Методика изучения механики в средней школе

Обновлено: 05.07.2024

При обучении механике в средней школе решают определенные образовательные, воспитательные задачи и задачи развития учащихся.

Воспитательные задачи (формирование марксистско-ленинского мировоззрения) решаются путем формирования диалектико-материалистического взгляда на природу и ее познание, формирования политехнических знаний и умений (знания научных основ современной механизации производства, на транспорте и в сельском хозяйстве), идейно-политического воспитания на уроках физики (раскрытие основных направлений развития и ускорения в современном производстве), воспитания пролетарского интернационализма и советского патриотизма (раскрытие интернационального характера науки, вклада русских и советских ученых в развитие механики и использования ее достижений на практике), трудового воспитания.

При изучении реактивного движения целесообразно специально остановиться на развитии отечественной космонавтики, на роли К.Э. Циолковского, впервые создавшего теорию ракет на жидком топливе, показать, что начало практическому развитию реактивной техники, положено группой советских ученых под руководством Ф.А. Цандера, создавших прототипы первых советских ракет на жидком топливе и реактивных двигателей. Особо следует отметить вклад в отечественное ракетостроение академика С.П. Королева, под руководством которого в Советском Союзе были созданы и испытаны первые управляемые ракеты дальнего действия, многоступенчатые межконтинентальные ракеты, с помощью которых были выведены на орбиту первые искусственные спутники Земли, осветить последние достижения советской космонавтики. Эта работа будет способствовать и воспитанию пролетарского интернационализма и советского патриотизма.

Решение задач развивающего обучения при изучении механики направлено на развитие логического, теоретического, научно-технического, диалектического мышления учащихся и, следовательно, на развитие их интеллекта и творческих способностей. Действительно, стройная логика механики, широкая опора в механической теории на такие общие методы познания, как анализ и синтез, индукция и дедукция, способствуют развитию логического мышления школьников.

Наличие научных обобщений в механике способствует формированию теоретического мышления, особенность которого состоит в умении выделять в явлениях, объектах, связях материального мира главное, отражаемое в абстракции, и извлекать из последних конкретные выводы, переходя от общего к частному. В механике школьники встречаются с большим числом абстрактных понятий – материальная точка, система отсчета, равномерное и равноускоренное движения и др. При рассмотрении этих понятий учащихся учат выделять существенные признаки явлений и объектов, отбрасывать несущественные, показывают, как возникает идеализация в науке, как происходит абстрагирование.

Ознакомление школьников с законами механики, с их практическим приложением, с анализом механических явлений в технике, с выполнением творческих экспериментальных заданий способствует развитию научно-технического мышления.

Обращение к физической теории (классической механике Ньютона) способствует формированию у школьников представлений о физической картине мира – одной из наиболее общих форм отражения природы физической наукой и одной из компонент научного мировоззрения, показывает диалектику развития взглядов на физическую картину мира и место механической теории в этом развитии. При изучении основных обобщений в механике (закон всемирного тяготения, законы сохранения импульса и энергии, общие условия равновесия и др.) разъясняют учащимся, что объективность научных обобщений подтверждается применением последних в практической деятельности людей (механика космических полетов, движение машин и их частей, реализация условий равновесия в технических сооружениях и конструкциях и т. д.). Изучение причин изменения скорости движения и деформации способствует раскрытию причинно-следственных связей. Определение границ применимости классической механики помогает проиллюстрировать познаваемость природы и безграничность процесса познания. Все это способствует формированию диалектического мышления.

Первая особенность этого раздела заключается в том, что именно с механики начинают изучение курса физики IX–XI классов. Это объясняется тем, что механические процессы являются формой движения, наиболее доступной для наблюдения. К тому же моделирование физических систем в классической физике связано с созданием механических образов. Это определяет место механики в общеобразовательном курсе физики и требует от учителя внимания к прочному усвоению учащимися материала.

Вторая особенность – в механике достаточно полно представлена физическая теория. (Ни в одном другом разделе школьного курса физики этого нет.) Поэтому учителю предоставляется возможность на примере механики проиллюстрировать структуру физической теории.

В любой физической теории можно условно выделить основание, ядро и выводы. Основанием механической теории являются идеализированный объект – материальная точка, определенное число экспериментальных фактов (опыты Галилея, Кавендиша и др.), основные физические величины – перемещение, скорость, ускорение, масса материальной точки.

Ядро механической теории содержит систему абстракций (постулаты об однородности и изотропности пространства, об однородности времени, о мгновенном воздействии одного тела на другое без материальных посредников), законы Ньютона, принцип независимости действия сил, формулировку основной задачи механики. Выводы этой теории включают возможность определения положения материальной точки в пространстве в любой момент времени по заданным силе (или векторной сумме сил) и начальным условиям.

