Содержание
Введение
1. Формирование целостного миропонимания
1.1 Понятие миропонимания
1.2 Психолого-педагогические проблемы формирования целостного миропонимания
2. Значение уроков физики для формирования целостного миропонимания
2.1 Особенности содержания учебного предмета физика
2.2 Роль физических моделей в формировании физической картины мира и целостного миропонимания
3. Методические особенности уроков обобщения и систематизации знаний в контексте задач формирования целостного миропонимания
3.1 Урок-зачёт и его возможности в формировании целостного миропонимания
3.2 Методические особенности формирования механической картины мира
3.3 Методические особенности формирования электромагнитной картины мира
3.4 Методические особенности формирования квантово-полевой картины мира
3.5 Методические особенности формирования целостной физической картины мира
Заключение
Список литературы
Введение
В настоящее время, когда объём информации удваивается менее чем за три года (результаты исследований ЮНЕСКО), школьники перегружены не по количеству часов, а по объёму информации, приходящемуся на каждую минуту урока. У ребят не остаётся времени обдумать, осознать и «присвоить» полученные сведения, а это сказывается на уровне глубины усвоения знаний. Возможно – это одна из причин столь низких результатов российских школьников в международном исследовании PISA, которое проверяет умение применять знания в различных, в том числе нестандартных, ситуациях.
Многие педагоги признают необходимость перехода от учения как запоминания, накопления статичных знаний к учению как интеллектуальному развитию, к формированию динамически структурированных систем умственных действий. Перед школой стоит задача формирования у учащихся целостного миропонимания и научного мировоззрения, умения самостоятельно добывать и перерабатывать информацию. В связи с этим необходимо научить детей самостоятельно получать необходимые знания, самосовершенствоваться. Очевидно, что учебно-воспитательный процесс должен быть ориентирован на сформирование у школьников целостного миропонимания, как стержня мировоззрения человека.
Роль физики, как науки и как учебного предмета, в формировании целостного миропонимания трудно переоценить. Физическая картина мира (ФКМ) – часть естественнонаучной картины мира, которая в свою очередь является основой научной картины мира. Научная картина мира – стержень целостного миропонимания. Именно поэтому я выбрала для своей работы тему, раскрывающую вопросы формирования целостного миропонимания посредством уроков физики.
В качестве объекта моего исследования можно выделить процесс формирования целостного миропонимания при обучении физике; предметом исследования являются проблемы, возникающие при формировании целостного миропонимания на уроках физики.
Цель работы – исследовать возможности учебного предмета «физики» по формированию целостного миропонимания и вычленить проблемы, возникающие при формировании миропонимания на уроках физики, показать возможные пути их решения, разработать примерные конспекты уроков по физике, позволяющих сформировать у учащихся целостную ФКМ, включающую механическую, электромагнитную и квантово-полевую картины мира.
Задачи:
- изучение литературы,
- определение понятия «миропонимание» и выявление психолого-педагогических проблем формирования целостного миропонимания учащихся;
- изучение роли и возможностей учебного предмета физики в формировании целостного миропонимания);
- выявление методических особенностей формирования целостного миропонимания на уроках физики;
- изучение методических особенностей урока-зачёта, уроков по обобщению и систематизации знаний учащихся;
- разработка примерных конспектов уроков позволяющих решить проблему формирования целостного миропонимания учащихся на уроках физики.
Гипотеза:
Целенаправленная работа учителя физики по проектированию уроков, в частности уроков обобщения и систематизации знаний учащихся, позволит решить задачу формирования у учащихся целостного миропонимания.
1. Формирование целостного миропонимания
1.1 Понятие миропонимания
В педагогике, педагогической психологии и методике преподавания отдельных предметов давно выделена такая цель образования, как формирование разносторонне и гармонично развитой личности ребёнка. Учёными-теоретиками и педагогами-практиками отмечается, что достижение данной цели непосредственно связано с необходимостью формирования мировоззрения учащихся. Большинство учителей при попытке реализации данной задачи обучения сталкивается с рядом трудностей, связанных с тем, что понятие мировоззрения до сих пор считается, в основном, категорией философской, и в педагогической литературе, проблема формирования мировоззрения школьников освещена не достаточно подробно.
Учителю достаточно трудно определить свои возможности, сформулировать цели и задачи урока (системы уроков) с учётом необходимости формирования целостного миропонимания учащихся, подобрать соответствующие формы, методы и средства обучения. Пытаясь передать ученикам как можно больше знаний по своему предмету, учитель не всегда осознаёт его роль в формировании научного мировоззрения детей, и его основного компонента – миропонимания.
Педагогический словарь определяет миропонимание как совокупность знаний о мире; основу мировоззрения. Для того, чтобы определить суть понятия миропонимания, рассмотрим сначала понятие мировоззрения.
Философский энциклопедический словарь определяет мировоззрение как «систему взглядов на объективный мир и место в нём человека, отношение человека к окружающей действительности и самому себе, а также обусловленные этими взглядами основные жизненные позиции людей, их убеждения, идеалы, принципы познания и деятельности, ценностные ориентации».
Мировоззрение – это не просто система рациональных взглядов на мир, оно предполагает и эмоционально выраженную реакцию человека на окружающую действительность и, следовательно, представляет собой единство интеллектуальных и эмоциональных компонентов сознания. Эмоционально-психологическую сторону мировоззрения, переживание воздействующей на человека реальности в форме ощущений, восприятия, представлений и эмоций образуют мироощущение, миросозерцание и мировосприятие, которые эволюционируют на протяжении всей жизни человека.
Миропонимание составляет понятийный, интеллектуальный аспект мировоззрения, который базируется на обобщённых знаниях – повседневных, научных, профессиональных и т.п. Оно включает конкретно-научную и универсальную картину мира, систематизирующие и обобщающие результаты индивидуального и общественного познания, стили мышления сообщества, народа, эпохи, к которым относится человек, и практически полностью формируется в школьные годы.
Отношение человека к бытию, сущность и движущие силы природного мира, закономерности развития жизни, внутренний мир человека и его отношение к окружающей его действительности – вот основные группы знаний, относящихся к любой мировоззренческой системе, и, следовательно, определяющие миропонимание человека. Знания становятся мировоззренческими, если они способны выступать средством понимания и объяснения широкого спектра действительности, быть ориентиром в деятельности человека. Поэтому проблема формирования целостного миропонимания в процессе обучения школьников имеет огромное значение и никогда не потеряет актуальности.
Отметим, что целенаправленное и последовательное формирование целостного миропонимания учащихся позволяет обеспечить выполнение требований к выпускникам современных учебных заведений, сформировать у учащихся научную картину мира, способность к самообучению, самообразованию уже после окончания ими школы, это поможет им в дальнейшем при получении профессии и при совершенствовании их профессиональных знаний и умений.
1.2 Психолого-педагогические проблемы формирования целостного миропонимания
В Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года как основные можно выделить следующие параметры качества образования:
1) научность,
2) фундаментальность,
3) развитие личности, познавательных и созидательных способностей учащихся,
4) формирование опыта самостоятельной работы,
5) формирование целостной системы универсальных знаний, умений и навыков,
6) формирование новых жизненных установок, позволяющих принимать ответственные решения в ситуациях выбора, прогнозируя их возможные последствия.
Учёт этих параметров и требований к выпускникам общеобразовательных учреждений в учебно-воспитательном процессе в целом и каждого учителя в частности, особенно учителя физики, позволяет сформировать у учащихся целостное миропонимание. Но при этом каждому учителю приходится решать следующие психолого-педагогические проблемы:
1) необходимости тщательного изучения и постоянного учёта особенностей (возрастных, социальных и т.п.) класса и отдельных учеников;
2) разработки стратегических, тактических целей и текущих задач системы уроков и каждого урока в отдельности, выбора соответствующих форм, методов и средств обучения с учётом особенностей класса;
3) выбора учебного материала в соответствие с целями и задачами урока (системы уроков), особенностями учащихся, с требованием научности, современности и связи с жизнью;
4) обязательного установления меж предметных связей, (воспитания культуры учения, формирования общей системы учебной деятельности).
