Физика в биологии: раскрытие законов природы через межпредметное обучение

Современное образование требует разработки новых подходов к обучению, направленных на формирование целостного научного мировоззрения у учащихся. Одним из таких подходов является интеграция учебных дисциплин, таких как физика и биология. Эти предметы, несмотря на их кажущуюся разобщенность, имеют множество точек соприкосновения, что делает их идеальными для проведения совместных уроков.

В данной статье представлены методические рекомендации по организации и проведению интегрированных уроков, а также продемонстрированы возможности межпредметной интеграции через изучение физических процессов в биологических системах.

Интегрированные уроки преследуют следующие основные цели:

1. Формирование целостной картины мира. Учащиеся должны понимать, что природа подчиняется единым законам, которые могут быть описаны с позиций разных наук.
2. Развитие междисциплинарного мышления. Навыки, полученные при изучении одного предмета, должны быть применимы к изучению других.
3. Развитие практических навыков. Интеграция теории и практики способствует глубокому усвоению материала и подготовке к реальной жизни.
4. Стимулирование интереса к изучению наук. Межпредметный подход делает обучение более увлекательным и мотивирующим.

При проведении интегрированных уроков рекомендуется следовать по следующему плану:

Выбор темы урока

Темы должны быть значимыми, междисциплинарными и ориентированными на изучение процессов, которые можно описать с позиций обеих дисциплин. Примеры:

• «Физические процессы в биологических мембранах»;
• «Движение крови и законы гидродинамики»;
• «Энергия в живых системах».

Определение целей и задач урока

Необходимо четко сформулировать образовательные, развивающие и воспитательные цели, включая:

• объяснение явлений природы через физику и биологию;
• развитие навыков исследовательской деятельности;
• формирование критического мышления и умения работать в команде.

Построение структуры урока

Совместный урок включает три ключевых этапа:

• Вводная часть. Учащиеся знакомятся с темой урока, определяют проблемы, ставят цели и задачи. На этом этапе важно показать связь между дисциплинами и заинтересовать учащихся.
• Основная часть. Обсуждение теоретических основ, выполнение практических заданий, проведение экспериментов, решение задач.
• Заключительная часть. Обобщение результатов, формулировка выводов, рефлексия.

Распределение ролей между учителями

Каждый учитель отвечает за свою часть содержания, но при этом активно взаимодействует с коллегой. Например, учитель физики объясняет механизмы протекания явления, а учитель биологии демонстрирует их проявление в живых системах.

 Использование активных методов обучения

• Экспериментальная работа. Например, наблюдение диффузии через мембрану.
• Решение практико-ориентированных задач. Это помогает учащимся понять значимость теоретических знаний.
• Дискуссии и проблемные вопросы. Они стимулируют критическое мышление и развитие навыков аргументации.

Применение наглядных средств обучения

Использование мультимедийных презентаций, микроскопов, таблиц и моделей для визуализации процессов. Это особенно важно при изучении сложных явлений, таких как плазмолиз или транспорт веществ через мембрану.

Рассмотрим пример конкретного урока «Исследование диффузии через биологические мембраны»

Цель урока:

Развить творческое мышление, позволяющее критически воспринимать окружающий мир

Методические задачи:

- Закрепить умение готовить микропрепараты.

- Рассматривать и наблюдать за процессом диффузии в кожице лука.

- Обобщать информацию, полученную в результате проведенных опытов.

- Решать задачи по физике

В начале урока учащиеся, отвечая на вопросы преподавателей, самостоятельно формулируют тему и цель урока. Учитель физики рассказывает о механизме протекания диффузии, примерах ее использования для практических целей и примерах, где в быту учащиеся могут пронаблюдать явление диффузии, после чего решается практикоориентированная задача, направленная на установление связей между биологией и физикой. Для закрепления данного материала учащимся предоставляется возможность решить самостоятельно задачу, подобную разобранной.

Далее учащиеся совместно с учителем биологии рассматривают явление диффузии на лабораторной работе на примере плазмолиза и деплазмолиза клеток лука в гипертоническом и гипотоническом растворе поваренной соли.

Практическая работа:

1. Подготовка микропрепарата кожицы лука для наблюдения плазмолиза.
2. Проведение эксперимента: добавление гипертонического и гипотонического раствора, наблюдение изменения формы клеток и зарисовка их в тетрадь.
3. Анализ результатов: обсуждение причин и последствий плазмолиза, связь с теорией диффузии.

После проведения практической работы учащиеся отвечают на практикоориентированные вопросы по биологии и физике, например: «Почему маринование делает мясо ароматным?» или «Как диффузия влияет на дыхание растений и животных?».

В конце занятия проводится рефлексия в виде синквейна. Синквейн очень удобен в методическом плане, так как выполнение этого задания не требует большого количества времени, но оно решает очень важные задачи: учит обобщать, выделять главное, уметь находить ассоциации. В развитии именно творческого мышления синквейн играет не очень большую роль. Но, подбирая синонимы, находя самые точные и емкие прилагательные и глаголы, учащиеся, безусловно, развиваются и творчески.

Интеграция физики и биологии позволяет:

• углубить понимание учащимися физических законов через их применение в биологических системах;
• развить навыки работы с оборудованием и проведения научных экспериментов;
• повысить мотивацию и интерес к изучению естественных наук.

Совместные уроки — это не просто объединение учебных предметов, но и возможность показать учащимся единство законов природы. Такой подход способствует развитию ключевых компетенций, необходимых в современном мире, и помогает ученикам осознать взаимосвязь всех явлений в окружающем мире. Применение активных методов обучения, наглядных пособий и междисциплинарных связей делает образовательный процесс более эффективным и увлекательным.

Интеграция — это не только способ обучения, но и подготовка учащихся к реальной жизни, где решение задач часто требует комплексного подхода и знаний из разных областей.

1. Баляйкина В.М., Маскаева Т.А., Лабутина М.В., Чегодаева Н.Д. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ КАК ПРИНЦИП ИНТЕГРАЦИИ ОБУЧЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2019. – № 6.; URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29320 (дата обращения: 25.01.2025).
2. Афанасьева И.А. Реализация межпредметных связей как одно из направлений повышения качества образования, URL: https://urok.1sept.ru/articles/527712 (дата обращения: 25.01.2025).
3. Медицинская и биологическая физика. Курс лекций с задачами: учеб. пособие / В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов. - 2008. - 592 с.
4. Заяц А. В. Роль межпредметных связей в процессе формирования интереса учащихся к непрофильным предметам // Научные высказывания. 2023. №23 (47). С. 42-46.