Физика и методы научного познания конспект

Обновлено: 02.07.2024

Материалы к открытому уроку "Методы научного познания". Вводный урок. 10 класс.

Вложение	Размер
plan-konspekt_uroka_10_klass.docx	53.72 КБ
metody_nauchnogo_poznaniya.pptx	2.85 МБ
tehnologicheskaya_karta_uroka.docx	24.79 КБ

Предварительный просмотр:

10 класс. Конспект урока по физике

Я рада встрече с вами, учениками нового профильного класса.

Мы слышим пение птиц ( слайд 2 ) и раскаты грома ( слайд 3 ), любуемся радугой на голубом небе ( слайд 4 ), поеживаемся от влажности тумана и ждем солнечного тепла ( слайд 5 ). Можно ли постичь все законы природы? ( слайд 6 ).

Как надо подходить к ней, чтобы раскрыть ее тайны? ( слайд 7 )

Мы научились использовать энергию воды и огня, заглянули внутрь атома, увидели далекие галактики ( слайд 8 ). Мы живем в мире волн и скоростей.

И все это благодаря науке о природе – физике.

Быть может, эти электроны -

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, войны, троны

И память сорока веков!

Еще, быть может, каждый атом -

Вселенная, где сто планет;

Там все, что здесь, в объеме сжатом,

Но также то, чего здесь нет.

Такова моя физика.

Окончив 9 классов, каждый из вас уже имеет достижения и личные победы, пусть незначительные, но важные для вас. Расскажите о них. (Высказывания 2-3 учеников)

О, сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель…

Первые знания об окружающем мире получают с помощью наблюдений ( слайд 12 ).

Тема урока: Методы научного познания.

Наблюдение – планомерное и целенаправленное непосредственное восприятие объекта, явления, процесса.

Наблюдая, можно установить общие и частные закономерности. Наблюдение непосредственно связано с чувственными формами познания: ощущение, восприятие, представление. Вся познавательная деятельность опирается в конечном итоге на ощущения.

Источником информации служат органы чувств.

Наблюдения чаще всего приводят к формулировке некой гипотезы.

Гипотеза (от греч.– основа, предположение) – научное допущение или предположение, истинностное значение которого неопределенно.

Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений ( примеров ) и поэтому принимается правдоподобной. Гипотезу впоследствии или доказывают, превращая её в установленный факт ( теорема , теория ), или же опровергают , переводя в разряд ложных утверждений.

Недоказанная и не опровергнутая гипотеза называется открытой проблемой (пример: открытые математические проблемы ).

От наблюдений – к экспериментам ( слайд 13 ).

Эксперимент опирается на логические формы познания: понятия, суждения, умозаключения.

Эксперимент - общенаучный метод познания. Позволяет воздействовать на исследуемый объект, явление, процесс в искусственно созданных условиях, в которых более определенно, чем в естественных, выявляются свойства научных явлений.

Эксперимент бывает: 1. лабораторный

Опыт – эксперимент, имеющий цель, план проведения, измерения с помощью приборов. Преимущество – воспроизводимость результатов.

Для того, чтобы изучить, как происходит падение тел, Галилей ронял шары с наклонной башни в г. Пизе. Проделав такие опыты, ученый получил подтверждение своей гипотезе и открыл закон падения тел. ( Слайд 14)

Моделирование - используется, когда затруднено непосредственное исследование. Между моделью и объектом должно быть подобие, состоящее как в сходстве физических характеристик, так и в сходстве функций.

Анализ и синтез процессы мысленного или фактического разложения целого на составные части и восстаздание целого из частей.

Индукция и дедукция – два основные способа рассуждения.

Индукция – вывод общего положения на основе рассмотрения единичных фактов. (все тела притягиваются к земле)

Дедукция позволяет активизировать приобретенные ранее знания, использовать их для решения поставленных задач.

Сравнение – сопоставление объектов с целью выявления черт сходства и различия между собой.

Накопленные, в ходе экспериментов, данные приводят формированию закона.

Физический закон — устойчивые повторяющиеся объективные закономерности, существующие в природе.

Открытые человечеством физические законы представляют из себя связи между физическими величинами в явлениях, процессах и состояниях тел и других материальных объектов в окружающем мире.

Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемые явления. ( слайд 14 )

Эксперимент является критерием правильности теории:

- создание новой теории

Фундаментальные теории требуют новых экспериментов.

Такие же ступеньки познания, новые знания и открытия ждут нас при изучении этой непростой, но очень интересной науки – физики.

Вопросы организации занятий:

Что необходимо к урокам (учебник, сборник задач, дополнительная литература, тетради)
Особенности организации занятий

4. Рефлексивно-оценочный этап

Перед вами пятиконечная звезда. В каждом луче записывайте ответы на вопросы, которые я буду задавать.

