Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1АНАЛИЗ ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ФОРМИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КУРСА ФИЗИКИ В СИСТЕМЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ.
1.1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОБЩЕНИЯ ФИЗИКИ КАК ФУНДАМЕНТ СОДЕРЖАНИЯ ДОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В НАУЧНО- МЕТОДИЧЕСКИХ РАБОТАХ.
1.2 СВЯЗЬ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРИНЦИПОВ ФИЗИКИ С БАЗОВЫМИ ПОНЯТИЯМИ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ.
1.3 КОНЦЕПЦИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КУРСОВ ОБЩЕЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ.
1.4 АНАЛИЗ " ЗНАНИЙ ПО ФИЗИКЕ В ДОПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ
УЧАЩИХСЯ
ГЛАВА 2 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ КАК ОСНОВА СОДЕРЖАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ КУРСОВ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ.
2.1. ПРИНЦИП СОХРАНЕНИЯ И МЕТОДИКА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ В КУРСАХ ФИЗИКИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ.
2.2. СУПЕРПОЗИЦИЯ В ФИЗИЧЕСКОЙ НАУКЕ И УСИЛЕНИЕ РОЛИ ЭТОГО ПРИНЦИПА В ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ БУДУЩЕГО УЧИТЕЛЯ.
2.3. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПРИНЦИПА ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ УЧИТЕЛЯ.
2.4.ЭКВИВАЛЕНтаОСТЬ КАК ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП.
2.5. ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ И МЕТОДИКА ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ В СОДЕРЖАНИИ УЧЕБНЫХ КУРСОВ.
2.6. ТЕОРЕМЫ СТАТИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ КАК ОСНОВА МЕТОДИКИ ИХ ВКЛЮЧЕНИЯ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС.
2.7.СИММЕТРИЯ - ВАРИАНТ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОБОБЩЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ
2.8. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ. 110
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ОТБОРА СОДЕРЖАНИЯ СПЕЦКУРСА.
3.1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ В СОДЕРЖАНИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ ."
3.2. ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ 126 ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.133
ЛИТЕРАТУРА. 136
ПРИЛОЖЕНИЕ. 143
- ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОБЩЕНИЯ ФИЗИКИ КАК ФУНДАМЕНТ СОДЕРЖАНИЯ ДОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В НАУЧНО- МЕТОДИЧЕСКИХ РАБОТАХ.
- ПРИНЦИП СОХРАНЕНИЯ И МЕТОДИКА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ В КУРСАХ ФИЗИКИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ.
- ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ В СОДЕРЖАНИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ
Введение к работе
В последние годы в системе педагогических наук наблюдались тенденции в развитии высоких технологий обучения. Высокая плотность инновационных процессов заключается в разработке таких методик, которые предполагают использование в обучении теоретических обобщений различного уровня. Уже в начальной школе Д.Б.Эльконин, В.В.Давыдов, А.В. Занков и их последователи предлагают опираться в процессе обучения на содержательный анализ. Исследования В.В.Давыдова позволяют теоретически обосновать основу обобщений в обучении. В методике преподавания физики фундаментальными исследованиями по использованию теоретических обобщений являются работы В.В.Мултановского, А.А.Пинского и др.
Однако в высшей профессиональной школе внедрение теоретических обобщений и высоких технологий обучения еще не нашло широкого практического применения в учебном процессе, более того, нет и теоретических обоснований целесообразности такой методики. Недостаточно исследуется проблема методики формирования содержания фундаментальных принципов физики в системе профессиональной подготовки учителей физики, которая могла бы стать основой теоретических обобщений. Отдельные подобные исследования в этом направлении посвящены в основном применению физических принципов в системе повышения квалификации учителей, уже имеющих высшее образование; формированию и развитию этих вопросов в школьном курсе физики. Научных исследований по вузовской методике на уровне кандидатских и докторских диссертаций по заявленной теме нет.
Актуальность реферируемого исследования, таким образом определяется двумя аспектами:
во-первых, практической необходимостью использования теоретических обобщений, служащих фундаментом профессионального образования, в вузовском учебном процессе для формирования целостной системы физических знаний у студентов;
во-вторых, недостаточной разработанностью этой проблемы.
Проблема теоретических обобщений исследовалась ранее рядом крупных ученых: В.В.Давыдовым, В.А.Кондаковым, Ю.И. Диком. Наиболее полно исследует эту проблему профессор В.В.Мултановский. Его докторская диссертация «Проблема теоретических обобщений в курсе физики средней школы» и монография «Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе » и некоторые др. работы посвящены рассмотрению путей реализации теоретических обобщений в школьной практике. Им выявлены закономерности формирования содержания курса физики второй ступени обучения, указаны пути организации мышления учащихся при изучении физических понятий, законов, теорий, физической картины мира, которые соответствуют этапам теоретического обобщения. Результатом исследования является формулировка принципов изучения физических теорий в школьном курсе на второй ступени обучения физики.
В рамках системы повышения квалификации учителей физики проблему теоретических обобщений исследовал Г.П.Корнев. Этой же проблеме посвящен ряд диссертационных исследований. Так В.А. Кондаков в своих исследованиях раскрывает некоторые принципы формирования содержания курса физики на основе теоретических обобщений.
Однако реформа системы образования последних лет по- новому ставит проблемы профессиональной подготовки учителя, в том числе и учителя физики. Гуманизация образования влечет смещение
приоритетов в самой системе образования и предполагает усиление профессиональной подготовки будущих учителей. Меняются ценностные установки в обществе и образовании: обсуждается переход от «системы запоминания» к «системе мышления»(Э.В. Ильенков) и далее - к «системе развития».При решении задачи усиления профессиональной подготовки мы опирались на теорию В.В.Давыдова о разных видах обобщений в обучении, а также на работы Э.В.Ильенкова. Процесс профессиональной подготовки при реализации этой концепции направлен,, главным образом, на интеллектуальное развитие личности будущего учителя.
Интеллектуальное развитие личности предполагает прежде всего развитие мыслительных способностей, приводящих к воспитанию исследовательских навыков у студентов.
В этом плане подготовка будущих учителей в рамках гуманизации образования может быть эффективна при условии реализации принципов теоретических обобщений в вузовской практике обучения. Критически рассмотрев сделанное предшественниками, мы попытались найти новые пути усиления эффективности профессионально-педагогического образования. Сделать это можно, как показало наше исследование, на основе более широкого использования современных прогрессивных технологий обучения, в том числе технологий обучения на фундаменте теоретических обобщений.
Широкое использование фундаментальных принципов, как доказано в диссертации, особенно в курсе методики преподавания физики,
существенно влияет на формирование у будущих учителей методологических основ современной физики.
Подтверждением тезиса служат результаты исследования уровня профессионализма учителей школ (показателем профессионализма в нашем случае выступает умение учителей школ использовать принципы обобщений на своих уроках) только 10% учителей учитывают нарастающий объем учебной информации при тех же временных затратах. Из них - это 5% «молодых специалистов» стаж работы которых не превышает 6 лет. Данные получены нами в ходе анкетирования, в котором принимали участие учителя школ №№34,36,59,77,79 г.Тольятти. Выборка была случайной, стаж работы различный. Мозаичные знания теории физики у учителей существенно снижают уровень знаний школьников. Так, результаты констатирующего эксперимента показали, что 35% выпускников школ не справляются с учебной нагрузкой по физике в вузе. Знания учащихся характеризуются отсутствием системности, выпускники школ не умеют выделять главное, анализировать, систематизировать, 72% подменяют теоретические принципы физики жизненными аналогиями.
Считая доказанной актуальность проблемы диссертационного исследования, остановимся на его основных направлениях.
Учитывая недостаточную теоретическую и дидактическую разработанность методики в указанном контексте и ее практическую значимость, мы определили для диссертационного исследования следующую проблему - выявление методических возможностей реализации содержания фундаментальных принципов физики в системе профессионального образования будущих учителей физики.
Объект исследования - педагогический процесс
формирования системы фундаментальных принципов физики в
курсах педагогических вузов в плане усиления курсов общей и теоретической физики и методики ее преподавания.
Предмет исследования; педагогическая система форм, методов и средств формирования содержания фундаментальных физических принципов, обеспечивающих эффективность профессиональной подготовки будущего учителя.
Гипотеза исследования: усиление в физических курсах роли и места фундаментальных физических принципов и формирование этих знаний в единый учебный блок существенно усилит профессиональную подготовку будущих учителей физики.
Цель исследования: научное обоснование, разработка и реализация системы формирования содержания фундаментальных принципов в курсах общей, теоретической физики и методики ее преподавания в профессиональном образовании учителей.
Дня реализации поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы необходимо было решить следующие задачи:
• проанализировать содержание курсов общей, теоретической физики и методики преподавания физики и выявить содержание фундаментальных принципов;
• показать целесообразность полного использования содержания фундаментальных физических принципов в профессиональной подготовке учителей физики;
• разработать методику использования содержания фундаментальных принципов в профессиональной подготовке учителей;
• разработать содержание спецкурса по реализации новых форм формирования фундаментальных принципов;
• экспериментально проверить методику реализации содержания фундаментальных принципов в реальных условиях профессионального педагогического образования;
• подготовить методические рекомендации по реализации спецкурса.
Методологической основой исследования послужили работы философов, отечественных и зарубежных ученых в области теории обучения (В.В Давыдов, А.В.Занков, Д.В. Эльконин, Э.И. Ильенков, С.Л. Рубенштейн, А.И.Леонтьев), а также методики преподавания физики (В.В.Мултановский, В.А.Кондаков, Г.П.Корнев, Ю.И. Дик, Ю.А.Кустов), работы ведущих физиков (А.Эйнштейн, М.Бор, Р.Фейнман, И.К.Кикоин и
др)
Поставленные задачи решались следующими методами:
- изучение и анализ психологической, педагогической, дидактической и методической литературы;
- анализ научной литературы по физике, учебных пособий по общей и теоретической физике и методике преподавания физики, а также планов и учебных программ по названным дисциплинам;
- анкетирование и тестирование учащихся школ, студентов, молодых учителей с целью определения уровня знаний фундаментальных принципов и их места в физических теориях;
- экспертная проверка промежуточных и конечных результатов исследования, беседы с учителями школ, студентами, преподавателями;
- педагогический эксперимент с целью проверки эффективности использования разработанного нами спецкурса в системе профессиональной подготовки учителей физики, результаты обработки с помощью методов математической статистики.
Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем:
- во-первых, разработана целостная концепция формирования содержания фундаментальных физических принципов в системе профессиональной подготовки учителей физики;
- во-вторых, разработан вариант спецкурса, направленного на более полную реализацию системы фундаментальных принципов физики в профессиональной подготовке будущих учителей.
Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке методики формирования содержания спецкурса для студентов физико-математических факультетов педагогических вузов, а также методических рекомендаций по внедрению предложенного курса в учебный процесс.
.Реализация разработанного курса позволяет придать завершающий характер процессу изучения общей, теоретической физики и методики преподавания физики, приводит к более эффективному формированию у будущих учителей физики целостной системы физических знаний, основанных на фундаментальных физических принципах, реализующих идею генерализации физических знаний в системе профессионального педагогического образования.
Достоверность результатов исследования заключается в
непротиворечивости полученных результатов исследования с исходными методологическими позициями. Достоверность достигается также соответствием экспериментальной проверки с математической обработкой результатов апробации педагогического эксперимента.