До сих пор не многие педагоги учитывают все эти требования в своей работе, не понимая их важности.
Проблемы изучения и учета особенностей класса (ученика) связанно с реальным положением школы. Никто не сомневается в том, что без учета особенностей учащихся невозможно построить эффективный учебно-воспитательный процесс. Более того реализация индивидуализированного и личностно ориентированного подхода в обучении относится к основным требованиям к современному образованию. Но при этом не один учитель не компетентен в области психологического исследования индивидуальных особенностей учащихся, а школьных психологов не хватает. В учебных заведениях предусмотрена должность штатного психолога, в большинстве школ страны, особенно в сельской местности, специалистов-психологов нет либо они часто меняются, что отражается на качестве исследования учащихся.
Для работы учителя важно отслеживать динамику личностных качеств учащихся, регулярно выявлять результаты работы с ними, чтобы иметь возможность анализировать и вовремя вносить коррективы в планы работы со всем классом и отдельными его учениками, а, полагаясь только на результаты контроля усвоения знаний, умений и навыков, учитель не может проследить развитие личности ученика, понять, удалось ли реализовать все цели обучения и воспитания, сформировать у детей обще учебные умения и навыки и целостное миропонимание. Опытный педагог, конечно, может основываться на результатах своих наблюдений, но все же он не может быть полностью объективным, а начинающий учитель тем более. Сотрудничество со школьным психологом очень важно для любого учителя, и особенно учителя-предметника.
Проблема постоянного изучения и учета особенностей класса и отдельных учеников сопряжена с проблемой разработки целей урока (системы уроков по изучению какой-либо темы или раздела) и подбора соответствующих форм, методов и средств обучения.
Формы, методы и средства обучения подбираются в соответствии с целями и задачами учебно-воспитательного процесса, особенностями и учебными возможностями класса и отдельных учеников, особенностями учебного материала и т.д. Таким образом, не зная психолого-педагогической характеристики класса не возможно разработать наиболее эффективные и диагностируемые цели обучения (текущие), а без постоянного изучения динамики личности ученика не возможно проверить реализацию всех поставленных целей (особенно стратегических и тактических), а значит понять и вовремя исправить все ошибки в работе педагога.
При постановке целей обучения важно также учитывать современные требования общества (государства) к качеству образования. Если педагог не выделяет формирование обще учебных знаний, умений и навыков и целостного миропонимания как одну из основных целей своей работы, можно с уверенностью сказать, что реализовать более общую цель разностороннего и гармоничного развития личности ученика ему не удастся.
Современный человек должен обладать широкой культурой, чтобы ориентироваться в потоке информации; иметь возможность сменить при необходимости профессию; иметь возможность работать в полипредметной области (например, педагогом)… Поэтому формирование целостного миропонимания как фундамента мировоззрения человека является важнейшей целью образования, в частности физического.
Также важно решение проблемы содержания обучения, т.е. выбором учебного материала. При подготовке к уроку (системе уроков) учитель должен подобрать материал в соответствии с особенностями класса, поставленными целями и задачами, выбранными формами, методами и средствами обучения и обязательно с учетом требования научности, фундаментальности, современности и связи с жизнью и бытом. Иначе интерес учащихся к изучению предмета, даже если он был, сойдет на нет; они не будут осознавать необходимость получаемых знаний, не будут видеть перед собой цели изучения данной области знаний, что обязательно скажется на их уровне усвоения знаний, умений и навыков. А уж сформировать у учащихся интерес и внутреннюю мотивацию к учению без соответствующего выбора учебного материала практически невозможно.
Установление меж предметных связей позволяет сформировать у учащихся не только единую научную картину мира, а, следовательно, и целостное миропонимание, но и общую культуру учения, целостную систему учебной деятельности, что соответствует современным требованиям к процессу обучения.
Формирование меж предметных связей требует от учителя-предметника высокого уровня образованности и сотрудничества с другими учителями, что часто не принимается во внимание, особенно учителями физики.
Легкомысленно полагать, что, если физика является ведущей наукой естественнонаучного цикла, то учитель физики сможет, не прибегая к помощи коллег, сформировать у учащихся естественнонаучную куртину мира на основе ФКН, а, следовательно, и целостное миропонимание и систему учебных умений и навыков, в крайнем случае посветив несколько часов более глубокому знакомству с математическими преобразованиями. Чтобы сформировать у учащихся общую культуру учения, систему учебной деятельности и целостное миропонимание, учитель физики должен сотрудничать с учителями химии и биологии (молекулярная физика; использование физических явлений и закономерностей в медицине, для объяснения функционирования живых организмов, в том числе и человеческого), русского языка и литературы (формирование культуры речи; использование примеров физических явлений и закономерностей из художественной литературы…) и т. д.
2. Значение уроков физики для формирования целостного миропонимания
2.1 Особенности содержания учебного предмета «физика»
Изучение физики в настоящее время сопряжено с целым рядом особенностей, если не сказать трудностей развития школьного образования в нашей стране. Как отмечается в ряде статей, приходится говорить даже о кризисе физического образования. Причины его видятся, в первую очередь, в следующем:
• в изменении приоритетов в обществе и в науке - в настоящее время на фоне резкого падения интереса к науке в целом наблюдается рост приоритета гуманитарных наук;
• в сложном, чрезмерно формально математизированном содержании учебного предмета;
• в оторванности содержания физического образования от жизни (особенно в массовых школах);
• в малом воздействии на чувства и эмоции учащихся.
Наметим круг проблем, учитывая и решая которые, мы, наверное, сможем успешно выйти из сложившейся ситуации. Обозначим эти проблемы, опираясь на высказывания ученых разных времен и народов, без подробных комментариев.
1). Какова основная задача обучения физике в школе?
А.П. Александров: «Преподавание физики в сегодняшней школе... должно давать твердые основы знаний, которые можно использовать в жизни. В этом смысле учебный курс нужно построить на практическом материале даже больше, чем это было раньше».
2). Как следует подходить к изучению физики на уроках?
А.Н. Теренин: «Цель знания - не запоминание огромного фактического материала в мельчайших подробностях, а способность легко и быстро ориентироваться в этой области, которую когда-то изучал».
М. Планк: «Не так важно, чему учат в школе, а важно как учат... Функции школы не в том, чтобы дать специальный опыт, а в том, чтобы выработать последовательное методическое мышление ».
А. Раби: «Если бы преподавание наук в школе носило более гуманитарный характер, школьное образование могло бы стать основой любой деятельности... Воспитание новых людей, у которых современная научная культура сочеталась бы с культурой классической, привело бы к новому скачку в развитии современной цивилизации».
Н.А. Умов: «Всякое знание остается мертвым, если в учащихся не развивается инициатива и самодеятельность: учащегося нужно приучать не только к мышлению, но и к хотению».
3). В чем заключается ценность рассмотрения физики в развитии?
А. Эйнштейн: «... (если этого нет, то учащийся) не переживает радости поиска и находок, не ощущает живого процесса становления идей и ему редко удается достичь ясного понимания всех обстоятельств, которые позволили избрать именно этот, а не какой-нибудь другой путь».
Дж.К. Максвелл: «Наука захватывает нас только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей развития их открытий».
4). Формирование мировоззрения и творческого мышления.
М. Ворн: «Истинная наука философична; физика, в частности, не только первый шаг к технике, но и путь к глубочайшим пластам человеческой мысли».
П.Л. Капица: «Физика является весьма подходящим предметом для начального воспитания в юношестве творческого мышления в области естествознания. Это делает организацию преподавания физики в школе ответственной задачей».
5). От учителя зависит многое.
Н.А. Умов: «Знания учителей должны представлять собой не что-либо готовое и раз навсегда усвоенное, а постоянно развивающийся процесс, в котором педагогическая работа должна сочетаться с научной ».
Ф. Нейман: «Очень хорошо помогать своим ученикам и направлять их на верный путь. Но все это нужно делать очень осторожно, нужно делать это так, чтобы ученик не заметил помощи и подсказки и верил, что все это он делает сам».
