Приемы и средства активизации практической деятельности учащихся при изучении физики

Одним из приемов объяснения материала на уроках физики является прием аналогии. При построении умозаключения по аналогии:

1) анализируют изучаемый объект;

2) обнаруживают его сходство с ранее изученным или хорошо известным объектом;

3) переносят известные свойства ранее изученного объекта на изучаемый объект.

Кроме основных логических приемов объяснения и доказательства, на уроках могут использоваться частные приемы, характерные для физической науки, например на основе принципа симметрии и теории размерностей.

В физике принцип симметрии обычно формулируется так: если в причине явления наблюдается некоторая симметрия, то та же симметрия будет присуща и следствиям. Основываясь на этом принципе, легко, например, доказать факт обратимости лучей: при отражении света падающий луч и луч отраженный находятся в совершенно одинаковых условиях, поэтому нет основания ожидать, что путь светового пучка изменится, если падающий луч пустить по направлению отраженного луча.

Элементы теории размерности нужно использовать в упрощенном варианте, так как учащиеся не знают понятие размерности. Следует подчеркнуть, что в любом уравнении наименования единиц величин, стоящих справа и слева, должны совпадать. Это дает возможность делать некоторые предсказания относительно вида уравнений. [11]

Выше было показано, что на уроках физики учитель для доказательного раскрытия познавательных задач может использовать самые разные приемы: индуктивные, дедуктивные, аналогию, принцип симметрии, теорию размерностей. Часто один и тот же материал может быть доказательно раскрыть разными способами.

Педагогическое мастерство проявляется в умении выбрать наиболее удачный прием объяснения (набор приемов, последовательность их применения), отвечающий задаче развития познавательных способностей учащихся того конкретного класса, в котором учитель работает. Приемы объяснения должны быть выбраны так, чтобы они требовали от учащихся познавательных действий, лежащих в зоне их ближайшего развития. При этом необходимо четко представлять влияние индуктивных и дедуктивных приемов объяснения на развитие мышления учащихся. [20]

Приемы объяснения материала должны методологически правильно раскрывать взаимосвязь экспериментальных и теоретических методов научного исследования место и возможности индукции и дедукции в процессе познания, роль, место и значение эксперимента. Необходимо также стремиться к тому, чтобы учащиеся понимали логическую структуру курса: какие положения являются фундаментальными научными фактами, какие выводятся их опыта, какие предсказываются теорией и подтверждаются экспериментом, какие являются допущениями (предположениями), и требуют дальнейшего исследования. Осознание логической структуры курса - условие глубокого его усвоения. Поэтому выбор приемов объяснения диктуется не только уровнем познавательных способностей учащихся, задачей их дальнейшего развития, но и рядом методологических требований. [20]

В связи с этим мы рассмотрим место индуктивных и дедуктивных приемов при изучении различного физического материала: теорий, законов, понятий с учетом психологических закономерностей усвоения знаний учащимися.

a) Изучение физических теорий.

Физические теории строятся либо по методу принципов, либо по методу модельных гипотез. К числу теорий, построенных по методу принципов относятся классическая механика, термодинамика, специальная и общая теории относительности. Молекулярно-статистическая теория, электронная теория, теория атома строятся по методу модельных гипотез.

В случае "модельной" теории основные ее положения (ядро теории) фиксируют существенные свойства изучаемой модели, ее структуру и основные закономерности, которым она подчиняется. Это наглядно выступает, например, в теории атома Резерфорда - Бора.

В теориях, построенных по методу принципов, основные положения теории формулируются в виде постулатов или "начал".

Например, основу специальной теории относительности составляют два постулата:

1) Существование инерциальных систем отсчета, в которых все (а не только механические) явления протекают одинаково;

2) Независимость скорости света от скорости источника (постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчета).

Основу термодинамики составляют три начала термодинамики, основу классической механики - три закона Ньютона и т.д.

Вполне понятно, что основные положения теории не могут выводиться дедуктивно, так как они сами являются предельно широкими обобщениями и не существуют других положений, из которых они могут быть выведены дедуктивно. Они не могут быть введены и чисто индуктивно, так как, хотя исходные положения теории часто опираются на опытные факты, выявление ядра теории в условиях, когда этих опытных данных не достаточно, когда некоторые из них неполны, другие противоречивы, не являются чисто логическим процессом (индукцией).

Основные положения теории - утверждения высокого уровня обобщения, до которых поднялась наука, - должны излагаться учащимися без вывода и подтверждаться опытными фактами, т.е. на основе информационно-иллюстративного приема. Это наиболее целесообразный с методической точки зрения способ ознакомления с основными положения теории.

Преподавателю особенно большое внимание следует уделять экспериментальной основе физических теорий. При изложении курса физики важно оказать не только экспериментальную основу теории, но и ее эвристическую роль, ее способность объяснить известные физические явления и предсказать новые.

b) Изучение физических законов.

Физические законы очень различны по уровню содержащихся в них обобщений. Одни физические законы (закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения заряда и др.) представляют собой весьма широкие обобщения. Другие представляют собой весьма частные утверждения: закон сообщающихся сосудов, законы плавания тел (условия плавания), закон (условие) равновесия рычага, условие равновесия тела на наклонной плоскости и т.д. Есть законы, истинность которых доказывается опытом и только опытом. Теоретического объяснения они не имеют. К числу их относятся закон Кулона. Другие законы, открытые опытным путем, ныне имеют теоретическое объяснение и могут быть выведены на основе теории (закон Паскаля, Архимеда, газовые законы и т.д.).

