автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Проблемы методики изучения молекулярно-кинетической теории газа в классах с углубленным изучением физики Республики Вьетнам

Автореферат диссертации по теме "Проблемы методики изучения молекулярно-кинетической теории газа в классах с углубленным изучением физики Республики Вьетнам"

«5 О» / - АВГ

На правах рукописи

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗА В КЛАССАХ С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ФИЗИКИ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения физике

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва-1998

Работа выполнена в Институте общего среднего образования Российской Академии Образования

Научный руководитель

кандидат педагогических наук, В.А.Орлов

Официальные оппоненты:

действительный член РАО, доктор педагогических наук В. Г. Разумовский кандидат педагогических наук О.Ю .Овчинников

Ведущая организация:

Академия повышения квалификации и переподготовки работников образования

нии диссертационного совета К 018.06.04 в Институте общего среднего образования РАО по адресу: 119435, Москва, ул. Погодинская, д. 8

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

Защита состоится

»

■ /9- птах

1998 года в 11 часов на заседа-

Автореферат разослан

/УЛ 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета, д. п.

А.С.ЛЕСНЕВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Для успешного решения задач, стоящих перед школой, следует с одной стороны, обеспечить овладение всеми учащимися четко определенным объемом знаний и умений на уровне обязательных требований, оптимальных с точки зрения необходимости для каждого члена общества, с другой стороны, создать реальную возможность углубленного изучения предметов с учетом интересов и способностей учащихся.

Во Вьетнаме около 30 лет ведется углубленное изучение физики в специальных физико-математических школах. Число этих школ ежегодно увеличивается. В каждой из 61 областей Вьетнама имеется по крайней мере одна такая школа. Подготовка учащихся, овладевших глубокими знаниями и умениями в области дисциплин физико-математического цикла и способных успешно продолжить обучение в высшей школе, является для Вьетнама исключительно важной проблемой, однако методы обучения и содержание образования в этих школах разработаны недостаточно.

В средних школах России углубленное изучение предметов, в частности физики, имеет богатые традиции и достаточно длительную историю. На пути серьезного повышения научного уровня преподавания физики на основе генерализации содержания вокруг фундаментальных физических теорий обращали внимание такие известные ученые-педагоги, как Ю. И. Дик, С. Е. Каменецкий, В. В. Мултановский, И. И. Нурминский, В. Г. Разумовский, Л. И. Резников, Л. С. Хижнякова, С. Я. Шамаш, Э. Е. Эвенчик и др.

Значительный вклад в развитие системы углубленного изучения физики внесли А. Т. Глазунов, О. Ф. Кабардин, В. А. Орлов, А. А. Пинский, Н. С. Пуры-шева, Л. П. Свитков, В. В. Усанов, Н. М. Шахмаев, Б. М. Яворский и др.

В настоящем исследовании предполагается на основе анализа методики преподавания основ молекулярно-кинетической теории газов в развитых странах мира, в особенности в России, разработать современную методику углубленного изучения этой темы и предложить ее для использования в физико-математических школах Вьетнама.

При изучении этой темы учащиеся впервые должны совершить переход от усвоения динамических закономерностей к получению статистических представлений, без которых нельзя понять законы молекулярно-кинетической теории вещества. Решение этой задачи связано с раскрытием роли и содержания экспериментальных методов молекулярной физики. Среди них наиболее важные для

формирования статистических представлений являются опыты Перрена по изучению броуновского движения и Штерна по измерению скоростей движения молекул газа и изучению их распределения.

Разумеется не менее важны и теоретические методы научного познания, поскольку известно, что Перрен «проверял» формулу Эйнштейна и Смолуховского а Штерн — распределение молекул по скоростям Максвелла, полученные теоретическим путем.

