Научные методы познания: теоретический и экспериментальный.
элективный курс по физике (9 класс) по теме

СОДЕРЖАНИЕ  КУРСА

Тема 1.  Вводный урок. Методы научного познания.

Основное содержание: входной тест. Методы познания, краткая характеристика  каждого метода.

Тема 2. Математика – язык физики.

Основное содержание: Математические действия, необходимые при описании физического процесса, составление и решение задач на различные математические действия, составление таблицы характеристик механического движения и методов их изучения.

Тема 3. Технология моделирования – 4 урока.

Урок 1. Теоретические основы моделирования.

Основное содержание: определение моделирования как процесса построения, изучения и применения моделей. Понятие модели, виды моделей, назначение моделей. Необходимость,  возможности и области применения моделирования. Процесс моделирования включает три элемента: субъект (исследователь), объект исследования, модель как инструмент познания. Этапы моделирования: 1 – этап построения модели, 2 – модель как самостоятельный объект исследования, 3 – перенос знаний с модели на оригинал, 4 – практическая проверка получаемых с помощью модели знаний и  их использование для построения обобщающей теории объекта.

Урок 2. Мысленный эксперимент.

Основное содержание: назначение мысленного  эксперимента – на основе развития мысли, логическим путем выявить новую научную информацию, которая содержалась в эмпирических основах знаний, но «не лежала на поверхности». Инструмент мысленного эксперимента – теоретическое мышление. Мысленный эксперимент и знаковое моделирование. Проведение мысленного эксперимента на примере принципа действия тепловой машины.

Урок 3. Моделирование задач.

Основное содержание: план моделирования задачи, моделирование выбранных учениками задач.

Урок 4. Компьютерное моделирование.

Основное содержание: работа с интерактивными компьютерными моделями.

Тема 4. Планирование и постановка эксперимента – 4 урока.

Урок 1. Теоретические основы планирования и постановки эксперимента.

Основное содержание: наблюдение и эксперимент, характеристика. Изучение листка «Наблюдение» и листка «Постановка эксперимента». Выбор учащимися темы, поиск необходимой информации.

Уроки 2, 3 и 4 – практические работы исследовательского характера по выбранным темам.

Тема 5. Создание презентации «Мои успехи в области освоения методами научного познания» - 2 урока.

Основное содержание: обзор приемов и способов создания презентаций – компьютерный вариант, выпуск газеты, театрализованное представление, доклад и т.д. Поиск, обработка и обобщение информации. Работа над презентацией.

Тема 6. Защита презентаций.

Основное содержание: защита презентаций в различных вариантах. Подведение итогов прохождения курса, анкетирование.

ТЕМАТИЧЕСКОЕ  ПЛАНИРОВАНИЕ

Проведение мысленного эксперимента на примере принципа действия тепловой машины.

     Выяснение условий работы тепловой машины проводится в ходе мысленного опыта, осуществляемого по схеме, приведенной на рисунке.

        Q1

        А = Q1 – Q2

        Q2

     Рабочее тело, приведенное в контакт с нагревателем, получает от него количество теплоты Q1 . Затем, расширяясь, рабочее тело совершает механическую работу А. Далее, приведенное в контакт с холодильником рабочее тело отдает ему количество теплоты Q2 и приходит в исходное состояние.

     Приведенная схема может быть представлена экспериментальной установкой.

Нагревателем служит сосуд с горячей водой, а холодильником – сосуд с холодной водой. Рабочим телом является воздух в металлической коробке, стенки которой хорошо проводят теплоту. Если поместить коробку в нагреватель, то воздух в ней нагревается и расширяется. При этом он перемещает поршень и совершает полезную работу по подъему груза. Поднятый груз снимают с поршня и переносят затем коробку в сосуд с холодной водой. Воздух охлаждается, и система приходит в исходное состояние.

Примеры моделирования учебной задачи

Задача.  Два тела массами 400 г и 600 г двигались навстречу друг другу и после удара остановились. Какова была скорость второго тела, если первое двигалось со скоростью 3 м/с?

1.         V1        V2

m                M        до

        V1 = V2 = 0                             после

        Х

2. Закон сохранения импульса: mV1 + МV2 = 0.

3. Закон сохранения импульса в проекциях на ось Х:  mV1 -  МV2 = 0.