Представьте себя в конце 11 класса. По какому направлению вы хотите продвинуться, что будет для вас самым желанным и значимым?

Какими ресурсами (внутренними и внешними) вы уже обладаете, а какие хотелось бы привлечь для воплощения задуманного?

Какие изменения вы бы хотели использовать, чтобы реализовать намерения?

В каком направлении вы хотели бы сделать наилучший выбор?

Все лучи заполнены. Если объединить все записи в одно ключевое слово, какое слово это будет? Что будет вашим девизом, путеводной звездой? Впишите это слово в центр.

Пусть эта звезда будет освещать весь ваш путь и приведет к той цели, которую вы себе поставили.

распознавание и распределение конкретных физических понятий по структурным элементам логической цепочки: наблюдение – гипотеза – эксперимент - вывод.

Глоссарий по теме

Моделирование – это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.

Модель – упрощенная версия реального объекта, процесса или явления, сохраняющая их основные свойства.

Научный факт – утверждение, которое можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.

Научная гипотеза – предположение, недоказанное утверждение, выдвигаемое для объяснения каких-нибудь явлений.

Постулат – исходное положение, допущение, принимаемое без доказательств.

Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.

Физическая величина – свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Физический закон – основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состоянием тел и других материальных объектов в окружающем мире.

Физический эксперимент – способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях.

Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения. Способы измерения: прямой и косвенный

Список обязательной литературы:

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 5 – 9.

1. В.А.Касьянов. Физика.10. Учебник для общеобразовательных учреждений: профильный уровень.

М.: Дрофа, 2005. С. 3-16.

2. Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом "ЛИБРОКОМ", 2012.

Основное содержание урока

Физика тесно связна с астрономией, химией, биологией, геологией и другими естественными науками. Физическими методами исследования пользуются ученые всех областей науки. За последние четыре столетия люди освоили географию, проникли в недра Земли, покорили океан. Человек создал устройства, благодаря которым он может передвигаться по земле и летать, общаться с жителями других континентов, не покидая собственного жилища. Люди научились использовать источники энергии, предотвращать эпидемии смертоносных болезней. Эти и другие достижения – результат научного подхода к познанию природы

Физика – фундаментальная наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.

Физика основывается на количественных наблюдениях. Основателем количественного подхода является Галилео Галилей.

Материя – объективная реальность, существующая независимо от нас и нашего знания о нем. Материя существует в виде вещества и поля.

Формы материи: пространство, время. Движение – способ существования материи.

Все физические процессы и явления, происходящие в природе можно объяснить типами фундаментальных взаимодействий:

Естественнонаучное познание происходит по этапам: Наблюдение – Гипотеза – Теория – Эксперимент. Именно эксперимент является критерием правильности теории.

Особенности научного наблюдения: целенаправлено; сознательно организовано; методически обдумано; результаты можно записать, измерить, оценить; наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.

Эксперимент, как исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования, следует различать на мысленный и реальный.

Примерный план проведения эксперимента

1.Формулировка цели опыта

2.Формулировка гипотезы, которую можно было положить в основу опыта.

3.Определение условий, необходимых для проверки гипотезы, установления причинно-следственной связи.

4. Подбор оборудования и материалов, необходимых для опытов.

5. Практическая реализация опыта, сопровождаемая фиксированием результатов измерений и наблюдений выбранными способами.

6. Математическая обработка полученных данных.

Структура физической теории: основание (фундамент) – ядро – выводы (следствие) – применение. Особенностью фундаментальных физических теории является их преемственность.

Принцип соответствия - утверждение, что любая новая научная теория должна включать старую теорию и её результаты как частный случай.

Гипотеза (от греч. hypóthesis - основание, предположение) - предположение, выдвигаемое перед началом наблюдения или эксперимента, которое должно быть проверено в результате их проведения.

Стандартная формулировка гипотез: «Если …. (факт, следствие), то (значит, при условии) . (причина).

Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. В ходе эксперимента гипотезу доказывают, превращая её в установленный факт (теорию, теорему, закон), ИЛИ же опровергают.

Примерный план изучения физических законов:

1. Связь между какими явлениями (или величинами) выражает закон

2. Формулировка и формула закона.

3. Каким образом был открыт закон: на основе анализа опытных данных или теоретически (как следствие из теории)

4. Опыты, подтверждающие справедливость закона.

5. Примеры использования и учета действия закона на практике.

6. Границы применимости закона.

Одним из важнейших методов исследования является моделирование. Модель – это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление. Примеры физических моделей: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, др.

Для того, чтобы понять и описать эксперимент вводятся физические величины.

С развитием научных знаний появилась необходимость в развитии единой системы единиц измерений.

