Моделирование на уроках физики как научный метод познания

Автор: Наталья Викторовна Николаева

Организация: МОАУ «СОШ №1 имени В.И. Басманова»

Населенный пункт: Оренбургская область, город Бузулук

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю». Наверное, это первая теоретическая модель простого механизма, построенного Архимедом. В современной педагогике моделированию, как методу подачи учебного материала, федеральная образовательная программа по учебному предмету «Физика» (углубленный уровень в 10-11 классах) отводит исключительную роль. Физика формирует естественно-научную картину мира через научный метод познания: наблюдение – гипотеза – теория – эксперимент (схема получения новых знаний в представлении Г. Галилея). Научный метод познания введен в стандарт современного среднего образования в большинстве стран мира.

Физика – фундаментальная наука, законы которой априори лежат в основе всех технических направлений. Определение «Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира» [4, стр. 5] приводит к пониманию о необходимости «договориться» о некоторых непреложных истинах: положительные заряды образуются на стеклянной палочке, потертой о шелк; в инерциальной системе отсчета справедливы законы Ньютона (сам термин был введен Людвигом Ланге в 1885 году); направление движения электрического тока от «плюса» к «минусу»; «эффект близнецов» в специальной теории относительности; планетарная модель атома Резерфорда. Среди изучаемых явлений или объектов в школьном курсе физики такими «договоренностями» являются модели: идеальный газ, магнитный поток, дисперсия света, фотон.

Для обучающихся построение физических моделей является мыследеятельностью, которой нужно учиться, а для учителей моделирование – метод обучения теории научного познания. Советский психолог Венгер Л.А. отмечал: «Ребенок, владеющий наглядным моделированием – внешней формой замещения, способен применять моделирование в уме, способен представить себе в виде модели то, о чем рассказывают, заранее видеть возможные результаты своих действий». Так вектор принято воспринимать как модель сил, приложенных к телу, но при анализе конкретного условия изучаемого понятия вектор является моделью и направления движения тела, и радиус-вектора, определяющего координату тела, и иллюстрацией спектральных серий в излучении атома водорода при переходе электрона с высоких стационарных орбит на низкие.

В физике большое внимание уделяется обучению решению задач с явно или неявно заданной физической моделью. Умение решать физические задачи – лучшая оценка уровня усвоения программного материала по физике. Анализ задач, проведенный по построенной модели, создает представление о характерных особенностях и границах применимости основных закономерностях физики. Модель конкретной задачи можно представить в виде рисунков, схем, графиков, чертежей, на которых отражаются ключевые свойства реального объекта так, чтобы они давали новую информацию об этом объекте [5, стр. 267] и содержали конкретные способы достижения результата описательного характера, иногда даже устного. Например, трудно изобразить физические поля, Вселенную, передачу энергии. Примером физических моделей одного и того же реального объекта можно назвать «материальную точку» и «физическое тело». В кинематике моделью движения материальной точки, которая имеет координаты в выбранной системе отсчета, но не имеет ни формы, ни объема, является график. В динамике и статике модель взаимодействия физических тел, которые обладают массой и неважна их ориентация в пространстве, – рисунок. Остальные параметры реального объекта для законов классической механики не имеют значения. Однако цвет, вещество, форма, объем, рассматриваемого материального объекта, необходимо учитывать при изучении других разделов физики.

При моделировании физических задач каждый метод научного познания повторяется не единожды через проверку новых знаний согласно циклу познания, который отвечает принципам, целям и задачам курса физики на углубленном уровне среднего общего образования [1]: факты – модель – следствия – эксперимент. Этот цикл необходимо показать ученикам на первых уроках в виде схемы (модели) для визуализации информации. По мере того, как в ходе построения модели появляются новые факты, не укладывающиеся в рамки необходимой теории, происходит ее пересмотр и построение новой модели [3, стр. 25], то есть выдвигаются все новые гипотезы, истинность или ложных которых необходимо доказывать. С точки зрения педагогики этапы теории научного познания мира и цикл познания можно соотнести с основными методами и приемами организации учебного процесса:

• наблюдение (факт) – основание теории (исторические сведения, эксперименты, анализ ранее полученных знаний);
• гипотеза (модель) – ядро теории (формулирование общих законов, принципов, уравнений);
• теория (следствия) – выводы теории (количественно-аналитический вывод, качественный вывод, мысленный эксперимент, применение аналогий, экспериментальное дополнение качественных выводов);
• эксперимент (эксперимент) – применения теории (решения задач, лабораторные работы, техническое творчество, учебно-трудовая деятельность, быт, природа, техника, телевидение и т.д.).

В основе современного моделирования лежит принцип «бритвы Оккама» (Уильям Оккам, английский монах, философ, ок. 1285-1347 годы жизни) [6], утверждающий: не надо без необходимости вводить новые законы, чтобы объяснить какое-то новое явление, если это явление можно исчерпывающе объяснить старыми законами.

Таким образом, моделирование – универсальный метод изучения реальных объектов и явлений естественно-научных знаний, восприятие которых не были доступны для обозрения обучающихся. Моделирующая деятельность способствует расширению набора знаний и аналитических действий обучающихся, самостоятельной систематизации и обобщению изученного. Процесс моделирования помогает педагогам и самим учиться рациональному оцениванию известных фактов представленной модели, применять обобщенный набор ее свойств к объектам реального мира.

Список литературы:

1. Федеральная рабочая программа по учебному предмету "Физика" (углубленный уровень)>116.5. Пояснительная записка. Приказ Минпросвещения России от 18.05.2023 N 371 Об утверждении федеральной образовательной программы среднего общего образования (Зарегистрировано в Минюсте России 12.07.2023 N 74228)
2. Асеева, О. М. Моделирование как метод познания окружающей действительности / О. М. Асеева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 6 (348). — С. 403-404. — URL: https://moluch.ru/archive/348/78368/
3. Курс лекций по теории и методике обучения физике в средней школе [Текст] : учебное пособие для студентов педагогических вузов / Е. А. Румбешта ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный педагогический университет" (ТГПУ). - Томск : Изд-во Томского гос. пед. ун-та, 2016. - 143 с. : ил.; 21 см.; ISBN 978-5-89428-813-0. https://oplk.ucoz.com/Html/Metodika_Fizika.pdf
4. Мякишев, Г. Я. Физика: 10 класс: базовый и углублённый уровни : учебник / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский ; под редакцией Н. А. Парфентьевой. — 10-е изд. — Москва : Просвещение, 2023. — 433 c. — ISBN 978-5-09-103619-0.
5. Методология функционирования и развития школьного физического образования [Текст] : монография / К. А. Коханов, Ю. А. Сауров ; Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Вятский гос. гуманитарный ун-т», Научная лаб. «Моделирование процессов обучения физике». - Киров : Радуга-Пресс, 2012. - 326 с. : ил.; 21 см.; ISBN 978-5-906013-13-2.
6. https://obrazovaka.ru/fizika/fizicheskie-modeli-primery-v-mehanike.html (дата обращения: 31.10.2023).

Опубликовано: 25.04.2024