Формирование у учащихся понятия "температура" в школьном курсе физики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Мозырский государственный педагогический университет имени И.П. Шамякина»

Кафедра общей физики и методики преподаван

Курсовая работа

Формирование у учащихся понятия "температура" в школьном курсе физики

Выполнила:

студентка 5 курса 1 группы

физико-математического факультета

Брижевская Оксана Григорьевна

Научный руководитель:

кандидат педагогических наук, доцент

Астрейко Елена Сергеевна

Мозырь 2013



Введение

Процесс обучения следует рассматривать как процесс интеллектуального, творческого и нравственного развития учащихся. Развитие становится ключевым словом педагогического процесса, сущностным, глубинным понятием обучения. Неудовлетворенность многих стран результатами школьного образования привела к необходимости её реформирования. Современные работодатели заинтересованы в работнике, который наделен следующими качествами: самостоятельно думает и решает различные проблемы, обладает творческим мышлением, обладает богатым запасом слов, основанном на глубоком понимании гуманитарных знаний. В связи с этим главное стратегическое направление развития системы образования - это решение проблемы личностно-ориентированного образования, в котором личность ученика была бы в центре внимания педагога. температура физический качество

Если говорить о развитии личности средствами физики, то это невозможно без овладения ею определённой системой научных знаний. Понятия являются одной из главных составляющих системы научных знаний любого предмета. Не оперируя понятиями, нельзя сформулировать ни один физический закон и, следовательно, осознать научную теорию. Это обусловливает ведущую роль понятий при формировании в сознании учащихся системы научных знаний в соответствующей научной области.

Процесс формирования системы знаний по физике можно выстроить как процесс овладения физическими понятиями. Оперирование понятиями требует от учащихся активной мыслительной деятельности, поскольку только в этом случае можно обеспечить осознанное понимание сущности изучаемых предметов и явлений теории, отражённой в системе научных понятий. Но и само мышление невозможно без понятий. Процесс усвоения понятий влияет и на развитие логического мышления учащихся, так как именно они составляют его фундамент.

С учётом сказанного можно предположить, что приоритетной проблемой теории и методики обучения физике является проблема формирования понятий в средней школе. От степени её решения зависит и качество усвоения знаний по предмету, и уровень развития мышления обучающихся.

Рассматривая данную проблему, необходимо обратиться к философии и логике, так как понятие является объектом изучения этих наук. Это одна из основных форм мышления, играющая важную роль в познании. Вопросам выяснения сущности понятия посвятили свои работы такие исследователи, как B.C. Библер, Д.П. Горский, Г.И. Рузавин, В.А. Светлов, Н.А. Шанин и др.

Среди философов и логиков нет единого мнения по вопросу о том, что такое понятие. В работах психологов обосновываются различные точки зрения на способы формирования научных понятий, но, ни один из них не является универсальным. Высказываются предложения, как сделать процесс усвоения понятий более качественным, но, как правило, в исследованиях нет анализа рекомендаций с позиций приложения их к методике преподавания.

Цель исследования состоит в создании и обосновании методики формирования у учащихся понятия "температура".

Задачи исследования:

1. Выявить теоретические основы формирования физических понятий.

2. Изучить связи и отношения между физическими понятиями.

3. Определить методические основы формирования у учащихся понятия "температура".

4. Разработать план-конспекты по физике.

Объектом исследования является процесс формирования у учащихся понятия "температура".

Предметом исследования является содержание и методика изучения формирования у учащихся понятия "температура".

В соответствии с поставленными задачами использовались следующие методы исследования:

- теоретические методы: анализ психолого-педагогической методической литературы по проблеме исследования;

- экспериментально-эмпирические методы: изучение и обобщение прогрессивного опыта работы учителей по формированию физических понятий; педагогическое наблюдение; разработка план-конспектов.

Структура и объем курсовой работы. Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Полный объем дипломной работы составляет 57 страниц, включая, 17 рисунков, 2 таблиц, список использованных источников и приложения.

1. Теоретические основы формирования физических понятий

1.1 Понятие как логико-гносеологическая категория

В повседневной жизни, в практической работе и в процессе обучения и детей, и студентов постоянно оперируют теми или иными терминами, не задумываясь над их содержанием, т. е. обозначаемыми понятиями. Собеседования со студентами старших курсов педагогических институтов, с учителями школ, молодыми преподавателями вузов показали, что большинство из них не могут раскрыть содержания термина «понятие».

Анализ учебных программ показал, что ни в средней школе, ни в высших учебных заведениях специально этот вопрос не рассматривается. Многие оперируют данным термином, полагая содержание его само собою разумеющимся.

В действительности вопрос о сущности понятия очень сложный. Нет единого мнения и среди философов, психологов, логиков по вопросу о том, что же такое понятие. Известно более 30 попыток дать определение понятия. Крупный венгерский логик Б. Фогарши в учебнике «Логика» приводит 34 определения понятия.

Между философами и логиками идет спор, что первично: суждение или понятие? Что является более высокой формой мышления? Одни считают, что исходные понятия, а суждения являются более высокой формой мышления. Это обосновывается тем, что суждение состоит из понятий, выражается через связанные между собой понятия. Другие, наоборот, считают, что так как само понятие образуется в результате суждений и умозаключений и само содержание понятий раскрывается с помощью суждений, то понятие - высшая форма мышления.

Обобщив все выше сказанное, охарактеризуем понятие, как очень сложную логическую и гносеологическую категорию. Это результат некоторого этапа в развитии наших знаний о тех или иных объектах материального мира. Возникнув, понятие уже само становится объектом познания. Вместе с тем понятие - одна из форм мышления и в этом смысле оно выступает как средство познания. Например, понятие молекулы, возникнув в науке, сыграло огромную роль в познании сущности ряда явлений, на его основе была создана молекулярно-кинетическая теория. Это относится также к понятиям «электрон», «квант» и др.

Мышление может протекать в различных формах: понятий, суждений, умозаключений, гипотез и теорий. Все они играют огромную роль в познании.

Понятие - одна из высших форм мышления, форм отражения материальной действительности. Но понятие не просто форма отражения действительности. Оно является такой формой отражения, которая раскрывает сущность вещей, внутренние, коренные, определяющие свойства предметов, их внутреннюю противоречивую природу. Поэтому понятие есть знание существенных свойств (сторон) предметов и явлений окружающей действительности, знание существенных связей и отношений между ними.

По Гегелю, понятие - прежде всего синоним действительного понимания существа дела, а не просто выражение любого общего в созерцаемых, изучаемых объектах. В понятии раскрывается подлинная природа, особенность вещи (объекта), а не ее внешнее сходство с другими вещами (объектами).

Как гносеологическая категория понятие противоречиво. Оно есть единство противоположных моментов, единство общего и единичного, конкретного и абстрактного. Соответственно, процесс усвоения научных понятий также очень сложен и противоречив.

Основные характеристики понятия как логической категории:

1) содержание понятия,

2) объем понятия,

3) связи и отношения данного понятия с другими понятиями.

Учителю физики эти характеристики понятия необходимо хорошо знать, чтобы судить, как оно усвоено, каким оно должно быть.

Под содержанием понятия понимают совокупность существенных свойств (сторон) класса предметов или явлений, отражаемых в сознании с помощью данного понятия.

Существенными называются те свойства класса объектов, по которым данный класс объектов (или явлений) отличается от всех других объектов (или явлений).

Существенные свойства, стороны предметов и явлений окружающей действительности получили название признаков. Существенные свойства являются общими для всех объектов данного класса; без них объект (предмет), как таковой, существовать не может, ибо они отражают сущность самого предмета, его внутреннюю природу.

По содержанию понятия разделяются на простые и сложные. Например, динамометр - прибор для измерения силы; давление - физическая величина, численно равная силе нормального давления, действующей на единицу площади. Это все простые понятия.

Скорость - это уже более сложное, противоречивое понятие. Еще более сложными понятиями являются «вещество» и «поле» как виды материи; «материя», «движение» - как способ существования материи.

Не случайно формирование их у обучаемых происходит в школе на протяжении всего периода обучения физике, химии, биологии и затем продолжается в вузе. В математике к таким понятиям относятся «число», «функция».

Под объемом понятия понимают количество объектов, охватываемых данным понятием (или отражаемых в сознании с помощью данного понятия). По объему понятия подразделяются на единичные, общие и категории.

Единичными называют понятия, объем которых равен единице, например, город Москва, река Волга, Серпуховской синхрофазотрон и т. д.

Понятия, объем которых более единицы, называют общими. Так, понятие город будет уже общим (охватывает все города). Примеры общих понятий: «инертный газ» (охватывает 7 газов), «амперметр» (охватывает все классы приборов для измерения силы тока). В процессе изучения основ наук у учащихся формируются в основном общие понятия.

К категориям относятся понятия предельной степени общности. Они отражают наиболее общие черты действительности. Примеры понятий-категорий: «материя», «причина», «следствие», «масса», «энергия».

Таким образом, понятие относится к одной из высших форм мышления, форм отражения материальной действительности, которое является формой отражения, раскрывающей сущность вещей, внутренние, коренные, определяющие свойства предметов, их внутреннюю противоречивую природу.

Понятие определяет знание существенных свойств предметов и явлений окружающей действительности, знание существенных связей и отношений между ними.

1.2 Связи и отношения между физическими понятиями

Все предметы и явления окружающей действительности связаны и взаимно обусловливают друг друга. Отражение этих объективно существующих связей между предметами и явлениями в сознании человека - связи и отношения между понятиями.

Как совершенно справедливо говорил К.Д. Ушинский, понятия не лежат в голове ученика мертвыми вереницами, одно возле другого. Они многими сторонами соприкасаются друг с другом.

Отношения между понятиями есть, прежде всего, отношения их по таким характеристикам, как содержание понятий и их объем. С учетом этих характеристик и их взаимосвязи различают родовые и видовые понятия (рисунок 1.1).

Рис. 1.1 Признаки класса предметов

В каждом предмете имеются, с одной стороны, существенные признаки, общие для класса предметов, а с другой - специфические, характерные для отдельной группы предметов.

В книге даны краткие сведения о характеристиках и видах понятий. При желании читатель может углубить знания по этим вопросам, используя специальную литературу.

Понятия, отражающие существенные общие признаки класса предметов, называются родовыми или родами. Объем родового понятия включает объем нескольких понятий меньшей степени общности.

Общий признак родового понятия называется родовым признаком. Родовой признак определяет существенно общее (тождественное) в содержании класса предметов, явлений действительности.

Понятия меньшей степени общности, отражающие свойства отдельных предметов (явлений), входящих в объем родового понятия, называются видовыми или видами. Содержание видовых понятий отражает специфические, характерные свойства групп предметов; оно выражается в так называемых видовых признаках. Признак, по которому один вид отличается от других видов одного и того же рода, называется признаком видового отличия. Объемы видовых понятий полностью входят в объем родового понятия, являются его частью.

Отношение по объему двух понятий (отношение рода и вида) в логике принято наглядно изображать в виде кругов (кругов Эйлера). При этом родовому понятию соответствует круг большего диаметра, видовому - круг меньшего диаметра, видовому - круг меньшего диаметра. Это условное изображение показывает, что объем понятия, являющегося родовым, больше объема понятия, являющегося по отношению к нему видовым. Оно показывает также, что объем видового понятия - часть объема родового. На рисунке 1.2 (а) изображено соотношение родового понятия «двигатель» с видами двигателей, а на рисунке 1.2 (б) родового понятия «естественная наука» с понятиями «физика», «химия», «биология».