Одной из ведущих идей углубленного изучения молекулярно-кинетическо? теории вещества является усвоение не только идей классической, но и квантовор теории вещества. В частности, при изучении понятия теплоемкости газа следует привести учащихся к пониманию, что не всегда выполняется классический заког равномерного распределения энергии по степеням свободы и что только в рамка? квантовой теории можно объяснить факт возрастания теплоемкостей многоатомных газов при увеличении температуры. Не может классическая теория теплоем костей объяснить — почему мы учитываем кинетическую энергию поступателъ ного движения одноатомных инертных газов и не учитываем энергию их враще ния, хотя атомы вовсе не точечные объекты.

Интересно и весьма перспективно в этом плане предложение С. Е. Каменец кого и А. Н. Мансурова изучать строение вещества после изучения квантовой фи зики.

Цель исследования: повышение научного уровня учебного процесса 1 классах с углубленным изучением физики в Республике Вьетнам.

Объект исследования: учебный процесс в классах с углубленным изу чением физики в Республике Вьетнам.

Предмет исследования: методика изучения молекулярно-кинетическо) теории газа.

Гипотеза исследования заключается в предположении, что для повы шения научного уровня изучения указанной темы необходимо формировать ; школьников квантово-статистические представления о строении вещества.

Задачи исследования:

- изучить опыт преподавания молекулярной физики в школах России и дру гих индустриально развитых стран;

- разработать методику изучения молекулярно-кинетической теории газа классах с углубленным изучением физики;

- разработать учебный эксперимент по теме, обратив особое внимание на использование моделей;

- экспериментально проверить эффективность предложенной методики.

Научная новизна: впервые в практике Вьетнама разработана методика изучения газообразного состояния вещества с выяснением роли моделей в процессе обучения с целью формирования статистических представлений о закономерностях молекулярно-кинетической теории, показа границ применимости классических представлений и элементарного изложения квантовых идей применительно к свойствам газа.

В процессе выполнения работы применялись как теоретические методы исследования: изучение и анализ научной, философской, педагогической, психологической и учебно-методической литературы, связанной с темой исследования, поэлементный анализ новой методики, моделирование, так и экспериментальные: опытно-конструкторская работа по созданию экспериментальных установок, личное преподавание и руководство педагогическим экспериментом с последующим качественным и количественным анализом полученных результатов.

Теоретическая значимость исследования состоит в разработке современной методики изучения молекулярно-кинетической теории газа в школах физико-математического профиля, выявлении ее эффективности и доступности.

Практическая значимость: Результаты исследования могут быть использованы при проведении реформы образования во Вьетнаме для создания учебно-методических пособий для углубленного изучения физики, а также при подготовке и повышении квалификации учителей физики Вьетнама.

На защиту выносятся:

- основные положения концепции углубленного изучения физики;

- принципы отбора учебного материала по теме;

- анализ роли классических и квантовых моделей при углубленном изучении молекулярно-кинетической теории газа;

- методика введения основных понятий MKT газа с учетом статистических и квантовых закономерностей.

Достоверность и обоснованность работы обеспечиваются результатами проведенного теоретического исследования и педагогического эксперимента, опорой на положения научной методологии, соответствием гипотезы исследо-

вания современным тенденциям развития школьного физического образования учетом закономерностей процесса формирования у школьников научных понятий.

Апробация работы. Основные идеи, содержание и результаты диссертационного исследования докладывались автором и обсуждались на заседаниях лаборатории физики и астрономии и аспирантских семинарах Института общегс среднего образования РАО в 1995-1998 г.г., а также на методических совещаниях во Вьетнаме.

По материалам исследования подготовлено 5 работ.

СТРУКТУРА И ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, содержащих анкеты для школьников и учителей, контрольные задания и тесты, используемые при проведении педагогического эксперимента.

Во введении к диссертации обоснована актуальность выбранной темы исследования, определены его цели, задачи, методы, сформулированы гипотеза I-основные положения, выносимые на защиту, рассматривается научная новизна теоретическая и практическая значимость исследования.

В первой главе диссертации «Концепция углубленного изучения физики» показано, что развитие указанной концепции неразрывно связанс с проблемой дифференциации образования. Поэтому в первом параграфе «Виды дифференциации обучения в классах с углубленным изучением физики» рассматриваются некоторые общие проблемы дифференциации обучения и развивающегс образования.

