Анна Гринчишина
Науковий керівник – В.П.Вовкотруб
Кіровоградський державний педагогічний університет
імені Володимира Винниченка
Анотація. В статті розкрито дидактичні особливості впровадження моделей фізичних об’єктів в навчальний процес, а також подано приклади демонстрацій фізичних явищ, процесів з відповідними моделями явищ, фізичних тіл, що вивчаються.
Ключові слова: модель, модель фізичного об’єкта, модельне вивчення об’єкта, просторово-подібні моделі, математично-подібні моделі.
Постановка проблеми. У викладанні фізики для забезпечення реалізації принципу наочності користуються різними засобами та методами наочності. Для загального опису даних засобів користуються поняттям «предметна (матеріальна) модель» фізичного об’єкту, під якою розуміють деякий матеріальний (речовий) предмет, подібний з оригіналом і здатний замінювати його в процесі експерименту (або пізнання).
З матеріальних моделей можна виділити велику групу фізично подібних моделей. Це подібні з оригіналом за фізичною сутністю і геометричною формою моделі, які від оригінала відрізняються лише кількісними значеннями параметрів. Моделі такого виду застосовують тоді, коли необхідно детально вивчити конкретний процес, а не загальні закономірності, які відбуваються в досліджуваному зразку за заданого режиму роботи з певними геометричними і фізичними властивостями, але здійснювати експерименти над таким процесом або не вдається, або вкрай складно.
Метою нашої статті є розкриття особливостей введення предметних моделей в процес вивчення фізики в загальній школі і на прикладі уроку «Методи вивчення фізичних явищ» описати методику введення початкових відомостей про моделі, як фізичні реальні об’єкти.
Аналіз досліджень і публікацій. Використанню метода моделювання в процесі навчання фізики в школі приділена увага в працях вчених – методистів І.К.Кікоїна, В.В.Мултановського, А.А.Пінського, В.Г.Разумовського, Л.С.Хижнякової та інших.
Модельне вивчення об’єкта в працях визначене як спосіб вивчення, за якого учні взаємодіють не з оригіналом, а з його моделлю. Схема такої взаємодії має вигляд показаний на рис.1.:
Рис. 1. Модельне вивчення об’єкта.
Виклад основного матеріалу. Особливістю матеріальних моделей є те, що вони функціонують за природничими законами, незалежно від діяльності людини. Їхнє призначення – відтворення структури, характеру перебігу, сутності процесу, що вивчається [1].
Навчальні моделі фізичних об’єктів володіють рядом позитивних дидактичних властивостей, які дозволяють:
- виділяти окремі суттєві елементи в предметі, щовивчається;
- демонструвати учням такі вузли, які закриті і недоступні для огляду;
- спостерігати кінематику процесів в сповільненому чи прискореному темпі і демонструвати їх дії;
- обирати в якості об’єкта вивчення таке явище, яке не можебути показане в шкільних умовах.
З терміном «модель» учні зустрічаються вже в курсі фізики 7 класу, де для кращого осмислення і розуміння конкретних явищ, що вивчаються, демонструють модельні явища (наприклад, модель броунівського руху).
Відповідно вчитель попередньо має ознайомити учнів з деякими елементарними відомостями про моделювання, тоді поняття «модель» буде працювати протягом всього процесу навчання фізики, поступово розвиватись і узагальнюватись.
В 7 класі варіант методики введення початкових відомостей про моделі можна здійснити на спеціально відведеному уроці «Методи вивчення фізичних явищ». Повторюючи матеріал, розглянутий на попередніх уроках, учням пропонують навести приклади різних фізичних явищ. Так, розглядаючи одне з найвідоміших для учнів явищ – блискавку, спочатку доцільно продемонструвати фрагмент з навчального комплекту «Звук», де показано це явище. Учнів запитують: що є характерним для такого явища? Очікувана відповідь учнів: «Спочатку на небі з’являються грозові хмари, котрі повільно наближаються одна до одної і до предметів, що знаходяться на землі, а потім бачимо яскраву звилисту лінію, яка світиться (блискавку), після чого чуємо грім.» Після вчитель повідомляє, що довжина блискавки може сягати кількох десятків кілометрів, а її температура – декількох тисяч градусів. Від неї можуть загорятись предмети на землі, тому ставлять високі металеві громовідводи (блискавковідводи). Окрім лінійної зустрічається і кульова блискавка, яка ще недостатньо вивчена.
Далі учням ставлять запитання: «як можна вивчити блискавку? Зазвичай учні відповідають: «Дочекатись грози і спостерігати. Спостереження можна супроводжувати замальовками, фотографуванням і звукозаписом». Увагу учнів звертають на те що спостереження є одним із найдоступніших методів вивчення фізичних явищ.
Проте спостереження як метод наукового дослідження має і негативні сторони. Наприклад, для вивчення блискавки треба чекати, коли наступить гроза, а це пов’язано з часом, та й для життя може бути небезпечно. Повідомляють про загибель Г.В.Ріхмана внаслідок враження блискавкою.
Тому на даному етапі учням повідомляють, що є інший метод вивчення блискавки – «блискавку» можна створити штучно. Учням демонструють потужний іскровий розряд між кондукторами електрофорної машини і встановлюють подібність і відмінності явища, що спостерігається і блискавки.
За розглянутим, чи подібним прикладом дають визначення моделі: модель явища, що вивчається – це штучно створене явище, яке має певну подібність з явищем, що розглядається і слугує для його вивчення.
Учням повідомляють, що можна створити моделі не лише явищ, а й будь-яких фізичних тіл. Послідовно показують моделі електричного дзвінка, телеграфа, електромобіля. Учні наводять приклади моделей суден, літаків, космічних ракет і ін. Дуже важливо кожного разу встановлювати подібність і відмінності між моделлю і оригіналом. Закріплюють введення поняття моделі прикладами з науки і техніки, які наводять самі учні. Важливо досягти, щоб учні обов’язково зрозуміли наявність рис подібності і відмінностей моделі і оригінала.
Вікові особливості психології дітей накладають обмеження на застосування тих чи інших моделей на різних ступенях навчання. Це фізично подібні і аналогові моделі, а також рисунки і фотографії. В цьому віці учні легко сприймають зменшені (або збільшені) діючі моделі різних об’єктів. Образи, що виникають в учнів в процесі сприйняття моделей певного виду, повністю відображають об’єкти, що моделюються з точки зору фізичної суті. Екскурсія на підприємство, де об’єкт, що вивчається, можна безпосередньо побачити, доповнює наявні уявлення. Подібними прикладами в процесі навчання фізики в основній школі є демонстрування моделей ракети, магнітоелектричної машини (рис. 2), а також гідравлічного пресу акселерометра тощо.
Порівняно важче учні основної школи сприймають предметні моделі-аналогії (наприклад, модель броунівського руху, гідродинамічну модель-аналогію тощо). Тут надзвичайно небезпечна психологічна операція повного ототожнення моделі й оригіналу. За поступового ж розвитку уявлень про моделі ця небезпека зникає. Застосування моделей-аналогій дозволяє розкрити ті сторони об’єктів, які скриті від безпосереднього відчуття. Так при вивченні теплових машин демонструють моделі двигуна внутрішнього згоряння і турбіни (рис. 3). Розглядаючи двигун внутрішнього згорання увагу акцентують: на рух поршня і обертання колінчастого валу через кривошипно-шатунний механізм; роботу розподільного механізму (двох симетричних валиків з кулачками і клапанів. Для імітації запалення стиснутого газу слугує електрична лампочка, приєднана до джерела живлення.
а 
б 
Рис. 2. Модель магнітоелектричної машини (а) і модель ракети (б).
Рис.3. Моделі-аналогії чотиритактного двигуна внутрішнього згорання і турбіни.
На основі такої моделі пояснюють дію двигуна.
Для відтворення фізичних об’єктів (наприклад, під час розв’язування задач, в процесі підготовки домашнього завдання, в лабораторних роботах) учні використовують формули, рисунки, креслення, схеми. Таким чином, вже в основній школі з’являється необхідність в оперуванні графічно-символічними моделями. Методично важливо здійснити поступовий перехід від моделей, мова яких зрозуміла, до моделей, мова яких умовна і незвичайна.
Висновки. В процесі вивчення фізики у основній школі використовують в основному різного роду моделі як засіб наочності.
Застосування моделей і аналогій в середній школі є одним із шляхів формування діалектико-матеріалістичного світогляду учнів. Правильне використання властивостей моделі сприяє успішнішому засвоєнню навчального матеріалу і швидкому формуванню вмінь і навичок.
Список літератури
- Каменецкий С. Е.Модели и аналогии в курсе физики среднейшколы[Пособие для учителей] / С. Е. Каменецкий, Н. А. Солодухин. – М: Просвещение, 1982. – 92 с.
- Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира вшкольном курсе / В.В.Мултановский. – М.: Просвещение, 1977. – 168 с.
- Пинский А. А. Метод модельных гипотез как метод познания иобъект изучения / А. А. Пинский, В. Г. Разумовский // Физика в школе. – 1997. - №2. – С. 30-35.
- Разумовский В. Г. Обучение и научное познание / В.Г.Разумовский // Педагогика. – 1997. - №1. – С. 7-13.
- Усова А. В. Методика преподавания физики в 7-8 классахсредней школы [Пособие для учителя] / А. В. Усова, В. П. Орехов, С. Е. Каменецкий и др.; Под ред. А. В. Усовой. – 4-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1990. – 319 с.
- Хижнякова Л. С. Совершенствование методической системыобучения физике в основной школе / Л. С. Хижнякова. – М.: Моск.гос.обл.ун-т, 2004. – 56 с.
Коментарі