1. Образовательныефункции методологии науки в школьном обучении
Стремительное развитие науки и техники, проникновение научныхметодов во все сферы человеческой деятельности вызвали необходимостьформирования творческих и познавательных способностей каждого ученика. Главнымпоказателем эффективности обучения становится не только и не столько суммапредметных знаний, усвоенных учащимися, сколько сформированность у них умения инавыков самостоятельно приобретать новые знания в процессе учебной и дальнейшейтрудовой деятельности. Неким «сухим остатком» всего обучения физике, когдабудут позабыты частные факты, формулы, выводы, определения, должны остатьсяфундаментальные знания и умения, которые позволят человеку, независимо от родаего деятельности, разобраться в новых явлениях, тенденциях, продуктахнаучно-технического прогресса, успешно осуществлять наиболее эффективный подходк решению производственных проблем, занять активную жизненную позицию всовременном обществе.
Одним из главных условий творческого, да и любого вообще усвоениязнаний является определенная система мотивов. У различных исследователей онаразлична: у одних – это глубокое чувство интеллектуального наслаждения или удовлетворения,которое может вызвать сам процесс творчества, у других – чувство долга передучениками или согражданами своей страны (патриотизм), у третьих – престиж,честолюбие и т.д.
Какова же мотивация овладения основами наук у учащихся, каковыдвижущие силы и источник умственного развития школьника?
Хорошо известно, что учащийся эффективно овладевает только тем,что для него интересно и актуально, что соответствует его потребностям изапросам, т.е. в процессе обучения он выступает как личность со своими собственнымипотребностями и интересами.
В детстве познавательные потребности проявляются более заостренно.А. Эйнштейн как-то заметил, что его «замедленное» развитие в детствепозволило ему уже взрослым ставить природе «детские» вопросы, которые обычноускользают от взрослого человека. Стремление к объяснению вопросов, возникающихв школе или вне ее, лежит в самом существе развивающегося ребенка. Детиинтуитивно стремятся к упорядоченности во внешней среде. Поэтому они получаютбольшое удовлетворение, когда сложным для них явлениям могут дать уверенноеобъяснение.
Эта врожденная искорка искренней и бескорыстной любознательностипри правильно организованном обучении может перерасти в устойчивыйпознавательный интерес. Многие исследователи отмечают и тот факт, что примотивированном обучении наблюдается меньшая утомляемость учащихся.
К понятиям «познавательная потребность» и «познавательный интерес»примыкает и понятие «стимул». Последний является конкретным выражением мотивов,побудительной причиной действий и поступков учащегося.
Все многообразие стимулов, определяемое различием наследственныхкачеств, воспитанием и т.д., психологи делят на два типа, условно называемыхвнешними и внутренними (по отношению к процессу познания).
Внешние стимулы – это награждения и поощрения, стремление бытьпервым (честолюбие), ожидание будущих благ, угрозы я т.д. Сама цель не являетсяздесь главным моментом, а зачастую превращается в свою противоположность – некотороепрепятствие, которое надо преодолеть для получения ожидаемого поощрения.Трудность исполнения или недостаточность стимулирования приводят иногда кпсихическому напряжению, внутренним коллизиям. Нередко в школьной практикеможно встретить отрицательные последствия такого стимулирования: стремление кшпаргалкам, безразличие по отношению к учебе и т.д.
Внутренние стимулы исходят из самой цели обучения: усвоение иприменение знаний. Внутренним стимулом является интерес к самому процессупознания (учащиеся об этом говорят так: люблю решать задачи, делать опыты,узнавать о жизни и деятельности ученых и т.д.).
Учебные ситуации с внутренними стимулами также требуют умственногои волевого напряжения. Вместе с тем они связаны не с «борьбой с самим собой», алишь с внешними трудностями постижения истины, поэтому не вызывают психическихперегрузок и являются оптимальными с педагогической точки зрения.
Проблема формирования у учащихся устойчивых познавательныхинтересов не может быть успешно решена без создания позитивного эмоциональногоотношения учащихся к знаниям, направленного на активное их усвоение. [1]
Одним из основных требований к учебному материалу должно бытьиспользование его аффективных свойств.Он должен вызывать у школьникаопределенные переживания – эмоциональные (радость, печаль, гнев, страх и т.д.),эстетические (восторг, восхищение и т.д.), этические (одобрение, брезгливость,осуждение, презрение и т.д.). Как показывают исследования психологов ипедагогов, материал, вызывающий сильные положительные чувства, заучиваетсялегче, чем безразличный и скучный.
Тот же эффект вызывают и отрицательные чувства, если они связаны синформацией, а не с самим учебным процессом. Например, вид незнакомых игромоздких формул может вызвать нежелание читать учебник. [3]
Логическое совершенство физических теорий, точность и лаконизм определенийи формулировок законов, «изящные» формулы вызывают, как правило, у школьниковэстетическое наслаждение учебной деятельностью, становятся надежными стимуламиих познавательной активности. Наоборот, перегрузки, непонятное и громоздкоеобъяснение нового материала, постоянное напоминание о чувстве долга ит.д. – все это вызывает у школьников отрицательные чувства по отношению кучению.
Важным средством формирования познавательных интересов школьников,воспитания у них эмоциональности как черты личности могут стать те элементынаучной биографики, которые показывают романтику научного поиска. Поэтому нужноне ограничиваться в кратких справках о творчестве ученых перечислением ихзаслуг в области физики, а давать эмоциональную оценку их жизни и творчества,стараться передавать учащимся то волнение, интеллектуальное удовлетворение иприподнятость, которые испытывали ученые при открытии нового для них факта,решении задачи, над которой они долго и напряженно работали. Так, рассказываяоб открытии Архимедом закона плавания тел, следует обратить внимание учащихся ина ощущение радости открытия, интеллектуального экстаза, который испытал ученый(согласно красивой легенде, возбужденный Архимед выскочил из ванны и побежалсообщать о своем открытии, крича: «Эврика!» – слово, ставшее с тех поробозначением пика творческого процесса).
Остановимся теперь на второй стороне познавательной функцииметодологии науки в школьном обучении.
Так как развитие познавательного интереса у школьников происходитодновременно с развитием познавательных способностей, то лучше говорить о двухвзаимосвязанных сторонах единой познавательной функции: мотивационной и развивающей.Соотношению обучения и умственного развития в педагогической теории и школьнойпрактике уделяется особое внимание. Стало общепринятым положение о том, чтоактивное преодоление учащимися трудностей в процессе усвоения учебногоматериала является движущей силой умственного развития ребенка. В свою очередь,эффективность усвоения в значительной степени зависит от уровня сформированностиу школьника умений и навыков интеллектуального характера.
В связи с этим возникает вопрос, насколько специальноеформирование методологических и науковедческих знаний у учащихся в процессеобучения физике может создать общий навык научного подхода к решению задач,возникающих при овладении знаниями по другим школьным дисциплинам, или в болеешироком плане – возможно ли в процессе обучения физике сформировать такназываемые обобщенные познавательные навыки, которые будут использованы учащимисяв их учебной и дальнейшей трудовой деятельности. Исследования ряда психологов убедительнодоказали, что в условиях правильного обучения учащийся осуществляетпереносинтеллектуальных приемов, которыми он овладел.
Например, в процессе учебного физического эксперимента учащийсяприобрел интеллектуальные навыки точного измерения, взвешивания, оценкипогрешности эксперимента, критического подхода к результатам своегоисследования и т.д., т.е. то, что составляет в целом научный подход кэкспериментальной деятельности. Эффективность такого приобретения будетопределяться не только тем, насколько школьник сумел использовать эти навыки впроцессе учебной деятельности, но, главным образом, тем, как он будетиспользовать приобретенные навыки в дальнейшей трудовой деятельности,непосредственно не имеющей с физикой ничего общего. Положительный прогнозтакого переноса навыков обосновывается двумя факторами: во-первых, научныйподход обладает достаточной общностью и проявляется одинаковым образом во всехсферах научной и практической деятельности; во-вторых, человек, уже овладевшийнаучным методом, под сильным эмоциональным воздействием науки может осознанноруководить самим процессом переноса нужных ему интеллектуальных. навыков пасвою будущую деятельность.
Выработка у учащихся устойчивого и современного стиля мышлениясделает их труд поистине творческим, высокопроизводительным, приносящим большоеудовлетворение. В этом главные истоки массовости движения за повышениепроизводительности труда в нашей стране, имеющего громадное социальноезначение. Вот почему формирование у учащихся обобщенных познавательных умений инавыков, наряду с обобщением предметных знаний, должно стать одной из главныхзадач обучения.