Апробапия результатов исследования осуществлялась в процессе экспериментального преподавания в ТФ СГПУ в течение трех лет, а
также на лекционных занятиях физико-математических факультетов педагогических институтов городов Самары и Ульяновска. Результаты исследования обсуждались:
? на межвузовских научно-методических конференциях (г. Тольятти в 1994 - 1997, г. Камышин в 1996г.),
? на ежегодных научно-методических конференциях ТФ СГПУ,
? на международной научно-методической конференции «Педагогический менеджмент и прогрессивные технологии в образовании» (г. Пенза в 1995г.)
? на заседаниях кафедр МПФ СГПУ и ТФ СГПУ, ТолПИ
? на семинаре «Интенсивные технологии в современном образовательном процессе»(г. Пенза в 1997г.).
На зашиту выносится : концепция методики реализации содержания фундаментальных принципов физики в профессиональной подготовке будущих учителей физики.
Основные положения и результаты, составляющие и развивающие эту концепцию:
I. фундаментальные принципы физики как возможная форма теоретических обобщений и генерализации физических знаний в методической подготовке учителей физики;
II. формирование методического комплекса в форме спецкурса, способствующего развитию у студентов профессиональных практических навыков.
Основной базой исследования явился Тольяттинский филиал СГПУ, где диссертант был аспирантом на кафедре методики преподавания физики.
Соответствующие этапы исследования: 1-й - 1994г., 2-й - 1995г., 3-й - 1996г. В этот период проходили как теоретические этапы диссертационной работы, так и педагогический эксперимент.
Итак, переходя к основному содержанию диссертации, отметим, что она состоит из введения, трех глав, заключения, приложения, библиографии, содержит три рисунка, четыре таблицы, четыре графика, список аннотированной литературы составляет 193 наименования.
Современное развитие профессиональной высшей школы и повседневной учебной практики ежедневно ставят студентов педвузов перед необходимостью повышения эффективности обучения. В этих условиях перед преподавателями стоят задачи адаптации методов преподавания к динамике современной жизни.
Разрабатывая концепцию методики формирования
фундаментальных принципов физики в системе профессионального педагогического образования, мы исходим из того, что она должна служить средством совершенствования педагогического мастерства будущих учителей, более четкой организацией их физических знаний, служить фундаментом профессионального образования.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОБЩЕНИЯ ФИЗИКИ КАК ФУНДАМЕНТ СОДЕРЖАНИЯ ДОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В НАУЧНО- МЕТОДИЧЕСКИХ РАБОТАХ
Формирование содержания физического образования будущих учителей традиционно строилось по принципу дифференциации физического знания. К настоящему времени четко определилась структура физических и физико-математических факультетов, в которой идет поэтапное овладение физическими знаниями. Так, начальным курсом определена общая физика с ее дифференциацией на лекционную и экспериментально-практическую части, затем следуют дифференцированные по теориям курсы теоретической физики. Заключает изучение физических дисциплин методика преподавания с педагогической практикой в общеобразовательных и профессиональных средних учебных заведениях.
Такое построение содержания обучения достаточно апробировано и исследовано рядом ученых. Вводить частные изменения в устоявшуюся структуру обучения с целью усиления эффективности вузовского образования вряд ли целесообразно. К тому же усиление или изъятие отдельных вопросов не решит проблему в целом, так как программа вузовского обучения и так сильно перегружена.
В этих условиях, учитывая также реформирование высшей школы, мы выбрали темой исследования поиски путей развития фундаментальных принципов физики в системе профессионального педагогического образования. Мы исходили из того, что курсы физики средней и высшей школы должны соответствовать уровню развития науки. Однако исключено механическое расширение действующей программы.
Исследование учитывало сделанные ранее научные выводы. Так ряд педагогических, психологических исследований [5,40,70] посвящены проблемам пересмотра структуры и последовательности курса физики. "Успех познания в значительной мере определяется умением избрать верное направление исследования в установлении истины, степенью проявления самостоятельности и познавательной активности. Самостоятельность воспитывается в учебном процессе, во многом предопределяется его организацией".[159] Уже в общепедагогических работах были найдены некоторые пути решения проблемы .В своих работах Ю.К. Бабанский отмечает, что "совершенствование основ наук, изучаемых в школе, ведется путем более обоснованного выделения в них главных, наиболее существенных элементов при сохранении целостности содержания образования".[159] Следует вспомнить, что реальное подлинное знание есть не просто системное, а полисистемное знание. Системный подход, общая теория систем и системный анализ тесно связаны с принципом развития. В этом плане учебная информация выступает как динамическая структурированная совокупность. Использование системного подхода в образовательном процессе позволяет затронуть еще одну проблему - проблему интеграции физических теорий. На этом пути физические теории сохраняют свою самостоятельность и качественную специфичность, не сводятся одна к другой, но фактические данные и теоретические построения объединяются вокруг системных способов познания как общего метода, интегрирующего физические теории в целях повьппения их практической эффективности. "Ведущей идеей, позволяющей соединить насыщенность современного научного содержания курса с его наиболее экономичной структурой, является идея генерализации общеобразовательных задач в общепедагогическом плане и генерализация учебного материала конкретных дисциплин". [4] "Генерализация же показывает путь свертывания знаний в компактную систему, предполагает и знания по ее развертыванию для нужд практического применения". [184] Результатом использования теоретических обобщений является осознанность знаний учащихся. С.Я. Чачин в своих исследованиях [184] перечисляет характеристики осознанности знаний:
1) понимание характера (ряда расположенности и соподчиненности) связей между знаниями;
2) различия существенных и несущественных связей;
3) определение механизма становления и проявления этих связей;
4) осмысление основ усвоенных знаний; 5) степень усвоения областей и способов применения знаний;
6) понимание принципов, лежащих в основе этих способов.
Ряд исследователей [16,19,44,49,102,117,159,167,184] выдвигают и решают задачи:" ... разработать пути и средства объединения всего материала основополагающими идеями современной физики и идеями материалистической диалектики, разработать принципы методологического анализа изучаемого материала и на этой основе вычленить стержневые вопросы курса физики, имеющие важное методологическое значение". [50] В своих работах В.Г. Разумовский рассматривал идею генерализации учебного материала вокруг ведущих идей физики и циклический метод изучения и расположения материала. [149] Попытки использования генерализации на одном уроке или в одном разделе курса не дают положительных результатов, оказываются малоэффективными. В своих исследованиях И.Ш.Миркин отмечает, что "провести содержательное обобщение существенных явлений значит обнаружить некоторую закономерность, необходимую связь единичных явлений внутри некоторого целого закона".[113] Как отмечалось ранее, проблеме теоретического обобщения посвящено много исследований. Знакомясь с диссертационными работами, нельзя не заметить единый подход к анализу содержания курса и схожесть методов изложения разделов курса физики. Анализируя содержание учебного материала, исследователи выбирают "стержни" теории, на основе которых и выстраивается содержание курса. Однако в форме "стержня " выступают "сквозные понятия", фундаментальные физические идеи, взаимодействия, фундаментальные принципы, методологические принципы, физическая картина мира. Различны исследования и по способу внедрения теоретических обобщений. В ряде работ [184,159] доказывается эффективность использования обобщений на этапах повторения учебного материала, в качестве завершающих обзоров курса, в беседах, на семинарских занятиях.
Рассмотрим более подробно проблемы исследования ряда авторов. Ядром теории, по мнению С.Я. Чачина , должна стать фундаментальная физическая идея. "Каждое понятие, каждый закон должен выступать и быть осознан учащимися как некое руководящее положение для практической и познавательной деятельности учащегося, то есть выступать в качестве идеи"[185]. Содержание фундаментальных идей раскрывается в общем виде, формируется с учетом гносеологических функций. С учетом вышеперечисленного, автор формулирует четыре фундаментальные идеи.
1. Идея относительности. Сущность идеи заключается в неоднородности описания природных явлений. Ценность идеи состоит в указании четкой фиксации системы отсчета.
2. Идея взаимодействия. Взаимодействие материальных объектов является причиной изменения их состояния. Благодаря взаимодействию имеется возможность предсказать событие (однозначно или вероятностно).
3. Идея сохранения. В каждом физическом явлении (процессе) существуют устойчивые стороны, свойства и отношения, которые характеризуются инвариантными величинами.
4. Идея корпускулярно-волнового дуализма. Корпускулярно-волновые свойства ставят учащегося перед выбором способа описания движения микрообъекта (волновые или корпускулярные).
Положительными сторонами исследования являются, считаем, системность, последовательность и взаимосвязь в изложении фундаментальных физических идей. Удачно найдено использование идей в форме ретроспективного повторения. "Цель этой ретроспекции - переосмысление, переоценка знаний, корректировка сложившейся у учащихся к моменту повторения системы знаний под новым углом зрения." [184] Одним из достоинств работы являются удачные моменты внедрения разработанной методики в практику. В исследовании отмечается, что для внедрения данной методики необходима специальная, организованная, систематическая работа с учителем, в течение которой должны быть разъяснены основные теоретические идеи исследования и доведены до их сведения особенности методики обобщающего повторения на основе фундаментальных физических идей.
Проблеме обобщенного подхода посвящено исследование И.Ш. Миркина [113] Автор, анализируя содержание курса физики, выяснил сущность процесса взаимодействия, определил общую структуру. Интересен такой подход к решению проблемы теоретического обобщения в исследованиях И.Ш. Миркина. [113] Проведя анализ содержания курса, диссертант пришел к выводу, что основой изучения являются фундаментальные физические взаимодействия. К ним автор относит электромагнитные и гравитационные, сильные и слабые. По мнению автора, суть обобщенного подхода заключается в следующем: 1) выделить основу взаимодействия, их характеристики и меры, общие для всех видов взаимодействий, выяснить, как они происходят,
2) установить общие характерные черты всех видов взаимодействий и на этой основе определить их особенности для изучения и применения к различным явленим.
ПРИНЦИП СОХРАНЕНИЯ И МЕТОДИКА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ В КУРСАХ ФИЗИКИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Принцип суперпозиции известный еще как принцип наложения заключается в допущении, которое позволяет результат сложного процесса представить в виде суммы эффектов, вызванных каждым воздействием при условии их независимости.
Фундаментальность принципа обуславливается относительно широкой областью применения. Она включает не только физические системы, явления. Принцип суперпозиции может служить критерием линейных систем, при описании которых используются линейные уравнения. К примеру, если волны распространяются в среде, при этом их свойства не меняются, то результирующий эффект определяется суммой
s = sl +s2+...+sn
Примером линейных систем могут быть сплошные среды(газ, жидкость, твердое тело), математический и пружинный маятник, цепи переменного тока, электрический колебательный контур. Линейные системы всегда являются идеализацией реальных систем. Упрощения могут относиться к параметрам и к движению системы.
Подытоживая выше сказанное, линейными мы можем назвать системы, свойства которых не меняются при изменении состояния системы. Также параметры линейной системы не зависят от величин, которые характеризуют состояние. К ним можно отнести явление деформации (закон Гука), прохождение тока в проводнике (закон Ома). Соответственно нелинейными считают изопроцессы реальных газов (уравнение Ван-дер-Ваальса). Их свойства зависят от процессов, происходящих в них. Не останавливаясь на примере суперпозиции сил, рассмотрим еще один пример принципа суперпозиции. Если нам задано распределение зарядов qa, можно найти электрическое поле Еа, порождаемое этими зарядами в точке. Другое распределение зарядов qb порождает в этой же точке поле. Оба эти распределения, действуя вместе, порождают в точке поле Е, которое представляет собой сумму полей . Иначе говоря, поле, соответствующее совокупности многих зарядов- это векторная сумма полей, соответствующих отдельным зарядам. Потенциалы, также как и поля, подчиняются принципу суперпозиции. Пусть в какой-то то локальной области пространства распределен заряд суммарной величиной. При наличии нескольких источников потенциальная функция является просто суммой потенциальных функций, относящихся к каждому из источников в отдельности. Здесь должно выполняться условие, что мы задаемся единым нулевым потенциалом. Когда все источники расположены в некоторой конечной области, это всегда возможно и обычно простейшим условием является выбор нулевого потенциала в бесконечности. Придерживаясь такого правила, мы можем выразить потенциал любого распределения заряда интегралом:
В квантовой механике можно говорить о суперпозиции квантовых состояний. Это еще одно наглядное проявление принципа суперпозиции. Принцип суперпозиции включает в себя правило суперотбора. Покажем на примере. Суперпозиция состояний с разной величиной зарядов (электрического, барионного, лептонного) физически не осуществима. Возможность такого существования означает, что при измерении электрического заряда квантовой системы, можно с определенной вероятностью получить разные значения заряда, что противоречит эксперименту. Таким образом, операторы физической величины не должны менять заряды. Это накладывает на матричные элементы операторов определенные запреты, которые и называются правилом суперотбора. Границы применения принципа суперпозиции широки. Экспериментально установлено, что он соблюдается при очень больпшх напряженностях полей (несколько миллионов вольт на метр). Ускорители, высоковольтные разряды- примеры практического применения принципа суперпозиции в инженерной практике
МЕТОДИКА ОТБОРА СОДЕРЖАНИЯ СПЕЦКУРСА
МЕТОДИКА ОТБОРА СОДЕРЖАНИЯ СПЕЦКУРСА
Физика обладает весьма сложной и непрерывно развивающейся структурой, хотя она представляет собой единое целое, которому присущи закономерности. На протяжении пяти лет обучения студенты педвузов физико-математического факультета знакомятся с различными научными теориями, с различными интерпретациями физических знаний.
Единство физики означает синтез различных ее отраслей. Такая интеграция совершается по линии единства "старых" и "новых" теорий, направленных на изучение одного и того же объекта. Фундаментальные принципы как бы цементируют единство физики. Отсутствие разграничительных линий в природе наглядно обуславливает единство физических теорий, изучающих различные объекты, их взаимовлияние, взаимообогащение и взаимопроникновение, как в отношении конкретных данных, так и в отношении методов исследования. Отсюда вытекает необходимость связать в один узел достижения различных областей знаний, полученных студентами на протяжении всего времени обучения. "В результате продолжающейся дифференциации науки во многих случаях оказывается моментом ее интеграции"[101].
Следует сделать принципиально важный методологический вывод, который состоит в том, что систематизация физических теорий должна быть объектом самостоятельного исследования в средней и высшей школах. Особо актуален этот вывод при подготовки учителей физики. В течение ряда лет мы разрабатывали и внедряли специальный курс, в котором старались максимально раскрыть основополагающую роль этих принципов при построении физической теории. В диссертации этот спецкурс вошел в содержание как один из основных элементов.
Предыдущие главы диссертации были посвящены раскрытию роли и содержания фундаментальных принципов физики в курсе средней и высшей школы. В работе констатировалось слабое использование теоретических обобщений в форме принципов учителями-практиками, а также незнание данного вопроса учащимися [в приложении]. Возможно, это обуславливается недостаточной подготовкой учителей использовать теоретические обобщения на уроках физики. Сделанный вывод подтверждается результатами анкетирования и беседами с учителями и студентами педвуза.
Отвечая на первый вопрос анкеты 3 [в приложении], учителя упомянули следующее: "сила (электрическая, магнитная, механическая...), работа, энергия, время, материальная точка".
Фундаментальными принципами, считают учителя, можно назвать такие: относительности, сохранения, суперпозиции.
Большие трудности возникли при ответе на третий вопрос. Многие учителя (56%) не совсем поняли вопрос. После некоторых уточнений, ответы были следующие:
"-... на заключительных уроках в конце темы, раздела, четверти, года";
"-... при проведении зачета, при решении задач, при подготовке к итоговым контрольным работам".
Только 10% учителей ответили, что пользуются методом теоретических обобщений при изложении нового материала. Однако они не уверены в правильном использовании данного метода. В анкетировании принимали участие учителя школ 34, 36, 59, 79 города Тольятти. Учителя практики (65%) не имеют целостной системы знаний и недостаточно (74%) знакомы с новыми разработками методистов, (диаграмма 4)
Все это еще раз подтверждает правильность сделанного предположения о необходимости создания дополнительного курса. Специальный курс предназначен для студентов 4-5 курсов. Он является завершающим этапом изучения общей, теоретической физики и методики преподавания физики. Ставя перед спецкурсом задачу нетрадиционного подхода к изложению некоторых вопросов, мы использовали традиционные методы обучения: лекционные, практические и семинарские занятия. Лекционным занятиям отведена вступительная и направляющая роль (вводные лекции). Практические занятия посвящены обобщенным методам решения задач. Большая часть времени (60%) отведена семинарским занятиям, на которых студенты рассматривают вопросы по темам программы.
При организации спецкурса необходимо выполнение следующих условий:
1) обеспечение оптимального соотношения между имеющейся информацией и информацией, которая необходима студентам для формализации знаний;
2) занятие должно иметь элемент новизны для студентов;
3)у студентов должен быть стимул к самостоятельной деятельности;
Данный курс может входить составной частью в курс методики преподавания. Сделав непринципиальные изменения, разработанный нами курс может использоваться как отдельный учебный предмет для выпускных классов лицеев и колледжей. Целесообразно закончить изучение курса физики в средней школе обзорными лекциями, охватывающими все разделы физики.
Рассмотрим учебно-тематический план (50 часов).
ПРОГРАММА.
1 Логика и методы современной науки. Физические знания и его объекты. Проблема простоты физических законов.
2. Фундаментальные принципы физики. Роль и содержание фундаментальных принципов в современном естествознании.
3. Практическое использование фундаментальных принципов. Обобщенные методы решения задач. Примеры использования в технике.
4. Методика использования теоретических обобщений в форме принципов в процессе преподавания курса физики в средней школе. Уроки: семинары, конференции, погружения, интегрирования.
5. Проблема предсказания в науке. Современная методология.
Итогом успешного изучения курса является умение будущего учителя, учителя-практика научить учащихся самостоятельно ориентироваться в современных научных теориях.
Цель спецкурса дать студентам целостное, системное представление о логике и методологии современной физической теории, как неотъемлемых компонентах обучающих технологии
Основные задачи:
рассмотреть фундаментальные физические принципы как разновидность современных обучающих технологий и проанализировать разработанные практикой методы использования теоретических обобщений в процессе обучения;
познакомить с содержанием фундаментальных принципов физики;
ознакомить с некоторыми приемами организации самостоятельной работы (поиск необходимой информации, подготовка реферата, коллективное решение проблемы);
осуществить проектирование возможного использования теоретических обобщений в форме принципов в процессе обучения;
составить программу, план дальнейшего самостоятельного обучения.
Способы решения задач: спецкурс приобретает характер "посева", то есть указывает на возможные теоретические обобщения, но специально рассматривает фундаментальные принципы физики, оставляя на самостоятельное освоение или самостоятельное творческое проектирование содержание принципов и их возможное использование. Спецкурс включает в себя изучение дополнительной литературы, работу в информационном отделе библиотеки, тренинг, фазу проектирования.
Важное замечание: спецкурс представляет собой учебно-тренинговый цикл, осуществляемый как индивидуально, так и в коллективной работе. Спецкурс проводится преподавателями кафедры общей и теоретической физики и кафедры методики преподавания физики, с участием работников библиотеки. Для получения зачета необходимо:
