Т.С.ФЕЩЕНКО,
методист ОМЦ ЮЗАО, учитель школы № 1279,
г. Москва

Физические модели

План-конспект урока объяснения нового материала. 10-й класс

Физика как наука о наиболее общих законах развития природы играет ведущую роль в формировании научного мировоззрения школьников, поэтому особое внимание на уроках должно уделяться знакомству с методами научного познания. Оно должно сопровождать изучение всех разделов курса, однако решающую роль играют первые уроки. Обязательным этапом при этом – и при изучении нового материала, и при решении задач, и при выполнении лабораторных работ – является моделирование – процесс построения мысленной идеальной модели физического объекта или явления.

В качестве примера хотелось бы привести план урока «Физические модели» (УМК В.А.Касьянова). На предшествующем уроке рассматривались этапы и формы познания в физике, поэтому проверка домашнего задания связана со структурой научного знания и его особенностями. Кроме того, учащимся предлагаются задания для проверки сформированности оценочных умений, умений выявлять переменные, проверять данные, интерпретировать, решать нестандартные задачи. Результаты такой проверки помогают осуществлять в дальнейшем индивидуализированный подход к учащимся.

Образовательная цель: формирование представления о физических моделях и модельных приближениях как необходимом этапе научного познания.

Оборудование: на каждый стол – комплект карточек-заданий, визитка (карточка с указанием имени и фамилии учащегося).

Ход урока

1. Организационный момент (2 мин)

2. Проверка знаний, их актуализация (10 мин)

Вопросы раздаются по рядам (на каждый стол по 2 вопроса по теме ряда и полный перечень вопросов). Если учащиеся не могут ответить на «свои» вопросы, им помогают сидящие за следующим столом или в другом ряду. Каждый учащийся может выбрать для себя тот вопрос, на который он может дать наиболее полный и обоснованный ответ.

1-й ряд (у окна): «Эксперимент»

1. Как вы понимаете, что такое эксперимент?

2. Приведите примеры физических экспериментов.

3. Чем эксперимент отличается от наблюдения?

4. Какую роль играют эксперименты в физике?

5. От чего могут зависеть результаты эксперимента, их точность?

6. Представьте себе, что проводится опыт по нагреванию воды в сосуде и с помощью термометра определяется температура в момент кипения. Можно ли утверждать, что вода обязательно закипит при температуре 100 °С?

7. Могут ли измениться результаты эксперимента, если первый раз его проводит Петя, а второй — Вова? Объясните.

8. Проводя эксперимент по определению жёсткости пружины, ученик получил ответ, не соответствующий табличному значению. Почему такое могло произойти?

9. Какую роль в физике играют гипотезы? Приведите примеры физических гипотез.

10. Какую роль играют физические наблюдения?

2-й ряд (середина): «Физический закон»

1. Как вы понимаете, что такое физический закон?

2. Чем отличается физический закон от любого другого физического знания?

3. Что общего между любым физическим законом и другим физическим знанием?

4. Всегда ли верен физический закон? Приведите примеры.

5. Выскажите свою точку зрения и объясните, являются ли законами: а) «золотое правило» механики; б) принцип относительности Галилея; в) уравнение движения х = х₀ + ₀t.

6. Почему законы сохранения энергии и импульса называют фундаментальными?

7. Можно ли назвать закон Гука фундаментальным?

8. Как вы ответите на вопрос: «Правильны ли законы Ньютона»?

3-й ряд (у стены): «Физическая теория»

1. Что такое физическая теория?

2. Какие элементы физического знания включает в себя физическая теория? Какова структура физической теории?

3. Как вы понимаете слова объяснительная и предсказательная функции теории? Приведите примеры.

4. Какую роль играют фундаментальные опыты в физической теории? Ответ поясните на примерах.

5. Как взаимосвязаны физический закон и физическая теория? Приведите примеры.

6. Является ли научная теория абсолютно точным отображением действительности? Поясните.

7. Какую роль в физике играют научные наблюдения? Приведите примеры.

8. Какую роль играют в физике гипотезы? Приведите примеры физических гипотез.

3. Проверка сформированности различных умений (12 мин)

1. Каково отношение длины вашей руки к длине вашего пальца по порядку величины?

А) 10¹; Б) 10^–1; В) 10³; Г) 10^–3.

(Оценка ответов.)

2. В электрической цепи с постоянным источником напряжения изменение сопротивления приводит к изменению силы тока. Какое из следующих ниже утверждений является правильным?

А) Зависимой переменной является сила тока, а независимой – сопротивление;

Б) зависимой переменной является сопротивление, а независимой – сила тока;

В) зависимой переменной является сила тока, а независимой – напряжение;

Г) зависимой переменной является напряжение, а независимой – сила тока.

(Выявление переменных величин.)

