МЕТОДИКА ВИВЧЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ В ШКІЛЬНОМУ КУРСІ

«Хімія і фізика одна без іншої досконало бути не можуть»

М.В. Ломоносов

Значення і місце теми «Молекулярна фізика» в шкільному курсі фізики

Молекулярна фізика - це розділ фізики, що вивчає фізичні властивості тіл в різних агрегатних станах на основі розгляду їх молекулярної будови. Знання учнів з молекулярної фізики систематично поповнюються в процесі вивчення всього курсу фізики. Розкриття фізичної сутності атомно-молекулярних уявлень про будову речовини сприяє формуванню наукового світогляду учнів.

До вивчення молекулярної фізики в шкільному курсі звертаються неодноразово з урахуванням важливості та складності розглянутого матеріалу, з огляду на велике освітнє і виховне значення цього розділу. При вивченні фізичних явищ і процесів, в процесі світоглядної інтерпретації фізичних законів формуються знання учнів про сучасну наукову картину світу.

Ознайомлення учнів з деякими поняттями здійснюється в курсі фізики VII і VIII класів. На вивчення курсу фізики в VII класі відводиться 68 год з розрахунку 2 год на тиждень. З них на вивчення теми «Початкові відомості про будову речовини» доводиться тільки 6 ч. За відведений програмою час на вивчення даної теми учні знайомляться з будовою речовини, рухом молекул, швидкістю їх руху, взаємодією, явищем дифузії і основними положеннями молекулярно-кінетичної теорії.

Отримані учнями в курсі фізики VII класу початкові знання про будову речовини сприяють розумінню ними атомно молекулярного будови речовини і подальшого вивчення теплових явищ в VIII класі. На вивчення теми «Теплові явища» у фізиці VIII класу відводиться за програмою 19 год.

Учні вивчають такі поняття і явища як внутрішня енергія і способи її зміни, кількість теплоти і питома теплоємність речовини, кипіння і питома теплота пароутворення, зміна агрегатних станів речовини, теплові явища і процеси, пристрій і принцип дії теплових машин (двигун внутрішнього згоряння, парова турбіна ).

Це - сукупність уявлень і знань з молекулярної фізики, яку учні отримують на першому ступені навчання фізики.

В даний час в практику навчання фізики впроваджується диференційоване навчання учнів, яка передбачає навчання в класах і школах з поглибленим вивченням фізики. Такі класи і школи працюють за спеціальним навчальним планом і програмами.

Далі знання учнів з молекулярної фізики поглиблюються і розширюються при її вивченні в X класі. На вивчення молекулярної фізики в X класі відводиться 40 год, які розподіляються наступним чином:

  • 1. Основи молекулярно-кінетичної теорії - 30 год.
  • 2. Основи термодинаміки -10 ч.

У темі «Молекулярна фізика» учням пропонується для вивчення якісно новий об'єкт, який представляє собою систему, що складається з великого числа частинок (молекул і атомів), а також нову форму руху (теплове рух) і, відповідно, новий вид енергії (внутрішня енергія).

Учні X класу вперше знайомляться зі статистичними закономірностями, які використовуються для опису поведінки великого числа частинок. Формування статистичних уявлень дозволяє зрозуміти сенс незворотності теплових процесів. Вчителю слід звернути увагу учнів на незворотність теплових процесів, що є відмітним властивістю, яке дозволяє розглядати на якісно новому рівні теплова рівновага, температуру, агрегатні стани речовини, необхідність введення понять «реальний газ», «ідеальний газ», зрозуміти принцип роботи теплової машини.

Існують два підходи в описі теплових явищ і процесів: термодинамічний і статистичний. Термодинамічний підхід заснований на понятті енергії, а статистичний - на молекулярно-кінетичних уявленнях про будову речовини. Обидва підходи рівнозначні з позиції їх застосування. У кожного з них є свій предмет дослідження. Статистичний підхід використовується при вивченні основ молекулярнокінетіческой теорії, а термодинамічний, заснований на понятті енергії, - у вирішенні проблеми перетворення енергії в корисну роботу.

Одним із завдань вчителя є розгляд в єдності того й іншого підходу в описі фізичних явищ і процесів. При використанні статистичного або термодинамічної підходів слід чітко розмежовувати знання, отримані емпірично, і знання, отримані в результаті модельного уявлення внутрішньої будови речовини.

Важливо сформувати в учнів уявлення про те, що ці підходи описують з різних сторін стан одного і того ж об'єкта, доповнюючи і уточнюючи знання про нього. Розглядаючи такі поняття, як температура, тиск, внутрішня енергія, кількість теплоти доцільно розкривати їх фізичну сутність з точки зору різних підходів.

Перша тема в розділі «Молекулярна фізика» - «Основи молекулярнокінетіческой теорії», на вивчення якої відводиться 20 годин. Відзначимо, що при значному скороченні навчального часу на весь курс фізики, що вивчається в школі, це - досить невеликий час, що відводиться на вивчення такої важливої теми. Незважаючи на те, що основні положення молекулярнокінетіческой теорії будови речовини розглядаються ще в VII класі, багато понять не були розкриті з позиції статистичного підходу,

що є важливим для розуміння процесів, що відбуваються в газоподібних речовинах.

Вивчаючи фізику в VII і VIII класах, учні навчилися пояснювати цілий ряд фізичних явищ, властивостей з позиції внутрішньої будови речовини. Тим не менше, більшість понять (швидкість руху молекул газу, температура, зміна агрегатних станів речовини і ін.), Вивчалося на рівні уявлень. Таке вивчення не супроводжувалося кількісними розрахунками, що відображають взаємозв'язок явищ.

