Содержание и методика организации элективного курса по истории фундаментального физического эксперимента

УДК 53

ББК В3р

Ремизова Елена Сергеевна аспирант г. Пермь Remizova Elena Sergeevna

Post-graduate

Perm

Содержание и методика организации элективного курса по истории фундаментального физического эксперимента Contents and Methodology of the Elective Courses Organization on Fundamental Physical Experiment History

В статье рассматривается методика организации элективного курса по истории фундаментального физического эксперимента с применением средств ИКТ. Обсуждаются вопросы разработки цифровых дидактических материалов для организации занятий курса.

The article deals with planning the elective courses on fundamental physical experiment history by means of information technologies. Preparation of didactic materials for organization of students’ work with the materials on physics history is discussed in the article as well.

Ключевые слова: элективный курс, информационные технологии, учебно-методический комплекс, методические материалы.

Key words: elective course, information technologies, educational-and-methodical complex, methodical materials.

Знание истории физики является неотъемлемой частью полноценного физического образования, важной составляющей содержательной, методологической и общекультурной подготовки современного школьника. В проекте государственного образовательного стандарта необходимость изучения истории науки выражена через формулировку требований к уровню подготовки учащихся. Отмечается, что «......ученик должен: знать вклад российских и зару-

бежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики, описывать фундаментальные опыты» [1].

Изучение учащимися вопросов истории науки (в частности истории фундаментального естественнонаучного эксперимента) способствует: повышению качества освоения учебной программы предметов естественнонаучного блока; более глубокому осмыслению вопросов методологии познания и формированию естественнонаучного стиля мышления; пониманию роли науки и роли личности в науке, осознанию взаимосвязи и взаимовлияния наук в ходе их ис-

торического развития; развитию умений и навыков самостоятельной работы с различными источниками информации; росту интереса к изучению предметов естественнонаучного цикла.

На современном этапе материалы по истории научного знания представлены не только в полиграфическом формате, но и в цифровом. Возникла и развивается широкая сеть образовательных порталов и сайтов, включающих разнообразные сведения по истории науки. Обогащаются способы представления исторической информации (текст, графика, видео, аудио, анимации, интерактивные модели и пр.). Развивается система сетевых сервисов, поддерживающих работу школьников материалами по истории научного знания (например, Википедия). В условиях развития ИКТ-насыщенной образовательной среды организация самостоятельной работы учащихся по изучению вопросов истории науки претерпевает изменения: обновляется не только содержание учебной деятельности школьников, но и ее инструментарий.

Освоение школьниками материалов по истории развития научного знания может осуществляться в рамках как очных, так и дистанционных элективных курсов. Для решения этой задачи необходима подготовка дидактических материалов для учащихся и соответственно методических материалов для учителя, помогающих ему организовать самостоятельную работу школьников как с полиграфическим, так и с цифровым учебным контентом.

Основная цель настоящего исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке содержания элективного курса по истории фундаментального физического эксперимента (ФФЭ), ориентированного на использование образовательного потенциала современной ИКТ-насыщенной предметной среды.

Теоретическая значимость и новизна исследования заключаются в определении содержания и разработке методики организации элективного курса по истории ФФЭ, базирующегося на применении средств ИКТ в учебной деятельности школьников.

Анализ существующих на сегодня программ элективных курсов по предметам естественнонаучного цикла показал, что в настоящее время отсутствуют

элективные курсы по истории физического эксперимента, которые бы опирались на использование при их организации образовательных возможностей виртуальной информационной среды. В нашем исследовании поставлена задача разработки программы и содержания такого учебного курса. Основу разработки структуры и содержания курса составила классификация фундаментальных физических опытов Г.М. Голина. В содержание курса вошли: 1) опыты, благодаря которым было положено начало новым разделам (направлениям) науки (такие опыты, как правило, называют фундаментальными); 2) опыты, с помощью которых была доказана справедливость фундаментальных теорий; 3) опыты -«решающие эксперименты», окончательно отвергнувшие или подтвердившие справедливость теоретического предположения (гипотезы); 4) опыты, позволившие открыть отдельные явления природы; опыты, позволившие установить свойства и закономерности, открытых ранее явлений; 5) опыты, в которых определяется точное значение величин и постоянных; 6) опыты и исследования по созданию новых экспериментальных средств и методов, новых материалов, техническому использованию открытых явлений [2, с. 43].

