Изучение прикладной физики в средней школе с применением средств ИКТ

У МЕТОДИКА И ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ РЕСУРСОВ И ИНСТРУМЕНТОВ В ОБУЧЕНИИ

УДК 371.214.46

И.В. Ильин

ИЗУЧЕНИЕ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ ИКТ

Ключевые слова: прикладная физика, принцип политехнизма, метатехническое знание, техника, технический объект, техносфера, факультативные курсы, элективные курсы, информационно-коммуникационные технологии обучения.

В статье рассматривается проблема изучения прикладных вопросов физики в средней общеобразовательной школе. Приводится сравнительный анализ учебных программ, а также программ факультативных и некоторых элективных курсов по физике с точки зрения реализации принципа политехнизма в обучении.

Формулируется проблема формирования у учащихся технических понятий широкой степени общности. Раскрывается содержание данных понятий. Обсуждается возможность применения средств ИКТ в формировании учащихся обобщенных представлений о структуре и содержании современного технических знания.

Школьное физическое образование формировалось в процессе многолетней практики преподавания физики в общеобразовательных учреждениях России. В содержании курса физики всегда в том или ином объеме были представлены прикладные вопросы. Изучение физических основ техники является основой для формирования у учащихся представлений о роли физической науки в научно-техническом прогрессе (НТП) общества. Впоследствии политехнические знания, приобретенные в школьном курсе физики, становятся основанием для изучения общетехнических и специальных дисциплин, современной техники и технологий в высшей профессиональной школе.

Проблема изучения вопросов техники в курсе физики средней школы всегда рассматривалась как составляющая более общей проблемы политехнического обучения. Еще П.А. Знаменский [3, с.36] в середине 60-х годов прошлого столетия писал, что политехническое обучение имеет своей целью теоретическое и практическое знакомство учащихся с научными принципами главнейших отраслей техники, промышленного производства и сельского хозяйства; обучение учащихся практическим и техническим умениям и навыкам. Автор подчеркивал, что к задачам политехнического обучения относятся не столько изучение отдельных областей техники, а сколько освоение основ физики в ее тесной взаимосвязи с техникой.

В специализированной литературе [1, 2, 14, 15] раскрываются пути и методы реализации принципа политехнизма. Также практически во всех учебниках по методике преподавания физики присутствуют главы, раскрывающие методы реализации принципа политехнизма.

© Ильин И.В., 2010

На сегодняшний день к ключевым задачам политехнического обучения относятся: ознакомление учащихся с главными направлениями научно-технического прогресса и физическими основами функционирования технических устройств, развитие творческих технических способностей учащихся [6, с.41]. Технические сведения, предлагаемые учащимся на уроке, необходимо органически связывать с программным предметным материалом, углублять и конкретизировать его, не нарушая систему и логику курса физики.

Осуществление политехнического обучения предъявляет особые требования к учителю физики, который должен быть хорошо знаком с новейшими достижениями науки и техники. К его профессиональным задачам относятся не только изложение отдельных примеров и фактов, показывающих практическое применение физических законов, но и формирование у учащихся завершенной системы политехнических знаний, умений и навыков.

Многие методологи формулируют задачи курса физики в осуществлении политехнического обучения учащихся, в частности В.Г. Разумовский и др. [15, с. 160]: вооружение учащихся знаниями о физических принципах современного производства и развитие на этой основе научно-технического мышления; формирование у учащихся умения применять знания для решения физико-технических задач и способности к широкому переносу знаний и умений; выработка у учащихся умений и навыков использования наиболее распространенных контрольно-измерительных приборов, приборов управления и регулирования, источников энергии; формирование личностных качеств, бережное отношение к объектам природы и техники, профессиональная направленность.

При определении содержания прикладных вопросов в курсе физики исходят из необходимости освещения физических основ ведущих отраслей техники и технологии: энергетики, машиностроения, контрольно-измерительная техники и устройств, регулирующих технологические процессы (элементы автоматики, электроники), транспорта (автомобильного, железнодорожного, воздушного, водного, трубопроводного), связи (телефон, радио, телевидение), механических, тепловых, электрических способов обработки материалов, обработки и изготовления материалов с помощью давления, различного рода излучений и др., военной техники. Эти сведения должны быть органически связаны с учебным материалом фундаментального характера, углублять и конкретизировать его, не нарушая систему и логику курса физики как науки. Также в школах распространяется практика, когда в качестве основы для систематизации политехнического материала берут главные направления технического прогресса в сопоставлении с соответствующими разделами курса физики: механика — механизация производства; молекулярная физика — создание новых материалов с заданными свойствами; основы термодинамики — тепловые двигатели и теплофикация; электродинамика - электрификация и радиотехника; квантовая физика — ядерная энергетика и т. п. [16].

В методической литературе В.Г. Разумовский и др. [15] выделяют следующие формы и методы осуществления политехнического обучения в курсе физики: объяснение учителем практических приложений физических явлений и законов; демонстрация принципов действия машин и технических установок; демонстрация кино- и телефильмов с физико-техническим содержанием; решение физических задач с технико-производственными данными; проведение экскурсий на производство; организация самостоятельных наблюдений, конструирования, технических разработок; лабораторные работы, посвященные изучению технических объектов (электромагнитное реле, люминесцентная лампа, действующая модель радиоприемника и т. п.); работа отдельных учащихся в физико-технических кружках; организация внеклассного чтения популярной научно-технической литературы и выставок такой литературы в школе; организация факультативных курсов по прикладной физике.

Вопросам техники уделялось внимание в программах по физике разных поколений. В частности, в 80-х годах XX века программа по физике составлялась с учетом наиболее важных и интересных практических применений физики этого исторического периода. В программе указывалось, что: «...изучение законов физики целесообразно иллюстрировать примерами из техники: ... это элементы баллистики в механике, подводное плавание в гид-

ростатике, применение ультразвука для локации и электромагнитных волн для радиолокации т. п.» [13, с.5-6].

Во вступительном разделе к примерной программе по физике конца 80-х годов обозначен подраздел «Физика и техника», свидетельствующий о важности изучения вопросов техники в школьном курсе физики. Вопросы техники в этот период были включены также в содержание факультативных курсов разных типов. Основные разработчики факультативных курсов в СССР О.Ф. Кабардин, В.А.Орлов разрабатывали для учащихся факультативные курсы разных типов: спецкурсы по физике, курсы повышенного уровня, курсы прикладной физики, факультативные курсы с межпредметным содержанием [10, с.4-5].

На факультативных спецкурсах изучался какой-либо раздел физики, компенсирующий отсутствие некоторых важных тем в программе основного курса. Такую роль на протяжении ряда лет выполнял факультативный курс «Оптические явления». Курсы повышенного уровня строились на более глубоком изучении отдельных разделов школьного курса физики. К таким курсам можно отнести курсы «Основы термодинамики и молекулярной физики», «Элементы статистической физики». В рамках этих курсов шел процесс улубления знаний, полученных на уроке, осуществлялось знакомство с основными направлениями научно-технического прогресса. Совместно основным курсом физики курсы повышенного уровня определяли содержание подготовки учащихся по предмету в специализированных школах (классах) с углубленным изучением физики. Политехнический материал в рамках таких курсов изучается не фрагментарно, а целыми блоками (тепловые двигатели, физические основы электротехники, физические основы радиотехники, оптические приборы, спектроскопия).

В этот период преподавались такие курсы, как «Физико-техническое моделирование», «Прикладная физика с изучением основ механизации», «Прикладная физика на материале автоматики», «Прикладная физика с изучением физических основ электроники», «Физика и сельское хозяйство» и др. Основными задачами курсов прикладной физики являлось знакомство учащихся с важнейшими путями и методами использования физических законов и явлений для формирования и развития интереса к современной технике.

В рамках факультативного курса «Физико-техническое моделирование» учащиеся обучались конструированию приборов и моделей, основанных на физических явлениях и закономерностях. Тем самым не только удовлетворялись интересы учащихся, склонных к конструкторской деятельности (проводилась самостоятельная работа по изготовлению сконструированных приборов и устройств), но и развивались их творческие способности в области техники, осуществлялось более глубокое осознание и усвоение программного материала основного курса физики на уровне применения знаний в незнакомых условиях. Имела место систематизация знаний об основных принципах действия технических устройств и современной техники.

Основной целью курса «Прикладная физика с изучением основ механизации» являлось применения знаний, полученных при изучении основного курса, к производственнотехническим объектам и технологическим процессам. Учащиеся приобретали знания физических основ механизации и автоматизации производства.

Факультативный курс «Прикладная физика на материале автоматики» был ориентирован на изучение физических принципов действия элементов автоматики и простейших автоматических устройств, широко применяемых в практике. Изучались физические принципы работы датчиков, преобразователей сигналов, исполнительных элементов и автоматических устройств.

Курс «Прикладная физика с изучением физических основ электроники» знакомил учащихся с физическими принципами действия электронных приборов, с физическими основами радиопередачи и радиоприема, телевидения, импульсной техники, электронно-вычислительной техники.

В курсе «Физика и сельское хозяйство» речь велась об устройстве механизмов, машин, применяемых в сельском хозяйстве, практические работы велись на объектах сельскохозяйственного производства.

Прикладные факультативные курсы, как правило, предполагали опору на знания, полученные учащимися при изучении математики, химии, трудового обучения, черчения. Реализация межпредметных связей в рамках таких факультативов была вполне целесообразной. Вместе с тем в тот период были распространены и специализированные факультативные курсы физики межпредметного содержания: «Физика — астрономия», «Физика — математика — информатика и вычислительная техника», «Физика и экология» и др.

Программа факультатива «Физика - астрономия» включала в себя курсы: «Земля во Вселенной», «Основы космонавтики», «Физика космоса», основной идеей которых было наблюдение астрономических явлений и объектов, изготовление несложных приборов, раскрытие роли космонавтики в современном мире, постановка модельных опытов, построение траекторий полетов космических кораблей, знакомство с методами астрофизических исследований. Система факультативов «Физика — математика — информатика и вычислительная техника», в которую входили «Элементы кибернетики» и «Физика и компьютер», объектом изучения ставила элементы микроэлектроники и на их основе принципы работы компьютера. Приоритет отдавался ознакомлению учащихся с направлениями научно-технического прогресса, в которых применялась вычислительная техника. Факультативы по «Физике и экологии» включали курсы «Техника и окружающая среда», «Биосфера и человек» и др. В рамках этих факультативов учащимися изготовлялись модели технических устройств (гидрогенератора, солнечной электростанции, МГД-генератора, очистных сооружений, электрофильтра) [10, с.6-23].

Итак, внедрение факультативных курсов в практику работы средней школы повышало интерес учащихся к физике и технике, развивало их творческие способности, ориентировало на выбор профессий физико-технического профиля.

В советский период у молодежи были популярны журналы «Юный техник» и «Техника молодежи».

В первом номере журнала «Юный техник», датируемом 1 сентября 1956 года, сразу же говорится, что журнал будет знакомить учащихся с основами науки и техники. В журнале рассказывалось о новейших проектах, которые еще не были воплощены в жизнь. Новый журнал помогал учиться обращаться с инструментами и мастерить, постигать основы технического творчества. Здесь помещались чертежи моделей, которые учащиеся могли сделать собственными руками. Рассказывалось о конструкторских бюро, где рождаются чертежи машин и сооружений. Проводились «экскурсии» по фабрикам, заводам, электростанциям. С каждым номером журнала выходило приложение «ЮТ для умелых рук» (с 1991г. это приложение к журналу стало называться «Левша»). В приложении имелась рубрика «Сделай сам», в которой были приведены инструкции по ручной сборке различных технических объектов (модели вертолета, самодельного радиоприемника, настольной аэродинамической трубы, домашнего настольного хоккея и др.).

Журнал «Техника молодежи» выходил с 1933 года и стал пропагандистом и организатором массового любительского технического движения молодежи, ориентированного на овладение новыми знаниями и удовлетворение технической любознательности, становление индустриально-технической культуры. В статьях журнала раскрывались перспективы развития отдельных отраслей производства, освещалось содержание актуальных научных и технических проблем, оказывалась консультативная помощь молодым рационализаторам и изобретателям.

В советский период были популярны Станции юных техников (СЮТ) - внешкольные детские учреждения, являвшиеся организационными и инструктивно-методическими центрами работы по технике со школьниками. Первая Станция юных техников открылась в 1926 г. в Москве. В конце 20-х гг. СЮТ организуют в стране работу по развитию детского

технического творчества (моделизм, электроника и автоматика, радиоэлектроника, прикладное творчество, астрономия, художественное моделирование и конструирование), профессиональной ориентации учащихся, проведению соревнований по техническим видам спорта и др. При СЮТ действуют различные кружки, клубы, конструкторские бюро, юношеские организации Всесоюзного общества изобретателей и рационализаторов и др. Во время каникул организуется обучение школьников в лагерях юных техников. Помимо СЮТ, существует около 1,4 тыс. домов и клубов юных техников (в системе профсоюзов), детские железные дороги, речные пароходства и др.

Система факультативных курсов политехнического содержания, СЮТ, чтение научно-популярной литературы и др. в комплексе являлось мощной поддержкой основного курса физики в плане знакомства учащихся с современным уровнем развития физической науки и техники и основными направлениями НТП.

В настоящее время важность изучения вопросов техники в школьном курсе физики определяется Государственным образовательным стандартом, в котором говорится о необходимости «...применения знаний по физике для объяснения принципов работы технических устройств...», «...воспитания уважения к творцам науки и техники, обеспечивающим ведущую роль физики в создании современного мира техники...», «...использования приобретенных знаний и умений для решения практических, жизненных задач...». В результате изучения физики выпускник должен: «...уметь использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для обеспечения безопасности жизнедеятельности в процессе использования транспортных средств, бытовых электроприборов, средств радио- и телекоммуникационной связи». Кроме того, в стандарте обращается внимание на важность формирования у учащихся умения применять полученные знания в практической деятельности и повседневной жизни при использовании «...транспортных средств, электробытовых приборов, электронной техники; контроля за исправностью электропроводки, водопровода, сантехники ...» (Государственный стандарт среднего (полного) общего образования: http:

//www.edu.ru/db/portal/obschee/).

Положения стандарта находят свое отражение в примерной программе по физике и в авторских учебных программах. Отметим, что содержание примерной учебной программы с точки зрения политехнической подготовки учащихся существенных отличий не претерпело по сравнению с программами 80-х гг. Анализ авторских учебных программ показал, что в них существуют отличия в содержании политехнического обучения. В одних программах этому направлению уделяется больше внимание, в других - меньше.