У процесі вивчення молекулярної фізики в X класі знання, засвоєні учнями, необхідно розширити, не тільки актуалізуючи їх. Потрібно досить ємне кількісний опис явищ, що відображає їх багатогранність і взаємний вплив один на одного. Початок вивчення молекулярної фізики пов'язано, перш за все, з розглядом на новому для учнів, що супроводжується статистичними розрахунками рівні (основні положення молекулярнокінетіческой теорії, основне рівняння молекулярнокінетіческой теорії, молекулярно-кінетичний сенс температури, рівняння стану ідеального газу, ізопроцесси в газах і ін. ).

При вивченні молекулярної фізики учні продовжують знайомитися з експериментальним методом дослідження (броунівський рух, досвід Штерна, модельне уявлення дослідів Бойля, Шарля і ін.).

Даний розділ фізики має велике світоглядне значення. Закладається наукове уявлення про навколишній світ, об'єктивно існуючої формі матерії у вигляді речовини.

Важливе виховне вплив має розгляд життя і творчості відомих вчених і перш за все російського фізика і хіміка М.В. Ломоносова. Корисно ознайомити учнів з внеском вченого у становлення російської освіти і науки.

У зв'язку з цим в книгу включена коротка історична довідка про тих вчених, чиї імена увійшли в «червону книгу» найважливіших відкриттів в молекулярної фізики та термодинаміки. Звернення вчителя до історії науки - багатий матеріал для реалізації виховної мети навчальних занять. Історичний екскурс дозволяє показати учням, що тільки в боротьбі думок і ідей народжувалося справжнє знання.

Необхідно зауважити, що вивчення молекулярної фізики сприяє подальшому формуванню абстрактного мислення в учнів, так як, при розгляді будови речовини, молекули й атоми стають уявними тільки через який чиниться ними дію. І щоб уявити, як вони рухаються і взаємодіють всередині речовини, потрібно володіти добре розвиненим просторово-образним мисленням.

При вивченні молекулярної фізики використовується дедуктивний метод, тобто спочатку виводиться основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії, потім рівняння ідеального газу. Ізопроцесси в газах розглядаються як слідства рівняння стану газу. Далі при вивченні першого закону термодинаміки аналізується його застосування до ізопроцессам.

Будь-яке вивчення теорії буде корисним, якщо воно успішно застосовується на практиці. Для реалізації отриманих знань в шкільному курсі фізики передбачається рішення значної кількості завдань і виконання лабораторних робіт.

Слід зазначити, що при значному скороченні годин на закріплення отриманих знань і формування умінь залишається дуже мало часу. Вчителю необхідно враховувати це і будувати свою діяльність таким чином, щоб оптимально використовувати відведений для навчальних занять час.

Вихід із ситуації може бути знайдений тільки в правильній організації самостійної роботи учнів і, зокрема, в самоосвіті.

Фізика вивчає механічну, теплову, електромагнітну, квантово-механічну і внутрішньоатомних форми руху матерії. Будучи якісно різними, ці форми руху не позбавлені внутрішньої єдності. Воно проявляється в існуванні загальних для них законів. Це - закон збереження і перетворення енергії, закон кількісної взаємозв'язку маси

і енергії та ін. Внутрішній зв'язок цих форм руху така, що вищі форми руху включають в себе більш прості, але вищі Фоми руху не зводяться до сукупності нижчих форм. Зв'язок між досліджуваними формами руху враховується в методиці навчання фізики. Так, не вивчивши механічного руху, не можна дати молекулярно-кінетичного і статистичного тлумачення теплових явищ.

У темі «Молекулярна фізика» в X класі розглядається більш складний вид руху - тепловий рух в порівнянні з механічним рухом. Це відповідає методичного принципу розгляду фізичних явищ в порядку ускладнення форм руху, з одного боку, а з іншого, - дозволяє використовувати відомі з курсу механіки такі величини, як маса, швидкість, сила, енергія і т. Д.

Принципове методологічне значення має питання про трактування основних понять в молекулярної фізики, зокрема поняття «температура». Поняття температури доцільно вводити після розгляду основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів: з одного боку, температура розглядається як параметр стану макроскопічної системи, з іншого боку температура - міра середньої кінетичної енергії молекул. При цьому вводиться нове поняття - абсолютна температура.

Програма побудована таким чином, що в темі «Молекулярна фізика» в X класі вивчають насичені і ненасичені пари, кристалічні і аморфні тіла, механічні властивості твердих тіл: пружність, міцність, пластичність.

Оцінюючи зміст і обсяг пропонованого для вивчення учням матеріалу, слід зробити співвіднесення часу, відведеного для вивчення, зі складністю та змісту навчальної діяльності. Не можна не відзначити, що часу для глибокого і осмисленого розгляду всіх питань такого важливого розділу фізики недостатньо. Тому, як показує практика, найчастіше знання формуються поверхнево. Учитель часто не має можливості приділити увагу вирішенню завдань, що демонструють взаємозв'язок явищ, і виконан-

нию системи лабораторних робіт. Вихід може тільки один - збільшення кількості годин на вивчення питань, що мають принципове значення в світоглядному аспекті.

«Недостатньо створити теплоту, щоб викликати появу рушійної сили: потрібно ще добути холод; без нього теплота стала б марною »

С. Карно

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >