Физика в литературе

ДОЛГОСРОЧНЫЙ ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

«Физика в литературе»

Филатова О.Н.учитель физики

«Единственный путь, ведущий к знаниям, -

это деятельность».
Бернард Шоу

В настоящее время процесс обучения все больше связывают с деятельным подходом и освоением детьми новых знаний. Одним из видов такого подхода является проектная деятельность. Задача учителя физики при работе над выбранной темой - доказать детям, что окружающая жизнь - это творческая лаборатория, в которой происходит процесс познания. При работе над проектом учитель должен не только вооружить учащихся определенным набором знаний и навыков, но и помочь каждому ребенку в полной мере проявить свои способности, развить инициативу, самостоятельность, реализовать творческий потенциал.

Учитель должен заинтересовать ребенка, превратить непростой процесс изучения выбранной темы в увлекательное и значимое занятие. В ходе работы ребенок учится добывать знания, а не принимать их в готовом виде. Учитель ставит проблемные вопросы, для решения которых учащемуся необходимо применить учебные умения в необычной ситуации, найти нестандартные решения, чаще всего не в книге и не в школе. Каждый вывод, каждое открытие – это результат поиска, творчества и труда. Такие занятия не могут быть ежедневными, потому что при их подготовке и организации от учителя и ученика требуется гораздо больше интеллектуальных, моральных и физических усилий, чем при подготовке обычного урока.

Роль отчета по изучаемой теме состоит как раз в том, чтобы превратить встречу ученика и науки в праздник, в демонстрацию достижений, чтобы снять страх и напряжение ребенка перед учебой, способствовать открытию у него новых качеств, способностей, умений при изучении физики в 7 классе. В таком путешествии взрослый и обучающийся являются спутниками: они сотрудничают, сопереживают, учатся друг у друга.

За основу подобной творческой работы для учащихся седьмого класса были взяты произведения, изученные на уроках литературы. Задача детей объяснить явления, описанные в различных жанрах художественной литературы.

Над темой этого проекта, «Физика в художественной литературе», работа велась с начала января до конца марта, т. к. это долгосрочный проект. Дидактическими целями этого долгосрочного проекта являлись:

1. Развитие творческого потенциала, активной, самостоятельной, эмоционально – отзывчивой, социально – компетентной и развивающейся личности как субъекта деятельности через анализ художественной литературы с точки зрения науки физики.

2. Расширение читательского и культурного кругозора учащихся;

3. Планирование и реализация проектной деятельности в школе; Актуальность  заключается в доказательстве того, что физика постоянно присутствует в нашей повседневной жизни. Даже в художественной литературе мы встречаем тому подтверждение. В различных литературных произведениях (мифах, сказках, романах и даже в стихотворениях) можно встретить описание физических явлений или процессов. Довольно часто описываемые события неправильно трактуются с точки зрения физики.

Поэтому детям стало интересным при чтении художественных текстов подметить такую «литературную ошибку» и попытаться «опровергнуть» автора, составив и решив задачу по физике.

Задачи с художественным содержанием представляют возможности для моделирования ситуаций, помогают мне глубже понять окружающий мир, формируют критическое мышление, умение дать научный анализ сюжета, развивают образное и логическое мышление, позволяют выйти за границы учебника. Интересны также задачи на нахождение технических характеристик различных сказочных устройств, при решении которых, сравнивают результаты с характеристиками реальных машин и механизмов, оценивают правильность своего решения и правдоподобность придуманных устройств.

Особую роль в изучении физики выполняют экспериментальные задачи, ведь в определении истины не обойтись без эксперимента. Общеизвестно, что гипотеза становится знанием только тогда, когда она подтверждается экспериментом. Решение экспериментальных задач позволяет отличать научные факты от псевдонаучных. Решение задач на основе литературных сюжетов позволяет глубже узнать и еще больше полюбить такую волшебную науку, как физика.

Проблема   исследования: выяснить, какие физические явления можно обнаружить в художественных произведениях.