Рис. 1.2 Примеры соподчинения (общему родовому понятию) видовых понятий

Видовые понятия, объем которых составляет часть родового понятия, называются подчиненными. По отношению к родовому, подчиняющему понятию они находятся в подчинении, а по отношению друг к другу - в соподчинении. А сами видовые понятия, имеющие общий ближайший род, называют соподчиненными.

Пример соподчиненных понятий - виды двигателей: механические, тепловые и электрические. Все они находятся в подчинении к более общему родовому понятию «двигатель» (рисунок 1.3, а).

В учебном процессе отношение родового и видовых понятий часто изображают схематично в виде прямоугольника и кружков, как это показано на рисунке 1.3.

Рис. 1.3 Примеры схематичного изображения родовидовых отношений между понятиями

При отношении подчинения понятия подчиняются друг другу как по объему, так и по содержанию. Подчинение по объему рассмотрено выше. По содержанию это отношение устанавливается на основе общего родового признака, содержащегося в видовом понятии (как части его содержания). Определяющую роль играет связь по содержанию, потому что отношение по объему устанавливается на основе родового признака, содержащегося во всех видовых понятиях, имеющих общий род. Но необходимо иметь в виду, что установление отношения между понятиями как по объему, так и по содержанию - единый неразделимый процесс

Отношение подчинения - очень важный вид отношения между понятиями. Невозможно дать ни одного определения, не подчинив видовое понятие родовому. Любое правильное определение начинается именно с установления подчинения между видовым и родовым понятием. Дать определение - это значит найти ближайшее родовое понятие данного видового и указать его видовое отличие, например: «Динамометр есть прибор для измерения силы». Здесь ближайшее родовое понятие «прибор», видовое отличие - «для измерения силы».

При оперировании понятиями, находящимися в отношении подчинения, часто допускаются ошибки, являющиеся следствием неправильного подведения видового понятия под родовое понятие или нахождения видовых понятий какого-либо родового понятия. Чтобы не допускать подобных ошибок, необходимо знать следующие правила:

Подчиненное понятие - это видовое понятие, а подчиняющее понятие - это родовое понятие.

То, что присуще подчиняющему понятию, то присуще и подчиненному понятию, но не все, что присуще подчиненному понятию, можно найти в подчиняющем понятии.

Например, все, что присуще понятию «дерево» (подчиняющее понятие), то свойственно и понятию «хвойное дерево» (подчиненное понятие). Однако не все, что присуще хвойным деревьям, будет присуще всем деревьям. То, что присуще хвойному дереву и что отличает этот вид деревьев от лиственных, не входит в содержание родового понятия «дерево» (это видовой признак).

Деление объема понятия (лат. devisio). Определенному родовому понятию, как правило, соответствуют не одно видовое понятие, а несколько. Так, понятию «элементарные частицы» соответствуют: электрон, нейтрон, фотон, позитрон, протон и т. д.; понятию «лиственные деревья» - береза, клен, дуб, ясень, осина и т. д.; понятию «планеты» - Земля, Марс, Юпитер и т. д.

Мыслительная операция, в результате которой раскрывается объем родового понятия, т. е. определяются его виды, называется в логике делением объема понятия.

Понятие, объем которого делится, называется делимым, а понятия, получающиеся в результате деления, называются членами деления.

Деление объема понятия производится не произвольно, а на основе какого-либо признака, присущего родовому и видовым понятиям. Признак, по которому производится деление объема родового понятия на виды, называется основанием деления (principium).

Деление объема понятия необходимо производить на основе существенных признаков.

В зависимости от основания деления, родовые понятия могут быть разделены на совершенно различные виды, например:

Делимое Члены деления Основания деления понятие «Дом» «каменный» Характер материала «деревянный»«Дом» «одноэтажный» Число этажей «двухэтажный » и т.д.«Двигатель» «механический» Вид энергии, преобразуемой в «тепловой» механическую энергию «электрический» «Тепловой «поршневой» Принцип действия двигателя» «турбинный» «реактивный».

Операцию деления понятий дети учатся выполнять, начиная с 1 класса. Например, они делят такие понятия, как:

«Учебные вещи»: «книга», «тетрадь», «карандаш» и т. д.

«Одежда»: «пальто», «костюм», «платье» и т. д.

«Рыба»: «щука», «ерш», «окунь» и т. д.

«Дерево»: «береза», «сосна», «ель» и т. д.

Подобного рода логические операции производятся на каждом уроке уже в начальной школе. В средней школе требуется делить объемы более сложных понятий, например:

«Металлоиды» - сера, кремний, фосфор, углерод, азот.

«Производственные отношения» - первобытнообщинные, рабовладельческие, феодально-крепостнические, капиталистические, социалистические.

При осуществлении операции деления объема понятия необходимо следовать определенным правилам:

Члены деления (видовые понятия) должны исключать друг друга, т. е. каждый предмет входит в объем только одного видового понятия.

При одном и том же делении нужно пользоваться одним основанием деления.

Любое понятие можно разделить по разным основаниям, но в каждом отдельном случае деления понятия должен выдерживаться один признак в качестве основания деления.

Примеры деления по разным признакам понятия «число»:

1) положительное и отрицательное;

2) целое и дробное;

3) простое и составное;

4) именованное и отвлеченное;

5) четное и нечетное;

6) рациональное и иррациональное;

7) мнимое и действительное.

Выбор того или иного основания в каждом делении определялся целями, которые ставит человек в процессе изучения предметов материального мира. В учебной практике довольно часто допускается деление сразу по нескольким основаниям. Так, ученики (а порой и сами учителя), перечисляя виды движения, называют: вертикальное движение, свободное движение, прямолинейное, криволинейное и т. д., а перечисляя на уроках геометрии треугольники, располагают в один ряд: равнобедренные, остроугольные, прямоугольные, подобные.

