» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Январь, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (22) 2019

Автор: Уткин Антон Евгеньевич, Магистрант
Рубрика: Физико-математические науки
Название статьи: Методы познания природы и их взаимосвязь в учебном процессе на уроках физики в профильных классах и экспериментальная деятельность учеников в познавательном процессе

Уткин Антон Евгеньевич

магистрант Институт естественных наук и математики

ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова», г. Абакан

Аннотация. В статье рассматриваются основные понятия и виды теоретических и практических методов изучения законов физики, в том числе физические эксперименты на уроках: демонстрационные эксперименты; фронтальные лабораторные работы, опыты, наблюдения; физический практикум; внеклассные опыты и наблюдения.

Учебный процесс представляет взаимосвязанную систему различных форм и способов обучения. Профильная подготовка по фи­зике характеризуется тем, что отражает содержание современной научной картины мира. Однако неотъемлемой частью науки являются мето­ды изучения природных явлений, которые находят свое отражение в учебных экспериментах.

Научные знания, процесс их получения характеризуется системностью и структурированностью. В структуре выделяют эмпирический и теоретический уровни знания. На эмпирическом уровне преобладает чувственное познание, однако, оно включает данные опыта, эмпириче­ские понятия, законы и закономерности; изучая физические явления, формирует набор эксперимента, затем его анализирует, описывает и на основе этого формируются законы и закономерности. Следовательно, предполагается активная творческая деятельность субъекта, направлен­ная на учет необходимых и случайных факторов в поведении объекта, отвлечение от несущественного, поиск существенных свойств или зави­симостей в изучаемых объектах посредством наблюдения и эксперимен­та. Этот уровень ориентирован на изучение явлений и поверхностных связей между ними, без углубления в существенные связи и отношения. Так, ярким примером эмпирического закона является закон Ома для по­стоянных токов, в него входят ряд эмпирических понятий: напряжение, сила тока, сопротивление. Связь между этими величинами проста и не­посредственно проверяется на опыте.

Для количественной оценки физических явлений вводят число­вые характеристики меры их свойств, которые называют физическими величинами. Каждая физическая величина характеризует физический объект не только количественно, но и качественно. Под физическим объектом понимается тело, система, состояния этой системы или про­цессы, которые в ней происходят.

Каждый физический объект обладает множеством свойств. Ис­пользуя метод идеализации, можно выделить существенные стороны и отбросить несущественные, и тогда изучают упрощенную модель.

Главная цель теоретического познания состоит в том, чтобы объ­яснить, предсказать сущность изучаемого объекта с помощью понятий, законов и теорий. Поэтому оно включает в себя теории, идеи и гипотезы. Однако оно не ограничивается только логическими формами позна­ния, в теоретическом исследовании используются наглядные модели и вспомогательные чувственные образы. Физическая теория - это теоре­тические законы, представленные в виде математических уравнений, которые описывают данные явления.

Теоретические законы отличаются большей общностью, они включают теоретические и эмпирические понятия, теоретические поня­тия более отдаленные от опытных. Главной гносеологической задачей является раскрытие причин и существенных связей между явлениями. Ядро физической теории составляет система общих законов, выражен­ных в математических уравнениях, постулатах и принципах. Система уравнений представляет собой математическую модель данного вида взаимодействия материй, в котором идеализированный объект пред­ставлен в динамике и движении. Выводы строятся путем логической дедукции. Совокупность основных идей, принципов и гипотез создает физическую картину мира.

Прежде чем перейти к рассмотрению взаимосвязи этих способов познания природы, необходимо отметить, какие методы используются для их получения.

Методы - более сложные познавательные процессы, которые включают в себя целый набор различных приемов исследования и кото­рые фиксируют совокупность определенных правил, характеризующих порядок познавательной деятельности. [1]

Классифицируют методы познания по следующим основаниям. Так, Алексеева П. В. [1] выделяет три группы: 1) специальные методы (применимы только в рамках отдельных наук: метод спектрального ана­лиза); 2) общенаучные методы (характеризуют ход познания во всех науках: метод эксперимента и наблюдения, метод моделирования, метод восхождения от абстрактного к частному); 3) универсальные методы (характеризуют человеческое мышление в целом и применимы во всех сферах познавательной деятельности человека: философские методы ис­следования, метод материалистической диалектики). Хижнякова Л.С. [13] к вышеперечисленным добавляет следующие группы: 4) дисцип­линарные методы; 5) методы междисциплинарного исследования.

