Результатом осмысления является формирование: 6. Организация учебно-познавательной деятельности учащихся по овладению изучаемым материалом (операционно-деятельностный компонент обучения)

6. Организация учебно-познавательной деятельности учащихся по овладению изучаемым материалом (операционно-деятельностный компонент обучения)

В структуре учебного процесса это едва ли не самый главный компонент. Для его организации существенное значение имеет то, что, хотя овладение изучаемым материа-лом и происходит под руководством учителя, оно представляет собой своеобразный процесс самостоятельного «открытия» учеником уже имеющихся в науке знаний.
«Когда говорят, – писал психолог С.Л. Рубинштейн, – что человек как индивид не открывает, а лишь усваивает уже добытые человечеством знания…, то это, собственно, значит лишь то, что он не открывает их для человечества, но лично для себя он все же должен их открыть, пусть «переоткрыть». Человек доподлинно владеет лишь тем, что сам добывает собственным трудом» .
В этом смысле учение требует определенного «распредмечивания знаний», или «воссоздания», но только в более свернутом виде, тех мыслительных и практических операций (действий), которые когда-то совершались в процессе научного исследования (познания) тех или иных явлений или предметов.

С этой точки зрения, как показано в педагогике, процесс этот включает в себя три взаимосвязанные стадии (этапы).
На первой стадии происходит восприятие, осмысление и запоминание изучаемого материала, или усвоение теоретических знаний.
На второй стадии осуществляется выработка умений и навыков по применению этих знаний на практике, что требует организации специальных тренировочных упражнений.
Третья стадия связана с дальнейшим повторением и углублением знаний по изучаемому материалу, их закреплением и совершенствованием практических умений и навыков. Иначе говоря, чтобы учащийся овладел изучаемым материалом, ему необходимо осуществить полный цикл учебно-познавательных действий: восприятие нового материала, его первичное и последующее осмысление, запоминание, упражнение в применении усвоенной теории на практике и затем повторение с целью углубления и более прочного усвоения знаний, умений и навыков.
Как же происходит процесс усвоения изучаемого материала на каждой из названных выше стадий? В чем заключается сущность каждого из перечисленных познавательных действий?
а) Усвоение теоретического материала. Процесс этот начинается с восприятия изучаемого материала. Сущность данного познавательного действия состоит в том, что учащиеся с помощью органов чувств (слуха, зрения, осязания и обоняния) воспринимают внешние свойства, особенности и признаки изучаемых предметов и явлений. Четко раскрыл сущность ощущений и восприятий И.П. Павлов: «Ощущение – это простейшее субъективное переживание, данное каким-то внешним агентом (раздражителем) органам чувств, а восприятие – это есть то, что у меня получается в мозге, когда его раздражение оказывается связанным с другими раздражителями и со следами прежних» .
Когда, например, человек ощущает с помощью слуха звуки, то он воспринимает характер этих звуков (низкий, высокий, металлический, шум льющейся воды и т.д.). С помощью зрения воспринимается цвет (светлый, голубой, красный, яркий, блеклый), форма предметов и т.д. Осязательные ощущения позволяют воспринимать такие свойства тел, как их твердость или мягкость, газоподобность и т.д. Следовательно, восприятие есть не что иное, как отражение в сознании человека ощущаемых внешних свойств, качеств и признаков познаваемых предметов и явлений.
Результатом восприятия является формирование представлений как низшей формы знаний. Представление есть не что иное, как сохранение в сознании человека внешних образов (признаков, свойств) воспринятых предметов и явлений. Низшей формой знаний они являются потому, что в них фиксируются только внешние свойства предметов и явлений, но не раскрывается их сущность.
Приведем несколько примеров.
Учитель русского языка при объяснении правила написания безударных гласных в корне слов пишет на доске: вода, волна. Учащиеся видят это, и у них формируется первое представление: слова вода и волна пишутся с буквами о. Затем учитель читает эти слова и обращает внимание на ту разницу, которая существует между их написанием и произношением. Ученики слышат, что эти слова произносятся со звуком а в корне. Это уже другое, слуховое представление. Потом учитель изменяет эти слова так, что гласные звуки в корне ставятся под ударение и отчетливо слышатся звуки о. Это уже третье пред-ставление.
Учащиеся изучают по математике тему: «Доли. Обыкновенные дроби». Учитель демонстрирует разрезанное на пять частей яблоко. Учащиеся в первом случае с помощью зрительных ощущений воспринимают яблоко целое, а в другом – состоящее из пяти равных частей. Таким образом у них формируется два представления. Потом в процессе демонстрации они видят, что можно из целого яблока взять его пятую часть, две пятых и т.д. Это уже третье представление.
Как видим, и в первом, и во втором случае в представлениях фиксируются только внешние свойства (образы изучаемых предметов). Но как в научном познании, так и в обучении необходимо раскрывать сущность предметов и явлений. Еще Аристотель отмечал, что научное знание существенным образом отличается от восприятия и мнения: от восприятия тем, что его предметом является всеобщее и необходимое, а не единичное и случайное, а от мнения – тем, что его суждение – всегда истинно. Постигнуть же это всеобщее, необходимое и истинное можно только с помощью мышления, осмысления.
Что же такое осмысление как познавательное действие? В словаре русского языка говорится, что осмыслить что-либо – значит открыть его смысл, значение, понять . Следовательно, в общем плане осмысление как познавательное действие есть мысленное постижение причин и следствий, заключенных в изучаемых предметах и явлениях, раскрытие (уяснение) сущности последних и формирование на этой основе различных теоретических обобщений (правил, выводов, закономерностей и т.д.). Осмысление в общем плане есть такая мыслительная деятельность человека, в процессе которой он раскрывает сущность познаваемых (изучаемых) предметов и явлений и формирует научные понятия. Осмысление – это всегда работа мысли. Процесс этот включает в себя следующие мыслительные операции (действия):
а) анализ воспринятых внешних свойств и признаков изучаемых предметов и явлений, зафиксированных в представлениях;
б) логическую группировку признаков и свойств изучаемых предметов и явлений и выделение из них наиболее существенных и общих для всех подобного рода предметов и явлений;
в) «мысленное» постижение сущности (причин и следствий) изучаемых предметов и явлений и формулирование теоретических понятий или обобщающих выводов, правил и т.

