межпредметные связи

Статья:

Межпредметные связи на уроках физики

В истории научного естествознания несколько столетий продолжался период дифференциации наук, при котором предметы научных исследований были строго разграничены. Химики исследовали только состав и свойства химических веществ; физики сначала изучали макроскопические и физические свойства тел, а позднее их энергию; геологи земную кору; биологи – морфологию и разнообразие живых организмов; астрономы – отдельные тела Вселенной.

Ограниченность предметов познания позволяла каждой науке исследовать их более или менее детально, но преимущественно с внешней стороны, не проникая  во внутреннюю структуру и сущностные закономерности, не замечая взаимовлияния тел, процессов и явлений природы, объективно существующего между телами и явлениями природы.

Эта разобщенность создавала определенные барьеры, разъединяющие науки о природе, задерживала их прогрессивное развитие и порождала объективные предпосылки для сближения научных знаний о природе, для возникновения зачатков интеграции наук. В последние десятилетия наблюдается два процесса в развитие наук – дифференциации и интеграции.

В результате интегративного подхода к научному знанию возникли новые научные дисциплины: физическая химия, химическая физика, биохимия, биофизика, геохимия, геофизика, астрофизика, радиоастрономия и другие. Эта картина зеркально отражается и в учебных естественнонаучных дисциплинах. Причем если дифференциация науки достаточно глубоко повлияла на школьные предметы, то ее интеграция довольно слабо отразилась в учебниках, задачниках и методической литературе. Пока не удается в учебных курсах добиться тесной взаимосвязи в изложении естественных дисциплин, хотя ее образовательная и воспитательная значимость очевидна. Все естественные науки имеют один и тот же объект изучения - природу. Все вместе предметы естественнонаучного цикла - физика, химия, биология, география, астрономия - рассматривают разные составляющие природы, что в конце концов приводит учащихся к пониманию взаимосвязи неорганического и органического мира, действия в них всеобщих законов, например закона сохранения энергии. По мере познания этих наук учащиеся убеждаются, что глубокие прочные знания дают человеку большие возможности жить в гармонии с миром природы, учиться управлять этим миром и сохранять окружающую среду.
В природе физические, химические и биологические явления органически взаимосвязаны. В науке и производственных условиях человек сознательно комбинирует их в зависимости от заданной цели. В учебном процессе эти явления изучаются раздельно, т.е. искусственно разрываются их связи, нарушая не только логику предмета, но и время усвоения тех или иных понятий и закономерностей. Чтобы обеспечить целостное представление о структуре и организации материи, о качественных изменениях при переходе от одного уровня развития к другому и от физических или химических явлений - к биологическим необходимо осуществлять в преподавании межпредметные связи.
Межпредметные связи могут иметь разные цели и выполнять разные задачи. Связи с химией, биологией, географией, астрономией могут способствовать более глубокому и качественному усвоению физики.
Межпредметные связи с литературой, историей, искусством, музыкой можно использовать для создания на уроке эмоциональной атмосферы и развития образного мышления. 

1. Реализация межпредметных связей по линии «математика – физика»

Мощный аппарат современного школьного курса математики должен быть максимально использован в физике, а богатый фактический материал курса физики должен служить одним из рычагов формирования математических представлений. Понятие функции играет в физике исключительно важную роль. Эйнштейн писал: «Чтобы сделать количественные выводы мы должны использовать математический язык… и если мы хотим сделать выводы, которые можно сравнить с результатами экспериментов, нам необходима математика как орудие исследования».

                           Математические функции в курсе физики

Темы интегрированных алгебра-геометрия и физика: «Графическая интерпретация равномерного движения», «Изучению уравнений графиков равноускоренного движения», «Решение физических задач с использованием тригонометрических функций», «Решение задач по геометрической оптике, используя геометрические теоремы о подобии треугольников, равенстве углов», «Векторный язык в курсе физики», «Язык дифференциального исчисления при изучении гармонических колебаний», «Использование свойств тригонометрической и показательной функции»,  «Использование интегрирования при решении ряда задач (радиоактивный распад, поглощение излучений, работа)» и другие уроки.