3. В четырёх экспериментах были получены следующие значения для периода колебаний маятника: 8,0 с; 8,1 с; 8,3 с и 9,6 с. Отметив последнее значение (9,6 с), в идеале учащийся должен:

А) получить среднее значение с учётом 9,6 с;

Б) перевести 9,6 с в другие единицы;

В) провести четвёртое измерение вновь;

Г) заменить 9,6 с на 8,1 с.

(Проверка достоверности экспериментальных данных.)

4. Движение тела описано на приведённом графике. Какое заключение можно сделать?

А) Скорость тела является постоянной;

Б) ускорение тела является постоянным;

В) ускорение свободного падения равно 9,8 м/с²;

Г) на тело не действует никакая сила.

(Интерпретация данных.)

5. На планете Х стандартные единицы физических величин не обязательно такие же, как на Земле. Чтобы выяснить, как ведут себя тела при движении вдоль твёрдой и гладкой поверхности планеты, вновь прибывшие учёные хотят провести ряд опытов.

а) Какие инструменты вы бы взяли из школьной лаборатории? Обоснуйте свой выбор;

б) опишите, как вы могли бы использовать это оборудование для измерения ускорения свободного падения на планете Х;

в) местные учёные заявляют, что ускорение свободного падения в данном месте равно
0,85 локтей/свист². Какие вопросы вы должны задать, чтобы подтвердить, что значение ускорения соответствует тому, которое измерено вашими земными инструментами?

(Умение решать нестандартные задачи.)

6. Звук обычно распространяется быстрее в твёрдых телах, чем в воздухе. В школьных коридорах очень шумно, поэтому учитель закрывает дверь, и меньше звука попадает в класс. Основываясь на знаниях о волнах, опишите, с чем связано это явление.

(Умение решать нестандартные задачи.)

7. Производитель автомобилей может сконструировать два типа машин: один – с жёстким кузовом, а другой – с разрушающимся при ударе, но оставляющим в сохранности пассажирский салон. Опираясь на знания об импульсе силы и механическом импульсе тела, приведите аргументы «за» и «против» каждого типа конструкции.

(Проверка и последующее обсуждение результатов на этом этапе позволяют сделать первоначальные выводы о сформированности проверяемых умений и использовать индивидуализированный подход в обучении.)

4. Объяснение нового материала (13 мин, тезисы лекции)

Каждый шаг в изучении природы – приближение к истине. Физические законы – это только отдельные ступени в познании окружающего мира. Изучать сложные природные явления часто невозможно без введения упрощающих предположений, так что полученные с помощью теории результаты описывают приближённую картину. Эти приближения называются модельными.

Моделирование – это процесс построения мысленной идеальной модели объекта или явления для их изучения и объяснения. Он представляет собой обязательный, необходимый этап научного познания, потому что бесконечно многообразный материальный мир в принципе не может одновременно изучаться во всех своих бесконечных аспектах, связях и отношениях.

Для любого объекта или явления, изучаемого в физике, создаётся модель, при этом происходит абстрагирование, отвлечение от несущественных в условиях данной физической задачи сторон действительности и выделение сторон главных, существенных для данного этапа и уровня познания объекта или процесса. В результате появляется описание идеального объекта (процесса), заменяющего в дальнейшем реальный материальный объект (процесс).

После построения модели изучают именно её. Правомерность выводов, полученных при изучении модели, проверяется путём выяснения соответствия этих выводов результатам научного эксперимента.

Вопрос учащимся. Что даёт нам право изучать движение материальных точек, ведь таких объектов в природе нет?

Во многих случаях в физике употребляются различные названия объектов и явлений, а также различные названия моделей этих объектов и явлений. Например, реальный груз на нити можно назвать нитяным маятником, а его модель – математическим маятником.

По мере развития науки каждая последующая модель одного и того же объекта приближала к пониманию его строения и свойств.

Границы применимости физической теории определяются пределами применимости используемой модели. Любая теория является описанием некоторой модели физической системы, некоторым приближением к реальности и поэтому в дальнейшем может быть развита и обобщена.

5. Закрепление (5 мин)

Что такое физическая модель? Приведите примеры. В чем заключается взаимосвязь теории и физической модели? Чем определяются границы применимости физической теории?

6. Подведение итогов урока, сообщение домашнего задания (на выбор) (3 мин)

1. Придумайте и обоснуйте классификацию физических моделей.

2. Составьте перечень изученных ранее физических моделей, попытайтесь обосновать, почему мы имееем право ими пользоваться. Результаты сведите в таблицу вида:

3. Составьте тест из пяти вопросов по содержанию § 4 (к каждому вопросу – по 4 варианта ответов, отметьте правильный ответ).

4. Составьте развёрнутый план к § 4.

Литература

1. Шаронова Н.В., Важеевская Н.Е. Дидактические материалы по физике: 7–11 классы. – М.: Просвещение, 2005.
2. Орлов В.А. и др. Программа по физике. – Физика в школе, 2004, № 8.