Анализ содержания программ и учебников по физике и экологии на предмет их взаимосвязи

ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 504:37.03

В.А. Андрющенко

канд. пед. наук, учитель физики, МБОУ СОШ № 4, г. Радужный, Югра-ХМАО

АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ПРОГРАММ И УЧЕБНИКОВ ПО ФИЗИКЕ И ЭКОЛОГИИ НА ПРЕДМЕТ ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ

Аннотация. В настоящее время в отечественном образовании сложились определенные традиции в

методике реализации межпредметных связей физики и экологии. В статье рассматриваются межпредметные связи физики и экологии, составляющие необходимое условие организации учебно-познавательного процесса как целенаправленной системы. Они выступают как средство комплексного подхода к обучению и усиления его единства с воспитанием. В учебной деятельности учащихся реализация межпредметных связей служит дидактическим условием ее оптимизации, активизации, систематизации знаний, формирования самостоятельности мышления и познавательного интереса.

Ключевые слова: обучение физике, межпредметные связи, экологическое образование, учебники по

физике.

V.A. Andrushenko, secondary school № 4, Raduzhny, Yugra-KhMAO

ANALYSIS OF PROGRAMS AND TEXTBOOKS ON PHYSICS AND ECOLOGY FOR THEIR

INTERDEPENDENCE

Abstract. At present time in the Russian education there are certain traditions in the methodic of realization of interdisciplinary connections of physics and ecology. The article deals with relations of physics and ecology, which is a necessary condition for teaching and learning process as a purposeful system. They serve as a means of an integrated approach to training and strengthening its unity with education. The implementation of interdisciplinary relations is a didactic condition for optimization, activation of students' learning activities, systematization of knowledge, the formation of independent thinking and cognitive interest.

Keywords: physics teaching, interdisciplinary connections, ecological education, physics textbooks.

История образования доказывает, что любая попытка построить целостное мировоззрение учащихся только средствами одной отдельно взятой науки (без учета связи с другими науками) несостоятельна. Нельзя сказать, что в этом направлении ничего не делается. В отечественной педагогической науке по проблеме межпредметных связей изданы серьезные монографии (И.Д. Зверев, В.Н. Максимова, А.В. Усова, О.А. Яворук и др.).

Имеются и определенные традиции в методике реализации межпредметных связей физики и экологии [1, 2]. Однако системного материала по целенаправленной экологизации курса физики, способствующего оптимизации деятельности именно учителя физики, трансформированию методических рекомендаций по совершенствованию проработки новых приемов, форм и средств обучения, как и в их оригинальных сочетаниях, направленных на формирование методологических знаний, а также на развитие интереса к научному познанию у учащихся, в научной печати представлено пока не достаточно.

Мы рассмотрели возможности содержания программ и учебников по физике и экологии на предмет их взаимосвязи, а также на предмет возможности обогащения содержания физики экологическим материалом, стимулирующим познавательную деятельность учащихся. Вопросы экологии должны быть органически связаны с содержанием учебного физического материала, их следует использовать для возбуждения интереса учащихся к изучаемому материалу (в частности, к созданию проблемных ситуаций и постановке проблемных задач).

В процессе анализа учебников нас интересовало содержание межпредметных связей физики с экологией - с точки зрения расширения возможностей для раскрытия учащимся логи-

Введение

ки научного познания, развитию познавательного интереса и приобщению их к активному участию в поиске знаний на отдельных циклах познания. Известно, что научное познание развивается циклически: от анализа научных фактов и постановки проблемы к гипотезе, от гипотезы к теоретическим выводам, от выводов к их интерпретации, экспериментальной проверке и практическому применению. Следует отметить, что в рассматриваемых учебниках физики только некоторые темы курса физики раскрывают все этапы процесса познания. Значительно же чаще удается проследить неполный цикл.

