2.3 Методика формирования ЕНМП учащихся на примере одной из тем курса физики 7 класса

Как уже отмечалось выше, за основу нашей работы по интеграции знаний был взят курс физики. В соответствии с его темами подбирались биологические примеры из 6-9 класса. Разберем методику преподавания первой темы курса физики "Первоначальные сведения о строении вещества" с позиций формирования ЕНМП.

Поскольку это первая тема мы посчитали целесообразным начать ее изучение учащимися с вводного интегрированного урока физики и биологии. Именно на нём мы даем первоначальные сведения о ФЗП, акцентируя внимание ребят на тесной взаимосвязи естественных наук.

Конспект вводного интегрированного урока.

Тема: Физика в современном мире. Фундаментальные законы природы.
Цель: интеграция знаний на основе ФЗП.
Задачи:
1) дать учащимся первое представление о физике как одной из основных наук о природе;
2) подчеркнуть взаимосвязь всех наук, изучающих природу;
3) рассмотреть ФЗП, лежащие в основе всех естественных наук;
4) проиллюстрировать эти законы примерами из физики и биологии, доказав тем самым универсальность этих законов и принципов.
 
План урока:
1) Организационный момент (учитель физики).
2) Физика - наука о природе. Необходимость физических знаний в жизни (беседа уч. физики).
3) Многообразие наук о природе, их взаимосвязь (беседа уч.физики).
4) Фундаментальные законы природы (рассказ с элементами беседы и демонстрация опыта учителем физики).
5) Иллюстрация ФЗП примерами из биологии (беседа уч. биологии).
6) Литература дтя чтения.

Оборудование: портреты крупнейших ученых - физиков, таблицы "Закон сохранения энергии", "Строение растительной клетки", "Симметрия в природе", "Типы листорасположения", два стеклянных сосуда с простой и подкрашенной водой.

На доске написан эпиграф к уроку: "Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые" (Д. Хевеши).

Ход урока.

В начале урока учитель физики знакомится с учащимися и обращает их внимание на учебник, которым они будут пользоваться, и рабочую тетрадь.

Затем учитель беседует с учащимися о предмете  изучения физики, об известных ученых - физиках (демонстрирует портреты ученых), записывают в тетрадь имя Аристотеля (384-322г. до н.э.), который ввел термин "физика" (physis - природа).

Ребята приходят к выводу, что физика - это наука, изучающая природу, но не единственная. Ставится вопрос: какие еще науки изучают природу? Учащиеся вспоминают биологию, географию, экологию, математику, химию. Обсуждается разнообразие этих наук, хотя предмет изучения один - природа. Учитель ставит перед классом вопрос: что должно быть общее у этих наук? Вместе с учителем учащиеся приходят к выводу, что в основе всех естественных наук лежат фундаментальные законы и принципы. Учитель физики записывает эти законы на доске, давая учащимся первое представление об этих законах с точки зрения физики.

Целесообразно, чтобы разговор об общих законах природы начинал вести учитель физики. Это объясняется тем, что ФЗП - предмет изучения физики, так как именно физический уровень исследования целостного материального мира самый глубинный. Но это не является сведением химических и биологических закономерностей к физическим. Биология изучает высшую форму материи - живые организмы, деятельность которых подчиняется как общим законам природы, так и специфическим биологическим законам.