В первом параграфе рассмотрены виды дифференциации: внутрення* (дифференцированный подход, уровневая дифференциация) и внешняя (селективная и элективная). В рамках селективной дифференциации подробно рассмотрены особенности профильной дифференциации, частным случаем которой являются школы и классы с углубленным изучением физики.

Во втором параграфе «Концепция углубленного изучения физики» анализируются следующие вопросы:

а) Какова цель углубленного изучения физики?

б) Каково содержание физики при ее углубленном изучении?

в) Каковы методы обучения и учения в классах с углубленным изучением физики?

В диссертации подробно рассмотрены ответы на эти вопросы на примере углубленного изучения физики.

а) Целью углубленного изучения физики в школе, является прежде всего, ознакомление с основами базисной науки; изучение физических методов исследования; показ роли физических знаний в познании природы, а также богатства ее практических применений.

Не менее важной целью является формирование интереса к физике и готовность к дальнейшему ее изучению в высшей школе. Наконец, не следует упускать из вида еще одну цель — подготовку к сдаче вступительных экзаменов в вузы, где предъявляются повышенные требования к уровню знаний и умений абитуриентов по физике.

б) Содержание курса повышенного уровня определяется целями обучения. Повышенный уровень курса, более глубокое познание базисной науки неизбежно приводит к углублению содержания курса, увеличению объема изучаемого материала. Отмечены следующие особенности курса:

- более высокий теоретический уровень, концентрация всего учебного материала вокруг фундаментальных теорий, их систематическое использование по всему курсу;

- современность курса физики, основанная, во-первых, в опоре на фундаментальные физические принципы, а, во-вторых, на современном толковании традиционных вопросов;

- более богатый и качественный учебный эксперимент, анализ его роли в возникновении и развитии теорий и обратное воздействие фундаментальных теорий на эксперимент;

- усиление роли математических методов, использование более адекватного аппарата как при изложении учебного материала, так и в самостоятельной работе учащихся;

- детальное изучение методологических основ базисной науки, ее роли в смежных естественных науках и как теоретической основы современной техники, технологии и всех отраслей производства, включая промышленность и сельское хозяйство, транспорт и связь, систему информации - радио, телевидение, компьютеризацию и т. д.;

- раскрытие роли моделей и абстракций в физике, их функции в создании теорий, выявление области и границ применимости понятий, моделей и теорий, роли принципа соответствия при переходе к новой теоретической концепции.

в) Методы обучения в классах с углубленным изучением учебного предмета определяется целями обучения и содержанием курса, а также особенностями контингента учащихся. Необходимо оптимальное сочетание в учебном процессе дедукции и индукции, моделей и аналогий, интуиции и дискурсивных умозаключений. Существенно возрастает роль самостоятельной работы учащихся с литературой и с физическими приборами.

На основе разработанной концепции углубленного изучения физики и выдвинутых принципов отбора содержания учебного материала нами была предложена программа по физике для школ Вьетнама с углубленным ее изучением. Эта программа прошла экспериментальную апробацию и получила одобрение в статусе исследовательской программы.

В третьем параграфе «Роль моделей при углубленном изучении физики» рассматривается роль моделей и абстракций в науке, их функции в создании законов и теорий.

Анализируется использование в физике модельных гипотез: модели-абстракции и модели-аналоги. Особое внимание уделяется моделям-аналогиям, так как дидактическая ценность этих моделей состоит в том, что они позволяют учащимся с самого начала видеть не только сходство, но и различие между изучаемым явлением и привлекаемой для его объяснения моделью. Кроме того, использование моделей-аналогий дает широкий простор для развития творческой активности учеников в сфере изучаемой науки [В. Г. Разумовский, И. В. Корсак].

Модели важны не сами по себе, а потому, что они позволяют судить о структуре и свойствах реальных объектов. И по отношению к изучаемому объекту модель выступает в качестве средства экспериментального исследования, для структуры которого характерны следующие операции:

- переход от натурного (подлинного) объекта к модели, ее построения;

- экспериментальное исследование построенной модели (моделирование);

- переход от модели к натурному объекту — перенесение результатов, полученных из экспериментов с моделью, на исследуемый объект.

