Школа юных детективов: загадка строения атома

Согласитесь, весьма непросто преподавать физику в классах, где практически все дети – тонкие, творческие, художественные натуры, не понимающие сухого языка формул, которыми изобилует учебник физики. Даже опытному специалисту порой бывает сложно «гуманитаризировать» учебную программу, что тут говорить о начинающих учителях? Как быть с ребятами, у которых развито ассоциативное, а не абстрактно-логическое мышление? В принципе ответ несложен: надо научить их видеть прекрасное и в физике, заставить заглянуть в глубину происходящих вокруг природных явлений, увидеть и заново пересмотреть, казалось бы, знакомое и хорошо изученное, а на самом деле – непостижимое и неизведанное, таинственное и загадочное…

Именно по этой причине, принимая во внимание специфику мышления, нередко приходится использовать иносказания, существенно упрощающие объяснение основных вопросов учебного курса, поработать над этимологией терминов и названий, что способствует гуманитаризации физики. Предлагаемый урок был разработан с использованием пособия [1] и свободной энциклопедии «Википедия» [2] и апробирован во время Дней самоуправления. анализ ответов учащихся на этапе рефлексии показал, что он очень понравился детям (самым удачным, по их мнению, стало разнообразие форм и методов обучения), а поставленные цели и задачи были реализованы.

Цель урока. Занимательно, через ролевую игру, широко используя межпредметные связи, познакомить учеников со строением атома, планетарной моделью атома Резерфорда.

Задачи урока. Образовательные: доказать, что атом, вопреки этимологическому началу термина (в переводе с древнегреческого ατομ [атом] – неделимый) – сложная частица; познакомить с планетарной моделью атома британского физика Эрнеста Резерфорда; научить определять, используя Периодическую систему, количество элементарных частиц в атоме любого химического элемента; провести первичное закрепление изученного материала с помощью дифференцированной самостоятельной работы в формате ЕГЭ.

Воспитательные: воспитывать такие качества развитой личности, как культура труда, внимание, пытливость и инициатива, умение слушать и слышать учителя, товарищей, безбоязненно высказывать свою точку зрения и отстаивать её, выступая перед широкой аудиторией, совершенствовать навыки сравнивать и обобщать, выделять главное, делать выводы, наблюдать.

Развивающие: способствовать развитию познавательного интереса к физике, продолжить формирование научного мировоззрения учащихся, развивать коммуникативные способности школьников (общение с одноклассниками, педагогом).

Опережающее домашнее задание. Дать одному из учащихся, желательно интересующемуся историей физических открытий, задание найти ответ на вопрос: какие факты из истории науки доказывают сложное строение атома? Опираясь на подобранные примеры, подготовить устное сообщение на 5–10 мин.

Оборудование и раздаточный материал. Схема «Строение атома», Периодическая система химических элементов (на каждом столе), портреты Э. Резерфорда, А. Беккереля, А.Г. Столетова, памятка, карточки с заданиями для дифференцированной проверочной работы (их лучше раздать в конце занятия во избежание списывания или предварительной подготовки учащихся).

Ход урока

В научном мышлении всегда присутствует элемент поэзии.Настоящая наука и настоящая музыкатребуют однородного мыслительного процесса. А. Эйнштейн

I. Организационный этап

Учитель. Здравствуйте, дорогие друзья! Мне приятно видеть вас сегодня на уроке физики. Обратите внимание на доску – там вы найдёте моё напутственное слово. Прочитайте его и, по желанию, запишите в рабочую тетрадь. Эти слова, сказанные одним из лауреатов Нобелевской премии по физике, не просто слова. Эйнштейн, например, страстно любил музыку (в основном творения В. Моцарта, И.-С. Баха, И. Брамса, Ф. Шуберта), зачитывался книгами, написанными Л. Толстым, Ф. Достоевским, Ч. Диккенсом, виртуозно играл на скрипке. Может быть, секрет успеха автора многих и многих работ по физике именно в умении созерцать прекрасное и разбираться в нём? Найдите ответ в эпиграфе. Наука – не единственное, что любил великий учёный. «Идеалами, освещавшими мой путь и сообщавшими мне смелость и мужество, были добро, красота и истина», – признавался он. Я очень хочу, чтобы вы прислушались к этим словам, ну а сегодня надеюсь на плодотворную и усердную работу, а также на взаимное сотрудничество с вами, дорогие ребята, которое непременно даст свои плоды, если приложить достаточное количество усилий.

II. Актуализация опорных знаний. Постановка проблемы

Учитель. Эрнест Резерфорд говорил: «Науки делятся на две группы — на физику и собирание марок». Что же изучает физика?

Ученик. Физика – это предмет, изучающий мир, в котором мы живём, и происходящие в нём явления.

Учитель. Каким физическим термином принято называть все окружающие нас предметы?

Ученик. Физические тела.