Фундаментальные законы и принципы природы:
1) Представление об атомном строении окружающего мира (Демокрит).
2) Закон сохранения и превращения энергии (виды энергии, опыт Майера с мышами, формулировка закона).
3) Принцип симметрии.
С понятием симметрии учащиеся впервые знакомятся в курсе геометрии 7 класса. Но поскольку этот принцип наиважнейший, учащимся уже на этом уроке необходимо дать первоначальное представление о симметрии.
Можно предложить учащимся следующее определение: симметричным называют такой объект, который можно изменять, получая в результате то же самое, с чего начали. На симметрии держится мир. Она встречается часто и повсеместно - как в природе, так и в человеческом творчестве. Симметрия многообразна. Неизменность тех или иных объектов может наблюдаться по отношению к разнообразным операциям - поворотам, отражениям, переносам, взаимной замене частей и т. д. Симметрия многолика. Она связана с упорядоченностью и уравновешенностью, пропорциональностью и соразмерностью частей, красотой и гармонией (а иногда с однообразием), с целесообразностью и полезностью. Основные виды симметрии: центральная и осевая.
4) Направленность (необратимость) процессов в природе.
Учитель беседует с учащимися, находя примеры необратимости процессов в жизни (разбитая чашка самопроизвольно не склеится и т. п.).Демонстрируется опыт: два стеклянных сосуда, в одном чистая вода, в другом - подкрашенная вода такого же количества. Поставив рядом сосуды, мы наблюдаем четкую границу между жидкостями; если убрать перегородку мысленно, то жидкости перемешаются и вернуться в исходное состояние не смогут никогда.
Содержание закона, определяющего направленность процессов: в изолированных системах самопроизвольные процессы протекают в направлении перехода системы в равновесное (наиболее вероятное) состояние.
Подчеркивается не абсолютный, а вероятностный характер направленности процессов в природе.
5) Периодичность природных процессов (смена дня и ночи и т. п.).
После того, как учитель физики даст первое представление об общих законах природы, урок продолжает учитель биологии. Он иллюстрирует эти законы примерами из живой природы, опираясь в первую очередь на знания учащихся, полученные в курсе биологии б класса.
а) Атомное строение всего окружающего мира.
Используя таблицу "Строение растительной клетки", учитель вместе с учащимися вспоминает о клеточном строении растений по схеме: растение, органы, ткани, клетки, органоиды, молекулы, атомы.
6) Закон сохранения массы.
В качестве иллюстрации вспоминается опыт Гельмонта с веткой ивы. Делается вывод, что именно представления о сохранении массы вещества помогли опровергнуть господствовавшее мнение, что земля единственная пища растений, что дало толчок к проведению опытов по изучению фотосинтеза.
в) Закон сохранения энергии.
Учащиеся, сравнивая процессы фотосинтеза и дыхания растений, приходят к выводу, что и этот закон лежит в основе жизнедеятельности растительных организмов. Так как энергия Солнца, усвоенная зеленым растением, не исчезает, а преобразуется в другие виды энергии, которая расходуется на все жизненные процессы живой клетки.
г) Идея симметрии.
Учитель говорит, что в многообразном мире растений и животных чаще встречается двусторонняя симметрия и лучевая (поворотная) симметрия разных порядков (табл. "Симметрия в природе"). Даже казалось бы, на первый взгляд, несимметричный объект - побег с очередным листорасположением - является примером скользящей симметрии.
Обращается внимание учащихся на то, что симметрия и ассиметрия в окружающем мире рядом, но симметрия - общее свойство объектов окружающего мира, а асимметрия отражает индивидуальные свойства объектов.
Симметрия в основе всего, она первооснова красоты.
д) Необратимость (направленность) процессов в природе.
Учащиеся с помощью учителя вспоминают, что такие явления, как поступление воды в корневой волосок, прорастание семян, распускание листа из почки и другие, являются необратимыми и подчинены определенной последовательности, т.е. направленны. Учитель добавляет, что в масштабах всего растительного мира идея направленности нашла свое отражение в эволюции растений от простейших организмов (одноклеточные водоросли) до сложных, высокоорганизованных цветковых растений (именно вопросы эволюционного развития растительного мира будут изучаться в курсе биологии 7 класса).
е) Периодичность процессов в природе (например, листопад).
В заключении учитель подводит учащихся к выводу: природа существует по единым законам, которым подчиняются элементы как неживой, так и живой природы. Ещё раз называются эти закономерности и принципы.
В конце урока учителя рекомендуют литературу для дополнительного чтения по этому вопросу:
1) Ильченко В.Р. Перекрёстки физики, химии, биологии.-М.:Просвещение, 1986.
2) Тарасов Л.В. Этот удивительно симметричный мир.-М.:Просвещение, 1981.

