Методические материалы по дисциплине
«МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ В ШКОЛЕ И ВУЗЕ»
(МОФШВ).
Специальность «ФИЗИКА». Группы ЭФ1. Третий курс.
68 ауд. час. + 68 часа самостоятельной работы. Всего 132 часа.
Ю.В.Горин. 16.12.2010.
Введение в дисциплину. (2 часа).
Цель: ознакомить студентов-физиков с назначением и сущностью учебной дисциплины МОФШВ, с разделами учебного плана.
Довести до сведения студентов объем, содержание, форму и сроки выполнения всех самостоятельных работ, используя все шесть приложений.
Сущность дисциплины МОФШВ. Это раздел педагогической науки, трактующей о реализации основных положений дидактики (наука об общих методах обучения) в освоении учебного предмета «ФИЗИКА» учениками основной и профильной школы и студентами различных специальностей.
Таким образом, предмет МОФШВ как науки – теория и практика обучения физике, воспитания и развития учащихся в процессе обучения физике. Напомним, что обучение есть целенаправленная педагогическая деятельность преподавателя (учителя, доцента…) и познавательная деятельность учащихся в их единстве, взаимодействии и взаимосвязи. В целом (по Н.С.Пурышевой) задачей МОФ является формулировка ответов на три вопроса:
Зачем учить? Чему учить? Как учить?
И всё это в применении к физике в школе и вузе.
Основной учебник по дисциплине: «Теория и методика обучения физике в школе: общие вопросы». Учебное пособие для вузов. Под редакцией С.Е.Каменецкого, Н.С. Пурышевой. М., Изд. центр «Аcademia», 2000, 368с. Учебник посвящен «школьной физике», но в нем великолепно изложены основы теории обучения физике в целом. Эти основы прекрасно работают на самых разных этапах обучения. Есть ещё и вторая часть - «Частные вопросы». Эту книгу целесообразно использовать при подготовке конкретных уроков, или в дальнейшем при работе в школе. Специального пособия по обучению физике в вузах пока нет. Его отсутствие, видимо, связано с необъятностью материала. Огромный материал разбросан в публикациях, например, в журнале «Физическое образование в вузах РФ» или же в трудах конференций ФССО и ФОППР. Те построения, что касаются «вузовской физики», основаны на идеях автора данного учебного курса, которые были одобрены акад. Н.С.Пурышевой.
В соответствии с ГОСом и вышеизложенным структура учебного плана включает: Лекции – 34 аудиторных часа. Практика – 34 аудит.часа. Плюс 68 часов самостоятельной работы, плюс экзамен. Первые шесть занятий – в основном лекции, перемежаемые для разнообразия решением задач, которые большинство студентов решать не умеют. Вам придется учить ваших подопечных решению задач. Это очень сложно – учить тому, чего сам делать не умеешь. Эту грань вашей квалификации необходимо шлифовать непрерывно, поэтому решение задач пришлось ввести в «сетку вещания». Посему ПРИЛОЖЕНИЕ 6 прочтите заранее. И постоянно что-нибудь решайте. В это же время – напряженная самостоятельная работа по разработке конспектов уроков и написанию текста пробной лекции. Не откладывайте на «потом», его не будет!!! Затем пойдет практика - студенты проводят уроки, читают пробные лекции, проводят занятия по решению задач и демонстрации лабораторных работ. Проводим разбор занятий, обсуждаем оценки и дорабатываем остаток лекционного материала. Затем экзамен.
Основное содержание лекционного курса:
1. Научный опыт в познании и его отражение в обучении физике.
2.Эволюция обучения физике. Научные и методические особенности разных этапов обучения физике в системе среднего и высшего образования.
3. Таксономия целей и основные цели в методике обучения физике.
4. Содержание и структура курсов физики в средних и высших учебных заведениях. Курсы естествознания в образовательных учреждениях РФ.
5. Обзор правил («принципов») дидактики применительно к различным уровням обучения физике в школе и вузе.
6. Методы обучения физике. Их реализация в школе и вузе. Классификация методов по характеру познавательной деятельности и по источникам знаний.
7. Средства обучения физике.
8. Формы организации учебного процесса в школе и вузе и их реализация в обучении физике.
9. Проверка достижения учениками и студентами целей обучения физике.
10. Технологии обучения физике. Основные идеи развивающего обучения.
11. Формирование физических понятий при обучении физике в школе и вузе.
12. Обобщение и систематизация знаний при обучении физике в школе и вузе. 13. Обучение решению задач в школе и вузе.
14. Формирование экспериментальных умений учащихся при обучении физике в школе и вузе. Лабораторный практикум по физике в школе и вузе.
При построении курса предполагалось, что в пропедевтическом курсе «Педагогика и психология» студенты ознакомлены с перечнем и содержанием «принципов дидактики». Нужно только учесть, что указные «принципы» на самом деле не принципы, а правила, обобщающие огромный педагогический опыт. Принцип – он «всемогущ» и абсолютно ненарушим, а «правило» - сущность конкретная и действует применительно к ситуации. Поскольку после изучения педагогики прошло много времени, то для напоминания краткое описание «принципов дидактики» приведено ниже в качестве приложения 1.
По учебному плану каждому студенту предстоит выполнить блок практических и самостоятельных работ, в том числе:
1.Подготовка конспекта и проведение пробного урока в школе. Список тем уроков приведен в приложении 2.
2.Подготовка конспекта и пробное прочтение фрагмента лекции для студентов технических специальностей. Темы приведены в приложении 3. 3.Демонстрационное выполнение лабораторной работы применительно к обучению студентов технических специальностей или проведение демонстрационного урока по совершенствованию знаний (решению задач) со школьниками или студентами первых курсов. ПРИЛОЖЕНИЕ 4.
Выполнение п.п. 1,2, 3 обязательно для получения допуска к экзаменам. Тому, кто претендует на оценку «Отлично», придется выполнить работу по
п.4: «Разработка тем НИР школьников для внешкольной работы с особо одаренными детьми». Минимально надо предложить и проработать одну тему, если будет две – зело хорошо.
Темы лекций составляют основу списка экзаменационных вопросов. В экзаменационный билет включается три вопроса. Первый - из вышеприведенного списка. Второй и третий вопросы билета формулируются так:
¨ Обоснование цели и содержания Вашей пробной лекции в соответствии с учебным планом семестра. Характеристика использованных методов и элементов технологий обучения физике.
¨ Обоснование цели и содержания Вашего пробного урока в школе в соответствии с учебным планом семестра. Методы и технологии в данном уроке.
(Здесь хорошо бы распределить темы всех трех самостоятельных работ по списку группы, тем более, что на первом занятии посещаемость максимальная. Проще будет, если номера тем будут совпадать с номером фамилии в журнальном списке – это потом облегчает контроль. Очень полезно также назначить персональные даты сдачи конспектов на рецензию, обозначив, что опоздание автоматически влечет снижение рейтинга. В какой-то степени это дисциплинирует студентов).
Все пробные занятие, проведенные студентами, подлежат обсуждению в группе с акцентом на выявление положительных моментов. «Что было хорошего или замечательного в уроке…». Можно спросить и об ошибках (или «недочетах»), это создает портрет группы, но фиксация ошибок – это функция преподавателя. К тому же надобно приучать и студентов в перспективе их работы преподавателем.
О порядке выполнения и отчетности по практическим работам. Для обеспечения последовательности в восприятии учебных курсов очередность выступлений с пробными уроками и лекциями устанавливается в соответствии со списком предлагаемых тем. Это предполагает наличие высокой исполнительской дисциплины и сдачу конспектов на рецензию преподавателю в строго определенные сроки. Объем работы достаточно велик, поэтому нарушение графиков очень нежелательны. Учебного времени мало! Указанная очередность работ и конкретные сроки сдачи работ устанавливаются на первом занятии в соответствии с расписанием.
Тематика уроков и лекций привязана к физической теории. По нечетным годам уроки проводятся по разделу «механика», лекции – по разделу «Электромагнетизм». По четным годам уроки привязаны к электромагнетизму, а лекции – к механике. Эти же разделы фигурируют и в уроках по решению задач.
Теоретическое освещение тем «СОВРЕМЕННЫЙ УРОК» и «Лекция» отнесено ближе к концу лекционного цикла. Там изучаются и теория урока, и теория лекции. Ознакомление со структурой уроков и лекций предполагалось в курсе педагогики. Поскольку подготовку конспектов придется делать раньше, то краткие справки о построении уроков и лекций приведены в качестве приложения 5. Как ориентиры, эти справки целесообразно использовать при подготовке и проведении пробных занятий. С опорой на полученный опыт в дальнейшем Вы сможете осознать многогранность, логику и красоту понятий «УРОК», «ЛЕКЦИЯ», а также ощутить реальность тезиса о несомненной пользе взаимосвязи теории и практики.
Приложение 1. ПРАВИЛА ( «принципы») ДИДАКТИКИ».
Фактически это есть система тесно связанных между собой правил, отражающих общие закономерности обучения. Подробно варианты этой системы анализируются в общей педагогике. Итак:
1. Направленность обучения на комплексное решение проблемы: «образование, воспитание, развитие». Заметим, что понятие «ОБУЧЕНИЕ» в отличие от понятия «преподавание» обязательно включает активное и сознательное участие учащегося в своем собственном самосовершенствовании. В обучении участвуют две стороны: учащийся и преподаватель. В некоторых педагогических версиях «активность», «сознательность» и даже «прочность знаний» фигурируют как отдельные «принципы». Но это лишь части комплекса. Конкретный смысл первого правила очевиден: усвоение физических знаний, формирование творческой личности и её совершенствование есть единый процесс.
2. Научность. «Учебная физика» должна соответствовать современному уровню развития физики как части единого естествознания. Даже в изложении весьма древнего закона Архимеда следует ориентироваться на закономерности научного познания.
3. Систематичность и последовательность. Смысл здесь ясен: что-то обязательно должно быть «ДО», а что-то – «ПОСЛЕ». То, что «после», должно логически вытекать из того, что «до».
4. Системность. Это качество не следует путать с «систематичностью». В системности главное: наличие полезной функции и четко видимая тесная взаимосвязь частей системы. Системность предполагает, например, что неразрывная связь массы и гравитационного поля надежно фиксируется в сознании учащегося. Систематичность же означает установление логических связей. Например, понятие «скорость» формируется на основе понятий «перемещения» и «промежутка времени».
5. Реализация межпредметных связей. Неразрывная связь с математикой очевидна всем, хотя в обучении физике и в обучении математике хотелось бы опираться на более тесное взаимодействие. Но ещё более важно понимание того, что реакция пружины на попытку её сжать, сдвиг равновесия химической реакции при изменении концентрации реагентов, реакция популяции зайцев на появление стай одичавших собак, являясь проявлением единого принципа природы, описываются идентичными уравнениями.
6. Высокая значимость связей теории и практики, связи обучения с жизнью. Сущность здесь ясна. Вам достаточно вспомнить весь процесс формирования Вашей личности вплоть до настоящего мгновения.
7. Политехнизм и профессиональная направленность. Это правило становится очень значимым при отборе материала для профильных школ. Очень заметен его «вес» и при работе со студентами-«технарями». То, что техника есть материальное воплощение физики, ясно всем.
Для гуманитариев «профессиональная направленность физики (или естествознания) должна формировать осознание того, что человек не является ни «царем природы», ни её «рабом», а живет и развивается как часть природы.
8. Наглядность. Ранее наглядность явлений и образов признавалась наиболее действенной на начальных стадиях обучения. Ныне она становится неотъемлемой гранью всех этапов обучения, ибо компьютеры позволяют создавать и статические, и динамические графические модели. Особым направлением стала так называемая «когнитивная компьютерная графика», позволяющая создавать образы.
9. Доступность. Смысл ясен из названия: уровень всей методологии познания должен соответствовать уровню развития личности.
10. Принцип индивидуализации и дифференциации. Уровневая дифференциация предполагает, например, опору на уровень способностей к физике. Здесь пока не очень ясно, что такое «способности к физике», поэтому теория тяготеет к выделению профилей обучения: физико-математического, биолого-химического, технического, гуманитарного и так называемого «общеобразовательного».
11 .Мотивация и создание положительного отношения к учению. Сейчас мотивация к учению снова стала проблемой, ибо в годы упадка и застоя знания стали цениться ниже, чем наличие диплома.
В заключение этого фрагмента заметим лишь, что набор «правил дидактики» образует СИСТЕМУ. Здесь они изложены предельно коротко, подробнее – в соответствующей лекции.
Приложение 2. ПРОБНЫЕ УРОКИ.
Надо четко осознавать, что в школе расчетное время на физику – 68 учебных недели на весь учебный год, по два часа в неделю. В эти часы входят и лабораторные работы, и разного рода контрольные мероприятия, а также подготовка к ним. Поэтому резерв времени на «новый материал» не очень велик.
Предполагаемая аудитория – 10-ый или 11-ый классы пока ещё не очень профильной школы. Учебники – В.А.Касьянов, «Физика – 10» и «Физика-11».Эти учебники целесообразно приобрести в личное пользование, они для вас будут служить хорошим справочником. Любое издание. Ваши пробные уроки – только по схеме изучения нового материала.
