Применение ресурсов городской среды в изучении школьниками физики

. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКИ В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

1.1. Особенности изучения физики в школьном курсе

В начале XX века в методике обучения уже сформировалась серьезная культурная традиция, использованные слова Н.В. Кашина. Преподавание физики имело более двухсотлетнюю историю, начиная со Славяно-Греко-Латинской Академии. Ровно двести лет назад вышла первая книга по физике Х. Гюйгенса, которую перевел на русский язык соотечественник Петра I - Я.В. Брюс. С момента выхода первых учебников по механике и физике прошло немного меньше лет. Сто лет назад преподавание физики начало развиваться институционально, став педагогической наукой со своими исследовательскими программами, институтами и первыми физиками-методистами, которые интересовались преподаванием физики и исследованием методов обучения. В это время формировались основные методы обучения физике.
В начале XX века начали появляться работы по истории методики физики, что явилось признаком развития методики обучения как педагогической науки. В XX веке история методики физики стала объектом научного анализа не только физиков-методистов, таких как Д.Д. Галанина, Н.В. Кашина, И.И. Соколова и других, которые принимали непосредственное участие в формировании основ методики в начале прошлого века, но и исследователей, которые можно назвать историками методики физики, например, И.К. Турышева. История методики физики представляет научный интерес и в настоящее время.
В целом история естественных наук начала формироваться как самостоятельная научная дисциплина в XIX веке. Работы ученых XIX - начала XX веков, таких как В. Уэвелл, Ф. Розенбергер, Э. Мах, Ф. Кэджори, Ф. Даннеман и других, по истории физики и естествознания хорошо известны современным исследователям. В России одним из первых историков науки был Н.А. Любимов - профессор физики Императорского Московского университета, автор гимназического учебника физики 1870-х годов.
Сегодня наука представляется не как единое здание, построенное по единому плану, но объекты курсивом являются актуальными для истории науки, включая историю методики физики. Как сказал Н.А. Любимов, если история физики - это "школа логики открытия", то история методики физики - это школа опыта обучения в логике ее исторического развития. Н. Бор сформулировал принцип соответствия, который в контексте истории методики физики можно переформулировать так, что "старые" идеи, методы и приемы обучения, широко принятые в прошлом, не исключаются полностью в ходе последующего развития науки, но включаются в ее контекст.
Учебник физики является моделью методической системы. Некоторые современные дидактические материалы утверждают, что история педагогики полна ошибок, которые отбрасываются современной педагогической системой. Однако для нас важно проследить преемственность и развитие в истории методики обучения физике. Мы считаем, что сама педагогическая система и степень ее связности являются историческими, то есть система и связи между ее элементами развиваются и проявляются во времени.
Изучая физику, учащиеся знакомятся с различными явлениями природы и их научными объяснениями, они приходят к убеждению в материальности мира и в неограниченных возможностях познания окружающего мира. Начальный курс физики должен давать систематизированные знания и знакомить учащихся с физическими теориями, рассматривая современные представления о молекулярно-кинетической теории структуры вещества, атомной структуре и электронной теории вещества. В настоящее время это особенно важно с учетом задачи повышения научного уровня преподавания основ наук в школе и активного вовлечения учеников в научное мышление.
А.В. Усова уделяет особое внимание следующим задачам преподавания физики в средней школе: передача учащимся первоначальных знаний по физике (о механическом движении, молекулярной физике, тепловых, электрических и оптических явлениях), ознакомление с методами и приборами, проведение нестандартных лабораторных работ, анализ результатов исследований, самостоятельная работа с учебником и решение задач, применение полученных знаний для объяснения явлений, наблюдаемых в природе, и политехнического образования учащихся.
Систематизация позволяет более эффективно воздействовать на учащихся, упорядочивает знания и становится источником новых знаний. В курсе физики возможными объектами группировки и систематизации служат структурные формы материи, свойства тел, явления, процессы, виды движения, приборы, машины, установки и методы исследования.
Систематизация изучаемого материала также включает определение причинно-следственных связей и взаимосвязей между изучаемыми фактами, выделение основных характеристик и рассмотрение конкретных объектов в контексте целой системы. Важным аспектом этой систематизации является выделение основных компонентов внутренней энергии объектов, знания о которых учащиеся получают в рамках курса физики. Объектами систематизации могут также быть величины, свойства материалов и явлений, а также формулы, которые выражают связь между ними. Иногда эти формулы представлены в виде системы уравнений, расположенных в определенной последовательности. В работах А.В. Усова эти проблемы были в разной степени исследованы [1, 2].
Изучение физики как общеобразовательного предмета в школе играет важную роль в подготовке учащихся к жизни в современном техническом мире и формировании их мировоззрения. Ранее основной целью школьного физического образования было формирование у школьников крепких и глубоких знаний основ физики. Однако сегодня школьное физическое образование ставит перед собой другие задачи, включающие развитие и воспитание учащихся в процессе обучения. Главные цели физического образования включают подготовку учащихся к выбору профессии, развитие их творческих способностей и формирование мотивов к обучению.