Основные выводы, к которым приводит теория механики и которые должны быть усвоены учащимися, следующие.

1) Состояние изолированной системы материальных точек для некоторого момента времени вполне определяется их координатами и импульсом.

Материальные точки действуют друг на друга с силами, изменяющими их импульсы.

Состояние механической системы во все последующее время однозначно вытекает из ее начального состояния и определяется уравнениями Ньютона.

Взаимодействие осуществляется на расстоянии (минуя материальные носители) и передается мгновенно (принцип дальнодействия). Механика Ньютона не рассматривает природу сил.

Третья особенность раздела – использование эксперимента в преподавании механики. Эксперимент является источником познания и критерием истинности любой теории, поэтому он должен лежать в основе изучения и механики. В механике большое значение приобретают классические опыты, явившиеся поворотным пунктом в развитии науки. Они составляют особую группу опытов. Это опыты по изучению движения падающих тел и опыты с маятниками, опыты Галилея и Ньютона по экспериментальному доказательству равенства инертной и гравитационной масс, опыты Кавендища, Жолли, Рихарца по обнаружению тяготения и измерению гравитационной постоянной и др. Их не всегда можно воспроизвести в школе. В этом случае их можно проиллюстрировать с помощью различных средств наглядности – учебных кинофильмов, моделей, таблиц и др.

Другую группу опытов в механике составляют опыты иллюстративного характера, имеющие дидактическое, обучающее значение. Для этих опытов промышленность выпускает специальные приборы по механике для демонстрации и лабораторных работ.

§ 3 . СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА РАЗДЕЛА

В программе одиннадцатилетней средней школы механика представлена четырьмя подразделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны.

В кинематике изучают равномерное, равноускоренное прямолинейное, криволинейное движения и их характеристики. Вводят понятие материальной точки, траектории, перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории, системы отсчета, скорости и ускорения. При формировании понятий перемещения, скорости, ускорения большое внимание уделяют векторному характеру этих величин. В рамках прямолинейного движения усвоение векторного характера скорости и ускорения затруднено (все векторы направлены вдоль одной прямой, и действия над ними можно проводить алгебраически). Завершается раскрытие векторного характера этих величин при рассмотрении криволинейного движения.

Программа одиннадцатилетней общеобразовательной школы ориентирует на введение основных характеристик скорости и ускорения как общих характеристик, с помощью которых можно распознавать характер движения, предварительно оговорив систему отсчёта.

В динамике сначала рассматривают первый закон Ньютона, вводят основные динамические характеристики движения – массу и силу, а затем – второй закон Ньютона, в котором представлена связь между силой, ускорением и массой. Чтобы записать второй закон Ньютона для случая действия на тело нескольких сил, рассматривают сложение сил, после этого вводят третий закон Ньютона. Законы Ньютона являются фундаментальными в механике, обобщающими, подтвержденными практикой и экспериментом, поэтому их вначале формулируют, а затем иллюстрируют с помощью эксперимента.

В ходе изучения видов взаимодействия сил в механике (гравитационных, упругости, сопротивления) выявляют зависимость их от взаимного расположения тел и от скорости движения одного тела относительно другого. После введения гравитационных сил изучают закон всемирного тяготения, дают понятие о силе тяжести, центре тяжести и рассматривают движения, в которых изменение скорости происходит в результате действия силы тяжести. Подчеркивают роль начальных условий, проводят расчет первой космической скорости. Далее рассматривают силы упругости и закон Гука. Понятие веса тела вводят как пример силы упругости. Завершают рассмотрение видов сил в механике изучением силы трения, коэффициента трения и изменения скорости движущегося тела в результате действия силы трения. Показывают, что гравитационные силы и силы упругости являются функцией расстояния между взаимодействующими телами, а силы трения – функцией относительной скорости.

Группировка материала вокруг законов сохранения импульса и энергии вызвана определяющим значением законов сохранения в современном естествознании. Эти законы связаны со свойствами пространства и времени (закон сохранения энергии связан с однородностью времени, закон сохранения импульса – с однородностью пространства). Законы сохранения импульса и энергии справедливы в теории относительности, в квантовой механике и в макро- и микромире.

Идея относительности в механике проходит красной нитью через весь курс механики: относительность механического движения и покоя, траектории, координаты, перемещения, скорости, импульса тела, работы и кинетической энергии и инвариантность времени, расстояния между взаимодействующими телами, ускорения, массы, силы и др. Показывают, что законы механики справедливы для инерциальных систем отсчета, что равномерное прямолинейное движение системы отсчета не влияет на механические процессы, т. е. раскрывают принцип относительности Галилея.

