автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Использование энергетического метода при формировании понятия физического поля

Автореферат диссертации по теме "Использование энергетического метода при формировании понятия физического поля"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕЦЩТ01ЖЕСКИЙ ИНСТИТУТ

- 5 ДПР 1993

. На правах рукописи ' УЖ 53 (07) •

РАТКИН СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭННЕШЖЕСКОГО МЕТОДА. ПРИ ФОНДИРОВАНИИ ПОНЯТИЯ'ФИЗИЧЕСКОГО ПОЛЯ Сна примере средних учебных заведений гуманитарного профиля)*.

13.00.02 -Методика преподавания физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Челябинск 1393

Работа выполнена на кафедре методики преподавания физики Челябинского государственного педагогического института.

Научный руководитель - члек-корр. АПН, доктор педагогических

наук, профессор А.В.Усова

Официальные оппоненты - доктор педагогических наук

профессор Т.И.Малафеев.

кандидат физико-математических наук профессор Д.В'.Пекин. ■ Ведущее учреждение - 'Кировский государственник! педагоги-

ческий институт

Защита состоится " 19 " мая г. в 15.00 часов

на заседании специализированного совета К из. 13.03 по присуздешга ученой с топе ни кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - методики преподавания физики при Челябинска! государственном педагогическом институте (454080, проспект Ленина, 69, -зуд. 429). .

С диссертацией можно, ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного педагогического института (454080", проспект Ленина, 69).'

Автореферат разослан " " ^р^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат педагогических наук, профессор

В.Д.Хомутский

ОЩАЯ ХАЕКЕРИСТИКА РАБОТА

Одной из гдовшлс и актуальных задач созре'.:еккол частной дидснкз:! являотся зпосскгг злсмзнтэ целззоЗ де][д&зрзкц»атг!2 про-грагтт 2 учебников рззшх" тиасз орадазх учабннх завгдсгш::. Перед :"тод:п:ол ф::з:гх2 ягсь издагно с ¿-сяя вопрос о гу:.:з:п:тар:1зац::и пггельпего курса о'::з::::::, а теперь стол? г-гачсствзтзэ новая проблем создания курса ё^зкя:: дох гугакатартх учзбкчх ззвгдсппЗ. Очеглд-пс. что еэ путл ег рс^зшгя зсть неюло трудлостс:':, л, в азрвуо очередь, елвдрсаг: какая гратэрляхз! и идея:.™ руководствоваться прл стборз !.*з?зр:!алз дхя 'более че:: папелгвлцу сохрац-;пого :;урсз флэши.

Автор данной длеазртзцлензой работа склонен считать, что зурс ¡.¿азлзг, яреще везто, дслгзн давать уча-дшля гу?.'з:;:;тзр;шх классов прздетавлзння с бззлкэсзязз рззллчньзе йпзлчзсялх йлтятлй л тзорлл я о лх отлггтлл мезду собол, о гзяетлчзстгоЗ связи родственных понятлл с слсцпс-ыкз их кспирстпого содор^ання, о целостпсс-тл рззлзчного круга Гизпчзсклх явпаиаЗ, о пороздзкил иезях лдэ:1 лр:г попытка лнторпрстацгга новых экопорт.гсктальгпгх данных, о пзяз-лзнлл нэгых теорил я рзешрзшл пояятпП. Без это обьедннязтея под обдлтг иаззанаел: форларовзнив блзлческоЗ картина «зрэ. "Ту.-зигт га-рию" иу::-л:о больно опираться на налболао обоз фззичвеказ потгят'ля, пос.тздоззтелыюз развзтпз как з слзг-т'уг длсшпшнзх естественного цззяз, та? н в фзлософш. К шел относятся прелда зезго понятия "глтррая", "двааэпиз", "взаимодействие", "энзргля", "работа", "енла", "изсса", "векзогао", "пслз'Ч Такгэ щи оокрзшенлл цаторзала нэ долл-ш пострадать основные принципа клзеоэтгекел фззя-кп, яая-то: .принцип взвииоцровратания двехэння, прияцшг атоллзхз, принцип бяизкодэйствш.

Автор пояагазг, что йлзичоск,1г5 матерная является благодатной еочвоЗ ддя развитая гноссологкчзсклх ярздстзвлск::';. На нем гохнэ ародоиопстрлровзть существенные свойства прачлкно-слздствгнкых озя-зе", системно структурна;; подход к изучению язленн;;, позизвательнуг-рель модели. Далоэ, фззлкз доляяг помочь гу!.;эннтар:пз орлеитлрозэ-ться в глобалынх яроблс.-лах современного общества, к которы в щх> очередь следует отности энергетячееклв п экологлчеензе. Азтопы такяэ счлтают, что роэошз гуг/зклтарлса флзлчсских задач пг во прокапать лроотеГтх расчетов по данным форг.улам, зкепарнтлан-з-дьноо аз обучашэ фнзкга дал гугаштарзя долхно пгегь прзЕт.тчаскоэ направлвкнв за рзиопт л эхеплуатацзю простзйглх бытовых приборов я

-г -

механизмов.

