А. Эйнштейн: «Где ученье не клеится - а это бывает со всеми предметами - там главная вина падает на учителя. Успехи учащихся - лучшее мерило для достоинств учителя».
Собрав воедино основные положения, отмеченные в этих удивительно глубоких и современных по смыслу высказываниях, кратко выделим самое главное:
* роль физики как учебного предмета чрезвычайно велика в плане формирования мировоззрения и творческого мышления учащихся не только в области естествознания, но и в самом общем смысле;
* знания, твердые основы которых формируются при изучении физики в школе, должны быть максимально приближены к реальной жизни и повседневной практике;
* изучение физики должно осуществляться так, чтобы учащиеся видели науку в постоянном историческом развитии и, желая изучать ее, испытывали удовлетворение и радость от процесса познания;
* преподавание наук в школе, в том числе и физики, должно носить более гуманитарный характер;
* обучение физике в школе должны осуществлять учителя, желающие и умеющие проводить педагогические исследования, тактично и незаметно для учащихся организующие и реализующие процесс познания и воспитания.
Сформулируем основные дидактические принципы, на которых должен строиться базовый курс физики с учётом всего вышесказанного:
- Малый объем часов (от 36 до 72 в год -- больше не уместится!).
- Современность научного содержания («Современная физика в современном мире», что возможно только при пренебрежении систематичностью, как это сделал Вайнберг).
- Научно-популярный характер изложения вместо строго научного, что дает возможность доступности содержания и одновременно способно подпитывать интерес. Сюда же относятся и биографический раздел, и занимательные элементы изложения (имеется в виду вкрапление в содержание интересных моментов из биографий ученых-физиков; интересных фактов), столь привлекательные для любого ученика.
- Исторический подход как основа для рассмотрения физических понятий. При этом не подразумевается, что курс должен быть выстроен в линию в соответствии с последовательностью дат и событий. Скорее каждая рассматриваемая тема может основываться на анализе исторических экспериментов и развития физических понятий и идей, к ней относящихся.
- Экземплярность отбора содержания, то есть выбор отдельных наиболее значимых физических открытий и идей и их подробное рассмотрение.
- Качественный характер изучения физических закономерностей. Поменьше математики, формул и расчетов. Вместо этого можно активно использовать графики, таблицы, диаграммы, схемы.
- Модульность курса (компактность, завершенность и самодостаточность).
- Связь с жизнью (политехническая составляющая курса): везде, где это возможно, показывать, как работает в современном мире то или иное открытие; каковы его современные технические приложения, и т.д.
- Методологические знания должны входить в содержание курса не дополнительным блоком информации, а органически вплетаться в содержание курса и изучение каждой темы; весь курс должен выстраиваться проблемно. При достаточно проработанном историческом подходе возможен анализ методологии научного познания на конкретных примерах.
- В методике преподавания основную роль должен играть реальный физический эксперимент. Причем с методологической точки зрения желательно, чтобы эксперименты не только иллюстрировали определенные понятия, но и предшествовали введению новых понятий.
- Итоговый контроль должен выявлять не уровень запоминания, а понимание сути изученных физических законов, понятий и теорий. В этой связи осмысленно предъявление заданий в форме качественных задач и вопросов, требующих не воспроизведения, а применения изученного содержания.
2.2 Роль физических моделей в формировании физической картины мира и целостного миропонимания
Как уже отмечалось выше, перед современной школой стоит задача формирования у детей современного мировоззрения, но рост информации не позволяет завершить этот процесс даже в старших классах, поэтому важно сформировать у них целостное миропонимание, заложить фундаментальные знания и умения, которые позволили бы им в дальнейшем продолжить самообразование, саморазвитие и самостоятельное формирование современного миропонимания. В роли гаранта таких знаний и умений как раз и может выступить ФКМ.
Напомним, что совокупность знаний и представлений о физических процессах, закономерностях, действующих в физическом мире, о строении микро-, макро- и мега-мира, о взаимодействиях их объектов и т.п. называется физической картиной мира. А целостное современное миропонимание -- это система знаний и представлений о мире, основанные на множестве современных наук и теорий, понимание законов и закономерностей, описывающих процессы и явления, происходящие в микро-, макро- и мега-мире, в социальной сфере, осознание места человека в мире и т.п.
Известно, что математика, астрономия и физика - науки, появившиеся гораздо раньше остальных, именно их развитие привело к возникновению и развитию всех других наук. ФКМ изначально является неотъемлемой частью, основой естественнонаучной картины мира (ЕКМ), объединяющей знания всех естественных наук (биологии, химии, астрономии, географии, психологии, социологии и многих других наук) и представления о мире и месте человека в нём, сформированные на основе этих знаний. ЕКМ позволяет каждому осознать многообразие природы, понять законы природы и мира людей, определить своё место в нём.
Таким образом, формирование целостного миропонимания, которым должен владеть каждый образованный, культурный человек, невозможно без формирования ЕКМ, формирование которой целесообразно начинать с построения ФКМ и продолжать на её основе при помощи меж предметных связей физики с другими дисциплинами. Это сделает процесс формирования целостного миропонимания гармоничным и безболезненным, а само понимание мира глубоким и максимально осознанным.
ФКМ базируется на основных физических понятиях, не последнее место среди которых занимают физические модели. Педагогический словарь определяет моделирование как метод исследования объектов на их моделях - аналогах определённого фрагмента природной или социальной реальности; процесс построения и изучения моделей реально существующих предметов и явлений (органических и неорганических систем, инженерных устройств, разнообразных физических, химических, биологических и других процессов). Форма моделирования зависит от используемых моделей и сферы их применения. По характеру моделей выделяют предметное и знаковое (информационное) моделирование. Предметным называют моделирование, в ходе которого исследование ведётся на модели, воспроизводящей геометрические, физические либо функциональные характеристики объекта-оригинала. При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы, предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка) и т.п. Важнейшим видом такого моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование. Возможность моделирования, то есть переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования моделей, на оригинал, основана на том, что модель в определённом смысле отображает (воспроизводит) какие-либо его стороны и предполагает наличие соответствующих теорий и гипотез, указывающих на рамки допустимых при моделировании упрощений. Моделирование в обучении имеет два аспекта: моделирование как содержание, которое учащиеся должны усвоить (о нём и пойдёт речь далее в данном пункте), и моделирование как учебное действие, средство, без которого невозможно полноценное обучение, особенно обучение физике. С помощью моделирования - введения различных моделей - удаётся свести изучение сложного к простому, невидимого и неощутимого к видимому и ощутимому, незнакомого к знакомому, то есть сделать любой сложный объект доступным для тщательного и всестороннего изучения. Моделирование учебного материала, логическое его упорядочение, представление в наглядной форме, а также с помощью мнемических средств в расчёте на образные ассоциации - эффективное лучшего понимания и запоминания учащимися нового учебного материала.
Возможности для моделирования существуют в школьных курсах математики, химии и т.д., но особенно их много в школьном курсе физики. Необходимость овладения методом моделирования при обучении физике диктуется не только его значением как метода научного познания, но и психолого-педагогическими соображениями. Согласно теории поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперина) знакомство учащихся с каким-либо действием, которым они должны овладеть, начинается с выполнения этого действия с помощью соответствующих материальных предметов. Однако предметы обладают различными свойствами, многие из которых не относятся к выполняемому действию. Чтобы от них отвлечься переходят к действиям с моделями этих предметов, обладающими только необходимыми в данном случае свойствами. Это может быть графическая схема, формула и т.п.
Таким образом, и изучение различных физических процессов, явлений и закономерностей целесообразно проводить на их моделях, обладающих всеми необходимыми для этого свойствами и параметрами и лишённых тех свойств, которые при этом не важны. При изучении физических процессов стремятся к тому, чтобы по результатам опытов на модели можно было судить о явлениях, происходящих в реальных условиях, которые ученики могут наблюдать в повседневной жизни. Изучение физических теорий невозможно без введения моделей уже на начальных этапах обучения. Так, например, изучение первого раздела механики - кинематики начинается с введения понятия равномерного движения, которое само является моделью, так как практически не встречается в реальности, но позволяет достаточно точно описать закономерности, по которым происходит движение тел в окружающем нас мире. Понятие материальной точки - тела, размерами, которого можно пренебречь по сравнению с фигурирующим в конкретной задаче расстоянием, а по сути геометрической точки, обладающей массой, позволяет в дальнейшем достаточно просто описывать различные виды движения. Модели идеального газа и идеальной несжимаемой жидкости позволяют сформировать у учащихся представление о процессах, происходящих в реальных веществах, с которыми они имеют дело повседневно, и упрощают задачу формулировки соответствующих законов. Стоит также отметить, что даже при решении физических задач учащиеся постоянно сталкиваются с моделями процессов и явлений; даже измерительные приборы, с помощью которых могло быть получено большинство данных, приводящихся в задачах являются идеальными (не дающими погрешностей измерения), то есть моделями.
3. Методические особенности уроков обобщения и систематизации знаний в контексте задач формирования целостного миропонимания
3.1 Урок-зачёт и его возможности в формировании целостного миропонимания
Зачёт в Российской Федерации - это форма контроля и оценки уровня знаний, умений и навыков учащихся. Обычно он проводится педагогом как индивидуальное или групповое собеседование, опрос, практическая работа и т.п. В соответствие со спецификой предмета могут применяться письменные зачёты, с использованием карточек-заданий, таблиц на печатной основе и других дидактических средств.
В общеобразовательных учреждениях урок-зачёт проводится главным образом в старших классах. Как правило, на зачёт выносятся крупные темы учебной программы, часто уроки-зачёты проводятся после изучения какого-либо раздела. Перечень основных вопросов к уроку-зачёту, требования и рекомендации по подготовке к нему объявляется учащимся заранее. Педагог может организовать такую подготовку на уроках и специальных консультациях. Эффективность урока-зачёта во многом зависит от содержания и характера проверочных вопросов, которые целесообразно сформулировать таким образом, чтобы ученик мог в устном ответе продемонстрировать знание основных законов науки, причинно-следственных связей явлений, умение дать верное изложение конкретной темы. В ходе урока-зачёта можно достаточно эффективно реализовать закрепление, обобщение и систематизацию знаний учащихся. А если использовать нестандартные формы проведения урока-зачёта, то можно повысить интерес и мотивацию учащихся к изучению предмета, а следовательно и их уровень усвоения учебного материала, обеспечить прочность их знаний. Урок-зачёт может проводиться в форме олимпиады, семинара, конференции, диспута, интеллектуальной игры и т.д. В ходе подготовки и проведения урока-зачёта по физике происходит повторение, обобщение и систематизация основных положений теории, законов и закономерностей, объясняющих разнообразные физические процессы и явления, вычленяются факты, необходимые для дальнейшего, в том числе и самостоятельного изучения физики; у учащихся формируется целостная система знаний, умений и навыков, в которую гармонично входят и обще учебные умения и навыки.. Урок-зачёт способствует развитию познавательных способностей учащихся при выполнении таких мыслительных операций, как анализ, синтез, конкретизация и др., повышению качества знаний и развитию мышления школьников. Это открывает большие возможности для формирования у них завершённых представлений о современной ФКМ (на уровне содержания школьного курса физики), позволяет показать в ней место каждой изученной теории, систематизировать знания о теории познания и о роли практики в познании.
Таким образом, урок-зачёт позволяет в полной мере решить задачу формирования у школьников целостного миропонимания.
3.2 Методические особенности формирования механической картины мира
Становление механической картины мира связывают с именами Г. Галилея, И. Кеплера и особенно И. Ньютона. Формирование механической картины мира потребовало несколько столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механическая картина мира возникла на основе классической механики, обобщения законов движения свободно падающих тел и движения планет, а также создания методов количественного анализа механического движения в целом. Эту картину следует рассматривать как важную ступень в познании человеком окружающего мира. Рассмотрим основные черты механической картины мира. Её основу составляет идея атомизма, состоящая в том, что все тела (твёрдые, жидкие, газообразные) состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном тепловом движении. Взаимодействие тел как при их непосредственном контакте (трение, силы упругости), так и на расстоянии (гравитационные силы). Всё пространство заполняет «всепроникающий эфир» - среда, в которой распространяется свет. Атомы рассматриваются как некие цельные, неделимые «кирпичики»; соединяясь друг с другом, они образуют молекулы, а те в свою очередь - тела. Природа этого соединения не рассматривается.
Выделяют четыре принципиальных момента механической картины мира:
1. мир в механической картине построен на едином фундаменте - на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые в природе превращения, тепловые явления сводятся на уровне микроявлений к механическому движению атомов и молекул (их перемещениям, столкновениям, соединениям и разъединениям). Открытие закона сохранения и превращения энергии, казалось бы, окончательно доказывает механическое единство мира - все виды энергии можно свести к энергии механического движения.
С такой точки зрения мир выглядит стройной гигантской машиной, построенной и функционирующей по законам механики. Даже исследования электрических и магнитных явлений сначала не подрывали, а лишь усложняли и дополняли механическую картину мира. Например, под этим углом зрения может рассматриваться, и в прошлом рассматривалось, внешнее сходство закона Кулона с законом всемирного тяготения.
2. механическая картина мира исходит из представлений, что микромир аналогичен макромиру.
Механика макромира хорошо изучена; раньше считалось, что точно такая же механика описывает движение атомов и молекул. Частицы, из которых состоят тела, движутся и сталкиваются так же, как сами тела. Таким образом, механическое мировоззрение видит в малом то же, что и в большом, только в меньших размерах.
3. в механической картине мира отсутствует развитие, то есть мир считается в целом таким, каким он был всегда. То есть центром механического мировоззрения является представление об абсолютной неизменности природы, ведь все процессы и превращения сводятся только к механическим перемещениям и столкновениям атомов.
4. в механической картине мира все причинно-следственные связи - однозначные, здесь господствует лапласовский детерминизм, согласно которому, если известны начальные данные системы, то можно точно предсказать её будущее.
Несмотря на то, что в середине XIX в. Д. Максвелл, а затем и Л. Больцман ввели в физику принципы вероятности, механическая картина мира господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. При формировании у учащихся механической картины мира необходимо обязательно указать на то, все законы классической механики имеют границы применимости, справедливы только для инерциальных систем отсчёта, то есть только равномерное прямолинейное движение системы отсчёта не влияет на механические процессы, а в классах с углубленным изучением физики или на кружке по физике стоит раскрыть принцип относительности Галилея.
3.3 Методические особенности формирования электромагнитной картины мира
Электромагнитная картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области электромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физического поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные "состояния" эфира. Впоследствии необходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электромагнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая-то особая среда.
Электромагнитная картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение о магнетизме и достижения атомистики, но также и некоторые идеи современной физики (теории относительности и квантовой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики. Основные ее черты, следующие. Согласно этой картине мира материя существует в двух видах - веществе и поле, между которыми имеется непроходимая грань: вещество не превращается в поле и наоборот. Известны два вида поля - электромагнитное и гравитационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимодействий. Поля, в отличие от вещества, непрерывно распределяются в пространстве. Электромагнитное взаимодействие объясняет не только электрические и магнитные явления, но и другие оптические, химические, тепловые. Теперь все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы господства электромагнетизма остается лишь тяготение. В качестве элементарных "кирпичиков", из которых состоит вся материя, рассматриваются три частицы - электрон, протон и фотон. Фотоны - кванты электромагнитного поля. Корпускулярно-волновой дуализм "примиряет" волновую природу поля с корпускулярной, т.е. при рассмотрении электромагнитного поля используются, наряду с волновыми, и корпускулярные (фотонные) представления. Элементарные "кирпичики" вещества - электроны и протоны. Вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атом имеет массивное ядро и электронную оболочку. Ядро состоит из протонов. Силы, действующие в веществе, сводились к электромагнитным. Эти силы отвечают за межмолекулярные связи и связи между атомами в молекуле; они удерживают электроны атомной оболочки вблизи ядра; они же обеспечивают прочность атомного ядра (что оказалось неверным). Электрон и протон - стабильные частицы, поэтому атомы и их ядра тоже стабильны. Картина, на первый взгляд, выглядела безупречно. Но в эти рамки не вписывались такие, как считалось тогда, "мелочи", как, например, радиоактивность и др. Скоро выяснилось, что эти "мелочи" являются принципиальными. Именно они и привели к "краху" электромагнитной картины мира. Электромагнитная картина мира представляла огромный шаг вперед в познании мира. Многие ее детали сохранились и в современной естественнонаучной картине мира: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явления в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, дуализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств материи и др. Но и в этой картине мира также господствуют однозначные причинно-следственные связи, все таким же образом жестко предопределено.
