VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Важнейшей составляющей профессиональной подготовки бакалавров профиля «физика» и «информатика» в условиях модернизации современного образования является формирование у студентов методических навыков области инновационного физического эксперимента.

Экспериментально-методическая готовность учителя физики предполагает овладение рядом организационных экспериментальных и творческих компетенций, в том числе информационно-репродуктивная, исследовательская.

Для формирования их мы практикуем модель непрерывного образования на основе интегративного подхода. Студенты нашего вуза по направлениям подготовки «Педагогическое образование» проходят практику в школе.

Процесс подготовки будущего учителя осуществляется, в том числе и при изучении дисциплины « Техника школьного эксперимента», где бакалавры осваивают не только традиционный демонстрационный эксперимент, но и современный учитывающий интеграцию физики и информатики. Так появление цифрового микроскопа и оборудования лаборатории L-микро позволяет визуализировать явления и процессы естественнонаучного характера не доступные ранее наблюдению.

К сожалению, в большинстве школ этого оборудования нет, так как на данный момент дисциплины естественнонаучного цикла считают ненужными, неперспективными в дальнейшем образовании. И такое отношение к фундаментальным предметам вызывает некую настороженность. Ведь раньше наша страна могла по праву гордиться уровнем подготовки именно по естественнонаучным дисциплинам, а сейчас наблюдается тенденции к снижению уровня знаний и сокращению часов именно по этим предметам. В классах гуманитарного профиля вводится интегрированный курс «Естествознание».

Естествознание включает в себя физику, химию биологию, географию, астрономи­ю, экологию, медицину и другие естественные науки. С помощью курса естествознания у ребенка рисуется общая картина о представлении мира, подключаются наглядные примеры. Важно уже на этапе начального образования давать общие представления об окружающем мире, затем в курсах 5-9 классах расширять данные знания, а на старшей ступени обобщать и систематизировать полученные знания, чтобы ученик, выходя из школы, имел полное представление о картине мира, мог легко ориентироваться в данных вопросах и проблемах.

Поэтому в нашем вузе создана некая модель непрерывного образования, помогающая ученикам реализовать полученные знания в школе на практике, а также углубить их и впоследствии использовать для поступления и обучения в ВУЗе.

Для этого приглашались учащиеся 8 классов в лабораторию на базе Московского государственного областного социально-гуманитарного института (МГОСГИ) г. Коломна, где они были участниками своеобразной игры под названием «Физическое царство». Были созданы 5 «царств»: механики, электричества, тепла, звука, микромира.

Учащиеся имели возможность под руководством студента и преподавателя вуза решить поставленную перед ними задачу, реализуя некий эксперимент.

Для нас наиболее важно были царство звука и микромира, поскольку там ребенок мог заглянуть в окружающий нас мир, влияние звука на организм человека (связь физики и биологии), также наглядно показать звуковые колебания и волны и явления микромира.

Далее рассмотрим подробнее как это можно технически реализовать на примере конкретного занятия.

1. «Царство» микромира

Рис. 1. Учащиеся изучают микромир на микроскопе

Учащиеся узнали о строении различных материалов и веществ. К примеру, исследовали строение морских водорослей, волоса, обнаружили водяные знаки на купюре, разглядели дорожки на CD-диске, пиксели на экране мобильного телефона.

Полученные знания можно использовать в курсе физики (молекулярная физика, оптика), химии, биологии.

Рис. 2. Элементы «защиты» купюры

Рис. 3. Чернила от шариковой ручки на листе бумаги

Рис. 4. Комок шерсти собаки

Рис. 5.Пиксели экрана мобильных телефонов

2. «Царство» звука

В данном «царстве» учащиеся вспомнили строение голосовых связок и как извлекается звук: струя воздуха, выталкиваемая из легких, проходит через голосовые связки, расположенные в гортани человека. Голосовые связки - это небольшого размера мышечные складки, похожие на лоскуты кожи, которые крепятся к внутренней стороне гортани. Голосовые связки достаточно гибкие и могут регулировать расстояние между своими краями в очень широких пределах. При дыхании они разведены в стороны, чтобы не загораживать путь воздушной струи; при шепоте голосовые связки натягиваются таким образом, чтобы проходящий через них воздух создавал звучание, похожее на шипящие или свистящие звуки; для порождения голосового звучания связки начинают вибрировать, периодически схлопываясь и размыкаясь.

