Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ВОПРОСЫ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
I. Анализ программ и учебной литературы для школьников по изучению магнитных свойств вещества 11
2. Обзор методической литературы по изучению магнитных свойств вещества 26
3. Рекомендации по совершенствованию содержания программы и системы школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества в УП-ІХ классах 38
4. Оборудование и материалы для учебного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества 54
ГЛАВА 2. СИСТЕМА УЧЕБНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО МАГНИТНЫМ СВОЙСТВАМ ВЕЩЕСТВА
I. Физический эксперимент по магнитным свойствам вещества в УП классе 61
2. Демонстрационные опыты по изучению диамагнитных и парамагнитных свойств вещества в IX классе 75
3. Демонстрационные опыты с ферро- и ферримагнетиками в IX классе 87
4. Фронтальная лабораторная работа "Изучение магнитных свойств вещества" в IX классе 108
5. Физический практикум по изучению магнитных свойств вещества в IX классе 119
б. Демонстрационный эксперимент и физический практикум по изучению ферро -и ферримагнитных свойств вещества в курсе физики повышенного уровня IX класса 124
7. Некоторые опыты для общего курса физики педагогических институтов и университетов 138
ГЛАВА 3. ХОД И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
I. Содержание и формы педагогического эксперимента 147
2. Влияние совершенствования школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества на знания учащихся 150
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 160
- Анализ программ и учебной литературы для школьников по изучению магнитных свойств вещества
- Физический эксперимент по магнитным свойствам вещества в УП классе
- Содержание и формы педагогического эксперимента
Введение к работе
Решения ХХУІ съезда КПСС [I.I] о повышении качества среднего образования в школах страны нацеливают советское учительство, педагогическую науку на поиск путей совершенствования учебно-воспитательного процесса. Выполняя постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР, принятое в конце 1977 г. "О дальнейшем совершенст -вовании обучения, воспитания учащихся общеобразовательных школ и подготовке их к труду" [ 1.2 J и материалы Пленума ЦК КПСС от 14-15 июня 1983 года [1.3] советская педагогическая наука обращает серьезное внимание на все стороны учебно-воспитательного процесса по физике. К их числу относится школьный физический эксперимент. Проблема содержания, роли и места эксперимента по физике в школьном обучении является одной из центральных в методике преподавания физики. Эта проблема многократно и плодотворно раэрабаты -валась учеными-методистами, в её решение большой практический вклад внесли передовые учителя физики средних школ. Роль и место демонстрационного и лабораторного эксперимента в обучении физике всесторонне обоснованы с позиций современной педагогической науки в фундаментальных трудах по общим вопросам методики преподава -ния физики, подготовленных видными советскими методистами-физиками [2.55, 2.56] . Эксперимент является одним из основных общенаучных методов познания [2.71] . Как таковой, он представляет собой важный метод познания явлений природы физической науки. Изучение основ этой науки в общеобразовательной средней школе включает в себя эксперимент как общий метод овладения естественно-научными знаниями. Значение школьного физического эксперимента для изучения основ физики специально подчеркивают выдающиеся ученые-физики, активно помогающие делу совершенствования школьного физического(эксперимента) образования,например,П.Л. Капица [3.23],В.А.Фабрикант [3.37] и др. Следует отметить, что в ряду дидактических задач, решаемых школьным физическим экспери -
ментом, важное место занимает задача стимулирования и развития у учащихся умений самостоятельно углублять и закреплять знания, получаемые в результате объяснения учителя и работы с учебной литературой. "В современных условиях, когда объем необходимых человеку знаний резко и быстро возрастает, уже невозможно делать главную ставку на усвоение определенной суммы фактов, -отмечалось на ХХУ съезде КПСС. Важно прививать умение самостоятельно пополнять свои знания, ориентироваться в стремительном потоке научной и политической информации" fl.I, с.77 ] . Эти слова в полной мере относятся к обучению школьников выполнять лабо-раторныеработы по физике; формирование и развитие умений пополнять свои знания в ходе лабораторных опытов приучает их к само -стоятельности в общем процессе овладения знаниями, умениями и навыками по основам науки.
