Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие общества сопровождается изменением взглядов на различные научные и культурные ценности, на многие технические достижения. Эти изменения учитываются в учебных программах, влияют на структуру и содержание учебного материала.
На протяжении последних десятилетий роль принципов симметрии и сохранения в науке непрерывно возрастала, что и нашло отражение в учебниках для школ, в которых теме "Законы сохранения" отводится отдельный раздел механики.
Обсуждая проблемы построения школьного курса физики, В.В.Мултановский предлагает "в основу физического миропонимания положить некоторые общефизические понятия, величины и законы", называя при этом законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.
Известно, что симметрия лежит в основе законов сохранения. Возможности использования идей симметрии в школьном курсе физики исследовались в работах В.А.Фабриканта, С.У.Гончаренко, И.З.Ковалева, А.Е.Аникина, А.А.Самоковой, Т.И.Болотниковой, Л.Д.Ердинои и других. На старших школьников /и одновременно на научных работников/ рассчитаны работы А.С.Компанейца по использованию принципа симметрии в физике. Пособие для учащихся по симметрии Л.В.Тарасова охватывает широкий круг вопросов и является своеобразной энциклопедией.
В последние годы в школах появились физико-математические и другие классы с углубленным изучением физики, проводятся факультативные занятия. Это дает возможность рассматривать многие вопросы механики с более общих позиций, использовать для вывода и анализа физических законов элементы высшей математики, что и реализуется в курсах Б.М.Яворского и А.А.Пинского, Д.Л.Малобродского и Л.С.Хижняковой, О.Ф.Кабардина, В.А.Орлова и А.В.Пономарева, в сборниках задач Н.И.Воробьева, В.А.Бетева, Л.П.Баканиной и других.
Г.М.Голин, рассматривая методологические вопросы изучения в школьном курсе физики принципов сохранения и симметрии, отмечает, что "знания учащихся о симметрии пространства и времени можно было бы использовать для вывода (хотя бы в ознакомительном плане) законов сохранения импульса, момента импульса (на факультативных занятиях) и энергии". Знакомство учащихся с выводом законов
сохранения, в котором используются свойства симметрии пространства и времени, будет способствовать развитию их логического мышления, умению находить сохраняющиеся величины.
Таким образом, одна из проблем изложения современного курса физики в средней школе заключается в отсутствии вывода законов сохранения из свойств симметрии пространства и времени. Изучение возможностей такого вывода и построение соответствующей системы изложения раздела "Законы сохранения" на основе более широкого использования принципа симметрии и составило проблему данного исследования.
Цель исследования состоит в выявлении эффективных путей изложения темы "Законы сохранения" на уроках физики и в изучении возможностей формирования у учащихся умения использовать принципы симметрии и сохранения.
Объект исследования - процесс формирования представлений об общих принципах и законах физики.
Предмет исследования - методика формирования представлений о принципе симметрии, о связи законов сохранения и принципа симметрии.
Гипотеза исследования: развитие логического мышления школьников будет более эффективным в случае более широкого использования принципа симметрии при изучении законов сохранения.
Для достижения цели исследования и проверки выдвинутой гипотезы потребовалось решить следующие задачи:
определить возможные применения принципа симметрии, значимые для понимания и усвоения основ физики;
выявить совокупность дидактических приемов, способствующих оптимальному формированию у учащихся представлений, связанных с
принципами симметрии и сохранения;
- разработать методику изложения темы "Законы сохранения",
направленную на оптимальное формирование у учащихся современных
представлений о принципах сохранения и симметрии;
- предложить систему дидактических средств, рассчитанных на оптимальное
формирование у учащихся представлений о физических закономерностях, основанных на принципах сохранения и симметрии;
- проверить подготовленные методические разработки в ходе
экспериментального преподавания физики в средних учебных заведениях
разного профиля и в педагогическом университете.
Решение поставленных задач потребовало привлечения следующих методов исследования:
анализ литературы по исследуемой проблеме;
изучение содержания учебных планов, программ, учебников, учебных и дидактических пособий по физике;
экспертная оценка специалистами материалов исследования;
анкетирование учителей физики и студентов - будущих учителей физики;
педагогический эксперимент с целью проверки эффективности разработанной методики, анализ его результатов, проверка разработанных дидактических материалов на разных уровнях преподавания физики;
статистические методы обработки результатов эксперимента.
Методологической основой исследования являются основные положения теории познания, логики, психологии, общей дидактики, учение о методологических принципах физики.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоит в том, что в нем
предложена система изложения законов сохранения в школе, включающая их доказательство на основе принципа симметрии;
разработана методика использования принципа симметрии для анализа связи между причиной и следствием;
предложен ряд оригинальных для школьной практики выводов и доказательств по разделу "Законы сохранения";
- разработана методика проведения занятий по теме "Законы сохранения"
с учетом более широкого использования принципа симметрии.
Практическое значение исследования заключается в разработке
системы изложения законов сохранения в школьном курсе физики на основе широкого использования принципа симметрии;
доказательств и выводов законов сохранения в школьном курсе, основанных на использовании принципа симметрии;
дидактических материалов и методических рекомендаций по реализации предложенной системы изложения законов сохранения.
Достоверность результатов исследования определяется их согласованностью с основными выводами и положениями теоретической физики и педагогической науки. Ожидаемый педагогический эффект согласовывался с экспериментальными результатами исследования.
Апробация материалов исследования осуществлялась в процессе экспериментальной работы в средних школах N 86 и N 135 г.Самары, в гимназиях г.Похвистнево и г.Самары, на занятиях со студентами физико-математического факультета СГПУ, на курсах повышения квалификации учителей школ и профтехучилищ г.Самары, использованием методологических пособий и работ, опубликованных автором.
Результаты исследования обсуждались на внутривузовских научных конференциях СГПУ/1975-1995/, Чувашского ГУ (1976-1981), на заседаниях кафедр общей и теоретической физики и методики преподавания физики СГПУ, на областных и городских курсах повышения квалификации учителей физики (1970-1990), на конференциях учителей физики Клявлинского, Ставропольского и Борского районов Самарской области.
На защиту выносится: система изложения законов сохранения в школе, включающая
их доказательство на основе принципа симметрии;
методику использования принципа симметрии для анализа связи между причиной и следствием;
некоторые оригинальные для школьной практики выводы и доказательства по разделу "Законы сохранения".