...
Вивчення розділу “Кінематика” в 9 класі PDF Печать E-mail

Курсова робота “Вивчення розділу “Кінематика” в 9 класі

ЗМІСТ
ВСТУП    3
РОЗДІЛ І. ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ МЕТОДИКИ ВИКЛАДАННЯ ОСНОВ КІНЕМАТИКИ    5
1.1 Навчально-виховні цілі вивчення учнями кінематики руху у IХ класі    5
1.2 Методи і засоби навчання кінематики    9
1.3 Зв'язок фізики з математикою при вивченні кінематики    12
РОЗДІЛ II. МЕТОДИКА ВИВЧЕННЯ ДЕЯКИХ РОЗДІЛІВ ОСНОВ КІНЕМАТИКИ У IX КЛАСІ    18
2.1 Механіка. Механічний рух. Основна задача механіки    18
2.2 Поступальний рух. Матеріальна точка. Система відліку    21
ВИСНОВОК    29
ЛІТЕРАТУРА    30


Вступ
Одним з відповідальних завдань, які поставлені перед учителями реформою школи, є надання підростаючому поколінню глибоких і міцних знань з основ наук, вироблення навичок і вміння застосовувати їх на практиці, формування матеріалістичного світогляду.
Стосовно навчання фізики мова йде не стільки про зміни й удосконалення змісту курсу фізики та відкриття «нових» методів його вивчення, скільки про інтенсифікацію всіх ланок навчально-виховного процесу в комплексі. Опису шляхів і методів приведення в дію внутрішніх резервів цього процесу на одній з важливих ланок навчання фізики й присвячено посібник.
Вивчення систематичного курсу фізики починається у IХ класі темою «Основи кінематики», що входить до розділу «Механіка». Засвоєні з цієї теми кінематичні поняття, величини, рівняння різних видів поступального руху учні використовуватимуть не лише у процесі вивчення інших тем з розділу «Механіка», а й усього курсу фізики. Отже, значення знань з кінематики важко переоцінити.
Проте, як свідчить практика, учні IХ класу сприймають цю тему із значними труднощами, що зумовлено рядом причин. Серед них є такі, що не залежать від учителя фізики. Зокрема, недостатня математична підготовленість учнів, яка виявляється не стільки в тому, що учні не знають відповідних математичних правил і операцій, скільки в тому, що вони ще слабо володіють уміннями їх застосовувати до встановлення фізичних закономірностей, до розв'язування фізичних задач. У міру виконання тренувальних вправ і зростання математичної культури становище виправляється.
Деякі питання кінематики складні для учнів за своєю фізичною суттю, тому учні засвоюють їх не в повному обсязі. Так, поняття відносності (відносність траєкторії, переміщення, швидкості) на рівні вміння застосовувати його до розв'язування конкретних фізичних задач для випадку, коли тіла рухаються паралельно, засвоюють усі учні, а для випадку, коли вектори переміщення чи швидкості напрямлені перпендикулярно або під гострим кутом один до одного – лише сильні учні.
Очевидно, вчителеві до складних питань варто повернутися ще раз наприкінці навчального року. Крім того, досвід показує, що під час вивчення такого матеріалу слід чіткіше відпрацьовувати з учнями алгоритм їхньої діяльності (розумової і практичної). Як це зробити конкретно, розглянемо нижче.
Дана курсова робота, на нашу думку, допоможе вчителеві удосконалити навчально-виховний процес у IХ класі, закласти фундамент для вивчення систематичного курсу фізики.

Розділ І. ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ МЕТОДИКИ ВИКЛАДАННЯ ОСНОВ КІНЕМАТИКИ
1.1 Навчально-виховні цілі вивчення учнями кінематики руху у IХ класі
Перед вивченням розділу «Основи кінематики» у IХ класі потрібно виходити із педагогічних цілей, що мають бути реалізовані на основі відповідного змісту навчального матеріалу та організованого навчально-виховного процесу, і, керуючись ними, формулювати конкретні завдання, що розв'язуватимуться під час вивчення окремих питань теми.
Основними освітніми цілями, що повинні бути реалізовані, є забезпечення учнів знаннями про:
–    механічні явища – поступальний рух тіла, рівномірний та рівноприскорений прямолінійні рухи, вільне падіння тіл, криволінійний рух та його окремий випадок – рух по колу. Учні повинні знати характерні ознаки кожного явища, основні величини, що його характеризують, умови його перебігу, зв'язок з іншими явищами, а також досліди, які його відтворюють, приклади його використання на практиці;
–    основні поняття кінематики – матеріальна точка, система відліку, відносність механічного руху, траєкторія руху. Учні мають знати явища чи об'єкти, які характеризуються даним поняттям, ознаки чи умови, за якими його можна (або не можна) застосувати, давати його означення;
–    кінематичні величини – шлях, переміщення, час, швидкість (миттєва, середня, кутова, лінійна), прискорення доцентрове. При цьому від учня вимагається означення величини, яке включає родові й видові ознаки: векторна величина чи скалярна, мірою яких властивостей є; знання способу та методу її вимірювання, формул, що розкривають зв'язок величини з іншими, одиниць вимірювання, приладу (якщо він є) для вимірювання.
Переважна більшість зазначених знань у міру навчання повинна переходити у відповідні вміння:
–    спостерігати механічні явища в природі й техніці, відтворювати їх у досліді;
–    вимірювати та підраховувати за формулами фізичні величини;
–    будувати і пояснювати графіки залежності кінематичних величин для рівномірного та рівноприскореного рухів;
–    зображати схематично і в певному масштабі напрям і довжину векторів переміщення, швидкості, прискорення та їх проекції на вибрані осі координат;
–    виконувати схематичні малюнки до фізичних задач;
–    розв'язувати нескладні фізичні задачі з кінематики.
Матеріал теми «Основи кінематики» пронизує ідея відносності: відносність руху, його траєкторії, відносність величин, що характеризують рух.
Друга ідея, яка коротко формулюється як основна задача механіки, є своєрідним стрижнем, що обумовлює певну логічну послідовність введення нових понять, сприяє систематизації й узагальненню знань.
Очевидно, що треба передбачити формування знань і вмінь учнів, пов'язаних з усвідомленням названих ідей. Сформулюємо найбільш важливі з них:
–    переконати учнів у відносному характері механічного руху, зокрема в тому, що значення координат, переміщення, швидкість, вид траєкторії залежать від вибору системи відліку;
–    навчити переходити від опису руху в одній системі відліку до опису того самого руху в іншій системі відліку;
–    забезпечити знання ланцюжка понять, що веде до розв'язання основної задачі механіки і вміння ним користуватися.
У навчальному матеріалі з кінематики закладені певні елементи діалектико-матеріалістичного світогляду Відповідно до них у навчальному процесі слід передбачити формування в учнів переконаності в матеріальності світу, у безперервному русі матерії, нерозривності матерії і руху, у причинно-наслідковому характері перебігу явищ. Певна логічна послідовність вивчення кожного з видів механічного руху – від спостереження даного виду руху в природі, техніці через моделювання його у фізичному досліді, встановлення якісних і кількісних співвідношень між основними характеристиками цього руху до практичної їх перевірки і застосування – дає можливість вчителеві розкрити учням шлях пізнання дійсності, показати роль моделей і дослідів у фізиці.
Навчальний матеріал з кінематики матеріальної точки містить значні можливості для здійснення політехнічного навчання. Для цього потрібно поєднати вивчення теоретичного матеріалу з розглядом видів руху у навколишній дійсності, демонструє застосування встановлених залежностей між кінематичними величинами в найрізноманітніших галузях промисловості і сільського господарства, на транспорті, ознайомлює учнів з елементами механізації як одного з основних напрямів НТП, пропонує учням розв'язати практичні задачі, що сприяють розвитку конструкторських і винахідницьких здібностей.
Керуючись сформульованими цілями, потрібно визначити завдання кожного уроку. Наприклад, на уроці з теми «Положення тіла в просторі. Система відліку» розв'язуються такі завдання:
–    формування знань про поступальний рух, матеріальну точку, систему відліку та вмінь правильно застосовувати ці поняття до опису руху небесних тіл, транспортних засобів, окремих деталей машин і механізмів тощо;
–    формування знань та вмінь визначати положення матеріальної точки, користуючись поняттям системи відліку;
–    переконати учнів у відносності   значень координат.
Для уроку, на якому виконується лабораторна робота «Визначення прискорення тіла при рівноприскореному русі», ставляться такі завдання:
–    удосконалювати знання про рівноприскорений рух та вміння практично визначати його параметри, складати установку для одержання рівноприскореного руху;
–    формувати експериментальні вміння користуватися відповідними вимірювальними приладами;
–    переконувати учнів в істинності здобутих ними знань з даного питання;
–    формувати вміння планувати дослід, обробляти експериментальні дані для підрахунку прискорення руху;
–    виховувати бережливе ставлення до фізичних приладів.

1.2 Методи і засоби навчання кінематики
Система наочності, що застосовується вчителем у навчанні механіки, має включати фізичний експеримент як основу пізнавальної діяльності учнів. Але необхідним доповненням фізичного експерименту має бути демонстрування кінофільмів, кінофрагментів, діафільмів, використання таблиць, креслень тощо.
Значною опорою у викладанні матеріалу може стати життєвий досвід і спостереження учнів. Досвід роботи деяких учителів показав, що при вивченні кінематики доцільно проводити короткочасні екскурсії для спостереження кінематики руху на вулиці, у механічному цеху, в природі, а також частіше практикувати виконання домашніх завдань експериментального характеру. Це значно підвищує пізнавальний інтерес учнів, посилює мотивацію вивчення даного матеріалу, сприяє кращому його розумінню.
У методичній літературі описано багато різних дослідів і відповідних установок, що пропонуються для виконання експериментів з окремих питань розділу. Це дає змогу вчителеві вибрати найбільш доцільні з них. Очевидно, що у своєму відборі вчитель має керуватися конкретними педагогічними цілями і завданнями, які він запланував реалізувати на даному уроці чи в системі уроків. Далі розглянемо, як це здійснити.
Досвід роботи показує, що під час вивчення нового матеріалу краще демонструвати фрагменти діа-, кінофільмів цільового призначення. Повністю кінофільми показують при систематизації знань і повторенні. Вивчаючи першу тему розділу «Основи кінематики», слід скористатися окремими кадрами діафільму «Інерціальні і неінерціальні системи відліку», кінофільмом «Системи отсчета» та кіно-фрагментом «Относительность механического движения и покоя», які допоможуть краще засвоїти складні питання з цієї теми.
Зупинимося на використанні дидактичного матеріалу при вивченні питань кінематики. Якщо оцінювати роль кінематики в системі знань з фізики, то вона фактично зводиться до засвоєння учнями незначної кількості фізичних величин з механіки, головними з яких є переміщення, швидкість, прискорення, до запам'ятовування 3–5 формул (формули швидкості руху, зміни координати, доцентрового прискорення) та двох типів графіків (графік руху і графік швидкості). Всі інші знання з кінематики учні набувають, оперуючи цими основними знаннями. Наприклад, знання формули миттєвої швидкості vt=v0+at дає змогу не запам'ятовувати окремо формулу прискорення а=(v–v0)/t, а вміння накладати додаткові умови – діставати формули v=аt (якщо v0=0), v=gt (при вільному падінні) і т. ін. Знання основного графіка та вміння його читати дають можливість учневі розуміти численні його варіації. Усе це значно розвантажує пам'ять учнів і систематизує знання з кінематики.