В настоящее время основной курс физики поддерживается уже не системой факультативных курсов, а курсами по выбору и элективными курсами. Элективные курсы, входящие в состав того иди иного профиля обучения на старшей ступени школы и являясь обязательными для учащихся, не только поддерживают изучение предметов профиля, но и служат для внутрипрофильной специализации. Некоторые современные элективные курсы насыщенны вопросами технического содержания. Примерами таких курсов являются авторские курсы: «Астрономия и физика космоса», «Прикладная физика», «Основы электротехники» и некоторые др.

Исходя из изложенного видно, что современный школьный курс физики нацелен на решение задачи ознакомления учащихся с физическими основами функционирования отдельных технических устройств. Вместе с тем в современных учебных программах не ставится задача формирования у учащихся метапонятийного (надпредметного) аппарата, связанного с такой областью знания, как техника. На наш взгляд, является весьма важным вооружение учащихся не только конкретным техническим знанием, но и формирование у них наиболее общих представлений о современной техносфере и стратегии ее развития на современном этапе, роли физики как науки в этом развитии. Должна быть поставлена задача формирования у учащихся технических понятий широкой степени общности, в

частности такого понятия, как «техносфера», и составляющих ее содержание менее общих технических понятий.

Исследователи вопросов методологии техники (В. Н. Белозерцев, Э.В. Бурсиан,

B.Г. Горохов, В.Д. Евдокимов, А. А. Зворыкин, П. С. Кудрявцев, Г.В. Осипов, Ю.С. Мелещенко, А.И. Половинкин, B.C. Поликарпов, М. А. Розов, А.Г. Спиркин, B.C. Степин,

C.В. Шухардин, П.К. Энгелъмейер и др.) предлагают различные определения понятия «техника» и понятий, связанных с ним (техносфера, технический объект, прибор, инструмент, машина, технология и др.).

Попытки уточнить содержание понятия «техника» были предприняты в работах ученых-физиков, исследователей по истории науки и техники, философов, социологов, историков. Анализ опубликованных работ показал, что данный термин не имеет однозначного толкования. Авторы с этой целью используют разные способы построения определения понятия: 1) определение через ближайший род и видовые отличия; 2) построение генетического определения, в котором указывается способ происхождения объекта; 3) определение через описание внешних признаков объекта познания; 4) через разъяснение его назначения и основных функции и др.

Философский контекст определения данного понятия рассмотрен в работах П.К Энгельмейера, А.Г. Спиркина, В.А. Канке, B.C. Степина, В.Г. Горохова, М.А. Розова, Ю.С. Мелещенко и др.

На рубеже XIX-XX столетий отечественный исследователь П.К Энгелъмейер следующим образом характеризаует понятие «техника»: «Своими приспособлениями она усилила наш слух, зрение, силу и ловкость, она сокращает расстояние и время и вообще увеличивает производительность труда. Наконец, облегчая удовлетворение потребностей, она тем самым способствует нарождению новых ... Техника покорила нам пространство и время, материю и силу и сама служит той силой, которая неудержимо гонит вперед колесо прогресса» [цит. по 12, с. 10].

A.Г. Спиркин под техникой понимает систему созданных средств и орудий производства, а также приемы и операции, умение и искусство осуществления трудового процесса. В технике, по мнению автора, «... человечество аккумулировало многовековой опыт, приемы, методы познания и преобразования природы, воплотило все достижения человеческой культуры ... Будучи продолжением и многократным усилением органов человеческого тела (рук, ног, пальцев, зубов, глаз и других органов чувств, а ныне и мозга, например, компьютеры), определенные технические устройства в свою очередь диктуют человеку приемы и способы их применения. Техника возникает, когда для достижения цели вводятся промежуточные средства. Таким образом, техника как «производительные органы общественного человека» есть результат человеческого труда и развития знания и одновременно их средство. Цель и функция техники — преобразовывать природу и мир человека в соответствии с целями, сформулированными людьми на основе их нужд и желаний» [17].

B.А. Канке в своих работах подчеркивал, что техника есть совокупность артефактов, создаваемых и используемых методами инженерной деятельности. Автор выделяет этапы развития техники. Первоначально, на этапе ручного труда, техника имела в основном инструментальное значение. Технические инструменты продолжали, расширяли возможности естественных органов человека, увеличивали его физическую мощь. На этапе машинизации техника становится самостоятельной силой, труд механизируется. Техника как бы отделяется от человека, который, однако, вынужден находиться рядом с ней. На третьем этапе развития техники, в результате комплексного развития автоматизации и превращения техники в технологию, человек выступает ее (технологии) организатором, творцом и контролером. Технологией же называется совокупность операций по целенаправленному использованию техники. Ясно, что эффективное использование техники требует ее включения в технологические цепи. Технология выступает как развитие техники, достижение ею стадии системности [5].