§ 4 . АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ в ОПИСАНИИ

ДВИЖЕНИЯ В МЕХАНИКЕ

Запись уравнений движения в сочетании с соответствующими рисунками (схематическим изображением механических процессов) помогает раскрыть физическую сущность вопросов динамики. Выражения законов механики в векторной форме являются, самыми общими и не зависят от выбора системы отсчета. Поэтому в IX классе больше внимания уделяют работе с векторными величинами, избирают координатный метод описания движения, т. е. используют второй методический подход.

Координатный метод тесно связан с понятием системы отсчета и представлением об относительности движения. Пользуясь координатным методом, можно векторные величины (перемещение, скорость, ускорение, силу, импульс тела и др.) спроецировать на координатные оси и свести движение в пространстве или на плоскости к одномерному движению или движению вдоль прямых. Координатный метод вырабатывает общий подход к описанию явлений и способствует связи физики с математикой.

Таким образом, изучение механики в IX классе с применением координатного метода позволяет приблизить трактовку основных понятий и законов к той, которая принята в науке, усилить межпредметные связи физики и математики, осуществить общий подход к изучению законов движения и повысить уровень обобщения знаний.

§ 5. ИЗУЧЕНИЕ ВИДОВ ДВИЖЕНИЯ И УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ

При равномерном движении точки по окружности вектор скорости, направленный по касательной к траектории перпендикулярен вектору центростремительного ускорения, направленному по радиусу окружности. Значение линейной скорости не меняется.

Вопрос о видах движения тесно связан с уравнениями движения. Учащиеся должны уяснить, что уравнения в кинематике позволяют решить основную задачу механики: определить положение материальной точки в пространстве в любой момент времени, если известны начальные условия и ускорение.

§ 6. МЕТОДИКА ВВЕДЕНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Введение понятий координат и перемещения материальной точки определяет и способ введения понятий скорости и ускорения. Рассматривать эти характеристики как .производные перемещения первого и второго порядка по времени в IX классе не представляется возможным, так как у девятиклассников нет необходимой математической подготовки. При повторении в XI классе можно показать, что понятие мгновенной скорости имеет смысл для любого движения, в том числе и равномерного. Этот методический прием исключает возможность образования у школьников неправильного представления о том, что существует несколько понятий скорости.

Скорость. В IX классе это понятие вводят как векторную величину для прямолинейного и криволинейного движений. Векторный характер скорости непосредственно вытекает из введения перемещения как векторной величины.

Сначала при повторении равномерного и прямолинейного движения выделяют основной его признак: материальная точка в любые равные промежутки времени совершает одинаковые (равные) перемещения. Чтобы одно равномерное движение отличалось от другого, необходимо ввести его характеристику – скорость–величину, которую определяют отношением вектора перемещения ко времени, в течение которого это перемещение произошло. Введение скорости обязательно должно сопровождаться экспериментом. В целях преемственности курсов физики VII и IX классов целесообразно вспомнить, как вводили скорость в VII классе.

После повторения понятия скорости равномерного и прямолинейного движения вводят понятие средней скорости неравномерного движения и подчеркивают, что для определения средней скорости неравномерного движения необходимо найти отношение пути, пройденного материальной точкой, ко времени ее движения. Учащиеся нередко пытаются определять среднюю скорость как среднее арифметическое начальной и конечной скоростей. Это справедливо только в случае линейной зависимости скорости от времени, т. е. в равноускоренном движении. Следует иметь в виду, что о средней скорости как о векторе говорят тогда, когда определяют ее через отношение вектора перемещения к промежутку времени, за который это перемещение совершено. Этот методический подход к раскрытию средней скорости используют, например, при определении производной. В окружающей нас жизни о средней скорости говорят как о величине, измеряемой отношением пути, пройденного при движении, к промежутку времени, за который этот путь пройден. Именно это следует отрабатывать с учащимися на практических занятиях. Целесообразно решить задачи типа:

Первую треть пути тело прошло со скоростью 80 км/ч, остальной путь – со скоростью 20 км/ч. Определите среднюю скорость.

Три четверти всего времени движения скорость тела составляла 48 км/ч, остальное время – 96 км/ч. Определите среднюю скорость.

Очень полезно для усвоения понятия скорости и понимания практического выхода этой характеристики ознакомить учащихся с различными значениями скоростей движения тел в окружающей нас жизни, технике, военном деле, используя для этой цели таблицы, предложенные в учебнике. Целесообразна здесь же и работа со справочником.

Следующим звеном в цепочке формирования основных кинематических характеристик является рассмотрение мгновенной скорости. Трудность введения этого понятия связана с необходимостью введения предельного перехода, еще неизвестного учащимся. По существу, при введении этого понятия в школе используют понятие не математического, а физического предельного перехода: вместо бесконечно малой величины рассматривают очень малый, но конечный промежуток времени – физическую малую величину. Рассмотрение мгновенной скорости обязательно сопровождают экспериментом: это может быть опыт с электросекундомером и датчиками либо опыт со стробоскопом, где делают стробоскопические снимки одного и того же неравномерного движения с различной частотой вспышек. При достаточно малых промежутках времени, в пределах которого изменение скорости не улавливают приборы (в первом опыте) и средние скорости на соседних участках практически неразличимы (во втором опыте), ставят как бы естественный предел стремлению получить все более точное определение мгновенной скорости. Дальнейшее уменьшение промежутков времени теряет смысл, и среднюю скорость за такой малый промежуток можно принять за мгновенную с той степенью точности, которая имеет практический смысл. Аналогично вводят понятие скорости и в криволинейном движении.

Для прочного усвоения школьниками понятия мгновенной скорости целесообразно предложить вопросы типа: о какой скорости идет речь в следующих случаях: 1) пассажирский поезд проехал мимо светофора со скоростью 25 км/ч; 2) скорость курьерского поезда, курсирующего между Москвой и Ленинградом, 100 км/ч; 3) на рисунке изображен знак, ограничивающий скорость движения автомобилей в Москве, 60 км/ч?

Методика преподавания математики в основной школе Курс лекций

. При обучении математике задачи имеют образовательное, практическое, воспитательное значение. Они развивают логическое и алгоритмическое мышление учащихся .

Образовательная программа основного общего образования Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

. при построении образовательного процесса и определении образовательно-воспитательных целей и путей их достижения; — разнообразие индивидуальных образовательных траекторий и индивидуального развития .

Образовательная программа муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

. вопросам использования в образовательном процессе Интернет-ресурсов, несовместимых с воспитательными и образовательными задачами в течение . роль при переходе ребенка в 5 класс средней школы для определения вектора его дальнейшего развития и обучения. .

Образовательная программа основного общего образования (фгос ооо)

Школа и педагогическая мысль в Европе XVII xviii веков. Положение школы в Германии XVII столетия

. в обучении и воспитании. /Базисом/ Основанием его системы была спонтанная, вариативная образовательно - воспитательная деятельность . развития и совершенствования. Во многом проблему выявления способностей и задатков в Павлышской средней школе решали .

Курс лекций по теории и методике обучения физике в средней школе, учебное пособие для студентов педагогических вузов, Румбешта Е.А., 2016.

Пособие предназначено для студентов педагогических вузов, изучающих курс теории и методики обучения физике.
В курсе лекций излагаются некоторые общие и частные вопросы теории и методики обучения физике в средних общеобразовательных учреждениях. В первой части курса студенты знакомятся с целями, методами и средствами обучения физике, особенностями педагогического исследования, методикой изучения в курсе физики средней школы моделей, понятий, научных теорий.
Во второй части курса на основе анализа разделов школьного курса физики даются методические рекомендации по изучению некоторых вопросов механики, молекулярной физики, электричества, квантовой и ядерной физики.

Педагогическое исследование. Методы педагогических исследований.

Вопросы педагогических исследований являются достаточно актуальными в настоящее время в связи с повышенным вниманием к оценке работы учителя не только как трансформатора физических знаний, но и как разработчика новых подходов к обучению школьников. Грамотное применение методов исследования позволяет учителю не только добиться успехов в обучении школьников, но и способствует его саморазвитию. Особенно востребовано знание о методах исследования и умение их применять на практике преподавателями вузов. Итак, учитель, преподаватель должен владеть методологией педагогического исследования.
Термин методология, как пишет А.В. Усова, (от греческого methodos -путь, способ познания, logos - учение) означает совокупность принципов, норм, методов познания и практической деятельности; учение о путях достижения истинного знания и оптимального практического эффекта [43].
В теории и методике обучения физике под редакцией С.Е. Каменецкого указывается, что под методологией вообще понимают учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности |39|.
Выделяются несколько уровней методологии - философский, общенаучный, конкретно-научный, методология конкретного исследования. При проведении педагогического исследования используются принципы и методы познания как общенаучные, так и конкретно-научные, методология конкретного исследования.

Содержание.