Основные сведения политехнического характера

VI класс

основной

школы

II класс гимназии

Взаимодейст­вие, сила, движение

Энергия, ра­бота, теплота

Тепловые явления

Инерция,

движение центра масс Энергия. Мо­мент инерции

Свойства вещества: упругие, пластические, их использование

Техника измерений: измерение силы, динамометр Электротехника: проявление электрического и магнитного взаимодействий Техника измерений: измерение объема и темпера­туры. Определение работы и количества теплоты Энергетика: понятие энергии, преобразование энергии, совершение работы, теплопередача, теп­лоизоляция

Свойства вещества: тепловое расширение, его практическое значение, изменение состояния ве­щества и его значение в получении новых ве­ществ

Энергетика: энергетические преобразования при изменении состояния вещества Техника измерений: измерение пути, времени, скорости, ускорения, массы

Техника измерений: основные приемы измерения

и отсчета времени

Энергетика: использование механической энергии

Политехнические знания формируются у учащихся при исполь­зовании разных методов и методических приемов. Так, в ряде случаев изучению физического материала предшествует рассмот­рение конкретной технической проблемы или практического применения. В других случаях после изучения теоретического ма­териала рассматривается применение физических законов в кон­кретных технических устройствах.

Большое значение для политехнической подготовки учащихся имеет предмет «Техника», который преподается во всех классах основной школы и в I и II классах гимназии. Содержание этого курса тесно связано с содержанием курса физики; он начинает изучаться раньше, чем курс физики, и учитель физики имеет воз­можность опираться на знания, полученные учащимися в курсе «Техника». Изучение этого курса позволяет познакомить учащих­ся с некоторыми отраслями современного производства. Ниже приведен фрагмент программы предмета «Техника», связанный с физикой.

Ill класс. Свойства и получение алюминиевой нити и ленты. Измерение длины. Создание моделей, содержащих колесо, ось, рычаг и т.д.

V класс. Механические свойства металлов. Металл как проводник элек­трического тока. Изоляционные материалы, сопротивление металлов. Замк­нутая электрическая цепь.

VIII класс. Электрическая схема и монтаж цепи, соединение проводников сваркой. Электрические цепи квартир. Сигнальные соединения (электри­ческая цепь, проводники, изоляторы), измерение силы тока и напряжения. Электрическое регулирование (электромагнетизм). Бытовые электроприборы (магнитное и тепловое действия тока).

7. Происходит совершенствование методов и приемов обуче­ния. Помимо расширения дидактических возможностей экспери­ментального метода характерно использование проблемного обу­чения. Особенно интересен в этом отношении опыт Польши -страны-родоначальницы проблемного обучения. Для создания проблемных ситуаций польские педагоги широко используют эксперимент, задачи, задания. Получил распространение исследо­вательский метод обучения. Большие возможности в этом на­правлении открывает применение компьютера, позволяющее ор­ганизовать исследовательскую деятельность учащихся с исполь­зованием модельного эксперимента.

Широко практикуется организация самостоятельной работы учащихся на разных этапах процесса обучения и для решения раз­ных дидактических задач. В ряде стран, например в Венгрии, для организации этой работы используются специальные рабочие тет­ради, в которых учащиеся выполняют задания, решают качествен­ные, количественные, графические и экспериментальные задачи.

Совершенствование средств обучения осуществляется в разных направлениях. Одно из них - это разработка школьного учебного оборудования. Основная тенденция здесь - создание комплектов (наборов) взаимосвязанных приборов, как демонстрационных, так и лабораторных, позволяющих осуществить эксперименталь­ную поддержку целых тем или разделов программы. Примером может служить опыт Чехии, где разработаны универсальные ком­плекты по оптике - демонстрационный и лабораторный. Прибо­ры, как правило, соответствуют эргономическим требованиям, их отличает хороший дизайн и удобство использования.

Широко внедряется в учебный процесс электронно-вычисли­тельная техника. Компьютер используется для решения разных дидактических задач - для повышения наглядности обучения (демонстрация явлений, иллюстрация законов и т.п.), для форми­рования исследовательских умений, для тренировки и первичного формирования знаний, для их проверки. В последнее время широ­кое распространение получает применение компьютера как эле­мента экспериментальной установки.

Второе направление работы по совершенствованию средств обучения - создание новых учебников и учебных пособий. Здесь

важной тенденцией является создание учебно-методических ком­плектов по физике. Наиболее интересен в этом отношении опыт Венгрии. Учебно-методический комплект включает учебник, ра­бочую тетрадь, сборник заданий и задач (дидактических карто­чек), сборник тестов и методическое пособие для учителя.