B.C. Степин, В.Г. Горохов и М.А. Розов отмечают, что в XX столетии техника находится в фокусе изучения самых различных дисциплин как технических, так естественных и общественных, как общих, так и частных. В научной литературе технику относят к сфере материальной культуры: она обстановка нашей домашней и общественной жизни, средства общения, защиты и нападения, все орудия действия на самых различных поприщах. Без технических устройств невозможно проведение современных естественно-научных экспериментов. В силу проникновения техники практически во все сферы жизни современного общества многие общественные науки, прежде всего, социология и психология, обращаются к специальному анализу технического развития. Историческое развитие техники традиционно является предметом изучения истории техники как особой гуманитарной дисциплины. Как правило, историко-технические исследования специализированы по отдельным отраслям или стадиям развития и не захватывают в поле своего анализа вопросы о тенденциях и перспективах развития современной техники [18, с.308].

Технические знания воплощаются не только через техническую деятельность в разного рода технических устройствах, но и в статьях, книгах, учебниках и т.д., поскольку без налаженного механизма продуцирования, накопления и передачи технических знаний никакое техническое развитие в современном обществе было бы невозможно. Техника относится к сфере материальной культуры. Однако, как хорошо известно, материальная культура связана с духовной культурой самыми неразрывными узами и поэтому техника имеет и нематериальный аспект в виде совокупности знаний. Например, археологи именно по остаткам материальной культуры прошлого стремятся подробно восстановить духовную культуру древних народов [18, с.309-310].

Также попытка дать толкование понятию «техника» предпринимается в работах по истории и методологии техники.

П.С. Кудрявцев в книге «История физики и техники», вышедшей в 1960 г., рассматривает вопросы создания материальных благ в процессе существования и развития общества при наличии орудий и отдельно выделяет средства труда. Автор пишет, что «кроме орудий труда, непосредственно воздействующих на предмет труда, необходим дополнительный комплекс материальных условий, обеспечивающих возможность протекания процесса труда: освещение, отопление, транспорт, вентиляция и т. п. Вместе с орудиями труда этот дополнительный комплекс представляет средства труда. Взятые в совокупности средства труда, находящиеся в распоряжении общества, составляют содержание понятия техника» [7, с. 3-4].

А.А Зворыкин в книге «История техники», вышедшей в 1962 г., отмечает, что: «Технику можно определить как средства труда, развивающиеся в системе общественного производства. Таким образом, техника - это, прежде всего, средства труда» [2, с.7].

Понятие «техника», с одной стороны, обозначает особый вид искусственных материальных устройств, класс устройств, предназначенных быть средствами облегчения трудовой деятельности; с другой стороны, характеризует уровень, исторического развития общественного производства (орудийная, машинная и автоматическая техника) [12].

Ю.С. Мелещенко под техникой понимает многочисленные приборы и механизмы, машины и иные технические устройства, используемые в быту, для нужд науки и образования, культуры и здравоохранения, общественного управления и т. д. Техника включает в себя вещественные элементы - все искусственно созданные средства целесообразной деятельности людей» [8, с. 47-48]. В последствии в одной из книг Ю.С. Мелещенко анализирует позиции A.A. Зворыкина, Г.В. Осипова, С.В. Шухардина, М. Крала, И.Я. Конфедератова и др. на предмет толкования понятия «техника» и обобщает их. Автор отмечает: «Во-первых, техника есть специфическое общественное явление, выступающее как неотъемлемая часть общественного бытия. Во-вторых, техника является средством, причем именно материальным, используемым людьми в процессе их целенаправленной деятельности. В-третьих, она представляет собой совокупность искусственно созданных систем, которые, исторически сменяя друг друга, постоянно развиваются и

совершенствуются людьми. В-четвертых, в основе техники лежит целенаправленное использование материалов и процессов природы, ее закономерностей, что достигается благодаря созданию искусственных систем, обладающих элементами и структурой, которые соответствуют назначению технического устройства». В итоге Ю.С. Мелещенко определяет технику как «... совокупность искусственно создаваемых, совершенствуемых и используемых людьми материальных систем, основанных на целенаправленном применении материалов, процессов и законов природы, обладающих элементами и структурой, которые необходимы для того, чтобы эти системы могли функционировать в качестве материальных средств целесообразной (прежде всего, трудовой и особенно - производственной) деятельности людей, их активного общественного существования, активного воздействия на природу» [9, с.49-50].

Итак, историки техники исходя из инструменталистского понимания сущности техники, ставящего во главу угла орудия труда, средства производства, тем не менее под влиянием реалий развития техники в XX столетии продвинулись в направлении более широкого ее толкования. Это выразилось в том, что толкование техники отечественными историками в 1950-х гг. как совокупности средств труда (А.А.Зворыкин и др.) к 1970-м гг. трансформировалось в определение техники как совокупности искусственно созданных материальных систем (Ю.С. Мелещенко). Обозначена в содержании понятий «техника» и нематериальная оставляющая в виде совокупности знаний (B.C. Степин, В.Г. Горохов и М.А. Розов).