Измерить величину - это значит сравнить ее с эталоном, с единицей измерения. Прямое измерение - определение значения физической величины непосредственно средствами измерения. Косвенное измерение – определение значения физической величины по формуле, связывающей её с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.

При обработке результатов измерений нужно оценивать, с какой точностью проводится измерение, какую ошибку допускает ваш прибор, то есть определить погрешность измерений и как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.

Объективность получаемых данных обеспечивают различные физические приборы. Следует различать: приборы наблюдения (микроскоп, телескоп, бинокль и др.) и приборы измерения (термометр, барометр, линейка, весы и др.).

Примеры и разбор тренировочных заданий

Вопросы к кроссворду:

Эксперимент, возможность проведения которого зависит от наличия соответствующей материально-технической и финансовой обеспеченности.
Процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
Вид наблюдения, в котором информация получается при помощи приборов.
Наблюдение за тем, что происходит вокруг, без определенной цели.
Единица измерения, с которой сравнивают измеряемую величину.

2. Подчеркните слова, обозначающие приборы для измерения, одной чертой; приборы для наблюдения – двумя: термометр, бинокль, секундомер, микроскоп, транспортир.

Правильный вариант: Одной чертой: термометр, секундомер, транспортир. Двумя чертами: бинокль, микроскоп.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Введение. Физика и методы научного познания.

Много веков длится процесс познания окружающего мира. Огромный труд был затрачен учеными, и немалый труд предстоит затратить каждому молодому человеку для того, чтобы усвоить основы современной науки. Они нужны не только ученому и инженеру, но и рабочему, и трактористу. Все в большей и большей мере люди на работе да и дома управляют машинами и механизмами. Чтобы понять, как они работают, нужно знать законы природы.

Начиная с рождения, все мы за два-три года усваиваем солидный курс физики — привыкаем к простым вещам и явлениям вокруг нас. Так, мы узнаем, что камень всегда падает вниз на землю, что есть твердые предметы, о которые можно ушибиться, что огонь может обжечь и т. д.

Однако, как ни важны подобные знания, накапливаемые ребенком и взрослым человеком, они еще не образуют науку. Это частные правила, касающиеся отдельных явлений. Они говорят нам о том, что произойдет в обычных условиях, но не отвечают на вопрос: почему те или иные события вообще происходят и не могут ли эти события не наступить совсем? Они также не позволяют предсказать, что произойдет при других условиях.

Людям необходимо понять окружающий мир, чтобы использовать его законы для облегчения труда, улучшения условий жизни.

Именно развитие наук о природе дало в руки человека современную технику, и это привело к преобразованию окружающего нас мира. Основную роль сыграла физика — важнейшая наука, изучающая самые глубокие законы природы.

Физика составляет фундамент главнейших направлений техники. Строительная техника, гидротехника, теплотехника, электротехника и энергетика, радиоэлектроника, светотехника, огромная часть военной техники выросли на основе физики. Благодаря сознательному использованию законов физики техника из области случайных находок вышла на широкую дорогу целенаправленного развития.

Открывая спрятанные под покровом бесконечно многообразного мира явлений законы природы, человек научился применять их для своих целей, создавать то, чего никогда не было в самой природе. Было изобретено радио, построены громадные электрические машины, освобождена внутриядерная энергия; человек вышел в космическое пространство.

Физика и другие науки.

Физика — это наука, занимающаяся изучением простейших и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира. Поэтому понятия физики и ее законы лежат в основе любого раздела естествознания.

Долгое время физику называли натуральной философией (философией природы), и она фактически сливалась с естествознанием. По мере накопления экспериментального материала, его научного обобщения и развития методов исследования из натуральной философии как общего учения о природе выделились астрономия, химия, физика, биология и другие науки. Отсюда следует, что резкую границу между физикой и другими естественными науками установить довольно сложно. В настоящее время физика очень тесно связана с астрономией, геологией, химией, биологией и другими естественными науками. Она многое объясняет в этих науках, предоставляет им мощные методы исследования.

Какими же путями добывается научная истина? Несколько сотен лет назад были выработаны основы физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, отыскивают количественные (математически формулируемые) законы природы; открытые законы проверяются практикой.

Исследование явлений начинается с их наблюдения. Но, для того чтобы понять и описать происходящие события, ученые вводят целый ряд физических величин, таких, как скорость, сила, давление, температура, электрический заряд и многие другие. Каждой величине надо дать точное определение, в котором указывается, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для такого измерения опыт.

Чаще всего в определениях физических величин просто уточняют и придают количественную форму тому, что непосредственно воспринимается нашими органами чувств. Так вводят понятия силы, температуры и т. д. Есть, конечно, величины, которые не воспринимаются непосредственно нашими органами чувств (например, электрический заряд). Но они выражаются через другие величины, на которые органы чувств человека реагируют. Так, электрический заряд определяется по силам взаимодействия между заряженными телами.

