Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. РОЛЬ И МЕСТО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ
1.1. Роль физического эксперимента в науке 11
1.2. Роль физического эксперимента в учебном познании 29
1.3. Проблемы совершенствования экспериментальной подготовки преподавателей физики 38
Глава 2. «МАЛЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ» И ЕГО МЕСТО В СИСТЕМЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ФИЗИКИ 62
2.1. Особенности профессионально подготовки преподавателя физики 62
2.2. Экспериментальные исследования. Роль и место «малого физического практикума» в системе обучения физике 76
2.3. Место «малого физического практикума» в классификации УФЭ 84
Глава 3 МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ МАЛОГО ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА 102
3.1. Способы анализа демонстрационных опытов 102
3.2. Методика создания новых опытов по физике 121
3.3. Педагогический эксперимент 144
Заключение 149
Литература 151
- Роль физического эксперимента в науке
- Особенности профессионально подготовки преподавателя физики
- Способы анализа демонстрационных опытов
Введение к работе
Актуальность исследования. Развитие творческих способностей учащихся, занимающее одно из центральных мест в дидактике физики, определяется отношением преподавателей к учебной деятельности. Поэтому повышение созидательной динамики в практической деятельности учителя становится актуальнейшей проблемой современной методики преподавания всех учебных дисциплин, и тем более физики. Причем современному преподавателю нужны как абстрактные теоретические построения, роль которых значима в развитии педагогической науки, так и конкретная методическая помощь в его теоретической и экспериментальной переподготовке. Такая методика является действенным способом влияния на качественный процесс обучения в школе, на процесс формирования современного научного знания учащихся, на процесс воспитания подрастающего поколения и представляется существенной задачей методистов физики. Если на первоначальном этапе решения проблемы развития творческих способностей учащихся, в котором основное внимание уделялось научно-техническому творчеству учащихся во внеурочной деятельности, а затем творческий подход был распространен на все виды учебных занятий и виды деятельности, включая теоретические и экспериментальные методы, то современное требование состоит в распространении всех этих видов деятельности на переподготовку преподавателей. Целостная теоретическая концепция творческой деятельности учащегося в процессе обучения физике создана академиком В.Г.Разумовским. Основная идея этой концепции заключается в том, что познавательная деятельность ученика рассматривается аналогично деятельности ученого, причем результаты первой характеризуются субъективной новизной. Современная система развития творческой деятельности преподавателя находится в становлении. Прежде всего, она развивается в трудах ученых-методистов,
таких как Д.В. Ананьев, Н. К. Гладышева, Ю.И.Дик, В.С.Данюшенков, Г.А. Бутырский, В.В. Майер, Р.В. Майер, В.Г.Разумовский, А.А.Пинский, Н.С. Пурышева, Ю.А.Сауров, А.А. Фадеева, А.А. Червова, Н.В. Шаронова, Т.Н. Шамало, и др. В.Г.Разумовский пишет: "Главное - увлечь школьников своим предметом, воспитать в них глубокое уважение к образованности, культуре. Без соответствующего примера это невозможно сделать. Надо самому любить свой предмет, свою школу...". Таким образом, в процессе деятельности ученые-методисты приходят к идее непрерывного образования, важной составной частью которого является переподготовка преподавателей. Как отмечает профессор В.М.Монахов, воспитать активных членов общества, обладающих творческим потенциалом, возможно лишь на основе формирования системы непрерывного образования.
Следовательно, на современном этапе развития общества наибольшую ценность приобретают: оказание практической помощи преподавателям физики, поддержка их творческого потенциала, их методическое развитие, их развитие как разработчиков физических опытов. Практическая помощь необходима, поскольку современный учитель несет большую учебную нагрузку, и детальная проработка методики урока часто остается вне его поля зрения. Важно для преподавателя иметь такие же разработки по демонстрационному эксперименту, по домашним экспериментальным заданиям.
Решение указанной проблемы может быть найдено в рамках учебной физики, разработанной В.В.Майером. Используя издания научно-практического журнала "Учебная физика", учитель может совершенствовать свое педагогическое мастерство, развивать свой творческий потенциал. Последнее особенно важно, поскольку развивать творческие задатки учеников может только творчески работающий учитель физики. Существенным является то, что в рамках учебной физики натурный эксперимент является основным, а познание физики на
искусственном эксперименте - компьютерном эксперименте пока не может конкурировать с натурным по эмоциональному воздействию на учащегося, поскольку даже движущиеся, но плоские картинки, не несущие ощущения, сопутствующего натурному эксперименту, остаются картинками. Компьютерное моделирование делает только первые шаги и может найти применение для демонстрации опасных для жизни опытов, для недоступных по техническим условиям экспериментам, для глобальных испытаний за сокращенное время.
Преподаватель нуждается как в методических рекомендациях по постановке уже разработанных физических опытов, так и методических рекомендациях по самостоятельному совершенствованию учебных экспериментов, и по разработке новых опытов, которые у него возникают в связи с методическими идеями и педагогической целесообразностью. Однако, нами обнаружено ограниченное число работ, посвященных разработке экспериментального демонстрационного практикума и методики его построения, направленной на повышение уровня подготовленности преподавателей физики в учебных заведениях разного уровня и профиля. Мы считаем, что успешное решение проблемы совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики средством физического эксперимента позволит повысить качество подготовки учащихся школ, колледжей, вузов и развить их творческие способности. Этим определена актуальность и выбор темы нашего исследования «МАЛЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ КАК СРЕДСТВО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ФИЗИКИ».
Проблемой исследования, таким образом, является разрешение выявленных противоречий через создание системы повышения уровня подготовки преподавателей физики средствами малого физического практикума.
Объектом исследования является процесс совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики школ, колледжей, вузов.
Предметом исследования является малый физический практикум как средство повышения уровня подготовки преподавателей физики школ, колледжей, вузов.
Цель исследования заключается в разработке для преподавателей физики методики самостоятельной разработки нового физического эксперимента.
Гипотеза исследования - процесс совершенствования
профессиональной подготовки преподавателей физики будет более эффективным если:
• охарактеризовать сущность понятия «малый физический практикум» и особенности его построения в учебных заведениях разного уровня;
• разработать дидактическую модель «малого физического практикума» и создать на ее основе систему новых физических опытов с применением подручных средств;
• на основе дидактической модели создать методику совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики посредством «малого физического практикума»;
Из цели и гипотезы вытекают следующие задачи исследования:
1) выявить степень разработанности проблемы, посвященной созданию «малого физического практикума» как средства совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики;
2) охарактеризовать сущность «малого физического практикума»;
3) разработать дидактическую модель «малого физического практикума»;
4) разработать новые физические опыты (демонстрационные и исследовательские), в которых применяются подручные средства;
5) разработать методические рекомендации по применению подручных средств в домашнем эксперименте учащихся;
6) разработать и экспериментально проверить методику совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики.
Методологическую основу исследования составляют общие принципы теории обучения, деятельностного подхода, основные положения методики преподавания физики, дидактические закономерности учебного познания.
Методы исследования, применяемые при решении поставленных задач: теоретический анализ научной, учебной и методической литературы по теме исследования; разработка и последующий анализ результатов использования нового учебного эксперимента; опытно-конструкторская работа по созданию новых физических учебных приборов и экспериментальных установок; анкетирование учителей физики; наблюдение и обобщение опыта работы учителей;
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивается соответствием полученных результатов теоретическим положениям дидактики физики и подтверждается статистически значимыми результатами педагогического эксперимента.
Научная новизна исследования состоит в следующем.
1. Теоретически и экспериментально обоснованы возможность и целесообразность использования подручного материала в физическом эксперименте.
