Реализация принципа цикличности в процессе преподавания физики

Учитель физики 419 средней школы

Кухаренко Г.А.

Реализация принципа цикличности в процессе преподавания физики

1. О трудностях реализации принципа цикличности в школьных условиях.

2. Схема циклического изложения материала.

3. Педагогические методы и приемы, применяемые в процессе обучения.

4. Примеры реализации принципа цикличности в курсе физики 10 класса.

1. Тема: «МТК газов»;

2. Тема: «Механические свойства твердых тел»;

3. Тема: «Электрический ток в металлах».

1. 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:

1. Прежде всего учащемуся должны быть известны исходные факты, которые кладут в основу той или иной абстрактной модели;

2. От исходных фактов индуктивно переходят к построению модели, которая выступает сначала как гипотеза;

3. Из принятой модели дедуцируют следствия;

4. 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.

3. 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.

3. 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:

1. газ заполняет весь предоставленный объем

2. легко сжимаем, легко расширяется

3. обладает упругостью, оказывает давление на стенки сосуда

4. 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.

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

- математическая запись закона Гука. (*)

Если ввести другие физические величины:

механическое напряжение

относительное удлинение

модуль упругости, то (*) может быть записана в следующем виде:

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:

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

, электроны получают импульс или , следовательно

E - напряженность электрического поля

- длина свободного пробега

m - масса электрона

Отсюда следует:

(*) где (**)

Следствием (*) является то, что вольтамперная характеристика проводника - прямая , где

ХХ

Эксперимент:

1. 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.

2. Лабораторная работа: Определение удельного сопротивления проводника подтверждает, что удельное сопротивление - характеристика проводника (формула **).

3. 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.