Межпредметные связи физики и математики

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ                                                                                            3
ГЛАВА 1. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ ВСИСТЕМЕ
ОБУЧЕНИЯ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ                                                       6
§ 1.1. Понятие и классификация межпредметных связей                     6
§ 1.2. Планирование и осуществление межпредметных
связей в процессе обучения                                                                    10
§ 1.3. Проблемы межпредметных связей в практике
школьного обучения                                                                              15
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ У УЧАЩИХСЯОБЩИХ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ ПОНЯТИЙ                                               18
§ 2.1. Роль учителя в организации межпредметных связей                          18
§ 2.2. Использование межпредметных связей при изучении
 курса физики в школе                                                                                     22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                      30
БИБЛИОГРАФИЯ                                                                                  32ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время,пожалуй, нет необходимости доказывать важность межпредметных связей в процессепреподавания. Они способствую лучшему формированию отдельных понятий внутриотдельных предметов, групп и сис­тем, так называемых межпредметных понятий, тоесть таких, полное представ­ление о которых невозможно дать учащимся на урокахкакой-либо одной дис­циплины (понятия о строении материи, различных процессах,видах энергии).
Современныйэтап развития науки характеризуется взаимопроникновени­ем наук друг в друга, иособенно проникновением математики и физики в дру­гие отрасли знания.
Связь междуучебными предметами является прежде всего отражением объективно существующейсвязи между отдельными науками и связи наук с техникой, с практическойдеятельностью людей.
Необходимостьсвязи между учебными предметами диктуется также ди­дактическими принципамиобучения, воспитательными задачами школы, свя­зью обучения с жизнью,подготовкой учащихся к практической деятельности.
Межпредметныесвязи в школьном обучении являются конкретным вы­ражением интеграционныхпроцессов, происходящих сегодня в науке и в жизни общества. Эти связи играютважную роль в повышении практической и научно-теоретической подготовкиучащихся, существенной особенностью которой яв­ляется овладение школьниками обобщеннымхарактером познавательной дея­тельности.
Осуществлениемежпредметных связей помогает формированию у уча­щихся цельного представления оявлениях природы и взаимосвязи между ними и поэтому делает знания практическиболее значимыми и применимыми, это помогает учащимся те знания и умения,которые они приобрели при изучении одних предметов, использовать при изучениидругих предметов, дает возмож­ность применять их в конкретных ситуациях, прирассмотрении частных вопросов, как в учебной, так и во внеурочной деятельности,в будущей производст­венной, научной и общественной жизни выпускников среднейшколы.
Спомощью многосторонних межпредметных связей не только на качест­венно новомуровне решаются задачи обучения, развития и воспитания уча­щихся, но также закладываетсяфундамент для комплексного видения, подхода и решения сложных проблем реальнойдействительности. Именно поэтому межпредметные связи являются важным условием ирезультатом комплексного подхода в обучении и воспитании школьников.
Межпредметныесвязи следует рассматривать как отражение в учебном процессе межнаучных связей,составляющих одну из характерных черт совре­менного научного познания.
Привсем многообразии видов межнаучного взаимодействия можно вы­делить три наиболееобщие направления:
1. Комплексноеизучение разными науками одного и тоже объекта.
2. Использование методов одной наукидля изучения разных объектов в других науках.
3. Привлечение различными науками однихи тех же теорий и законов для изучения разных объектов.
Цельэтой работы — раскрыть некоторые пути установления межпредмет­ных связей приизучении программного материала по физике и математике.
Отдельныеаспекты проблемы межпредметных связей были освещены в работах докторапедагогических наук Федорец Г.Ф., старшего преподавателя кафедры педагогикиЧелябинского педагогического университета Звягина А.Н., кандидатапедагогических наук, доцента Дмитриева С.Д.
Всовременных условиях возникает необходимость формирования у школьников нечастных, а обобщенных умений, обладающих свойством широ­кого переноса. Такиеумения, будучи сформированными в процессе изучения какого-либо предмета, затемсвободно используются учащимися при изучении других предметов и в практическойдеятельности.
Внастоящее время в связи с увеличением объема информации, подлежа­щего усвоениюв период школьного обучения, и в связи с необходимостью под­готовки всех учащихсяк работе по самообразованию особо важное значение приобретает изучение ролимежпредметных связей в активизации познаватель­ной деятельности учащихся.
ГЛАВА 1. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ ВСИСТЕМЕ ОБУЧЕНИЯ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
§ 1.1.Понятие и классификациямежпредметных связей
Впедагогической литературе имеется более 30 определений категории «межпредметныесвязи», существуют самые различные подходы к их педагоги­ческой оценке и различныеклассификации.
Так,большая группа авторов определяет межпредметные связи как ди­дактическоеусловие, причем у разных авторов это условие трактуется неоди­наково. Например:межпредметные связи выполняют роль дидактического ус­ловия повышенияэффективности учебного процесса (Ф.П. Соколова); меж­предметные связи какдидактическое условие, обеспечивающее последователь­ное отражение в содержаниишкольных естественнонаучных дисциплин объек­тивных взаимосвязей, действующих вприроде (В.Н. Федорова, Д.М. Кирюш-кин).
Рядавторов дает такие определения межпредметных связей: «Межпред­метные связи естьотражение в курсе, построенном с учетом его логической структуры, признаков, понятий,раскрываемых на уроках других дисциплин», или такое: Межпредметные связипредставляют собой отражение в содержа­нии учебных дисциплин тех диалектическихвзаимосвязей, которые объективно действуют в природе и познаются современныминауками.
Всевыше перечисленные определения конечно верно, однако их нельзя считать полными.Для того чтобы вывести наиболее правильное и информатив­ное определение понятию«межпредметные связи», надо подвести его под дру­гое, более широкое. Такимболее широким, родовым понятием по отношению к категории «межпредметная связь»является понятие «межнаучная связь», но и первое и второе являются производнымиот общего родового понятия «связь» как философской категории. Исходя из этого,можно сделать определение: межпредметные связи есть педагогическая категориядля обозначения синтезирующих, интегративных отношений между объекта­ми,явлениями и процессами реальной действительности, нашедших свое от­ражение всодержании, формах и методах учебно-воспитательного процесса и выполняющихобразовательную, развивающую и воспитывающую функции в их ограниченномединстве.
