Введение к работе
Актуальность йсблеяйвшгая. В новой редакций Программы Комму-
ниотической- партии-Советского Союза, принято» ХХУП съездом-КПСС
I марта 1986 г., указано, что "осуществляемая в стране реформа, -
общеобразовательной'и профессиональной шкрлн'основывается-на
творческом развитии ленинских принципов:единой трудовой.поли- ':
технической школы а направлена на. то,' чтобы е$е вше поднять .'
уровень'образования .и воспитания молодежи,- улучшить ее. подготов- '
:су' к самостоятельной трудовой жизни, осуществить постепенный' па- .* .
рёход'ко всеобщему-профессиональному образовани» , . *-.-_
. Февральский (1988 г.) Пленум ЦК КПСС подчеркнул, что рещвт- яие задач, поставленных ХХУД съездом КПСС, требует решительного перелома' в перестройке общеобразовательной и профессиональной лколн с целью обеспечения нового качества обучения и воспитания' галодежи, подготовки и -повышения квалификации- кадров, создания условий для 'ускорения социально-экономического' и духовного прогрес» ;а советского общества.
. В задачу перестройки входит,-в частности-, обеспечить более звсокий уровень преподавания каждого предмета, прочное'овладение'. эсн'овами. наук и, в .то же время, устранить перегрузку учаіцихся; ірезмерную усложненность- учебного материала; усилить политехни-. іескую' направленность преподавания. Серьезная проблема, кото?--зую-необходимо решить в.целях совершенствования содержания об>'. )азования, формулируется' следующим, образом:
"предельно четко; изложить' основные понятия и ведущие идеи
гчёбных дисциплин, обеспечить необходимое отражение в.них но-
2 '
!ых достижений науки я'ярактики .: ...
"Правда"',. 7 .марта 1986. г. ' ' ' ' . '.' .
'"Правда", 14 апреля' 1984- г.
. За. последние"15-20.лет. содержание курса физики.значительно ' изменилось "в сторону повышения'еготеоретического уровня, п'риб- ' ' лижения к требованиям практики. 'Созданные за эти годы новые . программы, учебники и учебные пособия' представляют собой,.без- . -. условно, шаг вперед по.сравнению с предшествовавшими-им." Вме-- . сте с. тем,, выявились серьезные.трудности'в .реализации опреде-. .лившихся напралвений совершенствования преподавания.физики - ' -. тенденции к Генерализации учебного.материала; к изучении зако-.' . ' нов не только, на эмпирическом, 'но и теоретическом .уровне", к во- ''' вшеншо в курсе физики средней школы удельном веса теоретико- . ' . познавательных, и' иировозрренческюс вопросов, -к формированию' ;
системности; знаний учащихся. Трудности носят в значительной ме- ' '.' рё. объективный характер,- Для физики' характерны структурная и содержательная сложность,.'высокая: степень обобщения в сочетании .6 обилием .научных фактов и применений. Эгаособеннофь порождает противоречие между возрастающей «ложностью учебною мате- ; . ' .риала и его доступностью.'Далее, формулировка основных принципов -физики и определение исходных ее понятий связаны с введением' абстракций и идеализированных объектов и условий, в ре-^ зультате чего учебный материал далеко:отстоит от жизненного опыта, учащихся, а язык оцйсания - от их .языкового сознания. Поэтому .усвоение :учащимисл современного курса физики может . . быть-обеспечено лишь применением тщательно продуманной и раз-' "'.-'; работанной системы обучения, включавшей изложение материала, '; рассчитанное:на глубоко? его;понимание, применение.теоретиче- '. ' . > ского материала в.кбнкретных: ситуациях При решении; задач и выполнения лабораторных, работ, контроль знаний в сочетании с .подведением итогов и обобщением изучаемых вопросов курса.- В* 'результате указанных.трудностей возникает разрыв между требо-
ваниями социально-экономического и. научно-технического прогрес-
Ьа к знаниям и умениям оканчивающего среднюю школу и типичными
, результатами: обучения .-, основное' противоречие, являющееся дви
жущей силой совершенствования преподавания.
Противоречие, между.целостностью и обббщенностью фундаментальных теорий,- введенных в современное содержание'обучения, и обилием .фактов и следствия из них ухе осознано-в педагогической ' науке., и пути преодоления соответствующей трудности намечены. . Иначе обстоит дело с изучением, понятий высокого уровня абстракции, а.также определений и законов, осуществляющих, связи и отношения понятий и тем самым -объединяющих понятия в систему.,Возникающие при stom трудности г осознаются далеко не всеми учителями, и- даже учебники-физики подчас проходят мимо них.. Объясняется это-тем, что для создания .теоретических основ методики формирования системы понятий требуется не только знание,физики и законов двдактики; но и владение методологией научного исследования, диалектической теорией мышления, знание истории науки и.взаимосвязи методологических принципов с психологией и дидактикой. В
частности,, предпосылкой решения указанных-проблем является пра
вильное представление о-таких категориях, как определение, за
кон, объяснение, сущность и явление, гипотеза и теория.
'формированию понятий физики в целом я ее отдельных разделов посвящена.обширная.методическая литература ( работы А.В.Усовой с сотрудниками, С.В.Анофрйковой, АІИ.Бугаева, В.ч>.Ефименко, СМ. Жемчужного,. Л.Я Зориной, ЛЛ.Рубинштейна, С.Ф.Шиловой и др.) j. в-.этих работах в той или иной степени рассматриваются вопросы формирования" системы понятий.и закономерностей. Однако именно анализ литературы' убеждает В том," что методическая основа фор-. 'к-ирования' системы .понятий в должной мере- не разработана. В ряде
"'..''.'..' "'.'.'.-'' '-'..".'.''' ' . . 'б
случаев ато обстоятельство приводит к ошибочквм рекомендация».'.
.... Известно, например, что большинство физических понятий опре
деляется путем указания операция, посредством которых они вводят-'
ся. В большинстве, методических рабо! не раскрывается специфика
. операциональных определений, величия, этим определениям придает.- .
