепив его на расстоянии 14, 4 см слева от
оси вращения и потянуть вниз» и т.д.
5.
Например:
А) «Сила
равна 3 Н».
Б) «Сила
равна 2,5 Н» и т.д.
6. Отвечают
на вопросы учителя:
«Нет».
7.
Отвечают: «Правило равновесия рычага применимо только для двух сил, а в
данной задаче на рычаг действуют три силы».
(Целеполагание:
постановка учебной задачи на основе соответствия того, что уже известно и
усвоено обучающимися, и того, что еще неизвестно).
|
|
|
6
|
II. «Но если
на рычаг действуют две силы, правило равновесия выполняется всегда?
1.
Запишем это правило в виде формулы».
2.
(Использует анимацию)
«А
если мы изменим направление силы, не меняя ее модуля?
3. Вы правы, равновесие
нарушится, хотя силы, действующие на рычаг, по-прежнему обратно
пропорциональны плечам этих сил. Значит, правило рычага не всегда «работает».
Как вы думаете, почему?
4. Сформулируем проблему: Существует
ли физическая величина, учитывающая вращающее действие силы, и применимая в
тех случаях, когда на тело действует более двух сил?
Такая величина есть, и сейчас мы
с нею познакомимся.
|
II. Отвечают:
«Да»
1. Записывают в
тетдадях:
2.Отвечают: «Рычаг начнет
вращаться, т.е. его равновесие нарушится».
3. Отвечают: «В правиле
равновесия рычага не учтено направление, в котором сила вращает рычаг».
(Критическое
мышление, выделение и формирование познавательной цели)
|
4
4.1
|
Изложение
нового материала
|
|
1. «Попробуем
уточнить правило равновесия рычага под действием двух сил. Преобразуем
записанную формулу, воспользовавшись основным правилом пропорции.
F1l1=F2l2 ;
В левой и правой части стоит
произведение силы на плечо. Это произведение называется вращающим моментом
или моментом силы. Это новая физическая величина, обозначаемая буквой М.
M = F∙l
Момент учитывает вращающий эффект
силы. Говорят: момент силы, вращающий тело (рычаг) по часовой стрелке, или
момент силы, вращающий тело против часовой стрелки.
Единица измерения в СИ: [M]=Н∙м
Получаем новую формулу,
выражающую условие равновесия:
М1 =
М2
2. Сформулируйте
условие равновесия рычага под действием двух сил на основе выведенной формулы».
|
1. Слушают,
записывают
математические преобразования, формулу момента, его единицы измерения,
формулу равенства моментов.
(Теоретические
выводы на основе математических преобразований, нахождение
логических следствий)
|
2.
Формулируют: «Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если
момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей
его против часовой стрелки».
(Извлечение
информации, представленной в знаково-символической форме, умение четко и
полно строить высказывание)
|
4.2
|
|
7
8
|
3. «А
если на рычаг действует более двух сил? Вернемся к экспериментальному заданию.
(Двум - трем наиболее сильным группам предлагается усложнить эксперимент,
подвесив дополнительный груз в 1 Н на расстоянии 8-12 см от оси со стороны
груза 3Н). Рассчитаем моменты сил, действующих на рычаг, и учтем
направление вращения, которое каждая из них создает. Результаты нашей
работы мы представим в виде общей таблицы».
(Перед
открытием слайда №8 учитель переходит в режим «Редактирование»)
|
Повторяют
эксперимент, вычисляют моменты сил. Один ученик от группы заполняет свою
строку в таблице маркером поверх электронной заготовки.
(Не заполняются
колонки 4 и 7)
(Освоение
приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами
решения проблем)
|
4.3
|
|
8
|
4. «Внимательно
посмотрите на заполненную нами таблицу и сравните действие сил, вращающих
рычаг по часовой стрелке с действием сил, вращающих его против часовой
стрелки. Что вы заметили?
5. Итак, новая физическая
величина – момент силы:
·
характеризует
вращательное действие силы;
·
складывается.
6. Сформулируйте правило
равновесия рычага, которое можно применять в любых ситуациях.
7. Удалось ли нам решить проблему,
возникшую у нас в начале урока? Зачем нам потребовалось введение новой
физической величины – момент силы».
|
4. Сравнивают,
анализируют, делают вывод: «В каждой строчке сумма моментов в левой части таблицы
(М1 +М2) равна (с учетом погрешности
измерений) сумме моментов в правой части (М3+М4)».
Заполняют
колонки 4 и 7.
6.
Формулируют: «Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил,
вращающих его по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих
его против часовой стрелки».
7. (Рефлексия) «Да,
удалось. Правило моментов является универсальным, им можно пользоваться при
установлении равновесия тела под действием более двух сил».
(Извлечение
информации, представленной в виде таблицы, выполнение простых логических
действий, умение четко и полно строить высказывание)
|
5
|
Закрепление
изученного материала
|
9-10
|
«А
теперь применим полученные на уроке знания при решении практических задач».
Читает
условие задач (задачи решаются устно, в быстром темпе).
№4. На рычаг действует сила 5 Н.
Плечо силы равно 50 см. Чему равен момент этой силы?
•
Ответ:
2,5 Н м
№5. К невесомому рычагу приложены
две силы. Их моменты равны. Будет ли рычаг в равновесии?
№6. Момент силы F1 равен 1
Н∙м. На каком расстоянии справа от оси вращения нужно прикрепить груз весом
4Н, чтобы рычаг находился в равновесии?
4Н
|
Устно
решают и комментируют решение задач:
№4.
M = Fl;
№5
Рычаг не будет находиться в
равновесии, т. к. обе силы вращают его против часовой стрелки.
№6
|
6
|
Первичный
контроль и коррекция знаний (8 мин)
|
11-18
|
1.
Предлагает разгадать тест-мозаику 7-и ученикам — по одному от каждой группы.
(Лучше отвечать на вопросы по порядку, т. к. они подобраны по
нарастающей степени сложности).
2. Решение
самого сложного задания №7 разбирается подробно.
*При
ответе курсор в заданиях №1-№6 наводится на кружок, в №7 – на выбранный вектор.
В любой момент учитель может закончить работу, перейдя по гиперссылке к
слайду №19.
Вопросы:
1. По
какой формуле определяется момент силы?
2. В каких
единицах измеряется момент силы?
3. Каким образом
двигается рычаг под действием силы?
4. Чему равен
момент силы, приложенной к рычагу?
5
Н
10 см
5. Какую силу надо приложить к
правому концу рычага, чтобы он находился в равновесии
F2=
4H
F3=?
F1= 8H
6. Как записывается условие
равновесия рычага в этом случае?
F3
F2
F1
F4
7. Где (слева
или справа) и на каком расстоянии от точки О надо приложить силу F3=4H,
чтобы рычаг находился в равновесии? Длина рычага 2 м.
F3= 4H
F1= 3H
F2= 5H
|
1.
Ученики работают на компьютере, группа может им помогать с выбором ответа
2.
Объясняют решение, если есть время, записывают в тетрадь решение задания №7.
Ответы:
1. М=F∙l
2. Н∙м
3. Вращается по часовой стрелке.
4. 5Н∙0,2м=1Н∙м
5. М1=16; М2 =4;
М3=16-4=12
F3=M3/l3; F3=12/4=3
(Н)
6. М1+М2+М3=М4
7. М1=3Нм; М2=5Нм>М1;
М1+М3=М2; М3=М2-М1=2Нм
l3=М3/F3=2 Нм/4Н=0,5м.
Чтобы сила вызывала вращение против часовой стрелки, ее надо расположить
справа от оси вращения. Ответ:50 см, справа
(Само-
и взаимоконтроль контроль, коррекция знаний и умений; учебное сотрудничество
со сверстниками)
|
7
|
Подведение
итогов урока. Рефлексия. Выставление оценок.
|
19
|
Предлагает каждому ученику
выбрать одну из трех карточек: красную, желтую или зеленую, оценив результат
урока.
|
На
обратной стороне карточки ученики записывают невыясненные или возникшие в
ходе урока вопросы, выставляют себе оценку за работу на уроке (Рефлексия и
оценка своей деятельности - выделение и осознание того, что уже усвоено и что
еще подлежит усвоению, оценка собственных достижений на уроке)
|
8
|
Объявление
домашнего задания.
|
20-21
|
Читает и
комментирует домашнее задание:
•
§
57;
•
Упр.
30 (2);
•
подготовиться
к лабораторной работе №9.
•
*Дополнительно
(для желающих): задача на «5»
*Условие
задачи на «5» (Я.И. Перельман «Занимательная физика». /Глава 2. Сильнее
самого себя) размещается в электронном дневнике, ее решение предлагается
рассмотреть на уроке «Золотое правило механики»
|
Записывают
в дневник и уточняют домашнее задание
|
9
|
Завершение
урока
|
22
|
Прощается
с учениками и благодарит их за работу на уроке.
|
Сдают
выбранные карточки учителю
|
Используемые
источники:
1. Матюшкин А.М.
Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М., 1972. – 524 с.
Педагогическая
психология. Хрестоматийный материал.
http://www.ido.rudn.ru/psychology/pedagogical_psychology/ch8_3.html
2.
Селевко Г.К. Энциклопедия
образовательных технологий. В 2-х т.– М.: Народное образование, 2005.
http://i.neofile.ru/u/dd/d26d804cd4310c974eac20fd48d659/-/Энциклопедия
образовательных технологий (1 том).doc
3. Перельман
Я.И. Занимательная физика /– М.: АСТ: Астрель: Полиграфиздат, 2010. – 313 с.: ил. – (Занимательная наука).
4. Фундаментальное
ядро содержания общего образования. Универсальные учебные действия
http://college.ru/pedagogam/450/451/454/466/
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.