А. Эйнштейн: «Где ученье не клеится - а это бывает со всеми предметами - там главная вина падает на учителя. Успехи учащихся - лучшее мерило для достоинств учителя».
Собрав воедино основные положения, отмеченные в этих удивительно глубоких и современных по смыслу высказываниях, кратко выделим самое главное:
• роль физики как учебного предмета чрезвычайно велика в плане формирования мировоззрения и творческого мышления учащихся не только в области естествознания, но и в самом общем смысле;
• знания, твердые основы которых формируются при изучении физики в школе, должны быть максимально приближены к реальной жизни и повседневной практике;
• изучение физики должно осуществляться так, чтобы учащиеся видели науку в постоянном историческом развитии и, желая изучать ее, испытывали удовлетворение и радость от процесса познания;
• преподавание наук в школе, в том числе и физики, должно носить более гуманитарный характер;
• обучение физике в школе должны осуществлять учителя, желающие и умеющие проводить педагогические исследования, тактично и незаметно для учащихся организующие и реализующие процесс познания и воспитания.
Сформулируем основные дидактические принципы, на которых должен строиться базовый курс физики с учётом всего вышесказанного:
- Малый объем часов (от 36 до 72 в год — больше не уместится!).
- Современность научного содержания («Современная физика в современном мире», что возможно только при пренебрежении систематичностью, как это сделал Вайнберг).
- Научно-популярный характер изложения вместо строго научного, что дает возможность доступности содержания и одновременно способно подпитывать интерес. Сюда же относятся и биографический раздел, и занимательные элементы изложения (имеется в виду вкрапление в содержание интересных моментов из биографий ученых-физиков; интересных фактов), столь привлекательные для любого ученика.
- Исторический подход как основа для рассмотрения физических понятий. При этом не подразумевается, что курс должен быть выстроен в линию в соответствии с последовательностью дат и событий. Скорее каждая рассматриваемая тема может основываться на анализе исторических экспериментов и развития физических понятий и идей, к ней относящихся.
- Экземплярность отбора содержания, то есть выбор отдельных наиболее значимых физических открытий и идей и их подробное рассмотрение.
- Качественный характер изучения физических закономерностей. Поменьше математики, формул и расчетов. Вместо этого можно активно использовать графики, таблицы, диаграммы, схемы.
- Модульность курса (компактность, завершенность и самодостаточность).
- Связь с жизнью (политехническая составляющая курса): везде, где это возможно, показывать, как работает в современном мире то или иное открытие; каковы его современные технические приложения, и т.д.
- Методологические знания должны входить в содержание курса не дополнительным блоком информации, а органически вплетаться в содержание курса и изучение каждой темы; весь курс должен выстраиваться проблемно. При достаточно проработанном историческом подходе возможен анализ методологии научного познания на конкретных примерах.
- В методике преподавания основную роль должен играть реальный физический эксперимент. Причем с методологической точки зрения желательно, чтобы эксперименты не только иллюстрировали определенные понятия, но и предшествовали введению новых понятий.
- Итоговый контроль должен выявлять не уровень запоминания, а понимание сути изученных физических законов, понятий и теорий. В этой связи осмысленно предъявление заданий в форме качественных задач и вопросов, требующих не воспроизведения, а применения изученного содержания.
2.2 Роль физических моделей в формировании физической картины мира и целостного миропонимания
Как уже отмечалось выше, перед современной школой стоит задача формирования у детей современного мировоззрения, но рост информации не позволяет завершить этот процесс даже в старших классах, поэтому важно сформировать у них целостное миропонимание, заложить фундаментальные знания и умения, которые позволили бы им в дальнейшем продолжить самообразование, саморазвитие и самостоятельное формирование современного миропонимания. В роли гаранта таких знаний и умений как раз и может выступить ФКМ.
Напомним, что совокупность знаний и представлений о физических процессах, закономерностях, действующих в физическом мире, о строении микро-, макро- и мега-мира, о взаимодействиях их объектов и т.п. называется физической картиной мира. А целостное современное миропонимание — это система знаний и представлений о мире, основанные на множестве современных наук и теорий, понимание законов и закономерностей, описывающих процессы и явления, происходящие в микро-, макро- и мега-мире, в социальной сфере, осознание места человека в мире и т.п.
Известно, что математика, астрономия и физика - науки, появившиеся гораздо раньше остальных, именно их развитие привело к возникновению и развитию всех других наук. ФКМ изначально является неотъемлемой частью, основой естественнонаучной картины мира (ЕКМ), объединяющей знания всех естественных наук (биологии, химии, астрономии, географии, психологии, социологии и многих других наук) и представления о мире и месте человека в нём, сформированные на основе этих знаний. ЕКМ позволяет каждому осознать многообразие природы, понять законы природы и мира людей, определить своё место в нём.
Таким образом, формирование целостного миропонимания, которым должен владеть каждый образованный, культурный человек, невозможно без формирования ЕКМ, формирование которой целесообразно начинать с построения ФКМ и продолжать на её основе при помощи меж предметных связей физики с другими дисциплинами. Это сделает процесс формирования целостного миропонимания гармоничным и безболезненным, а само понимание мира глубоким и максимально осознанным.
ФКМ базируется на основных физических понятиях, не последнее место среди которых занимают физические модели. Педагогический словарь определяет моделирование как метод исследования объектов на их моделях – аналогах определённого фрагмента природной или социальной реальности; процесс построения и изучения моделей реально существующих предметов и явлений (органических и неорганических систем, инженерных устройств, разнообразных физических, химических, биологических и других процессов). Форма моделирования зависит от используемых моделей и сферы их применения. По характеру моделей выделяют предметное и знаковое (информационное) моделирование. Предметным называют моделирование, в ходе которого исследование ведётся на модели, воспроизводящей геометрические, физические либо функциональные характеристики объекта-оригинала. При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы, предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка) и т.п. Важнейшим видом такого моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование. Возможность моделирования, то есть переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования моделей, на оригинал, основана на том, что модель в определённом смысле отображает (воспроизводит) какие-либо его стороны и предполагает наличие соответствующих теорий и гипотез, указывающих на рамки допустимых при моделировании упрощений. Моделирование в обучении имеет два аспекта: моделирование как содержание, которое учащиеся должны усвоить (о нём и пойдёт речь далее в данном пункте), и моделирование как учебное действие, средство, без которого невозможно полноценное обучение, особенно обучение физике. С помощью моделирования – введения различных моделей – удаётся свести изучение сложного к простому, невидимого и неощутимого к видимому и ощутимому, незнакомого к знакомому, то есть сделать любой сложный объект доступным для тщательного и всестороннего изучения. Моделирование учебного материала, логическое его упорядочение, представление в наглядной форме, а также с помощью мнемических средств в расчёте на образные ассоциации – эффективное лучшего понимания и запоминания учащимися нового учебного материала.
Возможности для моделирования существуют в школьных курсах математики, химии и т.д., но особенно их много в школьном курсе физики. Необходимость овладения методом моделирования при обучении физике диктуется не только его значением как метода научного познания, но и психолого-педагогическими соображениями. Согласно теории поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперина) знакомство учащихся с каким-либо действием, которым они должны овладеть, начинается с выполнения этого действия с помощью соответствующих материальных предметов. Однако предметы обладают различными свойствами, многие из которых не относятся к выполняемому действию. Чтобы от них отвлечься переходят к действиям с моделями этих предметов, обладающими только необходимыми в данном случае свойствами. Это может быть графическая схема, формула и т.п.