2. Реализация межпредметных связей по линии «химия – физика»  

         Взаимосвязь с химией реализую на уроке «Строение вещества» в седьмом классе. Ученики получают первые знания о зависимости свойств элементов от их порядкового номера, знакомятся с Периодической системой Д. И. Менделеева. На уроке в десятом классе «Проводимость электрического тока» использую понятие о принадлежности к группе элементов Периодической системы для объяснения разной теплопроводности различных материалов. Уроки «Законы электролиза Фарадея», «Кристаллы и кристаллическая решетка», «Строение атома», «Опыт Резерфорда», «Ядерные реакции», «Сгорание топлива», «Химическое действие света, фотография» связывают физические и химические знания.

3. Реализация межпредметных связей по линии «биология – физика»

 Взаимосвязь физики с биологией реализую при изучении диффузии, на этом уроке привожу примеры из ботаники. При прохождении звуковых и световых явлений – материал из зоологии и анатомии (в частности, о строении уха, глаза, световом восприятии, особенностях зрения рыб и человека). «Изучение фотосинтеза» - интегрированный урок физики, биологии и химии. На этом уроке   показываю  связь жизни растительного организма со светом, процесс образования органических веществ из воды и диоксида углерода при участии света в хлоропластах листа.

4. Реализация межпредметных связей по линии «география – физика»

Взаимосвязь физики с географией и экологией реализую на уроках: «Атмосферное давление», «Виды транспорта», «Тепловые двигатели и их значения», «Пути решения экологических проблем», «Работа с географической картой при определении давления на различных глубинах и высотах», «Озоновый экран нашей планеты».

5. Реализация межпредметных связей на внеклассных мероприятиях.

         Опыт показывает, что большой интерес у учащихся вызывают мероприятия, темы которых охватывают широкий круг вопросов, связанных с изучением двух и нескольких школьных предметов. Цель такого мероприятия в яркой увлекательной форме расширить и углубить знания, полученные на уроках физики и применить в другой области, раздвинуть границы учебников, пробудить желание как можно глубже понимать факты. Исходя из этого, провожу историко-физические викторины «Вопросы физиков к историческим фактам и событиям», «Вклад ученых физиков в дело Победы над фашизмом», «Знаменитые физики тысячелетия», «Нравственное воспитание учащихся на историческом материале».

         На своих уроках часто использую стихи, призываю к беседе физиков и лириков, беру эпиграфом к уроку. Ученики обычно приходят к выводу: как точно подметил поэт какое-то  физическое явление. Физический вопрос, заданный поэтическим обрывком почти всегда побуждает к мышлению, это очень важно!