Учитель. Из чего состоят физические тела?

Ученик. Из вещества.

Учитель. Ещё древние греки предполагали, что всё сущее состоит из частиц. А теперь мы знаем, что все вещества состоят из крошечных частиц – атомов, которые соединяются в молекулы. Крупнейшие молекулы состоят из тысяч атомов. Издавна люди пытались выяснить с помощью гипотез и экспериментов строение атома. Изученная на прошлом занятии тема позволила вам узнать структурную единицу вещества, одну из стабильных элементарных частиц. Отгадайте загадку: очень мал и слишком лёгок,// Движется вокруг ядра // – Он такая недотрога – //Не коснуться никогда.

Ученик. Речь идёт об электроне.

Учитель. Верно. Давайте представим себе, что мы – сотрудники детективного агентства, которому поручено отгадать мучившую многих российских и зарубежных учёных, физиков и химиков на протяжении не одного десятилетия загадку строения атома. Из чего состоит атом? Как он устроен? В ходе нашего расследования мы попытаемся выяснить ответы на эти вопросы и постичь тайны. А пока запишите в свою рабочую тетрадь тему урока (она записана на доске) и сформулированные нами вопросы, поиском ответов на которые мы сейчас и займёмся. Обратите внимание на план занятия (на доске): • Организационный момент. Вступительное слово учителя • Актуализация опорных знаний. Постановка проблемы • Доказательства сложности строения атома • Планетарная модель атома (модель Резерфорда) • Работа в малых группах, заполнение таблицы «Основные данные об элементарных частицах, входящих в состав атома» • Взаимосвязь протонов, нейтронов и электронов • Работа по карточкам • Дифференцированная проверочная работа • Рефлексия • Заключительное слово учителя. Домашнее задание.

III. Доказательства сложности строения атома

Учитель. Как говорил вымышленный персонаж Козьма Прутков, «специалист подобен флюсу: полнота его одностороння». Несмотря на то что мы на уроке физики, рассмотрим сформулированный нами проблемный вопрос с различных сторон, в том числе выделим его этимологические корни. Термин «атом», в переводе с языка жителей Древней Греции, означает «неделимый». Разумеется, первые мысли, возникающие в ваших головах, будут примерно такими: «Атом – это частица, которую невозможно какими-либо способами разделить». Но не торопитесь с выводами! Опытный детектив знает, что кажущиеся на первый взгляд несокрушимыми умозаключения при повторном и более детальном рассмотрении и анализе подвергают сомнениям. Это правило применимо и к понятию «атом». Признак неделимости, оказывается, абсолютно несовместим с современным пониманием структуры атома. Сейчас этимология термина уже не вполне согласуется с действительным положением дел. Это доказывают важные научные открытия. Один из высококвалифицированных специалистов нашего детективного агентства ознакомился с материалами архивов и выяснил весьма интересные детали, которыми готов поделиться с вами. Слушаем сообщение.

Сообщение ученика [2] по плану:

• Случайное открытие французским физиком А.-А. Беккерелем явления радиоактивности при исследовании фосфоресценции в солях урана (несколько лет спустя он совместно с супругами Кюри был удостоен Нобелевской премии по физике «в знак признания выдающихся заслуг, выразившихся в открытии самопроизвольной радиоактивности») .

• Открытие электрона Дж.-Дж. Томсоном и определение его массы (9 · 10 –31 кг) и заряда (–1,6 · 10 –19 Кл) в экспериментах по изучению катодных лучей.

• Определение природы ионизированных (полностью потерявших все свои электроны) атомов гелия, или, как их принято называть, α-частиц.

• Изучение внешнего фотоэффекта российским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (это удобный случай для формирования у учащихся чувства гордости за своих соотечественников и воспитания патриотических качеств; педагогу важно не упустить такой момент).

Учитель. Большое спасибо за столь хорошее сообщение! Эта историческая справка – всего лишь отправная точка в нашем расследовании строения атома. Вам хорошо известно, что нельзя создавать будущее, не зная прошлого. Именно поэтому мы познакомились с истоками интересующей нас темы, проникли в историю науки.

IV. Планетарная модель атома (модель Резерфорда)

Учитель. «Отец» ядерной физики англичанин Эрнест Резерфорд в 1911 г. предложил планетарную модель строения атома. Прошу обратить внимание на схему, появлением которой мы обязаны опытнейшим сотрудникам нашего агентства. Чтобы лучше запомнить этот материал, советую вам наиболее важные моменты отразить в конспекте сегодняшнего урока, а я постараюсь оказать вам содействие. (Вкратце рассказывает о строении атома.)

V. Работа в малых группах, заполнение таблицы «Основные данные об элементарных частицах, входящих в состав атома»

Учитель. Начнём с того, что разобьёмся на малые группы и заполним таблицу, в которую сведены основные данные о простейшей модели атома.