بخشی از مقاله
چکیده: هدف از تحقیق حاضر این است که دانشآموزان با پیبردن به اهمیت اندازهگیري در فیزیک به این شاخه از علم علاقهمند شوند. مسئله مورد بررسی این است که چه نوع آموزشی از مبحث اندازهگیري میتواند سبب علاقهمندي به فیزیک شود؟ با انجام این تحقیق شیوهي آموزش را براي معلمان بیانکرده تا با استفاده از این روش، دشواري فیزیک براي دانشآموزان برطرف شود و از خواندن این علم لذت ببرند.
.1 مقدمه فیزیک چیست؟ یکبار لوله کشی از جرل واکر پرسید: چه میکنی؟ واکر پاسخ داد: فیزیک تدریس می کنم. لولهکش کمی فکر کرد و پرسید: فیزیک چیست؟ تمام فعالیتهاي لولهکش مبتنی بر فیزیک بود و خودش نمیدانست فیزیک چیست. اغلب دانشآموزان نیز نمیدانند فیزیک چیست. [6] دانشمندان در گذشتههاي دور با بیان پرسشهایی درباره طبیعت به اصول و رموزي دست یافتهاند که اکنون ما میخواهیم آن را به دانشآموزان خود آموزش دهیم.
ما میتوانیم با در پیش گرفتن شیوه هاي جدید، یادگیري دروس تجربی را آسان کنیم. براي دستیابی به این منظور تحقیق انجام شده براي آموزش فصل اول کتاب فیزیک دهم که بیانکننده اندازهگیري در فیزیک است، روش زیر را پیگیري میکند. با مطالعه مقالات مختلف در زمینه چگونگی کنجکاو و علاقهمند کردن دانشآموزان به فیزیک میتوان راههاي زیر را به عنوان موارد مهمی ذکر کرد که با بیان آنها براي دانشآموزان تا اندازهاي این حس ایجاد میشود. از جمله آنها میتوان به موارد:
1. بیان تاریخ علم فیزیک حین تدریس.
2. بیان کاربردهاي علم فیزیک در گذشته و امروز به صورت مقایسه.
3. بیان مشاغل و حرفی که با فیزیک در ارتباط هستند.
4. آموزش مهارتهایی که یک فرد بعد از خواندن فیزیک میتواند پیدا کند. اشاره کرد.[5] ولی در این تحقیق از خود مباحث کتاب استفاده میکنیم و به وسیله خود کتاب میز خواهیم این حس را در دانشآموزان نهادینه کنیم.
.2 بحث و بررسی
در ابتداي هر گونه آموزشی از فیزیک، ما باید علم فیزیک را براي دانشآموزان تعریف کنیم و بگوییم که ارسطو این اندیشه را پیشنهاد کرد که مشاهده پدیدههاي طبیعی - فیزیکی - در نهایت منجر به شناخت قوانین طبیعی حاکم بر آنها میشود.[1 ] دانشآموزان باید بدانند که در تاریخ علم فیزیک میخوانیم روش فیزیک روش گالیله است که بعدها توسط نیوتن تکمیل شد. گالیله دستگاههاي ساده را با توجه به اصول اندازهگیري تجربی و تجزیه ریاضی توصیف کرد. او نشان داد که قانونهاي طبیعت از معادلههاي ریاضی پیروي میکنند.
از آن زمان تا کنون فیزیکدانان در جستجوي روابط ریاضیاي هستند که نتایج اندازهگیريها را به هم مربوط میکند. بنابراین اهمیت اندازهگیري در فیزیک آنقدر زیاد است که میتوان گفت فیزیک علم اندازهگیري است.[4] ولی دانشآموزان از این مسئله در فیزیک کاملا بیاطلاع هستند و فیزیک را فرمولهاي ریاضی میدانند که از طریق آن باید مسائل سختی را حل کنند و نمره خوبی بگیرند و یا این درس را پاس کنند. در واقع آنها لذتی از آموختن مباحث فیزیکی بدست نمیآورند.
ما در این تحقیق میخواهیم شیوه آموزش فیزیک را با مباحث اندازهگیري پیوند زده و واقعیت علم فیزیک را براي دانشآموزان بیان کنیم که آنها خود نیز بتوانند در آیندهاي نه چندان دور فیزیکدان شوند . به طور مثال:[2] چگونه نیوتن قانون دوم خود را کشف کرد؟ اگر بخواهیم طبق گفتههاي این تحقیق به این قانون برسیم ابتدا باید سوالی در رابطه با طبیعت در ما شکل بگیرد. به مثال زیر توجه کنید. ظاهرا یک جسم ساکن، همینطور ساکن باقی می ماند، مگر آنکه ...! مگر آنکه با پا ضربهاي به آن بزنیم. البته میتوان با دست هلش داد.
هر جسمی در حالت سکون باقی میماند، مگر اینکه به آن نیرویی وارد شود. یک اندیشمند حرفهاي همیشه لحظاتی پس از خوشحالی کشف چنین اصولی، خود منتقد خویش میشود و در واقع میاندیشد کجاي کار ممکن است اشکال داشته باشد. براي این موضوع، اندیشمند ما باید پدیدههاي گوناگونی را تصور و حتی تجربه کند که میتواند در این اصل به ظاهر ساده خللی ایجاد نماید. بدن من ساکن است، اما یک باره حرکت میکند. در این حالت ماهیچههاي من نیروي حرکت را تامین می کنند. یک پر کاه ساکن ناگهان در هوا به پرواز در میآید! چگونه؟ نیروي باد. تفکر، تصور، تحلیل، آزمایش با مقداري صبر تا بدین جا ما را به این نتیجه میرساند که میتوان تا حدود زیادي به این اصل اعتماد کرد.
در همان بازي ما پرسشهاي مهم دیگري نهفته است. چرا توپی که توسط ضربه ما به حرکت در آمده بود، سرانجام از حرکت ایستاد؟ چرا دست ما همچون سدي مانع ادامه حرکت تیله شد؟ با مقداري تفکر و تحلیل متوجه میشویم که اینجا نیز پاي نیرو در میان است! فضایی را در نظر بگیرید که جسمی درون آن در حال حرکت - یکنواخت - است.آیا این جسم تا ابد به حرکت خود ادامه میز دهد؟ ذهن ما میگوید بله! مگر اینکه ...! مگر اینکه نیرویی در حرکت آن اختلال ایجاد کند. پس بهتر است اصل اولی را کاملتر کنیم: هر جسمی در حالت سکون یا حرکت - یکنواخت - باقی میماند، مگر اینکه به آن نیرویی وارد شود - قانون اول نیوتن - . اکنون چالشهاي بیشتري تفکر ما را به مبارزه میطلبد! چرا آن تیله متحرك روي فرش ساکن شد؟ نیروي اصطکاك تیله با فرش - چرا این اصطکاك بیشتر از سرامیک است؟
پس از مدتها تحقیق و تفکر متوجه میشویم که ظاهرا اصل اکتشافی ما خلل ناپذیر است. اما آیا این اصل کاربردي است؟ باید توپمان را برداریم و به یک زمین فوتبال برویم. هرچه ضربههاي قوي تري به توپ میزنیم، توپ متحمل حرکت و جابجایی بیشتري میشود. تا همین حد کافیست که به پتانسیل کاربردي بودن اصلمان پی ببریم. البته تا بدینجا براي یک فوتبالیست نیز قابل پیشبینی است. او بهتر از ما ضربهها را تنظیم میکند. ما باید نیرو را مدرج کنیم! اگر موفق شویم، قدرت و دقت پیشبینی ما از فوتبالیست نیز پیشی میگیرد! یک فنر براي مدرج کردن نیرو چطور است؟ اگر یک توپخانه فنري بسازیم و پرتابههاي توپ را آزمایش کنیم به چه نتایجی میرسیم؟
آیا میتوانیم با نیروي مدرج شده میزان اصطکاك سطوح مختلف را درجهبندي کنیم؟ آیا با نیروي مدرج شده میتوان به میزان سنگینی اجسام پیبرد؟ همه اینها و خیلی بیشتر از اینها شدنی است، به شرطی که براي مفاهیم کمی خود استاندارد تعریف کنید و سپس با آزمایشهاي گوناگون و دقیق، روابط ریاضی این مفاهیم را استخراج نماییدلاگر شبیه فرآیند گفته شده تحلیل و تفکر را ادامه دهید به تدریج به مفاهیم اصلی قوانین نیوتن دست خواهید یافت: سکون، سرعت یکنواخت، نیرو، شتاب، جرم و .... اگر چه ما چنین مفاهیمی را در تجربیات روزمره خود احساس میکنیم، اما باید آنها را به شکلی علمی تعریف نماییم.
سکون و سرعت یکنواخت شباهت خاصی به همدیگر دارند. در هر دو حالت میزان جابجایی یا تغییر مکان در طول زمان ثابت است، با این تفاوت که این مقدار ثابت در حالت سکون برابر صفر است. زمانی این مفاهیم کاربردي میشوند که ما قدرت تشخیص و اندازهگیري میزان جابجایی و زمان را داشته باشیم. اگر چه اینها ساده مینماید، اما در عمل مشکلات ویژهاي پدیدار میشود. در جهانی که همه چیز در حال حرکت است، چگونه میتوان گفت یک جسم ساکن یا داراي سرعت یکنواختی است؟ زمان را چگونه میتوان اندازهگیري کرد؟
