Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / «Развитие творческих способностей учащихся в разноуровневых классах на уроках физики"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

«Развитие творческих способностей учащихся в разноуровневых классах на уроках физики"

библиотека
материалов












Циклический характер научного творчества в физике

и его значение для развития творческих способностей учащихся

при обучении физики в классах с углубленным изучением предмета





Работа над методической темой «Развитие творческих способностей

учащихся в разноуровневых классах»













Учитель физики 419 средней школы

Кухаренко Г.А.



















1998-1999 учебный год

Одним из факторов могущества государства в наше время является развитие и подготовка кадров – образование творчески активных людей с высокоразвитыми способностями.

Развитие творческих способностей начинается со школьной скамьи. Физика, ка учебный предмет, обладает способностями, дающими наиболее благоприятные условия для развития творческих способностей учащихся в процессе обучения. Физика – одна из главных наук, достоянием которой обязан современный научно-технический прогресс. Методика обучения этой дисциплины в современной школе вобрала в себя лучшие традиции русской школы предшествующих поколений. Еще в конце 19-го столетия известный русский физик Н.А. Умов обращал внимание учителей на то, что в задачу прикладной физики в гимназиях входит, кроме передачи полезных сведений, формирование навыка к объяснению новой формы явления с помощью ранее открытых закономерностей. К настоящему времени на основе составления психологии научного творчества и истории открытий в физике сформирован принцип циклического построения учебного курса: от фундаментальных опытов – к абстрактной модели, от нее – к выводу следствий и их экспериментальной проверке.





































I Циклический характер научного творчества в физике и его значение в процессе изучения предмета:


План:



  1. Классические представления о пространстве и времени.

  2. Развитие теории близкодействия в трудах Фарадея, Максвелла, Герца.

  3. Константа «с» в уравнениях Максвелла и ее значение.

  4. Идея дискретности и непрерывности в объяснении природы свете.

  5. О необходимости «эфира».

  6. Волны и частицы в новой модели материи.

  7. Распределение интенсивности энергии в спектре изучения – опытный факт, требующий новых теоретических идей.

  8. Гипотеза Планка и ее развитие в трудах Эйнштейна, Комптона.

  9. Идея дискретности в создании модели атома Резерфордом.

  10. Постулаты Бора – как модель объяснения существования атома Резерфорда.

  11. Природа света, его дуализм – опытный факт.

  12. Гипотеза де Бройля и его модель атома.

  13. Снова о дискретности и непрерывности материи.

  14. Специальная теория относительности (СТО) и ее следствие – новые представления о пространстве и времени.

  15. Цикличность процесса познания в физике.

  16. Схема процесса научного творчества.

  17. Значение цикличности научного творчества для учебного процесса.



Особенности творческого процесса в развитии физики и ее

технического применения


  1. Развитие научного творчества в физике связано с изменением и переосмысливанием физических понятий, лежащих в основе физической теории.

Например: классическая механика основывается на понятиях – абсолютное пространство, абсолютное время, дискретность структуры материального мира, постоянство массы, взаимодействие как действие друг на друга материальных точек на расстоянии (дальнодействие). С этих позиций и начинаем изучение предмета на I стадии обучения (7-8 класс).


  1. На II стадии обучения, формируя диалектический взгляд на эти основные понятия, подводим учащихся к современному пониманию (этих понятий). Исследования М. Фарадея (1 половина XI в.) электромагнитных явлений привели его к представлению о теории близкодействия на новом этапе. По выражению. Максвелла, М. Фарадей видел, что электрический ток вызывает особое состояние среды, которая действует на внесенные в нее железные опилки, и видел эту промежуточную среду там, где его предшественники ничего не видел, кроме расстояния. Так возникло представление об (поле) об электромагнитном поле – как форме существования материи. Труды последователей Фарадея, в особенности Максвелла и Герца по разработке электромагнитной теории, концепция близкодействия получила преимущество перед концепцией дальнодействия, лежащей в основе классической механики.