В силу такого различия методика изучения всех физических законов не может быть одинаковой. Так, например, ознакомление учащихся с физическими принципами (законами сохранения, принципами суперпозиции, независимости световых пучков и др.) целесообразно проводить на основе информационно-иллюстративного приема, т.е. принципы следует сообщать учащимся без вывода, а их истинность подтверждать достоверным числом экспериментальных фактов. [20]

Выбор метода изложения определяется многими соображениями: структура курса (наличием или отсутствием теории в начале раздела) и уровнем развития мышления учащихся, задачей развития их теоретического или конкретно-образного мышления, доступностью теоретического вывода и др. Этот вопрос должен решаться каждым учителем отдельно применительно к уровню развития своего класса. [20]

c) Изучение физических понятий.

Понятия являются языком науки. Они должны быть обязательно усвоены учащимися. Не овладев понятием, нельзя осмыслить любое научное утверждение (законы, закономерности, положения теории и т.п.).

Среди различных физических понятий методика особо выделяет понятия о физических величинах (понятие массы, силы, давления, плотности, энергии и т.д.). Определить физическое понятие - это значит, прежде всего, указать способ его измерения. При введении понятия и новой физической величине рекомендуется опираться на житейские представления учащихся и демонстрацию опытов. Если в опыте выявляется постоянство отношения (или произведения) каких-либо величин, то может быть введена новая физическая величина, измеряемая этим отношением (или произведением), физический смысл которой подлежит дополнительному анализу.

В основе этой методики лежит индуктивный способ мышления: от наблюдения опытов через их анализ к введению новой физической величины.

Наряду с понятиями - величинами в физике широко используется понятия, которые не являются количественной мерой процессов и явлений. К таким понятиям относится понятие механического движения, траектории, системы отсчета, сообщающихся сосудов, когерентных источников света и др. Эти понятия, как правило, вводятся на основе информационно-иллюстративного приема. Учащихся знакомят с существенными признаками данного понятия и иллюстрируют и примерами, опытами или поясняют теоретически. Однако чем меньше жизненный опыт учащихся, чем хуже развиты их познавательные способности, тем чаще необходимо прибегать к индуктивному введения понятий.

Пониманию учащихся материала, развитию их мышления весьма способствует систематическая и целенаправленная работа с учебником на уроке.

Самым важным первоначальным приемом работы с книгой является выделение главного, что требует анализа текста, синтеза результатов анализа и абстрагирование от второстепенного материала. Для обеспечения глубокого понимания изучаемого материала важное значение имеет обучение учащихся работе с рисунками учебника. [5]

С первых уроков физики в 7 классе необходимо приучить учащихся при чтении текста обращаться к рисунку, чертежу, таблицам. С этой целью полезно чаще ставить учащимся такие вопросы: что изображено на рисунке? Что говориться об этом рисунке в тексте? Как отражено на рисунке то изменение с телом, которое наблюдается в опыте и описывается в тексте учебника? И т.д.

Постепенное обращение внимания учащихся на рисунки учебника, задания на составление рисунка и текста приводят к тому, что учащиеся начинают видеть в них дополнительную информацию и, изучая текст учебника, одновременно работают с его иллюстрациями. Вырабатывается весьма необходимый навык работы с книгой.

Это позволяет усложнять задания и на основе работы с рисунками учить ребят сравнивать, сопоставлять, противопоставлять и т.д., т.е. развивать мышление учащихся.

Обеспечение глубокого понимания учащимися изучаемого материала является лишь первой ступенью активизации их познавательной деятельности и тем условием, на фоне которого могут использоваться приемы и методы, требующие от учащихся большей самостоятельности. Рассмотрим приемы и методы работы, рассчитанные на развитие логического мышления учащихся.

1. Метод эвристической беседы.

Для развития логического мышления учащимся в процессе обучения необходимо предоставлять возможность самостоятельно проводить анализ, синтез, обобщения, сравнения, строить индуктивные и дедуктивные умозаключения и т.д. Такая возможность предоставлять учащимся при ведении урока методом беседы.

Однако следует отметить, что не всякая беседа активизирует познавательную деятельность учащихся, способствует развитию их мышления. Иногда учитель задает учащимся вопросы на воспроизведение ранее усвоенных знаний. Например, перед введением понятия центростремительного ускорения учитель ставит перед учащимися ряд вопросов для воспроизведения того материала, на который будет опираться объяснение: что такое ускорение? Что характеризует ускорение? В каких единицах измеряется ускорение? Что можно сказать об ускорении равнопеременного движения? И т.д. Такая вводная беседа необходима, она подготавливает базу для усвоения нового материала. Но все вопросы ее обращены лишь к памяти учащегося и требует воспроизведение уже известных знаний. Она проводится на низком уровне познавательной деятельности учащихся. Их активность (поднятие руки, желание ответить) носит внешний характер и не характеризует напряженной умственной деятельности. Надо отметить, что, к сожалению, в практике преподавания вопросы, требующие от учащихся воспроизводящей деятельности, часто преобладают.

Активизация познавательной деятельности, таким образом, определяется не самим методом беседы, а характером задаваемых вопросов. Беседа активизирует познавательную деятельность, если вопросы рассчитаны на мышление учащихся, их аналитико-синтетическую деятельность, если они направлены на получение индуктивного или дедуктивного вывода. Назовем такую беседу эвристической, так как она подводит учащихся к новому знанию.

При индуктивном введении нового материала учитель ставит вопросы, направленные на то, чтобы учащиеся самостоятельно в ходе анализа выделили общие черты наблюдаемых объектов и пришли к обобщению.