Однако при изучении физики у школьников часто возникает психологический барьер, затрудняющий понимание и усвоение материала. Это связано, прежде всего, с недостаточно развитым абстрактным мышлением и необходимостью использования математического языка для полного понимания знаний. Хотя в целом, предмет изучения физики является более простым по сравнению с другими естественными и гуманитарными науками. В связи с этим, в данной работе проведен анализ и систематизация проблем преподавания физики в современной средней школе с учетом предстоящего перехода к двенадцатилетнему обучению. Это необходимо для обновления школьного физического образования, создания оптимальных условий для развития каждого ученика и воспитания человека с новым уровнем сознания, способного к самооценке и критическому мышлению, основанному на естественнонаучном мировоззрении.
Полноценное изучение физики предполагает овладение модельным подходом к анализу явлений, процессов и систем, освоение экспериментальных методов исследования природы, а также умение решать не только идеализированные, но и реальные физические задачи. Важно научить учащихся строить модели и использовать их для анализа окружающего мира. Модельный подход заключается в выделении главного и отказе от несущественного. Научная модель представляет собой адекватное отображение предмета исследования, которое позволяет получить новую информацию об объекте. Однако ученикам часто трудно понять необходимость моделирования и его относительность, что требует от учителя диалектического подхода при объяснении явлений окружающего мира.
Учитель должен уметь выявлять закономерности и законы, которые "уплотняют" информацию, и сокращают ее объем. Закономерности и законы позволяют работать с меньшим количеством информации, но более качественно. Главная цель преподавания физики заключается в воспитании ученика с высоким уровнем сознания, способного к самооценке и критическому мышлению, основанному на научном мировоззрении.
Осознание абсолютных законов материального мира - одна из главных задач обучения. Эти всеобщие и универсальные законы, такие как закон сохранения массы и энергии, действуют во всех областях нашей реальности. Однако понять и принять их существование для учащегося не так просто, так как это требует от него отказа от многих привычных представлений. Учитель должен уделить этому особое внимание, поскольку подобное видение окружающего мира является важным фактором формирования его личности и критического мышления в отношении псевдонаучных утверждений.
Физический эксперимент является мощным методом познания природы. Физика в своей сути является экспериментальной наукой, поэтому наблюдения и опыты являются основными источниками наших знаний о физических явлениях. Учащимся необходимо понять, что опыт - это способ проверки любой физической теории и главный критерий истины. Они должны осознать, что нельзя считать верным никакое утверждение без опытного подтверждения, и что эксперимент является проверкой справедливости законов. Для учащегося это не всегда просто, так как ему привычно многое принимать на веру без сомнения. Поэтому целью изучения физики в современной школе является формирование экспериментального подхода к познанию и развитие навыков работы в физической лаборатории.
Физика - первый школьный предмет, где опыт играет главную роль. Поэтому умения наблюдать и анализировать являются сложным заданием для школьников. Однако физический практикум имеет множество преимуществ, включая активность и самостоятельность учащихся, развитие навыков работы с приборами и умений обработки полученных результатов. Важным также является отсутствие посредников между учащимся и объектом изучения, что способствует формированию естественнонаучного мировоззрения и развитию планирования и проведения экспериментов.
Все перечисленные методы способствуют формированию у учащихся естественнонаучного мировоззрения и умения планировать и проводить эксперименты - фундаментальных навыков любой науки. Однако самым сложным для учащегося является умение делать выводы из полученных данных и применять их для достижения поставленных целей. Помимо физического эксперимента, активное использование мысленного эксперимента также является полезным для обучения. Предположения и допущения позволяют наметить новые подходы к решению проблем и приводят к открытию новых теорий и решений. Умение мысленно проектировать и анализировать ситуации полезно не только для изучения науки, но и для повседневной жизни.
Сложность решения физических задач является одной из главных проблем как для учеников, так и для учителей в процессе изучения физики. При решении задач ученик должен рассмотреть различные варианты решения, не зная точного пути, и применять свои знания и логическое мышление для достижения правильного результата. Часто преподаватели предлагают типовые задачи средней сложности в качестве примеров. Однако для достижения высоких результатов необходимо использовать методы, развивающие самостоятельное мышление, исследовательские навыки и творческий подход к решению проблем (например, проблемно-поисковый метод).
Таким образом, в процессе изучения физики необходимо использовать физический и мысленный эксперименты, а также развивать навыки решения задач. Это способствует формированию естественнонаучного мировоззрения учащихся и развитию их творческого мышления и аналитических умений.
Одной из ключевых навыков, которому школьники должны научиться, является самостоятельная проверка правильности решения задачи и анализ проведенного решения. В этот процесс включается, например, решение новой задачи, сформулированной на базе данной, поиск нового способа решения, проверка итоговой формулы методом размерности и так далее. Однако обучение методам анализа уже решенных задач представляет для ученика значительную трудность. Преодолев эту сложность, он сможет не только без труда анализировать полученную информацию в будущем, но и делать выводы на ее основе – именно таким образом в процессе изучения физики закладываются основы научного мышления.
Итак, подводя итог всему вышесказанному, можно отметить, что успешное решение школьниками всех проблем, возникающих при изучении физики, оснащает их системой знаний основ физики и способствует развитию научного мышления – исследовательского и теоретического. В ходе и в результате усвоения физических знаний закладываются основы научного мировоззрения, которое является могущественным инструментом в творческой деятельности человека. Оно предполагает глубокое понимание явлений природы и общественной жизни, развитие умения сознательно объяснять эти явления и определять свое отношение к ним, а также умение осознанно строить свою жизнь, ставить цели и планировать их достижение.
Сознательное усвоение системы физических знаний способствует развитию логического мышления, памяти, внимания, воображения, умственных способностей, а также развитию склонностей и талантов. При этом, важно сохранить гармонию образования, не утрачивая такие важные компоненты, как передача опыта различных форм и видов деятельности, эмоционально-ценностное отношение к миру и другие.
На сегодняшний день рассматривается несколько концепций современного школьного физического образования, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Однако, независимо от выбранной концепции, очень важно помнить, что учащиеся смогут преодолеть все проблемы, возникающие при изучении физики, только тогда, когда этот предмет сможет раскрыть их собственный потенциал. Учебный процесс должен развивать умственные способности учащихся, а также их способности рассматривать природу с научной, непредвзятой точки зрения, без идеологических и религиозных предрассудков.
Постепенное обучение должно развивать у школьников способность визуально представлять себе различные процессы, и только тогда физика станет стимулом для тех, кто планирует активно включиться в процесс объяснения существующего и сотворения нового мира.
Таким образом, целью преподавания физики в современной школе является развитие способности учащихся наблюдать и размышлять, а также зарождение интереса к проблемам окружающего мира и стремление их решить. Физика должна научить учащихся вести наблюдения, классифицировать явления, устанавливать связи между ними и давать им объяснения. Особое внимание в преподавании физики должно уделяться не только формированию и развитию мышления, предметных знаний и умений, но и воспитанию информированных и мыслящих граждан, способных осмыслить научные вопросы в контексте социально значимых задач. Для формирования такого видения мира необходимо использовать интегрированные курсы, включающие в себя историю развития физики, вопросы охраны окружающей среды, а также социальные и этические проблемы, связанные с использованием физических знаний.
Обучение физике в старших классах имеет важное значение, и на заключительном уроке, например, по теме "электрическое поле", можно предложить учащимся сравнить основные свойства электрического и гравитационного полей. При выполнении этого сравнения старшеклассникам следует заполнить таблицу. Такой подход к организации учебного материала позволяет его лучше запомнить и долгосрочно сохранить в памяти. Также для сравнения можно использовать вид классификации, при которой объекты или предметы группируются в соответствии с определенными критериями. Одним из примеров классификационных таблиц является таблица структурных форм вещества. Применение классификации с помощью таких схем полезно для систематизации и обобщения знаний учащихся в курсе физики.
Связанная с проблемой развития памяти и логического мышления у школьников, а также их творческих способностей, задача включает в себя не только использование учителем методов систематизации при изложении нового материала, но и развитие у учеников навыков самостоятельной систематизации изучаемого материала и рассмотрения уже изученных явлений с новой точки зрения. Например, использование понятий кинематики при изучении динамики, а также понятий кинематики и динамики при изучении электростатики и электродинамики. Такой подход способствует гибкости мышления, что является важным условием развития творческого мышления и способности выполнять стандартные и нестандартные лабораторные работы.
Также важно уделять внимание систематизации учебного материала в старших классах. Постепенно нужно работать над совокупностью знаний учащихся по таким вопросам, как свойства вещества и полей, виды движения, структурные формы вещества, типы взаимодействия энергий и ее видов, а также законы сохранения (массы, энергии, импульса и электрического заряда). Чем раньше начнется воспитание интереса у учащихся к научным знаниям и развитие их исследовательских способностей, тем быстрее они станут способными к самостоятельной научной работе.
Процесс развития интереса у учащихся к научным знаниям и исследовательскому труду способствуют следующие факторы: повышение научного уровня преподавания предмета, большее внимание к изучению физических теорий для объяснения физических явлений и свойств материалов; знакомство учащихся с методами, используемыми в научных исследованиях по физике, такими как эксперимент, анализ фактов и выводы из них, проверка выводов на практике; систематическое включение элементов исследования в учебный процесс по физике, а также использование исследовательского подхода к изучению отдельных тем и вопросов в рамках школьного курса физики.
Особое воспитательное значение имеют лабораторные работы при изучении физики. Они позволяют учащимся увидеть объективность физических законов и ознакомиться с методами, используемыми в научных исследованиях по физике. Стандартные и нестандартные лабораторные работы способствуют глубокому усвоению учащимися физических законов, развитию навыков работы с измерительными приборами и осознанному применению полученных