Ведется работа по совершенствованию дидактического аппа­рата учебников физики. В них включают задания и материалы по систематизации знаний учащихся, задания по организации само­стоятельной работы учащихся, в том числе экспериментальной. [Большое внимание уделяется созданию мотивации изучения той [или иной темы, подбору иллюстративного материала. В учебни­ках приводятся алгоритмы и образцы решения задач (болгарские учебники).

Рассмотрим некоторые тенденции совершенствования школь-рного физического образования в развитых капиталистических странах.

Модернизация школьного физического образования в США началась в 1958 г. Она была направлена на повышение научного уровня школьного курса физики и развитие творческих способно­стей учащихся.

В начальной школе (I-VI классы или I—VIII классы) учащиеся изучают предмет «Естествознание» так же, как и в младшей средней школе (VII-IX классы). Физика изучается по выбору, как правило, в XI или XII классе в течение одного года примерно 20% учащихся. Основная масса учащихся получает знания по физике в курсах есте­ствознания, в которых эти знания составляют примерно 50-70%.

В настоящее время имеется более 30 проектов курсов естество­знания; все их условно можно разделить на процессуально ориен-| тированные и концептуально ориентированные. Девиз курсов первого типа: «Наука как процесс», основная их цель - знакомст­во учащихся с методами и процессом научного познания. После изучения такого курса учащиеся должны уметь выполнять наблю-jдения, анализировать данные, строить гипотезы, планировать и {выполнять эксперимент и т.п. Программа его основана на прин­ципе иерархии научно-исследовательских умений, которые делят­ся на две группы: основные и сложные.

Например, при изучении темы «Вязкость» в ходе выполнения лабораторной работы учащиеся приобретают умения строить ги­потезы на основе наблюдения за движением разных тел в вязкой среде, планировать эксперимент для их проверки, строить скор­ректированную гипотезу.

В курсах естествознания второго типа упор делается на естест­веннонаучные, в том числе физические, понятия и законы, такие, как структурные единицы материи, взаимодействие, энергия и др.

Среди курсов физики наиболее известны в нашей стране три: курс PSSC (Physics Science Study Committee), вводный курс физики и курс НРР (Harvard Physics Project) [38]. Курс PSSC рассчитан на

изучение в течение 1-1, 5 лет по 6 часов в неделю. В основе его по­строения лежат два принципа: группировка материала вокруг стержневой идеи (вещество и поле - два вида материи) и посте­пенное развитие знаний (изучение сначала феноменологии, а за­тем внутреннего механизма процессов и явлений). Курс состоит из четырех разделов: «Вселенная», «Оптика и волны», «Механика», «Электричество и строение атома». Этот курс имеет достаточно высокий научный уровень, носит ярко выраженный академиче­ский характер. Большое место в нем занимает физический экспе­римент: учащиеся должны выполнить 52 лабораторные работы (14% учебного времени). В ряде случаев дорогостоящий экспери­мент заменяется демонстрацией кинофильмов. Курс PSSC включает набор пособий: учебник, пособие для учителя, пособие для лабора­торных работ, сборник тестов, кинофильмы, кинокольцовки.

Появление курса PSSC привело к увеличению числа учащихся, выбирающих физику в качестве обязательного предмета, однако через некоторое время интерес к физике вновь упал. Это было связано с отсутствием у учащихся необходимой подготовки для успешного изучения курса PSSC. Поэтому встала задача разра­ботки нового курса физики для старшей средней школы, а также курса физики для младшей средней школы, изучение которого подготовило бы учащихся к изучению физики в дальнейшем.

Таким курсом является «Вводный курс физики», рассчитанный на 144 часа и изучающийся в IX классе. Материал курса группи­руется вокруг учения о строении вещества; курс строится как экс­периментальный, основанный на самостоятельном эксперименте учащихся, занимающем 64% учебного времени. Главная цель кур­са - стимулировать развитие учащихся, формировать у них уме­ние самостоятельно приобретать знания. Авторы вводного курса рассчитывали на то, что он станет обязательным, но этого не произошло, более того, он стал изучаться по выбору в XI классе.

Работа по совершенствованию физического образования при­вела к созданию Гарвардского проекта курса физики (НРР). В этом курсе важнейшие идеи, законы и теории физики включены в культурно-исторические рамки, т.е. научные основы физики связываются с исторической линией ее развития.

Курс состоит из шести частей: «Понятие о движении», «Движение в космосе», «Триумф механики», «Свет и электромаг­нетизм», «Модели атома», «Ядра атомов». Каждая часть рассчи­тана на изучение в течение 25-30 уроков. Особенностью курса является то, что в нем показаны связи физики с развитием обще­ства, экономики, техники, культуры. Треть курса посвящена со­временной физике, в нем широко представлен эксперимент, однако полностью отсутствует политехнический материал и в ряде случаев исторические сведения преобладают над материалом, посвящен­ным сущности физических явлений и теорий. Курс имеет очень большой объем. Часто для подготовки к одному уроку учащиеся

должны прочитать до 30 страниц текста. Он так же, как и другие курсы, включает ряд пособий, в том числе хрестоматию или книгу для чтения. По своему характеру этот курс в большей степени отвечает требованиям к курсу физики для гуманитарных классов.

Основные знания по физике учащиеся получают в курсе естест­вознания. В настоящее время в Великобритании создаются интег­рированные курсы естествознания, которые представляют собой соединение нескольких естественнонаучных предметов в единый курс и объединение учебного материала вокруг фундаментальных общенаучных идей (строение вещества, закон сохранения энер­гии). В таких курсах рассматриваются задачи, для решения кото­рых необходимо привлечение знаний из нескольких наук; в этих курсах изучаются общенаучные методы исследования и у учащих­ся формируются исследовательские умения. Один из таких курсов, «Естествознание 5/13», строится на основе изучения окружающей

среды. Его цели - формирование у учащихся знаний об окружаю-

щем мире, умений использовать специфический язык науки, уме­ний наблюдать; развитие научного мышления. Курс включает ма­териал по физике, химии, биологии, геологии. Для него характе­рен общий подход к рассмотрению явлений различной природы. Например, понятие энергии вводится как основное и применяется анализу физических и биологических процессов. При изучении сетовых и звуковых явлений рассматриваются как вопросы био­топ-га (строение глаза, слуховой аппарат), так и вопросы физики.

Из разработанных в Великобритании курсов физики наибольший интерес представляет курс физики по проекту Нафилдовского фонда. Этот курс рассчитан на изучение в течение 5 лет (с 11-летнего возраста). Составители программы рассматривают свой курс как «физику для всех». Основная его идея - «обучение для понимания, а не для запоминания». Учащиеся знакомятся с новыми для них явлениями, понятиями и законами путем самостоя­тельного экспериментирования и обсуждения его результатов в классе. При этом учащиеся сами выясняют смысл величин, планируют и ставят эксперимент, что ведет к лучшему пониманию ма­териала и к осмысленной постановке эксперимента. За время изу­чения курса учащиеся выполняют 260 обязательных и 39 дополни­тельных самостоятельных экспериментальных работ.

Достоинствами данного курса являются: большое внимание к физическому эксперименту, направленность на формирование у учащихся интереса к физике, доступный уровень содержания. Курс не имеет учебного пособия для учащихся; на 5 лет обучения разработаны 16 пособий: пять руководств по методике препода­вания в каждом классе, пять руководств для учителя по экспери­менту, пять задачников для учащихся и одно руководство по учебному оборудованию. В задачниках содержится около 1000 задач и упражнений, которые позволяют не только закреплять полученные знания, но и приобретать новые.

В начальной школе Франции (элементарный и средний циклы) изучается курс природоведения. В коллежах до 1964 г. изучался курс «Физические науки», интегрировавший знания по физике и химии. Он изучался в IV и IIIклассах коллежа по 3 часа в неделю. В 1964 г. его заменили курсом «Технология», который просущест­вовал до 1974г. Основной целью этого курса являлось формиро­вание у учащихся знаний об устройстве и функциях предметов, которыми пользуется человек в своей практической деятельности. Помимо этого, у учащихся формировались определенные знания по физике и экспериментальные и технико-технологические уме­ния. Занятия проводились в форме лабораторных работ. Учащим­ся давался обобщенный план исследования технического объекта, который они использовали в своей работе.

Примером может служить работа «Экспериментальное изучение водона­гревателя». Учащимся предлагается программа выполнения задания, вклю­чающая несколько этапов:

- ознакомление с серийным бытовым водонагревателем;

- выделение его основных узлов;

- составление принципиальной схемы нагревателя, определение функций его отдельных узлов;

- изготовление макета или составление принципиальной схемы имеюще­гося в наличии макета водонагревателя;

-демонтаж макета, технические рисунки его узлов, составление номенкла­турных таблиц;

- сборка макета, подсоединение к нему серийных счетчиков расхода воды
и газа, апробирование макета в работе.

Затем перед учащимися ставится задача: получить расчетную формулу для КПД макета нагревателя при заданных расходе воды и газа и разности тем­ператур горячей и холодной воды. Получив формулу КПД, учащиеся присту­пают к эксперименту, варьируя расход газа и воды и измеряя температуру горячей и холодной воды. По полученным результатам они находят КПД, вычисляют погрешность, строят графики зависимости разности температур от величины, обратной расходу воды. Делают вывод. Вычисляют стоимость израсходованного за 1 мин. газа.

Курс технологии позволял развивать наблюдательность, само­стоятельность, изобретательность, способности к конструирова­нию и творчеству, создавал мотивацию учения, обеспечивал связь с жизнью. Однако его большим недостатком является то, что в нем учащиеся получали бессистемные, фрагментарные знания по физике, которые носили узкоутилитарный характер и зависели от выбора технического объекта.

Поэтому этот курс был заменен в 1974 г. курсом «Модули», в ко­тором сузили круг изучаемых объектов и обеспечили более тща­тельное и всестороннее их изучение. В частности, предлагались та­кие модули, как «Электроника», «Астрономия», «Фотография», «Энергия», «Полимеры и пластики» и др. Каждый модуль был рас­считан на 25-30 часов и проводился в виде лабораторных работ.

В модуле «Электроника», например, предполагается изготовление и изу­чение различных электронных устройств, которое сопровождается формиро­ванием некоторых понятий электродинамики: сила тока, напряжение, сопро­тивление и др. Учащиеся самостоятельно из готовых стандартных деталей собирают усилители, датчики, приемники, колебательные контуры, передат­чики. На первом этапе учащиеся знакомятся с назначением и принципами работы отдельных элементов электрических цепей, собирают простейшие цепи с различными комбинациями элементов, приобретают навыки работы с электроизмерительными приборами. На втором этапе учащиеся собирают по чертежам простые устройства, у них формируются умения проводить наблю­дение, выдвигать гипотезу, планировать и реализовывать эксперимент, анали­зировать и применять результаты эксперимента. На третьем этапе у учащихся развиваются конструкторские и творческие умения, логическое мышление. Они собирают сложные электронные устройства из комбинаций простых, уже зна­комых им элементов. И наконец, на последнем этапе осуществляется монтаж и испытание электронных приборов, придуманных самими учащимися.

Достоинствами курса «Модули» являлось то, что его изучение способствовало развитию творческих способностей учащихся, умений конструировать и экспериментировать. Основной же его недостаток - отсутствие систематичности знаний, ориентация на чисто технологическое обучение.

В 1977 г. этот курс был заменен на интегрированный курс «Физические науки», объединивший материал по физике и химии и вошедший составной частью в курс «Экспериментальные науки» (физика, химия, биология и геология). Курс рассчитан на все 4 года обучения в коллеже.

Физический материал курса «Экспериментальные науки» представлен следующими темами; «Физические свойства вещества», «Электрическая цепь» (VI класс); «Твердые тела, жидкости и газы», «Электромагнетизм» (V класс); «Оптика», «Металлы», «Электричество» (IV класс); «Механика», «Энергия» (III класс). Как видно из приведенного перечня, уровень курса невысок, в нем не изучаются такие вопросы, как колебательное и волновое движение, строе­ние атома и атомного ядра. Он напоминает курс физики, который у нас изу­чается в VII-VIII классах в соответствии с учебниками А.В.Перышкина и Н. А. Родиной. Интересным является то, что в конце каждой темы предусмот­рено экспериментальное изучение тех или иных объектов и рассмотрение применений изученных законов, например: «Изучение бытовых приборов по измерению массы», «Экспериментальное изучение электрических цепей», «Генераторы электрического тока» и т. п.

В лицеях физика изучается в курсе «Физические науки», в ко­тором 70% времени отводится на физику и 30% времени - на хи­мию. Во II классе лицея физика изучается во всех секциях в при­мерно одинаковом объеме. В I классе лицея физика тоже изучает­ся всеми учащимися, но в гуманитарных секциях в меньшем объе­ме. В выпускном классе в гуманитарных секциях физики нет.

Во II классе изучаются такие разделы, как «Механика» и «Элек­тродинамика и экспериментальная электроника»; в I классе в есте-

ственнонаучных секциях - «Энергия и поля», «Колебательные про­цессы и их распространение»; в выпускном классе в этих секциях -«Механика», «Электромагнетизм», «Колебания и их распростра­нение», «Атомная и ядерная физика». В гуманитарных секциях в I классе лицея изучаются темы «Превращение и сохранение энер­гии» и «Волны». Кроме этого, предлагается на выбор 10 тем, рас­считанных каждая на 1, 5 месяца. Например, «Самолеты и косми­ческие ракеты», «Автомобиль», «Музыкальные инструменты», «Спектроскопия, спектральный анализ» и др.

Таким образом, анализ тенденций совершенствования школь­ного физического образования в капиталистических странах по­зволяет сделать вывод о том, что эта работа ведется в направле­нии отражения в содержании школьного курса физики методов научного познания, усиления внимания к физическому экспери­менту и исследовательской деятельности учащихся, формирова­нию у них средствами физики общеучебных умений, гуманитари­зации физического образования. Однако курс физики в школах рассмотренных стран является курсом по выбору (во Франции -обязательный), его изучают лишь примерно 20% учащихся, для остальных физическое образование в школе ограничивается зна­ниями, полученными в курсах естествознания.

Раздел III МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ

Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