При дедуктивном выводе нового знания или при теоретическом пояснении экспериментально установленного факта учитель, обрисовав существенные черты рассматриваемой модели, включает учащихся в мысленный эксперимент и предлагает им предсказать те изменения, которые будут наблюдаться в ходе его. Например, при объяснении опыта Штерна учитель описывает и зарисовывает на доске схему установки, подчеркивая при этом, что испускаемые накаливаемой нитью атомы серебра оставляют след на внешнем цилиндре напротив прорези во внутреннем цилиндре. Далее учитель предлагает учащимся включиться в мысленный эксперимент. Предположим, что скорости всех атомов серебра одинаковы при данной температуре нити. Какой вид будет иметь след от атомов серебра, испускаемых нитью, и где он расположиться, если прибор вращать с постоянной угловой скоростью? О чем свидетельствует размытый след? Куда попадут более быстрые атомы серебра? Куда попадут медленно движущиеся атомы? Как можно определить скорость каждой группы атомов из результатов данного опыта.

Развитие мышления учащихся в ходе эвристической беседы зависит от искусства учителя задавать вопросы. Вопросы могут быть очень детальными. Ответы на такие вопросы не требуют от учащихся пытливости мысли, серьезной и вдумчивой работы ума.

В практике обучения эвристическая беседа, кроме вопросов, рассчитанных на мыслительную деятельность логического уровня, может включать (и часто включает) вопросы и задания, требующие от учащихся высказываний интуитивного характера (догадки, выдвижения возможных предположений и т.д.). Эти частично-поисковые задания придают эвристической беседе совершенно иной, исследовательский характер. По уровню своего воспитательного воздействия эвристическая беседа с элементами исследования приближается к проблемной беседе. [5]

2. Задания на сравнение и систематизацию материала.

Большое влияние на умственное развитие учащихся оказывают задания, требующие сравнения, систематизации и обобщения уже изученного материала. Например, в таблице 1. представлены результаты сравнения гравитационных и электростатических сил.

Таблица 1

Общие свойства	Различия
1. Силы центральные.	1. Различна природа сил.
2. Одинаково изменяются с расстоянием.	2. Электромагнитные силы в 1039 раза больше сил тяготения.
3. Универсальны.	3. Электромагнитные силы проявляют себя и как силы притяжения, и как силы отталкивания, гравитационные силы - силы притяжения.
4. Справедливы для точечных зарядов и масс.

познавательный физика школа

В электродинамике изучаются различные частные примеры электромагнитного поля: электростатическое, стационарное электрическое, вихревое электрическое и магнитное. Можно сопоставлять их свойства, находить в них общее и отличное. Сопоставлению поддаются магнитные свойства вещества (ферромагнетики, пара- и диамагнетики), свойства полей и вещества, ход лучей в линзах и зеркалах и т.д. В школьном курсе можно найти множество примеров для соответствующих заданий учащимся. Большое значение имеет и работа по систематизации знаний учащихся. Так, в 8 классе перед изучением понятия внутренней энергии необходимо обобщить и систематизировать знания учащихся, полученные ими в 7 классе и строении вещества.

Заканчивая изучение темы "Силы в природе", можно предложить учащимся систематизировать полученные знания по следующим параметрам: природа силы, ее направление, закон, которому она подчиняется.

Систематизировать можно изучаемые понятия и единицы их измерения. Например, целесообразно провести систематизацию величин и их единиц по разделам "Электродинамика".

Эти задания благотворно влияют на качество знаний учащихся. Их выполнение требует от учащихся анализа, сопоставлений, обобщений и других умственных операций, т.е. ведет к умственному развитию.

Например, чтобы ввести единицу измерения произвольной величины, нужно:

a) Выбрать для данной величины определенную формулу;

b) Считать в этой формуле значения всех величин (кроме определяемой) равными единице:

c) Записать наименование единицы определяемой величины;

d) Сформулировать необходимое определение;

e) Дать ей название.

В объяснение нового материала целесообразно включать фронтальные опыты и эвристически поставленные фронтальные лабораторные работы.

Фронтальные опыты - кратковременные фронтальные лабораторные работы, которые одновременно выполняются всеми учащимися класса под руководством учителя.

Фронтальные опыты, учат школьников наблюдать и анализировать явления, способствуют развитию мышления. Активизация мыслительной деятельности достигается соответственно постановкой вопросов, в которых следует обращать внимание на существенные стороны изучаемого вопроса.

С целью развития мышления учащихся и развития их познавательной самостоятельности, наряду с использованием фронтальных опытов надо шире применять эвристический прием проведения фронтальных лабораторных работ. Эвристический прием выполнения фронтальных лабораторных работ предполагает проведение их да изучения соответствующего материала.

Эвристически поставленные фронтальные лабораторные развивают познавательную самостоятельность учащихся, знакомят их с сущностью экспериментальных исследований, способствуют осмысливанию изучаемого материала и прочности усвоения. Такие лабораторные работы наряду с фронтальными опытами должны широко применяться в школьной практике, особенно на первой ступени обучения физике. В дальнейшем самостоятельность учащихся при выполнении работ должна повышаться, и после коллективного обсуждения плана выполнения работы экспериментальные задания учащиеся должны выполнять самостоятельно, без соответствующих указаний учителя. Обсуждение результатов экспериментов проводится при этом не поэтапно, а в конце выполнения всей работы (или на следующем уроке), а иногда основные выводы учащиеся формулируют самостоятельно, до коллективного их обсуждения.

Если учитель вдумчиво и целенаправленно проводит работу по развитию познавательных способностей учащихся, последовательно усложняет познавательные задачи, решаемые ими, предоставляет учащимся все большую самостоятельность, ему удается добиться значительных сдвигов в умственном развитии детей. В этом случае учитель вправе рассчитывать на то, что в старших классах учащиеся будут самостоятельно справляться с выполнением логико-поисковых заданий, т.е. заданий, требующих самостоятельного доказательства, объяснения или вывода нового знания.

При логико-поисковой работе учащихся значительная часть материала изучается ими на основе активной познавательной деятельности.