Частота колебаний голосовых связок, от которой зависит высота тона (чем чаще колеблются связки, тем выше частота основного тона голоса), определяется напряженностью, длиной и общей массой голосовых связок.

Рис. 6. Учащиеся изучают звук.

После объяснения материала, с помощью датчика звука из лаборатории L-микро, проводили различные эксперименты. Установка состояла из: компьютера, компьютерного измерительного блока, датчика звука (микрофон), колонки, любое мобильное устройство с выходом jack 3,5 мм. учащимся предлагалось пропеть любую гласную букву в микрофон, вследствие чего наблюдалось, что у разных учеников, имеющих, естественно, разные голоса, вырисовался разный сигнал.

Далее вспомнили уроки музыки: какие бывают жанры музыки, что такое такт и какого размера он бывает (например, «3/2», «2/4», «6/8», «4/4» и т. п.). Затем, выдвигалась гипотеза: сможем ли мы увидеть на экране такт мелодии? Для наглядного примера взяли вальс, который имеет такт «3/4». В нашем случае был воспроизведен вальс композитора Е.Дога «Музыка неземного счастья» из к/ф «Мой ласковый и нежный зверь».

Рис. 7. Объяснение материала на примере вальса.

Особенно во второй половине графика заметно, что после максимальной амплитуды идут 3 ярко выраженных, но меньших по своей силе момента, когда амплитуда достигает высшего, в данный момент, значения. И их ровно 3 перед снова максимальным значением амплитуды. Обратимся к определению понятия такт: «Такт — единица музыкального метра, начинающаяся с наиболее сильной доли и заканчивающаяся перед следующей равной ей по силе». Таким образом, мы доказали поставленную задачу. К сожалению, работа осложнялась тем, что учащиеся не знали ничего о звуке, не проходили тригонометрические функции в курсе алгебры (на тот момент) и не знали понятия амплитуды. Однако, теперь, когда они будут проходить данный материал в школьном курсе физики и алгебры, им уже будет ясно: что из чего вытекает. Результат: лучшее усвоение пройденного материала, наглядные примеры.

Далее обсуждалось, насколько сильно влияет на нас и окружающий мир музыка, почему, когда мы хотим успокоиться, то слушаем мелодичную, спокойную музыку, а когда взбодриться – более энергичную.

К примеру, в 2001 г. ученые изучали эффект музыкального и визуального воздействия на человека во время мышечного напряжения. Они предложили участникам эксперимента держать гантели в разведенных руках так долго, как они смогут. Мужчины держали гантели массой 15% от их собственного веса, женщины держали гантели массой 5% от их веса. При этом ученые предлагали участникам эксперимента, при удерживании гантелей, смотреть на слайд с изображением, слушать энергичную музыку, смотреть на слайд и слушать музыку одновременно и держать гантели без внешнего воздействия. Ученые измеряли секундомером время удерживания гантелей в каждом из четырех случаев. Результаты эксперимента представлены на графике (рис. 8)

Рис. 8.График влияния музыки на работоспособность

Таким образом, было выяснено, что музыка нам помогает сконцентрироваться и выполнять какое-либо действие. Однако музыка музыке рознь. Уже давно не секрет, что вода, которая окружает нас везде и всюду, воспринимает музыку. Почему? Этот вопрос более подробно изучал японский ученый и целитель Масару Эмото. Он придерживается мнения, что порядок построения молекул определяется источником энергии под названием «Хадо». Этот термин означает определенную волну колебаний электронов ядра атома. Поле магнитного резонанса наблюдается там, где есть Хадо. Следовательно, такую вибрационную частоту можно описать как область магнитного резонанса, являющуюся разновидностью электромагнитной волны. Собственно, музыкальная тональность – это и есть энергия, которая воздействует на воду.