Вместе с тем научно-педагогическая разработка школьного физического эксперимента ещё далеко не завершена. Необходи -мость дальнейшей работы по развитию учебного эксперимента неоднократно подчеркивалась в методической литературе. Так,В.Г.Зубов называет дальнейшую разработку школьного эксперимента в качестве одной из важнейших проблем методики преподавания физики [3.20J , такое же мнение высказывает В.Г.Разумовский І3.32] . В коллективной монографии о совершенствовании содержания обучения физике в средней школе, в которой приводятся основные итоги перехода на новое содержание физического образования в средней школе и рассматриваются пути дальнейшего его совершенствования, также указывается настоятельная потребность в продолжении разработки школьного физического эксперимента [ 2.74 ] . А.А.Покровский в работе I 3.28J обсуждает основные направления дальнейших исследований в области учебного физического эксперимента в средней школе.
Таким образом, исследования по методике преподавания физики, посвященные дальнейшей разработке школьного физического эксперимента, являются актуальными в педагогической науке и для практики преподавания физики в средней школе. В этом контексте актуально и исследование в области совершенствования демонстрационного и лабораторного эксперимента по магнитным свойствам вещества.
Актуальность исследования. Каждая учебная дисциплина имеет свой особый предмет изучения и потому составляет особую систему понятий, вокруг которых и группируются изучаемые факты. При изучении конкретной учебной дисциплины учащиеся должны овладевать понятиями и соотношениями, а также умениями и навыками внутри данной системы знаний [2.69 J .
Одна из главных педагогических задач преподавания физики в школе - формирование и развитие системы основных физических понятий, охватываемых школьным курсом [3.21 J . Изучение магнитных свойств вещества способствует раскрытию и углублению такого фундаментального понятия физики, как электромагнитное поле, а также важных понятий магнитной индукции, магнитной проницаемости и пр. В этом смысле изучение магнитных свойств вещества прямо отвечает задаче формирования и развития системы основных физических понятий школьного курса. На систематическом уровне магнитные свойства вещества изучаются в IX классе, в разделе электродинамики. С.Е.Каменецкий в докторском исследовании, посвященном проблемам изучения основ электродинамики в курсе физики средней школы [4.10 ] , отмечает необходимость развития демонстрационного эксперимента по данному разделу. Мы полагаем, что это замечание полностью относится и к развитию учебного эксперимента по магнитным свойствам вещества, в
частности, в свете идеи С.Е.Каменецкого о проведении целенаправленного сравнения магнитного поля в вакууме и магнитного поля в веществе.
Н.М.Шахмаев выделяет в системе школьного физического эксперимента следующие его виды:
I) фундаментальные демонстрационные и лабораторные опыты, входящие в экспериментальную основу современной физики;
опыты, главным образом иллюстрирующие в виде демонстраций содержание учебного материала, которые способствуют формированию и развитию системы основных физических понятий и законов школьного курса физики;
опыты, знакомящие учащихся с работой современной физической лаборатории, которые ставятся в виде фронтальных лабораторных работ и в виде физического практикума;
опыты исследовательского характера для учащихся, проявляющих повышенный интерес к изучению физики [3.40] .
Все эти виды школьного физического эксперимента в той или иной мере относятся и к опытам по магнитным свойствам вещества.
Изучение магнитных свойств вещества в теоретическом плане малоэффективно, требует достаточно солидной математической подготовки, что невозможно в условиях средней школы. В данном случае наиболее эффективно "экспериментальное" изучение этих вопросов. В то же время, объем, содержание и методика постановки опытов по магнитным свойствам вещества раскрыты ещё не полностью, не выявлены возможности их совершенствования, развития на базе имеющихся в физических кабинетах школ оборудования и материалов, они не приведены в систему. Сравнительно с модельным ещё слабо разработан натурный эксперимент. Поэтому разработка системы опытов по магнитным свойствам вещества -
проблема, требующая специального педагогического исследования в рамках методики преподавания физики; это - актуальная проблема. Актуальность исследования по учебному эксперименту в области изучения магнитных свойств вещества усиливается и тем обстоятельством, что в ныне действующих [ 2.64а] усовершенствованных программах по физике для УІ-Х классов средней школы вопросы о магнитных свойствах вещества предлагается изучать в IX классе в теме "Магнитное поле", в самом начале комплекса вопросов магнетизма и электромагнетизма, совместно с вопросами о магнитном поле, магнитном поле тока, магнитном потоке и т.д. Тема об электромагнитной индукции - завершающая. Это обстоятельство, по-видимому, требует усилить внимание к разграничению магнитного поля в вакууме и магнитного поля в веществе, а отсюда - к экспериментальному изучению такого различия, чему способствует улучшение постановки демонстрационных и лабораторных опытов по магнитным свойствам вещества.
