Реализация принципа цикличности в процессе преподавания физики

Учитель физики 419 средней школы
Кухаренко Г.А.

Реализация принципа цикличности в процессе преподавания физики

О трудностях реализации принципа цикличности в школьных условиях.
Схема циклического изложения материала.
Педагогические методы и приемы, применяемые в процессе обучения.
Примеры реализации принципа цикличности в курсе физики 10 класса.
Тема: «МТК газов»;
Тема: «Механические свойства твердых тел»;
Тема: «Электрический ток в металлах».


Для развития творческих способностей, прежде всего важно содержание самого предмета, а также структура учебного материала и методы его изложения.
Нехватка учебного времени заставляет учителя часто идти по пути формального изложения фактов, законов, что, конечно, приводит к формальным знаниям в школе, не способствует развитию мышления, творчества учащегося.
В классах с углубленным изучением физики, где, начиная с 8 класса, прибавляется к учебному времени 1 урок в неделю, учителю легче справляться с задачей развития творческих способностей учеников. Углубление материала здесь идет, в основном, не за счет охвата большого круга вопросов физики, большего по объему материала, а за счет углубления, детального осмысления тех тем, которые заложены базовой программой средней школы. Здесь возможно циклическое изложение материала по схеме: исходные факты модель-гипотеза логически вытекающие следствия экспериментальная проверка следствий.
2 При использовании этой схемы необходимо, чтобы отслеживались в процессе изложения новой темы ее основные части:
Прежде всего учащемуся должны быть известны исходные факты, которые кладут в основу той или иной абстрактной модели;
От исходных фактов индуктивно переходят к построению модели, которая выступает сначала как гипотеза;
Из принятой модели дедуцируют следствия;
Эти следствия экспериментально проверяются (подтверждаются).

Гипотеза превращается в теорию, когда она прошла экспериментальную проверку, экспериментальные факты, противоречащие теории, служат фундаментом для построения новой абстрактной модели.
При использовании принципа цикличности возможны различные методы.
При знакомстве учащегося с исходными фактами лучше использовать рассказ учителя и демонстрационные опыты. При этом важно, чтобы учащиеся поняли, что абстрактная модель-гипотеза строится на обобщении множества фактов. Вместе с тем необходимо, чтобы ряд явлений ребята наблюдали непосредственно.
Например: При построении молекулярно-кинетической модели газов нужно продемонстрировать их расширяемость, сжимаемость и диффузию.
В тех случаях, когда речь идет об опытах, недоступных для демонстрации в школьных условиях, необходимо использовать экранный видеоматериал, таблицы.
При переходе к изучению абстрактных моделей целесообразно использовать проблемный метод изложения с использованием мультипликационных фильмов, схем и моделей.
При изучении логических следствий, вытекающих из принятой модели, используются логическим методом дедукции. Это могут быть обсуждение образной модели, опыты с материальной моделью, построение и интерпретация графика, математический вывод формулы и выяснение физического смысла полученного выражения.
Экспериментальная проверка теоретических следствий проходит на лабораторных работах или в ходе демонстрационного эксперимента.
Рассмотрим на нескольких примерах, как можно реализовывать принцип цикличности в изучении нового материала.

А) тема: МКТ газов (10 класс)

Исходные факты: Свойства газов, взятые из наблюдений, явлений, опытов:
газ заполняет весь предоставленный объем
легко сжимаем, легко расширяется
обладает упругостью, оказывает давление на стенки сосуда
диффузия в газах.

(Исход) Модель-гипотеза: Эти наблюдения позволяют ввести модель «идеальный газ» - представить себе газ, состоящий из мельчайших упругих частиц, движущихся хаотично, взаимодействующих только в момент соударения. Удар – абсолютно упругий. Движение от соударения до соударения поступательное, равномерное. К движению 1 частицы применимы законы классической механики.

Логически вытекающие следствия: используя математику и знания механики на основе данной модели делаем вывод, что такое p газа и выводим уравнение, связывающее р газа с параметрами, характеризующими поведение и свойства отдельных частиц газа.
13 EMBED Equation.3 1415 1 – основное уравнение МКТ

Используя уравнение 1, теоретически обосновываем опытные факты полученные в результате классических опытов Гей-Люсакой, Бойлем и Мариоттом, Шарлем.
Вывод: пользуясь моделью и следствием, логически из нее вытекающим, обосновали те экспериментальные факты, которые были открыты ранее.

Эксперимент: Проводим демонстрации иллюстрирующие газовые законы.
Учащиеся выполняют самостоятельно лабораторную работу по проверке закона Гей-Люсака.

Б) тема: Механические свойства твердых тел (10 класс)

Исходные факты: Механические свойства твердых тел различны. Наблюдаем поведение упругих тел, пластических, хрупких. Демонстрируем различные виды деформации, акцептируя внимание учащихся на самый простой для изучения вид: деформация растяжения-сжатия. (На это деформации) наблюдаем растяжение разных тел, видим, что упругие свойства разных тел разные.

Модель-гипотеза: Используя знания МКТ, стоим модель твердого, кристаллического тела, предполагая, что характер движения частиц в узлах кристаллической решетки колебательный, расстояние между частицами сравнимы с размерами самих частиц.

Логически вытекающие следствия: Используя данную модель, рассматриваем характер зависимости силы взаимодействия между частицами от расстояния между ними. Исследуем график этой зависимости, обращая особое внимание на линейный его участок, который говорит о том, что результирующая сил притяжения и отталкивания пропорциональна расстоянию между молекулами. Следовательно для всего тела 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - математическая запись закона Гука. (*)
Если ввести другие физические величины:
13 EMBED Equation.3 1415 механическое напряжение
13 EMBED Equation.3 1415 относительное удлинение
13 EMBED Equation.3 1415модуль упругости, то (*) может быть записана в следующем виде: 13 EMBED Equation.3 1415

Эксперимент: В качестве экспериментальной проверки наших выводов учащимся предлагается выполнить лабораторную работу по определению модуля упругости резины.

В) тема: Электрический ток в металлах (10 класс)

Исходные факты: Демонстрируем, что удельное сопротивление различных металлов различно.

Модель-гипотеза: Можно предположить, что электрические свойства зависят от внутреннего строения металла, от концентрации свободных электронов в нем. Стоим модель электрической проводимости металлов.
Ток можно представить, как дрейф свободных электронов в кристаллической решетке по действием электрического поля.

Логически вытекающие следствия: Используя модель можно предположить, что сила тока в металле определяется выражением: 13 EMBED Equation.3 1415

J – сила тока
e – заряд электрона
v – средняя скорость дрейфа электронов под действием электрического поля
s – площадь поперечного сечения кристалла

Среднюю скорость дрейфа электронов определяем, полагая, что за время между ударами 13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415, электроны получают импульс 13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415, следовательно

13 EMBED Equation.3 1415


13 EMBED Equation.3 1415

E – напряженность электрического поля
13 EMBED Equation.3 1415 – длина свободного пробега
m – масса электрона

Отсюда следует:

13 EMBED Equation.3 1415 (*) где 13 EMBED Equation.3 1415 (**)

Следствием (*) является то, что вольтамперная характеристика проводника – прямая 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415

ХХ

Эксперимент:
Исторические опыты Мандельгитама-Панлекси и Толменя-Стюарта свидетельствуют о том, что инерционный ток при торможении металлов действительно наблюдается, отсюда следует экспериментально подтверждается электронный вид проводимости металлов.
Лабораторная работа: Определение удельного сопротивления проводника подтверждает, что удельное сопротивление – характеристика проводника (формула **).
Работа лабораторного практикума по исследованию вольт-амперной характеристики металлического проводника подтверждает следствие (ХХ).

При таком построении учебного материала отчетливо разграничены исходные опыты и построенная на их основе абстрактная модель, следствие из которой проверяются экспериментально. Переходы от опытов к моделям, от теории к экспериментам совершенно отч6етливы. Система изложения материала имеет последовательно циклический характер.
Такой подход способствует развитию логического мышления учащимися, развитию их творческих способностей в процессе обучения физике.



Root Entry