Таким образом, и изучение различных физических процессов, явлений и закономерностей целесообразно проводить на их моделях, обладающих всеми необходимыми для этого свойствами и параметрами и лишённых тех свойств, которые при этом не важны. При изучении физических процессов стремятся к тому, чтобы по результатам опытов на модели можно было судить о явлениях, происходящих в реальных условиях, которые ученики могут наблюдать в повседневной жизни. Изучение физических теорий невозможно без введения моделей уже на начальных этапах обучения. Так, например, изучение первого раздела механики – кинематики начинается с введения понятия равномерного движения, которое само является моделью, так как практически не встречается в реальности, но позволяет достаточно точно описать закономерности, по которым происходит движение тел в окружающем нас мире. Понятие материальной точки – тела, размерами, которого можно пренебречь по сравнению с фигурирующим в конкретной задаче расстоянием, а по сути геометрической точки, обладающей массой, позволяет в дальнейшем достаточно просто описывать различные виды движения. Модели идеального газа и идеальной несжимаемой жидкости позволяют сформировать у учащихся представление о процессах, происходящих в реальных веществах, с которыми они имеют дело повседневно, и упрощают задачу формулировки соответствующих законов. Стоит также отметить, что даже при решении физических задач учащиеся постоянно сталкиваются с моделями процессов и явлений; даже измерительные приборы, с помощью которых могло быть получено большинство данных, приводящихся в задачах являются идеальными (не дающими погрешностей измерения), то есть моделями.
3. Методические особенности уроков обобщения и систематизации знаний в контексте задач формирования целостного миропонимания
3.1 Урок-зачёт и его возможности в формировании целостного миропонимания
Зачёт в Российской Федерации – это форма контроля и оценки уровня знаний, умений и навыков учащихся. Обычно он проводится педагогом как индивидуальное или групповое собеседование, опрос, практическая работа и т.п. В соответствие со спецификой предмета могут применяться письменные зачёты, с использованием карточек-заданий, таблиц на печатной основе и других дидактических средств.
В общеобразовательных учреждениях урок-зачёт проводится главным образом в старших классах. Как правило, на зачёт выносятся крупные темы учебной программы, часто уроки-зачёты проводятся после изучения какого-либо раздела. Перечень основных вопросов к уроку-зачёту, требования и рекомендации по подготовке к нему объявляется учащимся заранее. Педагог может организовать такую подготовку на уроках и специальных консультациях. Эффективность урока-зачёта во многом зависит от содержания и характера проверочных вопросов, которые целесообразно сформулировать таким образом, чтобы ученик мог в устном ответе продемонстрировать знание основных законов науки, причинно-следственных связей явлений, умение дать верное изложение конкретной темы. В ходе урока-зачёта можно достаточно эффективно реализовать закрепление, обобщение и систематизацию знаний учащихся. А если использовать нестандартные формы проведения урока-зачёта, то можно повысить интерес и мотивацию учащихся к изучению предмета, а следовательно и их уровень усвоения учебного материала, обеспечить прочность их знаний. Урок-зачёт может проводиться в форме олимпиады, семинара, конференции, диспута, интеллектуальной игры и т.д. В ходе подготовки и проведения урока-зачёта по физике происходит повторение, обобщение и систематизация основных положений теории, законов и закономерностей, объясняющих разнообразные физические процессы и явления, вычленяются факты, необходимые для дальнейшего, в том числе и самостоятельного изучения физики; у учащихся формируется целостная система знаний, умений и навыков, в которую гармонично входят и обще учебные умения и навыки.. Урок-зачёт способствует развитию познавательных способностей учащихся при выполнении таких мыслительных операций, как анализ, синтез, конкретизация и др., повышению качества знаний и развитию мышления школьников. Это открывает большие возможности для формирования у них завершённых представлений о современной ФКМ (на уровне содержания школьного курса физики), позволяет показать в ней место каждой изученной теории, систематизировать знания о теории познания и о роли практики в познании.
Таким образом, урок-зачёт позволяет в полной мере решить задачу формирования у школьников целостного миропонимания.
3.2 Методические особенности формирования механической картины мира
Становление механической картины мира связывают с именами Г. Галилея, И. Кеплера и особенно И. Ньютона. Формирование механической картины мира потребовало несколько столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механическая картина мира возникла на основе классической механики, обобщения законов движения свободно падающих тел и движения планет, а также создания методов количественного анализа механического движения в целом. Эту картину следует рассматривать как важную ступень в познании человеком окружающего мира. Рассмотрим основные черты механической картины мира. Её основу составляет идея атомизма, состоящая в том, что все тела (твёрдые, жидкие, газообразные) состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном тепловом движении. Взаимодействие тел как при их непосредственном контакте (трение, силы упругости), так и на расстоянии (гравитационные силы). Всё пространство заполняет «всепроникающий эфир» - среда, в которой распространяется свет. Атомы рассматриваются как некие цельные, неделимые «кирпичики»; соединяясь друг с другом, они образуют молекулы, а те в свою очередь – тела. Природа этого соединения не рассматривается.
Выделяют четыре принципиальных момента механической картины мира:
1. мир в механической картине построен на едином фундаменте – на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые в природе превращения, тепловые явления сводятся на уровне микроявлений к механическому движению атомов и молекул (их перемещениям, столкновениям, соединениям и разъединениям). Открытие закона сохранения и превращения энергии, казалось бы, окончательно доказывает механическое единство мира – все виды энергии можно свести к энергии механического движения.
С такой точки зрения мир выглядит стройной гигантской машиной, построенной и функционирующей по законам механики. Даже исследования электрических и магнитных явлений сначала не подрывали, а лишь усложняли и дополняли механическую картину мира. Например, под этим углом зрения может рассматриваться, и в прошлом рассматривалось, внешнее сходство закона Кулона с законом всемирного тяготения.
2. механическая картина мира исходит из представлений, что микромир аналогичен макромиру.
Механика макромира хорошо изучена; раньше считалось, что точно такая же механика описывает движение атомов и молекул. Частицы, из которых состоят тела, движутся и сталкиваются так же, как сами тела. Таким образом, механическое мировоззрение видит в малом то же, что и в большом, только в меньших размерах.
3. в механической картине мира отсутствует развитие, то есть мир считается в целом таким, каким он был всегда. То есть центром механического мировоззрения является представление об абсолютной неизменности природы, ведь все процессы и превращения сводятся только к механическим перемещениям и столкновениям атомов.
4. в механической картине мира все причинно-следственные связи – однозначные, здесь господствует лапласовский детерминизм, согласно которому, если известны начальные данные системы, то можно точно предсказать её будущее.
Несмотря на то, что в середине XIX в. Д. Максвелл, а затем и Л. Больцман ввели в физику принципы вероятности, механическая картина мира господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. При формировании у учащихся механической картины мира необходимо обязательно указать на то, все законы классической механики имеют границы применимости, справедливы только для инерциальных систем отсчёта, то есть только равномерное прямолинейное движение системы отсчёта не влияет на механические процессы, а в классах с углубленным изучением физики или на кружке по физике стоит раскрыть принцип относительности Галилея.
3.3 Методические особенности формирования электромагнитной картины мира
Электромагнитная картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области электромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физического поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные "состояния" эфира. Впоследствии необходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электромагнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая-то особая среда.