3. Члены деления (видовые понятия) должны быть ближайшими видовыми понятиями данного родового, иначе говоря, деление должно быть непрерывным, не перескакивать через виды, а переходить от рода к его ближайшим видам.

Например, к лиственным деревьям относятся береза, дуб, липа, осина и т. д. Но нельзя говорить, что лес бывает лиственный, смешанный, березы, осины, сосны и т. д. Неверно деление типа: «Животные - кошка, собака, верблюд, слон, бегемот и т. д. (всех не перечислишь!)». Верно: «Животные - хищные и нехищные, дикие и домашние и т. д.».

Нарушение этого правила называется скачком в делении. Примером подобной ошибки является следующее деление:

«Небесное тело-звезда, планета, Земля».«Небесное тело» не является ближайшим родом для понятия «Земля». Для понятия «Земля» ближайший род - «Планета».

4. Деление должно быть соразмерным, т. е. сумма объемов видовых понятий должна равняться объему делимого родового понятия. При нарушении этого правила допускаются две ошибки: ошибка узкого деления объема понятия и ошибка широкого деления объема понятия. Раскроем содержание этих ошибок подробнее:

а) узкое деление объема понятия. Суть этой ошибки в том, что при делении родового понятия перечисляются не все виды, входящие в его объем, т. е. сумма объемов видовых понятий меньше объема делимого понятия. Например, перечисляя основные характеристики элементарных частиц, называют только заряд и спин. Перечисляя виды газовых разрядок, называют только искровой, дуговой и коронный, но не указывают тлеющий разряд.

Кристаллические твердые тела (по характеру связи) делят на ионные, ковалентные (или атомные) и молекулярные, упуская при этом металлические и с водородной связью. В понятие внутренней энергии учащиеся включают только кинетическую и потенциальную, энергию взаимодействия молекул (не включают энергию связи электронных оболочек, внутриядерную, энергию гравитационного взаимодействия частиц и др.);

б) широкое деление объема понятия. При широком делении вводят такие виды, которые не содержатся в объеме делимого понятия

Таким образом, сумма объемов видовых понятий больше объема родового понятия. Например, перечисляя основные единицы измерения физических величин в системе СИ в механике, ученик назвал метр, килограмм, ампер, ньютон, джоуль и секунду. Но ампер, ньютон и джоуль не содержатся в объеме указанного понятия. Ампер - одна из основных единиц измерения в системе СИ, но не в механике, а джоуль и ньютон - производные единицы.

С точки зрения операции сравнения все понятия в логике делят на сравнимые и несравнимые.

Сравнимыми называются понятия, имеющие какой-либо общий признак. Общим у сравнимых понятий является родовое понятие (родовой признак), в объем которого они входят. Например, «атом» и «молекула», «черный» и «белый», «ель» и «береза» имеют общий род: «структурные формы вещества», «цвет», «дерево».

Несравнимыми называются понятия, которые невозможно сравнить ни по объему, ни по содержанию. Несравнимые понятия не имеют общего рода, и их содержание существенно различно. Например: «стол» и «верблюд», «соловей» и «карандаш».

Вместе с тем необходимо отметить: нельзя считать, что существуют несравнимые понятия вообще. Как бы два понятия ни были различными и по содержанию, и по объему, они могут быть сравнимы. Как уже было сказано выше, каждое понятие связано со всеми остальными.

По характеру отношений сравнимые понятия делятся на две группы:совместимые и несовместимые.

Совместимыми называются понятия, имеющие общее ближайшее родовое понятие (родовой признак). Их видовые признаки совпадают частично или полностью. Отсюда следует, что объемы совместимых понятий могут совпадать частично, например: «Социалистическое государство» - «СССР», или полностью, например: «Великая русская река» - «Волга».

Совместимые понятия делятся на 3 вида, как это показано на рисунке 1.4: равнозначные, перекрещивающиеся, подчиненные.

Равнозначные понятия. Отношение равнозначности (или тождества) образуется между понятиями, отражающими один и тот же предмет, его связи.

Рис. 1.4 Виды совместимых понятий

В каждом предмете имеются, с одной стороны, существенные признаки, являющиеся общими для класса предметов, с другой - специфические, характерные для данного предмета. Общие признаки, как уже говорилось, являются родовыми признаками, специфические - видовыми. Родовой признак в данном случае как бы связующее звено между видовыми понятиями.

В видовых признаках тождественных понятий отражаются различные стороны одного и того же предмета или явления. Значит, видовые признаки этих понятий не исключают, а дополняют друг друга. Отсюда следует, что объемы тождественных понятии совпадают.

Исходя из всего сказанного можно дать следующее определение равнозначных (тождественных) понятий.

Равнозначные понятия - это совместимые понятия об одном и том же предмете (т. е. понятия, имеющие общий родовой признак) и отличающиеся по видовым признакам, характеризующим различные стороны данного предмета.

Наглядно отношение объемов равнозначных понятий можно изобразить двумя совпадающими кругами, как это показано на рисунке 1.5.

Рис. 1.5 Объёмы совместимых понятий

Очень важно умело пользоваться равнозначными понятиями в практической деятельности. Умелое их использование при изложении учебного материала, при чтении лекций, выступлений с докладом делает их интересными по форме и содержанию, не утомляет однообразием. Этому умению нужно обучать детей с самых первых дней в школе.

Необходимо обратить внимание на допускаемые порой ошибки при оперировании равнозначными понятиями. Так, часто ученики отождествляют совершенно неравнозначные понятия.