Зная свойства воды, человек может менять ее структуру при помощи музыки. Так, классические, религиозные, доброжелательные мотивы формируют чёткие изящные кристаллы. Использование такой воды способно оздоровить человека, изменить его жизнь в сторону благополучия и процветания. Громкие, резкие, бессмысленные, дребезжащие, агрессивные и беспорядочные звуки пагубно влияют на всё окружающее, состоящее из жидкости.

Пример:

Так выглядит деструктурированная вода, без «заряда»:

Рис. 9. Снимок деструктурированной воды.

Далее он включал различную музыку, одновременно замораживая воду, чтобы получить снежинки. Результат удивил:

Рис. 10. Результаты опыта Масару Эмото

Также на опыте было показаны, аналогично вальсу, фламенко и современная музыка, которая не имеет периодичности.

Рис. 11. Современная музыка

Рис. 12. Фламенко

Также, среди всех приборов, рядом лежал ферромагниты, современная игрушка «Неокуб», состоящая из магнитов неодимого сплава, а также датчик Холла, измеряющий индукцию магнитного поля. Ученики задались вопросом: как магнит взаимосвязан со звуком? Очень просто. Дело в том, что в наших колонках и наушниках одна из составных частей как раз магнит. Вспомним принцип работы динамика: Если пропустить через звуковую катушку динамика переменный электрический ток, то магнитное поле катушки будет взаимодействовать с постоянным магнитным полем магнитной системы динамика. Это заставит звуковую катушку либо втягиваться внутрь зазора при одном направлении тока в катушке, либо выталкиваться из него при другом. Механические колебания звуковой катушки передаются диффузору, который начинает колебаться в такт с частотой переменного тока, создавая при этом акустические волны.

Таким образом, с помощью двуполярного датчика Холла, компьютерного измерительного блока и компьютера выясняли, насколько сильное магнитное поле вокруг мобильных телефонов наших учеников. Наиболее мощное магнитное поле около динамика, микрофона и разъема для наушников. Результат поразил: современные мобильные устройства имеют не такие мощные магнитные поля, все значения не превышали 10-15 мТл. Но для более наглядного примера взяли «неокуб» и магниты. Результат на экране: максимальное значение было около 80 мТл.

Рис. 13. Используемые магниты и «неокуб»

Рис. 14. Результаты исследования «неокуба»

Однако в последнее время было замечено, что в современных наушниках стали устанавливать как раз неодимовые магниты. Это приводит к более сильному сигналу, вследствие чего ухудшение слуха, ухудшение работоспособности мозга из-за оказания мощного магнитного поля. Данные демонстрации помогли усвоить материал, который в дальнейшем школьном курсе физики они будут проходить, а также показали негативное влияние долгого прослушивания музыки в наушниках.

Таким образом, в рамках данных мероприятий одновременно осуществляется подготовка будущего учителя и формирование интереса у учащихся к дисциплинам естественнонаучного цикла, используя интегративный подход и современные физические приборы на основе цифровых технологий.

Непрерывное обучение понимается нами следующим образом:

• начиная с младших классов школы, где студенты проводят занятия по дисциплине «Окружающий мир»;

• затем посещение показательных уроков учителей во время пассивной педагогической практики;

• практика в основной и средней школе;

• занятия с учащимися на базе вуза позволяют подготовить учителя, способного формировать в дальнейшем у обучающихся метапредметные знания.

Литература

1. Эмото Масару «Послания воды: Тайные коды кристаллов льда» / Перев. с англ. -М.: ООО Издательский дом «София», 2005. -96 с.

Код для цитирования: Скопировать