Чтобы из наблюдений за явлениями сделать общие выводы, найти причины явлений, следует установить количественные зависимости между различными величинами. Для этого необходимо специально изменять условия, в которых протекает процесс. От непосредственного наблюдения надо перейти к физическому эксперименту.

Если меняются все условия сразу, то трудно уловить какие-либо закономерности. Поэтому, проводя физический эксперимент, стремятся проследить зависимость данной величины от характера изменения каждого из условий в отдельности. Например, давление газа зависит от его массы, объема и температуры. Чтобы исследовать эту зависимость, надо сначала изучить, как влияет на давление изменение объема, когда температура и масса остаются неизменными. Затем нужно проследить, как давление зависит от температуры при постоянном объеме, и т. д.

Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выявить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые. Так, Д. И. Менделеев на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны. Английский физик Дж. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и т.д.

§ 1. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

Познание начинается с наблюдения. С раннего детства мы наблюдаем за тем, что происходит вокруг. Мы видим, что мяч, подброшенный вверх, всегда падает вниз на землю, слышим, что за молнией всегда следуют раскаты грома, ощущаем, что летом всегда теплее, чем зимой и т.п. Однако эти важные наблюдения, взятые все вместе, ещё не образуют науку физику. Физика как наука включает в себя не только огромное число наблюдений, сделанных за многовековую историю человечества, но и физические законы, позволяющие объяснить, почему те или иные явления происходят, и предсказать эти явления при других условиях.

Физика, изучая окружающий нас мир, использует для этого методы научного познания. Основным методом научного познания служат эксперименты (опыты), при помощи которых в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Таким образом, проводя эксперименты, мы уже перестаём быть пассивными наблюдателями происходящего явления и можем влиять на него, изменяя условия проведения данного эксперимента. Этим эксперименты отличаются от простых наблюдений.

На первом этапе научного познания, анализируя какое-нибудь явление, например, скольжение тела по наклонной плоскости, мы выдвигаем предположение или научную гипотезу о том, например, что время соскальзывания с наклонной плоскости уменьшается с увеличением её наклона. Чтобы проверить эту гипотезу мы ставим опыты, в которых измеряем время соскальзывания с наклонной плоскости при различных углах её наклона при неизменной её высоте и записываем эти данные в таблицу. Полученная совокупность данных подтверждает справедливость сделанного предположения, но не объясняет, почему существует эта зависимость. Методы научного познания, заключающиеся в первичном сборе и обработке экспериментальных данных, называют эмпирическими.

Проводя эксперименты с любым природным явлением, невозможно охватить все процессы, связанные с этим явлением. Например, скольжение тела по наклонной плоскости зависит от плотности воздуха, от шероховатостей их поверхностей и многих других параметров, контролировать которые иногда не представляется возможным. В таких случаях, чтобы ответить на вопрос о причинах данного явления, необходимо использовать теоретические методы научного познания, основой которых служит модель данного явления. В модели явления присутствуют все главные его характеристики, а второстепенные отброшены. Например, в модели скольжения тела по наклонной плоскости силы трения и сопротивления воздуха могут не учитываться.

Использование моделей даёт возможность объяснять природу различных явлений и формулировать законы в виде математических формул и точных формулировок. В дальнейшем речь будет идти, например, о модели идеального газа, взаимодействием между молекулами которого можно пренебречь, или о модели точечных зарядов, расстояние между которыми гораздо больше размеров заряженных тел. Для модели идеального газа формулировка газовых законов выглядит чрезвычайно просто. То же относится и к закону Кулона, который оказывается справедлив только для точечных зарядов.

Совокупность физических законов, описывающую целый ряд явлений, называют физической теорией. Законы Ньютона, например, являются основой классической механики - физической теории, изучающей движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Существующие физические теории формируют физическую картину мира.

Физические законы и теории справедливы только для некоторых моделей явлений и процессов. Поэтому все эти теории и законы имеют границы применимости. Так, например, классическая механика, оказывается несправедливой, если её использовать для описания движения тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В то же время, специальная теория относительности позволяет описывать движение тел со скоростями, близкими к скорости света.

При расхождении новых экспериментальных данных и существующих законов и теорий учёные выдвигают новые гипотезы и физические теории. Однако любая новая физическая теория, претендующая на более глубокое и широкое описание явлений окружающего мира, чем старая, должна включать последнюю в качестве предельного случая. Это важнейшее требование, предъявляемое ко всякой новой физической теории, называют принципом соответствия. Например, специальная теория относительности при описании движения тел со скоростями, гораздо меньшими скорости света, переходит в классическую механику.

Читайте также: