Формирование у учащихся обобщенных умений в процессе изучения физики: условия, способы, особенности. Реализация межпредметных связей (на примере темы/раздела, программы/учебника «…» школьного курса физики по выбору студента).
Связь содержания курса физики с содержанием других учебных предметов
Одной из важнейших задач обучения физике является формирование у учащихся представлений о современной физической картине мира, которая является частью научной картины мира. Формирование представлений о современной научной картине мира возможно лишь на межпредметной основе, так как каждый предмет вносит вклад в решение этой проблемы.
Методологической основой межпредметных связей учебных дисциплин является положение о единстве материального мира и взаимосвязи природы, общества и мышления. В силу единства материального мира все стороны действительности связаны между собой.
Таким образом, различные науки о природе и обществе связаны между собой. Отражением этих межнаучных связей является связь между учебными дисциплинами.
Современный этап развития науки характеризуется двусторонним процессом интеграции и дифференциации наук. С одной стороны, каждая наука развивается в направлении все более глубокого проникновения в сущность познаваемых ею закономерностей природы. С другой стороны, науки развиваются как единый комплекс, взаимно обогащаясь как научными идеями, так и методами познания, что приводит к возникновению пограничных наук: биофизики, биохимии, физической химии, геофизики и др.
Психологической основой межпредметных связей является процесс образования ассоциации Психолог Ю А Самарин отмечает, что формирование научных знаний происходит на основе четырех уровней их систематизации:
I уровень - простые ассоциации: факты и явления связывают безотносительно к системе данных явлений;
II уровень - ограниченно-системные ассоциации: устанавливаются связи между фактами и явлениями в пределах темы;
III уровень - внутрисистемные ассоциации: связь устанавливается в пределах учебного предмета;
IV уровень - мсжсистемные ассоциации: устанавливаются связи между знаниями, принадлежащими к различным наукам.
Эти ассоциации и позволяют производить систематизацию знаний на самом высоком уровне при условии реализации межпредметных связей.
Дидактическая роль межпредметных связей проявляется в том, что их установление позволяет обеспечить систематичность и последовательность знаний.
Межпредметные связи понимают как условие и средство повышения научного уровня знаний учащихся, повышения роли обучения в формировании их на) чного мировоззрения, в развитии их мышления, творческих способностей, оптимизации процесса усвоения знаний и в конечном итоге - как условие и средство совершенствования всего учебного процесса.
Из вышесказанного следует значимость межпредметных связей в учебном процессе, которая проявляется в том, что их реализация позволяет:
- повышать научный уровень знаний благодаря всестороннему п более глубокому изучению явлений и свойств тел;
- обеспечивать систематичность и системность знаний, что ведет к их осознанности, прочности и обобщенности;
- формировать мировоззрение учащихся благодаря раскрытию единства материального мира, взаимосвязи и взаимообусловленности явлений;
- формировать более глубокие политехнические знания, поскольку в настоящее время целый ряд технологических процессов может быть понят лишь на основе знаний из нескольких наук;
-осуществлять экологическое образование учащихся, поскольку решить эту задачу невозможно без привлечения в процессе обучения физике знаний по химии и биологии;
- осуществлять гуманитаризацию обучения физике;
- формировать общеучебные умения;
-развивать мышление и творческие способности учащихся, поскольку установление межеистемных ассоциаций в процессе реализации межпредметных связей ведет к изменениям в мыслительной деятельности учащихся: мышление становится более гибким, подвижным, обобщенным.
Межпредметные связи классифицируют по разным основаниям, главным образом, их делят на группы по временному и информационному признакам. Соответственно выделяют хронологические и содержательные межпредметные связи. По временному признаку различают предшествующие, сопутствующие и перспективные связи.
Предшествующие связи - это связи курса физики с материалом, изучавшимся в других предметах раньше. Например, в процессе изучения гидро- и аэростатики в курсе физики устанавливаются связи с материалом, изученным раньше в курсах природоведения и географии (сообщающиеся сосуды, атмосферное давление и др.).
Сопутствующие связи - это связи между понятиями, законами, теориями одновременно изучаемыми в разных учебных предметах. Например, сопутствующими являются связи курсов физики и химии при формировании понятий об атоме и его характеристиках, связи курсов физики и математики при изучении понятия гармонического колебания.
Перспективные связи - это такие связи, при которых материал курса физики является базой для изучения других предметов, например обществоведения: понятия материи, пространства, времени, движения, взаимодействия рассматриваются в курсе физики, а затем обобщаются в курсе обществоведения.
Классифицируя межпредметные связи по информационному признаку, исходят из содержания учебного материала. В этом случае выделяют фактические связи (связи на уровне фактов). Например, движение планет изучают в физике и астрономии.
Следующую группу составляют понятийные связи (связи на уровне понятий). Например, общими дня физики и химии являются понятия атома, молекулы и др., для физики и математики - вектора, производной и др.
Еще одна группа - теоретические связи (связи на уровне законов и теорий). Примерами могут служить молекулярно-кинетическая теория строения вещества в физике и химии, классическая механика и законы движения тел в физике и астрономии и т.д.
Связи физики и других учебных дисциплин. Рассмотрим конкретные примеры межпредметных связей физики с другими предметами.
Связь курсов физики и обществоведения. Основой межпредметных связей этих дисциплин является то, что физика представляет собой естественнонаучную базу для философских обобщений.
Связи между этими предметами в силу специфики философии устанавливаются на уровне общенаучных понятий (материя, движение и др.), категорий диалектики (непрерывность и дискретность, необходимость и случайность и др ), законов (переход количества в качество, единство и борьба противоположностей, отрицание отрицания), принципов, теорий (теория познания).
С первых же уроков по физике у учащихся начинает формироваться представление о материи и ее видах; это понятие углубляется к концу обучения и обобщается в курсе обществоведения. Подобным же образом обобщается и понятие о движении как форме существования материи, о пространстве и времени. В курсе физики изучаются явления (парообразование и конденсация, плавление и кристаллизация и др.)» свойства объектов (свойства электромагнитных волн различных диапазонов), которые наглядно иллюстрируют проявление законов диалектики.
Связь курсов физики и математики. Взаимосвязь учебных предметов физики и математики отражает взаимосвязь наук физики и математики, которая определяется наличием у них общей предметной области. Взаимосвязь этих наук выражается во взаимосвязи их идей и методов, которую можно условно разделить на три вида:
1) физика ставит задачи и создает необходимые для их решения математические методы, которые в дальнейшем служат базой для развития математической теории (теория дифференциального исчисления Ньютона для решения задачи о движении тел);
2) развитая математическая теория используется для анализа физических явлений, что часто приводит к созданию новой физической теории (теория электромагнитного поля Максвелла), которая в свою очередь приводит к развитию физической картины мира (в данном примере - электродинамической) и к возникновению новых физических проблем (СТО);
3) физическая теория в своем развитии опирается на математический аппарат, который развивается и совершенствуется по мере его использования в физике (общая теория относительности и тензорный анализ, квантовая механика и матричное исчисление).
Эти направления связей физики и математики отражаются в обучении, и связи носят двусторонний характер. В таблице в качестве примера показана реализация межпредметных связей физики и математики в IX классе при изучении механики.
|
Что нужно из курса математики физике |
Что физика дает математике |
|
Вектор и операции над векторами Система координат Радианная мера угла, соотношение между радианом и градусом Линейная функция, ее график Квадратная функция и квадратное уравнение Понятия о тригонометрических функциях |
Примеры векторных величин (S, v, a, F) и операции над ними
Плоская и пространственная декартовы системы координат
Решение задач, помогающих формированию математического языка
Уравнения координаты и скорости, графики движения
Уравнение траектории у =f(х)
|
Связь курсов физики и химии. Науки физика и химия имеют общую предметную область: атомный и молекулярный уровни материи. Для изучения строения и свойств материи они используют одну и ту же теорию - квантовую механику и одни и те же методы познания (спектральный анализ, электронную микроскопию и др.).
Межпредметные связи физики и химии могут осуществляться в следующих направлениях: формирование общих мировоззренческих понятий (материя и т.д.), формирование понятий, общих для физики и химии (атом, молекула, постоянная Авогадро и др.), изучение общих законов (закон электролиза и др.) и теорий (МКТ и электронная теории), использование знаний, приобретенных в курсе физики, при изучении химии и наоборот, показ общих методов познания, формирование и использование общих умений.
Связь курсов физики и астрономии. Содержание школьного курса астрономии составляют преимущественно вопросы астрофизики. Само слово «астрофизика» отражает связь физики и астрономии. Эти науки имеют общую предметную область: микро-, макро- и мегауровни материи, общие методы исследования и общие законы. При изучении практической астрономии используют такие знания из кинематики, как система отсчета, система координат, движение точки по окружности.
Связь курсов физики и технологии. Установление межпредметных связей курсов физики и технологии - необходимое условие осуществления политехнического обучения. Эта связь носит двусторонний характер. Ее фундаментом служит то, что физика является основой конструкции и работы орудий труда и целого ряда технологических процессов, которые учащиеся могут наблюдать в повседневной жизни.
При изучении физических явлении и законов и их применений в технике учитель должен обращаться к опыту работы учащихся в мастерских, предлагать им задания по наблюдению за технологическими процессами, по изучению свойств обрабатываемых материалов, по составлению и решению задач на основе результатов работ, выполняемых в школьных мастерских или в домашних условиях.
Формы и методы реализации межпредметных связей могут быть следующими:
- опора в процессе изучения нового материала по физике на знания и умения, полученные учащимися ранее при изучении других предметов;
- проведение комплексных семинаров межпредметного характера;
- чтение лекции межпредметного характера;
- решение задач межпредметного содержания;
- выполнение комплексных экспериментальных работ;
- проведение комплексных экскурсий.
Проблема межпредметных связей получает новое решение в условиях дифференцированного обучения.
Так, углубленная подготовка учащихся по физике и математике в классах физико-математического профиля позволяет, например, формировать у учащихся статистические представления с опорой на знания по математике, полученные при изучении темы «Элементы теории вероятностей и математическая статистика».
Появляется возможность использовать дифференциальное и интегральное исчисления при формировании (или повторении) понятий скорости, ускорения, силы тока, работы и т.п.
Установление тесных межпредметных связей физики с химией и биологией в классах биолого-химического профиля приводит к необходимости введения в программу и в содержание конкретных уроков материала биофизического и физико-химического характера. Например, при изучении гидродинамики можно рассмотреть кровяное давление; при изучении звуковых колебаний - роль ультразвука в жизни животных и т.д.
При обучении учащихся технических классов и профессионально-технических училищ необходимо устанавливать межпредметные связи не только с общеобразовательными дисциплинами, но и с общетехничсскими и с профессионально-техническими. Этой цели служит рассмотрение в курсе физики материала, являющегося базисным для изучения специальных дисциплин. Например, такие вопросы, как строение твердых тел, вязкость и пр.
В классах гуманитарного профиля па первый план выступают межпредметные связи физики с историей и обществоведением, поскольку одной из задач преподавания физики в этих классах является формирование у учащихся представлений о роли науки, в том числе физики, в развитии общества, научно-техническом прогрессе, о взаимосвязи развития науки, общественных отношений, техники.
Особое значение приобретает реализация межпредметных связей при решении задачи экологического образования учащихся. Так, при изучении альфа-, бета- и гамма-излучений рассматривается их влияние на организм человека и пр.
Формирование у учащихся обобщенных умений
Деятельностный подход к организации учебного процесса позволяет не только успешно решать проблему эффективного усвоения знаний всеми учащимися, но и формировать у учащихся умение самостоятельно, осознанно, грамотно планировать свою деятельность при решении различных задач. Достигается это формированием у учащихся обобщенных умений.
В программе любого учебного предмета, и в частности физики, обязательно перечисляются умения, которыми должны овладеть учащиеся при изучении данного предмета: пользоваться мензуркой, амперметром, термометром и т.п., решать задачи с использованием формул, строить изображение предмета в линзе и т.п.
Эти умения (действия, виды деятельности) являются частными, так как относятся к одной формуле, измерительным приборам одного типа, одному оптическому прибору. Но так как измерительных приборов, используемых в физическом эксперименте, много, формул тоже много, то возникает вопрос: где взять время для специального формирования всех этих частных видов деятельности?
Этот вопрос может быть успешно решен через выделение действий, которые являются общими для всех частных видов деятельности. Так, каждый измерительный прибор используется для определения значения конкретной физической величины в заданной ситуации.
Процедура снятия показаний любого измерительного прибора со шкалой и указателем одинаковая: 1) устанавливают, какую физическую величину и в каких единицах измеряет данный прибор; 2) находят цену деления шкалы прибора; 3) находят значение физической величины, соответствующее положению указателя на шкале прибора.
Эти три действия в указанной последовательности представляют собой содержание общего приема (способа, метода), который можно назвать «Снятие показаний измерительного прибора, имеющего шкалу». Формирование такого обобщенного приема (обобщенного умения) занимает значительно меньше времени, чем формирование частных приемов деятельности. Если учащиеся владеют этим обобщенным приемом, то они легко и правильно будут снимать показание любого измерительного прибора.
Решение проблемы формирования обобщенных умений требует поиска ответа на следующие вопросы: 1) обобщенные приемы деятельности каких видов следует формировать у учащихся при обучении физике; 2) каково должно быть содержание этих обобщенных приемов (из каких действий они должны состоять и в какой последовательности выполняться); 3) какова должна быть методика формирования обобщенных приемов деятельности?
При обучении школьному курсу физики можно обучать учащихся обобщенным приемам всех видов деятельности, адекватных физическим знаниям; общему методу поиска решения физических и технических (прикладных) задач; методам работы с готовой информацией (классификация; систематизация; обобщение; составление обзора); методам научного общения (подготовка доклада, сообщения, реферата, статьи; выступление с докладом, сообщением; построение ответа на заданную тему; участие в научной дискуссии).
Содержание многих из названных видов деятельности смоделировано, т.е. установлено, из каких действий они состоят, в какой последовательности эти действия должны выполняться и каков способ выполнения каждого действия. При выделении этого содержания учитывалось, что конечный продукт каждого предыдущего действия должен быть использован в следующем действии в качестве предмета или средства действия. Пример обобщенного содержания деятельности приведен на схеме 30.
Формирование обобщенных приемов деятельности осуществляется в три этапа.
На первом этапе главным действующим лицом является учитель: он, зная обобщенное содержание деятельности, задаст учащимся серию вопросов, побуждающих их к выполнению тех или иных действий, но в конкретной ситуации.
Получается, что учащиеся участвуют в создании понятия конкретною физического явления (теплопроводности и т.п.), в решении конкретных задач, в распознавании конкретных ситуаций, соответствующих научному знанию, и т.д.
Обязательным элементом этого этапа являются домашние задания типа: выделить систему действий, выполнявшуюся на данном уроке при ... (решении задач, создании понятия и т.п.). Такие задания побуждают учащихся рефлектировать действия, которые они выполняли на уроке.
Результаты выполнения этого задания обсуждаются на следующем уроке, и отредактированная система действий выписывается каждым учеником на отдельный лист бумаги. Так у учащихся накапливается рабочий материал для второго этапа в виде нескольких планов действий по выполнению однотипных заданий.
На втором этапе учащиеся самостоятельно выделяют обобщенное содержание деятельности данного вида: сравнивают содержание деятельностей, выполненных на первом этапе, и находят в них общие действия. Эти общие действия называются общими словами, безотносительно к конкретной ситуации. Такая работа необходима для того, чтобы содержание обобщенного приема было осмыслено учащимися. После этого проводится специальная работа по усвоению этого содержания: учащимся выдастся «россыпь текста» (карточки с названием действий, составляющих содержание обобщенного приема) и предлагаеся «выложить» обобщенное содержание данной деятельности, т.е. расположить названия действий в последовательности, позволяющей получить заданный результат. Затем учащиеся должны получить несколько заданий (с указанием конкретной ситуации) и снова «выложить» общую систему действий по их выполнению. Обобщенный план деятельности по выполнению одного из заданий каждый ученик проговаривает вслух своему соседу по парте. Такая работа позволяет добиться того, что каждый учащийся осмыслит и присвоит себе обобщенный прием.
На третьем этапе учащиеся должны научиться самостоятельно планировать и выполнять аналогичную деятельность в конкретных различных ситуациях. Для этого учитель сначала показывает, как, руководствуясь общей системой действий, можно спланировать свои действия по выполнению данного конкретного задания. Этот образец деятельности учащиеся сначала самостоятельно повторяют для той же самой конкретной ситуации, затем еще на 3-4 заданиях. В случае затруднения ученик может обратиться к учителю.
Для применения такой методики необходимо проанализировать содержание школьного курса физики с тем, чтобы подобрать место и время проведения каждого этапа. При этом нужно учесть, что для проведения первого этапа необходимо не менее двух уроков, на которых учащиеся участвовали бы в выполнении деятельности данного вида, причем эти уроки должны следовать друг за другом с небольшим промежутком. Для тренировки в применении обобщенного приема (третий этап) необходимо, чтобы соответствующие задания могли появиться не менее пяти раз и тоже с небольшими промежутками. Второй этап не связан с учебным материалом и должен проводиться после самостоятельного выделения учащимися содержания деятельности в конкретной ситуации (после завершения первого этапа).
Так, анализ содержания базового курса физики показывает, что обучение обобщенному приему выявления устойчивых связей и отношений между физическими величинами без изменения этого содержания целесообразно провести в VIII классе, выделив для каждого этапа уроки, указанные в таблице 29.
Таблица 29
|
Номер этапа |
Тема урока |
Деятельность учащихся |
|
1 |
1. Зависимость изменения температуры тела при нагревании от количества теплоты, необходимого для этого надевания 2. Энергия топлива |
1. Участие в «открытии» законов совместно с учителем 2. Выполнение домашних заданий: выделить действия, которые мы выполняли при «открытии» данного закона |
|
2 |
1, 2. Общая логическая схема деятельности по выявлению устойчивых связей и отношении между физическими величинами эмпирическим путем |
Составление общей логической схемы деятельности по «открытию» эмпирических законов и выполнение деятельности по ее усвоению |
|
3 |
1. Плавление и отвердевание кристаллических тел 2. Испарение 3. Кипение. Удельная теплота парообразования 4. Взаимодействие заряженных тел 5. Закон Ома для участка цепи 6. Зависимость сопротивления проводника от его длины и площади поперечного ссчсиия |
Тренировка в самостоятельном планировании деятельное! и по «открытию» эмпирических законов Освоение способов выполнения действий: формулирование ПЗ №1 (схема 30) проектирование ЭУ составление программы проведения экспериментов формулирование единичных и общих выводов обработка результатов экспериментов |
Такое обучение обобщенным приемам деятельности формирует у учеников совершенно новые качества: они начинают с повышенным интересом относиться к урокам физики; свободно могут выражать свои мысли, не боясь сказать неправильно; хорошо понимают, какие действия и в какой последовательности нужно выполнить, чтобы получить ответ на поставленный вопрос, приобретают прочные знания.