2. Разработана концепция организации системы малого физического практикума в переподготовке преподавателей, включающая:
• дидактические цели использования малого физического практикума;
• дидактическую модель учебных экспериментальных работ с малым физическим практикумом;
• принципы построения и использования малого физического практикума в классных и домашних условиях;
3. Разработана методика совершенствования и создания новых опытов по физике, включающая:
• содержание и методику совершенствования около 100 учебных опытов по физике;
• содержание и методику постановки более 60 новых учебных физических опытов.
4. Разработаны методические рекомендации по совершенствованию профессиональной подготовки преподавателей физики.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что доказана возможность и целесообразность развития экспериментальных умений преподавателей физики школ, колледжей, вузов средствами «малого физического эксперимента», разработанного на основе авторской дидактической модели.
Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении «малого физического практикума», состоящего из более 100 опытов и методических рекомендаций для преподавателей физики, позволяющих повысить эффективность учебного процесса в средних и высших учебных заведениях
Положения, выносимые на защиту:
1. Определение «малого физического практикума» и раскрытие его сущности.
2. Дидактическая модель «малого физического практикума».
3. Методика создания «малого физического практикума», состоящего из новых физических опытов и совершенствования известных учебных физических опытов с помощью подручных средств.
4. Методика совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики средствами «малого физического практикума».
5. Педагогический эксперимент по определению эффективности разработанной методики совершенствования профессиональной подготовки преподавателей физики средствами «малого физического практикума».
Апробация и внедрение результатов исследования Исследования и отдельные его результаты обсуждались и получили одобрение на пятой Международной научно-методической конференции "Физика в системе современного образования» (ФССО-99) г. С.-Петербург (1999г.); на Международных научно-методических конференциях «Высокие технологии в педагогическом процессе» ВГИПА г. Н. Новгород (2002-2003 гг.); на федеральной научно-практической конференции «Проблемы гуманизации естественнонаучного образования» г. Н. Новгород (1996г.); на республиканской научно-практической конференции «Практика обучения физике как творчество» г. Киров (1998г.); на седьмой всероссийской научно-практической конференции «Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения» г. Глазов (2002г.); на III Всероссийской научно-практической конференции студентов, соискателей, молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы развития образования и производства» ВГИПА г. Н. Новгород (2002г.); на региональных научно-методических конференциях «Преподавание физики и астрономии в школе: состояние, проблемы, перспективы» г. Н. Новгород (1994-1995гг.); на III, V межвузовских научно-технических конференциях «Проблемы повышения эффективности вооружения, военной техники и подготовки специалистов в интересах войск ПВО» г. Н. Новгород (1996,1998гг.); на второй межвузовской научно-практической конференции «Совершенствование теории и
методики обучения физике в системе непрерывного образования» г. Тамбов (1998г.);
Основные практические результаты и теоретические выводы исследования докладывались автором на методических совещаниях и семинарах преподавателей физики города Н. Новгорода, Кетова и Кстовского района Нижегородской области, на кафедре естественнонаучных дисциплин ВГИПА, на семинарах кафедры теории и методики обучения физике НГПУ.
Внедрение результатов исследования осуществлено в школах и вузах г. Н. Новгорода, Кетова, Арзамаса.
Структура работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы.
Роль физического эксперимента в науке
В преподавании физики должны быть учтены связи между теорией и экспериментом, существовавшие и существующие в науке физики. Поэтому целесообразно выяснить какова взаимосвязь экспериментального и теоретического методов изучения явлений в самой науке, а затем решать вопрос о необходимом соотношении теоретического и практического знаний, излагаемых на занятиях по физике. Рассмотрим теоретический способ познания. В работе Г.И.Рузавина [95] отмечаются пять методологических свойств теоретических понятий:
"Логическая систематизация научного знания характеризует одну, и притом не самую главную и существенную, функцию, осуществляемую теоретическими понятиями в науке. Будучи абстракциями от реальности эти понятия дают возможность глубже, полнее, точнее исследовать действительность, чем обобщения и законы, опирающиеся на эмпирические понятия. Кроме того, сама действительность предстает в опыте нередко в крайне сложном виде. Поэтому, прежде чем ее исследовать, необходимо так или иначе сделать ее доступной для анализа, т.е. в известной мере упростить и огрубить. В этих целях и прибегают к схематизации и идеализации действительности.
Эмпирические понятия представляют первый шаг в направлении процесса все более глубокого постижения действительности. В простейшем виде они совпадают с теми описательными терминами, которые используются в повседневном общении и которые скорее обозначают предмет, чем раскрывают его сущность. На эмпирической ступени исследования вводятся понятия с более точно определенным смыслом, чем термины обыденного языка, но они по-прежнему обозначают либо непосредственно воспринимаемые предметы или их свойства, либо предметы и свойства, которые могут наблюдаться с помощью различных устройств и инструментов, являющихся по сути дела продолжением наших органов чувств.
Переход к теоретическим, абстрактным понятиям представляет диалектический скачок от эмпирической ступени исследования к рациональной. Гносеологическая функция теоретических понятий состоит, прежде всего, в том, что с их помощью удается отобразить эмпирически не воспринимаемые свойства и отношения реальных предметов и явлений. Иначе говоря, отношения между теоретическими и эмпирическими понятиями может быть охарактеризовано как отношение между сущностью и явлением. Поскольку сама по себе сущность эмпирически не воспринимаемая, то объекты, которые обозначаются теоретическими понятиями, могут рассматриваться как ненаблюдаемые...
Подлинно научная теория оказывается логически сильнее совокупности эмпирических обобщений и законов...
Расширение знания посредством введения новых теоретических понятий и принципов характеризует вторую весьма важную методологическую функцию последних. Будучи посылками теорий, эти новые понятия и принципы дают возможность логически вывести не только факты и эмпирические законы уже известные, но и еще неизвестные. Поэтому действительно научная теория не только систематизирует научное знание, но и расширяет его....
Таким образом, благодаря использованию теоретических понятий и принципов не только достигается более глубокое и адекватное объяснение исследуемых явлений, но и оказывается возможным предсказание новых фактов и событий. Следовательно, введение новых теоретических понятий способствует достижению такой важнейшей цели научного познания, как предсказание...
Третья, основная методологическая функция теоретических понятий состоит в использовании их для систематизации теоретического знания. В предыдущем параграфе мы говорили об их необходимости для индуктивной и желательно для дедуктивной систематизации эмпирического знания. Но теоретическое, рациональное знание играет несравненно большую роль в научном познании. Однако эту роль оно может играть, когда выступает в виде не обособленных утверждений, гипотез и законов, а хорошо упорядоченной системы знания. Решающая роль в этой систематизации принадлежит, несомненно, посылкам теории. В посылках формулируются свойства, присущие исходным, основным объектам теории. Точнее говоря, принципы, основные законы и гипотезы теории устанавливают связь между основными ее понятиями. Естественно поэтому, что без таких теоретических понятий нельзя сформулировать посылки теории и по сути дела бессмысленно говорить о теории...
Особенности профессионально подготовки преподавателя физики
Учитель физики - единство трех составляющих: Человек, преподаватель, умелец. Портрет следует рассматривать именно в такой последовательности по степени отхода от общего портрета преподавателя и перехода к преподавателю физики.
Человек-преподаватель должен обладать определенными душевными качествами: добротой, сопереживанием, сильной волей, чтобы уметь гасить вспышки своих эмоций или при необходимости, наоборот обнажать свои чувства и эмоции. Необходима честность, правдивость, а главное - умение общаться с учениками. Человеку необходимо уметь внимательно выслушивать собеседника, иногда даже прервать свои высказывания на полуслове. Это особенно важно для установления контакта с младшими по возрасту, так как каждому, особенно тому, кто моложе, всегда кажется, что его мысль - это совершенно новое открытие, революция, никто до этого раньше не додумался. Человек никогда не должен и мысли допускать, что он самый умный; всегда найдется чему поучиться даже у самого необразованного человека, особенно у молодежи.
"При постоянно возрастании объема информации, относительно быстром ее обновлении трудно следить за всеми новейшими фактами, имеющими отношение к предмету. Учащиеся часто спрашивают о том, что они получают из самых разных источников информации: книг, научно-популярных журналов, кино, радио, телевидения. Нередко те сведения, которые они излагают, неизвестны учителю. Но не надо этого боятся.
Можно с интересом выслушать ту информацию, которую излагает ученик в виде постановки вопроса, поощрить его за это, отнестись к ней уважительно и с доверием (а не с предубеждением) и выразить свое отношение к излагаемому учеником факту. Ведь в конечном итоге важно не то, знает или не знает учитель о том единичном факте, о котором спрашивает ученик, а то как он к нему относится, как он будет вместе с ним размышлять, искать и находить ответы на поставленный вопрос, насколько он может включить эти сведения в общую систему знания предмета, проанализировать их с научных позиций. Именно поиски решения поставленного вопроса подчас являются для ученика более существенными, чем готовый ответ на заданный вопрос. Это приучает думать, мыслить, искать, самостоятельно оценивать научного значения конкретных фактов. С.Л.Рубинштейн подчеркивал, что обучение тогда способствует развитию ума, когда оно руководит самостоятельными поисками учеников. Надо не боятся этих вопросов, не гасить их, а уважать и использовать для того, чтобы развивать у учащихся пытливость, любознательность, гибкость в общении со знаниями. Ученик, задающий вопрос, должен иметь уверенность в том, что к нему учитель серьезно отнесется и вместе будет размышлять над поставленным вопросом, причем для учителя неважно, будет ли задавать вопрос троечник Вася или отличница Маша. Оба они, независимо от успеваемости, хотят думать, искать, находить, хотя средства для решения возникающих у них вопросов будутразные"[131,С. 134-135].
Преподаватель - обязан обладать набором различных методов преподавания. Преподаватель не "репродуктор" пересказывающий учебник. Его ученики смогут прочитать учебник и без преподавателя. Тем более что в настоящее время информация и нужная и ненужная (и даже вредная) течет рекой. Если преподаватель - сторонник традиционных методов обучения (методов передачи знаний "из рук в руки"), то он просто обязан кроме той теории, к которой склонен сам, привести хотя бы одну -иной концепции, и предложить ученикам сравнить их.
Настоящий преподаватель обязан обучать не тому "что" думать, а "как" думать. А это возможно только тогда, когда он будет владеть методами развивающего обучения. Выдающийся математик и педагог Дж. Пойа так сформулировал цель обучения: "Я имею здесь в виду преподавание математики в объеме курса средней школы и одну старомодную идею о том, какой должна быть эта цель: прежде всего - и это, бесспорно, самое главное - нужно научить молодежь ДУМАТЬ..."[100, С.287]
Лозунг «Учить думать» означает, что учитель математики должен не только служить источником информации, но обязан также стараться развивать способности учащихся по использованию этой информации; он должен развивать у своих учеников умение думать, относящиеся сюда навыки, определенный склад ума" [100, С. 287] .
Учить «думать» или «как думать»- это передача способа познания самой преподаваемой дисциплины за счет личного опыта преподавателя и культуры мышления ученых, создавших науку.
"Учитель должен располагать резервом образованности. Это вовсе не сводится только к объему знаний. Резерв образованности проявляется в том, что учитель обладает более совершенными методами познания, более развитыми формами мышления, более богатым жизненным опытом. Все это он может передать учащимся, анализируя вмести с ними учебный материал, решая задачи, отвечая на поставленные вопросы"[131, С.136].
Способы анализа демонстрационных опытов
В методической литературе даются подробные рекомендации по постановке демонстрационного эксперимента, по постановке новых опытов, по постановке лабораторных работ. Но методические рекомендации по совершенствованию (рационализации) опытов, по методике их создания крайне ограничены. В основном они касаются изготовления самодельного оборудования, причем такому изготовлению "относятся в основном мелкие приборы несложного устройства, а также приборы монтажного характера" [20, С. 3]. Действительно можно с помощью простейшего оборудования создать поучительный опыт [43; 26, С.55] и с помощью простейшего опыта создать привлекательную теорию [28]. Для нас же представляет интерес самостоятельная разработка нового физического опыта. Попытаемся дать несколько практических рекомендаций по рационализации и разработке новых опытов. Вначале несколько общих советов:
a) Изобретение новых опытов или совершенствование известных, базируется на хорошем знании физики. Поэтому работа над собственными знаниями по физике является исходным пунктом совершенствования демонстраций. Однако нужно помнить, что главное - это начать.
b) Рационализировать известные опыты проще, чем придумывать новые учебные опыты. Здесь тоже не все просто. Придумывали опыты специалисты по их изобретению, поэтому они старались предусмотреть окончательный вариант, чтобы больше ничего нельзя было изменить. И еще для рационализации опыта нужно уметь догадываться. "Нет никакого абсолютно верного метода для обучения тому, как догадываться... Тем не менее учить догадываться не невозможно" [99, С. 389-390] для этого следует начать с примеров других рационализаторов и изобретателей. Но самое главное то, что надо пробовать, надо начинать.
c) Идеи по рационализации могут появиться в результате многократных повторений опыта, только следует внимательно следить, все ли в постановке опыта Вас удовлетворяет.
d) Не следует бояться того, что подобная рационализация уже есть. Открыть для себя - это тоже открыть.
В методической литературе сформулированы основные предпосылки, когда необходимо разрабатывать новые опыты.
Так, в работе [125] сформулированы требования к демонстрационным опытам, которые можно рассматривать как методические рекомендации. В них, с одной стороны, указаны параметры опытов, которые следует заменять, а с другой стороны, требования к создаваемым новым опытам. Аналогичные рекомендации можно прочитать и в работе [54].
Обобщая требования к демонстрационному практикуму, можно выделить следующие основные качества. Физические демонстрации должны:
1) иметь достаточную видимость (обозреваемость);
2) быть наглядными и выразительными;
3) быть убедительными;
4) быть надежными, обеспечивающими удачу;
5) вызывать интерес;
6) быть содержательными, хорошо и изящно оформленными;
7) выполнять правила по технике безопасности;
8) позволять устанавливать количественные закономерности;
9) повторять фундаментальные физические эксперименты;
10) составлять экспериментальную базу для изучения физики;
11) иллюстрировать объяснение преподавателя;
12) показывать применение физических явлений в технике;
13) показывать принцип работы технических установок;
14) быть эффектными;
15) возбуждать интерес учащихся к миру физических явлений;
16) помогать ставить перед учащимися проблему;
17) раскрывать ошибочность некоторых высказываний учащихся.
Опыты, в которых не выполняются эти условия, следует изменять. Дополним отмеченные педагогические требования техническими требованиями, при невыполнении которых можно создавать новые опыты:
18) опыт требует выполнения жестких условий демонстрации;
19) для опыта нужно большие температуры;
20) опыт позволяет показать одно направление протекания явления, а явление может протекать и в обратном направлении;
21) опыт допускает неправильное толкование;
22) опыт не дает однозначности в толковании явления;
23) нет опыта для экспериментального доказательства существования желаемого свойства;
24) опыт нужен для обоснования и показа новых возможных применений физики в технике;
25) для обоснования создания новых возможных аксессуаров.
Как видим, для создания новых опытов есть достаточное количество причин.
Поэтому при постановке опыта посмотрите, нет ли какого-либо из перечисленных недостатков (признаков) в этом опыте, и, если обнаружите, то есть реальная возможность изобрести новый опыт. В случае удачи получите большое удовольствие.