Например, на уроках математики ошибочно отождествляются такие понятия, как «круг» и «окружность», «прибавить нуль» и «приписать нуль»; на уроках химии отождествляются такие понятия, как «бесцветный» и «прозрачный», «бесцветный» и «белый»; на уроках физики часто наблюдается отождествление понятий «сила тяжести» и «вес тела», «сила давления» и «давление», «сила» и «энергия», «сила» и «мощность».

Перекрещивающиеся понятия (отношение пересечения). Перекрещивающимися понятиями называются видовые понятия, имеющие общий род, а видовые признаки каждого из них отражают как специфические, так и частично общие стороны (свойства) предметов и явлений.

Частичное совпадение видовых признаков перекрещивающихся понятий обусловливает частичное совпадение их объемов. Таким образом, в отличие от равнозначных понятий, где видовые признаки не связаны друг с другом и отражают различные стороны предмета, в перекрещивающихся понятиях видовые признаки частично совпадают.

Примеры перекрещивающихся понятий: «учащийся» и «спортсмен», «инженер» и «изобретатель». В приведенных примерах общим родовым понятием является «человек».

Часть видовых признаков понятия «учащийся» входит в содержание понятия «спортсмен» - некоторые спортсмены могут быть учащимися, но не обязательно все, и, наоборот, часть видовых признаков понятия «спортсмен» составляет определенную долю содержания понятия «учащийся» - некоторые учащиеся могут быть спортсменами. Соотношение понятий «инженер» и «изобретатель» такое же. Значит, объемы этих понятий частично совпадают. Наглядно это отношение изображается с помощью двух перекрещивающихся кругов, как показано на рисунках 1.6 (а, б).

Рис. 1.6 Перекрещивающиеся понятия

Пример перекрещивающихся понятий: «жидкость» и «вода». Вода может быть в жидком, газообразном и твердом состояниях. Только часть воды может находиться в жидком состоянии. Точно так же только часть жидкости может составлять вода. Общим родовым понятием для данных понятий является «вещество».

Образовать перекрещивающиеся понятия можно при делении какого-либо родового понятия по разным основаниям. Полученные видовые понятия будут находиться в отношении частичного совпадения. Например, понятие «человек» разделим по двум основаниям: «национальность» и «цвет волос». Получим две группы видовых понятий, находящихся между собой в отношении частичного совпадения: «русский», «украинец», «грузин», «казах» и т. д.; «брюнет», «блондин» и т. д. Эти понятия не будут рядоположными. Относительно перекрещивающихся понятий в логике существует правило, которое нельзя нарушать: перекрещивающиеся понятия нельзя располагать в один ряд при перечислении.

Связь между видовыми признаками перекрещивающихся понятий может не быть необходимой и быть необходимой. Например, между понятиями «учащийся» и «спортсмен» связь не необходимая, а между понятиями «учащийся» и «отличник» - необходимая, так как каждому ученику присущ тот или иной вид успеваемости. По видовому признаку связь между данными перекрещивающимися понятиями необходима, родовой признак является их связующим звеном.

В результате пересечения объемов (совпадения части содержания) перекрещивающихся понятий могут образовываться новые понятия. Общие элементы объемов перекрещивающихся понятий составляют объем образованного понятия. Наглядно это представлено на рисунке 1.6.

Несовместимыми называются понятия, имеющие общее ближайшее родовое понятие (родовой признак) и исключающие друг друга видовые признаки, например: «смелый» - «несмелый», «белый» - «черный», «глубокий» - «мелкий». Объемы совместимых понятий не содержат в себе общих элементов. В основе отношения несовместимых понятий лежит исключение их друг другом по объему и по содержанию. Общим же для совместимых и несовместимых понятий является то, что они имеют общее ближайшее родовое понятие (являются сравнимыми).

К несовместимым относятся противные и противоречащие понятия. Несовместимыми могут быть и соподчиненные понятия.

Соподчиненные понятия отображают виды одного общего для них и подчиняющего их рода. Объемы соподчиненных понятий составляют самостоятельные части объема родового понятия. Отношение между видами, подчиненными одному общему для них роду, называется отношением соподчинения.

По содержанию соподчиненные понятия имеют как общие признаки, являющиеся признаками родового понятия (родовыми признаками), так и специфические, отражающие особенности видовых понятий (признаки видового отличия). Так, например, рефрактор и рефлектор - это оптические приборы для наблюдения небесных тел. Но в то же время они имеют свои отличительные признаки, присущие только им и позволяющие их различать, а именно рефрактор - это телескоп, объективом которого служат светопреломляющие линзы, а рефлектор - телескоп с зеркальным объективом.

Отношение между соподчиненными понятиями можно изобразить или в виде кругов как показано на рисунке 1.2.

Если соподчиненные понятия несовместимые, то они строго подчиняются всем правилам деления понятий и поэтому, в частности, не могут быть перекрещивающимися (рисунок 1.7а).

Рис. 1.7 Соподчиненные понятия

Но соподчиненные понятия могут быть и совместимыми. В этом случае видовые понятия, подчиненные общему роду (члены соподчинения), могут быть перекрещивающимися. Этот случай схематически изображен на рисунке 1.7б, из которого видно, что члены соподчинения могут быть перекрещивающимися понятиями (поэт может быть одновременно и романистом, и драматургом и т. д.).

В учебном процессе очень важно правильно соотносить понятия, не допуская при этом ошибок. Это возможно при знании следующих правил оперирования соподчиненными понятиями:

1. Соподчиненные понятия должны быть ближайшими видами одного общего рода.

2. Располагать в один ряд при перечислении можно только соподчиненные понятия, имеющие ближайший общий род. Ученики же при перечислении часто допускают ошибки.

Так, например, ученик, перечисляя геометрические фигуры, назвал треугольник, параллелограмм, ромб и т. д. Ошибка в том, что ромб - ближайший вид не геометрической фигуры, а параллелограмма.

В известном уже нам примере с двигателями ученики перечисляют двигатели: механические, тепловые, поршневые, электрические, атомные, реактивные. Во всех приведенных примерах в один ряд ставятся понятия, имеющие общий род, но не ближайший, т. е. они разной степени общности. Подобное перечисление неверно.

Противоречащие понятия. Противоречащими понятиями называются два несовместимых соподчиненных понятия, сумма объемов которых полностью исчерпывает объем общего родового понятия, а видовые признаки имеют противоположный характер (признаки одного понятия полностью отрицают другое, и наоборот), например: «белый» - «небелый», «высокий» - «невысокий».

Эти понятия от противных отличаются тем, что сумма их объемов равна объему родового понятия. Значит, между ними нет какого-либо среднего, третьего понятия, например: в случае понятия «белый» весь остальной ряд понятий («беловатый», «светло-серый», «серый» и т. д.) входит в понятие «небелый» (рисунок 1.8.1).

Если противные понятия оба положительные, то противоречащие - одно имеет положительный видовой признак, другое - отрицательный.

Рис. 1.8.1 Противоречащие понятия

Все рассмотренные выше виды понятий по их отношениям можно представить схематично, как показано на рисунке 1.8.2.

Противоречащие понятия называют иногда еще понятиями контрадикторными, а отношение таких понятий - отношением контрадикторности.

Рис. 1.8.2 Виды отношений между понятиями

Таким образом, все предметы и явления окружающей действительности связаны и взаимно обусловливают друг друга. Отражение этих объективно существующих связей между предметами и явлениями в сознании человека - связи и отношения между понятиями.

1.3 Способы определение физических понятий

Определение понятий (лат. definitio) в самом широком смысле есть логическая операция, в процессе которой раскрывается содержание понятия, т. е. указываются отличительные существенные признаки предметов, отображенных в данном понятии.

Определить понятие - значит, в краткой форме выразить самые общие, основные и существенные свойства определяемого предмета, не исчерпывая всех его свойств, сторон и связей.

Умение точно определить понятия, а следовательно, знание правил определения понятий, имеет огромное значение во всех областях науки и практики. Не случайно разработкой приемов определения понятий занимались философы с древнейших времен. Первые попытки такого рода были предприняты древнегреческим философом-материалистом Демокритом (460-370 гг. до н. э.) в его трактате «О логике», древнегреческим философом-идеалистом Сократом (469-399 гг. до н. э.), опиравшимся на индукцию. Признаки правильности определений он находил на основе анализа отдельных случаев.

Платон (428-347 гг. до н. э.), развивая сократовскую индукцию, приходит к мысли, что понятие есть существенное в вещах, общее, показывающее принадлежность к общему роду. Он считал, что определение должно указывать на принадлежность к общему (роду) и на специфическое различие, которое отличает данную вещь от всех вещей рода. В последующем проблемой определения занимались Аристотель (384-322 гг. до н. э.), Т. Гоббс (1588-1679) и другие философы.

Способы определения понятий. Логика указывает приемы определения понятий, позволяющие раскрыть существенные признаки, не прибегая к подробному перечислению всех существенных признаков. Есть несколько способов определения понятий. Основными из них являются: определение через ближайший род и видовое отличие, генетическое определение - определение через указание способа образования предмета.

Выделяют также номинальное определение - объяснение значения слова, имени или термина, обозначающего данное понятие.

Первый основной способ определения начинается с указания рода, в который в качестве вида входит определяемое понятие. При этом берется не первый попавшийся род, а ближайший Род, в который данный вид входит. Родовое понятие - это и есть более широкое понятие, под которое, по выражению В. И. Ленина, «подводится» определяемое видовое понятие.

Нахождение более широкого понятия представляет собой только начало определения понятия. Второй этап - указание видового отличия определяемого понятия. В каждый род входит много видов. Для того чтобы точно определить понятие, надо найти содержание данного вида, найти тот специфический существенный признак, по которому данный вид отличается от всех остальных видов, входящих в указанный род.

Впервые научную формулировку приема определения понятия через ближайший род и видовое отличие дал Аристотель. Он сформулировал также правила определения, принятые современной традиционной логикой.

Ранее рассматривалась классификационная схема двигателей. Что отличает один вид двигателей от другого? Вид энергии, которая преобразуется в механическую энергию, за счет которой совершается работа данным видом двигателя. Для электрического двигателя это будет энергия электрического тока (электрическая энергия); для тепловых двигателей - внутренняя энергия, получаемая при сгорании топлива; для атомных двигателей - энергия, выделяемая при делении ядер атомов. В механических двигателях (водяных, гидравлических) происходит преобразование одного вида механической энергии в другой или передача механической энергии других тел (воды, ветра) рабочему валу механического двигателя (ветродвигателя или водяной турбины).

В определении каждого вида двигателей и указывается этот существенный признак. Таким образом, для всех указанных видов двигателей ближайшим родовым понятием будет понятие «двигатель», а видовые отличия были указаны выше.

Структура определения. Определение через ближайший род и видовое отличие состоит из двух частей: определяемого понятия и определяющего понятия.

Определяемое понятие - понятие, существенные признаки которого отыскиваются, а определяющее понятие - понятие, отображающее родовой и видовой признаки. Родовое понятие - более общее понятие, в объем которого входит определяемое понятие.

Так, определение понятия «электродвигатель» будет сформулировано следующим образом: «Электродвигателем называется двигатель (ближайший род), преобразующий электрическую энергию в механическую (видовое отличие)».Здесь на первом месте - определяемое понятие «электродвигатель», а на втором - подчиняющее (родовое) понятие «двигатель», на третьем - видовое отличие (преобразующий электрическую энергию в механическую). Схематично структуру данного определения можно представить так: электродвигатель - двигатель - преобразующий электрическую энергию в механическую.

Определения, в которых указаны все необходимые признаки, называются полными определениями. Если в определении не указаны все необходимые признаки, оно называется неполным.

Правила определения понятий. Логикой установлен ряд требований, которым должны удовлетворять определения понятий. Эти требования получили в логике название правил определения. Таких правил пять. Нарушение одного из них' приводит к ошибкам в определении и в конечном счете к тому, что содержание понятия и его объем оказываются неверно раскрытыми в определении. Рассмотрим эти правила.

1. Определение должно быть соразмерным, т. е. объемы определяемого понятия и понятия, посредством которого определяется первое понятие, должны быть одинаковы.

Приведенное ранее определение электродвигателя удовлетворяет этому требованию. Пример- нарушения данного правила - следующие определения: «самолет есть машина» и «двигатель есть машина». Эти определения чрезмерно широки: объем определяющего понятия («машина») шире определяемого понятия. Машин существует много - это и двигатели, и генераторы электрического тока, это и транспортные машины и т. д. Приведенные примеры являются примерами чрезмерно широких определений.

Другой пример несоразмерного определения: «Динамометром называется прибор, главной частью которого является проградуированная пружина». В этом определении, наоборот, объем определяющего понятия оказывается значительно уже определяемого (объем правой части определения оказывается уже объема левой части). Такое определение слишком узко. Оно охватывает только пружинные динамометры. За пределами определения оказались гидравлические динамометры и динамометры с тензометрическими датчиками.

Определение будет верным при условии, когда объем его левой части полностью совпадает с объемом правой части. Этому требованию удовлетворяет приведенное определение электродвигателя.

2. Родовой признак должен указывать ближайшее высшее понятие, не перескакивая через него.

Это правило запрещает брать при определении понятий более отдаленный род. Примеры нарушения данного правила: «Паровая турбина есть двигатель, преобразующий энергию пара в механическую»; «Парта есть мебель для сидения ученика». В первом определении вместо ближайшего рода «тепловой двигатель» взят отдаленный род «двигатель». Во втором определении вместо ближайшего родового понятия «классная мебель» взят отдаленный род «мебель» (мебель вообще).

3. Видовым отличием должен быть признак или группа признаков, свойственных только данному понятию и отсутствующих в других понятиях, относящихся к тому же роду.

Пример нарушения данного правила: «Пружинным динамометром называется прибор, служащий для измерения силы». Здесь признак - прибор для измерения силы - является общим не только для пружинных динамометров, но и для других видов динамометров, а надо указать такой признак, который присущ только динамометрам данного вида.

4. Определение не должно быть только отрицательным. Отрицательное определение не указывает существенных признаков, значит, и не раскрывает содержания понятия.

5. Всякое определение должно быть ясным.

Выполнение указанных правил имеет особенно важное значение в учебном процессе при формировании понятий у школьников. Соблюдение указанных правил определения в учебниках и при объяснении материала учителем предотвращает смешение понятий, способствует образованию у учащихся правильных понятий, адекватно отражающих явления и предметы реальной действительности.

Поэтому знание правил определения научных понятий необходимо каждому педагогу. К сожалению, на практике нередко наблюдается нарушение указанных правил не только при объяснении материала учителями, но и в учебной литературе.

Определение через ближайший род и видовое отличие - наиболее распространенный прием определения, но не единственный.

Генетическое определение - это такое определение, когда указывается на происхождение предмета, понятие которого определяется, на тот способ, которым данный предмет создается. Так определяется окружность и ряд других геометрических понятий. Например: «Окружность есть геометрическое место точек плоскости, равноудаленных от одной ее точки (центра)».

В определении понятия, полученном генетическим способом, также содержится указание на ближайший род и четко выражается видовое отличие от других предметов данного рода, как и при первом способе определения.

В науке мы имеем дело в основном с первым способом определения, т. е. через ближайший род и видовое отличие. Эти определения мы и будем рассматривать в дальнейшем.

Определения понятия - ступенька в познании окружающего мира. Но для того чтобы эта ступенька вела нас к более глубокому познанию предметов и явлений, их связей и отношений, надо помнить, что краткое определение не отражает предмета ил явления полностью.

Итак, определить понятие - значит, выразить в краткой форме самые общие, основные и существенные свойства определяемого предмета, не исчерпывая всех его свойств, сторон и связей.

Ошибки, допускаемые в определении понятий. Учителю физики важно знать не только правила определения понятий, но и типичные ошибки, допускаемые в учебной практике в определении понятий. В логике различают следующие ошибки:

- нарушение правила соразмерности,

- тавтология в определении,

- круг в определении,

- определение неизвестного через неизвестное,

- включение в определение несущественных признаков понятия.

Остановимся на некоторых ошибках более подробно.

Сущность ошибки в определении понятия - тавтология - заключается в том, что предмет определяется через самого себя, а меняется только (и то зачастую незначительно) словесная форма выражения.

Тавтология - простое повторение в сказуемом того, что уже было высказано в подлежащем.

Тавтология нередко наблюдается в определениях, формулируемых учащимися. Например, на уроках химии и физики ученики допускают следующие определения: «Веществом называется то, из чего состоит вещество», «Количество внутренней энергии, которую тело получает или отдает при теплоотдаче, называется внутренней энергией», «Внутренняя энергия есть внутренняя энергия».

В. И. Григорьев и Г. Я. Мякишев в книге «Силы в природе» от такого рода определениях образно пишут: «Змея укусила себя за хвост».

Круг в определении в ответах учащихся встречается реже, но эта ошибка наблюдается в учебной и методической литературе. И подчас она никем не замечается. Суть ошибки заключается в том, что одно понятие определяется через другое, а это другое - через первое. Например: «Что такое вращение?» - «Движение вокруг оси».- «А что такое ось?» - «То, вокруг чего происходит вращение».

Пример круга в определении - определения работы и энергии.

Энергия во многих вузовских курсах и школьных учебниках определяется как способность тел или системы тел совершать работу. А работа, в свою очередь, определяется как мера изменения энергии или процесс превращения одного вида энергии в другой.

Так, например, в учебнике физики для VI класса, изданном в 70-х годах прошлого века, имелось следующее объяснение понятия «энергия»: «Если тело или несколько взаимодействующих тел (система тел) обладают возможностью совершить работу, то говорят, что они обладают энергией» Это разъяснение выделялось в тексте жирным шрифтом, а в другом параграфе этого же учебника давалось определение работы через энергию: «Работа... есть мера изменения энергии». Таким образом, вначале авторы определяли энергию через работу, а затем работу - через энергию. Такого рода круг в определении понятий «работа» и «энергия» можно встретить и в других учебных пособиях.

Определение неизвестного через неизвестное. Суть этой ошибки заключается в том, что понятие определяется через такое понятие, признаки которого неизвестны и которое само еще должно быть определено.

Включение в определение несущественного признака также встречается довольно часто. Так, например, определяя понятие «пружинный динамометр», многие ученики VI класса пишут: «Это прибор, состоящий из пружины с крючком». Здесь указан несущественный признак - крючок. И неверно указан род - «прибор». Нужно брать ближайший род - «динамометр». Другой пример подобной ошибки в определении: «Веществом называются формы материи, обладающие энергией». Признак «обладающие энергией» для веществ не существен, так как энергия присуща не только веществу, но и полю.

Знание типичных ошибок в определении понятий дает возможность учителю более строго относиться к определениям, которые дает он сам учащимся на уроке, и к определениям, которые дают учащиеся в своих ответах.

В заключение отметим, что знание типичных ошибок в определении понятий дает возможности учителю более строго относиться к определениям, которые дает он сам учащимся на уроке, и к определениям, которые дают учащиеся в своих ответах.



2. Методические основы формирования понятия "температура"

2.1 Основные этапы формирования у учащихся понятия "температура"

Понятие температуры, являясь сложным, не может быть сформировано сразу. Его формирование - процесс длительный, состоящий из нескольких этапов.

I. Пропедевтический этап. Впервые представление о температуре учащиеся получают в курсе «Природоведение». Используя житейские представления школьников о температуре, изучают устройство термометра и правила использования его для измерения температуры, проводят практическую работу.

В VI классе при изучении в курсе физики вопроса о связи скорости движения молекул и температуры тела у учащихся формируют понятие о температуре на качественном уровне. Температуру вводят как одну из величин, характеризующих тепловое состояние тел. Рассматривают способ измерения температуры. Далее говорят о том, что скорость движения молекул и температура тела связаны между собой: чем больше скорость движения молекул, тем выше температура тела. На данном этапе важно, чтобы учащиеся усвоили связь температуры тела и скорости движения молекул и правила использования термометра. Целесообразно ознакомить их с принципом построения шкалы Цельсия.

В VIII классе в теме «Тепловые явления» школьники выполняют лабораторные работы, в которых используют полученные знания об измерении температуры.

II. Основной этап. В X классе понятие температуры формируют постепенно. Сначала понятие температуры вводят здесь на качественном уровне, а затем при изучении основ теории идеального газа вводят статистический смысл температуры.

1) Качественно понятие температуры вводят при рассмотрении свойств теплового равновесия. Ученикам напоминают, что существуют более и менее нагретые тела. При их контакте более нагретые тела охлаждаются, менее нагретые нагреваются, со временем оба тела приходят в состояние теплового равновесия, при котором параметры, характеризующие состояние тела, остаются постоянными. Из состояния равновесия тела самопроизвольно выйти не могут. Говорят, что тело, которое при контакте отдает тепло, имеет более высокую температуру, а тело, которое получает тепло,-- более низкую. При термодинамическом равновесии температура системы не меняется, она остается постоянной сколь угодно долго, поэтому температуру можно определять как величину, позволяющую описывать тепловое равновесие между телами, находящимися в тепловом контакте.

Таким образом, температура - физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия системы: во всех частях системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно, и то же значение. Если одно, из состояний принять за нулевое, то температура системы указывает степень отклонения ее состояния от теплового состояния, принятого за нулевое.

Далее необходимо показать статистический смысл понятия температуры, сказав о том, что при тепловом равновесии средние кинетические энергии молекул всех тел системы выравниваются. Следовательно, с точки зрения молекулярно-кинетической теории температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул.

Необходимо рассмотреть способ измерения температуры. При этом важно отметить, что температура не обладает свойством аддитивности и что в основе ее измерения лежат следующие положения:

а) транзитивность теплового равновесия; из этого свойства следует, что для утверждения равенства температур двух тел не обязательно приводить их в тепловой контакт, можно воспользоваться третьим телом, называемым термометрическим;

б) в качестве термометрического тела выбирают любое, свойства которого зависят от температуры. В простейших термометрах используют зависимость объема от температуры, причем считают, что эта зависимость линейная.

Полезно показать учащимся, как строить эмпирическую шкалу Цельсия. При этом делают предположения:

а) объем линейно зависит от температуры;

б) разность температур таяния льда и кипения воды составляет 100;

в) температура таяния льда равна 0. Термометр опускают сначала в тающий лед, а затем в кипящую воду, и, исходя из сделанных предположений, записывают

Для произвольного изменения температуры от 0 до t можно записать

где V - объем термометрического тела при температуре t.

Решая систему уравнений, получим

Целесообразно показать несовершенство эмпирической шкалы, причинами которого являются произвол в выборе реперных точек и интервала между ними, а также предположение о том, что объем зависит от температуры линейно. На самом деле это не так.

...