Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы формирования научного мировоззрения. Смысл и содержание принципа историзма 21
1. Проблемы формирования научного мировоззрения 21
2. Об изменениях в концепции современного естественнонаучного образования 32
3. Смысл и содержание принципа историзма в контексте современной образовательной ситуации 40
Глава 2. Функции исторических задач в обучении физике 43
1. Обоснование исследования функций исторических задач 43
2. Учебные задачи и их классификации 46
3: Функции исторических задач в обучении физике 55
4. Мировоззренческие функции исторических задач в обучении физике 59
5. Сборник заданий, задач и вопросов по физике с историческим содержанием 61
Глава 3. Формирование знаний о методах научного познания 64
1. Учебные задания и задачи исторического характера, помогающие овладеть методами познания 64
2. Задачи, отражающие историю развития цивилизации и пути познания мира человечеством 66
3. Задачи - рассказы и тексты с историческим содержанием 69
4. Учебные задачи по физике, иллюстрирующие общие методы познания 70
5. Задания и задачи, знакомящие со специфическими теоретическими методами познания 71
6. Использование исторических мысленных экспериментов 73
Глава 4. Формирование научного мышления 77
1. Схематическая реконструкция исследовательского мышления в историко-методологическом подходе 77
2. Физические задачи, составленные по материалам открытий - средство формирования научного мышления 79
3. Физические задачи, условия которых составлены на основе данных опытов 81
Глава 5. Формирование представлений о естественнонаучной картине мира(ЕНКМ) 82
1. Фундаментальные научные эксперименты и их значение в построении представлений о ФКМ, ЕНКМ 82
2. Задания к изучению фундаментальных научных экспериментов, построенные на материале истории 86
3. Задачи, отражающие содержание фундаментальных физических экспериментов 95
4. Задачи, знакомящие учащихся с опытами по определению физических констант 98
Глава 6. Формирование естественнонаучных взглядов, представлений, идей и убеждений 99
1. Роль образования в формировании научного мировоззрения в контексте современной эволюционной парадигмы 99
2. Мимы научного мировоззрения и их значение в образовании. Синергетические основы процесса формирования научного мировоззрения 102
3. Формирование естественнонаучных идей и представлений учащихся в обучении физике и естествознанию 105
4. Применение методик выявления уровня сформированности взглядов, идей, представлений и убеждений учащихся 109
Глава 7. Методика проведения и результаты эксперимента 112
1. Формирование научного мировоззрения. Отслеживание результативности 112
2. Проявление уровней познавательной потребности в эксперименте 121
3. Педагогический эксперимент в 7 классах 143
Заключение 148
Библиографический список использованной литературы 153
- Проблемы формирования научного мировоззрения
- Обоснование исследования функций исторических задач
- Учебные задания и задачи исторического характера, помогающие овладеть методами познания
Введение к работе
На пороге нового тысячелетия становится абсолютно очевидным, что физика как наука, изучающая наиболее общие законы природы, как лидер естествознания, как научная база большинства технологий представляет собой один из важнейших элементов культуры общества. Ее общекультурное значение обусловлено, прежде всего, тем, что достижения физики образуют основу современного естественнонаучного мировоззрения и формируют базовые научные представления человечества о мире, в котором оно живет.
Двадцатый век ознаменован невиданным до этого времени взлетом естествознания. Во всех разделах фундаментального естествознания были сделаны великие открытия, оказавшие гигантское влияние на развитие цивилизации, возымевшие грандиозные социальные последствия (как позитивные, так и негативные) и в значительной степени изменившие образ жизни сотен миллионов людей на планете.
Что касается физики, то важнейшими ее достижениями, повлиявшими на формирование современного естественнонаучного мировоззрения являются фундаментальные физические теории. Успехи по более конкретным и не менее значимым направлениям настолько многообразны, что даже их простое перечисление здесь невозможно. В целом, достижения физики представляют внутренне согласованную, ясную и научно-обоснованную картину мира, охватывающую огромный масштаб явлений от внутриядерных до космических. Именно эта картина мира должна лежать в основе естественнонаучного мировоззрения современного цивилизованного человека.
Физика имеет своей предметной областью общие закономерности природы во всем многообразии явлений окружающего нас мира. В отличие от физики XIX века, характерные для современной науки интеграционные процессы привели к существенному расширению объекта физического исследования, включая космические явления (астрофизика), явления в недрах Земли и планет (геофизика), некоторые особенности явлений живого мира и свойств живых объектов (биофизика, молекулярная биология), информационные системы (полупроводниковые, лазер ная и криогенная техника как основа компьютеров). Физика стала не только теоретической основой техники, но и ее неотъемлемой составной частью, они органически переплелись друг с другом. Энергетика (в частности, ядерная и термоядерная), связь (лазеры, волоконная оптика), создание материалов с заранее заданными свойствами и т.п. - убедительные примеры взаимопроникновения физики и техники.
В "послеспутниковый" период физика во всем мире стала частью не только естественнонаучного, но и гуманитарного образования, парадигмой современного научного мышления.
Совокупность указанных функций физики как науки является основой для формирования естественнонаучного мировоззрения учащихся в физике - учебного предмета.