Каждый исторический эксперимент представлен в содержании курса относительно самостоятельным учебным модулем. В состав модуля входят: 1) описание ФФЭ по обобщенному плану изучения научного факта; 2) опорный конспект по содержанию ФФЭ; 3) презентация опорного конспекта (в МБ РР) (иллюстрации, звуковое сопровождение); 4) информация о жизни и деятельности ученого, осуществившего постановку опыта (по обобщенной схеме); 5) презентация биографии ученого (в МБ РР) (иллюстрации, звуковое сопровождение); 6) сценарий интерактивной модели ФФЭ для виртуальной среды; 7) виртуальная модель ФФЭ (анимация, демонстрационная модель, интерактивная модель или симулятор); 8) инструкция к работе с моделью (по обобщенной схеме); 9) источники информации (библиографический список, ссылки на интернет-источники, перечень СБ /ОУБ); 10) задания для самостоятельной работы учащихся по изучению содержания опыта, в том числе с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды; 11) рекомендации к выполнению

заданий; 12) тест для контроля (самоконтроля) уровня усвоения учащимися содержания ФФЭ и истории его постановки.

В модуле представлены материалы для учителя: 1) каталог цифровых иллюстраций к ФФЭ, составленный по результатам работы с информационными источниками, 2) УМК учебного занятия (урока, учебной конференции, учебного семинара, лабораторного занятия и пр.).

Предложенная структура учебного модуля в полной мере обеспечивает реализацию принципа активности и самостоятельности в обучении, поскольку ориентирована на использование учителем разнообразных видов и форм учебной работы школьников.

Согласно базовому учебному плану элективные курсы в старших классах средней школы (естественно-математический и гуманитарный профили) формируются из расчета 12 учебных часов в неделю. Рекомендуется включение в учебный план не менее 3-х учебных курсов. Это позволяет варьировать учебные часы, отводимые на отдельные элективные курсы. Минимальный полугодовой курс - 34 учебных часа (2 часа в неделю), максимальный годовой курс -136 учебных часов (4 часа в неделю).

В зависимости от объема планируемой учебной нагрузки элективные курсы по истории ФФЭ могут формироваться из разных модулей и включать различное число исторических опытов. Основания для объединения модулей в единый курс могут быть следующими: 1) по роли эксперимента в истории развития физической науки (см. классификацию Г.М. Голина); 2) области физического знания, учебной теме; 3) профилю обучения (гуманитарный, естественноматематический, технологический). Согласно указанным основаниям могут быть предложены достаточно разнообразные по тематике элективные курсы, например: 1) «Решающие эксперименты в физической науке», «История развития экспериментальной физики и техники», «Эксперимент в истории становления фундаментальных физических теорий».; 2) «Экспериментальные исследования в истории развития статистической физики», «Великие эксперименты в физике ХХ века. Атомная и ядерная физика»; 3) «История развития

научного эксперимента: физика, химия, биология, «Выдающиеся физики-экспериментаторы ХХ века» и др.

Рассмотрим ключевые составляющие учебного процесса, организуемого в рамках элективных курсов по истории физического эксперимента.

Цели курса - формирование у учащихся системы знаний о содержании, основных этапах и закономерностях развития фундаментального физического эксперимента; совершенствование экспериментальных умений учащихся; освоение опыта использования средств ИКТ при изучении вопросов истории науки.

Задачи курса:

1. Углубление знаний учащихся об экспериментальном методе научного познания природы на основе знакомства с историей постановки фундаментальных физических экспериментов.

2. Совершенствование экспериментальных умений, в том числе обобщенных.