Цель исследования.

Найти описание физических явлений в некоторых художественных произведениях и проверить их на соответствие положениям физики.

Создание и решение собственных задач по физике на основе художественных произведений.

Объектом исследования являются литературные сюжеты, описывающие физические явления.

Предмет: разработка задач по физике на основе литературных сюжетов.

Задачи исследования:

- изучить источники информации по теме работы;

- найти литературные произведения, в которых описываются явления природы;

- сравнить литературные произведения по признаку правильности описания  в их текстах положений и законов физики.

- составить и решить задачи по литературным фрагментам

- провести исследование развития познавательного интереса школьников при решении данных задач.

Гипотеза: существует много произведений различного жанра, в которых говорится о физических явлениях. Задачи по физике, разработанные на основе литературных произведений самими учащимися, способствуют лучшему усвоению материала по физике, развитию мотивации учения у школьников.

Методы исследования.

Сбор, анализ и сравнение информации.

- теоретический анализ научно-методической и художественной литературы по данной проблеме;

- исследование литературных сюжетов с точки зрения физики;

-  моделирование задачных ситуаций на основе художественных произведений;

-  анкетирование учеников по проблеме сформированности познавательного интереса к изучению физики, использования задач на основе художественных произведений;

-  наблюдение за деятельностью школьников при решении задач по физике на основе литературных сюжетов, изучение результатов этой деятельности, их интерпретация и получение выводов о влиянии на развитие познавательного интереса.

Глава I. Взаимосвязь физики и художественной литературы.

1. Физика и литература.

Физика – это наука о природе. Она изучает вещество и энергию, а также взаимодействия природы, управляющие движением материи, физических тел и полей. Изменения, происходящие с физическими телами, называются физическими явлениями.

В природе происходят всевозможные изменения – явления природы или физические явления. В физике различают механические, звуковые, тепловые, магнитные, оптические, электрические явления.

Физические явления с давних пор были предметом вдохновения многих поэтов и писателей. Перечислить все произведения посвященные физике просто невозможно - так их много. Почти у каждого великого стихотворца есть несколько строк о чудесах и загадках этой интересной науки.

На первый взгляд физика и литература - вещи несовместимые, ведь физика - точная наука, изучающая и объясняющая разнообразные природные явления, а литература — это чувства, фантазии, переживания. Как же можно поставить рядом две столь разные науки? И, тем не менее и физика и литература так или иначе рассказывают нам о физических явлениях. Вот только цель физики - объяснить их с научной стороны, а цель литературы -описать их прелести или, возможно, недостатки, описать чувства, связанные с тем или иным явлением.

Таким образом, природа - звено, которое связывает науки. Описывать литературных героев, создавать их образы, показывать психологическое состояние издавна помогают физические явления.

1.2.Возможности использования литературных материалов для иллюстрации физических явлений.

Проанализировав ряд научных статей [1, 4, 5, 6, 9], мы установили, что значительную помощь в обучении физике оказывает её связь с литературой, использование сведений из истории. Наука и искусство по-разному отражают общественное сознание. Язык науки – понятия, формулы. Язык искусства – образы. Художественные образы вызывают в сознании людей стойкие, яркие,  эмоционально окрашенные представления, которые, дополняя содержание понятий, формируют  личностное отношение к действительности, к изучаемому материалу.

Формулы, соотношения,  зависимости могут быть красивы, но это нужно уметь почувствовать, тогда учеба вместо  суровой необходимости может стать трудным, но приятным делом. В художественных произведениях нередки картины физических явлений в природе, описания различных  технических процессов, конструкций, материалов, сведений об ученых.

[5] выделяет следующие возможности использования  литературных материалов с целью иллюстрации физических процессов:

1. В качестве эпиграфа. Обычно это стихотворные строки, как бы, «задают» общую идею урока.

2. Для описания явлений, которые сложно воспроизвести в кабинете физики. Например: коронный разряд в газах, шаровая молния, полярные сияния, миражи и т. д.. Художественное описание помогает создать наглядный зрительный образ изучаемого.

3. Для создания проблемной ситуации. Интерес вызывают такие фрагменты, в которых сочетаются известные и неизвестные физические факты.

4. Как иллюстрация истории открытий физики. История открытия законов, явлений, изобретения технических устройств мысли людей, живших в далекие века, обычно всегда привлекает детей, вызывают у них живой интерес, побуждают задуматься о своей значимости в этом мире. Показ нравственных позиций ученых, раскрытие их научного подвига также могут осуществляться с опорой на литературные произведения.

5. Как источник для создания оригинальных физических задач. Зачастую фрагменты, содержащие описания тех или иных физических явлений, могут послужить отправной точкой в качестве условий для создания различных физических задач. Их тоже можно составить на основе литературного текста. Для решения подобной задачи необходимо определить – какое происходит физическое явление, задать (или выбрать) необходимые величины и их числовые значения и получить числовой ответ, соответствующий реальности.

6. Иллюстрация работы физических приборов. Фрагменты многих приключенческих и фантастических романов содержат интересные описания физических приборов.

7. Сочинения по заданной теме. Этот вид работы может содержать как компиляционные (т. е. подбираемые учащимися), так и авторские материалы – сочинения, стихи, прозу.

8. Материалы к физическим викторинам, вечерам и т. д. В ходе их проведения можно широко использовать различные фрагменты литературных произведений. Подбор литературных материалов представляет собой длительную,  индивидуальную работу. Мы ограничимся приведением нескольких примеров.

В рассказе Алексея Кожевникова «Архимед» есть пример применения рычага и ворота: «…Михайло начал толкать ручку, за ней двинулось колесо. Трос натянулся и поволок бревно кверху. Люди глядели то на Михайлу, то на машинку. И то, что вертелось у всех на языке, высказал Кузьма: -…Удивительно, как никто из нас, из больших, не сообразил. У нас все лошадь, да лошадь. Не может лошадь – подавай трактор. А вот эта штука посильнее всякого трактора. И ничего не стоит».

В повести этого же автора «Парень с большим именем» можно найти материал для урока по теме «Теплопроводность» в 8 классе: «Вокруг печи был нестерпимый жар и свет, но рабочие подбегали к самому жерлу и кидали в него лопатами куски железа. Все они были в валенках, в брезентовой одежде, на головах носили широкополые валяные шляпы, а глаза прикрывали синими очками». Здесь же есть описание расплавленного металла, применимое на уроке по теме «Плавление».

В книге Ж. Верна «В стране мехов» также можно найти несколько интересных отрывков. «Во время сильных морозов снег так твердеет, что не оседает под тяжестью человека. Ступать по нему можно смело, не боясь в любой момент провалиться. Когда снег рыхлый, нога сразу же погружается в него по колено, и в это время индейцы всегда пользуются лыжами». Этот отрывок комментирует изучение темы «Давление».

Интересные примеры есть в произведениях Н. Носова для уроков в 7 классе (полет на воздушном шаре и др.).

В Севастопольских рассказах , в книге Д. Джерома «Трое в одной лодке» находим примеры диффузии, в повести «Черное море» есть описание флуоресценции.

Примеры такого рода можно найти, к примеру, в произведениях Э. Распе, А. Некрасова (они приводятся, в частности, в сборнике «Качественные задачи по физике» в книгах «Мир научной фантастики на уроках физики» «Занимательная физика» , в произведениях писателей-фантастов прошлого.

Глава II. Использование литературных произведений для составления

задач по физике.

2.1. Решение задач на основе литературного материала

В художественных произведениях авторы нередко отражают картины физических явлений природы, описания различных технических процессов, конструкций, материалов, повествуют об открытиях ученых.

