Развитие физической картины мира школьников при выполнении экологических проектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский Государственный Университет»

Физический факультет

Кафедра общей и теоретической физики

Дополнительная квалификация «Преподаватель»

Дипломная работа

Специализация: Методика преподавания физики

на тему: Развитие физической картины мира школьников при выполнении экологических проектов

Выполнила: студентка 5 курса

Маркова Алена Владимировна

Научный руководитель: Майорова Наталья Сергеевна

к.п.н., старший преподаватель

Заведующий кафедрой: Минеев Леонтий Иванович

к. ф-м. н., доцент кафедры общей

и теоретической физики

Иваново 2014

Содержание

Введение

Глава 1. Физическая картина мира в системе среднего образования

1.1 Физическая картина мира в образовании

1.2 Механическая картина мира в процессе обучения физике

1.3 Электродинамическая картина мира в процессе обучения физике

1.4 Квантово-полевая картина мира в процессе обучения физике

1.5 Синергетическая картина мира в процессе обучения физике

Глава 2

2.1 Системно - деятельностный подход

2.2 Компетентностный подход

2.3 Проектно-деятельностный подход

2.4 Примеры экологических проектов

Заключение

Список литературы

Введение

В законе РФ «Об образовании в Российской Федерации» 2014 года подчеркивается, что в общеобразовательной школе модернизация “предполагает ориентацию образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей. Общеобразовательная школа должна формировать целостную систему знаний, умений, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования”.

В кабинете физики различных школ есть современные компьютеры с доступом к Интернету, мультимедийные проекторы, принтеры, ноутбуки, интерактивные доски, мультимедийные издания и различное оборудование. В школе есть хороший фотоаппарат и видеокамера. У большинства учащихся дома есть современные компьютеры, и они используют их в учебных целях. В школе выделено время для работы учащихся в компьютерном классе и в библиотеке. Можно сказать, что созданы все условия для внедрения в учебный процесс такой педагогической технологии как проектная деятельность.

На современном этапе развития российского образования содержание физического образования должно ориентироваться на переход в характере мышления учащихся от фрагментарного к целостному восприятию мира, что обуславливает развитие естественно-научного мышления. Проблема его развития исследовалась в работах Г. А. Берулава, А. И. Гурьева, Ю. И. Дика, Н.М. Зверева, М. И.Махмутова, Л. П. Свиткова, С. А. Старченко, З. А. Скрипко, И. Т. Суровегиной, Н. Ф. Талызиной, А. В. Усовой и других исследователей.

В решении проблем интеграции содержания естественно-научного образования, развития естественно-научного мышления, активизации познавательной деятельности и мотивации учащихся к получению естественно-научного образования значительную роль играет изучение в курсе физики средней школы элементов пограничных наук, в частности вопросов экологии.

Интеграция физики и экологии при обучении физике позволяет раскрыть обобщенную методологию познания. Поскольку физика изучает наиболее простые формы движения материи, а экология - наиболее сложные, то интеграция этих двух областей познания позволит учащимся в полной мере осознать восхождение от абстрактного к конкретному, научит анализировать живые системы и видеть, как появляются в них новые интегративные качества при объединении (синтезе) простых форм движения.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что основными целями обучения физики в классах с естественно-научными профилями являются: формирование и развитие личности, воспитание, коррекция и обеспечение самоопределения личности, создания условий для ее самореализации. Преимущественной целью обучения физике в средней школе является формирование у учащихся единой физической картины мира, благодаря проектно - деятельностному подходу. В соответствии с ФГОСом исследовательская деятельность закреплена как основная.

На основании актуальности мы определили цель нашей работы - развить физическую картину мира школьников, как систему знаний, при выполнении экологических проектов.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

Изучить психолого-педагогическую и методическую литературу по теме исследования;

Определить основные направления становления физической картины мира;

Разработать экологические проекты, направленные на развитие физической картины мира;

Проанализировать результаты выполнения экологических проектов.

Задачи, решавшиеся в ходе нашего исследования, потребовали применения различных методов. С одной стороны, это анализ теоретического материала, а с другой проведение опытной работы (проектная деятельность).

Предмет исследования: процесс формирования физической картины мира при выполнении экологических проектов.

Объект исследования: процесс формирования физической картины мира.

Новизна

В данной работе физическая картина мира изучается посредством исследовательских работ, формирующих образные представления о физических явлениях, при изучении моделируют проблемные ситуации, используют проектные технологии с использованием естественнонаучных и экологических приемов, которые позволяют активировать школьников, усиливать мотивацию в обучении (углубляют знания по всем естественнонаучным предметам, усиливают техническую сторону и расширяют мировоззрение) то есть, таким образом учащиеся с помощью систематизации знаний получают целостную физическую картину мира.

Практическая значимость

Исследовательские работы и проекты становятся необходимым звеном в процессе обучения значительно помогающим углублению и усвоению материала, а так же его систематизации. Кроме того это позволяет привить учащимся практические навыки в обращении с измерительными приборами и другой аппаратурой. Таким образом проектно - деятельностный подход необходим в обучении учащихся в средней школе для формирования физической картины мира и естественнонаучной картины в целом. Предложенные нами экологические проекты могут быть использованы в учебном процессе при изучении школьных предметов физики и биологии.

Глава 1. Физическая картина мира в системе среднего образования

1.1 Физическая картина мира в образовании

физический школьник образование

Физика - это наука о наиболее общих законах природы, поэтому исторически физика на каждом этапе своего развития стремилась дать целостное представление о природе. В истории науки формировалась физическая картина мира (ФКМ) - это модель природы, включающая в себя представление о

Материи;

Движении;

Пространстве и времени;

Взаимодействии;

Причинности.

Вырабатываемые в фундаментальных науках картины реальности, характеризующие неживую природу, органический мир и социальную жизнь, объединяются в качестве фрагментов целостной общенаучной картины мира. Физическое образование, имеющее многолетний опыт использования идей эволюции и исторического развития несет в себе объединительный потенциал, способный объединить в единое целое представления, формируемые всеми остальными предметами.

Такие возможности в первую очередь необходимо искать в основах физики, химии, биологии и экологии. В недрах соответствующих наук зародилась синергетика (теория самоорганизации), так как способность к самоорганизации изначально признавалась только за живыми объектами и, следовательно, они несут в себе фундаментальные идеи системности и синергизма. В возможностях естественно-научного образования сформировать физическую картину мира (ФКМ), носящую синтетический междисциплинарный характер.

Физическая картина мира -- это система самых общих представлений о строении, взаимодействии и движении материи от уровня элементарных частиц до галактик, описываемых как универсальными, так и специфическими для разных областей основными законами физики. Единая картина складывается из взаимосвязанных механических, полевых, статистических и квантовых представлений. ФКМ выступает в качестве интегрирующего начала общего знания, непротиворечиво объединяющего естественные и гуманитарные знания живой и неживой природы. В этом ракурсе ФКМ может рассматриваться, как очень близкая к целостной общенаучной КМ.

Структура ФКМ:

Философские идеи и принципы;

Фундаментальные физические идеи; концептуальная часть

Физические теории;

Фундаментальные факты о вселенной;

Совокупность наглядных представлений о природе, чувственно-

образ Вселенной, образ атома и Метагалактики. образная часть

При этом ФКМ тесно связана и естественнонаучной картиной мира (ЕНКМ), которая включает в себя представления других наук о природе, а также с научной картиной мира (НКМ), в которую добавляются еще и представления о человеке и обществе.

История физики показала, что в своем становлении физические знания оформлялись в следующие ФКМ:

Механическая (МКМ). Основной физической теорией являлась классическая теория Ньютона, которая объясняла многие природные процессы: движение планет и других материальных тел, механические колебания и волны и даже движение молекул (основное уравнение МКТ) на основе одних и тех же законов движения, тяготения, сохранения.

Электродинамическая (ЭДКМ). Ядром этой теории являлась электродинамика, созданная Максвеллом и Фарадеем в середине 19 в.

Основные черты различных ФКМ

	МКМ	ЭДКМ	КПКМ
Понятие о материи	Единственный вид материи - вещество. Основная идея: существуют неделимые «кирпичики» материи (атомы или корпускулы). Свойства: имеют конечные размеры, форму и объем; В одном месте может находиться только одна частица. Принцип дискретности. Элементы мира: мат. точка, частица, волна как поток частиц	Существует второй вид материи - поле: существует в пространстве независимо от вещества; распространяется в виде волн; способно взаимодейство-вать с веществом; обладает энергией и импульсом. Свойства: материя непре-рывна, присутствует везде, не имеет конечных размеров и конкретного объема. Принцип суперпозиции.	Корпускулярно-волновой дуализм: два вида материи равноправны. Принцип дополнительности
Пространство и время	Пространство: Абсолютно; Однородно (все точки пустого пространства равнозначны); Изотропно (все направления в пространстве тождественны); Размеры тел не зависят от выбора системы отсчета. Время: Абсолютно; Абсолютность одновременности (существует единое время для всей Вселенной); Единый ритм времени во всех системах отсчета; Пространство и время в явном виде не связаны между собой.	Пространство: Относительно (не суще-ствует само по себе, отдельно от времени); Однородно и изотропно; Не существует абсолютной длины предмета (размеры тел зависят от выбора системы отсчета). Время: Относительно (не суще-ствует абсолютного времени, оно связано с пространством); Относительность одновременности (нет единого время для всей Вселенной); Ритм времени зависит от выбора системы отсчета; Пространство и время рассматривают как систему - пространственно-временной континуум.	Остались представления ЭДКМ
Взаимодействие	непосредственное действие при контакте; концепция дальнодействия (мгновенная передача взаимо-действия без промежуточного агента)	Концепция близкодействия: передача взаимодействия с помощью электромагнитного поля; существует максимальная скорость передачи равная с=3*108 м/с	Остались представления ЭДКМ
Движение	Возможно с любой скоростью; Движение по траектории.	Существуют различные виды движения: механическое, тепловое, электромагнитное; Существует предельная скорость распространения; Движение может происходить как в виде волн, так и в виде частиц.	Движение - это изменяе-мость и превращаемость (одних элементарных частиц в другие). Неприменимость для квантовых объектов класси-ческих понятий: траектория, путь, перемещение
Причинность	Лапласовский детер-минизм: одна и та же причина при неизменных условиях вызывает один и тот же результат	Статистическая форма причины: одна и та же причина при одинаковых условиях вызывает приблизительно одинаковые следствия (возможно отклонения). Однозначно можно опре-делить только будущее, но не прошлое.	Одна и та же причина при одинаковых условиях вызывает разные следствия. События можно предска-зать только с долей вероятности Нет однозначности и однолинейности

Квантово-полевая (КПКМ). В начале 20 в. начала создаваться квантовая механика, начали разрабатываться теории элементарных частиц и единая теория поле. Окончательного завершения эта картина мира не получила.

Синергетическая (СКМ). Изучение квантовой реальности побудило физиков пересмотреть прежние знания. Титанические попытки свести к единой картине множество парадоксальных результатов привели к новому, более глубокому проникновению в природу материи и пониманию ее связи с человеческим сознанием.

1.2 Механическая картина мира в процессе обучения физике

С точки зрения механики всё окружающее человека состоит из отдельных тел, взаимодействующих друг с другом. При этом тела рассматриваются как совокупность еще меньших частиц, которые тоже взаимодействуют друг с другом и обладают следующими свойствами: имеют конечные размеры, форму и размер; в одном и том же месте пространства может находиться только одна частица. Основополагающим принципом является принцип дискретности (делимости). При этом деление частиц на еще более мелкие составляющие ограничено физическими причинами, поэтому атом - это мельчайший «кирпичик» мироздания.

Положение частиц друг относительно друга меняется в пространстве со временем. Но пространство и время не связаны между собой! Пространство:

Абсолютно (т.е. существует само по себе независимо от материальных объектов; если убрать все объекты, то пространство все равно остается);

Однородно (все точки пустого пространства равнозначны);

Изотропно (все направления в пространстве тождественны);

Размеры тел не зависят от выбора системы отсчета.

Для описания положения тел в пространстве используют законы Ньютона, которые одинаковы во всех точках пространства. Время:

Абсолютно (т.е. существует само по себе, независимо от материальных объектов);

Абсолютность одновременности (существует единое время для всей Вселенной);

Единый ритм времени во всех системах отсчета;

При этом никакие физические процессы не оказывают влияния на время, оно неограниченно простирается от прошлого к настоящему и вперед, к будущему, обладая всего одним направлением («стрела времени»).

Пространство и время в явном виде не связаны между собой.

В природе существует лишь два вида взаимодействий: непосредственное действие при контакте и концепция дальнодействия (мгновенная передача действия от одного объекта к другому независимо от расстояния между ними, поэтому в законе всемирного тяготения нет времени: притяжение между телами передается мгновенно; при этом не нужен никакой агент или среда, с помощью которой происходит передача взаимодействия).

Взаимодействия между телами описываются с помощью сил различной природы. Силы, действующие на тела, вызывают изменение скорости этих тел, при этом ограничений для изменения скорости не установлено ни в одном из законов механики. Законы Ньютона подходят для описания движения любых материальных тел: планет, тел на Земле, молекул (основное уравнение МКТ), колебательных движений и волновых процессов (звуковые волны). Особенностью движения любого тела является наличие траектории, по которой можно проследить за этим телом.

Зная начальные условия (положение тела в пространстве, его начальную скорость и действующие на него силы) с помощью второго закона Ньютона, уравнений движения и скорости можно однозначно определить положение тела и его скорость в любой другой момент времени как прошлого, так и будущего. Такая причинность получила название жесткий лапласовский детерминизм (демон Лапласа - гипотетическое существо, которому известны начальные условия всех тел во Вселенной). При этом одна и та же причина при неизменных условиях вызывает один и тот же результат. Будущее мира однозначно определено его прошлым.

Дальнейшее развитие науки показало, что область применимости механики все-таки ограничена. Однако успехи механики в описании многих природных явлений были настолько велики, что механический детерминизм на протяжении нескольких столетий стал примером для построения научного описания других явлений, по своей природе далеких от механики (но при рассмотрении природных и социальных явлений механический детерминизм может привести к заблуждениям и опасным последствиям).

Кроме этого с помощью МКМ никак не удавалось подойти к разгадке природы света. Сложность задачи заключалась в том, что свет по своим свойствам резко отличается от других физических объектов. Нельзя сказать, где находится свет, у него нет таких пространственных характеристик как размер, форма, положение в пространстве. Скорость света считалась бесконечной величиной, именно это убеждение позволяло утверждать, что время во всей Вселенной течет одинаково (т.к. свет синхронизирует часы во всех точках бесконечной Вселенной). Как только были получены опытные доказательства конечности скорости света, возникла необходимость изменений представлений о пространстве и времени.

1.3 Электродинамическая картина мира в процессе обучения физике

После теоретических работ Максвелла и экспериментальных исследований Герца стало ясно, что в природе, кроме вещества, существует особый вид материи - электромагнитное поле. Электромагнитное поле

существует в пространстве независимо от вещества;

распространяется в виде волн;

способно взаимодействовать с веществом;

обладает энергией и импульсом.

При этом частицы являлись «сгустками поля». Материя (поле) стала обладать особенными свойствами: непрерывностью и бесконечностью. Основополагающим принципом становится принцип суперпозиции - в одном и том же месте пространства одновременно могут находиться сразу несколько объектов.

После того как во второй половине 19 в. Максвеллом были сформулированы основные законы электродинамики, возник вопрос: «Распространяется ли принцип относительности, справедливый для механических явлений, и на электромагнитные?» согласно этим законам скорость электромагнитных волн в вакууме одинакова по всем направлениям и равна с=3*108 м/с. По классическим законам механики при переходе в другую систему отсчета, скорость движущегося тела должна измениться. Значит, для каждой ИСО требовались новые законы электродинамики, в которых скорость света имела бы новое значение. Возникшие противоречия можно было решить тремя способами:

объявить, что принцип относительности не применим к электродинамике (Лоренц)

считать неверными уравнения Максвелла и пытаться изменить именно их (Герц)

отказаться от привычных классических представлений о пространстве и времени, сохранив и принцип относительности, и законы Максвелла (Эйнштейн).

Единственно правильной оказалась именно третья возможность. Последовательно развивая ее, Эйнштейн пришел к новым представлениям о пространстве и времени. Первые два пути в дальнейшем были опровергнуты экспериментами.

Пространство и время не могут существовать отдельно друг от друга, они относительны, т.е. не существую сами по себе. Пространство обладает однородностью и изотропностью, но абсолютной длины предмета не существует, размеры тел зависят от выбора СО (происходит сокращение длины в направлении движения, при этом поперечные размеры не изменяются). Во Вселенной нет единого времени, наблюдается относительность одновременности (свет от звезд, находящихся на разных расстояниях, доходит до наблюдателя одновременно). Ритм времени в различных СО течет по разному (относительность промежутков времени) (опытное доказательство замедление времени в быстро движущихся СО - эксперимент с мю-мезонами. Мюоны - нестабильные частицы со средней продолжительностью жизни 2,2*10-6 с. По отношению к земному наблюдателю за это время мюон смог бы пролететь всего 660 метров, т.е. он не смог бы достичь поверхности Земли, т.к. рождаются эти частицы в верхних слоях атмосферы на высоте около 10 км. Т.к. скорость этих частиц соизмерима со скоростью света, в следствии эффекта замедления времени, они успевают долететь до Земли, где регистрируются приборами).

Кардинальным образом изменилось представление о взаимодействии. В механике Ньютона предполагалось, что тела действуют друг на друга мгновенно через пустоту (теория дальнодействия). В электродинамике получила развитие теория близкодействия: каждое из взаимодействующих тел создает электромагнитное поле, которое с конечной скоростью распространяется в пространстве.

Теория Максвелла объединила большое число электрических, магнитных, оптических явлений в единую область электромагнитных явлений. При этом отмечалось, что в природе возможны качественно различные виды движений: механические, тепловые, электромагнитные. Движение может происходить как в виде волн, так и в виде частиц, но существует предельная скорость распространения с=3*108 м/с.

Уравнения Максвелла по заданным начальным ( и обязательно граничным) условиям позволяют определить состояние системы в последующие моменты времени, но не в прошедшие, тем самым подчеркивая необратимость хода времени. Причинность носит статистический характер: одна и та же причина при одинаковых условиях вызывает приблизительно одинаковый результат, допуская отклонения (флуктуации). Можно отыскать закономерности, которым подчиняется большинство.

Если во времена расцвета МКМ стремились объяснить все электромагнитные явления с помощью механических процессов, то в начале 20 в. стали выводить законы движения частиц из электромагнитной теории. Частицы вещества пытались рассматривать как «сгустки» электромагнитного поля. Однако свести все процессы в природе к электромагнитным тоже не удалось. Уравнения движения частиц и закон гравитационного взаимодействия не могут быть выведены из теории электромагнитного поля. Уравнения Максвелла не работали, когда с их помощью пытались объяснить излучение веществом коротких электромагнитных волн. Отказ от законов классической физики применительно к микроскопическим системам и излучению привел к зарождению в начале 20 в. новой физической теории - квантовой теории.

1.4 Квантово - полевая картина мира в процессе обучения физике

В квантовой теории основополагающим понятием является квант электромагнитного поля. Квантовый микрообъект обладает одновременно и корпускулярными и волновыми свойствами. Так, при описании взаимодействия света с веществом приходится говорить о корпускулярных свойствах, а при распространении света в пространстве - о волновых. Получается, что один и тот же объект сочетает в себе такие свойства, которые с точки зрения классической физики несовместимы. Нильс Бор обозначил такое положение как принцип дополнительности. Возникает представление о квантовой частице как о некоторой скрытой реальности, ведущей себя по-разному в зависимости от способов взаимодействия с наблюдателем.

В квантовой механике принципиально изменено понятие движения. Движение стало трактоваться как изменяемость и превращаемость одних элементарных частиц в другие. Классические понятия траектория, путь, перемещение применять для микрообъектов невозможно. Для описания частиц используют волновую функцию, которая определяет не где точно находится частица, а где бы она могла находиться и с какой вероятностью. Законы движения всех без исключения микрочастиц носят вероятностный характер: одна и та же причина при одинаковых условиях вызывает разные следствия (подтверждено ядерными реакциями).

Не смотря на успехи квантовой механики за прошедшие 100 лет, на открытие многообразия мира элементарных частиц, человеку трудно наглядно представить процессы, происходящие в микромире, т.к. они совершенно отличны от тех макроскопических явлений, которые наблюдались тысячелетиями. Именно поэтому даже современному человеку «удобнее» и «комфортнее» жить в механической картине мира.

1.5 Синергетическая картина мира в процессе обучения физике

Природа оказалась сложнее, чем предполагал человек: нет возможности открыть единый закон движения или найти единую силу, которая бы объяснила всем многообразие мира. Но как бы ни был разнообразен мир, атомы, из которых состоят и живые организмы, и неживые совершенно одинаковы. Все атомы имеют одинаковую структуру, построены из одних и тех же элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов.

В первой половине 20 в. был открыт фундаментальный факт: все элементарные частицы способны превращаться друг в друга. В 70-ых гг. было установлено, что истинно элементарными частицами являются лептоны и кварки. Различные элементарные частицы - это всего лишь формы существования материи.

Но единство мира не исчерпывается единством строения материи. Оно также проявляется в законах движения частиц и их взаимодействиях.

Несмотря на удивительное многообразие взаимодействий тел друг с другом, в природе по современным данным имеются лишь четыре типа сил:

гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые взаимодействия.

Вид взаимодейст.	Квант поля	Относит. Интенсивн.	Радиус действия	Сфера проявле-ния	Типичные явления
Гравитацион.	Гравитоны	10-39	?	Макро-, мегамир	Притяжение и движение макро- и мега тел
Электро-магнитное	фотоны	10-2 - 10-3	?	Микро- Макро-, мегамир	Электрома-гнетизм; Взаимод. заряженных частиц
Ядерное (сильное)	Пимезоны	1	10-15 м	микромир	Движение нуклонов в ядре; Превращения элементар. частиц
Слабое	глюоны	10-12 - 10-13	10-18 м	микромир	Распад элем. частиц; Взаимодействие нейтрино с веществом

Согласно новейшим теориям, взаимодействие происходит благодаря переносу частицы-носителя взаимодействия между взаимодействующими частицами. Например, электромагнитное взаимодействие между двумя электронами происходит в результате переноса фотона между ними. Природа гравитационного взаимодействия пока точно неизвестна, предположительно оно происходит в результате переноса гипотетических частиц гравитонов.

Многие физики-теоретики полагают, что в действительности в природе имеется лишь одно взаимодействие, которое может проявляться в четырёх формах. Поэтому задача фундаментальной физики -- разработка теории «великого объединения» взаимодействий. К настоящему времени разработана лишь теория электрослабого взаимодействия, объединившего слабое и электромагнитное взаимодействия.

Итак, современная физика, несомненно демонстрирует черты единства природы. Но все же многого, быть может даже саму физическую суть единства мира, выяснить пока не удалось. Неизвестно, почему существует столь много различных элементарных частиц, почему они имеют те или иные значения массы, заряда и других характеристик. До сих пор все эти величины определяются экспериментально. «Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудившихся в течении тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и радость творческих исканий и открытий все еще продолжает существовать», - эти слова Галилея, произнесенных четыреста лет назад, до сих пор не устарели.

Глава 2

2.1 Системно - деятельностный подход

Экология зародилась как наука о живой природе и физика тем самым приобрела опыт использования экологического аспекта. Экологический аспект, сформировавшийся в качестве исходного положения, выражающего основные требования к содержанию, организации и проведению процесса обучения основам экологии в школе, соответствовал потребностям образования на данном этапе развития общества и позволял представить рациональное знание в ясной, образной или образно-схематичной форме в виде модели.

Под экологическим аспектом понимается установление в процессе обучения ассоциативных связей между известными учащимся фактами из изучаемых в школе основ естественных наук и географии, их экологическую интерпретацию с целью раскрытия сущности и закономерностей экологических взаимосвязей в природе, выяснения их места и значения в жизни человека, местного и мирового сообщества в целом.

Мы считаем, что при отсутствии в школе курса экологии, школьная физика может стать ведущей в формировании ФКМ у учащихся, целенаправленно используя мировоззренческие возможности экологического принципа. Влияние на подачу знаний в физике обеспечит экологическому аспекту результативность в плане формирования целостности представлений и в систематизации знаний, а значит и в самом физическом образовании.

Фундаментом современного естествознания является физика, поэтому физическая картина мира доминирует в нынешней естественнонаучной картине мира (ЕНКМ). Многие естествоиспытатели полагают, что целостный образ мира - это синтез физической и биологической картин, поскольку взаимодействие живого и неживого в природе становится определяющим фактором эволюции всего бытия. ФКМ должна представлять собой единую модель природы, основанную на физических законах, в которых учитывалась бы специфика живого. Таким образом, благодаря экологическим проектам учащиеся могут углубить свои знания не только по физике, но и по предметам естественнонаучного цикла.

2.2 Компетентностный подход

Главный смысл исследования в образовании в том, что оно является учебным. Если в науке главной целью является получение нового знания, то в образовании - приобретение учащимися функционального навыка исследования, развитие способности к исследовательскому типу мышления, активизация личностной позиции учащегося на основе приобретения новых знаний.

Преимущества исследовательской деятельности для учащегося заключаются в том, что он сам (или с помощью родителей, педагогов) устанавливает цели своей учебной деятельности, выбирает средства и достигает результата. Он свободен в выборе схем своего развития.

Исследовательская деятельность формирует именно те компоненты интеллекта человека, которые необходимы для будущей социальной и профессиональной адаптации.

Компетентностный подход к образованию становится одним из ведущих направлений педагогической теории и практики.

Проблеме формирования ключевых компетенций учащихся посвятили свои исследования целый ряд авторов: И.А. Зимняя, А.В. Хуторской, В.А. Сластенин, Э.Ф. Зеер, Л.К.Маркова и др. При некоторых разногласиях авторы в основном определяют компетентность как результат образования.

Именно в процессе исследовательской деятельности формируются многие, если не все, ключевые компетенции:

-ценностно-смысловая компетенция,

-общекультурная компетенция,

-учебно-познавательная компетенция,

-информационная компетенция,

-коммуникативная компетенция,

-социально-трудовая компетенция,

-личностная компетенция - самосовершенствование.

Организация исследовательской деятельности учащихся рассматривается как мощная инновационная образовательная технология. Она служит средством комплексного решения задач образования и развития в современном социуме, средством трансляции норм и ценностей научного сообщества в образовательную систему, средством восполнения и развития интеллектуального потенциала общества.

В практике многих учреждений общего среднего образования процесс обучения ориентирован на получение новых знаний с помощью репродуктивных методов, мало внимания уделяется обучению поисковой деятельности, реализации исследовательского подхода.

Причинами этого, с одной стороны, является недостаточный профессионально-педагогический уровень подготовки педагогов,

не позволяющий широко внедрять инновационные процессы в школе, использовать в полной мере прогрессивные образовательные технологии и создавать эффективные методические условия обучения и воспитания, с другой - слабая разработанность методических основ организации самостоятельной исследовательской деятельности учащихся в процессе овладения обобщенными и сложными знаниями, исследовательскими компетенциями, которые обусловлены новыми стандартами образования.

Организация исследовательской деятельности учащихся - процесс сложный и кропотливый. Чтобы сделать его наиболее эффективным, важно учитывать проблемы, вскрытые при исследовании в данной области:

- развитие исследовательской деятельности учащихся блокируется преобладанием репродуктивных методов в обучении, установкой педагогов на передачу, а обучаемых на усвоение готовых знаний;

- основными видами исследовательской деятельности учащихся чаще всего выступает подготовка рефератов, докладов, сочинений, лабораторных работ, которые не становятся по-настоящему творческими в силу шаблонности тематики и сведения к минимуму решения исследовательских задач;

- исследовательские умения вырабатываются стихийно, без учета их структуры и логики развития, что затрудняет формирование у учащихся творческих способностей;

- педагоги начинают уделять больше внимания развитию исследовательских умений у учащихся старшей ступени обучения.

В настоящее время актуальным остается вопрос обеспечения преемственности в реализации исследовательского подхода в обучении, преемственности в формировании исследовательских умений учащихся и студентов на стыке этих ступеней.

С целью выработки новых подходов к организации исследовательской деятельности учащихся на различных этапах ее обучения, а также сохранению преемственности при переходе обучающихся с более низкой ступени обучения на более высокую, весьма продуктивным стало бы взаимодействие научных обществ учащихся и научных объединений студентов (студенческих научно-исследовательских лабораторий, конструкторских бюро и т.д.). Привлечение учащихся и студентов к совместной исследовательской деятельности помогает учащимся в скорейшем профессиональном самоопределении, направляет на осознанный выбор будущей профессии.

Успешность исследовательской деятельности обеспечивается совместными усилиями преподавателя и обучаемых, т.к. это «творческий процесс совместной деятельности двух субъектов (двух личностей) по поиску решения неизвестного, в ходе которого осуществляется трансляция между ними культурных ценностей, результатом которой является формирование мировоззрения».

Основная задача педагога при организации исследовательской деятельности не столько передать информацию, сколько приобщить учащихся к объективным противоречиям развития научного знания и способам их решения.

Педагогические условия формирования исследовательских умений школьников:

1. Учет возрастных и индивидуальных особенностей учеников.

Это предполагает использование адекватных методов обучения; адаптацию понятий, связанных с исследовательской деятельностью; доступность форм и методов проводимых исследований; учет способностей, возможностей, интересов и темпа работы каждого учащегося.

2. Мотивирование учащихся и актуализация потребности в новых знаниях. Ученик должен хотеть проводить исследования, уметь это делать и получать удовольствие от своей работы.

Ценность исследовательской деятельности заключается в возможности увидеть смысл творческой деятельности, в реализации собственных способностей, в расширении круга интересов, в саморазвитии и самосовершенствовании учащегося.

3. Подготовка педагога к исследовательской деятельности с учениками. Организуя сотрудничество и сотворчество, обладая творческим потенциалом, педагог способен создать творческую образовательную среду, которая инициирует и поощряет творческие начинания и действия учащихся.

Сотрудничество руководителя и учащегося при написании работы проявляется и в развитии личности самого преподавателя, способного эффективно использовать вверенные ему человеческие ресурсы. Занятия исследовательской деятельностью способствуют расширению кругозора учащегося и руководителя.

Основными педагогическими условиями организации исследовательской деятельности школьников являются: ознакомление учеников с содержанием и техникой выполнения исследований, формирование у них умений самостоятельной работы, формирование умений самоконтроля, развитие творческих способностей и инициативы учащихся.

При организации исследовательской деятельности учащихся весь педагогический коллектив опирается на правило, очень точно сформулированное А.С. Обуховым:

«Учитель выступает как носитель опыта организации деятельности, а не как источник знаний в последней инстанции».

В современных условиях образования значимость исследовательской деятельности учащихся постоянно возрастает, так как она позволяет реализовать их стремление к получению качественного и современного образования, способствует развитию интеллектуальных и творческих способностей личности, готовит выпускников учреждений общего среднего образования к дальнейшей научно-исследовательской работе, помогает в их профессиональном самоопределении, обеспечивает конкурентоспособность выпускников при поступлении в учреждения высшего образования.

2.3 Проектно - деятельностный подход

Еще совсем недавно считалось, что развитие исследовательских способностей для большинства людей - невиданная роскошь. Но жизнь не стоит на месте. Чтобы идти в ногу со временем в динамичном мире, современному человеку приходится проявлять чрезвычайную поисковую активность.

Чтобы ученики были подготовлены к этому, необходимо использовать на уроках и во внеурочной деятельности проектный и исследовательский подход, развивать навыки исследовательского поведения.

В разных источниках предлагаются различные трактовки и подходы к исследовательской и проектной деятельности, нередко происходит смешение понятий «исследование» и «проектирование».

Исследование - это всегда творчество, здесь результат неизвестен и зачастую непредсказуем. Известный российский ученый А. И. Савенков называет исследование «бескорыстным поиском истины», т.е. исследователь, начиная работу, не знает, к чему придет, какие сведения получит, будут ли они для него и других людей полезны и приятны.

Проектирование - это решение определенной, четко сформулированной задачи. Неслучайно буквальный перевод слова «проект» означает «брошенный вперед». Участник проекта хорошо знает, что делает, ясно понимает, к чему должен прийти в результате. В то же время нередко реализация проекта требует проведения исследований, но это не обязательно, теоретически проект может быть выполнен и на репродуктивном уровне.

Основная задача при конструировании образовательного процесса в проекте - наполнение повседневной жизни ученика интересными делами, идеями, включение каждого ребенка в содержательную деятельность, способствующую реализации его активности.

Использование метода проектов возможно при соблюдении ряда требований: 1) результат, на который ориентирован проект, должен быть практическим и познавательно-увлекательным для его участников;

2) проблема должна быть взята из реальной жизни и значима для школьника; 3) работа должна идти в определённой логической последовательности;

4) содержательная часть проекта должна быть основана на самостоятельной деятельности учащихся;

5) проект - это продукт сотворчества и сотрудничества учителя, детей и родителей.

Одной из эффективных форм работы по изучению физики и экологии является исследовательская и проектная деятельность, в ходе которой происходит непосредственное общение учащихся с природой, приобретаются навыки научного эксперимента, развивается наблюдательность. Задача современной школы состоит не только в том, чтобы дать определенный объем знаний по предмету, но и в том, чтобы способствовать приобретению навыков научного анализа явлений природы, осмыслению взаимодействия

общества и природы, осознанию значимости своей практической

помощи природе.

В ходе научно-исследовательской работы развивается познавательный интерес учащихся и их интеллектуальные способности, т. е. умение мыслить, формулировать свои идеи, ставить цели, работать с различными познавательными источниками.

Кроме этого меняется самооценка учащихся и растет их познавательная активность.

Исследование может выступать компонентом проектной деятельности, а проектная деятельность может быть подчинённой по отношению к исследовательской, выполняться «внутри» исследования.

1.Выбор проблемной области.

На этом этапе осуществляется поиск проблемной области. В ходе изучения разделов физики учащиеся получают информацию, которой не достаточно для систематизации знаний. Учитель ставит перед учащимися проблемы, не решаемые в курсе школьной физики, предлагает банк тем для исследования, раскрывает требования к исследованиям, технологию их выполнения и оценивания.

2.Выбор темы исследования.

Тема исследования выбирается с учетом её актуальности в современной науке. Здесь главную помощь учащемуся оказывает его научный руководитель, ориентирующий начинающего исследователя в

разработанности той или иной проблемы, в соответствии с чем и будет выбрана тема исследования.

3.Постановка целей и задач, выдвижение гипотезы.

Уточнив тему, учащийся приступает к определению гипотезы. Гипотеза должна быть проверяемой, содержать предположение, быть логически непротиворечивой, соответствовать фактам. В ходе разработки гипотезы происходит выработка целей и задач. Цель исследования - конечный результат, которого хочет достичь исследователь при завершении работы. Задачи исследования - выбор путей и средств для достижения цели. Выбранные пути и средства основываются на дроблении цели исследования на подцели. Таким образом, получается, что на данном этапе школьники осознают значимость и важность данного исследования, то есть имеет место компетентностный подход.

4.Выбор методов исследования.

Учащиеся испытывают затруднения в выборе правильных методов для проведения исследования. Метод - это способ достижения цели, от которого

зависит успех исследовательской работы. В своей работе учащиеся используют теоретические методы - анализ и синтез. Как правило, они применяются на начальном этапе исследования - изучение специальной литературы по теории вопроса. В практической части исследования используются наблюдение, сравнение, эксперимент. На данном этапе учащиеся сталкиваются с противоречиями, возникающими из-за приобретенной информации по разным наукам, к примеру, физики и экологии вследствие этого они корректируют методы исследования и углубляют ту информацию, основываясь на межпредметных связях.

5. Распределение обязанностей среди участников.

При формировании рабочей группы важно, чтобы учащиеся дополняли друг друга по своим способностям. Если в группе окажется лидер, способный организовать (с помощью педагога) коллективную работу, то это значительно облегчит работу преподавателя. Но преподаватель должен проследить, чтобы в группе сохранялись демократические принципы

коллективной работы и не подавлялась инициатива любого члена

группы. Основными условиями успешности проектной деятельности группы являются следующие критерии:

- Все члены команды равны.

- Команды не соревнуются.

- Все члены команды должны получать удовольствие от общения друг с другом и от того, что они вместе выполняют исследовательское задание.

- Каждый должен получать удовольствие от чувства уверенности в себе.

- Все должны проявлять активность и вносить свой вклад в общее дело. Не должно быть так называемых «спящих партнеров».

6.Сбор и обработка информации.

В процессе выполнения практических операций учащиеся при совместной деятельности с учителем подбирают необходимую информацию, изучают теоретические положения, необходимые для решения поставленных задач, работают с соответствующей литературой, а также осуществляют промежуточный контроль качества выполненной деятельности, вносят изменения в процесс проектной деятельности, корректируют последовательность операций.

7.Анализ и обобщение полученных материалов.

На этом этапе осуществляются структурирование полученной информации и интеграции полученных знаний, умений, навыков. В основе этого этапа:

а) анализ информации;

б) формулирование выводов.

Учащимся необходимо систематизировать полученные данные, объединить в единое целое полученную каждой группой (или каждым участником) информацию, подвести итог работы, оформить результаты исследования, выстроив общую логическую схему, сделать выводы. Учителю необходимо наблюдать за анализом информации, советовать возможное представление результатов исследования. При анализе и синтезе полученной информации о данном исследовании школьники формируют систему знаний которая развивает и компонует физическую картину мира в целом.

8.Подготовка отчета.

Когда проекты будут выполнены, учитель должен предоставить учащимся возможность оформить творческие проекты. Подготовка к защите проекта может включать в себя оформление портфолио, подготовку стендовой защиты, разработку электронной презентации, подготовку публичного выступления.

9.Представление работ, выступление.

Защита проекта происходит в школе, далее на конференциях. На защиту выносится описательная часть проекта и само изделие (если проект практический). Защита происходит в виде короткого выступления автора или авторов работы. Акцент в данном выступлении должен быть сделан на самые сильные стороны. После краткой речи автора с анализом своей работы и ее самооценки присутствующие могут задавать ему вопросы.

Таким образом, обработка и оформление результата работы -

сложная работа для учащихся, поэтому на этом этапе необходим не только контроль, но и помощь учителя.

10.Обсуждение итогов, рефлексия.

Оценка результатов и процесса (рефлексия) включает оценивание путём коллективного обсуждения и оценивание путём самооценок. Учащимся необходимо сделать самоанализ своей работы и оценить работу участников своей группы, а учителю - оценить усилия учащихся, креативность, использование источников. На этом этапе ребята осознают какую важную роль сыграл данный проект в становлении их мировоззрения и формировании системы знаний по физике.

Таким образом, работа над проектом:

1) стимулирует, активизирует познавательные интересы; дает возможность получать новые знания в метапредметных сферах окружающей действительности; пробуждает и развивает интерес к разным видам деятельности;

2) развивает социально-нравственные качества личности, активность, ответственность, уважение, честность, умение ставить цель и достигать положительных результатов;

3) развивает коммуникативные способности, умения адекватно ориентироваться в доступном социальном окружении, способность к самостоятельному применению знаний в разнообразных видах деятельности; 4)основывается на взаимодействии, сотрудничестве.

На всех этапах работы учитель должен ясно осознавать ожидаемый результат- это результат творческих способностей, приобретение ребенком новых знаний, умений и навыков. Точнее говоря, мы должны иметь в виду, что имеем дело не с одним результатом, а, по крайней мере, с двумя. Первым можно считать то, что создает учащийся своей головой и руками - макет, проект, отчет и т.п. Второй, самый важный - бесценный опыт самостоятельной, творческой, исследовательской работы, новые знания и умения, отличающие истинного творца от простого исполнителя.

Таким образом, сегодня неоспорима актуальность разработки и внедрения новых эффективных передовых технологий, способствующих интеллектуальному, творческому, нравственному, социальному развитию ребёнка, где одно из первых мест занимает исследовательская и проектная деятельность школьников.

2.4 Примеры экологических проектов

Исследовательские проекты - это один из способов связать школьные программы и усилить связь знаний с реальной жизненной обстановкой.

Изучение любого предмета невозможно без установления взаимосвязей с учебным материалом смежных дисциплин. Для физики таковыми являются предметы естественнонаучного цикла: химия, география, биология, экология, ОБЖ и др. Интеграции содержания курса физики и материала других дисциплин позволяет продуктивно решать задачи естественнонаучного образования в школе.

Важнейшие из них:

формирование научного мировоззрения и экологической культуры личности;

осознанное усвоение системных научных знаний об окружающем мире, месте и роли в нем человека, в том числе и знаний по экологии;

формирование гуманистических и экологических ценностей личности;

формирование навыков безопасного обращения с веществами и материалами как основы сохранения природы, здоровья и жизни человека;

формирование опыта активной познавательной деятельности проблемно-творческого характера с применением научных методов исследования природы;

развитие представлений о науке и научных достижениях как результате творческой деятельности человека, о роли науки в существовании и развитии общества в гармонии с природой; развитие интеллектуально-творческих способностей, навыков самообразования.

Курс физики средней школы объединяет основы целой системы наук (механика, молекулярная физика, электричество, оптика, квантовая физика и другие), позволяющих интегрировать физические, экологические и биологические знания. Особое место занимают все разделы физики, так как они изучают общие закономерности обмена и превращения, применяемые к процессам, протекающим как в неживой природе, так и в живых системах. Однако в школьном курсе физики применение всех законов физики ограничивается лабораторным практикумом, что значительно сужает мировоззренческий потенциал данных разделов. Интеграция физических, экологических и биологических знаний позволит выйти на новый уровень познания, раскроет новые возможности их описания.

Наиболее значимыми направлениями экологических проектов, которые способствуют формированию физической картины мира у учащихся, являются следующие межпредметные связи:

- влияние физических загрязнений на живые организмы и экосистемы, формирование экологических, природоохранных знаний на базе физического материала;

- формирование представлений о круговороте элементов, веществ и энергии в экосистемах разного уровня; изучение физико-химических свойств, распространения и роли в природе веществ; усвоение знаний о природных ресурсах, знакомство с проблемами их использования и сохранения;

- рассмотрение влияния антропогенного фактора на окружающую среду (причины, источники и последствия физических загрязнений, способы переработки и утилизации загрязнителей, здоровье человека и т. д.);

- знакомство с понятием «экологическая проблема» на конкретных примерах и поиск путей решения;

- знакомство с каждой составляющей физической картины мира с помощью метода проектов.

Одновременно с изучением программного материала, при подготовке к урокам учащимся можно предложить самостоятельно рассмотреть и осветить ряд вопросов, отражающих современное представление науки об изучаемых процессах и способах их исследования. В результате такой подготовки возникает у учащихся интерес к данной теме и в дальнейшем можно предложить провести исследование в интересующей их области. Кроме того, учащиеся принимают активное участие в изготовлении наглядных пособий: таблиц, схем, рисунков, используемых на защите данных проектов.

Исследовательские проекты, в большей степени, чем обычные, развивают потенциал самих учащихся, побуждают к активному познанию окружающей действительности, к осмыслению и нахождению причинно-следственных связей, к развитию логики, мышления, коммуникативных способностей, способствуют развитию речи, самостоятельности в учении.

...