Дистанционное обучение по физике.

Выпускная квалификационная работа

«Системно-деятельностный подход в преподавании школьного курса физики»

Расковалов Александр Геннадиевич, учитель физики, второй категории, МБОУ «СОШ с. Косьювом» г. Инта, Республика Коми.

Среди учебных предметов средней школы физика занимает одно из ведущих мест. Это является отображением того объективного общеизвестного факта, что физика - основа современной техники и многих современных производств и технологий. Важным компонентом основы ФГОС является системно-деятельностный подход к образовательной деятельности.  Системно-деятельностный подход при изучении физики ориентирует обучающихся не только на усвоение отдельных понятий, положений и законов физики, и вообще знаний, но и способов этого усвоения, на развитие творческого подхода, исследовательских навыков. Системно-деятельностный подход, лежащий в основе  стандартов второго  поколения, позволяет выделить основные результаты обучения  и внедрить набор универсальных учебных действий, которыми должны владеть обучающиеся.

Системно-деятельностный подход нацелен на развитие личности, на формирование гражданской идентичности, развивает  ценностные ориентиры, которые встраиваются в новое поколение стандартов российского образования.

Учебная деятельность становится источником внутреннего развития школьника, формирования его творческих способностей и личностных качеств.

В соответствии с системно-деятельностным подходом именно активность учащихся признается основой достижения развивающих целей образования - знания не передаются в готовом виде, а добываются самими учащимися в процессе познавательной деятельности.

Современное образование - это такое образование, благодаря которому человек способен самостоятельно работать, учиться и переучиваться. Актуализация системно-деятельностного подхода обусловлена тем, что последовательная его реализация повышает эффективность образования по следующим показателям:

•  придание результатам образования социально и личностно значимого характера;
•  более гибкое и прочное усвоение знаний учащимися, возможность их самостоятельного движения в изучаемой области;

- возможность дифференцированного обучения с сохранением единой структуры теоретических знаний;

•  существенное повышение мотивации и интереса к учению;
•  обеспечение условий для общекультурного и личностного развития на основе формирования универсальных учебных действий, обеспечивающих не только успешное усвоение знаний, умений и навыков, но и формирование картины мира, компетентностей в любой предметной области познания.

Таким образом, системно-деятельностный подход наиболее полно на сегодняшний день описывает основные психологические условия и механизмы процесса учения, структуру учебной деятельности учащихся, адекватную современным приоритетам российского модернизирующегося образования. Моя функция  заключается не только в обучении, но и  в сопровождении учебного процесса: подготовка дидактического материала для работы, организация различных форм сотрудничества, активное участие в обсуждении результатов деятельности учащихся через наводящие вопросы, создание условий для самоконтроля и самооценки.

В соответствии с данными особенностями  использую следующие педагогические технологии:  проблемного обучения, развивающего обучения, личностно-ориентированное обучение, обучение с применением опорных схем, применение игровых технологий, а также использование методов проектов, индивидуальных и групповых форм поисково-исследовательской работы. С педагогической темой применение игровых технологий участвовал в муниципальном конкурсе «Учитель года- 2010», результаты полученного опыта использую и  по сегодняшний день. Вовлекаю обучающихся  в игровую, оценочно-дискуссионную, рефлексивную деятельность, а также проектную  деятельность - обеспечивающих свободный поиск эффективного, отвечающего индивидуальности ребёнка, подхода к решению задачи.

Для реализации системно-деятельностного подхода в преподавании  создаю проблемные ситуации, обращаюсь к обучающимся с вопросами, а не с ответами, управляю поисковой деятельностью и обсуждаю результаты с обучающимися. В таких ситуациях начинается воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, прослеживается связь с повседневной жизнью. Для этого использую разнообразные организационные формы, обеспечивающие рост творческого потенциала обучающихся. Обучающиеся учатся выделять, сравнивать, обобщать, оценивать физические понятия, создавать физические модели. Применение системно-деятельностного подхода позволяет создавать на уроке ситуацию успеха, обучющийся сам оценивает свои способности (« Я умею...», «У меня получится...», «Я сам получил этот результат...», «Я справился с этой проблемой.»), учится высказывать свое мнение («Я считаю.», «Мне важно.», «Лично мне это нужно.»).

Преподавание физики, в силу особенности самого предмета, представляет собой благоприятную среду для применения системно-деятельностного подхода. Физика - наука экспериментальная.  Важная часть урока физики сопровождается с проведением опытов, с последующим обсуждением увиденного и выводом, с решением практических задач. Одной из форм проведения современного урока по физике является - правильно организованная дискуссия, которая поможет, повысить уровень знаний учащихся, эмоционально развить ребенка, оживить урок, наполнить его практической значимостью и познавательным эффектом. Работа обучающихся в паре и в группах позволяет развивать коммуникативные качества личности. Создание действующих моделей для изучения физических явлений и законов развивает изобретательские способности учащихся. Такой подход к изучению физики делает её наиболее приближенной к реальной жизни, а значит более интересной и понятной для детей. В своей работе использую   технологию проектной деятельности. Целью работы : повышение эффективности преподавания физики через применение современных подходов к организации образовательной деятельности, непрерывное совершенствование профессионального уровня и педагогического мастерства. При выполнении работы ставлю задачи:  развивать творческие способности и познавательную активность учащихся; организовать проектную деятельность учащихся в школе при изучении физики с применением информационных технологий.  Используя ИКТ компетентность  по курсу преподавания физики,   применяю проектно-исследовательскую деятельность на уроках и во внеурочной  деятельности учащихся.

В условиях внедрения ФГОС     организовываю деятельность обучающихся таким образом, чтобы создавались условия для формирования как УУД (универсальных учебных действий), так и самих личностных, предметных и метапредметных компетенций обучающихся.  Использование технологии проектов развивает у обучающихся самостоятельность, свободное общение, умение высказывать свою точку зрения, интерес к предмету, умение осознано воспринимать информацию. Сегодня важно не столько дать обучающему  как можно больший багаж знаний, сколько обеспечить его общекультурное, личностное и познавательное развитие, вооружить таким важным умением, как умение учиться. Это и есть главная задача новых образовательных стандартов, которые призваны реализовать развивающий потенциал общего среднего образования и одно из главных направлений деятельности учителя.

Школа сегодня стремительно меняется, пытается попасть в ногу со временем. Главное же изменение в обществе, влияющее и на ситуацию в образовании, — это ускорение темпов развития. Задача системы образования состоит не в передаче объема знаний, а в том, чтобы научить учиться и обеспечить его общекультурное, личностное и познавательное развитие.

Так как знания по физике востребованы практически в любой специальности, то необходимо усиление физического образования, которое должно происходить на основе системно-деятельстного  обновления содержания и технологий обучения физике, совершенствования методики обучения физике.

Основные условия и механизмы процесса усвоения знаний, а также структура учебной деятельности наиболее полно описывается системно-деятельностным подходом. При преподавании физики это означает следующее: окружающий мир - объект познания учащимися, он имеет системную организацию. Любой исследуемый физический объект рассматривается, с одной стороны, как некая сложная система, состоящая из отдельных взаимодействующих между собой элементов. С другой стороны, эта система, являясь частью более общей системы, взаимодействует с другими системами, т.е. с окружающей средой.            

В процессе обучения физике обучающийся   приобретает  личный опыт с учетом общественно выработанного опыта предыдущих поколений.

Преимущество  ФГОС  в системно-деятельстном подходе обучения физике в том, что ученик вовлечен в активный творческий процесс получения новых знаний, самостоятельно выбирая тему работы, участвует в совместном труде в процессе общения, тем самым повышая мотивацию к изучению физики. У обучающегося  формируются исследовательские навыки и навыки работы с информацией.  Другой образовательной технологией, играющей важную роль в системно-деятельностном подходе при изучении физики, является технология интегрированного обучения. Она особенно важна в виду того, что современному человеку необходим синтез знаний математики, биологии, химии, экологии, ОБЖ и т. д.

Поэтому в моих планах проведение интегрированных уроков физики с математикой, биологией, химией, географией,ОБЖ.

Литература

1. Закон об образовании (Ф3-273 от 29.12.2012)
2.  Федеральная целевая программа развития образования на 2016-2020 годы.
3.  ФГОС основного общего образования
4.  Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. Основная школа.- М.: Просвещение. 2010-2011 гг.
5. Асмолов А. Г. Системно-деятельностный подход к разработке стандартов нового поколения // Педагогика. - 2009. - № 4. - С. 18-22.
6. Карабанова О.А. Программа развития универсальных учебных действий как развивающий потенциал стандартов общего образования второго поколения // Образовательная политика. - 2009. - №9. - С. 9-11.

7.  Методические материалы и разъяснения по отдельным вопросам введения федерального государственного образовательного стандарта общего образования: письмо Департамента общего образования Минобрнауки России от 19 апреля 2011 г. № 03-255.
8.  Низиенко Е., Шмелькова Л. Введение новых государственных образовательных стандартов общего образования // Образовательная политика. - 2010. - № 1-2. - С. 108113.
9.  Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли: система заданий : пособие для учителя / под ред. А. Г. Асмолова. - М.: Просвещение, 2010. - (Стандарты второго поколения).

10.  Чернобай Е. В. Методика конструирования урока с использованием электронных образовательных ресурсов // Стандарты и мониторинг в образовании. - 2010. - № 1. - С . 11-14.

Интернет-ресурсы:

www.festival.1septembr.ru

www.shkola.edu.ru

www.pedsovet.org

http://fizmet.org/ru/L1.htm - методика обучения физике в средней школе.

Контрольная работа по итогам изучения раздела «Актуальные вопросы содержания и методики школьного физического образования»

1. Назвать основные направления в развитии школьного физического эксперимента в условиях реализации Федерального государственного стандарта общего образования по физике.

В Федеральном компоненте государственного стандарта общего образования среди приоритетных целей и задач физического образования называется цель «приобретение опыта применения научных методов познания, наблюдения физических явлений, проведения опытов, простых экспериментальных исследований, прямых и косвенных измерений с использованием аналоговых и цифровых измерительных приборов; понимание неизбежности погрешностей любых измерений» (ФГОС).

         Использование физического эксперимента – важнейшее условие эффективности учебного процесса. Эксперимент является основой принципа наглядности, базой для формирования практических умений, способом отражения экспериментального характера физической науки. Вместе с тем ФГОС ориентирует учителя на организацию учебного процесса, в котором ведущая роль отводится самостоятельной деятельности учащихся. Это принципиально изменяет роль, место и функции эксперимента в организации учебного процесса сравнительно с отмеченными выше его функциями: эксперимент не только средство обучения, но и основа для усвоения учащимися естественнонаучного метода познания в единстве его экспериментальный и теоретический компонент. Для этого необходимо организовать такие виды деятельности, как наблюдение и объяснение физических явлении, проведение экспериментальных исследований.

В настоящее время сложилась следующая структура школьного физического образования. В основной школе изучаются элементы базовых для физики как учебного предмета теории, средняя (полная) школа становится профильной, при изучении физики в учреждениях начального профессионального образования выделяются профессионально - значимые элементы учебного материала. В связи с этим ФГОС предъявляет к школьному физическому эксперименту следующие требования. Первое требование подразумевает блочно – тематический подход в конструировании и разработке учебной техники. В соответствии с этим оборудование разрабатывается в виде тематических комплектов, ядро которых составляет оборудование для основной школы, с которым согласуются элементы и блоки, позволяющие реализовывать эксперименты на всех уровнях основной и профильной школ, вплоть до углубленного. Второе требование ФГОС подразумевает использование цифровых средств измерений и компьютерных технологий в оптимальном сочетании с классическими способами измерений.

За последние годы произошли изменения в концепции физического образования, в частности, изменилось представление о роли, месте и функции самостоятельной экспериментальной деятельности.

Экспериментальные умения, которые приобретают ученики, можно разделить на два этапа: к первому относятся умение по прямому и косвенному измерению физических величин. Второй тип умений – это обще учебные умения: построение графиков, планирование эксперимента, проведение исследование эмпирических закономерностей и т.д.

 Школьный физический эксперимент занимает важное место в процессе обучения физике.

Для этого в данной работе описываются виды школьного физического эксперимента, характеризуются основные требования к школьному физическому эксперименту, представлена техника школьного физического эксперимента и методика его проведения.  Данная  работа состоит из введения, трех параграфов, заключения, списка литературы. Первый параграф содержит информацию о видах школьного физического эксперимента. Второй параграф посвящен характеристике требований к школьному физическому эксперименту. В третьем параграфе описана техника школьного физического эксперимента и методика его проведения.

Школьный физический эксперимент - это один из важнейших методов обучения школьников физике; он имеет несколько своеобразных, особых видов и не является чем-то сложившимся, а все время развивается, расширяется, пополняется новым оборудованием, приемами и средствами выполнения. Поэтому его изучению и уделяется столь большое внимание.

Физический эксперимент в школе применяется в следующих видах:

Демонстрационный эксперимент, который проводит учитель;

Фронтальные лабораторные работы, выполняемые учащимися в процессе изучения программного материала;

Фронтальные лабораторные работы- это такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование.

Работы физического практикума, выполняемые учащимися в завершение предыдущих разделов курса физики или в конце всего школьного курса физики;

Экспериментальные задачи;

Внеклассные физические опыты (на кружках, конференциях) и домашние экспериментальные работы.

Во всей совокупности школьного физического эксперимента основное место занимает демонстрационный эксперимент, который присутствует в том или ином виде почти на каждом уроке физике. Учащиеся, наблюдая, обсуждая и вникая в сущность демонстрируемого, видя и мысленно «повторяя» действия учителя при демонстрации опыта, получают и первоначальные экспериментальные умения.

Схема 1. Виды школьного физического эксперимента

Возможно, самостоятельная работа в школе возрастает до такого уровня, что максимум знаний учащиеся будут приобретать сами под руководством учителя, выполняя во время обучения значительно большее, чем теперь, число фронтальных лабораторных работ и работ физического практикума. Но это время еще не настало, хотя новая парадигма образования – учитель не только источник новых знаний, а, главное, он организатор познавательной деятельности учащихся- уже работает. Но пока демонстрационный эксперимент еще не потерял своего определяющего значения в учебном процессе по физике и является основным видом школьного физического эксперимента.

Фронтальные лабораторные работы - это такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование.

Фронтальные лабораторные работы выполняются чаще всего группой учащихся, состоящей из двух человек, иногда имеется возможность организовать индивидуальную работу.

Названия фронтальных лабораторных работ приводятся в учебных программах. Их достаточно много, они предусмотрены практически по каждой теме курса физики. Фронтальные лабораторные работы не очень сложны по содержанию, тесно связаны хронологически с изучаемым материалом и рассчитаны, как правило, на один урок.

Фронтальные лабораторные работы весьма разнообразны, их можно классифицировать и выделить группы работ по:

наблюдению физических явлений (взаимодействие магнитов, интерференция и др.);

ознакомлению с приборами и выполнению с их помощью прямых измерений (измерение силы тока, напряжения, массы тела и др.);

-выполнению косвенных измерений физических величин (измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра, измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока и др.);

установлению зависимостей между физическими величинами, описывающими какой-то физический процесс (исследование зависимости между силой тока и напряжением, между параметрами состояния идеального газа и др.);

сборке и ознакомлению с принципом действия некоторых технических установок и приборов (сборка электромагнитного реле, детекторного радиоприемника и др.).

В зависимости от дидактических задач, которые решаются с помощью фронтальных лабораторных работ, их можно разделить на иллюстративные (проверочные) и исследовательские (эвристические).

Иллюстративные работы выполняются с целью «проверки» изученных закономерностей или полученного дедуктивного вывода.

Исследовательские работы выполняются с целью проверки гипотез и получения новых знаний, они могут служить основой индуктивного вывода.

Например, лабораторная работа по изучению законов последовательного соединения проводников как иллюстративная проводится после объяснения учителем и выполнения им соответствующего демонстрационного эксперимента. Если она проводится как исследовательская работа, то учащиеся сами в ходе ее выполнения приходят к законам последовательного соединения проводников. При этом учитель организует деятельность учащихся таким образом, чтобы они проходили все этапы процесса исследования: постановка задачи - выдвижение гипотезы - выбор экспериментальных средств (приборов) - планирование эксперимента - выполнение эксперимента - анализ результатов - выводы.

Таблица 1 Этапы выполнения фронтальных лабораторных работ

Инструкции по выполнению лабораторных работ содержатся в учебниках физики, однако в зависимости от дидактической цели, их выполнения, от подготовленности учащихся, от уровня формируемых у них умений учитель либо предлагает пользоваться готовой инструкцией, либо вырабатывает план выполнения работы совместно с учащимися, либо предлагает им сделать это самостоятельно.

Проведение любой фронтальной лабораторной работы включает три этапа: подготовку, выполнение, подведение итогов. На каждом из этих этапов учителем и учащимися выполняется определенная деятельность.

При проведении вводной беседы учитель выявляет подготовленность учащихся к сознательному выполнению работы, определяет вместе с ними ее цель, обсуждает ход выполнения работы, правила работы с приборами, методы вычисления погрешностей измерений.

Отчет учащихся о работе должен содержать:

Название работы.

Цель.

Перечень приборов и материалов.

Рисунок установки, схему цепи (там, где это необходимо).

Таблицу значений измеряемых величин с указанием их единиц и погрешностей измерений.

Вычисления (необходимые формулы и расчеты).

Вычисление погрешностей результата.

Анализ результатов и выводы.

Физический практикум проводится с целью повторения, углубления, расширения и обобщения полученных знаний из разных тем курса физики; развития и совершенствования у учащихся экспериментальных умений путем использования более сложного оборудования, более сложного эксперимента; формирования у них самостоятельности при решении задач, связанных с экспериментом.

Физический практикум не связан по времени с изучаемым материалом, он проводится, как правило, в конце учебного года, иногда - в конце первого и второго полугодий, и включает серию опытов по той или иной теме.

Физические практикумы предусмотрены в основном программами IX-XI классов. В каждом классе на практикум отводится примерно 10 часов учебного времени.

В качестве примера приведем перечень работ физического практикума, предлагаемых в IX классе:

Изучение прямолинейного равноускоренного движения.

Измерение ускорения свободного падения тела.

Проверка постоянства отношения ускорений двух тел при взаимодействии.

Измерение массы тела.

Изучение второго закона Ньютона.

Изучение движения тела под действием силы тяжести.

Изучение закона сохранения импульса.

Изучение закона сохранения механической энергии.

Исследование зависимости мощности на валу электродвигателя от нагрузки.

Изучение свободных и вынужденных колебаний.

Программой на проведение этого практикума отводится 10 часов учебного времени. Учитель может поставить все 10 работ и проводить одночасовые занятия. Если организованы двухчасовые занятия, то  выбираются пять работ, либо объединить близкие по тематике работы.

Как видно из приведенного перечня, работы практикума посвящены либо косвенным измерениям физических величин, либо изучению зависимостей между величинами, характеризующими то или иное явление.

Для проведения практикума используется специальное оборудование, оно более сложное, чем для фронтальных работ, более точное. В кабинете следует иметь по 2-3 комплекта оборудования для каждой работы практикума. Комплектуется и хранится оборудование по работам; оно может быть собрано в специальные ящики, подобные укладкам для приборов к фронтальным лабораторным работам.

Проведение практикума так же, как и фронтальных лабораторных работ, включает три этапа: подготовку, выполнение, подведение итогов. Деятельность, которая выполняется учителем и учащимися на этих этапах, представлена в таблице 3.

Таблица 3    Этапы проведения работ физического практикума

Инструкция, которую готовит учитель по каждой работе,  содержит  название, цель (познавательную задачу), список приборов и оборудования, краткую теорию, описание неизвестных учащимся приборов, план выполнения работы, требование к отчету. В зависимости от уровня экспериментальных умений учащихся те или иные элементы инструкции опускаются. Отчет учащихся о работе должен содержать: название работы, цель работы, список приборов, схему или рисунки установки, план выполнения работы, таблицу результатов, формулы, по которым вычислялись значения величин, вычисления погрешностей измерений, выводы.

При оценке работы учащихся в практикуме  учитывается их подготовка к работе, отчет о работе, уровень сформированности умений, понимание теоретического материала, используемых методов экспериментального исследования.

Учитель  выставляет оценку за каждую работу, за группу близких по тематике работ, одну оценку за весь практикум.

Появилась также возможность использовать ИКТ технологии для проведения в домашних условиях Модельного эксперимента. Понятно, что соответствующие задания могут быть предложены тем учащимся, у которых дома есть компьютер и программно-педагогические средства.

Экспериментальные задачи. К экспериментальным задачам относят такие физические задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой установок электрических цепей и т.д.

Большинство таких задач строится так, чтобы в ходе решения ученик сначала высказал предложения, обосновал  выводы, а потом проверил их опытом. Такое построение вызывает у учеников большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями.

Экспериментальные задачи можно разделить на следующие виды:

Задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять необходимые физические величины, либо использовать паспортные данные приборов, либо экспериментально проверять эти данные.

Задачи, в которых ученики самостоятельно устанавливают зависимость и взаимосвязь между конкретными физическими величинами.

Задачи, в условии которых дано описание опыта, а ученик должен предсказать его результат.

Задачи, в которых ученик должен с помощью данных ему приборов и принадлежностей показать конкретное физическое явление без указаний на то, как это сделать, или собрать электрическую цепь. Сконструировать установку из готовых деталей в соответствии с условиями задачи.

Задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности результата.

Задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные практические вопросы.

Значение экспериментальных задач в том, что они повышают активность учащихся на уроке, способствуют устранения формализма в знаниях, приобретению навыков исследовательского характера, формируют критический подход к оценке результатов измерений.

Таким образом, в данном параграфе мы рассмотрели понятие школьного физического эксперимента, классификацию ШФЭ и кратко описали каждый вид школьного физического эксперимента.

Требования к школьному физическому эксперименту при обучении физике.

Экспериментальный метод в преподавании физики в средней школе является одним из основных методов обучения физики. Он в весьма доступной и наглядной форме знакомит школьников с демонстрационным подходом к познаванию физических явлений. Закономерностей и процессов в науке - физике. А метод обучения есть отражение метода познания в деятельности, которая называется обучением. Как велико значение демонстрационного метода в науке физике, так оно велико в обучении физике, в преподавании учебного предмета «физика». Специфика демонстрационного метода в его наглядности, убедительности и в педагогической эффективности.

Обратимся теперь к основным требованиям к эксперименту.

Первое, основное и непременное требование к демонстрационным опытам – это их видимость всеми учащимися класса. Где бы они ни находились (за первым или за последним столом физического кабинета). Учащиеся должны видеть все детали опыта. Его различные аспекты и т.п. Для обеспечения видимости опытов демонстрационные приборы должны быть достаточно больших размеров, а если это невозможно, то следует применять специальные способы, обеспечивающие их видимость, о чем будет рассказано в дальнейшем. Не малую роль играют и умения учителя демонстрировать опыты, в частности его умение найти свое место у демонстрационной установки, чтобы не мешать наблюдать учащимся опыт, который он сам и показывает.

Второе требование к опытам – это их наглядность. На первый взгляд это тоже, что и видимость, но это не так. Наглядность предполагает ясную и понятную постановку демонстрируемого опыта. Это достигается тем, что в демонстрационной установке удаляются или скрываются не столь существенные детали, выбирается такой вариант опыта. Который будет легче всего понят учащимися. Идеалом является тот случай, когда учащиеся с первого взгляда как бы все понимают в установке, а учитель еще дополняет это «понимание» своим рассказом, указаниями, как и где сосредоточить свое внимание при наблюдении опыта.

Кратковременность опыта - следующее требование к демонстрационному эксперименту.

Выразительность и эмоциональность – еще одно требование к физическому эксперименту. Пределом выполнения требования эмоциональности опыта является удивление и восторг учащихся, с которым они наблюдают показываемый учителем опыт.

Занимательность. Опыт должен у учащихся вызывать интерес.

Надежность опыта, т.е. возможность повторного его показа (надежность- это и уверенность учителя в том, что опыт будет осуществлен).

Убедительность опыта. Просмотр опыта не должен приводить к двойственному или неправильному толкованию, а убедительно показывать то, что следовало показать.

Схема 2. Требования к физическому эксперименту

Техника школьного физического эксперимента и методика его проведения

При постановке и проведении школьно физического эксперимента имеют место как технические, так и методологические аспекты. Знание устройства и конструкции физического прибора, умение им пользоваться – все это технические вопросы, а понимание места физического опыта в процессе изучения конкретного физического материала, объяснение наблюдаемого явления, получение максимальной информации от опыта – это методика физического эксперимента.

В соответствии с этим можно говорить о технике постановки физических опытов и методике проведения физических опытов. И будущих учителей физики, студентов педагогических вузов, надо учить и тому и другому.

Они должны, во-первых, получить необходимые знания о приборах по физике, об их конструкции, правилах работы с ними, уметь их применять, а во-вторых, понимать и знать, когда и где этот прибор следует применять в учебном процессе по физике, как вписать рассматриваемый опыт с данным прибором в «канву» конкретного урока, какие при это дать разъяснения, как показать опыт, чтобы учащиеся при этом максимально увидели, услышали и поняли.

Однако в теории и методике обучения физике как науке термины « техника постановки опытов» в силу их взаимосвязи никогда отдельно не фигурируют, а используются обязательно вместе, как бы в виде одного термина. При этом возможны два их сочетания: «техника и методика школьного физического эксперимента» и «методика и техника физического эксперимента». В большинстве случаев используется второе сочетание рассматриваемых терминов, так как оно, с одной стороны, более благозвучно, а, с другой стороны, что более важно для нас, на первое место в этом сочетании ставится методика проведения физических опытов, т.е. то, чем мы в основном и занимаемся.

Таким образом, можно уже сейчас сделать несколько выводов по данному вопросу.

Во-первых, правомерно использовать как термин «техника постановки школьных физических опытов», так и термин «методика проведения школьных физических опытов».

Во-вторых, в практике оба этих термина в силу их взаимосвязи не разрывают, а применяют совместно.

В-третьих, для дальнейшей работы нами принимается сочетание «методика и техника школьного физического эксперимента».

В-четвертых, хотя термины «техника» и «методика» имеют различный смысл, но в учебном процессе нам важна деятельность учителя, а деятельность учителя по технике и методике школьного физического эксперимента так взаимосвязана, так переплетается, что фактически ее нельзя разделить на две различные деятельности. Поэтому мы имеем все основания утверждать, что термины «техника постановки опытов» и «методика проведения опытов» взаимосвязаны.

При подготовке демонстрационного эксперимента к уроку учитель обычно выполняет следующую последовательность действий:

определяет дидактическую цель опыта и его место в структуре урока или этапе урока;

четко формулирует, какое явление, или свойство вещества, или устройство собирается демонстрировать;

определяет элементы экспериментальной установки: объект исследования, воздействующий элемент, управляющий элемент, индикатор;

составляет принципиальную схему экспериментальной установки;

определяет методом прикидки параметры элементов экспериментальной установки;

выбирает вариант экспериментальной установки и подбирает приборы, руководствуясь их эксплуатационными возможностями и дидактическими требованиями к демонстрационному эксперименту;

собирает демонстрационную установку;

продумывает расположение приборов на демонстрационном столе и подбирает средства, позволяющие обеспечить наилучшую видимость демонстрации.

Каждый демонстрационный опыт должен готовиться и проверяться заранее, до урока. Готовую демонстрацию можно перенести на подвижный столик, а непосредственно перед уроком вынести в класс и переставить на демонстрационный стол.

Если в кабинете есть лаборант и он помогает готовить эксперимент, то учитель перед уроком должен проверить установку, ее работоспособность. Помощь учителю при подготовке демонстраций к уроку могут оказать пособия.

Экспериментальные характеристики приборов содержатся в заводском описании к ним; эти описания следует изучить и хранить, составив их опись.

Целесообразно составлять картотеку демонстрационных опытов, отмечая на карточках параметры элементов демонстрационной установки, делая заметки, касающиеся ее эффективного функционирования.

Технология демонстрационного опыта предполагает определение этапов этой работы, которые должны следовать один за другим и при их правильном выполнении привести к конечному, запланированному результату.

Демонстрационный эксперимент может использоваться на/ уроках физики для решения таких дидактических задач, как:

мотивация изучения нового материала;

выдвижение познавательной задачи;

создание проблемной ситуации;

проверка гипотезы;

получение индуктивного вывода;

проверка дедуктивного вывода (теоретического предсказания, выведения следствия и т.п.);

иллюстрация объяснения учителя.

Независимо от целей демонстрации опытов можно указать общую систему действий, которые выполняет учитель, показывая опыт учащимся:

создание мотивации и организация внимания учащихся;

формулирование познавательной задачи;

описание экспериментальной установки;

выделение объекта наблюдения;

выполнение эксперимента, при необходимости его повторение;

фиксация результатов эксперимента;

анализ результатов и обсуждение выводов.

В зависимости от целей опыта и подготовки учащихся учитель выполняет эти этапы сам или привлекает учащихся, что предпочтительнее. В любом случае учащихся следует привлекать к выдвижению гипотезы, к обоснованию выбора приборов для экспериментальной установки, к фиксации и анализу результатов опыта.

На базе показанного опыта учащимся могут быть предложены как качественные, так и количественные задачи, экспериментальные задания. Если учитель запланировал такую работу, то экспериментальная установка со стола не убирается, а используется либо для постановки задачи, либо для проверки ответа на поставленный вопрос. Эксперимент может провести сам учитель либо вызванный ученик.

После того как потребность в установке отпадает, ее убирают со стола, не дожидаясь окончания урока. Ненужная установка, оставленная на демонстрационном столе, будет отвлекать внимание учеников, мешать сборке других установок, заслонять собой поверхность доски.

При работе в школьном физическом кабинете и, в частности, при демонстрации опытов необходимо соблюдать правила безопасного труда.

Основную опасность несут поражения электрическим током. Напряжения 220 В и 127 В можно применять в различных установках, если нет оголенных частей, находящихся под напряжением, розетки, вилки и все соединяющие провода находятся в полной исправности. Но большинство опытов ставят при преобразованных напряжениях: 6 В, 12 В. Такие напряжения считаются безопасными.

Учитель физики должен знать и понимать, что дело не в значении напряжения, а в значении силы тока. Сила тока 0,1 А является не только опасной, но и смертельной для человека, если этот ток прошел через жизненно важные органы человека. Значение сопротивления R зависит от состояния кожи человека, от ее влажности, даже от состояния человека (возбуждения, нервного напряжения). Соответственно, чем меньше сопротивление тела человека, тем больше при том же напряжении сила тока. Известны летальные случаи от поражения током не только при напряжении 220 В, но и даже при 12 В.

Поэтому необходимо запомнить и выполнять следующие правила:

все соединения в приборах и установках производить только при отключенном приборе (установке) от сети, от источника питания;

при работающем приборе (установке) не касаться оголенных контактов;

не допускать к работающим демонстрационным установкам учащихся (во фронтальных лабораторных работах и в большинстве работ физического практикума учащиеся работают с источниками питания с весьма низким напряжением);

следить, чтобы ваши руки были сухими, обувь исправной (желательно на резиновой подошве), пол, на котором вы стоите, был сухим.

Вторая опасность - это газ. Он при горении дает высокую температуру, чего надо опасаться. Опасен газ и возможностью взрыва, что чаще всего происходит при смеси газа с воздухом (~ 4% газа) и наличии источника огня. В настоящее время в физических кабинетах газ практически не применяют. Если он подведен к вашему столу, то следует соблюдать осторожность. Особенно опасна утечка газа. К столам учащихся газ подводить не следует.

Третья опасность - приборы, работающие при высоких напряжениях и при высокой температуре. Опасность представляют лопающиеся колбы с кипятком, «взрывающиеся» вакуумные приборы, телевизионные трубки и т.п. При работе с такими приборами следует использовать защитные экраны.

Четвертая опасность - это пары различных кислот и щелочей. С ними надо работать на специальных подносах, лить воду в кислоту очень тонкой струйкой.

Нужно помнить и о токсичности паров ртути. Проводить в школе опыты со ртутью (например, опыт Торричелли) категорически запрещено. Чтобы полностью исключить попадание паров ртути в кабинет, следует отказаться и от применения ртутных термометров, заменив их на спиртовые или электронные.

Пятая опасность - это излучения различных видов. В методической литературе можно встретить рекомендации по применению в опытах по геометрической и волновой оптике лазеров. При этом необходимо иметь в виду, что прямое попадание луча лазера в глаз человека может иметь весьма печальные последствия.

Следует помнить также о вреде рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Рентгеновская трубка, дуговая и ртутно-кварцевая лампы исключены из перечня учебного оборудования, хотя в старых физических кабинетах они остались.

С вредными для организма излучениями можно встретиться и при проведении опытов по атомной и ядерной физике. Мощность излучения радиоактивных препаратов, используемых в этих опытах, должна строго соответствовать требованиям санитарных норм.

Заключение.  Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. При обучении физике в школе экспериментальные умения формируются при выполнении разных видов школьного физического эксперимента.

Школьный физический эксперимент – сложная система, включающая такие элементы, как фронтальные лабораторные работы по физике, демонстрационный эксперимент, физический практикум, домашние экспериментальные задания по физике.

2. К основным требованиям к школьному физическому эксперименту относят:

видимость эксперимента всеми учащимися класса;

наглядность;

кратковременность опыта;

выразительность и эмоциональность;

занимательность;

надежность опыта;

убедительность опыта;

соответствие правилам безопасности.

3. В теории и методике обучения физике как науке термины «техника постановки опытов» в силу их взаимосвязи никогда отдельно не фигурируют, а используются обязательно вместе, как бы в виде одного термина.

Техника школьного физического эксперимента – это ещё и необходимые знания о приборах по физике, об их конструкции, правилах работы с ними, уметь их применять, а методика предполагает понимание и знание студентом, когда и где этот прибор следует применять в учебном процессе по физике, как вписать рассматриваемый опыт с данным прибором в «канву» конкретного урока, какие при это дать разъяснения, как показать опыт, чтобы учащиеся при этом максимально увидели, услышали и поняли.

Контрольная работа по итогам изучения раздела «Актуальные вопросы содержания и методики школьного физического образования»

Чем отличаются фотон и электрон.

Любая элементарная частица с волновой точки зрения - 1 квант.

Отличаются энергией и частотой. Энергия = h*ню. h-постоянная Планка, ню-частота излучения.
С корпускулярной точки зрения частицы отличаются массой и зарядом.
Фотон вообще не имеет массы покоя.

Электрон - лёгкая отрицательно заряженная частица.

Протон - тяжелая положительно заряженная частица.

Нейтрон - тяжелая незаряженная частица. Число протонов и число электронов в атоме равны порядковому номеру элемента (заряду ядра). Число нейтронов = атомная масса (указана в таблице Менделеева) - число протонов (т. е. заряд ядра). Например, у бериллия заряд ядра 4 (т. е. его порядковый номер 4). Значит, протонов у него 4,электронов тоже 4,нейтронов = 9 - 4 = 5 (где 9 - округленная атомная масса, 4 - число протонов):

Электро́н (греч. ἤλεκτρον — янтарь) — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Является фермионом (то есть имеет полуцелый спин) . Относится к лептонам (единственная стабильная частица среди заряженных лептонов) . Из электронов состоят электронные оболочки атомов, где их число и положение определяет почти все химические свойства веществ. Движение свободных электронов обусловливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме. 
   Вращение электрона.  электроны, двигаясь по проводнику (и при любом изменении места), создают магнитное вращающееся поле вокруг себя.  Чем быстрее движется, тем быстрее вращается.  Электрон одна из элементарнейших частиц. Электрон не может продвигаться без собственного вращения в пространстве (также как и фотон).
        Итак - электрон не может изменять свое место в пространстве без собственного вращения и создания крутящегося магнитного поля вокруг себя.    
  Электрон  - легчайшая элементарная частица, обладающая электрическим зарядом. Квантовое число L=1/2 (спин = 1/2) - группа лептоны, подгруппа электрона, электрический заряд -e (систематизация по полевой теории элементарных частиц). Стабильность электрона обусловлена наличием электрического заряда, при отсутствии которого электрон бы распадался аналогично мюонному нейтрино.