Однако, анализ существующих систем образования показывает, что они перестали удовлетворять общественным потребностям в первую очередь потому, что принципы, заложенные в их основу, перестали быть созвучными новым реалиям сложившимся в мире:
1. Длительное время складывалось утилитарное отношение к системе образования как к специфической отрасли, готовящей тех или иных специалистов в зависимости от потребностей экономики. Естественно, что при нынешнем увеличении числа узкоспециальных задач требуется все больше и больше специалистов узкого профиля.
2. Все большее число исследователей приходит к выводу, что экологический кризис - это во многом мировоззренческий, философско-идеологический кризис. Очевидно, что на пороге Ш-го тысячелетия мы находимся на пороге смены парадигмы образования. И это, прежде всего касается естественнонаучного образования. Все больше людей склоняется к мысли, что новая образовательная система должна строиться на принципах формирующих современное научное мировоззрение.
3. Резкий контраст между ярким миром действительности, наполненным телевидением, рекламой, занимательными иллюстрациями в книгах и журналах, ком пьютерами становится "не наглядная", в большинстве случаев только вербальная методика преподавания в школе, резко снижающая мотивацию к обучению. Развитие информационных технологий, позволяющих быстро получать объемную информацию соответствующую содержанию образования и информацию не входящую в него, требует новых принципов ее переработки в соответствии с целями и ценностями науки и общества. Это должны быть принципы методологического характера, подчиненные целостной научной системе.
Такое положение дел более нетерпимо как 1) с экономической точки зрения (поскольку растет необходимость в подготовке все большего числа все более узких специалистов); 2) с экологической точки зрения (растет количество глобальных проблем, составляющих угрозу выживания человечества); так и 3) с точки зрения логики и истории развития самой науки. Требования к коррективам образовательной парадигмы следует отнести к теориям, к методологическим принципам, к методологии как целому, определяющему сам процесс научного познания, формирование и развитие научных теорий, становление научного мировоззрения.
Особенно важно, на наш взгляд, подчеркнуть, что отличительная черта зрелой теоретической мысли есть системность - органическое единство научного знания. Только знание не может превратиться в метод - в орудие получения нового знания, пока оно не систематизировано - не представлено в виде и форме развивающейся системы взаимосвязанных теорий.
Обратимся к курсам физики (стандартам, программам, учебникам) в общеобразовательной и высшей школах и попробуем выяснить, в какой мере их содержание способствует формированию современных научных представлений о природе. В современных учебниках физики последняя предстает, как совокупность завершенных в своем развитии теорий, когда все фундаментальные проблемы решены, и остается только научиться решать задачи на основе выученных формул порой без глубокого понимания природы и сущности физического процессов и взаимосвязи и взаимодействия физических законов. Уже при беглом взгляде учебных курсов становится очевидным, что более или менее ясное и систематическое изложение касается материала, относящегося к достижениям физики XVIII и XIX
веков. Отдельные результаты физики XX века хотя и рассматриваются, однако и по форме и по содержанию выглядят, как инородные вкрапления и не позволяют составить последовательную картину. Уровень, на котором они излагаются, порой не соответствует физической сути явлений и лежит ниже уровня изложения вопросов физики прошлых веков. Мы специально отмечаем, что вопросы теории гравитации и космологии, имеющие непосредственно мировоззренческое значение, по существу не упоминаются. Достижения физики элементарных частиц, которая уже несколько десятилетий играет ведущую роль в физической науке, либо излагаются в форме, подходящей скорее для научно-популярной брошюры, чем для учебника, либо вообще не излагаются. Вся борьба идей, формирование "сумасшедших" понятий, вызов научным традициям, изменение социального статуса науки, что было характерно для физики именно двадцатого века, полностью отсутствуют.
Заметим, что обсуждаемые проблемы содержания курса физики характерны не только для средней школы. Стандартные вузовские учебники, демонстрируют абсолютно те же проблемы. Удивительно, но даже основной, обязательный курс теоретический физики для физических факультетов университетов, завершающий общее физическое образование будущих специалистов-физиков заканчивается материалом, относящимся к 30-м гг. нашего века. При этом вопросы теории гравитации и космологии вообще не упоминаются, не говоря уже о проблемах объединения всех фундаментальных взаимодействий. Значит ни будущий ученый-физик, ни будущий учитель физики, ни будущий инженер не получают широкой подготовки по физике, отвечающей фундаментальным достижениям этой науки в конце двадцатого века. Мы специально подчеркиваем, что даже содержание физического образования профессиональных физиков и преподавателей физики, которые по своему статусу являются носителями и хранителями физики как части культуры, в значительной мере не отражает современного состояния и тенденций развития физической науки.
Рассмотрим, сложившуюся ситуацию, в целом. Поскольку материал, касающийся достижений физики XX в. (мы не можем использовать здесь термин
"современная физика" при всем желании, так как было бы странным назвать современными вопросы, обсуждаемые в науке, скажем, пятьдесят лет и более лет назад), либо излагается недостаточно ясно, не систематично и не адекватно, либо вообще не излагается, то трудно надеяться, что он будет хоть как-то усвоен рядовым школьником или студентом. В то же время, вопросы физики XVIII и XIX вв., как нам представляется, могут быть осмыслены и усвоены (при нормальном уровне преподавания и нормальном отношении к занятиям) достаточно хорошо. В результате мы вынуждены констатировать, что существующая система физического образования, при всех ее достоинствах, направлена на воспроизводство естественнонаучного мировоззрения прошлого века.
Сложившаяся ситуация порождает ряд негативных социальных последствий. Отрыв (чуть ли не вековой) науки от образования ослабляет положение науки в обществе, что служит одним из факторов усиления антинаучных тенденций в последнее время. По ряду прикладных аспектов современной науки, связанных с высокими, но потенциально опасными технологиями, общество не в состоянии сделать объективные выводы, поскольку население в своей массе не понимает сути соответствующих физических явлений. Многие понятия фундаментальной физики, такие, например, как многомерные пространства, антиматерия, черные дыры и др., входят в газетные статьи, литературные произведения, используются в бытовой речи. Однако, поскольку научное содержание этих понятий для большинства абсолютно незнакомо, они начинают приобретать некий мифический смысл и порождать суеверия и извращенный взгляд на картину мира. Сейчас уже совершенно ясно, что в обществе сформировался феномен, называемый паранаукой. Средства массовой информации наполнены "дискуссиями" о космической энергии, влияющей на человека, о душах, существующих в высших измерениях, об информационном поле, пронизывающем мир и о многих других фантастических играх ума. Понять научное содержание подобных "дискуссий" невозможно, поскольку оно отсутствует. Только человек, абсолютно не усвоивший школьный курс физики, может серьезно говорить об энергии, не имеющей материального носителя. Причем, именно физика XX в. ясно продемонстрировала всю бессмысленность подоб
ного типа измышлений. На наш взгляд, одна из причин всплеска настроений такого рода состоит в том, что люди осознают не полную эквивалентность природе естественнонаучного мировоззрения XIX в. Однако и современное, более адекватное научное мировоззрение не было сформулировано в процессе школьного и вузовского образования. В результате люди, имеющие способности и интерес к занятиям наукой, начинают изобретать свою "доморощенную науку". В обществе происходит подрыв социальной роли и значимости естествознания, искажение его содержания, что непосредственно отражается на ее прикладных аспектах, определяющих, по существу, уровень жизни. Таким образом, проблема обновления, модернизации физического образования на обновленных принципах представляется весьма актуальной и своевременной.
Основные трудности реального обновления содержания физического образования, как нам представляется, в принципиальном плане, могут быть связаны со следующими аспектами.
1. Учебные планы и в школе, и в вузе уже сейчас перегружены и нет возможности выделения дополнительного времени для изучения физики без ущерба для других дисциплин. При этом совершенно не очевидно, что физику необходимо изучать в большем объеме, чем это делается сейчас. На наш взгляд, решение этого вопроса связано, с одной стороны, с разработкой методик более интенсивного обучения, и с другой - с исключением некоторых тем, а возможно, и разделов из учебного курса, и заменой их новыми. Мы отдаем себе отчет, что необходима детальная проработка любых конкретных рекомендаций.
2. Принято считать, что научный материал, относящийся к достижениям физики XX в. объективно очень сложен и недоступен пониманию среднего школьника или студента. Возможно это и так, если иметь ввиду изложение материала для ученых, специализирующихся в той или иной области. Но тогда следует заметить, что при строгом научном изложении классической механики или электродинамики они вряд ли покажутся очень легкими, однако соответствующие вопросы уже не менее ста лет успешно изучаются в школах и вузах. Реальная проблема лежит в сфере методики преподавания. Необходимо осуществить отбор материала, произ вести его адаптацию и найти адекватные формы изложения в учебниках и в процессе преподавания. Нам представляется, что вопросы разработки методик преподавания новых разделов физики приобретают в настоящее время на рубеже веков принципиальное значение.
, В процессе обновления парадигмы образования истории естественных наук в школьном и вузовском обучении в настоящее время отводится более значительная роль, чем это было ранее. Достаточно упомянуть о курсах истории и философии физики и естествознания, которые рекомендуются для профильных классов и групп. Сложность следования этим и другим рекомендациям заключается в отсутствии удовлетворительных учебных программ, методических и учебных пособий. То, что было издано в 70-80 гг. несет на себе, как это теперь очевидно, следы идеологии того времени, не соответствуют содержанию современного естествознания. Мы специально подчеркиваем, что научно мировоззренческие функции историко-естественнонаучного материала остались не выяснены, а сам материал выглядит в большей степени как его информационные выкладки. Однако, не умаляя ценность различных публикаций, отмечаем вновь возросший интерес к исто-рико-научным исследованиям после начала школьных реформ (90-х годов), например, работы методического характера [1 - 5 и др.] и хрестоматийного характера [6 - 8 и др.].
Вопросы становлении личности и формирования у учащихся научного мировоззрения могут быть разрешены при осуществлении историко-методологического подхода в обучении физике и естествознанию, как одного из способов реализации принципа историзма в обучении.
В методике преподавания физики (МПФ) вопросам использования сведений по истории физики уделялось большое внимание в работах таких ученых, как П.С. Кудрявцева, А.В Усовой, В.И. Лебедева, В.Н. Мощанского, Е.В. Савеловой, Г.М. Голина, СР. Филоновича, И.И. Соколова, И.К. Турышева, А.С. Еноховича, О.Ф. Кабардина, Ю.А. Коварского, И.И. Нурминского, Б.И. Спасского, Е.К. Страута, В.В. Усанова, М.Г. Ярошевского, Л.Я. Зориной и др. [9 - 17 и др.] Большинство из них посвящено развитию познавательного интереса учащихся на основе использо
вания сведений из истории развития науки и техники в учебном процессе, но это неизбежно приводило к увеличению объема изучаемого материала и пересмотру распределения учебного времени.
Частным вопросам использования исторических сведений посвящены работы и диссертационные исследования В.Ф. Ефименко, А.С. Варапетяна, Ф.И. Гаджиева, Я. Деркача, Ю.А. Королева, В.И. Лебедева, М.М. Марковича, М.И. Рудневского, Е.В. Савеловой, Е.Г. Трофимова, У. Цегоева, A.M. Шазли, Р.Н. Щербакова, А.И. Янцова, Н.А. Кокорина, Н.Н. Ивановой, А.И. Капралова, Л.С. Хижняковой, СВ. Позойского, Т.С. Дубаневича и др. [18 - 33 и др.].
Использованию исторического материала на уроках и внеклассных мероприятиях посвящены статьи И.А. Шиловой, Г.Л. Шустеф, Н.И. Панченко, Л.П. Прелов-ской, Г.И. Пузыревой, СЕ. Алексанян, А.В. Коржуева, Н.М. Жданович, К.Р. Глаз-новой, В.Д. Денисовой, Э.М. Браверман, В.В. Бочаровой, В.М. Чернышева, А.О. Чернышовой и других авторов [34 - 46 и др.].
Реализация принципа историзма при обучении физике и естествознанию по своей сути подразумевает включение в учебный процесс, в содержание изучаемого материала сведений из истории развития (рождения, становления, сегодняшнего состояния и перспектив) науки. Под принципом историзма в обучении часто понимают историко-методологический подход, который определяется направленностью обучения на формирование у учащихся методологических знаний о процессе познания, на воспитание у обучаемых гуманистического мышления, на развитие у них познавательного интереса к предмету.
Поэтому, в работах, вышеуказанных авторов, рассматриваются и исследуются проблемы: 1) повышения интереса учащихся к физике; формирования у них отдельных компонентов научного мировоззрения; воспитания патриотизма, нравственности; 2) уточняются основные принципы отбора исторического материала; определяются виды учебного материала с историческим содержанием; выделяются некоторые пути введения его в учебный процесс при изучении физики. При этом специального исследования по изучению системного влияния принципа историзма на формирование современного естественнонаучного мировоззрения в
обучении физике, а тем более естествознанию не проводилось. Рассматривая в целом, мы отмечаем, что перечисленные исследования по использованию принципа историзма чаще всего близки к информативному стилю его использования.
Анализ научно-методической литературы позволяет сказать, что принцип историзма, является одним из ведущих принципов научного познания, при проецировании его на процесс обучения физике претерпевает изменения, выражающиеся в следующих подходах: историко-индуктивном, дедуктивно-аксиоматическом и ис-торико-методологическом. Отличительной чертой этих подходов является решение проблемы соотношения исторического и логического в науке и перенос его в процесс обучения. Решение этого вопроса, на наш взгляд, должно происходить в аспекте эволюции естественнонаучного знания и процесса усвоения этих знаний, в выборе критериев данного соотношения, а также в системном подходе использования принципа историзма. При системном использовании принципа историзма и выявлении его современной роли и различных его функций в обучении, мы считаем, что вопрос о соотношении исторического и логического материала может быть снят.
Следовательно, требуется дальнейшая разработка принципа историзма в обучении физике и естествознанию. Эта потребность подкрепляется необходимостью усиления мировоззренческой функции школьного естественнонаучного образования и стимулирует проведение исследования в этом направлении.
Таким образом, актуальность нашего исследования обусловлена:
- необходимостью формировать естественнонаучное мировоззрение;
- отсутствием в курсах физики адекватной современным научным представлениям картины мира;
- ролью, которую играет принцип историзма в теории и практике научного и учебного познания в настоящее время;
- отсутствием на сегодняшний день научно-методических исследований, предметом рассмотрения
торико-естественнонаучных сведений в процессе формирования научного мировоззрения;
- необходимостью выявления условий и средств реализации принципа историзма и их влияния на развитие мышления учащихся при обучении физике и естествознанию.
Целью нашего исследования является: разработка методик системной реализации принципа историзма при формировании научного мировоззрения в обучении физике и естествознанию.
Под принципом историзма мы будем понимать основные регулятивные положения, направляющие деятельность учителя в процессе обучения физике, естествознанию, на ознакомление учащихся с историческим процессом становления и развития науки, в органической связи с изучением явлений, законов и теорий, на ознакомление с эволюцией содержания понятий, законов, теорий с момента их возникновения в науке до момента рождения новых идей и тенденций их развития.
Объектом нашего исследования является процесс формирования у учащихся научного мировоззрения в обучении физике и естествознанию при реализации принципа историзма.
Предметом исследования выступает содержание и методики реализации принципа историзма и их влияние на формирование научного мировоззрения в обучении физике и естествознанию при комплексном использовании историко-естественнонаучных сведений.
Гипотеза исследования содержит следующие положения:
1) контекст современной научной и образовательной ситуации вносит изменение в смысл и содержание принципа историзма;
2) реализация принципа историзма в систематической деятельности учителя при обучении физике и естествознанию позволит осуществлять формирование современного научного мировоззрения более эффективно;
3) исторические задания, задачи и вопросы по физике могут быть классифицированы относительно компонентов процесса формирования научного мировоззрения;
4) применение исторических заданий, задач и вопросов в обучении физике будет содействовать процессу гуманитаризации естественнонаучного образования.
Разработка этих предположений натолкнулась на трудность - для подведения учащихся к выводам мировоззренческого характера, учитель-естественник должен во-первых, сам свободно владеть соответствующим мировоззренческим багажом, во-вторых, иметь на вооружении специальные методики, позволяющие формировать научное мировоззрение средствами предмета. В-третьих, необходимо наличие средств предмета (заданий, задач, вопросов и др.), главной целью которых, являлась бы цель формирование научного мировоззрения. Показателями сформи-рованности мировоззрения являются наличие системы естественнонаучных знаний, взглядов, представлений, идей и убеждений, которые проявляются в разных видах деятельности, способности совершенствовать свои знания и деятельность. При этом, по всем естественнонаучным дисциплинам в билетах на аттестат зрелости нет ни одного мировоззренческого вопроса.
Создание системы вопросов, формирующих и проверяющих элементы мировоззренческих знаний, структуры мировоззрения, является задачей методик и цикловых дидактик. В МПФ дореформенного периода (примерно до 1990 года), предлагается использовать такие пути, как диалектико-материалистическое истолкование основ физики и историзм при формировании научного мировоззрения учащихся [47]. Однако, в литературе для школы нет специальной системы заданий, дидактических материалов, способствующих формированию мировоззрения, основанного на принципе историзма.
Исторических задач сборники не содержат вообще или очень мало. Нет исторических задач в сборнике составленном Г.Н. Степановой [48]. Всем известный сборник задач для школы А.П. Рымкевича содержит три исторические задачи. Исторические вопросы нашли место в дидактическом материале для 9 класса, авторов Л.С. Хижняковой, Ю.А. Коварского и других [49], а также в отдельных пуб ликациях журнала "Физика в школе", газеты "Физика". Обзор периодических изданий журнала составлен нами с 1965 года, газеты "Физика" - с первого номера первого года выпуска.
Стало понятным почему в методической литературе нет работ, посвященных сколь-нибудь систематическому применению исторических заданий, задач и вопросов с мировоззренческой функцией.
Мы отмечаем, что в настоящее время разработки методик (диагностики уровня развития мыслительной, практической и эмоционально-волевой областей деятельности учащихся) ведутся более интенсивно, чем это было ранее. Тем не менее, анализ научной психолого-педагогической литературы в этом направлении демонстрирует слабость охвата элементов структуры научного мировоззрения (естественнонаучных взглядов, представлений, идей и убеждений и др.) в мыслительной и практической областях деятельности учащихся.
Так появились задачи исследования, поставленные в соответствии с целью и гипотезой:
- выявить состояние проблемы формирования научного мировоззрения при обучении физике и естествознанию в методике преподавания и в школьной практике;
- уточнить условия реализации принципа историзма в процессе формирования научного мировоззрения при обучении физике и естествознанию и разработать методики его использования на отдельных этапах обучения;
- составить сборник заданий, задач и вопросов с историческим содержанием мировоззренческого характера;
- экспериментально проверить влияние систематической деятельности учителя по реализации принципа историзма на формирование у учащихся системы естественнонаучных знаний, взглядов, представлений, идей и убеждений (структуры научного мировоззрения) и на качество усвоения ими программного материала по физике;
- разработать методические рекомендации для учителей по использованию исторического материала при реализации разработанных методик.
Теоретико-методологической основой исследования явились: теория познания, учение о единстве логического и исторического в научном познании, эволю-ционно-синергетические парадигмы.
Психолого-педагогической основой исследования явились труды классиков психологии и педагогики, современных дидактов и психологов по организации процесса обучения, теории проблемного и развивающего обучения.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
1. Анализ философской, психолого-педагогической литературы, связанной с проблемой исследования, с целью определения ее актуальности и методологических основ исследования, построения методик реализации принципа историзма в обучении физике и естествознанию при формировании научного мировоззрения.
2. Наблюдение, анкетирование и изучение деятельности учителя физики с позиции исследуемой проблемы.
3. Моделирование педагогического процесса в аспекте реализации принципа историзма при формировании научного мировоззрения.