4. 0,4*3 – 0,6*V2 = 0,

    1,2 – 0,6V2 = 0,

    1,2 = 0,6V2 ,

    V2 = 2 м/c.

Задача. С какой силой нужно удерживать алюминиевый брусок массой 200 г в воде? В спирте?

1.        алюминий,                                            Fa         Fa

                    Ρц = 2700 кг/м3

        Вода                          спирт

        mg        mg

2. F = mg – Fa,

    Fa  = ρж gVц ,   Vц = m/ρц ,   Vц = 0,2 / 2700 = 0,000074 м3 ,                                                                 Fa = 1000*10*0,000074 =  Н = 0,74 Н.

. F = 0,2*10 – 0,74 = 1,26 Н – для воды.

  F = 0,2*10 – 800*10*0,000074 = 1,408 Н – для спирта.

Вопрос. Что показывает удельная теплоемкость?

Вопрос. Что показывает удельная теплота плавления?

Занятие 2.

Тема. Математика – язык физики.

Цели урока:

Образовательные: систематизировать знания учащихся о математических операциях при решении физических задач.

Развивающие: создать условия для развития навыков логических рассуждений, формирования умения представлять информацию в различных знаковых системах, формирования способности к рефлексии своей деятельности.

Воспитательные: способствовать развитию умения участвовать в дискуссии, навыков работы в команде.

План  урока.

1 этап. Подготовка к восприятию темы. Актуализация знаний.

Цель – выявить степень остаточных знаний по математике (арифметические действия, действия с векторами, графики).

2 этап. Освоение материала урока.

Цель – создать условия для формирования умения представлять информацию в различных знаковых системах, развития аналитического мышления.

3 этап. Совершенствование знаний и умений.

Цель – формировать способность к рефлексии своей деятельности  и умения вести диалог и дискуссию.

Ход  урока.

1. На прошлом уроке мы определили два метода научного познания: теоретический и экспериментальный.  Внимательно прочитайте предложенный текст и попробуйте определить цель нашего сегодняшнего занятия.

     В окружающем мире человек выделяет объекты и явления, а затем  строит, подбирает различные средства их описания – знания. К ним относят понятия, модели, физические величины, принципы, законы, теории. Такие характеристики свойств объектов, как физические величины, измеряются с помощью эксперимента, получают   количественное выражение. Но они могут рассчитываться и теоретически на основе законов, формул связи.

     Теоретическое познание способствует осознанию сущности процессов, вскрывает закономерности развития. В теоретическом познании отсутствует непосредственное практическое взаимодействие с объектами. Объект изучается только опосредованно, в мысленном эксперименте. Исследователь проникает в сущность явлений посредством абстрактного мышления. Мышление неразрывно связано с языком. Только языки бывают разными:

буквенный (алфавит, например, русского языка) – а,б,в,г,д,…э,ю,я.

     графический (рисунки, схемы) –         N

                R1

     R        Fтр.         V

        R        mg

     математический (графики, формулы) -  F = ma,  

Поскольку физика – наука точная, то описание  любого физического процесса невозможно без использования математики.

Результатом работы с текстом должно стать выделение цели урока – показать невозможность описания физических процессов без использования языка математики.

2. Постановка учебной проблемы – какие математические действия с физическими величинами необходимы при описании физического процесса, например, механического движения?

(ученики должны вспомнить арифметические действия, действия с векторами, графические построения).

     Группам предлагается на выбор придумать и решить задачу на одно из математических действий.

Варианты задач:

1). Тело массой 4 кг равномерно перемещают по горизонтальной поверхности, действуя силой 45 Н. Определите коэффициент трения.

Решение:         

        Fтр.         F=45 Н        F-Fтр. = 0 (а=0),        

        45 – μmg = 0,

           х        45 - 40μ =0,

        μ = 1,125.

     2). Будет ли двигаться воз, если лебедь, рак и щука тянут его с одинаковыми       силами.

Вариантов решения может быть множество, в зависимости от выбранных направлений сил, например, как на рис.                       Л

        Р                             Щ

    3). Определите по графику характер движения тела и найдите скорость и ускорение тела на всех участках.

 V,                                                                                 Решение: 1 – равноускоренное,

  м                                                                              V0 =10 м/c,

30

20        2        

1        3

10

        0              5                 15              25        t,с

В результате работы в группах над решением задач учащиеся должны повторить действия над векторами, анализ (чтение) графиков, виды движения и их характеристики.