Согласно полевой теории элементарных частиц, электрон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей.


Структура электромагнитного поля электрона (E-постоянное электрическое поле ,H-постоянное магнитное поле, желтым цветом отмечено переменное электромагнитное поле)

Энергетический баланс (процент от всей внутренней энергии):

• постоянное электрическое поле (E) - 0,75%,
• постоянное магнитное поле (H) - 1,8%,
• переменное электромагнитное поле - 97,45%.

Этим объясняются ярко выраженные волновые свойства электрона и его нежелание участвовать в ядерных взаимодействиях. Структура электрона приведена на рисунке.

1.  Радиус электрона

Радиус электрона (расстояние от центра частицы до места в котором достигается максимальная плотность массы) определяемый по формуле:

равен 1,98 ∙10-11 см.

Радиус области пространства, занимаемого электроном, определяемый по формуле:

равен 3,96 ∙10-11 см. К величине r0~ добавился еще радиус кольцевой области, занимаемой переменным электромагнитным полем электрона. Необходимо помнить, что часть величины массы покоя, сосредоточенной в постоянных (электрическом и магнитном) полях электрона находится за пределами данной области, в соответствии с законами электродинамики.
Электрон больше любого атомного ядра, поэтому не может присутствовать в атомных ядрах, а рождается в процессе распада нейтрона, также как позитрон рождается в процессе распада в ядре протона.
Утверждения о том, что радиус электрона порядка 10-16 см бездоказательные и противоречат классической электродинамике. При таких линейных размерах электрон должен быть тяжелее протона.

2.  Электрическое поле электрона

Электрическое поле электрона состоит из двух областей: внешней области с отрицательным зарядом и внутренней области с положительным зарядом. Размер внутренней области определяется радиусом электрона. Разность зарядов внешней и внутренней областей определяет суммарный электрический заряд электрона -e. В основе его квантования лежат геометрия и строение элементарных частиц.
Потенциал электрического поля электрона в точке (А) в дальней зоне (r>>re) точно, в системе СИ равен:

Напряженность E электрического поля электрона в дальней зоне (r>>re) точно, в системе СИ равна:

где n = r/|r| - единичный вектор из центра электрона в направлении точки наблюдения (А), r - расстояние от центра электрона до точки наблюдения, e - элементарный электрический заряд, жирным шрифтом выделены вектора, ε0 - электрическая постоянная, re=Lħ/(m0~c) - радиус электрона в полевой теории, L - главное квантовое число электрона в полевой теории, ħ - постоянная Планка, m0~ - величина массы заключенной в переменном электромагнитном поле покоящегося электрона, c - скорость света

3.  Магнитный момент электрона

В противовес квантовой теории полевая теория элементарных частиц утверждает, что магнитные поля элементарных частиц не создаются спиновым вращением электрических зарядов, а существуют одновременно с постоянным электрическим полем как постоянная составляющая электромагнитного поля. Поэтому магнитные поля есть у всех элементарных частиц с квантовым числом L>0.
Поскольку величины главного квантового числа L и спина у лептонов совпадают, то могут совпадать и величины магнитных моментов заряженных лептонов у обеих теорий.
Полевая теория элементарных частиц не считает магнитный момент электрона аномальным - его величина определяется набором квантовых чисел в той степени, в какой квантовая механика работает в элементарной частице.

4.  Масса покоя электрона

В соответствии с классической электродинамикой и формулой Эйнштейна, масса покоя элементарных частиц с квантовым числом L>0, в том числе и электрона, определяется как эквивалент энергии их электромагнитных полей:

где определенный интеграл берется по всему электромагнитному полю элементарной частицы, E - напряженность электрического поля, H - напряженность магнитного поля. Здесь учитываются все компоненты электромагнитного поля: постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле, переменное электромагнитное поле.

5.  Новая физика: Электрон (элементарная частица) - итог

Перед Вами открылся новый мир - мир дипольных полей, о существовании которых физика 20 века и не подозревала. Вы увидели, что у электрона имеются не один, а два электрических заряда (внешний и внутренний) и соответствующие им два электрических радиуса. Вы увидели, что линейные размеры электрона значительно превышают линейные размеры протона. Вы увидели, из чего складывается масса покоя электрона.

   Фотон (от др.-греч. φς, род. пад. φωτς, «свет») — элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квантэлектромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны.

История названия и обозначения.

Фотон изначально был назван «световым квантом» (das Lichtquant) его первооткрывателем, Альбертом Эйнштейном. Современное название, которое «фотон» получил от греческого слова φ?ς, «phos» (означает свет), было введено в 1926 химикомГилбертом Н. Льюисом, который опубликовал теорию, в которой фотоны считались «несоздаваемыми» и «неразрушимыми». Хотя теория Льюиса никогда не использовалась, так как находилась в противоречии с экспериментами, термин фотон начал использоваться большинством физиков.

В физике, фотон обычно означается символом γ (греческая буква гамма). В химии и оптической инженерии, фотоны известно обозначение hν, где h — постоянная Планка и ν (греческая буква ню) — частота фотонов (произведение этих двух величин есть энергия фотона).

Физические свойства фотона

Фотон относится к калибровочным бозонам. Он не имеет массы покоя и электрического заряда, стабилен. Спин фотона равен 1, но из-за нулевой массы более правильное число — спиральность; по этой же причине внутренняя чётность фотона не определена. Является истинно нейтральной частицей (или, иными словами, является античастицей для самого себя). Зарядовая чётность отрицательная. Фотон участвует в электромагнитном и гравитационном взаимодействии.

Фотон имеет нулевую массу покоя, не имеет электрического заряда и не распадается спонтанно в вакууме. Фотон может иметь одно из двух состояний поляризации и описывается тремя пространственными параметрами — составляющими волнового вектора, который определяет его длину волны λ и его направление распространения. Фотоны излучаются во многих природных процессах, например, при движении электрического заряда с ускорением, когда атом или ядро переходят из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией, или при аннигиляции пары электрон - позитрон. При обратных процессах (возбуждение атома, рождение электрон-позитронных пар) происходит поглощение фотонов.

Поскольку фотон — безмассовая частица, он движется в вакууме со скоростью  с (скорость света в вакууме). Если его энергия равна Е, то импульс р связан с энергией соотношением Е=ср. Для сравнения, для частиц с ненулевой массой покоя связь массы и импульса с энергией определяется формулой Е2=с2р2+m2c4 , как показано в специальной теории относительности.

Энергия и импульс фотона зависят только от его частоты ν (или, что то же самое, длины волны λ)  и, следовательно, величина импульса есть

где ћ - постоянная Планка (h/2π); k  - волновой вектор и k= 2π/λ - его величина (волновое число); k - указывает направление движения фотона. Фотон также имеет спин, который не зависит от частоты.

Корпускулярно-волновой дуализм.

Корпускулярно-волновой дуализм, свойственный фотону, труден для понимания. С одной стороны, фотон демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной волны фотона. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделен на несколько пучков оптическими делителями лучей. Скорее, фотон ведет себя как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или, вообще, могут считаться точечными (например, электрон). 

Контрольная работа по итогам изучения раздела «Актуальные вопросы содержания и методики школьного физического образования»

Что выпускник школы должен знать о физической величине - масса тела (раскрыть  содержание)

          В жизни мы очень часто говорим: «вес 5 килограмм», «весит 200 грамм» и так далее. И при этом не знаем, что допускаем ошибку, говоря так. Понятие веса тела изучают все в курсе физики в седьмом классе, однако ошибочное использование некоторых определений смешалось у нас настолько, что мы забываем изученное и считаем, что вес тела и масса это одно и то же.

Однако это не так. Более того, масса тела величина неизменная, а вот вес тела может меняться, уменьшаясь вплоть до нуля. Так в чем же ошибка и как говорить правильно? Попытаемся разобраться

Масса это мера инертности тела, это то, каким образом тело реагирует на приложенное к нему воздействие, либо же само воздействует на другие тела. А вес тела это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес под влиянием притяжения Земли.

Масса измеряется в килограммах, а вес тела, как и любая другая сила в ньютонах. Вес тела имеет направление, как и любая сила, и является величиной векторной. А масса не имеет никакого направления и является величиной скалярной.

Масса - фундаментальное понятие физики, сложное, многообразное, до некоторое степени,  противоречивое. Процесс формирования понятия массы длится на протяжении всего школьного курса физики. Учащиеся постепенно узнают о различных существенных признаках понятия, о новых связях понятия массы с другими, учатся оперировать понятием на уровне, достигнутом к данному этапу обучения. Важнейшим требованием является целенаправленность и единство трактовки физической сущности понятия на всех этапах его формирования.

Выделим существенные признаки понятия массы и. проследим процесс его формирования по каждому существенному признаку.

1. Мacca - мера инертных свойств материи.
2. Масса - мера гравитационных свойств матери.
3. Инертная и гравитационная массы - эквивалентны.
4. Масса - относительна.
5. Масса - мера полной энергии материального объекта.
6. Масса неаддитивная.

                7.  Масса - характеристика материи, как в форме вещества, так и в форме поля.

Поскольку первые три существенных признака понятия массы

особенно тесно взаимосвязаны, и процесс их формирования начинается с первого года обучения физике, рассмотрим их в единстве.

Формирование понятия массы начинается в 7 классе по первому существенному признаку (масса - мера инертных свойств материи).

 Особенность формирования понятия массы заключается еще в том, что существенные признаки накапливаются постепенно и поочередно проходят все основные этапы формирования понятий: введение данного признака; раскрытие его физического смысла; связь данного понятия с другими по данному признаку; практическое применение понятий и опять только по изучаемому признаку.

Вводится понятие массы как характеристики результата взаимодействия двух тел из состояния покоя, постулируется единица измерения массы.            Вводится понятие силы как меры процесса взаимодействия тел, обуславливающей изменение их скоростей. Раскрывается понятие массы по первому признаку во взаимосвязи с понятием силы: на опытах и примерах убеждаем учащихся, что чем больше массы тела, тем «труднее» (больше сила) вывести его из состояния покоя, остановить, увеличить или уменьшить скорость, искривить траекторию. Иными словами, даем идеи второго закона Ньютона на качественном уровне и внедряем представления   о массе как мере инертных свойств тел. Далее рассматриваем явление тяготения и вводится понятие силы тяжести и веса тела. Устанавливается связь между силой тяжести и массой тела, детально обосновывается второй существенный признак массы как меры тяготения. На примерах и опытах подтверждается   этот признак: чем больше масса тела, тем большая сила тяжести действует на него. Отсюда естественное следствие - измерение массы на рычажных весах.

Первый этап педагогического эксперимента с целью оценки принципиальной возможности такой структуры был проведен мною в двух седьмых классах и дал положительный результат. Однако достоверные выводы можно будет сделать только после целенаправленного достаточно полного эксперимента.

При развитии понятия массы как меры инертности в 9 классе изучается сам процесс взаимодействия. Опыт показывает, что при изложении материала этим способом учащиеся с трудом представляют о каких ускорениях идет речь. Нередко можно услышать от учеников, что это ускорения с которыми движутся тела до или после взаимодействия.  Учителю приходится затратить немало времени, чтобы объяснить, что это ускорения тел за промежуток времени (при поступательном движении, как правило, очень небольшой), в течение которого тела взаимодействуют и изменяют свою скорость. Другой существенный недостаток этого подхода заключается в том, что в подавляющем большинстве случаев тела взаимодействуют с силами упругости, которые изменяются по закону Гука от нуля до максимального значения и затем уменьшаются до нуля. Следовательно, ускорения не остаются   пocтоянными, а движения тел во время взаимодействия  не будут равноускоренными. Требуются  дополнительные пояснения, что речь идет о некоторых средних ускорениях.

Далее отработка понятия массы идет при изучении закона всемирного тяготения. Представляется совершенно необходимым обстоятельно разобрать вопрос о массе как мере гравитации, выделив этот существенный признак в форме определения.

     Возможную методику такого изложения можно найти в книге. Большое мировоззренческое значение имеет третий существенный признак: эквивалентность инертной и гравитационной масс. Здесь следует заострить внимание учащихся на парадоксальность факта, что одна и та же величина характеризует, казалось бы, прямо противоположные свойства материи: инерцию и гравитацию, это хорошая иллюстрация закона единства и борьбы противоположностей.

    Четвертый существенный, признак массы (относительность) изучается  в курсе 11 класса при изложении основ теории относительности. Однако упомянуть о нем следует уже в 9 классе при  анализе границ применимости классической механики. Этот  признак следует трактовать именно как относительность массы, то есть зависимость массы от выбора системы отсчета  от "точки зрения" наблюдателя. Такой подход представляется   удачнее, чем формулировка зависимости массы от скорости. В процессе формирования понятия массы по четвертому признаку целесообразно усилить экспериментальные доказательства. Педагогический эксперимент показал, что учащимся вполне доступно понимание идеи опыта Кафмана (1901 г.), поставленного, кстати, за четыре года до открытия теории относительности и анализ опыта Цана и Списса (1938г.). Это повысит доказательность теории и будет хорошим применением ранее полученных знаний по основам электродинамики. В процессе экспериментального преподавания был также сделан элементарный, но достаточно строгий вывод формулы зависимости массы от скорости, основанный на законе сохранения   импульса и применении первого постулата теории относительности.

Пятый существенный признак массы (масса - мера полной энергии) исключительно важен как в мировоззренческом плане, так и с точки зрения   практического применения. Ведь вся, (а не только ядерная) энергетика  основана на этом законе. При изучении основ теории относительности устанавливается взаимосвязь массы и энергии, вводится формула Эйнштейна  и рассматривается ее физический смысл.

    Детальное изучение этого признака с доведением до уровня практического применения проводится при изложении ядерной физики. Этот материал изложен в учебнике так, что многие учащиеся воспринимают закон взаимосвязи массы и энергии как применимый только в ядерной физике. Учеников надо убедить на конкретных примерах, что во всех без исключения явлениях природы наряду с законом сохранения энергии соблюдается закон сохранения  релятивистской  массы. Этого можно добиться целенаправленной последовательно используя закон Эйнштейна  сначала на примере задач механики, затем рассматривая явления молекулярной физики, термодинамики и химических превращений, далее изучая процессы внутри атома – ионизация, линейчатые спектры и только потом ядерные превращения.

    Такая последовательность применялась в педагогическом эксперименте и дала положительный результат. В переработанном издании задачника Рымкевича А.П. и др.  система упражнений  направлена на развитие процесса формирования массы по пятому существенному признаку.  В результате, учащиеся убеждаются, что нет никакой принципиальной разницы в тепловой и атомной электростанций: реакция горения, подчиняется тому же закону, которым описывается термоядерная реакция. В обоих случаях суммарная  масса покоя продуктов реакции меньше суммарной массы компонентов, вступающих в реакцию, в обоих случаях сохраняется релятивистская масса. Качественных отличий нет, разница только в количестве: превращенная энергия и, соответственно, масса в процессах, идущих на уровне ядра в миллионы раз больше, чем в процессах, идущих на уровне атома и еще больше, чем в молекулярных и механических явлениях.

Особые трудности возникают при формировании понятия массы по шестому существенному признаку (неаддитивность массы покоя). Аддитивность массы кажется настолько очевидной, соответствующей «здравому смыслу», что это положение встречается  иногда в весьма, солидных изданиях. Аддитивность массы покоя вытекает из жизненно-бытовых представлений о предметах и их свойствах, которые сплошь и рядом оказываются  ограниченными и иллюзорными. В учебнике 9 класса, к сожалению, специально подчеркивается вопрос об аддитивности массы. При общем четком и современном изложении, это выглядит возвратом к устаревшим представлением к трактовке массы как меры количества вещества в теле.

Ученикам 7-9 классов невозможно доступно и строго объяснить, что масса покоя системы лишь приближенно равна сумме масс составляющих ее частей. Поэтому целесообразнее всего было бы в 9 классе ничего не упоминать по этому поводу и уж конечно, ни коим образом, не выделять. При решении конкретных задач следует использовать аддитивность массы как нечто привычное из жизненного опыта, не привлекая к этому вопросу внимания учащихся. С точки зрения современной физики это вполне правомерно, поскольку в явлениях классической механики неаддитивность массы исчезающие мала и обнаружена быть не может. При таком подходе семантический,  потенциал,  правда, был бы нулевым, но не отрицательным, каким он становится в методике, предложенной в учебнике.

     Вопрос о неаддитивности массы покоя рассматривается в 11 классе при

изучении ядерной физики. В учебнике  говорится "...масса покоя ядра всегда меньше сумм масс покоя слагающих его протонов и нейтронов...", но ни здесь, ни при  изложении основ теории относительности не вносится уточнение о том, что не только масса ядра, но и масса любого тела не обладает свойством аддитивности. Таким образом, аддитивность массы, сформулированная в 9 классе, не получает в дальнейшем опровержения, - неаддитивность массы ядра выступает как некоторое исключение.

     При формировании понятия массы по шестому существенному признаку

также необходима система упражнений, показывающая   на конкретных примерах порядок величины разницы массы покоя целого и суммы масс покоя

компонентов начиная с макроуровня и кончая ядерной физикой. Этот вопрос имеет большое значение и для реализации межпредметных связей курсов физики и химии. Дело в том, что в курсе химии, рассчитывая экзо- и эндотермические реакции, считают сумму масс покоя вступающих в реакцию компонентов равной сумме масс конечных продуктов. На уроках физики необходимо объяснить химические реакции с точки зрения закона сохранения релятивистской массы.

Окончательное развитие понятия мессы получает при изучении основ квантовой физики (седьмой существенный признак).  Для   более глубокого усвоения этого признака необходимо ознакомить учащихся с современными экспериментальными фактами, вскрывающими  специфику трактовки массы квантов электромагнитного поля -фотонов. Здесь следует разобрать движение фотонов в поперечном (опыт Эддинктона, и продольном  (красное смещение в спектре белых карликов; опыт Р.Паунда и Р. Ребки) гравитационных полях.

Предложенная  методика проверилась в школах Санкт-Петербурга. Эксперимент показал, что учащиеся с интересом воспринимают материал и достаточно глубоко его усваивают.

Итак что нужно знать. Стрелочка, которой обозначается вес тела на рисунках и графиках, всегда направлена вниз, так же, как и сила тяжести.

Формула веса тела в физике записывается следующим образом:

P=mg

где m - масса тела

g - ускорение свободного падения = 9,81 м/с^2

Но, несмотря на совпадение с формулой и направлением силы тяжести, есть серьезное различие между силой тяжести и весом тела. Сила тяжести приложена к телу, то есть, грубо говоря, это она давит на тело, а вес тела приложен к опоре или подвесу, то есть, здесь уже тело давит на подвес или опору.

Но природа существования силы тяжести и веса тела одинакова притяжение Земли. Собственно говоря, вес тела является следствием приложенной к телу силы тяжести. И, так же как и сила тяжести, вес тела уменьшается с увеличением высоты.

В состоянии невесомости вес тела равен нулю. Тело не будет давить на опору или растягивать подвес и весить ничего не будет. Однако, будет по-прежнему обладать массой, так как, чтобы придать телу какую-либо скорость, надо будет приложить определенное усилие, тем большее, чем больше масса тела.

В условиях же другой планеты масса также останется неизменной, а вес тела увеличится или уменьшится, в зависимости от силы притяжения планеты. Массу тела мы измеряем весами, в килограммах, а чтобы измерить вес тела, который измеряется в ньютонах, можно применить динамометр специальное устройство для измерения силы.

Конечно, в быту не принципиально, если мы смешиваем понятия веса и массы. Но знать разницу все же необходимо для того, чтобы считать себя образованным человеком.

Масса как физическая величина - это параметр, характеризующий силу воздействия тела на гравитацию. Для расчета массы тела в физике требуется знать две его величины: плотность материала тела и его объем.

Понятие массы часто путают с другой, не менее редко встречающейся, физической величиной - весом. Вес измеряется в н/м³ и характеризует силу, которая воздействует на точку опоры. Масса же, по своей природе, не имеет какой бы то ни было точки опоры, и воздействует, как было отмечено, лишь на гравитацию Земли.
В практических задачах по физике и математике часто встречаются такие величины как объем, масса и плотность. Зная плотность и объем тела или вещества, вполне возможно найти его массу.

Пусть задано некое тело объемом V и плотностью его вещества p. Тогда его массу подсчитывают так:
m = p*V. Для наглядности приводится пример:
Пусть дан алюминиевый брусок объемом 5 куб. метров. Плотность алюминия составляет 2700 кг./куб. метр. В таком случае масса бруска составит:
m = 2700/5 = 540 кг.
Масса – характеристика, которая определяет интенсивность воздействия на него гравитационного поля. Масса тела равна его плотности умноженной на объём.

Единица измерения массы – килограмм (кг).

Плотность вещества определяется свойствами молекул, из которых оно состоит и их взаимным расположением (молекулярной структурой вещества). В нормальных условиях плотность конкретного вещества постоянна и может быть найдена в специальных таблицах.