Стиль мышления учащихся предполагает их познавательную активность,без которой невозможен эффективный процесс учения. Наибольшей активности вучебной деятельности можно добиться при проблемном обучении, требующем отучащихся продуктивного мышления. Схематично процесс решения учебной проблемы можнопредставить следующим образом. В процессе учения школьник попадает вситуацию, когда ему необходимо ответить на заданный вопрос или решить задачу, ивместе с тем он чувствует, что не может этого сделать на основе имеющихся унего знаний – назревает «познавательный конфликт» (проблемная ситуация).Необходимость выйти из создавшейся проблемной ситуации заставляет учащегосяпроделать анализ, вскрыть противоречия между имеющейся информацией и искомымирезультатами. Из этого анализа и вырастает постановка проблемы, которую он долженрешить.
В процессе же обучения проблему, как правило, выдвигает учитель,однако учащиеся должны ее осознать и самостоятельно решить.
Познавательная деятельность учащегося достигает наивысшего уровня–творческогоусвоения знаний, если он сам формулирует проблему.
Внутренний механизм решения проблемной ситуации характеризуетсяособыми «рычагами», приводящимися в действие в следующей последовательности:во-первых, чувство удивления, овладеваемое учеником при решении необычной длянего проблемы; во-вторых, метод проб и ошибок, носящий случайный, логическинеобоснованный характер; в-третьих, интуиция («интеллектуальное видение»,«внутреннее озарение»), которая дает возможность как бы предвидеть результатрешения проблемы, и, в-четвертых, логические рассуждения, приводящие кобоснованию идеи, выдвинутой интуитивно.
Как видим, творческое усвоение знаний весьма близко научномупоиску.
Многие ученые-педагоги, философы, психологи представляют учениекак специфическую форму научного познания и обосновывают единство обоихпроцессов. Однако единство научного и учебного познания не означает ихтождественности. Наличие целого ряда отличий между учебным и научным познаниемне позволяет механически переносить методы науки в учебный процесс. Среди такихотличий наиболее существенными являются следующие.
Во-первых, открытие, сделанное в ходе научного исследования, получаетобщественно-историческую значимость и является объективно новым в науке;«открытие» же, сделанное учеником в процессе учения, является субъективноновым, т.е. новым по сравнению с тем, что ученику было известно до того, ипредставляет собой скачок в его собственном умственном развитии.
Во-вторых, перед ученым стоит настоящая наука со всеми ее сложностями, передучеником – только «основы науки» – методически адаптированный курс,учитывающий цели и задачи образования, поставленные обществом в данный периодвремени.
В-третьих, ученый в ходе исследования «бредет» в потемках, добывая истину нена «столбовой дороге», безруководства и подсказки, совершенносамостоятельно, В учебном процессе учащийся добывает знания под руководствомучителя.
В-четвертых, для ученого добытые знания становятся средством дальнейшихпоисков, для учащегося в большей степени усваивание результатов научногопознания является самоцелью.
В-пятых, ученый имеет дело с одной наукой, точнее, какой-нибудь ее узкойобластью, стремясь за счет сужения объема добиться большего проникновения вглубь проблемы. Учащийся же имеет дело со множеством наук, учебный процесс всмысле содержания неизбежно носит энциклопедический характер, охватывая всеобласти научного знания, накопленного в процессе развития человечества.
В-шестых, научное познание закономерно, оно не считается в конечном счете синдивидуальными чертами исследователя, обучение же необходимым образомучитывает возрастные и познавательные возможности учащегося.
Таким образом, хотя оба процесса познания имеют общуюгносеологическую основу, они вместе с тем отличаются в логическом,психологическом и дидактическом планах. Учитывая эти различия, необходимо такстроить обучение, чтобы усвоение учащимися содержания школьного курса физикиосуществлялось путем самостоятельного учения в сокращенной«квазиисследовательской» форме, воспроизводящей действительную научнуюситуацию. В результате такого обучения можно сформировать у школьников умения,характерные для человека, мыслящего творчески подвергать критическому анализусуществующие знания; видеть границы определенных теорий и законов; не бытьслугой у «здравого смысла», не бояться выходить из рамок общепринятого; нефетишизировать авторитеты науки; соблюдать осторожность и быть самокритичным воценке результатов собственной деятельности; не подгонять факты под готовыепредставления о них. [1]
1.1 Методы обучения
При практической реализации педагогической технологии особое местозанимает выбор методов обучения, так как от этого в значительной степенизависит результативность применения технологии.
Существует несколько классификаций методов обучения. Наиболеешироко распространена классификация по способу предъявления учебной информации.
Есть классификация основанная на степени самостоятельностиученика. Для реализации данной технологии наиболее удобна классификация,основанная на различии алгоритмов достижения цели.
Если ученик знает, из какого знания надо исходить, через какиепромежуточные результаты надо пройти в изучении темы, каким образом их достичь,то его функции в обучении сводятся к запоминанию всего этого и воспроизведениюв нужный момент.
Если до ученика не доводятся промежуточные результаты, но известновсе остальное, то имеет место программированное обучение. Чаще всего онореализуется с помощью компьютера.
Если же наоборот, открыты промежуточные результаты, но неизвестныпути их достижения, то ученику приходится пробовать разные пути, пользуясь множествомэвристик. Так повторяется после каждого промежуточного результата. Этостандартная схема эвристического поиска.
При проблемном методе обучения неизвестны ни промежуточныерезультаты, ни пути их достижения. Ученик попадает в проблемную ситуацию, так какимеет противоречие между имеющимися знаниями и необходимыми. Его поискприобретает более сложный характер.
В модельном методе не выделяются также и начальные условия. Ониотбираются самим учеником, в зависимости от его понимания задачи. Примерамиреализации данного метода являются разнообразные уроки в виде вариаций деловыхигр: урок-суд, урок-аукцион, урок – пресс-конференция и другие.
1.2 Система методологических знаний и умений в СШ
Для реализации на практике образовательных и воспитательных функцийметодологии науки необходимо разработать целостную систему формирования уучащихся методологических знаний и умений. Эти знания и умения довольнообширны, поэтому возникает проблема их отбора в учебных целях.
С точки зрения основных задач совершенствования обученияметодологические знания и умения должны:
– служить сознательному усвоению физических знаний,углубленному пониманию сути изучаемых явлений и закономерностей;
– способствовать выработке правильного, научногомировоззрения;
– раскрывать характер и диалектику научного познания,вооружать учащихся общенаучными методами познания;
– способствовать преодолению узкопрактического пониманияфизики как науки, показывая последнюю как один из аспектов общечеловеческойкультуры и основу современной техники;
– содействовать развитию любознательности, интереса ковладению знаниями, творческих способностей и физического мышления,интеллектуальных умений;
– способствовать формированию таких черт личности, какпатриотизм, гуманизм, трудолюбие, стремление принести людям пользу.
Выделенный для изучения дидактический материал должен:
– быть компактным и неразрывно связанным с предметнымизнаниями;
– представлять интерес для учащихся, быть увлекательным,вызывая положительную мотивацию к учению.
Предлагаемая нами система методологических знаний и уменийвключает следующие направления, вокруг которых обобщается весь учебный материалвторой ступени курса физики средней школы:
– Научный эксперимент и методы экспериментального(эмпирического) познания.
– Физическая теория и методы теоретического познания.
– Стержневые методологические идеи физики.
– Основные закономерности развития физики. [4]
1.3 Методика изучения физики
Методикаизучения физики может быть представлена в виде определенной последовательностиступеней работы. Эти ступени четко структурируют каждый урок (речь идет осдвоенных уроках в начале учебного дня, идущих каждый день в течение 3–4-хнедельного периода – учебной эпохи-погружения по данному предмету). Более того,полный «цикл» изучения каждой единичной темы (понятия, явления, закона),представляющий данную последовательность методических этапов, входит в составтрех последовательных уроков. В конце первого урока происходит первый шагизучения – эксперименты и их описание. Второй урок полностью посвящен проработкеи анализу наблюдений и формулированию и уяснению новых понятий изакономерностей. И в третьем уроке, занимая совсем немного времени, происходитприменение и закрепление полученных знаний. При этом темп работы над материаломдовольно высок – ведь в конце второго урока ставятся новые эксперименты,которые прорабатываются на третьем. Также на втором уроке имеет место изакрепление материала, который был рассмотрен в основной части предыдущегоурока.