  1. Математическая теория электромагнетизма Максвелла имела громадное эвристическое значение. В уравнения Максвелла вошла (const) константа, физический смысл которой был интерпретирован как скорость распространения электромагнитных волн в вакууме. Совпадение ее с результатами эксперимент измерений скорости света, а также дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования в этой области привели Герца к установлению полной последовательности природы электромагнитных волн, теплового излучения и света.


  1. Это было убедительным доказательством справедливости новой теории, но вместе с тем ставило под сомнение позицию дискретности материи в пользу непрерывности. Представление о непрерывности материи укреплялось по мере дальнейшего развития науки. Итак, с работами Фарадея, Максвелла, Герца восторжествовала волновая теория света, развитая еще Гюйгенсом в XVII в., но отвергнутая Ньютоном, т.к. не соответствовала его воззрениям на природу (света) материи.

Начало XIX века. Открытие интерференции и дифракции света вызвало возрождение волновой теории света, особенно после объяснения Френкелем с помощью этой теории открытых явлений. О также доказал, что волновая теория света не противоречит факту прямолинейности отражения света.


  1. После этих открытий возникла потребность объяснить природу носителя волн. Для этого были сделаны попытки создания модели этой среды – эфира. Попытки создания механической модели распределения электромагнитных волн встретили большие трудности. Результаты исследований гипотетического эфира казались очень странными. Луи де Бройль писал об этом так: «С одной стороны, эфир, рассматриваемый как жидкая среда, в которой могут распространяться только поперечные волны, должен быть во много раз более жидким, чем, скажем, сталь, а с другой стороны, эта жесткая среда, как показывает опыт, не должна оказывать никакого сопротивления движущимся в ней телам и совершенно не влияет на движение планет». Тем не менее предложение о существовании эфира было устойчивым. Оно подкреплялось не только попытками проведения аналогии между светом и звуковыми волнами в упругой среде, но и допущением, лежащим в основе классической механики о существовании абсолютного пространства.


  1. Успех теории поля привел к попыткам создать замкнутую теорию, т.е. объяснить в ее терминах аналитическую структуру вещества. Так Дж.Дж.Томсон пытался трактовать Екин движущегося тела, как энергию поля, аналогично движущемуся электрическому заряду. Следуя этой концепции, ученые стремились частицы вещества представить как волновые пакеты. Однако эти попытки замены концепции дискретности концепцией непрерывности к полному успеху не привели. Более того, ряд новых открытий в физике побудил синтезировать представления о волнах и частицах в новой модели материи.


  1. При теоретическом осмыслении распределения интенсивности энергии в спектре излучения абсолютно черного тела столкнулись с непреодолимой трудностью. Экспериментальные данные никак не согласовывались с теорией Максвелла. Для чисто математического обоснования М.Планку пришлось сделать допущение: излучение происходит не непрерывно, а определенными порциями – квантами с энергией hυ. Насколько революционна была эта гипотеза можно сделать по словам М.Планка, который относительно новой постоянной – кванта действия сказал, что это «либо фиктивная величина, и тогда весь вывод закона излучения был в принципе ложным и представлял собой всего лишь пустую игру в формулы, лишенную смысла, либо же вывод закона излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике и означает собой нечто совершенно новое и неслыханное, что должно произвести переворот в нашем физическом мышлении, основывавшееся со времен Лейбница и Ньютона на гипотезе непрерывности всех принимаемых соотношений.


  1. Гипотеза Планка оказалась весьма плодотворной и действительно произвела переворот в мышлении физиков.

Первоначально чисто математическое допущение получило глубокий смысл не только для процесса электромагнитного излучения, но и для поглощения, для механизма его распределения и взаимодействия с микрообъектами.

На его основе Эйнштейн, предположил, что однородный свет состоит из дерек-световых квантов, объяснил законы фотоэффекта, существование «красной границы» фотоэффекта, а также зависимость энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. А.Комптон, исследуя рассеяние жесткого рентгеновского и гамма-лучей, выдвинул гипотезу, что (как он назвал световой квант) фотон может соединяться с электроном. При этом происходит потеря энергии фотона, уменьшается частота излучения и увеличивается энергия электрона, т.е. должны наблюдаться «электроны отдачи». Эта гипотеза получила полное экспериментальное подтверждение.


