Обучение физике в условиях эвристических методов учебного познания

УДК 74:012 ББК 34.1

Карасова Ирина Степановна

доктор педагогических наук, профессор

кафедра физики и методики обучения физике Челябинский государственный педагогический университет

г. Челябинск Андриевских Наталья Владимировна аспирант

кафедра физики и методики обучения физике Челябинский государственный педагогический университет, г. Челябинск,

Karasova Irina Stepanovna doctor of pedagogical Sciences, professor

department of physics and methodology of teaching physics Chelyabinsk state pedagogical University Chelyabinsk Andrievskih Natalia Vladimirovna

post-graduate

of the Department of physics and methodology of teaching physics Chelyabinsk state pedagogical University Chelyabinsk anata72@mail.ru

Обучение физике в условиях эвристических методов учебного познания

Learning physics in terms of heuristic methods of academic knowledge

В статье раскрыта методика обучения отдельным вопросам курса физики в условиях современных технологий обучения. Обоснована концепция организации деятельности учащихся на основе методологической, личностной и кибернетической моделей развития и саморазвития таких качеств ученика как познавательная самостоятельность и познавательная активность.

The article considers the methods of training specific issues of the course of physics in terms of modern teaching technologies. Here is justified the concept of organization of activity of students on the basis of methodological, personal and cybernetic models of development and self-development of such qualities of a disciple as cognitive independence and cognitive activity.

Ключевые слова: асимметрия и симметрия, дуальность симметрии и асимметрии, познавательная самостоятельность, познавательная активность, собеседование, технологии развития, саморазвития, эвристический метод.

Key words: asymmetry and symmetry, duality of symmetry and asymmetry, cognitive independence, cognitive activity, interview, technology development, selfdevelopment, the heuristic method.

Переход общества от одной формации (индустриализация) к другой (постиндустриализация) неизбежно связан с радикальными изменениями в сфере образования. Эти изменения не только скоротечные, но и существенные, потому что сопровождаются сменой парадигм образования (учения). Ценности, мотивы, цели, формы, методы и средства обучения, контроля и оценки результатов учебных достижений обучающихся становятся другими (инновационными). Инновационность образования - одно из главных качеств современной парадигмы обучения, которая характеризуется открытостью его в будущее, способностью предвидеть новые ценности, формы взаимодействия участников образовательного процесса.

На этапе модернизации школьного образования существенное внимание уделяется проблеме теоретического обоснования необходимости разработки такого учебного процесса, который способствовал бы развитию и саморазвитию учащихся. Решить эту проблему можно, если включить в структуру и содержание учебной деятельности учащихся современные технологии обучения, ориентированные на нормативные документы: Закон «Об образовании в РФ» [7]; Федеральный государственный образовательный стандарт общего образования (ФГОС ОО) [8].

Если ведущая цель любого инновационного обучения - развитие и саморазвитие познавательной самостоятельности, активности и творчества, то психологическими механизмами такого обучения становится продуктивная деятельность, связанная с прогнозированием, выдвижением и проверкой гипотезы, моделированием, рефлексией. Средствами такого обучения могут служить проблемные задания, дискуссии, диалоги, проекты и др., иными словами, некая методическая система проблемного и поискового обучения. Её базис определяют методы обучения как способы реализации цели и содержания образования. Ес-

ли ориентироваться на определённую методическую систему, то можно упростить процедуру выбора конкретных методов, соответственно, технологий обучения, которых в настоящее время насчитывается более четырёхсот [5].

Методологическое, личностное и кибернетическое осмысление технологий обучения, их влияния на развитие познавательной самостоятельности и активности учащихся в процессе обучения физике требует философского анализа самого процесса познания, характера взаимодействия субъекта с миром. Наконец, анализа деятельности субъекта как «преобразователя» поступающей информации [2].

Процесс учебного познания, его философский анализ показывает, что он подчиняется определенной логике, которую можно выразить словами: от сущности первого порядка, ко второму, третьему и т.д. Эту же логику познания можно описать формулой: от единичного к общему, а от него к предельно общему. Планируя такой путь познания при изучении любой темы курса физики, учитель не только выбирает определенные методы научного познания (эмпирические, теоретические), но и внутренний, и внешний планы его организации [4].

