Физические модели реальных явлений как основа построения школьного курса физики

• Автор: Грибова, Маргарита Владимировна
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Оглавление
Введение 4
Глава I. Философский и общенаучный анализ понятия модели и моделирования
п. 1. Моделирование как метод научного познания.
1.1. Анализ подходов к определению моделирования
1.2. Сгруктура процесса математического моделирования.
1.3. Место математического моделирования в структуре
современного назутого знания
п. 2. Модели в науке
2.1. Определение модели.
2.2. Классификации моделей
2.3. Функции моделей
п. 3. Физические модели и физическая наука
3.1. Модели в физике
3.2. Физические модели в школьном курсе физики
Глава 2. Методика изучения теоретического материала школьного курса физики, основанная на систематизации модельных представлений
п. 1. Иерархический подход к изучению моделей на примере
исследования свойств реального газа и плазмы.
п. 2. Феноменологическая термодинамика как универсальная
фундаментальная модель современной физики.
п. 3. Модельные представления и уровень физического понимания на примере изучения корпускулярноволнового
дуализма.
п. 4. Исследование границ применимости физических моделей как эффективное средство преодоления формализма в знаниях учащихся на примере изучения парадоксов
п. 5. Моделирование реальных физических явлений как эффективное средство развития творческих способностей
учащихся на примере моделирования свойств трясины
Глава 3. Методика проведения и результаты
педагогического эксперимента
п. 1. Организация педагогического эксперимента 2
п.2. Состояние проблемы в практике средней школы 9
п. 3. Оценка эффективности предлагаемой методики 2
Заключение 2
Список литературы


В настоящее время в развитых странах любой технический, экологический, экономический, социальный, политический проекты предварительно исследуются методом математического моделирования. Существует несколько подходов к определению моделирования. Подобие определяется как взаимно-однозначное соответствие между двумя объектами, при котором функции перехода от параметров, характеризующих один из объектов к другим параметрам известны, а математическое описание этих объектов могут быть преобразованы в тождественные, ? При математическом моделировании разнообразных процессов и явлений уже сложилась и выдерживается жесткая программа действий -"триада: модель - алгоритм - программа" [] - включающая построение (или выбор) математической модели, содержащей законы, которым подчиняется объект исследовашш, выбор (или разработку) алгоритма для реализации модели на компьютере, и, наконец, создание программы, являющейся электронным эквивалентом исследуемого объекта (схема 1). Схема 1. По существу, в руках исследователя оказывается новый уішверсаль-ный, гибкий и недорогой инструмент получения нового знания об исследуемом объекте. После того, как этот инструмент "отлаживается, тестируется" и приобретает вид, адекватный объекту исследования, начинается собственно моделирование. С моделью проводят разнообразные и подробные исследования, которые и дают все необходимые качественные и количественные характеристики и свойства моделируемого объекта. Метод математического моделирования состоит из нескольких этапов. A.A. Самарский выделяет пять этапов []. На первом - формулируется задача. Любой объект исследования является сложным, неисчерпаемым в своих свойствах и отношениях с другими объектами. В обідом случае для окончательного понимания свойств объекта принципиально важным может оказаться и взаимодействие внутренних частей объекта, и внешнее воздействие на него. Однако исследователь не может изучать сразу всё бесконечное содержание объекта и многообразие его взаимодействия с окружающими телами. Нужно выделить для начала лишь некоторые собственные свойства объекта и некоторые отношения с другими объектами, то есть построить (или выбрать) физическую модель объекта или процесса, решить вопрос о том, какие факторы необходимо учесть, а какими можно пренебречь. Выбор тех или иных свойств для первичного изучения чрезвычайно ответственен и осуществляется на основании фундаментальных знаний исследователя не без профессиональной интуиции, которая имеет глубокую гносеологическую природу. Физической модели ставится в соответствие математическая модель, то есть математическое описание физического процесса с помощью алгебраических, дифференциальных, интегральных и других уравнений, которые, как правило, отражают фундаментальные физические законы. Единство природы проявляется, в том числе, и в универсальности математических моделей, которыми он описывается. Единство природы обнаруживается в "поразительной аналогичности" дифференциальных уравнений, относящихся к разным областям знаний []. После того как задача сформулирована в математическом виде, нужно найти сё решение. Только в исключительных случаях удаётся найти решение в явном виде, например, в виде ряда. Иногда утверждение "задача решена" - означает, что доказано существование и единственность решения. Ясно, что этого недостаточно для практических приложений Необходимо ещё изучить качсствснное_по_-ведение решения и найти те или иные количественные характеристики. Именно на этом этапе зребуется привлечение ЭВМ. Чтобы реализовать численный метод, нужно составить программу для ЭВМ или воспользоваться готовой. Поэтому на третьем этапе осуществляется программирование. Следующий этап - проведение расчётов на компьютере. Заключительный этап - анализ полученных результатов и последующее уточнение математической модели. Схематически этапы метода математического моделирования, выделенные академиком А. А.Самарским, представлены на схеме 2. Схема 2. В более обобщённом виде этапы моделирования рассматривает Б. Перенос знаний с модели на исследуемый объект. Сущность методологии математического моделирования состоит.