Формирование представлений об отдельных этапах цикла познания при изучении темы "Давление твердых тел, жидкостей и газов"
методическая разработка по физике (7 класс)

Трудно было человеку Миллионы лет назад,

Он совсем не знал природы,

слепо верил в чудеса,

Он всего, всего боялся.

И не знал, как объяснить

Бурю, гром, землятресенье

Трудно было ему жить.

И решил он, что ж бояться

Лучше просто все узнать.

Самому во все вмешаться

Людям правду рассказать,

Создал он земли науку,

кратко "физикой" назвал.

Под названьем тем коротким

он природу узнавал.

Аттестационная работа

Формирование представлений об отдельных этапах цикла познания

при изучении темы

«Давление твёрдых тел, жидкостей и газов»

Выполнила учитель физики

МОУ Советской средней

общеобразовательной школы

Казанцева Евгения Александровна

        2010 г

План.

1. Введение.
2. О применении метода научного познания на занятиях по физике в средней школе.
3. Гносеологический цикл познания в науке и обучении.
4. Структура темы.
5. Возможности темы для знакомства учащихся с циклом познания.
6. Методика изучения темы.
7. Список используемой литературы
8. Заключение.
9. Приложение.

1. Введение.

       Современная наука развивается очень  быстрыми  темпами,  в  настоящее время объем научных знаний удваивается каждые 10-15 лет. Около  90  %  всех ученых когда-либо живших на Земле являются нашими современниками. За какие- то 300 лет, а именно такой возраст современной науки, человечество  сделало такой огромный рывок, который даже и не снился нашим предкам  (около  90  % всех  научно-технических  достижений  были  сделаны  в  наше  время).  Весь окружающий нас  мир  показывает  какого  прогресса  достигло  человечество.

      Именно наука явилась главной причиной столь бурно протекающей НТР, перехода к  постиндустриальному  обществу,  повсеместному  внедрению  информационных технологий, появления «новой экономики», для которой  не  действуют  законы классической экономической теории, начала переноса  знаний  человечества  в электронную форму, столь удобную для  хранения,  систематизации,  поиска  и обработки, и мн.др.

       Все это убедительно  доказывает,  что  основная  форма  человеческого познания – наука  в наши дни становиться  все  более  и  более  значимой  и существенной частью реальности.

       Однако наука не была бы столь продуктивной, если бы  не  имела  столь присущую ей развитую систему методов,  принципов  и  императивов  познания.

      Именно правильно выбранный  метод наряду с талантом  ученого  помогает  ему познавать глубинную связь явлений, вскрывать их сущность, открывать  законы и закономерности.  Количество  методов,  которые  разрабатывает  наука  для познания действительности постоянно увеличивается.  Точное  их  количество, пожалуй, трудно определить. Ведь в  мире  существует  около  15000  наук  и каждая из них имеет свои специфические методы и предмет исследования.

       Цель работы: сформировать у учащихся представление об отдельных этапах научного цикла познания.

Задачи

Образовательная:  Научиться ыдвигать гипотезы, обосновывать и планировать их проверку (объяснение явлений)

Развивающая: Осуществлять самостоятельный поиск информации с использованием различных источников

Содействовать развитию умений использовать такие методы познания как наблюдение, гипотеза, эксперимент

Осуществлять самооценку учебной деятельности

Воспитательная: Использовать приобретенные знания и умения в повседневной жизни, в новой ситуации.

2. О применении метода научного познания

на занятиях по физике в средней школе.

Физика как учебный предмет может выступить мощным средством развития как интеллектуальных способностей школьников, так и образовательной компетентности выпускников,  если  обучение  реализовать  на  деятельностной  основе  и  применении метода научного познания.

В  настоящее  время  выстраивается  новая,  гуманистическая  парадигма образования,  ценностной  основой  обучения  в  которой  является  создание  условий  к самореализации  личности  школьника,  формированию  у  него  устремлений  к саморазвитию  и  самообучению.  Наряду  с  этим  и  общество  требует  от  выпускника школы  способностей  к  быстрому  переобучению,  способностей  осуществлять осознанный интеллектуальный выбор в постоянно изменяющемся мире и нести за него ответственность. Конкретные  знания по физике при  таком подходе  отодвигаются на второй план, однако при этом возникает противоречие с требованиями по оцениванию: оцениваются  качества  усвоенных  знаний,  а  не  способности  школьников  к  их получению. Это противоречие можно устранить, если обучение физике в средней школе реализовать на основе методологии научного познания, когда ученик под руководством учителя включается в самостоятельное исследование окружающих явлений  и  процессов,  и  физика  как  учебный  предмет  способствует  развитию  такой личности, наделяя ее методами познания окружающей действительности. Сама  теория  познания  эволюционирует  на  протяжении  более  чем  двух тысячелетий. Философ  Платон  знания-идеи  считал  бестелесной  формой  вещей,  при этом «идеи» предполагались совершенно полно отражающими их сущность. Процесс познания  он  пояснял  известной  аллегорией  о  тенях,  по  которым  узники  в  пещере составляют  в  своем  воображении  картину  внешнего  мира  [1].  В  этой  аллегории присутствуют важные положения теории познания, а именно:

1) в основе познания лежат факты, полученные на опытах;

2) первый шаг  их  осмысления  –  гипотетический,  интуитивный,  приводящий  к построению мысленной модели познаваемого;

3) мысленное  построение-модель  проверяется  опытом,  который  позволяет убедиться в правильности или ошибочности гипотезы.

Учащиеся, аналогично с концепцией Платона, все новое познают, сопоставляя с собственным  прежним  опытом.  Этим  процесс  познания  отличается  от информированности,  осведомленности. Можно  сообщать  какую-то  информацию,  но «готовые знания» становятся в сознании учащихся «бестелесной формой вещей». Для осознанного же  познания  необходимо  вовлечь  мышление  учащихся  для  построения моделей в своем сознании, установления взаимосвязей и проверки их опытом.

Со времен Платона представление о процессе познания сильно изменилось вместе с развитием науки, в особенности натурфилософии, естествознания и физики. Ученые перешли  к  осознанному  применению  абстрагирования  и  идеализации  изучаемых явлений,  к  широкому  привлечению  аналогий,  которые  лишь  частично  отображают свойства  изучаемого  объекта.  Основоположник  научного  метода  в  естествознании Г. Галилей  выделял  четыре  фазы  процесса  познания:  

1) чувственный  опыт;

2) интуитивное выдвижение гипотезы в виде аксиомы;

3) математическое (логическое) развитие  аксиомы  и  вывод  логических  следствий;  

4)  экспериментальная  проверка гипотезы и вытекающих из нее следствий.

Скачок  в  развитии  теории  познания  связан  с  революцией  в  физике,  которая произошла на грани XIX и XX столетий. Теория познания А. Эйнштейна отличается от теории Г. Галилея отказом от модели как абсолютно адекватного отражения оригинала, в  ней  отражена  цикличность  процесса  познания:  если  логические  следствия, вытекающие из гипотезы, не подтверждаются экспериментом, то требуется уточнение модели или создание новой. Четко определены функции индуктивного и дедуктивного мышления:  индукции  отводится  роль  догадки,  т.  е.  вероятностного,  интуитивного познания,  требующего  проверки.  Дедукции  же  отводится  строго  логическая, доказательная  роль  (при  любом  преобразовании  информации  по  законам  логики выводы будут верными, если верны посылки) [2].

В результате структуру цикла научного познания можно представить следующей схемой:  

Рис. 1. Схема цикла научного познания.

Организация  работы  с  учащимися  по  физике  с  опорой  на  основные  этапы научного познания пока не нашла широкого применения и это можно объяснить как стереотипом  сообщать  ученикам  готовые  знания,  так  и  недостаточностью экспериментальной базы школ и рекомендаций по методике обучения.

При  организации  работы  с  опорой  на  основные  этапы  научного  познания учащиеся должны быть включены в деятельностное изучение предмета, а этому могут способствовать проблемные методы обучения, экспериментальная и исследовательская деятельность учащихся, выполнение совместных творческих проектов.

При  обучении  с  опорой  на  этапы  научного  познания  у  учащихся  чаще  всего трудности возникают в связи с формированием группы исходных фактов, с созданием модели-гипотезы, при переходе от одного этапа к другому.

3. Гносеологический цикл познания

в науке и обучении.

Основными задачами школьного курса физики в 7 – 8 классах является:

1. Научить учеников выделять объект наблюдения (что?)
2. Описывать те изменения, которые происходят с объектами (как?)
3. Объяснять явления (почему?)

        Устанавливать                                          Вскрывать микромеханизм

причинно-следственные                                     протекания

            связи                                                          явлений

4. Управлять протекающими явлениями и предсказывать ход (гипотеза)
5. Знать условия создания новых материалов.
6. Использовать полученные знания в жизни и практике.

Одной из задач обучения физике в школе является создание у учащихся теоретического способа мышления, основу которого составляет теоретическое общение.

  Одной из форм теоретического общения является путь познания в науке физике, именуемый гносеологическим циклом познания.

Рассмотрим, что представляет собой такой цикл.

          В учебном познании можно цикл познания выразить в четырёхэлементную систему:

- факты, явления;

- гипотеза, эксперимент;

- теория, эксперимент;

- применение.

4. Структура темы.

Изучение этой темы является  продолжением  темы  «Взаимодействие  тел»  в  7 классе. Здесь рассматривается случай, когда твердые, жидкие  и  газообразные тела соприкасаются друг  с  другом  по  некоторой  поверхности  и  находятся относительно друг друга в покое. В этом случае  оба  взаимодействующих  тела деформированы по всей поверхности соприкосновения.

В качестве меры напряженного состояния тел, используют  физическую  величину – давление.

Тема включает в себя вопросы гидростатики и аэростатики и изучается один раз за все годы обучения. В связи с практической значимостью темы и включением в экзаменационные испытания учащиеся должны усвоить тему на практическом уровне.

         Каждый блок темы (кроме закона Паскаля) содержит математические формулы. В связи с этим учитель должен научить ученика решать задачи.

Для овладения теоретическим содержанием темы необходимо использовать активные методы обучения и те из них, которые рассчитаны не столько на развитие памяти, сколько мышления. Примером такого метода является освоение в рамках научного цикла познания.

5. Возможности темы для знакомства

 учащихся с циклом познания.

Содержание материала для реализации цикла познания должно содержать подлежащую усвоению учащимися теоретическую базу, доказывающий эксперимент, математические закономерности и применение.

Методические рекомендации:

1. Желательно перед началом изучения темы, в рамках предыдущих тем, ознакомить учащихся с терминами – гипотеза, теория, модель.
2. Логика цикла познания в теме должна усваиваться по частям. Каждый часть темы, можно рассматривать как отдельный этап формирования цикла познания.

Первая часть в блоке «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» - объяснение материала без указания этапов цикла познания можно строить в логике этого метода, а можно проводить уроки в произвольной форме. Однако опрос  учащихся надо производить по заготовленной учителем опоре составленной в логике цикла познания с обозначением этапов (опрашивать только сильных учеников).

Вторая часть в блоке «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» -

объяснение учителем закона Паскаля в логике цикла познания, но без последнего этапа (без применения). Опрос в произвольной форме.

Третья часть в блоке «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» - самостоятельная работа, которую учитель проводит на уроке по весовому давлению жидкости (одна расчетная и одна качественная задача) на 15 – 20 минут. Учитель предлагает тем учащимся, которые хотят получить за четверть пять составить опору по циклу познания на весовое давление.

Четвертая часть в блоке «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» - изучение атмосферного давления. Учащиеся самостоятельно оформляют в виде цикла познания после предварительного анализа на уроке.

Пятая часть в блоке «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» - объяснение Архимедовой силы. Учитель сам проводит в логике цикла познания, целиком оформляя все этапы и оформляя доску.

7. Методика изучения темы.

1блок

Понятие давления

После мотивации учитель предлагает учащимся рассмотреть рисунок в учебнике и записать в тетрадь следующее

Взрослый человек         на снегу

Ребенок

Ребенок

        На лыжах        наст

        Без лыж

        F        разное действие         ДЕФОРМАЦИЯ

                               S = ?

Вопросы:

1. Какая сила?  (сила тяжести   вес)
2. Направление?  (перпендикулярно площади поверхности)
3. Только ли вес?

     ДАВЛЕНИЕ         ЯВЛЕНИЕ

                                          или

                                  ВЕЛИЧИНА

Можно дать учащимся в конце этого цикла представление о гипотезе

F = f(S) – научное предположение гипотезы

При опросе учитель предлагает сильным ученикам опору, в которой

Факты – Вам, конечно, хорошо известно слово “давление” и вы понимаете смысл следующих предложений:

1. Давление резко падает. Возможны осадки.
2. Защитники команды “Динамо” не выдержали давление нападающих “Спартака”.
3. У больного внезапно повысилось давление.
4. “Наутилус” скользнул в бездонные глубины, несмотря на огромное давление внешней среды.
5. Это была женщина, - сказал комиссар Мегре и добавил: - Только тонкий каблук женских туфель мог произвести такое большое давление.

Гипотеза – давление - физическая величина

Теория – опыт со столиком

Применение –

2 блок.

Закон Паскля

Объяснение закона Паскаля ведется в форме цикла познания.

Опрос на следующем уроке проводится для слабых учеников. По каждому блоку вызывается один ученик        

3 блок

Изучение весового давления жидкости и газа.

В качестве проблемного опыта на уроке можно поставить опыт Стевина с отпадающим дном. Опыт сначала демонстрируется в воздухе потом в воде как проблемный.  Данный опыт, а так же опыт с пакетом и рукой могут служить начальными фактами наблюдений. В качестве гипотезы выступает предположение «жидкость давит вверх». В качестве теории выступает серия экспериментов демонстрирующих давление жидкости на дно и стенки сосуда, а так же измерение давления жидкости с капсулой манометром.

4 блок

Атмосферное давление

Логика учебника идет от сравнения воздуха с жидкостью – взвешивание воздуха и оценки величины давления. Каждый эксперимент выступает в качестве подтверждающего.