Разнообразиевысказываний о педагогической функции межпредметных связей объясняетсямногогранностью их проявления в реальном учебном про­цессе. Кроме того,сказывается недостаточный учет связи педагогики с другими науками.
Рассмотримтеперь классификацию межпредметных связей, так как пра­вильная классификация,отображая закономерности развития классифицируе­мых понятий, глубоко вскрываетсвязи между ними, способствует созданию научно-практических предпосылок дляреализации этих связей в учебном про­цессе.
Межпредметныесвязи характеризуются, прежде всего, своей структурой, а поскольку внутренняяструктура предмета является формой, то мы можем выделить следующие формысвязей:
1. по составу;
2. по направлениюдействия;
3. по способу взаимодействиянаправляющих элементов. Исходя из того, что состав межпредметных связейопределяется содержа­нием учебного материала, формируемыми навыками, умениями имыслитель­ными операциями, то в первой их форме мы можем выделить следующиетипы межпредметных связей:
1) содержательные; 2) операционные; 3)методические; 4) организацион­ные. Каждый тип первой формы подразделяется навиды межпредметных свя­зей. (См. Таб.1).
Вовторой форме выделяем основные типы межпредметных связей по направлениюдействия. Обозначим соотносящиеся стороны связи условно буквами А, В, С, D и т.д. В случае если В направлено кА />, то будем иметьодностороннюю связь, если В и С направлены к А />,то эта связь будет двусторонней, если же В, С, D… и т.д. будут направлены кА, то эта связь будет многосторонней />.
Всеэти типы связей могут быть прямыми (дей­ствовать в одном направлении) и обратными,или восстановительными, когда они будут действовать в двух направлениях: прямоми обратном. Например, /> - прямаяодносторонняя связь; /> - двусторонняяобратная, или восстановительная связь.
Втретьей форме межпредметных связей, по временному фактору, выде­ляют следующиетипы связей: 1) хронологические; 2) хронометрические.
Хронологические — это связи по последовательности их осуществления.
Хронометрические- это связи по продолжительности взаимодействия связеобразующих элементов.
Каждыйиз этих двух типов подразделяется на виды межпредметных свя­зей. (См. Табл.1).
Классификациямежпредметных связей.
Таблица 1.
Формы
межпредметных связей
Типы межпредметных связей Виды межпредметных связей 1 2 3 1) По составу 1) содержательные по фактам, понятиям законам, теориям, методам наук 2)операционные по формируемым навыкам, умени­ям и мыслительным операциям 3) методические по использованию педагогических методов и приемов 4) организационные по формам и способам организации учебно-воспитательного процесса 2) По направлению
1) Односторонние,
2) Двусторонние,
3) Многосторонние Прямые; обратные, Или восстановительные 3) По способу взаи­модействия связеоб-разующих элемен­тов (многообразие вариантов связи) Временной фактор 1) хронологические 1) преемственные 2)синхронные 3) перспективные
  2) хронометрические 1) локальные 2) среднедействующие 3) длительно действующие
 
Межпредметныесвязи по составу показывают — что используется, транс­формируется из другихучебных дисциплин при изучении конкретной темы. Межпредметные связи понаправлению показывают:
1) является ли источником межпредметнойинформации для конкрет­но рассматриваемой учебной темы, изучаемой на широкоймежпредметной основе, один, два или несколько учебных предметов.
2) Используется межпредметнаяинформация только при изучении учебной темы базового учебного предмета (прямыесвязи), или же данная тема является также «поставщиком» информации для другихтем, других дисциплин учебного плана школы (обратные или восстановительныесвязи).
Временнойфактор показывает:
1) какие знания, привлекаемые из другихшкольных дисциплин, уже получены учащимися, а какой материал еще толькопредстоит изучать в бу­дущем (хронологические связи);
2) какая тема в процессе осуществлениямежпредметных связей явля­ется ведущей по срокам изучения, а какая ведомой(хронологические син­хронные связи).
3) как долго происходит взаимодействиетем в процессе осуществле­ния межпредметных связей.
Вышеприведеннаяклассификация межпредметных связей позволяет ана­логичным образомклассифицировать внутри-курсовые связи (связи, например, между физикой,математикой, информатикой — курса физики; связи между не­органической иорганической химией — курса химии...), а также внутрипред-метные связимежду темами определенного учебного предмета, например физики, органическойхимии, новейшей истории. Во внутрикурсовых и внутри-предметных связях из хронологическихвидов преобладают преемственные и перспективные виды связей, тогда каксинхронные резко ограничены, а во внутрипредметных связях синхронный вид вообщеотсутствует.
§ 1.2.Планирование и осуществлениемежпредметных связей в процессе обучения
Разработкатеоретических основ межпредметных связей в учебной теме с точки зренияраскрытия ее ведущих положений дает возможность применить механизм выявления ипланирования межпредметных связей к конкретным те­мам изучаемого учебногопредмета.
Дляопытной работы и в качестве примера возьмем обобщающий, инте-гративный учебныйпредмет — физику.
Выборэтого предмета обусловлен тем, что физика занимает одно из важнейших мест всистеме знаний о природе. Изучение физики в старших клас­сах средней школыспособствует превращению отдельных знаний учащихся о природе в единую систему мировоззренческихпонятий. Предмет физики рас­крывается по тематическому принципу, что целикомсоответствует его обоб­щающему интегративному характеру. Тематическоепостроение этой дисцип­лины позволяет рассматривать ее учебные темы какотдельные «узлы» система­тизированных знаний, находящихся между собой вопределенной степени связи и ограничения.