д.;
г) проверку обоснованности и истинности сделанных теоретических выводов.
Если вновь обратиться к приведенным выше примерам, то можно легко выявить все эти мыслительные операции. При осмыслении на уроках русского языка правила написания безударных гласных в корнях слов ученики с помощью учителя сначала обращают внимание на то, как слышатся и как пишутся слова вода, волна, затем сопоставляют их написание с тем, какой гласный звук слышится, если изменить слово так, чтобы проверяемый слог в этих словах оказался под ударением. Анализируя дальше эти представления, они выделяют то из них, которое в данном случае является существенным. Этим существенным является одинаковое звучание и написание гласной в ударном слоге.
Учитель приводит новые примеры, и ученики догадываются, что в безударном слоге корня слова пишется буква, обозначающая звук, который слышится под ударением. Осмысливая все это, многие учащиеся самостоятельно могут сформулировать грамматическое правило.
Такие же мыслительные операции осуществляют учащиеся и при осмыслении темы о нахождении части от целого и приходят к выводу, что всякое целое можно представить себе в виде единицы, частей же в ней может быть множество. Чтобы найти часть от целого, используется действие умножения целого на обыкновенную дробь.
В конечном итоге получается, что учитель не «вкладывает» знания в головы учащихся, не «передает» их, а только организует их деятельность по осмыслению материала и помогает им самим «открывать» для себя новые теоретические правила, законы и т.д. и познавать сущность изучаемых предметов и явлений. В этой связи необходимо обратить внимание на те трудности, которые испытывают учащиеся при осмыслении изучаемого материала и о которых необходимо знать учителю. Исследованиями установлено, что для учащихся гораздо труднее выделять общие признаки, которые характерны для многих подобных явлений и предметов, чем их различия. И это понятно. Различия обычно выражены более рельефно, они более очевидны и в этом смысле находятся как бы на поверхности изучаемых явлений и предметов. Общие же, существенные признаки чаще всего скрыты за внешней видимостью их, как это мы наблюдали при восприятии учащимися написания букв в корнях слов в зависимости от того, как они слышатся под ударением.
По этой причине учащиеся иной раз воспринимают свойства, хотя и важные, но вовсе не необходимые для познания сущности изучаемых предметов и явлений. Например, при изучении истории древнего мира они встречаются с понятием «раб», которое ассоциируется с тем, что рабы не обладали собственностью и выполняли тяжелую работу. Но это правильно только отчасти. Главной же характеристикой раба была его зависимость от рабовладельца, который имел над ним неограниченную власть. На все эти трудности при осмыслении изучаемого материала учитель должен обращать внимание учащихся.
Результатом, осмысления является понимание изучаемого материала и образование понятий. Если в представлениях, как уже отмечено выше, отражаются единичные, внешние свойства и признаки изучаемых предметов и явлений, то в понятиях выражается их глубинная сущность, заключенные в них внутренние причины и следствия. Вот почему понятие обычно определяется как форма научного знания (мысли), в которой раскрывается сущность познаваемых предметов и явлений и которая выражается в виде законов, правил, выводов и других теоретических обобщений. К месту скажем, что слово понятие происходит от славянского паяти, что означает «взять», «поймать» существенное в изучаемых предметах и явлениях и указывает на необхо-димость активного самостоятельного мышления учащегося.
В педагогике, однако, выделяется два вида осмысления – первичное и последующее. Конечно, если изучаемый материал бывает сравнительно легким и не содержит сложных понятий, то достаточно одного первичного восприятия и осмысления, чтобы его хорошо понять. Но в большинстве случаев, особенно по математике, физике, химии и другим предметам, изучаемый материал отличается достаточной сложностью, и его первичное восприятие и осмысление позволяет добиваться лишь понимания, которое зачастую бывает поверхностным, неполным и не всегда точным. Вот почему при изучении по-добного материала необходимо, чтобы учащиеся осуществляли последующее его более глубокое осмысление.
