Главная / Физика / Моделі і моделювання в системі навчання фізиці

Моделі і моделювання в системі навчання фізиці


Управління освіти виконавчого комітету Нововолинської міської ради

Міський методичний кабінет

Нововолинська загальноосвітня школа І – ІІІ ступенів № 8





Опис власного педагогічного досвіду

Моделі і моделювання

в системі

навчання фізиці







Підготував

учитель фізики

Слободян В.І.







2012

Моделі і моделювання у системі навчання фізиці


На початковій стадії навчання фізиці, коли учні володіють в основному конкретно- чуттєвою формою мислення і, крім того, у них немає ще багато яких необхідних відомостей про фізичні об'єкти (явищах), надзвичайно важливу роль грає наочність і доступність викладу. Одним із засобів наочності в цей час може служити поняття «модель». В курсі фізики VIІ класу ми починаємо знайомити учнів з цим поняттям вже при вивченні теми ,,Будова речовини”. Кажучи про молекули, вводимо поняття моделі, причому підкреслюємо, що модель не є збільшеною або зменшеною копією (або явища) . На це потрібно звернути особливу увагу. Адже дуже важливо, щоб в свідомості учнів відразу ж правильно формувалися поняття «модель», «моделювання», оскільки нерозуміння їх (наприклад, ототожнення моделі і оригінала) приводить до негативних результатів в навчанні, заважає виявленню суті фізичних явищ.

Ознайомивши учнів з початковими відомостями про молекули зокрема, повідомивши про їх надзвичайно малі розміри, відзначаємо, що молекули складаються з ще більш дрібних частинок — атомів. Далі розказуємо наступне. Побачити молекули, наприклад води, навіть в дуже сильний мікроскоп неможливо, а тим більш не можна роздивитися атоми, з яких вона складається. Проте вчені з'ясували не тільки те, які атоми входять в склад молекули даної речовини, але яке їх число і як вони розташовані «усередині молекули». Щоб уявлення про молекулу зробити наочними, будують макет молекули (поняття «макет» більш доступне учням молодших класів), який називають також моделлю молекули.

Далі (скориставшись набором моделей атомів, призначених для уроків хімії), показуємо модель молекули води пояснюємо, як вона побудована. Відзначаємо, що ця модель дає уявлення не про всі особливості молекули води, а лише про деякі, а саме: говорить про наявність в молекулі води одного атома кисню (а не двох або п'яти) і двох атомів водню, ілюструє їх взаємне розташування один відносно одного (наприклад, підкреслює, що центри атомів розташовані не на одній прямій). В той же час відзначаємо, що ця модель не розкриває внутрішньої «структури» (будови) атомів, з яких складається молекула, а також механізму процесів і явищ, що відбуваються усередині молекули. Ні про що не говорить дана модель і про розміри атомів самої молекули.

Такий підхід дозволяє вже в VIІ класі звернути увагу учнів не тільки на кількісну, але і на якісну неповноту моделі. На уроці даємо спочатку спрощене визначення моделі: «Модель — це штучно створений предмет (або явище), має деяку подібність з досліджуваним тілом (або явищем)». Наводимо приклади: модель молекули води має певну подібність з самою молекулою води, іграшкова модель автомобіля — із справжнім автомобілем, скульптура людини — з самою людиною і т.д.

Дуже важливо переконати учнів як в користі моделей для вивчення тих або інших явищ, так і в їх практичній необхідності. Для цього приводимо на уроці наступні два приклади.

1. Відомо, що таке явище, як блискавка, протікає дуже швидко і окремі «деталі» блискавки роздивитися детально не вдається. За допомогою фотографії,котра є моделлю блискавки, ці деталі можна роздивитися протягом довгого часу, детально вивчити.

2. В 1870 р. англійське адміралтейство побудувало броненосець «Кептен». Учений-кораблебудівник В. Рід, вивчаючи модель цього судна, встановив, що воно буде нестійким і навіть при невеликому хвилюванні може перекинутися. Але англійське адміралтейство не звернуло увагу на висновки ученого, і корабель був спущений на воду. На рейді він перекинувся, морська безодня поглинула 523 моряки.

Завершуємо урок більш точним визначенням моделі: «Модель — це штучно створений предмет (явище), має деяку подібність з досліджуваним тілом і даючи нові знання про цей предмет (явище) ».

При вивченні дифузії в газах, рідинах і твердих тілах ми також використовуємо моделювання, ураховуючи в той же час, що тут особливо важливе виявлення відмінностей моделі і оригіналу. Після демонстрації дослідів, що ілюструють явище дифузії, моделюємо хаотичний рух молекул, для чого з відомої механічної моделі броунівського руху видаляємо гумову пробку і демонструємо безладний рух сталевих кульок. Підкреслюємо учням, що така модель має за мету дати уявлення про безладний (хаотичний) рух молекул. При цьому для зручності кожна молекула моделюється у вигляді суцільної кульки, оскільки тут не ставиться мета показати її будову. Звертаємо увагу учнів на те, що, хоча ця модель і дає певні уявлення про рух молекул, вона не описує його повністю у всіх деталях. Адже в моделі кульок порівняно мало , тоді як число молекул в речовині величезне. За 1с кожна з них встигає зіштовхнутися з іншими молекулами мільйони разів. Тому безладність (хаотичність) руху молекул виявляється значно сильніше, ніж при русі кульок в моделі. Крім того, підкреслюємо, що в моделі кульки підштовхуються пружною сталевою пластинкою, згорнутою в кільце. Якщо припинити її дію, кульки швидко зупиняться. Рух же молекул — це їх характерна, так би мовити, внутрішня, властива їм особливість, і вона не припиняється ні за яких обставин.

Таким чином, і тут інформація про неповноту моделі дозволяє більш правильно представити саме явище. На закінчення моделюємо явище дифузії за допомогою цього ж приладу.

При вивченні матеріалу молекул моделі молекулярного руху притягується для пояснення ще одного фізичного явища — тиск газу. Щоб учні краще уявили суть справи наводимо таку рисункову модель-аналогію: якщо в лежачій на столі коробці знаходиться величезне число " (наприклад 10 000) безладно] то через однакові отвори Л, В, З, В за один і той же час (наприклад, за 2 хв) з коробки вийдуть майже однакові кількості мурашок. (Можна сформулювати інакше: «Після того, як практично всі мурашки покинуть коробку, виявиться, що з кожного отвору вийшла приблизно од- накова кількість мурашок».) Якби число мурашок було малим або вони рухалися не безладно, то такий законів мірної не було б. Цей приклад наочно пояснює як випадковий, безладний рух величезної кількості] молекул приводить до певної закономірності — рівності тиску на стіни судин.

При вивченні в VII класі електричного кола і його складових частин відзначаємо, що електрична схема - це модель (знакова) електричного кола. Пояснюємо що різні фізичні прилади позначають умовними знаками , часто зовнішньо не подібними на самі прилади. (Наводимо «азбуку» позначення основних елементів електричного ланцюга.) Збираємо на демонстраційному столі простіше електричне коло з двома послідовно з’єднаними електричними лампами, креслимо на дошці відповідну схему і пояснюємо, що останнє , на якому показано, з яких приладів полягає електричне коло і як вони з’єднанні один з одним. Порівнюючи електричне коло і його схему, звертаємо увагу вчиться на наступне: не дивлячись на те що схема зображена вірно, вона не ідентична електричному колу ні на вигляд, ні за своїм змістом. Так, схема свідчить про те, що як джерела струму використовується не один, елемент або акумулятор, а батарея елементів або акумуляторів, до якої підключені два електричні лампочки^ і один вимикач. Схема показує, як ці прилади сполучені один з одним, але вона нічого не говорить про те, які саме електричні лампи включені в ланцюг, як далеко вони розташовані один від одного, з якого матеріалу виготовлені сполучні дроти, використовується в якості джерела струму батарея елементів або батарея акумулятор рів. Тому про електричну схему можна говорити як про модель електричного кола, а оскільки ця модель складена

36

hello_html_m1b47d3d0.jpg

©

hello_html_4b47adaf.jpg

®

hello_html_m1b528334.jpg

hello_html_40f0212e.jpg

12 3 4 5 6 7 6

Насос

Кран

hello_html_m68d51bc5.jpg

Турбіна

з умовних позначень (знаків), то її можна вважати знаковою моделлю електричного кола.

