Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методологические основы реализации историко-научного подхода
1.1. Возможности курса физики в реализации историко-научного подхода 12
1.2. Реализация историко-научного подхода в методике преподавания физики 25
1.3. Вопросы методологии и историзма в стандарте физического образования 47
Выводы по ГЛАВЕ І 57
ГЛАВА 2. Пути реализации историко-научного подхода в курсе физики
2.1. Отбор и структурирование историко-физического материала для включения в учебный процесс 60
2.2. Методика изложения материала истории науки на уроках физики 78
2.3. Система заданий методологического содержания 83
Выводы ПО ГЛАВЕ II 96
ГЛАВА 3. Экспериментальная проверка результатов исследования
3.1. Организация педагогического эксперимента 98
3.2. Характеристика измерителей достижений 105
3.3. Результаты педагогического эксперимента 108
Выводы по ГЛАВЕ III 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
ЛИТЕРАТУРА 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 128
- Возможности курса физики в реализации историко-научного подхода
- Отбор и структурирование историко-физического материала для включения в учебный процесс
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность нашего исследования вызвана необходимостью совершенствования учебного процесса с целью формирования методологических знаний школьников.
В настоящее время одной из важнейших задач, стоящих перед школой, является формирование субъекта обучения как личности, обладающей системой базовых знаний и умений, адекватных современному миропониманию и научному мировоззрению. Знания необходимы для дальнейшего самостоятельного изучения и объяснения физических явлений окружающего нас мира и для успешного применения методов познания при освоении других наук. Кроме того, в разные периоды развития школьного физического образования рядом исследователей (Ефименко В. Ф., Разумовский В. Г., Усова А. В., Коварский Ю. А., Зорина Л. Я., Шапоринский С. А., Голин Г. М. и др.) констатированы устойчивые недостатки в теоретических знаниях и мировоззрении выпускников школ: рядоположенность в их сознании эмпирических и теоретических понятий и законов, несформированность представлений о границах применимости физических теорий и понимания физической картины мира, необходимости ее пересмотра по мере развития процесса познания, отсутствие целостного представления о физической науке.
В этих условиях одним из средств формирования современной личности является построение учебного процесса на основе методологии науки как на фундаменте.
В концепции и стандарте образования, учебных программах по физике учтены современные тенденции развития школьного обучения. Ядро содержания образования включает не только необходимый комплекс знаний, идей и ценностных представлений, но и универсальные способы познания, мышления и практической деятельности. В стандарте
образования значительная роль отведена методологическим и науковедческим знаниям.
Важность включения вопросов теории научного познания в содержание предмета физика давно осознана психологами, дидактами, учеными-методистами. В начале 70х годов В. Г. Разумовский говорил о необходимости построения содержания учебного предмета и методики его преподавания на основе научного метода познания, подчеркивая, что это необходимо для развития познавательной способности учащихся и стимулирования их творческой деятельности. На сегодняшний день в методике преподавания физики нашли отражение общие аспекты методов научного познания. Но именно из-за небольшого количества частных методических исследований по вопросам изучения методов научного познания возникают большие трудности в достижении требований, заложенных стандартом образования по физике для основной школы,
На протяжении многих лет в основу построения учебных программ по физике для классов общеобразовательной школы кроме принципов научности, систематичности, доступности, был положен и принцип историзма. Проблему преподавания вопросов истории науки и техники в процессе обучения физике рассматривали Г. М. Голин, Ю. А. Королев, И. И. Нурминский, Е. В. Савелова, Л. В. Тарасов, И. А. Шилова. Важность осуществления в школе историко-научного подхода в обучении отмечали Л. Я. Зорина, А. И. Капралов, В. Н. Мощанский, В. В. Мултановский, А. А. Пинский, В. Г. Разумовский, Б. И. Спасский, И. К. Турышева, Н. В. Шаронова, Р. Н. Щербаков. Значение исторических сведений для учебного процесса эти авторы видели в следующем; исторические научные сведения оказывают влияние на мотивацию изучения физики, стимулируют познавательный интерес; история науки выступает связующим звеном между естественными науками и гуманитарными; в процессе изучения истории науки
развивается общая культура личности, мышление, формируется мировоззрение.
Кроме того, в современной школе систематическое изучение курса физики перенесено в основную школу, которая является обязательной для всех учащихся, и, тем самым, снижен возраст школьников, изучающих полный курс физики. В стандарте образования предполагается, что в основной школе должна быть усвоена квантовая механика. Вопросы методологии научного познания так же подлежат изучению в основной школе. Следовательно, необходимо разработать подход, обеспечивающий достижение требований стандарта образования в условиях современной школы. Поэтому, мы сосредоточили свое внимание на процессе формирования методологических знаний школьников в основной школе. Проиллюстрируем это на примере изучения квантовой механики в основной школе.
Сказанное выше и обусловило выбор темы исследования: «Формирование методологических знаний в курсе физики основной школы на основе историко-научного подхода».
Объектом исследования выступает процесс обучения физике в общеобразовательной школе при реализации историко-научного подхода.
Предметом исследования являются средства формирования методологических знаний у учащихся основной школы при историко-научном подходе.
Цель: определить содержание и методику изучения методологических вопросов в курсе физики основной школы на основе историко-научного подхода.
Под историко-иаучиым подходом в построении курса физики будем понимать такое структурирование учебного материала, которое направлено на ознакомление учащихся с историческим процессом становления и развития науки, методами научного познания в органической связи с изучением явлений, законов и теорий, на ознакомление с эволюцией содержания понятий, законов, теорий с момента их возникновения в науке до момента рождения новых идей и тенденций их развития.
Исходя из цели исследования, на основе анализа проблемы нами сформулирована гипотеза исследования: достижение требований стандарта образования по вопросам методологии возможно, если реализовать историко-научный подход в построении курса физики в основной школе. Для этого необходимо в учебных материалах отразить:
развитие научных идей;
основы фундаментальных идей, законов и теорий;
наиболее значимые в мировоззренческом отношении идеи, оказавшиеся тупиковыми в историческом развитии науки;
логику процесса познания;
первоисточники, труды ученых;
научные биографии ученых;
связь науки с жизнью общества.
В соответствии с проблемой, целью, гипотезой исследования мы сосредоточили свое внимание на решении следующих задач:
выявить состояние проблемы исследования;
уточнить содержание понятия «историко-научный подход»;
определить пути реализации историко-научного подхода в
обучении физике при формировании у учащихся методологических знаний;
осуществить отбор и структурирование учебного материала, в котором отражена логика развертывания научной мысли;
выявить и экспериментально проверить влияние разрабатываемых учебных материалов на усвоение учащимися основной школы вопросов методологии.
Теоретико-методологическую основу исследования составляют:
Труды физиков исследователей по вопросам методической обработки ключевых достижений классической и современной физики и их мировоззренческим и методическим аспектам (Н. Бор, Л. де Бройль, С. Вайнберг, Г. Вейль, Е. Вигнер, В. Гейзенберг, Я. Б. Зельдович, П. Дирак, П. Л. Капица, Дж. Максвелл, В. А. Фабрикант, А. Фридман, Р. Фейман, Э. Шредингер, А. Эйнштейн и другие);
Работы философов, историков, методологов физики по вопросам методологической и мировоззренческой интерпретации ключевых достижений классической и современной физики (Г. М. Голин, В. С. Готт, Б. М. Кедров, П. С. Кудрявцев, М. В. Мостепаненко, Б. И, Спасский, Ф. Франк, Э. М. Чудинов и другие);
Методические работы, раскрывающие закономерности развития представлений о роли и сущности физического образования, описывающие его современные задачи и содержание (Н. К. Гладышева, С. Е. Каменецкий, Р. И. Малафеев, И. И. Нурминский, В. А. Орлов, Н. С. Пурышева, В. Г. Разумовский, А. В. Усова, Л. С. Хижнякова и другие);
4. Методические работы по вопросам отражения методологии научного познания в формировании мировоззрения и познавательной деятельности учащихся в процессе обучения; учения единства логического и исторического в научном познании (Г. А. Бордовский, Н. К. Гладышева, Г. М. Голин, В. Ф., Ефименко, Л. Я. Зорина, В. А. Извозчиков, А. И. Капралов А. С. Кондратьев, С. П. Курдюмов, В. Н. Мощанский, В. В. Мултановский, Ю. А. Сауров, Л. В. Тарасов, Н. В. Шаронова, Я. М. Яворский и другие).
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоят в следующем.
Определены требования к созданию учебных материалов по физике для основной школы, в которых использован историко-научный подход, раскрывающий вопросы методологии научного познания. Эти требования могут стать базой для разработки требований к созданию подобных учебных материалов для полной средней школы, с учетом ее особенностей (профильность школы, возраст учащихся и пр.).
В методике преподавания физики реализован историко-научный подход, основанный преимущественно на раскрытии процесса научного познания в непрерывной связи с формированием фундаментальных физических теорий.
Практическое значение исследования состоит:
в создании учебных материалов по физике для основной школы, направленных на формирование у учащихся знаний методологии науки;
в подборе соответствующих заданий для самостоятельной работы учащихся;
в разработке методики использования учебных материалов.
На защиту выносятся:
Обоснование целесообразности разработки курса физики на основе историко-научного подхода, способствующего формированию методологических знаний и научного миропонимания у учащихся основной школы.
Система требований к разработке учебного пособия по физике с целью реализации историко-научного подхода.
Для решения поставленных задач мы использовали следующие методы исследования:
Анализ философской, психолого-педагогической, специальной физической, дидактической и методической литературы для выделения главных теоретических аспектов исследуемой проблемы.
Онтодидактический анализ работ исследователей, методологов науки по вопросам истории науки, структуры и динамики физического знания с точки зрения осуществления подхода к изучению физических теорий, способствующих раскрытию вопросов методологии научного познания, чтобы выделить вопросы истории физических открытий, развития физической мысли, систему стержневых вопросов методологии физического познания и выбрать пути их раскрытия в обучении.
Моделирование педагогического процесса в аспекте реализации историко-научного подхода в курсе физики основной школы.
Наблюдение, анкетирование и изучение деятельности учителя и учебной деятельности учащихся с целью выяснения доступности и эффективности историко-научного подхода.
Педагогический эксперимент по проверке эффективности разработанных нами учебных материалов по физике для
К)
основной школы, направленных на формирование у учащихся знаний методологии науки.
Организация и логика исследования. Исследование проводилось в течение 1998-2001 годов и в своем развитии прошло три этапа.
Первый этап (1998 - 1999 гг.) - поисковый. Изучение философской, психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования. Теоретический анализ и оценка современного состояния реализованное принципа историзма в достижении методологических знаний школьниками в теории и на практике. Проведение констатирующего эксперимента по выявлению зависимости системного и преемственного усвоения учащимися физических теорий от понимания их структуры и динамики, сформированности у учащихся знаний основных требований стандарта образования в области методологии. Разработка научного аппарата исследования.
Второй этап (1999 - 2000 гг.) - опытно-экспериментальный. Уточнение и обогащение общей гипотезы исследования. Экспериментальная работа по проверке эффективности влияния созданных учебных материалов на качество усвоенных учащимися основной школы требований стандарта физического образования по вопросам методологии и историзма.
Третий этап (2000 - 2001 гг.) - обобщающий. Коррекция, систематизация и обобщение результатов эксперимента. Дополнительная проверка и до проверка результатов, уточнение выводов и рекомендаций. Литературное оформление диссертации.
Апробацій и внедрение результатов исследования теоретических
решений и практических результатов исследования состоит в следующем.
Теоретические положения исследования реализованы в
экспериментальных учебных материалах и изложены в ряде работ, список которых приводится в конце автореферата.
Апробация отдельных результатов в форме докладов осуществлялась на заседаниях лаборатории физики и астрономии ИОСО РАО (1998 - 2001 гг.), в выступлениях диссертанта на научно-практических конференциях Московском Педагогическом Университете (1999 г.), Орловском Государственном Университете (1999 и 2000 г.) и Институте Общего Среднего Образования РАО (1999 и 2001 гг.).
Опытно-экспериментальная база исследования. В основной опытно-экспериментальной работе участвовало 296 учащихся и 4 учителя.
Возможности курса физики в реализации историко-научного подхода
Ничто так не способствует общему развитию и формированию научного мировоззрения учащихся, как знакомство с историей человеческих усилий в области науки, отраженных в постепенной эволюции идей, раскрытие тех этапов, которые составили основную логическую линию развития научной теории. Для того чтобы помочь учащимся понять и принять культурную значимость научных физических знаний, считаем необходимым широко использовать на уроках физики материал истории физики, показывающий саму науку во всех ее проявлениях, этапы становления научных теорий, их развитие и взаимосвязи, отражение всех сторон жизни человека.
Не случайно Фредерик Жолио-Кюри называл историю науки -«реализацией бессмертия индивидуальных актов познания, мучительных поисков истины, радостей открытия, личностей мыслителей, поворотов, даже ошибок мысли...».
О необходимости рассмотрения физических знаний с обязательным учетом ценностей человеческого бытия с целью более глубокого личностного заинтересованного их осмысления в разное время высказывались многие ученые физики, начиная с Б. Паскаля и заканчивая нашими современниками. В преобразовании научного знания, когда становится очевидной общекультурная ценность науки и научного образования, ученые видели залог успеха в воспитании гармонично развитой личности, способной и готовой к творческой деятельности.
Замечательный французский физик Поль Ланжевен говорил: «... Как много теряет преподавание точных наук, ограничиваясь таким чисто догматическим подходом и пренебрегая исторической точкой зрения. Преподавание теряет всякий интерес. Догматическое преподавание холодно, сухо, статично и создает у детей неверное представление о науке, как о чем-то раз и навсегда определенном и мертвом» (57).
Ученые считают, что знакомство с вопросами истории науки помогает поднять интерес ученика к физике. Он как бы становится свидетелем открытия, участником эксперимента ученого, видит динамику развития научной мысли, логический ход развития науки, прогресс техники эксперимента. Он видит качество и точность опыта, лучше понимает, в чем его неточности или недостатки.
«Можно привести множество доводов в пользу изучения истории науки. Один из наилучших аргументов заключается в том, что при этом можно наглядно увидеть, как делаются открытия» - утверждал лауреат Нобелевской премии Г. П. Томсон (106).
Создавая у школьников на уроках физики всеобщее воззрение на природу, как единую материальную систему во всех своих частях и явлениях, очень важно проследить и показать им, как эти связи постепенно и последовательно устанавливались и объяснялись учеными в ходе прогрессивного развития науки.
Суть исторического подхода сводится к тому, что любые изучаемые в учебном процессе элементы теории следует рассматривать в их динамке и развитии. Историзм - это и определенный взгляд на окружающий нас мир и определенный метод его познания.
П. Ланжевен, размышляя о поучительности истории науки для воспитания, делает весьма ценный в методическом и психологическом отношении вывод: «Ничто так не способствует общему развитию и формированию детского сознания, как знакомство с историей человеческих усилий в области науки...» (57, 311).
По мнению Луи де Бройля, исторические сведения, рассказывающие о прошлом науки и условиях, в которых она оказалась, должны в мировоззренческих целях применяться в процессе обучения (6, 300-314).
A. Эйнштейн, говоря о роли истории науки, отмечал, что содержание науки можно постигать и анализировать, не вдаваясь в рассмотрение индивидуального развития ее создателей. Но при таком односторонне объективном изложении отдельные шаги иногда могут показаться случайными удачами. Понимание того, как стали возможными и даже необходимыми эти шаги, достигается лишь, если проследить за умственным развитием индивидуумов, содействовавших выявлению направления этих шагов (133, 91). B. Вайскопф отмечает, что физика «является ничем иным, как высоко развитой формой проявления желания найти наше место в мире, в котором мы живем» и что для реализации этой, по сути своей мировоззренческой задачи также следует применять исторические сведения (86, 53).
По мнению американского ученого А. Раби, «воспитание новых людей, у которых современная научная культура сочеталась бы с культурой классической, привело бы к новому скачку в развитии современной цивилизации» (86, 34).
Рассуждая о научном образовании, В. И. Вернадский отмечает, что с одной стороны, при изучении истории науки необыкновенно выпукло вырисовывается всемирно-исторический характер процесса ее развития, его единство, и с другой - общеобязательность результатов научного творчества, вечный его характер (12, 118).
Размышляя о состоянии физического образования, С. П. Капица подчеркивает, что чрезмерная формализация научных положений, изгнание из учебников картины развития физической науки и методов ее исследования приводит к тому, что выпускник школы вступает в жизнь, либо, преклонив голову перед всесилием науки, либо испытывает неприязнь к научным догмам (44).
Отбор и структурирование историко-физического материала для включения в учебный процесс
Целью нашей работы является обеспечение историко-научного подхода при изложении учебного материала для формирования у учащихся методологических знаний о процессе познания.
Отбор содержания учебных материалов мы проводили на примере раздела квантовой механики, поскольку этот материал в стандарте физического образования, в соответствии с современными программами становится обязательным для основной школы. На примере всего лишь одного раздела физики - квантовой механики - часть требований не может быть обеспечена полностью (например, умение экспериментировать). Роль эксперимента, тем не менее, будет рассматриваться на примерах исторических опытов. Все выделенные нами историко-методологические и науковедческие знания будут формироваться и при рассмотрении других фундаментальных теорий, при условии многократного прорабатывания схемы процесса познания.
Еще раз отметим, что идея отбора содержания и структурирование учебного материала в соответствии с логикой научного познания не является новой. В 1975 г. Разумовский В. Г. предложил принцип циклического построения учебного материала для школьного курса физики. «... От фундаментальных опытов - к абстрактной модели, а от нее к выводу следствий и их экспериментальной проверке» (89, 7). Этот принцип развивался в исследованиях Румбешты Е. А. (92), Сиденко А. С. (96), Папиева М. (79; 80), Голина Г. М. (21), Нурминского И. И. и Гладышевой Н. К. (18), Шодиева Д. (125) и других.
Проанализировав схему «основание - ядро - следствия» для одних и тех же теорий, представленных в школьном курсе физики разными авторами (70, 79, 80, 96, 126), мы установили, что к основанию и следствиям теории разные авторы относят разный материал. При этом некоторые явления, факты, законы одни авторы относят к области следствий, предсказываемых теорией, а другие - к области следствий, объясняемых теорией (например, постулаты Бора).
На наш взгляд, это связано с тем, что при изложении физических теорий в школьном курсе по объективным причинам не может полностью совпадать с формированием элементов «основание», «ядро», «следствия» в научной физической теории. В школьном курсе физики нет возможности использовать математический аппарат физических теорий. Значит, в ходе адаптации теории для целей школьного обучения элемент «ядро» неизбежно претерпевает изменения, поскольку нельзя представить основные уравнения в явном виде. И наполнение элемента «следствие» с неизбежностью сужается, поскольку многие следствия нельзя получить без использования математического аппарата.
Таким образом, производя отбор содержания и структурирование учебного материала по физике, мы опирались на стандарт образования, содержание научных теорий, но вынуждены были учитывать ограничения, которые накладывает математическая подготовка учащихся. Кроме того, в ходе этой работы мы наполняли структурные элементы теории, руководствуясь целями своего исследования.
Отметим, что логический анализ явлений, понятий, фактов, относящихся к современному уровню науки, означает, по существу, историческое понимание объектов исследования, даже если история его создания специально не изучается.
Методологические знания и умения, взятые из таких областей как история и методология физики, науковедение, практика научных исследований, чрезвычайно обширны. Их отбор затруднен тем, что: во-первых, существующий исторический материал довольно значителен по своему объему; во-вторых, требуется отбор исторических сведений, способствующих освоению учащимися учебного материала курса, и методологических знаний.
Принципы отбора исторического материала сформулированы в диссертации Е. В. Савеловой и конкретезированны Р. Н. Щербаковым. Эти принципы мы уточнили применительно к историко-научному материалу. Разрабатываемое содержание исторических сведений и система методологических знаний и умений должны удовлетворять следующим общеизвестным требованиям отбора учебного материала:
фундаментальность научных и технических идей;
экспериментальная обоснованность теоретических положений;
научность содержания исторического материала;
соответствие историко-научного материала требованиям стандарта образования;
соответствие историко-научного материала с воспитательными задачами;
доступность исторических сведений.
Организация педагогического эксперимента
В соответствии с особенностями разработанного нами ученого пособия, педагогический эксперимент должен был ответить на следующие вопросы:
1. Какими знаниями о методах научного познания, об истории развития науки, из заложенных в стандарте образования по физике обладают учащиеся 9 и 11 классов?
2. Способствуют ли разработанные нами учебные материалы достижению требований стандарта образования?
3. Действительно ли историко-научный подход в изложении учебных материалов обеспечивает требование предыдущего пункта?
Экспериментальная проверка гипотезы исследования, доступности и эффективности разработанного учебно-методического комплекта велась в течение 2000-2001 гг. в школе-комплексе «Царицыно» № 548 г. Москвы, в школе № 1096 СВАО г. Москвы, в школе-лицее № 1 Орла, школе № 36 г. Орла, средней школе № 2 Верховского района Орловской области, муниципальной гимназии № 1 г. Мценска Орловской области, в колледже экономики и права при Финансово-Юридической Академии г. Москвы, в педагогическом колледже г. Орла. В основной опытно-экспериментальной работе участвовало 296 учащихся и 4 учителя. Общая характеристика педагогического эксперимента приведена в таблице № 4.
В качестве учителя физики в колледже экономики и права работала диссертант. Экспериментальные учебные материалы использовались в работе еще тремя учителями. Экспериментальное преподавание велось в 9 классах общеобразовательного профиля, в школе-комплексе «Царицыно»
№ 548 г. Москвы, в школе-лицее № 1, в колледже Экономики и Права при Финансово-Юридической Академии г. Москвы, педагогическом колледже г. Орла. Результаты обучения сравнивались с результатами в 9 и 11 классах общеобразовательного профиля, где обучение велось по «стабильным» учебникам.
В школе № 548 и в колледже экономики и права, разработанные нами учебные материалы, использовались вместо традиционного учебника. В школе-лицеи № 1 г. Орла и педагогическом колледже г. Орла, учебные материалы использовались как дополнение к учебникам.
На стадии констатирующего эксперимента исследовались представление учащихся о методах научного познания, знание исторического развития физической науки. Основными методами анализа на этом этапе явились наблюдение, анкетирование учащихся 9 и 11 классов.
Учащимся 9 и 11 классов были предложены вопросы, ответы на которые подразумевает знание фундаментальных теорий, вопросов методологии и историзма, отраженных в стандарте образования.
Приведем вопросы из четырех вариантов заданий, проведенной работы в констатирующем эксперименте.
1. В науке модель объекта (или процесса) отражает... (Допишите
предложение, выбрав правильный ответ):
внешнюю схожесть с объектом;
основные черты объекта;
те характеристики объекта, которые можно измерить;
полную схожесть с объектом, только в миниатюре.
2. В механике тело рассматривается как сплошное, в молекулярной физике - как состоящее из неделимых частиц, а в физике атома молекула и атом представляются сложными объектами. Можно ли считать такое разночтение ошибочным? Ответ объясните.
3. Назовите основные методы научного исследования.
4. Какое из приведенных ниже утверждений правильно раскрывает, что
такое научная гипотеза:
научно доказанное утверждение;
предположение, основанное на наблюдениях;
любое предположение при объяснении процесса;
5. Почему экспериментально установленные научные законы справедливы не всегда, а только при определенных условиях?
6. Научный факт - это утверждение, которое... (Закончите предложение, выбрав правильный ответ):
содержится в учебнике;
высказано авторитетными людьми;
выявлено исследователем экспериментально;
экспериментально проверено разными учеными.
7. Почему процесс познания рассматривается как циклический процесс?