3. Развитие умений и навыков учащихся в решении физических задач за счет включения в учебный процесс аналитических и экспериментальных задач исторического содержания.

4. Формирование практических умений и навыков использования компьютерных технологий при изучении вопросов истории ФФЭ:

• работа с традиционными и цифровыми источниками информации по истории физики: поиск, отбор, обработка (редактирование и структурирование) информации, подготовка сообщений, рефератов, докладов;

• использование сетевых сервисов Интернет в самостоятельной работе по изучению вопросов истории науки;

• работа с виртуальными моделями, тестами, тренажерами, симуляторами;

• представление результатов работы с историческим материалом в форме электронных презентаций, м^еЬ-страниц и пр., включающих «готовые» цифровые иллюстрации;

• разработка авторских презентационных материалов по истории физического эксперимента на основе самостоятельно созданных простейших цифровых объектов (рисунков, схем, таблиц, анимации, фото и видео-материалов);

5. Развитие умений и навыков совместной работы по решению исследовательских задач, приобретение опыта ведения дискуссии по изучаемой проблеме, подготовки отчета о результатах коллективной работы, защиты творческого проекта.

6. Развитие познавательного интереса к изучению физической науки, интеллектуальных и творческих способностей учащихся в процессе самостоятельной работы с различными источниками информации, средствами современных информационных технологий.

При разработке содержания элективного курса основной акцент делается на углубление знаний по предмету (понимание сущности физических процессов, законов и фактического материала по истории фундаментального физического эксперимента) и реализацию инновационной учебной деятельности учащихся. Учащиеся приобретают дополнительные знания по истории постановки ФФЭ.

Методы обучения, применяемые в рамках данного элективного курса, должны быть достаточно разнообразными. Познавательную деятельность учащихся на занятиях необходимо строить в виде: 1) передачи «готовой» информации (рассказ и объяснение учителя, презентация учебного материала, демонстрация опыта и др.); 2) работы учащихся с источниками «готового» знания (с учебной литературой по истории науки, видео- и аудиоресурсами, электронными ресурсами на СБ и сайтами исторического содержания) с целью отбора, обобщения и систематизации исторического материала, подготовки сообщений, докладов, рефератов; 3) самостоятельной творческой работы учащихся: постановка и выполнение натурного эксперимента в его исторической версии; решение исследовательских экспериментальных задач исторической тематики; разработка компьютерных моделей исторического эксперимента (демонстрационных, интерактивных), разработка элементов цифрового учебного модуля по истории учебного эксперимента (см. выше структуру модуля) и т.п.

Для реализации указанных методов обучения необходимо определить систему заданий для самостоятельной работы учащихся. При разработке заданий следует учитывать требуемый уровень освоения материала по истории науки и уровень творческой активности учащихся. Задания для самостоятельной работы учащихся могут быть разных типов. Это: 1) вопросы, включающие анализ материалов истории научного знания; 2) задачи, составленные по материалам истории науки; 4) лабораторные работы исторического содержания; 5) тесты по истории науки; 6) дидактические игры исторической направленности (ребусы, кроссворды, сканворды, лото и пр.); 7) исследовательские проекты для индивидуальной и групповой самостоятельной работы учащихся по материалам истории науки

Выбор форм организации учебных занятий по истории научного знания определяется темой, задачами занятия, профилем класса, уровнем развития интереса учащихся к истории физики и их творческой активностью. Это могут быть: учебные лекции, конференции, семинары, лабораторные работы, (в том числе, по компьютерному моделированию исторического физического эксперимента). В случае повышенного интереса учащихся к изучению вопросов истории физики будет целесообразной и внеурочная деятельность учащихся. Им будут интересны тематические вечера, экскурсии, викторины, конкурсы по истории науки и пр. Возможна коллективная творческая работа учащихся по истории научного эксперимента с использованием сетевых сервисов (например, ВИКИпедия «История научного эксперимента. Физика»).