Следует отметить, что в настоящее время существует множество определений понятия «техника». Выше мы привели наиболее характерные определения. Детальный терминологический анализ понятия «техника» выполнил С.В. Шухардин [19, с.71-74]. Автор выделил несколько групп определений. В названии каждой группы он отразил те ключевые признаки (родовые понятия, составляющие содержание понятия «техника» элементы и т.п.), которые характерны для определений каждой группы. Предложен следующий состав групп:

1-я группа - комплекс материальных вещей: а) средства труда, б) орудия труда;

2-я группа - орудия труда и технологии;

3-я группа - орудия труда и трудовые навыки;

4-я группа - навыки и искусства производить, строить;

5-я группа - все, что ставит человек между собой и природой (техника как целесообразное воздействие на природу, как деятельность);

6-я группа - производительные силы общества, производственные отношения;

7-я группа - реализация человеческого духа и разума, техническое творчество.

Как видим, авторы традиционно связывают понятие «техника», прежде всего с техническими объектами (ТО) (группы 1-2). Появляются, как уже отмечалось, определения, которые помимо ТО включают в содержание понятия «техника» еще и технические знания, техническую деятельность, трудовые (и не только) умения и навыки, а также систему отношений между человеком и природой (группы 3 - 7). Эта тенденция в развитии содержания понятия техника закреплена на сегодня в словарях, справочниках и энциклопедиях в виде соответствующих определений. Так, в «Большой советской энциклопедии» дается следующее толкование понятия техника: «Техника (от греч. téchne -искусство, мастерство, умение), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. В технике материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в ходе развития общественного производства. Основное назначение техники — частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности». В «Толковом словаре русского языка под ред. С.И.Ожегова, Н.Ю.Шведовой» дается более развернутое описание содержания данного понятия «техника». Это: 1) круг наук, связанных с изучением и созданием средств производств, орудий труда; 2) совокупность средств труда, знаний и деятельности, служащих для создания материальных ценностей; 3) совокупность приемов,

применяемых в каком-нибудь деле, мастерстве; 4) машины, механические орудия, устройства.

Отметим, что неоднозначное толкование понятия «техника», обусловлено, с одной стороны, его объективной сложностью, с другой - непрерывным развитием техники, как составляющей социальной культуры. В связи с этим исследования содержания понятия «техника» в науке еще будут продолжаться.

Сложной трактовки понятия «техника» придерживается А.И. Лойко [16]. Однако, на наш взгляд, автор трактует содержание этого понятия чрезмерно широко, фактически отождествляя данное понятие с понятием «техносфера». По его мнению, под техникой понимается: «1) определенная онтологическая данность (комплекс инструментов, орудий, машин; искусственная среда); 2) воплощенное стремление человека к власти над природой;

3) творчество, отражающее определенные цели человека; 4) техническое творчество как самоцель; 5) средство сохранения человеческого рода при переходе от естественноорганического к искусственному миру; 6) деятельность, связанная с особым способом преобразования природы; 7) система ценностей и норм, регулирующих жизнь человека в цивилизованном мире».

Наиболее полное и строгое определение понятия «техника» с точки зрения его научного обоснования дается в философских исследованиях В.С.Степина, В.Г. Горохова и М. А. Розова. Согласно позиции авторов, которую мы разделяем, «... техника должна быть понята:

• как совокупность технических устройств, артефактов от отдельных простейших орудий до сложнейших технических систем;

• как совокупность различных видов технической деятельности по созданию этих устройств: от научно-технического исследования и проектирования до их изготовления на производстве и эксплуатации; от разработки отдельных элементов технических систем до системного исследования и проектирования;

• как совокупность технических знаний: от специализированных рецептурнотехнических до теоретических научно-технических и системотехнических знаний» (выделено нами - И.В.) [18, с. 310].

Как видим, к сфере техники авторы относят не только технические устройства, их создание и использование, но и производство научно-технических знаний, их приращение. Фактически, рассматривая содержание понятия «техника», авторы выделяют не только его материальную, но и нематериальную составляющие.

Материальная составляющая содержания понятия техника раскрывается через понятия: «инструмент», «прибор», «машина». Нематериальная составляющая представлена совокупностью технических знаний и видов технической деятельности. Техническая деятельность в ее различных видах (интеллектуальная и практическая), включенная в содержание понятия «техника», воплощает в себе обе составляющие (материальную и нематериальную).

На наш взгляд, для решения в полном объеме задач обучения физике, сформулированных в стандарте образования относительно политехнической подготовки учащихся, является важным вооружение молодого поколения не только конкретным техническим знанием и отдельными практическими умениями. Становится актуальным развитие у учащихся общих и системных представлений о технической культуре современного общества и стратегии ее развития, а также роли физики как науки в этом развитии. Должна быть поставлена задача формирования системы технических понятий широкой степени общности.

Центральным же в этой системе понятий широкой степени общности является понятие «техносфера», которое относится к сложным научным понятиям и не сводится к совокупности технических инструментальных артефактов. По мнению А. Литвинцевой, состав техносферы образуют:

1) сами технические артефакты, т.е. техника как объект и ее социокультурная значимость;

2) специфическое техническое знание, умения, правила, теории, их культурная ценность;

3) техническая деятельность в двух планах (как специфический ее вид деятельность инженерная, и как техническая деятельность повседневной бытовой жизни);

4) некоторая субъектная определенность (воля, мотив, потребность, намерение, способность) как определенная ментальность;

5) система отношений - между человеком и природой, в которых техника выступает как посредник и источник формирования определенного типа взаимодействия; между техникой как искусственной средой и природой как естественной средой; между человеком и техникой; между людьми в мире техники, где техника является фактором формирования их образа жизни; как система отношений техники и основ цивилизации и культуры [цит. по

12, с.13-14].

