Івченко В.В. [reterty@gmail.com]
Херсонська державна морська академія, Україна
Download in PDF: http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/journals/2020-v1-23/2020_1-23-Ivchenko_FMO.pdf

ВИВЧЕННЯ ЛІНІЙНИХ ТА НЕЛІНІЙНИХ МОДЕЛЕЙ ЯК НЕВІД'ЄМНА СКЛАДОВА КУРСУ ФІЗИКИ У ЗАКЛАДІ ВИЩОЇ ОСВІТИ 

Формулювання проблеми. У шкільному курсі фізики межі застосування лінійних законів не обговорюються, що призводить до їх надмірного використання при вирішенні задач. У зв’язку з цим необхідно: 1) розробити та описати методику аналізу меж застосування лінійних моделей граничного переходу в курсі фізики закладу вищої освіти; 2) висвітлити приклади застосування деяких найбільш світоглядно значущих нелінійних моделей для опису певних фізичних процесів та явищ.
Матеріали і методи. Узагальнення та системний аналіз літературних джерел з обраної тематики; методи математичного аналізу, системний підхід, задачний підхід.
Результати. Ефекти, пов’язані з нелінійністю фізичних систем і процесів, є дуже різноманітними і проявляються як у макро-, так і у мікросвіті. Лінійні моделі, як правило, є граничним випадком нелінійних моделей і є застосовними для доволі вузьких інтервалів зміни аргументу. Кількісний аналіз меж застосування лінійних фізичних моделей, який може бути проведений разом із студентами під час лекційних або практичних занять, повинен сприяти формуванню та розвитку їх уявлень про застосування моделей граничного переходу у фізиці. Описана методика аналізу має дедуктивний характер и дозволяє з єдиних позицій розглянути низку лінійних фізичних моделей.
Висновки. Надмірне використання та абсолютизація лінійних фізичних моделей студентами обумовлюють необхідність систематичного висвітлення в курсі фізики закладу вищої освіти меж застосування стрижневих «лінійних» законів та впровадження в навчальний процес вивчення найбільш значущих нелінійних моделей фізичних явищ, процесів та систем. Попередні результати навчання підтверджують ефективність описаного підходу для розвитку модельних уявлень студентів.
Ключові слова:  курс фізики закладу вищої освіти, лінійні закони, нелінійні моделі, типи нелінійності.

STUDY OF LINEAR AND NONLINEAR MODELS AS AN INDISPENSABLE COMPONENT
OF THE PHYSICS COURCE IN UNIVERSITY
Vladimir Ivchenko
Kherson State Maritime Academy, Ukraine

Formulation of the problem. In the school course of physics, the limits of applying linear laws are not discussed, which leads to their overuse in problem-solving. In this regard, it is necessary to 1) develop and describe a methodology for analyzing the limits of the application of linear models in the course of higher education physics; 2) cover examples of the application of some of the most important nonlinear models in the world to describe certain physical processes and phenomena.
Materials and methods. Generalization and systematic analysis of literary primary sources on selected topics; the methods of mathematical analysis, system approach, problem-solving.
Results. The effects associated with the nonlinearity of physical systems and processes are very diverse and manifest in both the macro and micro worlds. Linear models are usually a limiting case of nonlinear models and apply to fairly narrow intervals of argument change. Quantitative analysis of the limits of the application of linear physical models, which can be carried out with students during lectures or practical classes, should contribute to the formation and development of their ideas about the use of models of boundary transition in physics. The described method of analysis is deductive and allows us to consider from a single point of view several linear physical models.
Conclusions. The excessive use and absolutization of linear physical models by students necessitates a systematic coverage of the limits of the application of “linear” laws in a university physics course and the introduction of the most significant non-linear models of phenomena and systems into the educational process. Preliminary learning results confirm the effectiveness of the described approach for the development of student model ideas.
Keywords: university physics education, linear laws, nonlinear models, types of nonlinearity.

Список використаних джерел

1. Christian J. M. Anharmonic effects in simple physical models: introducing undergraduates to nonlinearity. Eur. J. Phys. 2017. 38(5), 055002 (1-17). DOI: 10.1088/1361-6404/aa7cbe.
2. Dirk De Bock , Wim Van Dooren and Lieven Verschaffel. Students’ Overuse of Linearity: An Exploration in Physics. Research in Science Education. 2011. 41(3) 389-412. DOI: 10.1007/s11165-010-9171-8.
3. Голубева О. Н., Минасян Л. А., Сидоров С. В. Нелинейность как междисциплинарная идея в дисциплине «Концепции современного естествознания». Физическое образование в Вузах. 2018. 24(1) С. 34-42.
4. Івченко В. В. Про різні типи класифікації наукових навчальних моделей у курсі фізики вищого закладу освіти. Фізико-математична освіта. 2018. 3(17) С. 40-45. DOI: 10.31110/2413-1571-2018-017-3-007.
5. Кикоин И. К. Таблицы физических величин: Справочник. М.: «Атомиздат», 1976. 1008 с.
6. Пайерлс Р. Построение физических моделей. УФН. 1983. Випуск 2(140), С. 315-332.
7. Степанищева М. Н. Способы формирования мировоззрения студентов при изучении линейных и нелинейных физических систем. Вестник Брянского государственного университета. 2008. С. 82-86.