Лекція № 19.

УЗАГАЛЬНЮЮЧІ ЗАНЯТТЯ З ФІЗИКИ

1. Узагальнення як психолого-дидактична категорія

Розвиток сучасного суспільства породжує багато проблем не лише у виробничій сфері, але і в сфері формування особистості, адекватної сучасному стану розвитку суспільства, врахування перспектив розвитку людського суспільства. Одним із напрямків розв’язання проблеми є формування у школярів науково-теоретичного мислення. Важливим етапом цього процесу є узагальнення вивченого матеріалу [20, с. 321-323].

Якщо мати на увазі процес узагальнення, то це складний процес, в якому дитина переходить від опису окремих конкретних предметів до їх знаходження серед цілого класу подібних предметів. Тут дитина знаходить і виділяє окремі стійкі властивості цих предметів, які повторюються від предмета до предмета.

Результатом процесу узагальнення має бути сформоване вміння учня відійти від деяких часткових і несуттєвих ознак і властивостей та виділити найсуттєвіші ознаки і властивості.

Узагальнення, як правило, розглядається в органічній єдності з абстрагуванням. Виділення деякої якості як загального передбачає відділення його від інших якостей. Це дозволяє учневі перетворювати загальну якість у самостійний і особливий предмет наступних дій.

Комбінацію з двох, трьох і більше абстрактно-загальних ознак, яка стає значенням того чи іншого слова, зазвичай називають поняттям. Змістом поняття є комплекс узагальнених і взаємозв’язаних ознак предмета.

Формування понятійного узагальнення передбачає не тільки перехід від конкретного і одиничного до абстрактного і загального, але і зворотній перехід від загального і абстрактного до одиничного і конкретного.

2. Узагальнення на уроках фізики

Процес узагальнення властивий і для фізики як навчального предмета. Стрижневою лінією всіх методик є процес формування фізичних понять як окремого класу узагальнень властивостей і ознак фізичних тіл та явищ.

Кінцевим результатом вивчення кожної теми програми є формування вміння учнів пояснювати явища чи фізичні тіла та виділяти їх з-поміж інших, застосовувати їх при вивченні наступного навчального матеріалу. Разом з тим для фізики властиве багаторівневе узагальнення знань і формування фізичних понять. Учні повинні вміти розрізняти не лише предмети і явища певного класу, але і робити більш широкі висновки про зміст і особливості та відмітні ознаки явищ і предметів, які вивчаються в окремих частинах чи розділах фізики. Процес узагальнення проводиться не тільки на понятійному рівні, але і на рівні законів і теорій.

При узагальненні фізичних знань можливе використання різних дидактичних прийомів. Одним з таких прийомів є проведення спеціально розроблених узагальнюючих занять, провідна роль у проведенні яких належить вчителю. Хоча не виключається можливість участі учнів у їх підготовці і супроводі..

Програмою середньої школи з фізики передбачено проведення узагальнюючих занять наприкінці кожного класу. Так, курс механіки 9 класу закінчується узагальнюючою лекцією “Механіка і механізація виробництва”. У програмі 10 класу вказується на необхідність проведення лекції “Основні закони електродинаміки та їх технічне застосування”. Вивчення ж фізики в 11 класі закінчується двома лекціями “Сучасна наукова картина світу” та “Фізика і науково-технічний прогрес” [30, с.255-267].

