Методические рекомендации по освоению студентами курса физики (90

МИНИСТЕРСТВО СПОРТА, ТУРИЗМА И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)»

Кафедра естественнонаучных дисциплин

УДК 53(07) П 58

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ СТУДЕНТАМИ КУРСА ФИЗИКИ

Авторы: д.п.н., профессор Г.И.Попов,

к.т.н., доцент В.С.Маркарян

Москва - 2011 Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...3

Цели и задачи дисциплины……………………………………………………….4

Формы организации учебных занятий по физике………………………………5

Частные вопросы теории и методики основных разделов курса физики. Методика изучения раздела «Механика»……………………………………….6 Методика изучения раздела «Молекулярная физика»………………………….6 Методика изучения раздела «Электродинамика»………………………………7

Методика изучения раздела «Квантовая физика»………………………………7 Виды заданий для самостоятельной работы студентов………………...............8 Базовые принципы решения задач по физике…………………………………..9 Примерный алгоритм решения задач…………………………………………..11 Примеры решения задач по физике. Задача 1………………………………….12

Задача 2…………………………………………………………………………...14 Задача 3…………………………………………………………………...............15 Задача 4…………………………………………………………………………...16 Задача 5…………………………………………………………………………...17

Контроль качества освоения дисциплины. Программа контроля……………18

Перечень обучающих, контролирующих компьютерных программ и мультимедиа……………………………………………………………………...19 Рубежный контроль……………………………………………………………...19

Промежуточный и итоговый контроль………………………………………...19

Заключение……………………………………………………………………….23

Введение

Физика является базовой наукой естественных дисциплин и оказывает на них существенное влияние. Деление общей физики на сравнительно самостоятельные разделы объясняется возможностью всю проблему физических явлений представить, как некоторую единую структуру знаний, каждый элемент которой подчиняется определенной научной гипотезе и теориям, объясняющим те или иные физические явления или свойства материального мира.

Совершенствование преподавания физики особенно в части, касающейся активной работы студентов, как на занятиях, так и в процессе самостоятельной работы, связано не с пассивным приспособлением к имеющемуся уровню развития учащихся, а с формированием когнитивных способностей, созданием условий для их развития в процессе обучения. Освоение студентами программного материала производится одновременно с развитием их мышления, внимания, памяти в символьно-терминологической среде изучаемого предмета. Целенаправленное развитие когнитивных способностей студентов позволяет улучшить их подготовку и повысить качество преподавания физики.

Цели развития учащихся в процессе обучения физике: развитие

мышления, формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания, развитие самостоятельного интереса к физике и технике; развитие способностей; формирование мотивов учения. Формирование у студентов компетенций в области естественных наук, общеучебных умений: познавательных, коммуникационных, информационных и др.

Компетенции обучающихся в области физики:

Понимает фундаментальные представления о пространстве, времени, порядке и беспорядке в природе, движении и его количественной мере - энергии, об уровнях структурной организации (физической, химической, биологической) материи, определяющих органическую связь наук о

3

человеке во всех аспектах его жизнедеятельности в процессе взаимодействия с окружающим миром.

Понимает сущность механических, электрических, магнитных,

термодинамических процессов, что в совокупности определяет физ ические закономерности функционирования систем организма человека при его двигательной деятельности.

Применяет физические основы механики для анализа и описания характера движения материальных объектов, включая движения человека в различных условиях окружающей среды.

Использует основные понятия колебательного и волнового движений для выявления ритмов и периодичностей различной природы, определяющих функционирование организма человека в сфере двигательной активности.

Цели и задачи дисциплины

Дать представления:

-о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции;

-о фундаментальном единстве естественных наук,

незавершенности физики и возможности ее дальнейшего развития;

-о дискретности и непрерывности в природе;

-о соотношении порядка и беспорядка в природе,

упорядоченности строения объектов, переходах в неупорядоченное состояния и наоборот;

-о динамических и статистических закономерностях в природе;

-о вероятности как объективной характеристике природных систем;

-об измерениях и их специфичности в различных разделах физики;

-о принципах симметрии и законах сохранения;

4

-о соотношении эмпирического и теоретического в познании;

-о состояниях в природе и их изменениях со временем;

-об индивидуальном и коллективном поведении объектов в природе;

-о времени как физической категории.

Формы организации учебных занятий по физике 1. Лекции.

Теоретическое изучение соответствующей части физики проводится на поточных лекциях, читаемых по программе курса физики, в основу которой положены дидактические единицы Государственного образовательного стандарта для вузов физической культуры и спорта. Для дополнительного, самостоятельного изучения курса можно пользоваться учебными пособиями, разработанными и изданными сотрудниками кафедры или рекомендованной литературой по соответствующей части курса, представленной в программе по физике.

2. Практические (семинарские) занятия.

Параллельно с изучением теоретического материала студенты осваивают методы решения задач по всем разделам физики на практических занятиях. Контроль текущей успеваемости студентов осуществляется преподавателем, ведущим практические занятия, по показателям эффективности работы студента в аудитории, проверке выполнения домашних заданий и результатам аудиторных контрольных работ (которых в течение семестра проводится минимум две). Для самостоятельной работы студенты могут использовать учебные пособия по решению задач, подготовленные и изданные преподавателями кафедры.

3. Расчетно-графические работы.

Предназначены для выполнения студентами самостоятельной задачи, имеющей определенные черты научно-исследовательской работы. Здесь

5

студент должен, исходя из заданных условий, подобрать необходимые формулы для решения, провести количественные расчеты по заданным числовым данным и проинтерпретировать результат при защите РГР перед преподавателем.

4.Компьютерный физический практикум.

Предназначен для выявления тенденций в каком-либо физическом

процессе при рассмотрении последнего в совокупности определяющих параметров этого процесса в допустимом диапазоне их изменения.

Частные вопросы теории и методики основных разделов курса физики Методика изучения раздела «Механика»

Научно-методический анализ раздела «Механика»: основные понятия и законы, изучаемые в разделе, идея относительности в механике, координатно-векторный способ описания движения.

Научно-методический анализ и методика формирования понятий: система отсчета, перемещение, скорость, ускорение, масса, сила, импульс, работа, энергия, колебательного процесса, амплитуда, период, частота, фаза колебания.

Научно-методический анализ и методика изучения уравнений движения, законов Ньютона, законов сохранения, механических колебаний и волн.

Формирование у учащихся представлений о структуре физической теории на примере классической механики.

Методика изучения раздела «Молекулярная физика»

Научно-методический анализ раздела «Молекулярная физика»: основные понятия и законы, изучаемые в разделе; термодинамический и статистический методы изучения тепловых явлений, их единство; отражение молекулярно-кинетической теории строения вещества в содержании раздела.

6

Научно-методический анализ и методика формирования у учащихся понятий теплового равновесия, температуры, внутренней энергии, необратимости. Методика формирования у учащихся статистических представлений при изучении молекулярной физики.

Научно-методический анализ и методика изучения основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества, молекулярно-кинетической теории идеального газа, строения и свойств жидкостей и твердых тел, принципов работы тепловых двигателей, законов термодинамики.

Методика изучения раздела «Электродинамика»

Научно-методический анализ раздела «Электродинамика»: основные понятия и законы, изучаемые в разделе, возможные подходы к формированию понятия электромагнитного поля, отражение теории Максвелла в содержании раздела, вопросы классической электронной теории проводимости.

Научно-методический анализ методика формирования понятий: электрический заряд, электромагнитное поле, напряженность, потенциал, разность потенциалов, напряжение, ЭДС, электроемкость, магнитная индукция, индуктивность, магнитный поток, ЭДС индукции.

Научно-методический анализ и методика изучения электростатики, законов постоянного тока, магнитного поля, электрического тока в различных средах, электромагнитной индукции, элементов специальной теории относительности, электромагнитных колебаний и волн, волновых свойств света.

Методика изучения раздела «Квантовая физика»

Научно-методический анализ раздела «Квантовая физика»: основные понятия и законы, изучаемые в разделе, элементы квантовой теории в содержании раздела.

7

Научно-методический анализ и методика изучения явления фотоэффекта, постулатов Бора, неравенства Гейзенберга, строения атома и атомного ядра, элементарных частиц.

Виды заданий для самостоятельной работы студентов

Видами заданий для самостоятельной работы могут быть:

для овладения знаниями: чтение текста (учебника,

первоисточника, дополнительной литературы); составление плана текста; графическое изображение структуры текста; конспектирование текста; работа со словарями и справочниками; работа с нормативными документами; учебно-исследовательская работа; использование аудио- и видеозаписей; компьютерной техники,

Интернета и др.;

для закрепления и систематизации знаний: работа с конспектом лекции (обработка текста); повторная работа над учебным материалом (учебника, первоисточника, дополнительной литературы, аудио- и видеозаписей); составление плана и тезисов ответа; составление таблиц для систематизации учебного материала; изучение нормативных материалов; ответы на контрольные вопросы, содержащиеся в учебнике; аналитическая обработка текста

(аннотирование, рецензирование, реферирование, конспективный анализ и др.); подготовка сообщений к выступлению на семинаре, коллоквиуме; подготовка рефератов, докладов; составление библиографии; тестирование, мониторинг знаний и др.;

для формирования умений: решение задач и упражнений по образцу; решение вариантных задач и упражнений; выполнение чертежей, схем; выполнение расчетно-графических работ; решение ситуационных профессиональных задач; проектирование и моделирование разных видов и компонентов профессиональной

деятельности; опытно-экспериментальная работа.

8

Базовые принципы решения задач по физике

Физика – очень интересный и в то же время очень непростой предмет.

Причем основные затруднения возникают при решении задач. На сегодняшний день написано достаточно пособий и руководств на эту тему, определены основные подходы к решению, прописаны даже пошаговые планы, используя которые, можно научиться легко решать задачи по физике. Однако, подавляющая часть студентов так и не овладевает умением решать задачи.

Непосредственное общение со студентами во время семинарских занятий и экзаменов дало возможность понять, какие трудности испытывает учащийся при выполнении заданий по физике. Большинство ребят умеет решать простые задачи, в которых необходимо в известную формулу подставить числовые значения физических величин. Решение же более сложных примеров, в которых формулу нужно вывести из других соотношений или использовать законы из других разделов курса физики, вызывает непреодолимые трудности.

Для решения многих задач существуют определенные приемы и методы. Есть и такие задачи, к которым стандартные методы неприменимы;

при их решении необходимо или ввести дополнительные условия, или составить несколько математических уравнений и затем их решить.

Приступая к решению очередной задачи, пусть даже самой простой, нужно внимательно прочитать условие, попытаться распознать явление, представить его мысленно (уловить суть), обсудить его протекание (если есть с кем), определить основные законы, которые «работают» (применяются) в задаче, а уж затем приступать к поиску ответа на поставленный вопрос. Но все же при всем при этом мало кому удается получить решение, даже если учащийся знает все формулы и законы физики! В чем кроется основная проблема? Размышляя над этим вопросом, мы попытались определить, чем же руководствуется человек, хорошо решающий задачи, а также попытались

9

выделить главное в ходе его мыслей, которые приводят к правильному решению. Проанализировав все эти моменты, вот что обнаружилось: на самом деле нужно хорошо владеть всего лишь двумя умениями – понимать физический смысл, отражающий суть задания, и правильно выстраивать цепочку мини-вопросов, ведущих к ответу на главный вопрос задачи, а затем

иотвечать на них. На самом деле, столкнувшись с задачей, правильно начинать с вопроса: «Почему так происходит? Что за физический закон или физическое явление здесь присутствует?». Эти вопросы, по сути, и

открывают цепочку мини-вопросов, ведущих к правильному решению. Решающий волей не волей задает себе такие вопросы, но не всегда правильно

ив нужной последовательности. Безусловно, если вы не будете знать физический смысл законов, то уже первый и самый главный вопрос останется без ответа. Поэтому, только сочетая сразу два умения можно добиться успеха и найти правильный ответ.

Определившись с законом, который «работает» в этой задаче (кстати, вовсе не обязательно, что неизвестная величина будет присутствовать в математической записи закона; более того, чаще всего так и бывает! и именно здесь у большинства начинаются все трудности!!!), нужно начинать задавать себе очень четкие, короткие вопросы (мини-вопросы), причем каждый следующий должен быть обязательно связан с предыдущим или с основным законом задачи (вы его определяете сразу). Постепенно у вас выстроится логическая цепочка взаимосвязанных мини-вопросов и миниответов к ним, появиться структурированность, некий каркас из миниответов, которые выразятся в формулах, связанных между собой. Наконец,

получив такую структуру, нужно просто решить систему уравнений из нескольких переменных (это уже математическая сторона физической задачи) и получить ответ.

Конечно, можно сказать, что все так просто только в теории. Но, не зная этих ключевых моментов вряд ли можно научиться решать задачи по физике. Более того, думаем, каждый из нас в разной степени и, скорее всего,

1