2. Формирование у учащихся понятий о физических законах и

физических величинах как коэффициентов пропорциональности в законах

6.1.Формирование у учащихся понятий о законах, выражающих прямо пропорциональную зависимость и о ФВ как коэффициентах пропорциональности в законах

Ряд физических законов, закономерностей, выраженных формулами, имеет стереотипную математическую форму записи, которую формально можно изобразить в виде знаковых символов в таком виде:

 ~ о D à

(4 )

С коэффициентом пропорциональности при переходе к равенству схема приобретает вид:

 = о D à

(5 )

Возможна другая визуализация – в виде фигур одинаковой формы, но разного цвета:

~ или =

В данную схему укладываются закон Гука: F ~ ú Dxú , закон Ома I ~ U, закон Джоуля - Ленца Q ~ I² R t , закон Фарадея для электролиза m ~ I t , закон Ампера F ~ l I sin a и многие другие законы и закономерности. Обе схемы отражают структуру формул с общим формальным признаком, которым является прямая пропорциональная зависимость величины  от величин о, D ,à

Формулировка закона (закономерности) имеет стереотипную конструкцию предложений: величина ð прямо пропорциональна величине О, величине D и величине à, с обязательным применением ключевых словосочетаний «физическая величина», «прямо пропорциональна».

Схема-опора №4 (рис.5 ) используется при изучении законов (закономерностей), имеющих форму записи (5). Примеры в табл.4.

Таблица 4 . Формулы законов и закономерностей

Формула Коэффициент пропорциональности - ФВ типа П

К схеме № 4 F тр = k N , где k – коэффициент трения. F = g m , где g – ускорение свободного падения: g= 9,8 м/с2 F = k | x| – закон Гука , где k – коэффициент жёсткости. Q = L m , где L - удельная теплота плавления. q = C φ , q = C U , где С - электроёмкость. I = G U – закон Ома, где G - проводимость , R =1/ G. m = k I t – закон Фарадея, где k - электрохимический эквивалент F = B I l sin α – сила Ампера, где B - магнитная индукция. Ф = L I , где L - индуктивность.

Схема 4 Прямо пропорциональная зависимость ð ~ о переход к равенству: ð = * о ð ~ о D à переход к равенству: ð = * о D à г де = const (коэффициент пропорциональности). 1.Каркас формулировки закона: прямо пропорциональна о ( или о , D, à). 2.Физический смысл константы пропорциональности: - физическая величина, численно равная ð , если = 1 ( , D, à =1) (ед. вел.). 3. Наименование единицы величины константы пропорциональности: [ • ] [ ] = ¾¾¾- [о] [D] [à] 4. Единица величины константы пропорциональности равна : 1 [•] 1 [ ] = --------------- . 1[о] 1 [D] 1[à] 5. Графическое выражение закона: График зависимости от о линейный, 2 * = tg α α 1 *2 > *1 Работа с графиком. М атематический смысл коэффициента пропорциональности : коэффициент пропорциональности численно равен тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс; не зависит от и от ; может зависеть от формы, размеров…….. , материала………, свойств среды.

Рис. 5. Фреймовая схема для изучения физических законов и ФВ П типа

6.2. Формирование у учащихся понятий о физических законах, выражающих прямо и обратно пропорциональную зависимость и ФВ как коэффициентов пропорциональности в законах

Ряд физических законов, закономерностей, выраженных формулами, имеет стереотипную математическую форму записи, которую формально можно изобразить в виде знаковых символов в таком виде:

 = += ==



~

(5)

г де - коэффициент пропорциональности.

Возможна другая запись, например, в виде фигур одинаковой формы, но разного цвета. Схемы (5) отражают структуру формул, с общим формальным признаком, которым является прямая пропорциональная зависимость величины  от величины о и обратно пропорциональна величине D.

При этом формулировка закона (закономерности) подчинена определенной синтаксической структуре и имеет известную стереотипную конструкцию предложений: величина ð прямо пропорциональна величине О и обратно пропорциональна величине D с обязательным применением ключевых словосочетаний «физическая величина», «прямо пропорциональна», «обратно пропорциональна». На рис. 6 представлена подробная схема №5. В данную схему укладываются формулировки законов всемирного тяготения, Кулона, Ампера для параллельных токов и многие другие:

R = r l / S – зависимость сопротивления проводника R от длины l и пло

щади поперечного сечения S;

q

Е = k ---- – зависимость величины напряжённости поля точечного

Г² заряда Е от величины этого заряда и расстояния меж-

ду зарядом и точкой, в которой определяется напряжён

ность ( k = 9 10⁹ Нм² /Кл²⁾;

^{jn00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000}

ε_s = – L Δ I/ Δ t – зависимость величины э.д.с. самоиндукции,

формируемой в контуре от скорости изменения силы

тока в контуре;

C = ε ε₀ S / d – зависимость электроёмкости конденсатора от

площади пластин и расстояния между ними и т.п.

Схема 5 Прямо и обратно пропорциональная зависимость ~ = где = сonst – коэффициент пропорциональности 1. Каркас формулировки: • прямо пропорциональна О и обратно пропорциональна D. 2. Физический смысл константы пропорциональности: - физическая величина, численно равная • , если О = 1 и D = 1. 3. Наименование единицы величины константы пропорциональности: [ • ] [ D ] [ ] = ¾¾¾ [ о ] 4. Единица величины константы пропорциональности равна : 1[ • ] 1[ D ] 1 [ ] = ¾¾¾ 1[о] 5. Графическое выражение закона: прямо ~ обратно ~ 6. Работа с графиком: Г рафик зависимости от О линейный; г рафик зависимости • от – гипербола. не зависит от

Рис.6. Фреймовая схема для изучения прямо и обратно пропорциональных зависимостей

В таблице 5 приведены формулы, которые учитель использует для тренинга учащихся и контроля уровня сформированности понятий о законах такой формы записи и о ФВ П типа – константах пропорциональности в законах.

Таблица 5. Формулы законов и закономерностей к схеме №5, константы пропорциональности – ФВ типа П

К схеме №5 m1 m 2 F = G --------- – закон всемирного тяготения, где G = 6,6 10 -11 r 2 Нм2/кг2. q 1 q 2 F = k ------------- – закон Кулона , где k = 9 10 9 Нм 2/Кл2, r 2 I 1 I 2 F0 = k ------ – закон Ампера, где k = F = 2 10 -7 Нм/А2. r q φ = k ---- – потенциал точечного заряда, где k = F = 9 10 9Нм/2Кл2. r

Наблюдения показали: использование фреймовых схем № 1-5 способствует формированию специфических речевых умений, повышению эффективности обучения: учащиеся перестают бояться формул, они "проговаривают" любую формулу и свободно раскрывают их физический смысл.

В результате работы со схемами №4 и №5 у учащихся формируются сле­дующие умения:

1. Формулировать закон (закономерность).

2. Определять физический смысл константы пропорциональности.

3. Определять наименование единицы величины константы пропорциональности и единицу величины константы пропорциональности в системе Си.

5. Изображать графики, отражающие закон (закономерности).

6. Объяснять математический смысл константы пропорциональности в законе, от каких параметров не может, а от каких может зависеть константа пропорциональности.

7. Самостоятельно применять умения к незнакомой ситуации.

По схемам 1-5 легко установить уровни усвоения понятий о ФВ 1 и 2-го типов и оценить учащихся по 5 –и балльной системе (рис.7)

Уровни усвоения понятия о физических величинах

как системных объектах по схемам 1-5

Низкий Знание формулы, знание ФВ, входящих в формулу, их названий Оценка 2

Средний знанием формулы Определение ФВ единицы её измерения. Проговаривание этапов 1-4 (без графиков в схемах 4 и 5 и их ояснений ) Оценка 3

Выше среднего характеризуется тем, что ФВ воспринимают как системный объект: проговаривание этапов схем 1-5 (включая построение графика без его объяснения) Оценка 4

Высокий уровень характеризуется тем, что ФВ воспринимают как системный объект проговаривает все этапы схем 1-6, включая постро-ение графика закономерности (закона) и объяснение графиков Оценка 5

Рис. 7. Оценка усвоения знаний о ФВ

_{Педагогический эксперимент, проводимый в ряде школ г. Ульяновска и УлГУв 2002-2004 гг. (общее число респондентов около 700) показал, что, обученность формулированию ФВ и законов и пониманию их физического смысла больше в разы (2-3 раза), а обученность в формулировании и раскрытии физического смысла констант пропорциональности в законах больше в десятки раз при использовании фреймового метода в экспериментальных группах по сравнению с контрольными группами, где фреймовые схемы не применялись ( Гурина, 2007,2008, 2009).}

Библиографический список

1. Болсун ,А.И., Вольштейн, С.Л. Единицы физических величин в школе. Кн. Для учителя. – Мн.: Нар. Асвета, 1883. – 95 с.

2. Гурина Р.В. Подготовка учащихся физико-математических классов к будущей профессилнальной деятельности в области физики: монография.- Ульяновск: ЗАО «МДЦ», 2009. – 394 с.

3. Гурина, Р.В., Ларина Т.В. Теоретические основы и реализация фреймового подхода в обучении: моногр.: в 2ч. Ч.II. Естественнонаучная область знаний: физика, астрономия, математика/ Под ред. Р.В. Гуриной. – Ульяновск: УлГУ, 2008. -264 с.

4. Гурина, Р.В., Соколова, Е.Е., Литвинко, О.А. Фреймовые опоры. Методическое пособие. / Под. ред. Р.В. Гуриной. М.: Народное образование; НИИ школьных технологий, 2007. – 96 с.

5. Коган, И.Ш. Системы физических величин и системы их единиц – независимые друг от друга понятия – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8792.html

6. Кубрякова, Е.С., Демьянков, В.В., Панкрац, Ю.Г., Лузина Л.Г. Краткий словарь когнитивных терминов; Под общ. ред. Е.С. Кубряковой. – М.: Филологич. фак-т МГУ им. М.В.Ломоносова, 1996. – 245 с.

7. Кудрявцев, П.С. Курс истории физики: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов по физ. спец.. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Просвещение, 1982. – 448 с.

8. Кабардин, О.Ф. Физика: Учеб. пособие для учащихся. –4-е изд. –М.: Просвещение: АО «Учеб. Лит.»,1996. – 367 с.

9. Кузьмина, Е.С. Имплицидная предикативность научного текста: Монография. – М.: Изд-во РУДН, 2002. – 200 с.

10. Лотте, Д.С. Основы построения научно-технической терминологии. – М., 1961.

11. Мякишев, Г.Я. , Буховцев, Б.Б. Физика: Учебник для 10 класса средней школы. – 3-е изд. М. «Просвещение», 1994. – 222 с.

12. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Ч.1. / В.П. Орехов, А.А. Усова, И.К. Турышев и др.; под ред. В.П. Орехова и А.В. Усовой. – М.: Просвещение, 1980. – 320 с.

13. Ожегов С. И.,. Шведова Н. Ю “Толковый словарь русского языка”. – М., Азбуковник, 1997.

14. Современный словарь по педагогике /Сост. Рапацевич Е.С. – Минск: Современное слово, 2001. – 928 с.

15. Теория и методика обучения физике в школе.Общие вопросы: Учеб пособие для студ. Высш. Пед. Учеб. Завед// С. Е. Каменецкий, Н.Е. Важеевская, и др.; под ред С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой. – М.: Изд. центр «Академия», 2000. – 368 с.

16. Усова, А.В. Психолого-педагогические основы формирования у учащихся научных понятий. Учебное пособие к спецкурсу. – Челябинск.: ЧГПИ, 1986. –84 с.

17. Усова А.В. Теория и методика обучения физике в средней школе. – М.: Высшая школа, 2005. – 303 с.

18. Формирование понятий о физических величинах в курсе физики первой ступени: методические рекомендации для учителей физики средней школы. – Челябинск: ЧГПИ, 1983. – 22 с.

19. Ясюкова, Л.А. Тест структуры интеллекта Р. Амтхауэра (IST). Методическое руководство. –Спб.: «ИМАТОН», 2002. – 80 с.

28