Лекція 3. Зміст і структура курсу фізики середньої школи

План

1. Принципи відбору змісту курсу фізики і його структурування.

2. Фундаментальні фізичні теорії як основа шкільного курсу фізики.

3. Зміст і структура курсу фізики ЗОШ.

С/р: Зв'язок навчання фізики з викладанням інших предметів

Література

1. Бугаев А.Н. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы: Уч. пос. для ст-тов пед ин-тов по физ.-мат. спец. - М.: Просвещение, 1981. - 288 с.

2. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы: Учебное пособие для ст-тов пед. вузов / С.Е.Каменецкий. Н.С.Пурышева, Т.И.Носова и др. Под ред. С.Е.Каменецкого. - М.: ИЦ "Академия", 2000. - 368 с.

3. Фізика. Програма (рівень стандарту) для учнів 7-9 класів загально-­ освітніх навчальних закладів. - К.: МОН України, 2004 р. - 31 с

4. Коршак Є.В., Ляшенко О.І., Савченко В.Ф. Фізика 7 кл.: Підручник для серед, загально освіт, шк.. - К.: Ірпінь: ВТФ "Перун", 1998.-160 с.

5. Коршак Є.В., Ляшенко О.І., Савченко В.Ф. Фізика 8 кл.: Підручник для серед, загально освіт, шк.. - К.: Ірпінь: ВТФ "Перун", 2002.-192 с

6. Коршак СВ., Ляшенко О.І., Савченко В.Ф. Фізика 9 кл.: Підручник для серед, загально освіт, шк.. - К.: Ірпінь: ВТФ "Перун", 2000. - 232 с.

1. Мультановський В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе физики. - М.: Просвещение, 1977. - 168 с.

2. Рузавин Г.Н. Научная теория. - М.: Мысль, 1978. - 244 с.

3. Андреев И.Д. Теория как форма организации научного знания. - М.: Наука, 1979.-303 с.

1. Визначення змісту навчального предмета вимагає передусім докладного аналізу змісту базової науки, щоб добрати коло наукових понять, законів, теорій, фактів, які становлять те, що ми називаємо основами науки.

Далі навчальний матеріал структурується: аналізуються можливі логічні структури навчального предмета.

Не менш важливим є визначення системних знань, умінь і навичок, які передбачається сформувати у учнів, тобто, стандарту освіти з даного предмету.

Після цього зміст стандарту конкретизується у вигляді програм.

Кульмінаційним пунктом даного аспекту методики є створення альтернативних підручників. Варто підкреслити, що це завдання методики майже не пов'язане з дидактикою, оскільки дидактика не розв'язує проблем змісту матеріалу, а формулює лише загальні дидактичні принципи та вимоги до підручника.

На сьогодні, в основному, склалася така система фізичної освіти у країні:

	Предмет
	Довкілля	Природознавство	Фізика (базовий курс)	Фізика (профілі)
Варіант системи	I-IV	V-VI	VII-IX	Х-ХІІ

Досвід практичного застосування нового курсу 5-6 кл. -«Природознавство» переконливо свідчить про користь включення фізичного матеріалу в цей курс. Матеріал доступний, викликає інтерес і необхідний, тому що життєвий досвід учнів, як правило випереджає зміст навчальних програм.

Проблема змісту навчального предмету, його співвідношення із змістом відповідної науки дискутується до цих пір.

Тим не менше, в дидактиці склалося певне уявлення про його модель. Ця модель для навчального предмета «фізика» включає 2 блоки: змістовний і процесуальний:

У змістовний блок входять основні предметні знання, такі як: факти, поняття, закони, теорія, ФКС. Так як мету навчання фізиці складають: формування методологічних, світоглядних, історичних, між предметних, то ці знання теж входять у зміст курсу.

У процесуальний блок входять способи теоретичної і практичної діяльності (тобто вміння використовувати знання для розв'язування навчальних завдань), а також форми організацій преса формування у учнів знань і вмінь.

Взаємозв'язок між наукою і навчальним предметом можна сформулювати так:

• фізика як наука відображається у всіх елементах фізики як предмета (в його змістовному і процесуальному компонентах);

• всі елементи фізики-науки входять у зміст фізики-предмета (факти, поняття, закони, теорії, ФКС);

• ці структурні елементи науки являються дидактичними одиницями, які повинні засвоїти учні;

• дидактичні одиниці визначають методи, форми і засоби навчання, спосіб організації матеріалу, логіку його представлення;

• фізична наука впливає на формування особистості.

Таким чином, фізика-наука є джерелом змісту фізики-навчального предмета.

Другим джерелом формування змісту являються знання про процес навчання.

Основним фактором для конструювання курсу фізики є мета. Досягається вона слідуванням дидактичним і методичним принципам.

Принцип генералізації полягає у виділенні однієї або декількох ідей, навколо яких об'єднується навчальний матеріал. Такими ідеями можуть бути принципи, поняття, закони, теорії.

Принцип циклічності пов'язаний з генералізацією навчального матеріалу і полягає у виділенні певних етапів навчального пізнання і взаємозв'язок між ними.

Цей принцип сприяє формуванню теоретичного мислення на уроці, яке відбувається у формі певного циклу:

2. Перехід від конкретного до абстрактного, формулю­-вання поняття, закону у вигляді гіпотези		3 . Одержання висновків
1. Вивчення і аналіз фактів, дослідів спостережень		4. Перехід від абстракт-тного до конкретного і перевірка експеримен-том отриманих висновків

Іншими словами:

модель-гіпотеза		наслідки
ф акти		експеримент

Якщо експеримент не підтверджує отримані висновки, то він стає новим фактом і процес пізнання істини відновлюється новим циклом.

2. У зош як елемент знань, навколо якого об'єднується навчальний матеріал, вибрано фізичну теорію.

Фізична теорія - це відносно замкнена система понять, яка в узагальненій формі представляє нам сукупність даних експерименту, встановлює зв'язки між ними у формі законів, передбачає нові явища.

При цьому важливо, що теорія дозволяє не тільки пояснити процеси і явища, але і передбачити їх хід, встановити нові закономірності. Тому об'єднання матеріалу навколо фізичних теорій дає можливість передати учням не тільки певну суму знань, а й сформувати у них уміння використовувати ці знання для пояснення і передбачення явищ.

Крім того, так як фізичні теорії входять у фізичну картину світу, така система знань сприяє формуванню у учнів цілісного уявлення про фізичну картину світу і наукового світогляду.

Структура фізичної теорії складається із 3-х компонентів: основа, ядро, висновки (інтерпретація).

Основа	Ядро	Наслідки і інтерпретація
1. Емпіричний базис: спостереження явищ; 2. Моделі: матеріальна точка, абсолютно тверде тіло і т.д.; 3. Система понять: шлях, переміщення а, m, F і т.д.	1. Закони (наприклад руху Н'ютона); 2. Закони збереження; 3. Постулати; 4. Принципи; 5. Постійні.	1. Пояснення різних видів руху; 2. Розв'язання задач; 3. Використання в техніці; 4. Передбачення нового; 5. Межі використання.

Якщо порівняно недавно матеріал об'єднувався по класам явищ: механічні, теплові, електричні, магнітні, світлові, тяжіння і ін., то зараз навчальний матеріал курсу фізики явно об'єднується по 4 фундаментальним теоріям:

1. Класична механіка;

2. Статистична фізика і термодинаміка;

3. Електродинаміка;

4. Квантова фізика.

Порівнюючи структуру теорії з циклом пізнання у навчальному процесі, можна сказати, що основа теорії відповідає першому етапу пізнання - «факти», ядро - другому етапу («модель-гіпотеза»), висновки — третьому етапу («наслідки», сходження від абстрактного до конкретного), після чого цикл завершується поверненням до предметно-матеріального світу фізичних об'єктів у практичних застосуваннях («експеримент»).

Таким чином, узагальнення на рівні теорії розгортається у відповідності з циклом пізнання і відрізняються від узагальнень на рівні понять і законів об'ємом.

Застосування узагальнень на рівні теорії дало б можливість розв'язати питання генералізації знань. Але воно зустрічає у школі ряд труднощів, головною з яких є невідповідність математичних знань учнів складному математичному апарату, що використовується у фізичних теоріях.

Генералізація навчального матеріалу навколо фізичних теорій (хоча б на якісному чи неповному рівні) дозволяє успішніше розв'язати задачу формування наукового світогляду, політехнічної освіти, прикладного значення фізики.

Але, крім генералізації матеріалу навколо фізичних теорій можна виділити ще декілька ідей, навколо яких об'єднується навчальний матеріал.

Це:

1. Ідея будови матерії. Формування у учнів уявлень про будову матерії починається з самого початку вивчення курсу фізики, а далі вони знайомляться з польовим її видом.

2. Весь курс пронизує ідея збереження енергії: уявлення про закон збереження енергії учні отримують вже в курсі 7 класу і цей закон успішно використовується при поясненні явищ різної фізичної природи - механічних, теплових, електромагнітних, квантових.

3. Ідея відносності - вперше вона вводиться у механіці, потім розвивається в електродинаміці, при вивченні відносності електромагнітного поля і основ спеціальної теорії відносності.

Об'єднання навколишнього матеріалу навколо ведучих фізичних ідей дозволяє укрупнити розділи і теми курсу фізики, представити у єдності класичну і сучасну фізику, відібрати основний матеріал, звільнити курс від другорядного матеріалу, а учнів від необхідності запам'ятовувати дуже велику кількість фактів.

В результаті вивчення курсу фізики у учнів повинно сформуватися уявлення про систему знань про оточуючий світ, тобто, про фізичну картину світу (ФКС).

Фізична картина світу - це ідеальна модель природи, що включає в себе загальні поняття, принципи, гіпотези фізики і характеризує певний етап її розвитку.

У ФКС конкретизуються філософські уявлення про матерію і рух, простір і час, взаємозв'язок і взаємодію.

ФКС є частиною природничо-наукової картини світу, яка являє собою вищій рівень узагальнення і систематизації всієї сукупності природничих знань, яка, в свою чергу, є частиною загальнонаукової картини світу.

Компонентами структури ФКС є: висхідні філософські ідеї і поняття про матерію, простір і час, взаємодію; фізичні теорії, а також система фундаментальних фізичних принципів, які відображають зв'язки між теоріями.

Основа	Ядро	Наслідки	Інтерпретація
Емпіричний базис. Ідеалізований об’єкт. Величини. Правила дій над величинами	Система рівнянь. Закони збереження. Принципи і постулати. Фундаментальні постійні	Пояснення явищ. Практичне використання. Виведення наслідків. Передбачення явищ.	Тлумачення основних понять і законів. Осмислення границь використання.

Принцип відповідності припускає, що теорія, справедливість якої була встановлена для тієї чи іншої предметної області, з появою нових теорій не відкидається як невірна, а зберігає своє значення для попередньої області як граничний випадок і частковий випадок нової теорії. Наприклад, зв'язок між рухом електрона в атомі і випромінюванням атома, між класичною і релятивістською механікою і т.д.

Цей принцип було введено Н.Бором. До речі, він працює і в математиці (геометрія Лобачевского і Евкліда), в біології (хромосомна теорія і теорія Менделя).

Принцип доповнюваності - розумівся Бором (який ввів і цей принцип) як доповнюваність хвильових і корпускулярних уявлень, причому «доповнюваність» означає, що кожен із доповнюваних

аспектів не має сенсу без іншого (термодинамічний і статистичний методи, теорія Макевела, Лоренца-Друде і термодинаміка).

Принцип симетрії - це поняття, пов'язане із поняттями однорідності і неоднорідності, ізотропності і анізотропності, рівномірності і нерівномірності, порядка і безпорядку. Всі фізичні закони пронизані принципом симетрії. З симетрією безпосередньо пов'язані закони збереження.

Принцип причинності - складається з динамічної причинності згідно з якою існують однозначні зв'язки між причиною і наслідком; і імовірнісної причинності, суть якої полягає у неможливості однозначного визначення стану системи по заданому початковому стану і закону його зміни. Статистичні теорії і закони глибше відображають причинно-наслідкові зв'язки і тому є фундаментальними у порівнянні з динамічними.