После такого вводного интегрированного урока учащиеся изучают в обычном порядке тему "Первоначальные сведения о строении вещества", рассматривая на уроках физики основные положения атомной гипотезы, знакомятся с понятиями диффузии, броуновского движения, взаимодействия частиц, агрегатного состояния вещества.

Параллельно с этой темой на уроках биологии изучается тема "Отделы растений", в частности отделы водорослей и мхи. Эти растения напрямую связаны с водой, поэтому учитель биологии при рассмотрении вопросов, касающихся питания, дыхания, размножения водорослей и мхов, смело использует знакомые ребятам понятия: диффузия, молекулы, атомы, броуновское движение, агрегатное состояние воды. Опирается на знания учащихся при выяснении зависимости между температурой воды и активностью водорослей, обитающих в ней и т. п.

После того, как тема "Первоначальные сведения о строении вещества" пройдена и учитель физики проведет свой контрольный урок по теме, организуется интегрированный день (ИД) с тем же названием, состоящий из двух уроков: интегрированный урок "Диффузия в живой природе" и урок практического применения знаний "Атомная гипотеза при решении задач биологического содержания"(включает проведение проверочной работы).

Привожу разработку этого ИД.

Тема: Первоначальные сведения о строении вещества.
Цель: формирование ЕНМП учащихся.
ИД проводится на двух уроках (биологии и физики) для одного класса. План "дня" обсуждается учителями физики и биологии и заранее объявляется учащимся.
План ИД:
1. Интегрированный урок "Диффузия в живой природе"(отв. учитель биологии).
2. Интегрированный урок "Атомная гипотеза при решении задач биологического содержания"(отв. учитель физики). Урок включает в себя решение задач межпредметного характера и проведение проверочной работы с обсуждением результатов.

За несколько дней до ИД учащимся дается задание: повторить основные положения атомной гипотезы, подумать над тем, какие физические и биологические явления можно объяснить с их помощью?

В подготовке этого "дня" активное участие принимают оба учителя, готовят наглядный и дидактический материал. Присутствие учителя-смежника на уроке своего коллеги желательно, но не обязательно. Оценки за письменную проверочную работу выставляются в журнал как по физике, так и по биологии.

Разработка первого интегрированного урока.

Тема: Диффузия в живой природе.
Цель: интеграция знаний на основе ФЗП.
Задачи:
1) вспомнить основные положения атомной гипотезы;
2) выделить основные и второстепенные знания в теме "Первоначальные сведения о строении вещества";
3) раскрыть значение диффузии в жизни живых организмов;
4) подчеркнуть взаимосвязь наук, изучающих природу;
5) выявить качественное отличие организмов живой природы от физических тел.
План урока:
1. Постановка цели и задач урока.
2. Повторение ФЗП.
3. Основные положения атомной гипотезы, ее значение для объяснения явлений природы.
4. Диффузия и ее значение для жизнедеятельности организмов.
5. Качественное отличие живых организмов от тел неживой природы.
6. Закрепление знаний.
Оборудование: таблицы "Диффузия в живой природе", "Строение луба и древесины липы", карточки-рисунки на каждую парту "Строение и работа жабр речного окуня", "Газообмен в легких и тканях", "Слизистая оболочка кишечника. Кишечные ворсинки".

Ход урока.

Урок ведет учитель биологии.

Сегодня мы проводим ИД по теме "Первоначальные сведения о строении вещества", состоящий из двух уроков(объявляются темы уроков). На уроках мы должны ещё раз увидеть взаимосвязь наук о природе, важность знаний о строении вещества, их объясняющую способность, развивать умение решать качественные задачи межпредметного характера по данной теме.

Учитель просит вспомнить ребят ФЗП, лежащие в основе природных процессов. Внимание учащихся акцентируется на первом из этих законов, а именно - на атомной гипотезе, основные положения которой изучали в первой теме курса физики.

Учитель задает вопрос: "Почему представления об атомном строении вещества мы относим к ФЗП?" Учащиеся под руководством учителя приходят к выводу, что эта гипотеза служит для объяснения многих физических, химических, биологических явлений (границы между которыми условны), без нее не может обойтись ни одна из естественных наук.