Эмпирические и теоретические методы познания относятся к группе общенаучных методов. Как отмечает Майер В.В. [8], учебная физика - это приспособленная для изучения физических основ явлений природы дидактическая модель физической науки. Поэтому важно уста­новить взаимосвязь между теоретическим и эмпирическим методами в рамках учебного курса физики. Уже в основной школе, которая стала общеобразовательной, курс физики, ориентированный на профильную подготовку учащихся, строится как систематический курс. Его со­держание предполагает деятельностную компоненту в обучении физике, основанную на ознакомлении с теоретическим и эмпирическим метода­ми познания явлений. Следуя основным положениям диалектического материализма, отмечают, что эмпирическое и теоретическое как в науч­ном познании, так и в учебном, присутствуют во взаимосвязи, в диалек­тическом единстве. Например, в ходе учебного процесса при изучении сопротивления проводника, классическая электронная теория применя­ется не только для объяснения, но и для прогнозирования некоторых свойств проводника с последующей их экспериментальной проверкой. Электронная теория используется для выдвижения гипотезы, что сопро­тивление проводника зависит от площади поперечного сечения, вещест­ва и его длины. Эти предположения проверяются экспериментальным путём. Демонстрируя изменение силы тока при подключении проводни­ков различной длины, но одинакового диаметра, сделанных из различ­ных веществ или имеющих различную площадь поперечного сечения. Для этого используется панель с разными проводниками, источник тока, ключ, амперметр. На основе эксперимента ученики делают вывод о за­висимости сопротивления проводника от его длины, площади попереч­ного сечения. Так же вводится новая физическая величина - удельное сопротивление проводника как коэффициент пропорциональности, ко­торый является характеристикой вещества. Исходя из полученной фор­мулы, определяется единица измерения удельного сопротивления про­водника. Учащимся предлагается выполнить фронтальную лаборатор­ную работу в ходе которой они знакомятся с сопротивлением проводни­ка. При проведении работы используется кювета с электродами, кото­рые могут свободно передвигаться, и раствор поваренной соли. Выводы, которые получают учащиеся, аналогичны тем, что представлены при анализе демонстрационного эксперимента. Однако для самостоятельно­го выполнения задания учеником у него должны быть сформированы знания по классической электронной теории. Поэтому в научном позна­нии, как и в учебном, эмпирию от теоретических посылок сложно раз­делить. В этом и проявляется взаимосвязь, которая, по словам Крестникова С.А. [15] приводит к тому, что в учебном познании, относящемся к физическому образованию, процесс формирования физической карти­ны мира, как части научной картины мира, чаще всего обосновывается - от теории к научной картине мира.

Одним из видов эмпирического познания мира является школь­ный физический эксперимент, который относится к одной из деятельностных форм обучения. Использование в работе всего арсенала практиче­ских работ позволяет учителю повысить эффективность учебного про­цесса. Сочетание эмпирического и теоретического способов познания наилучшим образом соответствует возрастным особенностям школьни­ков и позволяет наиболее результативно использовать учебное время, которое отводится на освоение физики и предпрофильную подготовку. Многообразие физического эксперимента объясняется большим количе­ством форм работы ученика и учителя на уроке с использованием раз­нообразного физического оборудования.

Бугаев А.И [3] определяет учебный эксперимент, как воспроизведение физического явления на уроке с помощью специаль­ных приборов в условиях наиболее доступных для его проведения. Это отражение научного метода познания. Поэтому он служит одновремен­но источником знаний, методом обучения и видом наглядности.

В основном физические эксперименты классифицируются по ор­ганизационному признаку: демонстрационные эксперименты; фрон­тальные лабораторные работы, опыты, наблюдения; физический прак­тикум; внеклассные опыты и наблюдения [3, 5, 6, 14].

Демонстрационный эксперимент должен отвечать определенным дидактическим требованиям к нему. Демонстрация - это показ учителем физических явлений и связи между ними. Целью демонстрационного эксперимента является создание физических представлений, физических понятий, иллюстрация явлений. Они должны соответствовать требова­ниям: темп изложения материала должен совпадать с темпом демонст­рации, предшествующие опыты логически соединяются с последующи­ми, демонстрация не должна загромождать урок. Перед демонстрацией полезно уяснить проведение ее с помощью схемы на доске. В некоторых случаях схема собирается непосредственно перед учащимися. Иногда используется проблемный подход, т.е. предлагается решить проблему с помощью эксперимента. Экспериментальная установка должна быть простой. На столе не должно быть лишних предметов, эффективнее ис­пользовать оборудование таким образом, чтобы оно находилось в вер­тикальной плоскости, целесообразно использовать экраны (для темных предметов светлый, для светлых - темный), подсветку, индикаторы. Эксперимент готовится заранее, он должен быть убедительным [3].

Особенностями фронтальных лабораторных работ является то, что все работы выполняются на однотипном оборудовании и всеми учащимися, они проходят за ограниченное, короткое время (10-15 мин), в конце урока обязательное коллективное обсуждение результатов. На первой ступени изучения физики лабораторные работы используются для проверки физических закономерностей (например, параллельное со­единение проводников), знакомят с методами измерений, тренируют по составлению простейших схем. Встречаются качественные лаборатор­ные работы (наблюдение физического явления), количественные (изме­рение какой-то величины), кратковременные или рассчитанные на один урок, творческие задания. В схему проведения лабораторной работы входят: вступительная беседа; проведение эксперимента; обработка ре­зультатов; выводы. Целью вступительной беседы является разъяснение учащимся правил использования приборов, шкалы измерений, техники безопасности, оформления работы. Класс делится на бригады, при этом рационально применить дифференцированный подход, т.е. для успеш­ных учащихся выдается дополнительное задание, при этом в начале ого­варивается, что за выполненную работу будет более высокая оценка. Каждая лабораторная работа сопровождается инструкцией. После вы­полнения работы необходимо составить отчет, в который входят: табли­цы, графики, выводы, вычисление погрешности (абсолютная и относи­тельная).

Фронтальные опыты отличаются от фронтальных лабораторных работ кратковременностью (3-10 мин), проводятся на простом оборудо­вании. При этом выполняется одно практическое действие (наблюдение или измерение), а вывод увязывается с изложением материала. Ярким примером использования фронтальных работ является использование микролабораторий, созданных Объедковым Е.С [12].

Основным отличием физического практикума является большая самостоятельность (1-2 урока), более сложное оборудование, обработка результатов более объемная (систематическая ошибка приборов, оценка полученного результата). Перед началом физического практикума проводится вводная беседа, которая содержит: задачу практикума, его содержание, график выполнения, анализ каждой работы и правила ее вы­полнения, правила пользования измерительными приборами, форма от­чета и время сдачи, требования к допуску. Основными воспитательными задачами при проведении физического практикума являются: самостоя­тельность, развитие и закрепление практических навыков, помощь от­стающим, оценка результатов работы. Отчет школьников должен со­держать ответы на контрольные вопросы.

Экспериментальные задания можно разделить на следующие ви­ды: количественные и качественные; экспериментальные задачи; творческие задания; изготовление экспериментальных установок. К этому виду работы предъявляются те же требования, что и к другим практиче­ским заданиям (проведение предварительной беседы, выполнение рабо­ты или создание установки, обработка результатов, составление отчета). Главное отличие этих работ в том, что они наилучшим образом раскры­вают творческий потенциал учащихся, помогают реализовать свои идеи, использовать полученные знания в не стандартной ситуации [3,4,5]. Использование различных видов экспериментальной деятельности уча­щихся позволяет говорить о практических методах обучения в школе. В педагогике существуют несколько определений метода обучения.

Бабанский Ю. К. определяет метод обучения, как способы упо­рядоченной взаимосвязанной деятельности преподавателя и обучаемых, направленной на решение задач образования [2].

Лернер И. Я. под методом обучения понимает систему целена­правленных действий учителя, организующих учебную деятельность учащихся, ведущую, в свою очередь, к достижению целей обучения [10].

Выделяются так же словесные методы обучения, к которым предъявляются определенные требования. По мнению Пидкасистого И. П. [9] к таким относятся: рассказ — последовательное изложение фак­тического материала, осуществляемое в повествовательной форме. Тре­бования, предъявляемые к рассказу: логичность; последовательность изложения; доказательность изложения; четкость; образность; эмоцио­нальность; учет возрастных особенностей; достоверность. Беседа — во­просно-ответный метод активного взаимодействия воспитателя и воспи­танников. Выделяют различные виды бесед: вводные или вступитель­ные, организующие беседы; беседы - сообщения или выявление и фор­мирование новых знаний (сократические, эвристические); синтезирую­щие, систематизирующие или закрепляющие беседы. К беседе предъяв­ляются следующие требования: ее материал должен быть близок детям, их опыту, вызывать интерес, волновать их; необходимо так строить во­просы, чтобы заставлять воспитанников думать, анализировать свои знания и свой жизненный опыт по данному вопросу; в ходе беседы не следует слишком быстро и строго осуждать неправильные мнения, нуж­но добиваться, чтобы воспитанники сами приходили к правильным вы­водам; продолжением беседы должна быть деятельность воспитанников по реализации утвержденных норм поведения.

Диспут - активное выражение воспитанниками своих мнений, до­казательство и отстаивание их при коллективном обсуждении какой - либо проблемы. Требования, предъявляемые к диспуту: тема диспута должна волновать воспитанников, быть связанной с их переживаниями и поступками; в коллективе должны существовать противоречивые мнения по обсуждаемой проблеме; диспут должен быть тщательно под­готовлен (проведено анкетирование, разобраны вопросы); на диспуте не следует резко осуждать воспитанников, высказывающих неправильное мнение.

Лекция - монологический способ изложения объемного материала - используется, как правило, в старших классах и занимает весь или почти весь урок. Требования к лекции: лекция должна представлять ло­гически законченную часть изучаемого материала; учитель должен ру­ководить запи-сями учеников, их работой в ходе лекции.

Работа с учебником и книгой - существует несколько приемов работы с книгой: конспектирование - краткое изложение, краткая за­пись содержания прочитанного; составление плана текста. Для состав­ления плана необходимо после прочтения текста разбить его на части и озаглавить каждую; тезирование — краткое изложение основных мыслей прочтенного; цитирование - дословная выдержка из текста. Обязательно указываются выходные данные (автор, название работы, место издания, издательство, год издания, страница); аннотирование - краткое, сверну­тое, изложение содержания, прочитанного без потери существенного смысла; рецензирование - написание краткого отзыва с выражением своего отношения о прочитанном; составление справки - сведений о чем-нибудь, полученных после поисков. Справки бывают статистиче­ские, биографические, терминологические, географические и т.д.; со­ставление формально-логической модели - словесно - схематического изображения прочитанного; составление тематического тезауруса - упорядоченного комплекса базовых понятий по разделу, теме; составле­ние матрицы идей - сравнительных характеристик однородных предме­тов, явлений в трудах разных авторов [9, 11].

Использование на уроках данных методов позволяют реализо­вать взаимосвязь между теоретическими и эмпирическими способами познания окружающего мира, которая является необходимой частью обучения физике в основной школе, особенно в ходе профильной подготовки. Так, к эмпирическим методам относятся все виды экспери­ментальной деятельности учащихся: демонстрационный эксперимент, фронтальные лабораторные работы, физический практикум, экспери­ментальные задания. К теоретическим методам можно отнести: рассказ, беседу, работу с учебником и книгой.

Список литературы:

1. Алексеева П.В.; Панин A.B. Теория познания и дидактика: Учеб¬ное пособие для вузов-М.: Высш. шк., 1991.- 383с.
2. Бабанскиий Ю.К. Оптимизация учебно - воспитательного про¬цесса. М.: Просвещение 1982 г. – 408с.
3. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по физ.- мат. спец. - М.: Просвещение, 1981. 288с., ил
4. Буров В.А. и др. Фронтальные экспериментальные задания по фи¬зике в 6-7 классах средней школы: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1981. - 112 с.
5. Горячкин E.H., Орехов В.П. Методика и техника физического де¬монстрационного эксперимента в восьмилетней школе. Пособие для учителя - М.: Просвещение, 1964. - 157 с.
6. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч. 1. Механика, молекулярная физика, основы электродинамики. Под ред. A.A. Покровского. Изд. 3-е, перераб. М., «Просвещение», 1978. — 309 с.
7. Кабинет физики средней школы / А.Г. Воскаянян, Е.С. Грейдина, Б.С. Зворыкин и др.; Под ред. A.A. Покровского. - М.: Просвеще¬ние, 1982. - 159 е., ил. - (Б - ка учителя физики).
8. Майер В.В. Учебная физика как дидактическая модель физики // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 7. - Глазов - СПб.: ГГПИ, 2008. 115 с.
9. Педагогика. Учебное пособие для студентов педагогических ву¬зов и педагогических коллежей / Под ред. П. И. Пидкасистого. - М.: Педагоги-ческое общество России, 2004. - 608 с.
10. Подласый И.П. Педагогика: 100 вопросов - 100 ответов: учеб. по¬собие для вузов/ И. П. Подласый. - М.: ВЛАДОС-пресс, 2004. - 365 с.
11. Подласый И.П. Педагогика: Новый курс: Учеб. для студ. выш. учеб. заведений: В 2 кн. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003г - Кн. 1: Общие основы. Процесс обучения. - 576
12. Физическая микролаборатория / Е. С. Объедков, O.A. Поваляев. - М.: Просвещение, 2001. - 112с,- (Библиотека учителя физики).
13. Хижнякова JI.C. Методы изучения природы как составная часть содержания курса физики общеобразовательных учреждений. / Проблемы взаимосвязи эмпирических и теоретических методов познания в учебном процессе по физике. Общеобразовательные учреждения, педагогические вузы. Доклады научно - практиче¬ской конференции. - М: МГОУ. 2005. - 206 с.
14. Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе: 6 - 7 кл. - М.: Просвещение. 2008. - 175 е.: ил. - (Б - ка учителя фи¬зики).
15. Холина С.А. Методика преподавания физической составляющей курсов математики, природоведения и технологии начальной школы. Часть 2. -М.: МПУ, 1998. -33с.

Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: