Формирование обобщенных понятий волнового движения на основе учебного эксперимента Агафонова (Мамаева), Елена Сергеевна

Введение к работе

Актуальность исследования. Настоящий этап реформ общеобразовательной школы характеризуется глубокими переменами содержания образования. Современная концепция предполагает выделение базовой (обязательной) части физического образования для изучения всеми учащимися девятилетней школы. Содержание физического образования в старших классах определяется профилем дифференцированного обучения.

Одна из задач базового уровня - формирование представлений о всех формах движения материи.Распространенными формами движения материи являются колебательные и волновые процессы. Проведенные нами наблюдения и опросы показали, что учащиеся в основном плохо представляют особенности волнового движения. Большие трудности связаны с овладением школьниками таких понятий волнового движения как фаза волны, волновая поверхность и т.д. Как правило, учащиеся не могут объяснить распределение интенсивности в произвольной области волнового поля при интерференции и дифракции. Отсутствие верных представлений о волновых процессах приьидит к формализации знаний школьников.В дальнейшем при обучении в вузе для многих из них оказываются недоступными вопросы волновой оптики.например,интерференционные методы исследования, теория амплитудной и фазовой дифракционной решетки.классическая теория дисперсии света и т.д. Таким образом, совершенствование методов и приемов формирования научных представлений о волновых процессах, обобщенных понятий волнового движения определило педагогическую проблему нашего исследования.

Теоретические основы формирования научных понятий в процессе обучения подробно рассматривались в трудах видных отечественных психологов и дидактов С.Л.Рубинштейна, А.Н.Леонтьева^ В.В.Давыдова, П.Я.Гальперина,. Н.Ф.Талызиной. М.Н.Шардакова, Н.А.Менчинской, А.В.Усовой и др. Серьезные исследования по формированию физических понятий методами учебного эксперимента выполнены Т.Н.Шамало.

Анализ научной и учебной литературы показал,что существенный вклад в развитие формирования научных представлений о колебательных и волновых процессах внесли такие ученые,как А.Г.Столетов,. П. Н.Лебедев, Л. И. Мандельштам, Г.С.Горелик, реализовавшие

единый подход к изучению общих закономерностей,свойственных волновым явлениям разной физической природы. В практике современной отечественной общеобразовательной школы единый подход к изучению колебаний и волн разной природы наиболее полно осуществлен в работах Б.М.Яворского, А.А.Пинского. Н.М.Шахмаева.О.Ф.Ка-бардина,В.А.Орлова и др. В методической литературе большое внимание уделяется и учебному эксперименту по колебаниям и волнам. Однако немалые трудности при научении в школе волновых процессов сохраняются. Аналою наблюдений и опросов показывает,что это объясняется в первую очередь отсутствием перед мысленным взором учащихся зрительного образа того или иного волнового явления.

, Формирование такого образа требует значительных усилий в основном потому, что акустические и электромагнитные волны невидимы.

Один из видов механических волн, которые можно наблюдать непосредственно,- волны на поверхности жидкости.В учебной литературе в качестве иллюстраций явлений распространения, отраже-

. ния, интерференции и дифракции часто используют фотографии волн на поверхности жидкости. Таким образом, эти волны нередко выполняют функцию модельных. Однако волновое движение на поверхности жидкости представляет собой сложный физический процесс, кор-

¹ ректное иаучение которого требует рассмотрения более простых модельных явлений, например, акустических. Поэтому формирование

І обобщенных понятий волнового движения целесообразно проводить при изучении звуковых или ультразвуковых волн. В большинстве случаев первые предпочтительнее, поскольку ультразвуковые волны не только невидимы, но и неслышимы. Считается, что учебный эксперимент со звуковыми волнами вполне разработан, но подробный

; анализ показывает, что он далеко не в полной мере используется

| для формирования обобщенных понятий волнового движения.

Иэ изложенного выше следует,что выбранная нами тема исследования "Формирование обобщенных понятий волвового движения на основе учебного эксперимента" актуальна.

Объектом исследования является процесс формирования обоб-

: ценных понятий волнового движения.

Предмет исследования: методика формирования обобщенных понятий, волнового движения посредством учебного эксперимента и дидактических материалов.

Цель исследования заключается в совершенствовании процесса обучения путем использования системы учебных экспериментов и

- Б -

дидактических материалов, обеспечивающих формирование обобщенных понятий волнового движения у школьников с учетом дифференциации их обучения.

Гипотеза исследования. Если при введении и формировании у учащихся обобщенных понятий волнового движения в полном объеме использовать систему учебных опытов со звуком, базирующуюся на комплексном применении методов визуализации волн, и дидактических материалов на основе фотографий звуковых полей, то научно-методический уровень изучения волновых явлений возрастет, повысятся познавательные интересы школьников, расширятся возможности ознакомления учащихся с современными методами исследования, так как использование акустических волн в качестве модельных позволяет . осуществить формирование основных понятий волнового движения на самом раннем этапе и в дальнейшем рассматривать все виды волн с единых позиций, подробно изучая их природу и специфические особенности.

В соответствии с целью и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать существующие методы формирования понятий, обосновать целесообразность использования учебного эксперимента со звуковыми волнами для формирования обобщенных понятий волнового движения в полном объеме.

2. Изучить методы визуализации звуковых полей, применяемые в научных исследованиях. Создать установки, необходимые для де-¹ ионстрации и учебного исследования волновых процессов методами визуализации звука. Разработать приборы для измерения в учебном эксперименте параметров звуковой волны.

3. Разработать систему учебных опытов со звуковыми волнами в условиях дифференцированного обучения, удовлетворяющую дидактическим требованиям и научно обоснованным санитарным нормам.

4. Разработать методику использования в учебном процессе системы опытов со гвуковыми волнами, включающую эксперименты по измерению параметров звуковой волны, доказательству существования явлений, характеризующих волновое движение, и дидактические материалы. Определить эффективность предложенной методики.

Для решения сформулированных выше задач применялись следующие методы исследования;

- изучение и анализ научной, учебной, методической литературы, нормативной документации по теме исследования,

теоретическое и экспериментальное исследование учебных вариантов акустических экспериментов,

опытно-конструкторская работа по созданию новых учебных физических приборов и экспериментальных установок,

изучение и обобщение опыта работы преподавателей физики, обобщение личного опыта работы в качестве учителя физики средней школы, опыта работы со слушателями подготовительного отделения и студентами педагогического института,

проведение педагогического эксперимента и анализ его результатов.

Научная новизна исследования включает:

методику формирования средствами учебного эксперимента со звуковыми волнами обобщенных понятий величин, характеризующих волну, и методику формирования обобщенных понятий явлений, характерных для волнового процесса,

методы визуализации звуковой волны в школьном учебном физическом эксперименте, приборы, установки и дидактические материалы, позволяющие реэли8овать предложенную методику в общеобразовательной школе.

Новые результаты, полученные нами в процессе исследования, свидетельствуют о теоретической и практической значимости проделанной работы. Теоретическая значимость исследования состоит в том, что выполнен глубокий анализ состояния учебного эксперимента по волновым процессам, обоснована необходимость совершенствования учебного эксперимента со звуковыми волнами как наиболее перспективной модели для формирования обобщенных понятий волнового движения,предложен новый метод визуализации колебаний в звуковой волне и разработан- доступный для школы метод визуализации звуковых полей. Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика формирования обобщенных понятий средствами учебного эксперимента со звуковыми волнами, учебные приборы и установки, используемые методы визуализации звуковой волны доступны для учителей общеобразовательной школы, эффективны в практической работе и интересны для школьников.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждаются проведенным нами дидактическим экспериментом,согласованностью результатов оценки различными группами экспертов.

На защиту выносятся:

1. Методика формирования обобщенных понятий волнового движения средствами учебного эксперимента со звуковыми, волнами.

2. Система опытов со звуковыми волнами, построенная на общей идее визуализации звука.

3. Дидактические материалы на основе фотографий' звуковых полей и методика их использования.

Апробация работы осуществлялась на научных конференциях Глазовского пединститута в период с 1976 по 1992 год, на курсах повышения квалификации учителей Удмуртии (1980-1990 гг.), на спецкурсах и спецсеминарах для студентов Глазовского пединститута, на научно-методическом семинаре "Учебный эксперимент по физике", на XXV Зональном совещании преподавателей фигики,методики преподавания физики,астрономии и общетехнических дисциплин пединститутов Урала. Сибири и Дальнего Востока (г.Новосибирск), на XXI межвузовском научном семинаре (г. Челябинск).

Основные результаты исследования нашли отражение в 11 публикациях.