Цель исследования состояла в том, чтобы исследовать содержание и на этой основе разработать систему методики и техники физического эксперимента по магнитным свойствам вещества в курсе физики УП и IX классов средней школы на типовом учебном оборудовании, обеспечивающую экспериментальную основу изучения этих свойств.
Цель исследования определила следующие его задачи:
Усовершенствовать содержание и программу изучения магнитных свойств вещества в УП и IX классах средней школы.
Разработать методику и технику школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества в УП и IX классах средней школы, в том числе по курсу физики повышенного уровня в IX классах.
3. Предложить рекомендации к использованию некоторых опытов в общем курсе физики педагогических институтов и университетов.
При выполнении исследования использовались следующие методы:
I. Анализ научной литературы по электродинамике, в частности, по магнитным свойствам вещества.
2.Анализ педагогической литературы по общим вопросам школьного физического эксперимента.
3.Анализ методической литературы по вопросам изучения магнитных свойств вещества в курсе физики средней школы, в том числе по методике и технике школьного физического эксперимента. 4.Анализ программ, учебников и учебных пособий по физике в части, относящейся к изучению магнитных, диа-, пара- и ферромагнитных свойств вещества.
5. Педагогический эксперимент в средней школе, включающий:
а) наблюдение учебного процесса по физике,
б) беседы с учителями и учащимися,
в) опытное преподавание в УП и IX классах по вопросам маг
нитных свойств вещества,
г) анализ и умений, и знаний школьников при опросе на уро
ках и во внеурочных беседах, при проверке результатов выполне -
ния лабораторных работ.
Научная новизна исследования. До настоящего времени в методической литературе недостаточно исследована, а в учебной литературе по физике для школьников недостаточно отражена система школьного физического эксперимента (демонстрационных опытов, физического практикума) для изучения предусмотренных школьными программами по физике [2.64, 2.65, 2.75, 2.81, 3.30] вопросов прежде всего о магнитных свойствах вещества, свойст-
вах ферромагнетиков, центрального вопроса в этом разделе. В данной диссертации предлагается такая система, разработанная в процессе опытного преподавания. Высказывались мнения о неосуществимости натурных опытов в школьном эксперименте по изучению доменной структуры ферромагнетиков, а осуществимость лишь модельных опытов, например, И.П.Федотовым [2.83, 4.15] . В диссертации показывается ошибочность такой точки зрения и предлагаются соответствующие демонстрационные опыты и лабораторные работы (физического практикума) в IX классе, выполняемые методом магнитной порошкографии с использованием типового оборудования и материалов школьного физического кабинета; в том числе предложен физический практикум по изучению доменной структуры ферромагнетиков для факультативного курса физики в IX классе и для школ и классов с углубленным изучением физики.
Предлагаются также вновь разработанные демонстрационные и лабораторные опыты по пара- и диамагнитным свойствам вещества, проводимые на обиходных материалах.
Разработаны также фронтальные опыты по магнитным свойствам постоянного магнита, предназначенные для выполнения в УП классе.
Практическая значимость исследования. Внедрение в школьную практику разработанной в диссертации системы демонстрационных и лабораторных опытов по магнитным свойствам вещества, в том числе по изучению доменной структуры ферромагнетиков, оказывает положительное влияние на качество знаний, умений и навыков школьников. Вновь разработанные демонстрационные опыты по магнитным свойствам веществагдля УП и IX классов могут быть использованы в учебно-воспитательном процессе по физике как на уроках, так и на факультативных занятиях по
физике.
