Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики

Бабин, Сергей Владимирович

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики

Автореферат

Автор научной работы: Бабин, Сергей Владимирович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Челябинск
Год защиты: 2003
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики"

На правах рукописи

БАБИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ В КУРСЕ МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ

ФИЗИКИ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Челябинск-2003

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике Челябинского государственного педагогического университета

Научный руководитель действительный член РАО,

доктор педагогических наук, профессор Усова Антонина Васильевна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

Беленок Ирина Леонтьевна

кандидат педагогических наук, профессор Звягин Алексей Николаевич

Ведущая организация Омский государственный педагогический

университет

Защита состоится 15 октября 2003 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.02 при Челябинском государственном педагогическом университете по адресу: 454080 г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 69, ауд. 439

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета

Автореферат разослан сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат педагогических наук, доцент 7 С.А. Крестников

2.005-А

7О Общая характеристика исследования

На современном этапе развитая общества одной из важнейших программных задач является охрана и укрепление здоровья людей. Министерство здравоохранения Российской Федерации проводит комплекс мероприятий, направленных на дальнейшее улучшение работы всех звеньев медицинских учреждений, организаций и медицинских вузов.

В настоящее время количественные показатели используются во всех основных направлениях медицины: диагностики, лечении, реабилитации и профилактики заболеваний. Количественной оценке подлежит и состояние окружающей среды (природные и производственные факторы, как в обычных, так и в чрезвычайных стуациях). Прослеживается явная тенденция к существенному возрастанию аппаратурных (инструментальных) методов диагностики и лечения. Возникновение и протекание ряда заболеваний рассматриваются как процесс, разыгрываемый на молекулярном уровне. Все большее количество диагностических и лечебных процедур удается формализовать. В свете этого физические (биофизические) и технические знания и умения становятся существенным элементом врачебного образования и курс «Медицинская и биологическая физика» в медицинских вузах призван обеспечить эти знания и умения.

Основой курса являются разделы прикладной физики, которые обращены к решению медицинских задач (медицинская физика), и элементы биофизики (физические явления в биологических системах, физические свойства этих систем, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности). Вместе с этим курс содержит также и некоторые технические вопросы (медицинская аппаратура, медицинская электроника и дозиметрия ионизирующего излучения).

После изучения данной дисциплины студент должен знать наиболее общие физические закономерности, лежащие в основе вроцессов, протекающих в организме; физические свойства некоторых- биологических тканей' и жидкостей; характеристики физических-факторов (лечебных, к лиматичёсКих, производственных), оказывающих воздействие на организм, биофизические механизмы такого воздействия; физическую характеристику информации на выходе медицинского прибора; назначение и технические характеристики основных видов медицинской аппаратуры; дозиметрию ионизирующих излучений.

В преподавании курса медицинской и биологической физики большое значение имеет методологическая направленность, которая должна*-формировать у студентов логическое мышление и ряд специфических умейий. ■ ■'

Курс медицинской и биологической физики базируется на курсе физики средней школы. Поэтому очень важны полученные во время обучения в*'Общеобразовательной школе знания, касающиеся основных физических законов и физических понятий.

В современной методической литературе существует много работ,- по-свещенных методике формирования а учению закона

сохранения и превращения энергии в курсе физики средней школы. Необходимо отметить работы таких авторов, как В.Н. Веселовского, Д.Д. Галанина, Р.Г. Геворкяна, Я.М. Гельфера, В.М. Дерябина, Н.Ф. Овчинникова, В.П. Орехова, Ю.И. Соколовского, A.B. Усовой.

Существует ряд диссертационных работ и учебно-методических пособий, рассматривающих вопросы методики изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе физики средней школы. Среди таких работ можно выделить работы А.Е. Аникина, H.H. Дидович, Б.Д. Дружко, P.A. Ис-ламшина, М.Н. Перуновой, A.B. Селенгинского, Е.А. Чижевского, Г.М. Янюшкиной. К сожалению, в рассматриваемых работах не устанавливается связь закона сохранения и превращения энергии с процессами, происходящими в живом организме. Необходимо отметить работу А.Ф. Зубова, посвященную использованию межпредметных связей физики и биологии, в процессе подготовки абитуриентов в медвуз.

Закон сохранения и превращения энергии является всеобщим законом природы. Все энергетические превращения, происходящие в организме человека, подчиняются этому закону. Поэтому при изучении курса медицинской и биологической физики, базирующегося на знаниях студентов из школьного курса физики, важно углубить и обобщить знания студентов об энергии и законе сохранения и превращения энергии, полученные в школьном курсе физики и применить их для объяснения процессов, происходящих в неживой природе и процессов, происходящих в организме человека. Однако в учебной литературе по медицинской и биологической физике эта задача должным образом не решается. Недостаточно четко определена роль изучения закона при рассмотрении процессов, происходящих в организме человека. Таким образом возникает противоречие между необходимостью освещения вопросов энергообмена и методикой изучения этих вопросов, которая раскрывала бы сущностную сторону преобразований энергии в живом организме. Такой методики до настоящего момента разработано не было. Это противоречие возникает в связи с недостаточным освещением вопросов применения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики и отсутствием элементов обобщения в процессе изучения этого закона. Из противоречия возникает проблема, существующая на сегодняшний день, которая заключается в определении места и роли закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики, совершенствования методики его изучения.

Актуальность разработки методических основ изучения закона сохранения и превращения энергии обусловлена важностью определения значения и места изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики с целью обеспечения высокого уровня его усвоения и выработки у студентов умений применять закон к объяснению и предсказанию явлений, наблюдаемых в организме человека, в решении задач практического характера.

Актуальность данной проблемы обусловила выбор темы нашего диссертационного исследования: «Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики».

Цепь исследования заключается в разработке методики преемственно-последовательного, поэтапного изучения закона сохранения и превращения энергии на основе обобщения знаний о понятии «энергия» в курсе «Медицинская и биологическая физика», ¿"учетом содержания современного курса, современной учебной литературы И передовых технологий обучения, приме- -няемых в преподавании предметов "естественнонаучного цикла.

Объектом исследования является процесс изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.

Предметом исследования служат методы и приемы руководства процессом изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики. ' " 1 1 ^ "„„„ ., ,

В нашем исследовании мы исходили из следующей гипотезы: если в процессе изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики использовать поэтапное обобщение знаний студентов при организации их активной познавательной деятельности и осуществлении преемственных связей с курсом физики средней школ|>1, то это будет способствовать: ^.и'-О

1) повышению уровня знаний студентов по вопросам лнергообмена организма человека с окружающей средой;

2) осознанию его сущности и применения в медицине;

3) пониманию роли закона сохранения и превращения энергии в биофизических процессах, происходящих в организме человека, изучаемых в курсе медицинской и биологической физики;

Исходя из цели и гипотезы, в работе ставились следующие задачи;

1. Провести анализ возникновения, исторического становления и развития закона сохранения и превращения энергии в науке, а также современной интерпретации содержания закона в научной и методической литературе.

2. Осуществить отбор учебного материала, включающего воцросы, рассматриваемые на основе закона сохранения и превращения энергии, для использования его на практических занятиях в курсе медицинской и биологической физики.

3. Определить основные этапы раскрытия содержания закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.

4. Разработать методику поэтапного и последовательного изучения вопросов курса' Медицинской и биологической физики, рассматриваемых на основе закона Сохранения и превращения энергии; формирования знаний студентов. » пОйятии «энергия», с использованием поэтапного обобщения, реализуемого йа основе преемственных связей с курсом физики средней школы «'организации активной познавательной деятельности на практических занятиях.

5. Провести педагогический эксперимент с целью проверки эффективности разработанной методики.

Теоретико-методологическую основу составляют:

На философском уровне: научная теория познания и, идеи системного подхода, диалектика процесса познания. , -

На общенаучном уровне: системный подход,.концепция систематизации и обобщения естественнонаучных знаний.

В частно-методическом плане: дидактические основы изучения фундаментальных законов, концепция преемственно-последовательного, поэтапного формирования и развития понятий, методов обобщения и систематизации.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

1. Теоретический анализ научной, учебной и методической литературы.

2. Метод моделирования (определение стратегии, этапов и методов изучения закона).

3. Применение метода обобщения знаний при изучении закона.

4. Педагогический эксперимент во всех его разновидностях по проверке эффективности разработанной модели.

5. Анкетирование и тестирование студентов и преподавателей.

Основные этапы исследования.