Потребности, мотивы и цели деятельности учащихся в соответствии с инструментальной основой их достижения (ЗУВ) составляют внутренние планы организации деятельности. Действия и операции как составляющие деятельности являются процессами преобразования отношений между потребностями субъекта и возможностями их удовлетворения. Реализация их зависит от самостоятельности и активности ученика, его деятельностного состояния, иными словами, от психологического анализа взаимодействия субъекта с миром. Внутренние и внешние планы организации этого взаимодействия и определяют самостоятельность и активность субъекта.

Самоорганизующая и самообучающаяся система «учитель-ученик» - это познающая кибернетическая система. Между управляющей системой - учителем и управляемой - учеником существует прямая и обратная связь [3]. Она настолько тесная, что управляющая система сама обеспечивает активность учени-

ка с учетом потребностей, мотивов, целей, дидактического инструментария обучения (ЗУВ) на основе деятельности, реализуемой, как процедурнооперационный её план, ориентированный на согласование системы «учитель-ученик» (рис. 1). Это согласование определяется выбором методов и приемов, форм и средств обучения, способов взаимодействия учителя и ученика. Эвристические методы и приемы обучения по физике могут способствовать установлению не только субъект-субъектных отношений между учителем и учеником, но и развитию активности и самостоятельности школьников.

Рассмотрим как на основе методологической, психологической и кибернетической моделей развития познавательной самостоятельности и активности учащихся XI класса при изучении вопросов геометрической оптики можно активизировать их деятельность. Тему «Геометрическая оптика» в курсе физики XI класса (как и все другие) учащиеся изучают с опорой на знания и сформированные в основной школе универсальные учебные действия.

В IX классе учащиеся изучали законы геометрической оптики, правила решения прямых и обратных задач на построение изображений предмета в зеркалах и линзах. В XI классе школьники, углубляют свои знания о световых явлениях, закономерностях распространения светового луча больше внимания уделяют вопросам, имеющим не только практическое значение, но и методологическое.

Например, рассматривая ход лучей в трехгранной призме понимают, что в ней луч многократно отражается и преломляется на границе раздела сред разной оптической плотности, именно оно приводит к «видимому» нарушению законов геометрической оптики - противоречию между знаниями, полученными в IX классе и в XI. Чтобы преодолеть противоречия ученики 11 класса должны проанализировать понятия «симметрия» и «ассиметрия», распространение светового луча в трёхгранной призме. Они должны понять, что законы отражения и преломления света являются

Составляющие модели познавательной самостоятельности и активности учащихся

Следящий орган

Исполнительный орган

Управляющий орган

ю я *

Внутренний план управляющей системы - обеспечение активности с учётом потребностей, мотивов, целей, инструментария (ЗУВы)________

Внешний план управляющей системы -процедурно-операционный план

Внешнее управление системой - программа обучения

О н в я

Потребность - мотив - цель инструментальная основа её достижений

ш

Выявление специфики состава и особенностей структуры методов исследования

Формирование умений рационального информационного потребления

Анализ специфики процесса научного познания

Избирательность и целенаправленность восприятия объектов мироздания

Законы диалектики познания Мировоззренческие основы познания Выявление структуры методов научного познания Изучение структуры научного познания Анализ процесса научного познания

X

К

И

о

к

РЭ

к

н

>4 о. сз а?

К ^ и И

К

X

к и о <1> и1 к и о ч о X

к

о

и

X

к и

к

н

о

о

и

кЛ

ч

<1>

н

ч

о

н

о

о

2

ей

о

3 К о и

кЛ

4

<р о

ч

<1>

ч

о

и

я

Рч

<1>

и1

к

и

о

ч

о

ч

о

н

<1>

<1>

(5

о

и

о

о

ей

и

ч

о

X

к

в

а

и1

подходов

следствием пространственно-временной симметрии законов природы, поэтому их изучение имеет важное методологическое значение. Законы геометрической оптики располагают большими возможностями для формирования метапред-метных знаний при рассмотрении симметрии геометрических форм, симметрии физических законов, диалектики симметрии и асимметрии природных явлений, процессов и закономерностей.

Таким образом, требования к учебным достижениям учащихся по геометрической оптике выражаются через совокупность результатов в области не только предметных, но и метапредметных и личностных знаний и умений, способов владения ими. Достичь их можно, если:

• Создать модели преломления света на границе раздела сред разной оптической

плотности и соотнести физическую модель с математической;

• Развить предметную компетенцию учеников, их способность и готовность при-

менять знания при решении практико-ориентированных задач на трехгранную

призму с использованием компьютерного моделирования;

• Обосновать противоречивость суждений о явлении преломления лучей в обо-

ротной призме (использование закона полного внутреннего отражения света);

• Преодолеть противоречия типа: «и-и», «ни-ни» на основе использования эври-

стических методов обучения. Например: могут ли два луча, пройдя через трехгранную призму, поменять свое направление: верхний станет нижним, а нижний - верхним;

• Обосновать идеи о симметрии положений, симметрии явлений, симметрии

законов природы при рассмотрении геометрических задач;

• Раскрыть идеи диалектики симметрии и асимметрии в научном познании мира;

идеи симметрии и необходимости, асимметрии и случайности;

• Организовать работу учащихся в группах, стимулируя их познавательную са-

мостоятельность и активность;

• Научить старшеклассников вести диалог, высказывать свое мнение (идеи), обосновывать их, выслушивать противоположные суждения.

Любое учебное занятие, как дидактическая единица организации образовательного процесса по физике, может успешно решать совокупность задач во взаимосвязи. Покажем, как эту связь можно осуществить при изучении световых явлений. Занятие включает три этапа учебно-познавательной деятельности учащихся:

I этап - актуализация знаний и умений, приобретённых учащимися в основной школе в процессе изучения законов геометрической оптики.

II этап - применение законов отражения и преломления света в новой ситуации при решении практических задач.

III этап - рассмотрение идей симметрии и асимметрии явлений, процессов, объектов, их роли в понимании диалектики необходимого и случайного (рефлексия).

На первом этапе при повторении явлений отражения и преломления света на границе раздела сред разной оптической плотности, отмечается общность законов отражения и преломления света. Обращается внимание на то, что эти законы связаны с законами сохранения энергии при прохождении света через среды с разными показателями преломления. Общность этих законов для любых сред позволяет решать задачи (прямые и обратные), при этом принцип симметрии является ведущим при построении изображения объекта в зеркалах и линзах (прямая задача) или в процессе нахождения линзы (зеркала), его фокуса по известному положению предмета и его изображения (обратная задача).

На втором этапе при изучении явления полного внутреннего отражения и хода лучей в трёхгранной призме учащиеся в групповой форме обучения, на основе эвристических приёмов и проблемных ситуаций преодолевают «кажущиеся противоречия». На третьем этапе в условиях собеседования в процессе использования диалоговой формы обучения на основе генерирования идей и ключевых вопросов, учитель активизирует учебно-познавательную деятель-

ность учащихся, развивает их познавательную активность. Моделируя на методологическом, личностном, кибернетическом уровнях процессы решения заданий на построение изображений предметов в зеркалах, линзах, призмах, учитель обосновывает важное философское положение: основу законов отражения и преломления света составляют законы сохранения принципа симметрии и асимметрии. Приведём фрагмент диалога между всеми участниками образовательного процесса (этап рефлексии).

Учитель: Как вы думаете, может ли мир быть идеально симметричным?

Ученик А: Если бы мир был симметричным, то тогда (насколько я понимаю ситуацию), в нём идеи сохранения и общности были бы ведущими. Тогда в этом мире ничего бы не менялось, не было бы различий между явлениями. В таком мире никакие события, объекты нельзя было бы наблюдать, потому что вчера, сегодня и завтра для них были бы одинаковыми. Поэтому мир не может быть симметричным.

Учитель: Тогда мир должен быть асимметричным?

Ученик А: Можно я продолжу? Если бы мир был полностью ассиметри-чен, он был бы ни на что не похожим (сиюминутным). В нём не было бы законов, которые бы сохранялись, потому что отсутствовали бы причинноследственные связи. Поэтому можно заключить, что реальный мир - это мир, в котором должна быть и симметрия, и асимметрия.

Ученик В: Как будто всё понятно и в то же время не очень.

Ученик С: Действительно, тоже не могу разобрать, что надо понимать под фразой «мир противоречив, он и симметричен, и асимметричен»?

Ученик Д: Используя знания по обществознанию, видимо, надо не просто говорить о симметрии, а следует иметь в виду диалектическую связь симметрии и асимметрии. Только как на основе их можно мир познавать?

Ученик А: У меня тоже возник вопрос: можно ли сказать, что процесс познания мира основан на познании принципов симметрии и асимметрии в единстве их, но как?

