ШКОЛЬНЫЙ КЛАСС КАК СРЕДА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Кириллов Андрей Михайлович, г. Сочи,
учитель физики МОБУ гимназия № 44

ШКОЛЬНЫЙ КЛАСС КАК СРЕДА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Введение

Человечество в любых областях своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и явления недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень медленные или очень быстрые явления и др.).

В физике это, например, явления связанные молекулярной и атомной структурой вещества, электрические и тепловые явления и др.

Возьмем в качестве среды для моделирования школьный класс и создадим несколько моделей известных физических явлений. В этом случае каждый ученик класса представляется нами как малая частица, а весь класс — как совокупность большого числа малых частиц.

1. Газы, жидкости, твердые тела

1.1 Физические свойства

            Газы отличаются тем, что их молекулы находятся друг от друга на расстояниях в среднем много превышающих размеры молекул. Газ занимает весь предоставленный ему объем, молекулы газа хаотически движутся во всех направлениях, мало взаимодействуя друг с другом.

В жидкостях молекулы «упакованы» плотно. Как следствие, жидкость имеет постоянный объем. Молекулы жидкости длительное время находятся в определенном месте (положение равновесия), совершая около него хаотические колебания. Это, так называемые, «оседлые положения». Однако молекулы жидкости время от времени могут менять оседлые положения (с этим связано свойство текучести жидкости).

В твердых телах молекулы так же располагаются плотно. Колеблются около некоторых положений равновесия, но менять их не могут. Если это кристалл, то такие положения распределены в пространстве периодично и называются узлами кристаллической решетки.

1.2 Модели

            Школьный класс на перемене – это модель газа. Школьники занимают весь предоставленный им объем («растекаются» по зданию школы), общий характер движения – хаотический.

Класс на уроке физкультуры – модель жидкости. Учащиеся находятся в ограниченном пространстве (спортзал). Играя, например, в волейбол находятся некоторое время около некоторого положения равновесия, совершая около него движения. Затем это положение меняется.

На уроке, например, физикимодель твердого кристаллического тела. Ученики не покидают своих мест, совершая мелкие движения около них. Существует периодичность в расположении учеников (ряд, парта в ряду).

2. Фазовые переходы

2.1 Плавление

            Плавление – процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. При этом атомы (молекулы) покидают положения равновесия, и вещество приобретает свойство текучести.

Моделью плавления можно считать поведение класса сразу же после звонка с урока. Ученики покидают свои места (положения равновесия) и «текут» к выходу из кабинета.

При звонке на урок происходит обратная ситуация: происходит «отвердевание» (кристаллизация) – ученики занимают свои места за партами.

2.2 Парообразование

            В процессе парообразования происходит переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Атомы (молекулы) становятся более подвижными, двигаются хаотически и удаляются на значительные расстояния друг от друга.

Поведение класса за дверьми школьного кабинета после звонка на перемену – модель парообразования.

Обратный процесс, конденсация, моделируется случаем, когда класс входит с перемены на урок в школьный кабинет

3. Электрические явления

Хорошо известна гидродинамическая модель для явлений, связанных с протеканием электрического тока. В этой модели аналогами, например, проводника являются трубы, а источников тока – насосы.

Построим «классную» модель некоторых электрических явлений.

3.1 Электрическое сопротивление

            Известно, что причиной сопротивляемости металлов протеканию электрического тока является «рассеяние» электронов на узлах металлической решетки. С увеличением температуры сопротивление металлов растет, что связано с увеличением амплитуды тепловых колебаний атомов в узлах решетки и, соответственно, к увеличению вероятности рассеяния электронов.

Представим, что ученик (электрон) должен пройти через толпу неподвижно стоящих одноклассников (металлическая решетка). Ученик легко будет находить промежутки между одноклассниками и пройдет сквозь толпу, испытывая некоторые отклонения от прямолинейного направления. Так же и электрон движется в металле, испытывая его сопротивление.

Теперь представим, что каждый одноклассник в толпе начинает совершать беспорядочные движения (влево-вправо, вперед-назад и т.п.) около некоторого положения. Тем самым мы моделируем тепловые колебания атомов в металлической решетке. В этом случае ученику уже труднее пробраться сквозь толпу, ему то и дело придется сталкиваться со своими одноклассниками. Сопротивление повысилось.

Повышение температуры моделируется увеличением амплитуды беспорядочных движений учеников в толпе. Вероятность столкновений (рассеяния) увеличивается – увеличивается сопротивление.

Заключение

            Подобное моделирование физических явлений «оживляет» интерес учеников, заставляет их «включиться» в тему, «подключает» их фантазию. Такие модели дают возможность ученикам посмотреть на физические явления с необычной точки зрения. Всё это помогает развивать и удерживать интерес к изучению физики, стимулирует творческие способности учащихся.



Дата публикации: 14.10.2012