Это наглядно видно, когда учитель на уроке иной раз объяснит новый, достаточно сложный материал и сразу переходит к опросу учащихся. В таких случаях большинство из них чаще всего не в состоянии отвечать на поставленные по этому материалу вопросы. И это понятно: они осуществили лишь первичное восприятие и осмысление и поэтому его усвоение находится на уровне, как говорят, не совсем отчетливых представлений и поверхностного понимания. Вот почему в таких случаях, безусловно, необходимо организовать дальнейшую познавательную деятельность учащихся, чтобы они всесторонне осмыслили изучаемый материал и добились его глубокого понимания. Как правило, на большинстве уроков учителю в различных формах нужно дважды объяснять новый материал, чтобы ученики осуществляли его первичное и последующее более обстоятельное осмысление, о чем будет идти речь в главе об уроке.
Однако овладение изучаемым материалом не сводится только к его пониманию и формированию научных понятий. Вполне справедливым следует считать то игривое выражение, которое гласит: как многого не знал он из того, что понимал. Разве, например, не бывает так, что ученик как будто все понимает, если кто-то другой отвечает на вопросы по изучаемой теме, но сам передать ее содержание не в состоянии. Следовательно, изучаемый материал нужно не только понимать, но и сохранять его в памяти и уметь свободно и логично воспроизводить.
«Не следует забывать следующего положения, – писал А. Дистервег, – мы хорошо знаем лишь столько, сколько можем сказать; мы хорошо знаем лишь то, что способны выразить словами» .
Отсюда следует, что органической частью учебно-воспитательной деятельности учащихся является запоминание изучаемого материала.
Для процесса запоминания существенное значение имеет вопрос о том, что означает: знать, усвоить изучаемый материал. В драме В. Гете «Фауст» Мефистофель восклицает: «Что значит знать? Вот в чем затрудненье!» Попробуем ответить на этот вопрос.
Знать изучаемый материал – значит уметь:
– осмысленно и полностью его воспроизводить;
– воспроизводить его в сокращенном виде,
– выделять в материале главные положения;
– разъяснять сущность усвоенных правил, выводов и других теоретических обобщений;
– доказывать правильность и обоснованность теоретических положений,
– отвечать на прямые и косвенные вопросы по изучаемому материалу;
– расчленять материал на смысловые части и составлять его план в устном и письменном виде,
– иллюстрировать усвоенные теоретические положения своими примерами и фактами;
– письменно отвечать на вопросы по изученному материалу,
– устанавливать связь изучаемого материала с ранее пройденным;
– применять полученные знания на практике, т. е. выполнять практические задания, решать примеры и задачи, составлять различные схемы и т.д.;
– переносить усвоенные знания на объяснение других явлений и фактов;
– выделять мировоззренческие и нравственно-эстетические идеи в изучаемом материале, выражать к ним свое отношение.
Приведенные положения показывают, что запоминание изучаемого материала не имеет ничего общего с его механическим, зазубриванием.
Наоборот, оно должно базироваться на глубоком и всестороннем понимании усваиваемых знаний и способствовать умственному развитию учащихся.
Обычно запоминание осуществляется путем повторения – воспроизведения изучаемого материала. Здесь, однако, необходимо иметь в виду следующее. Еще К.Д. Ушинский писал: «Повторение может быть двух родов, из которых одно мы назовем активным, а другое – пассивным. Пассивное повторение состоит в том, что ученик вновь воспринимает то, что воспринимал уже прежде… Активное повторение состоит в том, что ученик самостоятельно, не воспринимая впечатлений из внешнего мира, воспроиз-водит в самом себе следы воспринятых им прежде представлений. Это активное повторение гораздо действеннее пассивного, и способные дети инстинктивно предпочитают его первому: прочитав урок, они закрывают книгу и стараются проговорить его напамять» .
Примерно такую же мысль высказывал А. Дистервег:
«Нет более верного средства добиться у себя и у других четких знаний и ясных мыслей, как заставить себя громко, ясно, определенно и быстро высказывать свои мысли. Кто наблюдал за собой, знает, что мы только тогда овладеем каким-либо представлением или мыслью, когда подыщем наиболее подходящие слова для их выражения» .
Все это показывает, что лучшим средством запоминания изучаемого материала является его активное воспроизведение: пересказ вслух или про себя, устные ответы на вопросы учебника, составление плана прочитанного, устное или письменное составление тезисов. В таком случае, когда учащийся после осмысления нового учебного материала приступает к его усвоению (запоминанию), ему вначале следует вдумчиво прочитать его по учебнику, выделить в нем основные положения, а затем приступить к его активному воспроизведению, пользуясь указанными выше приемами.