. ' ' ся абсолютное аначение, в результате него в педагогической прак-
.'„' . тике не уделяется внимания работе над сущностью .'.физическим син--
слои понятия.; Заметнатенденция к упрощенаоїіудониманию соотно-
.вендя между, различными величинами,; В результате учащиеся усваи.-"
.'. - вают материал формально, не умёвт формулировать- законы в соот-
' ветствии с .конкретными условиями задачи! не понимают пределов :
.' применимости законов и определений.'Для преодоления этого недо- .
.'.. статка обучения необходимо решить теоретические вопросы методи-
ки формирование системы понятий и в результате обоснованно on- .
... ределить: . .'"'
... і) как вводить исходные научные понятия в курсах физики сред-.
' ; ней. и высшей школы; в частности, в какой степени можно использо
вать-анализ измерительных-операций для введения понятий;
'.'' 2) как соблюсти меру .строгости в определении понятия, если
. его определение абстрактно и.его связь с физикой:не является
непосредственной; : . .*'
'З) как'^рмулировать^зическйе законы, если они не только: . ' .устанавливают определённую зависимость между величинами, но и .... ' определят1 некоторые из них.
.-.'.; Правильное решение; этих .вопросов является, условием решения
проблемы предельно чёткого изложения основных понятий и-ведущих .
идей .физики і
. Серьезные задачи поставлены перёд.'методикой преподавания фи--
. -. _ '. . '"." . '.' ..-' ; .7'
. зики"в"связи с требованием системвбсиг знаний учаїцихся и необходимостью содержательного обобщения учебного.материала. Хорошо' известно, что .одним-из" источников трудностейусвоения учебного материала до' реформы Ліи'зйко-математическото образования-в &У-
' 70 гг. был эмпирический характер обобщения при,обучении. Исследования советских психологов Б.Г.Ананьева", Л.С.Внготского, С.Л.Рубинштейна, А.Н.Леонтьева» В.А.Крутецкого,. В.В.Давыдова и др. виявили необходимость |..ормирования'у учащихся.содержательных аб- стракциї*, обобщений и понятие с самого начала изучения раздела курса или его фрагмента-. Обобщение должно происходить на уровне . реальной абстракции; а не-на .описательном и ' сериальном уровне, как при старом способе обучения..Результатом.реализации этих требовали? явились новые.'програмки и учебники по аизике и мате- .
. "матяке. .'''.,. '
Однако, при переходе к.новым програмам,-учебникам, методам.
: 'обучения-не обоилось без просчетов, вызванных недостаточно? раз-
работанностью методики построения курса, е частности, выбора оп-
' ти'-алькогр- соотношения кеяау .объемом я временем на изменив тео-'
рёти'ческого я практического гате'риала при обучении (гизике. Не
удовлетворяет, учителей качество учебников и учебных, пособий. Не-.
которые Понятия г'бодят'ся в них <;ор«ально, недостаточно анализи- '
.ругатся путл, гедудие к знании,- а также условия и допущения, при-
' дай.'ие понятиям конкретны?* .смысл» Этот недостаток отмечался еще
' .25 лет тог4'. назад по'отношению к действовавши тогда учебникам. .
FpEEe .уЧебНИКИ' :.ИЗИКИ Й'-ГаТемаТИКЯ ДЛЯ Средне? ШКОЛЫ ИМеЮТ 'НЄ-
сравнённо более высеки!1, научны? уровень,' однако генезису понятия
и закона.пог-пре.инему уделяется ?.ало .внимания. Объясняется это
; тем, что в частных методиках.до последнего времени не осознава-,
ла'сь связь методики уоркироЕЗніш' теоретического знания ( понятий,
закономерностей) с научной и дидактической проблемой объяснения. Установление этой взаимосвязи и анатаз трудностей, возникающих на пути поникання учащимися значения и смысла принципов физики, является необходимой предпосылкой создания учебника разики, удовлетворяющего, современном требованиям к физическому образование.
Основной задачей данного исследования является разработка теоретических основ методики формирования системы физических понятий в свете требований генерализации учебного материала и системности знаний учащихся на базе методологического анализа категории объяснения, определения йизических понятий и взаимоотношения определений и физических законов.
Педь исследования заключается в разработке научно обоснованных методов введения и изучения понятий физики, а также физических законов, которне объединяют понятия в систему.
Объектом исследования являются определения физических понятий и законы физики.
Предметом исследования являются пути формирования знания о физических понятиях и закономерностях.
При разработке проблем объяснения и определения понятий в физике соискатель исходил из положения В.И.Ленина о необходимости союза философов и естествоиспытателей, неизбежности обращения к диалектическому материализму для правильного решения естественно-научных проблем в эпоху революционного развития науки. Это положение распространяется и на проблемы преподавания физики: разработка методики преподавания должна основываться не только на физике и педагогике, но и методологии научного познания как части марксистской гносеологии.
Концепция, развиваемая и защищаемая автором, заключается в " понимании методики преподавания физики как прикладно? научной
области, имеющей своим теоретическим основанием не только цикл физических и психолого-педагогических наук, но также логссу и методологию научного познания. Применение современной теории определения и диалекгико-катеряалистическоЯ трактовки объяснения к решению методологически проблем физики позволяет определить' характер, роль и место определения физического понятия в системе теоретического знания и ввести классификацию операцио-вальннх определений, а такие установить взаимосвязь определения понятий с принципами Зязики. На этой основе сделан вивод о необходимости коренного изменения методики формирования основних понятий и принципов физики, в частности, рекомендуется отказаться от универсальных схем определения и утверидается ценность предметного анализа понятий и их разностороннего применения учащимися в конкретных задачах.
Из цели и концепции вытекают следующие задачи, которые решались в процессе исследования:
-
Выяснение и анализ трудностей, возникающих яри формировании системы физических понятий и принципов в свете требований технического прогресса к знаниям учащихся средней и высшей шко-лн. Определение актуальных направлений развития методических основ сформирования системы физических понятий.
-
Изучение роли различных видов определение в формировании понятий. Разработка методики введения ?, развития основних понята? шизики.
-
Разработка методики изучения принципов физических теорий на базе исследования проблемы объяснения.
-
Разработка новых варяачтов изложения узловых вопросов курса общей физики, способствующих лучшему усвоению понятий и принципов.
' Нетод исследования.. В работе применяется, в' основном, теоре-. '' тический метод: применение к физике и We преподаванию'положений логики, методологии научного познаний;, дидактики; дедуктивний
вывод из этих- положений; сравнительный анализ изложения матери-.
ала. в учебниках и учебных пособиях, критический анализ-методичв;-
ской литераїурн.; Использованы, ваблкдениё,' изучение 'опыта работы
учителей, етр ойобщение-. Дли определения качества и- выясаения
перспектив использования-новых педагогических гприемов и методи- .
ческих -материалов применен ,мегод экспертной оценки. Выполнен пе- '
дагогическяй эксперимент с делью сравнения усвоения учащимися
вуза материала, изученного по традиционной и новой методике. Про
ведено экспериментальное изучение усвоения, учащимися средней шко-
- л'ы законов динаїяиїда и понятия инерцлальной системы отсчета при
' помощи.специально .разработанной системи вопросов. . .
- Научная новизна работы.' - -,"'.' І, Впервые установлена взаимосвязь проблемы Лорнирования»у
учащихся системы.понятий и закономерностей, с категорией .объяс-
.-' -нения, научных пактов вдаике. .". .. .'. '.''.'
55. Показана роль новой классификации определений понятий для .
' методики преподавания цизики а определено место операциональных
- определений-при изучении іїлз'ических величин.
'_'.- '3. Сформулирован новый ії"дход_к.методике іїоріяіроЕания. систе-' .* ...мы ^лзических понятий,- основанный на .следующих принципах:-- '. .1) методическое требование оптимального сочетания- onepairao- ' '.'...нальной-и смысловой сторон при формировании понятия;
2) требование ^орлйрования. понятия на рсйове его. взаимосвязи-^ ". ' - с-закона.та-.физики;- '.'.-..'- .'-.' .''.-' . . . '- .. - З)-требование-выделения в'системе понятий основных(исходных) ' .понятие,' не определяемых конституитивно- через.другие, понятия;.
. 4) предметно-научны? подход к рдскрытдаг содержания понятий,' . использование при объяснении учебного, материала анализа генези-'. са знания и.пределов применимости понятий и законов Физики;
. 5) требование активизации учебно? деятельности учащихся, направленной на овладение системой.физических понятий; ' ' 6) требование систематизации знанні» о понятиях и закономерностях (включая использование'опорных конспектов при обобщен- ном повторении учебного материала).
Теоретическая значимость работы. Продемонстрирована плодотворность использования, в частных дидактиках методологических принципов и* теорий. Развитие принципа Объяснения применительно к физике и ее преподаванию монет служить основой для.использова-ния. при разработке проблем' преподавания' других методологических принципов (їизикй. .Результата- работы дают основание для их использования при дальнейшем развитии теоретических основ методи- ки преподавания йіизики, в особенности в исследованиях, ;.направлен-ннх на усиление системности и роли обобщений в преподавании. ....
Практическая ценность работы заключается в.том, что ее основ-ные выводи-и положения С относительно роли операциональных опреде-' лениі», их взаимосвязи с законами, значения проблемы объяснения
- для изучения осношнх понятий и принципов физики") указывают пути. ,.'.
.совершенствования курсов фізики и могут быть широко использованн ври-создании и переработке учебников, учебных пособий для уча- ' ' ,. f щихся, пособий для. учителей и студеятор педагогических институ- . тов. В результате проведенных исследований автором создайі ряд пособий для учителей, пособий для студентов по общему' курсу -Щ-зики и-других методических материалов;-составлена и внедрена программа по 'физике для училищ я факультетов-радиоэлектроники; . '-'-
. реализованы предложенные.автором способы.изложения, ряда вопро-' сов общего-курса бизики. Результати исследовании нашли- отражен .,
.12 ниє в програшах повышения квалификации учителей физики.
На зашиту вкяосятся:
І. Положения, развивающие теорию определения ті принцип объяснения применительно к физике и ее преподаванию и со-ставляюцие методологическую основу методики формирования системы понятий физики:
-
В'системе операциональных определений физических понятий должны быть- выделены определения исходных величин, не определимых конституитивно через другие величины. Строгое определение этих величин включает анализ измерительных операций и доказательство непротиворечивости, введения величин. Неявное определение величины заключается' в формулировке физического закона, границы применимости которого совпадают с границами применимости определения.
-
Толкование смысла и формулировка (физического закона зависят от того, определены ли величины, которые он. связывает, независимо или этим законохі. В первом случае закон устанавливает взаимозависимость величин, во втором - существование свойств объектов, характеризуемых вводимыми величинами. .
-
Формирование системы понятий и усвоение. (ІизическЕХ за- ' конов неотделимы от объяснения, научных фактов, а детому свг нк с абстрагированием от внешней стороны объектов н.проп-
и постижением их сущности. Формирование. знания о'.поьпти,
закономерностях уазики происходит в процессе развития абстракт-
. . «.
ного мышления я преодоления обыдённых, ограниченных рамками
привычного представлений.
П. Теоретическая ко.нцешцш. формирований сиЬтемы понятий и- .- .
закономерностей физики,- основное .содеркание которой составляют:
-
Положение об усилении роли обобщений .и теоретического . знания в физической образовании.
-
Утверждение предметно-научного подхода к формированию
понятий, отказ от стандартных рхем определения величин и анализа измерительных операций при определении величины.
-
Утверждение положительной роли анализа генезиса знания и пределов применимости законов и понятий.
-
Положение о -решающе J? роли деятельности учащихся по применению понятий я законов в формировании системы понятий.
: Апробация работы. Осноенкє результаты работа докладывались
- на 1-м .зональном совещании-семинаре по методике преподава-
: ния физики в.высших учебных заведениях Северо-Западной зоны
РСфСР в 1973 г., на конвенциях Терценовские чтения" в ЛГПИ . ' им.А.Л.Герпена в 1582,1985-87 гг.,I
- на семинарах кафедр 4изики Ленинградского .института инке-
неров железнодорожного' транспорта,.Высшего.военно-морского учи7
ляща радиоэлектроники. Высшего EOeHHO-TonoifpaiiTreecKoro училища,
,'. на сегятааре кафедры естественных наук .Ленинградского' политехни-
. ческого- института; ' ' ."'...'
- на- сещнаре лаборатории, обучения физике НИИ содержания и .
методов обучения АПН СССР в апреле І984 г., -на семинаре в НИИ
общего .образования- взрослых АПН.СССР в ноябре 198$ г., на засе-.
дании секции методики преподавания Ленинградского- дома-ученых -'
(в Лесном);. ; . " <. .. ,.'.'
' - в лекциях' в Ленинградском .городском и областном институ- '
тах.усовершенствования учителей в 1977-1988 гг.-и. на «акульте-
' те повышения .квалификации преподавателей пр'и ЛПИ -и»''.М.И.Калинина
в. I9S4-87 гг.' '.;".'. ;'." _ .
Структура побьем работы. jjiccejjTamw" состоит .из введения-,, пяти, глав, заключения и списка литературы, включащего 265 наи- '.. меноваки*;;-содержит- 70 страниц.каиииопи'сного. текста; I' охему, І ].тісугок, 14 таблиц, 5 планов-конспектов. - -
В первой главе основные положения современной ітеорий опреде-. ' ленив и.концепции объяснения развиваются применительно к физике' в ее преподаванию. Б главе 2 представлены психалого-дидактиче-ские основи исследования; дан-анализ состояния «.обоснована не-. обходимость.развития методики формирования.системы физических - понятий. Гд$ва 3 содержит результаты исследования диссертантом определений физических понятий и их взаимосвязи с физическими . 'законами; Вопросы' формирования и развития- понятий и принципов физики висторико-научном-и педагогическом аспектах рассмотрены в главе 4; В главе ,5 указаны пути. оптимизации работы по.формиро-: . ваіию 'знания о" физических понятиях и закономерностях, приведены . результаты анализа учебной литературы, опроса учащихся, экспертной оценки, материалов, педагогического эксперимента. .
'.'....- ;соддаш5Е-'работы. :
. Г. Определение физических величин / ..'.'.'
-.-.,. Разработка методических принципов формирования у учащихся ' системы физических ронятий требует глубокого анализа проблемы '.определения физических величин. '.';.' .'.
Общие методологические вопросы определения рассматривались ' ; в. работах ряда зарубежных ь. советских исследователей (П. Бридж- . ..'.'мен,Р.Карнап, Б.Рассел,' Б.М.Кедров, Д.П.Горский). В диссерта-
ции основные положения теории .определения применены к бпределе-
ниям. физических понятий.. Основная, цель-исследования - вскрыть .
трудности формирования физических понятий и указать пути их
..преодоления - потребовала анализа.роли операциональных опреде-
лёний в физике и их места в системе теоретического знания* Во- .
преки обычным в методической литературе утверждениям, согласно.
./' - '*
которым большинство -определений (физических понятий 'ЯВЛЯЮТСЯ 0П-. .
редёлениями посредством указания»ближайшего рода и видовых отличий, в диссертации показано, что физические величины определи- ются,.как правило, операционально, т.е. посредством указания измерительных операций. Операциональное определение не вскрывает явно -физический смысл понятия, оно лишь указывает частную процедуру' измерения или вычисления величины. В этом заключена одна, из трудностей формирования у' учащихся физических понятий: содержание понятия не сводится к его определению. В особенности труден вопрос определения:основных понятий физики, которые не . могут, быть.определены через другие понятия- конституитивно; т.е. -посредством математической, операции над другими величинами.. Та- . кие понятия, как масса, электрический'заряд, температура, будучи исходными,, неопределимыми понятиями, в то же время не могут считаться элементарными, т.е. понятиями смысл которых ясен без . определений..Они не выводятся из опыта непосредственно; а потому являются конструктами. Определение, исходных конструктов'заключается в указании эмпирической процедуры, позволяющей сравнивать значение величины, с эталоном посредством, измерения отношен
. ч ...
ния'величин» смысл.и способ измерения которых известен. В!диссертации детально анализируются операциональные.определения.та- . ких исходных понятий, как масса;, сила,' количество тепла, теплоёмкость, электрический заряд- и др. В каждом случае операциональ- ное определение основайо на той или иной.физической закономерности и сопровождается доказательством непротиворечивости введения данной'физической.величины. Пра.этом закон не сводится к опреде- лению, как' это. часто утверждают, ни является основанием для on- . ределения. В связи с этим.сделан вывод, имеющий.важное'значение, для методики преподавания: поскольку операциональные 'определения эквивалентны соответствуюпщм-^изическим законам, в практике-пре- ' полчвания они не могут иметь существенного.самостоятельного зна-
' . чения. Поэтому предварительный, До изучения физического закона, . анализ измерительных операций является излишним. Он сложён, не-. .' понятен учащимся и не достигает.цели - раскрытия физического смысла понятия, сосредоточивая, внимание учащихся на .несущественных деталях частной-измерительной процедуры. Закон.физики, . .как правило, утверждает существование физического понятия и- его взаимосвязь с другими,понятиями физики. Анализ измерительных .операций служит-в науке для исследования'основ теории, пределов её применимости, но не для первоначального введения понятий.' В преподавании операциональные определения исходных'величин могут .был ' использованы лишь на высокой.ступени физического образования. . В диссертации рассмотрены -истоки ошибочных утверждений отно-: сительно определений физических величин. Представление' о возможности сведения закона, имеющего.определенные границы применимо- . . сти," к определению* истинность- которого не. может быть покблебле- . на,, проистекает из. свойственного операционализму отождествления величины с измерительной.операцией; При таком подходе отрицается . объективносуществующая в природе закономерность на'том основа- нийі что соответствующее соотношение яеляєіся следствием опреде-'' ления. Так^ учителя и учащиеся дезориентируются методическими разработками, настойчиво советующими им' избегать утверждений 'относительно'зависимости сипы тока от сопротивления или ускоре- . .ния'от ;массы на том основании, что сопротивление или"масса оггое- . -делены соотношениями, выражающими закон Ома или. закон Ньютона. ' '. 'Пощмо узкого, эмпирического подхода к сущности, определения понятия, абсолютизация определения имеет еще один источник.. . Речь, ищет о неполноте Физического закона, определяющего физическую величину. -Физический закон должен, быть дополнен выражением . физической величины, независимым от этого закона. Это обстоя-
тельство не лишает закон его объективного смысла.. Сущность мно- гих-физических законов как раз и заключается в.утверждении суще--ствовадия сеойсТв,4 характеризуемых физическими понятиями, значение'которых должно быть указано в какд'ом конкретном случае, к которому применяется закон.
. Для понимания пределов применимости -определений весьма суще- . ственнойоказывается классификация операциональных определений, Операциональные определения в физике целесообразно подразделить-на определения исходных понятий ;д конституитивные определения. . Определения исходных понятий связаны с- доказательством существа-' ' вания.определенной закономерности-и, соответственно, целесообразности введения этих понятий. Конституитивные-определения вводятся Формально; без доказательства существования какой-либо законе—^ мерности. Поэтом?' .определения исходных- понятий,-в отличие от кон-ституитирных определений, шеют границы применимости, совпадающие с границами,применимости соответствующего Физичесюг'о закона.
Классификация определений важна-также для решения,методической проблемы' разработки -различных, способов, изложения .физических законов. В диссертации показано.,' что существует ограниченное число .таких способов, использующих различные.определения величин, при- чём,сознательный выбор.способа излбжения гарантирует автора учеб-' ник?) -тли преподавателя от логических и методических;ошибок.-
На оснорё анализа проблем определения аязических понятий авто- . рок сделаны следующие рыводы- й рекомендация: '''.'' I. Отказ от яглрер'сальнкх' схем- определения, признание опера-г ' цяокулъного-характера определения физической величины; необХоди-.мостъ тігел?!Єтног9 анализа'понпи*", :> их'применения-учащилкся при' j.&icn"'f кснкретш-лх-экспериментальных ж'вычислительных "задач.
2.' ИЗМ6ЯЄНИЄ МетОДИКИ ВВвДеНИЯ ОСНОВНЫХ' ПОНЯТИЙ ФИЗИКИ: 01-
. каз от анализа операций измерения величины как способа ее определения в курсах физики, разъяснение учащимся,границ.примеаико-сти определения с учетом подразделения определений-на определе-. ния.исходных величин и кбнстйтуитивнне определения.. . . 3. Толкование смысла и формулировка физического закона в зависимости от способа.определения понятий. Если величины'оп-.' ределе'ны независимо от закона, в'котбром они фигурируют, :то . . 'закон устанавливает их взаимозависимость;'если.одна или две величины, определены этим законом, он устанавливает существова- ние свойств объектов,.характеризуемых вводимыми величинами.
2. Узловые вопросы изучения основных принципов физики .
: Разработка, методических основ формирования знаний учащихся
. об основных' принципах :физикй потребовала анализа методологиче
ского принципа'объяснения, применительно к физике'.и ее препода-.
. вают.
1 Марксйстскогденинская философия отвергает.узкое и метафизи-
ческое понимание объяснения как сведения незнакомого к знакомому, привычному или ~к^ установление.причины',явления. В дне-', сертации на примерах из физики-показана ограниченность такого-пониманий объяснения.- Детально рассмотрено развитие, представления о механической энергий, показано» как происходит движе-яие и углубление'знания и на каком этапе познания появляется объяснение, являющееся функцией теории.
С объяснением научным тесно связан вопрос об объяснениипедагогическом. Наиболее.слояный:вопрос педагогического объясне- нйя .-толкование основных принципов-физических теорий,- начал
і*--.:,-:
физики, не выводимых в'данной теории из других-закойбв и опи-. равдихся на.опыт. Трудность разъяснения-принципов:имеет две :
ПРИЧИНЫ. '.'''.'.'.'.'.:',''".
Во-первых, каждый, из принципов' представляет- собой' не просто! . формулировку результата опыта, но обобщение опытных, данных, ...
.прячем обобщение формализованное,, представленное в виде математического соотношения. Для формулировки принципаиспользувт-
' ся абстрактные понятия' и идеализации,' связь которых с опытом не '. является-непосредственной.
' Во-вторых," принципы современной физики являются, результатом длительного диалектического развития науки и кажутся:прдчас . противоречащими видимости, Учащиеся же.склонны руководствовать-', ся. интуицией, которая- в ряде случаев обманывает.. Для того .чтобы; : учащиеся восприняли новые для них принципы,.'недостаточно обо- сновать эти принципы опытным.путем. .Формально усвоив принцип, /./'.' учащиеся все же склонны,' решая учебную задачу', исходить из при--. ' вычного, не осознавая того, что это привычное противоречит уже изученному ими физическому, закону.- Когда -ке учащийся .убеждается в том, что его интуиция'расходится, о истиной, он может по- . терять к физике интерес,' если учитель не. сумеет продёмонстриро- вать ему неизбежность пересмотра представлений в науке. Долез-, но-не только настойчиво разъяснять и-раскрывать проявления фи-. . зического закона; но.также обратиться, к истории физики; соло-'.'.-' '.'. ставить старые и новые представления.. Для этого учитель должен, .; ' представлять себе характер развития науки и знать,, какие пре-.. "образования в процессе эволюции физики претерпевал каждый из'':
ее'разделов. ' - -..'.
В связи' с этим* в диссертации поставлена, и решена, задача .ис-....'- :
' 20
следования, путей развития основных представлений, их смены в..
различных, областях физики. Несмотря на то, .что эти вопросы .за-.'. трагивались в некоторых работах по история и методологии науки,. . .методических выводов из анализа становления принципов физических
теорий практически сделано не- было. В диссертации последовательн . анализируются модели и теории-Солнечной .системы, принцип отно--. сительцостя,. механика'.Аристотеля а механика Ньютона, становле- .
ние принципов" термодинамики,'.борьба идей близко- и дальнодейст
вия,., история концепция эфира и обоснования теории относительно^
стиі конфликт квантовой механики с классическим стилем мышления.
.Отметим наиболее важные результаты этого анализа: I) толкование
механики Аристотеля как'предельного .'случая механики Ньютона;
2). критика общего определения энергии как "способности совершать работу"; 3).вывод .о невозможности понимания, учащимися .теории относительности и'квантовой механики на-основе классических представлений, необходимость четкого указания тех новых элементов,
Которые внесли эти теория е Дизаческув картину мира;' 4)-необх'о-. димость'. нового подхода "к изложению'квантової' механики-,'с'само-
го- начала'утверздавдего; ограниченность .классических представле-.' ни!?;-.5) раскрытие соотношения метлу.теориями, разных Уровней-
знания (.йяй'рменЬлогичес'кими и.субстанциальными.).. '
' -Прёигхаватель- должен иметь. Четкое-представление о том, ,сво.-'дится'ле 'новый-'материал к уже знакомому,'.понимание-- 'К-.узнава--.'нию," или .'же 'такое, сведение невозможно. История '--язики ПОКа-ЗЫЕЗ-
ет;,чтр необходимо- избегать неадекватных- К'оделеР.'лопкт'ок иллю
стрировать новые. данные: старыми образаг.от. .Трактовка долина' быть
.свободна от излишних,- не проявляющих .себя да опуте 'гонятий.- 0д.-
новременно, информация'о. н.еобычннх явлениях -лолхня Оцгь. яркой, ' активизирующее мысль, учащихся» 'Е.озб.'.ткдаюце"'интерес .к науке.-
. 21
Чем более удивительными, парадоксальными предстанут перед уча- . Цимися такие явления, тем лучше поймут они огромное значение'.'. '.-'". великих", открытий Коперника, Галилея, Йьвтона, Фарадея, Резер- ''. форда. Бора и других преобразователей естествознания. При.этом' учитель должен уметь дать правильную трактовку излагаемых фак-
тов; в противном случае учащийся может усомниться в ценности
теории, и наука предстанет- перед ним как набор сведений,- связь. -.
между которыми он'не в состоянии усмотреть. Поэтому трудно пе--
реоценить роль знания самим учителем взаимоотношения .различных '.
физических концепций, истории смены научных представлений, и
понимания историческое ценности и исторической'ограниченности . '..'
тех или иных-научных, воззрений. ' .*
Анализ способов изложения основных понятий и принципов физи-. . ' ки показывает, что подход к формированию понятий у учащихся су-/ щественнб отличается отисторичесй>го пути их введения, и развит тия. В механике в настоящее время не используются ни понятие.
массы-как количества материи, ни понятия абсолютного простран- .."'.-
ства и времени. Основные понятия'молекулярной физики в свое вре- -.
мя формировались на рснрве гипотез, тогда как сейчас их введе- '
ниє опирается непосредственно на опыт. Напротив, понятие внутрен- '
ней анергии формировалось на экспериментальной" основе, тогда
как сейчас его вводят, опираясь- на молекулярно-кинетиче'скул . .'''.
ТеОрИЮ. ; ''.-.'.'.
Общим в историческом и педагогическом'пути формирования по-, нятий является неизбежность, уточнения, углубления, развития' введенных понятий вследствие углублений познания, практическо-го применения знаний,- раскрытия новых фактов в изучаемой.обла- : с'ти.-Общим является также критерий правомерности,введения в на-. ' уку понятий', абстракций,- идеализации -общественная'.прйктика!
Задача.формирования у учащихся понятий и закономерностей ; физики неотделима от-.воспитания и развития творческих способ-..-. ностей- и самостоятельного мышления человека. Чтобы решить эти . .задачи, необходимо преодолеть серьезный недостаток современно-; го преподавания: физики - абсолютизации абстракции, заключаю-';. щуюсяв ртрьше абстракции от.разнородной конкретной совокуп-''.-" .ности .чувственно лостиаииых объектов, отрыве, лишающем абстрак-... цию-связи с.дальностью,:.бытием... В диссертации проанализирова-. нытипичные методические ошибки, связанные с абсолютизацией ^абстракции,'' и. дана.их классификация.. Таким образом,! методические рекомендации по изложению прин-ципов;физических теориР могут быть сформулированы следующим
образом: :.:.;/.
.Г. Успешное-из^ение'идей, и принципов физики долано опирать-' . . сн на анализ генезиса .понятия и закона,, сопоставление старых и ' новых взглядов, привычного обыденного и научного-знания.
2. Абстракция и идеализация, при помощи которых ііормули-. .' .'. рувтся физические; законы, могут быть поняты 'зладишся', лишь в .-
результате применения понятие к конкретне.! физическим, задачам.
- ' . Необходимо решительное преодоление .распространенно!" методическое '.-. ошибки абсолютизации, абстракции. " '.'.."-' 3: Тгаятовка-теории долина быть.свободна от излианих, не
проявляющих .себя на. опыте .понятий. Необходро избегать неадек-
. ' ; .ватных модєлєГ'-'И- попыток иллюстрировать >:оекє сведения стары- '-'.'":.-. '-'. ми-.о'бразами-. '.
',..'..;..;...:'.'. '3. Пути' оптимизации мєтодое ^оргірокінтія знания '.
'.-'' '. .-..'.; " о физических понятиях' и законокерюстях . -.'"
...'-'/-;'..-. :'.'. -Представленная в-диссертации теоретическая .концепция 'Горлі- '
'-.''.:. -23--..
роЕания системы Ои? веских понятий позволила разработать метода-"
ческие требования к иа>: -"еяяю- .теоретических вопросов курсов фи
зики и предложить новне решения проблем изложения слоаных раз- . .
делов курса общей физики. . -
.' Сформулированные в,работе требования у аормированию .понятий-
(правильный подход к определению понятия,, учет, взаимосвязи оп- ' ' .
ределекия. понятия. с законом,' їіринцип историзма) были.-применены
для- анализа излокения динамики материальное точки- в следухщшс
учебниках для средней школы: . '. ;.- . :,."'. .'.-'..'
, I.' И.К.Кикоин, А.К.Кикоин. йзика. 7чебнин для 8-го-класса
среди» школы. М., IS84. ' ';
. 2. В.Г. Зубов, Физика. Эксцерим. учебник для 8-го -класса '.
средн. школы. М., 1976. - . '.''.
3. Г.Я*.Мякишев,Б.А.Слободсков, Н.Н. Сотский." Физика, Проб-.',
ный учебник для' 8-го класса средн. школы; М.,.1983, .
4.-Н.М.Шахмаев. 4изика. Пробный-уче'бник для 8-го класса
средн. .школы. М., .1982; " /''.'.''.''.. '.,:.
' Существуют два подхода к изложению первого закона. Ньютона, :
Первый исходит из Дюрмулировки. принципа -инерпди для земной си-
стеїга. отсчета-и только: после из^ения. закона ^традиционной ' '
ньвтряовской. форме определяет инеріщальнув'систему отсчета.' '
Второй.подход с самого Havana' ставит задачу найти Системы от- ' счета, в которых законы' механики имеют наиболее-простую-форму.- . Первый закон диваїшки-.формулируется- при'этсм Как-определение .' . инерциальной- системы, отсчета. Ясно, :что такой путь.С рринятнй- '. в книге В;Г;Зубова) рассчитан на более йодготовлеяного- к аб— - страгиругощёй .деятельности учащегося. В учебнике Ю.Ки'кояна и-1.К.Кикоина смешиваются оба. подхода: имеет.геёто'неоправданный - '-скачок от'конкретных' примеров, п-ривязайных. к земний .системе > эт'счёта, к абстрактной формулировке 1-го закона как- утвер:зде-
ния о существовании инерциальных систем отсчета. Смешение двух методов.изложения нарушает-логику изложения и затрудняет-усвое кие. материала учащимися.
Изложение -2-го закона' Ньютона в'ныне действующем учебнике логически.почти безупречно,, однако использование операциональ-. 'ного определения массы- и абстрактная .[ормулироька закона как утверждения, что величина ма монет служить иероР воздействия на тело, делают изложение сложным.для учащихся. В учебниках В.Г.Зубова и.'НДО.'Шахмаева 2-й. закон динамики'рассматривается как закон пропорциональности ускорения тела гірилозенноі» к нему силе,, сила же определена операционально предварительно и независимо от этого закона. Такой подход, безусловно, шеет преиму щество перед более изощренными способами толкования ^закона, с помощью которых пытаются, принять но внигание-тонкости,' несущественные при.первок знакомстве, с .предметом.
Недостатки принятой' в настоящее время- методики .и,; одновременно, ее преимущество-по .сравнению с методико?,. применявшейся до реформы физико-гатематического образования, бьиіи ркгелєнк ' при изучении усвоения учащш.тася средне:'- сколы основных .законов механики, и понятия инерциалыюй'-системы отсчета. Изучение было проведено с помощью.анкеты, вопросы которо? при обработке ре--зультагоя-бшш. разделены, на шесть разрядов.' Первый составили' ' вопросы, выясняющие -понимание инерции и первого закона Ньгато--На в традиционно}' галиЛееЕО-ньЕтонорсіадГі.',орг/улттіоЕке, а так?.е умение указать, тщ'е'рциальную систем отсчета.. Второ". раз ряд .составили вопросы,* I«м'сняющие' степень'гіоЕ!В'аниЕ.с;:і-:сла ':нерцизль: системы отсчета и-первого "закона Ньютона как определения її утверждения, существования, таких-систек. В трети? -разряд нли-_ включены, качественные Еопроск по г.'ёханике.с целью сравнения их понигания учащийся с поктсанне:: 1-го закона д:*наг:ш!. Чет-
ртый разряд даел целью проверить' умение применять' законы ме- дики-к'решению простых, но не вполне стандартных задач. Пятый зряд составили контрольные вопросы,. ответы на которые должен гь очевиден даже для слабого! ученика. Если ответ на эти вопро-
оказывался -неверным',. то' правильные ответы этого учащегося не итывались прж подсчете общего числа правильных ответов.
Эксперимент проводился, в шести школах. Ленинграда (Щ 50, 120, 9, -321, 410 и 493). Опрошено 338 учащихся,- цз. них 114 - деся-г.о класса ж. 224 - восьмого.
Результаты опроса представлены в.таблице. Разряды обозначены метами цифрами. Погрешность определялась по среднему, квадра-чн'ому отклонению процентов .правильных ответов, полученных в зных классах.; от общего значения.. '
' Таблица
.Данные,-приведенные; во-втором столбце таблицы, свидетёльст-ют о том, что понятие инерциальной системы плохо усваивается. ащимися.- Особенно показательна вторая строка, .из которой сле-ет, что.процент учащихся, правильно ответивших на все вопросы зряда, близок к'нулю. v '. '..-.' Ее -следует считать полученные'' Данные- удручающими; 'вряд от ' оит требовать от. учителя отработки .понятия инбрциальной систе-!,' а-от учащихся - глубокого.его!понимания.. Учащиеся получили. :еТиентарноё представление о том, какая, система отсчета, назы- ется икерпдальноР-,. они могут указать, какую систему .можна счи-. ть[инерциальной в данной'задаче, и этого; достаточно для их /..'
деятельности. Отметим, -что. усвоение 1-го закона Ньютона близко к усвоению других-законов механики и заметно улучшилось по срав-. ниш с результатами, полученными,в аналогичных опросах) провелен-. них в-60 гг. Более тревожным является то обстоятельств*, что
учащиеся не умеют применять полученные знания к решений задач;
. .ни.один учащийся даае в 10-х классах не.дал правильного ответа
на все-вопросы-поставленной перед ними.расчетной задачи. .
Итоги опроса позволяют'сделать два основных.вывода. Во-первых,, методика преподавания физикиадолжна,учитывать трудность усвоения учащимися понятия инерциальной системы и не предъявлять ' к' учителям и -учащимся чрезмерных требований.' Во-вторых,' знание : учащимися'механики в 'значительной.мереформально, что объясняет-. . ся недостаточным вниманием к отработке понятий при решении з'а-.' дач и.других практических занятиях. . '
В диссертации на- конкретных примерах понятий скорости .и энер-.гии выявлены- основные этапы целенаправленной работы по Сормиро-'. ванию у-учащихся физических понятий. Подчеркивается роль актив-, . . ной деятельности учащихся в этом' процессе- Использование актив-. . mtic форм работы учащихся) являющееся важным условием успеха в 'уче'нии, должно сопровождаться обобщением и концентрациеР учеб-' ного'материача при его повторении. .
Автором'был изучен и.проанализирован опыт гчителей школ Киг . . ' ровокогр района Ленинграда - Д.А.Темкиной,, Ю.С.Куперштеша и..
- . В.В.Шарова - по повышению эффективности обучения физике. Этими
. учителями разработана система работы с учащимися, предусматрива- щая дифф^решщррваннык. подход !к: разным, группам учеников -внутри
- '. класса. -Составной частью этой системы, является использование
-планов-конспектов, подобных опорным'.сигналам.В.л.Шаталова. Авт
; тором диссертации были .разработаны яовые планы-конспекты длгі
' обобщенного повторения' курса физики средней школы. В диссерта—
ции рассмотрена, методика введений и изучения ряда понятие, йязи-
-' '.'.:' '. - ' 27 . ки (инерциальной системы отсчёта,-материальной точки, мґновен- . ной скорости и др..) и показано,' -что ^использование конспектов помогает систематизации и концентрации учебного- материала. С целы?
оценки качества составленных планов-конспектов, и перспектив при-.
' менения такого рода материалов был проведен опрос учителей я ме-
тодистов ( в основном,' работников педагогических институтов). Оп-
рос проводился путем-анкетирования. Каждому, эксперту вручались две анкеты и 36 планов-конспектов. Одна" анкета содержала 12гво-
просов, относящихся к-одному-из этих конспектов, другая -'12 во
просов, относйпщхся к-конспектам'в целом. Кроме того, анкеты со
держали дополнитєльявй вопрос,- выясняющий общее отношение респон-'
дента к использованию подобных г/атериалов. . '
Анализ.результатов опроса проводился отдельно' по'двум-груп- '. . нам экспертов: І) учителя (, включая учителей-методистов.и райрнт -ных методистов, всего 16 человек) и 2) методистн-научн'не работ- ' \ ники (всего 14-человек). Оценки были независимы'друг от-друга..' Шкала компетентности экспертов не вводилась... Разброс .в мнениях незначителен, так что количество заполненных'анкет оказалось достаточным для -получения достоверных результатов.' ' : '.'_"'
Различие в оценках одних и тех. же позиций* разными группами-экспертов также- оказалось- незначительным, хотя, учителя, оценивают материалы, несколько выше,, чем преподаватели-вузов. Подавляю- : .. ідеє- большинство, экспертов,(. учителя -все без исключения)[считают материалы необходимыми для работы в школе..Почти .все экспер- . ты-(28 из '30) высоко оценили .роль конспектов; в систематизации - 'знаний; можно .сделать-вывод, -что именно в-этом-видят эксперты-главное назначение конспектов.^ -. - ' '''..''-. '" -Основные, идеи . оптирования системы і>аических понятий- и" за-' .коног..:ерно*сте2 были применены автором при-построении курса общей '.
фізики втуза; в частности, - при разработке методики изложения разделов "Динамика вращательного движения твердого тела", "Магнитное поле", "Основы квантовой механики" и "Элементарные частицы".
Релятивистское происхождение магнетизма излагается в настоящее время в учебниках и учебных пособиях по общему курсу фізики, однако методика введения понятия магнитного поля как релятивистского эффекта требует, по нашему мнению, дальнейшей разработки. Автором разработан вариант введения понятия магнитного поля, который, как показал опыт преподавания, хорошо усваивается студентами.
Разработка новой методики изложения квантовой механики вызвана стремлением сформулировать обобщающие принципы и на их основе строить весь раздел курса. Принятое в настоящее время изложение, в соответствии с которым волновая функция вводится в отрыве от принципа суперпозиции, обрекает студента на поверхностное изучение квантово? механики. В диссертации предлагается обосновать принцип неопределенности не волновыми свойствами частиц гещества, а путем использования известных студентам квантовых свойств света. Явление джіракции электронов служит для обоснования принципа суперпозиции и введения еолновоЯ функции. Из уравнения Шредин-гера выводится кразиклассическое приближение, которое используется для изложения физики атома и твердого тела. В диссертации приведены методика и результаты педагогического эксперимента по изучению усвоения идей-я принципов квантової" механики е традиционном для общего курса Лизики и предлагаемом гариантах изложения.
Радикальные изменения предлагается ввести в изложение физики элементарных частиц как в школьном , так и ь курсе обще? физики вуза. Перечисление частиц, которые вовсе не является элементарными ( пион, каон, гипероны)-стало анахрошізгс:*. Слегентар-
ними с современной точки зрения являются кварки и лептоны, и этот факт следует положить в основу изложения раздела.