Межпредметная связь математики и физики в старших классах

На современном этапе развития науки характерно взаимопроникновение наук друг в друга, и особенно проникновение физики и математики в другие отрасли знания.

Связь между учебными предметами – это, в основном, отражение существующей связи между отдельными науками, с техникой и связи наук с практической деятельностью людей.

Связь между учебными предметами необходима в силу дидактических принципов обучения, воспитательных задач школы, подготовки учеников к практической деятельности, связи обучения с жизнью.

При изучении физики в средней школе, а именно в старших классах, отдельные знания учащихся о природе превращаются в единую систему мировоззренческих понятий.

На уроках по физике детьми изучается материал, который имеет большое значение для всех дисциплин (в особенности политехнических и естественно-математических), использующие физические методы исследования явлений природы, физические законы, теории. Это значительно облегчает реализовать связь между курсом физики и другими предметами. Для успешного изучения физики, разумеется, в равной мере необходимы межпредметные связи с другими предметами.

Физика неразрывно связана с такой наукой, как математика. Так как математика в школе изучается раньше, то она дает физике средства и приемы общего и точного выражения зависимости между физическими величинами, раскрывающиеся в результате эксперимента или теоретических исследований. От уровня математической подготовки у учащихся зависит методика преподавания физики, т.е. программа по физике должна быть составлена так, что учитываются и математические знания учащихся.

Учитель физики должен изучить содержание школьного курса математики, принятую в нем терминологию и трактовку материала с тем, чтобы на уроках с учащимися разговаривать на общем «математическом языке».

Межпредметные связи физики и математики могут быть реализованы с помощью таких понятий как: функция, величина, производная, интеграл. Изучение этих понятий в старших классах слегка затрудняет преподавание, к примеру, механики в курсе физики. Недостаточное использование математического аппарата, происходящее либо из-за позднего формирования у учащихся, либо из-за отсутствия согласованности действий преподавателей математики и физики в использовании общих физикоматематических понятий препятствует изучению всего курса физики.

Реализуя межпредметные связи, следует отдать предпочтение не строгости математических доказательств, а скорее всего наглядности физики. Поэтому на уроках математики, к примеру, производная суммы должна вводиться с помощью закона сложения скоростей, уже ранее изученных; понятие предельного перехода формируется на основе физического эксперимента, во время которого определяются значения средних скоростей движения тела за уменьшающиеся промежутки времени; выводя формулу производной функции, которая основана на использовании метода неполной индукции, математические выкладки подтверждаются с помощью примеров из физики. Рассматривая пример из физики— движение тела, брошенное вертикально вверх, - у ученика облегчается задача сформировать у себя в голове понятия убывающей и возрастающей функций, появляется мотивированное введение понятия второй производной, и на этой основе изучаются правила определения выпуклости графика. Если рассматривать понятия «первообразной» и «интеграла», то их формирование эффективнее проводить с широким использованием физических примеров. Причем начинать нужно с их определения, затем геометрического образа первообразной, получения основного свойства первообразных и интеграла, и заканчивая правилами интегрирования многочлена1.

В формировании понятий математического анализа физика дает возможность осмыслить понятие «бесконечно малой величины» и представить предельный переход в динамике.

Для курса физики знание интеграла и производной очень важно. Оно открывает возможность более строго определить ряд физических величин: точные записи закона электромагнитной индукции, второго закона Ньютона, электродвижущую силу индукции, возникающая в рамке, которая вращается в магнитном поле; рассматриваются виды равновесия тел с двух позиций: с позиции действия силы, и с энергетической точки зрения; становится проще работать с графиками. Знания учащихся понятий интеграла и производной позволяет выработать у них общий подход к определению физических величин и решению графических задач физического содержания.

С данной целью можно, к примеру, использовать общие алгоритмические схемы для определения физических и математических функциональных зависимостей. Так, схема общего подхода к определению физических понятий благодаря производной может выглядеть следующим образом:

• 1.    Запишите функциональную зависимость в виде у =/(.), убедившись в возможности применения понятия производной.

• 2.    Найдите отношение приращения функции к приращению аргумента, то есть среднюю скорость изменения функции: ^ .

Учащиеся старших классов средней школы должны понимать, что самые простые математические положения, которые относятся к функциональным зависимостям, всегда переплетаются с конкретными физическими представлениями.

В процессе преподавания физики и математики нужно обращать внимание учеников на то, что математика – это мощное средство для обобщения физических понятий и законов. Стык внутренних потребностей в процессе развития физики и математики занимает большое место во взаимоотношениях этих наук. Именно такие стыки часто приводят к важным открытиям как в физике, так и в математике. Математика является аппаратом для того, чтобы выражать методы раскрытия новых физических фактов и явлений и общие физические закономерности, а физика, в свою очередь, дает толчок развитию математики с целью постановки новых задач.

Таким образом, примеры осуществления межпредметной связи математики и физики можно было бы значительно увеличить. Учителя стремятся совместными усилиями добиться повышения уровня научной подготовки учащихся, роли обучения в формировании у них научного мировоззрения, осуществить межпредметную связь между всеми предметами.