Нами разработаны программы и тематическое планирование учебных модулей в составе элективного курса «Эксперимент в истории развития физической науки» по разделам «Гидростатика», «Молекулярная физика», «Электричество». Программа каждого раздела рассчитана на 14 часов и включает в себя два блока: 1) теоретический, связанный с изучением нового учебного материала (методы обучения: объяснение, демонстрация презентаций, слайд-фильмов; работа учащихся с учебной литературой и цифровыми ресурсами; подготовка докладов и рефератов; прослушивание устных выступлений, подготовленных

одноклассниками); 2) практический, связанный и формированием и отработкой у учащихся учебных умений и навыков (методы обучения: самостоятельные учебные исследования: постановка и проведение натурных экспериментов исторической тематики, выполнение компьютерных модельных экспериментов; разработка компьютерных моделей исторических экспериментов и их исследование; подготовка презентационных материалов к устным выступлениям, разработка тематических настенных экспозиций, Web-страниц для школьного сайта;).

По каждой учебной теме («Гидростатика», « Молекулярная физика», «Электричество»), подготовлен комплект цифровых дидактических средств обучения, включающий учебные модули по истории физического эксперимента. В состав комплекта входят методические рекомендации учителю.

Разработка содержания и структуры ресурса проводились в рамках конкурсного проекта «Информатизация системы образования» (2005-2008 гг), реализованного Национальным фондом подготовки кадров. Предложенная нами (Е.В. Оспенникова, Е.С. Ремизова, ПГПУ, г. Пермь) концепция ресурса была одобрена экспертами НФПК. На основе данной концепции при нашем участии совместно с компанией ООО «Физикон» был разработан информационный источник сложной структуры (ИИСС) «История научного эксперимента». Данный ресурс (демонстрационная версия) размещен в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов по адресу: http://school-

collection.edu.ru/catalog/rubr/cd285216-eb96-a7b2-0127-01c6a1db4b31/113676/?. Ниже приведены фрагменты ресурса (рис.1, 2).

Практическая значимость исследования состоит в разработке программы элективного курса «История научного эксперимента. Физика», подготовке учебных модулей к сопровождающему данный курс информационному источнику сложной структуры (ИИСС) «История научного эксперимента», разработке методических рекомендаций для учителей по использованию данного ИИСС в учебном процессе.

Рис. 1

Рис. 2

Изучение учащимися истории становления эмпирического и теоретического научного знания в рамках элективного курса с использованием традиционных и цифровых ресурсов по истории фундаментального физического экспери-

мента позволит им глубже осознать структуру предмета физики как науки, ценность достижений науки в процессе ее развития, будет способствовать освоению ими методологии научного поиска в его историческом контексте и формированию у них на этой основе естественнонаучного и исторического стилей мышления, совершенствованию ключевой и специальной предметной ИКТ-компетентности учащихся.

Библиографический список

1. Голин, Г. М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы: кн. для учителя./ Г.М. Голин - М.: Просвещение, 1987.-315c.

2. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования, специальность «Теория и методика обучения и воспитания (физика)/ www.edu.ru .

3. Оспенникова, Е. В. Изучение вопросов истории физической науки в средней общеобразовательной школе в условиях применения информационных и коммуникационных технологий обучения. История фундаментального физического эксперимента [текст]: учеб.-метод. Пособие/Е.В. Оспенникова, Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова - Пермь: ПГПУ. - 2007. - 193 с.

Bibliography

1. Golin, G.M. Methodology of Physics in the Course of Secondary School: Teacher’s Book / G.M. Golin - M.: Education, 1987.-315c.

2. State Educational Standard of Higher Education, Specialty “Theory and Methodic of Teaching and Training (Physics) [Electronic Resourse]. - Access Mode: www.edu.ru .

3. Ospennikova, E.V. Studying the History of Physics in Secondary School in Context of Using Information Technologies of Education. The History of Physical Fundamental Experiment. [Text] / E.V. Ospennikova, N.A. Ospennikov, E.S. Remizova. - Perm: PGPU. - 2007. - 193 p.