«Анализимеющегося опыта позволяет рекомендовать следующие ос­новные формы связи физикис другими предметами:
раскрытиевзаимосвязи физических явлений с биологическими, химиче­скими и другимиявлениями;
сообщениезнаний о применении физических явлений и закономерно­стей в других науках;
использованиена занятиях по физике знаний и умений, которые уча­щиеся получили при изучениидругих предметов;
проведениекомплексных экскурсий;
проведениевнеклассных занятий комплексного характера (организация работы кружков,использующих знания учащихся по двум или нескольким предметам, например,кружков юных био- и агрофизиков; проведение конфе­ренций, вечеров);
выполнениеучащимися учебных заданий, связанных с трудовым обуче­нием: наблюдения и опытыпо изучению процессов переработки материалов в учебных мастерских, физическиеопыты и наблюдения по изучению физиче­ских свойств почв, воздуха и растений всвязи с опытно-практической работой учащихся по сельскому хозяйству.
Указанныеформы связи и комплексное в ряде случаев изучение явлений должны отвечатьсодержанию и специфике каждого предмета, не нарушая его внутренней логики». [1,54].
Чтобысоздать дидактическую модель межпредметных связей в учебной теме, необходимопровести два структурно-логических анализа содержания учебных дисциплин:внутренний и внешний.
Внутренний- это структурно-логический анализ содержания изучаемой темы на предметвыявления ее ведущих положений и основных связеобразую-щих элементов.
Внешний- это структурно-логический анализ содержания тем других дисциплин учебногоплана школы с целью определения степени перекрываемо-сти их содержания с содержаниемизучаемой темы и выявление «опорных» межпредметных знаний, которые необходимоиспользовать, чтобы научно и всесторонне раскрыть ведущие положения изучаемойтемы рассматриваемого учебного предмета.
Преждечем приступить к решению этой задачи, необходимо определить круг техсинтезированных тем учебного предмета, выбранного для исследова­ния. Критериямиотбора этого круга учебных тем являются:
1.  наибольшая значимость тем дляраскрытия ведущих, основопола­гающих идей учебного предмета;
2.  высокая степень обобщения иинтеграции разнородных знаний в содержании учебной темы.
Опираясьна данные критерии, подвергнем анализу содержание учебных тем «Строение атома»и «Электромагнитное поле». Выделенные учебные темы наиболее отвечают целиданной опытной работы и критериям отбора, приве­денным выше.
Межпредметныесвязи темы «Строение атома».
Этотема — одна из центральных в предмете физики. Степень перекры-ваемости содержанияданной темы с другими дисциплинами очень высока. Вот почему значениемежпредметных связей для раскрытия ведущих положений этой темы огромно и объективнонеобходимо.
Таблица 2.Ведущие положения темы Знания, используемые из других школьных дисциплин для раскрытия ведущих положений темы 1. Зависимость строения атома от свойств и строения его элементов
ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: материя и движение, развитие и всеобщая связь явлений мира.
ХИМИЯ: периодический закон и система химических элементов Д. И. Менделеева; строение молекулы воды; катализаторы; органические вещества — белки, жиры, углеводы…
АСТРОНОМИЯ: строение Сол­нечной системы, движение планет и небесных тел. 2. Раскрытие связи между строе­нием и функциями структурных ос­новных компонентов атома
ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: катего­рии диалектики: причина и следствие, содержание и форма, сущность и явление и д.р. ИСТОРИЯ: понятие о системе, познаваемость мира.
БИОЛОГИЯ: строение клетки и ее основных элементов 3. Свойства тел в зависимости от их молекулярного строения, движение атомов МАТЕМАТИКА: построение графиков движения, вектора, решение уравнений ИНФОРМАТИКА: решение уравнений о движении тел с помощью составления программ 4. Внутренняя энергия атома в зависимости от заряда, строения и движения его элементов
ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: закон
единства и борьбы противоположно­стей; закон перехода количественных изменений в качественные.
ХИМИЯ: типы химических ре­акций БИОЛОГИЯ: обмен веществ и энергии, фотосинтез
МАТЕМАТИКА: использование математических формул, действий для осуществления расчетов ИНФОРМАТИКА: моделирова­ние физических явлений с помощью компьютера /> /> /> Межпредметные связи темы «Электромагнитное поле»
Таблица 3.Ведущие положения темы Знания, используемые из других школьных дисциплин для раскрытия ведущих положений темы 1. Доказательство с точки зрения диалектико-материалистической мето­дологии существования электромаг­нитных полей ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: фило­софские представления о мире и его познании. ИСТОРИЯ И ЛИТЕРАТУРА: социально-историческая обусловлен­ность развития науки; история борьбы науки и религии. МАТЕМАТИКА: построение линии векторов, отрицательные и по­ложительные числа 2.Энергия электромагнитных полей как результат взаимодействия заряженных частиц
ХИМИЯ: превращение химических элементов; генетическая связь между классами химических соедине­ний
АСТРОНОМИЯ: строение не­бесных тел, процессы Солнечной ак­тивности 3. Электромагнитные свойства вещества как основа их применения в технике ХИМИЯ: свойства химических элементов, Периодическая система Д.И. Менделеева БИОЛОГИЯ: электрические яв­ления в нервных процессах человека ТЕХНОЛОГИЯ: использование различных приборов при создании учебных проектов
Анализируяданные таблицы межпредметных связей можно увидеть, что сами связи в них даны всвоеобразном статическом состоянии (статичная сто­рона межпредметных связей вучебной теме определяется содержанием учебно­го материала). Однако в реальномучебном процессе межпредметные связи рас­сматриваются в динамике (динамическаясторона межпредметных связей в учебной теме определяется процессом обучения) ив органическом единстве с внутрипредметными и внутрикурсовыми связями — в этоми заключается каче­ственное отличие составленной дидактической моделимежпредметных связей от процесса овладения ими школьниками. Анализ таблиц такжеможет пока­зать, что опорные межпредметные знания часто носят «стыковой»,синтезиро­ванный характер. Особенно насыщены ими последние темы. Это и понятно,по­скольку многие понятия к концу учебного года осознаются и применяютсястаршеклассниками на высоком уровне обобщения, в свернутом виде.
Такимобразом, таблично текстовой анализ содержания рассматриваемых учебных темпоказал, что они могут быть изучены на широкой межпредметной основе с цельюнаучного, системного, доступного и всестороннего раскрытия их ведущих положенийи создания более целостной системы знаний по каждой теме, а через совокупностьтем и по учебному предмету в целом. Ведущие идеи и положения учебных дисциплинвыполняют при этом функцию своеобразных стыкующих «стержней».
§ 1.3.Проблемы межпредметных связей впрактике школьного обучения
Для того чтобы выявить, охарактеризовать и найти путиустранения дан­ных проблем, необходимо провести интенсивный поиск оптимальныхусловий, этапов и путей превращения дидактической модели межпредметных связей вучебных темах в факт овладения, установления этих связей школьниками. Кри­териямирезультативности этого процесса будут являться повышение знаний учащихся ипрежде всего системности этих знаний, их мобильности и мировоз­зренческогопотенциала обучаемых.
Входе выполнения данной задачи, наше внимание привлек метод, пред­ложенный однимиз ученых-педагогов нашей страны Федорцом Г.Ф. Он прово­дил свою опытную работупо выявлению и решению проблем межпредметных связей следующим образом:
Было выявлено 2 этапа работы: поисковый и созидательный.
Задачейпоискового этапа явилось выявление и констатация реального положения делв решении проблемы межпредметных связей при изучении учебных тем предмета (вданном случае физики).
Входе и после изучения учащимися выделенных тем («Строение атома» и «Электромагнитноеполе») школьникам давались лабораторные работы, во­просы которых ориентировалиих на раскрытие ведущих положений учебных тем с помощью межпредметных связей,т.е. учащиеся имели возможность са­мостоятельно использовать необходимые дляраскрытия ведущих положений учебных тем знания из других учебных предметов.
Лабораторныеработы школьников анализировались по следующим кри­териям:
1. полнота привлечения учащимися(относительно дидактической модели межпредметных связей) опорных межпредметныхзнаний.
2. место опорныхзнаний в ответе школьника.
3. качество синтеза межпредметныхсвязей.
Кромевопросов, ориентирующих учащихся на раскрытие ведущих поло­жений учебных тем,по каждой теме был также дан СИНТЕЗИРОВАННЫЙ ВОПРОС, требовавший отшкольников раскрыть ведущие идеи данной темы посредством установления связимежду ее ведущими положениями на основе внутритемных связей.
Анализработ старшеклассников показал, что подавляющее большинство испытуемых несмогли раскрыть ведущие положения экспериментальных тем на основе межпредметныхсвязей. Это свидетельствует о том, что: «Этот про­цесс синтеза должен также сочетатьсяс умением достичь высокого уровня обобщения, компактности знаний, умениемэкономно излагать его, избегать привлечения «шумовых» (лишних) сведений издругих дисциплин.
Этотпроцесс требует специальной организующей работы учителя по обучению учащихсямежпредметному синтезу с помощью многосторонних межпредметных связей вокругведущих положений учебной темы, ведущих идей учебного предмета, ведущих идейнауки». [17,45].
Входе поискового этапа опытной работы, Федорец Г.Ф. также установил, чтонаучность, системность, мобильность и мировоззренческий потенциал зна­нийучащихся во многом зависит от умения устанавливать межпредметные свя­зи.«Самостоятельность же учащихся по выявлению и осуществлению меж­предметныхсвязей формируется в результате целенаправленной работы учите­ля, котораяобеспечивает: развитие у школьников умения выявлять ведущие положения изучаемойтемы и ведущие идеи всего учебного предмета, развитие умения по организацииизучения учебного материала вокруг стержневых по­ложений темы и дисциплины вцелом на широкой межпредметной основе, осознание учащимися необходимости иважности межпредметного синтеза как в учебной деятельности, так и в будущейпрактической работе при реализации важных производственных, социальных инаучных задач». [18,35].
Проведенныйанализ качества знаний, умений и навыков учащихся шко­лы обнаружил серьезныенедостатки в усвоении учащимися основополагающих понятий формировании их уменийи навыков, недостаточное понимание неко­торыми учениками практического значенияизучаемых ими теоретических зна­ний, разрыв между их теоретической ипрактической подготовкой, неумение применять усвоенные теоретические знания вразличных ситуациях. Указанные недостатки отрицательно влияют на развитиепознавательных интересов учени­ков. Отыскание путей повышения качества знанийшкольников приводит к не­обходимости организации работы коллектива учителейшколы над изучением проблемы межпредметных связей и определению путей практическогорешения некоторых вопросов этой проблемы.
Такимобразом, исследования специалистов показывают перспективность решения задачпутем более полной реализации межпредметных связей, способ­ствующих систематизациизнаний учащихся, выработке у них умений и навы­ков по ряду предметов. Однако,эпизодическое использование знаний одного предмета при изучении другого способнолишь частично выработать синтези­рованные знания и умения. Особая роль врешении этого вопроса принадлежит формированию общих понятий на межпредметнойоснове.

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ У УЧАЩИХСЯОБЩИХ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ ПОНЯТИЙ
 
§ 2.1.Роль учителя в организациимежпредметных связей
Обучение — двусторонний процесс. Даже искусственно ограничивего лишь информационной стороной, можно показать, что деятельность учителя иученика неодинаковы. Учитель преподает учащимся знания, выявляет логиче­скиесвязи между отдельными частями содержания, показывает возможности использованияэтих связей для приобретения новых знаний. Ученик же усваи­вает эти знания,приобретает индивидуальный опыт познания, учится само­стоятельно применятьзнания. Процесс познания учащимися протекает под ру­ководством учителя, что ещераз подчеркивает различие видов их деятельно­сти.
