Статья "НАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТАХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЕ УЧАЩИХСЯ."
статья по физике (7, 10, 11 класс)

УДК 372.853

НАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТАХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЕ УЧАЩИХСЯ.

Сахаров Юрий Евгеньевич

старший преподаватель кафедры обшей физики,

Резникова Елена Александровна

студентка

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный педагогический университет»

Аннотация: в статье рассматриваются ключевые моменты натурного моделирования в демонстрационных опытах и в экспериментальной работе учащихся; поднимаются вопросы использования натурного моделирования для формирования у обучающихся столь необходимых навыков научного метода познания.

Ключевые слова: моделирование, натурное моделирование, информационное моделирование, моделирование в демонстрационных опытах, ученическое моделирование.

FIELD MODELLING IN DEMONSTRATION EXPERIMENTS AND EXPERIMENTAL WORK OF STUDENTS.

Sakharov Yuri Evgenievich

Reznikova Elena Alexandrovna

Abstract: the article discusses the key points of field modelling in demonstration experiments and in the experimental work of the students; the issues of using full-scale simulation for developing students ' much-needed skills scientific method of knowledge.

Key words: modelling, field modelling, information modelling, simulation and demonstration experiments, student modeling.

В настоящее время большое значение придается физическим экспериментам. Это связано не только с процессом формирования предметных умений но и с универсальными учебными действиями.

Мы обращаемся к натурному моделирование, потому что оно позволяет развивать представления обучающихся о научном методе познания. При натурном моделирование обучающиеся проходит все его этапы. У них формируется представление о том, что процесс познания должен быть научным.

«Моделирование - это метод воспроизведения и исследования определённого фрагмента действительности (предмета, явления, процесса, ситуации) или управления им, основанный на представлении объекта с помощью его копии или подобия — модели. Модель обычно представляет собой либо материальную копию оригинала, либо некоторый условный образ, представленный в абстрактной (мысленной или знаковой) форме и содержащий существенные свойства моделируемого объекта. Процедуры создания моделей широко используются как в научно-теоретических, так и в прикладных сферах человеческой деятельности». [1]

Моделирование можно отнести к одной из двух групп: натурное и информационное. Информационное моделирование можно так же назвать дискретным, подчеркивая то, что информация нам дается в дискретной форме, посредством определенного алфавита и языка.

Что же такое натурное моделирование? «Натурным моделированием называют проведение исследования на реальном объекте с последующей обработкой результатов эксперимента на основе теории подобия»[2].  Процесс натурного моделирования можно разделить на три части:  научный эксперимент, комплексные испытания и производственный эксперимент. Натурное моделирование – это объект, который создается по примеру натурального объекта, с некоторыми незначительными изменениями с целью изучения и исследования реального объекта в условиях школы.

Моделирование, по сути, является методологией эксперимента. В этом процессе указывается, как ставить эксперимент, как обрабатывать данные, для получения точных результатов, которые в последующем будут распространяться на группу подобных явлений. [3]

Моделирование имеет два направления: планирование эксперимента – методика проведения наблюдений за явлениями и одновременно изучать эти явления. Такие многофакторные эксперименты должны проводиться согласно определенным правилам и четким указаниям, предусматривая все непредсказуемые моменты.

Обработка данных – методика расчета и построения достоверных характеристик исследуемого объекта, с целью изучения погрешностей и устранения ошибок при последующих проведениях подобных явлений.

Какие же универсальные учебные действия формируются при работе с натурными моделями у учащихся?

Первое, «постановка и принятие учебной задачи. Учащимся должно казаться, что задачу очень легко решить. Они должны самостоятельно обнаружить и предложить новый способ решения. Задача должна давать возможность усвоить главное отношение, которое ляжет в основание нового способа и нового понятия»[4].

Второе, «действие преобразование условий задачи и моделирования»[4].

Третье, «решение учебной задачи учащиеся начинают с выделения главных свойств рассматриваемого объекта»[4.

Четвертое, происходит сам процесс выполнения эксперимента, в котором учащиеся приобретают навык и знания работы с определенным объектом.

Полученные данные, в ходе моделирования, учащиеся анализируют, делая выводы, подтверждают или опровергают свою гипотезу по данному явлению происходящие с определенным объектом.

Разберем конкретное задание для учащихся на моделирование объекта.

Например: создать рабочую модель поршневого-жидкостного насоса.

Распишем этапы:

- выдвижение гипотезы;

- выделяются главные свойства моделирования и откидываются несущественные;

- происходит проектирование модели (объекта);

- создается модель (объект);

- проведение эксперимента с моделью;

- измеряются параметры, изучаются свойства модели;

- делаются выводы на основе эксперимента, подтверждается или опровергается гипотеза.

