Способы измерения физических величин: от теории к инженерной точности
Цели и задачи
- Цель: к концу урока учащиеся смогут классифицировать методы измерения на прямые и косвенные, рассчитывать абсолютную и относительную погрешности и записывать результат измерения в стандартном виде согласно требованиям ФГОС и формату ЕГЭ.
- Задача образовательная: актуализировать знания о физических величинах и единицах СИ, изучить алгоритм оценки погрешностей измерений.
- Задача развивающая: развивать навыки критического мышления через анализ точности различных измерительных приборов и выбор оптимального метода исследования.
- Задача воспитательная: формировать ответственное отношение к точности выполнения экспериментальных работ как основы профессиональной этики инженера или исследователя.
Планируемые результаты
Личностные
- Формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки.
- Развитие готовности к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию.
- Осознание ценности научного познания и практической значимости физических измерений в жизни общества.
Метапредметные
- Умение самостоятельно определять цели обучения и планировать пути их достижения.
- Умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности.
- Владение навыками познавательной, учебно-исследовательской и проектной деятельности.
Предметные
- Знать определения прямой и косвенной физических величин, абсолютной и относительной погрешности.
- Уметь определять цену деления прибора и инструментальную погрешность.
- Владеть навыком записи результата измерения в виде A = a ± Δa с учетом значащих цифр.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Установление связи между целью учебной деятельности и ее мотивом.
- Нравственно-этическое оценивание усваиваемого содержания.
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно.
- Оценка — выделение и осознание учащимся того, что уже усвоено и что еще подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения.
Познавательные УУД
- Самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели.
- Поиск и выделение необходимой информации; применение методов информационного поиска.
- Анализ объектов с целью выделения признаков, синтез как составление целого из частей.
Коммуникативные УУД
- Планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.
- Постановка вопросов — инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации.
- Умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать карточки с заданиями для практической работы (30 шт.).
- Подготовить комплект приборов на каждую парту: линейка (30 см), штангенциркуль, микрометр, мерный стакан с водой, металлический цилиндр.
- Загрузить презентацию с изображениями шкал приборов для отработки навыка считывания показаний.
- Подготовить демонстрационный образец: волос человека и электронный микрометр.
- Открыть учебник Мякишева (10 класс) на странице 342 (Приложение 'Измерения и погрешности').
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: психологически настроить учащихся на работу, создать проблемную ситуацию через демонстрацию физического эффекта.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | "Здравствуйте, десятый класс! Сегодня мы начинаем изучение фундаментальной темы, без которой невозможна ни одна область современной инженерии — от микропроцессоров до космических ракет. Прежде чем мы начнем, проверьте наличие тетрадей и калькуляторов на столах. Они нам сегодня очень пригодятся." | Ученики приветствуют учителя, проверяют готовность рабочих мест, достают тетради и инженерные калькуляторы. |
2 мин | Учитель достает обычную линейку и волос: "Ребята, посмотрите. У меня в руках обычная школьная линейка. Как вы думаете, смогу ли я с ее помощью измерить толщину этого волоса? А если я скажу, что это возможно сделать с точностью до микрона, используя только косвенные методы? Сегодня мы научимся не просто измерять, а делать это профессионально, понимая границы точности наших инструментов." | Ученики высказывают предположения (прием 'Мозговой штурм'): 'Нужно намотать волос на карандаш', 'Линейка слишком грубая', 'Нужен микроскоп'. Фиксируют тему урока в тетрадях. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши догадки о намотке верны — это один из способов. Но как оценить, насколько мы ошиблись? Об этом мы и поговорим."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить базовые понятия о физических величинах и единицах измерения, необходимые для изучения новой темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит блиц-опрос: "Давайте вспомним базу. Что такое физическая величина? Какие основные единицы системы СИ вы знаете? Что такое цена деления прибора и как ее найти? Посмотрите на слайд №2: перед вами шкала вольтметра. Чему равна цена деления и его текущее показание?" | Ученики отвечают: 'Физическая величина — это характеристика объекта, которую можно измерить'. Называют основные единицы (метр, килограмм, секунда...). Рассчитывают цену деления по слайду: (U2-U1)/n = (2-1)/5 = 0.2 В. |
2 мин | Учитель вводит классификацию: "Все измерения делятся на прямые и косвенные. Запишите в тетрадях: Прямые — значение считывается прямо с прибора. Косвенные — значение вычисляется по формуле через другие величины. Приведите примеры." | Ученики записывают определения. Приводят примеры: 'Прямое — длина линейкой, температура термометром. Косвенное — плотность через массу и объем, скорость через путь и время'. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Отлично, базу вспомнили. Но ни одно измерение не бывает абсолютно точным. Почему? Давайте выясним."
Этап 3. Выявление места и причины затруднения (4 мин)
Цель этапа: столкнуть учеников с невозможностью получить точный результат без учета погрешностей.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель просит двух учеников измерить длину одной и той же тетради одной и той же линейкой. Результаты записываются на доске: например, 20.5 см и 20.6 см. "Почему результаты разные, если линейка одна? Чей результат правильный?" | Ученики обсуждают: 'Один смотрел под углом', 'У линейки стерт край', 'Глаз человека ошибается'. Приходят к выводу, что истинное значение недостижимо. |
2 мин | Учитель задает проблемный вопрос: "Если мы не знаем истинного значения, как нам записать результат в научном отчете или в задании ЕГЭ, чтобы нас поняли другие ученые? Можно ли просто написать 'примерно 20 с половиной'?" | Ученики осознают необходимость единого стандарта записи результата с указанием ошибки (погрешности). |