Итак,рассмотрим мысленно ситуацию, при которой межпредметные свя­зи в преподаваниииспользуются успешно. Какова при этом деятельность уча­щихся? Многообразие ихвидов деятельности можно в этом случае объединить в три группы:
1. Учащиеся умеют привлекать ипривлекают понятия и факты из родст­венных дисциплин для расширения поляприменимости теории, изучаемой в данном предмете;
2. Учащиеся умеют привлекать ипривлекают теории, изученные на уро­ках других предметов, для объясненияфактов, рассматриваемых в данной учебной дисциплине;
3. Учащиеся умеют привлекать ипривлекают практические умения и на­выки, полученные на уроках родственныхдисциплин, для получения новых экспериментальных данных.
Разумеется,перечень действий учащихся этим не ограничивается, но мы остановимся на них,полагая, что они являются важнейшими.
Успешная деятельностьучителя по реализации межпредметных связей требует специальных условий. К нимможно отнести координацию учебных планов и программ, координацию учебников иметодических пособий, а также разработанную и экспериментально провереннуюметодику обучения учащихся переносу необходимой информации из одной дисциплиныв другую и эффек­тивные способы проверки этого важного умения.
Созданиеусловий деятельности учителей является важной задачей мето­дистов, ученых-педагогов.В этой области предстоит еще много сделать. Так, например, требует углубленногоизучения проблема координации учебных кур­сов по ступеням развитияестественнонаучных понятий, методам экспери­ментального исследования и др.Необходимо также изучить вопросы согласо­ванных методических подходов крассмотрению общих для курсов понятий, фактов, теорий.
Нарядус тем, что отдельные важные вопросы межпредметных связей еще не разработаны,трудности в их использовании возникают также по причи­не слабой соответствующейподготовки учителей. Известно, что учителя химии весьма слабо владеют физикой иматематикой. Учителя физики некомпетентны в химии и биологии. В таких условияхони не могут эффективно воспользо­ваться теми возможностями, которыепредоставляет реализация межпредмет­ных связей.
«Принципиальнометодику обучения учащихся использованию межпред­метных связей в учебнойдеятельности можно представить состоящей из трех ступеней. На первой ступени(условно названной воспроизводящей) основная цель учителя — приучить учащихсяиспользовать знания, полученные в есте­ственнонаучных дисциплинах. Эта ступеньможет быть разбита на три этапа:
Первыйэтап. Организация учителем процесса повторения учащимися не­обходимых сведенийиз соответствующих дисциплин.
Второйэтап. Объяснение нового учебного материала учителем с исполь­зованием фактов ипонятий из какого-либо одного учебного предмета для под­тверждения рассматриваемыхтеоретических положений.
Третийэтап. Изложение нового материала, при котором учителем при­влекается естественнонаучнаятеория из смежной дисциплины для объяснения рассматриваемых явлений». [7,24].
Перваяступень формирования умения учащихся переносить межпред­метные знания можетбыть использована в большей мере в младших классах. Но поскольку на этой ступенимогут быть решены первые две задачи использо­вания межпредметных связей (изучениепонятий собственного предмета, а также родственных для смежных курсов понятий),то и в старших классах учи­тель может его использовать, но в сочетании с болеевысокими ступенями.
Втораяступень обучения учащихся переносу знаний из предмета в пред­мет так же, как ипервая, состоит из трех этапов. Если на первой ступени учи­тель требовал от учащихсявоспроизведения знаний того материала смежной дисциплины, который он привлекалв процессе объяснения, то теперь основное внимание уделяется самостоятельномуприменению школьниками сведений из родственных курсов. Поэтому вторую ступеньможно назвать ступенью ис­пользования знаний.
Начетвертом этапе (этапы всех ступеней имеют сквозную нумерацию) учитель требуетот учащихся самостоятельного (без предварительного повто­рения в классе) воспроизведенияотдельных знаний фактического или теорети­ческого характера из смежнойдисциплины. Это требование способствует вы­явлению степени готовности учащихсяприменять знания новой учебной ситуа­ции, а также преодоления у них известногопсихологического барьера, суть ко­торого состоит в затруднении, испытываемымучащимися при необходимости раскрыть содержание материала курса на урокахсмежной дисциплины.
Напятом этапе учитель уже требует не воспроизведения знаний, полу­ченных науроках физики, а привлечения учащимися фактов и понятий, усво­енных ими науроках этого предмета, для подтверждения вновь усваиваемых на уроках, например,математики знаний.
Нашестом этапе от учащихся требуется самостоятельное привлечение какой-либо,теории, изученной на уроках физики, для объяснения изучаемых явлений в курсе,например, химии.
Третья ступень обучения учащихся использованиюмежпредметных свя­зей также состоит из нескольких последовательных этапов.Основная цель этой ступени заключается в том, чтобы обучить учащихся применятьпонятия, фак­ты, законы и теории для иллюстрации единства мира, а такжеиспользовать об­щие законы диалектики для объяснения явлений, изучаемых науроках физики и химии. В связи с целями, стоящими перед данной ступенью, ееможно услов­но назвать обобщающей.
Третьяступень обучения учащихся переносу знаний из предмета в пред­мет состоит изнескольких последовательных этапов:
Седьмойэтап. Объяснение учителем проявления в изучаемых на уроках данной дисциплиныявлениях общих законов диалектики;
Восьмойэтап. Объяснение учителем места изучаемых явлений в общей картине мира.
Девятыйэтап. Воспроизведение учащимися общих законов диалектики при объясненииявлений, изучаемых на уроках данной дисциплины;
Обобщаясказанное, хотелось бы заметить, что выделенные ступени и этапы довольноусловны. Также весьма условно распределено использование их по классам. Впрактической работе учителя этапы обучения учащихся пере­носу знаний изпредмета в предмет могут в значительной мере варьироваться. Основная цельиспользования ступеней и этапов состоит, во-первых, в упоря­дочении.работыучителей по реализации межпредметных связей в преподава­нии, во-вторых, онипозволяют судить достигнутых в работе результатах обу­чения, в-третьих, даютвозможность оценить степень овладения учащимися умением переносить ииспользовать знания, полученные на занятиях смежных дисциплин.