Як показує досвід роботи, на першому ступені навчання фізиці іноді дуже корисні рисункові моделі, наприклад така, як зображена на мал. 86 підручника (пояснююче суть закону Паскаля з молекулярної точки зору).

При розгляді матеріалу про барометр-анероїді ми приводимо рисункову модель, показану на мал. 4; при вивченні електричних ланцюгів — гідродинамічну аналогію електричного ланцюга (мал. 5), дозволяючу учням краще зрозуміти призначення різних елементів електричного ланцюга. Це особливо важливо, оскільки у учнів часто виникає невірна думка про те, ніби джерело струму «виробляє заряди», які і рухаються по електричному ланцюгу. Рисункову модель-аналогія допомагає попередити появу таких помилкових уявлень (насос не створює воду, а лише викликає її рух; заряди є в самих дротах, подібно тому як вода — в трубах).


І

• • • • • • •


Моделі в атомній фізиці

Розвиток атомної фізики нерозривно пов'язаний з ви­користанням моделей. Ці моделі відображають світ ре­альних мікрооб'єктів і є наочним зображенням тих сис­тем або процесів, які безпосередньо неможливо спосте­рігати. Вони пояснюють на відповідному етапі розвитку науки структуру будови атома, розкривають окремі його властивості і на основі цього дають можливість зрозуміти чимало макроскопічних явищ. Деякі з цих моделей ви­вчаються в шкільному курсі фізики.

У 1902 р. У. Томсон (Кельвін) запропонував статичну модель атома, за якою весь позитивний заряд останньо­го рівномірно розподілений в його* об'ємі, а електрони утворюють кілька груп у вигляді концентричних шарів. У своїй моделі вчений відобразив лише два експеримен­тальні факти — наявність електронів і закон збереження зарядів.

Дж.-Дж. Томсон розвинув далі цю модель, зазначив­ши, що, крім рівномірного розподілу позитивного елек­тричного заряду в об'ємі атома, відбувається ще рух електронів по певних орбітах. Ця модель користувала­ся загальним" визнанням протягом майже десяти років. На основі цієї моделі було зроблено важливі висновки: пояснено поляризацію атомів, розкрито фізичну суть ді­електричної сталої, передбачено існування ізотопів.

У 1913 р. Бор розвинув далі модель атома Резер­форда, синтезувавши в ній уявлення про обертання на­вколо ядра електронів і перехід їх з однієї орбіти на ін­шу під час випромінювання або поглинання атомом елек­тромагнітних хвиль. Отже, ця модель поєднала в собі класичні і квантові уявлення. Тому модель атома Бора можна трактувати як своєрідний перехідний етап від кла­сичної фізики до квантової.

Дальший розвиток експериментальних і теоретичних досліджень в області атомної фізики показав, що мо­дель Н. Бора також не може пояснити багатьох проце­сів, які відбуваються в атомі, і вона досить наближена. Так, на основі моделі не можна було зрозуміти механіз­му виникнення спектрів важких атомів, починаючи вже з гелію.

Ці труднощі були усунені квантовою механікою. Рів­няння Шредінгера — головне рівняння квантової ме­ханіки — стало математичною моделлю мікрооб'єктів. Квантова механіка оперує вже не структурними моделя­ми, а енергетичними. Ці моделі стали особливо результативними в ході вивчення відповідних явищ фізики твер­дого тіла.

Учнів доцільно ознайомити із цими моделями, щоб вони мали змогу переконатися в тому, що кожна наступ­на модель повніше описує досліджуваний об'єкт — атом. Отже, з часом наші знання все більш і більш уточнюють­ся, поглиблюються, тобто процес пізнання нескінченний.



Використання елементів методу

моделювання в процесі розв'язування задач з фізики

Використання елементів методу моделювання допо­магає учням краще зрозуміти явища, процеси, взаємодію| механізмів і машин, про які йдеться у відповідних фізич-них задачах. Моделювання в багатьох випадках полег­шує сам процес розв'язування задачі, допомагає складне замінити доступнішим і пояснити його. Крім того, вчи­тель має можливість глибше ознайомити учнів з деяки­ми особливостями методу моделювання та його практич­ним використанням. Як приклад розглянемо окремі за­дачі, в процесі розв'язування яких тією або іншою мірою використані ідеї методу моделювання.


27. Моделювання і позакласна робота учнів з фізики

Позакласна робота учнів з фізики — невід'ємна скла­дова частина всієї навчально-виховної роботи в школі.

На позакласних заняттях учитель є значні можли­вості розширити знання учнів про метод моделювання, показати, що моделі використовуються не тільки у фізи­ці, а й у багатьох інших науках: математиці, хімії, біоло­гії, географії, кібернетиці, медицині та ін. На основі тако­го спільного використання цього методу багатьма науками вчителі мають можливість формувати в учнів уявлення про єдність явищ природи, поглиблювати міжпредметні зв'язки, проводити відповідну профорієнтаційну роботу.

Як показує практика, не має потреби організовувати спеціальні гуртки з вивчення методу моделювання, хоча можуть бути й такі. Якщо в школі працює рефератив­ний фізичний гурток, то достатньо провести два-три спе­ціальні заняття, на яких ознайомити учнів з методами наукових досліджень, у тому числі й з методом моделювання, його класифікацією та застосуванням . Після цього можна вже глибше розкривати зміст і вико­ристання цього методу у взаємозв'язку з вивченням на заняттях гуртка конкретних тем курсу фізики.

При конструюванні навчальних моделей часто можна спостерігати дві діаметрально протилежні крайності. Одна з них полягає в тому, що діяльність учнів скеровується на виготовлення таких моделей машин, установок, споруд, які були б до найменших дрібниць подібні до оригіналу. На виготов­лення таких моделей затрачається багато часу й праці. Вони дуже далекі від наукових і мало ефективні в нав­чальному процесі. «Надто подібна модель, яка майже зливається з оригіналом, не дає, по суті, нічого нового порівняно із самим оригіналом». Отже, виго­товляти навчальні моделі, які за складністю майже не відрізняються від своїх оригіналів, а самі оригінали легко можна спостерігати в натурі, недоцільно.

Спостерігається й друга крайність. Певна технічна установка або якась машина спрощується настільки, що перестає бути моделлю свого оригіналу, «...надто несхожа модель, яка дуже відрізняється від оригіналу, може легко призвести до помилки»

Моделі і моделювання в системі навчання фізиці
  • Физика
Описание:

 

На початковій стадії навчання фізиці, коли учні володіють в основному конкретно- чуттєвою формою мислення і, крім того, у них немає ще багато яких необхідних відомостей про фізичні об'єкти (явищах), надзвичайно важливу роль грає наочність і доступність викладу. Одним із засобів наочності в цей час може служити поняття «модель». В курсі фізики VIІ класу ми починаємо знайомити учнів з цим поняттям вже при вивченні теми ,,Будова речовини”. Кажучи про молекули, вводимо поняття моделі, причому підкреслюємо, що модель не є збільшеною або зменшеною копією (або явища) . На це потрібно звернути особливу увагу. Адже  дуже важливо, щоб в свідомості учнів відразу ж правильно формувалися поняття «модель», «моделювання», оскільки нерозуміння їх (наприклад, ототожнення моделі і оригінала) приводить до негативних результатів в навчанні, заважає виявленню суті фізичних явищ.

Автор Слободян Василь Іванович
Дата добавления 07.01.2015
Раздел Физика
Подраздел
Просмотров 432
Номер материала 41620
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