Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В НАУКЕ И ФИЗИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ 12
1. Анализ использования моделей в науке 12
2. Применение моделей в физическом образовании 27
ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА 39
1. Новые информационные технологии в современном обществе 39
2. Образование по физике в условиях информационного образовательного пространства 47
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ В КУРСЕ ФИЗИКИ ОСНОВНОЙ ШКОЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННОГО КОМПЛЕКСА КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ 71
1. Содержательная схема изучения моделей электродинамики 71
2. Методики изучения моделей 77
3. Разработка и использование компьютерных моделей в курсе электродинамики основной школы 93
ГЛАВА 4. ОРГАНИЗАЦИЯ, ПРОВЕДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 129
1. Организация педагогического эксперимента 129
2. Проведение педагогического эксперимента. результаты эксперимента 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 149
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 151
- Анализ использования моделей в науке
- Новые информационные технологии в современном обществе
- Содержательная схема изучения моделей электродинамики
Введение к работе
Актуальность исследования. Современный этап развития общества характеризуется все более глубокой и всеобъемлющей компьютеризацией. Компьютерные технологии все глубже охватывают все сферы жизнедеятельности человека, без них уже не мыслимы общение и здравоохранение, сфера обслуживания и наука. Не может остаться в стороне от применения компьютерных технологий и система образования. Благодаря президентским программам, различным тендерам, а так же спонсорской поддержке в школах появляются новые компьютерные классы, проекторы и интерактивные доски. Современная школа переходит от системы, редко использующей компьютерные технологии, к единому информационному образовательному пространству, что представляет новые обширные возможности.
В настоящее время при изучении курса физики основной школы можно формировать систему знаний посредством применения систематических курсов в условиях информационного образовательного пространства. При изучении системы моделей электродинамики информационные технологии, в частности компьютерное моделирование, создание соответствующих программных средств обеспечивают доступность учебного материала, его наглядность, повышают познавательную активность учащихся, формируют знания о методах познания - эмпирическом и теоретическом, их взаимосвязи.
Формирование знаний о системе моделей электродинамики, построенной на основе качественной интерпретации основных ее положений, осуществлялось главным образом в средней школе при изучении курса физики, отражающего различные физические теории, в том числе и электродинамику. Курс физики основной школы рассматривался как подготовительный курс к изучению систематического курса на второй ступени обучения физике. При этом учебный материал курса об электрических явлениях включал некоторые понятия и элементы понятий, а
также избранные эмпирические закономерности, например, последовательное и параллельное соединение проводников, законы Ома, Джоуля - Ленца. Учебный материал об электронной теории содержал отдельные ее элементы, то есть был представлен фрагментарно. Модели, законы и основные понятия, составляющие физическую теорию — электродинамику, в курсе физики первой ступени не изучались, а взаимосвязь физического эксперимента и моделирования не рассматривалась, так как формирование физических знаний осуществлялось большей частью на эмпирическом уровне.
Возможностям использования информационных и
телекоммуникационных технологий в преподавании информатики в средней и высшей школе посвящены работы А.А. Андреева, Н.В. Апатовой, О.В. Бурнусовой, А.В Шелухиной. Подготовка учителя к использованию в учебном процессе информационных технологий отражена в работах Т.В. Добудько, М.И. Жалдак, Г.А. Кручининой, И.В. Марусевой, Н.В. Молотковой.
Общие вопросы использования компьютеров в обучении физике рассматриваются в исследованиях Л.И. Анциферова, В.А. Извозчикова, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, А.В. Смирнова и др. Частные вопросы применения информационных технологий при обучении физике отражены в работах П.В. Абросимова, С.Л. Светлицкого и др. Использованию компьютера для школьного физического эксперимента посвящены работы В.В. Клевицкого, А.А. Ездова и др.
Отдельного внимания требует вопрос взаимодействия образования и науки. В последнее время все четче проявляется линия взаимосвязи образования с наукой не только в плане передачи наукой результатов своих исследований, но и методов, с помощью которых данные результаты были получены. При обучении физике большое внимание уделяется использованию метода моделирования, что нашло отражение в работах ученых-методистов Б.А. Глинского, СВ. Громова, СЕ. Каменецкого, И.К.
Кикоина, В.В. Мултановского, А.А. Пинского, В.Г. Разумовского, Л.П. Свиткова, А.В. Смирнова, Н.А. Солодухина, Л.С. Хижняковой и др.
Концепции отечественных и зарубежных психологов и дидактов, посвященные развивающему обучению, теории, касающиеся поэтапного формирования умственных действий и содержательного обобщения, а также затрагивающие целеполагание и таксономию целей образования, стали основой использования моделей при формировании научных знаний у школьников. Речь идет об исследованиях Дж. Андерсона, Д.Н. Богоявленского, B.C. Выготского, П.Я. Гальперина, В.В, Давыдова, В.И. Журавлева, Г. Крайга, Л.Н. Леонтьева, Б.Т. Лихачева, Ж. Пиаже, П.И. Пидкасистого, Ф. Раиса, С.Л. Рубинштейна, М.Н. Скаткина, Д.Б. Эльконина и др.
Применение метода моделирования в различных отраслях обучения исследовалось в работах, например, В.П. Линьковой, Л.В. Нестеровой — по информатике; И.А. Несмеловой, В.П. Позднякова - по математике; А.Г. Гейна, М.В. Додонова, М.А. Протасовой - по физике; В.Н. Лихачева, И.В. Пешковой - по химии.
О необходимости повышения научного уровня при обучении физике в основной школе высказываются в своих работах О.Л. Алексеева, Н.И. Гуторова, Е.Н. Грибанова, Р.Х. Казаков, В.В. Майер, А.Н. Малинин, М.А. Протасова, В.Г. Разумовский, И.Н. Харыбина и др.
Проведенный анализ выявил большое число работ, посвященных использованию моделей и компьютерных технологий в процессе обучения, что указывает на важность данных тем. Однако использование моделей и новых информационных технологий при изучении электродинамики в курсе физики основной школе недостаточно исследовано, что подчеркивает актуальность темы.
Требования, предъявляемые к современному образованию по физике в основной школе, привели к следующим противоречиям между:
социальным заказом на всесторонне развитую личность,
адаптирующуюся в быстро изменяющихся условиях информационно-индустриального общества, и школьной практикой, в основном ориентированной на традиционную форму образования;
вариативностью средней школы (возможность выбора профиля) и требованиями к сформированности физической картины мира, в частности, системы знаний об электромагнитном поле;
широким использованием во всех областях физической науки информационных моделей и недостаточным применением их при изучении физики в основной школе;
постоянным совершенствованием новых информационных технологий и их внедрением в области науки и техники и слабой разработанностью методики использования компьютерных моделей в процессе обучения физике в основной школе.
Указанные противоречия позволяют установить, что проблема изучения системы моделей электродинамики с использованием новых информационных технологий в курсе физики основной школы не разработана на достаточном уровне.
Цель исследования - определить, обосновать и разработать методику изучения системы моделей электродинамики в курсе физики основной школы, разработать комплекс компьютерных программ для изучения наиболее сложных моделей курса.
Объект исследования - учебно-воспитательный процесс в рамках уроков физики при изучении электродинамики в курсе физики основной школы.
Предмет исследования - изучение системы моделей электродинамики в курсе физики основной школы в условиях информационного образовательного пространства.
Гипотеза исследования: достижения учащихся по изучению электродинамики в курсе физики основной школы будут соответствовать требованиям образовательного стандарта, если сконструировать систему
моделей и использовать ее во взаимосвязи с экспериментом, информационными технологиями, направленными на формирование понятия электромагнитного поля и ознакомление с практическими приложениями.
Проблема, цели, предмет и гипотеза определили следующие задачи исследования:
Провести научно-методический анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы по вопросам, связанным с применением новых информационных технологий и моделей в науке и обучении физике.
Определить систему моделей электродинамики курса физики, необходимую и доступную для усвоения учащимися основной школы.
Определить дидактические требования к использованию новых информационных технологий при изучении моделей электродинамики в курсе физики основной школы.
Разработать комплекс компьютерных программ, обеспечивающий более высокое качество усвоения учащимися моделей электродинамики.
Разработать методику изучения электродинамики в курсе физики основной школы с использованием новых информационных технологий.
6. Провести экспериментальную проверку гипотезы исследования.
Методологической основой исследования стали работы педагогов,
методистов, психологов и философов, посвященные вопросам моделирования как способу научного познания (СЕ. Каменецкий, Н.А. Солодухин, Л.С. Хижнякова, В.А. Штофф). А также работы по методике и информатике, касающиеся использованию новых информационных средств в обучении (М.И. Жалдак, Г.А. Кручининой, В.А. Извозчикова, В.В. Лаптева, А.А. Ездова, Н.Н. Гомулина).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы и виды деятельности:
анализ философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы по исследуемой теме;
изучение содержания учебных планов, программ, учебников, дидактических пособий по физике;
конструирование комплекса педагогических программных средств по физике;
разработка методики применения в учебных целях педагогических программных средств;
беседы, анкетирование, опрос и экспертная оценка;
экспериментальное преподавание с использованием разработанного комплекса компьютерных программ;
педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, поисковый, обучающий) с целью проверки гипотезы исследования и статистическая обработка данных педагогического эксперимента.
Достоверность полученных результатов и обоснованность научных выводов обеспечена опорой на исследования философов, педагогов, методистов, физиков, использованием разнообразных методов исследования, экспериментальной базой, достаточной для применения статистических методов обработки результатов исследования, экспертной оценкой результатов исследования на межвузовских конференциях, внедрением результатов в практику преподавания. Основные этапы исследования:
1 этап (2002 - 2003 гг.) - изучение философской, психолого-
педагогической и методической литературы по теме исследования.
Проведение педагогических наблюдений, констатирующего эксперимента.
этап (2003 — 2005 гг.) - проведение поискового эксперимента, в ходе которого были уточнены научные и методологические основания разрабатываемой методики, создавалась и корректировалась система демонстрационных компьютерных моделей, конструировались методические рекомендации по использованию созданных программных средств в учебном процессе.
этап (2005 - 2008 гг.) - подведение итогов эксперимента, обработка и
анализ его результатов. Оформление исследования.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
определено и обосновано положение о том, что изучение электродинамики в курсе физики основной школы необходимо конструировать на эмпирическом и теоретическом уровнях с использованием материальных и идеальных моделей;
обоснована и сконструирована система моделей электродинамики на основе качественной интерпретации основных ее положений в курсе физики основной школы;
создана система педагогических программных средств, направленных на совершенствование достижений учащихся при изучении моделей электродинамики в курсе физики основной школы;
разработаны технологии изучения моделей электродинамики с использованием педагогических программных средств.
Теоретическая значимость исследования определяется тем, что:
определена и обоснована система моделей электродинамики, качественно отражающая основные ее положения, способствующая формированию системных знаний об электромагнитном поле, ознакомлению с практическими приложениями и включающая теоретические модели электронного газа, действия силы Лоренца, взаимодействия электрических зарядов, электромагнитной волны;
доказана роль демонстрационных компьютерных моделей при изучении электродинамики в курсе физики основной школы, поскольку с помощью таких моделей реализуется доступность и наглядность при формировании системы знаний, а также стимулируется активность учащихся в усвоении материала. Отдельно были сформированы и аргументированы дидактические требования к демонстрационным компьютерным моделям.
Практическое значение исследования заключается в том, что в результате были созданы:
методика личностно-ориентированного подхода при изучении электродинамики на основе системы моделей и разработанных демонстрационных программных средств;
комплекс демонстрационных компьютерных моделей для изучения основных положений электродинамики с системой гипертекстовой помощи и методическими рекомендациями по их использованию в учебном процессе;
алгоритм создания компьютерных моделей, обеспечивающих реализацию дидактических принципов научности, доступности, наглядности при формировании системы знаний курса физики основной школы;
тесты для оценивания уровня знаний системы моделей электродинамики; компьютерные программы, позволяющих автоматически определять результаты тестирования и вычислять их статистическую достоверность.
Критериями эффективности предлагаемой методики являются:
статистически достоверные различия в уровнях освоения моделей электродинамики учащихся экспериментальных и контрольных классов;
положительная динамика развития познавательного интереса учащихся, которая подтверждается стремлением школьников получить образование и профессию в рамках естественнонаучного профиля.
Апробация результатов исследования осуществлялась в процессе обсуждения материалов на заседаниях кафедры методики преподавания физики Московского государственного областного университета, на конференциях (Москва, Московский государственный областной университет 2003 - 2006 гг., Балашов, филиал Саратовского государственного технического университета в г. Балашове 2005 — 2006 гг.).
Результаты исследования внедрены в практику обучения в средних школах № 1922 и 2007 Москвы, средней общеобразовательной школе села Тростянка Балашовского района, политехнических классах филиала Саратовского государственного технического университета в г. Балашове.
По результатам исследования разработан сайт «Компьютерное
моделирование электродинамики» , содержащий авторский комплекс педагогических программных средств по системе моделей электродинамики в курсе физики основной школы, методические рекомендации, систему проверочных заданий, авторские публикации по данной теме, которые были обсуждены и одобрены учителями физики на научно-практических конференциях и методических семинарах. Положения, выносимые на защиту:
Система моделей электродинамики в курсе физики основной школы, созданная на основе качественной интерпретации основных ее положений и направленная на формирование системы знаний.
Усовершенствованная методика изучения электродинамики в курсе физики основной школы, включающая схему учебной деятельности, взаимосвязь эксперимента и моделирования, единство исторического и логического.
Разработанный комплекс компьютерных моделей, который отражает современные компьютерные тенденции при изучении электродинамики в курсе физики основной школы.
Результаты педагогического эксперимента по оценке эффективности предлагаемой методической системы.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объём диссертации 167 страниц. Список литературы содержит 190 наименований. Работа включает 7 схем, 27 рисунков, 7 таблицы, 2 диаграммы.
Анализ использования моделей в науке
Современная наука не мыслима без использования такого метода познания, как моделирование. Этот метод научного познания уже довольно давно и прочно вошел в арсенал любого научного исследования. В данном контексте моделирование понимается как косвенное изучение предметов и явлений, не поддающихся непосредственному изучению в данных условиях, путем изучения аналогичных объектов [184].
Для успешного освоения и использования метода моделирования необходимо провести гносеологический и исторический анализ термина «модель».
Исторически слово "модель" происходит от латинского "modelium", означающего мера, образ, способ и т.д. Первоначальное его значение связывалось со строительным искусством и почти во всех европейских языках употреблялось для обозначения образа, или объекта, сходного в каком-то отношении с другим объектом [177, с. 7].
После создания аналитической геометрии Декартом и Ферма под моделью стали понимать теорию, которая обладает структурным подобием по отношению к другой теории. Обе эти теории называются изоморфными, если одна из них может выступать моделью другой, и наоборот.
В науках естественнонаучного цикла (физика, химия, астрономия), термин "модель" стали употреблять для обозначения того, к чему данная теория относится, того, что она описывает. Под моделью часто понимаются два близких по значению, но несколько различных понятия. «Под моделью в широком смысле понимают мысленно или практически созданную структуру, воспроизводящую часть действительности в упрощенной и
наглядной форме» [177, с. 9]. Примером таких моделей может служить представление о Земле как о плоском цилиндре, вокруг которого вращаются наполненные огнем трубки с отверстиями. В этом смысле модель является упрощением действительности, идеализацией, причем, со временем могут меняться как характер модели, так и степень упрощения, вносимые в нее. «В более узком смысле термин "модель" применяют тогда, когда хотят изобразить некоторую область явлений с помощью другой, более хорошо изученной, легче понимаемой» [177, с. 10]. Примерами таких моделей могут служить попытки описать хорошо отработанным аппаратом классической механики явления оптики и электродинамики учеными 18 века.
В обоих случаях моделью считается либо реально существующий наряду с изучаемым объект и сходный с ним в отношении некоторых определенных свойств или структурных особенностей, либо образ изучаемого объекта, в котором отображаются реальные или предполагаемые свойства, строение и т.д.
Часто при рассмотрении гносеологической роли метода моделирования, термин "моделирование" употреблялся как синоним теории, гипотезы, познания и т.п. Так, модель может являться синонимом теории в случае, если теория еще недостаточно сформирована, в ней много упрощений, неясностей, и мало дедуктивных шагов. В физике, например, термин "модель" может использоваться для обозначения предварительного варианта, наброска будущей теории при условии существования значительных упрощений, созданных для обеспечения поиска путей, ведущих к построению более совершенной и точной теории. Иногда термин «модель» может быть использован как синоним математического описания или количественной теории.
Наиболее существенным отличием модели от теории является не степень абстракции, не уровень упрощения, не количество отвлечений, а способ выражения этих абстракций, упрощений и отвлечений, характерный для модели [158, с. 122].
В философии и гносеологии встречаются различные определения моделей. "Пусть X есть некоторое множество суждений, описывающих соотношение элементов некоторых сложных объектов А и В. Пусть Y есть некоторое множество суждений, получаемых путем изучения А и отличных от суждения X. Пусть есть некоторое множество суждений, относящихся к В и также отличных от X. Если выводится из конъюнкции X и Y по правилам логики, то А есть модель В, а В есть оригинал модели" [5, с. 15]. В этом определении модель выступает в качестве средства получения знаний, а не самого знания, следовательно, не рассматриваются идеальные модели (информационные, мысленные). "Моделирование означает материальное или мысленное имитирование реально существующей системы путем специального конструирования аналогов (моделей), в которых воспроизводятся принципы организации и функционирования этой системы" [158, с. 20]. В этом определении раскрывается смысл модели как средства познания и подчеркивается, что главным признаком модели является отображение.
В качестве базового в работе будем использовать наиболее полное определение модели, которое в книге "Моделирование и философия" предлагает Штофф В.А.: "Под моделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализуемая система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте" [177, с. 22].
Для дальнейшего изучения вопроса моделирования будем считать главным свойством моделей их способность так или иначе отображать действительность. В зависимости от конкретных средств и условий моделирования, от сферы изучения и объектов познания возникает большое разнообразие моделей, а вслед за ним проблема их классификации.
Новые информационные технологии в современном обществе
Отличительной чертой этапа развития современного общества является его повсеместная и всеобъемлющая информатизация.
Под информатизацией общества будем понимать глобальный социальный процесс, главной особенностью которого является то, что в сфере общественного производства доминирующим видом деятельности становится сбор, обработка, накопление, хранение, использование и передача информации, которые осуществляются с помощью современных телекоммуникационных и микропроцессорных средств.
Информатизация общества обеспечивает:
для всех членов общества доступность достоверной информации и высокий уровень информационного обслуживания;
во всех сферах человеческой деятельности постоянное активное использование растущего интеллектуального потенциала общества;
интеграцию информационных технологий в производственные, научные и учебные виды деятельности, которая обеспечивает интеллектуализацию трудовой деятельности, а также развитие всех сфер общественного производства.
Для качественного рассмотрения проблемы информатизации общества необходимо определиться с термином «информация».