Такимобразом, каждый урок, имея стройную ритмическую организацию (последовательностьметодических этапов), имеет вместе с тем три слоя тематического содержания:первый (основной) – проработка наблюдений и описаний (фактического материала) иформулирование новых понятий и закономерностей; второй (он обращен в основном кпредыдущей теме) – применение и закрепление знаний; третий, обращенный кбудущему обсуждению, – новые явления (эксперименты, описания).
Последовательностьметодических этапов изучения одной темы
1. Наблюдениеявлений.
2. Описаниенаблюдений.
3. Пауза,между наблюдением и обсуждением пролегает ночь.
4.Вспоминание описания и обсуждение, нацеленное на получение закономерности.
5. Уяснениезакономерности при ответах на вопросы и решении задач.
6. Записьконспекта урока.
7. Новаяпауза.
8. Закреплениеизученных ранее закономерностей в процессе применения к анализу новой ситуации(явления).
Первым шагомявляется наблюдение явлений.
Это могутбыть и наблюдения непосредственно на природе, однако, в подавляющем большинствеслучаев, это – эксперимент, выполняемый в лабораторных условиях. Экспериментможет быть как демонстрационным (учитель показывает, дети наблюдают), так илабораторным (выполняемым самими учащимися индивидуально или же в группах).Демонстрационный эксперимент имеет то преимущество, что не требует большогоколичества одинаковых приборов и полностью определяется заранее продуманнымпланом. Вместе с тем, у практических работ есть другое существенноепреимущество – они в значительно большей степени задействуют активнуюдеятельность детей, что, безусловно, положительно сказывается на интересе иличностной значимости эксперимента. К тому же, последнее развиваетиндивидуальные практические умения и навыки учащихся, учит их самостоятельномуобращению с физическими приборами, ведению «лабораторного журнала» (записейнаблюдений). Трудность проведения лабораторных работ в том, что деятельностьучащихся в этом случае должна быть очень хорошо организована: они должны яснопонимать цель работы и иметь перед глазами подробный план ее выполнения. Еще доначала работы учитель должен продемонстрировать всему классу, как обращаться сприборами.
Во времянаблюдения демонстрационного эксперимента в классе должна установиться тишина ивнимание. Словесные комментарии к происходящему совершенно излишни. Ни учитель,ни ученики не должны при этом описывать происходящее. Тем более неуместныжелания учеников уже в ходе эксперимента вслух высказывать его объяснение.
Второй шаг – описаниенаблюдений
Экспериментпроисходит в конце урока. Однако прежде чем учащиеся уйдут на перемену, следуетподробно и точно устно описать наблюдения. В этом – содержание второго этапа.Лучше всего, если это делают сами учащиеся. Все детали явления должны бытьтеперь осознаны. При этом сам эксперимент уже не отвлекает учащихся. Итогомописания должна стать точная мысленная картина явления. Если какие-либо детали,существенные для дальнейшего понимания явления, ускользнули от вниманияучащихся, можно, обратив на них внимание класса, вновь повторить опыт. Этотэтап, несмотря на кажущуюся простоту и незначительность, очень важен, так какво время наблюдения дети настолько погружаются в явления, настолько сильнонаходятся в этот момент вовне своими чувствами, что необходим определенный жестсознательной антипатии, возвращения к себе и воспроизведения картины явления всознании учащихся. Без нее невозможна дальнейшая мыслительная работа надсодержанием наблюдения. Это имеет большое значение, так как наша основная цель –получить такие понятия и законы, которые тесно связаны с наблюдаемым, сявлением. Конечно, при традиционном модельном подходе, когда явление отходит навторой план, играя роль всего лишь эпифеномена, т.е. подтверждения определенноймодели, такая работа над содержанием восприятия является излишней.
После этогоурок заканчивается и учащиеся получают домашнее задание, одним из главныхпунктов которого является письменное описание наблюдений и зарисовкаэкспериментальной установки. Наряду с этим могут быть заданы вопросы и задачи,преимущественно качественного характера, на применение уже изученных законов.
Третий шаг – работаподсознания
Между этимуроком и следующим пролегает ночь – период времени, когда, как показывает опыт,дневные впечатления перерабатываются где-то в глубинах человеческого существа инаутро предстают порой как бы обновленными. Иногда, когда человек решаеткакую-либо проблему, часто именно наутро, вспомнив о ней, он одновременнонаходит и ее решение. Поэтому так важна пауза, пролегающая между восприятиемявления и его осмыслением. Правда, она эффективна лишь в том случае, если насамом наблюдении и его описании учащиеся были сконцентрированы, если картинапроисходившего действительно возникла перед их сознанием. И другое условие, неменее важное, если она пробудила определенный вопрос, желание понятьпроисходившее. Лишь тогда без непосредственного участия сознания человека, вэтот период «забывания» внутри человеческого существа будет происходитьинтенсивная работа над содержанием наблюдавшегося.
Четвертый шаг– обсуждение явлений и поиск закономерности
Наутрокартина явления вновь кратко восстанавливается: учащиеся устно по памятивоспроизводят его описание. Так как дальнейшая работа будет происходить в сферемышления, важнее воспроизвести явление в сознании учащихся по памяти, а не потетрадке.
Далееначинается самая сложная часть урока – поиск и формулировка закономерности,обуславливающий наблюдаемое явление. Трудность этого этапа в том, что вдействительности закономерность не выводится индуктивным путем из данныхнаблюдения. Она – не есть простое обобщение фактического материала, который ктому же очень ограниченно доступен учащимся. Закономерность всегда содержит ещеи мыслительный элемент, даже если это – так называемая «эмпирическаязакономерность».
Задачаучителя на этом этапе методики – не формулировать за детей эту закономерность.Она ни в коем случае не должна быть сообщена им в готовом виде. Учитель долженсуметь так организовать обсуждение (например, с помощью вопросов), чтобыучащиеся смогли, отвечая на поставленные вопросы, сами найти, сформулироватьзакономерность. Задача учителя – формулировка вопроса, проблемы и затеморганизация обсуждения, помощь учащимся в сопоставлении суждений друг друга, вверном соотнесении их с данными наблюдений и экспериментов. Алгоритма здесьнет. Процесс поиска каждый раз выстраивается из тех мыслей, которые высказываютучащиеся, и каждый год каждый новый класс прокладывает свой путь.
Пятый шаг – уяснениезакономерности в процессе решения задач
После того,как закономерность найдена в совместном обсуждении с классом, следует добитьсятого, чтобы ее уяснили все учащиеся. Ведь в обсуждении активно участвует толькочасть класса. Для этого, после того, как закономерность сформулирована, учительдает детям пару устных качественных задач на ее закрепление и уяснение. Этомогут быть несколько вопросов к тому, что будет наблюдаться в эксперименте принебольшом изменении некоторых условий. Т.е. закрепление и углубление пониманиятолько что «открытого» учащимися закона происходит в задачной ситуации, близкойк исходному эксперименту.
Шестой шаг – записьконспекта урока
Затем втетрадях записывается текст – конспект основного содержания урока. В немобязательно должна быть сформулирована закономерность и могут быть приведенынекоторые дополнительные рассуждения, сведения, интересные примеры. В среднихклассах учитель сам сочиняет этот текст накануне и на уроке диктует его детям(или записывает на доске). Начиная с 8–9 класса эта работа все чаще выполняетсясамими учащимися. В этом случае учителю приходится чаще проверять тетради,чтобы корректировать ошибки в самостоятельных формулировках закономерностей.
Последний шаг– закрепление материала
В заключениеучитель предлагает классу еще несколько задач на повторение и закреплениезнаний тех законов, которые были сформулированы на прошлом уроке. Лучше всегоописать новую экспериментальную ситуацию, во многом отличную от наблюдавшейсяна позапрошлом уроке. И к этому описанию нового явления, основывающегося на тойже закономерности поставить несколько вопросов, требующих понимания этойзакономерности и умения применять ее к объяснению нового явления. Эти задачимогут быть выполнены не только устно, но и письменно. Хорошо, если детям будетдана возможность немного самостоятельно поразмыслить, вникнуть в ситуациюзадачи.
На этомполный цикл методических этапов изучения одной темы заканчивается и вновьставятся эксперименты (изучается фактический материал). Однако еще по крайнеймере дважды-трижды к этой теме класс будет возвращаться: в первый раз – наследующем уроке, отвечая на вопросы и решая задачу по этой теме. Во второй раз –в конце эпохи или же недели, выполняя самостоятельную или же контрольнуюработу. И в третий раз – на следующий год, при необходимости повторения этойтемы для изучения связанного с ней нового материала. [1], [2]
Главнаязадача, стоящая перед педагогом, состоит в поиске путей доведения практики доуровня научно обоснованных требований, разработанных в рамках методологии итеории педагогики.
1.4Структура физического знания
Имеется двауровня физического знания: эмпирический и теоретический
Эмпирический включает данные опыта,эмпирические понятия, законы и закономерности. изучая физические явления,формирует набор эксперимента, затем его анализирует, описывает, и на основеэтого формируют законы и закономерности. Для количественной оценки физическихявлений вводят числовые характеристики меры их свойств, которые называютфизическими величинами. Физическая величина – это числовая характеристикасвойств физических объектов, полученная путем измерения. Физический объект – тело,система, состояния этой системы или процессы которые в ней происходят.
Каждаяфизическая величина характеризует физический объект не только количественно, нои качественно. Физическая величина – это не сама действительность – этопринятый в физике способ описания физической реальности. Каждый физическийобъект обладает множеством свойств, которые используют метод идеализации:выделяют существенные стороны и отбрасывают несущественные, и тогда изучаютупрощенную модель (мат точка, мат маятник, абсолютно твердое тело).
Теоретическийуровеньвключает теории, идеи и гипотезы. Физическая теория – этотеоретические законы, представленные в виде математических уравнений, которыеописывают данные явления.
Теоретическиезаконы отличаются большей общностью, они включают теоретические понятия иэмпирические понятия. Теоретические понятия более отдаленные от опытных.
Физическаятеория выделяет структурные части: Основание, ядро, следствие.
Основание включает эмпирическийбазис (набор опытных данных), идеализированный объект и физические величины. Идеализированныйобъект – модель материи на определенном структурном уровне. Каждая теорияотличается одна от другой идеализированным объектом.
Переходныммостом от эмпирического базиса к новой теории служит идеальный объект.
Ядро физическойтеории составляетсистема общих законов выраженных в математических уравнениях,постулатах и принципах.
Системауравненийпредставляет собой математическую модель данного вида взаимодействия материй, вкотором идеализированный объект представлен в динамике и движении.
В фундаментальныеуравнения входят фундаментальные константы: с, Планка, Больцмана.
Особым видомфизических законов сохранения являются законы сохранения; число их растет.
Каждойфизической теории соответствует набор принципов симметрии, которые проявляютсебя в неизменности физических законов при определенныхпреобразованиях(операциях). Например, есть непрерывные преобразования: переносили поворот системы, как целое; дискретные преобразования: замена частиц наантичастицы. Важную роль играет принцип соответствия, который означает, чтоновые теории асимптотически переходят в старые, если фундаментальные константыприобретают критические значения (0, 1, µ).
Выводыстроятся путем логическойдедукции. Совокупность основных идей, принципов и гипотез создает физическуюкартину мира.
1.5Методология школьного эксперимента. Мысленный эксперимент. Гипотеза. Теория
Знания о физическом научном эксперименте формируются прежде всегов процессе ознакомления школьников с историческими опытами. Чтобы оно былоэффективным, требуется выполнение ряда условий. Следует знакомить учащихся стакими историческими опытами, которые в развитии физики сыграли значительнуюроль. Показ исторического опыта не должен изобиловать второстепеннымитехническими подробностями, но должен отражать его суть, основную авторскуюидею. Учитель должен постоянно отмечать, обращать внимание учащихся на теупрощения, которые он сознательно вводит для показа главного в данном явлении,отделяя это главное от многих других сторон, усложняющих реальное протеканиепроцесса. Необходимо также разъяснять, почему в действительности путь к этим«простым и легким» опытам был таким сложным и длительным, полным ошибок изаблуждений. В противном случае у школьника может создаться представление, чтов науке все делается просто и «с первого раза». При проведении историческихопытов можно использовать современное оборудование, однако при этом необходиморассказать школьникам, каким оборудованием в действительности пользовалисьисследователи (показать исторические рисунки, фотографии, модели и т.д.).Следует раскрывать связь данного эксперимента с научной и социальнойобстановкой, сложившейся к этому времени, сформулировать задачи, которые былирешены в науке в результате проведения данного эксперимента.
В научно-популярной и методической литературе исторические опытыназывают по-разному: решающие, ключевые, великие, основополагающие и т.д.Особенно часто можно встретить термин «фундаментальный опыт» или«фундаментальный научный эксперимент», при этом приводится не один десятокисторических опытов. Само слово «фундаментальный» предполагает, однако, чточисло таких опытов не должно быть велико. Разумеется, не все изучаемые в школеисторические опыты являются действительно фундаментальными, хотя все они вопределенной степени способствовали развитию физики в прошлом и настоящем.
Было бы полезно систематизировать многочисленные историческиенаблюдения и опыты, входящие в курс физики средней школы (и те, которые, понашему мнению, должны войти в будущем), по их функциональному признаку – реализацииопределенной задачи и значению в развитии физической науки.
Класс физических опытов:
1. Опыты,благодаря которым было положено начало новым разделам (направлениям) физики(такие опыты следует называть фундаментальными);
2. Опыты,позволившие открыть отдельные физические явления;
3. Опыты,позволившие установить свойства и закономерности открытых ранее явлений (самыйраспространённый класс физического эксперимента, осуществляемый ежедневно в научно-исследовательскихлабораториях);
4. Опыты,с помощью которых была доказана справедливость фундаментальных теорий;
5. Опыты– «решающие эксперименты», окончательно отвернувшие или подтвердившиесправедливость теоретического положения (гипотезы);
6. Опыты,в которых определяется точное значение физических величин и постоянных;
7. Опытыи исследования по созданию новых экспериментальных средств и методов, новыхматериалов, техническому использованию открытых явлений;
Изучение исторических опытов в соответствии с приведеннойклассификацией помогает избежать возникновения у учащихся ошибочногопредставления об одинаковом значении всех исторических опытов, даетвозможностьпоказать школьникам круг задач, которые решает физический экспериментвнауке, выбрать из большого числа опытов, относящихся к данной группе, наиболеехарактерные и важные для учебного процесса.
Учебныйфизический эксперимент, его структура и задача.
Учебныйэксперимент – этовоспроизведение физического явления на уроке с помощью специальных приборов вусловиях наиболее доступных для его проведения. Это отражение научного методапознания.Цели:
1. служитисточником знания
2. являетсяметодом обучения
3. этовид наглядности.
Классификацияпо организационному признаку:
1. демонстрационныеопыты (эксперименты). (обязательные в программе: опыты Кулона, Столетова(фотоэффект), опыты Герца, Максвелла, весы Камидеша)
2. Фронтальныелабораторные работы, опыты, наблюдения.
3. Физическийпрактикум
4. Внеклассныеопыты и наблюдения
5. Количественныеи качественные
6. Экспериментальныезадачи
7. Творческиезадания.
Методический анализ эмпирического уровня познания начнем суказания на некоторые терминологические трудности. Как известно, наблюдение иэксперимент представляют собой различные методы эмпирического познания.Наблюдение – это целенаправленное восприятие явлений окружающейдействительности, в ходе которого получают знания о внешних сторонах, свойствахя отношениях изучаемых объектов. Под экспериментом понимают такуюпрактически-познавательную деятельность человека, когда последний активновмешивается в протекание изучаемого процесса.
Что касается термина «опыт», то в науке его используют предельношироко – как всю совокупность практических взаимоотношений между человеком иматериальным миром, как результат освоения действительности. В истории физикиэтот термин означает эксперимент или наблюдение, проведенные ученым. В методикепреподавания физики термин «опыт» используют чаще других, когда речь идет осамостоятельном эксперименте или наблюдении учащегося В Процессе лабораторногопрактикума и фронтальных лабораторных работ или демонстрацииучителя, закоторой учащийся наблюдает.
Мы будем пользоваться термином «опыт» в качестве общего названиядвух методов эмпирического познания: наблюдения и эксперимента при условии, чтоучащиеся проделывают их самостоятельно. Всю систему эмпирического уровняпознания природы по традиции в методике преподавания физики называют физическимэкспериментом, так что понятие «экспериментальный» и «эмпирический» являютсяздесь синонимами.
Необходимость формирования у школьников глубоких знаний о сущностиэкспериментального познания определяется той ролью, которую играет экспериментв физических исследованиях: во-первых, он является источником новых знаний офактах, которые затем систематизируются и обобщаются в законах и теориях;во-вторых, только эксперимент служит падежным критерием истинности любойтеоретической концепции, гипотезы, положения; в-третьих, через экспериментосуществляется связь физических знаний с техникой, производством и бытом.
В настоящее время, когда резко возросла роль теории в преподаваниифизики, важно не впасть в крайность излишней теоретизации школьного курсафизики и поэтому школьному эксперименту отводить лишь иллюстративную роль.Такое сужение функций школьного физического эксперимента привело бы к снижениюидейного уровня курса, к неправильному пониманию школьниками механизма развитиянауки и роли эксперимента в научном познании. Академик Г.С. Ландсберготмечал: «Отчетливое понимание… экспериментального характера физических законовимеет крайне важное значение: оно делает из физики науку о природе, а несистему умозрительных построений; с другой стороны, оно прививает мысль ограницах применимости установленных физических законов, основанных на нихтеорий и открывает перспективы дальнейшего развития науки»1.
Формирование экспериментальных знаний и умений осуществляется впроцессе обучения физике в двух основных формах: проведение учебногоэксперимента и ознакомление с историческими опытами и наблюдениями, сыгравшимибольшую роль в развитии физической науки. Эти две формы, каждая из которыхвыполняет свои собственные обучающие функции, взаимно дополняют друг друга иявляются в одинаковой степени необходимыми элементами физического образования.Действительно, если бы ознакомление учащихся с методами экспериментальногоисследования ограничивалось постановкой учебного физического эксперимента внынешнем его состоянии, то существовала бы определенная опасность того, что ушкольников может утвердиться неправильное понимание сущности и роли этихметодов в процессе познания. Ведь в методологическом отношении учебныйэксперимент резко отличается от научного по задачам, сложности и числупроведенных опытов, их вариативности, оборудованию, технике измерения ирасчетов, соотношению запланированности и случайности и т.д. Вот почему, нарядус традиционной системой учебного эксперимента, необходимо широкое внедрение вшкольный курс физики разработанной и обоснованной системы методологическихзнаний о физическом научном эксперименте. В содержание такой системы включаютсязнания о роли эксперимента в научном познании и практической жизни; о видахфизического эксперимента – наблюдении и опыте; о методологическом принципенаблюдаемости; о сущности процедуры измерения; о требованиях к современномуэксперименту; о специфике измерений в микромире и др.
Система включает также комплекс экспериментальных уменийметодологического характера: описать наблюдение или опыт; подметить различиемежду тем, что ожидалось получить и что в действительности получилось в ходеэксперимента; отличить в нем существенное от второстепенного; сделатьпредсказание дальнейшего хода эксперимента; самостоятельно выдвинуть гипотезу(сделать вывод), объясняющую полученный результат; использовать графики итаблицы.
Мысленный эксперимент играет важную роль в научном познании. Подмысленным экспериментом иногда понимают такие операции, которые предшествуютреальным опытам, являясь их детальным продумыванием, мысленной «репетицией». Втаких случаях мысленные эксперименты в силу своей наглядности и убедительностипозволяют ученым проверять еще до проведения опыта (а иногда потребность впоследних и отпадает) полученные теоретические Результаты в качественной формеи, следовательно, судить об их справедливости, заранее оценивая шансы на успехреальных опытов, часто весьма дорогостоящих.
В более общем случае под мысленным экспериментом понимаютоперирование идеализированными объектами с целью получения новых данных илидоказательства справедливости предложенных гипотез. В таком понимании мысленныеэксперименты не могут быть проведены в действительности по техническимпричинам. Но всегда мысленные эксперименты должны быть логическинепротиворечивыми.
Как отмечал А. Эйнштейн, их функция состоит в том, чтобы «оперироватьв мысли с вещами, невозможными практически, т.е.такими, которые противоречатнашему повседневному опыту, но не с полнейшей бессмыслицей».
Мысленный эксперимент широко использовали в своем творчестве привыдвижении фундаментальных идей, теорий, законов Галилей, Ньютон, Максвелл,Эйнштейн, Бор, Гейзенберг и другие выдающиеся физики.
В последнее время в преподавании физики все чаще используется этотметод как одно из средств наглядности при изложении сложного материала.
Мысленный эксперимент как метод теоретического познания в школьномкурсе физики выполняет следующие познавательные функции: служит средствомнаглядности при изложении сложного материала, а также своеобразным способомдоказательства выдвинутых положений еще до выполнения реального эксперимента(иногда потребность в последнем отпадает).
Мысленные эксперименты условно могут быть разделены наисторические и эксперименты чисто учебного характера, которые предлагаютучитель или учащиеся в процессе объяснения какого-либо явления.
Мысленные эксперименты учебного характера применяются, например,при выводе формулы архимедовой силы, действующей на тело кубической формы,полностью погруженное в жидкость; при выводе основного уравнения кинетическойтеории идеального газа и т.д.
Исторические мысленные эксперименты следует излагать, используяхрестоматийный материал: отрывки из сочинений ученых, исторические рисунки идр.
Знакомясь с мысленными экспериментами, выдвинутыми ученымипрошлого и настоящего, учащиеся смогут проследить за ходом мысли ученого, еготеоретической аргументацией, овладевая при этом интеллектуальными навыкамипознания.
Гипотеза является важным рабочим инструментом в научном познании.Анализируя полученные экспериментальным путем те или иные факты, ученыйвыдвигает предположение – гипотезу, на основе которой объясняет наблюдаемоеявление, вскрывает его внутренний механизм, связь с другими явлениями.
Подчеркивая познавательную ценность гипотезы, С.И. Вавиловвсе методы построения физической теории разбил на три класса: метод принципов,метод модельной гипотезы и метод математической гипотезы.
Первыйпуть построения физического знания был разработан впервыеНьютоном при создании классическоймеханики. Он заключается к следующем.На основеопыта формулируются аксиомы или так называемые принципы, и изних дедуктивным путем выводятся отдельные законы и положения, которые должныбыть проверены на опыте. Согласие этих следствий с опытом служит гарантиейсправедливости основных положений теории. Методом принципов построены, помимоклассической механики, также термодинамика, электродинамика, теорияотносительности, атомная теория Бора.
Преимущество метода модельной гипотезы заключается в егонаглядности и простоте, он неоднократно использовался в истории физики. Этимметодом построены, например, молекулярно-кинетическая теория, статистическаяфизика, классическая электронная теория.
Метод математической гипотезы наиболее абстрактен. С его помощьюсоздана квантовая механика. Фундаментальная идея Луи де Бройля окорпускулярно-волновом дуализме возникла на основе экстраполяцииматематического соотношения между длиной волны и импульсом для фотона намикрочастицы, Л. де Бройль воспользовался аналогией между математическим аппаратом аналитической механики иволновой теорией. Гипотеза о существовании позитрона также вытекала из решенияуравнения в созданной П. Дираком квантовой теории электрона. В среднейшколе метод математической гипотезы можно проиллюстрировать, используя аналогиюмежду гравитационным и электростатическим полем.
Учащиеся должны понимать разницу между научной гипотезой,выдвигаемой для разрешения той или иной проблемной ситуации, возникшей впроцессе познания, и гипотезой, основанной на домыслах, слепой вере в«божественные силы» или фантастических предположениях, ничего общего не имеющихс реальностью. Поэтому надо обратить их внимание на ряд условий, обеспечивающихсостоятельность научной гипотезы. Прежде всего, гипотеза должна пройти черезлогический анализ, ее необходимо сопоставить с теми известными фактами,справедливость которых неоднократно и надежно обоснована. Вместе с тем гипотезане должна слепо приспосабливаться к фактам, которые кажутся само собойразумеющимися, соответствующими нашему «здравому смыслу». В истории науки быломного случаев, когда такие факты пересматривались и опровергались новойтеорией, возникшей на основе «безумной» гипотезы. Как отмечал К.А. Тимирязев,«иногда говорят, что гипотеза должна быть в согласии со всеми известнымифактами; правильнее было бы сказать – или быть в состоянии обнаружитьнесостоятельность того, что неверно признается за факты и находится впротиворечии с нею».
Последнее обстоятельство можно проиллюстрировать рядом примеров:гипотеза Коперника о движении Земли вокруг Солнца, составившая основугелиоцентрической системы; гипотеза Галилея об одинаковости падения тел вбезвоздушном пространстве, получившая простую интерпретацию в механике Ньютона;гипотезы Бора о характере поведения электронов в атоме, включенные в видепостулатов в атомную теорию, и т.д.
