Горбацевич С.А. Наблюдение физических явлений в природе и формирование мировоззрения учащихся

В настоящее время в школе наблюдается мотивационный кризис, учащиеся часто отчуждены от изучаемого содержания. Поэтому актуальная задача учителя — активизировать учебно-познавательную деятельность учащихся.

«В образовательной схеме должно быть место для удивления и восхищения. Программы должны быть ориентированы на наблюдения. Целью обучения является увлечение материалом, удовлетворение любопытства и удовольствие от учебы. На средней стадии обучение не должно быть нацелено лишь на подготовку к последующей академической деятельности. Оно должно закладывать основы общественного интереса к науке и физике. Лозунг «Меньше может быть больше!» должен служить главным ориентиром в программе развития обучения» [1, с. 12].

В объяснительной записке к программе по физике и астрономии для общеобразовательной средней школы записано «... основной же упор предлагается сделать на то, чтобы сообщать ученику положительную информацию, прежде всего наглядную. Особое внимание обратить на прикладной характер физических знаний, на знания о человеке и его окружении» [2, с. 7].

«В физике следует освободить отдельные свойства природы... от тех многообразных переплетений, в которых они находятся в конкретной действительности, и представить их в простых, необходимых условиях, ...повсюду абстрактное должно составлять начало и ту стихию, в которой и из которой развертываются особенности и богатые образы конкретного» [3, с. 270].

Исходя из вышеизложенного следует, что на начальном этапе изучения физики важно не «испугать» ученика физикой, а показать ее красоту и значимость, ее присутствие на каждом шагу и ее «относительную простоту».

Для решения поставленной задачи можно использовать «Уроки физики на природе», которые можно провести в самом близком окружении — на улице, в парке, в соседнем скверике... Предлагается смотреть и увидеть, наблюдать, обратить внимание, заметить физическое явление. Почему у цветов лепестки белые? Почему темнеет асфальт после дождя? Почему в снежную зиму около деревьев образуется углубление? Таким «почему» нет конца, в результате у учащихся развивается наблюдательность, умение выделять подобие и отличие в обычных явлениях, находить им физическое объяснение.

В качестве примера рассмотрим вопрос, связанный с меандрами рек. (Механика. Третий закон Ньютона.) При постановке вопроса наличие реки или естественного ручья необязательно. Ручей можно создать искусственно, используя водопроводную воду. Первоначально изгибы реки (ручья) объясняют только рельефом местности (ученики могут видоизменять рельеф местности, по которой течет искусственный ручей). Однако главная причина здесь другая. Можно попробовать соорудить «прямолинейное» русло ручья и некоторое время понаблюдать за текущей водой. Если где-то вдоль течения вследствие, например, небольшой неоднородности грунта образовался незначительный изгиб, то выровняет ли вода это случайно возникшее искривление русла? Наблюдения показывают, что искривление не только не выровняется, а, наоборот, еще более увеличится. Анализируя увиденное, приходим к выводу: возникновение случайного искривления русла означает, что в этом месте вода движется уже не прямолинейно, а по некоторой дуге. Следовательно, на массу воды действует центростремительная сила, в данном случае это сила, с которой действует на воду берег (берег изменяет направление движения воды). По третьему закону Ньютона, с такой же силой будет действовать вода на берег. В результате берег начнет подмываться и разрушаться — искривление русла реки будет увеличиваться. Берег реки (ручья) будет становиться круче, а противоположный — пологим (вода от него постепенно отступает).

Если по ручью пустить плавающие предметы, то можно заметить, что на повороте русла предметы, проплывающие вблизи пологого берега, имеют меньшую скорость, чем предметы, проплывающие у крутого берега. Чем выше скорость воды, тем больше вымывается грунт. Вымывая вблизи крутого берега больше грунта, река (ручей) тем самым углубляет свое русло именно у этого берега. Таким образом, у учащихся сложится четкое представление о связи глубины реки с крутизной берега.

Приведем пример циркуляции воды в вертикальной плоскости.

Размешаем чай ложкой так, чтобы чаинки пришли во вращательное движение. При этом поверхность воды в стакане примет форму воронки, и после того как вода постепенно успокоится — чаинки соберутся в центре дна стакана.

Чтобы объяснить наблюдаемые эффекты (искривление поверхности воды в стакане и концентрацию чаинок в центре дна), рассмотрим физику этих явлений.

Мысленно выделим в воде, вращающейся с угловой скоростью ω, малый объем массой т на расстоянии Rот оси вращения. Центростремительное ускорение  рассматриваемого объема создается силой , где S— площадь грани кубика, р₁и р₂— давления на противоположные боковые грани. Значение давления р₁– р₂определяется разностью глубины h₁и h₂от центра грани кубика до поверхности воды. С другой стороны, , где ρ— плотность воды, g— ускорение свободного падения. Учитывая, что , получим . Из этого уравнения видно, что при h₁= h₂угловая скорость равна нулю (т и R— постоянные величины). Следовательно, движение выделенного объема в стакане было бы невозможным без искривления поверхности воды.

Одновременно с движением вокруг оси вращения чаинки перемещаются в вертикальной плоскости. Это движение связано с трением воды о стенки и дно стакана. Причем чем ближе к дну, тем трение сильнее тормозит движение чаинок, тем меньше их скорость. Однако разность сил бокового давления одна и та же, и она не может обеспечить одинаковое центростремительное ускорение по всей глубине. Средняя чаинка будет двигаться по окружности, верхняя — отбрасываться от оси вращения, а нижняя — устремляться к оси вращения. В результате возникает циркуляция воды в вертикальной плоскости, которая и приводит к тому, что чаинки собираются в центре дна.

Подобная картина наблюдается и при движении воды в реке (ручье) на поворотах. Циркуляция воды подмывает один берег и способствует отложению грунта у другого берега, а также объясняет увеличение глубины реки у одного берега с одновременным ее уменьшением у другого.

Таким образом, прямолинейное течение реки (ручья) неустойчиво. Случайно возникшее искривление русла (согласно законам физики) будет не сглаживаться, а все более увеличиваться. В итоге русло реки (ручья) оказывается чередованием изгибов, как обычно говорят — река петляет.

Изгибы русла реки, океанского течения, ручья называют меандрами. Данный термин происходит от древнегреческого названия Меандр — река в Турции, русло которой отличается особенно сильными изгибами. (А далее разговор можно продолжить о вихрях: смерч, тайфун.)

Рассмотренные примеры из опыта работы показывают, как можно привлечь внимание учащихся к изучению физики, разбудить любознательность, обратить внимание на окружение, в котором мы живем. Такие уроки дают уникальный материал, демонстрирующий роль человека в процессе освоения и познания мира, превращения его из стороннего наблюдателя в деятельного субъекта. Наиболее оправдан подход, который ставит ученика в позицию творческого исследователя в физической реальности. И тогда, окончив школу, даже забыв законы Ньютона, можно, опираясь на сформированные при изучении этих законов творческие способности, всегда найти нужное решение в жизненной ситуации. Нет необходимости уделять много внимания таким вопросам науки, с которыми школьникам, скорее всего, никогда и не придется столкнуться в жизни, а вот если практическое применение изучаемого будет показано на хорошо знакомых из обыденной жизни примерах, то эффект от этого будет больше.

1. Методические рекомендации Европейского Физического Общества // Евро-физика. — 2000. — Январь/Февраль.

2. Программа по физике и астрономии для общеобразовательной средней школы // МО РБ. НИО, 1997.

3. Гегель Г.В.Ф.Соч. — Т. 4. Система науки. Ч. 1. Феноменология духа. — М.; Л.: АН СССР; 1959.