Содержание исследования

Отметим, что в стандарт физического образования вопросы экологической направленности практически не включены. Тем не менее, в минимум содержания образовательных программ по физике включены традиционные экологически значимые темы: экологические проблемы использования тепловых машин; влияние электромагнитных излучений на живые организмы; влияние ионизирующей радиации на живые организмы; экологические проблемы работы атомных электростанций.

Анализ учебников по физике В.А. Касьянова для 10-11 классов общеобразовательной школы [3, 4], с точки зрения межпредметных связей физики и экологии, показал наличие следующих (возможных) элементов знаний: реактивное движение, тепловые двигатели, температура, давление, влажность воздуха, радиационный пояс Земли, спектр, электромагнитная волна, поглощение, излучение, свет, ядерная энергетика, радиоактивные отходы. Следует отметить, что в учебниках В.А. Касьянова для 10-11 классов (базовый уровень) капиллярность не рассматривается (табл. 1).

Таблица 1 - Связь физики с экологией на уроках физики в 10-11 классах

Название раздела (главы) по физике Вопросы программы по физике Элементы знаний из курса экологии

Реактивное движение ракеты Исследование околоземного пространства

Плазма Циркуляция заряженных частиц солнечного ветра в радиационных поясах атмосферы

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды Парниковый эффект. Механическое и химическое загрязнение окружающей среды. Предельно допустимые коэффициенты: пДк, ПДВ

Второй закон термодинамики Направленность тепловых процессов

Влажность воздуха Жизнедеятельность живых организмов

Капиллярность Водоснабжение и обмен веществ

Громкость звука Уровень интенсивности звука. Болевой порог

Диэлектрики в электростатическом поле Электростатический фильтр

Энергия электростатического поля Атмосферные разряды

Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле Магнитное поле Земли

Видимый свет. Ультрафиолетовое излучение Фотосинтез. Озоновый слой атмосферы

Спектральный анализ Определение химического состава, температуры, давления, напряженности электрического поля, индукции магнитного поля объекта

Ядерная безопасность АЭС Ядерные отходы

Биологическое действие радиоактивных излучений Доза поглощенного излучения. Коэффициент качества ионизирующего излучения. Естественный радиационный фон

Элементы астрофизики Органическая жизнь в Солнечной системе, во Вселенной. Уникальность жизни на планете Земля

Анализ учебников А.А. Пинского для школ и классов с углубленным изучением физики [5, 6],

с точки зрения межпредметных связей физики и экологии, а также общих для них понятий, показал наличие следующих (возможных) элементов знаний: силы в природе, энергия, законы сохранения энергии, влажность, волна, свет, фотосинтез, ионизирующее излучение (табл. 2).

Таблица 2 - Связь физики с экологией на занятиях по физике в 10-11 классах

Название раздела (главы) по физике. Вопросы программы по физике Элементы знаний из курса экологии

Относительная влажность воздуха Терморегуляция человеческого организма

Применение первого закона термодинамики к различным процессам Образование облаков. Осадки

Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики Направленность тепловых процессов. Экономное расходование энергии

Тепловые машины и охрана природы Роль тепловых двигателей в загрязнении окружающей среды. Парниковый эффект

Сила Лоренца Магнитное поле Земли

Технические применения высокотемпературных сверхпроводников Передача энергии без потерь. «Накопители» энергии

Коронный разряд Электрофильтр

Применение полупроводниковых приборов в технике Солнечные батареи

Производство и использование электрической энергии. Генератор переменного тока. Отсутствие вредных отходов, загрязняющих окружающую среду, в процессе работы электродвигателей

Электромагнитные волны разных диапазонов Сохранение озонового слоя в атмосфере - важнейшая экологическая задача

Химическое действие света Фотосинтез углеводов

Радиоактивные изотопы в природе Энергия радиоактивного распада основной источник внутренней энергии Земли

Свойства ионизирующих излучений. Биологическое действие ионизирующих излучений Поглощенная доза ионизирующего излучения. Относительная биологическая эффективность. Эквивалентная доза. Естественный фон облучения. Предельно допустимые дозы

Атомные электростанции и охрана окружающей среды Защита живых организмов от вредного действия гамма-излучения и потоков нейтронов

Таблица 3 - Связь физики с экологией на занятиях по физике в 10-11 классах

Название раздела (главы) по физике Вопросы программы по физике Элементы знаний из курса экологии

Реактивные двигатели. Успехи в освоении космического пространства Космический биосферный мониторинг

Значение тепловых явлений. Температура Тепловое загрязнение

Влажность воздуха Значение влажности воздуха и ее влияние на биологические системы.

Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Адиабатный процесс Образование облаков

Статистическое истолкование необратимости процессов в природе. Второй закон термодинамики Второй закон термодинамики - закон снижения качества энергии. Направленность процессов в природе

Сверхпроводимость Перспективы развития энергетики: передача энергии без потерь

Производство электроэнергии. Эффективное использование электроэнергии Основы рационального управления природными ресурсами и их использование. Энергосбережение

Химическое действие света Фотосинтез Солнечное излучение как ресурс жизни на Земле

Биологическое действие радиоактивных излучений Радиоактивность в биосфере. Радиационное загрязнение

Анализ учебников по физике Г.Я. Мякишева для 10-11 классов общеобразовательной школы [7, 8], с точки зрения межпредметных связей физики и экологии, а также общих для них понятий, показал наличие следующих (возможных) элементов знаний: движение, энергия, давление, температура, влажность, электрический ток, сверхпроводимость, электромагнитная волна, радиоактивность, доза излучения (табл. 3).

Мы считаем, что круг вопросов, рассматриваемых в вышеперечисленных учебниках по физике и касающихся взаимосвязи физики и экологии, достаточно узок, носит практически односторонний характер и не соответствует современному мировоззрению учащихся. Термин «экология» в анализируемых учебниках практически не упоминается.

Взаимосвязь физики и экологии должна выражаться во взаимосвязи их идей и методов познания.

Таблица 4 - Связь физики с экологией на занятиях по экологии в 10 (11) классе

Тема, изучаемая на уроках экологии Элементы знания по физике, используемые на уроках экологии

Бюджет солнечной энергии в экосистеме Первый и второй законы термодинамики

Биосфера. Основные биосферные циклы веществ Вещество. Масса. Испарение. Осадки. Горение. Фотосинтез

Понятие экологического равновесия. Экологические сукцессии Закон сохранение энергии. Обратимые процессы. Термодинамические параметры системы

Промышленное загрязнение среды Химическое действие света

Химическое загрязнение грунтовых вод, почв. Кислотные дожди Диффузия. Конвекция. Образование облаков. Осадки

Шумовое загрязнение Звуковые волны. Уровень интенсивности звука

Тепловое загрязнение Температура. Второй закон термодинамики

Радиационное загрязнение Радиоактивность. Естественный радиационный фон. Единицы измерения радиоактивности. Доза излучения. Атомные электростанции

Электромагнитное загрязнение Электромагнитные волны

Очистные сооружения. Предельно допустимые концентрации Сила тяжести. Инерция

Экология автомобильного транспорта Принцип действия тепловых двигателей

Квартира как экосистема Конвекция. Испарение. Теплопроводность. Электрическая энергия

Экологический мониторинг Искусственные спутники Земли. Измерительные приборы. Физические величины и их измерение

Перспективы развития энергетики Реакторы на быстрых нейтронах. Термоядерные управляемые реакции. Солнечные батареи. Механическая энергия ветра, океанических приливов. Тепло земных глубин. Концентрирование солнечной энергии системой зеркал. Фотосинтез

Энергосбережение Дуговые электрические печи. Коэффициент полезного действия. Передача и использование электрической энергии. Теплоизоляция

Ресурсосбережение Теплообмен. Горение

Известно, что в мире господствует причинно-следственная связь, причем так, что следствие становится причиной, порождающей новое следствие и т.д. Если проанализировать имеющиеся учебники и учебные пособия по экологии с этой точки зрения, то можно заметить, что в них рассматриваются как с общих, так и с узкоспециализированных позиций, в основном, химико-биологические, санитарно-гигиенические и связанные с рациональным использованием природных ресурсов понятия и темы. Большинство из них содержит анализ экологических проблем-следствий глобальных причин, притом причины, порождающие экологические проблемы,

практически не рассматриваются. Однако решение основных задач экологического образования невозможно без умения раскрывать причинно-следственные связи между природой и обществом, а также без выяснения основных глобальных причин, порождающих экологические проблемы, и без поиска способов их устранения.

Таблица 5 - Связь физики с экологией на занятиях по экологии в 10 (11) классе

Тема, изучаемая на уроках экологии Элементы знания по физике, используемые на уроках экологии

История развития экологии как науки Наблюдение. Эксперимент. Моделирование. Явление. Свойство

Среды жизни. Биосфера Масса. Плотность. Силы тяжести, трения, Архимеда. Энергия. Аккумулятор. Трансформатор. Колебательный процесс. Температура. Теплоемкость. Теплообмен. Отражение света. Фотосинтез

Средообразующая деятельность организмов Механическое воздействие. Вещество. Атмосфера. Земное притяжение. Фотосинтез.

Экологические факторы. Условия среды Вещество. Влажность. Конвекция. Радиация. Свет. Освещенность. Температура. Испарение

Экологические ресурсы Пространство. Излучение. Поглощение. Фотосинтез

Энергетический бюджет и тепловой баланс Закон сохранения энергии

Потоки энергии и вещества в экосистемах Энергия солнечного излучения. Закон сохранения энергии. Испарение

Круговорот веществ в экосистеме Солнечная радиация. Фотосинтез

Сукцессионные изменения. Значение сукцессии Температура. Влажность. Энергия

Биосфера и ее эволюция Гравитационное и магнитное поле. Излучение. Фотосинтез. Температура. Влажность. Значение и структура атмосферы, ее вторичный химический состав, обусловленный деятельностью растений. Атмосферное давление

Современное состояние природной среды Вещество. Энергия. Предельно допустимая концентрация

Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы Ультрафиолетовое излучение. Фотосинтез. Конвекция

Вода - основа жизненных процессов в биосфере. Загрязнение природных вод Испарение. Конденсация. Диффузия. Осадки. Температура. Тепловые явления

Радиоактивность в биосфере Коротковолновое электромагнитное излучение. Радиоактивные элементы. Доза облучения.

Экологические проблемы биосферы. «Парниковый эффект». Истощение озонового слоя. Кислотные дожди Ультрафиолетовое излучение. Температура. Поглощение воздухом теплового излучения Земли. Тепловые электростанции. Гидроэлектростанции. Атомные электростанции. Механическая и тепловая энергия океана. Механическая энергия ветра. Энергия земных недр. Энергия Солнца. Мощность

Основы рационального управления природными ресурсами и их использование Второй закон термодинамики. Энергия высокого качества. Вещество. Энергия низкокачественного тепла

Химическое загрязнение среды и здоровье человека Конвекция. Испарение. Влажность. Радионуклиды

Влияние звуков на человека Звук. Ультразвук. Инфразвук. Уровень звука

Физические факторы среды и самочувствие человека Атмосферное давление. Влажность. Конвекция. Магнитное поле Земли

Поэтому особую роль как в экологическом образовании, так и в развитии познавательного интереса призвано сыграть обучение физике. Выяснив суть физических процессов, можно

осознать, как они воздействуют на биосферу, можно определить интенсивность этого воздействия и возможность нейтрализации его последствий. В процессе обучения физике на уроках, учащиеся должны не только узнать о последствиях нарушения природного равновесия, но и стараться выявить физические факторы, вызывающие нарушение природных и антропогенных факторов. Они должны также научиться оценивать опасности, возникающие при физико-техническом воздействии человека на природу и живые организмы, уметь количественно рассчитать реальные последствия этого и знать о методах защиты и нейтрализации возможного ущерба природе в результате подобных воздействий.