Педагогический эксперимент состоял из 3-х этапов, на каждом из которых решались конкретные задачи и использовались определенные методы.

На первом этапе (2000-2001гг.) была изучена педагогическая литература, разработана методика исследования, определены критерии оценки эффективности используемой методики. Также был проведен констатирующий эксперимент. Его основной задачей являлось изучение состояния проблемы использования закона сохранения и превращения энергии на занятиях по медицинской и биологической физике при рассмотрении процессов, происходящих в организме человека. В задачи входило определение методов и средств изучения закона сохранения и превращения энергии; выяснение качества знаний студентов и установление уровня сформированное™ этих знаний применительно к рассмотрению вопроса использования закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении энергетических превращений, происходящих в организме человека.

На втором этапе (2001-2002гг.) проводился пробный (зондирующий) эксперимент, в ходе которого решались следующие задачи: 1. Первичная апробация и корректировка разработанной методической системы изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики. 2. Установление наиболее рациональных приемов изучения закона сохранения и превращения энергии на практических занятиях. 3. Определение критериев сформированное™ знаний о практической значимости закона в медицине, его применения при рассмотрении энергетических превра-

щений, происходящих в организме человека, а также теоретическое обоснование этих превращений.

На третьем этапе (2002-2003гг.) проводился обучающий (формирующий) эксперимент. На данном этапе решались следующие задачи: 1. Дальнейшее совершенствование методики изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медициной и биологической физики. 2. Изучение влияния реализации разработанной методики на качество знаний студентов в вопросах энергетических превращений, происходящих в организме человека. 3. Проводился контрольный эксперимент, в задачи которого входила проверка эффективности предлагаемой методической системы. 4. Осуществлялось завершение работы по оформлению диссертации.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. Впервые ставится и решается задача определения места юучения закона сохранения и превращения энергии, определения его значения при рассмотрении биофизических процессов, происходящих в организме человека, в курсе медицинской и биологической физики медицинского вуза.

2. Разработана методика преемственно-последовательного, поэтапного формирования и развития понятия «энергия» и изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики с использованием приемов систематизации и обобщения знаний студентов, организации их самостоятельной познавательной деятельности по изучению закона и его применения в медицине.

3. Предложены систематизирующие методы и приемы, применяемые при рассмотрении выделенных вопросов из тем и разделов курса медицинской и биологической физики, изучаемых на основе понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения, в условиях преемственных связей с курсом физики средней школы.

Теоретическая значимость состоит в том, что:

Обоснована целесообразность и необходимость планомерной, поэтапной работы по формированию у студентов естественнонаучного понятия «энергия» и раскрытия роли закона сохранения и превращения энергии при изучении биофизических процессов, происходящих в организме человека, наблюдаемых при диагностике и применении физиотерапевтических методов лечения. Предложен методологически обоснованный подход к формированию понятия «энергия» и методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики на основе обобщения знаний студентов.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

1. Отобран учебный материал по вопросам курса медицинской и биологической физики, изучаемый на основе закона сохранения и превращения энергии, с использованием приемов обобщения и систематизации знаний студентов.

2. Данная методика представляет динамичный образовательный инструмент, который можно применять с учетом особенностей современных требо-

ваний курса медицинской и биологической физики. Так как основные разделы физики, на которые опирается медицинская и биологическая физика, не подлежат общему пересмотру, а корректируются только их детализированные частные подразделы и подпункты, то представленная методика может быть использована, независимо от изменения последовательности изучения разделов курса медицинской и биологической физики при рассмотрении процессов, на основе закона сохранения и превращения энергии. Предложенная методика обеспечивает обобщение знаний студентов о законе сохранения и превращения энергии, осознание его теоретической и практической значимости для процессов, происходящих в живой и неживой природе.

Достоверность и обоснованность полученных выводов обеспечивается их согласованностью с фундаментальными положениями философии, дидактики и методики обучения физике, анализом результатов педагогического эксперимента с применением методов математической статистики.

На защиту выносятся:

1. Разработанная автором методика реализации поэтапного обобщения знаний о законе сохранения и превращения энергии с использованием современных научных методов исследования в курсе медицинской и биологической физики.

2. Структура и содержание учебного материала, изучаемого на основе закона сохранения и превращения энергии, в условиях преемственных связей между курсом медицинской и биологической физики и курсом физики средней школы.

3. Дидактический материал, предлагаемый для использования с целью систематизации и обобщения знаний об энергии и законе ее сохранения и превращения.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась посредством публикаций материалов исследования в печати; выступлений на ежегодных научно-практических семинарах и научно-методических конференциях по итогам научно-исследовательской работы за год; выступлений на Всероссийских научно-практических конференциях «Методика и методология формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (2000-2003 гг., Челябинск); внедрением результатов исследования в практику педагогической деятельности в Челябинской государственной медицинской академии.

Структура и содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает 120 наименований.

Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы; определяются цель, объект и предмет исследования; формулируются гипотеза и задачи, раскрываются методы и этапы исследования, его научная новизна и

практическая значимость; приводятся основные положения, выносимые на защиту; описывается апробация работы.

В первой главе «Научно-методический анализ содержания 'понятия энергия и закона ее сохранения и превращения» анализируется научно-методическая литература по проблеме изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе физики и курсе медицинской и биологической физики, дается теоретическое обоснование необходимости изучения закона сохранения н превращения энергии. Анализируется историческое становление и развитие учения об энергии и законе ее сохранения и превращения в науке. Определяются ключевые этапы открытия и исторического развития закона в науке, а также возникавшие при этом проблемы. Рассматривается интерпретация понятия «энергия» и закона ее сохранения в учебных пособиях различных авторов.

Рассматривая методологию закона сохранения и превращения энергии, указывается, что значение методологии научного познания возрастает в современных условиях, что связано с бурным развитием науки, особенно таких ее отраслей, как физика, математика, биология, кибернетика и др. О большом интересе к методологическим вопросам свидетельствует широкое развитие метатеоретических исследований (метатеория), тесная связь конкретных научных исследований с проблемами методологии. По мере дальнейшего развития наших знаний о природе становится все более и более ясным основополагающее Значение законов в современной физике, являющихся конкретным выражением-объективно существующего закона сохранения материи и движения. -•"* ' ° '" -Гч

Рассматривается ряд метсййческих и учебных изданий по физике и бйс^-физике. Указывается на недостатки в рассмотрении вопросов применения закона сохранения и превращения энергии, особенности использования понятия «энергия», трудности, которые при этом возникают.

Анализируя возникновение и развитие понятия «энергия» в биологической физике, а также его использование при изучении биофизических про-" цессов, происходящих в организме человека, можно прийти к заключению о том, что теоретическое построение модели биофизики - науки о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических процессов, - основаны на физических понятиях, одним из которых является понятие энергии, Можно сказать, что задачей биологической физики является раскрытий пййгшя «энергия» с физиологических позиций.

Во второй главе «Методика формирования понятия-«энергия» и изучения закона ее сохранения и превращения в курсе медицинской и биологиче- 1 ской физики» описывается методика изучения закона сохранения и превращения энергии на практических занятиях в курсе медицинской и биологической физики. Одним из важнейших понятий курса является понятие энергии. Показывается, что это понятие широко используется не только в физике, но и в других естественных науках - химии, биологии. Формирова-

ние понятия «энергия» у учащихся имеет важное значение для формирования научного мировоззрения и политехнической подготовки учащихся.

Закон сохранения и превращения энергии, который Энгельс назвал «великим основным законом движения», является естественнонаучным выражением нсуничтожимости движения материи.

Предметом медицинской и биологической физики является в первую очередь изучение организма человека и процессов, связанных с его нормальным функционированием, а также связанных с нарушением жизнедеятельности в этом организме. Один из основных принципов медицинской и биологической физики заключается в том, что биологические законы базируются на общих закономерностях физики, являясь их дальнейшим развитием. Последовательное рассмотрение различных проявлений жизни с позиций физики и других наук естественного цикла не оставляет места для идеалистического и виталистического толкования жизненных явлений и процессов нарушения жизнедеятельности организма.

Важнейшее свойство живых организмов заключается в их способности улавливать, преобразовывать и запасать энергию в различных формах. Медицинская и биологическая физика изучает общие закономерности, определяющие превращение энергии.

Понятие «энергия» используется при рассмотрении практически всех процессов жизнедеятельности организма. Теоретическим описанием этих процессов является закон сохранения и превращения энергии. Закон сохранения и превращения энергии используется при рассмотрении различных процессов, происходящих в организме человека (механические, термодона-мические, электрические, квантовые). На рисунке 1 представлен ряд вопросов, изучение которых происходит на основе закона сохранения и превращения энергии.

Рис.1. Вопросы курса медицинской и биологической физики, изучаемые на основа закона сохранения и превращения анергии

Надо сказать, что живому организму энергия требуется не только для созидания, белка, но и для различных видов деятельности: для работы мышц, желез, нервных клеток и т.д. Высшим животным, а также человеку энергия необходима для поддержания постоянной температуры тела.

Таким образом, приходим к выводу о том, что понятие «энергия» и закон ее сохранения и превращения являются неотъемлемой частью знаний, формируемых в курсе медицинской и биологической физики.

Так как курс медицинской и биологической физики включает в себя большое количество вопросов общей физики, а также углубленные и дополненные вопросы курса физики средней школы, мы рекомендуем при рассмотрении вопросов, изучаемых на основе закона сохранения и превращения энергии, чередовать формы проведения отдельных этапов практического занятия по следующей схеме (рисунок 2).

Изложение преподавателем учебного материала, на основе преемственных связей с курсом физики средней школы

Выступление студентов

с докладами по отдельным вопросам,

изучаемым в курсе физики средней школы

Обобщение знаний с использованием таблиц и

схем; проведение проверочной контрольной работы обобщающего

характера

ч. ь

Рис.2. Схема чередования фЬрм проведения отдельных этапов практического занятия по предмету «Медицинская и биологическая физика»

Данная схема предполагает моделирование плана проведения занятия, в зависимости от круга вопросов, рассматриваемых на этом занятии.

Предложенное нами учебное занятие по форме организации мы оттюсим к семинару. На каждом семинаре при рассмотрении явлений и процереов на основе закона сохранения и превращения энергии мы реализуем указанной порядок выделенных этапов.

В третьей главе диссертации рассматриваются методика проведения и результаты педагогического эксперимента по проверке эффективности разработанной методики изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.

Эксперимент проводился в три этапа: в начале - констатирующий эксперимент, целью которого являлась оценка качества усвоения студентами понятия «энергия» и закона сохранения и превращения энергии до начала обучающего эксперимента, в результате применения методик, рассматриваемых в учебных пособиях по методике преподавания физики.

Для выявления уровня сформированное™ представлений о процессах энергообмена, сформированное™ понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения, студентам была предложена контрольная работа. Задания контрольной работы составлялись с целью проверки качества усвоения студентами следующих элементов знаний и умений при изучении данных вопросов:

1. Знание существенных признаков понятия «энергия».

2. Знание и понимание определений и расчетных формул различных видов энергии.

3. Умение рассчитывать отдельные виды энергии.

4. Умение применять закон сохранения и превращения энергии при рассмотрении различных явлений и процессов.

5. Знание условий применимости закона сохранения и превращения энергии к определенным процессам.

Анализ выполненных студентами заданий позволил определить уровни усвоения знаний. Мы воспользовались уровнями, предложенными М.Н. Пе-руновой в работе «Формирование представления об энергии как фундаментальной физической величине в курсе механики средней школы». Ею выделены четыре уровня усвоения:

1. Фактический - знание фактов.

2. Операционный - осуществление действий или логических операций по образцу.

3. Аналитико-синтетический - определение связей, нахождение аналогий, умение обобщать и систематизировать материал.

4. Творческий - перенос знаний на новые ситуации, создание оригинальных алгоритмов познавательных и практических действий.

Общая направленность контрольной работы - выяснить степень осознания студентами существенного признака понятия «энергия» (свойство сохранения и превращения) и умения применять закон сохранения и превращения энергии для решения различных задач.

На втором этапе проводился пробный (поисковый) эксперимент по проверке эффективности отдельных методов и приемов обучения в процессе изучения отдельных тем. На основе результатов этого этапа эксперимента вносились коррективы в разработанную методику. На заключительном этапе проводился систематизирующий эксперимент на базе Челябинской государственной медицинской академии в 4-х группах 1-го курса, две из которых были выделены как контрольные, а две другие - как экспериментальные. По уровню знаний экспериментальные группы были выбраны сознательно слабее, чем контрольные группы. Преподавание в этих группах велось в соот-

ветствии с рекомендуемой во второй главе методикой изложения вопросов, относящихся к закону сохранения и превращения энергии, с учетом количества часов, предполагаемого для изучения данных вопросов базовой программы по медицинской и биологической физике. Количество часов ни в одной группе не превысило предусмотренных программой.

На третьем этапе в ходе обучающего и контрольного эксперимента проводилось сравнение эффективности предлагаемой методики изложения вопросов применения закона сохранения и превращения энергии, которая изначально была направлена на обобщение знаний студентов и рассматривала вопросы сохранения и превращения на протяжении всего курса медицинской и биологической физики (экспериментальные группы), и методики изучения вопросов энергообмена без обобщения знаний, опираясь на понятие «работа» (контрольные группы). В контрольных группах предложенное нами поэтапное рассмотрение закона сохранения и превращения энергии реализовано не было.

Эффективность сравниваемых методик оценивалась по качеству усвоения знаний студентами, проявленной творческой активности, самостоятельности в решении задач. Качество усвоения знаний определялось по объему воспринимаемых студентами знаний, их осмысленности и действенности.

Выявлялась доступность разработанного для студентов учебного материала, использованного в преподавании. Определялась приемлемость и целесообразность применения различных форм изложения материала на практических занятиях. В контрольных группах применялся метод изложения материала без обобщения и наглядного представления в виде схем и таблиц. Материал излагался в соответствии с требованиями, предъявляемыми к знаниям студентов по вопросам, связанным с понятием «энергия» и законом ее сохранения и превращения, но не проводилось обобщение знаний. В экспериментальных группах материал излагался с использованием обобщения знаний студентов о законе сохранения и превращения энергии. При этом использовались схемы и таблицы, позволяющие проводить обобщение более наглядно. Разработано и апробировано соответствующее предлагаемой методике планирование рассмотрения вопросов, изучаемых на основе закона сохранения и превращения энергии, в рамках тематического планирования практических занятий по медицинской и биологической физике. Изложение материала в контрольных группах осуществлялось без акцентирования на применении закона сохранения и превращения энергии. Разработаны и апробированы материалы для контроля знаний студентов о применении закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении различных явлений и процессов, происходящих в организме человека.

Для проверки знаний студентов в ходе контрольного эксперимента были предложены три контрольные работы. Контрольная работа №1 с незначительными коррективами была взята из констатирующего эксперимента. Контрольная работа №2 составлена нами в соответствии с логикой предлагаемой методики изучения закона сохранения и превращения энергии. Текст ее бли-

зок по содержанию к тексту контрольной работы, использованной в ходе констатирующего эксперимента, и представляет собой набор вопросов и задач, каждая из которых является необходимым элементом усвоения знания студента в общей системе знаний о законе сохранения и превращения энергии при изучении колебательных явлений и процессов, происходящих в организме человека. Контрольная работа №3 представляет собой вариант контрольных вопросов и задач, предлагаемых к выполнению студентами при рассмотрении термодинамических явлений и процессов в биологических системах, обобщенных на основе применения закона сохранения и превращения энергии. Эта контрольная работа составлена в соответствии с первоначальной методикой изложения вопросов применения закона.

Решения расчетных задач в контрольных работах студенты должны были сопровождать подробными описаниями, которые детально нами анализировались

Для определения эффективности разработанной автором методики изучалась динамика роста знаний у студентов при рассмотрении вопросов энергообмена, практического применения закона сохранения и превращения энергии для решения задач. При проверке результатов контрольных работ оценивался ответ на каждый вопрос по,2-балльной шкале: 1 при верном ответе и 0 при неверном ответе. Эффективность методики определялась методами поэлементного и пооперационного анализа, разработанными A.B. Усовой.

При обработке результата рассчитывались коэффициенты усвоения отдельных элементов знаний по формуле

г - N<

где Nt - число студентов, давших правильный ответ на /-Й вопрос (т.е. число студентов, усвоивших правильно этот элемент знания); N - общее количество студентов, выполнявших работу.

Кроме этого рассчитывался коэффициент полноты усвоения знаний о понятия «энергия» по формуле

, N

К = '*'

общий Мп »

,где п - количество вопросов в контрольной работе (число элементов знаний и операций, которые должны быть усвоены каждым студентом), и, -количество элементов (операций), усвоенных /-м студентом, N— общее количество студентов, выполнявших работу.

В ходе эксперимента использованы следующие методы проверки качества усвоения понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения, знаний о его применении:

1. Письменные текущие работы.

2. Итоговое тестирование по вопросам, затрагивающим применение понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения.

3. Анализ устных ответов студентов на практических занятиях (семинарах).

4. Собеседование.

Результаты проверки знаний студентов по итогам констатирующего эксперимента представлены в таблице 1 и на диаграммах (рис 3,4).

Таблица 1

Значение коэффициентов усвоения отдельных элементов маний в ходе констатирующего эксперимента (Общее число студентов N-96 человек. Группы: №№ 102,103,116,117,140,181,147,114)

№во- проса Количество правильных ответов Коэффициент усвоения Значение коэффициента полноты усвоения

1 34 К, 0.35

2 63 К. 0.66

3 38 К» 0,40

4 86 К. 0.90

б 86 К, 0.90

6 66 К. 0.69

7 42 К, 0.44

8 29 % 0.30

9 18 К. 0.19

10 10 К(0 0.10

11 22 Ки 0.23

12 23 к« 0.24

13 38 Км 0,36-

14 18 Км 0.19

Общее 670 ..нКвш , 0,42

100 во во

АО 20 0-

«О во

11» 28 24 1в; ПТпПТТ ТТ

1 2 3 4 в в 7 в • 10 11 12 13 14 Ношр МДЫМЯ

Рис.3. Процент студентов, правильйо выполнивших предложенные задания (констатирующий эксперимент)

* во

во

30 20

ФшттоюЬ Омрацммшй

тиормский

Уровни усвоения мания

Рис. 4. Распределение студентов по уровням усвоения понятия «энергия» в ходе констатирующего эксперимента

Результаты анализа поведения контрольных работ по результатам обучающего эксперимента представлены в таблице 2 и на диаграммах (рис.5,б,7).

Таблица 2

Результаты анализа контрольных работ №1, N>2 и N>3

Показатели Экспериментальные группы 109,113 /у Контрольные группы 116,183

Номер среза Номер среза

1 2 3 1 2 3

N 25 26- 26 26 26 26

К 0,46 ~ 0,75 0,48 0,66 0,67

г 1,63 1,18

п 1, ....... 1,37

К- коэффициент полноты выполнения операций

■КтЫ»

у- коэффициент успешности развития - у = г) - коэффициент эффективности г\ =

«мтичмки* Омрвционнмй Анмттмко- тюрчмий

ОИНТ«Г1Н*СКИЙ

Урмии усеем имя знания □Эксп*римнтшъны« группы в Контрольна группы

4мтичьвкмй Ог»р«циоиный Аиалмтико- Тюрчвешй вннгвтачммй

Уроани уоаоаия энания

□Экспариманпльныа группы в Контрольные группы

Рис.5. Распределение студентов по уровням усвоения знаний об энергии и закона сохранения и превращения энергии в ходе обучающего эксперимента (начало эксперимента, контрольная работа №1)

Рис.8. Распределение студентов по уровням усвоения знаний об энергии и закона сохранения и превращения энергии в ходе обучающего эксперимента (окончание эксперимента, контрольная работа №3)

а 0,8 , - „^ 0,75-

С 0,70

5 >х 0,7 -——п-1— -

§ I 0,8__¡— ' Р"8— I—

11«- П|т Мф-

1 2 9

Нмарсрм* □ Эксмрминюъиьм группы ■Кошролкны* группы

Рис. 7. Коэффициент полноты усвоения знаний

Эффективность предлагаемой методики определяется как отношение групповых коэффициентов полноты усвоения содержания понятия «энергия» и применения закона сохранения и превращения энергии для рассмотрения явлений и процессов, происходящих в организме человека, в экспериментальной К3 и контрольной Кк группах:

Этот коэффициент мы вычислили отдельно по результатам контрольных работ №2 и №3 (см. таблица 3). ,

Таблица 3

Значение коэффициентов полноты усвоения содержания понятия «энергиях и применения закона сохранения и превращения энергии

Контрольная работа №2 К, -0,70 /С, =0,56 1р1,25

Контрольная работа №3 .} М • К, =0,75 К' 0,57 <7*1,32

Будем считать вопросы применения закона сохранения и превращения энергии усвоенными, если коэффициент усвоения К £ 0,7, и не усвоенными, если К < 0,7. этот критерий предложен В.П. Беспалько (Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. - М.: Педагогика, 1989. - С. 59 ). В его монографии показано, что если коэффициент усвоения не меньше 0,7, то «...процесс обучения можно считать завершенным, так, как в последующей деятельности учащийся способен в ходе самообучения совершенствовать свои знания».

Коэффициент полноты усвоения содержания понятия «энергия» и вопросов применения закона сохранения и превращения энергии, полученный при анализе результатов обучающего эксперимента (Контрольная работа №2 и №3) в экспериментальных группах больше 0,7, а в контрольных - меньше 0,7. Это позволяет сделать вывод о том, что понятие «энергия» и закон со-

хранения и превращения энергии студентами экспериментальных групп усвоены достаточно полно. В контрольных группах коэффициент усвоения полноты содержания вопросов меньше 0,7 - вопросы усвоены не полностью. Значения коэффициентов эффективности и прочности усвоения знаний {гр>\; Уз>Ук ) позволяют сделать утверждение об эффективности применения предложенной методики, ее целесообразности.

Значимо ли различается распределение студентов по числу баллов, полученных за выполнение работы. Для ответа на этот вопрос в математической статистике используется медианный критерий (Т - критерий сравнения двух независимых выборок).

Ткрит - критическое значение Т- критерия, значение которого определяется по таблице для уровня значимости а = 0,05 и одной степени свободы, меньше наблюдаемого значения: ТКрит — 3,84 а 9,695. ( Тнабд-^'крит )•

Следовательно, полученные различия в усвоении закона и его применении студентами экспериментальных и контрольных групп являются статистически значимыми. Исходя из результатов, полученных при анализе ответов студентов, приходим к выводу о положительном влиянии разработанной нами методики изучения закона сохранения и превращения энергии на качество его усвоения студентами, сформированность знаний о роли этого фундаментального закона в медицинской практике.

Заключение и выводы по результатам исследования

В результате выполненного исследования были решены следующие задачи:

- Проведен анализ возникновения, исторического становления и развития закона сохранения и превращения энергии в науке, а также современной интерпретации содержания закона в научной и методической литературе.

- Осуществлен отбор учебного материала (теоретический материал для изложения преподавателем; задания для проведения письменных контрольных работ) для использования его на практических занятиях в курсе медицинской и биологической физики, усовершенствована методика его изучения.

- Определены основные этапы раскрытия содержания закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.

- Разработана и обоснована структура изложения вопросов, связанных с понятием «энергия» и законом ее сохранения и превращения.

- Разработана методика поэтапного и последовательного изучения вопросов курса медицинской и биологической физики, рассматриваемых на основе закона сохранения и превращения энергии, формирования знаний студентов о понятии «энергия», с использованием поэтапного обобщения, реализуемого на основе преемственных связей с курсом физики средней школы и организации активной познавательной деятельности на практически^ занятщх.

- Показаны обоснованность выдвинутой гипотезы о том, что от выбора методов изучения закона сохранения и превращения энергии, определения основных этапов раскрытия его сущности и применения в медицине, зависит уровень усвоения закона студентами, понимание ими важности ^арона в медицинской практике, осознание его универсальности при рассмотрении .биофизических процессов, происходящих в организме человека,^,изучаемых в курсе медицинской и биологической физики.

Результаты теоретического и экспериментального исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Процесс поэтапного изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики, с применением предложенной методики, влияет на понимание студентами роли закона в медико-биологических процессах и его значения при решении практически задач медицины. , . '

2. На основании предложенной методики изложения, вопросов изучения закона сохранения и превращения энергии у студентов формируются знания об энергии, как о фундаментальном естественно-каучном понятии, широко используемом в медицинской практике. ,

3. Студентами осознается практическая значимость закона сохранения и превращения энергии для других наук (таких как химия, биология и т.д.); студенты способны переносить полученные знания на процессы, изучаемые в других дисциплинах.

4. При обучении по разработанной нами методике студенты получают достаточно хорошую базу для того, чтобы оперировать понятием «энергия» и, использовать закон сохранения и превращения энергии при рассмотрении различных процессов, происходящих в организме человека, связанных с энергообменом организма.

5. Применение разработанной нами методики проведения практических занятий по курсу медицинской и биологической физики оказывает положительное влияние на качество усвоения студентами знаний о понятии «энергия» и законе сохранения и превращения энергии.

6. Опытно-экспериментальная часть исследования, реализованная в практике медицинского вуза, показала педагогическую целесообразность и эффективность поэтапного, преемственно-последовательного изучения закона сохранения и превращения энергии.

Основное содержание диссертации отражается в следующих и нублшитийх: '

"."v ' СШтьи:

1. История возникновения ' й развития понятия «энергия» //Теория и методика обучения: Сб. науч. тр. - Ч.:ЧГПУ, 2002. - С.56-59.

2. Использование закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики при изучении механических явлений и процессов, происходящих в организме человека //Вестник научных трудов ЧГПУ. - Ч.: ЧГПУ, 2003. - С. 85-86.

3. Анализ изучения понятия «энергия» в учебной литературе по медицинской и биологической физике: Развивающее образование XXI века //Тезисы к-Международной научно-практической конференции, 21 - 26 августа 2003г. - Горно-Алтайск: 2003. - С. 86-88.

Тезисы докладов:

1 ui. 1. Использование межпредметных связей при изучении закона сохранения и превращения энергии //Сборник докладов к научно-практической конференции.: Горно-Алтайск.-2001. - С.75.

2. Актуальные проблемы преподавания физики в медицинском вузе //Тезисы к III международной научно-практической конференции. Новые, технологии в преподавании физики: школа и вуз (НТПФ Ш) - М.: МГЛУ, 2002. -С. 47.

3. Связь понятий «работа» и «энергия» в курсе физики средней школы //Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: Тезисы докладов Республиканской научно-практической конференции, 20 - 21 мая 2002г. - Ч.: ЧГПУ, 2003. - 41. - С. 135-136.

4. Использование закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики при изучении термодинамических явлений и процессов, происходящих в организме человека // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: Тезисы докладов X Всероссийской научно-практической конференции, 19 -20 мая 2003г. - Ч.: ЧГПУ, 2003. - 41. - С. 122-124.

Подписано в печать О. 09, 2.00 5 г., Формат 60x90/16. Объем 1,0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ № '/02, Бумага офсетная Отпечатано на ризографе в типографии ЧГПУ 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 69.

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Бабин, Сергей Владимирович, 2003 год

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА h НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ПОНЯТИЯ «ЭНЕРГИЯ» И ЗАКОНА ЕЕ СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ

§1. Краткий исторический обзор возникновения и становления учения об энергии и законе ее сохранения и превращения.

§2. Методологическое значение закона сохранения и превращения энергии.

§3. Анализ содержания понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения в научной и учебной литературе по физике.

§4. Содержание понятия «энергия» и закона ее сохранения и превращения в учебной и методической литературе по биофизике.

Выводы по 1 главе.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЯ «ЭНЕРГИЯ» И ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНА ЕЕ СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ В КУРСЕ МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

§1. Методика обобщения знаний при изучении закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики

§2. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении механических процессов и явлений, происходящих в организме человека.

§3. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении термодинамических процессов и явлений, происходящих, в организме человека.

§4. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении электродинамических процессов и явлений, происходящих в организме человека.

§5. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии при рассмотрении колеба тельных и волновых процессов, изучаемых в курсе медицинской и биологической физики.

§6. Углубленней обобщение знаний о законе сохранения и превращения энергии при рассмотрении квантовых процессов и явлений, происходящих в организме человека. выводы по 2 главе.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

§1. Задачи и методика проведения эксперимента.

§2. Результаты дидактического эксперимента. выводы по 3 главе.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики"

На современном этапе развития общества одной из важнейших про-А граммных задач является охрана и укрепление здоровья людей. Министерство здравоохранения Российской Федерации проводит комплекс мероприятий, направленных на дальнейшее улучшение работы всех звеньев медицинских учреждений, организаций и медицинских вузов.

В настоящее время количественные показатели используются во всех основных направлениях медицины: диагностики, лечении, реабилитации и профилактики заболеваний. Количественной оценке подлежит и состояние окружающей среды (природные и производственные факторы, как в обычных, так и в чрезвычайных ситуациях). Прослеживается явная тенденция к ^ существенному возрастанию аппаратурных (инструментальных) методов диагностики и лечения. Возникновение и протекание ряда заболеваний рассматриваются как процесс, разыгрываемый на молекулярном уровне. Все большее количество диагностических и лечебных процедур удается формализовать. В свете этого физические (биофизические) и технические знания и умения становятся существенным элементом врачебного образования и курс «Медицинская и биологическая физика» в медицинских вузах призван обеспечить эти знания и умения.

Основой курса являются разделы прикладной физики, которые обращены к решению медицинских задач (медицинская физика), и элементы щ биофизики (физические явления в биологических системах, физические свойства этих систем, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности). Вместе с этим курс содержит также и некоторые технические вопросы (медицинская аппаратура, медицинская электроника и дозиметрия ионизирующего излучения).

После изучения данной дисциплины студент должен знать наиболее общие физические закономерности, лежащие в основе процессов, протекающих в организме; физические свойства некоторых биологических тканей и жидкостей; характеристики физических факторов (лечебных, климатических, производственных), оказывающих воздействие на организм, биофизические механизмы такого воздействия; физическую характеристику информации па выходе медицинского прибора; назначение и технические характеристики основных видов медицинской аппаратуры; дозиметрию ионизирующих излучений [76.С.З].

В преподавании курса медицинской и биологической физики большое значение имеет методологическая направленность, которая должна формировать у студентов логическое мышление и ряд специфических умений.

Курс медицинской и биологической физики базируется на курсе физики средней школы. Поэтому очень важны полученные во время обучения в общеобразовательной школе знания, касающиеся основных физических законов и физических понятий.

Общеобразовательный курс физики представляет собой основы науки физики.

Физика - фундамент естественнонаучной картины мира. Ее изучение способствует формированию диалектико-материалисгического мировоззрения учащихся, овладению диалектическим методом мышления, умением понимать законы природы и использовать их в интересах человека и общества.

Именно эта задача - формирование научного мировоззрения - является одной из первоочередных задач всей идейно-воспитательной работы, осуществляемой в отечественных образовательных учреждениях вообще и медицинских вузах в частности.

Когда говорят о развитии мышления учащихся в процессе обучения физике, то прежде всего имеют ввиду формирование физических понятий, так как 01ш способствуют вооружению учащихся важнейшей формой мышления - понятийным мышлением и потому, что понятия составляют ядро системы научных знаний.

Поэтому, касаясь процесса развития мышления и творческих способностей учащихся в процессе обучения физике, необходимо большое внимание уделять анализу природы и характера физического зиапия, физических понятий и мышления.

Будем исходить из определения физики как науки, изучающей наиболее простые и общие структурные формы материи, формы существования материи пространство и время, наиболее простые и общие формы движения материи. В этом определении нет разграничения живой и неживой природы. Определим биологическую физику как физику явлений жизни, изучаемых на всех уровнях, начиная с молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом. Содержание биофизики связано с примеиеиием физических приборов в биологическом эксперименте. Одновременно биофизика решает многочисленные теоретические и практические (прикладные) проблемы частного характера.

Физическое знание это прежде всего система понятий, законов, гипотез и теорий; при этом законы, гипотезы и теории выражают связи и отношения между понятиями. Овладение понятием связано с активной мыслительной деятельностью, с выполнением таких умственных операций, как анализ и синтез, сравнение и сопоставление, абстрагирование и обобщение. Как форма мышления и одновременно как процесс и результат теоретического мышления понятие служит средством познания окружающей действительности.

Одним из важнейших понятий физики является понятие «энергия». Это понятие широко используется не только в физике, но и в других естественных науках - химии, биологии. Формирование понятия «энергия» имеет важное значение для развития у студентов научного мировоззрения и для политехнической подготовки.

Одно из основных положений диалектического материализма и современного естествознания состоит в утверждении вечности движения материи.

Естественнонаучным выражением неуничтожимое™ движения является закон сохранения и превращения энергии, который Энгельс назвал «великим основным законом движения».

Говоря о возможности физического истолкования явлений жизни, т.е. влияния физики на современное и последующее развитие биологии, не следует забывать, что закон сохранения и превращения энергии был открыт врачом Р. Майером, физиком Д. Джоулем и врачом Г. Гельмгольцем. Как известно, Майер исходил из наблюдений над живыми организмами, над людьми. Менее известно, что Гельмгольц также основывался на биологических явлениях, руководствуясь четкой антивиталистической концепцией.

Изучение дшпюго закона имеет важное методологическое значение и играет важную роль в формировании мировоззрения учащихся. Однако, в методике изучения данного закона в медицинском вузе имеются существенные пробелы и недостатки, заключающиеся в том, что не раскрывается должным образом его роль в науке, в технике и не осуществляется обобщение на заключительном этапе изучения физики. Этим обусловлен выбор темы нашего исследования.

Складывающийся в настоящее время систематический курс медицинской и биологической физики будет отличаться еще большим идейно-теоретическим уровнем. Возрастает роль теорий в обучении физике, а вместе с ними и роль фундаментальных законов, в частности закона сохранения и превращения энергии. В этой связи возникает необходимость проанализировать роль закона сохранения и превращения энергии при обучении физике в курсе медицинской и биологической физики.

В современной методической литературе существует много работ, по-свещенных методике формирования понятия «энергия» и изучению закона сохранения и превращения энергии в курсе физики средней школы. Необходимо отметить работы таких авторов, как В.Н. Веселовского [13], Д. Д. Гала-нина [20], Р.Г. Геворкяна [21], Я.М. Гельфера [24], В.М. Дерябина [34], О.Ю.

Овчинникова [73], Ю.И. Соколовского [95], В.П. Орехова [63], А.В. Усовой. [105] Например, В.М. Дерябин в своей книге «Законы сохранения в физике» [34] дает научно-методический анализ применения и использования закона сохранения и превращения энергии в школьном курсе физики.

В учебном пособии для учителя по методике преподавания физики под редакцией В.П. Орехова и А. В. Усовой «Методика преподавания физики в 8 10 классах средней школы» [63] имеетя подробное описание методики формирования понятия «энергия» и изучения закона ее сохранения и превращения.

Большое внимание вопросам медицинского применения отводится в учебном пособии С. А. Старченко [97], предназначенном для изучения вопросов биофизического содержания в старших классах средних общеобразовательных школ.

На настоящий момент существует ряд диссертационных и учебно-методических пособий, рассматривающих вопросы методики изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе физики средней школы. Среди таких работ можно выделить работы А.Е. Аникина [3], Н.Н. Дидович [36], Б. Д. Дружко [37], Р.А. Исламшина [43], М.Н. Перуновой [74], А.В. Селенгинского [91], Е.А. Чижевского [112], Г.М. Янюшкиной [119]. К сожалению, в рассматриваемых работах не устанавливается связь закона сохранения и превращения энергии с процессами, происходящими в живом организме. Необходимо отметить работу А.Ф. Зубова [42], посвященную использованию межпредметных связей физики и биологии, в процессе подготовки абитуриентов в медвуз.

Закон сохранения и превращения энергии является всеобщим законом природы. Все энергетические превращения, происходящие в организме человека, подчиняются этому закону. Поэтому при изучении курса медицинской и биологической физики, базирующегося на знаниях студентов из школьного курса физики, важно углубить и обобщить знания студентов об энергии и законе сохранения и превращения энергии, полученные в школьном курсе физики и применить их для объяснения процессов, происходящих в неживой природе и процессов, происходящих в организме человека Однако в учебной литературе по медицинской и биологической физике эта задача должным образом не решается. Недостаточно четко определена роль изучения закона при рассмотрении процессов, происходящих в организме человека. Таким образом, возникает противоречие между необходимостью освещения вопросов энергообмена и методикой изучения этих вопросов, которая раскрывала бы сущностную сторону преобразований энергии в живом организме. Такой методики до настоящего момента разработано не было. Это противоречие воз-иикает в связи с недостаточным освещением вопросов применения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики и отсутствием элементов обобщения в процессе изучения этого закона. Из противоречия возникает проблема, существующая на сегодняшний день, которая заключается в определении места и роли закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики, совершенствования методики его изучения.

Решению этой проблемы, которую мы определим как изучение закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики посвещена данная диссертация.

Цель исследования заключается в разработке методики приемственно-последовательного, поэтапного изучения закона сохранения и превращения энергии на основе обобщения знаний о понятии <онергия» в курсе «Медицинская и биологическая физика», с учетом современного курса, современной учебной литературы и передовых технологий обучения, применяемых в преподавании предметов естественнонаучного цикла.

Предметом исследования служат методы и приемы руководства процессом изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики.

В нашем исследовании мы исходили из следующей гипотезы: если в процессе изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики использовать поэтапное обобщение знаний студентов при организации их активной познавательной деятельности и осуществлении преемственных связей с курсом физики средней школы, то это будет способствовать:

1) повышению уровня знаний студентов по вопросам энергообмена организма человека с окружающей средой;

2) осознанию его сущности и применения в медицине;

Исходя из цели и гипотезы, в работе ставились следующие задачи:

2. Осуществить отбор учебного материала, включающего вопросы, рассматриваемые на основе закона сохранения и превращения энергии, для использования его на практических занятиях в курсе медицинской и биологической физики.

4. Разработать методику поэтапного и последовательного изучения вопросов курса медицинской и биологической физики, рассматриваемых на основе закона сохранения и превращения энергии; формирования знаний студентов о понятии «энергия», с использованием поэтапного обобщения, реализуемого на основе преемственных связей с курсом физики средней школы и организации активной познавательной деятельности на практических занятиях.

5. Провести педагогический эксперимент с целью проверки эффективности разработанной методики.

Теоретико-методологическую основу составляют:

На философском уровне: научная теория познания, принцип историзма, диалектика процесса познания.

На общенаучном уровне: системный подход, концепция систематизации и обобщения естественнонаучных знаний.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

1. Теоретический анализ научной, учебной и методической литературы.

2. Метод моделирования (определение стратегии, этапов и методов изучения закона).

3. Применение метода обобщения знаний при изучении закона.

4. Педагогический эксперимент во всех его разновидностях по проверке эффективности разработанной модели.

5. Анкетирование и тестирование студентов и преподавателей.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. Впервые ставится и решается задача определения места изучения закона сохранения и превращения энергии, определения его значения при рассмотрении биофизических процессов, происходящих в организме человека, в курсе медицинской и биологической физики медицинского вуза.

Теоретическая значимость состоит в том, что:

Обоснована целесообразность и необходимость планомерной, поэтапной работы по формированию у студентов естественнонаучного понятия «энергия» и раскрытия роли закона сохранения и превращения энергии при изучении биофизических процессов, происходящих в организме человека, наблюдаемых при диагностике и применении физиотерапевтических методов лечения. Предложен методологически обоснованный подход к формированию понятия «энергия» и методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики па основе обобщения знаний студентов.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

2. Данная методика представляет динамичный образовательный инструмент, который можно применять с учетом особенностей современных требований курса медицинской и биологической физики. Так как основные разделы физики, на которые опирается медицинская и биологическая физика, не подлежат общему пересмотру, а корректируются только их детализированные частные подразделы и подпункты, то представленная методика может быть использована, независимо от изменения последовательности изучения разделов курса медицинской и биологической физики при рассмотрении процессов, на основе закона сохранения и превращения энергии. Предложенная методика обеспечивает обобщение знаний студентов о законе сохранения и превращения энергии, осознание его теоретической и практической значимости для процессов, происходящих в живой и неживой природе.

Всероссийских научно-практических конференциях «Методика и методология формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (2000-2003 гг., Челябинск); внедрением результатов исследования в практику педагогической деятельности в Челябинской государственной медицинской академии.

На защиту выносятся:

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выводы по 3 главе Результаты проведенного педагогического эксперимента позволили сделать следующие выводы:

1) Разработанная методическая система положительно влияет на степень усвоения вопросов, изучаемых на основе закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики, а также на уровень сформированности у студентов знаний о процессе энергетических превращений, происходящих в организме человека.

2) Проведенная оценка результатов эксперимента, говорит об эффективности реализации разработанной методической системы изучения закона сохранения и превращения энергии на учебных занятиях по предмету «Медицинская и биологическая физика» в условиях учебной программы для 1 курса ЧГМА.

3)У студентов сформировано представление об энергии как об одной из важнейших физических величин, участвующей в описании большого количества явлений и процессов, происходящих в организме человека.

4) Студенты научились наиболее полно практически использовать закон сохранения и превращения энергии для решения практических задач медицины, иллюстрирую тем самым всеобщность закона и его всеобъемлющее использование в окружающем мире.

Исходя из результатов, полученных в ходе педагогического эксперимента, приходим к выводу о положительном влиянии разработанной нами методики изучения закона сохранения и превращения энергии на качество его усвоения студентами, сформированносгь знаний о роли этого фундаментального закона в медицинской практике.

Заключение и выводы по работе

В результате выполненного исследования были решены следующие задачи:

- Показаны обоснованность выдвинутой гипотезы о том, что от выбора методов изучения закона сохранения и превращения энергии, определения основных этапов раскрытия его сущности и применения в медицине, зависит уровень усвоения закона студентами, понимание ими важности закона в медицинской практике, осознание его универсальности при рассмотрении биофизических процессов, происходящих в организме человека и изучаемых в курсе медицинской и биологической физики.

Результаты теоретического и экспериментального исследования позволяют сделать следующие выводы:

2. На основании предложенной методики изложения вопросов изучения закона сохранения и превращения энергии у студентов формируются знания об энергии, как о фундаментальном естественно-научном понятии, широко используемом в медицинской практике.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Бабин, Сергей Владимирович, Челябинск

1. Аксенов В. В. Техника безопасности при эксплуатации электроустановок в медицине/ метод, пособ. для лаб. раб. по мед. аппаратуре. -Ч.: ЧГМА, 1996. 352 с.

2. Алексеев Г.Н. Энергия и энтропия. М.: Знание, 1978. 192 с.

3. Аникин А.Е. Законы сохранения в курсе физики средней школы: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике - Коломна: 1975. 184 с.

4. Барашенков B.C. Развитие физики и законы сохранения // Вопросы философии, 1967. №7. С. 73-84.

5. Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Педагогика, 1989. 190 с.

6. Биофизика / под ред. П.Г, Костюка, Киев: Выща школа, 1988. 504 с.

7. Биофизика мышечного сокращения / под ред. Г.М. Франка. М.: Наука, 1966. 280 с.

8. Биофизика: учеб. для вузов М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. 288с.

9. Блюменфельд JI.A. проблемы биологической физики. М.: Наука, 1977. 336 с.

10. Болсун А.И., Рапанович Е.Н. Словарь физических и астрономических терминов. Минск: Народная Асвета, 1986. 222 с.

11. И. Бугаев А.И., Дидович Н.Н. Функции законов сохранения в обучении физике// Физика в школе, 1981. №2. С. 43-46.

12. Вавилов С.И. Закон Ломоносова//Физика в школе. 1951. №5. С. 610.

13. Веселовский В.Н. Философское значение законов сохранения материи и движения. М.: Мысль, 1964. 144 с.

14. Визгин В.П. Развитие взаимосвязи принципов инвариантности с законами сохранения в классической физике. М.: Наука, 1972. 240 с.

15. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика М.: Медицина, 1983. 273 с.

16. Власова К.Н., Рымкевич А.П. Формирование энергетических представлений при рассмотрении взаимодействия электрического поля с веществом. 28 Герценовские чтения.

17. Волькенштейн М.В. Биофизика, М.: Наука, 1981. 575 с.

18. Волькенштейн М.В. Физика ферментов. М.: Наука, 1967. 200 с.

19. Вопросы биофизики: Сб. ст.: Пер. с англ. Под ред. Г. М. Франка -М.: Ин. лит-ра, 1957. 266 с.

20. Галанин Д. Д. Понятие энергии в курсе физики семилетней школы. -М-Л.: АПН РСФСР, 1947. 71 с.

21. Геворкян Р. Г. о законе сохранения и превращения энергии. М.: ОборонГИз, 1960. 114 с.

22. Гейзенберг В. Физика и философия. М.: Ин. лит-ра, 1963. 203 с.

23. Гельфер Я.М. Закон сохранения и превращения энергии в его историческом развитии: пособ. для учителя. М.: ГосУчПедГиз, 1958. 258 с.

24. Гельфер Я.М. Законы сохранения. М.: Наука, 1967. 263 с.

25. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1977. 479 с.

26. Готт B.C. Философские вопросы современной физики. М.: Высшая школа, 1967.

27. Готт B.C., Перетурин А.Ф. О несотворимосги и неуничтожимости движущейся материи. М.: Знание, 1967. 40 с.

28. Грабарь М.И., Краснянская К. А. Применение математической статистики в педагогических исследованиях: непараметрические методы. — М.: Педагогика, 1977. 136 с.

29. Григорьев Г.П. Закон сохранения и превращения энергии и колебательные системы // Физика в школе, 1973. №3.

30. Гуревич П.С. Философский словарь. М.: Олимп ACT, 1997. 319 с.

31. Давид Р. Введение в биофизику / Пер. с фр. Г. Г. Маленкова; под ред. М.Д. Франк-Каменецкого. М.: Мир, 1982. 207 с.

32. Давыдов В.В. Виды обобщения в обучении. М.: Педагогика, 1972.

33. Демкович В.П., Демкович Л.П. Сборник задач по физике для 8-10 кл. средней школы / пособие для учителя. М.: Просвещение, 1971. 287 с.

34. Дерябин В.М. Законы сохранения в физике: Кн. для внекл. Чтения уч-ся 8-10 кл. М.: Просвещение, 1982.

35. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов, М.: Высшая школа, 1999. 718 с.

36. Дидович Н.Н. Обобщение и систематизация знаний учащихся на основе понятия энергия и закона ее сохранения : Дис. на соиск. учен. степ, канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике -Киев: 1979. 169 с

37. Дружко Б. Д Формирование понятия энергия в курсе электричества 10-го класса средней школы: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике - Киев: 1954. 349с.

38. Друянов Л.Г. Законы природы и их познание. М.: Просвещение, 1982. 112 с.

39. Жюлиа Д. Философский словарь. М.: Междунар. отношения, 2000. 539с.

40. Задачи-вопросы по физике с биологическим содержанием: метод, реком. по физике для слушателей подготовительных отделений медвузов / Сост. А.Ф. Зубов. Ч.: ЧГПИ, 1980. 22 с.

41. Защита и восстановление при лучевых повреждениях: сб. ст. под ред. Э.Я. Граевского. М.: Наука, 1966. 330 с.

42. Исламшин Р.А. Формирование энергетических представлений у учащихся на первой ступени изучения физики в связи с трудовымобучением: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 -Теория и методика обучения физике М.: 1981. 200 с.

43. Кац ЦБ. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение, 1974. 126 с.

44. Кларксон Д. Т. Транспорт ионов и структура растительной клетки / под ред. Д.Б. Вахмистрова М.: Мир, 1978. 368 с.

45. Колемаев В. А. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие / под ред. В. А. Колемаева. М.: Высшая школа, 1991. 400 с.

46. Кондрашов А.В. Упрощенный вывод формулы закона сохранения энергии // Физика в школе, 1993. №6. С. 61.

47. Костюк П.Г., Крышталь О.А. Механизмы электрической возбудимости нервной клетки. М.: Наука, 1981. 204 с.

48. Кравец Т.П. К столетию закона сохранения энергии //Физика в школе. 1947. №6. С. 3-12.

49. Кравцов В. А. Массы атомов и энергия связи ядер. М.: Атомиздат, 1974. 343 с.

50. Крамарчук Е.И. Об энергии связи // Физика в школе, 1974. №2. С. 31-33.

51. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов. М.: Просвещение, 1974,312 с.

52. Кудрявцев П.С., Конфедератов И.Я. История физики и техники. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов. М.: Просвещение, 1960,507 с.

53. Курс общей физики: Молекулярная физика: Учеб. пособие для студ. физ.-мат. фак. пед. ин-тов/Н.Н. Гершензон, Н.Н. Малов, А.Н. Мансуров, В,С. Эткин, М.: Просвещение, 1982. 207 с.

54. Ландау-Тылкина С.П. Радиация и жизнь. М.: Атомиздат, 1974.168с.

55. Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм // Поли. собр. соч. -Т. 18. С.7-384.

56. Ливенцев Н.М. курс физики для медвузов: учебник. М.: Высшая школа, 1974. 648 с.

57. Лившиц М.С. Энергия электрического тока // Физика в школе, 1989. №6. С. 117-121.

58. Лисенкер Г. Р. Закона сохранения в механике // Физика в школе, 1971. №1.

59. Лучник Н.В. Биофизика цитогенетических поражений и генетический код. Л.: Медицина, 1968. 296 с.

60. Ляхов И. И. Углубленно изучать закон сохранения энергии // Вечерняя школа, 1963. №6.

61. Мембраны: ионные каналы / сб. ст. пер. с англ. В.В. Черного; под ред. Ю.А. Чизмаджаева М.: Мир, 1981. 320 с.

62. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы: уч. пособ. в 2-х ч./ под ред. В.П. Орехова, А.В. Усовой, М.: Просвещение, 1980.

63. Методологические принципы в физике. М.: Наука, 1975. 512 с.

64. Методы научного познания и физика М.: Наука, 1985. 352 с.

65. Мостепаненко М.В. философия и методы научного познания. Л.: Лениздат, 1972. 263 с.

66. Мощанский В.Н. Из истории открытия закона сохранения и превращения энергии // Физика в школе, 1983. №5. С. 22-26.

67. Мощанский В.Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. М.: Просвещение, 1976.

68. Мэрион Д Б. Общая физика с биологическими примерами / пер. с англ. В.Г. Буданова и др.; под ред. А. Д. Суханова М.: Высшая школа, 1986. 623 с.

69. Мякишев Г.Я. О законе сохранния энергии в механике // Квант, 1974. №3. С. 52-59.

70. Овчинников Н.Ф. Понятие массы и энергии в их историческом развитии и философском значении / АН СССР. Ин-т философии. М.: АН СССР. 1957. 185с.

71. Овчинников Н.Ф. Принцип сохранения. М.: Наука, 1966. 331 с.

72. Овчинников О.Ю. Механическая энергия и механическая работа // Квант, 1985. №5. С. 46-50.

73. Перунова М.Н. Формирование представления об энергии как фундаментальной физической величине в курсе механики средней школы: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике - М.: 1997. 176 с.

74. Планк М. Принцип сохранения энергии. M-JL: ОНТИ, 1938.

75. Программа по медицинской и биологической физике, медицинской аппаратуре/ под ред. Н.Н. Володина, М.: Мин. Здрав, и Мед. Пром. РФ, 1994.

76. Проценко АН. Энергия будущего. М.: Мол. гвардия, 1980. 222с.

77. Пугачев Е.М. Великий закон природы. М.: Знание, 1961. 24 с.

78. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учеб. для мед. спец. вузов, М.: Высшая школа, 1996. 608 с.

79. Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике М.: Дрофа, 2001. 192 с.

80. Розенблат В.В. Симфония жизни (популярная физиология человека). М.: Физкультура и спорт, 1989. 239 с.

81. Романовский Ю.М. математическая биофизика/ Ю. А. Романовский, Н.В. Степанова, Д.С. Чернавский. М.: Наука, 1984. 304 с.

82. Роуэлл Г., Герберт С. Физика / пер с англ. И.Е. Каткова; под ред. В.Г. Разумовского. М.: Просвещение, 1994. 576 с.

83. Рубин А.Б. биофизика: В2т.Т1: Теоретическая биофизика: учеб. Для вузов, М.: Книжный дом «Университет», 1999. 448 с.

84. Рыбин И. А. Лекции по биофизике: учеб. пособ. Свердловск: Изд-воУрГУ, 1990. 236 с.

85. Рымкевич П.А. Курс физики: Учеб. пособие для пед. ин-тов, М.: Высшая школа, 1975. 464 с.

86. Савельев И.В. Курс общей физики XI: Механика, колебания и волны, молекулярная физика, - М.: Наука, 1966. 404 с.

87. Сборник задач по общей физике / под ред. И.В. Савельева. М.: Наука, 1968. 207 с.

88. Сборник задач по общему курсу физики: электричество и магнетизм: учеб.пособ.для вузов / под ред. И.А. Яковлева. М.: Наука, 1977. 272 с.

89. Сборник задач по физике: для 9-11 кл. средней школы / Сост. Г.Н. Степанова. М.: Просвещение, 1996. 256 с.

90. Селенгинский А.В. Учение об энергии, работе и теплоте вкурсе физики средней школы: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике - Л.: 1954. 651 с.

91. Сиговатов Л.А. Первый закон термодинамики и тепловое расширение // Физика в школе, 1972. №6.

92. Скроцкий Г.В., Кокин А.А. Законы сохранения и превращения в современной физике // Вопросы философии, 1958. №10. С. 63-70.

93. Словарь физиологических терминов /под ред. О. Г. Газенко, М.: Наука, 1987. 447 с.

94. Соколовский Ю.И. Понятие работы и закон сохранения энергии: научно-методический анализ с историческим очерком /Под ред. Д. Д. Галанина. М.: АПН РСФСР. 1962. 343 с.

95. Сорокин B.C. Закон сохранения движения и мера движения в физике // Философские вопросы современной физики. М : Полит, лит-ра, 1958.-С. 103-148.

96. Старченко С. А. Биофизика: Учебное пособие для 10 кл., школ и лицеев с углубленным изучением естественно-научных дисциплин. Ч.: Факел, 1997. - 132с.

97. Стрелков С.П. Механика, М.: Наука, 1975 - 560 с.

98. Тарусов Б. Н. Сверхслабое свечение биологических систем. М.: Из-во Моск. ун-та, 1967. - 70 с.

99. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики: электричество. М.: Просвещение, 1970. - 487 с.

100. Тулькибаева Н.Н., Пушкарев А.Э. Контрольные тесты. Физика 10 кл. Рабочая тетрадь: учеб. пособие для общеобразовательных учеб. заведений. Ч.: ЮУизд.торг.дом Из-во ЧГПУ «Факел». ООО «ЮжУралИнформ» - 1997 - 64 с.

101. Усова А. В. Задачи и задания, требующие комплексного применения знаний по физике, химии и биологии: Учебно-методическое пособие. Ч.: ЧГПУ, 2000. - 19 с.

102. Усова А.В. Краткий курс истории физики: Учеб. пособие, Ч.: ЧГПИ, 1995- 182 с.

103. Усова А.В. Психолого-дидактические основы формирования физических понятий: Учеб. пособие к спецкурсу Ч.: ЧГПИ, 1988 - 90 с.

104. Файнберг Г., Гольдхабер М. Законы сохранения в физике // Вопросы философии, 1964. №10. С. 93-100.

105. Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике: Пер. с англ. / Р. Фейнман, Р. Лейтон и др.; Под ред. Я.А. Смородинского. 3-е изд. - М.: Мир, 1976.

106. Философский словарь / под ред. И.Т. Фролова. М.: Политиздат, 1991.-551 с.

107. Формирование знаний и умений на основе теории поэтапного усвоения умственных действий / под. ред. П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной.- М.: Из-во московского ун-та, 1968. 135с.

108. Хижнякова J1.C. Законы сохранения в механике: метод, разработка для 8 классов. М.: НИИ содержания и методов обучения АПН СССР, 1978.- 12 с.

109. Черноуцан А.И. Законы сохранения в механике // практикум для абитуриента: Механика / под ред. В.В. Можаева и А.И. Черноуцана М.: Бюро Квантум, 1994. - С. 67-72.

110. Чижевский Е. А. Изучение энергетических понятий в курсе механики средней школы: Дне. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике - JL: 1971 - 161с.

111. Шилейко А.В., Шилейко Т.И. В океане энергии. М.: Знание, 1989. -189 с.

112. Шмутцер Э. Симметрия и законы сохранения в физике. М.: Мир, 1974. -159 с.

113. Эвенчик Э.Е. и др. Методика преподавания физики в средней школе: Механика: Пособие для учителя/ под ред. Э.Е. Эвенчика, М.: Просвещение, 1986 - 240 с.

114. Энгельс Ф. Диалектика природы // Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2е изд.-Т.20.-С. 339-676.

115. Юськович В.Ф. Об изучении в школе закона сохранения и превращения энергии // Физика в школе, 1979. №5. С. 81-82.

116. Яворский Б.М. Аникин А.Е. проверка выполнимости закона сохранения энергии в явлениях отражения, интерференции, дифракции, дисперсии света // Физика в школе, 1971. №1.

117. Янюшкина Г.М. Системный подход к изучению законов сохранения в курсе физики средней школы: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук по спец.: 13.00.02 Теория и методика обучения физике - Л.: 1986 - 216с.

118. Bolemon J. Phisics: an introduction. New Jersey: Englewood Gliffs, 1985. 628 p.