Основные подходы к преподаванию основ геометрической оптики в курсе средней школы

Основные подходы к преподаванию основ геометрической оптики в курсе средней школы

Аннотация: В настоящей работе рассмотрены основные подходы к преподаванию основ геометрической оптики в курсе средней школы. Автор статьи придерживается мнения, что объяснение законов геометрической оптики в опоре на волновое свойство света (с применением принципа Гюйгенса)  позволяет расширить знания выпускников  по геометрической оптике. При организации урока по геометрической оптике важно учитывать дидактические принципы, обеспечивающие высшую эффективность исследования данной темы.

Ключевые слова: геометрическая оптика; законы преломления и отражения; световой луч; дидактический принцип.

Курс геометрической оптики в школе позволяет решить целый ряд важных задач современного образования. Прежде всего, знакомство с  геометрической оптикой имеет значительное значение для формирования у школьников  представлений о роли опыта в процессе познания, взаимосвязи теории и практики, бесконечности процесса познаний.

 Первое подробное знакомство учащихся со световыми явлениями начинается в девятом классе. В старшей школе изучение раздела «Оптика» продолжается на более глубоком уровне.  Возможность достижения более высокого уровня обусловлена как особенностями познавательного развития личности на данном возрастном этапе, так и наличием у них уже более прочного фундамента знаний и представлений об окружающей действительности в целом и физических явлениях в частности.[5]

В современной методической литературе определены три способа объяснения основ геометрической оптики.

1. Первично сформированный подход: вводятся понятия луч света (геометрическая прямая) и источник света (геометрическая точка); затем объясняется волновая природа света на основе явлений интерференции и дифракции.

2. Объяснить прямолинейное распределение света, его отражение и преломление, а также построение изображение тела, основываясь на волновом свойстве света (с использованием принципа Гюйгенса).

3. Способ использования слоя в интерпретации оптических явлений, включая две идеи на основе светового потока и волны света, которые четко наблюдаются в природе. [7]

В современных школьных учебниках прослеживается методическая эффективность использования данного третьего подхода.

В соответствии с учебной программой,  учащиеся 9-го класса знакомятся с основными законами и понятиями геометрической оптики  при изучении темы «Световые явления». Вводятся такие понятия, как  прямолинейное распределение света, явления отражения и перелома света, плоские и сферические зеркала, линзы и оптические приборы. При изучении световых волн в 11 классе законы геометрической оптики поясняются на основе волновой теории. Если в девятом классе рассматриваются явления отражения и преломления света как практический факт, то в 11 классе тема «Электромагнитные волны» рассматривает эти явления как видимость волн света при взаимодействии с веществом. Теоретическое обоснование законов отражения и преломления в 11 классе осуществляется по принципу Гюйгенса (по принципу Гюйгенса мы можем объяснить физическое значение показателя преломления). [6]

При подготовке к работе по теме «Геометрическая оптика» учителю физики важно обратить внимание на следующее. Все проблемы оптики можно решить на основе волновой природы света, но требуются большие математические расчеты. Например, задачи по распространению света благоприятнее решать, опираясь на геометрические методы. Если мы отклонимся от волновой природы света и введем понятие светового пучка (канал, по которому распространяется световая энергия) и светового луча (линия, указывающая направление распространения света), то проблема решения процессов в оптике становится простой.

При определении области применения геометрической оптики необходимо рассмотреть возможность дифракции. Когда световая волна проходит диафрагму, она отклоняется от прямолинейной траектории, тогда мы видим на экране не четкую форму светового пучка, а границы подсветки. Законы геометрической  оптики иногда применяются только в том случае, если размер диафрагмы превышает длину волны света [3].

Для изучения темы «Геометрическая оптика» по программе 11 класса выделено различное количество часов (от 3 до 17) в зависимости от профильной направленности класса. [6]

Геометрическая оптика – это раздел оптики, который изучает только распространение света, не рассматривая природу света. Понятие светового луча – одно из основных понятий геометрической оптики, это геометрическое понятие. В 9 классе дается определение: линия, которая распространяется по световой энергии от источника света, называется световым лучом. В 11 классе понятие светового луча дается в более глубоком смысле. Он определяется как нормальная прямая, опущенная на фронт волны света, т.е. указывает направление распределения энергии световых волн.  Другими словами, световой луч - это линия, вдоль которой распространяется световая энергия или проложенная перпендикулярно волновой линии и показывающая направление распространения свертывания волны .

В геометрической оптике есть четыре закона, которые объясняют распространение света.

1. Закон распределения прямолинейности света: световой луч распространяется по прямой линии в однородной среде.

2. Независимый закон распределения света: световые лучи при встрече друг с другом не влияют на дальнейшее распространение каждого.

3. Закон отражения света: угол падения равен углу отражения.

4. закон преломления света [4].

После изучения раздела «Оптика», обучающиеся должны владеть следующими знаниями и навыками  по окончании средней школы:

·                   различать основные электромагнитные явления (прямолинейное распространение света, отражение и преломление света, дисперсия света) и использовать имеющиеся знания для объяснения основных свойств таких явлений;

·                   использовать для построения изображений оптические схемы;

·                   анализировать объекты и явления окружающей действительности, обращаясь к знаниям об оптических явлениях и их законах;

·                   решать задачи с использованием этих законов [5].

При организации урока по геометрической оптике важно учитывать дидактические принципы, обеспечивающие высшую эффективность исследования данной темы. К ним относятся: принцип связи обучения с жизнью; принцип научности, принцип доступности; принцип систематичности; принцип преемственности; принцип наглядности; принцип мотивационной стимуляции; принцип педагогической технологии. [1]

Принцип связи изучения с жизнью относится именно к отбору содержания изучения. Достаточно при объяснении материала сделать акцент на том, что сигналы из диапазона длин волн, соответствующего видимому спектру дают человеку 90% всей информации об окружающем мире или на явлении дифракции, которое несложно пронаблюдать через сомкнутые ресницы, разглядывая любой источник света. Жизненный опыт обучаемых дозволит привести примеры из находящегося вокруг мира, подтверждающие внедрение темы «Световые волны», к примеру, рассматривание объектов сквозь затемненное или же цветное стеклышко. Принцип научности - это требование строгого соответствия содержания образования уровню современной науки. Изучению темы могут поспособствовать такие приемы как просмотр видеоматериалов по теме, изучение интернет - ресурсов с научными трудами ученых в области «Световые явления», прочтение статей из научных журналов «Наука и жизнь», «Знание - сила». Принцип доступности предполагает обеспечение закономерной очередности в изложении учебного материала, опору на предыдущий познавательный навык обучаемого, внедрение учебного оснащения и способов его использования с точки зрения возрастных вероятностей обучаемых. Изучение особенностей глаза на наглядной модели, смешивание красок, осознание процессов получения цветного изображения, получение спектра при рассматривании источника света через отверстие в листе бумаги, через линзу позволит расширить взгляд на окружающий мир обучающихся и будет способствовать обеспечению принципа доступности. Принцип систематичности заключается в поочередном усвоении учениками конкретной системы познаний. Доступность набора линз, цветных фильтров, источников света и пластинок с разными обликами прорезей будут способствовать формированию интереса к изучаемой теме. Обеспечению систематичности и последовательности в обучении способствует также контроль знаний обучающихся. Компьютерные тестирующие программы, тесты в режиме on-line позволяют быстро провести опрос по теме. Принцип преемственности проявляется в реализации взаимосвязей между событиями и явлениями в процессе их развития. Демонстрации этого в значительной степени способствует использование учебно-наглядных пособий кабинета физики. Презентация видеофильмов, демонстраций,  изготовленных учителем или  самими учениками под управлением педагога, позволит выявить зависимость между объектами, мероприятиями при исследовании всякий темы, а в особенности, темы «Геометрическая оптика». Наглядность в дидактике содержит большое обширное объяснение, чем именно зрительное восприятие. Она включает в себя и восприятие сквозь моторные, тактильные, чувства. Чем больше многообразны чувственные восприятия учебного материала, тем лучше он усваивается. К примеру, демонстрация экспериментов по прямолинейному распространению света проходит либо в темное время суток, либо с использованием затемнения, что приводит к усилению желания активно участвовать в проведении опытов, повторению ранее изученного материала с большим желанием. Принцип мотивационной стимуляции предполагает при применении учебно-наглядных пособий и учебного оборудования по физике использование приемов основанных на мотивах, побуждающих обучаемого к активному поиску решения учебной физической задачи, способствующих устойчивому интересу при выполнении практических заданий или достижения поставленной цели. Например, рассматривание карандаша, опущенного в стакан с водой, позволит создать условия для более успешного решения задач при изучении вопросов преломления и отражения световых волн. Принцип педагогической технологичности предусматривает адекватность применяемых учебно-материальных средств кабинета конкретным технологическим приемам и методам работы педагога - физика. При изучении темы «Геометрическая оптика» можно использовать различные технологические приемы, например, учитывая стремление к самостоятельности, необходимости к самоутверждению можно предложить проведение некоторых опытов в домашних условиях с последующим оформлением в виде проекта. Овладение описанными ранее принципами позволяет значительно повысить интерес обучаемых за счет организации познавательной деятельности, рассчитанной на увеличение самостоятельной работы учащихся, выполнение практических и лабораторных заданий, включение разнообразных заданий поискового характера, создание проблемных ситуаций, выполнение практико-направленных самостоятельных и контрольных работ.[2]

