Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I ОБОБЩЕНИЕ КАК ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ КАТЕГОРИЯ 10
1.1 Понятие «обобщение» и его трактовка в различных областях научного знания
1.2 Проблема обобщения в методике преподавания физики и практике школьного обучения .22
Выводы к главе 1 33
ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ИХ РОЛЬ В СИСТЕМЕ ФИЗИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ 34
2.1 Понятие "принцип" в философии и физике.. . 34
2.2 Принцип симметрии. 39
2.3 Принцип соответствия 47
2.4 Принцип суперпозиции 53
Выводы главы 2 , 60
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ОБОБЩЕНИЯ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ НА ОСНОВЕ ОБЩЕНАУЧНЫХ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ 61
3.1 Обобщение знаний учащихся с использованием принципа симметрии. 62
3.2 Обобщение знаний с использованием принципа суперпозиции 103
3.3 Обобщение знаний с использованием принципа соответствия 137
Выводы главы 3 167
ГЛАВА 4 ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 168
4.1 Организация педагогического эксперимента 168
4.2 Результаты опытного преподавания в школе 173
Выводы главы 4 188
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 189
ЛИТЕРАТУРА 191
Приложение 212
- Понятие «обобщение» и его трактовка в различных областях научного знания
- Понятие "принцип" в философии и физике..
- Обобщение знаний учащихся с использованием принципа симметрии.
Введение к работе
Одной из важнейших задач, стоящих перед образовательной школой на современном этапе, является вооружение учащихся глубокими и прочными знаниями основ наук, служащих для их всестороннего развития.
Все возрастающий поток информации ставит молодое поколение перед необходимостью правильно ориентироваться в происходящем вокруг, выполнять анализ явлений и процессов, обобщать полученную информацию, планировать и оценивать свои действия, принимать квалифицированные решения.
Разработка в Российской Федерации Государственных образовательных стандартов, определяющих обязательный минимум содержания образования (в том числе и по физике), максимальный объем учебной нагрузки школьников и требования к уровню их подготовки позволило в значительной степени совершенствовать школьное образование.
Большое число новых программ и учебников, учитывающих специфику школ различных типов, классов различных профилей, альтернативных технологий обучения, создают очевидные предпосылки для совершенствования как всей системы образования, так и решения основных задач обучения, сформированных современной личностно - ориентированной парадигмой образования, определяющей развитие и становление личности школьника как основную цель школьного образования, а формируемые знания и умения - как средства для достижения поставленной цели.
Однако, несмотря на очевидные позитивные изменения, происходящие в школьном образовании, в том числе и физическом, как показывают исследования последних лет, качество естественно - научных знаний учащихся резко упало.
Причина подобного явления заключается не столько в несовершенстве содержания школьного физического образования, сколько в не разработанности методик, способствующих формированию у них обобщенных познавательных умений, характерных для процесса познания как в физике - науке, так и в
учебном процессе. Умение анализировать и сравнивать, выделять главное и абстрагироваться от второстепенного, обобщать как на эмпирическом, так и на теоретическом уровне, применять полученную информацию при решении познавательных различных задач может быть сформировано у школьников прежде всего в процессе обобщения знаний.
Проблеме обобщения как научной категории посвящены фундаментальные исследования российских психологов С.А. Рубинштейна, Л.С. Выгодского, А.Р. Лурия, А.Н. Леонтьева, Г.Я, Гальперина, Д.Б.Эльконина, Д.Н. Узнадзе и др., и педагогов Э.В. Ильенкова, Л.В. Занкова, В.П. Есипова, В.А. Онищука и др.
Обобщение знаний в процессе обучения физике достаточно широко обсуждалось в работах В.Д. Ефименко, Ю.В. Сачкова, У. Хайдарова, Н.Н. Дидовича, И.И. Аникина, С.А. Суровикиной, Г.И. Рявкиной, В.А. Гидроновича, С.Я. Чачина и др.
Однако, несмотря на столь широкое, как психолого - педагогическое, так и методическое исследование данной проблемы, говорить о сформированности у учащихся понимания роли обобщения в процессе физического познания, о сформированности у них умения самостоятельно проводить обобщения различного уровня познавательной сложности преждевременно. Особенно это касается тех обобщений, которые характерны для современной физики, как называют физику XX века, и нашедших отражение в структуре физических теорий. Речь идёт о принципах физики, которые в силу своей всеобщности превратились в общенаучные методологические принципы. Принципы соответствия, симметрии, суперпозиции, в ряду других методологических принципов физики, играют огромную роль в развитии физического знания и, следовательно, умение обобщать учебный материал, используя данные принципы, будет способствовать более современной трактовке школьного физического знания, с одной стороны, и более полному и осознанному освоению знания - с другой, что в итоге приведет к повышению качества школьного физического образования r целом.
*
Несмотря на то, что проблеме использования принципов симметрии, соответствия, суперпозиции в школьном курсе физики посвящен целый ряд исследований (А.Л. Салюкова, И.З. Ковалёв, A.M. Цатурян, С.ММакшинский, СО. Санчес, Б.Е. Будный и др.), вопрос обобщения учебного материала на их основе практически не разработан. Только в работе Б.Е. Будного показана методика формирования обобщённых знаний при изучении квантовой физики на основе принципа соответствия лишь для высшей школы.
Таким образом, анализ научно - методической литературы даёт право полагать, что вопрос об обобщении знаний учащихся средней школы на основе общенаучных методологических принципов до сих пор не исследовался.
Обобщая всё вышесказанное, можно констатировать, что асту_альноггь данного исследования определяется противоречием между необходимостью повышения качества школьного физического образования, приведения его в соответствие с требованиями парадигмы личностно - ориентированного образования и требованиями учета уровня развития современного научного знания с одной стороны, и отсутствием разработанных научно - методических подходов и практических рекомендаций, способствующих формированию знания об основополагающих принципах современной физики и умения использовать их с целью обобщения учебного физического материала, с другой.
Проблема исследования, вытекающая из сформулированного выше противоречия, заключается в следующем: какова роль методологических принципов физики как обобщающих методических идей, способствующих формированию у учащихся умения обобщать? Каким должно быть содержание учебного материала и технология обучения, необходимые для формирования умения обобщать учебный материал, используя методологические принципы физики?
Целью данной работы является решение проблемы исследования.
Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе.
*
Предметом исследования является процесс формирования у учащихся средней школы умения обобщать на основе использования принципов симметрии, соответствия, суперпозиции.
Гипотеза исследования заключается в следующем: если разработать методику формирования у учащихся умения обобщать учебный материал на основе методологических принципов физики (принципа симметрии, соответствия, суперпозиции), то она будет способствовать повышению качества знаний учащихся в связи с осознанием роли методологических принципов в физике и умением использовать их с целью обобщения.
Цель и гипотеза исследования определили задачи:
Провести анализ психолого - педагогической, философской и методической литературы по теме исследования.
Обосновать целесообразность обобщения учебного материала на основе принципов симметрии, соответствия, суперпозиции.
На основе теоретического анализа проблемы и анализа практики школьного физического образования разработать возможные подходы к формированию у учащихся умения обобщать, используя методологические принципы физики.
Разработать методические рекомендации для учителей и учебные материалы для учащихся средней школы, необходимые для формирования умения обобщать, используя методологические принципы.
5. Провести экспериментальную проверку выдвинутой гипотезы и
разработанной методики.
В диссертационном исследовании использовались методы:
теоретический анализ проблемы на основе изучения психолого -
педагогической, философской и научно - методической литературы;
целенаправленное изучение учебного процесса в ходе проведения и
посещения уроков физики, наблюдения за учащимися, бесед с учителями;
анкетирование преподавателей и школьников; проведение и анализ
контрольных работ;
моделирование методической системы, разработанной в процессе исследования;
констатирующий, поисковый, обучающий педагогический эксперимент, направленный на разработку и проверку правильности выдвинутой гипотезы исследования, определения эффективности разработанной методики;
поэлементный анализ письменных контрольных работ; статистические методы обработки результатов. Научная новизна и теоретическая значимоста^дсследования состоят: - в разработке нового подхода к формированию у учащихся умения обобщать, заключающегося в том, что понимание сущности методологических принципов, осознания их роли в физике, создает предпосылки и возможности для формирования у учащихся умения использовать методологические принципы с целью обобщения;
в обосновании и разработке методики обучения учащихся умению обобщать.
Практическая значимость исследования закдючается в разработке
учебных материалов для курса физики средней школы, факультативного курса для классов с углубленным изучением физики и методических рекомендаций для учителей физики.
На защиту выносится:
Обоснование необходимости и целесообразности обобщения на основе принципов симметрии, соответствия, суперпозиции в процессе обучения физике.
Разработка нового подхода к формированию у учащихся умения обобщать, заключающегося в том, что осознание обобщающего характера методологических принципов позволяет школьникам переносить и использовать знания этих принципов при анализе конкретных физических ситуаций, решении физических проблем и задач.
3. Методика обучения учащихся умению обобщать, используя общенаучные методологические принципы в качестве основных, «стержневых» идей обобщения, включая учебные материалы для учащихся средней школы, классов с углублённым изучением физики, комплекс задач и заданий, элементы новых технологий обучения физике.
Экспериментальное исследование проводилось в три этапа: констатирующий эксперимент в 1994 - 1995 г.г. поисковый эксперимент в 1996 - 1997 г.г. обучающий эксперимент в 1998 - 2000 г.г.
В качестве испытуемых выступили учащиеся 7 - 11 классов средних общеобразовательных школ.
Общее количество участников эксперимента 298 человек. Из них учащихся 262 человека.
Апробация результатов исследования проводилась при обсуждении докладов и сообщений автора на заседаниях кафедры общей физики Коломенского Государственного педагогического института; на заседаниях «подсекции методики преподавания физики», научной секции в МПГУ в апреле 1997г., 2000г., 2001г.; на VI, VII, VIII Столетовских чтениях на базе Владимирского Государственного педагогического университета.
Структура и основное содержание диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы, включающего 188 наименований. Общий объем диссертации 237 страниц. Основной текст диссертации составляет 190 машинописных страниц.
В приложениях содержатся учебные материалы, включающие педагогический эксперимент, в том числе: анкеты для учителей и учащихся, содержание проверочных и контрольных работ, гистограммы.
Понятие «обобщение» и его трактовка в различных областях научного знания
Обобщение - одна из фундаментальных научных категорий, которой в гносеологии обозначают пути и методы познавательной деятельности, а в психологии и дидактике - один из видов мыслительной деятельности и его результат.
Логико-гносеологический и психолого-дидактический аспекты обобщения связаны между собой и обуславливают важное педагогическое значение этой категории [143, 144, 145].
В современных философских трудах обосновывается необходимость введения категории «обобщения» как одного из узловых моментов процесса познания материальной действительности.
Поскольку всякое научное познание есть познание нового, неизвестного ранее, то оно проходит некую начальную стадию. На этой стадии научного познания обобщается или объединяются в группы с общим именем лишь предметы, имеющие большое сходство, иногда даже считающиеся абсолютно тождественными. Так, например, было с химическими элементами. Все атомы того или иного химического элемента признавались сначала абсолютно тождественными. Но по мере накопления таких групп начинают сопоставляться друг с другом сами группы и по мере обнаружения у них общих свойств, они объединяются в более широкие группы. Совершается переход от менее общего к более общему; познание, начинаясь с единичного, через движение от «одного» к «многому» и от «многого» к «единству», в результате установления различия и тождества переходит к общему [186 , С.114].
Закономерность движения познания от единичного к общему и к всеобщему была замечена еще древними философами. В частности, о ней имел уже достаточно четкое представление Платон. Опираясь на эту закономерность, он предлагал познание сущности тех или иных явлений начинать с уяснения единичного, затем переходить к все более и более общему. Этот свой метод он демонстрировал на познании сущности "прекрасного". Второй стадией познания является движение от общего к единичному. Этому вопросу уделялось большое внимание в учении Аристотеля. Признавая движение познания от единичного к общему и всеобщему, Аристотель считал этот путь недостаточным для получения истинного знания.
"Истинное знание, по Аристотелю, должно быть обосновано, выведено из другого достоверного знания. Обосновать то или иное знание можно только на пути движения мысли от общего к особенному и единичному, путем выведения единичных положений из общих, менее общих, из более общих" [186, С. 119].
Бэкон подверг резкой критике такой дедуктивный способ движения познания от более общего к менее общему и единичному. Он считал, что такой подход приводит к отрыву познания от чувственных данных, от практики и тем самым препятствует достижению истины.
Решающий шаг в разработке метода, учитывающего закономерности движения познания от всеобщего к общему и единичному, сделал Гегель, который показал, что познание следует начинать с простейших, лишенных определенного содержания абстрактных понятий, и переходить к понятиям все более и более конкретным, отрицающим предшествующие понятия или включающим последние в качестве момента, и в то же время, ступени развития своего содержания. Характеризуя свой метод, Гегель писал: "В абсолютном методе понятие сохраняется в своем инобытии , всеобщее - в своем обособлении, в суждении и реальности дальнейшего определения всеобщее поднимает выше всю массу своего предыдущего содержания и не только ничего не теряет вследствие своего диалектического поступательного движения, не только ничего не оставляет позади себя, но уносит с собой все приобретенное и обогащается и уплотняется внутри себя [77, С.315].
Понятие "принцип" в философии и физике
Самое общее определение принципа без выражения его функциональных особенностей представляет его как начало, основание, исходное положение явлений действительности и их назначение.
В настоящее время в философской литературе нам не встретилось работ, в которых было бы дано строгое, обоснованное изложение таких категорий как "закон", "принцип", "постулат" и определено соотношение между ними. В словаре иностранных слов можно найти такое определение понятия "принцип":
1) - " основное, исходное положение какой - либо теории, учения и т.д.;
2) - руководящая идея, основное правило деятельности" [157, С.48]. Постулат в этом словаре определяется аналогичным образом [157, С. 48]. В философском энциклопедическом словаре [ 174 ] понятие "принцип", "постулат", "аксиома" отождествляются. Постулат — это положение, принимаемое в рамках какой - либо научной теории за истинное в силу очевидности и поэтому играющее в данной теории роль аксиомьт Таковы, например, галилеевский принцип относительности и принцип постоянства скорости света в релятивистской механике... Встречается также толкование постулатов как опорных положений, включение которых в число исходных принципов (аксиом) не приводит, однако, к противоречию [174, С.517]. Рассмотрим далее как соотносятся понятия "принцип" и "закон". В работах по философии [36, 117, 156] мы находим следующие утверждения.
"Принципы, - пишет Н.В. Голованов - чисто гносеологический феномен принципа и он используется в роли принципа, когда выступает в качестве организатора эмпирического материала, или в функции средства объединения каких - либо фактов" [36, С.82]. С точки зрения В.П. Тугаринова, между законом и принципом имеется различие как по форме, так и по содержанию.
Принципы отражают - одно отдельное свойство вещей , а принцип не есть закон по той причине, что он лежит в основе ряда законов науки" [117, С. 83].
Иллюстрирует вышесказанное автор следующим примером: положение "законы классической механики верны для медленно движущихся тел" является принципом, имеющим чисто нормативное значение. Этот принцип не выражает какой - либо закон непосредственно, но он сложился на основании совокупности законов квантовой механики.
Принципы могут быть сформулированы даже раньше, чем лежащие в их основе объективные закономерности, ибо материалом для них являются не сами законы, а их проявления, которые становятся известными в первую очередь.
Проявления, например, закона всемирного тяготения были известны задолго до его открытия. То же самое можно сказать о законе сохранения энергии и многих других законах физики. Нельзя считать принципы физики фундаментом физической теории, т.к. в развитии физической теории они могут встречаться дважды: как ее ориентиры и как ее следствия. Так, принципы, выдвинутые в теории атомов, были её первой ступенью, во многих отношениях гипотетической, а затем, в развитой теории строения атома появились как её следствия.
Часто метод принципов противопоставляется методу гипотез, как нечто совершенно чуждое последнему, принципиально обособленное от него, и способное функционировать без всякой связи с гипотезами. "История науки показывает, что оба метода — метод принципов и метод гипотез, в сущности немыслимы друг без друга в ходе научного исследования " [86, С. 139].
И.В. Кузнецов отмечает, что "Принципы не тождественны простой констатации какой - либо ситуации, представленной в некотором единичном опыте. Они выражают опыт в обобщенной форме, часто связаны с применением понятий, далеко отходящих от непосредственной констатации" [86, С.139]. Таким образом, при более внимательном подходе к проблеме обнаруживается, что широкая популярность понятия принципа в физической науке не находится в соответствии со степенью его разработки в философской науке.
Разноречивость и неопределенность в трактовке существа принципа приводит О.М. Сивича к заключению, что "понятие принципа является малоисследованным " [156, С.75].
Рассмотрим теперь как используются принципы в физике.
Создатель метода принципов - Ньютон стремился с помощью этого метода обеспечить неоспоримую и очевидную достоверность физической теории. На основе этого Ньютон построил механику (включая теорию тяготения и движения тел солнечной системы). Метод принципов - один из способов построения физических теорий, при котором физическая теория развертывается как система математически выводимых следствий из небольшой группы непосредственно констатируемых и должным образом обобщенных опытных фактов (и принципов).
СВ. Вавилов, говоря о методах построения физики, выделял методы: модельных гипотез, математических гипотез и принципов. «Физика принципов несокрушима, принципы могут обобщаться, несколько измениться, но рушиться полностью они не могут, поскольку они - выражение прямого опыта» [14, С. 156].
Использование метода принципов в ходе создание физической теории предполагает два существенно различных этапа: 1) отыскание принципов; 2) их применение к истолкованию свойств всего многообразия изучаемых явлений.
Применение этого метода для построения теории не предполагает обязательного объяснения сущности самих принципов, раскрытия их физического смысла.
Обобщение знаний учащихся с использованием принципа симметрии.
Анализ учебной литературы, диссертационных работ по методике преподавания физике дает возможность полагать, что симметрия является довольно сложным понятием. Несмотря на широкое использование термина -«симметрия», определить его смысл сможет не каждый выпускник школы.
Согласно современным представлениям, симметрия предполагает неизменность объекта по отношению к каким-либо преобразованиям, каким-нибудь операциям, выполняемым над объектом [174, С.608]. Анкетирование учителей и учащихся показало, что школьники относят данное понятие больше к геометрии, нежели к физике. Учителя традиционно уделяют внимание фактической стороне дела- конкретным понятиям, явлениям, законам, умению решать задачи. Что же касается осмысления предлагаемого фактического материала, обращения к общим принципам, к философии, то все это остается за -рамками школьного курса физики.
Также анкетирование показало, что многие учителя под симметрией понимают либо геометрическое понятие, либо инвариантность (сохранение) каких-либо свойств объекта. Симметрия же является многоаспектным понятием,
В диссертационных работах по методике преподавания физики отражены следующие аспекты симметрии [94]:
одинаковость, равноправие;
аналогия;
постоянство;
инвариантность;
перестановки;
упорядоченность;
геометрическое понятие;
правило отбора;
зеркальная симметрия
трансляция
Их всех перечисленных аспектов наиболее широко применяется инвариантность и связанные с него законы сохранения.
В нашем исследовании мы будем использовать общие и наиболее доступные учащимся аспекты симметрии:
аналогию;
трансляцию;
зеркальную симметрию;
одинаковость, равноправие;
эквивалентность;
Знакомить учащихся с понятием «симметрия» можно уже в основной школе в самом начале изучения курса физики при рассмотрении вопросов «что изучает физика?» и «в чем состоит задача физики?». Учащимся следует объяснить, что среди методов изучения физических явлений существует и такой, как симметрия.
В переводе с греческого слово симметрия означает «соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей». Учащимся это слово не покажется новым, т.к. онн сталкиваются с симметричным расположением рисунка на обоях в квартире, с симметричным расположением крыльев у бабочки и т.д. Иначе говоря, начать разговор о симметрии целесообразно со структурной симметрии, проявления которой «лежат как бы на поверхности». Далее мы будем пользоваться симметрией законов, т.е. так называемой динамической симметрией. Рассмотрение симметрии как обобщенного метода и способа познания действительности, вооружение которым позволит учащимся более глубоко и осознанно воспринимать учебный материал и использовать полученные знания, мы будем проводить в соответствие с вышеназванными аспектами.
Анализ использования методических возможностей принципа симметрии начнем с упорядоченности - аспекта симметрии.
При изучении первоначальных сведений о строении вещества можно использовать принцип неразличимости частиц, т.е. одинаковость всех молекул одного вещества для объяснения понятия «вещество». Свойства веществ в различных агрегатных состояниях можно изучать, опираясь на симметрию как упорядочен ность.
Похожие диссертации на Методологические принципы симметрии, соответствия, суперпозиции как средство обобщения знаний учащихся в процессе обучения физике