Названные опыты практически внедрены в учебно-воспитательный процесс по физике в ряде средних школ г.Душанбе и на кафедре общей физики Таджикского государственного университета им.В.И.Ленина.
На защиту выносятся:
Анализ недостатков в разработке содержания методики и техники школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества.
Доказательство необходимости совершенствования школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества для глубокого и прочного усвоения важнейших вопросов электродинамики.
Система проводимых на типовом школьном оборудовании и обиходных материалах демонстрационных опытов, фронтальных лабораторных работ, работ физического практикума по магнитным свойствам вещества в УП и IX классах, в том числе по изучению доменной структуры ферромагнетиков методом порошковой магнит о графии.
Анализ программ и учебной литературы для школьников по изучению магнитных свойств вещества
В свете современной научно-технической революции, развивающейся сейчас в ходе научно-технического прогресса, неминуем дальнейший пересмотр содержания программ и учебной литературы для учащихся по курсу физики средней школы. Важной задачей при этом является повышение научного уровня содержания курса физики и особенно тех тем, которые отражают физические идеи ведущие для современной науки, техники и производства. Одной из них является тема "Магнитные свойства вещества".
С точки зрения приближения научного содержания курса физики средней школы к идеям современной физической науки необходимость изучения этого материала в курсе физики средней школы диктуется в первую очередь тем, что за последние десятилетия магнетизм обогатился сведениями о новых явлениях, таких как антиферромагнетизм, ферромагнетизм, ферромагнитный и парамагнитный резонанс, магнитное сверхнизкое охлаждение и др., которые находят самое широкое применение в современной технике.
В целом сейчас невозможен прогресс практически ни в одной области техники, а также в значительном числе естественных наук без использования магнитных материалов, основанных на получении магнитных веществ с заданными свойствами.
В.С.Вонсовский, говоря о роли и месте магнитных свойств вещества в жизни общества, пишет: "... если вещество и электромагнитное поле потеряет свои магнитные свойства, ... современная цивилизация замрёт ...". В связи с этим он говорит о необходимости изучения магнетизма: " ... магнетизм - это такое свойство материи, которое достойно более глубокого внимания и изучения ... " [ 2.19, с. 5 ] .
Нужно отметить, что магнитные свойства вещества, физическая картина явлений и процессов в магнитном поле, природа самих магнитных явлений в настоящее время уже хорошо изучены. Однако, несмотря на то, что научные знания основных свойств магнетизма веществ позволяют дать учащимся адекватную научную картину, а также необходимы для повышения качества знаний учащихся по физике, формирования и развития системы основных физических понятий, магнитные свойства вещества еще не изучаются в курсе физики средней школы на уровне, удовлетворяющем современным требованиям. Конечно, положение существенно изменилось по сравнению с периодом около двух десятилетий тому назад, когда в школе ещё не была принята действовавшая до 198I года программа по физике [2.64] , а изучение магнитных свойств вещества проводилось согласно программе [2.63] . В то время магнитные свойства вещества изучались, по метким замечаниям Я.Г.Дорфмана [3.16 ] и Н.М.Шахмаева [ 3.39] на том уровне, на котором они изучались 90-100 лет назади. В действовавшей до 198I года программе по физике для средней школы, после некоторых проведенных в её рамках модификаций, сложилась следующая картина [ 2.64 ] .
В УП классе программа ограничивалась вопросами о постоянных магнитах и магнитном поле Земли, входящими в тему "Электромагнитные явления" [с.21-22] . В объяснительной записке к программе указывалось, что эта тема в целом изучается только качественно на основе демонстрационных опытов и лабораторных работ [ с.7 ] . К демонстрации по магнитным свойствам вещества относились указанные в программе опыты по ознакомлению с действием различных магнитов и намагничиванию стального стержня в магнитном поле Земли. В качестве фронтальных лабораторных работ программа предлагала работы по изучению свойств магнита и по получению изображений магнитных полей [с.22] .
Физический эксперимент по магнитным свойствам вещества в УП классе
Демонстрационные опыты с различными магнитами (естественным, стальным, из специального сплава и керамическим) описаны в литературе [2.10] и др. Описаны в литературе и фронтальные лабораторные работы по изучению свойств магнита и по получению изображений магнитных полей [2.13] и др. Мы остановимся лишь на вновь разработанных нами фронтальных опытах, входящих в рекомендуемую нами систему школьного физического эксперимента по маг -нитным свойствам вещества в УП классе.
Оборудование к опытам, заранее приготовленное в лотках (на столе учителя), вместе с описаниями опытов на карточках раздается ученикам.
Название, цель опыта, перечень оборудования, рисунки заносятся учениками в тетради. После проведения каждого опыта учащиеся должны попытаться самостоятельно ответить на вопросы, поставленные в конце описания. Ответы на эти вопросы обсуждаются в ходе беседы, проводимой после выполнения опытов.
При изучении вопроса о полюсах магнитов ставятся фронтальные опыты, подтверждающие появление двух полюсов у намагниченных железных .предметов (Здесь, как и далее, описывается группа из нескольких фронтальных опытов, относящихся к данному изучаемому вопросу).
Опыт I. Намагничивание железных предметов на расстоянии.
Цель опыта: убедиться, что у намагничиваемого на расстоянии железного предмета появляются два магнитных полюса - северный и южный.
Оборудование:
1. Маленькая магнитная стрелка - I
2. Использованное ножовочное полотно длиной 8-Ю см - I Проведение опыта:
1. Устанавливают магнитную стрелку на остриё, дают уопокоиться. Подносят пилку одним концом перпендикулярно к стрелке (рис.За) но не касаются её.
2. Стрелка повернется к полотну. Если притянулся северный (С) полюс стрелки, отмечают карандашом на конце пилки буквой (Ю), если притянулся южный полюс стрелки, отмечают на конце пилки буквой (С) - рис.3,6}
3. Разламывают пилку пополам, не стирая надписи. Проделывают с частями такую же операцию, как и с целой пилкой.
4. Приводят в соприкосновение части по разлому. Зарисовывают пилки с надписями полюсов (рис.3,в).
Вопросы:
1. Можно ли полюсы отделить друг от друга?
2. Что представляют собой новые самостоятельные магниты?
3. Что получится,если продолжать делить на более мелкие части магнит?
4. Что представляют собой самые маленькие части магнита?
Опыт 2. Намагничивание железного предмета при соприкосновениі
Цель опыта: убедиться, что у намагничиваемого при соприкосновении железного предмета появляются два магнитных полюса -северный и южный. Оборудование:
1. Подковообразный магнит
2. Кусок железной проволоки, шуруп, гвоздь, канцелярская скрепка.
Проведение опыта.
Магнит держат так, чтобы полюса находились внизу. Снизу подносят железные предметы (проволоку, шуруп, гвоздь, скрепку).
Замечают, что притянувшиеся предметы располагаются в сторону второго полюса (рис.4).
Вопрос: Почему притянувшиеся к магниту.: предметы располагаются в сторону второго полюса?
Опыт 3. Невозможность намагничивания тела замкнутым магнитом.
Цель опыта: убедиться, что у замкнутого магнита нет магнитных полюсов. Оборудование.
1. Подковообразный магнит
2. Железная пластинка
3. Скрепки, гвозди, шурупы
Проведение опыта. Магнитом касаются предметов (скрепок, гвоздей, шурупов). Притянувшиеся предметы удерживаются у полюсов магнита. Удаляют предметы с полюсов магнита и подносят пластинку, она притягивается и замыкает полюса магнита. Магнит с притянувшейся пластинкой подносят к скрепкам, гвоздям, шурупам. Убеждаются, что предметы, ранее притянувшиеся, теперь же не реагируют на магнит.
Содержание и формы педагогического эксперимента
В соответствии с указанными во введении методами исследования мы ставили педагогический эксперимент в школах.
Поставленный нами педагогический эксперимент проводился с 1971 по 1981 годы в школах гор.Душанбе, где преподавание физики проводилось лично диссертантом. (Следует отметить, что и в последующие годы преподавание физики в школах, где проводился педагогический эксперимент, осуществлялось самим диссертантом с помощью учителей, использовавших в своей работе методические идеи и результаты исследований диссертанта и помогавшими ему в контроле знаний учащихся).
