Stáhnout prezentaci
Prezentace se nahrává, počkejte prosím
ZveřejnilSofie Marková
1
Modely a modelování ve výuce fyziky Jiří Tesař
2
Model – vývoj pojmu Ve starověku – Demokritos – představy atomů (viz latinské „modus“, „modulus“ = vzor, míra, způsob,…) Středověk – umělecká řemesla - (viz italské „modello“ = vzor, předobraz,…) Technická praxe – model = provedení ve zmenšeném měřítku. Vědecký model je spojen se vznikem vědeckých systémů. Základy položili G. Galiley a I. Newton Modelování = možnost studovat objekty nepřímo pomocí jiných objektů, které jsou s nimi izomorfní. 20. stol. a současnost – modelování proniklo nejen do přírodovědných oborů ale i do humanitních a společenských (včetně pedagogiky).
3
Model – vysvětlení pojmu 1. Pojetí – reálný model: Model = objekt, který je v nějakém vztahu se zkoumaným objektem a zastupuje ho. Je to jednodušší objekt, který má některé vlastnosti shodné s originálním systémem. 2. Pojetí – teoretický model: Model = interpretace určité matematické teorie - existuje vzájemný vztah originál – model (=izomorfizmus) Izomorfizmus = jednoznačné přiřazení prvků jednoho systému na druhý.
4
Didaktická klasifikace modelů Modifikující – zachovává fyzikální podstatu – mění se měřítko. Výsledky experimentů odpovídají originálu Transformační – v podstatě souhlasný fyzikální systém. Slouží ke zjednodušenému objasnění originálu. Obecně nelze zcela přenést závěry z modelu na originál. Simulující – originální jev napodobují pouze vnějškově – pracují na jiném principu. Existuje pouze vzhledově kinetická podobnost.
5
Didaktická klasifikace modelů Ilustrující – obrazově znázorňují originální děj. Vytvářejí asociaci k originálu. Formalizující – originální děj je popsán matematickým systémem. Existují i jiné klasifikace – - přesahují však rámec této přednášky!
6
Model idealizace Fyzikální děj - velmi složitý zjednodušení – zachycení podstaty = idealizace. Určité rysy objektu považujeme za dokonalé. Umožňuje přejít od konkrétního k obecnému. Základní prvek klasické fyziky. Např.: hmotný bod, ideálně tuhé těleso, pohyb bez tření, ideální kapalina, monochromatická vlna, dokonale pružný ráz, ideální plyn,…. Idealizace umožňuje pochopit podstatu jevu!
7
Model analogie Modely se liší svoji podstatou, ale mají shodné některé formální prvky – mluvíme o fyzikální analogii. Zahrnuje určité rysy srovnání – opírá se o shodné struktury mezi srovnávanými oblastmi. Aplikace na fyzikální systémy – analogie vodního toku a elektrického proudu Aplikace na fyzikální a matematický systém – analogie popisu fyzikálních polí, vztahu pro výpočet energie,…..
8
Model analogie Kdy můžeme použít? Mezi oběma systémy musí existovat fyzikální analogie. Analogický systém musí být pro žáky známý nebo lépe pochopitelný. Analogie musí být prověřena vyučovací praxí. Např. na SŠ – různé druhy oscilací, vlnění,….
9
Grafický (geometrický) model Zachovává obrazně názorný charakter – nemusí být vždy zřejmý. Předpokládá určitý stupeň abstrakce. Nejen názornost ale především objasnění jevu. Grafická schémata: elektrický obvod, bloková schémata přístrojů, zobrazení vektorů (orientované úsečky), chod paprsků čočkou, grafické závislosti veličin,…. Pozor na obměnu zažitých konvencí (změna směru paprsků, el. zdroj vždy dole, volba měřítka,…)
10
Znakový model Znak je založen na dohodě (konvenci). Znak a jeho význam – vyvíjí se s rozvojem abstraktního myšlení žáků písmeno = znak pro hlásku nebo samohlásku písmeno = číslo (v matematice) písmeno = proměnná (v matematice) písmeno = fyzikální veličina – skalár x vektor Důležitost pochopení významu znaků a jejich vztahů
11
Znakový model Znaky ve fyzice odrážejí její historický vývoj. Odvozeny z počátečních písmen latinských (anglických, německých) slov: s – spatiumv – velocitas a – acceleratiof – focus W – práce (dříve A – Arbeit) Mnohdy více významů: t – teplota, čas; f – frekvence, ohnisková vzdálenost;…. Více označení:s, d, l – délka; f, – frekvence,…
12
Matematický model Vyjadřuje vztah každého prvku rovnice ke všem prvkům a vztahům daného jevu. Musí být jednoznačný – nerozporuplný. Potvrzuje experimentální poznatky. Prudký rozvoj s nástupem výpočetní techniky. Hlavně zkoumání mikrosvěta (Schrödingerova rovnice). Často je napřed zkonstruován matematický model, který je následně potvrzen experimentálně.
13
Matematický model – fyzikální veličina Didaktika zavedení fyzikální veličiny: Seznámení se s fyzikálním dějem, vyčlenění jevu charakterizujícího novou veličinu, určení zákonitosti vyčleněného jevu, definice nové veličiny matematickým vztahem a slovně, praktické využití veličiny + jednotky, stanovení omezujících podmínek (obor platnosti), začlenění veličiny do systému dosavadních poznatků.
14
Matematický model – fyzikální veličina Didaktika zavedení fyzikální veličiny „Práce“: Fyzikální děj – pohyb, posunutí tělesa a jeho příčina, síla způsobuje pohyb, rozhodující je působící síla a velikost posunutí a jejich směr, W = F. s praktické využití veličiny + jednotky, síla a posunutí mají stejný směr, souvislost s třením.
15
Matematický model – fyzikální zákon Kvantitativní vyjádření zákona, tj. v matematické formě. Analogický myšlenkový postup jako u fyzikální veličiny. Vymezit oblast platnosti zákona („těleso ponořené do kapaliny…“). Zvážit jeho přesnost (idealizace, rozsah platnosti konstant, ….). Fyzikální interpretace. Zákon je odrazem skutečnosti – neztotožňovat!!!
16
Myšlenkový experiment = pokus prováděný v ideální sféře vědomí. Etapy vytváření myšlenkového experimentu: 1. sestrojení ideálního modelu (kvaziobjektu), 2. stanovení ideálních podmínek při nichž model pracuje, 3. provádí se zamýšlená změna parametrů. Např. mechanické systémy bez tření, optické systémy bez vad, …. Didaktické zpracování - prodloužení drátu v tahu: l ~ F ; l ~ l; l ~ l ~
17
M odel jako předmětová učební pomůcka Geometrické modely: Napodobeniny v odlišném měřítku. Zachovávají podstatné znaky. Umožňují pohled dovnitř. Lze je rozebrat. Např.: modely tepelných motorů na ZP, model hydraulického lisu na ZP model Slunce-Země-Měsíc (Telurium)
18
M odel jako předmětová učební pomůcka Funkční modely Objasnění konstrukce technických zařízení. Modifikační - na sejném principu jako originál (rozkladný transformátor, model elektromotoru,…) Transformační – jiná podstata děje - analogie (tlak plynu pomocí ZP, model urychlovače – mag. pole působí na ocelovou kuličku,…) Simulační – napodobují průběh skutečného děje (modely tepelných motorů – ruční pohon+žárovka,…)
19
M odel jako předmětová učební pomůcka Realizované ideální modely Materiální konstrukce myšlenkových představ. Odrážejí teoretický poznatek abstrahovaný od reality. Např.: model atomu, krystalové mříže, model polarizované el.mag vlny, modely elektronických soustav,…
20
M odel jako předmětová učební pomůcka Velmi často používáme smíšené modely = geometrický a funkční model - model třífázového generátoru a motoru
Podobné prezentace
© 2024 SlidePlayer.cz Inc.
All rights reserved.