Для овладения изучаемым материалом существенное значение имеют его временные рамки. С этой точки зрения выделяют запоминание концентрированное, которое осуществляется в один присест, и рассредоточенное, когда усвоение изучаемого материала осуществляется в несколько приемов и рассредоточивается во времени. При концентрированном запоминании знания переходят в оперативную, кратковременную память и быстро забываются. Рассредоточенное же запоминание способствует переводу знаний в память долговременную.
Вот почему в процессе обучения необходимо рекомендовать учащимся пользоваться приемами рассредоточенного запоминания.
Было бы, однако, неверно сводить усвоение (запоминание) изучаемого материала только к воспроизводящей деятельности. Необходимо побуждать учащихся к тому, чтобы они раскрывали и осмысливали новые детали в изучаемом материале, которые ускользали от их внимания при первичном его восприятии. Особое значение в этом смысле имеет продумывание собственных примеров и фактов, которые глубже подтверждают изучаемые теоретические положения, выработка умения передавать материал своими словами, всестороннее осмысление его мировоззренческой и нравственно-эстетической направленности. Известный психолог А.А. Смирнов писал: «Запоминание должно быть понято не как однообразное многократное запечатление того, что надо запомнить, а как разнообразно протекающая деятельность, каждое отдельное звено которой, т.е. каждое отдельное повторение, направлено на решение новой задачи…»
Наконец, из психологии известно, что существенным условием успешного запоминания является его произвольность, намерение школьника прочно усвоить изучаемый материал, мобилизация волевых усилий в этом направлении. А.А. Смирнов писал о том, что слабое усвоение изучаемого материала является не столько следствием плохой памяти, сколько отсутствием необходимых волевых усилий, стремления к прочному овладению знаниями.
Таковы психолого-педагогические основы процесса запоминания. Если он правильно организуется, это позволяет не только добиваться усвоения теоретического материала учащимися, но и предотвращает его механическую зубрежку, способствует более глубокому осмыслению знаний, развитию мышления, памяти и морально-волевых качеств.
б) Организация упражнений по применению знаний на практике и формированию умений и навыков. Это очень важная стадия в процессе овладения изучаемым материалом. Она обусловливается не только тем, что знания нужны человеку для жизненной практики и духовного развития, но и тем, что формирование практических умений и навыков способствует более глубокому осмыслению изучаемого материала, развитию сообразительности и творческих способностей. Например, с помощью упражнений учащиеся вырабатывают навыки выразительного и осмысленного чтения, грамотного письма, умения решать задачи и примеры по математике, ориентироваться по карте при изучении географии и истории. Постоянных упражнений требуют развитие смекалки, умение решать нестандартные задачи, проявление и совершенствование творческих способностей и т.д.
Два положения имеют весьма существенное значение для организации упражнений по применению теоретических знаний на практике.
Первое. Тренировочные упражнения только тогда дают эффект и выполняются осмысленно, когда учащиеся хорошо овладели теорией. Если же знания осмыслены и усвоены недостаточно, то учащиеся не будут осознавать способов их применения на практике.
Второе. Процесс применения усвоенных знаний на практике имеет свои трудности. Это связано с тем, что общее проявляется в большом многообразии конкретного. Исходя из этого положения, академик Б.М. Кедров отмечал: «Движение познания от теории к практике соответствует нарастанию момента субъективности в дея-тельности человека при сохранении объективного момента в качестве исходного, определяющего собой весь процесс его познавательной и практической деятельности» .
Вот это многообразие конкретного, в котором проявляется общее, а также наличие субъективного момента при применении теоретических знаний на практике и вносит в этот процесс определенные затруднения. Усвоив на основе конкретных примеров и фактов то или иное правило, вывод или закон, учащийся должен решать сам (субъективный момент), подходят ли они для решения новых задач или объяснения новых, ранее не встречавшихся явлений. Наибольшие трудности, писал Л.С. Выготский, представляет перенесение смысла или значения выработанного понятия на новые конкретные ситуации. Путь от абстрактного к конкретному оказывается здесь не менее трудным, чем в свое время был путь прохождения от конкретного к абстрактному.