Щоб набути ці вміння, кожен учень повинен пройти через систему тренувальних вправ, під час яких учитель зможе з'ясувати, а в разі потреби вчасно скоригувати окремі елементи знань і вмінь. В умовах класно-урочної форми навчання і значної інтенсифікації навчального процесу для цього слід систематично використовувати дидактичний матеріал, у якому значне місце посідають програмовані завдання, тести.
Аналізуючи існуючу методичну літературу, що стосується питань вивчення кінематики, та розроблені й описані у даному посібнику шляхи підвищення ефективності навчання кінематики, не можна виділити якихось специфічних саме для даного розділу методів та засобів навчання, яким доцільно надавати перевагу. Йдеться лише про раціональніше їх поєднання, підсилення ролі тих, що сприяють кращому засвоєнню матеріалу.
Практика та проведене нами спеціальне дослідження показали, що при вивченні кінематики вищих показників якості знань та вмінь учнів можна досягти, застосовуючи методичні прийоми, що сприяють: посиленню дієвості між-предметних зв'язків, особливо з математикою, трудовим навчанням, кресленням, врахуванню наступності у вивченні елементів кінематики в VІI і VIII класах, посиленню ролі демонстраційного фізичного експерименту та самостійного експериментування учнями в школі і вдома, регулярному здобуванню інформації від учнів про засвоєння окремих доз навчального матеріалу кожним.
Орієнтуючись на виділені шляхи вдосконалення навчання, розглянемо методику вивчення питань кінематики у IХ класі середньої школи.

1.3 Зв'язок фізики з математикою при вивченні кінематики
Кінематика тісно пов'язана з математикою такими своїми провідними поняттями, як координата, переміщення, шлях, швидкість, та важливими математичними методами, зокрема координатним і векторним. Ефективно використовуючи ці зв'язки, вчитель досягає кращого засвоєння учнями матеріалу.
Поняття переміщення є в обох навчальних предметах, але зміст його дещо різниться. У зв'язку з цим учитель фізики під час пояснення матеріалу про переміщення повідомляє, що в геометрії воно трактується як паралельне перенесення. Графічно вони зображаються однаково – вектором, тобто напрямленим відрізком. Необхідно пояснити учням, що слово «переміщення» має подвійне значення: як певна дія (процес) і як певна величина (результат цієї дії).
З цього погляду вираз «вектор задається переміщенням» слід розуміти так, що в процесі механічного руху визначається напрям і довжина вектора. У математиці вживається вектор одного роду – геометричний вектор, у фізиці векторами зображають ряд фізичних величин, тому геометричний вектор, що відповідає переміщенню, у фізиці має назву вектора переміщення.
При вивченні кінематики учні IХ класу зустрічаються з необхідністю зображати графічно ряд величин та виконувати математичні операції над векторами. Аналіз шкільної практики свідчить, що всі учні вміють додавати вектори геометричне за допомогою геометричної побудови. Це дає можливість учителеві фізики не витрачати час на повторення цього матеріалу в теоретичному плані. Але багато хто з учнів допускають помилки в обчисленні конкретної векторної суми. Зауважимо, що суму двох векторів учень може знайти або аналітично (зокрема, за теоремою Піфагора, якщо складові вектори перпендикулярні), або геометричною побудовою.
Типовою і досить поширеною помилкою при застосуванні першого способу є додавання модулів векторів. Наприклад, якщо швидкість вертольота 20 м/с, а вітру, що діє перпендикулярно напряму його руху, 10 м/с, то швидкість вертольота відносно поверхні землі деякі учні визначають так: v=10+20=30 (м/с).
При графічній інтерпретації аналогічних задач учні правильно показують напрями векторів, правильно шукають результуючий вектор (за правилом паралелограма), але зображають їх, не додержуючи масштабу. Тому довжини векторів не відповідають умові, а сумарний вектор виявляється зображеним неправильно як за напрямом, так і за довжиною.
Описану помилку можна пояснити лише неглибоким і неповним знанням учнями поняття «фізична величина», зокрема «векторна фізична величина».
Коли ж і яким чином краще всього починати формування узагальненого поняття про векторну фізичну величину вчителеві фізики? Починати слід під час формування поняття про швидкість. Справа в тому, що тільки вектор переміщення, вживаний у фізиці, повністю збігається з поняттям геометричного вектора як паралельного перенесення. Інші фізичні величини за своєю суттю не є векторами, вони можуть зображатися ними лише за певних умов. Аналізуючи операційне означення швидкості, звертаємо увагу учнів на те, що для визначення швидкості потрібно вектор переміщення помножити на скалярну величину – 1/t. Із курсу геометрії учням відомі дії над векторами. Вони знають, що при множенні вектора на число (у даному разі на число 1/t дістають вектор. Отже, і швидкість – векторна величина, її, як і переміщення, можна графічно зобразити у вигляді напрямленого відрізка і виконувати такі самі дії, як із переміщенням (додавати векторно, віднімати, множити на число тощо). Довжина вектора швидкості визначається двома умовами: конкретним значенням фізичної величини і обраним масштабом вимірювання; напрям вектора швидкості завжди збігається з напрямом переміщення. Аналогічні міркування повторюємо при обґрунтуванні векторного характеру прискорення, сили, оскільки кожна з них виражається через наперед відому векторну величину. Отже, в процесі вивчення механіки в учнів IХ класу повинно сформуватися узагальнене поняття векторної фізичної величини, як такої, що може бути зображена у вигляді напрямленого відрізка (після вибору певного масштабу), а дії з ним виконуються так, як із геометричним вектором.
Під час розв'язування задач варто звернути увагу на те, що напрям вектора, яким зображено векторну фізичну величину, не змінюється при зміні напрямів координатних осей.
Геометричний вектор задається довжиною напрямленого відрізка, векторна фізична величина також задається довжиною напрямленого відрізка, але ця довжина залежить від прийнятого масштабу вимірювання даної величини. Приймають, наприклад, що 1 см відповідає швидкості 1 см/с.
Значно допоможе в роботі вчителеві фізики взаємодія з учителями математики. Доцільно дати для використання на уроках математики завдання на графічне зображення різних фізичних векторних величин, використання дій з однорідними величинами, наприклад задавання швидкостей, сил. Учитель математики закріплює таким чином матеріал з теми «Вектори» у VІI класі, причому зміст цих понять їм відомий з фізики VI класу. Спільний перегляд вчителями фізики і математики виконаних учнями вправ дасть змогу з'ясувати рівень знань учнів.
Сучасний курс механіки для IХ класу побудований на основі використання координатного методу, а найважливіші поняття і найпростіші вправи з використанням цього методу учні засвоюють у курсі алгебри VІ–VIІ класів. Виникає значний розрив у часі між вивченням методу в VIІ класі і його практичним застосуванням у фізиці IХ класу. Спеціально організовані дослідження показали, що деяку пропедевтику координатного методу доцільно запровадити в VIІ класі при розв'язуванні задач на рух. Необхідні поняття – координата, система координат, формула шляху, функції прямої і лінійної залежності та їх графіки – учні вже вивчали на уроках математики.
Однією з основних задач механіки є визначення положення тіла в будь-який момент його руху. Отже, в VІI класі після вивчення понять рівномірного і нерівномірного руху, швидкості, одиниць її вимірювання розв'язуємо задачі на знаходження положення (координати) тіла, наприклад: «Тіло на початку руху мало координату х0. Знайти його координату через час t с від початку руху, якщо воно рухалося рівномірно з швидкістю v вздовж координатної осі». Пропонуємо також задачі, в яких за відомими початковою координатою тіла, швидкістю прямолінійного руху потрібно визначити координату тіла через певний час. Розв'язуючи такі види задач, необхідно виконувати малюнок. Узагальнюючи приклади, учні приходять до аналітичного виразу для координати в прямолінійному русі, напрямленому вздовж осі х=х0+vt. Дещо пізніше у VІI класі на уроках алгебри вивчають лінійну функцію. Добре, якщо вчитель математики використає як приклад лінійної залежності рівняння х=х0+vt, порівняє його з у=kх+b, розкриє зміст коефіцієнта, його графічне зображення тощо. Серію задач фізичного змісту з конкретними числовими даними найкраще підготувати вчителеві фізики (або вчителеві фізики разом з учителем математики) у вигляді дидактичного матеріалу. Такі задачі неважко скласти самому вчителеві (для прикладу радимо використати задачі, вміщені в багатьох задачниках з фізики для учнів середніх шкіл останніх років видання).
Пропедевтика координатного методу в VII класі та розв'язування «фізичних» задач на уроках алгебри дають змогу вчителеві фізики в IX класі зменшити витрати часу на вивчення таких питань кінематики: положення точок тіла в просторі, координати початку і кінця вектора переміщення, запис рівняння для визначення координати тіла, графік залежності координати тіла від часу, а також забезпечити свідоміше засвоєння і вміле використання навчального матеріалу. Але для цього необхідно впевнитися, що всі учні класу знають той навчальний матеріал, з опорою на який мають засвоювати новий. Для встановлення вихідної картини знань учнів краще всього проводити короткі самостійні роботи, використовуючи задачі, з розв'язку яких вчитель бачить, наскільки кожен учень готовий до сприймання наступного матеріалу. Так, до питання про положення матеріальної точки в просторі задачі можуть бути такого типу:
1)    Визначити місцеположення тіла на координатній площині, якщо його координати –3; +5.
2)    На площині задано матеріальну точку (дається малюнок). Записати ЇЇ координати.
До питання про зміну координати тіла під час його руху рекомендуємо для самостійної роботи задачі такого типу:
1)    Тіло, рухаючись по прямолінійній траєкторії, перейшло з пункту А в пункт В. Вибравши координатну вісь уздовж траєкторії руху, записати зміну координати тіла.
2)    Рухаючись, тіло змінило свої координати ?х = 3; ?y = 4. Де тепер воно знаходиться, якщо його початкові координати були (4; 1)? Зобразити графічно.
Вміння учнів працювати з графіками руху тіл перевіряємо такими задачами:
1)    Рівняння руху матеріальної точки в певній системі відліку має вигляд х = 2 + 3t. Побудувати графік руху.
2)    Задано графік зміни координати матеріальної точки. Записати відповідне йому рівняння.
Самостійні роботи, які мають названу вище дидактичну мету, вимагають оперативної перевірки їх учителем, що певною мірою ускладнює його роботу. Доцільніше тут застосувати програмований контроль (без машин чи машинний). Вчитель закодовує відповіді й дає учням набір відповідей разом з їх кодовими позначеннями. Відразу після виконання робіт учень називає код тієї відповіді, яку він вважає правильною. Це дасть можливість учителеві протягом 2 – 3 хв з'ясувати, чи вимагає даний матеріал повторення, і якщо ні, то кому з учнів слід подати індивідуальну допомогу. Детальніший аналіз учнівських робіт вчитель може зробити після уроку.
Таким чином, дієвість зв'язків фізики і математики в процесі викладання кінематики забезпечується трьома напрямами роботи вчителів: узгодженістю та співвіднесенням змісту суміжних понять (зокрема, вектора переміщення, швидкості та ін.); складанням задач фізичного змісту і розв'язуванням їх у відповідний час на уроках математики; оперативним встановленням якості знань і вмінь учнів усього класу з окремих питань математики для ефективного застосування їх при вивченні нового матеріалу з фізики.

Розділ II. МЕТОДИКА ВИВЧЕННЯ ДЕЯКИХ РОЗДІЛІВ ОСНОВ КІНЕМАТИКИ У IX КЛАСІ
2.1 Механіка. Механічний рух. Основна задача механіки
Перший урок у IX класі вступний. Він насичений важливими світоглядними питаннями і тому має велике виховне значення. Спочатку вчитель накреслює перед учнями перспективу майбутньої роботи у зв'язку з вивченням систематичного курсу фізики, потім у доступній формі розкриває зміст предмета вивчення наукою фізикою. Зупиняється на понятті «матерія», називає приклади тіл, речовин, полів, які відомі учням. Учням можна дати філософське тлумачення матерії. Вчитель формулює визначення матерії, а потім на конкретних прикладах пояснює, як слід розуміти окремі його вислови, наприклад «об'єктивна реальність» (все, що існує поза нашою свідомістю і незалежно від неї, від нашого сприймання). Потім розкриває основну властивість матерії (матерія перебуває у безперервному русі). Зазначає, що поняття руху в науці розуміють не тільки як переміщення в просторі, а й як будь-яку зміну матерії взагалі. Такі зміни називають явищами або процесами. Матерія і рух єдині, немає руху без матерії, як немає матерії без руху. Пізнання відбувається через відчуття.
Фізика – наука, яка вивчає найбільш прості й разом з тим найзагальніші властивості матерії та закони її руху. Об'єктом вивчення цієї науки є мікро-, макро- і мегасвіт, вона визначає певні властивості й закони рідин, газів, твердих тіл, зокрема металів, напівпровідників, діелектриків тощо. Загальновідомо, що тіла макро- і мегасвіту, крім фізичних властивостей, наділені рядом інших властивостей, наприклад хімічними або біологічними, якщо мова йде про живі істоти. Але в цих тілах фізика вивчає лише ті властивості, особливості, закономірності, які пов'язані з рухом найпростіших частинок і полів. Це можна розуміти і так, що ні про яке макротіло фізика не може дати вичерпну інформацію – необхідні також знання про хімічний склад речовини даного тіла, опис його хімічних і біологічних властивостей тощо. Але серед властивостей і ознак будь-якого тіла обов'язково будуть ті, що належать до фізичних.
Матерія існує тільки в безперервному русі, під яким розуміють будь-які зміни матеріальних об'єктів, що їх у природі безліч. Рух поділяють на групи. Та група явищ і процесів, яка пов'язана із зміною фізичних властивостей об'єктів, їх фізичних параметрів (таких, наприклад, як швидкість, прискорення, маса, енергія, температура, електричний заряд, тиск тощо), належить до фізичних форм руху. Деякі з них учням уже відомі – це механічний, тепловий.
Відповідно до того, які форми руху матерії вивчає фізика, вона поділяється на розділи. Механіка – це розділ фізики, що вивчає механічний рух. Під механічним рухом розуміють усі ті явища і закономірності, які пов'язані з переміщенням макроскопічних тіл у просторі. Механічний рух – це зміна положення тіла у просторі, що описується певними законами (законами механіки Ньютона). Тут слід зазначити, що механічний рух притаманний багатьом формам руху матерії і тільки у порядку винятку можна вивчати його незалежно від інших форм руху. Підкреслимо, що такий спосіб вивчення дійсності, коли на певному етапі дослідження явища свідомо відмовляються від урахування деяких особливостей (якостей) для того, щоб зосередити увагу на інших, є основним методом наближення до пізнання дійсності. З цим методом – методом абстрагування, ідеалізацією учням не раз доведеться зустрічатися в курсі фізики.
Іноді механічний рух помилково називають найпростішим фізичним рухом. Така оцінка зумовлена не стільки об'єктивною природою механічного руху, бо рух (а точніше зміни) у світі елементарних частинок простіший за механічний рух, скільки тим, що цей вид руху для тих, хто його вивчає, особливий: він сприймається наочніше, діє безпосередньо на органи чуття, а тому виявляється доступним для вивчення.
Саме через це механіка почала розвиватися раніше за інші галузі фізики, її вивчали древні греки, єгиптяни, римляни. Накопичувалися знання про різні механічні явища, встановлювалися окремі закони. Галілео Галілей був одним із перших, хто зрозумів, що для встановлення механічних законів необхідні спеціально організовані спостереження, досліди. У XVII ст. І. Ньтютон систематизував наявні на той час емпіричні закони, створив першу фізичну теорію – класичну механіку.
Проте не слід думати, що на цьому розвиток механіки завершився, вона доповнюється і розвивається весь час.
У наш час учені навчилися розраховувати рух космічних кораблів, штучних супутників. Не всі задачі механіки розв'язано й тепер. Зокрема, поки що не вдалося розрахувати тиск, під яким треба проганяти воду, щоб вона пройшла крізь довгу трубу за певний час. Не все зрозуміле в турбулентному русі рідин, коли у воді утворюються вихори.
Така перспектива зацікавлює учнів, заохочує їх до пізнання.
Далі вчитель зауважує, що існує певний порядок у вивченні механічного руху; спочатку розглядають способи, за якими механічний рух можна описати, та математичні зв'язки між величинами, що його характеризують, тобто визначають основні просторово-часові характеристики механічного руху. Цей розділ механіки названо кінематикою (від грецького слова кінео, що означає рухаю).
Пропонуємо учням навести кілька прикладів механічного руху і сказати, що означає вираз «описати рух». Спільне обговорення цього питання приводить до з'ясування змісту основної задачі механіки – рух буде відомий, вивчений, якщо можна вказати положення тіла у просторі в будь-який момент часу.
Рух у кінематиці розглядається як заданий наперед, без аналізу і врахування причин, що зумовили саме такий вид руху. Вивчення механічного руху у кінематиці є попереднім етапом перед всебічним його розглядом у динаміці, але з цього не варто робити висновок, що кінематика не має самостійного значення. Учням можна розповісти про те, що у техніці існують так звані задачі на кінематику механізмів, у яких вивчають траєкторії ланцюгів механізмів, розраховують рухи з наперед заданими кінематичними величинами.
2.2 Поступальний рух. Матеріальна точка. Система відліку
Поступальний рух тіл. Механічний рух, який називають поступальним рухом, не є новим фізичним явищем для учнів IХ класу. Деякі його характеристики (траєкторія, шлях, швидкість та ін.) вони вивчали в VІI класі, розв'язували конкретні задачі на рівномірний і нерівномірний поступальний рух різних тіл, але зміст самого поняття поступального руху не розкривався і означення не давалося.
У курсі фізики IХ класу розкриття змісту цього поняття краще всього почати з аналізу рухів конкретних тіл – човна, санчат, парашута, ракети тощо. Вчитель демонструє прямолінійний рух досить великого бруска (картонної коробки), на якому виділяють дві-три точки. Розглядаючи названі приклади, підводимо учнів до висновків, що в кожному випадку всі точки одного й того самого тіла рухаються однаково, тобто описують однакову траєкторію, проходять однаковий шлях, мають однакову швидкість. Отже, встановлена властивість може бути характеристикою певного виду механічного руху, названого поступальним, яка дає можливість за рухом будь-якої точки тіла робити висновок про механічний рух усього тіла.
Щоб учні краще зрозуміли, що означає вираз «точки рухаються однаково», варто проаналізувати з ними рухи, які не відносяться до категорії поступального руху. Показуємо і аналізуємо обертання диска, на якому також виділяємо дві-три точки. На перший погляд точки диска нібито рухаються однаково – кожна з них описує коло, повний оберт навколо осі всі точки роблять за однаковий час. Далі пропонуємо учням подумати, чи можна такий рух вважати поступальним. Виявляється, що точки проходять різної довжини шлях за один оберт, тобто мають різну швидкість руху по колу.
Учням доцільно дати й другу ознаку поступального руху: будь-яка пряма, уявно проведена в тілі, під час такого руху залишається паралельною самій собі. Звертаємо увагу учнів, що перше означення спирається на фізичну основу явища, але за другим іноді легше «впізнати» поступальний рух.
Уже на першому уроці геометрії учні IХ класу вивчають паралельне перенесення як рух плоскої фігури. Зазначається, що при паралельному перенесенні точки плоскої фігури зміщуються вздовж паралельних прямих на одну й ту саму відстань. Якщо під час поступального руху твердого тіла в ньому уявно виділити будь-яку площину, то рух точок цієї площини буде паралельним перенесенням. Учням відомо, що при паралельному перенесенні пряма переходить у паралельну пряму, що збігається з тим, що говорилося для поступального руху.
Далі зазначаємо, що назвати тіла, в яких абсолютно всі точки рухалися б однаково, важко. Здебільшого окремі частини тіла рухаються відносно самого тіла, наприклад рух колес автомашини, рух кінцівок тіла живих істот, весел човна тощо. В такому випадку, говорячи про поступальний рух тіла, мають на увазі рух, скажімо, кузова, кабіни автомашини, корпуса живої істоти. На даному і наступних уроках розглядаємо приклади поступальних рухів частин машин і механізмів, про які учні вже знають з фізики, з уроків трудового навчання, з життя: рух поршня у циліндрах гідравлічної машини, парової машини, у циліндрах двигунів внутрішнього згоряння, рух бойка парових і пневматичних молотів, рух різця відносно станини у стругальних верстатах, рух голки у швейній машині, рух кабіни ліфта, кліті підйомних машин тощо.
Щоб описати рух тіла, достатньо розглянути рух однієї точки, оскільки під час поступального руху всі точки рухаються однаково Але хоча політ снаряда, рух горнолижника на трасі, автомашин на заокругленні (на повороті, на мосту) не є поступальним рухом, бо по відношенню до центра заокруглення точки тіла описують дуги різної довжини за один і той самий час, рух цих тіл буде відомий, якщо тіло прийняти за точку.
Так поступово учнів підводять до висновку про можливість заміни тіла точкою у характеристиці деяких рухів цих тіл. Для використання математичного апарату кінематики немає потреби наділяти цю точку певною масою, як у динаміці, але поняття система відліку, тіло відліку вже вимагає ознайомлення учнів з поняттям матеріальна точка.
Матеріальна точка. Поняття матеріальної точки – одне з перших абстрактних понять, які вивчає учень у механіці. Вчитель має розкрити зміст цього поняття, підкресливши, що це не реальний об'єкт, а ідеалізований його образ, деяка абстракція (абстрагуємося від розмірів об'єкта). Потрібно також показати необхідність і доцільність введення цього поняття, назвати випадки можливої заміни поняття тіла поняттям матеріальної точки, правильно пояснити конкретні приклади. Важливо, щоб учні усвідомили, що матеріальна точка і геометрична точка – різні поняття Під матеріальною точкою розуміють тіло, розмірами якого у розглядуваному русі можна нехтувати. Зовсім не обов'язково, щоб у цьому випадку тіло було малих розмірів. Абсолютний розмір не має значення, вирішальну роль у заміні розгляду руху тіла розглядом руху матеріальної точки відіграють відносні розміри, тобто розмір тіла по відношенню до відстаней, які вимірюються. Матеріальна точка в природі не існує, це модель тіла. Вона, як і тіло, має масу, але не має розмірів, що спрощує вивчення руху, але разом з тим не вносить ніяких помилок в опис такого руху.
Перший випадок, коли тіло доцільно замінити матеріальною точкою, учні можуть назвати самі після вивчення поступального руху. Добре, якщо учні зможуть пояснити, чому при поступальному русі тіло можна вважати матеріальною точкою незалежно від відстані, яку воно пройде в цьому русі.
Другий випадок. Якщо лінійні розміри тіла набагато менші за відстань від нього до тіл, відносно яких вивчається його механічний стан, то цими розмірами можна знехтувати і тіло вважати точкою. На практиці таке може бути при визначенні місцеположення транспорту (корабля в морі, літака в небі, поїзда на залізничній колії).
Третій випадок. У розглядуваному механічному русі тіло проходить шлях за довжиною значно більший за його власні розміри. Прикладом цього є вживання поняття матеріальної точки до небесних тіл. Не дивлячись на те, що небесне тіло обертається навколо осі, при вивченні його руху по орбіті тіло приймають за матеріальну точку.
Корисним для учнів може бути аналіз фізичного змісту простої арифметичної задачі з математики для VІ класу: «Поїзд проходить через міст довжиною 450 м за 45 секунд, а повз будку стрілочника – за 15 секунд. Визначити довжину поїзда та його швидкість». Під час аналізу фізичного змісту задачі виявляється, що коли підраховується швидкість: 450 м / 45 с = 10 м/с, поїзд приймають фактично за матеріальну точку. Але для підрахунку довжини поїзда цього робити не можна, матеріальною точкою тепер слід вважати будку.
За зразками прикладів, наведених у підручнику, учень може вдома придумати кілька прикладів, коли тіло можна вважати матеріальною точкою. Перевіряючи на наступному уроці ці приклади, вчитель звертає увагу на правильність висловлювань. Наприклад, неправильно говорити: «Ковзаняра-фігуриста не можна вважати матеріальною точкою, а ковзаняра-бігуна можна вважати матеріальною точкою», як це часто роблять учні. Слід вимагати такого пояснення; «Вивчаючи механічний рух ковзаняра-бігуна, його можна прийняти за матеріальну точку, а вивчаючи механічний рух фігуриста (чи окремих частин його тіла), цього робити не можна».
Ось ще кілька прикладів, які вчитель зможе використати в роботі з учнями. 1. Людина йде вздовж вагона поїзда, що рухається. Чи можна вагон вважати матеріальною точкою під час вивчення руху поїзда? Руху людини в поїзді? Чому? 2. Автомашина їде по дорозі і на естакаді, де її миють. Під час якого руху її можна вважати матеріальною точкою? 3. Космонавт під час польоту вийшов із космічного корабля і виконує ремонтні роботи на його борту. Чи можна корабель вважати матеріальною точкою при характеристиці руху корабля на орбіті і руху космонавта вздовж корабля?
Система відліку. Введення цього поняття зумовлене необхідністю визначати положення тіла, точніше матеріальної точки у просторі. Як відомо, поняття «положення тіла» набуває певного змісту, якщо задається відстань його до інших тіл. Якщо положення тіла визначати лише відносно одного тіла, наприклад відстанню між тілом відліку і даним тілом, то на такій відстані виявиться безліч точок, що лежать на сфері, отже, треба брати або кілька тіл для орієнтації даного тіла або, крім тіла відліку, взяти «напрямні осі» (наприклад, напрями на три довільні небесні зірки). Роль таких «напрямних осей» відіграє система координат, початок якої слід сумістити з вибраним тілом відліку.
Як же за цих умов задати положення матеріальної точки? Виявляється, якщо вісь проведено через матеріальну точку і тіло відліку, то положення матеріальної точки визначається найпростіше – однією координатою. Якщо матеріальна точка не знаходиться на осі координат, але лежить у площині разом із двома осями координат, її положення визначається двома координатами. У загальному випадку положення матеріальної точки визначається трьома координатами. У кожному конкретному випадку краще обирати найпростіший спосіб.
Аналогічно слід підходити до визначення кількох положень матеріальної точки, коли положення її з часом змінюється, тобто матеріальна точка рухається. За траєкторією рухи бувають прямолінійні і криволінійні. З математики відомо, що кожній точці прямої може відповідати й одна, і дві, і три координати. Значить, прямолінійний рух можна описати по-різному: як зміну однієї, двох або трьох координат. Ясно, що простіше всього описати рух через зміну однієї координати. Для цього координатну вісь треба спрямувати вздовж траєкторії руху. Але виявляється, що в окремих випадках прямолінійний рух краще вивчати, вибравши не одну, а дві осі. Так доцільно робити, коли матеріальна точка рухається під кутом до горизонту (наприклад, по похилій площині), або коли одноразово розглядається кілька рухів, різних за напрямом (рух автомашин на перехресті вулиць, рух човна поперек річки тощо). Пригадаємо, що географічне положення тіл на поверхні землі, як і зміна цього положення, визначається також двома координатами (географічною широтою і довготою), хоча тіло могло рухатися і прямолінійно. Прямолінійний рух доводиться описувати і трьома координатами. Характерними прикладами цього можуть бути рух літака, ракети тощо.
Якщо тіло описує криволінійну траєкторію, визначати його положення однією координатою не можна. У випадку, коли всі точки кривої лежать в одній площині, простіше використати дві координатні осі (наприклад, при вивченні руху снаряда, випущеного з гармати). Якщо траєкторія утворює просторову геометричну фігуру (наприклад, рух людини по гвинтових сходах), доводиться використовувати три осі координат.
Ми вважали за доцільне навести ці міркування для того, щоб учитель, починаючи розглядати питання про визначення положення тіла, міг використати їх для обґрунтування необхідності вибрати не лише тіло відліку (як у VІI класі, коли визначали тільки, рухається тіло чи ні), а й систему координат.
Вивчення питання про визначення положення тіла в просторі найкраще почати з читання учнями опису місцезнаходження скарбу. Потім учитель пропонує визначити положення у фізкабінеті класної дошки (наприклад, верхній кут її знаходиться на 2 м від вікна і 0,5 м від стелі) та інших предметів. Кілька таких прикладів підводять учнів до висновку, що положення тіла визначається по відношенню до інших тіл, зокрема до тіла відліку. Дуже важливо переконати учнів у необхідності вибору системи координат. Учитель зазначає, що за заданими вище орієнтирами класну дошку можна розмістити і на задній стінці. Отже, треба уточнити, де початок відліку.
Пропонуємо визначити положення електричної лампи в кабінеті. Якщо ніхто з учнів не скористається для цього декартовою системою координат, пропонуємо їм пригадати, як вони визначали положення точки в математиці. Взявши вершину одного з кутів класної кімнати за початок координат, а ребра кута за відповідні осі координат, визначаємо орієнтовні координати лампочки.
Щоб описати механічний рух тіла, просторової системи відліку не досить. Справді, якщо відомо, що дві автомашини пройшли з одного пункту в інший, то ми не можемо сказати, яка з них це зробила швидше, яка стояла в дорозі тощо. Тому рух описують не тільки за зміною положення тіла в просторі, а й за тим, як із часом це положення змінюється.
Отже, у систему відліку входить ще годинник, за яким визначають окремі моменти часу та часові інтервали руху. В механіці Ньютона вважають, що час тече рівномірно, що годинники, розташовані в різних точках простору, йдуть синхронно (однаково), показують один і той самий час.
Таким чином, рух тіла розглядається відносно системи відліку, до якої входить система координат, тіло відліку, яке зв'язане з системою координат, і годинник для визначення часу руху.
Важливо, щоб учні добре усвідомили, що тіла рухаються не в абстрактному просторі і часі, а у просторі і часі нерозривно пов'язаних з матерією. Поза матерією, без матерії простору і часу не існує. Система координат зв'язана з матеріальними тілами: матеріалізованим є прийнятий масштаб відстаней і масштаб часу, який відображає певний періодичний процес зміни стану матеріального об'єкта; початок відліку відстані пов'язаний з матеріальним об'єктом, а початок відліку часу з певним моментом явища, що відбувається у матеріальному світі.
Система відліку дає змогу зв'язати з кожним моментом часу певне відносне положення тіла, що фіксується його координатами, тобто координати розглядаються як залежні від часу величини. З'ясування характеру цієї функціональної залежності і становить зміст розділу кінематики.
Для закріплення понять «тіло відліку», «система відліку» і способів визначення положення точки в просторі варто показати фрагмент кінофільму «Система отсчета» «Что такое система отсчета» (до слів: «...системи відліку можуть бути пов'язані з різними тілами...) або продемонструвати фільм «Закони Ньютона», а саме: перший його фрагмент (до слів: «...на ці питання відповідають основні закони механіки...»). Після цього обговорюються питання, поставлені до цих фрагментів.
У домашнє завдання з даного питання слід включити практичні роботи: визначити координати лампи в кімнаті, координати середини кришки столу (в площині цієї кришки), координату будь-якого тіла на відрізку шосейної дороги. Добре, якщо учень, вибравши відповідний масштаб, зробить креслення в зошиті.

Висновок
Отже в даній роботі ми розглянули деякі методичні питання з методики викладання розділу “кінематики” у 9 класі.
Ознайомлення з роботою учителів показало, що під час вивчення окремих тем навчального матеріалу слід додержувати таких правил: проводити попередній аналіз змісту навчального матеріалу, виділяти в ньому першорядне, головне, правильно його розподіляти в часі, повторювати і закріплювати основне на уроці. Усе це сприятиме кращому засвоєнню матеріалу теми всіма учнями.
Потрібно також враховувати, що зміст матеріалу з механіки істотно відрізняється від навчального матеріалу з фізики у VII–VІІІ класу: він має абстрактний характер, вимагає знання складнішого математичного апарату, використання просторових уявлень, і вчителі відразу відчувають зниження інтересу учнів до предмета. Досвід роботи кращих учителів показав, що усвідомлене засвоєння механіки, зокрема кінематики, можна певною мірою забезпечити застосуванням наочності (графічної, знакової, предметної), а широке використання фізичного експерименту та прикладів з життєвої практики людини сприяє розвитку в учнів пізнавального інтересу.
Аналіз стану навчання переконує, що загальний рівень успішності учнів IХ класу значно залежить від обраних учителем методів навчання і що першорядне значення треба надавати тим методам, які забезпечують найефективнішу пізнавальну діяльність учнів на уроці й частий поетапний контроль та коригування їх знань і вмінь. Під час вивчення кінематики важливо, щоб учні не тільки знали зміст основних понять, величин, залежностей, а й уміли оперувати ними, а це неможливо без регулярної самостійної діяльності учня на уроці і вдома.



Література
1.    Амонашвили Ш.А. Психологические основы педагогики сотрудничества: Книга для учителя.– К., 1991.– 111с.
2.     Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы.– М.:  Просвещение –1981, 288с.
3.     Бугайов О.І. Концепція фізичної освіти у середній загальноосвітній школі України// Освіта. – 8.09.1992.
4.    Гусарєв Б.І. Фізика в сучасному виробництві: Посібник для вчителів. – К.: Рад. шк., –1981. – 128 с.
5.    Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе: Ч. 1: Механика, молекулярная физика, основы электродинамики / Под ред. А.А. Покровского. 3-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1978. – 351 с.
6.    Журавлёв И.К. Дифференциация обучения средствами учебника// Новые исследования в педагогических науках.– М., 1990 – с. 28-34.
7.    Знаменский П.А. Методика преподавания физики в средней школе. Пособие для учителей. – Л.: Учпедгиз, 1954. – 52с.
8.    Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе.– М.: Просвещение –1971. – 448с.
9.    Методика розв’язування задач з фізики: Практикум / Є.В. Коршак, С.У. Гончаренко. – Вища шк. 1976. – 240 с.
10.    Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. – М., 1988. –112с.
11.    Фізика: Підручник для 9-го кл. серед. школи./ Б.Б. Буховцев, Ю.Л. Климентович, Г.Я. Мякишев.– 2-е вид. – К.: Рад. шк., 1983. – 254с.

 

Яндекс.Метрика >