Поистине неограниченные возможности для развития мышления учащихся открываются перед учителем при обучении решению физических задач. Необходимо лишь, чтобы обучение решению задач служило не только и не столько усвоению и запоминанию формул законов, а было бы направлено на обучение анализу тех физических явлений, которые составляют условие задачи, учило бы поиску решения задачи, акцентировало бы внимание учащихся на сущности полученного ответа и приема его анализа.

Приступая к решению задачи, ученик, прежде всего, должен представлять себе явление, описанное в условии задачи. Далее надо более внимательно вчитываться в условие задачи и попытаться понять, какие объекты описаны в условии задачи, что о них известно и не содержит ли условие "скрытые" данные. Теперь, когда условие проанализировано, можно приступать к краткой записи задачи, выписывая данные не в том порядке, как они появлялись в тексте, а в той группировке, которая выявилась в ходе анализа. Желательно сделать чертеж к задаче. Только после этого следует приступать к поиску принципов решения задачи.

Существуют несколько приемов поиска принципа решения задач: аналитико-синтетический, алгоритмический, эвристический.

Ход рассуждений при аналитико-синтетическом приеме начинается с вопроса: что нужно знать, чтобы ответить на вопрос задачи?

Может возникнуть следующий вопрос: каких данных не хватает для ответа на вопрос задачи и как их можно определить?

После выполнения этого логического шага в ходе решения задачи вновь возникают вопросы: решена ли задача? Если нет, то, каких данных не достает, чтобы ответить на вопрос задачи? Какие данные имеются, чтобы определить эти неизвестные величины?

Поиск решения задачи окончен. Предстоит выполнить расчеты: выразить все неизвестные величины через известные и вывести общую формулу для определения искомой величины, проверить ее (совпадают ли наименования величин в левой и правой части выведенного уравнения), подставить данные и получить ответ.

Получением ответа не заканчивается решение задачи, ответ нужно проанализировать. Выявить, правдоподобен ли полученный ответ.

Задачи могут решаться не только аналитико-синтетическим приемом, но и алгоритмически. Для типовых задач во многих темах курса физики может быть составлен свой перечень алгоритмических предписаний, руководствуясь которыми, учащиеся осуществляют поиск решения задачи.

В некоторых темах решение задачи возможно лишь на основе эвристического приема.

При эвристическом приеме ученик, после проведения анализа условия задачи и его записи, пытается найти ответ на такие вопросы: что требуется определить в задаче? Продвигает ли нахождение этой величины к достижению цели? Если нет, то в чем причина неудачи? Если да, то какую следующую величину можно определить? И т.д.

Каким бы приемом не решалась физическая задача, она требует от решающего активной мыслительной деятельности.

Однако решение задач способствует развитию мышления школьников лишь в том случае, если каждый ученик решает задачу сам, прилагая для этого определенные усилия.

С целью развития мышления полезно предлагать учащимся задания по самостоятельному составлению задач. Такие задания могут быть весьма разнообразными. Например, составьте задачу, обратную той, что решена; составьте задачу на такую-то формулу и т.д.

Творческая деятельность предполагает обширные знания, высоко развитое логическое мышление, гибкость ума, а также способность предвидеть результат исследования до проведения обоснованных доказательств. Для развития творческих способностей необходимо в ходе обучения ставить учащихся в такие ситуации, которых они вынуждены высказывать предположения, строить догадки, проявлять и развивать свою интуицию. [22]

Организовать творческую поисковую деятельность учащихся можно не только на этапе применения знаний, но и при изучении нового материала.

При проблемном обучении познавательную и практическую деятельность учащихся стремятся организовать по логике развертывания творческого процесса, а именно:

1. Создают проблемную ситуацию, анализируют ее и в ходе анализа подводят учащихся к необходимости изучения определенной проблемы.

2. Включают учащихся в активный поиск решения проблемы на основе имеющихся знаний и мобилизации познавательных способностей. В отдельных случаях можно организовать предварительное изучение тех знаний, которые могут помочь учащимся решить проблему. Выдвигаемые в ходе поиска гипотезы и догадки должны подвергаться анализу, с тем, чтобы найти наиболее рациональное решение.

3. Предлагаемое решение проблемы проверяется иногда теоретически, чаще экспериментально. Проблема решается, и на основе этого решения делается вывод, который несет в себе новое знание об изучаемом объекте. В процессе решения проблемы выясняется необходимость исследования других сторон изучаемого объекта. В результате учащиеся добывают некоторую систему знаний. [23]

В настоящее время многие считают, что проблемное обучение начинается с постановки учебной проблемы. Именно это исходное утверждение мешает выявлению различий между проблемным и традиционным обучением, ибо и в традиционном обучении всегда выдвигаются (должны выдвигаться) познавательные задачи урока, которые можно рассматривать как проблемы для предстоящего изучения.

В соответствии с основными закономерностями творческой деятельности, которые являются теоретической основой проблемного обучения, проблемное обучение должно начинаться с организации проблемных ситуаций, а не с формулировки учебных проблем.

Проблема (проблемный вопрос, задача) существует объективно и независимо от познающего субъекта в обучении - ученика. Чтобы у ученика возникла потребность в ее решении, она не только должна быть усвоена (понята) им, но и получить его личностную оценку (стать для него значимой). Именно поэтому в традиционном обучении учитель не только формулирует познавательные задачи урока (проблемы), но и вызывает к ним интерес учащихся (рассказывает о значении изучаемого вопроса для науки и техники, об истории его открытия т.д.).

Для создания проблемной ситуации на уроках физики необходимо выявить возможные типы противоречий, которые могут возникать в ходе изучения физики.

Исследования показывают, что на уроках физики можно для создания проблемных ситуаций использовать три типа противоречий:

1) Противоречия между жизненным опытом учащихся и научными знаниями;

2) Противоречия процесса познания. Иначе говоря, противоречия между ранее полученными учениками знаниями и новыми. Это противоречие возникает в силу того, что на любом этапе обучения раскрытие свойств объекта не является исчерпывающим и на следующем этапе возникает возможность в яркой, противоречивой форме вскрыть несоответствие новых и имеющихся знаний;

3) Противоречия самой объективной реальности. Самым известным видом последнего противоречия являются квантовые и волновые свойства фотонов и других элементарных частиц.

Проблемные ситуации возникают в ходе познавательной деятельности человека. Поэтому для введения в проблемную ситуацию нельзя (недостаточно) просто указать учащимся на противоречие. Необходимо организовать их деятельность так, чтобы они сами натолкнулись на некоторое несоответствие познаваемого с имеющимися у них системой знаний. Деятельность эта может быть различной. Например, решение задачи, дающей парадоксальный ответ, расчет, не подтверждающийся экспериментом, беседа, в ходе которой (чаще всего на основе анализа опытов) учитель умело подводит учащихся к осознанию некоторого противоречия. Так, в 8 классе, заканчивая опрос по теме "Теплопроводность", учитель вновь показывает опыт "лед не тает в кипятке" и просит учащихся объяснить его. Подчеркивает вывод: опыт доказывает, что вода обладает плохой теплопроводностью. Предлагает учащимся пронаблюдать за результатом опыта, в котором пробирку с плавающим в ней льдом подогревают снизу. Что происходит со льдом в этом случае? Какой вывод можно сделать на основе опыта? Вода, нагреваемая снизу, передает теплоту. Какой возникает вопрос? [28]

Важно не только то, что говорит учитель, но и как он это говорит. Учитель всем своим видом и поведением должен показывать крайнюю заинтересованность в изучаемом явлении, в наблюдении опытов, их анализе; вместе с учащимися удивляться полученному несоответствию, показывать свою "озадаченность", побуждать их к раскрытию "тайны" природы. Без такого эмоционального отношения учителя к изучаемому вопросу проблемное обучение может не состояться.

При проблемном обучении познавательную и практическую деятельность учащихся стремятся организовать так, чтобы она проходила через все этапы творческого процесса. Однако наиболее существенным моментом творческой деятельности является высказывание гипотезы и их проверка.

Высказыванию гипотезы и их проверке можно учить и вне проблемного обучения. Соответствующие частично-поисковые задания можно включать в эвристическую беседу, придавая ей характер исследования. [28]

Чтобы не ограничиваться отдельными примерами, а выявить возможности курса физики для развития интуиции учащихся, проанализируем место интуитивных моментов в научных физических исследованиях.

В экспериментальных исследованиях по физике интуиция ученого проявляется, прежде всего, в предугадывании конечного результата эксперимента. Исследователь заранее предвидит или смутно угадывает результат эксперимента.

Немало интуиции проявляет исследователь и при анализе результатов эксперимента. Умение понять сущность наблюдаемого, увидеть новое, ранее неизвестное явление - это качество, присущее талантливому исследователю.

Немалой выдумки и смекалки требует само планирование эксперимента в тех случаях, когда результат теоретически подсказан, а затруднения возникают как раз со стороны его экспериментального подтверждения.

В теоретических исследованиях (если исключить из анализа создание самой теории) кульминационный момент творчества состоит либо в предсказании новых следствий теории, либо определении тех явлений и фактов, которые могут быть подведены под данную теорию, т.е. объяснены ею.

В условиях, когда научных фактор много, выбор нужного принципа всегда творческий процесс (совершается всегда на основе интуиции, а не путем перебора всех возможных вариантов).

Поскольку методы изучения курса физики отражают методы научных физических исследований, то при изучении материала на основе индуктивных приемов для развития интуитивного мышления целесообразно предлагать учащимся задания, требующие:

a) предугадывания результатов эксперимента;

b) его планирования.

При изучении материала на основе теории, учащимся полезно ставить задания на предсказание новых следствий, а также на поиск принципа объяснения изучаемых явлений. Нахождение принципа объяснения того или иного явления часто составляет сущность (и основную трудность) решения качественных задач, а поиск ответа на вопрос "как?" составляет основную ценность творческих заданий.

Успеха можно добиться лишь в том случае, если работу по развитию познавательных и практических способностей учащихся проводить систематически.

2.1.2 Использование элементов практики на уроках физики

Сформировать глубокие интересы к физике у всех учащихся невозможно и, наверное, не нужно. Важно, чтобы всем ученикам на каждом уроке физики было интересно. Тогда у многих из них первоначальная заинтересованность предметом перерастет в глубокий и стойкий интерес к науке - физике.

В этом плане особое место принадлежит такому эффективному педагогическому средству, как практической деятельности (эксперимент). Он состоит в том, что учитель, используя свойства предметов и явлений, вызывает у учащихся чувство удивления, обостряет их внимание и, воздействуя на эмоции учеников, способствует созданию у них положительного настроя к учению и готовности к активной мыслительной деятельности независимо от их знаний, способностей и интересов. [8]

Следует различать стороны эксперимента: возможности содержания самого предмета и определенные методические приемы учителя.

Какие же требования следует предъявлять к практическому материалу, чтобы его использование на уроках дало прочный обучающий эффект? Это, на наш взгляд следующие:

1. Занимательный практический материал должен привлекать внимание учеников постановкой вопроса и направлять мысль на поиск ответа. Он должен требовать напряженной деятельности воображения в сочетании с умением использовать полученные знания.

2. Эксперимент должен быть не развлекательной иллюстрацией к уроку, а вызывать познавательную активность учащихся, помогать им выяснять причинно-следственные связи между явлениями. В противном случае занимательность не приведет к развитию у школьников устойчивых познавательных интересов. Поэтому, привлекая на уроке занимательный материал, учителю следует ставить перед учениками вопросы: "Как?", "Почему?", "Отчего?".

3. Демонстрация должна соответствовать возрастным особенностям учащихся, уровню их интеллектуального развития.

4. Желательно, чтобы дополнительный (практический) материал, выбираемый учителем для урока, соответствовал увлечениям учеников. Это, во-первых, позволяет учителю формировать интерес к физике через уже имеющийся интерес к другому предмету, во-вторых, помогает сделать увлекательными повторительно-обобщающие уроки, на которых ученикам приводят примеры использования физических законов в интересующей их областях.

5. Практические задания на уроке не должны требовать большой затраты времени, быть ярким, эмоциональным моментом урока. Как показывает опыт, целесообразнее привести на уроке один-два наиболее характерных примера, чем перечислить несколько эффективных, но малозначащих фактов. [30]

Место практической деятельности на уроке может быть различным.

Обычно практическая деятельность связана с элементами неожиданности, в ней привлекает новизна материала. Поэтому уместно использовать занимательность при создании проблемной ситуации. С этой целью можно использовать различные приемы. В частности, проведение занимательных опытов, сообщение учащимся фактов, поражающих своей неожиданностью, странностью, несоответствием прежним представлениям.

Практическая деятельность может быть использована при объяснении нового материала. Здесь ее применение неоднозначно. Учитель прибегает к ней как к своеобразной разрядке для учащихся при объяснении большого по объему или трудного материала.

Практика (эксперимент) может служить эмоциональной основой для восприятия наиболее трудных вопросов изучаемого материала.

В плане эмоционального воздействия на школьников большую роль играют сведения из истории науки. Необходимо, однако, отметить, что многие окружены легендами, в которых реальные события переплетаются с многочисленными домыслами. Учителю следует, анализируя легенду, выделить из нее достоверный факты, иначе формирование научных знаний, диалектико-материалистического мировоззрения, будет принесено в жертву созданию мнимого интереса к предмету. [30]

Интерес учащихся вызывается умелое использование учителем произведений художественной литературы. Во многих из них можно найти немало ярких, легко запоминающихся рассказов о физических явлениях. Особенно интересно выбрать такие отрывки, где имеются физические ошибки, неточности. Тогда перед учениками ставится задача: найти ошибку и правильно объяснить явление. Произведения художественной литературы полезно привлекать и рассказывая об ученых-физиках. [27]

Не в меньшей степени, чем другая форма проведения урока, нуждается в разнообразии используемого материала решение задач. Подбирая задачи, учитель может использовать различные софизмы и парадоксы, особенно те, которые отражают жизненную ситуацию. [2]

С целью повышения интереса учащихся при решении количественных задач полезно предлагать школьникам самим составлять задачи, причем облечь каждую из них в интересную форму (стихотворение, детективного рассказа и т.п.).

Очень нравятся школьникам экспериментальные задачи, сформулированные в занимательной форме.

Занимательные приемы могут быть использованы учителем при закреплении знаний и даже при опросе. С этой целью интересно организовать на уроке игры с учащимися.

Использование практической деятельности дает на уроке надежный эффект, если учитель правильно понимает эксперимент как фактор, положительно влияющий на психические процессы, и ясно осознает цель использования практики в данный момент.

Естественно, что для получения знаний учащимися и развития их познавательных стремлений практическая деятельность учащихся должна применяться с другими дидактическими средствами.

2.2 Система демонстрационного эксперимента как основа активизации практической деятельности

2.2.1 Методика проведения физического эксперимента

Школьный физический эксперимент позволяет опытным путем раскрывать сущность изучаемых явлений и процессов. Выделяют следующие виды учебного физического эксперимента: демонстрационные опыты, фронтальные лабораторные работы, работы физического практикума, экспериментальные задачи, домашние опыты и наблюдения. Материальным обеспечением физического эксперимента является оборудование (приборы, принадлежности, приспособления, материалы), выпускающееся промышленностью и частично изготовленное самодельно в условиях школы.[4]

Демонстрационный эксперимент, выполняемый преимущественно учителем перед учащимися, направлен на формирование у школьников представлений о явлениях, процессах, законах, понятиях, устройстве и действии приборов и установок.

Методика демонстрационного эксперимента решает вопрос оптимального выполнения опыта, подготовленного и отработанного в техническом отношении, т. е. выясняет, как с минимальной затратой времени на демонстрацию опыта и опорой на дидактические принципы добиться его максимального воздействия на учащихся. В частности, решаются такие вопросы: в какой последовательности выполнять данный опыт (или серию опытов)? Как выделить существенное в опыте? На что обратить внимание учеников, подвести их к предполагаемому выводу, организовать сравнение признаков, варьировать несущественные признаки? В каком темпе проводить каждую часть опыта? Сколько раз воспроизвести опыт? Какой сделать паузу или как ее заполнить? И т. д.

Под техникой проведения демонстрационного эксперимента понимают средства и приемы, обеспечивающие эффективную постановку опыта, т.е. создание таких условий, при которых опыт хорошо виден со всех мест класса, когда в установке умело выделено главное. Эффективность опыта достигается при соблюдении определенных требований. К ним относятся содержательность, достоверность, видимость, наглядность, убедительность, кратковременность, воспроизводимость, надежность, эстетичность, эмоциональность, соблюдение техники безопасности.

Содержательность предполагает подбор приборов и создание таких условий, которые позволяют в полной мере раскрыть сущность явления. Например, при изучении равноускоренного движения можно продемонстрировать опыт по скатыванию тележки вдоль наклонной плоскости. Однако без изменения скорости через равные промежутки времени такой опыт не раскрывает главного признака равноускоренного движения. Следовательно, в данном опыте не выполняется требование содержательности. Если же в основу определения равноускоренного движения положить соотношение путей, пройденных телом за разные промежутки времени от начала движения, то рассматриваемый опыт легко сделать содержательным, применив, например, капельницу или приборы и приспособления, позволяющие отсчитывать время на участках пути с соотношением 1:3:5 ... .



Достоверность определяет однозначность, определенность, истинность результатов постановки опыта, отражающих в наблюдениях именно то, что изучается, т. е. достоверность означает постановку такого варианта опыта, результат которого не вызывает сомнений. Нарушение требования достоверности может быть вызвано как объективными свойствами демонстрационной установки (неверный подбор приборов, неисправность приборов и пр.), так и некомпетентностью демонстратора. Приведем примеры нарушения требования достоверности.

При демонстрации опыта по закону Ома для участка цепи (рис. 1) часто наблюдается большое расхождение между теоретическими данными закона I = U/R - и практическими показаниями приборов. Это обусловлено, как правило, плохим подбором шунтов, дополнительных сопротивлений и плохими контактами в зажимах магазина сопротивлений. Другой пример неверной демонстрации - передача теплоты путем излучения, когда теплоприемник помещают не сбоку, а над излучающим телом.

Видимость предполагает создание таких условий, которые позволяют каждому ученику класса видеть не только установку, но и ее существенные детали. Здесь следует рассмотреть два аспекта.

Во-первых, обеспечение видимости установки с задних столов. Будем исходить из предположения, что крышка демонстрационного стола находится на уровне глаз учащихся (рис. 2). Учащийся, сидящий за последним столом, может сместить голову и смотреть над головой "второго", впереди сидящего на расстоянии примерно 2 м. Если расстояние от ученика, сидящего за последним столом, до демонстрационной установки принять равным 8 м, а высоту верхнего уровня головы ученика над уровнем глаз приблизительно равной 0,1 м, то нижние детали демонстрационной установки должны находиться над демонстрационным столом на высоте 0,3-0,4 м.

Во-вторых, существенные детали установки (деления и оцифровка шкалы, указатели, элементы приборов и т.д.) должны быть хорошо различимы с любого места класса. Нарушение видимости может быть обусловлено разными причинами. Одной из них является конструктивная неполноценность демонстрационных приборов. Например, по шкале демонстрационного секундомера ССЭШ-63 невозможно с последних столов класса отсчитать показания прибора. Другая причина - неумение экспериментатора подобрать средства и создать условия, обеспечивающие хорошую видимость. Так, отклонение стрелки электрометра трудно наблюдать, если за электрометром нет светящегося матового экрана; не всем учащимся хорошо видны детали универсального трансформатора, если он не установлен на подставке.

Наглядность - это требование, при котором сущность наблюдаемого явления раскрывается в наиболее яркой, совершенной и очевидной форме. Основное содержание опыта должно быть выражено возможно более простыми средствами и приемами, а изменения, характеризующие состояние изучаемого объекта, достаточно хорошо наблюдаемы.



Усилить наглядность можно применением цветных проводов, указателей полюсов и направлений тока. С требованием наглядности связана, например, такая постановка опыта, когда подбором приборов и режимов их работы можно изменить показания измерительных приборов так, чтобы они оказались преимущественно во второй половине шкалы.

Убедительность - это требование к демонстрации опыта, который не может привести к неверному толкованию. Опыт должен выполняться настолько "чисто", чтобы не было сомнений ни по его фрагментам, ни по выводам. Рассмотрим, например, два варианта демонстрации архимедовой силы. В первом случае рассматривается сила, которая действует на подвешенное к динамометру тело, опущенное в металлический отливной стакан (рис. 3).

В этом случае трудно убедить учащихся, что тело полностью опущено в воду и не касается дна. Замена металлического отливного стакана стеклянным (рис. 4) снимает это затруднение: опыт становится убедительным. Во втором примере рассмотрим демонстрацию архимедовой силы в газе, применив пары эфира. Опыт будет недостаточно убедительным, если не показать, что пары эфира тяжелее воздуха. Последнее легко продемонстрировать в теневой проекции (выливание эфира из стакана напоминает выливание воды).

Кратковременность предполагает определение оптимального времени демонстрации опыта, а также сведения до минимума времени выполнения опыта. Кратко-временность достигается тщательной предварительной подготовкой и многократной отработкой последовательности движений учителя. Большинство школьных опытов занимает мало времени, но есть и долговременные. Например, демонстрация критического состояния эфира занимает несколько минут. Удовлетворить требованию кратковременности можно только в том случае, если с точностью до нескольких секунд согласовать объяснение нового материала с процессом, наблюдаемым при повышении и понижении температуры в ампуле.

Воспроизводимость означает непременное неоднократное повторение опыта. Здесь следует различать два аспекта. Первый - воспроизведение опыта в том же варианте, в каком он был продемонстрирован первоначально; второй - это повторение опыта в несколько измененном варианте. Вариантивность опыта способствует более глубокому раскрытию сущности изучаемого явления или процесса, помогает создать условия для сравнений и сопоставлений.

Надежность эксперимента предполагает его успех во время демонстрации. Надежность обеспечивается тщательной предварительной подготовкой. Нарушение требования надежности чаще всего связано с неисправностью приборов или принадлежностей, плохой подготовкой элементов установки, нарушением эксплуатационных режимов приборов. Например, в электрических цепях может произойти разрыв провода под изоляцией, может оказаться плохим контакт между вилкой и гнездом; неустойчивое положение тел на подставках может привести к их падению и т.д.

Эстетичность предусматривает изящное, красивое оформление установки и рациональное (в определенном смысле артистичное) выполнение опыта. Изящность оформления достигается путем умелого подбора и расположения приборов, подчиняющихся определенной логике, путем применения разных средств (подкрашивание, подсвечивание и пр.). Требование эстетичности будет нарушено, если, например, в установке применены провода без наконечников, одни приборы поставлены на другие, выставлены плохо окрашенные приборы или они расставлены в беспорядке и т.д. При рациональной постановке опыта демонстратор умело руководит вниманием учащихся, привлекая его к той или иной детали установки или процесса, без навязчивости и без лишних движений. Вообще говоря, в каждом конкретном случае движения нужно предварительно отрабатывать.

Эмоциональность отражает результат воздействия демонстрируемого опыта на психику учащихся, она выражается в том впечатлении, которое оказывает демонстрация. Опыт призван вызвать интерес учащихся. Не следует ставить опыты, которые оказывают на них отрицательное эмоциональное воздействие.

Соблюдение техники безопасности является обязательным условием при любых демонстрациях. При работе с электрическими установками, источниками тепла и излучения, с реактивами необходимо соблюдать меры, обеспечивающие безопасность выполнения опытов, исключающие механические повреждения, ожоги, поражения током и прочие травмы человека.

Наблюдение. Одним из важнейших познавательных умений является умение наблюдать. На основе результатов наблюдений осуществляется сравнение и сопоставление изучаемых объектов, выявление в них главного, существенного. В сознании образуются представления, которые в последующем развитии трансформируются в понятия. Наблюдательный человек познает значительно больше ненаблюдательного человека.

В соответствии с учебными программами школьники должны выполнять большое количество наблюдений и опытов в процессе изучения курса физики (да и других предметов). Однако, как показали исследования А.В. Усовой и Н.М. Беляковой, к моменту окончания средней школы многие из них не в состоянии выполнить наблюдения и опыты самостоятельно, без инструкций, в которых подробно расписано, что и как нужно делать. Выяснилось, что они приучены только к воспроизводящей (репродуктивной) деятельности. В связи с этим проведена целая серия исследований, направленных на разработку методики, реализация которой обеспечивала бы достижение более высокого уровня сформированности у учащихся указанных умений. Эффективность ее применения поэтапно проверялась М.Н. Беляковой в 4-5 классах, затем А.А. Зиновьевым в 6-7 классах и А.А. Бобровым в 8-10 классах (по новой нумерации в 9-11 классах).

Суть этой методики заключается в следующем. В деятельности по наблюдению и выполнению опытов выделяются основные операции и действия, не зависящие от частных особенностей материала, определяется логическая последовательность их выполнения. На этой основе вырабатывается (совместно с учащимися) алгоритмическое предписание (или, по терминологии Усовой, обобщенный план деятельности), обосновывается необходимость умения выполнять четко, осознанно каждую операцию.

На начальном этапе у учеников вырабатывается умение уверенно и грамотно выполнять отдельные операции, а затем рассматривается наиболее рациональная последовательность выполнения операций в процессе наблюдений и опытов.

Структура деятельности при выполнении наблюдений

1. Уяснение цели наблюдения.

2. Определение объекта наблюдения.

3. Создание необходимых условий для наблюдения, обеспечения хорошей видимости наблюдаемого явления.

4. Выбор наиболее пригодного для данного случая способа кодирования (фиксирования) получаемой в процессе наблюдения информации.

5. Проведение наблюдения с одновременным фиксированием (кодированием) получаемой в процессе наблюдения информации.

6. Анализ результатов наблюдений, формулировка выводов.

Структура деятельности по выполнению опытов

1. Формулировка цели опыта.

2. Построение гипотезы, которую можно было бы положить в основу выполнения опыта.

3. Определение условий, которые необходимо создать для того, чтобы проверить правильность гипотезы.

4. Определение необходимых для проведения опыта приборов и материалов.

5. Моделирование хода данного конкретного опыта (определение последовательности операций, из которых слагается деятельность по выполнению опыта).

6. Выбор рациональных способов фиксирования информации, которую предполагается получить в ходе эксперимента.

7. Непосредственное выполнение эксперимента, включающего наблюдения, измерения и фиксирование получаемой при этом информации (зарисовка, запись результатов измерений и т.д.)

8. Математическая обработка результатов измерений.

9. Анализ полученных данных.

10. Формулировка выводов из опыта.

Разумеется, что процесс формирования у учащихся умения самостоятельно выполнять опыты начинается с выработки у них умения выполнять простейшие операции, без которых невозможен эксперимент.

В первую очередь учащихся следует научить пользоваться лабораторным оборудованием (приборами и материалами, штативами и принадлежностями к ним, источниками энергии, подставками, подъемными столиками, пробирками, химическими реактивами и т.д.), соблюдать правила техники безопасности.

Далее идет выполнение измерений, включающее чтение шкал приборов, определение цены деления шкалы прибора, его нижнего и верхнего пределов измерения, отсчет и правильная запись показаний прибора, определение погрешности измерения.

У учащихся необходимо также выработать умения правильно фиксировать результаты наблюдений и измерений различными способами (рисунки, таблицы, графики, фотографии, видеозапись).

Приведенный план деятельности по выполнению опытов, как видно из его содержания, не зависит от частных особенностей материала. Он является общим для всех опытов. До 8 класса осуществляется отработка у школьников умения выполнять отдельные операции. В 8 классе план деятельности по выполнению опытов дается в сокращенном виде, а затем расширяется по мере овладения умением выполнять все более сложные операции, в него включаются такие пункты, как построение гипотезы, моделирование хода выполнения опыта, определение необходимых для этого приборов и материалов и т.д.

Исследования, выполненные А.А. Бобровым, показали, что к моменту окончания обучения в средней школе коэффициент полноты выполнения операций при традиционной методике обучения составлял 0,36. В экспериментальных же классах, где в процессе обучения физике формирование экспериментальных умений осуществлялось по разработанной Усовой методике, значение этого коэффициента достигло 0,56.

...