Урок. Зародження фізики як науки

УРОК № 1

Зародження й розвиток фізики як науки

Мета уроку:

Навчальна. Провести первинний інструктаж з БЖД під час уроків фізики; дати учням уявлення про зародження та розвиток фізики як науки, показати важливість фізичних знань в розвитку сучасного світу.

Розвивальна. Розвивати логічне мислення та пізнавальні навички учнів.

Виховна. Виховувати почуття патріотизму, бажання вивчати природничі науки.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Урок можна розпочати зі слайд-шоу, яке складається з фотографій наукових установ України, вчених, і відповідно машин і механізмів, електропобутових приладів, які були розроблені або удосконалені в нашій країні. Після перегляду слайдів учитель наголошує, що, вивчаючи протягом трьох років фізику, учні уже мають певну систему фізичних знань, щоб усвідомити значення фізики для пояснення навколишнього світу та життєдіяльності людини.

ІІ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНЛЇ ДІЯЛЬНОСТІ.

Історія відкриттів це поступове накопичення знань  в галузі астрономії, математики,  поряд з абсолютно фантастичними уявленнями про природу. Поступове накопичення знань сприяло відкриттям в техниці, землеробстві, животноводстві, що в свою чергу сприяло подальшому розвитку науці.

Розвиток суспільних трудових відносин створював передумови для зародження цивілізацій. Вирішальну роль тут зіграло землеробство. Отримання сталих врожаїв, сприяло створенню поселень.  Такі поселення, а потім і цивілізації  виникли в долині Нілу, в Межиріччі Тигру і Євфрату, в деяких інших регіонах. У IV тисячолітті до н.е. там виникли перші рабовласницькі держави. Система зрошуваного землеробства, видобуток і обробка металів, пов'язаний з цим розвиток техніки виготовлення знарядь створили передумови для виникнення складного суспільства з розвиненою економікою. Громадські потреби привели до появи писемності, а також до виникнення астрономічних і математичних знань.

Високого рівня досягли вавилонська математика і астрономія. Вавилонянам була відома теорема Піфагора, вони вміли обчислювати квадрати і куби, квадратний корінь, вирішувати квадратні рівняння і системи рівнянь. Оскільки  у єгиптян і вавилонян першочерговими були потреби в господарській та будівельній галузі відкриття в математиці носили прикладний характер. Вражають такі відкриття Єгиптян:

• в галузі астрономіїї для визначення часу початку повеней;
• розробка календару, який складався з 12 місяців по 30 днів і 5 додаткових днів в році.

Фізика – це не тільки наукові відкриття, а і наукові суперечки, подвиги.

Президент академії наук України  Б.Є. Патон (14.11.1918-19.08.2020) казав: «Україні після багатьох років економічної стагнації та соціального занепаду знов буде потрібна сильна власна наука, свої талановиті вчені, інженери, висококваліфіковані фахівці, які неодноразово доводили свою здатність продукувати і впроваджувати у всі сфери життя нові знання, технології, виробничі та управлінські новації. В сучасному світі ці джерела економічного зростання і соціального поступу за своєю ефективністю, як відомо, набагато випереджають будь-які інші. Вони визначають і могутність країни, і благополуччя її народу, і повагу до неї в світі».

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Україна є незалежною державою понад 30 років. Незважаючий на цей молодий вік,  наша країна є передовою в багатьох галузях: розробка енергетичного обладнання, IT-технології, тощо.  Національна академія наук України-це сузір’я науких установ і науковців.  Які наукові установи і розробки, в яких приймали  участь  вчені України,  Ви знаєте? Як Ви вважаєте які напрямки науки слід розвивати нашій країні в сучасних умовах?

Учні замислюються, а що вони  взагалі знають про наукові відкриття в Україні.

Історія сучасної науки, і фізики в тому числі, це відкриття вже не окремих людей, які досліджують, що їм цікаво, а  згуртована колективна праця багатьох наукових установ   України, Європи, США. А яким Ви бачите сучасного науковця України ? Які першочергові цілі сучасні науковці, як Ви вважаєте, повинні ставити перед собою.

Хто ж ці люди, чиї імена нерозривно пов'язані з відкриттями в фізиці ?  Сьогодні ми з Вами проаналізуємо основні етапи розвитку фізики, згадаємо науковців, чиї відкриття стали основою для її подальшого розвтику.

Для розуміння вкладу вчених України в розвиток країни учням надається додаткова інформація.

Розвиток нашої країни в сучасних реаліях невідривно пов’язиний зі становленням науки. Як це відбувалось, хто ці люди, завдяки яким наша країни є сучасною, прогресивною в окремих галузях? Про це ми сьогодні з вами поговоримо.

ІІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ І МЕТИ УРОКУ.

Учитель повідомляє тему уроку і  просить учнів самостійно сформулювати мету уроку і, якщо потрібно, вносить корективи у їхні відповіді.

IV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Становлення науки в цілому безпосередньо пов’язано з витками історії.  Ви вичаєте фізику вже 3 рік, давайте з Вами обговоримо, які відкриття передували той чи іншій епосі.

А що Ви знаєте про становлення науки в незалежній Україні? Давайте про це поговоримо!

Проголошення незалежності кардинально змінило умови розвитку вітчизняної науки, трансформувало цілі галузі знання — як соціально-гуманітарні науки (зокрема історію, політичні науки, соціологію, економіку й філософію), так і деякі точні науки й науково-технічні дисципліни (програмна інженерія, прикладна математика тощо). З одного боку, пострадянська криза в економіці згубно позначилася на академічному секторі, який утілює фундаментальну науку: радикальне скорочення фінансування і державної підтримки зумовило призупинення досліджень, падіння престижу академічної науки, міграцію перспективних вчених за кордон або перехід у комерційні структури. З іншого — завдання утвердження суверенної Української держави потребувало серйозних досліджень державотворчого досвіду українства, правдивого відтворення історичного минулого, переосмислення політичних, культурних, ідейних, наукових здобутків, замовчуваних або фальсифікованих за радянської доби, що стимулювало науково-гуманітарні розвідки. Відтворення історії української науки стало не тільки завданням національної ваги, а й чинником заснування та відродження державних і громадських інституцій, наукових осередків і шкіл, формування національної самосвідомості, галуззю освітньої діяльності.

У добу незалежності Академія наук України зберігає статус найбільшої самоврядної наукової інституції, яка зорганізовує і здійснює фундаментальні та прикладні наукові дослідження з природничих, технічних і соціогуманітарних наук.

Поряд із академічними структурами наукову діяльність в Україні здійснюють університетські підрозділи та спеціальні дослідницькі організації, підпорядковані окремим міністерствам. Станом на 2021 більшість науковців є науково-педагогічними працівниками закладів вищої освіти (у 2020 році  в Україні діяло близько 280 університетів, академій та інститутів різних форм власності).

В Україні продовжують діяльність наукові школи з прикладного аналізу, математики, інформатики, інформаційних технологій, медицини, ядерної фізики, фізики твердого тіла, фізики напівпровідників, хімії, радіоелектроніки, матеріалознавства, засобів зв’язку та телекомунікацій, біотехнології, агропромисловості тощо. Україна входить до вісімки країн світу, які спроможні забезпечити повний цикл проектування та виробництва авіакосмічної техніки.

Провідним центром фундаментальних і прикладних наукових досліджень у галузі енергетики та машинобудування є інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (ІПМАш). В інституті проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України чл-корр. НАН України Костіковим А.О.  запропонована методологія розв’язання геометричних обернених задач теплопровідності, яка дає можливість визначати геометричні параметри досліджуваних об’єктів під час їх діагностики або проектування. Інститут також займається дослідженнями в галузі  паливних енерготехнологій. Академік Інженерної академії України, лауреатом премії імені Г.Ф. Проскури НАН України  Кравченко О.В. розроблено принципово нову методологію гідрокавітаційної активації рідких гомогенних та гетерогенних середовищ, створено обладнання для здійснення процесів часткових низькотемпературного крекінгу (розкладання нефтяних продуктів) та гідрокрекінгу вуглеводнів, а також одержання нових типів рідких і суспензійних композиційних палив з покращеними фізико-хімічними властивостям. Моделювання та ідентифікації нелінійних теплових процесів теплофізики є пріорітетним напрямком багатьох наукових установ. В ІПМаш під керівництвом академіка НАН України Ю.М. Мацевитого  знаходить подальший розвиток теорія обернених задач теплопровідності, що є основою ідентифікації теплових процесів і діагностики теплового стану енергетичного обладнання.

В галузі технології отримання і практичного використання лазерних кристалів тугоплавких оксидів тощо, високих результатів на світовому рівні досяг Інститут монокристалів НАН України. Директором інституту монокристалів НАН України І. М. Притулою здобуті пріоритетні наукові результати, які стосуються визначення механізмів формування структурних дефектів у кристалах , механізмів приєднання в ці кристали наночастинок металооксидів та молекул органічних барвників, встановлення закономірностей радіаційно-індукованих змін електронних властивостей кристалів, виявлення особливостей структури, оптичних, нелінійно-оптичних властивостей композитних систем. 

Для  забезпечення ефективного економічного і соціального розвитку України, її обороноздатності та національної безпеки в Фізико-технічному інституті низьких температур ім. Б.І. Вєркіна Національної академії наук України (ФТІНТ) проводять фундаментальні та прикладні дослідження в галузі фізики та математики на світовому рівні, маючи на меті отримання принципово нових знань та пошук шляхів їх втілення у практику з метою якомога швидшого реагування на виклики сьогодення; збереження та підвищення ролі вітчизняної науки як важливого чинника модернізації країни. ФТІНТ виконує роботи в галузі космічного матеріалознавства. Зокрема, розроблено комплекс для дослідження фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів у широкому інтервалі температур (до гелієвих включно), який імітує основні фактори космічного простору. Доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України, Лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки,  Лауреат премії НАН України імені Б. І Вєркіна.  директор  фізико-технічного інституту низьких температур імені б. І. Вєркіна НАН України Ю. Г. Найдюк веде активне співробітництво зі вченими Європи, США та Китаю, куди регулярно отримує запрошення для проведення спільних досліджень Основними напрямами наукової діяльності Ю. Г. Найдюка є дослідження взаємодії електронів провідності з квазічастинковими збудженнями у твердих тілах за допомогою метода  мікроконтактної спектроскопії; дослідження сильнокорельованих електронних систем та мікроконтактна спектроскопія актуальних надпровідників, в тому числі таких перспективних як диборид магнію, рідкоземельні нікель-борокарбідні сполуки, новітні залізовмісні надпровідники та топологічні напівметали тощо. Ю. Г. Найдюк досліджує електронний транспорт в точкових контактах при надвисоких густинах струму та сильних електричних полях при низьких температурах, процеси перенесення заряду в нанорозмірних структурах на основі магнітовпорядкованих сполук та матеріалів.

Провідною науковою установою, яка займається дослідженнями в галузі теплоенергетики, високофорсованого теплообміну, тепломасопереносу, гірничої теплофізики, теплометрії, теплового захисту високотемпературних пристроїв є Інститут технічної теплофізики НАН України. Наразі основними напрямами науково-технічної діяльності Інституту є: теплофізичні дослідження у теплоенергетичному устаткуванні при використанні традиційних, відновлюваних та альтернативних джерел енергії та розроблення методів підвищення його ефективності, надійності та екологічної безпеки; теорія тепломасообміну та її застосування для підвищення ефективності процесів передачі та використання теплоти в машинах і апаратах нової техніки; теорія переносу теплоти та речовини для підвищення енергоефективності діючих та розроблення принципово нових ресурсозберігаючих теплотехнологій; теорія вимірювання теплових величин та створення нових теплофізичних приладів і систем моніторингу стану технічних об’єктів та технологій. Інститут технічної теплофізики НАН працює в галузі енергетики, виконує роботи для промисловості та аграрно-промислового сектора. Співпрацює з НАК Нафтогаз «України», ПАТ «Київенерго», ДП НВКГ «Зоря» ─ «Машпроект», Державним конструкторським бюро «Південне» ім. М.К. Янгеля та іншими організаціями і підприємствами. Директор інституту технічної теплофізики НАН україни, академікНАН України Снєжкін Ю.Ф. розробив засоби і технології ефективного використання теплоти у процесах зневоднення матеріалів.

Заповніть таблицю, керуючись принципом – «найважливіші відкриття».

Проблемне питання

Вирішення задач екології при дослідженнях в галузі фізики: вплив вибухів на стан атмосферного повітря міста .

 Україна давно має проблеми з якістю повітря. Головним джерелом забруднення є викиди з промислових підприємств – вони становлять 65% від усіх шкідливих речовин, що потрапляють у повітря. Втім, для кожного окремого міста джерела забруднення можуть відрізнятися, так було до початку повномасштабного вторгнення. Ведення активних бойових дій на території України серйозно погіршує якість повітря. Наслідки від цього можуть мати довгостроковий негативний вплив на наше здоров’я. 

Пригадайте, а які Ви  знаєте сучасні розробки, які допомогли вирішити екологічні проблеми?

V. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

Запитання до класу

1.  Яку структура має Національна академія наук Украни?

2.  Хто нині очолює Національну академію наук Украни?

3.  Назвіть  дві  наукові установи України, які є на Вашу думку провідними. Чому?

4. Наведіть приклади відкриттів в області фізики, які набули практичного значення?

Вправа № 1

Без применшення можна сказати, що теплові явища представлені важливою складовою в природі. Досліджуючи природні явища, вченим декілька століть тому здавалось, що теплові явища» абсолютна, нова наука. Але в сучасному світі слово «теплота» має багато значень. Теплові явища ми пояснюмо з точки зори  молекулярної будови речовин. Це все те, що пов’язано із зміною температури фізичних тел. Вивченням даних процесів займається молекулярна фізика і термодинаміка, з допомогою методів статистики і кінетики спостерігають рух атомів. У природі це можна побачити, коли тане лід, кипить вода, плавиться метал, світить сонце і відбуваються інші подібні процеси.

Згадайте які фазові переходи Ви знаєте?

 Теорія теплових явищ стала основою для багатьох практичних застосувань. Погляньте уважно навколо себе, може якісь з цих відкриттів Вас навіть оточують! Згадайте які Ви знаєте?!

VІ. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Інтерактивна вправа «Незакінчені речення».

Спочатку учні поділяються на декілька груп одна група складає речення, друга його закінчує.

 Учні намагаються закінчити речення.

- «На сьогоднішньому уроці я дізнався…»,

- «Пріорітетними напрямками науки в Українє є»,

- «Я вважаю, що для становлення держави України найближчим часом необхідно розвивати такі галузі..........................., для того щоб отримані результати застосувати в ................».

VIІ. Домашнє завдання