Еще четче раскрывает это положение К.А. Славская. Она отмечает: «Знания как сгусток чужой мысли включаются в деятельность человека, выполняя роль своеобразных орудий производства и выступая в качестве мыслительного оснащения для осуществления этой деятельности. Примером может служить таблица умножения при решении арифметических задач… Однако различного рода операции являются обобщенными способами действия, в то время как всякая ситуация носит единичный, конкретный характер. Чтобы соотнести их, чтобы адекватно применить общее положение к данной конкретной ситуации, нужна мыслительная деятельность человека. Грубо говоря, каждая операция не имеет на себе надписи, где и когда она должна быть применена» .
Именно в этом и заключаются трудности, связанные с использованием знаний на практике. Возьмем правило правописания безударных гласных в корне слова в русском языке. Само по себе оно довольно простое: гласная в корне пишется так, как она слышится под ударением. Но чтобы его применять, учащемуся нужно в каждом отдельном случае уметь находить корень слова и изменять его так, чтобы безударная гласная стала под ударением. Не каждому это дается легко. По этой причине недостаточная грамотность отдельных учащихся по языкам и математике чаще всего обусловливается слабой орфографической и синтаксической натренированностью, отсутствием необходимых умений и навыков в решении задач.
Все это следует учитывать при организации занятий по выработке умений и навыков применения усвоенных знаний на практике. Конкретные приемы организации этих занятий будут раскрыты в главе «Методы обучения».
в) Повторение, обобщение и систематизация изучаемого материала с целью углубления знаний и совершенствования практических умений и навыков. Это очень сложная стадия в овладении изучаемым материалом. Ее исходной основой является положение о том, что познание – не прямая линия, а кривая, бесконечно приближающаяся к ряду кругов, к спирали. Это значит, что овладение знаниями не сводится к одному познавательному акту, что искомое не раскрывается сразу во всем своем многообразии и требует дальнейшей умственной и практической деятельности по более глубокому его усвоению.
«На каждом этапе усвоения знаний, – писал М.А. Данилов, – к известному присоединяется неизвестное, к главному и существенному, что было раскрыто на предыдущем этапе, присоединяется производное, менее существенное, но тоже важное для обоснования знаний об изучаемом предмете» .
Все это требует организации познавательной деятельности по повторению, обобщению и систематизации знаний с целью их углубления и совершенствования практических умений и навыков.
Имеет значение здесь и другое не менее важное положение. Как бы хорошо ни был усвоен изучаемый материал на занятиях, это усвоение (запоминание) носит концентрированный характер, при котором, как уже отмечалось, знания переходят в оперативную, кратковременную память и быстро забываются. Чтобы предотвратить это забывание и перевести знания в память долговременную, необходимо осуществить рассредоточенное запоминание, что также требует организации повторения изучаемого материала.
Таким образом, обращаясь к повторению изученного материала, учащиеся глубже и полнее его осмысливают, усваивают его внутреннюю логику и приводят в систему с ранее полученными знаниями.
Повторение нужно проводить по каждой изучаемой теме, а также отдельным разделам учебной программы и в конце учебного года. Например, после изучения темы об имени существительном по русскому языку в VI классе организуется повторение, систематизация и обобщение знаний учащихся по теме в целом. Такая же работа проводится после изучения отдельных крупных тем по математике, физике, химии, литературе, истории и другим предметам. Как бы хорошо ни проводились учебные занятия, их продолжением должна быть самостоятельная домашняя работа учащихся по дальнейшему более глубокому осмыслению и прочному усвоению знаний, практических умений и навыков. Попытки отдельных учителей осуществлять обучение без домашней учебной работы в научном отношении являются несостоятельными.
Такова система и сущность учебно-познавательной деятельности на разных стадиях (этапах) овладения изучаемым материалом. В связи с этим необходимо отметить, что в зависимости от осуществления учебно-познавательной деятельности знания учащихся могут достигать только уровня представлений или поверхностного понимания, или же ограничиваться усвоением теории без наличия практических умений и т.д. Это необходимо знать как учителям, так и учащимся. Только осуществление обучающимися полного цикла учебно-познавательных действий обеспечивает глубокое и прочное овладение программным материалом, их умственное развитие, формирование научного мировоззрения, нравственной и эстетической культуры.

Харламов И.Ф. Педагогика. – М.: Гардарики, 1999. – 520 с.

Главная страница =>педагогика=>оглавление

Тест с ответами по предмету теория обучения – пройти тест онлайн бесплатно

Авторам

8-800-333-85-44

Оформить заявку

Вход

• Справочник
• Онлайн-калькуляторы
• Тесты с ответами

Выполним любые типы работ

• Дипломные работы
• Курсовые работы
• Рефераты
• Контрольные работы
• Отчет по практике
• Эссе
Узнай бесплатно стоимость работы

Педагогика

Педагогика

Педагогика

Педагогика

Педагогика

Педагогика

Педагогика

Педагогика

• Контрольная работа

  от 1 дня /

  от 100 руб

• Курсовая работа

  от 5 дней /

  от 1800 руб

• Дипломная работа

  от 7 дней /

  от 7950 руб

• Реферат

  от 1 дня /

  от 700 руб

• Онлайн-помощь

  от 1 дня /

  от 300 руб

Оставляй заявку — и мы пройдем все тесты за тебя!

Отражение света и формирование изображения

Свет всегда следует закону отражения, независимо от того, происходит ли отражение от изогнутой поверхности или от плоской поверхности. Задача определения направления, в котором будет отражаться падающий световой луч, включает в себя определение нормали к поверхности в точке падения. Для вогнутого зеркала нормаль в точке падения на поверхность зеркала представляет собой линию, проходящую через центр кривизны. После того, как нормаль нарисована, можно измерить угол падения и отобразить отраженный луч под тем же углом. Этот процесс проиллюстрирован двумя отдельными падающими лучами на диаграмме справа.

На уроке 2 обсуждалось формирование изображений плоскими зеркалами. В Уроке 2 было подчеркнуто, что положение изображения — это место, где кажется, что отраженный свет расходится. Для плоских зеркал формируются виртуальные изображения. Свет на самом деле не проходит через место виртуального изображения; наблюдателю только кажется, что свет исходит из места виртуального изображения. В этом уроке мы начнем видеть, что вогнутые зеркала способны производить реальных изображений (а также виртуальных изображений). Когда формируется реальное изображение, наблюдателю все еще кажется, что свет отклоняется от места, где находится реальное изображение. Только в случае реального изображения свет действительно проходит через место изображения.

 

Что такое изображение? Как это формируется?

Предположим, что лампочка помещена перед вогнутым зеркалом в точке где-то на позади центра кривизны (C). Лампочка будет излучать свет в разных направлениях, некоторые из которых будут падать на зеркало. Каждый отдельный луч света, падающий на зеркало, отражается в соответствии с законом отражения. При отражении свет сойдется в точке. В точке, где сходится свет от объекта, создается копия, подобие или воспроизведение реального объекта. Эта копия известна как изображение . Как только отраженные световые лучи достигают места изображения, они начинают расходиться. Точка, в которой сходятся все отраженные световые лучи, называется точкой изображения. Это не только точка, где сходятся световые лучи, но и точка, от которой наблюдателю кажется, что отраженные световые лучи расходятся. Независимо от местоположения наблюдателя, наблюдатель увидит луч света, проходящий через реальное местоположение изображения. Чтобы увидеть изображение, наблюдатель должен совместить свой взгляд с местоположением изображения, чтобы увидеть изображение через отраженный световой луч. На приведенной ниже диаграмме показано несколько лучей от объекта, отражающихся от зеркала и сходящихся в месте расположения изображения. Затем отраженные световые лучи начинают расходиться, и каждый из них может помочь человеку увидеть изображение объекта.

 

 

Если лампочка находится в другом месте, применяются те же принципы. Местоположение изображения — это место, от которого кажется, что отраженный свет расходится. Определив путь, который проходит свет от лампы после отражения от зеркала, можно определить местоположение изображения. На приведенной ниже диаграмме показана эта концепция.

 




Вы могли заметить, что хотя для определения местоположения изображения применяется тот же принцип, получается другой результат. Когда объект расположен на за центром кривизны (C), изображение располагается между центром кривизны (C) и фокальной точкой (F). С другой стороны, когда объект расположен между центром кривизны (C) и фокальной точкой (F), изображение расположено на дальше центра кривизны (C) на . В отличие от плоских зеркал, расстояние до объекта не обязательно равно расстоянию до изображения. Фактическое соотношение между расстоянием до объекта и расстоянием до изображения зависит от местоположения объекта. Эти идеи будут обсуждаться более подробно позже в этом уроке.

Flickr Physics Photo

смайлик нарисован на лампочке ночника; его внешний вид вымывается светом лампочки. Лампа ввинчивается в патрон и помещается перед вогнутым зеркалом (не показано). Изображение проецируется на карточку для заметок; изображение перевернуто.


 

Мы хотели бы предложить …

Зачем просто читать об этом и когда вы могли бы взаимодействовать с этим? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения Optics Bench или нашего интерактивного приложения Name That Image. Вы можете найти это в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивная скамья Optics Bench предоставляет учащимся интерактивную среду для изучения формирования изображений линзами и зеркалами. Интерактивное приложение Name That Image Interactive предлагает учащимся интенсивную умственную тренировку по распознаванию характеристик изображения для любого заданного местоположения объекта перед изогнутым зеркалом.


Посетите: Интерактивная скамья Optics Bench || Назовите это интерактивное изображение

 

Следующий раздел:

Перейти к следующему уроку:

Учебник по физике: отражение, преломление и дифракция

Ранее в уроке 3 обсуждалось поведение волн, бегущих по веревке из более плотной среды в менее плотную (и наоборот). Волна не просто стоп , когда он достигает конца носителя. Скорее волна будет вести себя определенным образом, когда встретит конец среды. В частности, будет некоторое отражение от границы и некоторая передача в новую среду. Но что, если волна распространяется в двумерной среде, такой как водяная волна, распространяющаяся через океанскую воду? Или что, если волна распространяется в трехмерной среде, такой как звуковая волна или световая волна, распространяющаяся по воздуху? Каких типов поведения можно ожидать от таких двух- и трехмерных волн?

Изучение волн в двух измерениях часто проводится с помощью пульсирующего резервуара. Волновой резервуар представляет собой большой резервуар с водой со стеклянным дном, который используется для изучения поведения волн на воде. Свет обычно падает на воду сверху и освещает белый лист бумаги, помещенный прямо под резервуаром. Часть света поглощается водой при прохождении через резервуар. Гребень воды поглощает больше света, чем корыто. Таким образом, светлые пятна представляют собой впадины волн, а темные пятна представляют собой гребни волн. По мере того, как волны воды проходят через резервуар с пульсацией, темные и светлые пятна также перемещаются. Поскольку волны встречают препятствия на своем пути, их поведение можно наблюдать, наблюдая за движением темных и светлых пятен на листе бумаги. Демонстрации волновых резервуаров обычно проводятся на уроках физики для обсуждения принципов, лежащих в основе отражения, преломления и дифракции волн.

 

Отражение волн

Если линейный объект, прикрепленный к осциллятору, качается в воде вперед и назад, он становится источником прямых волн . Эти прямые волны имеют чередующиеся гребни и впадины. На листе бумаги под резервуаром гребни — это темные линии, идущие по бумаге, а впадины — яркие линии. Эти волны будут проходить через воду, пока не встретят препятствие, например, стенку резервуара или объект, помещенный в воду. На диаграмме справа изображен ряд прямых волн, приближающихся к длинному барьеру, проходящему под углом через резервуар с водой. Направление, в котором эти волновые фронты (прямолинейные гребни) проходят через воду, показано синей стрелкой. Синяя стрелка называется луч и проведен перпендикулярно волновым фронтам. Достигнув барьера, расположенного в воде, эти волны отражаются от воды и устремляются в другом направлении. На приведенной ниже диаграмме показаны отраженные волновые фронты и отраженный луч. Независимо от угла, под которым волновые фронты подходят к преграде, выполняется один общий закон отражения: волны всегда будут отражаться таким образом, что угол, под которым они подходят к преграде, равен углу, под которым они отражаются от преграды. Это известно как закон отражения . Этот закон будет обсуждаться более подробно в Разделе 13 Класса Физики.

 

Рассмотренное выше относится к отражению волн от прямых поверхностей. Но что, если поверхность искривлена, например, в форме параболы? Какие обобщения можно сделать для отражения водяных волн от параболических поверхностей? Предположим, что в воду помещена резиновая трубка, имеющая форму параболы. На схеме справа показан такой параболический барьер в пульсирующем резервуаре. К барьеру приближаются несколько волновых фронтов; луч проводится для этих волновых фронтов. При отражении от параболического барьера водные волны изменят направление и направятся к точке. Это изображено на диаграмме ниже. Как будто вся энергия, переносимая водными волнами, собирается в одной точке — эта точка известна как фокус. Пройдя фокусную точку, волны распространяются по воде. Отражение волн от криволинейных поверхностей будет более подробно обсуждаться в Разделе 13 курса физики.

 

Преломление волн

Отражение включает изменение направления волн, когда они отражаются от преграды. Преломление волн связано с изменением направления волн при переходе из одной среды в другую. Преломление, или искривление пути волн, сопровождается изменением скорости и длины волны. В Уроке 2 упоминалось, что скорость волны зависит от свойств среды, через которую распространяются волны. Итак, если среда (и ее свойства) меняется, скорость волн меняется. Наиболее важным свойством воды, влияющим на скорость волн, бегущих по ее поверхности, является глубина воды. Водяные волны распространяются быстрее всего, когда среда самая глубокая. Таким образом, если водные волны переходят из глубокой воды в мелководную, они замедляются. И, как упоминалось в предыдущем разделе Урока 3, это уменьшение скорости также будет сопровождаться уменьшением длины волны. Поэтому при переходе водяных волн из глубокой воды в мелководную скорость уменьшается, длина волны уменьшается, а направление меняется.

Такое граничное поведение волн на воде можно наблюдать в волнистом резервуаре, если резервуар разделен на глубокую и мелкую части. Если на дно аквариума положить стекло, то одна часть аквариума будет глубокой, а другая — неглубокой. Можно увидеть, как волны, идущие от глубокого конца к мелкому, преломляются (т. Е. Изгибаются), уменьшают длину волны (волновые фронты сближаются) и замедляются (им требуется больше времени, чтобы пройти одно и то же расстояние). При переходе от глубокой воды к мелководью видно, что волны изгибаются таким образом, что кажется, что они движутся более перпендикулярно поверхности. При движении от мелководья к глубоководью волны изгибаются в противоположном направлении. Преломление световых волн будет обсуждаться более подробно в одном из следующих разделов «Класса физики».

 

Дифракция волн

Отражение включает изменение направления волн, когда они отражаются от преграды; преломление волн связано с изменением направления волн при переходе их из одной среды в другую; и дифракция предполагает изменение направления волн, когда они проходят через отверстие или вокруг препятствия на своем пути. Водяные волны могут огибать углы, препятствия и отверстия. Эта способность наиболее очевидна для волн на воде с большей длиной волны. Дифракцию можно продемонстрировать, поместив небольшие барьеры и препятствия в резервуар с пульсацией и наблюдая за траекторией водяных волн, когда они сталкиваются с препятствиями. Видно, как волны проходят вокруг барьера в области за ним; впоследствии вода за преградой возмущается. Величина дифракции (резкость изгиба) увеличивается с увеличением длины волны и уменьшается с уменьшением длины волны. Фактически, когда длина волны меньше длины препятствия, заметной дифракции не происходит.

В гавани наблюдается дифракция волн на воде, когда волны огибают небольшие лодки и возмущают воду позади них. Однако те же самые волны не могут дифрагировать вокруг больших лодок, поскольку их длина волны меньше длины лодки. Обычно наблюдается дифракция звуковых волн; мы замечаем, что звук рассеивается за углами, что позволяет нам слышать других, говорящих с нами из соседних комнат. Многие лесные птицы используют преломляющую способность длинноволновых звуковых волн. Например, совы могут общаться на больших расстояниях благодаря тому, что их длинноволновая гудки способны дифрагировать вокруг лесных деревьев и распространяться дальше, чем коротковолновые твиты певчих птиц. Дифракция световых волн наблюдается, но только тогда, когда волны сталкиваются с препятствиями с чрезвычайно малыми длинами волн (такими как частицы, взвешенные в нашей атмосфере). Дифракция звуковых волн и световых волн будет обсуждаться в одном из следующих разделов Учебного пособия по физике.

 

Отражение, преломление и дифракция — все это граничные характеристики волн, связанные с изгибом пути волны. Изгиб пути является наблюдаемым поведением, когда среда является двух- или трехмерной средой. Отражение происходит, когда есть отскок от барьера. Отражение волн от прямых преград происходит по закону отражения. Отражение волн от параболических преград приводит к схождению волн в фокусе.