Анализ учебника авторов Б.М. Миркина, Л.Г. Наумова по экологии 9-11 классов общеобразовательной школы [9], с точки зрения межпредметных связей физики и экологии, показал наличие вопросов экологического содержания, опирающихся на физические понятия и законы (вещество, масса, сила, звук, температура, теплопроводность, теплоизоляция, испарение, электромагнитные волны, фотосинтез, радиоактивность, законы сохранения энергии) (табл. 4).

Анализ учебника авторов Е.А. Криксунова, В.В. Пасечника по экологии для 10 (11) класса общеобразовательной школы [10], с точки зрения межпредметных связей физики и экологии, а также понятий общих для них, показал наличие множества экологических вопросов, которые без знания важных физических понятий (масса, плотность, силы в природе, энергия, температура, теплоемкость, теплообмен, испарение, конденсация, влажность, магнитное поле, электромагнитные волны, свет, фотосинтез, отражение света, освещенность, радиоактивность) не могут быть достаточно хорошо усвоены (табл. 5).

Выводы

Мы рассмотрели весь комплект учебников по физике, рекомендуемых для общеобразовательных учреждений, а также учебники для общеобразовательных учебных заведений «Основы экологии» (10-11 кл.) авторов Б.М. Миркина, Л.Г. Наумова, Е.А. Криксунова, В.В. Пасечника, Н.М. Черновой, В.М. Галунина, В.М. Константинова [11] и др.

Подводя итоги анализа учебников экологии, необходимо отметить, что достаточно часто, при изучении многих тем, учителю экологии приходится опираться на знания, полученные учащимися на занятиях по физике. По нашему мнению, межпредметные связи физики и экологии составляют необходимое условие организации учебно-познавательного процесса как целенаправленной системы. Они выступают как средство комплексного подхода к обучению и усиления его единства с воспитанием.

В учебной деятельности учащихся реализация межпредметных связей служит дидактическим условием ее оптимизации, активизации, систематизации знаний, формирования самостоятельности мышления и познавательного интереса учащихся.

Список литературы:

1. Андрющенко, В.А. Специфика организации исследовательской работы учащихся по физике с экологической тематикой / В.А. Андрющенко, О.А. Яворук // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. - 2009. - № 8. - С. 13-24.

2. Яворук, О.А. Особенности формирования экологического стиля мышления при обучении физике студентов колледжа / О.А. Яворук, И.С. Пономарева // Педагогическое образование и наука. - 2012. - № 5. - С. 108-111.

3. Касьянов, В.А. Физика. 10 кл.: учебн. для общеобразоват. учреждений / В.А Касьянов. - 5-е изд., дораб. - М.: Дрофа, 2003. - 416 с.

4. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: учебн. для общеобразоват. учреждений. - 5-е изд., дораб. / В.А. Касьянов. - М.: Дрофа, 2003. - 416 с.

5. Физика: учеб. для 10 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / Ю.И. Дик и др.; под ред. А.А. Пинского. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 1998. - 416 с.

6. Физика: учеб. для 11 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / А.Т. Глазунов и др.;

под ред. А.А. Пинского. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 1998. - 432 с.

7. Мякишев, Г.Я. Физика: 10 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и про-фил. Уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Пар-фентьевой. - 20-е изд. - М.: Просвещение, 2011. - 366 с.

8. Мякишев, Г.Я. Физика: 11 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и про-фил. Уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Пар-фентьевой. - 19-е изд. - М.: Просвещение, 2010. - 399 с.

9. Миркин, Б.М. Экология России: учебник для 9-11-х классов общеобразовательной школы / Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Устойчивый мир, 2000. -272 с.

10. Криксунов, Е.А. Экология. 10 (11) класс: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений / Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. - 5-е изд., дораб. - М.: Дрофа, 2001. - 256 с.

11. Чернова, Н.М. Основы экологии, 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений / Н.М. Чернова, В.М. Галунин, В.М. Константинов. - М.: Дрофа, 2000. - 286 с.