2. Представление и обсуждение результатов работы групп.

В процессе дискуссии повторяются и закрепляются действия с векторами, умение анализировать графики, решать расчетные задачи с использованием графической информации.

В качестве обобщения ученикам предлагается составить и  начать заполнение таблицы:

   Критерии оценивания – по степени участия в дискуссии, активности работы в группе.

Домашнее задание: заполнить таблицу, составить уравнение второго закона Ньютона для рис.

        а        

        F        а

     Итогом занятия должно стать формирование знания о необходимости применения математики для изучения физических процессов, повторение и развитие навыков решения задач с использованием различных математических  действий, а также дальнейшее углубление знаний о теоретическом и экспери-ментальном методах исследования физических процессов.

.

ВХОДНОЙ   ТЕСТ

1. Почему Вы выбрали этот курс?

А – нравится предмет – физика.

Б – хочу продолжить образование в области естественных наук.

В – по совету друга.

Г – другое.

2. Оцените свою информированность в области физико-математических достижений в современном обществе (укажите место на отрезке в баллах от 1 до 10)

        1                                                             10

3. Какая область деятельности наиболее привлекательна для Вас?

А – выдвижение гипотез, идей.

Б – проведение экспериментов.

В – создание моделей с помощью схем, рисунков, графиков.

Г – решение нестандартных задач.

Д – участие в дискуссии.

Е – другое (укажите вид деятельности)________________________

_________________________________________________________

4. Предложите последовательность действий при изучении нового явления.

А – эксперимент, наблюдение, гипотеза, теория.

Б – наблюдение, гипотеза, эксперимент, теория.

В – теория, эксперимент, наблюдение, гипотеза.

Г – гипотеза, эксперимент, наблюдение, теория.

Д – Ваш вариант:___________________________________________

5. Знаете ли Вы, что такое модель в науке?

А – знаю.

Б – не знаю.

6.  Чем обязательно должна характеризоваться любая модель?

А – должна быть уменьшенной копией изучаемого объекта.

Б – должна иметь внешнюю форму как у изучаемого объекта.

В – Должна отражать основные характеристики объекта для изучения данного процесса.

Г – должна иметь внутреннюю форму как у изучаемого объекта.

АНКЕТИРОВАНИЕ

1. Какова на Ваш взгляд была цель предпрофильного курса? ___________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

2. Что являлось предметом изучения? _______________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

3. Какие виды деятельности вызвали у Вас наибольший интерес? ________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

4. С какими методами научного познания Вы познакомились? __________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

5. Что такое модель? Моделирование? ______________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

6. Каковы, по Вашему мнению, преимущества метода моделирования? ___

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

7. Что для Вас при прохождении курса являлось самым трудным? _______

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

8. Что нового Вы бы хотели еще узнать по этой теме? __________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

9. Какие новые качества Вы приобрели или развили в процессе работы (внимательность, воображение, самостоятельность, активность, коммуникативность и др.)? ________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

10. Поможет ли Вам данный курс в дальнейшем обучении? _____________

________________________________________________________________

ЛИТЕРАТУРА

1. Атаманская М.С. Технология графических образов. Ростов-на-Дону: изд-во РО ИПК и ПРО, 2006.
2. Атаманская М.С. Возможности конструирования содержания образования учителями физики. Ростов-на-Дону: изд-во РО ИПК и ПРО, 2006.
3. Сауров Ю.А. Физика в 10 и 11 классах. Модели уроков. Москва: «Просвещение», 2005.
4. Шодиев Д. Мысленный эксперимент в преподавании физики. Москва: «Просвещение», 1987.
5. Осмоловская И.М. Методология науки. Москва: «Юнита 1», 2002.
6. Гульчевская В.Г. Педагогические основы современного образования. Ростов-на-Дону: изд-во РО ИПК и ПРО, 2006.
7. Касьянов В.А. Физика 10. Москва: Дрофа, 2002.
8. Максимова Л.И. Методическое пособие. Ростов-на-Дону: изд-во РО ИПК и ПРО, 2006.
9. Неразгаданные тайны человечества. Франция: ЗАО «Издательский дом Ридерз Дайджест», 2004.
10. Платон. Диалоги. Москва: изд-во «Мысль», 1986.