Программа «Фундаментальные эксперименты физической науки»

На страницу объединения «Квант»

Программа курса внеурочной деятельности создана на основе одноимённой программы авторского коллектива Н. Пурышева, Н. Шаронова, Д. Исаева, представленная в электронном варианте брошюры «Элективные курсы в профильном обучении: Образовательная область «Естествознание»»/ Министерство образования Российской Федерации – Национальный фонд подготовки кадров. – М.: Вита-Пресс, 2004. стр.78 – 80.

Пояснительная записка

Данный курс предназначен для учащихся 10-11 классов  общеобразовательных учреждений в классах технического профиля.

Курс рассчитан на 68 часов (по 1 часу в неделю) за 2 года обучения – в 10 и 11 классах.

В процессе обучения школьники познакомятся с историей развития физики, становлением и эволюцией физической науки, с биографиями ученых, расширят свои представления об экспериментальном методе познания в физике, роли и месте фундаментального эксперимента в становлении физического знания. Взаимосвязи теории и эксперимента. Научатся выполнять некоторые фундаментальные опыты с использованием физических приборов, что будет способствовать формированию у них экспериментальных умений. Применение компьютерного моделирования позволит учащимся выполнить исследования с помощью компьютера, значительно расширив их представления о возможностях и границах компьютерного эксперимента.

Основные задачи курса:

  • дать представление о цикле научного познания, месте эксперимента в нем, соотношении теории и эксперимента; роли и месте фундаментальных опытов в истории развития физической науки; истории развития физики; научной деятельности ученых и биографии ученых, а также о роли фундаментальных опытов в научно-техническом прогрессе;
  • научить планировать эксперимент; отбирать приборы для выполнения эксперимента; выполнять эксперимент; применять математические методы к решению теоретических задач;
  • работать со средствами информации (учебной, хрестоматийной, справочной, научно-популярной литературой); готовить сообщения и доклады, оформлять и представлять их;
  • готовить и представлять эксперимент как натуральный, так и модельный; использовать технические средства обучения средства новых информационных технологий;
  • участвовать в дискуссии; сформировать научное мировоззрение; способствовать нравственному и эстетическому воспитанию.

При этом основными формами обучения должны стать семинары, практические занятия по выполнению лабораторных работ и решению задач. Учащиеся самостоятельно ищут информацию для подготовки докладов и сообщений, готовят эксперимент.

При выполнении лабораторных работ, как с реальными, так и с компьютерными моделями организуется исследовательская деятельность по экспериментальному установлению зависимостей между величинами. Учащиеся осуществляют все этапы этой деятельности: от постановки задачи, выдвижения гипотез или гипотезы, планирования эксперимента, выбора средств выполнения эксперимента, сборки установки, наблюдений и измерений, фиксации результатов эксперимента и выводов. При этом в зависимости от владения учащимися исследовательским методом степень самостоятельности при ее осуществлении и характер помощи со стороны учителя могут быть различными.

Помимо исследовательского метода целесообразно использование частично-поискового, проблемного изложения, а в отдельных случаях информационно-иллюстративного. Последний метод применяется в том случае, когда у учащихся отсутствует база, позволяющая использовать продуктивные методы.

После изучения курса учащиеся должны:

  • Знать (на уровне воспроизведения) имена ученых, поставивших изученные фундаментальные опыты,  краткие биографические данные.
  • Понимать роль фундаментальных опытов в развитии физики; место фундаментальных опытов в структуре физического знания; цель, схему, результат и значение конкретных изученных фундаментальных опытов;
  • Уметь выполнять определенные программой исследования с использованием физических приборов и компьютерных моделей; демонстрировать опыты; работать со средствами информации (осуществлять поиск и отбор информации); готовить сообщения и доклады; выступать с сообщениями и докладами; участвовать в дискуссии; подбирать к докладам и рефератам иллюстративный материал, оформлять сообщения и доклады в письменном виде.

Работу учащихся оценивают с учетом их активности, качества подготовленных докладов и выступление.

Большая часть материала, составляющая содержание элективного курса, соответствует государственному образовательному стандарту физического образования на профильном уровне, в связи с чем элективный курс не столько расширяет круг предметных знания учащихся, сколько углубляет их за счёт усиления внепредметных мировоззренческой и методологической компонент содержания. Например, при изучении такой темы элективного курса, как «Мысленный опыт Галилея и закон инерции», имеется возможность не только обсудить роль Галилея в развитии физики как основоположника реального и мысленного эксперимента, суть и значение его мысленных опытов, используя соответствующие оригинальные тексты, но и повторить систему законов Ньютона.

Содержание изучаемого курса

  1. Эксперимент и теория в естественно-научном познании
  • Цикл естественно-научного познания.
  • Теоретический и экспериментальный уровни познания.
  • Теоретические и экспериментальные методы познания, их место в цикле познания, связь между ними.
  • Роль эксперимента в познании.
  • Фундаментальные опыты по физике, их роль в науке и место в процессе естественно-научного познания.

2. Фундаментальные опыты в механике

  • Зарождение экспериментального метода в физике.
  • Роль фундаментальных опытов в становлении классической механики.
  • Опыты Галилея по изучению движения тел.
  • Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции.
  • Закон всемирного тяготения Ньютона и опыт Кавендиша.
  • Опыты Гюйгенса по изучению колебательного движения.
  • Эмпирический базис как структурный элемент физической теории.

3. Фундаментальные опыты в молекулярной физике

  • Возникновение атомистической гипотезы строения вещества.
  • Опыты Броуна по изучению поведения взвешенных частиц.
  • Опыт Рэлея по измерению размеров молекул.
  • Опыты Перрена по измерению массы молекул и определению постоянной Авогадро.
  • Опыт Штерна по измерению скорости движения молекул.
  • Экспериментально и теоретически полученное распределение молекул по скоростям.
  • Окончательное становление молекулярно-кинетической теории строения вещества.
  • Опыты по исследованию свойств газов (опыты Бойля, Гей-Люссака, Шарля). Опыты Румфорда.
  • Опыты Джоуля по доказательству эквивалентности теплоты и работы. Фундаментальные опыты как основа научных обобщений.

4. Фундаментальные опыты в электродинамике

  • Опыты Кулона по электростатическому взаимодействию.
  • Опыты Рикке, Иоффе, Милликена, Мандельштама, Папалекси, Толмена, Стюарта как основа электронной теории проводимости.
  • Опыты Ома и их роль в установлении законов постоянного тока.
  • Опыты Ампера, Эрстеда и Фарадея по электромагнетизму.
  • Опыты Герца по излучению и приёму электромагнитных волн.
  • Фундаментальные опыты как подтверждение следствий теории.

5. Фундаментальные опыты в оптике

  • Краткая история развития учения о свете.
  • Опыты, послужившие основой возникновения волновой теории света.
  • Опыты Ньютона по дисперсии света.
  • Опыты Ньютона по интерференции света.
  • Опыты Юнга.
  • Опыты по поляризации света.
  • Проблема скорости света в физической науке.
  • Измерение скорости света: астрономические и земные методы.

6. Фундаментальные опыты в квантовой физике

  • Зарождение квантовой теории.
  • Экспериментальное изучение теплового излучения.
  • Опыты Столетова и Герца по изучению явления и законов фотоэффекта.
  • Опыты Лебедева по измерению давления света.
  • Опыты Резерфорда по зондированию вещества и модель строения атома.
  • Опыты Франка и Герца и модель атома Бора.
  • Фундаментальные опыты по формированию нового стиля научного мышления.

Демонстрации

  1. Различные виды механического движения.

  2. Свободное падение.

  3. Колебательное движение маятников.

  4. Модель броуновского движения.

  5. Модель опыта Штерна.

  6. Электризация тел.

  7. Взаимодействие электрических зарядов.

  8. Взаимодействие проводников с током.

  9. Взаимодействие проводника с током и магнита.

  10. Явление электромагнитной индукции.

  11. Дисперсия света.

  12. Опыты по интерференции и дифракции света.

  13. Поляризация света.

  14. Явление фотоэффекта и законы фотоэффекта.

Лабораторные работы

  1. Исследование закономерностей броуновского движения с использованием компьютерной модели.

  2. Измерение размеров молекул.

  3. Исследование взаимодействия электрических зарядов.

  4. Исследование явления электромагнитной индукции.

  5. Измерение скорости света. Изучение явления дисперсии.

  6. Исследование явления интерференции.

  7. Исследование явления дифракции.

  8. Исследование явления фотоэффекта.

  9. Изучение строения атома, моделирование опытов Резерфорда.

Лабораторные работы и демонстрации могут проводиться с помощью компьютерных моделей и с использованием компьютерного моделирования.

Средства обучения

  1. Физические приборы
  2. Компьютерные обучающие программы «Открытая физика», «Живая физика», «Физика в картинках» и др.
  3. Видеоматериалы.
  4. Графические иллюстрации
  5. Дидактические материалы.
  6. Учебные пособия по физике.
  7. Персональные компьютеры.

Тематическое планирование

№ п/п

Тема

Количество часов

 1

Эксперимент и теория в естественнонаучном познании

3

 2

Фундаментальные опыты в механике

8

 3

Фундаментальные опыты в молекулярной физике

16

 4

Фундаментальные опыты в электродинамике

20

 5

Фундаментальные опыты в оптике

12

 6

Фундаментальные опыты в квантовой физике

9

Учебно-тематический план

№ занятия

Тема урока

Число часов

1

Эксперимент и теория в естественно-научном познании

1

2

Эксперимент в физике. Эксперимент как подкрепление теории

1

3

Фундаментальные опыты по физике, их роль в науке и место в процессе естественно-научного познания

1

4

Зарождение экспериментального метода в физике

1

5

Опыты Галилея по изучению движения тел

1

6

Мысленный эксперимент

1

7

Мысленный эксперимент Галилей и закон инерции

1

8

Ньютон и закон всемирного тяготения

1

9

Опыт Кавендиша

1

10

Опыты Гюйгенса по изучению колебательного движения

1

11

Эмпирический базис как структурный элемент физической теории

1

12

Возникновение атомистической теории строения вещества

1

13

Опыты Броуна

1

14

Опыты Рэлея

1

15

Опыты Перрена

1

16

Теория броуновского движения

1

17

Опыт Штерна по измерению скорости движения молекул

1

18

Распределение молекул по скоростям

1

19

Теоретически полученное распределение молекул по скоростям

1

20

Экспериментально полученное распределение молекул по скоростям

1

21

Окончательное становление молекулярно-кинетической теории строения вещества

1

22

Исследование свойств газов

1

23

Изотермический процесс

1

24

Изобарный процесс

1

25

Изохорный процесс

1

26

Опыты Джоуля

1

27

Фундаментальные опыты как основа научных обобщений

1

28

Опыты Кулона

1

29

Электростатическое взаимодействие

1

30

Опыты по электростатическому взаимодействию

1

31

Опыты Рикке

1

32

Опыты Мандельштама

1

33

Опыты Иоффе

1

34

Опыты Папалекси

1

35

Опыты Толмена

1

36

Опыты Стюарта

1

37

Электронная теория проводимости

1

38

Опыты Ома

1

39

Установление законов постоянного тока

1

40

Опыты Ампера

1

41

Опыты Эрстеда

1

42

Опыты Фарадея

1

43

Опыты по электромагнетизму

1

44

Излучение и приём электромагнитных волн

1

45

Опыты Герца

1

46

Фундаментальные опыты по излучению и приёму электромагнитных волн

1

47

Фундаментальные опыты как подтверждение следствий теории

1

48

Краткая история развития учения о свете

1

49

Опыты по волновой теории света

1

50

Опыты Френеля

1

51

Опыты Юнга

1

52

Опыты Ньютона по дисперсии света

1

53

Опыты Ньютона по интерференции света

1

54

Опыты Юнга в свете волновой теории

1

55

Опыты по поляризации света

1

56

Проблема скорости света в физической науке

1

57

Измерение скорости света

1

58

Астрономические методы измерения скорости света

1

59

Земные методы измерения скорости света

1

60

Зарождение квантовой теории

1

61

Экспериментальное изучение теплового излучения

1

62

Опыты Столетова и Герца по фотоэффекту

1

63

Опыты Лебедева по измерению давления света

1

64

Опыты Резерфорда

1

65

Зондирование вещества и модель строения атома

1

66

Опыты Франка и Герца

1

67

Модель строения атома Бора

1

68

Фундаментальные опыты и формирование нового стиля научного мышления

1

 

Литература

  1. «Физика», 10 класс. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Гутник. «Просвещение», 2012.

2. «Физика», 11 класс. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин, «Просвещение, 2011.

3. «Фундаментальные эксперименты в физической науке». Н.С.Пурышева, Н.В.Шаронова, Д.А.Исаев. Москва. «БИНОМ». 2005.

4. «Фундаментальные эксперименты в физической науке». Методическое пособие. Н.С.Пурышева, Н.В.Шаронова, Д.А.Исаев. Москва. «БИНОМ». 2005.

 

На страницу объединения «Квант»