Первые два года педагогического эксперимента составили его констатирующий этап, на этом этапе обнаруживались недостатки школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества.
В ходе этого этапа проводились наблюдения учебно-воспитательного процесса по физике на уроках в УП и IX классах, беседы с учителями и учащимися, проводился анализ научной и учебно-методической литературы по магнитным свойствам вещества.
В процессе педагогической работы диссертант предпринимал попытки совершенствования опытов по магнитным свойствам вещества.
С 1973 по 1974 годы этап эксперимента носил поисковый характер: диссертант вплотную приступил к преодолению недостатков существующего демонстрационного и лабораторного учебного эксперимента по магнитным свойствам вещества. Осуществлялось опытное преподавание в области учебного эксперимента.
Заключительный этап педагогического эксперимента - обучающий, протекал в течение 1975-1980 годов, когда диссертант работал в школе № I гор.Душанбе (1975-76 и 1976-77 уч.г.) и в школе № 2 г.Душанбе (1978-198I уч.г.), а также продолжал руководить педагогической практикой студентов в школах г.Душанбе (F# 21,22,31).
На этом этапе активно проверялась педагогическая эффективность предложений диссертанта, направленных на преодоление недостатков школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества, на его совершенствование.
В то же время продолжалось изучение вновь изданной научной и учебно-педагогической литературы. Заметим, что в годы, когда диссертант лично не работал в школе в качестве учителя физики (основная его работа - старший преподаватель кафедры общей физики Таджикского государственного университета им.В.И.Ленина) , педагогический эксперимент не прерывался: он осуществлялся учителями школ под методическим руководством диссертанта. Они получили машинописные экземпляры материалов с описанием новых опытов, разработанных диссертантом. Опытное преподава -ние учителями осуществлялось под систематическим контролем диссертанта, по его советам и рекомендациям. Диссертант присутствовал на многих занятиях, принимал участие в экзаменах, проводил индивидуальные и мелкогрупповые беседы со школьниками.
Диссертант систематически участвовал в городских и районных научно-методических объединениях учителей физики гор.
Душанбе, где выступал с описанными в настоящей работе опытами, такие же выступления проводились диссертантом в Душанбинском городском институте усовершенствования учителей.
В ходе педагогического эксперимента проводилось опытное преподавание, систематическим оно было на поисковом и обучающем этапах педагогического эксперимента. Всего педагогическим экспериментом в опытных школах было охвачено около 2000 учащихся.
Классы опытных школ были разделены на "экспериментальные", где осуществлялась специальная целенаправленная постановка демонстрационных и лабораторных опытов по магнитным свойствам вещества, и "контрольные", где такой целенаправленной постановки опытов не проводилось. Такое разделение было проведено с целью сравнения и определения педагогического эффекта от реализации наших предложений. В ходе опытного преподавания анализировалось, как усваивают школьники "экспериментальных" классов содержание и смысл опытов по магнитным свойствам вещества, а также как целенаправленное изучение этих вопросов влияет на качество знаний по физике. С этой целью на уроках и в индивиду -альных и групповых беседах со школьниками им задавались вопросы, имевшие целью проверить качество приобретенных ими знаний по вопросам о магнитных свойствах вещества. Подобные же вопросы задавались школьникам для ответа в письменном виде.
При этом ответы на вопросы по магнитным свойствам вещества оценивались по критерию их полноты: I) правильный полный ответ (ППО); 2) правильный, но не полный ответ (ПНО); 3) неправильный ответ (НО). При этом ППО считался такой ответ, когда учащиеся правильно понимают физическую сущность рассматриваемого явления по магнитным свойствам вещества, умеют при -вести конкретные примеры проявления этих свойств и провести необходимые опыты.
Оценку ПНО получает ответ, в котором сравнительно с ППО допускаются несущественные пробелы. НО ставится тогда, когда не выполняются требования ПНО. В "контрольных" классах школьникам задавались вопросы по магнитным свойствам вещества в строгом соответствии с программой курса.
Похожие диссертации на Совершенствование системы школьного физического эксперимента по магнитным свойствам вещества
