Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Психодидактика. Ч.12. Демонстрационно-технический подход в системном усвоении знаний. Учебно-методическое пособие
.pdf
Глава 3. Демонстрации в системно-структурном подходе
к обучению и усвоению знаний
3.1. Системность знаний и системно-структурный подход
в психодидактике и методике физики
Психодидактический взгляд на теоретические основы системного
усвоения знаний связан с реализацией методологических подходов к
обучению и представляет собой психологическую, дидактическую и
методическую основу технологии системного усвоения знаний.
Для полной ориентации в представлениях о системности знаний,
обозначенной в работах Л.Я. Зориной, необходимо конкретизировать,
какова же структура научной теории, которой надо обучать учащихся
школы. Это сделано в работах А.Н. Крутского и О.С. Косихиной (ныне О.С. Гибельгауз), опубликованных в различных источниках, например, журнале «Физика в школе» № 3 за 2010 год [5], «Физика.
1 сентября» № 13 за 2011 год [6] и ряде других журналов: «Народное
образование» № 2 за 2012 год, «Школьные технологии» № 1 за
2012 год, «Профессиональное образование в России и за рубежом»
№ 2(6) за 2012 год.
В соответствии со сформированной технологией системного усвоения знаний в наших психодидактических исследованиях принята
следующая структура научной теории, адаптированная к школьному
учебному процессу:1) научные факты; 2) гипотезы; 3) идеальные объекты; 4) величины; 5) законы; 6) практическое применение.
С чего начинается развитие теории? С обнаружения научных
фактов, которые не могут быть объяснены известными ранее гипотезами. Полученные новые научные факты требуют новых гипотез, их
объясняющих. Факты и предложенные новые гипотезы в учебном
процессе соответствуют качественному уровню развития теории.
Здесь начинается цикл проверки правильности выдвинутой гипотезы
путём справедливости получаемых следствий. Если теоретически полученные следствия подтверждаются практикой – гипотеза верна.
Далее научная теория переходит на количественный уровень
изучения явлений природы. Для этого необходимы соответствующие
измерения. Количественной мерой изучаемых явлений служат вели-
41
чины. Наличие величин и результатов измерения позволяет обнаружить зависимость между ними. Устойчивые повторяющиеся зависимости, устойчивые связи получили название «законов». Познание законов природы является основной задачей научного исследования.
Конечная цель научного исследования – это применение полученного теоретического знания на практике. Познать законы протекания
природных явлений и поставить их на службу человеку, найти им
практическое применение – это главные задачи науки и практики.
В свою очередь, знание о практическом применении научных теорий целесообразно также разделить на структурные элементы.
Практическое применение научной теории
1. Различные расчёты, поиск неиз-
вестных величин.
2. Использование на практике
положительных
3. Борьба с отрицательными свойст-
вами явления.
свойств явлений.
В результате внедрения данной логики рассуждений в процесс
обучения можно построить структурную схему изучения явления, в
частности, физического. Продемонстрируем это на примере изучения
некоторых тем физики: «Равномерное движение», «Плотность вещества», «Мощность».
42
3.2. Системно-структурный подход к изучению
равномерного движения, плотности вещества и мощности
Ориентируясь на предложенные структурные схемы, нетрудно составить осмысленный рассказ по теме. Приведём примеры таких кратких рассказов. (Обращаем внимание на то, что подобные схемы нами
разработаны и применяются не для того, чтобы их запоминать и воспроизводить, а для того, чтобы глядя на них можно бы было составить
целостный рассказ по данной теме в соответствии с развитием системы знаний об изучаемом явлении).
Системно-структурный подход
к изучению равномерного прямолинейного движения
В данный момент времени перед нами имеется ряд объектов, расположенных определённым образом: дом, забор, автомобиль, собака,
кошка, луна, дерево. Если посмотреть на эти объекты через некоторое
время, то их расположение изменится: собака сняла блокаду кошки, и
кошка спустилась с забора. Автомобиль развернулся в другую сторону, луна передвинулась правее домика. Зададим себе вопрос: какие
объекты перемещались? Очевидно, те, положение которых изменилось относительно объектов, которые не меняли своего положения за
данный период времени: это дом, забор и дерево. Положение же кошки, собаки, автомобиля и луны менялось относительно домика, дерева
и забора. Поэтому дерево, забор и домик мы будем называть неподвижными, а объекты кошка, собака, автомобиль и луна изменили своё
первоначальное положение, следовательно, они перемещались. На
основании этого наблюдения можно дать определение, что такое движение. Движение – это измерение положения тел относительно
других тел, принятых за неподвижные. В данном случае мы провели наблюдение и установили научные факты: двигались собака,
кошка, автомобиль и луна. Не меняли своего положения дерево, забор
и домик, следовательно, они являются неподвижными.
Далее проведём эксперимент. Поставим на стол тележку с капельницей и отрегулируем её движение с помощью груза, перекинутого через блок так, чтобы тележка после малейшего толчка перемещалась до края стола с той скоростью, которую ей придали при толчке. Повторим опыт три раза, толкнув тележку с разной силой, и сделаем выводы: 1) расстояния, которые проходила тележка за одинаковые
43
промежутки времени, равны друг другу; 2) во втором случае эти рас-
nt
t
t
t
3
2
t
t
стояния увеличились, но опять же оказались равными друг другу; 3) в
третьем случае они стали ещё больше, но опять же равны друг другу.
Эти три движения обладают каким-то общим свойством. Оно заключается в том, что в каждом случае тележка за одинаковые промежутки
времени проходит одинаковое расстояние. Такое движение будем называть равномерным.
Итак, равномерным движением будем называть движение, при
котором тело за любые одинаковые промежутки времени проходит одинаковые расстояния.
Капли у нас отсчитывают промежутки времени t1, t2, t3 и т. д. Одновременно они отмечают и пройденные пути S1, S2, S3 и т. д.
Составим ряд отношений пути и времени в каждой обозначенной
точке траектории:
S
3
2
S
S
nS
...
const
.
После сокращения коэффициентов имеем постоянное число
S
Назовём его «скорость» и обозначим буквой . Получим формулу
скорости равномерного движения:
S
.
Это новая физическая величина, которая характеризует равномерное прямолинейное движение.
Выдвинем гипотезу, относительно того, в каком случае тело движется равномерно и прямолинейно. Гипотеза сложная, и в её справедливости мы убедимся при дальнейшем изучении физики в старших
классах: тело движется равномерно и прямолинейно, если на него
не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано».
Для дальнейшего изучения движения нам потребуется модель
движущегося тела, или её чаще называют «идеальный объект». Мате-
риальная точка – это модель тела, не имеющая размеров, но сохраняющая его массу.
Тело можно принять за материальную точку, если его размеры
значительно меньше, чем расстояние, на котором рассматривается его движение.
.
44
45
Движение автомобиля внутри гаража нельзя принять за матери-
t
альную точку, т.к. их размеры сравнимы друг с другом.
А при движении автомобиля из одного города в другой его можно
считать точкой. Его размер является мизерным по сравнению с расстоянием между городами.
С какой целью выбирается идеальный объект? Он упрощает изучение движения тела. Например, автомобиль имеет множество деталей, которые движутся самым различным образом: колёса, коленвал и
вентилятор вращаются, клапаны колеблются в вертикальной плоскости, рама движется поступательно и т. д. Описание движения каждой
детали является делом сложным. Тем не менее, автомобиль в целом
можно принять за материальную точку, что упрощает как рассмотрение движения, так и все связанные с ним расчёты.
Далее следует рассмотреть зависимость между величинами, характеризующими движение: путь, время и скорость.
S
Имея формулу физической величины
ещё две зависимости между ними, если выразить отсюда путь и время.
tS
Эту формулу называют законом равномерного движения.
Второе уравнение, которое можно получить из формулы скорости
– это формула для нахождения времени движения.
S
t
.
.
, можно получить
Последний элемент в структуре знания о данном физическом явлении – это применение полученного о нём знания. Здесь надо рассмотреть три способа применения знания о движении.
1. Имея эти три формулы, выражающие зависимость между расстоянием, скоростью и временем, можно выполнять все практические
расчеты, связанные с движением тел.
2. Рассмотреть применение равномерного движения в технике.
Это, например, движение эскалатора метро, всевозможных конвейерных лент на автоматических линиях на производстве, транспортёрные
ленты для подачи кирпичей и прочее.
3. Каждое явление имеет и негативную сторону. Чтобы не допустить движения погруженного на автомобиль сена, его накрепко привязывают с помощь балки и верёвок. Особо ответственным является
46
размещение груза в трюмах водного транспорта. Там смещение груза
nV
V
V
V
3
2
m
2 m
3 m
может обернуться катастрофой.
Чтобы не перемещались деревянные конструкции, их скрепляют
гвоздями.
Далее следует предложить учащимся придумать свои примеры.
Системно-структурный подход к изучению явления
плотности вещества
Установим с помощью демонстрационного эксперимента ряд на-
учных фактов.
1. Положим на чашки весов два тела равного объёма: пенопласт и
дерево. Мы увидим, что весы выйдут из равновесия. Делаем вывод,
что тела, имеющие равные объёмы, но изготовленные из разных веществ, могут иметь разные массы.
2. Поместим на чашки весов два тела из разных веществ, например, из свинца и дерева, изготовленные так, что весы остаются в равновесии. При этом мы видим, что их объём не одинаков. Объём деревянного тела значительно больше объёма свинцового тела. Делаем
вывод, что тела, имеющие равные массы, но изготовленные из разных
веществ, могут иметь различные объёмы.
Выдвинем гипотезу, объясняющую это явление. Разные вещества
имеют различную внутреннюю структуру. Молекулы различных веществ различны и расположены различным образом.