Учитель: Вы правы. Нельзя понимать процесс познания как только открытие новых симметрий, которые составляли бы базис современной теории, а их уравнения отражали бы идею законов сохранения. Вы знаете, что познание носит ступенчатый характер, последовательность которых определяется движением от простого к более сложному - от познания явлений, затем законов природы, наконец, принципов симметрии. Если законы природы объясняют явления, то принципы симметрии в диалектическом единстве с асимметрией - законы природы. Вспомним процессы интеграции электрических, магнитных и оптических явлений (XIX в.); создание теории относительности и квантовой механики; разработку теории великого объединения - электромаг-

нитного, ядерного и слабого взаимодействий (XX в.). Эти открытия не упростили, а усложнили научную картину мира. И понять её можно, если интеграция знаний диалектически будет связана с его дифференциацией, которая позволит детализировать процессы и закономерности.

Ученик В: И всё-таки я по-прежнему не прояснил для себя суть слов «диалектики симметрии и асимметрии». Может кто-нибудь приведёт пример и поможет разобраться в этом вопросе?

Ученик Г: Попытаюсь привести пример, думаю, он будет по теме. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева создана на основе классификации элементов. Если я правильно понимаю, то любая классификация предполагает как сохранение (определённую общность), так и изменение (различие) свойств элементов. Думаю так: симметрия свойств определённых элементов из разных периодов, составляющих группы, сочетается с асимметрией свойств элементов внутри одного периода.

Ученик А: Интересно, можно ли связать симметрию с красотой. Например, утверждать, что всё симметричное - красивое; несимметричное -некрасивое?

Ученик В: Человек - симметричен: две ноги, две руки, два глаза и т.д. Это красиво или привычно?

Ученик Е: Хочу привести такой пример: микрорайон состоит из пятиэтажных домов, построенных из бело-серого кирпича. Они все одинаковые, геометрически правильные, расположены вдоль прямых улиц, т.е. симметричны. Красиво ли это?

Ученик К: У меня тоже есть пример для сравнения. Красивая симметричная клумба с цветами и цветущий луг из разных «диких» цветов, на котором нет симметричных рисунков, красок. Что красивее? Мне кажется, гармонию и красоту вряд ли следует отождествлять с симметрией.

Ученик С: Может быть, я подумал, послушав все примеры, именно диалектика симметрии и асимметрии может дать понимание красоты. Например, красивая музыка (Лунная соната Бетховена) - это сочетание повторов (симметрии) с вариациями (асимметрией). Именно это сочетание и создаёт красоту в музыке.

Ученик М: Хочу дополнить. Мне пришла такая мысль, что художники, поэты достигают красоты и гармонии в своих творениях благодаря сочетанию уравновешенности (симметрии) с нарушением композиции (асимметрией).

Ученик В: Теперь я разобрался, думаю, и все присутствующие в сути понятия «диалектика симметрии и асимметрии». Но у меня возник новый вопрос: можно ли сказать, что между симметрией и информацией существует связь?

Ученик А: Думаю, что симметричному состоянию объекта, наверное, должна соответствовать меньшая информация. Потому что для симметричного объекта число возможных структур уменьшается, его поведение тоже становится ограниченным?

Учитель: Верно. Мы с вами, благодаря вашим вопросам, коснулись ещё одной, очень важной философской проблемы, связанной с необходимостью и случайностью. Необходимость связывают с симметрией, а случайность с асимметрией. Более того, симметрия и необходимость вносят в мир порядок, с другой стороны, симметрия и необходимость сокращают информацию (число альтернатив), что может привести в тупиковое состояние любую систему. В этих ситуациях случайность может быть спасительной, потому что она способна вывести систему из тупика. Именно она разрушает симметрию, превращает систему в открытую, а такая система подчиняется другим закономерностям, связанным с самоорганизацией. Последняя может «предложить» большее количество альтернативных решений, одно из которых приведёт к упорядочению системы, иными словами, к симметрии и необходимости, которая может быть временной.

Так построена наша жизнь: с одной стороны мы имеем дело с симметрией и необходимостью, с другой - с асимметрией и случайностью. Диалектика симметрии и асимметрии; необходимого и случайного и определяет процесс развития и саморазвития любых систем, в том числе живых, т.е. человека. Это вам хорошо известно из биологии. Всё рассмотренное имеет отношение к изучению любых вопросов курса физики, в том числе оптики. На конкретных примерах, рассматривая явление преломления света в призмах, мы поняли, что объяснить наблюдаемые закономерности можно на основе диалектики симметрии и асимметрии.

Изучая законы геометрической оптики, которые в большей степени связаны с симметрией не только положения, но и с симметрией закона сохранения энергии, мы обнаруживаем асимметрию свойств линейного распространения света в трёхгранных призмах. Частный случай позволил нам на основе приёма генерирования идей и ключевых вопросов разобраться в непростых вопросах таких, как диалектика симметрии и асимметрии, диалектика необходимого и случайного.

Таким образом, описанный пример изучения одного вопроса темы убеждают в том, что содержательная и процессуальная стороны обучения учащихся отдельным вопросам физики, связаны, причём содержание определяет выбор форм, методов и средств обучения. Преемственность в изучении материала, изученного ранее на первой ступени обучения (основная школа) можно установить, используя как коллективные, так и групповые формы обучения. Активизировать познавательную деятельность учащихся, развить их познавательную самостоятельность можно на основе заданий, включающих познавательные, проблемные вопросы. Диалог между учителем и учащимися имеет характер субъект - субъектного или субъект - объект - субъектного взаимодействия, он

позволяет учащимся проявлять активность и самостоятельность, которая не на-

вязчиво управляется учителем.

Библиографический список

1. Карасова, И.С. Изучение и обобщение физических теорий в школе и вузе

в условиях преемственности: монография / И.С. Карасова,

М.В. Потапова. - М.: «Прометей», 2003. - 200 с.

2. Новиков, А.М. Методология / А.М. Новиков, Д.А. Новиков. - М.: СИНТЕГ, 2007. - 668 с.

3. Оспенникова, Е.В. Использование ИКТ в преподавании физики в средней

общеобразовательной школе / Е.В. Оспенникова. - М.: Бином.

Лаборатория знаний, 2011. - 656 с.

4. Потапова, М.В. Эмпирические и теоретические подходы в изучении сложных и трудных вопросов курса физики старшей школы / М.В. Потапова // Наука и школа. - 2008. - № 3. С. 59-61.

5. Селевко, Г.К. Энциклопедия образовательных технологий: в 2 т. Т. 1 / Г.К. Селевко. - М.: НИИ школьных технологий, 2006. - 816 с.

6. Усова, А.В. Проблемы теории и практики обучения в современной школе: Избранное. - Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2000. - 221 с.

7. Федеральный закон Российской Федерации от 29 декабря 2012 г. № 273 -

ФЗ «Об образовании в РФ» / [Электронный ресурс]: http: //

www.rg.ru/2012/30obrazovanie.-dok.html

8. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли. Система заданий: пособие для учителя /[А.Г. Асмолов, Г.В. Бурменская, М.А. Володарская и др]; под ред. А.Г. Асмолова: - 2-е изд. - М.: Просвещение, 2011. -159с.

Bibliography

1. Karasova, I.S. The study and synthesis of theories of physics in schools and universities in succession: monograph / I.S. Karasova, M.V. Potapova. - M.: "Prometheus", 2003. - 200.

2. Novikov, A.M. Methodology / A.M. Novikov, D.A. Novikov. - Moscow: SINTEG, 2007. - 668 p.

3. Ospennikova, EV The use of ICT in the teaching of physics in / EV Ospennikova. - M. Bean. Knowledge Laboratory, 2011. - 656 p.

4. Potapova, M.V Empirical and theoretical approaches in the study of complex and difficult issues of high school physics course / secondary school M.V. Potapova / / Science and the school. - 2008. - № 3. S. 59-61.

5. Selevko, G.K. Encyclopedia of Educational Technology: in 2 vols 1 / G.K. Selevko. - M.: Institute of Technology School, 2006. - 816.

6. Usova, A.V. Problems of the theory and practice of teaching in today’s schools: Selected. - Chelyabinsk: Chelyabinsk State Pedagogical Publishing House, 2000. - 221 p.

7. Federal Law of the Russian Federation dated 29 December 2012 № 273 - FZ "On Education in the Russian Federation" / [electronic resource]: http:// www.rg.ru/2012/30obrazovanie.-dok.html

8. Formation of universal training activities in elementary school:from activity to thought. System of training: allowance for teachers /[A.G. Aasmolov, G.V. Burmenskaya, M.A. Volodarskaya etc.]; edited by A.G. Asmolov: - 2 ed. - M.: Education, 2011. - p. 159.