В подтверждение этого учитель приводит высказывание известного американского физика Р. Фейнмана. "Он задал вопрос: какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, содержало бы наибольшую информацию для передачи грядущим поколениям, если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными? И сам ответил: это - атомная гипотеза..."(14, с.9).

Каковы же основные положения этой гипотезы, в которых содержится огромная информация о мире?

Учащиеся называют: 1) все тела состоят из мельчайших частиц - атомов; 2) атомы находятся в непрерывном движении; 3) взаимодействуют друг с другом путем притяжения и отталкивания.

Перед классом ставится вопрос: какое из этих положений является наиболее ценным? Учащиеся должны придти к выводу, что знания об атомном строении вещества - это главное знание темы, а положение о движении и взаимодействии частиц занимают второе место по ценности (ценность знаний определяется их объясняющей способностью)

Затем учитель говорит, что сегодня на уроке мы остановимся только на одном явлении, с которым учащиеся познакомились в этой теме - диффузии, которая играет огромное значение в жизни организмов (в питании, дыхании, пищеварении).

Кто как дышит?

Используя карточки "Строение и работа жабр речного окуня", учитель рассказывает учащимся о дыхании рыб; о газообмене, происходящем между кровью и омывающей жабры водой; об особенностях строения жабр. Какова основа этого процесса? Диффузия.

Продолжая рассказ, педагог приводит пример знакомой детям лягушки, у которой дыхание происходит через влажную кожу и легкие. Отмечает особенность этого удивительного животного - несмотря на близость к воде, лягушка не пьет воду, она поступает в ее организм тоже через кожу. Благодаря чему? Диффузии.

Каков механизм газообмена у более высокоорганизованных животных, например, человека? Работая с карточками "Газообмен в легких и тканях" под руководством учителя, учащиеся обращают внимание на особенности строения легочных пузырьков, капилляров, клеточных оболочек, через которые газы легко диффундируют благодаря разнице их концентрации. Обращаясь к классу, учитель задает вопрос: от чего зависит скорость диффузии? От площади поверхности, через которую происходит диффузия (ответ учащихся). Этим и объясняется ячеистость легких человека.

После этого учащиеся делают вывод о значении диффузии в процессах дыхания.

Как растения пьют воду?

Используется таблица "Диффузия в природе" (схема №2).

Учитель просит вспомнить учащихся процесс поступления и распространения воды с растворенными минеральными веществами по растению. Учащиеся выстраивают схему: вода из почвы------> корневой волосок ------> сосуды корня и стебля------>лист, цветок,плод ------> испарение с поверхности листа.

То есть из клетки в клетку вода поступает тоже за счет диффузии. А благодаря чему она поднимается снизу вверх? Ребята вспоминают о корневом давлении и испарении воды листьями.

Но есть ещё один механизм. По таблице "Строение древесины и луба липы" учитель просит одного ученика показать сосуды и рассказать об особенностях их клеточного строения. После чего вводит новое понятие - явление капиллярности (без детальной расшифровки), которое также способствует транспорту воды и минеральных веществ.

И опять же, прибегая к элементам опережающего обучения, педагог объясняет, почему скорость движения водного раствора по сосудам древесных лиственных пород в 4 раза больше, чем по сосудам древесины хвойных пород, относящихся к отделу "Голосеменные растения", который учащиеся будут скоро изучать (примитивное строение клеток древесины хвойных растений).

Как пьет растительная клетка?

Механизм одинаков как для отдельно взятой клетки многоклеточного организма, так и для одноклеточного растения (например, одноклеточная зеленая водоросль, уже изученная в 7 классе).

Используется таблица "Диффузия в живой природе" (схема 1).

Прежде, чем раскрыть этот механизм, учитель просит вспомнить учащихся об отличиях молодой и старой растительной клетки, которая в частности имеет одну крупную вакуоль, заполненную клеточным соком (ответ учащихся). Уточняется и состав клеточного сока.

Итак, оболочка вакуоли - полунепроницаемая мембрана, которая лучше пропускает воду, чем питательные вещества, молекулы которых более сложного строения. Если концентрация веществ в клеточном соке выше, чем окружающей клетку жидкости, как это обычно и бывает, то вода вследствие осмоса - направленного движения простых молекул через полунепроницаемую перегородку - диффундирует в вакуоль, растягивая ее , прижимает цитоплазму к клеточной оболочке, растягивая и ее (та оказывается в состоянии напряжения). Так происходит до состояния равновесия (вспоминается один из фундаментальных принципов естествознания - принцип направленности природных процессов в сторону равновесного состояния).

Если клетку поместить в концентрированный раствор соли (морская вода, загрязненный водоем), то вода будет уходить из клетки, вакуоль сжимается, давления на клеточную оболочку нет, в результате клетка гибнет (почему пресноводные водоросли гибнут в морской воде?).

Учащиеся по просьбе учителя называют органоиды, регулирующие количество воды в клетке зеленой водоросли (пульсирующие вакуоли).

Делается вывод о значении диффузии и осмоса для поступления воды в клетку растений и регуляции ее количества.

Диффузия в процессах питания.

В одноклеточные организмы питательные вещества, так же как вода и газы, поступают через всю поверхность клетки благодаря диффузии (учащиеся вспоминают опять водоросли). Без нее не обходятся процессы питания и во всех других организмах.

Используя карточки "Слизистая оболочка кишечника. Кишечные ворсинки" и таблицу "Диффузия в живой природе" (схема 4), учитель объясняет механизм всасывания простых питательных веществ в кишечнике человека. Затем он акцентирует внимание учащихся на том, что оказывается в явлении всасывания питательных веществ в кишечнике или клетке главную роль играет не диффузия, а явление избирательной проницаемости клеток эпителия или клеточной оболочки и присутствие ферментов - биологически активных веществ. Этим и объясняется тот факт, что вода из кишечника всасывается в 100 раз быстрее, чем это следует из законов диффузии и осмоса.

Какой же вывод можно сделать по уроку?

Учащиеся делают вывод, который записывают в тетрадь: диффузия и другие физические явления играют огромную роль в живой природе. Но живой организм - не только физическое тело, но и часть живой природы; он находится на более высоком уровне организации материи, и только физическими законами нельзя объяснить их деятельность.

Закрепление знаний:
1. Что такое диффузия и ее значение для жизнедеятельности живых организмов?
2. О каких новых физических явлениях, играющих роль в жизни живой природы, вы сегодня узнали?
3. В чём качественное отличие живых организмов от тел неживой природы?
4. В чём ценность знаний об атомном строении вещества?

Заканчивая урок, учитель биологии говорит, что на втором уроке ИД (уроке физики) учащиеся применят свои теоретические знания в практике решения задач межпредметного характера по теме "Первоначальные сведения о строении вещества".

Разработка второго интегрированного урока.

Тема: Атомная гипотеза при решении задач биологического содержания.
Цель: интеграция знаний на основе ФЗП.
Задачи:
1) показать единство всех явлений природы, подчиняющихся общим законам;
2) развивать умение решать качественные задачи межпредметного характера;
3) оценить уровень усвояемости знаний межпредметного характера по теме "Первоначальные сведения о строении вещества".
План урока:
1. Решение задач качественного характера с консультацией учителя.
2. Проведение проверочной работы по теме урока.
3. Подведение итогов ИД.
Оборудование: таблица "Диффузия в живой природе", карточки на каждую парту с набором задач, индивидуальные карточки с задачами для проверочной работы двух вариантов.

Ход урока.

Урок ведет учитель физики.
Начиная урок, учитель говорит, что на первом уроке ИД вы показали объясняющую способность некоторых положений атомной гипотезы на теоретических примерах. Сейчас - урок практического применения знаний межпредметного характера по этой теме. В первой половине урока - решение качественных задач, во второй половине - проверочная работа, в заключительной части урока - подведение итогов ИД.

Решение задач.

Вы знаете, что о природе говорят не только физики, биологи, химики, географы, но очень многие писатели и поэты обращались к теме природы. Итак, первое задание: прочтите отрывок стихотворения, написанный на доске. Как вы понимаете этот текст с точки зрения своих знаний о составе живого вещества и о роли воды в живой природе?

После обсуждения учащиеся переходят к решению задач по карточкам, которые учитель раздает на каждую парту. В процессе обсуждения задач учитель дает необходимые консультации.

Привожу примерное содержание такой карточки с задачами по теме "Атомная гипотеза при решении задач биологического содержания".

1. а) Толщина волоса равна 0,1 мм. Выразите эту толщину в см, м, мкм, нм. б) Длина одной из бактерий равна 0,5 мкм. Сколько таких бактерий уложилось бы вплотную на длине 0,1 мм, 1 мм, 1см?

2. В Древнем Вавилоне за единицу длины принимали расстояние, которое проходил взрослый человек за время выхода диска Солнца из-за горизонта. Эта единица называлась стадием. Могла ли такая единица длины быть точной? Ответ объясните.

3. Как с помощью измерительной линейки определить средние диаметры мелких однородных предметов, например зерен пшена, чечевицы мака и т.п.?

4. На фотоснимке видимый диаметр молекулы некоторого вещества равен 0,5 мм. Чему равен действительный диаметр молекулы данного вещества, если фотоснимок получен с помощью электронного микроскопа с увеличением в 200 000 раз?

5. Чем объясняется распространение в воздухе запахов цветков и животных?

6. Один кувшин с молоком поставили в холодильник, другой оставили в комнате. Где сливки отстоятся быстрее?

7. Свежий, хотя и невидимый след (например, зайца) собака "берет". Однако со временем она его учуять не может. Объясните это явление.

8. Почему вспаханная почва после дождя покрывается коркой? Для чего эту корку обычно разрыхляют с помощью бороны или культиватора?

9. Как легче строгать доску: вдоль волокон или поперек? Почему?

10. Образующиеся белые клубы при выдохе на морозе иногда называют паром. Правильно ли это?

11. Как объяснить происхождение народной поговорки: "Как с гуся вода"?

12. Почему перед заморозком рассаду помидоров, огурцов следует обильно поливать?

13. Большой сосуд с водой, помещенный в погреб, предохраняет овощи от замерзания. Почему?

14. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая?

После коллективного решения задач учитель проводит проверочную работу на умение решать подобные качественные задачи.

Проверочная работа по теме "Атомная гипотеза при решении задач биологического содержания".

1 вариант:
1. Морское животное кальмар при нападении на него выбрасывает темно-синюю защитную жидкость. Почему через некоторое время пространство, заполненное этой жидкостью, даже в спокойной воде становится прозрачным?
2. Почему в лиственных лесах прохладно даже в жару?
3. Какие физические процессы играют роль при приживании привоя к дикому дереву?
2 вариант:
1. Маленькие капли росы на листьях некоторых растений имеют форму шариков, тогда как листья других растений роса покрывает тонким слоем?
2. Почему в резиновой одежде трудно переносить жару?
3. Если рассматривать в микроскоп каплю сильно разбавленного молока, то можно видеть, что плавающие в жидкости мелкие капли масла непрерывно движутся. Чем объяснить это явление?

(Все задачи этого урока взяты из сборников задач по физике (15,16,17) и книги Ильченко В.Р.[14].

Проверочную работу оценивают вместе учителя биологии и физики, оценка ставится по обоим предметам.

Подведение итогов ИД.

В заключительной части урока учитель просит учащихся подвести итоги первого ИД. Под руководством педагога они приходят к следующим выводам:

1. Все науки о природе и изучаемые ими объекты и явления взаимосвязаны.
2. Они подчиняются ФЗП.
3. Одним из этих законов является атомная гипотеза, в которой главным знанием является представление об атомном строении вещества.
4. С помощью положений атомной гипотезы можно объяснить многие природные процессы, в том числе и биологические.
5. Не все явления живой природы можно объяснить только физическими закономерностями, в этом качественное отличие живой материи.

Итак, на примере одной темы я показала принцип работы по формированию ЕНМП учащихся 7 класса.

на предыдущую страницу