Введення узагальненого уявлення про фізичну величину на перших уроках фізики в 7 класі.

Узагальнений план спільної діяльності учителя й учнів з вивчення фізичної величини визначає загальну стратегію формування в учнів поняття про даний компонент змісту шкільного курсу фізики. Цей план може бути реалізованим як на окремому уроці, так і в їх системі, що залежить від змісту самого поняття, від навчального часу, який визначається шкільною програмою з фізики.

Структура цієї діяльності відповідає структурі циклу процесу навчання.

1. Висувається навчальна проблема, яку можна розв’язати тільки після введення ознак нової фізичної величини і застосування їх до ситуації задачі.

У ситуації навчальної проблеми розглядаються об’єкти, що мають певну властивість, яку треба описати за допомогою фізичної величини, що вивчається.

Питання або вимога навчальної проблеми передбачає досягнення однієї з таких цілей: дати кількісну характеристику певної фізичної властивості; порівняти інтенсивності виявлення фізичної властивості у різних об’єктів; серед множини об’єктів, що мають спільну властивість, вибрати той з них, який відповідає певним умовам; встановити новий спосіб вимірювання або обчислення певної фізичної величини; передбачити стан або поведінку об’єктів, з’ясувавши значення фізичної величини, що характеризує властивість цього об’єкта тощо.

2. Обґрунтовується можливість і необхідність введення нової фізичної величини. Визначається, які її ознаки треба з’ясувати (складається план наступної діяльності).

Для цього спочатку, виходячи з формулювання навчальної проблеми, приходять до висновку про необхідність порівняння або опису властивості об’єктів, що розглядаються у ситуації проблеми.

Потім встановлюється, що група об’єктів, до якої входять ті об’єкти, які розглядаються у ситуації навчальної проблеми, мають спільну властивість і, водночас,

відрізняються інтенсивністю виявлення у них цієї властивості.

Отже, є всі підстави для характеристики властивості за допомогою фізичної величини.

Пригадують, які ознаки будь-якої фізичної величини треба визначити.

3. Вводяться ознаки нової фізичної величини: її фізичний зміст; спосіб вимірювання або обчислення величини; одиниці вимірювання; скалярний або векторний характер даної величини. (Виконується план діяльності, що був визначений на попередньому етапі).

Фізичний зміст величини визначається тією властивістю, яку вона характеризує, на що вказує назва і позначення даної фізичної величини. Підставою того, що дана фізична величина характеризує цю властивість є те, що збільшенню (зменшенню) інтенсивності прояву цієї властивості відповідає збільшення (зменшення) значення фізичної величини.

До способів вимірювання або обчислення значення фізичної величини відносяться:

1) домовленість про одиницю вимірювання даної (основної в СІ) величини з наступним застосуванням спеціального вимірювального приладу, за допомогою якого визначається значення цієї величини;

2) встановлення зв’язків даної величини з уже відомими фізичними величинами і з’ясування того, що приймається за одиницю вимірювання (похідної в СІ);

3) об’єднання вказаних способів.

Наступним етапом діяльності є з’ясування векторного характеру фізичної величини (якщо вона дійсно векторна величина). Підставою для висновку про векторний характер величини є залежність стану або поведінки об’єкта, властивість якого характеризується, від напрямку процесу зміни стану даного об’єкта.

4. Систематизуються істотні ознаки фізичної величини, тобто виділяється блок структурних елементів, до яких належать окремі твердження про неї: як характеристику певної властивості об’єктів; спосіб її вимірювання або обчислення; одиниці вимірювання; векторний характер (якщо це векторна величина).

5. Пригадується навчальна проблема. Вчитель демонструє, як її розв’язати.

6. Застосовуються ознаки фізичної величини, що була введена, до різноманітних ситуацій.

Глибина розуміння введеного поняття про фізичну величину визначається тим, наскільки учні спроможні виконати такі дії: навести приклади, які ілюструють сутність фізичної властивості, що розглядається; обґрунтувати можливість характеристики даної властивості за допомогою фізичної величини; довести, що ця фізична величина векторна; пояснити, чому визначальна формула характеризує саме цю фізичну властивість об’єктів і таке інше.

 

98. Застосування узагальненого плану діяльності до вивчення фізичних величин, які визначаються відношенням інших величин.

Розглянутий узагальнений план діяльності використовується під час вивчення будь-яких фізичних величин. Але його можна конкретизувати, визначивши логіку вивчення окремих груп фізичних величин, що мають аналогічні структури.

Одну з таких груп утворюють фізичні величини, які визначаються відношенням інших величин: швидкість рівномірного прямолінійного руху; густина речовини; питома теплоємність; питома теплота згоряння палива; питома теплота плавлення; питома теплота пароутворення; питомий опір; потужність; сила струму; напруга; опір та інші.

Перші сім фізичних величин мають такі спільні ознаки: 1) у визначальній формулі закладено зміст властивості, яку характеризує фізична величина; 2) фізична величина не залежить від значення тих величин, якими вона визначається; 3) її одиниця вимірювання є похідною в СІ; 4) знання фізичної величини дозволяє встановити функціональний зв’язок між іншими величинами.

Наприклад. Визначальна формула густини речовини . З цієї формули випливає: 1) речовини відрізняються одні від одних тим, що, займаючи однаковий об’єм, мають різну масу; 2) густина речовини не залежить від маси або об’єму тіла, виготовленого з даної речовини; 3) ; 4) .

Визначальні формули для цих фізичних величин можна записати в узагальненому вигляді: .

У – швидкість, густина, питома теплоємність, питома теплота згоряння палива, питома теплота плавлення, питома теплота пароутворення, питомий опір. Ф – переміщення (шлях), маса, кількість теплоти, опір. А – час, об’єм, маса, довжина. С – зміна температури. В – площа поперечного перерізу провідника.

Загальна логіка введення цих величин враховує особливості їх змісту:

1. З’ясовується, що група об’єктів має спільну властивість, якою вони відрізняються за інтенсивністю виявлення. Тому для характеристики цієї властивості треба ввести фізичну величину.

2. Показується, що для порівняння інтенсивностей виявлення даної властивості треба порівнювати відношення .

3. Доводиться, що для одного і того ж об’єкту це відношення має одне й те саме значення і не залежить від А, С, В, тобто є фізичною величиною, що характеризує дану властивість.

4. Визначається одиниця вимірювання.

Пояснюється, що знання нової фізичної величини дозволяє знайти інші фізичні величини, що входять у визначальну формулу.

Зміст фізичних величин, що розглядається, можна сформулювати в узагальненому вигляді:

1. Об’єкти відрізняються одні від одних властивістю, від якої залежить Ф, і яка виявляється в тому, що різні об’єкти з однаковими А, С, В мають різні Ф.

У цьому випадку говорять, що об’єкти відрізняються У.

2. Для того, щоб порівнювати У об’єктів, порівнюють відношення .

Для кожного об’єкта при одних і тих самих умовах - це відношення має одне значення і не залежить від того, з якими Ф або А, В, С був вибраний об’єкт.

3. У - це фізична величина, яка дорівнює відношенню добутку до добутку . Формула .

4. У Міжнародній системі одиниць У вимірюється .

5. Знаючи У, можна знайти Ф: .

Учні повинні вміти:

1) наводити приклади, що ілюструють властивість, яка розглядається;

2) пояснювати, чому У є фізичною величиною;

3) пояснювати, чому У не залежить від Ф, А, С, В;

4) одержувати одиницю вимірювання У.

В учнів повинні бути сформовані такі практичні вміння:

1) планування експерименту з визначення У;

2) розв’язування задач типу:

а) порівнювати об’єкти, властивості яких характеризуються фізичними величинами, що входять у визначальну формулу;

б) в умові задачі вказані Ф₁, А₁, С₁, В₁, треба знайти Ф₂, якщо відомі А₂, С₂, В₂, причому тіла мають однакову У;

3) користуватися довідковими таблицями.

Зміст циклу процесу навчання, в якому формується поняття про У і його структуру, також можна подати в узагальненому вигляді.

I. Навчальна проблема.

Повторюється, що учні знають про Ф.

Висувається проблема: як визначити Ф, не використовуючи вже відомі способи?

Пояснюється практичне значення проблеми.

II. Планування наступної діяльності.

Використовуючи життєвий досвід учнів, результати дослідів, приходять до висновків: 1) Ф для даної групи об’єктів залежить від А, В, С і чим більше А, С і менше С, тим більше Ф; 2) Ф залежить від деякої властивості цих об’єктів: об’єкти, що мають однакові А, В, С, відрізняються Ф. Про останнє у фізиці говорять, що об’єкти відрізняються У.

Таким чином, щоб розв’язати задачу, треба знати, як Ф залежить від У, а У розглядати як фізичну величину, яка характеризує дану властивість об’єктів.

Пригадують, що треба знати про будь-яку фізичну величину.

III. Виконання плану.

Завдання. У якому випадку У буде мати більше значення?

У характеризує властивість об’єктів, від якої залежить Ф.

Об’єкти відрізняються тим, що при однакових А, Б, В мають різні Ф.

Отже, У буде більшою у того об’єкта, який, маючи такі самі А, С, В, як і інший об’єкт, характеризується більшим Ф.

Завдання. З дослідів відомо: у одного об’єкта Ф₁, А₁, В₁, С₁, у другого - Ф₂, А₂, В₂. У якого об’єкта Ф буде більше при умові, що А₁ = А₂, В₁ = В₂, С₁ = С₂?

Щоб розв’язати задачу, треба порівнювати Ф для кожного об’єкта, коли А = 1, В =1, С = 1.Якщо Ф прямо пропорційно А, С і обернено пропорційно В, то треба порівнювати відношення .

Завдання. Чи залежить відношення , для даного об’єкта від Ф, А, В, С?

Ф прямо пропорційно А і С, тому при збільшенні А і С збільшується Ф, а відношення не змінюється.

Ф обернено пропорційно В, тому при збільшенні В зменшується Ф, а добуток не змінюється.

Таким чином, для даного об’єкта відношення не залежить від Ф, А, В, С і має конкретне значення.

При однакових А, В, С воно має більше значення, якщо більше значення Ф. Це означає, що відношення визначає У.

У - це фізична величина, яка дорівнює відношенню .

IV. Узагальнюються ознаки У і знаходяться відповіді на питання, що визначають розуміння учнями цих ознак.