4. Методы поэлементного и пооперационного анализа с целью выявления влияния реализации принципа историзма на развитие у учащихся системы естественнонаучных знаний, взглядов, представлений, идей и убеждений (структуры научного мировоззрения). При обработке результатов эксперимента и оценке их достоверности использовались методы математической статистики, в частности критерий Пирсона.
Логика и этапы исследования:
Первый этап исследования в теоретическом плане включал в себя анализ философской литературы по вопросам теории познания и историзма, эволюции мировоззренческих систем, теории систем с целью определения общей методологической базы исследования; анализ психологической, педагогической и методической литературы по вопросам использования исторического материала и реализации принципа историзма в учебных процессах по физике и естествознанию с целью выяснения мировоззренческой функции принципа историзма; выяснения состоя
ния исследуемой проблемы в теории обучения и определения теоретической основы исследования. Были определены цель, объект, предмет исследования, сформулированы его гипотеза и задачи, разработан план исследования.
Практический аспект первого этапа состоял в разработке программы педагогического эксперимента с целью изучения состояния исследуемой проблемы в школьной практике.
В теоретическом плане второго этапа уточнялись и корректировались методики реализации принципа историзма при формировании научного мировоззрения. В практическом направлении проводился пробный педагогический эксперимент, целью которого было выявление возможностей включения в содержание курса физики 7 и 11 классов сведений мировоззренческого характера по истории науки и техники в рамках предусмотренного базисным учебным планом средней школы времени и условий реализации принципа историзма при обучении физике.
На заключительном этапе был продолжен педагогический эксперимент в 7 и 11 классах с учетом внесенных корректив в содержание отобранного исторического материала и методики его применения на основе предыдущего этапа исследования. В это же время осуществлялась обработка экспериментальных данных, анализ и оформление результатов проведенного исследования; осуществлялось внедрение в учебный процесс результатов исследования в школу № 41 г. Томска.
Базой исследования являлись школа № 20 г. Бийска, Бийский лицей Алтайского края, школа № 41 и № 36 г. Томска.
На защиту выносятся следующие положения:
- уточненные смысл и содержание принципа историзма в обучении физике и естествознанию;
- разработанные автором методики системной реализации принципа историзма в обучении физике и естествознанию при формировании научного мировоззрения;
- мировоззренческие функции исторических заданий, задач и вопросов по физике.
- методические рекомендации использования исторических заданий, задач и вопросов по физике.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоят в следующем:
- уточнены смысл и содержание принципа историзма в обучении физике и естествознанию;
- разработаны методики системной реализации принципа историзма в процессе формирования научного мировоззрения в обучении физике;
- разработаны новые функции заданий, задач и вопросов с историческим содержанием
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
- создан сборник заданий, задач и вопросов с историческим содержанием;
- разработаны рекомендации реализации принципа историзма
- разработаны методы для определения степени сформированности естественнонаучного мировоззрения и апробированы в практике обучения;
- определены наиболее эффективные способы проверки достоверности результатов.
Апробация и внедрение промежуточных и заключительных результатов исследования осуществлялась через публикации (статьи, методические пособия, методические разработки и др. - более 15 публикаций), преподавательскую и исследовательскую работу, выступления на научно-методических семинарах и ежегодных молодежных конференциях студентов и аспирантов Томского государственного педагогического университета, на семинарах и совещаниях учителей г. Томска, на региональных и всероссийских конференциях. В числе последних: I Всероссийская научно-практическая конференция "Психодидактика высшего и среднего образования" (Барнаул, 1996 г.), Общероссийская конференция "Комплексный подход к подготовке специалиста исследователя" (Томск, 1997), II областная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука: проблемы и перспективы" (Томск, 1998 г.), III Сибирская геометрическая конференция (Томск, 1998 г.), IV Всероссийская научная тьюторская конференция "Школа и открытое образование: концепции и практики индивидуализации"" (Томск, 1999 г.), региональная научно-методическая конференция "Проблемы
учебно-методической работы в школе и вузе" (Томск, 1999 г.), Ш межвузовская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых научных сотрудников "Молодежь и наука: проблемы и перспективы" (Томск, 1999 г.). Результаты исследовательской работы учащихся под руководством автора в ходе эксперимента отмечены сертификатами и дипломами на региональных (г. Томск, 1998 г.) и международных конференциях (г. Москва, 1999). Методическая разработка и методическое пособие автора находят широкое применение в школах города Томска.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и библиографического списка использованной литературы. Содержит 11 таблиц, 8 рисунков, 3 схемы, 3 графика. Основной текст на 152 страницах.
Проблемы формирования научного мировоззрения
Определим вкратце термин мировоззрение как систему философских, научных, социально-политических, нравственных, эстетических взглядов и убеждений человека, которые отражают в его сознании общую картину мира и определяют направленность его деятельности.
Как правило, выделяют следующие основные типы мировоззрений: философское, научное, обыденное, религиозное, мифологическое.
В этих типах выявляют некоторое единство, охватывая определенный круг вопросов, например, что такое человек и каково его место во всеобщей взаимосвязи явлений мира, как человек познает действительность [50].
Из приведенных типов мировоззрения нас интересует научное мировоззрение, представляющее теоретическую систему обобщенных знаний о мире и месте в нем человека, а также роль физики, естествознания в целом, при его формировании.
Структуру мировоззрения составляют знания, взгляды, убеждения. Взгляды и убеждения - это принятые человеком представления о мире, как достоверные и эмоционально переживаемые. Основой для формирования убеждений являются научные знания.
С мировоззрением тесно связаны следующие понятия: общая картина мира, мироощущение, мировосприятие, миросозерцание, миропонимание.
Между всеми этими понятиями существует связь и единство. Иногда их употребляют в качестве синонимов. Также между этими понятиями имеются и различия. Физика, естествознание в целом, отвечают за формирование таких понятий как миропонимание, общая картина мира, что отмечают отечественные философы Степин B.C., Пахомов Б.Я. [51, 52].
Отношение понятия миропонимание к мировоззрению таково, что оно представляет собой лишь понятийный, интеллектуальный аспект мировоззрения.
По отношению к общей картине мира мировоззрению характерна более высокая интеграция знаний и наличие не только интеллектуального, но и эмоционально-ценностного отношения человека к миру.
Создание общей картины мира - задача всех областей знания. Естественные науки образуют естественнонаучную картину мира, а общественные социально-историческую картину действительности.
МКМ - первая научная картина мира, если в понятие науки вкладывать тот смысл, которое оно приобрело со времен Галилея. Значение МКМ вышло далеко за рамки естествознания. На протяжении значительного времени она играла роль общенаучной картины мира; в сфере ее влияния находились и гуманитарные дисциплины. Кузнецов Б.Г. утверждает, что это произошло в значительной мере благодаря деятельности французских энциклопедистов, среди которых он особо выделяет Вольтера [53]. О степени такого влияния красноречиво свидетельствует труд одного из основоположников научного коммунизма Сен-Симона "Всеобщее тяготение" (1813 г.), в котором речь идет о реформе философии и всего общественного сознания в целом. Сен-Симон предлагает в качестве средства, предшествующего и способствующего перевороту в обществе, перестройке гуманитарных наук (философии, истории) образец классической механики. Вся совокупность известных явлений должна быть либо выведена из закона тяготения, либо сведена к нему [54].
МКМ в физике сменяли последовательно ЭМКМ, КРКМ. Ни одна из них не играла уже роли общенаучной картины мира.
Картина мира, созданная современной физикой, также нисколько не напоминает МКМ и не претендует на роль общенаучной, однако известный российский математик И.Р. Шафаревич считает, что сциентизм - идеологическая основа технологической цивилизации - является рецидивом механической концепции мира. Преодоление диктуемого МКМ взгляда на мир, на роль науки в его познании и место человека в этом мире - условие выхода из глобального кризиса и выживания человеческой цивилизации [55].
В истории естествознания отечественный философ Степин B.C. выделяет 4 смены научных картин мира, сопровождающиеся коренными изменениями структур исследования, и рассматривают их как глобальные революции.
Первая - революция XVII в. - Классическое естествознание. - МКМ, в то же время естественнонаучная КМ.
Конец XVII - первая половина XIX в., вторая глобальная революция, определившая переход к дисциплинарно организованной науке, МКМ утрачивает статус общенаучной.
Первая и вторая глобальные революции протекали как формирование и развитие классической науки и ее стиля мышления.
Конец XIX - середина XX в. Преобразование стиля мышления, становление неклассического естествознания. Появляются предпосылки для построения целостной картины природы, в которой прослеживается иерархичная организованность Вселенной как сложного динамического единства, изменения места и функций науки в жизни.
Последняя треть XX в. 4-ая глобальная революция - постнеклассическая наука.
Специфика науки - комплексные исследовательские программы. Усиливаются процессы взаимодействия принципов и представлений картин реальности, формирующихся в различных науках. Объекты междисциплинарных исследований - все чаще уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием. Представления об исторической эволюции физических объектов постепенно входят в картину физической реальности (большой взрыв, термодинамика неравновесных процессов (И. Пригожий), синергетика).
Обоснование исследования функций исторических задач
Сегодня уже никто не сомневается, что возможности истории науки в формировании личности учащегося богаты и разнообразны. Однако в методике преподавания физики и естествознания средней школы эти возможности еще недостаточно исследованы и в еще меньшей степени реализованы в практике обучения. Анализ опыта применения исторического материала свидетельствует, что оно обычно ограничивается рассказами об отдельных фактах из жизни ученых, сообщениями об их работах, о технических приложениях сделанных ими открытий. Эпизодически учитель обращается к освещению приемов научного исследования, методологическим установкам ученого, его стилю мышления. Редко учащиеся имеют возможность ознакомиться с «лабораторией» творчества ученого, хотя соответствующий материал представляет значительную мировоззренческую и образовательную ценность. В воспитательной работе и преподавании учителя обычно ограничиваются одной стороной медали - освещением достижений ученых, игнорируя другую - их ошибки и заблуждения.
Все это подводит к мысли об актуальности дальнейшей разработки методики применения исторического материала на уроках физики или естествознания, приемов и средств обучения.
Пристальное внимание к средствам и способам развития мыслительных и творческих способностей учащихся является современной чертой учебного процесса в школе. Сейчас на книжных полках появляется все больше необычных сборников задач по физике, переиздаются старые. Среди новых и старых задачников нет сборника заданий и задач с историческим содержанием, хотя такие задачи и вопросы вполне могут занимать определенное положение.
Исходя из вышесказанного, был определен объект исследования приемы и средства использования исторического материала в обучении физике.
Основываясь на той роли, которую играют физические задачи в обучении физике, было решено сосредоточить все внимание только на одном средстве использования исторического материала - исторических задачах. Предметом исследования стали функции исторических задач в обучении физике.
В методической литературе нет определения исторической задачи. В данной работе использовалось следующее рабочее определение: историческая задача - это физическая задача, условия которой содержат:
- исторические факты по науке физике;
- выдержки из трудов творцов физики, их изобретениях;
- информацию об истории какого - либо открытия, исследования, эксперимента.
Руководящая идея исследования состоит в следующем: 1) применение исторических заданий, задач и вопросов в обучении физике позволит формировать современное научное мировоззрение учащихся более эффективно; 2) применение исторических заданий, задач и вопросов в обучении физике будет содействовать процессу гуманитаризации естественнонаучного образования.
Разработка этого предположения натолкнулась на трудность - исторических задач сборники не содержат вообще или очень мало. Например, всем известный сборник задач для школы А.П. Рымкевича [80] содержит три исторические задачи. Исторические вопросы нашли место в дидактическом материале для 9 класса, авторов Л.С. Хижняковой, Ю.А. Коварского и других [49], а также в отдельных публикациях журнала «Физика в школе», газеты «Физика». Нет исторических задач в сборнике, составленном Г.Н. Степановой [48]. Стало понятным, почему в методической литературе нет работ, посвященных сколь-нибудь систематическому применению исторических заданий, задач и вопросов в обучении.
Таким образом, появилась задача - составить сборник заданий, задач и вопросов с историческим содержанием.
Учебные задания и задачи исторического характера, помогающие овладеть методами познания
Необходимость ознакомления учащихся с методами научного исследования в настоящее время является бесспорной. Особенно это необходимо для формирования мировоззрения и развития физического мышления школьников. Большой вклад в решение этой задачи может внести история науки. С этой целью исторический материал должен быть дидактически обработан. Использование исторических сведений позволяет, в частности, продемонстрировать учащимся сам путь научного познания, дает эталон доказательного мышления.
Преподавание физики в школе убеждает в том, что наиболее эффективными являются те методы обучения физике, которые отражают методы этой науки. Для того чтобы школьники успешнее овладевали ими и пользовались как инструментом получения новых знаний, В.Е. Володарский [89] предлагает проводить для учащихся аналогию между полным циклом научного познания, состоящего из ряда звеньев, и работой над учебной физической задачей, имеющей ряд этапов. Это может быть сделано с помощью такого сопоставления (см. табл.5).
В результате такого сравнительного анализа, учащиеся понимают, что работа над учебной задачей - это физическое мини-исследование. Они убеждаются: методами научного познания помогают овладеть учебные задачи. Это меняет в лучшую сторону отношение учеников к задачам: их решению.. Тем не менее, учащимся нужно повторять, что поиск ответа на вопрос каждой учебной задачи - процесс исследовательский, творческий и трудный.
Учебная задача в отличие от научной проста и содержит цель, которая уже достигнута наукой, но учащимся это неизвестно. Поэтому, решая задачу, они делают «открытия», что вызывает эмоции переживания и знакомит с общими чертами научного метода.
В практике нашей работы мы используем разные задания и задачи, помогающие освоить методы познания.
Первый тип - задачи, отражающие историю развития цивилизации и пути познания мира человечеством. Используем исторический материал, показывающий, как шло обогащения научных знаний. Приведем, две задачи такого типа.
Ученым древности удалось установить, что 1) свет распространяется прямолинейно, 2) отражается от гладкой поверхности, 3) меняет направление своего распространения при переходе из воздуха в воду, что 4) световые пучки, пересекаясь, не «возмущают», т.е. не искажают друг друга.
Какими опытами вы можете подтвердить эти открытия?
Знаменитый итальянский ученый эпохи возрождения Леонардо да Винчи вы сказал следующие предположения: 1)если сила F продвигает тело массой т за время / на расстояние /, то та же сила продвинет тело с половинной массой за то же время на двойное расстояние; 2) или та же сила продвинет половинную массу на то же расстояние за половинное время; 3) или та же сила продвинет двойную массу на то же расстояние за двойное время; 4) или половинная сила продвинет половинную массу на то же расстояние за то же время; 5) или половинная сила продвинет все тело на половинное расстояние за то же время.
Верны ли эти утверждения? Каким образом вы сделаете доказательным свой ответ?
Эти и подобные им задачи иллюстрируют роль эксперимента в процессе познания: он выступает как критерий истины. Но могут быть исторические задачи другого типа.
В начале XVII в. во Флоренции был построен водяной поршневой насос для подачи воды на большую высоту. Однако вода в нем поднялась вслед за поршнем лишь на 32 фута (примерно 10 м). Строители удивились. Ученый Э. Торричелли объяснил этот факт.
