Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПРИНЦИП ВВЕДЕНИЯ ПОНЯТИЙ ЧЕРЕЗ ЗАДАЧИ 19
1. Общее рассмотрение 19
2. Схема введения понятий динамики вращательного движения 22
3. Организационные аспекты 25
4. От круга задач к теоретическим трактовкам 26
5. Трактовка и введение энергетических понятий 28
ГЛАВА 2. ПРИНЦИП ПОЗАДАЧНОГО СТРУКТУРИРОВАНИЯ 33
1. Раскрытие целостной темы 33
2. Кумулятивные эффекты и столкновение струй 35
3. Локализация и обход методических трудностей 38
4. Гибкость в применениях 41
5. О популяризации 42
ГЛАВА 3. ПРИНЦИП ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАДАЧ С СОПУТСТВУЮЩИМИ МЕТОДИЧЕСКИМИ ЦЕЛЯМИ 45
1. Задачи "двойного назначения" 45
2. Включение в реальный контекст 48
3. Научный контекст 49
4. Цели пропедевтики 51
5. Подготовка к работе с приборами 53
6. Предостережения 55
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТ В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ -ФИЗИКА ЧЕРЕЗ ЗАДАЧИ 56
1. Вводные замечания 56
2. Основные цели курса 57
3. Учебная программа 59
4. Синтетический урок 62
5. Лекционно-семинарская система 64
6. Раздаточный учебный материал 65
7. Два вида учебных программ 67
8. Домашние задания и проверочные работы 68
9. Лабораторные работы исследовательского характера 70
10. Экзамены и система оценок 71
11. Система обратной связи 72
12. Передача технологии 74
13. Итоги эксперимента 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
БИБЛИОГРАФИЯ 80
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 86
МАТЕРИАЛЫ 1-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ (8-Й КЛАСС) 86
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
МАТЕРИАЛЫ 2-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ (9-Й КЛАСС) 99
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. і
МАТЕРИАЛЫ 3-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ (10-Й КЛАСС) 114
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.
МАТЕРИАЛЫ 4-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ (11-Й КЛАСС) 131
Введение к работе
Ум - это когда мы самым лучшим образом разрешаем ту или иную жизненную задачу. Мудрость обязательно сопрягает разрешение данной жизненной задачи с другими жизненными задачами, находящимися с этой задачей в обозримой связи. Поэтому мудрость часто пренебрегает самым лучшим решением данной задачи ради чувства справедливости по отношению к другим задачам. Умное решение может быть и безнравственным. Мудрое — не может быть безнравственным. Ум - разит. Мудрость - утоляет. Мудрость - это ум, настоянный на совести. Такой коктейль многим не только не по плечу, но и не по нутру.
Фазиль Искандер. Стоянка человека
Общепризнанно, что без решения задач нет полноценного обучения физике, какие бы глобальные цели не ставились перед школьным курсом, какими бы ни были объем и содержание программ и выделенное на изучение физики время. Не удивительно, что различные аспекты учебной задачи являются предметом методических исследований, а сборники задач по физике разного рода и назначения широко издаются и оказываются востребованы.
Само понятие учебной задачи, принципы отбора и приемы их постановки находятся в центре внимания исследователей в области педагогики от психологов до методистов ( П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, Д. Пойа, С. Л. Рубинштейн, Н. Ф. Талызина, Б. Д. Эльконин и ДР-) Теоретические и практические аспекты системного использования задач в обучении физике являются предметом многочисленных методических публикаций и диссертационных исследований (И. Л. Беленок, А. Н. Величко, В. Е. Володарский, Н. Ф. Искандеров, О. Ф. Кабардин, Г. И. Ковалева, А. В. Коржуев, Л. А. Ларченкова, И. Е. Лихтштейн, О. О. Макарычева, И. М. Низамов, В. А. Орлов, Н. Н. Тулькибаева, Л. М. Фридман и др.).
Отмечено, что переход к развивающему образованию (Н. Г. Алексеев, В. В. Давыдов, Ю. В. Громыко, В. В. Рубцов) требует разработки новых форм организации образовательного процесса. Задачная форма организации процесса образования в средней школе выступает как гибкое средство реализации новых идей и концепций (М. В. Половкова).