Интересными являются задачи на нахождение технических характеристик различных сказочных, фантастических устройств, при решении которых сравниваю полученные результаты с техническими характеристиками реальных машин и механизмов, например, скорость ковра-самолета и вертолета, мощность скатерти-самобранки с мощностью микроволновой печи.

Подобное сравнение позволяет проводить критическую оценку правильности полученных ответов при сравнении с реальностью.

Нами сделана довольно большая подборка литературных фрагментов с физическим содержанием. При подборе материала учитывалась его связь с конкретными вопросами физики. К исходным текстам сформулированы вопросы по физике. Итак, предлагаю рассмотреть некоторые авторские задачи, составленные на основе литературных сюжетов.

1. «Дедушка Мазай и зайцы» (Задача на применение закона Архимеда).

«Мимо бревно суковатое плыло,

Сидя, и стоя, и лежа пластом,

Зайцев с десяток спасалось на нем.

Я зацепился багром за сучок

И за собою бревно поволок...»

Задача: Оценить, при каком минимальном объёме бревна зайцы могли бы на нём плыть.

Решение: Предположим масса одного зайца 5 кг, а плотность влажной древесины ρд=700 кг/м3. Обозначим Р1- вес 10 зайцев, Р2 – вес бревна, ρв – плотность воды, V - объём бревна.

По условию плавания тел Р1+Р2= ρвgV, тогда 10.m1g +m2g = ρвgV, или

10.m1g + ρдgV = ρвgV = 10.m1g = ρвgV - ρдgV = 10.m1g = V.(ρвg - ρдg) = V= 10.m1g / (ρвg - ρдg). Вычислим минимальный объём бревна V= 10.5кг.9,8 Н/кг / (1000кг/м3 .9,8 Н/кг - 700кг/м3 .9,8 Н/кг) = 0,17 м3

Ответ: V= 0,17 м3

«Сколько же зайцев смог бы перевести Дед Мазай, что бы ни утонуть?».

Дано: Решение: Fa=Fт

m деда = 70 кг ρводы·g·Vт=(mдеда+mлодки+N·mзайца ) ·g

m зайца = 6 кг N·mзайца=ρводы·Vт-mдеда-mлодки

m лодки = 200 кг N=(ρводы·Vт-mдеда-mлодки)/mзайца

V погр.части лодки= 1,5 м³ N≈ 205 зайцев

N-?

2. Русская народная сказка «Курочка Ряба».

«Жили старик со старухой, и была у них курочка Ряба. Снесла курочка яичко: яичко не простое. Золотое».

Задача: Какую массу имело бы обыкновенное куриное яйцо, будь оно полностью золотым? Объем яйца определите экспериментально.

Решение: Объём куриного яйца определили с помощью мензурки. Он оказался равным V= 52см3. Зная, что плотность золота ρ= 19,3г/см3, вычислим массу золотого яйца. m = ρ.V= 19,3 г/см3 . 52см3 ≈ 1000г = 1 кг

Ответ: m = 1 кг.

С какой силой ударила мышка по яичку, что оно упало и разбилось?

Дано: Решение: F=mяйца·a

h= 0,8 м mяйца=ρзолота·Vяйца=77,2 кг

t= 0,4 c h=ύ₀·t+(a·t²)/2 , а = 2h/t² =10 м/с²

ρзолота= 19300 кг/м³ F=77,2 кг ·10 м/с² = 772 H

Vяйца= 0,004 м³

ύ₀=0

F-?

Сравним с силой удара футболиста по мячу.

Дано: Решение: F=mмяча·a

mмяча= 0,5 кг а = (ύ-ύ₀)/t = 500 м/с²

t= 0,02 с F=0,5 кг · 500 м/с² = 250 H

ύ= 10 м/с

ύ₀= 0

F-?

Таким образом, мышка должна была ударить по золотому яичку с силой, превышающей силу удара футболиста по мячу. Значит, описанное событие невозможно.

3. Астрид Линдгрен «Малыш и карлсон»

Задача: Какую скорость должен набрать в полёте Карлсон, чтобы сделать «мёртвую петлю» радиусом 13 м и испытать на её вершине чувство невесомости?