Мы разделяем позицию А. Литвинцевой. Вместе с тем анализ и сопоставление позиций разных авторов относительно толкования понятия «техносфера» позволяет нам уточнить его основное содержание (рис. 1).

Так, например, материальную составляющую понятия техника мы классифицировали по уровню структурной сложности и выделили в ее структуре: инструменты, приборы, машины и сложные технические системы (СТС), включающие ТО предыдущих уровней сложности (см. рис.1). Нами уточнена система технических знаний, в составе которой выделены метатехнические знания:

• о структуре техносферы;

• факторах и закономерностях развития техносферы; этапах эволюции и революционных скачках, содержании и смене технических парадигм;

• общей методологии научно-технического исследования;

• техногенезе и его общих закономерностях.

Анализ содержания технических понятий широкой степени общности показывает, что процесс их формирования является сложным. В методической науке со всей очевидностью обнаруживает себя проблема разработки методов и технологий целенаправленного формирования данных понятий.

Является несомненной необходимость применения в формировании данных понятий средств ИКТ.

В нашем исследовании выполнен анализ учебных пособий и цифровых ресурсов на предмет представления в них информации о технических объектах. Анализ ЦОР показал, что в них имеется информация об отдельных технических объектах. Описание ТО сопровождается демонстрацией рисунков, видеофрагментов, анимации, интерактивных моделей и др. На рис. 2 показано соотношение включенных в ЦОР виртуальных объектов различных медиаформатов.

Следует отметить, что некоторые из технических объектов приведены практически во всех проанализированных нами ЦОР (около 25 СО). Вместе с тем можно указать достаточное число ТО, которые встречаются только в отдельных ЦОР. Отметим, что в цифровых ресурсах имеются интерактивные конструкторы и интерактивные задачи по вопросам прикладной физики, но, к сожалению, лишь в небольшом количестве.

Материальный Нематериальный

аспект аспект

Техника

(3) Система

отношении:

человек - природа,

человек - техника,

человек - человек,

техника - природа,

техника - культура,

в которых техника

выступает как

посредник и источник

формирования

определенного типа

взаимодействия

(4) Следствия технической деятельности человека, общества на природу:

> положительные

> отрицательные

Технические объекты (ТО) от простейших орудий труда до сложных

технических систем (СТС):

> действующих

> бездействующих

> утилизированных

Система технических знаний и их культурная ценность:

• теоретические знания (история создания, устройство, научные основы работы, принцип действия, назначение, разновидности, область применения и описание технологических процессов, где используются ТО);

• специализированные рецептурно-технические знания:

> способы и технологии создания ТО;

> правила обращения с ТО и формируемые на этой основе нормы «технического поведения»;

> способы и приемы деятельности с применением конкретных ТО в каком-нибудь сфере трудовой деятельности;

• метатехнические знания:

> о структуре техносферы;

> факторах и закономерностях развития техносферы; этапах эволюции и революционных скачках, содержании и смене технических парадигм;

> общей методологии научно-технического

исследования;

> техногенезе и его общих закономерностях.

Совокупность видов технической деятельности:

• научно-техническая (инженерная) деятельность по проектированию, созданию и рационализации материальных ценностей, в том числе технических объектов;

• производственная деятельность с использованием ТО;

• техническая деятельность повседневной бытовой жизни.

Рис. 1. Содержание понятия «техносфера» [4]

Ментальность социума (потребности и мотивы, способности и волевые устремления) как фактор влияния:

(1) на состав и качество техники;

(2) развитие системы технического знания и видов технической деятельности; (3) социальные отношения, складывающиес я под влиянием техники;

И нте ра кти в н ы е и НТ0 Ра т'1 в н ы и модели конструктор

15,1% 1-1%

Рисунки 49,2%

Видео

5,2%

Рис. 2. Соотношение виртуальных объектов различных медиаформатов в цифровых образовательных ресурсах

Результаты констатирующего эксперимента позволили выявить методы обучения, используемые учителями при изложении прикладных вопросов физики в средней школе (рис.З). В эксперименте участвовали учащихся средних общеобразовательных школ г. Перми (около 200 учащихся). Как показал эксперимент, учителя используют следующие методы обучения:

1) рассказ учителя (краткие сведения политехнического содержания);

2) объяснение учителем практических применений физических явлений и законов в технике;

3) объяснение принципа действия физических приборов (амперметр, барометр и др.), различных технических объектов (телефон, радио, трансформатор и др.);

4) демонстрация учителем различных технических объектов или их макетов, действующих моделей;

5) показ кинофильмов физико-технического содержания (например: «электроэнергетика и перспективы ее развития», «двигатель внутреннего сгорания»);

6) демонстрация опытов физико-технического содержания (устройство и действие манометра, осциллографа);

7) демонстрация цифровых виртуальных технических объектов (рисунки (фото), видео, анимации, интерактивные модели то);

8) решение задач с производственно-техническим содержанием',

9) выполнение заданий по техническому творчеству (проектирование и изготовление простейших то);

10) чтение учащимися учебника',

11) работа учащихся с научно-популярной литературой',

12) работа с цифровыми ресурсами

13) работа с ресурсами Интернет: поиск информации о принципе действия технических объектов;

14) др.

Есть основания считать, что материалы по вопросам прикладной физики в учебных пособиях и ЦОР должны использоваться в учебном процессе не только с целью демонстрации роли физики в развитии техники, но и для формирования у учащихся представлений о современном техническом знании. У учащихся должны быть представления

о содержании всех составляющих понятия «техника», а также понятия «техносфера». С этой целью следует не только уточнить содержание метапонятийного (надпредметного) аппарата, связанного с такой областью знания, как техника (т.е. систему метатехнического знания), но и выявить соответствующие новому содержанию обучения методы, приемы и средства формирования технических понятий этого уровня общности, разработать необходимые

дидактические материалы для учащихся и учебно-методические пособия для учителей физики, в том числе цифровые.

60,0

50,0

40,0

I 30,0 >t

э?

20,0

10,0

0,0

Рис.З. Методы обучения, используемые учителями при изложении прикладных вопросов физики в средней школе

Библиографический список

1. Атутов, П.Р. Политехническое образование школьников: Сближение

общеобразовательной и профессиональной школы [Текст] / П.Р. Атутов - М.: Педагогика, 1986. - 176 с.

2. Зворыкин, А.А История техники [Текст] / А.А. Зворыкин, Н.И. Осьмова, В.И. Чернышев. - М.: Соцэкгиз, 1962. - 576 с.

3. Знаменский, П.А. Методика преподавания физики в средней школе [Текст] / П.А. Знаменский. - Л.: Учпедгиз, 1955. - 478 с.

4. Ильин, И.В. Система метатехнического знания в курсе физики средней школы [Текст] / И.В. Ильин, Е.В. Оспенникова // Физическое образование: проблемы и перспективы развития: материалы 9-й международной научно-методической конференции, 1-4 марта 2010 года / МПГУ; РГУ им. С.А. Есенина. - М., Рязань, 2010. - 4.1 - с.59-63.

5. Конке, В.А. Философия [Текст]: Учебное пособие / В.А. Канке. - М.: Логос, 2001. -272 с.

6. Каменецкий, С.Е. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы [Текст]/ С.Е. Каменецкий, Н.С. Пурышева - М.: Академия, 2000.

7. Кудрявцев П.С. История физики и техники [Текст] / П.С. Кудрявцев, И.Я. Конфедератов. - М., Учпедгиз, 1960. - 508 с.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Метод обучения

8. Мелещенко, Ю.С. Человек, общество и техника [Текст] / Ю.С. Мелещенко. - JL: Лениздат, 1964. - 344 с.

9. Мелещенко, Ю.С. Техника и закономерности ее развития [Текст] / Ю.С. Мелещенко. -Л.: Лениздат, 1970. - 164 с.

10. Методика факультативных занятий по физике [Текст] / Под редакцией О.Ф. Кабардина, В. А. Орлова. - М.: Просвещение, 1988. - 238 с.

11. Некоторые методологические проблемы технических наук. Ч. 1 [Текст] / под. ред. Г.И. Шеменева. - М.: Изд-во «Высш. школа », 1969. - 165 с.

12. Поликарпов, B.C. История науки и техники. Для студентов ВУЗов [Текст] / B.C. Поликарпов. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1999. - 352 с.

13. Программы восьмилетней и средней школы. Физика и Астрономия [Текст] - М.: Просвещение, 1978.

14. Политехническое образование и профориентация учащихся в процессе преподавания физики в средней школе [Текст] / А. Т. Глазунов, Ю. И. Дик, Б. М. Игошев и др.; Под ред. А. Т. Глазунова, В. А. Фабриканта. - М.: Просвещение, 1985. -159 с.

15. Разумовский, В.Г. Основы методики преподавания физики в средней школе [Текст] /

В.Г. Разумовский и др.; Под ред. А.В. Перышкина и др. - М.: Просвещение, 1984. -398 с.

16. Словопедия. Новейший философский словарь [Электронный ресурс]. - URL: http://www.slovopedia.com/6/210/771236.html (Дата обращения: 06.09.2009).

17. Спиркин А.Г. Философия [Текст]: Учебное пособие для ВУЗов. / А.Г. Спиркин. - М.: Гардарика, 2001. - 226 с.

18. Степин B.C. Философия науки и техники [Текст] / B.C. Степин В.Г. Горохов, М.А. Розов. - М.: Гардарика, 1996. - 400 с.

19. Шухардин, С.В. Основы истории техники [Текст] / С.В. Шухардин. - М.: Изд-во академии наук СССР, 1961. - 280 с.