Преподавание физики в общеобразовательных школах на основе статистического метода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ташкентский государственный педагогический университет им. Низами

Преподавание физики в общеобразовательных школах на основе статистического метода

Хужанов Эркин Бердиевич,

преподаватель кафедры методики преподавания физики и астрономии

Аннотация

В статье излагаются предложения по введению вероятностно-статистических идей и понятий, необходимых для совершенствования обучения студентов по разделам молекулярной и квантовой физики в общеобразовательных школах.

Ключевые слова: статистический метод, молекулярная физика, квантовая физика, вероятность, случайное событие, учебный процесс, ученик, статистическая закономерность, атом, молекула.

Abstract

Teaching physics in secondary schools based on the statistical method

Khujanov Erkin B.

Lecturer at the Department of Methods of Teaching Physics and Astronomy, Tashkent State Pedagogical University named after Nizami, the Republic of Uzbekistan

The current paper suggests recommendations on introducing probability and statistical ideas and notions, necessary to improve teaching students molecular and quantum physics sections in secondary schools.

Основная часть

В целях дальнейшего повышения эффективности проводимых в Узбекистане реформ, создания условий для ускоренного развития, модернизации государства и реализации приоритетных направлений развития всех сфер общества, в том числе системы образования, подписан Указ Президента Республики Узбекистан №уП-4947 от 7 февраля 2017 г. о Стратегии действий. В соответствии с этим указом, отдельным пунктом введено коренное повышение качества общесреднего образования, в том числе углубленное изучение таких важных дисциплин, как физика [1].

В общеобразовательных школах Российской Федерации для изучения физико-астрономических предметов в 7-11-х классах выделяется 374 часа. Рабочая программа по физике для 7-9-х классов составлена на основе авторской программы [2]. Рабочие программы для 10-11-х классов составлены на основе авторских программ Г.Я. Мякишева [3] Сопоставление материалов вышеуказанных классов по физике Российской Федерации и Узбекистана при изучении строения вещества и тепловых явлений представлено в табл. 1.

В странах Содружества проблемой совершенствования преподавания физики занимались Г.М. Голин [4] Г.Я. Мякишев [5] А.К. Кикоин, И.К. Кикоин, С.Я. Шамаш, Е.Е. Эвенчик [6], Л.В. Тарасов [7], В.П. Орехов, А.В. Усова, Е.В. Мамбетакунов [8], в учебниках и руководствах которых описываются основы молекулярной физики и термодинамики на основе статистических идей, основанных на собственном опыте.

Таблица 1. Сравнение учебного материала разделов «Первоначальные сведения о строении вещества» и «Тепловые явления» школьного курса физики в Узбекистане и РФ

Как видно из табл. 1, имеются некоторые несоответствия в изучении определенных тем. Например, скорость движения молекул в школах Узбекистана и России изучается только на качественном уровне. На наш взгляд, это является существенным недостатком. Для ликвидации этого недостатка целесообразно изучать этот вопрос в полном объеме, для этого есть все основания и опытные факты, конкретным примером является диффузия в различных средах.

При изучении темы «Тепловые явления» целесообразно использовать статистический метод, который соответствует природе указанного явления.

В учебных заведениях Узбекистана и России на изучение этих тем на базовом уровне отводится одинаковое временя. Темы для изучения не отличаются друг от друга [2; 9]. Однако в этих программах нет предложений или рекомендаций по использованию статистического метода.

В связи с этим в образовательных учреждениях предпринимается ряд мер по усовершенствованию изучения учебных материалов по физике на основе следующих идей:

• передача учащимся в процессе обучения физике полноценных знаний, формирование у них соответствующих навыков и умений;

• формирование у учащихся научного мировоззрения в процессе обучения физике;

• повышение интереса учащихся к изучению физики;

• организация современного учебного процесса, обеспечивающего возможность для прочного усвоения учебного материала учащимися;

• развитие у учащихся свободного, независимого мышления;

• формирование у учащихся умения применять на практике полученные знания;

• подготовка фундамента для осознанной профессиональной ориентации учащихся [10].

В начальных классах ученики овладевают знаниями об определенных физических явлениях (снег, дождь, обогрев Земли Солнцем, замерзание воды), физических понятиях (расстояние, площадь, объем, скорость, время). Поэтому целесообразно начинать курс физики в 6-м классе с объяснения знакомых учащимся явлений, применяя элементы физической теории. Это будет развивать мышление учащихся и сформирует у них научное мировоззрение в отношении природных явлений [11]

Задача учителя - формирование в сознании учащихся правильного с научной и логической точки зрения представления о понятиях и закономерностях по каждому изучаемому предмету естественнонаучного цикла. В частности, при изучении физики в 6-м классе учитель разъясняет учащимся основные физические понятия от простого к сложному.

Формированию физических знаний у учащихся будут способствовать следующие источники:

• жизненные наблюдения и опыт учеников;

• знания, изученные при усвоении других дисциплин;

• учебные материалы, учебники, учебные пособия и наглядные опыты.

Физика является дисциплиной, изучающей явления природы, их механизмы, движение тел, свойства веществ и физических полей. Важной задачей при обучения физике является, наряду с передачей учащимся физических знаний, расширение их естественнонаучного мышления.

Поэтому, начиная с изучения тепловых явлений в 6-м классе, целесообразно будет правильно объяснить учащимся понятия статистического метода.

Так, при изучении строении вещества следует подчеркнуть, что вещества состоят из микроскопических частиц - атомов, их движение носит случайный характер. Например, движение снежинок, стаи насекомых можно сравнить с движением молекул и атомов. При моделировании можно добиться формирования в сознании учащихся ясного, полного представления о движении атомов и молекул. В учебниках подробно излагается броуновское движение и явление диффузии. Но если не объяснить учащимся закономерность движения атомов и молекул на основе статистического метода, их знания будут неполными и не сформированными.

Для устранения этих недостатков считаем нужным включить в учебный процесс в 6-м классе следующие статистические понятия (табл. 2).

В программу старших классов входят следующие разделы физики, изучаемые на основе статистического метода:

• молекулярная физика и основы термодинамики;

• основы атомной и ядерной физики;

• элементы квантовой физики.

Основные идеи, принципы, методы и результаты молекулярной физики имеют фундаментальное значение не только в физической науке, но и важное научное и методологическое значение. Основным их источником является реальное существование молекул, их движение и взаимодействие, объективность вероятностно-статистических закономерностей, касающихся теплового движения, отличия теплового и механического движения материи и другие представления.

При изучении психологических особенностей учащихся и уровня их знаний по физике на основе вероятностно-статистических представлений о тепловых явлениях приходим к выводу о том, что необходимо основываться на модельных опытах, определить и ограничить их число. Анализ учебников, учебных программ и учебно-методических пособий по физике показывает наличие множества материалов по применению в процессе их изучения на основе вероятностно-статистических идей и методов. На начальных этапах курса физики целесообразно знакомить учащихся с динамическими и статистическими закономерностями и их содержанием.

Таблица 2. Некоторые понятия статистики, необходимые для изучения строения атома

Р. Фейнман в своих лекциях говорил: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это - атомная гипотеза (можете называть ее не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе, как вы убедитесь, содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения» [12, с. 23].

В разделе атомной физики изучаются такие важные вопросы, как дискретность энергетических уровней, поглощение и испускание света атомами, спектры и спектральный анализ, принципы работы лазеров. Дискретность энергетических уровней в атомах служит основой для всех других материалов. Атомная модель Резерфорда - Бора является объединением модели атомного ядра Резерфорда с квантовыми постулатами Бора. С точки зрения классической физики, такое объединение неестественно, так как, согласно законам классической механики и электродинамики, электрон, расположенный в куло - новом поле атомного ядра, может двигаться по любым траекториям и орбитам, получая и теряя энергию. Классическая механика считает скорость (то есть кинетическую энергию) и координату (то есть потенциальную энергию) непрерывно изменяющимися величинами. Согласно же основанным на электронных орбитах постулатах Бора, в поле атомного ядра электрон может двигаться только по выбранным орбитам, и его энергия дискретно меняется в результате перехода с одной орбиты на другую.

Механизм поглощения и испускания света в атомах разъясняется следующим образом: после поглощения света атом переходит в энергетически более высокое состояние, а после излучения света - в энергетически низкое состояние.

При этом взаимосвязь частоты испущенного и поглощенного света и энергией атома выражается формулой

Ну = Еп - Ет.

В методической литературе энергетические переходы при поглощении и испускании атомами света рассматриваются по-разному: либо на основе орбит (модель Резерфорда - Бора), либо на основе энергетических уровней (квантовой механики). В современной физике они излагаются на основе энергетических уровней атомов. Во-первых, такая интерпретация является общей, во-вторых, в действительности электронные орбиты не существуют, об этом ученики знают из курса химии. Поэтому мы предлагаем при объяснении взаимодействия света с атомами пользоваться понятием энергетических уровней [13]

Разъяснение волнового характера микрообъектов, возникающей на этом основании неопределенности и стабильности атомов, с опорой на вероятностные закономерности, служит формированию у учащихся современных представлений об атоме. С учетом изложенных выше недостатков, целесообразно ввести в учебный процесс следующие статистические понятия (табл. 3).

Таблица 3. Некоторые понятия статистики, необходимые для объяснения атомной гипотезы

Если в средних общеобразовательных школах при изучении молекулярной и квантовой физики будет использоваться статистический метод, то учащиеся наглядно будут представлять применение приведенных выше вероятностно-статистических идей и понятий и последовательно будут овладевать знаниями по данным разделам.

Список литературы

физика общеобразовательный школа студент

1. Указ Президента Республики Узбекистан №УП4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан» // Собрание законодательства Республики Узбекистан. - 2017. - №6, ст. 70; №20, ст. 354, №23, ст. 448.

2. Гутник Е.М., Перышкин А.В. Физика. 7-9 классы. - М.: Дрофа, 2008. - М.: МЦ ВОУО ДО, 2012. - 80 с.

3. Сборник программ для общеобразовательных учреждений: Физика. 10-11 класс / Н.Н. Тулькибаева, А.Э. Пушкарев. - М.: Просвещение, 2006.

4. Голин Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы. - М.: Просвещение, 1987. - 127 с.

5. Мякишев Г.Я. Динамические и статистические закономерности в физике. - М.: Наука, 1973. - 272 с.

6. Физика: Пробный учебник для 9 класса средней школы / А.К. Кикоин, И.К. Кикоин, С.Я. Шамаш, Э.Е. Эвенчик. - М.: Просвещение, 1984. - 238 с.

7. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе. - М.: Просвещение, 1990. - 288 с.

8. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Ч. 2. / под. ред. В.П. Орехова, А.В. Усовой. - М.: Просвещение, 1980. - 351 с.

9. Физика: учебник для учащихся 6-х классов средней школы / Н.Ш. Турдиев. - Ташкент: Niso Poligraf, 2017. - 176 с.

10. Проблемы структурирования учебного материала по физике / К.Ш. Турсунов, У.Д. Шодиев, Н.М. Нормаматова, М.Ш. Мирзаев // Физика, математика и информатика. - Ташкент, 2013. №1. С. 82-85.

11. Жураев М. Статистические идеи при обучении физике. - Ташкент, Укитувчи, 1996. - 88 с.

12. Фейнман Р, Лейтон Р, Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 1. - М.: Мир, 1976.

13. Джораев М., Саматов Г.Б., Хужанов Э.Б. Совершенствование обучения физике на основе статистических методов в системе непрерывного образования: учеб. пособие. - Ташкент: ABU MATBUOT-KONSALT, 2017. - 288 с.

14. Государственный образовательный стандарт среднего образования и учебная программа. Постановление кабинета министров №187 от 6 апреля 2017 года. - Ташкент, 2017.

References

1. Ukaz Prezidenta Respubliki Uzbekistan No. UP4947 ot 07.02.2017 «O strategii deyst - viy po dalneyshemu razvitiyu Respubliki Uzbekistan». In: Sobranie zakonodatelstva Respubliki Uzbekistan. 2017, No. 6, art. 70; No. 20, art. 354, No. 23, art. 448.

2. Gutnik E.M., Peryshkin A.V. Fizika. 7-9 klassy. Moscow: Drofa, 2008. Moscow: MTS VOUO DO, 2012. 80 p.

3. Tulkibaeva N.N., Pushkarev A.E. (comp.) Sbornik programm dlya obshcheobrazovatel - nykh uchrezhdeniy: Fizika. 10-11 klass. Moscow: Prosveshchenie, 2006.

4. Golin G.M. Voprosy metodologii fiziki v kurse sredney shkoly. Moscow: Prosveshchenie, 1987. 127 p.

5. Myakishev G. Ya. Dinamicheskie i statisticheskie zakonomernosti v fizike. Moscow: Nauka, 1973. 272 p.

6. Kikoin A.K., Kikoin I.K., Shamash S. Ya., Evenchik E.E. Fizika: Probnyy uchebnik dlya 9 klassa sredney shkoly. Moscow: Prosveshchenie, 1984. 238 p.

7. Tarasov L.V. Sovremennaya fizika v sredney shkole. Moscow: Prosveshchenie, 1990. 288 p.

8. Orekhov V.P., Usova A.V. (eds.) Metodika prepodavaniya fiziki v 8-10 klassakh sred - ney shkoly. Part 2. Moscow: Prosveshchenie, 1980. 351 p.

9. Turdiev N. Sh. Fizika: uchebnik dlya uchashchikhsya 6-kh klassov sredney shkoly. Tashkent: Niso Poligraf, 2017 176 p.

10. Tursunov K. Sh., Shodiev U.D., Normamatova N.M., Mirzaev M. Sh. Problemy struk - turirovaniya uchebnogo materiala po fizike. Fizika, matematika i informatika. Tashkent, 2013. No. 1. Pp. 82-85.

11. Zhuraev M. Statisticheskie idei pri obuchenii fizike. Tashkent, Ukituvchi, 1996. 88 p.

12. Feynman R., Leighton R., Sands M. Feynmanovskie lektsii po fizike. Vol. 1. Moscow: Mir, 1976. (in Russian)

13. Dzhoraev M., Samatov G.B., Khuzhanov E.B. Sovershenstvovanie obucheniya fizike na osnove statisticheskikh metodov v sisteme nepreryvnogo obrazovaniya: ucheb. posobie. Tashkent: ABU MATBUOT-KONSALT, 2017. 288 p.

14. Gosudarstvennyy obrazovatelnyy standart srednego obrazovaniya i uchebnaya programma. Postanovlenie kabineta ministrov No. 187 ot 06.04.2017. Tashkent, 2017.

Размещено на Allbest.ru