Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА ЬНАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
СОДЕРЖАНИЯ ПОНЯТИЯ «ЭНЕРГИЯ» И ЗАКОНА ЕЕ
СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ 15
1. Краткий исторический обзор возникновения и становления
учения об энергии и законе ее сохранения и превращения 15
2, Методологическое значение закона сохранения и превращения
энергии 35
3. Анализ содержания понятия «энергия» и закона ее сохранения и
превращения в научной и учебной литературе по физике 45
4. Содержание понятия «энергия» и закона ее сохранения и
ПРЕВРАЩЕНИЯ В УЧЕБНОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЕ ПО БИОФИЗИКЕ... 55
ВЫВОДЫ ПО 1 ГЛАВЕ 62
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЯ
«ЭНЕРГИЯ» И ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНА ЕЕ СОХРАНЕНИЯ И
ПРЕВРАЩЕНИЯ В КУРСЕ МЕДИЦИНСКОЙ И
БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ 64
1. Методика обобщения знаний при изучении закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики
2. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении механических процессов и явлений,
происходящих в организме человека 71
3. методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении термодинамических процессов и явлений,
происходящих, в организме человека 85
4. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении электродинамических процессов и явлений,
происходящихв организме человека 100
5. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении колебательных и волновых процессов, изучаемых
в курсе медицинской и биологической физики 115
6. Углубление и обобщение знаний о законе сохранения и
ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ РАССМОТРЕНИИ КВАНТОВЫХ ПРОЦЕССОВ И
ЯВЛЕНИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА 127
ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ 141
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 142
1. Задачи и методика проведения эксперимента 142
7.
2. Результаты дидактического эксперимента 159
выводы по 3 главе 167
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 168
ЛИТЕРАТУРА по
ПРИЛОЖЕНИЕ 180
Введение к работе
На современном этапе развития общества одной из важнейших программных задач является охрана и укрепление здоровья людей. Министерство здравоохранения Российской Федерации проводит комплекс мероприятий, направленных на дальнейшее улучшение работы всех звеньев медицинских учреждений, организаций и медицинских вузов.
В настоящее время количественные показатели используются во всех основных направлениях медицины: диагностики, лечении, реабилитации и профилактики заболеваний. Количественной оценке подлежит и состояние окружающей среды (природные и производственные факторы, как в обычных, так и в чрезвычайных ситуациях). Прослеживается явная тенденция к существенному возрастанию аппаратурных (ииструмептальпых) методов диагностики и лечения. Возникновение и протекание ряда заболеваний рассматриваются как процесс, разыгрываемый на молекулярном уровне. Все большее количество диагностических и лечебных процедур удается формализовать. В свете этого физические (биофизические) и технические знания и умения становятся существенным элементом врачебного образования и курс «Медицинская и биологическая физика» в медицинских вузах призван обеспечить эти знания и умения.
Основой курса являются разделы прикладной физики, которые обращены к решению медицинских задач (медицинская физика), и элементы биофизики (физические явления в биологических системах, физические свойства этих систем, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности). Вместе с этим курс содержит также и некоторые технические вопросы (медицинская аппаратура, медицинская электроника и дозиметрия ионизирующего излучения).
После изучения данной дисциплины студент должен знать наиболее общие физические закономерности, лежащие в основе процессов, протекающих в организме; физические свойства некоторых биологических тканей и жид-
костей; характеристики физических факторов (лечебных, климатических, производственных), оказьгаающих воздействие на организм, биофизические механизмы таїсого воздействия; физическую характеристику информации на выходе медицинского прибора; назначение и технические характеристики основных видов медицинской аппаратуры; дозиметрию ионизирующих излучений [76.С.З].
В преподавании курса медицинской и биологической физики большое значение имеет методологическая направленность, которая должна формировать у студентов логическое мышление и ряд специфических умений.
Курс медицинской и биологической физики базируется на курсе физики средней школы. Поэтому очень важны полученные во время обучения в общеобразовательной школе знания, касающиеся основных физических законов и физических понятий.
Общеобразовательный курс физики представляет собой основы науки физики.
Физика — фундамент естественнонаучной картины мира. Ее изучение способствует формированию диалектико-материалистического мировоззрения учащихся, овладению диалектическим методом мышления, умением понимать законы природы и использовать их в интересах человека и общества.
Именно эта задача - формирование научного мировоззрения - является одной из первоочередных задач всей идейно-воспитательной работы, осуществляемой в отечествеїшьіх образовательных учреждениях вообще и медицинских вузах в частности.
Когда говорят о развитии мышления учащихся в процессе обучения физике, то прежде всего имеют ввиду формирование физических понятий, так как они способствуют вооружению учащихся важнейшей формой мышления - понятийным мышлением и потому, что понятия составляют ядро системы научных знаний.
Поэтому, касаясь процесса развития мышления и творческих способностей учащихся в процессе обучения физике, необходимо большое внимание уделять анализу природы и характера физического знания, физических понятий и мышления.
Будем исходить из определения физики как науки, изучающей наиболее простые и общие структурные формы материи, формы существования материи пространство и время, наиболее простые и общие формы движения материи. В этом определении нет разграничения живой и неживой природы. Определим биологическую физику как физику явлений жизни, изучаемых на всех уровнях, начиная с молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом. Содержание биофизики связано с примепеїшем физических приборов в биологическом эксперименте. Одновременно биофизика решает многочисленные теоретические и практические (прикладные) проблемы частного характера
Физическое знание это прежде всего система понятий, законов, гипотез и теорий; при этом законы, гипотезы и теории выражают связи и отношения между понятиями. Овладение понятием связано с активной мыслительной деятельностью, с выполнением таких умственных операций, как анализ и синтез, сравнение и сопоставление, абстрагирование и обобщение. Как форма мышления и одновременно как процесс и результат теоретического мышления понятие служит средством познания окружающей действительности.
Одним из важнейших понятий физики является понятие «энергия». Это понятие широко используется не только в физике, но и в других естественных науках - химии, биологии. Формирование понятия «энергия» имеет важное значение для развития у студентов научного мировоззрения и для политехнической подготовки.
Одно из основных положений диалектического материализма и современного естествознания состоит в утверждении вечности движения материи.
Естественнонаучным выражением неуничтожимости движения является закон сохранения и превращения энергии, который Энгельс назвал «великим основным законом движения».
Говоря о возможности физического истолкования явлений жизни, т.е. влияния физики на современное и последующее развитие биологии, не следует забывать, что закон сохранения и превращения энергии был открыт врачом Р. Майером, физиком Д. Джоулем и врачом Г. Гельмголыдем. Как известно, Майер исходил из наблюдений над живыми организмами, над людьми. Менее известно, что Гельмгольц также основывался на биологических явлениях, руководствуясь четкой антивиталистической концепцией.
Изучение дашюго закона имеет важное методологическое зиачеіше и играет важную роль в формировании мировоззрения учащихся. Однако, в методике изучения данного закона в медицинском вузе имеются существенные пробелы и недостатки, заключающиеся в том, что не раскрывается должным образом его роль в науке, в технике и не осуществляется обобщение на заключительном этапе изучения физики. Этим обусловлен выбор темы нашего исследования.
Складывающийся в настоящее время систематический курс медицинской и биологической физики будет отличаться еще большим идейно-теоретическим уровнем. Возрастает роль теорий в обучении физике, а вместе с ними и роль фундаментальных законов, в частности закона сохранения и превращения энергии. В этой связи возникает необходимость проанализировать роль закона сохранения и превращения энергии при обучении физике в курсе медицинской и биологической физики.
В современной методической литературе существует много работ, по-свещенных методике формирования понятия «энергия» и изучению закона сохранения и превращения энергии в курсе физики средней школы. Необходимо отметить работы таких авторов, как В.Н. Веселовского [13], Д. Д. Гала-нина [20], Р.Г. Геворкяна [21], ЯМ. Гельфера [24], В.М. Дерябина [34], О.Ю.
Овчинникова [73], Ю.И. Соколовского [95], В.П. Орехова [63], А.В. Усовой. [105] Например, В.М. Дерябин в своей книге «Законы сохранения в физике» [34] дает научно-методический анализ применения и использования закона сохранения и превращения энергии в школьном курсе физики.
В учебном пособии для учителя по методике преподавания физики под редакцией В.П. Орехова и А. В. Усовой «Методика преподавания физики в 8 10 классах средней школы» [63] Ихмеетя подробное описание методики формирования понятия «энергия» и изучения закона ее сохранения и превращения.
Большое внимание вопросам медицинского применения отводится в учебном пособии С. А. Старченко [97], предназначенном для изучения вопросов биофизического содержания в старших классах средних общеобразовательных школ.
На настоящий момент существует ряд диссертационных и учебно-методических пособий, рассматривающих вопросы методики изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе физики средней школы. Среди таких работ можно выделить работы А.Е. Аникина [3], Н.Н. Дидович [36], Б.Д. Дружко [37], Р.А. Исламшина [43], М.Н. Перуновой [74], А.В. Селенгинского [91], Е.А. Чижевского [112], Г.М. Янюшкиной [119]. К сожалению, в рассматриваемых работах не устанавливается связь закона сохранения и превращения энергии с процессами, происходящими в живом организме. Необходимо отметить работу А.Ф. Зубова [42], посвященную использованию межпредметных связей физики и биологии, в процессе подготовки абитуриентов в медвуз.
Закон сохранения и превращения энергии является всеобщим законом природы. Все энергетические превращения, происходящие в организме человека, подчиняются этому закону. Поэтому при изучении курса медицинской и биологической физики, базирующегося на знаниях студентов из школьного курса физики, важно углубить и обобщить знания студентов об энергии и за-
коне сохранения и превращения энергии, полученные в школьном курсе физики и применить их для объяснения процессов, происходящих в неживой природе и процессов, происходящих в оргаїшзме человека. Однако в учебной литературе по медицинской и биологической физике эта задача должным образом не решается. Недостаточно четко определена роль изучения закона при рассмотрении процессов, происходящих в организме человека Таким образом, возникает противоречие между необходимостью освещения вопросов энергообмена и методикой изучения этих вопросов, которая раскрьюала бы сущностную сторону преобразований энергии в живом организме. Такой методики до настоящего момента разработано не было. Это противоречие воз-ігакает в связи с недостаточным освещением вопросов применения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики и отсутствием элементов обобщения в процессе изучения этого закона. Из противоречия возникает проблема, существующая на сегодняшний день, которая заключается в определении места и роли закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики, совершенствования методики его изучения.
Решению этой проблемы, которую мы определим как изучение закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики посвещена данная диссертация.
Актуальность разработки методических основ изучения закона сохранения и превращения энергии обусловлена важностью определения значения и места изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики с целью обеспечения высокого уровня его усвоения и выработки у студентов умений применять закон к объяснению и предсказанию явлений, наблюдаемых в организме человека, в решении задач практического характера
Актуальность данной проблемы обусловила выбор темы нашего диссертационного исследования: «Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики».
Цель исследования заключается в разработке методики приемственно-последовательного, поэтапного изучения закона сохранения и превращения энергии на основе обобщения знаний о понятии <онергия» в курсе «Медицинская и биологическая физика», с учетом современного курса, современной учебной литературы и передовых технологий обучения, применяемых в преподавании предметов естественнонаучного цикла
Объектом исследования является процесс изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.
Предметом исследования служат методы и приемы руководства процессом изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.
6 нашем исследовании мы исходили из следующей гипотезы: если в процессе изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики использовать поэтапное обобщение знаний студентов при организации их активной познавательной деятельности и осуществлении преемственных связей с курсом физики средней школы, то это будет способствовать:
повышению уровня знаний студентов по вопросам энергообмена организма человека с окружающей средой;
осознанию его сущности и применения в медицине;
пониманию роли закона сохранения и превращения энергии в биофизических процессах, происходящих в организме человека, изучаемых в курсе медицинской и биологической физики;
Исходя из цели и гипотезы, в работе ставились следующие задачи:
Провести анализ возникновения, исторического становления и развития закона сохранения и превращения энергии в науке, а также современной интерпретации содержания закона в научной и методической литературе.
Осуществить отбор учебного материала, включающего вопросы, рассматриваемые на основе закона сохранения и превращения энергии, для использования его на практических занятиях в курсе медицинской и биологической физики.
Определить основные этапы раскрытия содержания закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.
Разработать методику поэтапного и последовательного изучения вопросов курса медицинской и биологической физики, рассматриваемых на основе закона сохранения и превращения энергии; формирования знаний студентов о понятии «энергия», с использованием поэтапного обобщения, реализуемого на основе преемственных связей с курсом физики средней школы и организации активной познавательной деятельности на практических занятиях.
Провести педагогический эксперимент с целью проверки эффективности разработанной методики.
Теоретико-методологическую основу составляют:
На философском уровне: научная теория познания, принцип историзма, диалектика процесса познания.
На общенаучном уровне: системный подход, концепция систематизации и обобщения естественнонаучных знаний.
В частно-методическом плане: дидактические основы изучения фундаментальных законов, концепция преемственно-последовательного, поэтапного формирования и развития понятий, методов обобщения и систематизации.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
Теоретический анализ научной, учебной и методической литературы.
Метод моделирования (определение стратегии, этапов и методов изучения закона).
Применение метода обобщения знаний при изучении закона,
Педагогический эксперимент во всех его разновидностях по проверке эф-
фективности разработанной модели.
5. Лшсетировапие и тестирование студентов и преподавателей.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
Впервые ставится и решается задача определения места изучения закона сохранения и превращения энергии, определения его значения при рассмотрении биофизических процессов, происходящих в организме человека, в курсе медицинской и биологической физики медицинского вуза,
Разработана методика преемственно-последовательного, поэтапного формирования и развития понятия «энергия» и изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики с использованием приемов систематизации и обобщения знаний студентов, организации их самостоятельной познавательной деятельности по изучению закона и его применения в медицине.
Предложены систематизирующие методы и приемы, применяемые при рассмотрении выделенных вопросов из тем и разделов курса медицинской и биологической физики, изучаемых на основе понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения, в условиях преемственных связей с курсом физики средней школы.
Теоретическая значимость состоит в том, что:
Обоснована целесообразность и необходимость планомерной, поэтапной работы по формированию у студентов естественнонаучного понятия «энергия» и раскрытия роли закона сохранения и превращения энергии при изучении биофизических процессов, происходящих в организме человека, наблюдаемых при диагностике и применении физиотерапевтических методов лече-
17.
ния. Предложен методологически обоснованный подход к формированию понятия «энергия» и методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики на основе обобщения знаний студентов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
Отобран учебный материал по вопросам курса медицинской и биологической физики, изучаемый на основе закона сохранения и превращения энергии, с использованием приемов обобщения и систематизации знаний студентов.
Данная методика представляет динамичный образовательный инструмент, который можно применять с учетом особенностей современных требований курса медицинской и биологической физики. Так как основные разделы физики, на которые опирается медицинская и биологическая физика, не подлежат общему пересмотру, а корректируются только их детализированные частные подразделы и подпункты, то представленная методика может быть использована, независимо от изменения последовательности изучения разделов курса медицинской и биологической физики при рассмотрении процессов, на основе закона сохранения и превращения энергии. Предложенная методика обеспечивает обобщение знаний студентов о законе сохранения и превращения энергии, осознание его теоретической и практической значимости для процессов, происходящих в живой и неживой природе.
Достоверность и обоснованность полученных выводов обеспечивается их согласованностью с фундаментальными положениями философии, дидактики и методики обучения физике, анализом результатов педагогического эксперимента с применением методов математической статистики.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась посредством публикаций материалов исследования в печати; выступлений на ежегодных научно-практических семинарах и научно-методических конференциях по итогам научно-исследовательской работы за год; выступлений на
Всероссийских научно-практических конференциях «Методика и методология формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (2000-2003 гг., Челябинск); внедрением результатов исследоваїгая в практику педагогической деятельности в Челябинской государственной медицинской академии.
На защиту выносятся:
1. Разработанная автором методика реализации поэтапного обобщения зна-
ний о законе сохранения и превращения энергии с использованием современных научных методов исследования в курсе медицинской и биологической физики.
2. Структура и содержание учебного материала, изучаемого на основе закона
сохранения и превращения энергии, в условиях преемственных связей между курсом медицинской и биологической физики и курсом физики средней школы.
3. Дидактический материал, предлагаемый для использования с целью сис
тематизации и обобщения знаний об энергии и законе ее сохранения и
превращения.