Узагальнюючою ознакою цих лекцій є принцип зв’язку фізики й техніки. За думкою розробників програми такий підхід дозволяє максимально реалізувати принцип узагальнення. Тому такі узагальнюючі лекції є фактично фізико-технічними. По окремих розділах виділяють такі узагальнення: застосування законів механіки до вивчення законів небесної механіки, теплова форма руху матерії і її особливості, електромагнітне поле як вид матерії, корпускулярно-хвильова природа світла, ядерні перетворення, взаємоперетворюваність елементарних частинок і закони збереження. Узагальненню знань учнів по всьому курсу фізики служить заняття, що проводиться як лекція “Сучасна наукова картина світу”, у якій узагальнюється ідея матеріальної єдності всієї природи – від елементарних частинок до Всесвіту, зв’язок мікро- та макросвітів, діалектичний характер розвитку природи, безмежність процесу її пізнання. Друга узагальнююча лекція програми фізики 11 класу на тему “Фізика та науково-технічна революція” передбачає розгляд взаємозв’язку фізики і техніки, фізичних основ космонавтики, фізичних основ енергетики, передачі інформації, створення систем автоматичного керування, роль фізики для механізації народного господарства, електрифікації та автоматизації виробництва, впровадження інформаційних технологій у виробництво тощо. Велике пізнавальне і виховне значення має показ зростаючої ролі застосування нової фізики в сучасному високорозвиненому виробництві, перетворюючої ролі науки в розвитку сучасного виробництва.

Узагальнення фізичних знань дозволяє завершити формування цілісних наукових поглядів на розвиток природи, що здійснюється на лекції “Сучасна наукова картина світу”, яка зводить усі здобутки фізики як науки в єдиний комплекс “Картина світу”.

3. Узагальнюючі лекції як форма узагальнення програмового матеріалу

А. Механіка і механізація виробництва

Тема заняття відображає один з напрямків науково-технічної революції. Перед ним стоїть завдання показати роль фізики в розвитку механізації, задачі і перспективи розвитку машинобудування.

На цьому занятті немає потреби знайомити учнів з будовою конкретних машин, а варто повторити лише фізичні принципи роботи, розглянути наукові засади застосування машин і механізмів у різноманітних галузях сучасного виробництва.

Заняття може бути проведене за таким планом:

1. Загальні відомості про машини.

2. Основні галузі застосування машин і механізмів.

3. Перспективи подальшої механізації виробництва.

Систематизацію знань учнів про основні частини машин і галузі їх застосування, як правило, проводять з застосуванням блок-схем.

Одночасно розглядаються конкретні приклади типових машин, на яких можна яскраво проілюструвати дію законів механіки.

Б. Основні закони електродинаміки і їх практичне застосування

Через великий об’єм вивченого матеріалу в 10 класі і складність його систематизації навколо певної змістової лінії заняття може проводитися по окремій, вужчій за обсягом темі. Однією з таких тем може бути тема «Електропровідність фізичних середовищ і їх застосування ».

Метою цього заняття є узагальнення і систематизація знань учнів про електропровідність різноманітних середовищ, а також про практичне застосування законів провідності в технічних пристроях і технологічних процесах.

У основі систематизації лежить порівняння природи носіїв зарядів у вакуумі, металах, електролітах, газах і напівпровідниках, характеру залежності провідності різних середовищ від температури, сили струму і напруги. Заняття планується у відповідності з циклом теоретичного пізнання:

1) дослідні факти;

2) модель провідності різноманітних середовищ;

3) вольт-амперні характеристики;

4) залежність опору різних середовищ від температури;

5) практичне застосування різноманітних середовищ.

Основним методом проведення узагальнюючого заняття є бесіда, хоча можуть бути і інші активні форми роботи з учнями. Суттєве місце при цьому займає демонстраційний експеримент. Разом з тим потрібно надати належної уваги прикладним питанням, це дозволить розглянути питання під іншим кутом зору, оскільки більшість відомих дослідів були розглянуті при вивченні матеріалу на протязі року. При цьому потрібно приділити увагу найновішим досягненням у відповідній галузі, де застосовуються особливості проходження електричного струму в різних середовищах.

В. Фізика і науково-технічний прогрес

Заняття на таку тему проводиться за програмою 11 класу наприкінці вивчення курсу фізики. Тому на неї покладається завдання узагальнити не тільки програму 11 класу, але і всього шкільного курсу фізики. Тому випускникам потрібно показати значення фізики для прискорення науково-технічного прогресу, вплив фізики на розвиток науки і техніки, взаємозв’язок фізики і техніки. Змістовою лінією узагальнення і систематизації можуть служити основні напрями науково-технічного прогресу, хоча можливі і варіанти розгляду перспективних напрямів у науці.

Схема узагальнення може бути орієнтовно такою: основні поняття, закони, теорії – напрямки науково-технічного прогресу – галузі виробництва – фізичні основи дії конкретних технічних об’єктів.

Заняття потрібно розпочати зі з’ясування таких понять як науково-технічний прогрес і науково-технічна революція.

Науково-технічний прогрес – єдиний, взаємообумовлений процес розвитку науки і техніки; основа соціального прогресу.

Науково-технічна революція – це корінне, якісне перетворення виробничих сил на основі перетворення науки у провідний фактор розвитку суспільного виробництва, безпосередньо у виробничу силу.

Сучасна науково-технічна революція характерна тим, що взаємозв’язок фізики і техніки постійно підсилюється. Розвиток техніки все більше опирається на досягнення науки.

Зворотній вплив техніки на розвиток фізики проявляється в тому. що фізиці доводиться розв’язувати задачі, які ставить перед нею техніка. Потреби техніки стимулюють виникнення нових напрямків у фізичній науці.

Характерною особливістю розвитку сучасної науково-технічної революції є скорочення часу між науковим відкриттям і його впровадженням у техніку.

Після з’ясування суті вказаних понять учні можуть виступити з доповідями за рефератами про розвиток конкретних галузей техніки та вплив фізики на них. Корисною буде дискусія на тему заняття.

На закінчення заняття вчитель повинен вказати на перспективні напрями розвитку науки і техніки.

Г. Фізична картина світу

Це заняття має специфічне завдання. Завершуючи програму всього курсу фізики середньої школи, воно знайомить учнів з однією з найбільш загальних теорій, яка відображає сучасні уявлення про будову Всесвіту. У зв’язку з цим вона сприяє формуванню вищого рівня наукового світогляду, який базується на найбільш узагальнених поглядах сучасної науки. Застосування її положень дає можливість пояснити закономірності як неживого світу, так і світу біологічних об’єктів.

Заняття може бути побудоване за схемою:

1. Поняття фізичної картини світу.

2. Еволюція фізичної картини світу

3. Основні риси сучасної картини світу.

1. Фізична картина світу

Розкриваючи зміст поняття фізичної картини світу варто пояснити учням, що людство на протязі свого розвитку намагалося охватити своєю уявою всю структуру оточуючого середовища в його взаємодіях, усвідомити дію законів, загальних для всього світу тощо. Постійно узагальнюючи потік наукових знань, людина намагалася вписати їх в організовану оболонку, в якій діє взаємодія і перетворення. Така організація узагальнених знань одержала назву наукової картини світу. «Під фізичною картиною світу, – писав А.Ейнштейн, – варто розуміти систему фундаментальних ідей, понять і законів…». У основі фізичної картини лежать певні філософські уявлення та ідеї. Фізична картина є частиною природничо-наукової картини світу, яка в свою чергу входить складовою частиною в сучасну наукову картину світу.

2. Розвиток наукової картини світу

Учням корисно буде дізнатися, що історія науки виділяє три фізичних картини світу: механістичну, електромагнітну, квантово-польову. До зміни кожної з них приводило накопичення і узагальнення знань на основі певної фізичної спільності. Так, механістична картина світу склалася як узагальнення механістичних метафізичних поглядів на природу. Її творцями називають Галілея та Ньютона. Для цієї картини властиві погляди на природу як сукупність атомів, які перебувають у хаотичному русі здійснюючи механічні переміщення в абсолютному просторі, не зв’язаному з матерією і незалежного від неї. Час абсолютний і є тривалістю процесів і не залежить від зовнішніх факторів. Універсальною взаємодією вважалася гравітація. Будь-який стан тіла визначався як однозначно визначений його початковим положенням.

Накопичення нових фактів і знань про природу діалектично викликало суперечливість між існуючими теоріями і новими фактами. Неможливість пояснення електромагнітних явищ на основі уявлень класичної механіки привела до введення поняття електромагнітного поля і електромагнітної взаємодії. Це стало початком розбудови електромагнітної картини світу, біля витоків якої стояли М. Фарадей і Д. Максвелл.

Електромагнітна картина світу основана на уявленні про те, що матерія існує не тільки у формі речовини, але і в вигляді електромагнітного поля. Плідність електромагнітної картини світу для свого часу проявилася у створенні на її основі спеціальної теорії відносності, яка відкрила шлях до розбудови більш сучасних моделей світоустрою.

Накопичення нових фактів і їх вивчення (фотоефект, випромінювання чорного тіла, спектри електромагнітного випромінювання), поставило на порядок денний питання про перегляд електромагнітної картини світу. У зв’язку з цим з’явилася квантова теорія Планка, започаткована на початку ХХ століття гіпотезою Макса Планка про квантування природних процесів.

3. Сучасна наукова картина світу

Сучасна наукова картина світу несуперечливо об’єднує позитивні здобутки раніше розглянутих картин світу з найновішими досягненнями у вивченні природи. Основним положенням для побудови такої теорії крім наукових уявлень різних етапів розвитку науки став принцип взаємодоповнюваності, згідно з яким вищий рівень узагальнення містить у собі потенціальну можливість для висновків нижчого рівня.

Як і всі попередні теорії СКС розглядає питання про властивості матерії, її рух, взаємодії тощо на основі найновіших результатів практичних і теоретичних досліджень. Важливу роль у побудові СКС відіграють дослідження астрофізики.

Вивчення СКС ускладнюється тим, що вона ще не вичерпала себе і знаходиться в стадії формування, а тому не можна визначити її повний зміст.

Картина охоплює декілька аспектів.

1. Уявлення про матерію. З точки зору сучасної фізики існує два види матерії: речовина і поле. Матеріальний світ поділяють відповідно на складові частини: мегасвіт, макросвіт та мікросвіт. Такий поділ не тільки викликаний розмірами фізичних об’єктів, але і особливостями взаємодій, які панують в тих чи інших світах. Так, переважаючою взаємодією у мегасвіті є гравітаційна. У мікросвіті ж переважають специфічні взаємодії на рівні елементарних частинок, при яких практично зникає відмінність між речовиною і полем.

2. Взаємодії. Сучасна фізика розрізняє чотири типи взаємодії: гравітаційна, слаба, сильна і електромагнітна. Такі взаємодії відрізняються одна від одної інтенсивністю і радіусом дії. Крім того, ці взаємодії мають і різне походження. Якщо гравітаційна та електромагнітна взаємодії є чисто польовими, то слабі і сильні належать до так званих обмінних. Якщо до перших двох можна застосувати поняття сили в розумінні механіки Ньютона, то для обмінних таке поняття не застосовується, оскільки взаємодія здійснюється через обмін мезонами між частинками.

Разом з тим, для всіх взаємодій справджуються всі закони збереження.

Учням цікаво буде дізнатися, що вчені працюють над проблемою, сформульованою ще А.Ейнштейном. Він вважав, що всі види взаємодій пов’язані між собою і їх можна описати в рамках однієї теорії, яка умовно одержала назву Великого об’єднання.

3. Рух матерії. Учні повинні розуміти, що будь-якій формі матерії властивий рух. Форми руху різноманітні, рух не можна створити чи знищити. Різні форми руху взаємно перетворюються, і це проявляється в законі збереження енергії.

4. Простір і час Формою існування матерії є простір і час. У сучасній фізиці простір і час пов’язані між собою, вони відносні і залежать від руху матерії. Властивості простору і часу визначаються матерією.