Библиографическое описание:

Журавлева Н. С., Среднева О. А. Межпредметные связи физики и математики при изучении вопросов геометрической оптики в школьном курсе физики // Молодой ученый. — 2016. — №6.2. — С. 47-50.



Abstract. This article is an analysis of the feasibility of MPS physics and mathematics in the study of problems of geometrical optics in school education

Keywords: interdisciplinary communication, physics, mathematics, geometrical optics solution.

Взаимосвязь между школьными дисциплинами имеет принципиальное педагогическое значение, она состоит в обеспечении многосторонних контактов между всеми дисциплинами с целью гармонического развития учащихся. Осуществление межпредметных связей (МПС) обеспечивает формирование единого представления школьников о явлениях природы, технических процессах и физических закономерностей, делает их знания более глубокими и практичными, что является неотъемлемой частью школьного образования в условиях компетентностного подхода.

В научно-методической литературе существует большое количество определений понятия «межпредметные связи», описываются различные подходы к их педагогической оценке и различные классификации. Проведенный анализ различных трактовок данного понятия, позволяет сделать вывод, что конечно они все верны, но их нельзя считать полными, поэтому необходимо подвести их под более полное и широкое понятие. На наш взгляд, если за основу данного понятия взять определение, которое приводит в своих работах Г.Ф. Федорец [4], получим, что межпредметные связи есть педагогическая категория для обозначения синтезирующих, интегративных отношений между объектами, явлениями и процессами реальной действительности, нашедших свое отражение в содержании, формах и методах учебно-воспитательного процесса и выполняющих образовательную, развивающую и воспитывающую функции в их единстве.

Анализ возможностей МПС в школьном образовании позволяет выделить у них четыре дидактические функции:

- методологическую;

- образовательную;

- развивающую;

- конструктивную.

Проанализировав основной состав учебных дисциплин основной и средней школы, начиная с седьмого класса, нами были определены возможности реализации МПС физики с ними (таблица 1).

Таблица 1

Уровень возможности осуществления МПС физики

со школьными дисциплинами

(«++» - высокий уровень «возможности», «+» - средний уровень «возможности», «±» - низкий уровень «возможности», «–» - нет возможности)

Предмет

ФИЗИКА

1

Русский язык

±

2

Литература

+

3

История

+

4

Иностранный язык

±

5

Биология

++

6

Химия

++

7

География

+

8

Информатика

+

9

Математика (алгебра, геометрия)

++

10

Музыка

±

11

Физическая культура

±

12

ОБЖ

±

13

Технология

+

14

Обществознание

±

15

Естествознание

+

16

Астрономия

++

17

Изобразительное искусство

±

Как видно из таблицы 1, большинство дисциплин позволяют на достаточно высоком уровне осуществлять МПС с физикой, однако первенство отдается четырем дисциплинам: биология, химия, астрономия и математика (алгебра и геометрия)[1] .

Математика как наука сформировалась намного раньше, чем физика, по мере развития физических знаний математические методы находили всё большее применение в физических исследованиях.

Математический аппарат необходим физике как язык для описания физических процессов и явлений, и является одним из методов физического исследования. Физика ставит перед человеком те ли иные задачи, при этом она побуждает создавать необходимые для их решения математические идеи и методы, которые в дальнейшем служат базой для развития математической теории.

Математика многое даёт физике. Так язык дифференциального и интегрального исчисления открывает большие возможности для более строгого определения ряда физических законов (второго закона Ньютона, закона электромагнитной индукции), формул, выражающих суть отдельных физических понятий (силы тока, возникающего в рамке, вращающейся в магнитном поле и др.). Идеи теории симметрии, тесно связанны с вопросами геометрией, что позволяет учащимся легче понять и усвоить общие научные положения строения кристаллов в молекулярной физике (10 класс); в оптике изучить построение изображений в зеркалах и линзах (8 и 11 классы).

Рассмотрим возможности МПС физики и математик на примере изучения вопросов геометрической оптики в 8 и 11 классах (таблица 2) [2,3].

Таблица 2

Элементы математических знаний при изучении

вопросов геометрической оптики

Вопросы геометрической оптики

Элементы математических знаний

Возможное место применения МПС на уроке

8 класс

1

Отражение света. Закон отражения

Луч, угол, равенство углов, перпендикуляр (нормаль).

Изучение закона отражения света.

Решение задач.

2

Плоское зеркало.

Осевая симметрия.

Построение изображения в плоском зеркале.

3

Преломление света. Закон преломления.

Луч, угол, соотношение углов в треугольнике, синус угла в прямоугольном треугольнике.

Изучение закона преломления.

Решение задач.

4

Изображение, даваемое линзой

Построение параллельных прямых, пересечение трех прямых в точке.

Построение изображений в линзах. Решение задач.

11 класс

5

Принцип Гюйгенса. Закон отражения света.

Соотношение углов в треугольнике, подобие треугольников.

Доказательство закона отражения света. Решение задач

6

Закон преломления света.

Угол между двумя взаимно перпендикулярными сторонами, соотношение углов в треугольнике, синус угла, тангенс угла, соотношение тангенса синуса малых углов..

Доказательство закона преломления. Решение задач.

7

Полное отражение.

Соотношение углов в треугольнике, синус угла.

Вывод значения угла полного отражения. Решение задач.

8

Формула тонкой линзы. Увеличение линзы.

Подобие треугольников, свойства пропорций, прямая и обратная пропорциональности.

Вывод формул тонкой линзы увеличения. Решение задач.

Анализ содержания вопросов геометрической оптики в школьных учебниках [2, 3], позволяет сделать вывод, что в 8 классе 56 % уроков по изучению данных вопросов позволяют реализовать МПС физики и математики, а в 11 классе – 67 %.

Покажем возможность применения МПС через интеграцию знаний математики в физику при решении задачи на закон преломления света.

Задача.

Шест высотой 3 м выступает из воды на 50 см. Определить длину тени от шеста на поверхности воды и на дне водоема, если угловая высота солнца над горизонтом 300 (показатель преломления воды 1,33).

Дано:

а = 3 м

в = 0,5 м

φ = 300

n = 1,33

Найти: L1, L2

3.jpg

Решение

Область знаний

Угол О1ОО2 = 300 (по условию) тогда угол падения α= 900 - 300= 600.

Тень на воде L1= ОА, тень на дне L2= ВК.

физика

Δ ОАО3 в нем ОО3= в, угол А = φ, угол О = 900

L1=

L1= 0,5 · =0,85 (м)

математика

– закон преломления света

= 400

физика

L2= ВС+СК, ВС=ОА= L1, Δ САК в нем СА= а – в, угол С= 900, угол А= β

СК = (а – в)

СК=(3 –0,5)= 2,5 ·0,83=2,1 (м)

L2= ВС+СК= 0,85 +2,1=2,95 (м)

математика

Ответ: длина тени на поверхности воды 85 см, а на дне 2 м95 см.

В ходе преподавания физики и математики необходимо регулярно обращать внимание учащихся на то, что математика является мощным средством для обобщения физических понятий и законов. Во взаимоотношениях физики и математики большое место занимает пересечение внутренних потребностей с развитием наук. Такое пересечение обычно приводит к важным открытиям, как в математике, так и в физике. Математика представляет аппарат для выражения общих физических закономерностей и методы раскрытия новых физических явлений и фактов, а физика, в свою очередь, стимулирует развитие математики постановкой новых задач.

Литература

  1. Журавлева, Н.С. Реализация межпредметных связей физики и биологии через решение физико-зоологических задач [Текст] / Н.С. Журавлева, Е.В. Ермакова // XXIII Ершовские чтения : Межвуз. сб. науч. ст. – Ишим, 2013. – С. 148-149.
  2. Мякишев, Г.Я. Физика. 11 класс [Текст] : учеб. для общеобразоват. организаций: базовый и профильный. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой. – М.: Просвещение, 2014. – 399 с.
  3. Перышкин, А.В. Физика. 8 класс [Текст]: учеб. /А.В. Перышкин. – М.: Дрофа : Вертикаль, 2013. – 240 с.
  4. Федорец, Г.Ф. Межпредметные связи педагогики с психологией [Текст]: учеб. пособие к спецкурсу / Г. Ф. Федорец. – Л. : ЛГПИ им. А. И. Герцена, 1988. - 22 с.
Основные термины (генерируются автоматически): МПС физики, вопросов геометрической оптики, физических закономерностей, физических понятий, реализации МПС физики, возможности МПС физики, Анализ возможностей МПС, школьном курсе физики, возможность применения МПС, Межпредметные связи физики, физических знаний математические, отдельных физических понятий, обобщения физических понятий, новых физических явлений, ряда физических законов, общих физических закономерностей, geometrical optics, описания физических процессов, межпредметных связей физики, изучении вопросов геометрической.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle