Интенсификация формирование теоретических знаний учащихся средствами новых информационных технологий часть 2

Каждая физическая теория использует для объяснения определенного круга явлений действительности специфические математические средства. Так, для описания поведения идеализированного объекта, положенного в основу классической механики, используется векторная алгебра и дифференциальное исчисление; решение задач МКТ требует привлечения методов математической статистики; СТВ, идеализированным объектом которой является неевклидовом четырехмерное пространство в отсутствие поля тяготения, использует тензорное исчисление и т. Д. Выводы из фундаментальных теорий достигаются в ходе развязку для отдельных случаев систем уравнений, относящихся к ее ядру.
строганный брус

В самом общем случае обучение основам физики можно изобразить как систему процессов решения тех или иных видов задач, которые в структуре физической теории относятся к интерпретации и прикладного применения ее выводов. Но методы обучения основам физики, используемые в школе, могут полностью подчинить содержание Задачно подхода (как вывод нового знания ядра теории) — этому мешает как сложность современных физических теорий и соответствующих математических методов, так и недостаточное развитие умственных способностей школьников. Как подчеркивает В. В. Давыдов, «традиционная система обучения, хотя и декларирует принцип научности образования, вместе с этим не обладает, на наш взгляд, адекватными средствами его целенаправленной реализации». Отметим, что созданные в наше время математические процессоры, которые позволили адаптировать сложные математические методы к их применению достаточно широким кругом специалистов, все же предназначены для развязку специальных задач и требуют для своего использования знаний, умений и навыков, не связанных непосредственно с содержанием школьного курса физики, поэтому их применение учениками средней школы встречается со многими трудностями. Как мы заметили выше, каждая физическая теория использует для описания поведения идеализированного объекта специфический математический аппарат, но только математические методы механики Ньютона (основы векторной алгебры и дифференциального исчисления) могут быть доступны учащимся средней общеобразовательной школы в более или менее полном объеме. Сущность предлагаемого подхода состоит в использовании математического аппарата теории Ньютона с целью организации знаково-символической деятельности по моделированию физических процессов и явлений. Подчеркнем, что применение основ векторной алгебры и дифференциального исчисления позволяет учащимся средней общеобразовательной школы построить модели достаточно широкого круга физических явлений, не ограничивается воспроизведением только механических закономерностей. Раскроем методические основы реализации содержания теории Ньютона на примере разработанной нами системы демонстрационного компьютерного моделирования физических процессов и явлений DEMO (от англ. DEmonstrative MOdels making of physical phenomena and processes ). Изучение раздела «Механика» в средней общеобразовательной школе имеет главной целью формирования в сознании учащихся системы понятий, относящихся к основы теории Ньютона (философские принципы причинности, взаимодействия, универсальной связи и развитии явлений материального мира), ядра (законы движения и закон всемирного тяготения), законов сохранения механического импульса и энергии, которые в средней школе рассматриваются как выводы теории, а также теоретических и экспериментальных средств познания окружающей действительности. В базиса теории Ньютона относятся также модели «абсолютных», то есть не зависящих от движения материи, пространства и времени и ряд эмпирических понятий, таких, как траектория, путь, перемещение, скорость, ускорение, инертная и гравитационная массы , движение, вес и т. д. Традиционная методика введения моделей пространства и времени раскрыта в руководстве. Л. Р. Калапуша отмечает, что проблема формирования у учащихся модельных представлений об основных форм бытия материи имеет большое познавательное, методологическое и воспитательное значение. Задача формирования и развития системы понятий механики в ходе построения пространственно-временных моделей решается в системе DEMO учетом наиболее общих принципов физической науки, к которым, в первую очередь, относятся основные свойства форм бытия материи. Все физические тела существуют в пространстве и времени. Первое означает, что все реальные объекты имеют форму, размеры и занимают определенное местоположение среди других тел, второе — то, что те или иные преобразования, которые испытывают физические объекты, всегда имеют некоторую временную продолжительность. Математически существование тел в пространстве и времени находит свое отражение в наличии в любом физическом законе в явной или неявной форме их пространственно-временных характеристик. Реальному пространства присущи свойства однородности и изотропности. Однородность пространства означает, что все его точки равноценны. Отражением этого принципа в системе демонстрационного компьютерного моделирования физических процессов и явлений DEMO есть возможность переносить начало координатной системы в произвольную точку экрана ЭВМ. Равноправие всех направлений (изотропность) пространства позволяет делать любой поворот координатных осей. Реальное пространство является трехмерным, то есть местоположение любой точки физического объекта (а следовательно, и его модели) однозначно определяется тремя независимыми величинами — координатами x, y, z . Время является одномерным, то есть для однозначной фиксации события достаточно иметь лишь одну величину — интервал времени t , который отсчитывается от некоторого начального момента t 0 . Время однородно, что дает возможность изменять начало его отсчета. Определение свойств времени (начала отсчета, длины временного интервала) необходимо в случае построения динамической компьютерной модели. Следствием этих фундаментальных свойств пространства и времени основные законы сохранения: однородность пространства приводит закон сохранения импульса, изотропность — закон сохранения момента импульса, из однородности времени следует закон сохранения энергии. Если приписать идеальным объектам системы демонстрационного компьютерного моделирования DEMO физические величины, отражающие определенные выше фундаментальные свойства движения материи, то при любых преобразованиях в изолированной системе этих объектов будет храниться как импульс, так и их полная энергия (в отсутствии диссипативных сил). Важно отметить, что очерченный выше подход позволяет рассматривать законы сохранения не как выводы из теории Ньютона, а как последствия фундаментальных свойств пространства и времени.

Рубрика: Обучение

- 30.08.2018