Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема изучения основ градиентной оптики 15
1. Базовые дидактические модели исследования 15
2. Современное состояние методики изучения основ физической оптики 35
3. Основное содержание и структура учебного материала по градиентной оптике 42
Глава 2. Методика изучения физических основ градиентной оптики 52
1. Учебная теория основных оптических явлений в неоднородных средах 52
2. Система учебного физического эксперимента 84
3. Методика изучения градиентной оптики в системе обучения физике 194
Глава 3. Педагогический эксперимент 200
1. Экспертная оценка учебности физической теории и физического эксперимента 200
2. Метод совместного творчества в педагогическом эксперименте 212
3. Проведение и результаты обучающего эксперимента 225
Заключение 243
Литература 245
- Базовые дидактические модели исследования
- Учебная теория основных оптических явлений в неоднородных средах
- Экспертная оценка учебности физической теории и физического эксперимента
Введение к работе
Постановка научной проблемы и актуальность исследо вания. Согласно современной концепции теории образования учебные курсы физики представляют собой модели науки физики. С этой точки зрения можно говорить об учебной физике — дидактической модели, включающей учебную физическую теорию, учебный физический экс перимент и методику их преподавания. В учебную физику в качестве II ее разделов традиционно входят механика, молекулярная физика, тер- модинамика, электродинамика, оптика, квантовая физика. Вместе с тем она содержит и такие современные разделы, как физика твердого тела, физическая электроника, физика лазеров, физические основы го- # ти- пографии и т.д. По мере развития физической науки возникают новые
Базовые дидактические модели исследования
Разработка конкретных проблем дидактики физики осуществляется в рамках соответствующих дидактических моделей, в основу которых могут быть положены самые различные принципы. Ниже кратко рассмотрены дидактические модели эксперта, учебного эксперимента и учебной теории, используемые в настоящем исследовании. Теоретическое их обоснование носит не столько строгий, сколько эвристический характер. Доказательную силу имеет длительное по времени практическое использование указанных моделей, которое всегда приводило к значимым результатам.
Будем исходить из идеализированной модели взаимодействия субъекта, которого назовем экспертом, с дидактическим объектом, который в общем случае представляет собой систему взаимосвязанных элементов. Предлагаемая модель заключается в следующем: элемент объекта оказывает на эксперта воздействие У, которое вызывает реакцию R, приводящую в конечном итоге к изменению состояния S эксперта. Буквами V, R и S условимся обозначать не только воздействие, реакцию и состояние, но и их количества.
Найдем связь между воздействием и реакцией. Зависимость реакции от воздействия может быть получена априорно из самых общих соображений. Положим, что воздействие V вызывает реакцию R. Очевидно, чем больше воздействие, тем больше реакция. Тогда в первом приближении допустимо считать: чтобы реакция изменилась на малую величину dRy воздействие должно измениться на величину dV, пропорциональную первоначальному воздействию V и изменению реакции dR : dV VdR. Вводя коэффициент пропорциональности Ло, получаем дифференциальное уравнение
Это ни что иное, как установленное Вебером еще в 1846 году общее психофизиологическое соотношение, которое заключается в том, что абсолютное изменение dR реакции R человека на воздействие V пропорционально относительному изменению воздействия dV/V, вызвавшему это изменение реакции [182].
Воздействие, как и реакция на него могут быть самыми различными. Например, можно увеличивать освещенность глаза. Вначале реакцией на это будет рост субъективной яркости источника света, затем —- возникновение и нарастание болевого ощущения, но и в том и в другом случае абсолютный прирост реакции в первом приближении пропорционален относительному росту воздействия.
Учебная теория основных оптических явлений в неоднородных средах
Принцип Гюйгенса является непосредственным обобщением экспериментальных фактов. Представим, что находящийся в однородной изотропной среде точечный источник в некоторый момент времени испускает волну. Тогда, поскольку скорость волны во всех направлениях одинакова, фронт волны, то есть совокупность точек, до которых в определенный момент дошла волна, представляет собой сферу. Волна распространяется и, спустя некоторое время, волновой фронт становится сферой большего радиуса. Все это — результаты непосредственных наблюдений, которые совершенно очевидны, если речь идет о волнах на поверхности воды.
Принцип Гюйгенса дает ответ на вопрос, почему так происходит. Во-первых, точечный источник непосредственно создает определенное возмущение, которое и распространяется в пространстве в виде волны. Значит, допустимо считать, что фронт волны, представляющий собой совокупность точек, до которых дошло волновое возмущение, состоит из множества вторичных источников волн. Эти вторичные источники испускают сферические волны. Поскольку для следующего момента времени фронт волны остается сферическим в центре с источником, значит, он представляет собой наложение фронтов волн вторичных источников, которое является ничем иным, как огибающей. Эти рассуждения легко обобщаются на случай гармонической волны.
Насколько нам известно, идея экспериментального обоснования принципа Гюйгенса не проводится в курсе элементарной физики. Это приводит к тому, что у учащихся формируется представления в произвольности этого принципа, которые перерастают в убежденность, когда они переходят к изучению принципа Гюйгенса-Френеля. Если же четко обозначить, что принцип Гюйгенса возник из эксперимента и определяет положение волновой поверхности, то принцип Гюйгенса-Френеля — также обобщение экспериментальных данных и определяет распределение амплитуды волны на этой поверхности, то многие недоразумения будут сняты.
Мы используем принцип Гюйгенса в следующей формулировке: каждая точка, до которой дошла световая волна} сама становится источником вторичной сферической волны; огибающая всех вторичных волн для некоторого момента времени есть фронт волны для этого момента.
Экспертная оценка учебности физической теории и физического эксперимента
Учебный эксперимент по градиентной оптике может быть рекомендован для использования в учебном процессе при достаточном уровне его учебности. Дидактическая модель учебности как основного параметра учебной физической теории (УФТ) и учебного физического эксперимента (УФЭ) рассмотрена в главе 1. В соответствии с этой моделью осуществлялась разработка УФТ и УФЭ, результаты которой представлены в главе 2. Педагогический эксперимент предназначен для оценки того, насколько разработанные УФТ и УФЭ соответствуют поставленным задачам исследования.
Даже чисто внешнее рассмотрение дидактической модели параметров учебности УФТ и УФЭ показывает, что фактически она представляет собой тест. Особенность этого теста заключается в том, что его задачей является не оценка знаний тестируемого, а определение верной оценки самого объекта, то есть параметра учебности.
1. Теория и практика тестирования в настоящее время бурно развиваются [1, 225,]. Относительно недавно было осознано принципиальное отличие педагогических измерений от физических. Дело в том, что результат педагогического измерения методом тестирования определяется взаимодействием двух основных факторов: уровнем трудности j-то задания теста tj, и уровнем знаний г-го тестируемого (эксперта) ,. Поэтому у одних и тех же испытуемых тестовые оценки получаются более высокими по более легкому тесту, или один и тот же тест для более сильных испытуемых оказывается более легким.
