Для чего нужно моделирование в физике

Сущность и роль моделей в школьном курсе физики

Дата публикации: 24.05.2016 2016-05-24

Статья просмотрена: 1474 раза

Библиографическое описание:

Турсунов, К. Ш. Сущность и роль моделей в школьном курсе физики / К. Ш. Турсунов, Д. М. Исмоилов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 11 (115). — С. 1564-1565. — URL: https://moluch.ru/archive/115/29654/ (дата обращения: 27.12.2021).

При изучении процессов и явлений окружающего нас мира исследователи часто прибегают к моделированию. Как средству отображения или воспроизведения действительности. В физической науке для отражения понятия «физический закон» используются различные приближенные модели реальных тел.

Модельные представления физических законов заключаются в том, что на основе экспериментального изучения свойств какого-либо тела высказывается гипотеза о его внутреннем устройстве, свойствах составных частей и особенностей взаимодействия между ними. Если гипотеза способна правильно предсказывать свойства изучаемого тела, неизвестного ранее, то она превращается в теорию [1].

Характерной особенностью моделей является упрощение представлений об изучаемом объекте. Поэтому все модельные представления обуславливают приближенный характер теории, полученной с их помощью.

Рассмотрим некоторые физические модели, широко используемые для понятия взаимосвязи тел и явлений природы.

Обобщенно моделирование определяется как метод непосредственного познания, при котором для получения информации об изучаемом явлении исследуется вспомогательный или естественный объект (модель), имеющий определенное соответствие с изучаемым объектом (оригиналом) и замещающий оригинал, на определенных этапах исследования. Под моделью в физике подразумевается создаваемая на основе определенной системы представлений и идей общая картина явлений, которая с помощью абстрактного мышления и математического языка помогает понять и описать то, что изучается в данном конкретном примере.

Программа моделирования в физике и в науке вообще сводится к следующим этапам:

1) выяснение задания или задач, поставленных человеком самому себе или перед другими людьми:

2) поиск нужных элементов и их сочетаний, удовлетворяющих моделям, и создание вариантов моделей в памяти:

3) выражение вариантов моделей в виде вещественных объектов:

4) повторное восприятие и исследование физической модели, выявление непредвиденных качеств:

5) внесение поправок в модель или отказ от нее и начало работы над новой моделью.

По способу построения и средствам моделирования все модели можно условна разделить на два класса: материальные (вещественные) и идеальные (мысленные).

Материальные модели характеризуются тем, что они функционируют по естественным законам, независимо от деятельности человека. Их назначение– воспроизведение структуры, характера протекания и сущности изучаемого процесса. В материальных моделях используются аналогии. В частности, существуют электрические цепи, полностью аналогичные механическим системам.

В отличии от материальных моделей идеальные модели не имеют материальной основы, а конструируются в голове человека. Они могут фиксироваться при помощи рисунков, определенных символов (знаков), математических уравнений или просто описываться словами, Все прео6paзoвания и взаимосвязи элементов таких моделей осуществляются в сознании человека по формально-логическим, физическим правилам и законам [2].

Следует принципиально различать методы математического и физического моделирования. При математическом моделировании наиболее общим выражением требования объективной общности модели и оригинала является их изофоризм. Теоретической основой такого моделирования является теория подобия, одна из задач которой–установление зависимости между параметрами процессов, протекающих в объекте и модели.

Физическая модель, как уже подчеркивалось выше, не является копией какого-либо объекта или явления. Это определённая абстракция, в которой учитываются наиболее существенные, характерные черты изучаемых физических проблем или систем. Физические модели достаточно корректно описывают многие явления окружающего нас мира, они динамичны, постоянно совершенствуются и развиваются.

Роль моделей в научном познании Вселенной исключительно велика. На их основе наука занимается как систематизацией объектов, так и анализом их взаимодействия. В этом направлении в последние годы наметился исключительный прогресс. Бытует мнение, что научная информация каждые шесть лет удваивается и, таким образом, расширяются возможности науки. Наряду с увеличением объема информации, наука предлагает нам одновременно и приемы обобщения, позволяющие упростить картину и более широко взглянуть на изучаемые явления [3].

В поисках «философского камня» алхимики вынуждены были помнить огромное количество рецептов и специальных условий пpoтекания химических реакций. Сегодня все эти знания систематизированы при помощи атомных моделей, согласно которым, вокруг неподвижного ядра атома по орбите движутся электроны. Здесь ядро и электроны рассматриваются как материальные точки. Сложные циклы и эпициклы, которые были необходимы Птолемею для вычисления расположенных планет, были заменены более простой моделью Солнечной системы Коперником, что резко упростило и расширило возможности астрономов. Исторические примеры можно было продолжить, но и приведенных достаточно, чтобы сделать вывод об исключительно плодотворном научном методе познания Вселенной, в основе которого лежит концепция отыскания определенного порядка и закономерности в явлениях природы.

Источник

Для чего нужно моделирование в физике

2. Применение метода моделирования в физике

Метод моделирования играет важную роль в современной физике.

Идея построения моделей в классической физике возникла вследствие проникновения научного познания в разделы физики, что выходят за пределы механики (электромагнитное поле). Она заключалась в возможности построения механических моделей немеханическая физических явлений. С развитием физики микромира возникла проблема возможности построения макромоделей микрообъектов.

С помощью моделей можно передать тот или иной физический объект или физическую систему, то или иное явление только приближенно, частично. Модельные представления могут дать сведения об особенностях определенного явления, дают возможность получить выводы не только качественного, но и количественного характера. Физические представления, лежащие в основе построения модели, вытекающие из определенных знаний о свойствах объекта, процесса, из ограниченного количества экспериментальных и теоретических данных. Поэтому модель нельзя построить однозначно, при этом нужно сосредоточиться на воспроизведении лишь отдельных черт поведения объекта моделирования.

Для всестороннего и полного описания свойств исследуемого объекта создается не одна, а несколько моделей. В процессе углубления наших знаний, с включением в анализ при моделировании большей количества свойств объекта-оригинала класс возможных моделей сужается, но одновременно повышается адекватность их. Из истории физики известно много случаев замены одних моделей другими. Неадекватность моделей проявляется при выходе за пределы того опыта, на основе которого она была построена. Вследствие того, что несколько моделей описывающих различные свойства и процессы, физические картины могут быть различными, иногда прямо противоположными для этих моделей.

Следует заметить, что на определенном этапе развития науки даже принципиально неправильные модели иногда могут играть прогрессивную роль. Например, представление о теплець было выходным в исследованиях Карно при создании термодинамики. Результаты, добытые им и другими учеными, которые опирались на концепцию теплецю, сохраняют свое значение и теперь, хотя теорию теплецю отвергнуто современной физикой. Известно также, что представление о световой эфир был положен в основу классических работ ученых с волновой оптики вплоть до конца XIX в. Принимая эфир за светоносное среду, ученые открыли немало законов распространения и взаимодействия света с веществом, которые остались на вооружении современной науки, пополнили раздел волновой оптики, а представление о эфир опровергнуто в специальной теории относительности. Такого рода «инвариантность» теории относительно моделей, или исходных данных, на основе которых она создается, свидетельствует о наличии в теории, особенно неполной и ограниченной, сторон, независимых от объекта и способа познания. Тот факт, что истинная теория может быть построена на основе неадекватной действительности модели, совсем не означает, что законы науки не отражают природу, которую она изучает. Существует также широкий класс изоморфных моделей, каждая из которых в определенных пределах соответствует исследуемом явлению. Единственным критерием, который может быть решающим при выборе модели как метода его совершенствования, является его соответствие действительности. Только практика отбирает для физической теории те модели, которые сохраняют научное значение и оказываются плодотворными для дальнейшего развития науки.

Следующий этап в развитии моделирование в физике связан с классической теорией поля Максвелла, который соединил моделирования с проблемой наглядности. Для этого он решил задачу построения механической модели немеханических явлений. Д. Максвелл сформулировал ее как важную методологическую проблему физики.

Современный (третий) этап развития моделирование заключается в теоретическом разработке отдельных процессов, в частности моделирование мікропроцесів. Современное физическое понимание процессов микромира не предусматривает наглядного механического представления их. В И. Ньютона объекты познания (механические явления) и сами наглядные модели; в Д. Максвелла объекты

познания (немеханические процессы электромагнитных полей) ненаочні, а модели (мысленные механические явления) наглядные.

Рассмотрим соотношение проблемы наглядности модели в современной физике микромира. Наглядность, свойственная механическим моделям, связанная с непосредственной доступностью ощущением. В настоящее время центр этой проблемы перемещается в несколько иную плоскость, где наглядность рассматривается как соответствие привычным представлениям. Истинная диалектическая философская сознание отрицает такой догматизований здравый смысл, который соответствует привычном, общепринятом. При этом стремление к наглядности оказывается стремлением втиснуть новые идеи в прокрустово ложе ухудшенного варианта предварительных представлений. Такой подход не способствует достижению научного, диалектического познания. Для этого есть непостижимым корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов, релятивистский закон сложения скоростей и др. Потеря физическими объектами наглядности с точки зрения привычности, ясности является важной общей тенденцией развития современной физической науки.

Кроме того, моделирования микрообъектов с помощью макроуявлень имеет свою существенную специфику, которая связана прежде всего с диалектически противоречивой корпускулярно-волновой природой. Этим также можно объяснить рост элемента абстрактности при толковании явлений микромира. Модели в квантовой механике составляют единство наглядного образа научной абстракции и является некоторой схематизацією действительности. При этом мы естественно упрощаем многогранный объект познания, поскольку каждый образ микромира формируется на основе непосредственных восприятий макроскопических объектов, окружающих человека, то есть сам является макроскопическим. Следовательно, для более точного воспроизведения мікрооб’єкта нужно учитывать приближенность, неточность, ограниченность таких моделей, односторонность каждого из них и пользоваться только экспериментально обоснованными моделями, которые дополняют друг друга. Существование различных моделей свидетельствует о сложность и разнообразие явлений микромира.

Одной из первых ядерных моделей была капля, впервые предложенная Я. Френкелем и развита Н. Бором. Согласно этой модели ядро атома составляет каплю протонной и нейтронной жидкостей с большой плотностью вещества (10 38 част./см 3 ) и необычайной плотностью заряда (3 · 10 19 Кл/см 3 ). Ядерные частицы, как и молекулы жидкости, имеют достаточную подвижность. При возбуждении ядра предоставлена ему энергия распределяется между всеми ядерными частицами статистическим способом, аналогично тому, как распределяется между молекулами энергия при нагревании жидкости. Однако, в отличие от молекул жидкости, состояние у всех ядерных частиц неодинаковы, поскольку им присущи волновые свойства и они подчиняются квантовым законам.

Для объяснения рассеяния а-частиц и других частиц было предложено оптическую модель ядра. Однако одной из наиболее плодотворных моделей атомного ядра является оболонкова.

Важным моментом в развитии квантовых представлений о природе поля было появление гипотезы М. Планка о дискретной природу излучения осциллятора. Идеи М. Планка развил А. Эйнштейн в своей теории фотоэффекта, в которой он рассматривал световые кванты как реально существующие частицы (фотоны). Однако идею прерывности поля, чуждую классической физике, физике восприняли не сразу.

Итак, в современной физике метод моделирование обобщается, развиваясь от первичных форм наглядных моделей к широкого использования абстракціонологічних (математических) моделей. Современное моделирование имеет две ведущие тенденции: увеличение роли элементов абстракции в моделях и обобщения сходства.

Источник

Моделирование в физике

Элективный методологический курс, 26 ч. 10–11-й классы

Применение в школьном курсе физики моделирования как метода учебного познания является одной из основных задач школьного физического образования, поскольку способствует становлению правильных представлений о современной научной картине мира, формированию научного мировоззрения, развитию творческого мышления, а также позволяет учащимся проводить на своём уровне научные исследования явлений, процессов, объектов. Задачи предлагаемого курса: формирование научного мировоззрения учащихся; ознакомление их со становлением и развитием понятий модели и метода моделирования в физике путём анализа фрагментов работ классиков физики (работа с хрестоматийным материалом, специально подготовленными дидактическими материалами), литературы по истории физики; овладение учащимися деятельностью моделирования путём разработки и конструирования различных видов моделей.

1. Введение. Познание окружающего мира. Методы познания в науке физике. Значение метода моделирования в научном познании.

2. Моделирование как общенаучный метод познания. Применение метода моделирования в физике, биологии, астрономии, математике и других науках. Значение метода моделирования в естественных и гуманитарных науках.

3. Модели и моделирование как метод познания в физике. Понятие модели. История развития понятий модель и моделирование. Значение моделирования в физике. Виды моделей. Функции моделей в познании. Этапы процесса моделирования. Материальные модели и модельный эксперимент. Мысленные модели и мысленный эксперимент.

4. Моделирование физических объектов, явлений и процессов. Модели в структуре физического эксперимента. Компьютерное моделирование и его применение в физике. Лабораторный практикум по моделированию физических объектов, явлений, процессов.

5. Заключительное (зачётное) занятие. Защита проектов созданных моделей физических объектов, явлений, процессов.

Варианты тематического планирования

РазделФормы занятий, количество часовЛекции

Семинарско-практическиеЛабораторные1. Введение22. Моделирование как общенаучный метод познания23. Модели и моделирование как метод познания в физике444. Моделирование физических объектов, явлений, процессов2105. Заключительное занятие. Защита проектов2

Содержание и методика проведения занятий

На вводной лекции учитель знакомит с понятием метод познания, даёт представление о познании окружающего мира, а также о таких методах познания природы, как наблюдение, физический эксперимент, моделирование, аналогия, идеализация, абстрагирование и др. На конкретных примерах показывает значимость методов познания в науке. В конце лекции предлагает учащимся письменно выполнить задания:

1. Сопоставьте позиции, приведённые в двух колонках:

Особенности научного исследования1. Реальный физический эксперимент.

а) Получение знаний о внешних сторонах, свойствах и признаках рассматриваемого объекта;

б) исследование явлений действительности в контролируемых и управляемых условиях;

в) получение знаний о внутренних связях, свойствах, признаках рассматриваемого объекта на основе материального или мысленного создания искусственных систем.

2. Сопоставьте позиции, приведённые в двух колонках:

Методы исследования

Примеры1. Реальный эксперимент.

4. Мысленный эксперимент.

5. Моделирование.а) Броуновское движение;

в) эксперимент А.Эйнштейна об относительности одновременности;

г) рассуждения Г.Галилея о свободном падении тел;

д) идеальный цикл Карно;

ж) опыты А.Беккереля;

з) эксперимент «Демон Максвелла»;

и) изучение законов движения с помощью материальной точки.

3. Какие из нижеперечисленных методов познания являются теоретическими? эмпирическими?

а) Реальный физический эксперимент;

д) мысленный эксперимент;

ж) индуктивное обобщение;

Знакомить с моделированием как общенаучным методом познания целесообразнее на занятиях в форме пресс-конференции. Учитель выступает в роли приглашённого на урок корреспондента, учащиеся – в роли журналистов, учёных, занимающихся проблемами моделирования в различных областях знаний, участников. «Журналистам» заранее даётся задание: составить вопросы по предложенной теме. «Учёные» готовят доклады по темам: «Использование метода моделирования в конкретных науках, областях знаний (физике, биологии, математике, астрономии, экономике, социологии, информатике и т.п.)», «Решение конкретных задач с использованием моделей в конкретных науках, областях знаний». После обсуждения вопросов совместными усилиями всех участников конференции выявляется значение моделирования как общенаучного метода познания.

Таблица 1. История развития понятий «модель» и «метод моделирования»

Этапы развития понятий в физике

Существенный вклад в развитие физики

Галилео Галилей (1564–1638 гг.)

1. Использовал мысленные модели в числе основных логических и методологических приёмов.

2. Сформулировал принципы теории подобия как количественной основы физического моделирования.

3. Впервые применил мысленный эксперимент как средство построения идеальной модели.На основе метода моделирования рассмотрел в единстве физические принципы, математические методы и экспериментальную проверку следствий из принципов; создал теорию свободных колебаний, теорию свободного падения тел.Рассуждения о свободном падении тел; понятия совершенно круглого шара, совершенно гладкой плоскости, математического маятника, инерциальной системы отсчёта (ИСО), абсолютно гладкой поверхности.

Исаак Ньютон (1642–1727 гг.)

1. Использовал мысленные модели для описания и объяснения природы явлений (свет, электричество, тяготение).

2. Строил гипотезы на основе наглядных моделей.

3. Положил начало моделированию как методу теоретического исследования.

4. Сформулировал две теоремы подобия.

5. Применил функцию моделей как идеализирующую абстракцию в сочетании с наглядностью.На основе метода моделирования построил классическую механику, теорию света, теорию движения планет.Эфир – тонкая среда, проникающая во все сплошные тела; картина силового поля; система отсчёта; абсолютное пространство и абсолютное время.

Майкл Фарадей (1791–1867 гг.)

1. Создал первые модели: электродвигателя, трансформатора, униполярной динамо-машины.

2. Впервые пришёл к представлению о некотором элементарном заряде, связанном с атомами вещества.

3. Констатировал, что явление самоиндукции аналогично явлению инерции в механике.

4. Ввёл способ изображения магнитного поля с помощью силовых линий.

5. Ввёл в физику новый объект – физическое поле.Впервые высказал идею об электромагнитных волнах, идею об электромагнитном поле. Модели, созданные Фарадеем, помогли в дальнейшем Дж.Максвеллу создать и интерпретировать уравнения электромагнитного поля.Аналогия процесса распространения индукции с «колебаниями взволнованной водной поверхности или же звуковыми колебаниями частиц воздуха», наглядный геометрический образ силовых линий, многочисленные механические модели эфира.

Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879 гг.)

1. Ввёл в физику и в явном виде использовал модели-аналогии.

2. Чётко сформулировал метод физической аналогии, обобщённый в дальнейшем как метод математического моделирования.

3. Дал формулировку метода моделирования как одного из общих методов познания.

4. Считал модель эвристическим средством построения теории.На основе построенных моделей и метода моделирования создал теорию электромагнитного поля.Силовые линии пространства – «геометрическая модель физических сил, дающая повсюду направление силы»; трубки переменного сечения, по которым течёт несжимаемая жидкость; гипотеза молекулярных вихрей, модель явления электромагнетизма, ток смещения.

Уильям Томсон (лорд Кельвин) (1824–1907 гг.)

1. Дал формулировку второго начала термодинамики, ввёл понятие о вечном двигателе второго рода.

2. Ввёл абсолютную шкалу температур.

3. Сформулировал концепцию «тепловой смерти Вселенной».Внёс существенный вклад в развитие теории термодинамики.Модели из шаров, маховых колес, пружин, гироскопов, свойственных механическим устройствам; абсолютная шкала температур, не зависящая от выбора рабочего вещества и характера процессов в цикле Карно.

Гендрик Антон Лоренц (1853–1928 гг.)

1. Выдвинул гипотезу сокращения (сокращение длины тела).

2. Сформулировал принцип относительности первого порядка.

3. Написал преобразования (преобразования Лоренца), сформулировал гипотезу об уравнениях преобразования координат и времени.

4. Ввёл модель неподвижного эфира.

5. Сформулировал гипотезу о деформации электрона.Создал электронную теорию вещества. Выдвинул идеи, приведшие впоследствии к созданию электронной теории дисперсии света.Модель мира: мир – это эфир, в котором плавают заряженные частицы; законы мира – законы электродинамики Максвелла и механики Ньютона. Модель неподвижного электрона в виде равномерно заряженной сферы, движущегося электрона, обладающего, как тела, инерцией.

Джозеф Джон Томсон (1856–1940 гг.)

1. Построил статическую модель атома («пудинг с изюмом»).

2. Построил первую модель электронно-лучевой трубки на основе метода, получившего название метод Томсона.Открыл электрон, измерил его удельный заряд, разработал метод парабол, имеющий фундаментальное значение (положен в основу устройства электронно-лучевой трубки, составляет основу электронной оптики, современных ускорителей заряженных частиц).Модель атома: положительное электричество «размазано» по сфере, в которую вкраплены, как изюм в пудинг, электроны. Модель эфира: эфир существует вне заряженного тела – носителя всей массы, импульса и энергии.

Эрнест Резерфорд (1871–1937 гг.)

1. Использовал метод моделирования для объяснения строения атома.

2. Построил планетарную модель атома.Доказал справедливость планетарной модели атома, что перевернуло устоявшиеся взгляды на строение материи.Планетарная модель строения атома: ядро – устойчивая часть, несущая в себе почти всю массу атома и обладающая положительным зарядом.

Альберт Эйнштейн (1879–1955 гг.)

1. Обосновал соотношение между массой и энергией с помощью мысленного эксперимента.

2. Доказал несостоятельность модели «светоносного эфира».

3. Упразднил модель «абсолютно покоящегося пространства».

4. Сформулировал общий принцип относительности, принцип постоянства скорости света, принцип эквивалентности.Метод моделирования явился одним из основополагающих при построении ЧТО [В России принято СТО. – Ред.], вызвавшей революцию в естествознании.Модель молекулы, модель движущейся среды, квантово-волновая модель
света.

Нильс Бор (1885–1962 гг.)

1. Использовал метод моделирования для объяснения строения атома.

2. Создал квантовую модель атома.

3. Предложил капельную модель ядра и механизм захвата нейтрона ядром.Пользуясь своими представлениями об атоме, Бору удалось рассчитать спектр атома водорода. Созданная Бором теория атома водорода и водородоподобных атомов послужила переходным этапом к созданию последовательных атомных теорий.Квантовая модель атома (на базе атома Резерфорда) опирается на два постулата: постулат о дискретности орбит и правило частот.

На первой лекции по теме «Модели и моделирование как метод познания в физике» учитель знакомит учащихся с понятием модели, видами моделей, функциями, которые они выполняют в научном познании, этапами процесса моделирования. Учащиеся получают представление о роли моделей в физике. В конце занятия учитель предлагает учащимся письменно выполнить следующие задания:

1. Сопоставьте позиции, приведённые в двух колонках:

1. Образные (иконические).

2. Знаковые (символические).

3. Пространственно подобные.

4. Математически подобные.

а) Пространственные модели молекул;

б) график скорости движения тела;

в) материальная точка;

г) математическая запись закона Ампера;

д) муляж руки человека.

2. Какие из приведённых ниже объектов являются идеализациями? моделями?

а) пружинный маятник;

б) материальная точка;

в) абсолютно чёрное тело;

д) изолированная механическая система;

е) точечный электрический заряд;

ж) математический маятник.

3. Укажите последовательность перечисленных ниже этапов моделирования: перенос знаний с модели на оригинал; выбор или создание модели; проверка истинности полученных посредством модели данных о моделируемом объекте и включение их в систему знаний об оригинале; исследование модели; выбор предмета моделирования и постановка задачи.

4. Сопоставьте позиции в двух колонках:

1. Образные (иконические).

2. Знаковые (символьные).

3. Пространственно подобные.

4. Физически подобные.

5. Математически подобные.

а) Модель идеального газа;

б) идеальный цикл Карно;

в) модель атома Резерфорда–Бора;

г) абсолютно упругое тело;

д) гидродинамическая аналогия Максвелла;

е) физические формулы;

ж) пространственные модели молекул;

з) материальная точка;

и) капельная модель ядра;

к) модель электронного газа.

Вторую лекцию по теме «Модели и моделирование как метод познания в физике» учитель посвящает рассмотрению материальных моделей и модельному эксперименту, мысленным моделям и мысленному эксперименту. План изложения: характеристика понятий материальная модель и мысленная модель, выделение их существенных признаков; функции материальных и мысленных моделей в познании; характеристика вышеуказанных понятий, выделение их особенностей; структура и этапы модельного и мысленного экспериментов, их характеристика. Учитель предлагает четыре схемы (см. ниже) и даёт задание провести сопоставление реального и модельного экспериментов. На дом учащиеся получают письменные групповые задания выделить и сравнить существенные черты: материальных и мысленных моделей (1-я группа); реального и модельного экспериментов (2-я группа); реального и мысленного экспериментов (3-я группа). Результат оформляется в виде табл. 2 (см. с. 10).

Схема 1: структура реального эксперимента

Схема 2: структура модельного эксперимента

Схема 3: структура реального эксперимента, осуществляемого в определённых условиях

Схема 4: структура модельного эксперимента, осуществляемого в определённых условиях

Таблица 2. Перечень физических объектов, явлений, процессов для создания моделей

Физические объекты

Атом, молекула, твёрдое тело, кристалл, жидкость, газ, термодинамическая система.

Элементарная частица, заряженная плоскость, заряженный шар, заряженный цилиндр, заряженная сферическая поверхность, электромагнитное поле, диэлектрики, проводники, полупроводники, сегнетоэлектрики, парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики, соленоид, газоразрядная плазма, электромагнитная волна.

Физические явления, физические процессыМежмолекулярные взаимодействия, тепловое движение, диффузия, вязкость, теплопроводность, броуновское движение, поверхностное натяжение жидкости, молекулярное давление поверхностного слоя жидкости, капиллярные явления, кипение жидкости, сверхтекучесть, тепловое расширение твёрдых тел, плавление, кристаллизация, поляризация, равновесные процессы, обратимые процессы, необратимые процессы, циклические процессы, изопроцессы.Поляризация диэлектриков, электрический ток, взаимодействие токов, контур с током в магнитном поле, явление электромагнитной индукции, явление самоиндукции, движение заряженной частицы в однородном магнитном поле, электрический ток в газах, несамостоятельный разряд, самостоятельный разряд, тлеющий разряд, искровой разряд, коронный разряд, свободные колебания в контуре, свободные затухающие колебания, вынужденные колебания, переменный ток.

Практическое занятие «Материальные модели и модельный эксперимент» учитель проводит по следующему плану:

– выполнение модельного эксперимента с предложенными моделями (работа в группах по 2–3 человека) и письменное выполнение заданий: определить вид модели, выделить существенные свойства, функции модели, кратко описать содержание каждого этапа модельного эксперимента при работе с данной моделью;

– заслушивание заранее подготовленных сообщений («Роль и место модельного эксперимента в физике», «Эстетическая ценность модели») и выполнение заданий: прокомментируйте высказывание М.Борна: «Все великие экспериментальные открытия обязаны интуиции тех людей, которые широко использовали модели. Эти модели были, однако, не просто результатами их фантазии, но представляли собой отражение реальных предметов. Как вообще может работать экспериментатор, как может он общаться со своими коллегами, если он не использует моделей?»; оцените предложенные модели в плане соответствия критериям эстетической ценности.

На дом учащиеся получают задание изготовить модели, которые могут быть использованы в модельном физическом эксперименте.

Материал для подготовки: [3, 4].

