Гашенко Іван

Науковий керівник – СадовийМ.І.

Кіровоградський державний педагогічний університет ім.В. Винниченка

Анотація. У статті розглядається проблема навчання наскрізного, фундаментального поняття матерії в теоретичному та експериментальному аспектах, що сприятиме формуванню предметної компетентності суб’єктів навчання.

Ключові слова: матерія,властивості матерії, види матерії.

Постановка проблеми. Головна мета навчання фізики в середній школі полягає в розвитку особистості учнів, формуванню на них предметної компетентності на основі фізичних знань, наукового світогляду й відповідного стилю мислення, розвитку експериментальних умінь і дослідницьких навичок, творчих здібностей і схильності до креативного мислення. Відповідно зміст фізичної освіти спрямовано на опанування учнями наукових фактів і фундаментальних ідей, усвідомлення ними суті понять і законів, принципів і теорій. Ми вважаємо, що побудову змісту навчального матеріалу з фізики варто робити на основі наскрізних понять.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Одним з наскрізних та фундаментальних понять фізики, яке є основою формування наукового світогляду учнів є поняття «матерія».

Проблемою аналізу та удосконалення методики теоретичних аспектів вивчення поняття матерії в шкільному курсі фізики займалися відомі науковці, серед яких О.І. Бугайов, С.У. Гончаренко, М.Т.Мартинюк,М.І. Садовий, Б.А. Сусь та ін. Високо оцінюючи їх внесок у розвиток теоретичних аспектів методики навчання поняття матерія в загальноосвітній школі, ми вважаємо, що експериментальному вивченню цього поняття було приділено мало уваги.

Метою статті є виділення із системи навчального фізичного експерименту тих дослідів, за допомогою якого можна на науковому рівні вивчати основні властивості матерії, її види та перетворення в загальноосвітній школі.

Виклад основного матеріалу. В науці під матерією розуміють об’єктивну реальність, дану нам у відчуттях [4].

В оточуючому нас просторі матерія існує у вигляді речовини і поля.

Фізика безпосередньо вивчає і речовину, і поле, і рух, і взаємодію. Але не тільки рух і взаємодію. Якщо матерія має різні види, то цілком логічно допустити, що повинні бути й переходи з одного виду в інший . Тому однією з найфундаментальніших проблем методики навчання фізики є саме розуміння процесів взаємного перетворення обох видів матерії – речовини і поля, адже у фізиці такі перетворення одного виду матерії в інший добре відомі.

В шкільному курсі фізики вивчення поняття матерії розпочинається з побутового уявлення про неї, а далі здійснюється поглиблене його вивчення. При цьому акцент робиться в основному на двох її властивостях: інерційних та гравітаційних. У 7 класі дітей тільки починають знайомити з поняттям матерії, з її видами та властивостями. В розділі будова речовини школярам пояснюють зміну форм матерії на демонстраціях стиснення та розширення газу під час нагрівання та охолодження. В розділі світлові явища учням пояснюють хвильові властивості матерії, як вона поширюється в просторі у вигляді світлових променів. Це демонструється за допомогою дослідів з поширення світлових променів в різних середовищах.

У 8 класі в розділі «Взаємодія тіл», як і в 7 класі в розділі «Будова речовини», учням пояснюється зміна форми матерії у випадку прикладання певних сил, тобто в процесі взаємодії. У розділі кількість теплоти учням пояснюється зміна агрегатного стану речовини, що супроводжується показом відповідних демонстраційних дослідів.

У 9 класі учні вивчають електромагнітні властивості матерії. Так в розділі електричне поле пояснюється, що тіла можуть набувати позитивних чи негативних зарядів, відповідно матерія може бути носієм одного та іншого роду зарядів. Це демонструється за допомогою електризації різних тіл. В розділі електричний струм показаний рух матерії у вигляді руху заряджених частинок.

В 10 класі під час вивчення розділу молекулярна фізика суб’єктам навчання подається інформація про молекулярні властивості матерії. Прикладом зміни молекулярних властивостей матерії є дослід з кипіння, випаровування та конденсації рідини. На прикладі такого досліду можна також зробити висновок, що матерія також приймає участь в процесах, в даному випадку в оборотному процесі.

В 11 класі учні вивчають квантові властивості матерії. В розділі хвильова та квантова оптика розглядається поширення матерії у вигляді напрямленого пучка світла, який складається з фотонів.

Традиційно в темі фізична картина світу виділяються два фундаментальні види матерії –речовина та поле.

Розглянемо таку форму існування матерії як речовина. Оскільки будь-яке тіло складається з певної речовини, то відповідно можна стверджувати, що воно складається з матерії. Зокрема, в 7 класі під час вивчення зміни агрегатного стану речовини можна продемонструвати дослід, який полягає в наступному. 

Рис. 1. Кипіння, випаровування й конденсація води 

Наллємо воду у форму для льоду і поставимо в морозильну камеру. Вода перетвориться на лід. Дістанемо утворені шматочки льоду і нагріємо їх до повного танення. Продовжимо нагрівання. Через деякий час вода починає кипіти й випаровуватися. Водяну пару легко виявити, потримавши холодний металевий чи скляний предмет над отвором посудини. Від зіткнення з його холодною поверхнею водяна пара охолоджується і знову перетворюється на воду, тобто набуває рідкого агрегатного стану (рис. 1).

Отже, ми спостерігали за зміною агрегатного стану  води. Подібні зміни відбуваються з водою і в природі. Тому в природі вода перебуває у трьох агрегатних станах.

Відповідно до даного експерименту можна стверджувати, що й матерія набуває властивостей трьох агрегатних станів.

Щодо зміни форм руху матерії, то у природі існують різні її форми: механічний, тепловий, хімічний, біологічний та ін. Ці якісно відмінні форми руху можна кількісно порівнювати тільки тому, що всі вони мають спільну міру руху – енергію. Поняття енергії не можна ототожнювати з поняттям самої форми руху. Енергія є однією з характеристик тієї чи іншої форми руху. Це знаходить своє відображення в тому, що та сама форма руху характеризується кількісно не тільки за допомогою поняття енергії, а й інших понять, що не виводяться з поняття енергії. Наприклад, механічний рух характеризується крім енергії ще імпульсом, моментом імпульсу тощо.

Зміна форми руху є завжди процесом, що відбувається принаймні між двома тілами, з яких одне втрачає певну кількість руху (наприклад, теплоту), а друге дістає відповідну кількість руху (механічний рух, електрика, хімічний розклад).

Так як одна форма руху матерії може переходити в іншу, так механічний рух може перейти в безладний рух молекул тіла, тобто в теплову форму руху. В деяких випадках тепловий рух, навпаки, може частково перейти у впорядкований рух, тобто в механічний. Так як електричний струм це впорядкований рух електронів по провіднику, то внаслідок цього руху відбувається нагрівання провідника. Тому електричний струм спричинює нагрівання провідників. Цей факт свідчить про перехід електричної форми руху матерії в теплову .

Одним з прикладів зміни форми руху матерії з механічного в електричний є дослід «Електризація різних тіл».

Ми пропонуємо спочатку продемонструвати дітям піднесення не наелектризованої ебонітової палички до дрібненьких папірців. Потім натерти паличку об вовну і повторити піднесення до тих самих папірців. Після чого поставити проблемне питання: що змінилось? Які властивості матерії можна виокремити? Розв’язання цієї проблеми дасть змогу закріпити набуті знання.

Таким чином у шкільному курсі фізики є значна кількість дослідів, за допомогою яких можна легко учням показувати зміни форм руху матерії.

Висновки. У шкільному курсі фізики традиційно досить ґрунтовно вивчаються фізичні явища та процеси, поняття, з допомогою яких вони моделюються чи описуються. Проте наголос робиться на властивостях речовин, рухах, полях. Поняття матерія згадується лише в окремих параграфах. Тому є доцільним змінити акценти щодо систематичності навчання цього поняття як такого, яке формує компетентні складові будови та властивостей речовини й поля. За такого підходу в учнів будуть формуватись ґрунтовне розуміння поняття матерії.

У статті ми окреслили лише окремі аспекти формування поняття матерії. В подальшому доцільно здійснити дослідження цілісної системи навчання цього фундаментального і наскрізного поняття у шкільному курсі фізики.

Список літератури

1. Божинова Ф.Я. Фізика. 7клас: [підручн. для загальноосв. навч. закл.] /Ф.Я. Божинова, М.М. Кірюхін, О.О. Кірюхіна.– Київ: Вид-во «Ранок», 2007. – 192с.
2. Божинова Ф.Я.Фізика. 9клас: [підручн. для загальноосв. навч. закл.] /Ф.Я. Божинова, М.М. Кірюхін, О.О. Кірюхіна. – [3-тє вид.] – Х.: Ранок, 2013. – 224 с.
3. Бугайов О. І. Проблеми структури курсів фізики та астрономії та їх інтеграція //  Фізика та астрономія в школі. – 1998. - №4. – С. 5-8.
4. Гончаренко С.У. Формування наукового світогляду учнів під час вивчення фізики. – К.: Радянська школа, 1990. – 208 с.
5. СусьБ.А., СадовийМ.І., ТрифоноваО.М. Вивчення поняття синхронної пульсації матерії у курсі фізики в умовах профільного навчання // Особливості навчання природничо-математичних дисциплін у профільній школі: [зб. матеріал. Всеукр. наук.-практ. конф.] / Укл.: Шарко В.Д. – Херсон: ПП Вишемирський В.С., 2010. – С. 95-97.