 Рассмотрим конкретные примеры использования межпредметных связей на уроках физики. При изучении молекулярно-кинетической теории мы рассматриваем тепловое движение молекул, следствием которого является диффузия. И как пример этого явления разбираем товарное соседство. Учащиеся должны объяснить: почему нельзя вместе хранить чай и перец, кофе и другие приправы; как надо продавать кондитерские или бакалейные товары; зачем продавец надевает перчатки; учащиеся объясняют, что перчатки не только защищают руки, но и защищают продукты от попадания в них возбудителей кишечных заболеваний. Из приведенного примера видно, что здесь идет повторение знаний и по санитарии и гигиене, ОБЖ.
При рассмотрении вопросов об измерении температуры, теплопроводности необходимо поговорить с подростками о том, как надо одеваться в холодную погоду, в гололед, летом в жару. Если очень холодно, то обязательно надевать белье - майки или футболки из хлопка, они очень тонкие, но создают дополнительный слой воздуха, который препятствует общему охлаждению, защищает от переохлаждения почки человека. Следует отметить, что очень важно иметь соответствующую обувь, толстая подошва защитит от переохлаждения весь организм. В сильные морозы очень опасно долго стоять, лучше двигаться - дойти пешком до остановки или до станции метро. Такие примеры необходимы, они обращают внимание подростков на бережное отношение к себе, к своему здоровью. Иногда подростковый максимализм вызывает преподавателя на спор, что ж, дискуссии тоже полезны, ведь знания все равно останутся и будут помогать в профессиональной деятельности и в жизни.
При изучении свойств  кристаллических и аморфных тел полезно спросить учащихся удобно ли в квартире иметь стеклянный стол (они сейчас в моде). Здесь можно остановиться на практичности и на удобстве. Современные столы делают из специальных видов жаропрочного стекла, которое очень прочное, но может и разбиться, при этом разбивается на очень маленькие кусочки, чтобы крупные осколки не поранили человека. Обучающиеся должны сами сделать вывод: что важнее - мода или безопасность.
В теме «Электростатика» изучается электризация тел трением. Учащимся задаются вопросы - встречались ли они с этим явлением в жизни, что надо делать с изделиями из синтетических тканей для уменьшения накопления статического заряда на них и прилипания одежды? Тут и выясняется, кто и как следит за своей одеждой, что делает и может делать своими руками. Здесь уместен разговор на такую бытовую тему: как правильно гладить, нужно ли пользоваться паром при глажке одежды и белья? Здесь можно привести пример и об использовании кондиционеров для волос, т.к. если им не пользоваться, то волосы электризуются, торчат в разные стороны, прическу сделать невозможно. Важно обратить внимание подростков на свой внешний вид, на умения ухаживать за собой, а также профессиональные требования к внешнему виду работника торгового зала, коммерсанта, бухгалтера. При обсуждении этих вопросов преподаватель подчеркивает роль физики в жизни человека.
При изучении напряженности электрического поля преподаватель объясняет, что внутри металлического каркаса электрического поля нет. Есть люди, которые боятся электрического поля, они защищают себя, сооружая даже в квартирах металлические «клетки», а есть и такие, кто присоединяет себя на ночь цепью к батарее, чтобы избыточный заряд ушел в землю. И такие примеры нужно приводить на уроках, их объяснение способствует развитию критического мышления.

Изучение закона Ома для замкнутой цепи позволяет преподавателю объяснить суть короткого замыкания, при котором сопротивление нагрузки уменьшается, а ток в цепи возрастает, это приводит к перегреву изоляции проводов и возникновению пожаров. Необходимо говорить об электробезопасности проводки, о том, какие должны быть пробки в квартире, как нужно подключать новые мощные электроприборы - стиральную машину и т.д. Можно зачитать из газет случаи возникновения пожаров из-за использования некачественных пробок, пакетников, «жучков».

При изучении электрического тока в газах рассказываю о молнии, ее природе, опасности для человека и промышленных объектов. На уроке обязательно записываются правила поведения в грозу - нельзя стоять или располагать палатку около одиноко стоящего дерева, нельзя находиться в воде, нельзя оставаться на возвышении, нужно прятаться в низинах; в сельской местности обязательно отключать телефон, антенну, электричество. Здесь необходимо подчеркнуть, что именно знания физики помогают защитить себя и близких от беды. Для большей убедительности привожу примеры действия грозы на людей.
При рассмотрении электрического тока в растворах и расплавах говорится о получении чистого алюминия из расплавов бокситов. Здесь можно спросить, почему бокситы являются стратегическим сырьем? Какие страны в мире имеют самые большие запасы бокситов?
В теме «Магнитное поле» можно сравнить величины индукции магнитного поля человека (Тл), атомного ядра (Тл), Земли (Тл), Солнца (Тл) для сравнения. Магнитное поле Земли защищает все живое от вредных космических излучений, направляя их в протяженные радиационные пояса. Именно благодаря магнитному полю Земли существует северное сияние - красивое явление в атмосфере северных районов. В качестве домашней работы дается задание- найти в Интернете фотографии северного сияния, они очень украсят урок. Магнитное поле не так безобидно. При изучении электрических колебаний преподаватель рассказывает о том, что сейчас проводятся серьезные исследования влияния электромагнитных излучений разного диапазона на человека. Например, переменное магнитное поле воздействует на атомы железа клеток гемоглобина- кровяных клеток, отвечающих за доставку кислорода тканям организма. Эти действия (колебания атомов под действием силы Лоренца) повышают густоту крови, способствуют образованию тромбов. Нужно говорить о том, что вредны долгие разговоры по сотовым телефонам, т.к. действие электромагнитных излучений на человека еще не изучено, последствия могут быть любыми. Сейчас строят жилые дома вблизи линий электропередач, организуют детские площадки на земле, где проложен электрический кабель, а ведь это очень опасно. Большую возможность предоставляет преподавателю беседа о влиянии компьютера на человека, т. к. при работе компьютера излучается электромагнитное излучение монитора (ультрафиолетовое, рентгеновское), накапливается статический заряд на экране монитора. Об этих вредных факторах необходимо знать, современная жизнь без компьютера невозможна, а дети и подростки проводят за ним много времени.
При изучении электромагнитных излучений подробно рассматриваются свойства всех диапазонов, их биологические действия, способы защиты, например: точное определение координат аварий на линиях электропередач с помощью инфракрасного излучения, определение поломок в микросхемах, диагностика организма людей на основе измерения тепловых излучений каждого органа, сушка рыбы, мяса, овощей и фруктов в инфракрасных печах, киносъемка в ночное время, управление оружием.
Полезные и опасные свойства ультрафиолета (синтез витамина Д и усвоение кальция влияет на развитие костной системы детей, развитие центральной нервной системы, заболевания кожи, обесцвечивание волос в летнее время, влияние на рост и развитие растений и т.д.). Сравнение биологического действия электромагнитных волн разной длины позволяет проиллюстрировать переход количественных изменений в качественные, что способствует формированию материалистического мышления. Необходимо подчеркнуть, что на Земле источником коротких электромагнитных волн является Солнце, многие из них опасны для всего живого, и только атмосфера Земли защищает биологическую жизнь на планете. Обязанность человечества - беречь и охранять атмосферу.
Ультрафиолетовое излучение помогает любому человеку отличить настоящие деньги от поддельных: оно обеспечивает просвечивание купюры (фальшивая выглядит черной) и просмотр всех элементов защиты. Данный вопрос изучается в блоке спецдисциплин: устройство и применение приборов для проверки денежных купюр, но и на уроке физики это необходимо упомянуть, как и правила гигиены при работе с денежными купюрами: на них остаются следы грязи, химических веществ, возбудители опасных заболеваний. После работы кассир обязательно должен мыть руки с мылом.
При изучении темы «Атом и атомное ядро» следует отметить глубокую связь физики и химии. Здесь вновь повторяются вопросы строения атома и атомного ядра, природа изотопов, искусственная и естественная радиоактивность. Все эти вопросы рассматриваются с использованием периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. В этой теме формируется понятие радиоактивности. Здесь рассматриваются исторические факты открытия этого явления, работы М. Кюри, А. Беккереля, Э.Резерфорда. При изучении ядерных реакций можно рассказать о работах немецких физиков перед войной, как Гитлер «убрал» всех физиков-ядерщиков из Германии. С одной стороны это замедлило создание атомного оружия на несколько лет, а с другой - трудно себе представить каким был бы мир, если бы у Германии в арсенале была бы атомная бомба.
При рассмотрении свойств ϒ-лучей важно подчеркнуть их практическое применение: облучение семян растений для повышения урожайности, всхожести, замедления биологических процессов для долгого хранения фруктов и ягод (например, клубника сохраняет товарный вид несколько недель). Рассматривая биологическое действие радиоактивного излучения, необходимо повторить правила поведения людей в зоне заражения- пить можно только кипяченую фильтрованную воду, картофель и фрукты необходимо чистить, картофель нельзя печь. Купаясь в водоемах необходимо избегать контактов с прибрежным песком и тиной, т.к. в них сохраняются долгоживущие радионуклиды. Учащимся можно предложить ответить на вопрос, правильный ответ на который никто не знает: стоит ли ввозить в Россию ОЯТ (отработанное ядерное топливо) из Европы и перерабатывать его на наших заводах? Одна тонна ОЯТ содержит 960 кг урана, 10 кг плутония, 9 кг благородных металлов ( родий, рубидий, палладий), 0,9 кг технеция, 0,7 кг нептуния, 0,4 кг цезия, 0,6 кг стронция. 1 тонна ОЯТ стоит 100000$.Это огромные деньги, тем более, что в мире накоплено приблизительно 450 тыс. тонн. Деньги огромные, но можно ли избежать аварий, утечки и загрязнения окружающей среды, и в первую очередь – атмосферы, ведь она подвижна, принадлежит всем народам( в 1986 году за несколько дней радионуклиды проникли в атмосферу Бразилии и Мексики после аварии на четвертом блоке Чернобыльской АЭС, именно этот факт заставил МАГАТЭ официально потребовать у Советского Союза комментариев). По данным вопросам написаны десятки книг, много интересного материала можно использовать и во внеклассной работе.
Изучение природы света дает благодатный материал для использования межпредметных связей и в то же время является трудной темой для восприятия. Свет – особая форма существования материи, обладающая двойственной природой – квантово-волновым дуализмом. Изучение природы света идет последовательно: волновые свойства, а затем-квантовые.

а) Рассмотрим тему «Геометрическая оптика. Волновые свойства света».
Урок « Способы измерения скорости света». В данном уроке реализована связь физики и астрономии, т.к. именно астроном Ремер в 1676 году впервые измерил скорость света, наблюдая за поведением спутника Юпитера Ио.

Урок № 2. «Законы геометрической оптики».
На материале данного урока можно рассказать об истории появления зеркал, разъяснить почему они сначала были достоянием знати, а потом появились и в домах простых людей. Для углубления знаний обучающихся можно продемонстрировать явление полного отражения света, а потом рассказать, что данное явление связано с алмазом. Именно алмаз имеет наибольший показатель преломления света (n=2,4) и наименьший угол полного отражения. Свет входит в камень, а назад не выходит, весь камень горит и сверкает изнутри. Алмаз - самый красивый драгоценный камень, его любят модницы и ювелиры за это свойство, хотя у него есть и другие замечательные характеристики, например, твердость. Тема алмазов открывает большой материал об истории известных камней – благодатный материал для внеклассной работы.
Явление полного отражения применяется в волоконной оптике: свет идет по световоду, многократно отражаясь от его внутренней поверхности. Жгут толщиной с человеческий волос передает сигналы для работы телевизоров, телефонов, компьютеров. Между Европой и Америкой в Атлантическом океане проложены кабели для передачи информации с использованием волоконной оптики.

Урок  «Линзы».
Здесь можно использовать модель глаза и показать, что хрусталик – это пример линзы, которую создала сама природа. Говоря об очках и коррекции зрения, следует подчеркнуть, что зрение надо беречь: следить за освещением в аудитории и на своем письменном столе, обязательно носить очки, делать гимнастику для глаз. Можно рассказать о коррекции зрения с помощью линз.
Учащиеся должны знать правила «общения» с телевизором:
- телевизор нужно смотреть при комнатном освещении, резкий контраст вредит глазам, а очень яркое комнатное освещение размывает изображение на экране – глаза перенапрягаются;
-минимальное расстояние от экрана до человека – это ширина телевизора умноженная на пять;
-экран должен быть на уровне глаз;
- паузы снимают напряжение глаз;
-телевизор должен быть хорошо настроен, т. к. любой дефект перенапрягает глаза, вызывает головную боль. ( Связь с ОБЖ).
Линза – обязательная часть оптического прибора: фотоаппарата, микроскопа, телескопа, очков, лупы.

Урок  «Дисперсия света».
При изучении дисперсии света впервые объясняется понятие цвета. А как же глаз различает цвета? На сетчатке глаза есть специальные светочувствительные элементы «палочки» и «колбочки». Палочки все одинаковые, они реагируют на разную освещенность, т.е. отвечают за зрение в темноте. Колбочки делятся на три вида – одни чувствительны к красному, другие – к зеленому, третьи – к синему. При определенной интенсивности и соотношении сигналов, попадающих в глаз, свет кажется белым, в других мы видим его цветным. Свойство глаза « раскладывать» все цвета на три части используется при разработке телевизоров, мониторов, компьютеров.

На уроке объясняется, почему мы видим предметы в цвете, почему в сумерках все предметы серые, откуда берутся белый и черный цвета. Здесь можно вспомнить А.С.Пушкина «под голубыми небесами, великолепными коврами…», можно рассказать о роли цветов в жизни человека. Цвет лечит, черный замедляет течение инсульта и малярии, красный помогает лечить астму, голубой понижает давление и замедляет пульс. Здесь уместно вспомнить о том, что цвета упаковки продуктов питания влияют на их раскупаемость (это доказали психологи).
-красный цвет упаковки возбуждает аппетит;
-белый цвет упаковки воспринимается, как низкокалорийный продукт;
-зеленый цвет упаковки – символ экологически чистых продуктов (раньше вообще был неприменимым для упаковки продуктов);
-оранжевый цвет упаковки – недорогие продукты (сласти или напитки с запахом апельсина);
-черный с золотом – символ дорогих продуктов высокого качества (дорогие вина и коньяки). Менять цвета упаковки опасно, об этом свидетельствуют высказывания А.Б.Пугачевой, которая считает, что неуспех ее чипсов именно в черном цвете их упаковки. (Связь с организацией рекламной деятельности).

Урок  «Интерференция света».
При рассмотрении интерференции света можно показать мыльный пузырь, осветить его светом разного цвета, привести красивое описание мыльного пузыря Марка Твена « Мыльный пузырь, витая в воздухе… зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы». (Связь с литературой).

б) Квантовые свойства света.
При рассмотрении квантовых свойств света необходимо большое внимание уделить химическому действию света:
-выцветание красок под действием света ведет к тому, что изделие с витрины может быть низкого качества (ткани, трикотаж, одежда,книги);
-свет влияет и на качество продовольственных товаров; если подсолнечное масло в прозрачной упаковке стоит на свету, то свет разрушает жизненно важные витамины А, Е. При выборе такого продукта нужно выбирать упаковку с меньшим сроком хранения. Нельзя хранить на свету кофе, шоколад, чай. Все лекарства нужно хранить в недоступном для света месте. На уроке можно показать пузыречки из темного стекла, которое защищает содержимое от действия света. (Связь с ОБЖ)
При изучении свойств света и ультрафиолетовых лучей необходимо поговорить о солнечных очках. Они не просто дань моде, а преграда, защищающая наше зрение от вредного внешнего воздействия. Очки должны быть качественными, не пропускающими ультрафиолет. Дешевые пластиковые очки наносят непоправимый вред, ведь человек думает, что глаза защищены, а это не так. В этой связи хотелось бы несколько слов добавить и о загаре. Загар – это защитный эффект. Под действием ультрафиолетовых лучей в коже выделяется пигмент меланин, кожа темнеет, организм защищается. Загар может вызвать повышение волосатости, т. к. облучение повышает чувствительность луковиц к мужским гормонам. От ультрафиолета страдают надпочечники. Загар губит людей с новообразованиями, под действием Солнца они начинают расти. Сейчас загар перестал быть символом здоровья и красоты, а загар в солярии также опасен, как и солнечный. Для уменьшения отрицательного воздействия ультрафиолетовых лучей на человека во время пребывания на Солнце используются защитные кремы: следует помнить, что при многократном нанесении солнцезащитного крема его показатели защиты не суммируются. ( Связь с ОБЖ).

При изучении квантовых свойств света рассматривается вопрос о фотосинтезе. Ученые пытаются реализовать реакцию фотосинтеза в искусственных условиях. Это позволит получать неограниченное количество биосырья для питания животных. Может быть, данный способ решит вопрос о продовольствии для человечества. Хорошо это или плохо? Голода не будет, но численность населения Земли при этом возрастет. Однозначно на этот вопрос ответить нельзя.( Связь с биологией).

4.Реализация межпредметных связей происходит на уроке в процессе сообщения новых знаний (устные ответы, разбор проблем или ситуаций, опережающие домашние задания, доклады, выступления и т.д.); в процессе закрепления знаний ( разбор проблем или ситуаций, составление сравнительных характеристик, практическое обучение и т.д.); при решении блока физических задач на общую тему, но на материале разных предметов, -проведение межпредметных уроков, где одно явление изучается с разных позиций.
Данные вопросы можно рассматривать и во внеклассной работе по физике.