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 р-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.
