Подготовка учителя физики к эффективному использованию эксперимента в вариативной методической ситуации

Preparation of the teacher of physics for effective use of experiment in a variable methodical situation

Гребенев И.В., Полушкина С.В.

Аннотация: в статье представлена методика подготовки будущего учителя физики, способного успешно обеспечить экспериментальную основу обучению физики в классах любого профиля при любом объеме изучения физики.

Summary: the technique of preparation of future teacher of physics is presented in article capable successfully to provide an experimental basis to physics training in classes of any profile at any volume of studying of physics.

Ключевые слова: физика, школьный физический эксперимент, будущий учитель, методические нормы.

Keywords: physics, school physical experiment, future teacher, methodical norms.

В профессиональной деятельности учителя физики есть ряд специфических аспектов, задаваемых в первую очередь связью с базовыми основами изучаемой науки (физики) – это демонстрационный, лабораторный эксперимент, физический практикум, решение задач, выполнение практических (в том числе домашних) самостоятельных исследовательских работ, работа с учебником.

Некоторые из них характерны для естественнонаучных предметов (демонстрационный эксперимент), некоторые объединяют физику с математикой (решение задач), исследовательская и практическая деятельность, которая в её настоящем варианте, характерна для большой группы предметов, изучающих объективную реальность.

Несмотря на то, что физика является основой многих естественных наук, составляющих базу научного мировоззрения, и жизненно необходима для получения инженерного образования, однако именно физика подверглась усечению в базовом варианте учебного плана до двух часов, а в гуманитарных классах – до одного.

Наши наблюдения за практикой работы школ и анкетирование учителей позволяет утверждать, что различные из названных выше компонентов профессиональной деятельности учителей физики подвергаются редукции в различной степени. Инерция учительского труда не позволяет существенно уменьшить на уроке рассказ учителя, а необходимость в подготовке к ЕГЭ (хотя бы части учеников) определяет минимальное время, отведенное на решение задач. Все это приводит к тому что, учебный физический эксперимент, во-первых, вымывается из учебного процесса, а во-вторых, если и остается, то в варианте минимальных затрат времени, методических усилий учителя и реальной познавательной деятельности учащихся на его основе. Еще в большей степени это коснулось лабораторного эксперимента, который свелся до воспроизведения минимальных экспериментов по готовой схеме, описанной в учебнике, а также практикума, который полностью исчез из учебной деятельности учителя и учащихся.

А между тем, именно в ходе выполнения практикума учащиеся самостоятельно применяют (применяли!) знания и умения, убеждались в справедливости законов и приобретали начальные навыки исследовательской деятельности, которая необходима в будущей профессиональной деятельности любого человека.

Изменение профиля в профессиональной деятельности учителя физики требует изменения содержания и методики в его профессиональной, в первую очередь, методической подготовки в вузе.

Непредсказуемость педагогической ситуации, в которую попадает выпускник вуза, требует его способности успешно обеспечить экспериментальную основу обучению физики в классах любого профиля (физико-математического, биологического, экономического, гуманитарного) при любом объеме изучения физики. Простое изучение студентами, в курсе методики преподавания физики, перечня стандартных экспериментов и лабораторных работ уже не является достаточной основой, поскольку рассмотреть все профили обучения, все варианты содержания физики в конкретном классе невозможно.

Таким образом, возникает необходимость в разработке нового подхода к обучению студентов – будущих учителей физики, который позволит сформировать теоретический багаж знаний, умения и навыки организации учебного процесса, при котором познавательная деятельность учащихся в классе любого профиля и любого объема изучения физики будет базироваться на учебном физическом эксперименте, а так же позволит считать обязательным элементом учебного процесса профессионально направленный практикум по физике.

Теоретической основой для разработанного нами лабораторного практикума по методике преподавания физики для студентов физического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского являются работы проф. Гребенева И.В. и к.п.н. Лебедевой О.В. [1]. В них описан необходимый уровень владения умением моделировать, проектировать и конструировать учебный процесс, проанализировав содержание, которое должен усвоить учащийся, подбирать эксперимент, который даст оптимальную возможность организации познавательной деятельности учащихся, направленной на усвоение этого содержания. Необходимо научить студента анализировать содержание предмета, предполагаемое для усвоения на конкретном уроке, выделять обязательные знания и умения, планировать оптимальные методы и форму обучения и подбирать эксперимент, в большей степени способствующий формированию требуемых умений и навыков.

В развитии этого положения нами разработаны методические нормы, ориентируясь на которые будущий учитель будет способен на практике сконструировать учебный процесс, в котором эксперимент займет место:

1. источника новых знаний;

2. средства мотивации познавательной деятельности;

3. объекта познавательной деятельности учащихся;

4. объекта применения и усвоения предыдущих знаний по физике и других предметов;

5. средства применения новых знаний и контроля уровня его усвоения.

Перечислим кратко методические нормы, формируемые нами у студентов в ходе прохождения ими лабораторного практикума по методике преподавания физики:

1. Подбор эксперимента должен отвечать логике раскрытия физического содержания, соответствовать объективному этапу раскрытия полноценной физической теории в условиях конкретного класса.

2. Из каждого эксперимента, каждой показанной установки должно быть извлечено и усвоено учащимися максимально возможное физическое содержание, вся возможная на данном этапе изучения физика выбранного профиля и уровня.

3. Следует использовать результаты опыта как можно больше, дольше и эффективнее, как на этом уроке, так и в целом в учебном процессе, в системе уроков, в ходе самостоятельной домашней работы учащихся, в том числе в прикладных вопросах, связанных с профилем обучения.

4. На базе каждого эксперимента следует организовывать максимально возможную (в том числе по уровню самостоятельности) познавательную деятельность учащихся.

5. Цель эксперимента не только в том, что бы сформировать новое знание, но ещё и в том, чтобы заставить при его применении, изучении работать старое, имеющееся знание, ибо усвоение его происходит в процессе применения, в данном случае на основе эксперимента.

6. Результат усвоения нового физического содержания учащимися из эксперимента должен быть доказан, показан, проверен на материале этого же эксперимента.

Представленный выше перечень сформированных нами методических норм базируется в первую очередь на специфике физики, как сугубо дедуктивной и доказательной науки, в ходе изучения которой любое учебное содержание основывается на эксперименте, формируется в ходе экспериментальной деятельности и проверяется опытом. Система методических норм определяет характерный учебный процесс, основанный на разработке индивидуальной системы физического эксперимента для конкретного класса выбранного профиля обучения.

Такой методический подход обосновывается нами психологическими положениями и результатами предшествующих психолого-педагогических исследований.

Так Я.И. Груденовым в ходе исследований процесса обучения математике вывел следующий закон: «Если учебная деятельность выполняется путем интенсивных усилий и при этом достигается отчетливое понимание изучаемого материала или решаемой задачи, то такая деятельность становиться для учащегося все более интересной»[2].

На наш взгляд именно активная познавательная деятельность учащихся должна быть неотъемлемой частью любого эксперимента (положение 4). Из этого закона следует, что для повышения интереса учащихся к физическому эксперименту не обязательно подбирать особо сложные, «изощренные» опыты, достаточно, используя доступное оборудование, максимально привлечь учеников к проведению эксперимента: самостоятельно планировать эксперимент, выдвигать гипотезы и проверять их. Тогда у учащихся возрастает познавательный интерес, формируется интенсивная деятельность, доводящая ученика до понимания научных основ изучаемого материала.

Психологи К.К. Платонов и Г.Г. Голубев пишут: «Понимание – это познание связей между предметами и явлениями, переживаемое как удовлетворение познавательной потребности»[3]. Понимание учащимися физического содержания является необходимым условием для успешного его запоминания и усвоения. Если материал понят плохо, то он запоминается неточно, или вообще не запоминается, а, следовательно, в лучшем случае, учащиеся просто заучивают необходимое, что отрицательно сказывается на усвоении материала. А.А. Смирнов [4] и Я.И. Груденов [2] установили следующую закономерность памяти: «Если учащиеся выполняют над материалом активную мыслительную деятельность и эта деятельность способствует углубленному пониманию материала, тогда происходит его успешное запоминание (произвольное или непроизвольное)». Опираясь на данное психолого-педагогическое исследование, нами было выведено третье положение, выполнение которого, в ходе организации школьного физического эксперимента, позволяет учителю, использовать результаты опыта для более глубокого осмысления материала, что помогает ученику подробно разобраться в изучаемой теме и запомнить, возможно некоторые момента даже непроизвольно.

Положение 5 базируется на приеме соотнесения [5], который сводиться к увязыванию изучаемого материала с прежними знаниями и отдельных частей нового друг с другом.

В ходе прохождения практикума по методике преподавания физики студенты знакомятся с реализацией предложенных им методических норм на описанных нами примерах [6,7] и усваивают не только содержание эксперимента для конкретного урока, на прежде всего алгоритм деятельности учителя по подбору эксперимента и проектированию системы уроков. Затем в ходе коллективной деятельности, в небольших группах происходит тренировка применения этого алгоритма в изученных педагогических ситуациях, где оптимальное решение хорошо известно: равновесие рычага (7 класс), закон Ома для участка цепи (8 класс) и т.д.

Завершающим предметом в системе подготовки будущих учителей в ННГУ им. Н.И. Лобачевского является «практикум по методике преподавания физики», в ходе которого каждый студент моделирует педагогическую ситуацию в изучаемой теме в условно выбранном классе конкретного профиля, предлагает подбор экспериментов, описывает методику их выполнения и старается это реализовать в ходе педагогической практики на реальном классе.

Таким образом, создается единство психологии, методики преподавания физики, основ дидактики, с учетом особенностей социально-педагогического окружения школы.

Приведем пример одной из работ, предложенных в ходе нашего исследования для выполнения физического практикума в 9 классе. Еще раз подчеркнём, что по разным причинам физический практикум, как завершающая обязательная часть обучающего процесса по физике, исчезает. Одна из причин – нехватка времени и кажущаяся невозможность охватить в ходе практикума весь материал, изученный в учебном году.

Перед студентами была поставлена цель, моделирующая реальную и довольно типичную методическую задачу: подготовить работу физического практикума для ситуации дефицита учебных часов, в ходе которой за 2 часа ученик непрофильного класса может повторить, применить знания механики и получить объект для исследовательской деятельности. После изучения методической литературы и в ходе собственных поисков была предложена описанная ниже работа.

Комплексная работа по механике.

I часть Определение коэффициента трения материала наклонной плоскости

1. Проведите эксперимент: брусок массой m скатывается по наклонной плоскости. Угол наклона плоскости α подберите таким образом, чтобы движение бруска было равномерным.

2. Измерьте величины H и L.

3. Расставьте силы, действующие на брусок. Используя второй закон Ньютона, получите формулу для расчета коэффициента трения μ и вычислите его.

Чтобы получить формулу для расчета коэффициента трения μ воспользуйтесь вторым законом Ньютона:

m·g + F_тр + N = m·a (a=0)

OX: µ·N=m·g·sinα

OY: N=m·g·cosα

µ=tgα, tgα= ₍₁₎

II часть Определение коэффициента трения материала горизонтальной поверхности

1. Проведите эксперимент: брусок массой m скатывается по наклонной плоскости и продолжает свое движение по столу, отметьте положение его остановки.

2. Измерьте величины H, L и S.

3. Используя закон изменения полной механической энергии, рассчитайте коэффициента трения μ₁

m·g·H = µ·m·g·cosα·S + µ₁·m·g·S₁ (2),

для упрощения вычислений заменим S·cosα =L, значение µ получено в первой части работы, по формуле (1).

III часть Определение скорости V₀

1. Используя результаты предыдущей части работы (значение
величины μ_1, формула (2)) и закон изменения полной механической энергии на участке 2-3, учащиеся получают значение начальной скорости V₀ при въезде бруска на горизонтальную поверхность.

m·V₀²/2 = µ₁·m·g·S₁ (3)

IV часть Определение зависимости скорости V₀ от угла наклона плоскости

1. Проведите эксперимент: брусок массой m скатывается по наклонной плоскости и продолжает свое движение по столу, отметьте положение его остановки. Повторите эксперимент для различных значений угла наклона плоскости.

2. Измерьте величины H, L и S₁ для каждого угла наклона плоскости.

3. Вычислите значение начальной скорости при въезде бруска на горизонтальную поверхность для нескольких положений наклонной плоскости, используя формулу (3).Результаты занесите в таблицу, в столбец V_0эксп.

4. Выведите теоретическую формулу зависимости начальной скорости при въезде бруска на горизонтальную поверхность от угла наклона плоскости и сравните значения, полученные экспериментально, с теоретическими.

m·g·S·sinα = µ·m·g·cosα·S+ m·V₀²/2 (4),

для упрощения вычислений заменим S·sinα=H, cosα·S=L и подставим в выражение (4)

m·g· H = µ·m·g·L+ m·V₀²/2 (5)

5. Измерив высоту и основание наклонной плоскости линейкой, получите значение V_0теор., используя формулу (5). Полученные результате занесите в таблицу.

H, м

L, м

V0эксп.,м/с

V0теор., м/с

6. Сделайте выводы.

Работа выполняется за два академических часа, охватывает весь курс механики 9 класса, выполняется на минимальном оборудовании, которое есть в каждой школе, позволяет учащимся получить новые знания, а результат оказывается интересным и непредсказуемым. А главное – работа основывается на базовом уровне знаний физики, поэтому пригодна для класса любого профиля.

От учителя физики не зависят внешние обстоятельства, ему навязывается программа, учебники, объем и профиль учебного процесса. Но урок по физике должен оставаться уроком по ФИЗИКЕ и подготовка учителя в вузе должна быть такой, чтобы не допустить превращения учебного процесса в пресловутую «меловую физику».

Литература:

1. Гребенев И.В., Лебедева О.В. Физический эксперимент в учебном процессе. Учебное пособие / Под редакцией д.п.н. И.В. Гребенева. – Н. Новгород: Изд. НЦНО, 2009.

2. Груденов Я.И. Психиолого-дидактические основы методики обучения математике. – М.: Педагогика, 1987.

3. Платонов К.К., Голубев Г.Г. Психология: Учебное пособие для ФПК. – М., 1977.

4. Смирнов А.А. Проблемы психологии памяти. – М., 1966.

5. Брунер Дж. Психология познания: Пер. с англ. – М.,1962.

6. Гребенев И.В., Полушкина С.В. Методическая эффективность школьного физического эксперимента // Школа будущего. Научно-методический журнал №3, 2012.

7. Полушкина С.В. Учебный эксперимент, как средство усвоения физических знаний учащихся // Программы и материалы Восемнадцатой Всероссийской конференции «Учебный физический эксперимент. Актуальные проблемы, современное решение», Глазов, 2013г