Доклад по методике преподавания физики

ГАПОУ «БТТ»

МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКЛАД

"Использование исторического материала в преподавании физики"

Преподаватель Т.М.Фролова

 Современная физика... В нашем представлении сразу же возникают атомные электростанции, ядерные реакторы,  мощные ускорители, нанотехнологии, различные приборы и инструменты, имена тех учёных, которые своим кропотливым трудом и пытливым умом подготовили настоящее этой древней науки о природе.

  Основы физики как науки закладывались в глубокой древности трудами Аристотеля  (384-322 г.г. до н.э.), Демокрита (460-370 г.г. до н.э.), Эпикура (311-270 г.г. до н.э.) , Лукреция (99-55 г.г. до н.э.).

  На протяжении многовекового развития физики как науки она развивалась, расширялась, углублялась, пополнялась новыми идеями и опытными данными. Иногда опытные данные опровергали общепринятые идеи и возникали новые, двигающие науку вперёд. Ошибочные взгляды выдающихся исследователей природы весьма поучительны, т. к. они иллюстрируют долгий путь к истине.

  Более ста лет назад  К.А. Тимирязев утверждал, что соприкосновение с наукой и понимание её необходимы не только для образования людей, но и для их нравственного и гармонического развития. Поэтому для глубокого и прочного усвоения знаний учащимися, развития их мировоззрения при изложении материала необходимо привлекать исторический материал, приводить исторические сведения, основополагающие идеи различных областей науки, интересные сведения из жизни учёных.

  Выдающийся советский математик , академик П.А.Александров в своей публичной лекции "Призвание учёного" говорил: "Лекции Ключевского, Тимирязева и многих других давали возможность большому количеству людей не только многое узнавать, но и переживать ту особую эмоцию соприкосновения с наукой, с познаниями и с человеческим творчеством, которое пот существу имеет ту же природу, что и соприкосновение с художественным творчеством на концертах и спектаклях с участием больших мастеров

  Невозможно сказать даже, как велико значение этой эмоции в развитии личности молодого человека, в развитии его вкуса, в развитии того, что можно было бы назвать интеллектуальным, эстетическим , в конце концов, просто душевным благородством".  

  Хотя отрывочные сведения о физике и физических открытиях уходят в глубокую древность , систематизация знаний  по физике началась с Аристотеля Родился он на севере Греции в семье врача, ведущего свой род от легендарного Акслепея- покровителя медицины (римляне называли его Эскулапом). 18летним  юношей Аристотель направился в Афины, чтобы стать учеником великого Платона. Почти двадцать лет совершенствовал он своё образование в Академии. По свидетельствам историков  Платон называл Аристотеля "умом" своей школы.

 Обнаружив слабые места  в философии своего учителя,  Аристотель вступил с ним в полемику. Историки приписывают ему фразу, показывающую, что он не был догматиком: "Платон мой друг, но истина дороже".

 В течение трёх лет Аристотель был наставником Александра Македонского, который впоследствии сказал: "Я чту Аристотеля наравне с отцом, так, если я отцу обязан жизнью, то Аристотелю обязан всем, что даёт ей цену".

  Творческое наследие Аристотеля (что дошло до нас) поражает необычайной широтой и диапазоном научных проблем и глубиной мысли. Он заложил основы логики, ему принадлежат первые работы по психологии, вплоть до 19 века его труды представляли научный интерес по зоологии. Им написаны 14 книг, 8 из которых посвящены механике. Сочинения Аристотеля отличаются научной строгостью.

  Атомистическая идея, лежащая в основе современной физики, зародилась в Древней Греции. Она прослеживается в философском учении Демокрита. Мир, по Демокриту, состоит из бесчисленного числа частиц и пустоты. Атомы  различаются по форме и величине и не имеют тех разнообразных свойств, которыми обладают различные сочетания этих атомов. Эпикур развил и дополнил атомистические учения Демокрита. Он ввёл понятие веса атома.

   Большой вклад в развитие физики внёс знаменитый Архимед. Родился он на Сицилии в г. Сиракузы. Получил хорошее образование, творческую деятельность начал как инженер, создавший различные механизмы, широко использующиеся в строительной технике и быту по всей древней Элладе. Его родной город Сиракузы часто становился ареной жестоких войн между римлянами и Карфагеном. Архимед возглавлял оборону города, спасал своих сограждан с помощью сконструированных им машин. Ему принадлежит около сорока изобретений, в том числе водоподъёмный винт, названный его именем. Известно также метательная машина. Сохранилась легенда о том, что римский флот, осаждавший с моря Сиракузы был побеждён с помощью хорошо начищенных медных щитов воинов, расположенных в определённом порядке и отразивших солнечные лучи на корабли неприятеля. Легендой овеяны и последние дни Архимеда. Ворвавшийся в его дом римский воин убил склонённого над какими-то вычислениями старика. Последний просил немного подождать, пока он не закончит решений одному известной задачи. Сочинения Архимеда оказали огромное влияние на творчество Галилея, Гюйгенса, Ньютона.

 особенно знаменито сочинение Архимеда "О плавающих телах". Открытые им законы плавания тел дошли до нас без изменения.

   Большой толчок  развитию  физики дала эпоха Возрождения. Европа , проснувшись от многовекового сна, постепенно отбрасывая  феодальные пути, шла к новым социальным преобразованиям. В это время была подготовлена почва, на которой выросло современное научное мировоззрение и естествознание. Первые шаги на этом пути сделал Николай Коперник. Исходя из астрономических наблюдений и расчётов, а ещё в большей степени благодаря гениальной интуиции, он смог преодолеть многовековой груз традиционных воззрений  на устройство Вселенной. Во втором веке нашей эры  александрийский геометр и астроном Птолемей обобщил и систематизировал весь опыт античной астрономии в виде геоцентрической системе мира. Коперник совершил подлинную революцию в привычных представлениях о мире. Он "остановил"   Солнце и небесный свод, низложил Землю с центра Вселенной, придав ей годичное и суточное вращение как рядовой планете.  Таким образом,  Коперник подорвал веру в непогрешимость церковного учения, сделал первую попытку "отделить церковь" от науки. Копернику не удалось испытать преследований церкви, но его великий ученик и последователь итальянский учёный и последователь  Джордано Бруно за пропаганду коперниковского учения был сожжён на костре инквизиции в 1600г. в Риме на площади Цветов. Бруно не только пропагандировал  учения Коперника, но и дополнил его представления о мире, отбросив и сферу неподвижных звёзд, ограничивающую Вселенную. В своём сочинении "О бесконечности Вселенной и мирах" Бруно утверждает: "Существуют, следовательно, бесконечные Солнца, бесчисленные Земли, которые кружатся вокруг своего Солнца, подобно тому , как наша Земля и шесть планет кружатся вокруг нашего Солнца".

   Дальнейшее развитие физики дал Галилео Галилей, заложивший фундамент современной классической физики. Он жил и творил в эпоху позднего Возрождения, был последователем знаменитого Леонардо да Винчи. Детство Галилея  прошло в городах Пиза и Флоренция- городах Великого герцогства Тосканы. Он читает труды Архимеда и решает посвятить себя физике и математике, пишет трактаты о гидростатических весах и центре тяжести, становится преподавателем в университетах Пизы и Падуи. Узнав об изобретении за границей зрительной трубы, он в 1806г. изготовил свою, используя сочетание выпуклой и вогнутой линз и направил её на небо и открыл горы на Луне, некоторые большие спутники Юпитера, звёздный состав Млечного пути, тёмные пятна на Солнце. Постепенно Галилей становится противником учения Коперника. Церковь преследует его, предаёт суду инквизиции. В возрасте 80 лет Галилей на суде отрекается от учения Коперника, но, выходя из зала суда произнесёт свою знаменитую фразу: "А всё-таки она вертится".

 Эстафету от Галилея приняли Ньютон и голландский физик и математик Христиан Гюйгенс.

  Гюйгенс был разносторонним учёным, одинаково сильным в теории  и практике, искусным конструктором, механиком, оптиком. Ему удалось изготовить линзы с фокусным расстоянием 54 и 63м, сконструировал знаменитый окуляр, носящий его имя и используемый до настоящего времени. Усовершенствовав конструкцию телескопа, он ведёт наблюдения и делает интересные астрономический открытия (кольца Сатурна, его спутники, полосы на Юпитере, туманности в созвездии Ориона). Он изобретает маятниковые часы и устанавливает законы колебания маятника. Но самым великим вкладом в развитие физики была разработана Гюйгенсом волновая теория света. Согласно этой теории, свет распространяется в пространстве в виде сферических волн, подобно распространению звуковых волн в воздухе, производят продольные смешивания частичек особой среды-мирового эфира.  В своё время это учение было революционным, так как могло объяснить интерференцию и дифракцию света, которые другими теориями не объяснялись. Он пишет трактаты о свете из 6 глав. В трактате о свете он пишет: "Истинная философия сводит все причины явлений природы к механическим причинам, именно так надо поступоть, по моему мнению, или же оставить всякую надежду познать что-либо в жизни".

   Фундамент классической физики заложил великий Ньютон. В 1611г. он был принят в Тринити-колледж Кембриджского университета на правах бедного студента, в обязанности которого входило прислуживать  членам колледжа и "действующим" студентам.

 Выдающиеся способности и прилежание Ньютона позволили ему быстро пройти все ступеньки иерархической лестницы академических знаний, и в 1669г. он получает почётную кафедру. В качестве профессора Кембриджского университета он читает лекции по математике и оптике, всё остальное время посвящает научным исследованиям. Запоздание публикации открытий породило целый ряд неприятных последствий из-за приоритета, отравивших взаимоотношения Ньютона с другими выдающимися учёными того времени. 

  Многогранное творчество нашего соотечественника М.В.Ломоносова составляет законную гордость русского народа. Крестьянский сын, благодаря, необычайному мужеству и упорству в достижении цели, самобытному таланту и гениальной интуиции стал первым русским академиком, "первым нашим университетом". Современного человека поражает необычайно широкий диапазон его деятельности. Выдающийся естествоиспытатель, оставивший глубокий след в химии, географии, минералогии, геологии, астрономии был поэтом, историком, философом, просветителем, общественным деятелем.

   Небезынтересны для учащихся и некоторые сведения из жизни великих учёных. Например, можно привести некоторые  сведения о Томасе Юнге. Он с ранних лет обнаружил необыкновенные способности: в 2 года научился бегло читать, в 4года знал на память многие сочинения английских поэтов, в 8-9 лет овладел токарным ремеслом и мастерил различные физические приборы. К 14 годам познакомился с дифференциальным исчислением, знал греческий язык, латынь, французский, итальянский, арабский и др. языки. Учился в нескольких университетах. Сначала изучал медицину, затем увлёкся физикой.

   Интересные сведения можно получить  из жизни М.Фарадея. Родился в 1791г. в семье кузнеца. А.Г.Столетов позднее напишет: "Никогда со времён Галилея свет не видел столько поразительных и разносторонних открытий, вышедших  из одной головы и едва ли скоро увидит  другого Фарадея". Талант, трудоспособность, дисциплинированность и целеустремлённость позволили Фарадею преодолеть социальную несправедливость. В 12летнем возрасте он разносил газеты, работал помощником  в переплётной мастерской. Он не смог получить никакого образования. В 22 года стал ассистентом знаменитого Дэви в королевском институте в Лондоне. В 1816 году появляются первые научные статьи Фарадея.  Творческий путь Фарадея продолжался более пятидесяти лет. В 1833 году – профессор кафедры химии. В 1830г. -член Петербургской академии наук. 

     В истории науки не многим удавалось стать основателем нового научного мировоззрения, создателем целостной картины мира природных явлений. таким гигантом физической науки стал Джеймс Клерк Максвелл. Уже в школе его увлекла геометрия, и первой работой 15летнего Максвелла было открытие простого, но неизвестного способа вычерчивания эллипса. Максвелл получает хорошее образование в Эдинбурге, затем в Кембридже. В студенческие годы он познакомился с "Экспериментальными исследованиями" Фарадея. Он первым понял гениальность теоретических рассуждений Фарадея и в его механических картинах интуитивно почувствовал решение проблем электродинамики. Он выводит уравнение электромагнитного поля и, исходя из них, предсказывает  существование электромагнитных волн, их свойство распространяться  в пространстве со скоростью света. Завершающий этап  творчества Максвелла отражён в работе "Динамическая теория электромагнитного поля" в 1864г. При жизни Максвелла теория не получила всеобщего признания , она считалась непонятной , математически нестрогой, логически необоснованной. Лишь после работ Г.Герца, получившего на практике волны, предсказанные Максвеллом, и опытов П.Н.Лебедева, доказавшего существование светового давления, теория Максвелла получила всеобщее признание.  Великий немецкий физик М.Планк писал: "Я всю жизнь спорил с Максвеллом, но после работ господина Лебедева  понял, что ошибался".   

   Если представления об атомарном строении вещества зародились в глубокой древности, то представления  о дискретном строении электричества начали складываться лишь во второй половине 19в. Впервые об этом упоминали Вебер и Фехнер. Вебер, например, указывал, что "с каждым весомым атомом связан электрический атом".

 Большой вклад в электронную теорию строения атома внесли:

-Резерфорд обнаружил, что атом имеет ядро;

-В 20 веке обнаружены протоны и нейтроны и другие электронные частицы(свыше 200 разновидностей) и сделана попытка систематизации элементарных частиц на основе существования неуловимых кварков и антикварков.

   В настоящее время лучшие умы бьются над созданием единой современной научной картины мира.

МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКЛАД

"Использование исторического материала в преподавании физики"

Преподаватель Т.М.Фролова

Брянск 2008