Первоначальное содержание понятия «информация» - сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, технических средств и т.д.). Но уже с середины 20 века понятие информации относят к общенаучным понятиям. Оно включает обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, а также обмен сигналами в животном и растительном мире и даже передачу признаков между клетками и организмами [11, с. 224].
Кохановский В.П., рассматривая общенаучные подходы и методы в исследовании, которые получили широкое применение и развитие в современной науке, отмечает: «К общенаучным понятиям чаще всего относят такие понятия, как «информация», «модель», «система» и др.» [18, с. 323]. Использование общенаучных концепций и понятий позволяет сформулировать соответствующие методы и принципы познания, которые обеспечивают связь и оптимальное взаимодействие специально-научных знаний и его методов с философией и гносеологией.
В Законе Российской Федерации "Об информации, информатизации и защите информации" понятие "информация" трактуется как сведения о лицах, предметах, событиях, явлениях и процессах, используемые в целях получения знаний, принятия решений.
В повседневной жизни под информацией понимают любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют, например сообщение о каких-либо событиях, или о чьей-либо деятельности. Таким образом, термин «информировать» означает сообщить нечто новое, неизвестное раньше.
Подробно рассматривая информацию, можно сказать, что она обладает следующими свойствами:
достоверность;
полнота;
точность;
ценность;
своевременность;
понятность;
доступность;
краткость и т. д. [36].
Можно с уверенностью сказать, что проблема информатизации и тесно связанной с ней проблема компьютеризации всех сфер человеческой деятельности является одной из главных проблем современного общества. А причиной этого является небывалое в предыдущие эпохи повышение роли информации и превращение ее в одну из главнейших движущих сил всей производственной и общественной жизни.
Бурный процесс информатизации современного общества не может не включать в себя информатизацию образования. Под информатизацией образования будем понимать процесс обеспечения сферы образования методологией, а также практикой разработки и применения информационных и новых информационных технологий, ориентированных на реализацию психолого-педагогических целей обучения и воспитания.
Существует множество разнообразных определений понятия «информационные технологии (ИТ)», одним из оптимальных можно считать определение, которое дает Желдак М.И.: «Под информационными технологиями понимается совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи и представления информации, расширяющие знания людей и развивающая их возможности по управлению техническими и социальными процессами» [89].
Можно также привести научно-техническое определение ИТ, где они представляются в виде комплекса взаимосвязанных, научных, технологических и инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда по хранению и обработке информации.
Содержательная схема изучения моделей электродинамики
Перед рассмотрением вопроса об изучении моделей электродинамики в курсе физики основной школы имеет смысл перечислить ряд моделей электродинамики, которые послужили стимулом для развития науки.
Начнем рассмотрение с истории развития модельных представлений о строении атома, которая четко показывает вариативность моделей.
История поиска и совершенствования моделей атома начинается около 2500 лет назад с предположения древнегреческих философов Левкиппа и Демокрита о том, что любое вещество состоит из атомов (мельчайших неделимых частиц).
Левкипп (5 век до н. э.) - древнегреческий философ-материалист, для объяснения разнообразия предметов предполагал существование относительного небытия, то есть наличия пространства, лишенного материи, как своеобразной арены, на которой разыгрываются все происходящие в природе вещественные процессы. Пустота разделяет все сущее на множество элементов. Свойства этих элементов зависят от ограничивающего их пустого пространства. Различаются они по величине, форме, движению. Но все элементы мыслятся как однородные, непрерывные и потому неделимые. Левкипп считает движение внутренне присущим всем атомам [181].
Демокрит (460-370 до н. э.) - древнегреческий философ-материалист. Демокрит трактовал понятие «атома», как некоторого неделимого материального индивидуума, не возникающего и не гибнущего, неразрушимого и не подверженного какому-либо воздействию извне. Между собой атомы Демокрита различаются внешней формой, порядком взаимного расположения, и положением в пустом пространстве, а также величиной и тяжестью. Они имеют бесконечно разнообразные формы с отдельными выпуклостями или впадинами. Из таких атомов, движущихся в различных направлениях, из их «вихря» путем сближения однотипных атомов образуются как отдельные тела, так и весь мир; движение атомов вечно, а число возникающих миров бесконечно. [181].
Переход от донаучных к научным представлениям о строении атома произошел гораздо позднее. Одной из его эмпирических основ можно считать опыты Фарадея по электролизу различных солей и других соединений. На основании этих опытов было установлено, что электрический заряд существует в атомах всех элементов. Этот вывод подтверждал предположение о сложности строения атома и существовании его внутренней электрической структуры. Последующее открытие элементарного электрического заряда и решающие эксперименты по измерению заряда и массы электрона окончательно позволили перейти к научным моделям атома (1887—1902).
Модель Кельвина (1902 г.) предполагает равномерное распределение положительного заряда по всему объему атома и расположение электронов внутри этой положительно заряженной сферы. Усовершенствованием модели атома Кельвина стала модель Дж. Дж. Томсона (1903), в которой электроны располагают на концентрических оболочках вокруг сферы с положительным зарядом. В 1911 году из опытов Резерфорда вытекает планетарная модель атома. Отказ от использования классической физики для объяснения процессов, происходящих внутри атома, позволил Нильсу Бору сформулировать квантовые постулаты, тем самым, уточнив модель атома Резерфорда.
Таким образом, история развития моделей электродинамики — это история развития самой электродинамики. Модели - это неотъемлемый инструмент научного познания. Поскольку модели - это одна из важнейших составляющих электродинамики как науки, то не меньшее внимание следует уделять моделям и в учебном курсе электродинамики.
Проведем отбор критериев выбора моделей электродинамики для курса физики основной школы. С одной стороны, необходимо учитывать модельный характер знаний вообще, т.е. в самом общем смысле этого слова любое знание - это модель (отражение реальных процессов или явлений), не зависимо от общности и достоверности подобного отражения. Моделями являются и любые способы фиксации и выражения знаний (речь, текст) и даже единицы подобного выражения можно отнести к разряду моделей (слово, звук, символ, рисунок). По мнению некоторых ученых, эксперимент, как метод познания окружающего мира, также относится к методу моделирования [64].
С другой стороны, многие ученые и методисты сильно сужают понятие модель. Можно встретить такие мнения, что модели в курсе физики - это только то, в названии чего встречается слово модель (модель атома, модель глаза и модель идеального газа). Для качественного преподавания курса физики необходимо выяснить, что из курса электродинамики считать моделями и объяснять ученикам эти знания как модели.
Итак, разлет между понятием модели в узком и широком смысле слова очень велик, и поэтому к моделям можно отнести как практически все знания из курса физики, так и не отнести практически ничего. При отборе материала, который будем считать моделями, основываемся на принципе целеполагания. Так, физический эксперимент относить к моделям при преподавании курса физики не имеет особого смысла, т.к. существуют хорошо отработанные методики преподавания эксперимента в школе и преподавание эксперимента как модели не принесет существенного улучшения в процесс обучения физике. Не имеет смысла рассматривать как модели и конкретные приборы и устройства, являющиеся примерами применения знаний физики в производстве из-за их высокой самостоятельной наглядности и обоснованности изучения. Физические величины так же не имеет смысла изучать как модели из-за их не вариативности и относительной простоты. Также не имеет смысла рассматривать как модели и такие наглядные объекты, как конкретные рисунки, формулы, графики, макеты и демонстрационные установки. Которые хотя и являются моделями, но настолько привычны для учащихся, что обращать внимание на их модельный характер имеет смысл только при начальном знакомстве с методом моделирования.
Для отбора материала, который следует представить в виде модели, необходимо выяснить основные позитивные стороны такого рассмотрения. К плюсам подобного представления можно отнести: достаточную наглядность метода моделирования, его вариативность, доступность логики метода, и его проработанность.
Похожие диссертации на Система моделей электродинамики в курсе физики основной школы : в условиях информационного образовательного пространства
