Лекция 1 Содержание курса физики – система научного знания

План лекции Физическ АЯ теории Я – СИСТЕМА НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ Составляющие фундаментальной теориии (на примере классической механики ). Конструирование содержательных блоков раздела «Механика» курса физики. Психолого-педагогические основы формирования теоретических обобщений. Особенности конструирования содержания темы «Электромагнитная индукция» курса физики

Физическая теориия – система и форма выражения знаний. Теория отличается от понятий, гипотез, законов, но содержит их в качестве своих элементов. В теориии научные знания взаимосвязаны с методами познания. Они обладают свойством тождественности и различия. Тождественность метода и теориии в том, что метод не может использоваться вне связи с содержанием теориии, с реальной действительностью, практикой. Различия теориии и метода состоит в том, что теориия – результат предыдущей деятельности поколений, метод – исходный объект и предпосылка познавательной деятельности освоения теориии. Теория является системой идеального, отражающая сущность объектов, метод - система правил, регуляторов, предписаний, выступающих в качестве средств познания.

В. Гейзенберг выделил четыре фундаментальных теоретических направлений, объединяющих родственные физические теориии по исходным идеям, понятиям, математическим моделям, объектам природы. Такими направлениями являются классическая механика, статистическая физика, электродинамика и квантовая физика. Указанные направления иногда называют фундаментальными физическими теорииями. В соответствии с указанными направлениями курсы физики основной и средней школы имеют четыре раздела: классическую механику; молекулярную (статистическую) физику; электродинамику и квантовую физику.

А.Эйнштейн и В. Гейзенберг о структуре теориии А.Эйнштейн различал в теориии следующие составляющие: понятия, основные принципы, следствия, вытекающие из них путём дедукции.. Вслед за Эйнштейном, В. Гейзенберг подчеркивал наличие такого отличительного признака теориии от простой совокупности элементов, как замкнутость системы понятий, законов, следствий из них. Они исчерпывающе описывают определённый круг физических явлений

Философская интерпретация теориии Структура теориии Эмпирический базис теориии Ядро теориии Выводы (следствия)

Основание теориии Правила действия над физическими величинами. Правила соотнесения физических величин с опытом. Система фундаментальных понятий и величин. Эмпирические факты (эмпирический базис)

Ядро теориии Система законов (уравнений), определяющая связи и изменения фундаментальных физических величин. Совокупность законов сохранения. Мировые постоянные. Принципы симметрии и инвариантности. Законы связей новых и старых теориий.

Выводы (следствия) теориии Объяснение и предсказание новых фактов. Получение количественных выводов – функциональных зависимостей между физическими величинами. Теория указывает общие методы для решения широкого круга задач

Интерпретация теориий Интерпретации связаны с моделью материи и взаимодействием. Анализ связей теориии с другими теорииями. Границы применимости теориии.

Правило ( принцип) конструирования содержания курса Чтобы сформировать у учащихся системные знания о физической теориии, содержание обучения физике должно быть сконструировано на базе фундаментальных физических теориий и современной их интерпретации на основе идей, принципов и общенаучных понятий физической картины мира. Учебный материал разделов курса физики группируется в соответствии с предметными областями научного знания классической механики, молекулярной физики, электродинамики, квантовой физики.

Основание классической механики Эмпирическое основание классической механики: правила действия с векторными величинами, координатный метод описания движения тел, свободное падение тел, периодическое движение. Кинематические понятия и величины. Кинематика Глава 1. Общие сведения о движении. Глава 2. Прямолинейное неравномерное движение. Глава. 3. Криволинейное движение

Ядро классической механики Теоретические объекты классической механики (материальная точка, ньютоновское пространство, ньютоновское время). Законы Ньютона. Законы сил. Принцип относительности Галилея. Принцип независимости взаимодействий. Динамическое уравнение движения. Законы сохранения. Гравитационная постоянная. Ускорение свободного падения у поверхности Земли. Мировые постоянные. Принципы симметрии и инвариантности. Основы динамики Глава 4. Законы движения Глава 5. Силы в природе и движения тел. Законы сохранения Глава 6. Закон сохранения импульса. Глава 7. Закон сохранения энергии.

Следствия классической механики вопросы небесной механики, избранные вопросы механики твёрдого тела, теориия колебаний и волн. Колебания и волны Глава 8. Механические колебания Глава 9. Волны Вопросы небесной механики, механики твердого тела ( профильный курс)

Содержательные блоки курса физики Содержание строятся с учётом того, к какой составляющей фундаментальной теориии относится учебный материал этого блока. При этом систематизирующим фактором учебного материала выступает общенаучный метод познания. Если материал относится к основанию теориии, то структура содержательного блока соответствует схеме: факты – эмпирическая гипотеза – модель– следствие – эксперимент.

Кинематика (основание механики) в начале кинематики учащиеся рассматривают общие сведения о движении, используя эмпирические и общелогические методы. К этим сведениям относятся следующие вопросы: механическое движение, тело отсчета, прямолинейное и криволинейное движение, понятия материальной точки, системы отсчёта, относительности механического движения. Эмпирические гипотезы используются при изучении закономерностей равноускоренного движения, свободного падения тел, а также периодических движений. При этом наряду с эмпирическими методами применяются математические (теоретические) методы для вывода формулы равноускоренного движения с помощью метода предельного перехода. В качестве следствий и эксперимента кинематики служат решение задач и выполнение лабораторных работ.

Содержательный блок «Основы динамики» использует общенаучный метод познания природы, но меняется роль фактов и эксперимента в учебном познании. Ньютон оперирует теоретическими модельными объектами. Законы Ньютона не могут быть непосредственно проверены экспериментально. Роль опытов состоит в том, чтобы приблизить ситуации, на основании которых можно подвести к мысленному эксперименту, а затем и к теоретическим моделям динамики. Например, опыт с шариком, скатывающимся с наклонной плоскости (действительная модель- приближения)

Галилей - основатель общенаучного экспериментального метода познания. Схема естественно- научного метода познания такова: опытные факты – эмпирическая гипотеза – следствия - эксперимент. Наблюдение свободного падения тел. (Как движ.?) Суть эмпирической гипотезы - (υ ~ t). Следствие: S~ t2. Эксперимент. Т ела, изготовленные из разных материалов, движутся по наклонной плоскости равноускоренно Вывод справедливым для наклонных плоскостей с разными углами наклона. Чем больше угол α ее наклона, тем большее ускорение сообщает сила тяжести шарикам. Данное положение справедливо и для свободного падения.

Теоретический метод: теоретическая гипотеза (как движется тело при свободном падении ?) Объяснение явления происходит на теоретическом этапе познания. С помощью второго закона Ньютона F = mg и закона всемирного тяготения F = Доказывается, что у поверхности Земли сила тяжести сообщает всем телам, не зависимо от их массы, одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения. Действительное: g =.

Теоретическая схема конструирования содержательного блока учебного материала курса Теоретическая схема курса – это логическая форма отражения в учебном материале курса свойств и отношений изучаемых объектов природы, методов ее познания в рамках определённой физической теориии. Спроектированный таким образом содержательный блок ориентирован на формирование системных научных знаний, методов познания и развитие способностей школьника к самообразованию, применению эмпирических и теоретических методов, к объяснению природных явлений, овладению материальными и духовными ценностями современной цивилизации.

Теоретическая схема – целостная система научных знаний физической теориии, объединённая главными элементами физической теориии и циклом научного познания.

Знания учащихся по физике Знания учащихся по физике – это целостная совокупность научных понятий, законов, теориий, элементов физической картины мира, накопленная человечеством в процессе активной, творческой, преобразующей производственной и научной деятельности, проверенная практикой и направленная на всестороннее развитие личности, подготовку её к непрерывному самообразованию ради духовного и материального прогресса цивилизации. Знания классифицируют на системные и несистемные. Выделяют такие формы знания как научные, художественно – образные, обыденно - практические, мифологические.

Система развивающего обучения Л.В. Занкова Обучение ведёт за собой развитие Ученик – субъект, а не объект учеб. процесса Целью обучения являются способы умственных действий, а не знания, умения и навыки. Знания, как таковые, не обеспечивают развитие, в то же время являются его предпосылкой Развитие – это появление новообразований в психике обучаемого, не заданных на прямую с обучением, а возникающие в результате внутренних, глубоких интеграционных процессов. Система Л.В. Занкова опирается на психологическое понятие когнитивных (познавательных) структур – схем. По его мнению, с помощью этих структур человек воспринимает окружающий мир, отдавая приоритет в процессе обучения не знаниям, умениям, навыкам, а их возникновению.

Два способа введения закона электромагнитной индукции Формули ровка даётся без вывода Нет прибора для измерения магнитного потока ВЫВОД ФОРМУЛЫ Связь между силой Лоренца и явлением элект. индукции. Вывод служит основой анализа принципа относительности в электродинамике Схема изучения: Три частных способа возбуждения ЭДС индукции: 1) перемещение проводника в магнитном поле; 2)перемещение источников магнитного поля относительно неподвижного проводника; 3) изменение магнитного поля за счёт изменения силы тока в источниках поля ( взаимная индукция, самоиндукция) Введение понятия электромагнитного поля

Примерное тематическое планирование (Уроки 1-2) Явление электромагнитной индукции (У.3) Возникновение электромагнитной индукции при движении источников магнитного поля.Правило Ленца. (У 4-5) Возникновение электромагнитной индукции при изменении силы тока в одном из контуров. Индуцированное электромагнитное поле. (У.6) Самоиндукция. Индуктивность. (У.7) Принцип относительности и явление электромагнитной индукции. Электромагнитное поле. (У. 8) Энергия электромагнитного поля. (У. 9) Решение задач. Фронтальная лабораторная работа. «Изучение явления электромагнитной индукции». (У. 10) Контрольная работа.

Сила Лоренца и электромагнитная индукция Fу = Fл cosα А =Fлl = qvBl