Электромагнитная картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение о магнетизме и достижения атомистики, но также и некоторые идеи современной физики (теории относительности и квантовой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики. Основные ее черты, следующие. Согласно этой картине мира материя существует в двух видах - веществе и поле, между которыми имеется непроходимая грань: вещество не превращается в поле и наоборот. Известны два вида поля - электромагнитное и гравитационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимодействий. Поля, в отличие от вещества, непрерывно распределяются в пространстве. Электромагнитное взаимодействие объясняет не только электрические и магнитные явления, но и другие оптические, химические, тепловые. Теперь все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы господства электромагнетизма остается лишь тяготение. В качестве элементарных "кирпичиков", из которых состоит вся материя, рассматриваются три частицы - электрон, протон и фотон. Фотоны - кванты электромагнитного поля. Корпускулярно-волновой дуализм "примиряет" волновую природу поля с корпускулярной, т.е. при рассмотрении электромагнитного поля используются, наряду с волновыми, и корпускулярные (фотонные) представления. Элементарные "кирпичики" вещества - электроны и протоны. Вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атом имеет массивное ядро и электронную оболочку. Ядро состоит из протонов. Силы, действующие в веществе, сводились к электромагнитным. Эти силы отвечают за межмолекулярные связи и связи между атомами в молекуле; они удерживают электроны атомной оболочки
3.4 Методические особенности формирования квантово-полевой картины мира
В механике и электродинамике рассматриваются макроскопические тела на макроскопических расстояниях друг от друга. Перейдем теперь к рассмотрению строения тел из микроскопических частиц (т е. «заглянем внутрь» тела). Твердые, жидкие, газообразные тела состоят из огромного количества атомов и молекул. Расположение и движение микрочастиц обусловлено здесь электромагнитным взаимодействием, так как на этих расстояниях при малых массах и больших зарядах гравитационное взаимодействие мало по сравнению с электромагнитным, а сильное еще не проявляется (для него расстояния велики). В свое время огромным достижением физической науки было объяснение тепловых явлений и теплоты механическим движением микрочастиц в теле. Однако очень важно учитывать, что к одной механике теплота не сводится. Механическую картину оказались необходимым также дополнить, теперь представлениями о хаотичности теплового движения микром частиц. Координаты и скорости отдельных частиц оказываются случайными величинами, они изменяются случайным образом по вероятностным законам. Для макроскопического тела в целом законы термодинамики имеют статистический смысл, они связывают средние значения физических величин для огромного множества микрочастиц. Так, в молекулярно кинетической теории давление определяется суммой средних импульсов, передаваемых молекулами газа стенке при соударении, внутренняя энергия — суммой средних энергий микрочастиц, температура — средней кинетической энергией движения микрочастиц и т. д. Далее, при уменьшении размеров пространственной области, следуют внутренние области молекул и атомов. В микромире, в диапазоне расстояний от 10-10
до 10-16 м, основную роль играет электромагнитное взаимодействие, объединяющее ядро и электроны в устойчивые системы — атомы и молекулы. Типичные физические явления состоят в переходе атома из одного стационарного состояния в другое с излучением или поглощением кванта энергии. Переход в эту область микромира заставляет существенно пересмотреть механическую картину движения. Микрочастицы не движутся здесь по определенным траекториям, а проявляют двойственные корпускулярно-волновые свойства. По-новому решается вопрос и об изменении состояния систем: появляются квантовые скачки, сразу переводящие систему из одного дискретного состояния в другое, минуя все промежуточные. Эту область микромира изучает квантовая механика, элементы которой мы изучили в физике атома, в квантовой природе света. Перешагнем последний достаточно изученный в физике рубеж — 10-15 м — и обратимся к системе, состоящей из протонов и нейтронов, то есть к ядру. Нуклоны связаны самым интенсивным взаимодействием — сильным, которое осуществляется путем обмена π-мезонами между парой нуклонов на расстояниях, не превышающих 10-15 м и обеспечивающих притяжение. Электромагнитное взаимодействие в этой области тоже имеет место и играет важную роль, хотя и уступает сильному. Так, пока ядра состоят из немногих нуклонов, сильное взаимодействие — притяжение — превышает электромагнитное отталкивание положительных протонов и ядро прочно. Но для тяжелых ядер, состоящих из сотен нуклонов, притяжение и отталкивание выравниваются, так как отталкивание осуществляется между каждым и всеми остальными протонами, а притяжение — только между соседними. После известного предела (уран, трансурановые элементы) ядра неустойчивы.
Далее, вплоть до достигнутого в настоящее время предела на шкале расстояний порядка 10-17
— 10-18 м материя представлена только элементарными частицами, причем, кроме названных выше частиц, имеется много неустойчивых, возникающих и исчезающих в реакциях, взаимных превращениях элементарных частиц. Эти процессы обусловлены как сильными, так и электрослабыми взаимодействиями.
3.5 Методические особенности формирования целостной физической картины мира
Физическая картина мира, как часть общенаучной его картины, представляет собой очень широкое теоретическое обобщение знаний, полученных школьниками при изучении разных разделов курса физики. Это обобщение имеет большое практическое значение для ориентации человека в материальном физическом мире, осознания своего места в нем, выработки общего отношения к миру, для формирования активной жизненной позиции. Это также необходимо для любой целеполагающей, целенаправленной деятельности. Физическая картина мира входит в диалектико-материалистическое мировоззрение в качестве элемента, обеспечивающего фундамент научного миропонимания.
Примерный конспект урока, позволяющего сформировать у учащихся целостную ФКМ
Класс 10
Тема
: «Физическая картина мира»
Тип урока
: урок-зачёт в форме конференции
Примерное время 2ч.
Цели и задачи урока, реализуемые учителем
:
Раскрыть сложное понятие физической картины мира (ФКМ), вооружить учащихся конкретным знанием, обобщающим весь школьный курс физики, показать материальное единство мира, с одной стороны, и качественное своеобразие форм движения материи и описание их в различных теориях — с другой.
В целях формирования научного мировоззрения познакомить учащихся с условным делением области пространства на мега-, макро-, микромир, со структурными единицами деления материи в каждой из этих областей, с размерами и составом объектов; подвести учащихся к выводу о материальном единстве мира, проявляющемся в единстве природы физических объектов и явлений.
Структура урока:
| Этап и содержание | Формы, методы и приёмы | Средства |
Подготовка к конференции. 1. Приветствие. 2. Обсуждение материала: - вселенная и её масштабы; - взаимодействия и законы сохранения; - проявления взаимодействий в природе и основные физические теории; - рамки современной ФКМ, неисчерпаемость знаний о мире. 3. Проверка знаний учащихся. 4. Закрепление: - беседа с учащимися по материалу докладов; - формулировка основных выводов. 5. Домашнее задание. |
Несколько учащихся получили темы докладов и список литературы, остальные – задание подготовиться к проверочной работе по теме урока; доклады учеников: (1 ученик) (1 ученик) (4 ученика) (1 ученик); Кодированный диктант; Беседа; запись в тетрадях; Повторить соответствующие параграфы учебника, составить свой план конференции по теме «Физическая картина мира» |
Слово, наглядные пособия (рис., таблицы); Текст диктанта; Слово, тетради; Учебник |
Ход урока:
Оборудование. Демонстрационные таблицы: шкала размеров физических объектов «Масштабы во Вселенной», «Структура основных материальных объектов», «Фундаментальные взаимодействия».
Учитель.
Мы заканчиваем изучение школьного курса физики. Он содержит основные законы и понятия из самых важных областей физики: классической механики, электродинамики, молекулярно кинетической теории, атомной физики, физики ядра и элементарных частиц. Цель физики — отыскание общих законов природы, объяснение с их помощью различных процессов и явлений для овладения и управления ими. По мере развития физической науки перед человечеством все больше раскрывается величественная и сложная картина единства природы.
Сегодня мы обобщим изученный курс, стремясь показать, что мир и отражающие его физические законы представляют собой не просто сумму разрозненных и независимых объектов, явлений и отражающих их научных положений, а части единого целого, разнообразные и многочисленные проявления единых сущностей.
План конференции записан на доске. Он поможет вам выделить основные вопросы.
Вселенная и ее масштабы. (1 ученик)
В физике изучается строение материи на первых структурных уровнях и исходные простейшие формы ее движения во всей Вселенной, начиная от элементарных частиц (размеры порядка 10-15
— 10-18 м) и кончая огромными звездными островами — галактиками (размерами порядка 1022
м).
Наглядное представление о доступной наблюдению и изучению в настоящее время области Вселенной дает шкала размеров объектов (рис. 1). Смещение по этой шкале на одно деление вправо соответствует увеличению размеров (данных в метрах) в 10 раз.
Структура основных физических объектов показана в таблице 2. Обратите внимание, что таблица 2 и рисунок 1 взаимосвязаны. Область пространства, указанная на рисунке 1 условно разделена в таблице 2 на три области: мега-мир, макромир, микромир. Для каждой области можно указать свои объекты, то есть структурные единицы деления материи. Мега-мир включает галактики и звезды, макромир — планетные системы звезд, планеты, окружающие нас тела, микромир — молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы. Электромагнитное и гравитационное поля входят в состав мега- и макромира. Если сравнить состав объектов всех трех областей (мега-мир, макромир, микромир), то можно сделать важный вывод: все состоит из элементарных частиц, причем в состав вещества в стабильном состоянии входит всего три вида основных частиц. Это протоны, нейтроны и электроны, а электромагнитное поле состоит из фотонов.
Строение и движение всех этих объектов и изучает физика.