Решение: g = v2/r, отсюда v2= g·r

Ответ: Скорость равна 11,3 м/с

4. Дж. К.Джером «Трое в лодке, не считая собаки».

"Это был изумительный сыр, острый и со слезой, а его аромат мощностью  в двести лошадиных сил действовал в радиусе трех миль и валил человека с ног на расстоянии двухсот ярдов".

Задача: На какое максимальное расстояние распространялся запах сыра в СИ? Какова скорость порыва «сырного» ветра, который валил с ног человека?

Подсказка к задаче: 1 л. с. = 735,5 Вт; 1 миля = 1609,344 м; 1  ярд = 0,914 м

Решение: Запах сыра распространялся на расстояние S = 4828 м. 

Человека может свалить с ног, например, удар боксёра силой в 5000 Н.

Вычислим скорость ветра по формуле v = N/F = 200·735,5 Вт /5000 Н ≈ 30м/с.

Ответ: v ≈ 30м/с. Такой ветер называется «сильный шторм». Он вырывает с корнем деревья, разрушает здания. Свалить с ног человека может ветер, скорость которого 18-20 м/с.

5. Лебедь, рак и щука.

“Однажды Лебедь, Рак да Щука
Везти с поклажей воз взялись
И вместе, трое, все в него впряглись;
Из кожи лезут вон,
А возу все нет ходу!
Поклажа бы для них казалась и легка:
Да Лебедь рвется в облака,
Рак пятится назад,
А Щука тянет в воду!
Кто виноват из них, кто прав –
Судить не нам;
Да только воз и ныне там!”

Вопрос: Почему воз находится на месте?

6. Н. Носов «Приключения Незнайки...» (полет на воздушном шаре)

Знайка достал из кармана перочинный нож и перерезал веревку, которой

корзина была привязана к кусту. Шар плавно поднялся кверху, зацепился боком за ветку куста, но тут же отцепился и быстро взмыл ввысь.

-- Ура! -- закричали коротышки. -- Да здравствуют Знайка и его товарищи!

Все захлопали в ладоши, стали подбрасывать кверху шляпы. Малышки

обнимались от радости. Шар между тем поднимался все выше и выше. Его относило ветром в сторону. Скоро он превратился в маленькое пятнышко, которое едва виднелось на голубом небе.

Задача: Каким должен быть объём воздушного шара, который поднял в воздух 16 коротышек, средняя масса которых 20 кг? Массу корзины и самого шара принять равной 100 кг.

Русский писатель Николай Носов «Незнайка на Луне»

Винтик и Шпунтик, находясь в состоянии невесомости, захотели вскипятить чайник. «Вначале все шло хорошо, но через несколько минут Винтик и Шпунтик увидели, как из носика чайника начала пузырем вылезать вода, словно ее кто- нибудь выталкивал изнутри. Шпунтик поскорей заткнул носик чайника пальцем, но вода тут же начала вылезать пузырем из – под крышки.

Этот пузырь становился все больше, наконец, оторвался от крышки и, трясясь, словно был сделан из жидкого студня, поплыл по воздуху». 

Вопрос: Почему Винтик и Шпунтик не смогли вскипятить воду в чайнике?

В невесомости невозможна конвекция.

Нижний слой воды в чайнике нагревается

и превращается в пар.

В данном случае пар, расширяясь, вытесняет холодную воду из чайника.

7. Лягушка-путешественница.

“Тут лягушка уж не выдержала и, забыв всякую осторожность, закричала изо всей мочи: “Это я! Я!” И с этим криком она полетела вверх тормашками на землю. Утки громко закричали; одна из них хотела подхватить бедную спутницу на лету, но промахнулась. Лягушка, дрыгая всеми четырьмя лапками, быстро падала на землю; но так как утки летели очень быстро, то она упала не прямо на то место, над которым закричала и где была твердая дорога, а гораздо дальше, что было для нее большим счастьем, потому что она бултыхнулась в грязный пруд на краю деревни”.

Вопрос: Почему лягушка упала на землю не на то место, над которым она начала падать? (инерция).

Ж. Верн. В стране мехов.

«Во время сильных морозов снег так твердеет, что не оседает под  тяжестью человека. Ступать по нему можно смело, не боясь в любой момент провалиться. Когда снег  рыхлый, нога сразу же погружается в него по колено, и в это время индейцы всегда пользуются лыжами». 

Задача: Вычислить силу давления индейца на снег без лыж и с лыжами

2.2. Исследование формирования мотивов учения с помощью художественной литературы

В процессе работы над проектом была проведена апробация выше приведенных сюжетных задач в 7, 8-х классах  Учащимся было предложено в качестве домашнего задания самим придумать задачу на основе литературного сюжета. Затем 7-классникам была дана анкета, на которую предлагалось ответить «да», или «нет».

Анкета для учащихся

Вопросы	Да	Нет
1.  Интересно ли вам решать задачи по физике, составленные на основе литературных сюжетов?	87,5 %	-
2.  Приходилось ли вам замечать в художественных произведениях неточное описание физических явлений?	14%	86%
3.  Пробовали ли сами составить и решить задачу по отрывкам из литературы?	35%	65%
4.  Понравились ли вам задачи, предложенные автором проекта?	100%	-

Заключение.

В результате работы над проектом мы изучали литературу, в которой представлены задачи по физике, составленные на основе художественных произведений. Для нас оказался интересным приём, заключающийся в том, что с точки зрения физики оценивают и разбирают достоверность и правильность описания в литературе тех или иных физических явлений. Соответствующие примеры можно найти в 'Занимательной физике" Я. Перельмана и в книге К Н Власовой "Мир научной фантастики на уроках физики".

На основе методических рекомендаций по разработке таких задач, мы предлагаем свои собственные задачи, составленные по сюжетам известных произведений.

Наблюдая за своими одноклассниками, могу отметить, что часто у них отсутствует интерес к физике. Может быть оттого, что «сухие» формулы и законы не вызывают никаких эмоций, мотивации к учёбе.

Формулы, соотношения,  зависимости могут быть красивы, но это нужно уметь почувствовать, тогда учеба вместо  суровой необходимости может стать трудным, но приятным делом. В художественных произведениях нередки картины физических явлений в природе, описания различных  технических процессов, конструкций, материалов, сведений об ученых.

В нашем проекте было выяснено, что учащимся понравилось решать такие задачи, они находят их интересными, занимательными.

Таким образом, сюжетные задачи по физике, составленные на основе художественных произведений, побуждают к активной умственной деятельности и являются отличным средством формирования познавательного интереса к физике.

Гипотеза, поставленная в начале исследования, подтвердилась.

Подборка задач на основе литературных сюжетов – кропотливая, но интересная работа, которую необходимо продолжить.

Библиографический список:

1. Антонова Е.А. Проектная деятельность в условиях обновления образовательных стандартов. // Методические рекомендации:- Челябинск: МОУ ДПО УМЦ, 2011.

2.  Коршунова и Карлсон в гостях у физики [Текст] / // Физика: еженед. прилож. к газете « 1сентября». – 2004. – № 48.

3.  Кузьмичева сказки [Текст] / // Физика: еженед. прилож. к газете « 1сентября». – 2018. – № 4. – С. 24 – 25.

4.  Машарова интерес школьников с позиции современности [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. emissia. org/.

5.  Новые достижения техники и советская научно-фантастическая литература. http://student. *****/ref.

6.  Остер  Г. "Физика, задачник. - М.: "Росмэн", 1997. 

7.  Перельман физика. — М.: АСТ, 2005. — 473 с.

8.   Тульчинский задачи по физике в средней школе.- М.: Просвещение, 19с.

9.  Физика в литературе. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://*****/Interes/litra. htm.