Выделены основные этапы работы учителя физики с моделями: создание модели, работа с моделью, контроль приемлемости модели.

В 4-м параграфе «Модели в молекулярно-кинетической теории газа» обсуждается вопрос о состоянии модельного эксперимента по молекулярной физике, как средства обеспечения наглядности при изучении молекулярно-кинетической теории.

В молекулярно-кинетической теории газов используется модель идеального газа. Идеальный газ в соответствии с этой моделью можно представить себе как

совокупность абсолютно упругих шариков, которые взаимодействуют (отталкиваются) лишь при непосредственном столкновении и объемом которых можно пренебречь по сравнению с объемом сосуда.

Как известно, хаотический характер молекулярного движения подтверждается блуждающим движением маленьких твердых частиц, взвешенных в жидкости или газе (броуновское движение). Объяснение броуновского движения как движения частиц во взвешенном состоянии вследствие ударов, испытываемых этими частицами со стороны молекул среды, в которой движутся броуновские частицы, позволяет создать материализованную динамическую модель броуновского движения. Механическая модель броуновского движения позволяет моделировать зависимость скорости движения частиц от температуры. Броуновскому движению также свойственна зависимость скорости частиц от их размеров. При малых размерах частиц отклонение числа ударов от среднего значения (флуктуация) более заметно, чем при размерах непосредственно наблюдаемых частиц. Это свойство броуновского движения может быть продемонстрировано с помощью промышленной модели путем замены «броуновской частицы» в модели на «частицу» более крупных размеров.

Демонстрацию статистических закономерностей молекулярного движения предлагается проводить с помощью доски Гальтона. На доске Гальтона можно изучать условия проявления статистических закономерностей. Возможности моделирования статистических закономерностей, проявляющихся в молекулярном мире, на ней ограничены. С помощью этой модели можно показать лишь нормальное распределение шариков (дробинок) по ячейкам. В работах Л. И. Анциферова, О. Ф. Кабардина, В. В. Усанова и других исследователей описаны устройства для моделирования распределения хаотически движущихся молекул по скоростям.

Большую группу модельных экспериментов представляют модели опыта Штерна. По устройству эти модели можно отнести к техническим моделям, а по признакам воспроизведения явления — к физическим. Демонстрация отклонения шарика, движущегося по радиусу вращающегося диска от первоначального направления отражает лишь идею, используемую в фундаментальном опыте Штерна. Более полно осуществляется моделирование опыта Штерна с помощью модели, предлагаемой П. П. Головиным. Наиболее совершенной в методическом отношении является модель опыта Штерна, предлагаемая А. А. Пегецким.

Конструкционно рекомендуемые модели можно разделить на те, в которых используются:

- внешняя аналогия с изучаемыми молекулярными объектами и явлениями: шариковая модель молекулы, моделирование упругого взаимодействия между молекулами, моделирование положения атомов в кристаллах и т. п.;

- аналогия молекулярно-кинетического механизма явлений: модель давления газа, моделирование распределения молекул по скоростям ит.п;

- аналог результата проявления молекулярно-кинетического процесса: необратимость тепловых явлений, закон распределения молекул по скоростям, условия проявления статистических закономерностей и т. п.

Вопрос о границах применимости модели идеального газа является центральным для всего учения о газах. Модель идеального газа ограничена двумя факторами: наличием у молекул реального газа ненулевых размеров и межмолекулярными силами притяжения. Выделим те знания, которые должны быть сформированы у учащихся при изучении этой модели:

- учащиеся должны знать, что модель идеального газа имеет по отношению к реальным газам широкую, но ограниченную область применимости;

- учащиеся должны понимать реальную возможность отвлечения в ряде случаев от сил межмолекулярного взаимодействия — возможность, обусловленную разреженностью реальных газов;

- учащиеся должны представлять себе, при каких условиях можно ожидать расхождения между поведением реальных газов и результатами, даваемыми моделью идеального газа.

В пятом параграфе раскрываются принципы отбора учебного материала по теме «Молекулярная физика» при его изучении на повышенном уровне.

Дидактическая модель учебного предмета включает в себя два блока: основной, куда входит то содержание, ради которого учебный предмет введен в учебный план, и процессуальный блок, обеспечивающий усвоение знаний, формирование различных умений, развитие и воспитание.

Одной из трудных и ответственных задач, стоящих перед методикой преподавания физики, является отбор содержания учебного материала и определение его структуры. Особенно велики эти трудности при отборе содержания учебного материала в разделе «Молекулярная физика». Трудность решения этой задачи определяется тем, что недостаточно определено соотношение двух фундаментальных теорий (молекулярно-кинетической и термодинамики). Содержание учебного материала по молекулярной физике, глубина и способы трактовки основных статистических представлений могут быть заданы следующими критериями:

- основные положения молекулярной физики, изучаемые в школе, должны базироваться на фундаментальных опытах, таких, как опыты Перрена, Штерна и

др-;

- термодинамический и молекулярно-кинетический методы изучения тепловых явлений должны использоваться при изучении всего раздела, причем термодинамика выступает в качестве критерия правильности предсказаний молекуляр-но-кинетической теории.

Однако эти критерии не определяют весь диапазон содержания молекулярной физики и комплекс вопросов обучения по этому разделу, особенно при углубленном изучении физики. При углубленном изучении этого раздела основными объектами для изучения по молекулярной физике должны стать не отдельные фундаментальные теории, а строение и свойства вещества, объясняемые с помощью основных положений и методов этих теорий и структуры теорий как научного метода познания.

Во второй главе «Проблемы методики углубленного изучения свойств газа» анализируются проблемы, связанные с особенностями методики углубленного изучения свойств газа.

В первом параграфе «Давление идеального газа» рассматриваются разные подходы к выводу уравнения, которое в учебной литературе и практике преподавания называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газов.

Знакомство учащихся с историей развития молекулярно-кинетической теории делает изучение привлекательным и методически эффективным, приводит к повышению познавательной активности учащихся. Еще до недавнего времени дискуссионным являлся дедуктивный подход к изучению газовых законов, вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа, энергетическое обоснование понятия температуры и т.д. Это вопрос обсуждался в работах методистов-физиков О. Ф. Кабардина, А. К. Кикоина, И. К. Кикоина, В. В. Мултановского, Г. Я. Мякишева, Л. П. Свиткова, С. Я. Шамаш, Е. Д. Щукина, Э. Е. Эвенчик и др.

Модель идеального газа позволяет рассматривать давление газа как результат упругих столкновений молекул со стенками сосуда, в котором находится газ, приняв, что молекулы газа движутся хаотично, а состояние газа равновесное.

При изучении молекулярной физики на повышенном уровне полезно развить понятие давление, опираясь не только на понятие «импульса», но и на понятие «энергия».

Давление газа равно 2/3 от плотности кинетической энергии его молекул:

3 V '

Во втором параграфе «Абсолютная (термодинамическая) температура» рассмотрены различные методики формирования понятия абсолютная температура.

Во-первых, на основе идеальной газовой шкалы может быть дано молеку-лярно-кинетическое определение температуры для частиц идеального газа, которое затем по индукции распространяется на иные молекулярно-атомные системы.

3

Во-вторых, связь = — кТ может быть постулирована как определение температуры в молекулярно-кинетической теории вещества, исходя из определенного круга опытных фактов и модельных представлений. В-третьих, на основе опытных фактов и модельных экспериментов может быть установлено существование распределения Максвелла и его зависимость от температуры с получением из него молекулярно-кинетического и статистического определения температуры.

Заметим, что в классах с углубленным изучением физики полезно знакомить учащихся с разными подходами к определению физических понятий и к введению физических законов. При этом надо разъяснять, что в каждом подходе принимается за определение, что является опытным фактом, какая принимается модель, как формулируется закон.

В третьем параграфе «Теплоемкости идеального газа» определение теплоемкости связано с первым законом термодинамики — законом сохранения и превращения энергии в тепловых процессах. Показано, что теплоемкость газа зависит от термодинамического процесса. Используя определение молярной теплоемкости и уравнение состояния идеального газа, получаем формулу для теплоемкости идеального газа в произвольном процессе изменения объема АУ и температуры ДТ.

Показана необходимость показа границ применимости классической теории теплоемкости идеального газа и проанализированы подходы к квантовой теории теплоемкости. По данной проблеме нами опубликована статья [1].

В четвертом параграфе «Статистические распределения» рассмотрены распределения Максвелла и Больцмана.

Рассмотрен идеальный газ при определенной температуре и отсутствии внешних полей. Изменения скоростей молекул газа при столкновениях происходят случайным образом и невозможно заранее предсказать, с какой скоростью бу-

дет двигаться та или иная молекула, однако в силу огромности числа молекул, содержащихся в любом объеме газа, возникает статистическая закономерность, согласно которой существует определенная вероятность того, что из общего числа N молекул АЫ молекул движутся со скоростями, лежащими в интервале ч; V + Ди. Эта вероятность зависит от значения скорости V и ширины интервала скоростей Ли. Функция g(v) представляет собой плотность вероятности, т. е. вероятность того, что из N молекул ДЫ движутся со скоростями, лежащими в единичном интервале скоростей.

Максвелловское распределение скоростей было подтверждено результатами опытов Штерна по оценке средней скорости атомов серебра.

Далее в параграфе рассмотрено распределение Больцмана: распределение молекул атмосферного воздуха в поле тяготения, когда сочетается действие двух факторов: теплового движения молекул и силы тяжести. На основании вероятного^

стных представлений получили формулу п = п0е кТ для распределения молекул по высоте в поле тяготения.

Применяя распределение Больцмана к броуновским частицам, Ж. Б. Перрен определил постоянную Авогадро. В параграфе рассматривается оригинальные методики расчета постоянной Авогадро и экспериментальной проверки формулы Эйнштейна и Смолуховского. (По каждой из этих методик нами подготовлены статьи [2] и [3]).

В пятом параграфе «Газ Ван-дер-Ваапьса» особое внимание обращается на определение границ применимости уравнения состояния идеального газа для описания реальных газов. Наиболее простой вариант уточненного уравнения состояния реального газа предложен Ван-дер-Ваальсом. При выводе этого уравнения вносимым поправкам дается простое качественное обоснование: учет объема, занимаемого молекулами, и влияние сил притяжения, действующих между молекулами.

Учет размеров молекул позволяет далее оценить длину свободного пробега молекул в газе, дать понятие о закономерностях диффузии.

В модели идеального газа не учитываются силы, действующие между молекулами, поэтому даже качественно нельзя описать поведение реального газа при низких температурах и больших давлениях, в частности, вблизи фазового перехода газ-жидкость. Газ конденсируется и в жидкости возникает поверхностное натяжение именно благодаря взаимодействию между молекулами.

Изотермы идеального газа при любой температуре имеют вид гипербол. Для реальных веществ вид изотерм различен при различных температурах. При

температуре ниже критической в области насыщения пара давление в системе постоянно и равно давлению насыщенного пара.

Показано, что уравнение Ван-дер-Ваальса значительно точнее отражает свойства системы молекул и содержит в себе уравнение Клапейрона-Менделеева как частный случай. Уравнение Ван-дер-Ваальса переходит в уравнение Клапейрона-Менделеева, когда собственным объемом молекул можно пренебречь в сравнении с объемом газа, а внешнее давление много больше внутреннего.

В шестом параграфе «Пары» показано, что изучение свойств паров приводит учащихся к пониманию физического смысла и диалектического характера явлений испарения и конденсации. Основной задачей обучения является разъяснение указанных явлений на более высоком научном уровне на основе молекуляр-но-кинетической теории и энергетических представлений. Раскрытие молекулярного механизма испарения позволяет объяснить явление существованием быстрых молекул, зависимость числа испаряющихся молекул с заданной поверхности жидкости за определенный промежуток времени от температуры, охлаждение жидкости и необходимость притока тепла для того, чтобы испарение жидкости происходило при постоянной температуре.

При изучении свойств насыщенного пара необходимо добиться от учеников понимания независимости давления насыщенного пара от занимаемого объема и нелинейной зависимости давления насыщаемого пара от абсолютной температуры.

Разумеется, разъяснение этих вопросов следует вести с опорой на основные положения молекулярно-кинетической теории газа.

Для возникновения кипения важны три условия: наличие центров парообразования; равенство давления насыщенного пара жидкости и внешнего давления; приток тепла.

В главе 3 «Учебный эксперимент по теме «Молекулярно-кине-тическая теория газа»» обосновывается система учебного физического эксперимента, позволяющая полно, последовательно и за минимальное время обосновать основные идеи изучаемого раздела физики. Теоретические основы, а также методика и техника современного учебного эксперимента подробно исследованы в известных трудах ученых-методистов: Л. И. Анциферова, В. А. Бурова, Ю. И. Дика, Б. С. Зворыкина, О. Ф. Кабардина, Г. Г. Никифорова, В. А. Орлова, А. А. Пинского, А. А. Покровского, В. Г. Разумовского, С. А. Хорошавина, Т. Н. Шамало, Н.'М. Шахмаева, В. Ф. Шилова и др.

В первом параграфе третьей главы раскрыты характерные черты и виды учебного эксперимента в школах России и некоторых других странах мира.

Каждый демонстрационный опыт или лабораторная работа могут быть рассмотрены с различных точек зрения. Однако, при отборе содержания учебного физического эксперимента нужно определить место данного опыта в системе учебного эксперимента и в школьном курсе физики в целом. Чтобы тот или иной опыт вошел в содержание обучения физике были определены принципы отбора учебного эксперимента.

В параграфе «Особенности учебного эксперимента в условиях республики Вьетнам» мы рассмотрели состояние системы образования, содержание программы по физике и методы преподавания физики в школах Вьетнама. На основе проведенного анализа получены следующие выводы:

- недостаточно разработана методика экспериментального изучения физики;

- ситуация осложняется тем, что нередко учитель вынужден рассказывать о таких явлениях, которые сам не наблюдал, так как они не демонстрировались при его обучении в педагогическом институте;

- экспериментально кабинеты физики оснащены очень слабо;

- в преподавании молекулярно-кинетической теории во Вьетнамской школе мало используется метод аналогии.

Существующие кабинеты физики Вьетнамских школ нередко оснащают учебным оборудованием сами учителя с привлечением учащихся, отсюда и термин «самооборудование». В ситуации, когда экономика страны не позволяет приобрести фирменное учебное оборудование «самооборудование» остается единственным способом оснащения кабинетов физики. Впрочем, в этом есть и положительные моменты.

По нашему глубокому убеждению школы с углубленным изучением физики должны быть укомплектованы учителями, обладающими большим творческим потенциалом, обладающими повышенным уровнем теоретической подготовки, владеющими методикой и техникой учебного эксперимента, любящими общаться с учащимися. Учитывая, что число школ с углубленным изучением физики во Вьетнаме невелико, найти также специалистов вполне реально.

Анализ опыта работы классов с углубленным изучением физики в России позволил нам разработать реальную для условий Вьетнама систему учебного эксперимента по теме «Молекулярно-кинетическая теория газа» в классах с углубленным изучением физики.

В четвертой главе «Методика и результаты проведения педагогического эксперимента» рассмотрена методика организации педагогического эксперимента. Педагогический эксперимент проводился на основе разработанной нами экспериментальной методики формирования знаний и умений учащихся в процессе изучения MKT газа. Намечены основные направления проведения экспериментальных исследований, направленных на подтверждение выдвинутой гипотезы, сформулированы задачи педагогического эксперимента, разработана методика его проведения и методы математической обработки, проанализированы полученные результаты.

В результате педагогического эксперимента, состоявшего из трех этапов (констатирующего, поискового, обучающего), в ходе проведения которого использовались различные методы (анкетирование, интервьюирование, наблюдение, экспериментальное преподавание, экспертная оценка, тестирование и статистическая обработка его результатов):

- была подтверждена гипотеза исследования и намечены пути реализации ее основных идей;

- показана доступность разработанных нами учебных материалов, предназначенных для изучения темы: «Молекулярно-кинетическая теория газов» в классах с углубленным изучением физики;

- доказана эффективность разработанной нами системы физического эксперимента, как демонстрационного, так и самостоятельного, проводимого в форме фронтальных лабораторных работ, работ физического практикума, а также в форме творческих экспериментальных заданий.

Для реализации идей оптимального использования квантово-статисти-ческих представлений при изучении MKT было выбрано два направления исследований:

- обобщающее повторение темы «Строение вещества» в выпускном классе на основе квантовых идей;

- перенос изучения данной темы после изучения квантовой физики.

Основная цель обучающего эксперимента — поиск ответов на следующий

вопрос: «Можно ли добиваться на большом массиве учащихся положительных результатов, достигнутых на поисковом этапе педагогического эксперимента, свидетельствующих об эффективности разработанной нами методики?»

В диссертации анализируются итоги анкетирования учащихся и учителей, а также итоги контрольного опроса и выполнения 3-х тестов, предназначенных для проверки усвоения знаний на базовом, повышенном и углубленном уровнях.

Анализ результатов выявил тот факт, что ученики экспериментальных классов примерно одинаково с контрольными классами выполнили'тест на базовом уровне, но значительно лучше справились с тестом на повышенном уровне, требующем применения программных знаний в измененной или новой ситуации. На углубленном уровне сравнение не проводилось в связи с тем, что эти вопросы не изучались в контрольных классах, но зафиксированы доступность предложенного материала и, что особенно важно, повышение интереса к физике.

В основном, с точки зрения поставленных перед нами задач, учащиеся экспериментальных классов демонстрировали хорошие знания и умения, комбинированно применяя статистический и термодинамический подходы при дальнейшем изучении физики.

Экспериментальная проверка основных положений данного диссертационного исследования осуществлялась в течение 1995-98 г.г. в классах с углубленным изучением физики и физико-математических классах гимназии г. Винь района До лыонг, Нгэ Ан области Республики Вьетнам и в ЭСШ № 82 п. Черноголовка Московской области.

В заключении диссертации обобщены результаты выполненного исследования:

1. Разработаны концепция углубленного изучения физики.

2. На основе разработанной концепции углубленного изучения физики были сформулированы принципы отбора учебного материала по теме: «Молекулярно-кинетическая теория газа» и проведен его отбор для изучения в классах физико-математического профиля.

3. Проанализирована роль различных моделей при углубленном изучении молекулярно-кинетической теории газа и разработана методика введения основных понятий MKT газа на основе статистических и квантовых идей.

4. На основе изучения опыта постановки физического эксперимента в России был отобран ряд демонстраций и работ лабораторного практикума, доступных для постановки в школах Вьетнама с углубленным изучением физики.

Основные положения диссертационного исследования отражены в следующих публикациях:

1. Теплоемкости идеального газа И Сб. материалов научно-практической конференции молодых ученых «Педагогические основы построения многоуров-

невой системы непрерывного общего среднего образования» — М.: ИОСО РАО, 1998, с.36-39.

Приняты к печати следующие статьи:

2. Изучение барометрического распределения в классах с углубленным изучением физики // Физика в школе (в соавторстве с А. А. Пинским). N Л У $ &

3. Проверка закономерностей броуновского движения // приложение «ФИЗИКА» к газете «Первое сентября» (в соавторстве с В. А. Орловым).

4. Организация учебно-воспитательной работы с одаренными детьми в классах Вьетнама // Образование молодежи в современном обществе. Сб. научных трудов, — М.: Университет РАО. А $ у §

5. Основные положения концепции углубленного изучения физики в школах Вьетнама // Образование молодежи в современном обществе. Сб. научных трудов, — М.: Университет РАО. Я <3 Ч 8