Борисов В. В., МОУ СОШ № 22 п. Будукан
Облученский район, ЕАО, e-mail: irina_deryabina@mail.ru
Открытый урок. 10 класс (физика).
Тема урока: Механистическая картина мира.
Цель урока: обобщение темы «механика», познакомить учащихся с концепцией механицизма и механистической картиной мира.
Форма проведения урока: урок—лекция.
Ход урока:
Анализ контрольной работы.
Раздать учащимся карточки для домашней работы над ошибками.
КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНИЦИЗМА И МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА (лекция 25 мин)
Учащиеся составляют краткий конспект лекции.
КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНИЦИЗМА формируется с времен глубокой древности, когда объяснение всему сущему давалось с позиций механического движения, которое тогда рассматривалось как универсальное и распространяющееся на все явления и процессы. В основном античные мыслители пытались создать качественную теорию с опорой на установки ведущих философских школ той эпохи. Поиски количественных характеристик не велись, а все усилия были сосредоточены на объяснении явлений и процессов путем сравнения и сопоставления. Существовали две разновидности античного механицизма: кинетическая и динамическая. Кинетический механицизм утверждал, что материи свойственно самодвижение и что нет каких-либо начал движения, не связанных с материей. Принцип самодвижения явился базой для возникновения учения о несоздаваемости и неуничтожаемости материи (Левкип, Демокрит, Эпикур, Лукреций и др.). Сторонники кинетического механицизма считали, что в мире нет ничего, кроме движущейся материи. Например, по утверждению Гераклита все сущее течет и ничто не остается на месте
Динамический механицизм базировался на идее, что материя сама по себе может пребывать только в покое и ей чуждо самодвижение. Движение вызывается активными началами – силами, действующими извне. Например, Эмпедокл утверждал, что причина движения две противоборствующие силы – любовь и вражда. Первопричиной движения Аристотель считал силу, которая должна постоянно поддерживать движение (нет сил – нет движения), и в своих рассуждениях он высказал идею, что величина действующей силы пропорциональна скорости и весу тела (однако, до практического измерения сил дело не дошло). Парадоксы Зенона показали, что представления о пространстве и времени противоречивы и сложны, а следовательно не отражают реальное состояние вещей, что истинное бытие неподвижно и находится вне пространства и времени. Во времена античности был накоплен большой массив информации об окружающем мире, но эта масса фактического материала еще не представляла из себя целостной и единой системы знаний. Философы и историки Естествознания XVII век считают переломным в развитии классической механики. Другими словами, в средневековье на основе механического описания Природы под влиянием метафизических материалистических представлений и античной картины мира (Демокрит, Эпикур, Аристотель, Лукреций) сформировалась МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА (МКМ), ознаменовавшая становление физики как науки в современном смысле этого слова [10, c.337-338]. Основы МКМ были заложены в XYI-XYII веках Т. Браге, И, Кеплером, Г. Галилеем, Р. Декартом, И.Ньютоном. «При построении классической механики впервые был воплощен идеал научной теории, существующий и поныне. С появлением механики Ньютона было окончательно понято, что задача науки состоит в отыскании наиболее общих количественно формулируемых законов природы»
На базе МКМ удалось весьма точно рассчитать движение небесных тел (Луны, комет, планет, Земли), предсказать затмения Луны и Солнца, объяснить причины приливов и отливов, вычислить величины космических скоростей для Земли, определить скорость света при наблюдении спутников Юпитера (Ремер), открыть существование новых планет (Нептун, 1846), найти причины и понять механику многих природных процессов и явлений.
В средние века постепенно оформляется и КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНИЦИЗМА, позволившая представить окружающий мир как механическую систему. С позиций этой концепции формируются специфические представления о материи, пространстве, времени и движении. Пространство выступает как пустое вместилище тел, у которого нет свойств, которое не зависит от движущейся материи и ее свойств, которое не влияет на характер движения. Абсолютное пространство, представление о котором сформировалось в результате постепенного и все более широкого обобщения и видоизменения понятий геометрии евклидова трехмерного пространства. “Пространственными характеристиками являются положения относительно других тел (координаты тел), расстояния между ними, углы между различными пространственными направлениями (отдельные объекты характеризуются протяженностью и формой, которые определяются расстояниями между частями объекта и их ориентацией)” [9, с.117]. Понятие абсолютного пространства идет от Демокрита, Эпикура, Лукреция, которые пустое пространство рассматривали как неподвижное, непрерывное, однородное (в пространстве нет выделенных точек с особыми свойствами), изотропное (у пространства нет ни каких особых свойств по всем его направлениям), проницаемое и бесконечное, обладающее тремя измерениями.
Однородное время рассматривается вне связи с пространством и свойствами движущейся материи, принимая при этом абсолютный характер как и пространство. Абсолютное равномерно текущее время от прошлого к будущему, универсальное и одномерное, непрерывное и бесконечное, характеризующее длительность событий и их очередность («вместилище событий», которые его заполняют, но могут и не заполнять).
Поскольку все происходит в пространстве и времени, то пространственные и временные параметры присущи описанию всего сущего. В размерности всех физических величин входят пространственная и временная единицы - метр и секунда. Можно изменить знаки параметров пространства и времени на обратные и получить описание обратного процесса, что не противоречило принципам этого описания. «Иными словами, в механике рассматриваются лишь обратимые процессы, что значительно упрощает действительность» [13, c.58].
В механистической картине мира материя представлена только в виде вещества, которое состоит из совокупности хаотически двигающихся и взаимодействующих частиц. Поле вводится как чистая абстракция, как вспомогательное понятие (эфир) для объяснения взаимодействия, процессов движения и различных других аспектов физических явлений. Любое движение сводится к механическому движению. Масса выступает как мера гравитационных и инерционных свойств материальных объектов и т.п. Следовательно, философским базисом для механистической картины мира явились классический механицизм и атомизм. В качестве принципов в этой картине мира используются принцип относительности Галилея, принцип инертности всех материальных объектов, принцип действия-противодействия, принцип дальнодействия, принцип причинности и другие.
Описание Природы на уровне механики складывается из совокупности трех подуровней описания (кинематического, динамического и энергетического), которые соответствуют друг другу и взаимосвязаны по структуре (строению) и по функциям. Этот комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих подуровней познания реальности позволяет обеспечить целостность описания изучаемого объекта и избежать односторонности в рассмотрении вопросов и проблем. Каждый из этих подуровней описания зародился в недрах предшествующих и служит содержательной базой для последующих. Описание на уровне динамики базируется на основных положениях и характеристиках кинематического уровня, а в содержании энергетического уровня используются характеристики двух предшествующих уровней.
В процессах дальнейшего развития аппарата описания на уровне механики от античности и до нашего времени можно проследить действие общеприродной закономерности системно-динамической комплементарности – баланса консервативности и изменчивости системы [14, с.54]. Эта совокупность знаний в общем сохраняется в том виде, в каком она была представлена в XVII-XVIII вв., но со временем в нее включаются все новые знания и факты, органично вплетаясь в структуру уже имеющегося содержания. Например, в настоящее время даже в учебниках, раскрывающих только основы элементарной физики, в разделе динамики указывают на материальную передаточную среду (принцип близкодействия), а на энергетическом подуровне, кроме законов сохранения импульса и работы, широко используется понятие энергии, введенное в физику лишь в XIX веке.
Гелиоцентрическая модель Коперника и механистическая картина мира, основанная на классическом механицизме и атомизме, на концепции МЕХАНИЦИЗМА, на много десятилетий определили дальнейшее развитие системы естественнонаучных знаний. Роль механики в процессе развития естественнонаучных знаний и как важного элемента современной системы знаний трудно переоценить. Важным стимулом для развития механистического уровня послужили запросы развивающегося производства и техники. В настоящее время неизмеримо шире стал диапазон исследований в этой области физики, открылись совершенно новые направления работы и ускорился темп развития этой системы, прочнее стали связи механики с техникой и производством, совершенствуется применяемый математический аппарат, широко внедряются в исследования вычислительная техника и ЭВМ.
Однако, каждое описание имеет свои границы применения, за рамками которых это описание теряет свой смысл. Если какая-то природная система может быть описана законами классической механики, то из этого еще не следует, что каждый элемент системы подчиняется действию этих законов. Достижения естественных наук в XIX-XX вв. ярко показали ограниченность любого описания Природы, на примерах безуспешных попыток описания с позиций механики электромагнитных, химических, биологических и социальных явлений. В науке неуместна любая абсолютизация, так как все человеческие описания реальности и возникающие благодаря им представления есть лишь модели, которые воспроизводят только некоторые характерные черты (свойства) изучаемого объекта, и следует всегда строго учитывать степень соответствия этих моделей реальности. Использование нескольких описаний одного и того же объекта позволяет недостатки одного способа компенсировать достоинствами другого описания, избежать односторонности и получить более достоверные знания о действительности. Теория познания исследует основные закономерности построения чувственных и логических моделей, более адекватно описывающих реальность, использование которых позволяет исследователям избежать абсолютизации получаемых данных и многих традиционных ошибок и погрешностей при описании действительности, понимать ограниченность человеческих представлений об окружающем мире. «Многие учения схожи с оконным стеклом. Мы видим истину сквозь него, но оно же и отделяет нас от истины» [Джебран Халиль Джебран].
IV. используя конспект лекции, предложить учащимся на уроке ответить на поставленные вопросы (раздать учащимся распечатку вопросов)
В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и
Что следует понимать под термином “Концепция”? Чем концепция отличается от принципа, закона, правила, идеи? Поясните свое мнение примерами.
Дайте определение механическому движению и приведите примеры механического движения из окружающей среды.
Назовите пространственные кинематические характеристики механического движения и дайте им определения.
В чем различие основных и производных кинематических характеристик?
В чем состоит принципиальное отличие описания реальности на динамическом уровне от описания на кинематическом уровне?
Назовите динамические характеристики механического движения.
Что описывают динамические характеристики механического движения?
Что описывает 1-й закон динамики?
Дайте определение инерциальной системы отсчета.
Что описывают 2-й и 3-й законы динамики?
Назовите меры механического движения.
На базе какого принципа был сформирован закон сохранения энергии?
Что характеризует понятие механической работы?
В каких случаях механическая работа считается отрицательной величиной?
Что явилось философским базисом механистической картины мира?
На каких принципах базируется механистическая картина мира?
Какая концепция реализуется при описании мира с позиций механики? В чем сущность этой концепции?
З а д а н и я д л я с а м о с т о я т е л ь н о й р а б о т ы:
а) В виде одной обобщающей блок-схемы отразите содержание материала всей данной лекции
б) В виде блок-схемы представьте механистическую картину мира и дайте к ней минимальные письменные пояснения
Т е м ы р е ф е р а т о в (по желанию учащихся)
1. Механика от античности до наших дней.
Механистическая картина мира и ее атрибуты.
Рекомендованная л и т е р а т у р а
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 4.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 5.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 8.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 10.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 12.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 15.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 16.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 21.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 27.
Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 30.
Кудрявцев П.С. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1974.
Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания.- М.:ЮНИТИ, 1997.
Физический энциклопедический словарь Т.4. – М.: Советская энциклопедия, 1965.