Взаимодействия и законы сохранения. (2 ученик)
Любой материальный объект, начиная от элементарной частицы и кончая макроскопическим телом и системой тел, обладает энергией и импульсом — это универсальные физические характеристики физических объектов. Самое общее и основное свойство всех объектов состоит в их способности взаимодействовать между собой. Так, тела притягиваются к Земле, а Земля — к Солнцу, электрон отталкивается от другого электрона и притягивается к ядру, вступают во взаимодействие атомы и молекулы, образуя кристаллы, взаимодействуя, отскакивают при ударе друг от друга стальные шарики и т. д.
Всеобщая причина изменения и движения в материальном мире — взаимодействие. Несмотря на разнообразие взаимодействий, все они приводят к двум основным результатам:
1. В результате взаимодействия меняются энергия, импульс и другие характеристики объекта. Например, шарики при столкновении меняют направление скорости, а значит, изменяется импульс; одни элементарные частицы превращаются в другие и т. д.
2. В результате взаимодействия частицы или тела объединяются в новую устойчивую систему. Так, например, образуется ядро из нуклонов, взаимодействующих между собой, атом — из ядра и электронов, Солнечная система — из Солнца и планет и т. д.
В настоящее время все взаимодействия удалось понять как проявление четырех исходных, или, как говорят, фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного (в настоящее время слабое и сильное взаимодействия понимают как проявления единого электрослабого поля). Основные характеристики трех, изучаемых в школе, взаимодействий видны из таблицы 3. Гравитационное взаимодействие универсально, то есть имеет место между любыми материальными объектами. Оно убывает пропорционально 1/r², то есть простирается на большие расстояния, образуя макроскопическое гравитационное иоле. По сравнению с двумя другими взаимодействиями гравитационное взаимодействие мало. Электромагнитное взаимодействие проявляется только для электрически заряженных тел и частиц, оно на много порядков больше гравитационного и также образует макроскопические поля. Сильное взаимодействие, превышая по интенсивности гравитационное и электромагнитное, осуществляется только на очень малых расстояниях порядка размера элементарных частиц. Поэтому макроскопического поля оно не образует, а проявляется только между элементарными частицами. Сильному взаимодействию подвержены мезоны и барионы. Лептоны же и фотоны не участвуют в сильном взаимодействии.
Хотя различные взаимодействия проявляют себя в различных физических явлениях и в разных пространственных областях (например, сильное — в микромире, гравитационное — в макромире) и описываются различными физическими законами (например, в частных случаях гравитационное — законом всемирного тяготения, электромагнитное — законом Кулона), есть общие для всех взаимодействий законы — это законы сохранения. Так, при любом взаимодействии для замкнутой системы (т. е. если учтены все взаимодействующие тела и частицы) сохраняется энергия, импульс, электрический заряд системы и некоторые другие величины. Поэтому законы сохранения применяются при изучении всех физических явлений.
Так, в механике закон сохранения импульса приводит к третьему закону Ньютона, в теплоте с помощью закона сохранения энергии рассчитывают количество теплоты, выделяющееся при совершении работы (первое начало термодинамики), в физике элементарных частиц закон сохранения заряда «разрешает» образование заряженных частиц только разноименно заряженными в паре и т. д.
Таблица 2. Структура основных материальных объектов.
Область пр-ва |
Протяжённость обл-ти пр-ва |
Объекты – структурные единицы материи | Размеры объекта, м | Состав объекта | движение внутри объекта составляющих его частей |
мегамир макромир микромир |
1025
1020
|
галактики планетные системы звёзд, планеты, окружающие нас на Земле тела; электромагнитное поле, гравитационное поле молекулы и атомы, ядра атомов, элементарные частицы |
1020
1013
106
|
звёзды планеты, атомы и молекулы, фотоны ядра и электроны, нуклоны, |
звёзд планет, атомов и молекул электронов и ядер, нуклонов, взаимное превращение частиц |
Таблица 3. Фундаментальные взаимодействия.
тип взаимодействия |
относительная интенсивность | радиус взаимодействия |
сильное электромагнитное гравитационное |
1 10-4
10-10
|
10-15
(уменьшается, как 1/r²) (уменьшается, как 1/r²) |
Проявление взаимодействий в природе и основные физические теории (3 ученик)
Механическая картина мира
. Все огромное многообразие окружающего нас мира обязано своим происхождением различным проявлениям фундаментальных взаимодействий в зависимости от структуры, размеров физических объектов и расстояний между ними. Так, в макромире расстояния между телами значительно превышают радиус сильного взаимодействия, поэтому оно здесь не проявляется. Макроскопические тела состоят из множества положительных ядер и близко расположенных к ним отрицательных электронов, образующих в целом электрически нейтральные системы (или несущие небольшие заряды по сравнению с общими входящими в состав вещества зарядами). Поэтому электромагнитные взаимодействия здесь для удаленных друг от друга тел отсутствуют или невелики, а решающее значение имеет гравитационное взаимодействие: все тела притягиваются друг к другу силами всемирного тяготения. Гравитационная сила — одна из основных сил механики; она вызывает ускорение тел по второму закону Ньютона.
К механическим относятся и силы, возникающие при соприкосновениях тел друг с другом. Это силы упругости, трения, сопротивления среды движению тела. Все они имеют электромагнитную природу, так как возникают за счет электромагнитного взаимодействия зарядов, входящих в состав тел. К механическим можно отнести и силу Кулона, действующую между двумя макроскопическими телами, несущими макроскопические заряды, а также силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.
Движение под действием указанных сил изучается в классической механике. Ей соответствует механическая картина данной части природы. Согласно Ньютону, мир состоит из «твердых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц». Частицы действуют друг на друга на расстоянии с силами, вызывающими ускорения, в результате чего они движутся по определенным траекториям, могут образовать устойчивые системы. Типичным примером механической системы является наша Солнечная планетная система.
Со времен Ньютона и до середины прошлого века считалось, что механическая картина мира всеобъемлюща, т. е. все физические объекты и явления имеют описанную выше механическую природу. Однако оказалось, что все механикой не объясняется, и механическую картину мира пришлось дополнять.
(4 ученик) Полевые представления
В механической картине отсутствует материальный агент, передающий взаимодействия между телами. Между тем он существует в природе: это гравитационное и электромагнитное поле, передающее действие одного тела на другое со скоростью света. Окончательно понятие поля как самостоятельного материального объекта — вида материи, существующего наряду с веществом, утвердилось после создания специальной теории относительности. В случае электромагнитного взаимодействия передатчиком взаимодействия служит электромагнитное поле. Оно дополняет механическую картину: на тело действует сила не непосредственно со стороны другого тела, а со стороны поля, созданного заряженным телом и непрерывно заполняющим пространство. Электромагнитное поле изучается электродинамикой; с помощью ее законов по расположению и движению электрических зарядов можно рассчитать напряженность поля в каждой точке пространства. Важно, что поле может «отрываться» от зарядов и существовать в свободном состоянии в виде электромагнитных волн. При изучении строения материи на микро-уровне оказывается, что поле, как и вещество, состоит из элементарных частиц — фотонов.
Сила тяготения также передается посредством поля — гравитационного, существующего вокруг любых материальных частиц и тел (вне зависимости от их электрического заряда). Предполагается существование элементарных частиц гравитационного поля — гравитонов, которые экспериментально пока не обнаружены.
(5 ученик) Статистические представления
В механике и электродинамике рассматриваются макроскопические тела на макроскопических расстояниях друг от друга. Перейдем теперь к рассмотрению строения тел из микроскопических частиц (т е. «заглянем внутрь» тела). Твердые, жидкие, газообразные тела состоят из огромного количества атомов и молекул. Расположение и движение микрочастиц обусловлено здесь электромагнитным взаимодействием, так как на этих расстояниях при малых массах и больших зарядах гравитационное взаимодействие мало по сравнению с электромагнитным, а сильное еще не проявляется (для него расстояния велики).
В свое время огромным достижением физической науки было объяснение тепловых явлений и теплоты механическим движением микрочастиц в теле. Однако очень важно учитывать, что к одной механике теплота не сводится. Механическую картину оказались необходимым также дополнить, теперь представлениями о хаотичности теплового движения микром частиц. Координаты и скорости отдельных частиц оказываются случайными величинами, они изменяются случайным образом по вероятностным законам. Для макроскопического тела в целом законы термодинамики имеют статистический смысл, они связывают средние значения физических величин для огромного множества микрочастиц. Так, в молекулярно кинетической теории давление определяется суммой средних импульсов, передаваемых молекулами газа стенке при соударении, внутренняя энергия — суммой средних энергий микрочастиц, температура — средней кинетической энергией движения микрочастиц и т. д..
(6 ученик) Квантовые представления
При уменьшении размеров пространственной области, следуют внутренние области молекул и атомов. В микромире, в диапазоне расстояний от 10-10
до 10-16 м, основную роль играет электромагнитное взаимодействие, объединяющее ядро и электроны в устойчивые системы — атомы и молекулы. Типичные физические явления состоят в переходе атома из одного стационарного состояния в другое с излучением или поглощением кванта энергии.
Переход в эту область микромира заставляет существенно пересмотреть механическую картину движения. Микрочастицы не движутся здесь по определенным траекториям, а проявляют двойственные корпускулярно-волновые свойства. По-новому решается вопрос и об изменении состояния систем: появляются квантовые скачки, сразу переводящие систему из одного дискретного состояния в другое, минуя все промежуточные. Эту область микромира изучает квантовая механика, элементы которой мы изучили в физике атома, в квантовой природе света.
Перешагнем последний достаточно изученный в физике рубеж — 10-15 м — и обратимся к системе, состоящей из протонов и нейтронов, то есть к ядру. Нуклоны связаны самым интенсивным взаимодействием — сильным, которое осуществляется путем обмена π-мезонами между парой нуклонов на расстояниях, не превышающих 10-15 м и обеспечивающих притяжение. Электромагнитное взаимодействие в этой области тоже имеет место и играет важную роль, хотя и уступает сильному. Так, пока ядра состоят из немногих нуклонов, сильное взаимодействие — притяжение — превышает электромагнитное отталкивание положительных протонов и ядро прочно. Но для тяжелых ядер, состоящих из сотен нуклонов, притяжение и отталкивание выравниваются, так как отталкивание осуществляется между каждым и всеми остальными протонами, а притяжение — только между соседними. После известного предела (уран, трансурановые элементы) ядра неустойчивы.
Далее, вплоть до достигнутого в настоящее время предела на шкале расстояний порядка 10-17
— 10-18 м материя представлена только элементарными частицами, причем, кроме названных выше частиц, имеется много неустойчивых, возникающих и исчезающих в реакциях, взаимных превращениях элементарных частиц. Эти процессы обусловлены как сильными, так и электрослабыми взаимодействиями.
Рамки современной физической картины мира. Неисчерпаемость знаний о мире (7 ученик)
Хотя физическая наука охватывает огромную область различных физических явлений, содержит множество законов и выводов, она не является полностью завершенной. Последняя точка в ней никогда не будет поставлена, так как материальный мир многообразен, а знания о нем неисчерпаемы.
Современная ФКМ ограничена «снизу», со стороны малых расстояний, но даже в этой области наши знания о природе и строении элементарных частиц пока что далеко не полны. Сейчас с помощью самых мощных ускорителей доступны изучению структурные элементы и их взаимодействия внутри элементарных частиц на расстояниях порядка 10-17
— 10-18 м
. В последнее время здесь достигнуты замечательные успехи: открыто сложное строение мезонов и барионов. Оказалось, что они состоят из более «простых» частиц — кварков. Кварки и лептоны сейчас следует рассматривать как элементарные.
Ограничена современная ФКМ и «сверху», со стороны больших расстояний, пределами «видимости» в оптические и радиотелескопы. С их помощью получают сведения о строении и движении материи в мега-мире до расстояний порядка 1025
— 1020
м. В последнее время, несмотря на скудность информации о таких отдаленных областях Вселенной, и здесь сделаны удивительные открытия. Открыты новые, ранее неведомые человеку объекты: пульсары — нейтронные звезды чрезвычайно высокой плотности, квазары и ядра галактик — объекты с непостижимо большим излучением энергии, природа которых не ясна, и другие.
Наконец, Вселенная развивается. Наши знания об эволюции Вселенной, об ее образовании и дальнейшей судьбе, об изменении важнейших физических законов и констант с течением времени также нельзя назвать сейчас окончательными.
Кодированный диктант:
1) Физика оформилась как самостоятельная наука более трёхсот лет назад. (да)
2) Физическая картина мира представляет собой систему фундаментальных идей, понятий, законов и закономерностей физики; к не относятся: представления о свойствах пространства и времени, понятия об объектах изучения физической науки и исходных составных частях материи, универсальные физические законы, представления об иерархии закономерностей по масштабам явлений, исходные идеи и уравнения физических теорий и соотношение между последними. (да)
3) В ФКМ входят механическая, электрическая и квантово-полевая картины мира. (нет)
4) В рамках механической картины мира материя рассматривается как совокупность дискретных неделимых элементов – атомов, двигающихся и взаимодействующих по законам классической электродинамики. (нет)
5) Исследования в области электрических и магнитных явлений в XIX в. привели к возникновению электромагнитной картины мира, основы которой были заложены М.Фарадеем и Д.Максвеллом. (да)
6)Существует четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. (да)
7) Основное положение квантово-полевой картины мира заключается в том, что материя существует не только в виде вещества, но и в виде поля. (нет)
8) Возникновение квантово-полевых представлений связывают с появлением в 1900 г. квантовой гипотезы М.Планка. (да)
9) Пространство и время не являются формами существования материи, никак не связаны между собой, относительны и зависят от движения материи. (нет)
10)Физическая картина мира является неотъемлемой частью естественнонаучной картины мира, которая входит в общую научную картину мира. (да)
Таблица ответов:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| + | + | - | - | + | + | - | + | - | + |
«+» - да, верно;
« - » - нет,
неверно
Учитель.
Итак, сегодня на уроке мы выяснили, что человечество обладает большим объемом физических знаний, знает о материальном мире уже много, но не все.
Теперь подведем итоги. Как можно определить понятие физической картины мира?
Ученик
. Физическая картина мира — это общее описание природы в физике, общий обзор строения и движения материи. И физическую картину входят основные представления механики, молекулярно-кинетической теории, электродинамики и квантовой физики, а также общие для всех теорий законы сохранения.
Учитель.
Верно. Запишем краткое определение в тетради:
«ФКМ — это система самых общих представлений о строении, взаимодействии и движении материи от уровня элементарных частиц до галактик, описываемых как универсальными, так и специфическими для разных областей основными законами физики. Единая картина складывается из взаимосвязанных механических, полевых, статистических и квантовых представлений». Назовем основные понятия, входящие в общее сложное понятие ФКМ и раскрывающие ее содержание. Что здесь главное?
Ученик
. Главное в ФКМ — понятие о взаимодействии.
Учитель.
Верно. Но как же разнообразие взаимодействий связано с единством природы?
Ученик.
Исходных, фундаментальных взаимодействий всего три, а проявлений, притом, очень различных, много.
Учитель.
Это так, фундаментальные взаимодействия приводят в разных пространственных областях к качественно своеобразным формам движения материи. В чем еще можно видеть физическую основу материального единства мира?
Ученик
. Весь материальный мир состоит из небольшого числа основных элементарных частиц.
Учитель.
Верно. Сделаем вывод.
Материальное единство мира проявляется в том, что физические объекты и явления на Земле и во всей Вселенной имеют единую природу: состоят из небольшого числа (стабильных) элементарных частиц и вызываются тремя фундаментальными взаимодействиями.
Как отражается единство природы в физических законах?
Ученик.
В физике есть величины и законы, применимые к любым физическим объектам и явлениям. Это энергия, импульс, электрический заряд, законы сохранения.
Учитель
. Совершенно верно.
Универсальность физических величин и законов выражается в том, что элементарные частицы, атомы, молекулы, физические тела и поля характеризуются несколькими общими величинами. Главные из них следующие: энергия, импульс, масса, электрический заряд. Ряд физических законов применим к любым физическим явлениям в любой области пространства. Важнейшие из них: законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда.
Но все ли физические величины и законы универсальны? Например, применим ли второй закон Ньютона к движению электрона в атоме, к фотонам?
Ученик
. Нет, ни второй закон Ньютона, ни понятие движения по траектории не применимы в микромире. Здесь частицы движутся по другим законам, обладают корпускулярно-волновыми свойствами.
Учитель.
Да, имеются качественно различные формы движения материи, например механическая, тепловая. Законы механики не применимы к полю, где справедливы законы электродинамики и т. д. Запишем это в краткой формулировке.
Качественное своеобразие физических явлений обнаруживается в том, что в зависимости от размеров, строения, расстояния между физическими системами имеют место различные взаимодействия и качественно различные формы движения материи. Законы основных физических теорий соответственно применимы в своих областях.
В заключение попробуем разобраться в роли и назначении изученного понятия о ФКМ как обобщения физических знаний. Почему важно овладеть этим понятием?
Ученик.
ФКМ дает возможность обозреть и представить весь мир, а это важно хотя бы для правильного выбора профессии.
Второй ученик
. И не только поэтому. Говорить о всесторонне развитой личности можно только при условии, что человек осознал свое место в мире.
Третий ученик
. Важно, что ФКМ не оставляет места для религиозных верований, для суеверия. Мы получаем конкретные сведения обо всем мире, где нет места ни богу, ни черту.
Четвертый ученик
. ФКМ показывает, что мир познаваем, что, хотя природа и очень сложна, она подчиняется строгим законам, ее можно понять и использовать в своих целях.
Пятый ученик
. Мы видим, что знания о мире неисчерпаемы, что есть где приложить свои силы следующим поколениям людей.
Шестой ученик.
Я заметил, что изученные на уроках обществоведения абстрактные законы диалектики наполняются в ФКМ конкретным содержанием.
Учитель
. Вы правы. ФКМ — мировоззренческое обобщение курса, это часть нашего материалистического мировоззрения, помогающего правильно ориентироваться в мире, целенаправленно в нем действовать, жить и работать.
Откройте дневники и запишите задание на дом:
Выводы по уроку
. Оригинальное построение уроков определилось тем, что учитель в начале анализирует объекты, которые изучались в физике. Такой прием дает возможность, во-первых, рассмотреть области пространства, относящиеся к мега-, макро- и микромиру; во-вторых, выделить для всех объектов универсальные физические величины и законы, что подводит школьников к выводу о материальном единстве мира.
Последующий анализ фундаментальных теорий физики, их объектов, включая размеры и состав, позволяет учителю повторить границы применимости теорий и одновременно подчеркнуть качественное их своеобразие при описании физических явлений, сосредоточивая основное внимание школьников на взаимодействиях и их типах.
Краткое повторение вопросов, относящихся к механической картине мира — полевым, статистическим и квантовым представлениям, — послужило основой для введения понятия о физической картине мира.
Ответы учащихся в конце урока свидетельствуют о его педагогической эффективности. Материал урока помог систематизировать знания школьников на основе ФКМ, а также осознать значение физики для всестороннего развития личности.
Рис. 1. Масштабы во Вселенной
Заключение
В настоящее время проблема формирования у школьников целостного миропонимания является очень актуальной. Работа учителя по решению этой проблемы сопряжена с некоторыми психолого-педагогическими трудностями, выявить которые и было целью данной работы, а также найти возможные пути их решения.
Современный человек должен обладать широкой культурой, чтобы ориентироваться в потоке информации; иметь возможность сменить при необходимости профессию; иметь возможность работать в полипредметной области (например, педагогом)… Поэтому формирование целостного миропонимания как фундамента мировоззрения человека является важнейшей целью образования, в частности физического. Постоянное увеличение объёма информации и повышение темпа его роста обуславливают необходимость формирования у учащихся целостного миропонимания, обще учебных знаний, умений и навыков, стремления и способности к самообучению.
В данной работе сделана попытка проанализировать возможности учебного предмета «физики» в формировании целостного миропонимания, в частности посредством уроков обобщения и систематизации знаний учащихся в форме зачёта, применить результаты исследования к проектированию урока по формированию у учащихся физической картины мира, как фундамента целостного миропонимания.
Результаты работы показали, что целенаправленная работа учителя физики по проектированию уроков, в частности уроков обобщения и систематизации знаний учащихся в форме зачёта, позволит решить задачу формирования у учащихся целостного миропонимания.
Список литературы
1. Алексеева М.Н. Физика – юным: Теплота. Электричество: книга для внеклассного чтения. 7кл. – М.: Просвещение, 1980.
2. Бардин К.В. Как научить детей учиться. – М.: Просвещение,1987.
3. Билимович Б.Ф. Физические викторины: пос. для учителей. – М.: Просвещение, 1967.
4. Зотов Ю.Б. Организация современного урока./ Под ред. П.И. Пидкасистого. – М., 1984.
5. Иванов В.Г. Физика и мировоззрение. – Ленинград: Наука, 1975.
6. Кириллова Г.Д. Теория и практика урока в условиях развивающего обучения. – М., 1980.
7. Коджаспирова Г.М., Коджаспиров А.Ю. Словарь по педагогике. – М.: ИКЦ «МарТ»; Ростов-на-Дону: Изд. центр «МарТ», 2005.
8. Конаржевский Ю.А. Анализ урока. – М.: Центр «Педагогический поиск», 2000.
9. Кудрявцев П.С. Курс истории физики: Уч. пос. для студентов пед. ин-тов по физ.спец. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Просвещение, 1982.
10. Ланина И.Я. Формирование познавательных интересов учащихся на уроках физики: кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1985.
11. Ловягин С.А. Физика для всех // Педагогическое самообразование. №50. 2000.
12. Лукашик В.И. Сборник вопросов и задач по физике: Уч. пос. для учащихся 6-7кл. средн. школы. – 5-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1998.
13. Нестандартные уроки физики 7-11кл./ Сост. Демченко Е.А.
14. Общая психология./Пол ред. Петровского А.В. – М.,1991.
15. Онищук В.А. Урок в современной школе. – М., 1985.
16. Памятка педагогу // Воспитание школьников. №3. 2004, с.42.
17. Педагогика. Уч. пос. для студентов пед. вузов и пед. колледжей / Под ред. П.И. Пидкасистого. – М.:Педагогическое общество Росси, 2002.
18. Перельман Я.И. Занимательная физика: В 2 кн. – М.: Наука, 1976.
19. Плешакова Н.Л. Изучение элементов ядерной физики в основной общеобразовательной школе: Учебно-методич. пособие. – Тула: ИПК и ППРО ТО, 2002.
20. Поташник М.М., Левит М.В. Как подготовить и провести открытый урок (современная технология): методич. пособие. – М.: педагогическое общество России, 2003.
21. Разумовский В.Г., Хижнякова Л.С., Архипова А.И. и др. Современный урок физики в средней школе / Под ред. Разумовского В.Г., Хижняковой Л.С. – М.: Просвещение, 1983.
22. Физика: Учеб. для 10 кл. шк. и кл. с углубл.изуч.физики / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е. Эвенчик и др.; под ред. А.А. Пинского. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1997.
23. Физика: Учеб. для 11 кл. шк. и кл. с углубл.изуч.физики / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е. Эвенчик и др.; под ред. А.А. Пинского. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1997.
24. Шапоринский С.А. Обучение и научное познание. – М.,1981.
25. Щукина Г.И. Активизация познавательной деятельности учащихся. – М., 1979.
26. Яковлев Н.М., Сохор А.М. Методика и техника урока в школе. – М., 1985.
27. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / С.Е. Каменецкий, Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская и др.; Под ред. С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой, - М.: Изд.центр «Академия», 2000.
28. Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / С.Е. Каменецкий, Н.С. Пурышева, Т.И. Носова и др.; Под ред. С.Е. Каменецкого - М.: Изд.центр «Академия», 2000.