Дяя реализации всех этих принципов в курса гуманитарной фи- • вики мы предлагаем использовать энергетический подход к изложению глаториала: использование систематизации и объяснения материала из закона сохранения и превращения энергии (далее ЗС и ПЭ) в трактовке М.Планка, а такта идеи о локализации к потоке энергии, развитой Н.А.Умовим. При этом дня объяснения явлений шяно ссылаться на развитую феноменологическую систему законов. Переход от одного круга явлений к другому соответствует переходу к новой теории, соотношение между аналогичными старыми и новыми понятиями фиксируется ка-уровне общего баланса энергий. Любой теории, как правило долкен соответствовать нозое понятие физического объекта, движения е взаимодействия, что соответствует развитии физической картины мира. При этом успешно реализуются три основных принципа классической физики. Если взаимопревращение движения связать о ЗС и ПЭ, то и принцип близкодействия оказывается также логически с ним связанным. Принцип же атомизма достаточно хорош представлен и в сущсст-вукщем курсе. При этом подходе достаточно хорошо развиваются все вышеназванные фундаментальные понятия, физическое поле представляет как альтернативный материальный объект, имеющий одинаковые с веществом основше свойства (обладание анергией и массой) и необыч- -ше специфические свойствз (в первую очередь отсутствие дискретности). Необычность нового фундаментального объекта дает повод обратиться к пересмотру гносеологических понятий.

Так;-,; образом, для удовлетворения требований курса физики для гуманитарных средних учебных заведений мы предлагаем придерживаться следующей схемы: полное развитие ЗС и ПЭ с идеей локализации и перемещения энергии, а затеи дальнейшее пропедевтическое введение понятия физического поля, дальнейшее развитие понятия поля для выявления у него дуализма, наблюдения дуализма у вещества.

В процессе решения этих проблем ш опирались на труда многих советских и зарубежных авторов. Общие целевые установки курса фа-, зга шш приняты за исходные -из работ Б.С.Лебедева, А.И.Михайлова, Р.С.Гиляровского, Р.В.Губанова. При решении пройдем гуманитаризации курса физики ш опирались на развернутую на страницах журнала "Физика в вдолз" дискуссии, в частности ш положительно оцениваем исходные позиции Л.Б.Тарасова. Мы гнакопились с опытом решения данной проблемы в зарубежных учебниках, подробно о французским учебникащ для школы гуманитарного цикла "А", в том чаоле.

Идея и методика постоянного развития и обогащения понятий почерпнута из работ А.В.Усовой. Для развития понятий "энергия" и "полз" была привлечена идея конкретизации научной абстракции В.В.Давыдова. При разработке варианта физического концентра курса естествознания 2-го класса был привлечен дидактический принцип актуализации теоретических знаний Л.В.Занкова. Для исследования гносеологических вопросов каоавдгосся различных интерпретаций понятия "объяснение" ш использовали выпущенный в 1985 г. сборник статей "Методы научного познания и физика" под редакцией Ю.В.Сачкова, а такгз работы А.И.Ракитова, В.А.Штофф, Д.X. Рубинштейна и др. За образец куреа физики, безупречного в дидактическом отношении наш выбран курсфизшш К.А.Путилова, и В.А.Фабриканта. Вопрос о несводикости и классификации различных видов движения и связи двизения о энергией и взаимодействием мы исследовали по работам А.В.Усовой и

B.В.Завьялова, В.В.Мултаиовского, Б.Д.Картапзозз, Ю.А.Саурова, К.А.Путшюва, Н.Ф.Овчинникова, В.Ф.Ефяиенко, Б.Г.Кузкзцова. Трактовку и понимание ЗС и ЛЭ мы производили согласно концепциям Р.Майера, U.Планка, Н.А.Углова, Н.Ф.Овчинникова, М.Джеркера, а также согласно концепции методических работ следующих авторов:

ГН'.Алексеева, А.Е.Аникина, Н.Н.Дидовичз, Ю.И.Соколовского, К.А.Путилова, А.В.Усовой и др. Мн разделяем критику состояния школьной электродинамики и тенденцию упрочения понятий "физическое поле" и "электромагнитный ввд движения" и их связь с энергетическими принципами. Эти идеи ш находеш у: В.Ф.Ефнменко, В.В.Мултаиовского,

C.Е.Камешцкого, А.В.Усовой, Ю.И.Соколовского и др. авторов.

Актуальность данного исследования заключавтся в следующем:

1. Необходимость создания учебников физики, ориентированных на гуманитарные тшы учебных заведений и педагогические училища.

2. Необходимость создания методической концепции построения интегрированного курса естественных дисщшшн дам гуманитарных

и педагогических учебных заведений.

3. Необходимость учитывать смену ядра общенаучных знаний

в ближайшем будущей, что соответствует переходу к системному научному методу объяснения. Последнее повышает пенз феноменологического подхода, а также общенаучных понятий "энергия" и "поле" в курсе физики.

Цель нашего исследования: выявление возможности построения курса для гуманитарных и педагогических средних учебных заведений, имея ввиду его небольшой объем и' специфическув направленность,

в частности,выяснить целесообразность использования энергетического метода для введения понятия "физическое поле".

Объект доследования: ' методика преподавания физики в гуманитарных и педагогических средних учебных заведениях.

Предмет исследования: методика формирования взаимосвязанных понятий "энергия" и "поле" в курсе физики гуманитарных и педагогических средних учебных заведений.

В оонову исследования была положена следующая гипотеза: При последовательном развитии энергетических принципов возможно более быстрое и качественное формирование понятия "физическое поле". Это ваяно для поднятая научного уровня курса и его отровоззрен-ческих позиций в условиях интеграции естественно-научного материала, тошЕэнгя ценза его обзорности и целостности при уменьшении ' количества часов на его изучение, которое имеет глесто в гуманитарном сродней образовании.

Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезубыли поставлена следующие задачи исследования:

1. Провести анализ содержания понятий "энергия" я "поле" в современной науке, а также эволюции развития этих понятий для того, чтобы участь как это развитие влияет на школьную физику.

2. Провести аналгз состояния проблеял формирования понятий "энергия" и "поло" в созрег.-.ешюй методике преподавания физики я школьной практике.

3. Сформулировать требования н усвоению понятий "энергия" и "'поло" учмзаися гуманитарна* классов и педагогических средних учебшх заведении.

4. Разработать методику формирования указания понятий в их неразрывной связи.

5. Дать методическое обоснование развития энергетических принципов в курсе физики и их использованием дая развития понятия ■ физического поля.

6. Проворить эффективность разработанной методики в педагогическом эксперимента.

Для решения поставленных задач были нопояьзозаш следующие тотолц исследования:

1. Анализ литературы по проблеме исследования.

2. Разработка методических принципов определения требований . к усвоению, понятий "эй,оргия" и "поле" учащимися гуманитарных классов.

.- э -

3. "од-злнронзннг методической систем!, обвоясчвгэттозЛ успешное- y?D0C!rîC гуг'^тгзршпс WTJCC03 ПОНЯТИЙ " ЖЗРГИя" и "нолэ".

4. Пгдагоглчеек^й .лгсгоржзкт по проворно эффективности газ-рзостояней itSTOSZKK.

5. Метода математической сгзтистзга дня отзздвленпя степени

ДООТОВЭРНОСТЛ рЗЗУЛЬТОТОБ. '

Исслодовзяпэ проводилось п несколько этапов с 1983 но I992ir.

¡Тогвы?. этап оыл связан с анализом методологических работ по исторг;! и сзЕре;.;ен'ко::у подононна ЗС ;; ПЗ и принципу близкодэйст-енл (1983-1985 г.г.).

Второй зтзп (1985-1987 г.г.) бал посатоон изучению методической .т'.тзрзтурн и днссор'сппокнцх работ по методике физики в аспекте пктчг^сувдсй нас псобльг.а.

Третий стзп (1987-1Э&9 г.г.) - моделирование экспер:н-лнталь-ноЗ системы форггнрсвзяня гзаииосвлзан-ых понятий "энергия" и "поле" и проведение обучат-сдого педагогического эксперимента.

Четвертый этап (1990-1992 г.г.) был посвящен проведению контрольного эксперимента, анализу результатов эксперимента и oîoprio-шга диссертации.

Научная новизна работа заклотаегся в слэдуших ее аспектах:

1. Еиги проанализировав' кэше для школьной физики вопросы:

а) Влияние развития науки физики на стольный курс.

б) Влияние общих вопросов поникания, объяснения и методов исследования на аналогичные методы в школьной физике.

2. В работе предпожвя вариант программы курса физики для применения в гуманитарных классах и педучилищах в условиях рззкого сокращения числа часов на его изложение и конкретным нацеливанием выпускника педучилютз - учителя младших классов - на курс естествознания во втором классе, в котором физический концентр сосредоточен на локализации, взаимном превращении, переходе энергии. Содержание этого концентра для 2-го класса дано в приложении 2.

3. В работе предложена методика введения поняти:: "знеогия" и "шло" -как развитие общей идеи В.В.Давыдова о формирования научных понятий.

Структур и содержание работы обусловлены пелязи и задача;,« исследования. Диссертация состоит из введения, 2-х глав, которые содержат 9 параграфов, заключения, 2-х приложений, стека использованной литератур (включающей 158 наименовзгий на русском язи-

ке, 3 наименования на французском язнка, 2 наименования на английском языке). Общий объем работы /92стряшщ, включающих . • 3 рисунка и 2 таблица.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Анализ развития понятий "энергия" и "поло"., их роль в современной наука и значений их формирования у учащихся средних гушнитарных и педагогических учебных ззвздекий.

§ I. Развитие понятия энергии в науке и его взаимная связь с понятиями "движение", "взаимодействие", "сила", "работа", "близкодействио".

Исходной точкой современного представления о сш является понятие "взаимодействие". Взаимодействие на гачерпывается его про'с-теГзгэЯ механической формой без существенного превращения фор:.у этого двлденгя. Современная физика, признавая высокую абстрактность понятия силы, увидела все оправдания дат того, чтобы изменить логический статус понятия "взаимодействие", и рассматривать его на основе понятия работы или энергии. В классической школьной флзяко взаимодействие долгою бить представлено двойственно в ас-пакте сшш тан и в аспекте энергии. Взашопреэрэщвнке видов энергии при взаамодействик к совершении работы отражает внутренние прпчинко-следствоккне связи взаимопревращения видов движения, что ва;хко для развития ФКМ в школьном курсе. Таким образом ЗС и ПЗ играет взкнув роль при формировании понятий "двинешге" и "взаимодействие" в школьной физике.

Кулыежацпей в развитии ЕС и ПЭ мокко считать работу Шинка "Принцип сохранения вперши", в котором Еязнк обобщил ранее сдо-лкнше исследования и обосновал такие понятия как понятие- энергии (пркбеигув к уточнениям понятия системы), а ганке видов энергии и их взаимопревращения (прибегнув для этого х понятою "субстанциональная энергия"). Он создал впервые классификацию известных «.'¡у видов энергии, а так&о указал грэници, в которнх действует принцип разделения экзргш из виды. Так, третий постулат Планка говорит: "Энергия нзтеризльной оястемы является сумкой от-дсльних, находящихся ъ системе, независимых друг от друга энергий, и коздее шеикее действие изменяет только тот бед энергии, который ему как раз и соответствует.". Через тридда.ь лат, при третьем издании этой работы, Лланк говорит о приблизительности этого ут-вор-декня: "Это положение оказывает превосходную.службу при пер-

вой ориентации, все же в общем случае должно считаться только приблизительным..." Н.А.Умов вводит и развивает понятия о потоке, плотности и скорости энергии. Поскольку по Умову энергия непрерывно связана с материей, то при лпбнх взаимодействиях на расстоянии необходимо наличие материального передатчика энергии - промежуточной среда. Таким образом, Умов по новому формулирует закон сохранения энергии, дополняя его принципом близкодейотвия. В позиции Р.Мзйерэ, которого с большим правом можно назвать основателем данной трактовки энергии - основную роль играет принцип причинности. При взаимодействиях причина, превращаясь в следствие, исчезает в качестве причины. Мояно сказать, что происходит "затрата причины". За счет этих затрат и возникает следствие. Такт« образом цепи причинения несут в себе нечто субстанциональное, сохраняющееся. Закон ЗС и БЭ отранзет глубокую противоречивую сторону причинно-следственных связей - это противоречие сохранения и превращения. В этом смысле понятие энергия отражает существенную, активную сторону причияннх связей,.

5 2. Развитие понятий "физическое поле" и "двкление электромагнитного вида" в науке из энергетических принципов.

Прямое влияние энергетических принципов на идею близкодой-ствия состоит в том, что классическая термодинамика ввзла в физику представление о происходящих в природе реальных макроскопических процессах, несводимых к движении отдельных материальна* частиц. С макроскопической точки зрения, систем, состоящая из движущихся молекул, непрерывна. Эта непрерывность вовсе не субьегтивноа представление, поскольку существуют объективные закономерности, управляющие течением процессов в макроскопически непрерывной среде, неприменимые к отдельным молекулам. Таким образои, термодинамика бала областьп, где появилось представление о макроскопической конти-нуализярованной среде. В электродинамике благодаря работам (5арадея и Максвелла возникло представление о континуализированной среде без закулисной микроскопической дгскретности. Таким образом через термодинамику и электродинамику осуществляется эволиция понятия фундаментального физического объекта от материальной точки к физическому шшу-континуэльноглу объекту, осуществляющее специфические электромагнитные взаимодействия. Однако вскоре работы Лоренца, ' трактовавшие электрон как материальную точку, заряженную отрицательным электричеством, вновь подтолкнули ученых к кеханической интерпретации электричества. Но назревшие вопросы о размере электрона,

его внутренней структуре, ого необходимо" сгязг с элсптрэтеовгм к !<-5гаглг-!:.г.: пала.«, о его докашке, наконец, о щяройо ого гас— • о:-' били начало:.; рзволэдгш в физпке, коронагм образов перзвзрнув-пой бззоизс кошштпи клзооическо?! пахзпигг, в чзстао-зтх, 'дзеззо толчок к иовоку понимзкив дзипакпя в его с-лектромэгшггао:; виде. В ;;2ЯЬКеЙ28Я этот е2д дкдзггая водучжг другой веялка лспзгст: ого да;аон::о эяекгроиаГЕКхкой волни.

§ 3. Акзлпз соврэкэнного из.то~о:гпя а г^тзрпорпзэдп; понятий "окоргк.1" в "поло", а такко сгязазппх я нг-и; шктлй "дстгенпе", "ьзсакохййвТБге", "работа" по штетггздга: нйучко-.:о?о,:^сской литература шальной йизикя.

Лнзлпзкруя мзтодгтсскгс работ:: в и:гг5гесу5з;о:1 нас аоцокто, ио.т.ом ыл;слкгь следуздие об'дко твнданщк:

1. Струцхегш и шдедентлз содарг.з;г::я понятия "зюда двоения г:,'гор;п:". огдахокй ого от механического гсро;,:ощо:-гля дискретной точки, подчеркивания -его сйещфгческях иоьштрв нр" смзно частной «г,!.

2. Стрзмлск обогсчензи содержания понятия "взгк:,«действие" к его оггрзкгчонкя от чисто кохо1ПЯбского аспекта действия сила. Прогрессивно коэдзлдпи• яоштзя взамлодсйсгапя базируются кч асшптс его дсзйотвсккостк (сила и зкергообьазн - работа).

3. Стре.г.лснпе к осуксствшш» пллсс&зкацпн вндэз эпорпш.

4. Стро:.:лон;:е развить понятие "физическое ноле" как альтэр-кзтхзу цогд 1:а1с:..ах!:чсского. Это соответствует переходу к новому

гТурл.';,:г;ггольт;ого а::1з:;чоскс)го объекта, ого движения, бззеглэязДсгзхя, а следовательно и развитии СШ.

§ 4. Акплаз яздокзшзг пмвгай "энергия", "электростатическое поло" и связанных с ш;г;.1 понятий в учебниках физики для, средней сколы.

Анализ скояъшх учебников физзага с интерэсуюгоа нас позацяй позволил установить слздуххцоэ:

Внедрение понятия "внутренняя энергия" (в термодинамическом его с:/шсле) в школьную нлэссифпкззхжо различных видов энергии приводит к последовательному сокращении видов до двух (потенциальная и кинетическая, либо, в лучшем случае, электромагнитная и кинетическая) . Двихензо рассматривается как механическое перемещение материальной точки, взаимодействие -- как тривиальное действие силы. Программа введения многих видов двизвкия в учебтглке но реализована. Идея материальности электростатического ноля не очевидна. Поле в

¡электростатике выступает как придаток электрического заряда, который, в свои очерс-дь рассматривается как одно из свойств материальной точка.

Постановка вопроса о формирования з шдленин школьника понятия о позтоягаго рззззпззэдойся Ш! предполагает оудеогзовзгпго проблей! объединения качественно разнородного г.аториалз, непохс-"н" физических объектов, рэз.:ич2кзяхся понятий, ззконоз л теорий. Из анализа учебника «а внясняли, что такого различия просто ко существует. Взо годдзогся шхапичесног.:у обьясяонзя и зстолковзхпш з рэ:.:к"х г.охзнтгчсскнх поглтзЗ. Исторически пароход от к

торэдюнагзжв а электродинамика бил связан с рдволэдшпшкя скат-

в р?ззпт:п пояятиЗ. 3 шольной физике их удалось сш;нелиро-гзть ¡т подчинить одиюй кохзяячэсхой лоппсв. Такпи образом вопрос о ¿opraporai::;: ЗД5. адсоь по стол?, так аев она застала на у ровно I.5-1I.

ГЛАВА 2. !.1атодпка фор-г.глрэвс'тпя понятий "энергия" и

"поло" в г/::2кптаршх и педагогических средних учебках заведениях.

§ I. Значение форг.аровзитя понятий "эноргпя" и "поло" в гукз-нчтариях и подагоютесгих средних учебных завзденаях.

Понятна "энергия" и "поло" являются оснозпыг.ш понятиями зики. Их фор:.г.1роЕ2пиэ в гуманитарном курсе физики необходимо, поскольку ого неразрывно связано со становлением ваянейлих еоте-ствошонаучних понятий: "двигенио", "взаимодействие", "физический объект" и определяют, в конечно.'.! итого, переход к новой ФКМ,что в условиях небольшого курса сделать довольно трудно, если пропорционально сокращать обгеш де;:стлуадих учебкикоз. Это также ваяно'и в аспекте возкоянохо интегрирования естественно-научных дисциплин в рамках одного курса. Ото ваяно и-для развития гиссеоло-•гических позиция учащихся, поскольку последовательное развитие понятий "энергия" и "физическое поле" требуют привлечения трактовки различных типов объяснений, з также роли модели и причини в познании.

§ 2. Методические основы определения требований к уовсегст учащимися средних гуманитарных и педагогических учебнше заяад-лшй понятий "энергия" и "полэ".

Исходя из анализа онгогаказа понятий "энергия" и "поло" з их взаимной связи, анализа формирования этгх понятий в мэтодэтес-

кой литературе и в школьном учебнике, а тзкке учитывая специфику особенностей гуманитарного курса физики можно сфор.{улироЕать следующие требования к усвоению учащихся понятий "энергия" и "поле".

Требования к усвоении понятия "энергия"

1. Понимание того, что энергия - общая мера движения ьштеряи при всех его превращениях из одного вида в'другой.

2. Знание основных классификаций видов энергии.

3. Знание признаков, отличающих один вид энергии от другого.

4. Знание способности энергии к превращений. Конкретизация условий, при которых происходит превращение.

5. Пошпангв двух сторон 30 п ПЭ (сохранения и превращения).

6. Понимание роли 30 и ПЗ в науке и технике.

7. Знание основных связей понятия "энергия" с понятиями "работа", "ДЕЕглсенке", "взаимодействие".

8. Знание глобальных проблем, связанных о источниками энергии-

9. Знание основных единиц энергия и мощности.

10. Умение проводить простейшие расчеты ка баланс энергии н работы.

11. Умение объяснить явления с позиции ЗС и ПЭ.

Требования к усвоению понятия "поле".

1. Знание свойства материального поля.

2. Умение доказать материальность различных типов электрического поля.

3. Знание специфических и общих свойств электрических полей по огнопэяшэ к веществу.

4. Умеете объяснять взаимодействие поля с пробным зарядом с позиции концепция близкодействия и дальнодействия.

5. Знание связи плотности энергии полч с другими его характеристиками.

6. Знание об электромагнитном характере массы электрона.

7. Знание о потенциальности электростатического и стационарного ПОЛАЙ.

8. Знание о суперпозиции электрических полей.

3. У:.:е.киз разложить поле ка компоненты и найти направление вектора потока энергии.

10. Знание специфических отличий электрического вида движения от :.:охзкичеекого.

г- II -

11. Знание классификации электрических полей.

12. Знание о корпускулярности электромагнитного поля. .

13. Знзяиз о наличии мзсск у электромагнитного поля.

14. Умение проводить расчеты в простейшей электрической цепи на уровне баланса энергий.

§ 3. Основания методики взаимосвязанного формирования понятий "энергия" и "поло" в курсе физики средних гуманитарных и педагогических учебных заведений. .

. Основная концепция методики заключается в реализации щейся возшетости расширить энергетические представления, з плане обогащения их идеями Мэйерэ-Плакха-Уиова. При этом необходимо пересмотреть традиционное изло.т.енпе таких понятий как "энергия", "движение", "взаимодействие", "физический объект". Одновременно с этил расширяется и обогащаются гносеологические понятия "объяснение", "модель", "причина". В результате планируется пошсить целостность курса физики, научность его изложения, упрочнение иек-предаетных связей с естественно-научными дисциплина?® п философи-са с одновременным уменьшением количества часов на его изучение. Таким образом предполагается удовлетворить социальный заказ на физическое и естественно-научное образование гуманитария для среднего образования.

Для этого ш на материале школьной тершдпнэшгки пересматриваем сущность'понятия "объяснение". При этом т виясняем факт-перехода к новому фундаментальному физическому объекту, новому виду двияешгя и соответствующее виду энергии. Следуя предполоаению Ю.И.Соколовского 1ли не ввода понятия "количества теплоты", а пользуемся терминологией "энергия нагревания", наряду с терминами "энергия испарения", "энергия плавления", "энергия ионизации" и т.д. В этом случае ми определяем понятие "тепловая энергия" как разность кезду внутренней энергией нагретого и холодного тела при прочих равных условиях. Отмечаем специфичность теплового движения в его необратимости. Теперь у нас икается возможность к аналогичному введению понятия о новых видах энергии, например, химической. Развить идею локализации энергии, принадлежности ее всей системе целиком можно ужо на примере механической энергии. При этом решающее згачение имеет выбор система и рзвнопрзвия всех элементов система. От понятия полной механической энергии монно естественном образом перейти к понятию внутренней энергии в концепции Планка. На примере теплозой систем вводится понятие потока энергии. 'Гпкгн образом формируется научное обобщение понятия "внутренняя опертая",

б соответствии с концепцией Майера-Ппанка-^мова,' которое в даль-нв?лнем конкретизируется. Первая такая действенная конкретизация . происходит при осуществлении второго научного обобщения - понятия "физическое полз". При этом ьи следуем идее взаимного развития понятий "энергия" и "поле", при котором первое создавало предпосылки для развития второго. В пропедевтическом изложении темп "Предварительные сведения об электромагнитном поле" мы формируем научное обобщение электромагнитного похя.

§ 4. Организация и методика проведения педагогического эксперимента.

В основу избранной кзг.ш методики ьы выбрали методику, описаа-кув в диссертациях Л.А.Бордонской и В.С.Ихюковз. В начале раздела электродинамики вводят небояьпой пропедевтический курс, предназначенный для формирования научного обобщения "электромагнитное . пола". В разработанной нами методике пропедевтический курс использует в качестве базы предварительно введенное теоретическое обобщение "внутренняя энергия".

На цервой уроке внимание учащихся акцентируется на структурной организации знакомых им физических объектов. При этом поднимается вопрос о двойственной природе физического объяснения (феноменологическое и микроотруктурпое). Ввводятся понятия тепловой системы и теплового движения. Указывается на существование энергетического аспекта взаимодействия.

Второй урок имеет целью закрепление предыдущих понятий к ре-пение качественных задач.

Третий урок имеет целью доказательства материальности электрического и изгнитного полей.

Четвертый урок направлен на выявление возможности переноса энергии магнитный и электростатическим полем. Цельв урока является форгровакие понятия электрического стационарного поля, в также потока энергии в нем. Методика объяснения основывается на интерпретации баланса энергий в цепи постоянного тока с акцентированием момента пэроноса эноргии.

Пятый урок посвящен выявлении сущности понятия "электромагнит гэ я волна" при развитии понятия "стационарное поле". Логика его проведения базируется на том простом факте, что при включении тока в одной из двух индукционно связанных катушек, во второй также появляется энергия. Появление энергии во второй катушке сзязы-ьзст с наличием потока энергии от первой ко второй. Следовательно

энергия распространяйся через пространство, отделяющее первую , катушку от второй и, в принципе, могущее быть как угодно большим. Распространение энергии требует материального носителя для ее переноса. Это и есть электромагнитное пола. На структуру его указывает тот факт, что в пола, переносящем Еяерпга, также как в стационарном должны присутствовать сразу двэ взаимосвязанные компонента : электрическая и магнитная. На основании этого заключаем, что электрическая компонента должна необходимо рождаться при изменении магнитного поля (что равносильно включении или выключении тока в первичной катушке^.

Шестой урок имеет целью закрепить понятия предыдущего урока. При этом дается определение электромагнитного пол^рлокгромагнит-ным нолем называется материальным оЗъект, состоящим из взаимосвязанных электрического и магнитного полей, возмещение которого распространяется в вакууме с конечной скоростыа при помощи колебательного процесса сопровождаемого переносом энергии.

Седьмой - заключительный урок.

§ 5. Итоги педагогического эксперимента.

Обучающий эксперимент проводился в Москве с I98S по 198? г., контролирующий - в Норильска в период с 1990 по-1992 г. Общая численность экспериментальной группы составила 188 человек, контрольной - 178 человек. Предложенный тает определял знание учащимися специфических свойств поля л вещэотва. 0ц состоял из двадцати коротких предложений типа "Объект имеет массу", которые надо было отнести к одной из 4 категорий: А. Только вещество. ,Б.Только ноле., 3. Пола и ведество., Г.Не поле и не вещество. Для цели эксперимента была написана контролирующая программа для класса КУВТ-85. ' .

Тест включал вопросы., имзкдао целью проверить усвоение понятий "поло" и "анергия". Дта оценки усвоения использовался метод .поэлементного анализа, разработанный А.В.Усовой. Сравнительной анализ качества усвоение названных понятий учакишея эксперимент тальшх и контрольных классов показал болза высокий уровень усвоения понятий "энергия" я "поло" учащимися экспериментальных классов.

Для подсчета достоверности результата ш использовали: метод математической статистики - сравнение результатов двух независимых виборок то критерию' . Результаты бала объединены в 2 категория. Получивших оценки 5 и 4 было [71 человек, получавших

3 и 2 - 195 человек. Уровень значимости для эксперимента мы приняли об = 0,05. При расчете критерия достоверности ыы подучили Т = 10,103. Поскольку Х(-г<к,- 3,841, то Т > 1 , вследствие его мы принимаем альтернативную гипотезу за достоверную, что. свидетельствует об эффективности усвоения учаиденися понятия физического поля во вышеуказанной изтодике.

РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОГО ЛССЛ2Д0ШШ

1. Осуществлен анализ научной литературы с позиции выявления содержания понятий "энергия" и "поле" в современной физике

с целью определения требований к формированию указанных поня- " гий в общеобразовательной средней пкбле и в гуманитарном образовании - в частности.

2. Осуществлен анализ научно-методической литературы я ву- ■ зозских учебников физики с целью выявления состояния исследуемой проблемы в методике преподавания физики, особенностей реализуемой в них методики формирования понятии "энергия" я "полз".

3. Осуществлен анализ школьных учебников физики, реализуемой в них методики формирования понятий "движение", "взаимодействие", "энергия", "физическое поле", выявлены существэшше недостатки в их формировании. - •

Сформированы требования к усвоении учащейся понятий "знер' 'я" и "поле", которые когут быть положены в основу построения методики формирования указанных понятий и оценки качества их усвоения учащимися гуманитарных учебных заведений.

5. Разработай програина сокращенного курса физики на знер-готической основе для гуманитарных и средних педагогических учебных заведения.

6. Выявлены особенности преподавания физики в гуманитарных средних учебиьк заведениях.

?. ¿розедеа аэдагогйческиП эксперимент по проверке эф1ек-хаьности разработанной методики.

6. ¿втором разработана методика взаимосвязанного формирования понятий "энергия", "поле", "движение", "взаимодействие" дгя гуиаиатьрньсс классов и средних педагогических учебных заведен;:;!.

¡ь^урьг-по-т^эик э ¡—научно^и«^

основные вывода

На основа анализа научной литература по физике, научно-методической литературы и школьных учебников, а такяе проведенного автором педзгогпческого эксперимента по проверке эффективности реализации разработанной автором методики могут быть сформулирована следующие выводы:

1. Анализ истории развития энергетического метода в физической шуке, особенностей школьного курса физики приводит к выводу о целесообразности построения курса физики для гуманитарного образования на основе концепции развития понятия энергии, последовательно изложенной в трудах .Майера, Планка, Умова.

2. Анализ нпучко-методаческой литературы и диссертаций по теме исследования выявил тенденции к усилении внимания ученых-методистов к проблеме формирования фундаментальных естеответю-научных понятий "вида движения", "взаимодействие", "физическое поле" и их связи с понятием "энергия"; оплечен таняэ низкий уровень усвоения, этих понятий у учапихоя.

3. Анализ изложения материала в современных школьных учебниках показывает, что все вышеуказанные тенденции нз находят в них доляного отражения, происходят последовательное сокращение видов энергии до двух (кинетической и потенциальной), понятия "двишние" и "взаимодействие" остается на уровне механики, не происходит, долзного развития ФКМ.

4. Использование разработанной автором методики взаимосвязанного формирования понятий "энергия", "поле", "двипешга", "взаимодействие" повышает эффективность их формирования, удовлетворяет специфическим овойствам гуманитарного кураа физики, таким как: целостность при небольшом объеме, ориентация на маж-предметные связи, связь с гносеологией.

5. Исследование можно рассматривать кая начальный этап ■создания естественно-научных курсов дая ореднего гуманитарного образования. Продолжение его видится в создании структурирования материала по намеченной программе, создания методической оиотемн усвоения всех физических и фундаментальных есгэотвпипо-нэучных пошл'иГ: и разработке интегрированных курсов, построенных на этих общих понятиях и общих гносеологических принципах, а такяо • в написании спепиатькых учебников по такому курсу для гуманитарного. и педагогического ореднего образования.

Основные результаты диссертационкого исследования были опубликованы в следувдих работах автора:

1. Основные энергетические концепции и их реализация в общетехнических предметах к курсе физики среднего ПТУ. //Совершенствование содержания и методики обучения естественно-катеыатпческш дисциплинам в средней сколе - М.ШШСиШ АПН СССР, 1981. с.43-45.

2. Систематизация понятий в школьном курсе физики (на примере понятия внутренней энергии). //Совершенствование методики обучения общеобразовательным предметам естественко-.\;атег.:ат;гчес-кого цикла - М.НИИСиМО АПН СССР, 1984, с.23-24.

3. Развитие понятия физического поля в курсе физики. //Методические рекомендации по изучению физики в 9 классе. -

НИИСиЫО АШ СССР, 1986, о.31-83.

. 4. Применение автоматизированных обучающих курсов в школьной физике. //Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Электронно-вычислительная техника в преподавании дисциплин физического цикла" - Омск. Пединститут, 1987, с.30.

5. Возыокности реализации энергетического подхода при изучении пойятия взаимодействия в курсе физики средней школы. //Дро&леш совершенствования преподавания физики в пколе к вуза.-Ы, ШЛИ ии. Ленина 1989. С по материалам Ленинских чтений . 1986 г.).

?якаа 1Ьв от.1/Ш-93г., ТЧП^ ДО.ЭИ.

Ротапринт Челяб.обл.упр.статистики