§ 2.2.Использование межпредметных связейпри изучении курса физики в школе
При изучении различных учебных дисциплин ученики школыполучают всесторонние знания о природе и обществе, но простое накопление знанийеще недостаточно для эффективной подготовки их к трудовой деятельности. Выпу­скникшколы должен уметь синтезировать знания, творчески применять их в разнообразныхжизненных ситуациях. Формирование синтезирующего мышле­ния школьникаспособствует осуществлению межпредметных связей при изу­чении ими основ наук.
Осуществлениесвязи курса физики с другими предметами облегчается тем, что на занятиях пофизике изучают материал, имеющий большое значение для всех, и особенноестественно-математических и политехнических дисцип­лин, которые используютфизические теории, законы и физические методы ис­следования явлений природы.Важно также, на занятиях по физике учащиеся получают большое количествопрактических навыков и умений, необходимых в трудовой деятельности и приизучении других предметов. Разумеется, что в равной мере межпредметные связинеобходимы и для успешного изучения фи­зики.
Физиканеразрывно связана с математикой. Математика дает физике средства и приемыобщего и точного выражения зависимости между физиче­скими величинами, которыеоткрываются в результате эксперимента или теоре­тических исследований. Поэтомусодержание и методы преподавания физики зависят от уровня математическойподготовки учащихся. Программа по физике составлена так, что она учитываетзнания учащихся и по математике.
Учителю физики необходимоознакомиться с содержанием школьного курса математики, принятой в немтерминологией и трактовкой материала с тем, чтобы обеспечить на уроках общий«математический язык». Так, цен­тральным понятием в алгебре VII класса являетсяпонятие функции, для него вводится символическая запись у=f(x), излагаются способы задания функции — таблицей,графиком, формулой. Ввиду этого отпадают ранее имевшие место в методике физикирекомендации о введении на первых уроках буквенной сим­волики. Вместо этоготеперь необходимо шире использовать знания учащихся о функциональнойзависимости, о построении графиков функций, о сложении векторов.
Науроках физики с понятием вектора школьники сталкиваются впервые в VI классе приизучении скорости и силы. Здесь векторы определяются как физические величины,которые, кроме числового значения, имеют направление. Параллельно в курсегеометрии шестиклассники знакомятся с понятием пере­мещения, определяемым какотображение плоскости на себя, сохраняющее рас­стояние; рассматривается частныйслучай перемещения — параллельный пере­нос. Однако ни перемещение, нипараллельный перенос с понятием «вектор», введенным в курсе физики, бездополнительной работы учителя в сознании учащихся не ассоциируются. Хотя напервый взгляд в математике и физике векторами называют разные объекты,последние обладают рядом общих свойств, характеризующих их векторную природу.
«Этоединство заключается в том, что каждому физическому или матема­тическомуобъекту, который называют вектором, присущи особые операции, такие, как суммадвух объектов и умножение объекта на число. Таким образом, на первой ступениобучения физике нет нужды добиваться от учащихся заучи­вания того, что сила искорость суть векторные величины, необходимо показать им, что эти величиныимеют некоторые особые свойства, благодаря которым действия над ними отличаютсяот действий над числами». [1,62].
Всовременном школьном курсе механики векторы и координатный ме­тод нашли широкоеприменение. Векторная форма уравнений в сочетании с со­ответствующими рисункамираскрывает физическую ситуацию в задаче и пре­допределяет, как показывает опыт,успешное ее решение. Эта форма облегчает алгебраическую запись уравнения движенияили условий равновесия. Однако следует иметь в виду известную ограниченностьдидактических возможностей применения векторного исчисления при первоначальномизучении физики. Еще У. Томсон указывал, что «векторы сберегают мел и расходуютмозг». Академик А. Н. Крылов отмечал, что применение векторного исчисления«похоже на то, как если бы в начальной школе ребят одновременно стали бы учитьи чистопи­санию и стенографии». Вместе с тем представление функциональныхзависи­мостей и виде геометрических образов на координатной сетке отражает в на­гляднойформе динамизм реальных явлений и взаимосвязь между физическими величинами.
Физическиезакономерности записываются в школе главным образом аналитически, с помощьюформул. Поэтому всегда имеется гласность, что уча­щиеся будут восприниматьфункциональную зависимость формально. Графи­ческий способ обладает по сравнениюс аналитическим значительными пре­имуществами: график показывает ход физическойзакономерности, наглядно раскрывает динамику процесса. Опыт показывает, чтоустановление связи меж­ду физическими величинами на опыте (например, выяснениезависимости меж­ду I, U и Rи установление закона Ома для участка цепи) и изображение ее в ви­дегеометрического образа дает возможность постепенно создавать, расширять иукреплять такие важные представления, как прямая и обратная пропорцио­нальнаязависимость величин, линейная, квадратичная, показательная и лога­рифмическаяфункции, среднее значение, максимум и минимум функции.
Покажем,как могут быть реализованы межпредметные связи физики и математики приформировании таких понятий как функция, величина, произ­водная, интеграл. Причины,побудившие меня обратиться к этому вопросу, сле­дующие:
Во-первых,изучение названных понятий в старших классах затрудняет преподавание, например,механики в курсе физики. Так, по нашему мнению, изучение основных понятийматематического анализа в математике целесооб­разнее начать одновременно с прохождениеммеханики в физике.
Во-вторых,изучению всего курса физики препятствует недостаточное использованиематематического аппарата, которое происходит либо из-за позднего формирования уучащихся, либо из-за отсутствия согласованности дейст­вий преподавателей физикии математики в использовании общих физико-математических понятий.
Выходиз создавшейся ситуации мы видим в совместном формировании у учащихся понятийматематического анализа в курсах физики и математики как высшей формы реализациимежпредметных связей. Именно при параллельном изучении основ механики иматематического анализа открываются наибольшие возможности для формирования физическихпонятий — мгновенная скорость, мгновенное ускорение, перемещение, работа, так иматематических — произ­водная, первообразная, интеграл.
Учебныеплан и программы современной школы позволяют осуществлять межпредметные связи впроцессе изучения основ каждой науки. Но подлинные межпредметные связи,использование которых способствует формированию синтезирующего мышленияшкольников, позволяет учащимся всесторонне изучать явления природы и общества,осуществляются только в том случае, ко­гда учитель в процессе обучения «своего»предмета и средствами этого пред­мета раскрывает явления, изучаемые в другихучебных дисциплинах, расширя­ет, углубляет знания учеников, осуществляетперенос знаний в разнообразные ситуации, формирует у учеников обобщенныепонятия, умения, навыки.
Нанаш взгляд, в IX классе достаточно разобрать понятие производной многочлена. Адальнейшее развитие понятий производной и интеграла с при­влечением различныхфункций целесообразно продолжить в Х и XI классах на уроках физики иматематики.
«Приреализации межпредметных связей предпочтение следует отдать скорее наглядностифизики, чем строгости математических доказательств. По­этому на урокахматематики, например, производную сумму вводить при по­мощи закона сложенияскоростей; при выводе формулы производной функции, основанном на использованииметода неполной индукции, математические вы­кладки подтверждаются примерами изфизики; понятия предельного перехода формируется на основе физическогоэксперимента, во время которого определяются значения средних скоростейдвижения тела за уменьшающиеся проме­жутки времени. Рассмотрение физическогопримера — движение тела, брошен­ного вертикально вверх, — облегчает задачуформирования понятий возрастаю­щей и убывающей функций, позволяет мотивированноввести понятие второй производной и на этой основе получить правила определениявыпуклости гра­фика. Что касается понятий «первообразная» (неопределенныйинтеграл) и «интеграл» (определенный интервал), то их формированиецелесообразно про­водить с широким использованием физических примеров, начинаяс их опреде­ления, получения основного свойства первообразных, геометрическогообраза первообразной и интеграла и заканчивая правилами интегрирования многочле­на».[13,51].
Физикав формировании понятий математического анализа играет не пас­сивную рольсредства наглядности, а дает возможность представить предель­ный переход в динамикеи осмыслить понятие «бесконечно малой величины».
Для курса физики знаниепроизводной и интеграла открывает перспекти­ву в плане возможности болеестрогого определения ряда физических величин;
точной записи второгозакона Ньютона, закон электромагнитной индукции, ЭДС индукции, возникающей врамке, вращающейся в магнитном поле; упро­щение работ с графиками и, наконец,рассмотрение видов равновесия тел не только с позиции действия силы, но и сэнергетической точки зрения. Знание учащимся производной и интеграла позволяетвыработать у них общий подход к определению физических величин и решению графическихзадач физического содержания.
Сэтой целью можно, например, использовать алгоритмические схемы, являющиесяобщими для определения математических и физических функцио­нальныхзависимостей. Так, схема общего подхода к определению физических понятий спомощью производной может быть следующей:
1. Убедившись в возможности примененияпонятия производной, запи­шите функциональную зависимость в виде у=f(х).
2. Найдите отношение приращения функциик приращению аргумента, то есть среднюю скорость изменения функции: />.
3. Осуществите предельный переход надфункцией /> при условии />, записав выражениепроизводной:
/>.
4. Сформулируйте определение физическойвеличины по схеме: название физического понятия, определенного как производнаяот данной функции; на­звание функции; название аргумента. Например, мгновеннаяскорость движе­ния тела есть производная от координаты тела по времени.
Дляопределения физического понятия с помощью интеграла можно из­брать следующуюсхему действия:
1. Убедитесь в возможности примененияпонятия «интеграл» в данной ситуации: приблизительное значение искомойфизической величины может быть представлено как сумма выражений
/>, где /> - некоторое среднеезначение функции на промежутке />; гра­фическиэта сумма должна соответствовать значению площади ступенчатой фигуры, а пристремлении /> к нулю площадь ступенчатойфигуры должна сводится к площади криволинейной трапеции.
2. Запишитеискомую физическую величину как />.
3. Сформулируйтеопределение найденной физической величины по схе­ме: название физическойвеличины, определяемой как интеграл от данной функции; название функции;название аргумента.
В большинстве случаев схема записи интеграла может быть иной. По­сколькуинтегрирование — это действие, обратное дифференцированию, при­меним следующийпорядок действий:
1. Запишите производную искомой функциипо соответствующему аргументу, например: υ=dx/dt
2. Определите функцию, от которой быланайдена производная, т. е. первооб­разную />.
3. Найдите изменение искомой функциипри соответствующих значениях аргумента: t1 и t2, то естьинтеграл />, после чегосформулируйте определение физической величины (см. выше п. 3).
Наличие двух подходов к определению физического понятия с помощьюинтеграла — это результат существования двух вариантов определения самогопонятия «интеграл». Использование того или иного подхода к определению фи­зическогопонятия с помощью интеграла зависело от этапа работы над форми­рованием понятия«интеграл».
Опытработы показал, что общий подход к исследованию графиков, фи­зическихфункциональных зависимостей создает благоприятные условия для формированияобщих умений в работе с графиками на уроках физики и мате­матики.
Дляпреподавания физики большое значение имеет владение учащимися быстротой счета ивычислений, приближенными вычислениями, простейшими геометрическими построениями,умением строить графики по виду элементар­ных функций, выражающих физическиезакономерности, построение графиков на основе опытных данных и получение покривым аналитического выражения функциональной зависимости.
Учащиесядолжны понять, что абстрактные математические положения, относящиеся кфункциональным зависимостям, переплетаются с конкретными физическими представлениями.«Единство абстрактного и конкретного, входя­щее в физическое знание проявляетсячерез единство математических и физи­ческих представлений. В математике графикиизучаются абстрактно, вне связи с конкретными процессами. При изучении физическихявлений осуществляется их конкретизация. Весь курс физики насыщен графическимипредставлениями явлений, начиная с механики и кончая строением атома. Впроцессе изучения этого курса физики учащиеся подчеркивают эту конкретность вграфических представлениях явлений».
Входе преподавании физики и математики необходимо обращать внима­ние учащихся нато, что математика является мощным средством для обобще­ния физических понятийи законов. Во взаимоотношениях физики и математи­ки большое место занимает пересечениевнутренних потребностей с развитием наук. Такое пересечение обычно приводит кважным открытиям как в матема­тике так и в физике. Математика представляет аппаратдля выражения общих физических закономерностей и методы раскрытия новыхфизических явлений и фактов, а физика, в свою очередь, стимулирует развитиематематики постанов­кой новых задач.
Такимобразом, примеры осуществления межпредметной связи физики и математики можнобыло бы значительно увеличить. Учителя стремятся осуще­ствить эту связь междувсеми предметами и совместных-усилиях добиться по­вышения уровня научнойподготовки учащихся, роли обучения в формирова­нии у них научногомировоззрения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выявление и последующее осуществление необходимых и важных для
раскрытияведущих положений учебных тем межпредметных связей позволяет:
а)снизить вероятность субъективного подхода в определении межпред­метной емкостиучебных тем;
б)сосредоточить внимание учителей и учащихся на узловых аспектах учебныхпредметов, которые играют важную роль в раскрытии ведущих идей наук;
в)осуществлять поэтапную организацию работы по установлению меж­предметныхсвязей, постоянно усложняя познавательные задачи, расширяя по­ле действиятворческой инициативы и познавательной самодеятельности школьников, применяявсе многообразие дидактических средств для эффектив­ного осуществлениямногосторонних межпредметных связей;
г)формировать познавательные интересы учащихся средствами самых различных учебныхпредметов в их органическом единстве;
д)осуществлять творческое сотрудничество между учителями и учащи­мися;
е)изучать важнейшие мировоззренческие проблемы и вопросы совре­менностисредствами различных предметов и наук в связи с жизнью.
Вэтом находит свое выражение главная линия межпредметных связей. Однако этисвязи между отдельными предметами имеют свою специфику, ко­торая накладываетотпечаток на преподавание. Например, при изложении ма­тематики следует обратитьвнимание на совершенствование тех разделов учеб­ного курса, которые находятширокое применение в курсе физики. Реализация межпредметных связей способствуетсистематизации, а следовательно, глубине и прочности знаний, помогает датьученикам целостную картину мира.
Приэтом повышается эффективность обучения и воспитания, обеспечи­вается возможностьсквозного применения знаний, умений, навыков, получен­ных на уроках по разнымпредметам.
Учебныепредметы в известном смысле начинают помогать друг другу. В последовательномпринципе межпредметных связей содержатся важные резер­вы дальнейшего совершенствованияучебно-воспитательного процесса.БИБЛИОГРАФИЯ
1.Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе. Теорет. основы. Учеб.пособие для студентов пед. ин-тов. — М.: Просвещение, 1981. -С. 288.
2. Иванов А.И. О взаимосвязи школьныхкурсов физики и математики при изучении величин. // Физика в школе, 1997, № 7.- С. 48.
3. Лернер Я.Ф. Векторные величины вкурсе механике средней школы. // Физика в школе, 1971, № 2. — С. 36.
4. Кожекина. Т.В. Взаимосвязь обученияфизике и математике в одинна­дцатилетней школе. // Физика в школе, 1987, № 5. — С. 65.
5. Кожекина Т.В., Никифоров Г.Г. Путиреализации связи с математикой в преподавании физики. // Физики в школе, 1982,№ 3. — С. 38.
6. Кулагин П.Г.Межпредметные связи в обучении. — М.: Просвещение, 1983.
7. Минченков Е.Е.Роль учителя в организации межпредметных связей. / Межпредметные связи впреподавании основ наук в средней школе.
МежВУЗовский сборникнаучных трудов. — Челябинск: Челябинский пед. ин-т, 1982. — С. 160.
8. Межпредметные связи в учебномпроцессе. / Под. ред. Дмитриев С.Д. -Киров — Йошкар-Ола: Кировский гос. пед.ин-т, 1978. — С. 80.
9. Методика преподавания физики ввосьми летней школе. Пособие для учителя. — М.: Просвещение, 1965. — С. 544.
10. Парфентьева Н.А., Липкин Г.И.Использование элементов математи­ческого анализа. — Физика, 2000, № 3. — С. 9.
11. Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика.Учеб. для 7 кл. сред. шк. — 12 изд., дораб. — М.: Просвещение, 1993. — С. 190.
12. Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика.Учеб. для 8 кл. сред. шк. — 10 изд., перераб. и доп. — М.: Просвещение, 1989. — С. 191.
13. Пинский А.А., Самойлова Т.С. и др.Формирование у учащихся об­щих физико-математических понятий. // Физика вшколе, 1986, № 2. — С. 50 -52.
14. Пинский А.А. К формированию понятия«функция» в школе. // Физи­ка в школе, 1977, № 2. — С. 42.
15. Славская К. А. Развитие мышления иусвоение знаний. — / Под ред. Менчинской В.А. и др. — М.: Просвещение, 1972.
16. Тамашев Б.И., Некоторые вопросысвязи между школьными курсами физики и математики. // Физика в школе, 1982, №2. — С. 54.
17. Федорец Г.Ф. Межпредметные связи впроцессе обучения. — М.: Нау­ка, 1985. — С.45.
18. Федорец Г.Ф. Межпредметные связи исвязь с жизнью — в основу обу­чения. // Народное образование, 1979, № 5. — С.35.
19. Шахмаев Н.М. идр. Физика. Учеб. для 9 кл. сред. шк. — 3 изд. — М.:
Просвещение,1994. — С. 240.
20. Шахмаев Н.М. идр. Физика. Учеб. для 10 кл. сред. шк. — 3 изд. — М.:
Просвещение,1994. — С. 240.