Раздел «Геометрическая оптика»  считается теоретической основой многих современных перспективных дисциплин.  Таких как теория оптических приближений, оптотехника и др. Поэтому преподавание этого раздела в курсе старшей школы требует серьезной методической подготовки педагога.

Список литературы

1. Василихина Т. В. "Урок с разноуровневым обучением по геометрической оптике" /Физика в школе. - 1994, "1 стр. 35-37.

2. Волковыский Р. Ю. "Организация дифференцированной работы учащихся при обучении физики" - М.: "Просвещение", 1993.

3. Г.Я.Мякишев, А.3. Синяков ФИЗИКА ОПТИКА КВАНТОВАЯ ФИЗИКА класс Учебник для углубленного изучения физики Допущено Министерством образования Российской Федерации 2-е издание, стереотипное Р Р о ф Q Москва • 2002 УДК 373.167.

4. Г. Я. Мякишев Б. Б. Буховцев В. М. Чаругин физика 11 класс Классический курс Учебник для общеобразовательных организаций с приложением на электронном носителе Базовый и профильный уровни Под редакцией проф. Н. А. Парфентьевой Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации 23-е издание Москва «Просвещение» 2014 УДК 373.167.

5. Шуматбаева Э.В., Косарев Н.Ф. Организация учебного процесса при изучении раздела «Световые явления» в основной школе на различных этапах урока согласно ФГОС на примере темы «Источники света. Распространение света» // Прорывные научные исследования: проблемы, закономерности, перспективы. 2017. С. 269–271.

6.  Примерная основная образовательная программа среднего общего образования (одобрена Федеральным УМО по общему образованию от 28 июня 2016 г. № 2/16-з) https://mosmetod.ru/metodicheskoe-prostranstvo/srednyaya-i-starshaya-shkola/istoriya/normativnye-dokumenty/primernaya-osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-srednego-obshchego-obrazovaniya-odobrena-federalnym-umo-po-obshche.html  (дата обращения 05.03.2024).

7. Сабирова Ф.М. Швецова А.В. Методические особенности изучения световых явлений в школьном курсе физики электронный ресурс  https://scipress.ru/pedagogy/articles/metodicheskie-osobennosti-izucheniya-svetovykh-yavlenij-v-shkolnom-kurse-fiziki.html (дата обращения 05.03.2024)

Скачано с www.znanio.ru