Последнее время стало очень модно использовать информационное моделирование, при этом натурное моделирование такое как, например, выпускаемые в промышленности модели броуновского движения и тому подобные остаются на полках. Несмотря на все плюсы информационного моделирования, нельзя предавать «забвению» демонстрационное натурное моделирование, так как оно является наглядным примером для соответствующей учебной деятельности обучающихся. Тем более, что «на основе анализа использования компьютерных (информационных) моделей в учебном процессе нашего ВУЗа и в двух школах г. Воронежа был сделан вывод о том, что постоянное использование компьютерных моделей и презентаций перестало выполнять функцию развития и поддержания интереса учащихся».[5, с. 51]

Приведем пример демонстрационной натурной модели, разработанной студентами Воронежский государственный педагогический университет (ВГПУ). Данная установка была представлена на Всероссийской студенческой олимпиаде по методике преподавания физики в Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет (г. Челябинск) в 2013 году студенткой Исланкиной М.В.

Главной целью являлось необходимость проектирования собственной демонстрационной установки по моделированию опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц, так как описание демонстрационных установок можно найти только в учебниках А.А. Покровского[6], где модель демонстрирует только принцип взаимодействия движущихся α-частиц с ядром атома, но не раскрывает конструкцию установки и С.А. Хорошавина[7], причем «в учебнике Хорошавина истинное электрическое взаимодействие между частицами подменяется магнитным взаимодействием между постоянными магнитами, что вносит дополнительную путаницу в знания учащихся»[8, с.37 -38].

«Установка состоит из распылителя, закрепленного в лапке штатива, шарика от кондуктора электрофорной машины в изолирующем штативе, белого хлопчатобумажного экрана, высоковольтного источника питания.

В распылителе вода, покрашенная гуашью и шар подключены к положительному полюсу высоковольтного источника питания. Распыленные капельки воды будут моделировать поток α-частиц, шарик-ядро мишени.

Наблюдение за распылением воды производится с помощью экрана из белой хлопчатобумажной ткани. В начале на экране появляются цветные капельки воды, моделирующие полет α-часиц, при отсутствии какого-либо препятствия. Затем шар и подкрашенную воду заряжают положительным зарядом от высоковольтного источника.

В данном опыте при использовании дополнительного белого экрана и хлопчатобумажной ткани можно продемонстрировать, что существуют  α- частицы, которые отклоняются на углы 90 и более градусов».[8, с. 38]

Таким образом, сконструированная модель наиболее полно отражает как саму установку Резерфорда, так и наблюдаемые результаты в опыте.

Работа по конструированию заданий для учащихся по демонстрации натурных моделей продолжается. Происходит процесс описания методики, их применение на практике и исследование результатов такого применения.

Список литературы.

1. Стёпин. В.С. Моделирование. Гуманитарная энциклопедия [Электронный ресурс] // Стёпин В. С. Гутнер Г. Б Голдберг Ф. И. - Центр гуманитарных технологий, - 2010–2017 — URL: http://gtmarket.ru/concepts/7025

2. Родионов. В. Б. «Теория систем и системный анализ» [Электронный ресурс] // Виктор Сафронов, - 2006–2017- URL: http://victor-safronov.ru/systems-analysis/lectures/rodionov/08.html

3. Лукашевич В. К.  Модели и метод моделирования в человеческой деятельности // Минск “Наука и техника” - 1983 г. - 120с.

4. Соловьева О.П. Методические особенности реализации универсальных учебных действий на уроках физики. «Kazanobr.ru” – выпуск №6 – 2013. - http://smi.kazanobr.ru/6/14.php

5. Любушкина О.С. Применение материальных моделей физических процессов на уроках в средней школе. Наука в исследованиях молодых: материалы IV Международного научного форума студентов, магистрантов, аспирантов (Новосибирск, 30 ноября 2013 г) // Любушкина О.С. Исланкина М.В., -Новосибирск: ООО «ЦСРНИ», - 2013 — 51-52 с.

6. Бурова В.А. и др. под редакцией  Покровского А.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе: - Изд: 3-е М., «Просвещение», - 1979. - 351с.

7 Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе. - М.: «Просвещение», - 1988. - 125с.

8. Исланкина М.В. Применение материальных моделей физических процессов на уроках в средней школе. Наука в исследованиях молодых: материалы IV Международного научного форума студентов, магистрантов, аспирантов (Новосибирск, 30 ноября 2013 г) // Исланкина М.В. Любушкина О.С., -Новосибирск: ООО «ЦСРНИ», - 2013 — 37-39с.

© Е.А. Резникова, Ю.Е. Сахаров, 2017