  1. Вновь возникшее представление о дискретности, о квантовой природе электромагнитных излучений повлияло на развитие теории строения атома. Планетарная модель атома Резерфорда в само начале содержала противоречие. Было неясно, почему электроны удерживаются на своих орбитах. Ведь двигаясь по орбитам с ускорением, они должны, по теории Максвелла, непрерывно излучать энергию.


  1. Н.Бор предложил 2 постулата, которые в корне меняли привычные представления:

    1. в атомах существуют устойчивые орбиты, двигаясь по которым электроны не испускают электромагнитных волн;

    2. атом излучает квант с орбиты с большой энергией Е1 на орбиту с меньшей энергией Е2

hυ = Е1 – Е


  1. Опытные факты свидетельствовали о том, что свет имеет «двойственную» природу:

  1. свет – это волна, следовательно явление непрерывное. Об этом говорят явления интерференции и дифракции света;

  2. свет – поток частиц – понятие дискретное. Об этом говорят явление фотоэффекта и эффект Комптона.


  1. Решая проблему этих двух противоречий, де Бройль предложил модель атома, в которой вращающемуся по определенной орбите вокруг ядра электрону соответствует цуг стоячих волн определенной длины

hello_html_m1c8eaec.gifhello_html_51f449eb.gif

hello_html_m311f0002.gif

Такая модель хорошо согласуется с постулатами Бора и объясняет происхождение «разрешенных» орбит.

  1. Развивая свою теорию, де Бройль предложит существование волновых свойств у всяких частиц, обладающих импульсом.

Гипотеза де Бройля была подтверждена опытами Девиссона и Джармера, которые обнаружили дифракционную картину при отражении спектров от поверхности монокристалла. При этом λ электронов соответствовала формуле (*) . Таким образом оказалось, что не только электромагнитное излучение имеет свойства дискретности, но и микрообъекты имеют волновые свойства. Возникло представление о корпускулярно-волновом дуализме свойств материи.

В дальнейшем развитие теории пошло по двум направлениям:

  1. основываясь на представлениях Бора о скачках, Гейзенберг создал матричную механику. В основу ее были положены стационарные состояния и квантовые скачки;

  2. представления де Бройля о волнах привели к созданию волновой механики Шредингера. Шредингер получил уравнение, с помощью которого определяется волновая функция, характеризующая состояние микрочастицы. Это уравнение легло в основу волновой механики. Когда же Шредингер доказал эквивалентность матричной и волновой механики, встал вопрос о физической интерпретации дуализма волны и частицы. Его поставил М.Борн, который дал вероятностное толкование волновой функции. Квантовая механика позволила развить модель атома Бора, установит ее связь со спектрами и глубже понять периодическую системы Менделеева.


  1. Возникновение СТО привело к переосмыслению понятий пространства, времени, массы.

В волновой теории света осуществление «световой среды» эфира связывалось с классическим представление абсолютного пространства. Однако, экспериментально обнаружить «эфирный ветер» не удавалось. Обобщив экспериментальные данные по электродинамике движущихся сред и неудавшиеся попытки обнаружить движение земли относительно «световой среды», А.Эйнштейн сформулировал принципы, которые легли в основу новой физической теории.

Один из них (принцип относительности) состоит в том, что не только в механике, но и электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютно покоящегося пространства, что для всех систем механики, справедливы одни и те же электродинамические и оптические законы. Таким образом, принцип относительности Эйнштейна можно сформулировать ка расширение механического принципа относительности Галилея: все инерциальные системы равноценны, , никакими опытами нельзя обнаружить движения относительно «абсолютного пространства», т.е. представление о таковом теряет смысл, его попросту не существует.

Другой принцип состоит в том, что свет в пустоте распространяется со скоростью c, не зависящей от состояния движущегося тела.

Следствием СТО является то, что длина стержня в движущейся системе координат короче по отношению к данной; длительность события, происходящего в некоторой точке, меньше по отношению к той координатной системе, относительно которой эта точка покоится. Таким образом, нет ни абсолютного пространства, ни абсолютного времени. Протяженность в пространстве, а также во времени носит относительный характер.

Следствием СТО является и релятивистское преобразование массы,

hello_html_m17063fde.gifhello_html_6171c6bc.gif

hello_html_57b0b79.gifhello_html_m39fa6a5a.gifm = ,

hello_html_153d2c52.gif


т.е. масса тела не является постоянной, а зависит от скорости.

Теоретически следствия СТО получили экспериментальное подтверждение.

Эффект замедления времени наблюдается на пучке нестабильных частиц – π-мезонов. Период полураспада ионов, движущихся со скоростью 0,6С в пучке, получают от синхроциклотрона на 25% больше периода полураспада тех же частиц, находящихся в покое.

Релятивистское возрастание массы приходится учитывать при конструировании ускорителей высоких энергий.

Таким образом, экспериментальные факты, которые подтверждают справедливость СТО, потеряли сами основы классической механики Ньютона.


  1. Приведенный краткий анализ развития физических идей наводит на мысль о циклическом характере научного творчества ф физике. Каждый цикл начинается выбором группы фактов из наблюдений. Далее выделяется гипотеза относительно их общности. Эта гипотеза обладает эвристическим свойством: она позволяет увидеть другие факты, которые не были известны при обращении. Справедливость предвидения проверяется экспериментом.

Если теоретические следствия исходной модели экспериментально подтверждаются – значит абстрактная модель верно опережает изучаемые свойства явления. Если же дает неожиданный результат, то это значит, обнаружились границы применимости теории, что для объяснения новых явлений требуется уточнение или замена абстрактной модели, лежащей в основе теории.


  1. hello_html_e7e5cd6.gif

hello_html_41b53e42.gif


hello_html_669e5451.gifhello_html_3d218b53.gifhello_html_74b3b900.gif


hello_html_4a02a2c6.gifhello_html_m659100ba.gif

hello_html_be6d2ad.gifhello_html_m10f96138.gifhello_html_48d6f6bd.gif


hello_html_70c1bf7e.gif


hello_html_m551af32a.gifhello_html_3f910de1.gifhello_html_m6c0cedac.gif

hello_html_10ce9585.gifhello_html_7f01efc2.gif


hello_html_1b99b75c.gifhello_html_4bb5c67b.gifhello_html_6b2a774.gif

hello_html_m425bec3e.gif


hello_html_1eea0b66.gifhello_html_m2e23dc35.gif

hello_html_m664005de.gif

hello_html_m66d4264f.gifhello_html_2b2223fc.gif


hello_html_691a817b.gifhello_html_m5929d46f.gifhello_html_m3136b23e.gif




Схема процесса научного творчества.


Пhello_html_m5634ee1.gifhello_html_m5634ee1.gifhello_html_3b8a6ff7.gifроцесс научного творчества – есть циклический процесс. Основные его звенья: факты гипотеза следствия hello_html_5f762b08.gifhello_html_5f762b08.gif эксперимент (см. схему).

Интересно, что эти 4 звена в процессе научного творчества указывал еще Г.Галилей. Он видел в нем 4 фазы:

  1. Восприятие явления, привлекающий внимание к изучению определенной частной группы явлений, но еще не дающий законов природы.

  2. Переход к аксиоме – центральный момент в творчестве, сходный с интуицией художника (гипотеза).

  3. Математическое развитие – нахождение логических следствий из принятой аксиомы.

  4. Опытная проверка – внешний критерий ценности научного открытия.


  1. Представление о цикличности научного творчества имеет большое мировоззренческое значение. К примеру, выяснение в процессе преподавания правильного соотношения между объектами реального мира и абстрактными моделями (реальный и идеальный газ, реальное тело и материальная точка, реальный, физический и математический маятник и т.д.) важно не только для разработки методики развития творческих способностей, но и для методики формирования мировоззрения школьников в процессе обучения.







Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 01.10.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров174
Номер материала ДВ-023753
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх