С чего начиналось зарождение физики как науки
Как самостоятельная наука, физика зародилась лишь в Х VII веке, но первые познания случились еще в древности. Именно тогда первобытный человек начал анализировать полученные знания об окружающих предметах. До начала Новой истории это были самые первые сведения об астрономии, механике и физиологии. Настоящая физика появилась благодаря открытиям Галилео Галилея. В 1593 году ученый опубликовал книгу «Механика» и описал в издании свои наблюдения.
В XVIII и XIX веках появились основные физические понятия: атом, масса, энергия. В ХХ столетии в науке сформировались разделы:
Зарождение науки в древности
Человек начал наблюдать за природными явлениями еще до нашей эры, когда ему было необходимо прокормить себя и свою семью. Первобытный человек, случайно наступив на край поваленного дерева, приподнял другой край ствола с весом, гораздо большим, чем вес самого человека. Он ничего не понял, но стал использовать особенность при необходимости. Так, появился простейший механизм рычаг.
Интуитивно понимая принцип рычага, первобытные люди стали применять весло или мотыгу, чтобы уменьшить силу. Письменное объяснение механизму дал в III веке до нашей эры Архимед. В Древнем Китае физика как наука начала свой отсчет в IV-VII веке до нашей эры. Ученый и государственный деятель династии Сун, Шен Куо (1031–1095) первым описал инструмент для навигации с магнитной стрелкой, установил понятие Истинный Северный Полюс.
Древнекитайский философ Мо-Цзы (470-391 г. до н. э.) попытался сформулировать Закон Инерции. Китайцы открыли законы распространения света, не связанные с его природой, которые сейчас рассматриваются в современной геометрической оптике. Мо-Цзы поведал миру о физическом принципе, где угол падения всегда равный углу отражения.
Как современная наука физика начала свое существование в первой половине ХVII столетия. Существенный вклад в ее развитие внес итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642). Разработал «систему понимания» об инерции, согласно которой объект остается в покое или в движении, пока на него не воздействует другая сила. Исследования итальянца стали основой для создания Исааком Ньютоном первого из трех законов классической механики.
В первой половине ХVII века ученые начали экспериментировать с газами. Продолжатель дела и ученик Галилея Эванджелиста Торричелли в 1643 году открыл понятие атмосферное давление, а в 1646 – ртутный барометр. При исследовании поведения газа в изотермическом процессе в 1662 году англичанин Р. Бойль и француз Э. Мариотт почти одновременно и независимо друг от друга пришли к открытию, что газ ведет себя подобно сжатой пружине. Закон Бойля-Мариота был назван в честь ученых. Гласит о том, что при постоянной температуре и массе газа произведение давления газа на его объем постоянно.
Во второй половине ХVII века стремительно начала развиваться лучевая оптика. В 1609 году Галилей изобрел полноценный прибор для наблюдения космических объектов. В 1666 году Франческо Мария Гримальди ввел в физику термин дифракция света. Немного позже, изучавший его опыты Исаак Ньютон, назвал его инфлекцией или искривлением лучей. Именно после фундаментальных исследований Ньютона появился подраздел физики абсорбционная спектроскопия. На основании своих наблюдений в 1676 году датский ученый Олаф Ремер измерял скорость света. По его расчетам составляет 3000 км в с.
Зарождение классической науки
Экспериментируя на лягушках в 1791 году, итальянский анатом и физиолог Луиджи Гальвани создал настоящий электрохимический процесс, который впоследствии привел к появлению батареек и аккумуляторов. Результаты опытов попались на глаза итальянскому ученому Алессандро Вольта. В 1800 году он поместил цинковые и медные пластинки в емкость с кислотой и соединил элементы проволокой, создав первый источник электричества. Химический источник электрического тока дал старт развитию электротехники.
Были проведены исследования по химическому воздействию на ток. В 1834 году британский физик Майкл Фарадей открыл, что вещества способны разлагаться под воздействием электричества, назвав их электролитами. В 1802 году русский физик Василий Петров создал самый большой для того времени источник электрического тока — гальваническую батарею, ему удалось получить электрическую дугу. Опыт, проведенный в 1820 году ученым Хансом Эрстедом, стал доказательством воздействия электрического тока на магнит.
В начале Х I Х века в 1803 году создал первую в истории науки таблицу относительных атомных масс. Несмотря на погрешности, дальтоновская таблица элементов стала большим шагом для развития физики и химии. На протяжении двух столетий происходило накопление знаний о макроскопических свойствах минералов, металлов и других материалов под действием механических и электрических сил.
Толчок в развитии теории о молекулярной кинетике дал Джон Максвел. В 1859 году он построил первую теорию идеального газа, в которой состояние газа задавалось не положением и скоростью каждой частицы, а функцией распределения. Назвав ее теорией вероятности, создал закон о распределении молекул в соответствие со скоростью. После этого, молекулярно-кинетическая теория сделала «огромный шаг веред», дав начало развитию статистической механики.
В 1859 году Г. Кирхгоф и Р. Бунзен заложили основы метода определения химического состава вещества по его спектру. В основу спектрального анализа положен распад белого света на составные части. До второй половины XX века возникла теория упругих колебаний и волн. Проводились исследования, которые в результате привели к получению сжиженных газов, кроме гелия. Ожижил солнечный газ в 1998 году голландский физик Хейке Каамерлинг-Оннес.
Во второй половине XX века физика вышла на новый этап развития, так как в полную силу начались исследования Космоса. Огромный скачок произошел в астрофизике, появились новые мощные телескопические приборы. Физики при помощи современного оборудования стали детально изучать физические данные различных тел во Вселенной. Они исследуют ее структуру, темную энергию и материю.
Как работает двигатель прогресса?
Глава первая. Век восемнадцатый
Изначально отдельные вопросы физики (преподававшейся по Аристотелю) изучались в рамках курса философии в двух крупнейших славяно-греко-латинских академиях: Киево-Могилянской и Московской. Только в начале XVIII века физика выделилась в самостоятельный предмет, отделившись от натурфилософии, сформировав свои собственные цели и задачи, как и приличествует настоящей дисциплине. Обучение тем не менее продолжалось на классических языках, то есть латинском и греческом, что существенно снижало количество изучаемых предметов.
Тем не менее, забегая вперед, отметим, что работа по созданию отечественной методической литературы по физике началась в России куда раньше, чем на Западе. Ведь у нас физика как учебный предмет была введена в школу в конце XVIII века, в то время как в Европе – только в конце XIX.
Пока же – Петр Первый. Эта фраза содержит в себе все: ожидание европеизации образования, его распространения и популяризации. Бороды тут ни при чем, забудьте о бородах. Повсеместное открытие новых учебных заведений позволило физике выйти на новый уровень и во второй половине XVIII века стать отдельным предметом в университетах.
 | Линия УМК А. В. Перышкина. Физика (7-9 классы) В доработанную версию УМК в конец каждой главы был добавлен обобщающий итоговый материал, включающий краткую теоретическую информацию и тестовые задания для самопроверки. Учебники также были дополнены заданиями разных типов, направленных на формирование метапредметных умений: сравнение и классификацию, формулирование аргументированного мнения, работу с разнообразными источниками информации, в том числе электронными ресурсами и интернетом, решение расчетных, графических и экспериментальных задач |
В Московском университете чтение лекций по физике с 1757 года сопровождалось демонстрацией опытов. В середине столетия оснащение университетов приборами позволило перейти от «мелового этапа» к этапу более сложному – «приборной физике», но в большинстве случаев изучение физических явлений не просто сопровождалось, но сводилось к детальному изучению приборов. Студент однозначно имел представление о принципе действия стержней, пластин, термометров и вольтова столба.
Глава вторая. Век девятнадцатый
От чего зависит успешность преподавания любого предмета? От качества программ, методов, материальной базы и языка учебников, наличия физических приборов и реактивов, уровня самого педагога.
В период, о котором мы говорим, единой программы по физике не существовало ни в школе, ни в университете. Что делали школы? Школы работали на основании материалов, которые разрабатывались в учебном округе, университеты – опираясь на курс авторитетного автора либо следуя авторскому курсу, утвержденному Коллегией профессоров.
Все изменилось во второй половине века. Уже упомянутый Физический кабинет Московского университета рос, коллекция демонстрационных приборов увеличивалась, активно влияя на эффективность преподавания. А в программе по физике 1872 года рекомендовалось давать учащимся основательные знания, для этого же «ограничиться числом фактов по каждому отделу явлений и изучать их вполне, чем иметь огромное количество поверхностных сведений». Вполне логично, учитывая, что теория физики на тот момент была логична и лишена крайне неустойчивых дилемм.
О педагогической деятельности Николая Алексеевича Любимова, выдающегося русского физика, профессора, одного из учредителей Московского математического общества, писали так: «Педагогическая деятельность Н. А. в Московском университете, несомненно, представляла значительный шаг вперед. В постановке преподавания физики приходилось начинать почти с азбуки, и доведение его до совершенства, которого оно достигло в руках Η. Α., требовало больших усилий и недюжинных способностей».Так-так, азбука – метафора или реальное положение дел? Кажется, что реальное и довольно похожее на современное положение дел во многих образовательных учреждениях.
Одним из самых популярных методов преподавания физики в XIX веке было механическое заучивание материала, в первом круге – по записям лекций, позже – по кратким учебникам. Неудивительно, что состояние знаний студентов вызывало тревогу. Тот же Николай Алексеевич довольно ясно выразился об уровне знаний гимназистов:
«Величайший недостаток учения у нас состоит в том, что оно доставляет только поверхностные сведения… Не одну сотню ответов пришлось нам слушать на экзаменах. Впечатление одно: отвечающий не понимает того, что сам доказывает».
Другой выдающийся и знакомый всем русский хирург, естествоиспытатель и педагог Николай Иванович Пирогов придерживался того же мнения, высказываясь в поддержку идеи важности не только личных качеств учителя, но методов его деятельности.
«Пора понять нам, что обязанность гимназического учителя не состоит только в одном сообщении научных сведений и что главное дело педагогики состоит именно в том, как эти сведения будут сообщены ученикам».
Понимание ошибочности такого подхода позволило перейти к принципиально новому по сравнению с веком восемнадцатым методу экспериментального преподавания. Не детальное изучение приборов и заучивание текста поставлено во главу угла, но самостоятельное получение новых знаний из анализа опытов. Список приборов Московского университета, составленный в 1854 году, насчитывал 405 приборов, большинство из них относились к разделу механики, около 100 – к разделу электричества и магнитных свойств, порядка 50 приборов – к теплоте. Стандартный набор любого кабинета и приборы, описание которых можно было бы найти в любом учебнике: архимедов винт, сифоны, ворот, рычаг, геронов фонтан, барометр, гигрометр.
Читайте по теме:
ЕГЭ по физике: решение задач о колебаниях
Устав 1864 года предписывал реальным (в приоритете предметы естественно-научного цикла) и классическим гимназиям иметь в распоряжении физические кабинеты, первым же – и химический класс в придачу. Активное развитие физики в 1860-х, ее неразрывная связь с промышленностью и развитием техники, общее повышение уровня студентов, как и количества желающих посвятить себя прикладной дисциплине, влияющей на будущее отечества, привели к «научному голоданию». Как это? Это острое ощущение нехватки специалистов, обладающих практикой научной работы. Как решить эту проблему? Верно, учить, как работать, и учить, как учить.
Первой обобщающей работой по методике преподавания физики стала книга Федора Шведова, выпущенная в 1894 году, «Методика физики». В ней были рассмотрены построение учебного курса, классификация методов и их психологическое обоснование, впервые было дано описание задач предмета.
«Задача науки методики состоит не только в развитии искусства, так сказать, виртуозности изложения, а главным образом в выяснении логических основ науки, которые могли бы послужить точкой отправления как для выбора материала, так и для порядка его расположения в каждом излагаемом курсе, цель которого предполагается намеченною».
Эта идея была прогрессивной для своего времени, более того, абсолютно не утратила своего значения и в современности.
Дореволюционный период характеризовался резким ростом числа методических изданий. Если собрать все новаторские идеи, содержащиеся в трудах Лерманова, Глинки, Баранова и Кашина, может получиться интереснейший список:
Именно расширение научных лабораторий, внедрение практик лабораторных работ в гимназическом и университетском образовании, развитие научных исследований привели к всплеску научных открытий на рубеже веков. Многие тенденции остались неизменными до наших дней, обеспечивая непрерывность и постоянное усовершенствование преподавания одной из самых важных для понимания мира дисциплин.
Глава третья. Век двадцатый
Двадцатый век можно считать не просто главой, но апогеем истории человечества. Две мировые войны, самые масштабные научные открытия, новые имена и полностью перевернувшаяся картина научного мира.
