симметрию

Развитие методики преподавания
междисциплинарных курсов на
примере темы:
“Симметрийные свойства”.
Доклад подготовила
студентка 5 курса
Широкая Оксана
Научные руководители:
доцент КТВФ, к.ф.-м.н. Е.Я.Файн
профессор КОФ, к.ф.-м.н. Л.М.Монастырский
Ростов-на-Дону
2010г.
Слово «естествознание» (<естество – природа) означает знание о природе, или
природоведение. В древнегреческом языке слову природа очень близко слово
«физис».
В настоящее время имеются два определения естествознания.
1. Естествознание – наука о природе, как о единой целостности.
2. Естествознание – совокупность наук о природе, взятое как единое целое.
Первое определение говорит об одной единой науке о природе, подчеркивая
единство природы, ее нерасчленимость.
Второе говорит о естествознании как о совокупности , т.е. множестве наук,
изучающих природу.
К естественным наукам относят физику, химию, биологию, космологию,
астрономию, географию, геологию и частично психологию. Кроме того,
существует множество наук, возникших на стыке названных (астрофизика,
физическая химия, биофизика и т.д).
Целью естествознания, в конечном счете, является попытка решения так
называемых «мировых загадок», сформулированных еще в конце 19-го века Э.
Геккелем и Э.Г. Дюбуа-Реймоном. Вот эти загадки, две из которых относятся к
физике, две – к биологии и три – к психологии (см. рис.1):
В середине 19-го века немецкий химик Кекуле составил иерархическую
последовательность наук по степени возрастания их сложности (а точнее, по
степени сложности объектов и явлений, которые они изучают).
Такая иерархия естественных наук позволяла как бы «выводить» одну науку из другой.
Так физику называли механикой молекул, химию, физикой атомов, биологию – химией
белков или белковых тел. Эта схема достаточно условна. Но она позволяет пояснить
одну из проблем науки – проблему редукционизма.
Редукционизм (<лат. reductio уменьшение) – это стремление описать более сложные
явления языком науки.
Цель изучения естествознания:
-ознакомление школьников с парадигмой современного естествознания;
-формирование общих представлений о тенденциях и направлениях развития естественных
наук;
- формирование целостного взгляда на окружающий мир.
Задачи курса:
-усвоение фундаментальных законов современного естествознания;
-изучение научных методов познания природы;
-формирование естественнонаучного мировоззрения и современного мышления;
-формирование целостного восприятия естественнонаучной картины мира;
-развитие у школьников навыков самостоятельной работы со специальной литературой и
умения анализировать полученные результаты.
Использование полученных знаний
В результате изучения материала курса школьник должен:
- иметь представление о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции;
- о фундаментальном единстве естественных наук;
-об основных этапах развития естествознания и особенностях современного
естествознания;
-об основных достижениях и перспективах развития современного естествознания;
-о процессах и явлениях, происходящих в живой и неживой природе;
-об иерархии структурных элементов материи от микро- до макро- и мегамира;
- понимать возможности современных научных методов познания природы и владеть
ими на уровне, необходимом для решения задач;
- знать фундаментальные законы современного естествознания;
- иметь научное знание о здоровом образе жизни, владеть умениями и навыками
физического самосовершенствования.
Методика преподавания
междисциплинарных курсов.
ЦЕЛИ
- рассмотреть основные принципы, особенности содержания и
методы технологии междисциплинарного обучения;
- научиться планировать и разрабатывать уроки, направленные
на раскрытие индивидуальности ребёнка, развитие его
творческой личности, системного мышления и целостного
миропонимания;
- разработать и обсудить серию уроков по разным учебным
предметам с применением технологии МДО.
Цели образования в российской школе законодательно утверждены Законом РФ “Об
образовании”.
В соответствии с законом нужно обеспечивать в частности:
-формирование у обучаемого адекватной современному уровню знаний картины мира;
-формирование человека-гражданина, интегрированного в современное ему общество и
нацеленного на совершенствование этого общества.
Таким образом, необходимо обеспечить:
-развитие личности ученика: наблюдательности, умения воспринимать и перерабатывать
информацию, делать выводы образного и аналитического мышления;
-умение применять полученные знания для анализа наблюдаемых процессов;
-развитие творческих способностей учащихся;
-раскрытие роли физики в современной цивилизации;
-помощь выпускникам школы в определении профиля их дальнейшей деятельности.
Симметрийный свойства.
«...быть прекрасным значит быть
симметричным и соразмерным.»
Платон
• «Упорядочение целого есть
превращение целого в
гармонию, а определенное
строение гармонии есть
симметрия, пропорция,
ритм».
•
Платон
“Стоя перед черной доской и
рисуя на ней мелом разные
фигуры, я вдруг был поражен
мыслью: почему симметрия
понятна глазу? Что такое
симметрия? Это врожденное
чувство, отвечал я сам себе. На
чем же оно основано?”
Л.Н.Толстой
«Cимметрия это идея, с
помощью
которой человек
веками пытался
объяснить и
создать порядок,
красоту и
совершенство».
Герман Вейль
Цели и задачи
1. Развитие широких познавательных интересов;
2. Развитие целостной картины мира (понимание мира как
единого взаимосвязанного целого) и системного мышления у
детей;
3. Развитие способностей к самостоятельному приобретению
знаний
и
исследовательской
работе,
обучение
исследовательским навыкам и умениям;
Содержание:
1.Введение в симметрию.
2. Вид симметрий.
3. Элементарная ячейка.
4. Симметрия кристаллов.
5. Симметрия снежинок.
6. Формирование снежинок.
7. Заключение.
Для построения на плоскости точки В, симметричной данной точке А относительно
прямой l (рис. 1), надо сделать следующее:
1. Опустить перпендикуляр из точки А на прямую l. (рис. 2)
2. Продолжить перпендикуляр на такое же расстояние, поставить точку В (рис. 3).
Полученная точка В будет симметрична данной точке А.
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Введение в симметрию.
Симме́три́я (др.-греч. συμμετρία "соразмерность"), в широком смысле
— неизменность при каких-либо
преобразованиях. Двусторонняя
симметрия означает, что правая и
левая стороны относительно какойлибо плоскости выглядят одинаково.
Отсутствие или нарушение
симметрии называется асимме́три́ей.
Важнейшие свойства симметрии :
- сохранение (инвариантность)
геометрических признаков ;
-сохранение (инвариантность)
физических признаков;
- сохранение (инвариантность)
биологических признаков.
Симметрии.
геометрическая
симметрия
симметрия
физических явлений и
законов природы
изотропность
пространства,
эквивалентность
инерциальных систем
отсчета
физическая
симметрия
Одной из важнейших особенностей геометрических симметрий является их связь с
законами сохранения. Понятие симметрии применимо к любому объекту, в том числе и
к физическому закону:
1. Закон сохранения импульса как следствие однородности пространства.
2. Закон сохранения момента импульса как следствие изотропности пространства.
3. Закон сохранения энергии как следствие однородности времени.
4. Закон сохранения скорости центра масс (следствие изотропности пространствавремени).
Наиболее общий подход к взаимосвязи симметрий и законов сохранения содержится в
знаменитой теореме Э. Нетер. В 1918 г., упрощенная формулировка которой гласит:
если свойства системы не меняются относительно какого-либо преобразования
параметров состояния, то этому соответствует определенный закон сохранения.
Физическая симметрия.
Так, например, молекула
метана СH4 обладает
симметрией тетраэдра
Понятие "симметрии"
является центральным при
исследовании кристаллов.
При этом симметрия
внешних форм кристаллов
определяется симметрией
его атомного строения,
которая обуславливает и
симметрию физических
свойств кристалла.
Элементарная ячейка.
• Элементарная ячейка
(примитивная ячейка) — это
минимальный воображаемый
объём кристалла, параллельные
переносы (трансляции)
которого в трёх измерениях
позволяют построить
трёхмерную кристаллическую
решётку в целом.
• Симметрия элементарной
ячейки совпадает с симметрией
всего кристалла, а длина её
ребер равняется расстоянию
между центрами соседних
атомов, т. е. сумме радиусов
этих атомов (если считать, что
атомы имеют шарообразную
форму и что радиусом атома
называется расстояние от
центра атома до точки его
соприкосновения с соседним
атомом).
Симметрия кристаллов.
•
Идеальные формы кристаллов
симметричны.
В кристаллах можно найти
различные элементы симметрии:
плоскость симметрии, ось
симметрии, центр симметрии.
•
Кристаллы алмаза, калиевых
квасцов имеют форму октаэдров.
Октаэдры обладают такими же
элементами симметрии, что и кубы.
На рисунке показаны оси вращения
октаэдра.
Симметрия снежинок.
•
Снежинка — сложная
симметричная структура,
состоящая из кристалликов льда,
собранных вместе. Вариантов
«сборки» множество — до сих пор
не удалось найти среди снежинок
двух одинаковых. Существует даже
классификация снежинок, но,
несмотря на общие законы
построения, снежинки все равно
будут чуть-чуть отличаться друг от
друга даже в случае относительно
простых структур. Предполагается,
что в одном кубическом метре
снега находится 350 миллионов
снежинок, каждая из которых
уникальна.
Иоганн Кеплер
•
отметил, что все
снежинки имеют
6 граней
и одну ось
симметрии;
•
проанализирова
л симметрию
снежинок
Формирование снежинок.
устройство
• В 1619 великий немецкий • Внутреннее
кристалла представляется в
математик и астроном Йоган
виде
пространственной
решётки, в одинаковых ячейках
Кеплер обратил внимание на
которой,
имеющих
форму
шестерную
симметрию
параллелепипедов, размещены
снежинок.
Он
попытался
по
законам
симметрии
одинаковые
мельчайшие
объяснить
ее
тем,
что
частицы - молекулы, атомы,
кристаллы
построены
из
ионы и их группы.
мельчайших
одинаковых • Симметрия внешней формы
шариков, теснейшим образом
кристалла является следствием
его внутренней симметрии присоединенных друг к другу
упорядоченного
взаимного
(вокруг центрального шарика
расположения в пространстве
атомов
(молекул).
можно в плотную разложить
только
шесть
таких
же
шариков).
Заключение.
Симметрия проявляется в многообразных структурах и явлениях
неорганического мира и живой природы. В мир неживой природы очарование
симметрии вносят кристаллы. Каждая снежинка- это маленький кристалл
замерзшей воды. Форма снежинок может быть очень разнообразной, но все
они обладают симметрией - поворотной симметрией 6-го порядка и, кроме
того, зеркальной симметрией. . Характерная особенность того или иного
вещества состоит в постоянстве углов между соответственными гранями и
ребрами для всех образов кристаллов одного и того же вещества.
Что такое нарушение симметрии?
Яркая иллюстрация этого явления – снежинка с её многообразием форм.
Чтобы понять, как получаются эти прекрасные и никогда не повторяющиеся
формы, требуются сложные математические модели и годы изучения
элементарных частиц и квантовой физики.
Спасибо за внимание.