РОЗДІЛ 2
МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАВЧАННЯ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ НА ОСНОВІ ОСОБИСТІСНО
ОРІЄНТОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ
2.1. Упорядкування змісту і структури навчального матеріалу з молекулярної
фізики на основі системного підходу
Дослідження структури навчального матеріалу підручників та знань учнів на
основі виділених елементів знань і зв’язків між ними дозволили прослідкувати
логіку побудови навчального тексту, функціональні зміни системи при розширенні
чи ущільненні матеріалу для профільного та рівневого навчання.
Одним із завдань теми “Основи МКТ ідеального газу” є ознайомлення учнів з
поняттям наукової теорії, на основі порівняння молекулярно-кінетичного та
термо-динамічного підходів – з різними рівнями пізнання матерії, особливостями
мікро- і макросистем.
Проведені нами дослідження методом “дерева” довели, що формування елементів
знань, пов’язаних з поняттям наукової теорії, за логічними кроками завершується
після вивчення величин, які характеризують молекули (див. рис. 1.5). Основне
рівняння МКТ, рівняння стану та газові закони подаються учням відокремлено, без
включення їх у загальну схему побудови теорії. Встановлення зв’язків МКТ з
елементами знань: основне рівняння МКТ, рівняння стану ідеального газу, газові
закони (63 – 64, 65 – 64, 59 – 64) дозволило замкнути контури 63 – 64 – 65, 59
– 58 – 62 – 63 – 64, 59 – 58 – 62 – 63 – 65 – 64 ( див. рис. 1.1) і виділити
молекулярно-кінетичний та термодинамічний підходи. Нами запропоновано в кінці
вивчення підрозділу узагальнити і систематизувати навчальний матеріал про МКТ
як приклад пояснення системності знань (розд. 2.2).
Поняття внутрішньої енергії – одне з головних понять розділу ”Молекулярна
фізика” і розкривається на основі молекулярно-кінетичних та термодинамічних
уяв-лень. Проте перетин СЛС (див. рис. 1.3) не виокремлює цей елемент знань.
Дослід-ження показали, що при формуванні поняття про внутрішню енергію
ідеального газу одразу після вивчення його структурних елементів, під час
викладу підрозділу “Основи МКТ”, це поняття включається в систему знань про
ідеальний газ (рис. 2.1). При такому підході в термодинаміці внутрішня енергія
розглядалася з термодина-мічної точки зору, чим посилювалося значення різних
методів молекулярної фізики. Відбулося замкнення контуру 5 – 31 –13 – 26 – 33 –
43 (див. дод. А.15).
На основі методу накладання СЛС нами досліджено зв’язок елементів знань –
мікрочастинки і швидкості теплового руху. На рис. 1.1 поняття швидкості має
зв’язки з елементами знань: тепловий рух, середня швидкість, середня
квадратична швидкість, дослід Штерна. У посібнику природничо-наукового профілю
швидкість пов’язана зі статистичним розподілом молекул.
Стрімкий розвиток сучасної науки вимагає поглиблення змісту навчального
матеріалу. Розуміння статистичного та термодинамічного підходу є потребою, яка
підтверджена універсальністю ймовірнісних закономірностей. Із статистичним
методом учні знайомляться при вивченні математики в 9 класі та біології на
початку 10 класу. Виділення таких понять як середня швидкість, середня
квадратична швидкість, розподіл молекул за швидкостями дало змогу пояснити на
основі досліду Штерна статистичний метод і замкнути контур 35 – 4 – 91 – 92 –
93 – 94 – 95– 100 – 101 – 86 – 38 – 36 – 49 – 104.
Логічні зв’язки елементів знань про будову газів, рідин та твердих тіл,
тепловий рух і взаємодію молекул, дифузію з поняттям рівномірного розподілу
частинок розширили знання учнів про статистичні закономірності. Додатково учням
повідомлялося, що дифузія відбувається, як в однорідних, так і різнорідних
речовинах, залежить від температури. В однорідній за складом рідині дифузія
відбувається тоді, коли існують відмінності у густині речовини.
На основі аналізу “дерева” СЛС (дод. Е.1) нами запропонована така
послідов-ність викладу матеріалу: тепловий рух > швидкість > рівномірний
розподіл части-нок > середня швидкість > середня квадратична швидкість >
розподіл молекул за швидкостями > дослід Штерна > формули середньої
квадратичної швидкості > статистичний метод. Знання учнів про статистичний
підхід дозволили посилити світоглядну спрямованість молекулярної фізики,
збільшити науково-теоретичний
ідеальний газ МКТ
Рис. 2.1. Структурно-логічна схема до теми “Основи МКТ ідеального газу”
рівень її змісту. Встановлено, що матеріал про статистичні закономірності та
розподіл Максвелла усвідомлюється учнями всіх профілів та рівнів засвоєння
знань.
За вимогами навчальних програм [287] при вивченні теми “Маса і розміри молекул”
використовуються знання учнів з хімії про масу молекули (49,02 %), число
Авогадро (59,43 %), моль (36,92 %), молярну та відносну молекулярну маси
(39,81 % та 39,16 %) (див. дод. Р.1). Нами встановлено, що у СЛС, яка складена
за посібником С.У. Гончаренка [58], при поясненні величин, що характеризують
молекули, відсутні формули кількості речовини (), молярної маси (), кількості
частинок (). Введення цих формул залежності дозволило замкнути контури 18 – 15
– 14, 16 – 12 –18, 13 – 12 – 18 – 15 (див. рис. 1.1).
Розгляд елементів знань про будову та властивості агрегатних станів речовини
після вивчення основних положень МКТ дозволив встановити їх зв’язок з дифузією
та пояснити на молекулярно-кінетичному рівні механізм виконання явища. При
цьому утворюютья нові замкнені контури 25 – 25' – 1 – 2 – 4 –25, 25 – 25' –
29.
У СЛС (див. дод. А) послідовність вивчення навчального матеріалу про
температуру закінчується поняттям абсолютного нуля, який має зв’язки з
елементами з