Учебно-методический комплекс по дисциплине Теория и методика обучения физике Тип: специалист Индекс: 050203 "Физика с дополнительной специальностью 050202 "Информатика" (стр. 7 )

II. Методика формирования физических понятий

В практике преподавания физики в VII и VIII классах учителя много времени затрачивали на то, чтобы добиться от учащихся точных определений изучаемых понятий, физических величин, опираясь при этом больше на память ученика, чем на его способности мыслить и рассуждать. Хорошо, если изучаемое понятие сравнительно просто (а таких понятий в физике не так уж много) и ученик может понять, запомнить и воспроизвести его опреде­ление. Однако теперь уже в курсе физики первой ступени вво­дятся такие величины, которые нельзя определить короткой фра­зой (понимая под определением словесное выражение величины через другие, ранее как-то определенные или просто введенные).

К числу таких понятий относятся, например, масса, сила, энергия, внутрен­няя энергия, электрический заряд и напряжение. Это все важные, основные физические величины! бел них нельзя обойтись и в курсе физики 1 ступени.

Трактовка и методика введения и формирования понятий была определена путем проведения научно-методического анализа понятий, в большинстве случаев со значительной адаптацией для учащихся VII и VIII классов в соответствии с их развитием и общеобразовательной подготовкой.

В качестве примера рассмотрим, как была разработана методика форми­рования понятия массы, как изменялось и совершенствовалось изложение соот­ветствующего материала в учебнике.

Место введения понятия — в начале курса VII класса — определилось логи­кой построения всего курса физики I ступени: изучении всех последующих во­просов опирается на это понятие. Оно использовано при определении плотно­сти, единицы силы, удельной теплоемкости вещества, удельных теплот плавле­ния и парообразования, при подсчетах силы тяжести и веса тела, давления, архимедовой силы, работы и мощности, количества теплоты и др.

Вторым обстоятельством, определившим место введения понятия массы, бы­ло то, что понятие это весьма сложно, оно в современной физике не может быть определено в рамках одной только механики, поэтому целесообразно формиро­вать это понятие постепенно, т. е. начинать изучать его возможно раньше.

Трактовка понятия определилась необходимостью соответствия ее современ­ным научным определениям и методическими требованиями. Были рассмотрены корректные в научном отношении различные определения понятия: как вели­чины, определяемой отношением ускорений, полученных телами при взаимодей­ствии; как постоянной для данного тела величины, равной отношению силы, действующей на тело, к полученному телом ускорению, или (частный случай предыдущего) как величины, равной отношению действующей на тело силы тя­жести к ускорению свободного падения. Методические же требования заклю­чались в том, что следовало придерживаться той же трактовки понятия мас­сы, которая была принята в учебнике для VIII класса, но вводить понятие без использования понятия ускорения, которым учащиеся VII  класса не владеют. Сходным должен быть и метод введения, с тем чтобы в учебнике VIII класса понятие массы формировалось на основе его первоначального определения.

В учебнике IX класса понятие массы введено на основании анализа опы­та по взаимодействию двух тел. Опыт показывает, что отношение ускорений, получаемых двумя телами при их взаимодействии, зависит не от способа взаи­модействия, а только от самих тел. Рассмотрено свойство тела, определяющее постоянство отношения ускорений,— инертность — и затем введено понятие мас­сы: «масса тела—это величина, выражающая его инертность. Она определяет отношение ускорений эталона массы к ускорению тела при его взаимодействии с эталоном».

Перед авторами учебника VII  класса стояла задача — ввести понятие мас­сы также на основании опыта по взаимодействию тел, но имея в виду, что по­нятие ускорения в курсе VII класса не изучают. Кроме того, было бы слиш­ком сложно для учащихся определять массу через понятие инертности, это по­требовало бы введения еще одного, сложного понятия в курс VII класса, и без того перегруженный.

В учебнике была принята следующая методика введения понятия массы.

После сравнения двух видов движения — равномерного и неравномерного — ставится вопрос о причинах возникновения неравномерного движения, т. е. о причинах, вызывающих изменение скорости движения тела. На примерах и опи­саниях опытов показывают, что скорость меняется только в результате взаимо­действия тел. Затем описан опыт по взаимодействию двух тележек, на основе результатов которого сравниваются скорости, приобретенные телами. При этом рассмотрен частный случаи* взаимодействия тележек, такой, когда тележки и начале опыта неподвижны относительно друг друга и относительно системы отсчета, т. е. начальные скорости тележек равны нулю.

Было признано нецелесообразным давать в VII  классе определение понятия массы в виде формулировки, хотя такое определение, соответствующее этому первому этапу введения понятия, и можно было дать. Аргументами против вве­дения определения в виде формулировки были невозможность дать исчерпы­вающее определение понятия, сложность формулировки. Авторы считают также, что ученикам полезно было показать случаи относительности, незавершенности научных знаний, а пример формирования понятия массы в этом отношении поучителен.

Учебник ограничивается пояснением к опыту: «Про тележку, которая при взаимодействии приобрела меньшую скорость, говорят, что она массивнее дру­гой тележки, что у нее больше масса».

Затем в учебнике введена единица массы и описан способ ее измерения на основании сравнения скоростей, приобретенных телом неизвестной массы и эталоном массы при их взаимодействии.

После его описания дан способ измерения массы при помощи рычажных весов. Это позволило сразу же после изучения вопроса о массе провести лабо­раторную работу по определению массы (а затем и плотности).

Прием, который применен для перехода от одного способа к другому, со­стоит в том, что на весы помещают те самые две тележки, равенство масс ко­торых было ранее доказано в опыте по взаимодействию, и убеждаются, что весы  в этом  случае  находятся  в  равновесии.

Авторы учебников не рассчитывали, что понятие массы сразу будет пол­ностью усвоено учащимися и совершенно доступно им, так как это понятие сложно и многогранно. Но последующее содержание учебников представляет широкие возможности для того, чтобы учащиеся «привыкли» к понятию, пра­вильно и свободно им пользовались. С его использованием и измерением свя­заны лабораторные работы «Измерение массы на рычажных весах», «Опреде­ление плотности твердых тел» и др.

В учебниках содержатся задачи, решение которых способствует формиро­ванию знаний о массе, таких задач 148 (112—в учебнике VII  и 36—в учебнике VIII класса).

Пример с массой рассмотрен нами подробно. Но такой же на­учно-методический анализ был проведен для определения трак­товки и методики введения в учебники всех вопросов, которые ранее не изучались в курсе физики I ступени или изучались по-другому.

Сила определена как причина изменения скорости движения тела; в опре­деление не входят слова: «характеристика действия одного тела на другое», но даются предварительные разъяснения и доказательства того, что скорость тела может измениться только в результате взаимодействия тел.

Понятия силы тяжести и веса тела разграничены. Сила тяжести, действующая на тело, определена как сила, с которой Земля в данном месте притягивает к себе тело, а вес - как сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Такое определение веса полностью совпадает с определением, данным в учебнике VIII класса. При таком определении вес отличается от силы тяжести не только тем, что приложен к другому телу (опоре или подвесу), но для случая вертикального неравномерного движения тела  и по величине.

В учебнике VII класса согласование с этими определениями достигнуто тем, что они даны в такой же форме, но без разъяснений и даже упоминаний ослу чаях несовпадения силы тяжести и веса по величине. Таким образом, определение веса, данное в VII классе, может быть использовано как основа для дальнейшего формирования понятия веса.

Способы определения массы молекулы в учебнике не рассматриваются. Ограничились тем, что включили в него сравнения, дающие представлении о размерах молекул.

Из многих исторических и современных опытов по определению заряда электрона были выбраны опыты и Р. Милликена, так как только они могут быть, да и то в простейшей принципиальной схеме, изложены для учащихся VIII класса на основе изученного ранее материала.

При изложении опыта исходили из того, что учащимся следовало пока­зать, что электрический заряд можно делить на части, причем «порции» эти можно уменьшать; что для выяснения вопроса о существовании предела деле­ния заряда следует проделать специальные опыты, в которых должны быть  использованы тела со столь малой массой и со столь малым зарядом, чтобы изменения заряда были заметны при приобретении телом (или потере) несколь­ких электронов. В учебнике это осуществлено следующим образом: рассмотрен опыт, в котором по показаниям двух электрометров обнаруживается деление заряда на равные части, затем указано, что электрометр перестает фиксиро­вать изменение заряда при определенных его значениях, и обоснована необхо­димость постановки специального опыта, потом описана схема опыта Иоффе и Милликена.

Можно показать, что таким же путем — от научно-методиче­ского анализа к выбору наиболее методически целесообразного способа введения и формирования понятия — был отобран для учебника и изложен в нем учебный материал курса VI и VII клас­сов, рекомендованный для изучения программой по физике.