– выскажите своё отношение к суждению философа А.П.Чернова: «В литературном творчестве, где художник лишён возможности реально экспериментировать с объектом своего описания, этот метод проявляется преимущественно в форме мысленного экспериментирования»;

– проанализируйте мысленный эксперимент «Демон Максвелла» и найдите ошибку в рассуждениях Дж.К.Максвелла, предложившего данный эксперимент;

– приведите примеры реальных экспериментов, проведённых Г.Галилеем и подтверждающих законы свободного падения тел (задание выполняется после анализа текста «Рассуждения Г.Галилео о свободном падении тел» [5]);

– объясните суть кризиса «наглядности», возникшего в науке в начале XX в. Выявите значение принципа наглядности в современной науке. (Задание выполняется после заслушивания сообщения на тему «Мысленный эксперимент и проблема наглядности».)

Материал для подготовки: [6–9].

Важное место в спецкурсе отводится лабораторному практикуму по моделированию физических объектов, явлений и процессов. Оборудование в основном типовое, но в отдельных случаях может быть изготовлено на занятиях силами школьников. При наличии компьютерного класса большая часть занятий лабораторного практикума проводится с использованием компьютеров.

Заключительное (зачётное) занятие проводится в форме защиты проектов. Предварительно учащиеся получают задания: используя разнообразные средства (материалы, физические приборы, средства компьютерного моделирования, языки программирования), создать модели физических объектов, явлений, процессов; подготовить презентацию этих моделей, разработать проект и подготовить его к защите. Проектная деятельность осуществляется в группах, сформированных по желанию. При разработке проекта каждый учащийся получает возможность реализовать свой творческий потенциал, удовлетворить духовные и личностные потребности в области моделирования. Практика показывает, что часть учащихся создаёт материальные модели и готовит презентацию в печатном виде, часть – разрабатывает компьютерные презентации на основе языков программирования, графических редакторов, электронных таблиц. В качестве примера школьникам предлагается табл. 2 с перечнем физических объектов, явлений, процессов для создания моделей по разделам «Молекулярная физика» и «Электродинамика».

Статья подготовлена при поддержке школы английского языка в Москве «Аллада». Если вы решили приобрести качественные знания в области английского языка, то оптимальным решением станет обратиться в школу английского языка «Аллада». На сайте, расположенном по адресу www.allada.org, вы сможете, не отходя от экрана монитора, записаться на курсы. В школе «Аллада» работают только высококвалифицированные специалисты с огромным опытом работы с клиентами.

Литература

1. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1982.
2. Спасский Б.И. Физика в её развитии. – М.: Просвещение, 1979.
3. Белошапка В.К. Информационное моделирование в приерах и задачах. – Омск, 1992.
4. Голин Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы. – М.: Просвещение, 1987.
5. Хрестоматия по физике: Учеб. пособие для уч-ся 8–10 кл. сред. шк./Под ред. Б.И.Спасско

Светлана Иннокентьевна Десненко – к.п.н, доцент кафедры физики, теории и методики обучения физике ЗабГПУ им. Н.Г.Чернышевского, педагогический стаж 24 года, докторант МПГУ. Тема диссертации «Подготовка студентов педвузов к решению задачи развития учащихся при обучении физике в школе». Хобби: игра на фортепиано, чтение книг, работа на даче.
Михаил Анисимович Десненко – учитель физики высшей квалификационной категории, обладатель гранта Сороса, педагогический стаж 24 года. 7 июля 2004 г. защитил диссертацию на соискание звания к.п.н.
Оба супруга – выпускники Читинского ГПИ им. Н.Г.Чернышевского. Область научных интересов: теория и методика обучения физике (вуз), личностно-ориентированное образование в школе и вузе, развитие учащихся при обучении физике, новые информационные технологии при обучении. В семье две дочери: Татьяна (окончила физмат ЗабГПУ по специальности «учитель математики и информатики») и Виктория (учится там же на отделении «информатика-физика» на 5-м курсе). Хобби: игра в шахматы, работа на компьютере, видеосъёмка.

Источник