Научные методы познания окружающего мира; роль эксперимента и теории в процессе познания природы; моделирование явлений и объектов природы.

Ответы по физике профильный уровень Билет № 1

Основоположником научного метода исследований природы был Г. Галилей. В экспериментальном методе выявление существенных свойств и признаков объекта производится путем целенаправленного воздействия на этот объект, явления природы исследуются в контролируемых и управляемых условиях. В теоретическом методе осуществляется опосредованное познание объекта на основе соответствующей математической модели. Экспериментальный метод включает в себя теоретическую и практическую подготовку эксперимента: а) формулирование гипотезы; б)постановку вопроса; в)выдвижение познавательной задачи; г)создание экспериментальной установки или экспериментального оборудования; д)проведение эксперимента в необходимых исследователю условиях; е) фиксация результатов, проведение нужных измерений; ж) анализ данных эксперимента, описание открытого явления и его свойств, формулирование научного вывода или положения. Физический эксперимент, хотя и связан с наблюдением, не менее существенно отличен от него. Экспериментатор всегда, прежде чем предпринять опыт, ставит вопрос о его целесообразности».

В ходе эксперимента не только воспроизводится явление, но и исследуется его зависимость от сопутствующих условий и от параметров, производятся измерения. Различают 2 вида научного эксперимента - исследовательский и критериальный. Исследовательский эксперимент носит проблемный характер. В критериальном эксперименте исследователь отправляется от определенной гипотезы, нацеливающей его на получение ожидаемого результата. Результаты критериального эксперимента приводят к выводам об истинности или ложности исходной гипотезы.

Основные этапы познания при изучении физических явлений: 1. Наблюдение явления – отправная точка учебного процесса. Наблюдение явления должно происходить в ходе хорошо и выразительно поставленного демонстрационного опыта. 2. Качественный анализ изучаемого явления и выявление его связей с другими явлениями. На стадии качественного анализа: а) устанавливается связь данного явления с ранее изученными явлениями; б) фиксируется однородность определенных признаков и связей, но не выясняется конкретная структура этих связей. 3.Введение величин, характеризующих изучаемое явление. 4.Определение понятия. Дать определение физической величины 5. Физическая теория. Ознакомление с явлением и его объяснения с позиций существующей и уже изученной теории. Экспериментальный метод выступает как компонент физического образования, а также как источник знаний и как метод обучения.
С этим приемом связан метод моделирования, получивший особое распространение в современных условиях. Этот метод основан на принципе подобия. Его сущность состоит в том, что непосредственно исследуется не сам объект, а его аналог, его заместитель, его модель, а затем полученные при изучении модели результаты по особым правилам переносятся на сам объект.
Моделирование используется в тех случаях, когда сам объект либо труднодоступен, либо его прямое изучение экономически невыгодно и т.д. Различают ряд видов моделирования:
1. Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. Например, модель моста, плотины, модель крыласамолета и т.д.
2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. Примером могут служить электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений.
3. Знаковое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Роль знаковых моделей особенно возросла с расширением масштабов применения ЭВМ при построении знаковых моделей.
4. Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.
5. Наконец, особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Этот вид моделирования свидетельствует о том, что нет жесткой грани между методами эмпирического и теоретического познания.
С моделированием органически связана идеализация - мысленное конструирование понятий, теорий об объектах, не существующих и не осуществимых в действительности, но таких, для которых существует близкий прообраз или аналог в реальном мире.