Dydaktyka fizyki Wykład 1, Schematy z Fizyka

Pobierz Dydaktyka fizyki Wykład 1 i więcej Schematy w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

Dydaktyka fizyki

Wykład 1

„Co to jest fizyka?” (1)

(w opinii nauczycieli)

Grzegorz Karwasz

Katedra Dydaktyki Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Toruń, a/a 2019/

Po co fizyka?

© GK 2007

Struktura fizyki

• Nauka empiryczna
• Nauka dedukcyjna
• Nauka matematyczna
• Nauka pojęciowa (klasyfikacyjna)
• „czysta” dyscyplina badawcza
• Nauka o zastosowaniach technicznych
• Nauka dla „naukowców”
• Nauka dla społeczeństwa
• Nauka interdyscyplinarna

„Dydaktyka”

• „Nauka o nauczaniu i uczeniu się”

= tautologia

Dydaktyka: nauczanie efektywne, trwałe, przyjemne

Umiejętność identyfikowania trudności w uczeniu się i

dostarczanie recept na pokonywanie tych trudności

Podawanie diagnozy bez recept (czyli praktycznych

realizacji) jest jedynie frustrujące

Motywacja (II) – nauczyciele (1)

Dzisiaj, w czasie wprowadzania nowej reformy edukacyjnej, my nauczyciele stajemy przed wyzwaniem, aby zmieniać sposób nauczania i sprawić, aby fizyka była bardziej przystępna dla młodego człowieka.

Młodzież rozpoczynając naukę fizyki spotyka się z nieprzystępnymi dla nich definicjami. Podręczniki tworzone często w pośpiechu nie ułatwiają uczniom zrozumienia fizyki. Szukając w różnych podręcznikach do fizyki informacji o prawach Newtona spotkałam się z dużą nieścisłością w przekazywanych informacjach.

Autorzy w bardzo swobodny sposób prezentują w nich swoje myśli, brakuje pewnego rodzaju dyscypliny w przekazywaniu informacji, której celem przecież ostatecznie jest wyjaśnić zjawisko i nauczyć czytelnika. Dlatego właśnie fizyka jest odbierana przez uczniów jako przedmiot niezrozumiały i trudny.

© poproś o dane, przed cytowaniem

Motywacja (II) – nauczyciele (1)

Niewątpliwie jednak fizyka jest przedmiotem bardzo ważnym i nieodłącznym elementem naszego życia. Wszystko z czym mamy do czynienia w naszym otoczeniu jest związane z fizyką i jej prawami. Przecież gdyby nie fizyka, nie żyłoby się nam tak komfortowo.

To, że się przemieszczamy, korzystamy z energii elektrycznej, czy chociażby nowych technologii, dzisiaj tak powszechnych, zawdzięczamy fizyce i jej odkryciom.

Teraz gdy sama staję przed wyzwaniem nauczania fizyki, chciałabym, aby nauka dla młodych ludzi nie była mozolnym wyuczaniem się regułek na pamięć, a bardziej przygodą.

© poproś o dane, przed cytowaniem

Motywacja (II) - nauczyciele

Poszerzając swoje kwalifikacje zawodowe, będąc do tej pory nauczycielką matematyki, stanę przed nowym wyzwaniem jakim jest nauczanie fizyki. Przedmioty ściśle powiązane ze sobą. Na czym jednak polega związek między nimi? Na lekcjach matematyki uczniowie nabywają umiejętności rachunkowe, poznają podstawowe pojęcia, uczą się myślenia matematycznego, myślenia logicznego. Uczniowie wykorzystują nabyte umiejętności w różnych dziedzinach m. in. w fizyce.

Ogólnie mówiąc fizyka dostarcza wiedzy o faktach (zjawiskach fizycznych), matematyka pozwala opisać te fakty przy pomocy odpowiednich symboli i wzorów. Zatem fizyka czy matematyka? To pytanie stawiali sobie najwybit- niejsi uczeni. Sławny fizyk, Richard Feynman podczas wymiany zdań z ma- tematykiem polskiego pochodzenia Markiem Kacem wyraził swoją opinię, że gdyby matematyka nie istniała to świat cofnąłby się tylko o tydzień. Mark Kac odparł, że zgadza się z tym stwierdzeniem i dodał, że dokładnie o tydzień, w którym Pan Bóg stworzył świat. Ernest Rutherford, fizyk angielski znany jest z powiedzenia, że cała nauka dzieli się na fizykę i zbieranie znaczków. Mimo wielu skrajnych opinii wygłoszonych przez znamienitych uczonych jedno jest pewne - fizyka i matematyka mają wspólną historię.

Motywacja (II) - nauczyciele

Fizyka odgrywa ogromną rolę w rozwoju matematyki. Teorie fizyczne pozwalają na uporządkowanie faktów, poznanie zależności przyczynowo skutkowej, przewidywanie. Matematyka dostarcza narzędzi koniecznych do konstrukcji teorii fizycznych co sprawia, że ma ona wielki wpływ na rozwój fizyki. Archimedes, Gauss i Newton uważani za największych matematyków świata, swoimi dokonaniami wykazali ścisłą zależność między matematyką a fizyką, kojarzyli teoretyczne badania naukowe z praktycznym ich zastosowaniem.

Archimedes (ok. 287 - ok. 212 r. p.n.e.) matematyk i fizyk. Jednym z wielu osiągnięć Archimedesa jest dowód, iż stosunek objętości kuli do opisanego na niej walca wyraża się stosunkiem liczb 2 i 3, co znalazło się na jego nagrobku. Nie można pominąć prac poświęconych zagadnieniom fizyki m.in. hydrostatyki i słynnego prawa Archimedesa głoszącego, że "ciało zanurzone w cieczy traci pozornie na ciężarze tyle, ile wynosi ciężar wypartej przez to ciało cieczy".

Archimedes

By Oryginał:FredrikVector:Leszek Krupinski - Praca własna, oparta o: Archimedes pi.png:https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1250248 przez Fredrik, Domena publiczna,

Dokładność (średniej = 3,1419) : 0,008%

Archimedes: objętość kuli

1/3 objętości walca

V (^) półkuli =2/3 π R^3

Vkuli = 4/3 πR^3

Karwasz i in. Toruński poręcznik do fizyki

Motywacja (II) – nauczyciele cd.

Gauss (1777 – 1855). Niemiecki matematyk, fizyk, astronom i geodeta, jeden z twórców geometrii nieeuklidesowej. Pierwszym ważnym odkryciem Gaussa była teoria, z której wynikała możliwość konstruowalności siedemnastokąta forem- nego. Zażyczył sobie, aby ta figura została wyryta na jego nagrobku. Jego praca doktorska pt. “Nowy dowód twierdzenia, że każdy wielomian jednej zmiennej można rozłożyć na czynniki rzeczywiste stopnia jeden lub dwa” był dowodem podstawowego twierdzenia algebry. Wykonał obliczenia pozwalające na przewidzenie miejsca pojawienia się nowego ciała niebieskiego [pierwsza z odkrytych planetoid, Ceres]. Newton (1643 – 1727) fizyk, matematyk, astronom i alchemik. Sformułował prawo powszechnego ciążenia i prawa dynamiki, które przez kolejne stulecia były podstawami fizyki. Jako pierwszy wygłosił teorię, że kolory są efektem padania światła.

[a raczej rozszczepił światło słoneczne na kolory, za pomocą pryzmatu].

https://kids.britannica.com/kids/assembly/view/

Motywacja (II) – nauczyciele cd.

Silne sprzężenie między teorią a eksperymentem ukazane w pracach naj- większych matematyków i fizyków jest dla mnie wystarczającym dowodem na to, że sukces mojej pracy jako nauczyciela leży w umiejętnym łączeniu wiedzy teoretycznej z praktyką. Uczniowie powinni wiedzieć jak wykorzystać w życiu codziennym to czego nauczyli się na przedmiotach ścisłych. Kluczem do tego wydaje się być korelacja tych przedmiotów i zrozumienie, co jest podstawą do wykorzystywania wiedzy w praktyce.

Uczniowie często pozostają sami sobie z problemem zrozumienia zagadnień fizyki. Poznawszy jedynie matematyczny zapis zjawisk fizycz- nych (wzory, definicje) mają rozwiązać problem wymagający zrozumienia sensu, poznania przyczyn i skutków (istotę fizyki). Stąd pomysł aby wpro- wadzać uczniów w świat fizyki za pomocą doświadczeń.

„...Pierwsze lekcje nie powinny zawierać niczego poza tym co jest eksperymentalne i interesujące do zobaczenia. Ładny eksperyment jest sam w sobie bardziej wartościowy niż dwadzieścia wzorów wydobytych z naszych umysłów.“ ( Albert Einstein)

Motywacja (II) – nauczyciele (3)

Fizyka jest ciekawą dziedziną nauki, stanowi podstawę dla innych nauk przyrodniczych, przede wszystkim dla chemii, biologii, geografii. Niestety przedmiot fizyka w szkole nie znajduje wielu sprzymierzeń- ców, nie jest lubiany, a wręcz wydaje się być niechciany w szkole.

Uczniowie twierdzą, że jest to przedmiot trudny, niezrozumiały, niepotrzebny w życiu, zatem niechętnie się go uczą. Niechęć do przedmiotu wynika często również z braków matematycznych uczniów. Dużym problemem są dla uczniów wymagania matematyczne, którym nie są w stanie sprostać.

Uważam, że w nauczaniu fizyki korzystniejsze, bardziej przystępne dla uczniów będzie ograniczanie się do zrozumienia jej pojęć i trakto- wanie wzorów matematycznych jedynie jako wskazówek do myślenia. Rozumienie, wyczucie pojęć fizycznych jest najistotniejsze, ważniej- sze niż opis matematyczny.

Już 4 tysiące lat temu…

• W starożytnym Egipcie (i na pewno też w Mezopotamii)

ludzie wymyślili matematykę: trzeba było sprawiedliwie

dzielić poletka wzdłuż Nilu (i obliczać podatki)

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/62/Ziggarut_of_Ur_-_M.Lubinski.jpg