Научная гипотеза как предположительное знание требует своегоэкспериментального подтверждения, а поэтому должна быть принципиальнопроверяема. Пусть гипотеза не проверена сегодня (она, например, неактуальна дляданного состояния науки, или технический уровень не позволяет это сделать), тогдаона будет проверена в будущем, но до этого времени ученые относятся к ней снедоверием и не делают, как правило, эту гипотезу предметом исследования. Вистории физики бывали случаи, когда гипотеза ждала своего подтверждения целыестолетия (например, атомистическая гипотеза, впервые введенная в физикудревнегреческими материалистами Демокритом и Эпикуром, была надежно доказанаэкспериментами лишь в начале XX в.; гипотеза Гюйгенса о волновых свойствахсвета, выдвинутая в XVII в., получила экспериментальное подтверждение в XIX в. и т.д.).Гипотеза, не подтвержденная экспериментально, не включается в научное знание.Усвоению этого положения учащимися должны помочь соответствующие примеры.
На примерах ряда гипотез, таких, как гипотезы теплорода,электрической и магнитной жидкостей, светоносного эфира, школьники должныусвоить, что гипотезы, принципиально не проверяемые, не имеют права насуществование в науке, однако они часто стимулируют поиск ученых, наталкивая ихна новые эксперименты и, подобно строительным лесам, помогают строить зданиефизической науки. Учащихся следует познакомить еще с одним свойством научнойгипотезы – ее плодотворностью. Выдвинутая вначале для объясненияодного-единственного явления, гипотеза надежно служит в дальнейшем приисследовании целого ряда процессов. Таковы фундаментальные гипотезы об атомах,о квантах. Квантовая гипотеза, например, выдвинутая М. Планком в 1900 г.только для объяснения излучения абсолютно черного тела (сам ученый вначале былкатегорически против ее экстраполяции на другие явления), была вскоре развита иобобщена А. Эйнштейном в гипотезу о фотонах (1905 г.), и на этойоснове получили объяснение фотоэффект и люминесценция; была построена теорияудельных теплоемкостей многоатомных газов и твердых тел (1911 г.). Эта жегипотеза была использована Н. Бором для создания теории атома водорода(1913 г.) и т.д.
В настоящее время квантовая гипотеза, блестяще подтвержденнаяэкспериментально, стала прочным фундаментом всей современной физики.
Необходимо также показать учащимся, как происходит уточнение иуглубление гипотезы, выдвинутой вначале в форме догадки, превращение ее втеорию посредством эксперимента и ло/>гичес/>кого аппарата. При этом нельзя забывать,что в учебном процессе гипотеза получает свое обоснование и доказательствосразу же после ее выдвижения, поэтому всегда следует отмечать долгий путьразвития научной гипотезы от гениальной догадки ученого до сложившейся теории.
Между теорией и гипотезой, положенной в основу данной теории, неткачественного различия. Гипотеза служит отправной точкой, первой ступенью впостроении физической теории. Экспериментальное подтверждение следствий теорииявляется одновременно подтверждением тех основных посылок теории, которые быливыдвинуты вначале как гипотезы. Это можно проиллюстрировать при изучении теориивсемирного тяготения, теории электромагнитного поля, элементов теорииотносительности. [5]
В учебном процессе логический процесс формирования гипотезысостоит в ее выводе из ранее изученных законов, теорий, идей. При этом происходитдедуктивная экстраполяция этих знаний на объяснение новых фактов и результатовэкспериментальной деятельности учащихся.
При этом нельзя забывать, что в учебном процессе гипотеза получаетсвое обоснование и доказательство сразу же после ее выдвижения, поэтому всегдаследует отмечать долгий путь развития научной гипотезы от гениальной догадкиученого до сложившейся теории.
Между теорией и гипотезой, положенной в основу данной теории, неткачественного различия. Гипотеза служит отправной точкой, первой ступенью впостроении физической теории. Экспериментальное подтверждение следствий теорииявляется одновременно подтверждением тех основных посылок теории, которые быливыдвинуты вначале как гипотезы. Это можно проиллюстрировать при изучении теориивсемирного тяготения, теории электромагнитного поля, элементов теорииотносительности.
В учебном процессе логический процесс формирования гипотезысостоит в ее выводе из ранее изученных законов, теорий, идей. При этомпроисходит дедуктивная экстраполяция этих знаний на объяснение новых фактов ирезультатов экспериментальной деятельности учащихся.
Физическая теория и методы теоретического познания.
Подчеркивая экспериментальный характер физической науки, учительне должен забывать и о втором уровне научного познания – теоретическом.Экспериментальные факты, не объединенные в теорию, способную объяснить этифакты и предсказать новые, не имеют большой познавательной ценности. Известныйфизик Л.И. Мандельштам отмечал: «В достижении нашей конечной цели – познанияприроды – могучим подспорьем, систематизирующим наш опыт и дающим возможностьпользоваться материалом, является теория. Теория, а значит, и орудие, которымона пользуется, – математика, не является балластом и чем-то искусственнопристегнутым к науке о природе. Нет, она есть то орудие, без которого мы небыли бы в состоянии осилить окружающий нас мир как в практическом смысле, так ив смысле удовлетворения умственных потребностей. Поэтому я нахожу – не считайтеэто парадоксом, что нельзя требовать знания только опытной физики, но вовсе непотому, что это слишком мало, а потому, что это слишком трудно. Более или менееполное знание опытной физики без помощи теории человеку не под силу…»1.
С терминами «теория», «теоретическое» школьники знакомятся задолгодо изучения конкретных физических теорий в старших классах средней школы. Сназванными понятиями они ассоциируют житейские и даже чисто ученическиепредставления: «теория – это то, что написанов учебнике и надовыучить», противопоставляя последней решение задач или проведение лабораторных(практических) занятий.
Философия, анализируя соотношениетеории и практики,теоретической и практической деятельности человека и т.д., придает понятию«теория» широкий смысл познавательной деятельности вообще. В методологии наукиэто понятие имеет более узкий смысл: оно означает не всю познавательнуюдеятельность человека, а лишь тот ее высший уровень, на котором выявляютсянаиболее существенные свойства и закономерности изучаемых явлений.
Во всех естественных науках имеются свои теории. Среди всехестественнонаучных теорий физическая теория отличается высоким уровнем систематизациизнаний, логическим совершенством, глубоким проникновением в неематематики, непосредственной связью с экспериментом – все это позволяет считатьфизическую теорию образцом теоретического знания, недосягаемым пока для другихнаук. Вот почему так важно формировать у учащихся методологические знания осущности и структуре научной теории, методах теоретического познания природы.
Теоретическое познание школьника включает как уровень овладенияотдельными методами, так и уровень усвоения целостной физической теории. Первыйуровень теоретического познания должен широко использоваться на всем протяженииобучения физике.
Определение теории в точной и полной формулировке даватьшкольникам вряд ли целесообразно (да это и невозможно), однако всоответствующих темах школьного курса физики необходимо познакомить учащихся сважнейшими характеристиками научной теории. К таким характеристикам относятсяследующие:
1. Теория должна быть достоверна и соответствовать результатамэксперимента (другими словами, выдерживать экспериментальную проверку).
В процессе ознакомления в старших классах с физическими теориями(их основами или элементами) необходимо обращать внимание учащихся на те факты,полученные экспериментально, которые подтвердили справедливость изучаемыхтеорий.
Те же теории и теоретические положения, которые казались логичнымии математически безупречными, и конце концов отвергались как неверные, если неподтверждались па опыте. Так, при изучении тепловых явлений учащихся знакомят стеорией теплорода как теорией, не выдержавшей экспериментальной проверки ипоэтому ошибочной.
2. Теория должна объяснять факты, а не только их описывать. Какотмечал Э. Резерфорд, «ценность любой рабочей теории основана на тойсовокупности экспериментальных фактов, которые она может объяснить, и на ееспособности предложить новые направления исследований»1. В процессеобъяснения исследуемые явления включаются в рамки созданной теории, получаясвое обоснование на базе основных положений теории. При этом вскрываютсявнутренние связи между явлениями, их фундаментальные свойства, устанавливаетсяих причинная обусловленность. В результате объяснения обеспечивается пониманиесущности исследуемого круга явлений. Объяснительная функция научной теории вомногих чертах сходна с объяснением в учебном процессе, где оно выступает какодин из эффективных способов усвоения учебного материала.
Объяснительная функция теории раскрывается, например, в процессеизучения многих тепловых и молекулярных явлений. Понятие температуры, газовыезаконы, агрегатные состояния и агрегатные превращения, поверхностное натяжениеи свойства твердых тел объясняются на основе молекулярно-кинетической теории,что постоянно подчеркивается при изложении материала на страницах учебника.Учащиеся глубже понимают и лучше усваивают такие вопросы, как сила тока иэлектродвижущая сила, закон Ома, зависимость удельного сопротивления оттемпературы, закон Джоуля – Ленца, когда для их объяснения используетсяэлектронная теория.
Квантовая теория света помогает объяснить фотоэффект илюминесценцию, теория Бора – линейчатые спектры излучения и поглощения и т.д.
3. Теория должна быть эвристичной и предсказательной (т.е. даватьновые знания, первоначально в нее не заложенные).
Научное предсказание наряду с объяснением – важнейшая функциятеории, позволяющая предвосхищать дальнейшее развитие и усовершенствование этойтеории, открывать «на копчике пера» новые явления и закономерности, с которыминаука не сталкивалась до сих пор.
Курс физики средней школы содержит большой материал, позволяющийпоказать эвристические свойства физической теории. Так, при изученииэлектромагнитного поля знакомим учащихся с предсказанием Максвелла обэлектромагнитной природе света. Рассказываем, что из уравнений Максвелласледовал вывод о распространении электромагнитного поля со скоростью,совпадающей со значением скорости света. Это позволило ученому выдвинутьгипотезу, согласно которой свет есть электромагнитные волны. ПредсказаниеМаксвелла получило в дальнейшем экспериментальное подтверждение в опытах Герцаи Лебедева.
4. Теория должна быть достаточно концентрированной и общей (т.е.такой, чтобы, исходя из небольшого числа основных положений, можно былополучать различные следствия и охватывать достаточно большое число реальныхявлений).
Если бы физическая теория объясняла только один факт, одноявление, то вряд ли она имела бы какую-нибудь ценность. Любая физическаятеория, даже созданная для объяснения небольшого круга природных явлений,должна описывать все явления данного круга. Так, теория всемирного тяготения,созданная Ньютоном на основе анализа одного явления – движения Луны вокругЗемли, сумела объяснить многие явления макро- и мега-мира, где гравитационноевзаимодействие играет существенную роль. При изучении механики и астрономииучащиеся узнают, что сам Ньютон и другие исследователи прошлого и настоящегоиспользовали теорию всемирного тяготения для решения большого числа важныхнаучных проблем, среди которых были: определение массы Солнца, Земли, Луны идругих планет; доказательство независимости ускорения свободного падения отмассы тел и вычисление значения g на экваторе; установление несферичности формы Земли,объяснение прецессии точек равнодействий; объяснение приливов и отливов;раскрытие природы комет и описание их движений; расчет полетов искусственныхспутников Земли; расчет возмущений движений планет и т.д.
5. Теория должна быть внутренне непротиворечивой и допускатьусовершенствование.
В процессе ознакомления учащихся с различными физическими теорияминеобходимо показывать, что теория создается не сразу и не окончательно, ееосновные идеи постепенно уточняются, углубляются, расширяются, пока она непринимает свою окончательную и совершенную форму. Так, молекулярно-кинетическаятеория прошла многовековую историю от атомистической гипотезы древнегреческихфилософов-материалистов Демокрита и Эпикура до конца XIX в., когда этатеория получила статистическую интерпретацию в трудах Больцмана, Максвелла иГиббса; а теория электромагнитного поля Максвелла не сразу приняла современныйвид «изящных» уравнений: на протяжении десятилетий Максвелл и другие ученые шагза шагом уточняли, дополняли и в конце концов упразднили модели, которыеМаксвелл ввел для наглядной интерпретации абстрактных понятий, связанныхс электромагнитнымполем.
В процессе изучения физических теорий или их элементов учащиесядолжны увидеть их системный характер, структуру:
1) основные понятия, отражающие эмпирический базис, и совокупностьфактов, на которых зиждется теория – основание теории;
2) основные принципы и законы, составляющие ядро теории;
3) следствия, выведенные из принципов и законов путем логическойдедукции.
Эти структурные компоненты устоявшейся теории должны включаться влогически замкнутую цепочку – схему научного познания, представляющего собойединство экспериментального я теоретического уровней познания природы.
Формирование методологических знаний об экспериментальном итеоретическом уровнях научного познания необходимо осуществлять в процессеобучения таким образом, чтобы в сознании школьника эти уровни всегдапредставлялись как два неразрывно связанных и взаимодополняющих аспекта единогонаучного подхода к познанию действительности.
2. Контрользнаний и умений учащихся по физике
физика школаметодология эксперимент
Контрользнаний и умений учащихся является важным звеном учебного процесса, отправильной постановки которого во многом зависит успех обучения. Выделяютследующие цели контроля знаний и умений учащихся:
– диагностированиеи корректирование знаний и умений учащихся;
– учетрезультативности отдельного этапа процесса обучения;
– определениеитоговых результатов обучения на разном уровне.
Место, вкоторое целесообразно поместить проверку в процессе обучения, определяется ее целями.
Как былоустановлено, основная цель проверки как для учащихся, так и для учителя, – выяснить,усвоили ли учащиеся необходимые знания и умения по данной теме или разделу.Основной функцией здесь является контролирующая. Естественно предположить, что контрольнужен на разных этапах обучения и на разном уровне: тематический, четвертнойучет, экзамены и т.д.
Контроль,проводящийся после изучения небольших «подтем» или циклов обучения,составляющий какой либо раздел, принято называть текущим. Контроль, проводящийсяпосле завершения крупных тем и разделов физики, принято называть итоговым.Итоговый контроль также включает в себя переводные и выпускные экзамены.
Учителюнеобходимо установить, какая форма контроля подходит для текущего контроля, акакая – для итогового. Это можно сделать, учитывая время, которое занимает таили иная форма, а также количество материала, которое она позволяет проверить.Так, например, физический диктант и кратковременная самостоятельная работа сполным правом могут быть отнесены к текущему контролю знаний и умений учащихся:они кратковременны и не могут охватить весь изученный материал. Тестовыезадания, составленные по-разному, с разным количеством вопросов, могут быть какформой текущего, так и итогового контроля, однако чаще задания с выборомответов используются при текущей проверке. Устный зачет по теме и письменнаяконтрольная работа – формы итогового контроля, так как охватывают большоеколичество материала и занимают много времени. Контрольная лабораторная работаможет использоваться на итоговом контроле, однако, учитывая то, что она можетпроверить ограниченный круг умений учащихся, ее целесообразно комбинировать,как было сказано ранее, с другими формами проверки.
2.1 Методы и формы контроля
Проверказнаний позволяет выяснить уровень усвоения материала и на основе этогоуправлять учебным процессом совершенствуя методы и формы работы учащихся.Проверка знаний является связующим звеном между учителем и учащимися.
Знание ипонимание функций контроля поможет учителю грамотно, с меньшей затратой времении сил планировать и проводить контрольные мероприятия, достигать должногоэффекта.
Функциипроверки: ориентирующая, обучающая, диагностирующая, контролирующая,развивающая, воспитательная.
Методыпроверки: устный,письменный, графический, практический.
Видыпроверки:
– пообъему: текущие,итоговые;
– поколичеству учащихся: индивидуальная, групповая, классная, массовая.
Формы контроля знаний и умений учащихся – многочисленные, разнообразныевиды деятельности учащихся при выполнении контрольных заданий. Форм контроля очень много, т. к. каждыйучитель вправе придумать и провести собственные, кажущиеся ему наилучшими,контрольные задания.
Формыпроверки: устныйопрос, контрольная письменная работа, контрольная лабораторная практическаяработа, зачет и диспуты, решение задач, физический диктант.
Ориентирующаяфункция проверки ориентирует преподавателя на слабые и сильные стороны усвоенияматериала. Передовые учителя при изложении нового материала обязательно задаютвопросы цель которых выделить главное в изучаемом материале. Сам процесспроверки помогает учащимся выделить главное в изучаемом, а учителю определитьстепень усвоения этого главного.
Обучающаяфункция. Самаяглавная функция проверки. Проверка помогает уточнить и закрепить знаниявыполнения проверочных заданий. Способствует формированию знаний до болеевысокого уровня. Формирует умение самостоятельности и работы с книгами.
Контролирующая.Дляконтрольных работ и самостоятельных работ она является главной.
Диагностирующая.Устанавливаетпричины успехов и неудач учащихся. Проводятся специальные диагностирующиеработы, которые определяют уровень усвоения знаний (их 4 уровня).
Развивающаяфункция. Проверка определяет способностистудента распоряжаться объемом своих знаний и умением строить собственныйалгоритм решения задач.
Воспитательнаяфункция. Приучает учащихся к отчетности,дисциплинирует их, прививает чувство ответственности, необходимостисистематических занятий.
2.2 Методы текущих и итоговыхпроверок и их функции
Методы:
1. Устный
2.Письменный
3.Графический (умение строить и читать графики)
4.Практический (умение проводить эксперименты)
Чащеиспользуется устный, индивидуальный или фронтальный опрос и решение задач.
Видыдеятельности при текущем опросе:
– Устноеизложение
– Решениекачественных и расчетных задач
– Выполнениепрактических работ (лабораторные работы, опыты, экспериментальные задачи)
– Построениеи чтение графиков, решение задач с помощью графиков
– Физическиедиктанты
– Тесты
– Работыс дидактическим материалом
Главное втекущей проверке – не контроль знаний, а выявление знаний и не знаний. Текущая проверкаимеет ориентирующую функцию, обучающую, воспитательную, развивающую,диагностирующую.
Контрольнаяфункция является вспомогательной. Воспитательное значение имеет выставляемаяучителем оценка, она должна быть объективной. Нельзя снижать оценку за плохоеповедение.
Итоговаяпроверка проводится по теме, разделу, за четверть, полугодие. Основная функцияконтролирующая.
Любаяпроверка носит обязательно и обучающую функцию, так как помогает повторить,закрепить, привести знания в систему. Чаще проверяется в виде письменных,контрольных работ (расчетные и качественные задачи, тесты, контрольные илабораторные работы), в старших классах: зачеты, диспуты, дискуссии. Припроверке контрольной работы учитывается способ решения задач, выявляют типичныеошибки и затруднения. Недостаток контрольной: охватывают небольшой объемматериала.
Качественныезадачи предполагают не громоздкие ответы, а также не должно быть ответов типа «да»и «нет». Они должны содержать не более трех-пяти предложенных или четырехлогических шагов для объяснения.
Тестирование – индивидуальноеи самостоятельное выполнение учащимися теста учебных достижений. Тест(испытание, проба, проверка) – это совокупность заданий, которые направлены наизмерение степени усвоения определенных аспектов содержания обучения, а такжесовокупность соответствующих эталонов и инструкция по выполнению работыучащимися. Общеизвестны требования к тесту:
1) относительная кратковременностьвыполнения заданий;
2) однозначность, т.е. накаждый вопрос должен быть только один правильный ответ;
3) краткость ответа;
4) возможность качественнойи количественной оценки результатов;
5) соответствие уровнюпреподавания;
6) ясность заданий дляучащихся;
7) наличие эталоновправильных ответов или (и) решений.
Содержание тестаопределяется содержанием модуля и включает учебные действия от узнавания доприменения знаний в измененной или новой ситуации. Каждое из заданий тестаможет быть «взвешено», т.е. устанавливается его процентный вес. Полностью,правильно выполненный тест – 100%.
Могут применяться тестыразличных видов. Задания в них могут предполагать:
1) краткие и конкретныеответы на вопросы;
2) заполнение пропусков втекстах;
3) выбор правильного ответаиз нескольких альтернатив;
4) поиск соответствия (найтисоответствующий элемент из двух множеств);
5) определениепоследовательности (какой будет следующий элемент?).
Используются тесты сосвободно конструируемым ответом.
Послетестов учащиеся должны быть готовыми к устным ответам по ним.
Физическийдиктант – знаниеформул, формулировок законов, определений понятий, усвоение и правильноепонимание физических терминов, символических обозначений, знания систем единици единиц измерения физических величин.
Доклады способствуют умениюработ с литературой, выделять главное, обобщать, обосновывать,систематизировать и делать выводы.
Экспериментальныезадачи и контрольные лабораторные работы проверяют наличие экспериментальных умений.
2.3 Требования к знаниям иумениям
Этопланируемый результат обучения, который предполагает наличие таких компонентов:
1. Основноесодержание обучения (то, что необходимо знать)
2. Степеньусвоение основного содержания до определенного уровня.
Уровниусвоения:
2.1. Воспроизведение.
2.2. Умениеработать по образцу (подставлять формулы в решение задач).
2.3. Умениеприменять знание в измененной ситуации.
2.4.Творческий уровень – умение самостоятельно создавать новые для учащегося методырешения задач, новые конструкции, новые модели.
3. Видыдеятельности учащихся по усвоению содержания обучения до определенного уровня.Например: пересказ – уровень воспроизведения; решение типичных задач – умениеработать по образцу.
Структурасодержания обучения:
1)Понятийные объекты (факты, понятия, законы, теории, методы науки).
2)Деятельностные объекты (умение и навыки). Подраздел:
– Частныеили предметные.
– Общие(интеллектуальные умения и умения рационального учебного труда)
Предметныеумения: умениепроводить эксперимент, измерять, наблюдать, решать задачи, читать и строитьграфики, читать и строить схемы.
Интеллектуальныеумения: абстрагировать,анализировать, синтезировать, обобщать, делать выводы, конкретизировать.
Умениярационального учебного труда: умение планировать учебную деятельность, работать с книгой, оформлятьрезультаты (конспект, реферат, тезисы, отчеты, доклады), контролировать учебнуюдеятельность и корректировать ее.
Теории,законы и основные физические понятия должны быть усвоены на третьем уровне. Косновным понятиям физики относятся сквозные понятия (m, u,a, p, F, E…). Понятия, которыевходят в ядро темы, но не относятся к основным, должны быть усвоены на первом ивтором уровне. Итоговая проверка должна состоять из заданий, которые выявляютвсе четыре уровня усвоения знаний. [1]
2.4Отметки и оценки на контрольных этапах
Методистыразличают понятия «оценка» и «отметка». Оценка – это слова, с помощью которыхучитель «оценивает», анализирует успехи ученика, хвалит или порицает его,обращает внимание на полноту или недостаточность его знаний. Оценка можетдаваться как в устной форме, так и письменно. Отметка – это привычные намцифры, от 1 до 10, выражающие успехи ученика, соответствие его знанийпредъявляемым требованиям. Однако очень часто эти понятия не различаютсяучителями, т. к. считается что отметка, она, по сути, и есть оценкауспеваемости ученика.
Роль оценок иотметок огромна. Они не только служат для учета успеваемости учащихся, помогаятем самым учителю ориентироваться в успешности обучения учащихся, но и помогаютсамому ученику, и эта их главная функция, судить о своих знаниях, выявлятьсобственные пробелы и исправлять их. Правильно поставленная отметка, вместе соценкой учителем работы ученика, ободряет, стимулирует его к дальнейшемуобучению, либо, наоборот, заставляет задуматься и насторожиться по поводукакого-то неуспеха. Именно поэтому отметки и оценки должны быть объективными – этоглавнейшее требование к ним. Только тогда они будут серьезно рассматриватьсяучениками, ребята будут верить и уважать мнение своего учителя. Недопустимозанижение или завышение оценок, нельзя использовать отметки как средствонаказания ученика за нарушение дисциплины.
Припроставлении отметки надо руководствоваться многими факторами. Во-первых, это,конечно требования к знаниям учащихся в процессе изучения темы, исходящие изцелей обучения данной теме. Во-вторых, учитывается полнота охвата материала,сложность и новизна заданий, предлагаемых учащимся, самостоятельность ихвыполнения. В устных и письменных ответах необходимо учитывать логичностьизложения, обоснованность утверждений, культуру речи. Эти требования повышаютсяс увеличением возраста учащихся. [6]
Списокиспользованных источников
1. Вопросы методологиифизики в курсе средней школы./ Г.М. Голин. – М.: Просвещение, 1987. – 128 с.
2. О соответствии методовобучения физике содержанию учебного материала./ Бедшакова З.М. // Физикав школе – 1983. – №5. – с. 55.
3. Методика преподаванияфизики в средней школе./ Бугаев А.И. – М.: Просвещение, 1984. – 284 с.
4. Преподавание физики вусловиях модернизации. // Физика в школе – 2003. – №5. – с. 20–25.
5. Обучение теоретическимметодам познания./ Одинцова Н.Н. // Физика в школе. – 2002. – №4. – с. 27.
6. О преподавании физикив средних общеобразовательных школах./ В. Коровин. // Физика в школе.– 2001. – №6. – с. 19.
7. Педагогическийсловарь./ под ред. Каирова И.А. – М.: АПН РСФСР, 1960. – Т. 1 – 774 с.,Т. 2 – 766 с.