ЗАКОНЫ ФИЗИКИ В ИНТЕРПРЕТАЦИИ УЧЕНИКОВ

Ивлев В. И., Ахметова Н. Д., Колябин В. Б.

Преамбула.

Несколько фрагментов государственных документов, регламентирующих деятельность системы общего образования в Российской Федерации.

Из ФГОС:

Изучение предметной области «Естественные науки» должно обеспечить:

сформированность основ целостной научной картины мира;

Физика» (базовый уровень) – требования к предметным результатам освоения базового курса физики должны отражать:

понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений;

2) владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное пользование физической терминологией и символикой;

«Физика» (углубленный уровень) – требования к предметным результатам освоения углубленного курса физики должны включать требования к результатам освоения базового курса и дополнительно отражать:

1) сформированность системы знаний об общих физических закономерностях, законах, теориях, представлений о действии во Вселенной физических законов, открытых в земных условиях;

Из федеральной рабочей программы учебного предмета «Физика».

Основными целями изучения физики в общем образовании являются:

— формирование научного мировоззрения как результата изучения основ строения материи и фундаментальных законов физики;

Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач в процессе изучения курса физики на уровне среднего общего образования: приобретение системы знаний об общих физических закономерностях, законах, теориях, в

Эксперимент.

В эксперименте, проведенном и описанном нами в статье [1] ученикам одиннадцатых классов было предложено назвать 5 законов физики (только названия, без формулировок и формул), которые они считают наиболее важными (фундаментальными).

В ответах учеников были названы почти все законы, входящие в программу. Было также от мечено, что ученики фактически не делят законы на фундаментальные и частные, являющиеся следствием первых.

Цель настоящей работы – более детально изучить знание основных законов физики и понимание причин, которые определяют значимость этих законов для учеников.

 В сентябре текущего учебного года ученикам 11-х классов тех же школ (естественно, это были уже другие ученики) было предложено:

1. Назвать 5-7 законов физики, которые считаете наиболее важными.
2. Вспомнить и записать формулировки этих законов по памяти, не заглядывая в учебник.
3. Объяснить, почему включили в список каждый из законов.

Результаты.

1. Перечень законов.

В ответах учеников в общей сложности присутствуют названия 21 закона. В таблице приведены названия десяти наиболее часто называемых законов в порядке убывания частоты их упоминания.

Таблица 1. Статистика упоминаний законов физики.

Были упомянуты также законы Архимеда, Джоуля-Ленца, сохранения заряда, Ампера, трения, электромагнитной индукции, рычага, принцип относительности, преломления, Гей-Люссака, Бойля-Мариотта, Клапейрона, Авогадро. Таким образом, в ответах учеников были названы (хотя бы один раз) почти все законы, входящие в программу школьного курса физики.

По числу упоминаний лидирует второй закон Ньютона. Затем идут закон тяготения и первый закон Ньютона. Три этих закона изучаются в механике. На четвертом месте оказался закон Ома, причем обычно не уточняется для какого участка цепи.

Таблица 2 иллюстрирует выбор законов (из первой десятки) отдельными учениками (только частично).

Видно, что этот набор для большинства учеников носит в значительной степени случайный характер. Никто из учеников не предложил единый подход (единое требование) к выбору наиболее важных законов – для разных законов разные причины выбора.

2. Обоснование выбора (дидактический материал).

Причины, по которым ученики считают выбранные ими законы важными, можно (достаточно условно) разделить на две группы: практические (важные для жизни, полезные) и теоретические (фундаментальные, относящиеся к физике как науке). Ниже приведены некоторые из названных оснований выбора.

Фундаментальность законов.

Эти законы позволяют понять как устроен мир.

На этих законах строится физика.

Эти законы являются базовыми в физике.

Закон Кулона важен, потому что он описывает основное взаимодействие между электрически заряженными частицами - одно из фундаментальных явлений в физике.

Закон всемирного тяготения универсален для всех тел во Вселенной.

Закон всемирного тяготения Ньютона универсален и действует на любые тела, обладающие массой.

Закон сохранения энергии – один из самых фундаментальных законов во всей науке. Он работает абсолютно везде: в механике, термодинамике, электродинамике, квантовой физике.

Основой механики считают то первый, то второй законы Ньютона.

Практичность законов.

От них зависит жизнь человечества.

Законы являются важными из-за их простого применения в жизни. Без них было бы сложно сделать что-либо масштабное и понять почему происходят с нами те или иные явления.

Эти законы чаще встречаются в жизни

Закон Ома является фундаментом для анализа и проектирования электрических цепей.

Второй закон Ньютона позволяет рассчитать движение тела, делает физику практической и точной.

Закон сохранения энергии является мощным инструментом для решения задач, так как часто позволяет найти ответ, не вникая в сложные детали процесса, а только сравнивая состояние "до" и "после".

Понимание закона сохранения энергии критически важно для решения глобальных энергетических проблем.

Закон Ома для участка цепи – краеугольный камень всей электротехники и электроники.

Закон электромагнитной индукции Фарадея лежит в основе работы практически всего, что связано с генерацией и передачей электроэнергии.

Ответы, не связанные с содержанием закона.

Я их помню, значит они важны.

Одни из наиболее известных мне.

Потому что их постоянно проходят в школе, и они надолго запоминаются

Многие ответы начинаются словами «закон объясняет…» или «закон доказывает…», что свидетельствует о недостаточно глубоком понимании сути закона. Закон ничего не объясняет и не доказывает. Он лишь констатирует существующий факт. Закон всемирного тяготения не объясняет, почему сила гравитационного взаимодействия прямо пропорциональна массам тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Закон получен обобщением результатов наблюдений и экспериментов. Физики-теоретики разрабатывают модели чего-то существующего или происходящего, но в основе любой модели лежат положения, по отношению к которым вопрос «почему так» ответа не имеет.

Выводы.

1. Система наиболее важных (базовых) законов у учеников сформирована недостаточно.

Возможные причины.

Основополагающие физические понятия и законы в программах и учебниках не выделены! В учебниках целостная научная картина мира фактически не представлена. Как правило приводятся общие рассуждения о физической картине мира, упоминаются механическая, электромагнитная, квантово-полевая картины мира. Однако ни структура, ни общие положения этих моделей не приведены.

В разделе «Заключение» учебника Мякишева констатируется: «Цель физики заключается в отыскании общих законов природы и объяснении конкретных процессов и явлений на их основе». Однако перечень базовых законов не приводится.

2. Ответы учеников, обосновывающие выбор наиболее важных законов физики, могут служить полезным дидактическим материалом при прохождении соответствующих тем на уроках.