В качестве мотивации учитель должен продемонстрировать фокусы, связанные с наличием атмосферного давления.

При объяснении в качестве наблюдаемых фактов выступают следующие опыты:

-  «вода в перевёрнутом стакане»;

- «фонтан в пустоте».

На основе этого делаются выводы – листок бумаги держит воздух, жидкость в сосуде держит воздух.

Для выдвижения гипотезы необязательно взвешивать воздух, но для учащихся можно выдать цифры как известный факт

V = 1 м³                      ρ = 1,3 кг/ м³       m = 1,3 кг

                                          F = P = mg

                                          F = 13 H

При построении теории  по атмосферному давлению необходимо выяснить природу атмосферы на разных планетах. Две причины возникновения атмосферы – сила тяжести, действующая на молекулы и скорость движения молекул газа.

Измерение атмосферного давления – исторический опыт Торричелли. В качестве применения выступают пипетки, ливер, бюретки, шприцы, барометр-анероид, высотомер.

5 блок

Выталкмвающая сила. Сила Архимеда

Первый урок посвящен отбору наблюдений и фактов, выдвижению гипотез и выведение формулы.

В качестве наблюдений и фактов  можно рассматривать поведение тяжелых и легких тел в воде (гиря и пробка). На основе этого ставится вопрос – ПОЧЕМУ? 

Гипотеза – на все тела действует жидкость с силой направленной вертикально вверх. Эта сила выталкивает все тела из жидкости. По природе является упругой, т.к. действует со стороны жидкости. Называется Архимедовой силой.

Выведение формулы

        F1= p1 S;  p1 = ρ g h1

F3=F4

F2= p2 S;  p2 = ρ g h2

                                                                   F1 > F2                 R= F1-F2

Найдем равнодействующую всех сил давления

R= F1-F2         R        F1

Второй и третий  уроки  - лабораторная работа и решение задач.

Четвертый урок применение Архимедовой силы к плаванию тел. Условия плавания однородных и неоднородных тел.

Пятый , шестой  уроки – лабораторная работа  и плавание судов, воздухоплавание.

Седьмой и восьмой  уроки –решение задачи контрольная работа.

8. Заключение.

Организация  работы  с  учащимися  по  физике  с  опорой  на  основные  этапы научного познания пока не нашла широкого применения и это можно объяснить как стереотипом  сообщать  ученикам  готовые  знания,  так  и  недостаточностью экспериментальной базы школ и рекомендаций по методике обучения.

При  обучении  с  опорой  на  этапы  научного  познания  у  учащихся  чаще  всего трудности возникают в связи с формированием группы исходных фактов, с созданием модели-гипотезы, при переходе от одного этапа к другому.

При организации учебного процесса по научному познанию окружающего мира основным  элементом  является  экспериментальная  и  исследовательская  деятельность школьников,  включающая  умения  обнаруживать  и  исследовать  факты,  лежащие  в основе  законов,  выявлять  границы  применимости  научных  положений,  находить частные закономерности и следствия.

В  экспериментальной  деятельности  учащиеся  осознают  целостность  системы знаний, в которой объединены факты об объектах и явлениях, средства их описания, примеры применения.

Особенностью  поиска  решения  в  исследовательских  проблемных  ситуациях является  постоянный  переход  от  практических  ситуаций  к  их  идеальным  моделям, исследование  с  помощью  теоретического  аппарата  закономерностей  этих моделей  и перенос закономерностей вновь на реальные объекты.

Выполнение  экспериментальных  и  исследовательских  заданий является  наиболее  эффективным  для  формирования  осознанных  знаний  и  обучения школьников научному методу познания.  

Таким образом, процесс обучения школьников физике, организованный с учетом этапов научного познания способствует повышению осознанности усвоения знаний и развитию  личности  учащихся,  позволяет  повысить  качество  обучения  и  придает знаниям личностную значимость.

8. Список используемой литературы

1. Спасский Б. И. История физики. – М.: МГУ, 1964. – 512 c.

2. Разумовский В.Г., Майер В.В. Физика в школе. Научный метод познания и обучение. – М.: ВЛАДОС, 2004. – 463 c.

3. Махмутов М.И. Организация проблемного обучения в школе. – М.: Просвещение, 1977. – 237 с

5. Эсаулов А.Ф. Психология решения задач. – М.: ВШ, 1972. – 216 с.

6. Н.П. Семыкин, В.А. Любичанковский, - Методологические вопросы в курсе физики средней школы, М. "Просвещение", 1979 г.
7. Г.М. Голин, - Вопросы методологии физики в кусе средней школы, М. "Просвещение", 1987 г.
8. http://ru.wikipedia.org/
9. http://uchifiziku.ru/

ПРИЛОЖЕНИЕ