Значення, завдання, зміст і структура теми про будову речовини.

Знання про будову речовини накопичуються протягом усіх років навчання в школі. Цей факт відбиває величезне значення цих знань для формування наукового світогляду школярів.

Професор Ричард Фейнман, лауреат Нобелівської премії й один з найвидатніших фізиків світу, писав:

«Якби в якому-небудь катаклізмі загинули всі наукові знання, і до наступних поколінь живих істот дійшла б тільки одна фраза, то яка фраза містила б найбільшу інформацію в найменшій кількості слів? Я впевнений, що це була б атомна гіпотеза (або атомний факт, називайте це як вам зручно): всі матеріальні тіла побудовані з атомів — маленьких частинок, які перебувають у нескінченному русі, притягуючи одна одну, коли вони перебувають на невеликій відстані, але протидіють спробам щільно притиснути їх одну до одної».

Хтось, природно, може не погодитися з тим, що має бути написане в цій єдиній фразі, однак що-небудь стосовно існування атомів і їхньої природи завжди буде займати одне з головних місць у списку, який складе будь-який учений.

Суть стратегії вивчення будови речовини, розрахованої на всі роки навчання фізики, полягає в наступному: від дослідів до введення основ­них теоретичних понять, далі до розвитку цих понять у теоретичну концепцію й потім до застосування теорії для пояснення ряду явищ. Початок реалізації цієї стратегії припадає на 5-й клас (!) і пов’язаний з вивченням теми «Тіла й речовини, які оточують людину» у курсі «Природознавство». На вивчення цієї теми приділяється 8 годин. П’ятикласники отримують початкові відомості про речовини та їхні сполуки, чисті речовини та суміші. Учні повинні засвоїти, що за зов­нішньою цілісністю предметів навколишнього світу криється складна будова речовини: тіла складаються з атомів, молекул, інших частинок, які перебувають у безперервному русі й взаємодіють між собою. Таким чином, учитель фізики, приступаючи до вивчення будови речовини в 7-му класі, повинен спиратися на початкові відомості про будову речовини, з якими учні вже ознайомилися в 5-му класі. Всі ці відомості фактично повторюються в 7-му класі. З огляду на цю обставину, учитель фізики повинен використати відведений час на відновлення, впорядкування й поглиблення наявних пропедев­тичних знань, звертаючи при цьому особливу увагу на виконання й обговорювання дослідів, передбачених програмою.

У наступних темах курсу фізики 7-9 класів знання про будо­ву речовини продовжують формуватися й поглиблюватися. Так, при вивченні механічного руху можна розглянути як приклад рух молекул газу, швидкість їхнього руху, при вивченні інерції — рух молекул газу від одного зіткнення до іншого, при введенні поняття маси — масу молекул.

Наступний етап формування знань про будову речовини специ­фічний тим, що ці знання застосовуються для пояснення досліджу­ваних явищ, і, отже, він корисний у двох відношеннях: розвиваються самі знання про молекули й створюється можливість для теоретично­го пояснення явищ. Так, на основі уявлень про молекули можна опи­сати механізм тиску газів і його залежність від об’єму й температури газу, обґрунтувати закон Паскаля, причину відмінності атмосферного тиску на різних висотах.

При вивченні розділу «Теплота» корисно дати молекулярно-кіне­тичне тлумачення поняття внутрішньої енергії, пояснити такі явища, як нагрівання тіл при теплопередачі й здійсненні роботи, теплопро­відність тіл, плавлення й тиск, випарювання і конденсація.

Таким чином, відомості про молекулярну будову речовини, уве­дені на початку шкільного курсу фізики, можуть бути використані й розвинені надалі при вивченні багатьох питань.

З огляду на викладене вище, можна сформулювати дидактичні цілі вивчення теми «Будова речовини». У ході розгляду елементів молекулярно-кінетичної теорії й молекулярної фізики учні повин­ні засвоїти такі основні відомості: всі тіла складаються із частинок (молекул); останні перебувають у стані безперервного безладного руху; молекули взаємодіють одна з одною; залежністю сил взаємодії від відстані між частинками пояснюються відмінності властивостей речовини в трьох агрегатних станах.

Більш загальними завданнями вивчення будови речовини є озна­йомлення учнів з поняттям моделі на прикладі моделі будови твердого тіла, рідини й газу; розвиток у школярів навичок у поясненні явищ на основі знань про будову речовини.

Одержання відомостей про будову речовини сприяє здійсненню міжпредметних зв’язків. Так, явище дифузії можна ілюструвати відомими учням фактами з біології, ботаніки, географії; дифузією пояснюється проникнення кисню в кров живого організму через тканини легенів, вуглекислого газу з повітря в листя рослин, атмо­сферного повітря у воду водойм, підтримка деякої однорідності складу атмосфери поблизу поверхні Землі тощо.

Політехнічний кругозір учнів може бути розширений при вивчен­ні будови речовини прикладами застосування в техніці тіл з різними механічними властивостями: твердих тіл для виготовлення деталей, рідин у гідравлічному пресі, газів у пневматичних інструментах тощо. Прикладом застосування дифузії в техніці може служити спосіб насичення залізних виробів вуглеводнем при їхньому загар­туванні (вироби упаковують разом з деревним вугіллям і ставлять у гарячу піч на порівняно довгий час, за який відбувається дифузія вуглецю й заліза). Знання про структуру твердих тіл дозволяють розповісти про можливості перегрупування їхніх частинок і ство­рення речовин із заздалегідь заданими властивостями — сплавів, пластмас тощо.

Викладання матеріалу про будову речовини в 7-му класі сприяє розумінню школярами пізнаванності світу й невичерпності властивостей матерії. Уже на цьому етапі вчитель може показати уч­ням, що розвиток науки обумовлює перехід від менш повних до більш повних знань про природу. Зокрема, можна показати, що фізичні моделі лише з певним ступенем точності відбивають властивості досліджуваного об’єкта, однак у процесі його дослідження моделі змінюються, уточнюються, удосконалюються, що відповідає більш повному й докладному знанню об’єкта.

Найважливіша задача теми – підвести учнів до ідеї про дискретність речовини.

Структура і зміст теми:

Речовина маса
Прості Молекула Складні Розміри молекул
Атом
Рух - невід’ємна властивість	Між молекулами є проміжки	Молекули притягуються і відштовхуються
Явище дифузії	Броунівський рух	Зміна об’єму тіла	Збереження об’єму і форми тіла, змочування, зклеювання.
	Три стани речовини
Тверда	Рідка	Газоподібна
Зберігають форму і об’єм	Зберігають об’єм, легко змінюють форму	Не зберігають ні форми, ні об’єму
Молекули упаковані щільно	Коливаються навколо певних точок	Молекули упаковані щільно, але притягання між ними не таке велике	Відстані між молекулами набагато більші від розмірів самих молекул
У певному порядку			Молекули рухаються хаотично
Кристали