Далее проделаем демонстрацию. Из бруска изготовим три тела
таким образом, чтобы масса второго тела была вдвое, а третьего тела
втрое больше, чем первого. При этом мы увидим, что и их объёмы будут отличаться таким же образом. Объём второго тела вдвое, а третьего втрое больше, чем объём первого. Составим ряд значений масс и
объёмов тел.
V 2 V 3 V
Поделив эти величины друг на друга и сократив коэффициенты,
мы увидим, что их отношения равны:
m
3
2
m
m
nm
...
const
.
47
Явле
m
m
V
ние
Структурная схема по теме
Факты Гипо-
1.
Свинец
m2
V2
…
= = =
Дерево
Пенопласт
Тела, имеющие равные объемы, но
изготовленные из разных веществ,
могут иметь разные массы.
2.
Дерево
Тела, имеющие равные массы, но
изготовленные из разных веществ,
могут иметь разные объемы.
П л о т н о с т ь в е щ е с т в а
V
m2 m3
=
V V2 V3
Отношение массы
вещества к ее объему есть
величина постоянная.
m3
V3
const
Vп= V
mп= m
mд =m
V
д
д
= V
теза
д
св
св
Величины
m
- плотность
вещества
m - масса тела
V - объем тела
][
m
][
которые у всех веществ разные и расположены различным образом.
Разные тела имеют различное внутреннее строение. Они состоят из молекул,
][
V
«Плотность вещества»
кг
м
3
Норматив
ное знание
m
V
А. Использование положительных сторон явления.
При изготовлении дроби, пуль,
гантель, штанг используют
материал с большой
Vm
плотностью.
1. Для уменьшения массы
строительных конструкций
используются пористые
материалы.
2. Для изготовления плотов
используют материалы с
плотностью меньшей, чем
плотность воды.
III. Придумайте свои примеры.
Применение
I. Для расчетов массы,
объема, плотности тела.
II. В быту и технике:
Б. Устранение отрицательных
сторон явления.
48
Зададим себе ряд вопросов, чтобы выяснить, что характеризуют
V
эти отношения.
1. Характеризуют ли они массу тел? Нет, масса менялась, а отно-
шение оставалось постоянным.
2. Характеризуют ли они объём тел? Нет, объём менялся, а отно-
шение оставались постоянными.
3. А что не менялось в этом опыте? Не менялось вещество, из ко-
торого изготовлены бруски.
Следовательно, это отношение характеризует свойство вещества.
Обозначим это свойство буквойρ и назовём плотностью вещества.
Итак, получим новую физическую величину – плотность.
m
Плотностью называется физическая величина, равная отношению массы вещества к его объёму.
Наименование единицы плотности в международной системе
единиц будет:
Имея эту формулу, можно получить ещё две, которые позволят
делать различные расчёты, связанные с массой и объёмом тел:
Далее следует рассмотреть применение полученной научной теории на практике.
1. Данная теория позволяет делать различные расчёты, связанные
с плотностью, массой и объёмом тел.
2. Там, где плотность играет положительную роль, её стараются
увеличить, используя, например, при изготовлении гантелей, гирь,
кирпичей и прочее.
3. Там, где нужны лёгкие изделия, их выполняют из веществ с малой плотностью, например, матрацы для плавания, кроссовки и др.
Далее предлагается учащимся придумать свои примеры примене-
ния веществ с различной плотностью.
кг
m
V
и
Vm
V
.
3
м
m
.
49
Системно-структурный подход к изучению мощности
t
t
t
3
2
Рабочий с помощью лопаты может загрузить в самосвал две тонныпесказа5часов, в то время как экскаватор может выполнить эту работу за 5 минут. Подъёмный кран может подать на строящийся объект
поддон кирпича за полминуты, в то время, как трое рабочих могут это
сделать за полчаса. Видимо, нужна какая-то физическая величина, которая характеризовала бы эту различную производительность труда.
Чтобы ввести её, проделаем специальный эксперимент.
Будем с помощью электродвигателя поднимать гирю на различную высоту и засекать время этого подъёма. При этом будет совершаться различная работа. Если включить электродвигатель на время t,
то он совершит некоторую работу А. Если время работы электродвигателя удвоить, то груз поднимется на высоту, вдвое большую, и совершится работа 2А. За время, втрое большее, груз поднимется на высоту 3hи совершится работа 3А. Запишем ряд полученных из наблюдения величин.
А 2А 3А
t 2t 3t
Поделим их друг на друга, и, сократив коэффициенты, получим
постоянную величину.
A
A
A
3
2
const
.
Зададим себе ряд вопросов.
1. Что характеризует эта постоянная величина? Характеризует ли
она работу? Нет, работа менялась, а данное отношение оставалось постоянным.
2. Характеризует ли она время? Нет, время менялось, а отношение
остаётся прежним.
3. А что не менялось в даyном опыте? Не менялся механизм, выполнявший работу. Значит, это отношение характеризует свойство
механизма, совершающего работу.
Обозначим это свойство буквой Nи назовём его мощностью.
Итак, мы получили новую физическую величину – мощность.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]