В специализированных школах и классах многие, разрабатываемые исследователями идеи не только осуществлены, но и предвосхищены. Данная работа опирается прежде всего на сложившиеся в практике обучения в Новосибирской физико-математической школе методические принципы с тем, чтобы показать их плодотворность и в условиях общеобразовательной школы. Это продолжение и развитие традиций, заложенных инициаторами создания ФМШ, обеспокоенных состоянием дел в общеобразовательной школе.
Создание и развитие Сибирского отделения Академии наук и Новосибирского научного центра (ННЦ) потребовали разработки целостной системы подготовки научных кадров. Основной ее принцип - неразрывная связь науки и образования. Новосибирский государственный университет и ФМШ взаимодействуют во всех аспектах работы с научно-исследовательскими институтами ННЦ. Студенты и школьники подключаются к научным разработкам, а научные сотрудники являются ведущими преподавателями НГУ и ФМШ и активными участниками образовательной деятельности.
Основополагающие концепции обучения физике в Новосибирской физико-математической школе прошли успешную и долговременную проверку. Из года в год ее выпускники поступают в ведущие вузы страны по физическим и физико-техническим специальностям, зачастую оказываясь среди лучших студентов этих вузов, а по окончании становятся активными исследователями в разных областях науки. Свидетельством высокой оценки профессионального уровня преподавателей со стороны их бывших учеников является то, что более 20 преподавателей физики ФМШ получили звание "Соросовский учитель". Конкурс на это звание проводится по результатам опросов студентов ведущих вузов страны. (Трижды звания "Соровский учитель" был удостоен и автор этого исследования.)
Естественно, что опыт Новосибирской ФМШ вызывает широкий интерес и востребован как в специализированных, так и в общеобразовательных школах. Многие специалисты справедливо полагают, что помимо основного своего назначения по подготовке научной смены, ФМШ является и своеобразной лабораторией, где разрабатываются и проверяются новые программы, новые методы обучения и ведется постоянный научно-методический поиск. Результаты такой работы могут и должны стать общим достоянием, помогая поднять уровень физического образования.
Активное участие преподавателей ФМШ в составлении задач для олимпиад по физике и их проведении, организация различных курсов и других мероприятий для учащихся и преподавателей как в Новосибирске, так и в других регионах, постоянная работа Заочной ФМШ содействуют распространению методического опыта. Другой канал, через который новые концепции и методические разработки выходят во внешний мир, это создание разнообразных учебных пособий. Отметим ставшую классической книгу "Задачи по физике" [20-23]. Общий тираж ряда ее изданий превысил 500 000 экземпляров. Общепризнанно ее влияние на практику преподавания физики в нашей стране и за ее пределами. Книга была издана на французском и испанском языках [24-25].
Давно назрела необходимость в анализе и обобщении уникального методического и дидактического материала по разным направлениям образовательной деятельности в области физики и находящего применения за пределами физико-математической школы. При всех различиях условий и целей общеобразовательных и специализированных школ опыт последних имеет и общее значение и во многом указывает направление назревших изменений.
Формирование замысла данного исследования происходило в русле идей и деятельности в области образования выдающихся ученых и специалистов Новосибирского научного центра. Они участвовали в выработке концепций физического образования и в проведении их в жизнь. За более чем тридцатилетний период преподавания в Новосибирской ФМШ автор имел возможность приобщиться к их опыту и примеру не только по публикациям, но и в прямом общении и сотрудничестве ( М. А. Лаврентьев, Г. И. Будкер, С. Т. Беляев, Д. В. Ширков, А. А. Ляпунов, Ю. И. Соколовский, С. И. Литерат, И. Ф. Гинзбург, Е. И. Биченков, Н. С. Диканский, О. Я. Савченко, П. И. Зубков, М. А. Могилевский, В. Г. Харитонов, Г. А. Кутузова, А. М. Трубачев, А. П. Ершов, Г. Л. Коткин, В. Г. Сербо, Г. В. Меледин, Е. И. Пальчиков, А. И. Валишев, И. Б. Хриплович, А. А. Киприянов).
Особенно поучителен был опыт работы с академиком СТ. Беляевым и замечательным специалистом в методике преподавания Ю.И. Соколовским. Подход "от физики" в поиске трактовок, доступных восприятию учащихся, органическое единство глубоко продуманных лекционных курсов и практики по решению задач, целостное видение проблем физического образования — все это не только служило образцом для подражания, но и побуждало к самостоятельным методическим разработкам.
Для определения рамок исследования и уяснения аспектов системного использования задач был ценен опыт коллег из Москвы и Санкт-Петербурга (В. Г. Разумовский, А. А. Пинский, А. Р. Зильберман, И. Ш. Слободецкий, Е. И. Бутиков, А. А. Быков, А. С. Кондратьев).
Актуальность данной работы не в последнюю очередь связана с тем, что в современных условиях происходит переоценка функций учебной задачи. Из образовательной политики в области государственного тестирования следует, что умение решать задачи становится основным критерием успешности обучения физике. В свете этого рассмотрение учебной задачи как элемента, конституирующего весь процесс обучения и обеспечивающего активную познавательную деятельность учащихся представляется своевременным.
В специализированных школах и классах, ориентированных на требования вузов, практика по решению задач является основным средством приобщения учащихся к содержанию и методам физики. Основная причина в том, что для подлинного усвоения физики и успешного обучения в вузе важны именно те навыки, которые развиваются при решении задач. Отражается это и в распределении учебных часов. Например, в Новосибирской физико-математической школе на лекции по физике отведено 2 часа, на занятия по решению задач - 4 часа, на лабораторные работы — 1,5 часа в расчете на неделю.
При построении же курсов физики в общеобразовательной школе задачи рассматривают как необходимый, но все же вспомогательный компонент курса, который к тому же зачастую подвергается сокращению. Вместе с тем заметна опасная тенденция вырождения образовательного процесса в "натаскивание" на типовые, стандартные задачи, что не отвечает целям полноценного физического образования и практически неэффективно. Это не позволяет системно и в полную силу использовать высокий обучающий и развивающий потенциал задач, ввести в общую практику многие ценные методические находки и приемы, мало способствует воспитанию интереса к физике, не позволяет гибко учесть возрастные и другие особенности учащихся.
Этот предварительный анализ ситуации позволяет указать основные противоречия, обусловившие актуальность исследования:
- между ролью практики по решению задач в приобщении учащихся к физическим представлениям и тем местом, которая она занимает в обучении физике в общеобразовательной школе;
- между требованиями, которые предъявляются к знаниям и умениям выпускников в физике, как основы их дальнейшего образования, и реальным уровнем подготовки;
- между возможностями, которые системное использование задач открывает для развития способностей учащихся, и ограниченностью обучающих функций задач в реальной практике обучения физики;
- между преимуществами построения курса физики, в котором весь материал и задачи системно взаимосвязаны и структурой современных учебных пособий, где эта взаимосвязь полноценно не реализуется.
Назначение задач в курсе физики общеобразовательной школы зачастую понимается неоправданно узко. Более того, многие известные и доказавшие свою плодотворность методические подходы не используются в полной мере. Поэтому есть смысл остановиться на общем рассмотрении назначения задач и наметить связи с темой данного исследования.
Нельзя понять физику, не решая задач. Решение задач важнейший вид учебной деятельности, в которой учащиеся овладевают теоретическим содержанием курса физики, развиваются их творческие способности, формируются способы и структуры деятельности, лежащие в основе продуктивного мышления.
Распространенное мнение о том, что задачи служат для проверки знаний, чересчур односторонне. Решение задач является и средством овладения знаниями и методами физического мышления, помогают ощутить дух научного поиска. Интересная и важная задача - своего рода вызов творческим способностям учащихся, она вызывает эмоции, а проблема, в ней поставленная, становится их собственной проблемой.
Использование задач в учебной деятельности многоаспектно и здесь важны не только "прямое" и "стандартное" назначение в локальном контексте, но и "сопутствующие" методические цели, которые обеспечивают интегральный эффект. Реализация таких целей требует и соответствующего построения курса в целом. Это прежде всего относится к возможностям пропедевтики, когда для "отработки" какого-либо раздела курса используются задачи, подготавливающие усвоение других разделов.
Как ни интересна была бы задача сама по себе, "отдача" от нее зависит от всего контекста процесса обучения. Опытный преподаватель озабочен не только выбором подходящих по теме и поучительных в том или ином отношении задач, а построением такой их последовательности, когда одна задача помогает решить другую, а значение отдельной задачи проясняется в свете целого. Когда такая последовательность задач раскрывает содержание с достаточной полнотой, то можно говорить о позадачном структурировании темы. Оно позволяет обратить внимание учащихся на существенные моменты, значение которых зачастую ускользает при пассивном знакомстве с темой только по изложению в учебнике. Такое структурирование образует благоприятную основу для развития навыков интеграции знаний.
"Большинство задач из задачников и учебников мало связаны между собой: они служат для иллюстрации какого-то одного конкретного правила и дают возможность приобрести практику лишь в его применении. После того как эти задачи сослужили свою службу, их можно (и нужно) забыть. В противоположность им ... задачи с глубоким подтекстом ... порождают поучительные вопросы, из которых в свою очередь возникают новые интересные задачи, - и так продолжается до тех пор, пока разветления первоначальной задачи не покроют весьма широкую область" [69, с. 351].
Указанная Д. Пойа особенность задач с глубоким подтекстом имеет глубокое психологическое значение для учебного процесса. Задачи, находящиеся в обозримой связи друг с другом, решение каждой из которой представляет и воспринимается как заметное продвижение, открывающее новые перспективы, создают дополнительную мотивацию для интеллектуальной активности учащихся.
Во многом решающим здесь является выбор соразмерной возможностям учащихся величины "шага". С одной стороны, задачи, почти не содержащие элемента неожиданности и новизны, мало что дают для развития учащихся и приводят к утрате интереса. С другой стороны, задачи, которые при данном уровне подготовки учащихся не поддаются их усилиям, тоже мало эффективны. Примерным критерием может служить следующее: если полное решение задачи требует преподавательского вмешательства и помощи в объеме выше 50%, то последовательность задач требует пересмотра.
Задачи, восходящие к научной практике и обращенные к явлениям природы, не только расширяют кругозор учащихся, но и помогают осознать плодотворность физических законов и методов в применении к реальным ситуациям. При этом они не обязательно труднее "стандартных" задач, в которых фигурируют предельно упрощенные и идеализированные системы. Более того, в таких задачах естественно возникает момент выбора необходимых в конкретном контексте упрощений и идеализации, что безусловно ценно в методическом плане. Рассмотрение соотношения науки и научного познания и школьного обучения в более общем плане проведено в работах Л. Я. Зориной, В. Г. Разумовского, В. Ф. Ефименко, В. В. Мултановского, И. Я. Лернера, В. С. Леднева, В. Я. Синенко и др.
Примечательно, что добиваясь доходчивого и адекватного духу науки освещения тех или иных вопросов, многие авторы как в учебной, так и в научно-популярной литературе прибегают к изложению по форме и по существу близкому позадачному структурированию.
Физика — экспериментальная наука. Без демонстрационного эксперимента и лабораторного практикума нет полноценного приобщения к методам и самому духу физического исследования. Эффективность этих компонентов учебного курса заметно повышается при системном использовании задач, подготавливающих учащихся к разным аспектам опытного исследования.
Задачи-демонстрации, когда требуется не только объяснить демонстрируемое явление, но и самому изготовить простую установку и провести опыты и измерения, способствуют более глубокому и эмоциональному восприятию изучаемого материала и развивают важные практические и интеллектуальные навыки.
Экспериментальные задачи и лабораторные работы исследовательского характера, в которых знакомство с новыми физическими явлениями предваряет их последующее изучение, способствует развитию творческих способностей учащихся и их самостоятельности.
Учебная и методическая литература, посвященная приобщению учащихся к опытному исследованию, содержит обширный и полезный в практике преподавания материал. В частности, публикациях [11, 12, 46, 55, 60, 62, 64] отражены некоторые аспекты, примыкающие к теме данного исследования.
Разделение курса физики на "теорию" и "задачи" имеет определенные основания, но не является абсолютным. Ряд успешно применяемых методических разработок показывает широкие возможности переноса материала из одной сферы в другую. Скажем, традиционно относимое к "теории" введение и определение новых понятий, включая важнейшие, может быть весьма эффективно проведено через постановку, решение и обсуждение задач.
Чтобы высокий развивающий потенциал задач был задействован, главное не просто выделить на них большее время. Требуется создание соответствующей структуры обучающей деятельности. Само построение курса физики должно быть ориентировано на то, чтобы всемерно использовать методические возможности учебной задачи. Учебная задача тогда выступает как методическая основа построения курса физики. Изложение содержания курса строится как процесс решения и обсуждения взаимосвязанных задач, в ходе которого учащиеся не просто применяют изученное на практике, но и усваивают новые понятия, развивают представления о методе физики как науки, приобщаются к элементам физического мышления. Это предполагает целостную проработку всего учебного материала с целью:
- определить, какие задачи способствуют овладению физическими законами и навыками физического мышления;
- найти трактовки физических законов и понятий, которые открывают учащимся доступ к наиболее значимым их применениям;
- оценить локальный и интегральный эффект предлагаемого варианта использования задач.
Специфика данного исследования состоит в том, что в центре внимания находится использование учебной задачи как конструктивной единицы, определяющей построение курса физики и организацию всего процесса обучения, а не вопросы обучения решению задач.
В рамках заявленной темы, учебная задача как методическая основа построения курса физики, рассмотрены следующие методические принципы:
1. Введение физических понятий через задачи.
2. Позадачное структурирование тем (блоков, разделов) курса.
3. Использование задач с сопутствующими методическими целями как средства интеграции содержания курса.
Особое внимание уделено описанию практической реализации концепций исследования в курсе "ФИЗИКА ЧЕРЕЗ ЗАДАЧИ" для 8-11 классов общеобразовательной школы.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Цель диссертационной работы - разработка и анализ методических принципов использования учебной задачи как основы построения курса физики на примерах из публикаций и практического опыта автора.
Объект исследования - процесс обучения физике при использовании учебной задачи как методической основы построения курса.
Предмет исследования - организация деятельности учащихся при использовании учебной задачи как основы построения курса. Гипотеза исследования. Развитие культуры мышления и творческих способностей учащихся и усвоение ими физических представлений осуществляется более эффективно при вовлечении их в системно организованную деятельность по решению и обсуждению задач.
Задачи исследования определены целью и гипотезой исследования:
1. Раскрыть методические возможности и способы использования учебной задачи для построения курса физики.
2. Рассмотреть предлагаемые методические принципы в аспекте их применимости для обучения в общеобразовательной школе.
3. Разработать методику обучения и программу курса "Физика через задачи" для общеобразовательной школы.
4.Проверить разработанную методику обучения в долговременном педагогическом эксперименте.
Методы исследования:
- анализ философской, психологической, педагогической, научной, методической и учебной литературы по теме исследования;
- педагогический эксперимент в самых разных формах;
- моделирование с включением экспертных оценок;
- онтодидактический анализ (исследование проблем методами науки в интересах повышения эффективности обучения).
Этапы исследования
1 -й этап
- Участие в работе над серией сборников задач по физике в 1972-78гг.
- Разработка программ курса физики для учащихся Новосибирской ФМШ.
- Подготовка книги "Воробьев И. И. Учебное пособие по физике для учащихся ФМШ. Ч. 1-3. НГУ 1977-78 г."
- Проведение спецкурса "Теория относительности в задачах" на основе идеи изучения раздела физики через решение последовательности взаимосвязанных задач в 1980-81 гг.
- Составление большого числа задач обеспечивающих учебный процесс.
2-й этап
- Участие в работе над 1-ми 2-м изданием "Задачи по физике. М., Наука.
1981 и 1988 гг., под редакцией О.Я.Савченко, авторы И.И.Воробьев, П.И.Зубков, Г.А.Кутузова и др. ", заключавшаяся и в методической разработке материала глав 1-4 и 8, где проведены ряд авторских концепций по теме диссертационного исследования.
- Публикация в журнале "Квант" статей, где проведен принцип "позадачного структурирования".
- Издание книги "И.И.Воробьев, Теория относительности в задачах. М., Наука. 1989", в которой осуществлены концепции диссертационного исследования.
3-й этап
- Итоговый педагогический эксперимент по проверке эффективности применения разработанной в соответствии с темой диссертационного исследования программы и методики курса "Физика через задачи" для 8-11 класса общеобразовательной школы.
Экспериментальное обучение проводилось в исследовательском классе средней школы № 204 г. Новосибирска с 1992 по 1996 год с полным документированием занятий и заданий.
Научная новизна исследования
1. Выделены методические принципы широкого многоаспектного использования учебной задачи как методической основы построения всего курса физики.
2. Разработана методика изучения физики через процесс решения и обсуждения взаимосвязанных задач, в ходе которого усваиваются новые понятия, воспринимаются представления о методе физики как. науки, вырабатываются навыки физического мышления.
3. Разработана система формирования и развития интереса учащихся к предметной области и к самим приемам и способам интеллектуальной и исследовательской деятельности.
4. В процессе комплексной работы по теме исследования получены следующие конкретные научно-методические результаты:
- предложен простой способ нахождения траектории в кеплеровской задаче;
- предложена научная и методическая трактовка понятий работы и тепла в термодинамике ("Статистический смысл 1-го начала");
- предложена методика введения понятий динамики вращательного движения на основе простых моделей;
- предложена методика введения и изложения энергетических понятий в механике, обеспечивающая надежную основу для применений во всех разделах физики.
Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании роли системного использования учебных задач в приобщении учащихся к физическим представлениям и развитии общей культуры мышления при обучении физике в общеобразовательной школе.
Практическая значимость состоит в том, что
- предлагаемый подход может быть применен на всех уровнях физического образования как школьного, так и вузовского;
- проведена систематизация большого количества задач и составлены новые задачи разного назначения, результатом чего является издание более 10 сборников задач;
- задачи диссертанта использовались на вступительных экзаменах в НГУ, на физических олимпиадах разного уровня и для разного рода работы с учащимися;
- методические принципы, разработанные в рамках диссертационного исследования, были проведены в публикациях учебно-методического
характера, которые используются в Новосибирской ФМШ и за ее пределами;
- получены положительные результаты использования разработанных методик в учебном процессе в специализированной, в общеобразовательной школе и вузе (подтверждено документацией).
На защиту выносятся
- положение о том, что выбор учебной задачи как методической основы построения курса физики обеспечивает более эффективное развитие культуры мышления учащихся и усвоение ими физических представлений;
- разработанная автором методика изложения физических законов и понятий в органической связи с процессом решения задач.
Апробация результатов исследования осуществлялась посредством издания различных учебных пособий как в местных, так и центральных издательствах. Важнейшие из них:
- И. И. Воробьев. Учебное пособие по физике, 4.1-3. Новосибирск: НГУ, 1978,200 с.
- И. И. Воробьев. Теория относительности в задачах. М., Наука, 1989, 176 с, издана на испанском языке.
- И. И. Воробьев, П. И. Зубков, Г. А .Кутузова, О. Я. Савченко, А. М. Трубачев, В. Г. Харитонов, Задачи по физике. М.: Наука, 1988, 432 с.
(4 переиздания, издана на французском и испанском языках).
- В журналах "Квант" и "Quantum" (США, на английском языке) опубликовано 15 статей.
- Результаты исследования сообщались на Всесоюзной конференции АПН СССР "Межпредметные связи в процессе преподавания основ наук в средней школе" (Алма-Ата, 1973); на международной конференции Юнеско "Structer of Matter in the School" (Венгрия, 1978); на международной конференции "Физика в системе современного образования" (С.-Петербург, 1999); при проведении курсов усовершенствования учителей г. Новосибирска.
Автор благодарен своим учителям и ученикам, с которыми были осуществлены первые шаги этого исследования, коллегам по ФМШ, НГУ и НГПУ, без поддержки которых исследование было вряд ли мыслимо, коллектив журнала "Квант" за благожелательное сотрудничество, коллегам из многих городов России и зарубежным коллегам, работа с которыми при проведении олимпиад и других образовательных акций была поучительна и стимулировала к дальнейшим поискам. Соавторы по различным публикациям - А. И. Валишев, П. И. Зубков, А. П. Ершов, Г. А. Кутузова, О. Я. Савченко, Ю. И. Соколовский, А. М. Трубачев, В. Г. Харитонов проявили высокий профессионализм. Особая благодарность С. В. Масичу, С. А. Ровкиной и Н. В. Личман, с которыми проводился педагогический эксперимент в средней школе № 204 г. Новосибирска. А. А. Качеев привлек автора к разработке курса "Механика и теория относительности" на факультете информационных технологий НГУ и указал на необходимость данного исследования. Автор благодарен И. Б. Хрипловичу за обсуждение замысла и помощь в издании книги "Теория относительности в задачах". Обсуждение проблем обучения физике с Г. Л. Коткиным, Г. В. Мелединым и В. Г. Сербо во многом способствовали уяснению направлений исследования. Автор благодарен за рассмотрение работы и внесенные замечания К.А. Юрьеву и А.Н. Величко. Глубокая благодарность В. О. Красавчикову за техническую помощь.
Общее рассмотрение
Важность "обратной связи" между задачами и физическими законами неоднократно отмечалась. Скажем, в предисловии широко используемой книги [8, с.З] говорится: "Каждая задача должна давать повод для серьезного и глубокого ... разговора о сути физических явлений и законов". При этом неявно подразумевается, что задаче предшествует знакомство с некоторой темой, а затем при решении и обсуждении решения происходит возвращение к ней для прояснения и анализа каких-то аспектов этой темы.
Однако, и сама задача может служить отправной точкой, подводящей к новой теме. Скажем, в уже упомянутой книге [8, с. 458-461] можно найти пример, когда именно постановка задачи служит мотивировкой к введению новой физической идеи - принципа эквивалентности поля тяжести и ускоренного движения системы отсчета.
Вот, что по этому поводу сказано А. А. Ляпуновым, выдающимся ученым и одним из основателей Новосибирской физико-математической школы: "При изложении новых разделов курса мне всегда кажется, что основная задача преподавания состоит в том, чтобы довести до сознания слушателя необходимость разработки соответствующего раздела" [59, с. 3]. И далее: "Чрезвычайно важно, чтобы новые идеи возникали в процессе решения задач и чтобы таким образом их необходимость становилась очевидной для школьников" [59, с. 12].
Более того, во многих случаях введение новых понятий именно при постановке задачи и в процессе ее решения приводит не только к более глубокому усвоению этих понятий, но и к экономии времени. Для учащихся с привитыми навыками самостоятельного творческого мышления правило "хочешь понять - сделай сам" плодотворно не только при рассмотрении отдельных тем, но и в освоении разделов курса физики в целом.
Введение физических понятий через задачи выступает как важнейший конструктивный принцип построения курса физики и процесса обучения, направленного на развитие интеллектуальных способностей учащихся. Он подразумевает не только саму мотивировку понятия и "естественное" включение его в доступный учащимся контекст применений, но и раскрытие в применениях существенных сторон понятия, его места в системе физического знания. Условие методического и дидактического эффекта этого принципа - полноценная координация различных сторон познавательной деятельности учащихся по ходу решения и обсуждения задач.
Пример последовательного проведения этого принципа - книга диссертанта [26], где физические основы специальной теории относительности представлены последовательностью взаимосвязанных задач и обсуждений. В предисловии [26, с.4] высказан ее основной методический замысел: «Книга представляет идеи теории относительности "в работе". Введение понятий и их применение осуществляется главным образом при постановке задач и в процессе их решения. Стройность изложения материала от этого выигрывает, конкретная ситуация подсказывает подходы, полезные и в дальнейшем; общие соображения сразу находят поддержку и уточнение; происходит естественное разделение материала на направления, имеющие и самостоятельный интерес».
Раскрытие целостной темы
Подборки задач, относящихся к данной теме, которые отражают те или иные существенные ее моменты, безусловно могут служить ценным и эффективным средством обучения и развития учащихся. Особый интерес представляет случай, когда тему удается раскрыть посредством цепочки взаимосвязанных задач, каждая из которых воспринимается не только сама по себе, но и в свете "сверхзадачи", как шаг ведущий нас к цели. Такое "позадачное структурирование темы", дает дополнительную мотивацию познавательной деятельности учащихся и способствует формированию ценных интеллектуальных навыков.
Позадачно структурированная тема дает естественную основу для применения разных форм проблемно-ориентированного обучения.
Разработка и представление подлежащего изучению материала в "позадачно структурированном виде" исключительно полезны как в практическом преподавании, так и на поисковых, предварительных этапах методической работы. Это важнейший конструктивный принцип построения курса физики на основе учебной задачи.
Выше в качестве применения принципа введения физических понятий через задачи схематически излагалась разработка темы "Динамика вращательного движения". Она одновременно является и примером проведения принципа позадачного структурирования. Общая цель, которая задает развитие "сюжета", - это поиск аналога 2-го закона Ньютона для вращения твердого тела вокруг фиксированной оси.
Создание словарика перевода "поступательное - вращательное движение" позволяет не только суммарно выразить полученные результаты, но и почувствовать перспективу. В дальнейшем этот словарик пополняется при продолжении изучения вращательного движения твердого тела - при получении выражения для кинетической энергии, при рассмотрении работы при малом повороте, при введении момента импульса.
В таблице 2.1 приведен образец словарика в той форме, как он выглядел в текущих записях учащихся.
Внимание к этим, казалось бы, чисто техническим деталям вызвано тем, что они выполняют важнейшую функцию интеграции знаний.
Показательно, что в нашей практике "интегрирующая" функция такого словарика срабатывала независимо от того, единым ли блоком рассматривались темы вращательного движения, или же эти темы чередовались с рассмотрением других вопросов. В последнем случае словарик заново рисовался и заполнялся с самого начала (может быть менее подробно), а затем пополнялся свежим материалом.
Словарик, как и вообще любые таблицы, прежде, чем предлагать их создать учащимся, преподаватель при подготовке должен рисовать сам в тетради в клетку, проверяя наглядность представления материала и легкость выполнения. После этого возможно дать разумные и оперативные рекомендации учащимся по размерам, размещению, очередности проведения линий и т. д. Это экономит время и исподволь приучает учащихся к простым приемам табличного представления материала.
Задачи "двойного назначения
Назначение и использование задач многоаспектно. Без четкого осознания того, какие цели мы преследуем, предлагая ту или иную задачу учащимся, какое место она занимает в курсе обучения и в ряду других задач, как соотносится с особенностями учащихся, трудно ожидать успеха.
При составлении и подборе задач и планировании деятельности, связанной с их решением, важно, но недостаточно принимать во внимание лишь прямое назначение задачи в контексте изучаемого материала. Многие ценные обучающие моменты, способствующие развитию физического мышления учащихся, могут быть эффективно реализованы с помощью задач, условно говоря, "двойного назначения", когда помимо ближайшей прямой цели достигаются попутно и другие методические цели.
В публикациях методического характера так или иначе затрагиваются различные аспекты использования задач двойного назначения [46, 49, 52, 60, 64]. Скажем, в связи с "политехнизацией школы" так называемые задачи "с политехническим содержанием" стали предметом ряда исследований. В распространенных задачниках по физике доля задач, где так или иначе преследуются дополнительные методические цели, так же достаточно велика.
В данном исследовании использование задач двойного назначение представляет интерес прежде всего в аспектах, связанных с построением курса физики и процесса обучения, как гибкое средство интеграции курса.
Учет и использование сопутствующих методических целей задач в интересах целостного построения курса является важнейшим конструктивным принципом предлагаемого подхода.
Первый пример касается довольно болезненной проблемы школьного образования. Навыки ориентации в порядках величин, знакомство с характерными "числами" — важнейшая задача любого курса обучения физике. Вместе с тем учащиеся и выпускники средней школы зачастую высказывают фантастическое невежество, когда требуется вспомнить или установить значения физических величин, даже в ситуации, связанной с обыденным опытом. Типична так же ситуация, когда учащийся решает задачу с использованием закона всемирного тяготения, а числовое значение гравитационной постоянной остается ему неведомо.
При этом мало помогает и практика давать сплошь все задачи "в числах". Когда чисел слишком много и важных, и случайных, то они все перестают быть чем-то замечательным, чтобы запоминаться "сами собой".
Трудность этой проблемы в том, что она не оддается решению каким-то одномоментным усилиям. "Приобщение к числу" требует целенаправленных и системно организованных усилий на протяжении всего процесса обучения. Одно из средств достижения этой цели состоит в использовании задач "двойного назначения", когда важные числовые сведения системно включаются в задачи.
Например, при отработке темы "равномерное и прямолинейное движение" достаточно двух-трех "встреч" со скоростью света, чтобы ее значение запомнилось. Прямая цель может состоять в овладении тем или иным аспектом понятия скорости, а сопутствующая - сделать достоянием "активной" памяти учащегося числовое значение. Когда значение атмосферного давления 105 Па приведено в паре задач, а затем еще несколько раз используется в разных ситуациях, "специально заставлять" запоминать его не приходится.
В книге [21, с. 70] в задачах 2.6.7-8 "обыгрывается" числовое значение гравитационной постоянной. Сведения о радиусе Земли и радиусе ее орбиты нужны по самому смыслу этих задач. Эти же сведения приводятся и в других задачах. И такого рода "повторы" не случайны, они позволяют добиться сопутствующей методической цели. Важные числа запоминаются не потому, что их "заучили", а потому, что с ними работают.
Прием дозированного включения важных количественных сведений вместе с регулярной практикой оценок, особенно когда числа чем-то поразительны и вызывают эмоциональную реакцию, оказывается весьма эффективным как в младших, так и в старших классах.
Кстати, в предшествующей задаче 2.6.6 [21, с. 69] "избыточные" сведения, не используемые для решения, так же связаны с сопутствующей методической целью: дать представление об установке Кавендиша и о том, как не просто измерить гравитационную постоянную. Преподаватель может предложить найти, например, смещение шаров за 10 с при данном максимальном ускорении, смещение "зайчика", может спросить -существенно ли при этом изменение гравитационной силы... Не преследуй задача и эти цели, можно было бы оставить только последние 4 строки условия из 23.