Конспект должен быть подробным настолько, чтобы по нему смог бы провести занятие любой студент. Содержание конспекта: цель урока, подробное изложение материала, не менее трех задач с решением. В конспекте как-то выделить то, что Вы считаете нужным дать под диктовку. Детали (нумерация формул, рисунки и пр.) – на Ваше усмотрение.
ТЕМЫ уроков в нечетные годы:
1.Механическое движение и его кинематические характеристики. По учебнику издания 2003г – это §§ 9 – 11.
2.Прямолинейное движение. Уравнения равномерного и равнопеременного движения. §§§12-14.
3. Свободное падение и представление уравнений движения в графическом виде. §§15-16.
4. Баллистическое движение. §§17.
5. Кинематика периодического движения. §§18.
6. Инерция. Первый закон Ньютона. §§19-20.
7. Понятие силы. Второй и третий законы Ньютона. §§21-22.
8. Сила упругости и сила трения. §§23-24.
9. Гравитация. Сила тяжести и вес тела. §§25-26.
10. Импульс тела. Сохранение импульса. §§28-29.
11. Работа в физике. Работа сил. §30.
12. Потенциальная энергия. §§31-32.
13. Кинетическая энергия. Понятие мощности. §§33-34.
14. Законы сохранения. Столкновения тел. §§35-36.
15. Движение тел в гравитационном поле. §37.
ТЕМЫ четных годов. По учебнику В.А.Касьянова «Физика – 11», номера параграфов указаны по изданию 2001г.
1. Электрический ток. Сила тока. §§1-2.
2. Источники тока. Источник тока в цепи. ЭДС источника тока. §§3-4.
3. Закон Ома для участка цепи. §5.
4. Сопротивление проводников, Зависимость сопротивления от температуры. §§6-7.
5. Последовательное и параллельное соединение проводников. Смешанное соединение. §§9-10.
6. Закон Ома для замкнутой цепи. §§11-12.
7. Измерение силы тока и напряжения. §13.
8. Тепловое действие электрического тока. §14.
9. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Законы электролиза. §16.
10. Магнитное взаимодействие. Магнитное поле электрического тока. §§17-18.
11. Магнитное поле. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. §§19-20.
12. Рамка с током в однородном магнитном поле. §21.
13. Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Сила Лоренца. §22.
14.Взаимодействие электрических токов. Взаимодействие движущихся зарядов. §§25-26.
Приложение 3. ПРОБНЫЕ ЛЕКЦИИ.
Расчетное время в вузе – одна лекция в неделю. Разделы традиционные – механика и электричество и магнетизм, 16 лекций в семестр. Опорный учебник – И.В. Савельев, Курс общей физики, в пяти томах, издание 2002 г. или позже. Книги первая и вторая. Следует учесть, что более раннее трехтомное издание несколько отличается в деталях изложения. По типовому построению – это второй и первый семестры вузовского курса для технических специальностей. Лекционный материал излагается только в системе СИ (технические специальности!). Подготовить полный конспект лекции, и быть готовым прочитать студентам фрагмент лекции длительностью 25-30 минут.
ТЕМЫ лекций в нечетные годы:
1. Электрические заряды и электростатические поля. Силовое и энергетическое описание. Системы зарядов и их поля.
2. Векторные поля. Описание электростатического поля как векторного поля.
3. Электрическое поле в диэлектриках.
4. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость и конденсаторы.
5. Энергия электростатического поля.
6. Постоянный электрический ток и его основные законы.
7. Магнитное поле в вакууме. Магнитное взаимодействие зарядов и токов.
8. Контур с током в магнитном поле. Описание магнитного поля как векторного поля.
9. Магнитное поле в веществе.
10.Явление электромагнитной индукции.
11.Понятия индуктивности и самоиндукции. Энергетика магнитного поля и процессов в нем.
12. Уравнения Дж. Максвелла. Описание электромагнитного поля как векторного поля.
13. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.
14. Электрические токи в газах.
15. Основные представления теории электрических колебаний.
ТЕМЫ ЛЕКЦИЙ в четные годы.
1. Кинематика. Сведения о векторах. Векторы перемещения, скорости и ускорения. Кинематика вращательного движения.
2. Динамика материальной точки. Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Масса и импульс тела. Второй закон Ньютона. Единицы и размерности физических величин в механике.
3. Динамика материальной точки. Третий закон Ньютона. Относительность по Галилею. Силы в природе: упругие, трения, сила тяжести и вес.
4. Законы сохранения. Закон сохранения энергии. Энергия кинетическая и потенциальная. Работа как изменение энергии.
5. Закон сохранения импульса. Определение импульса («количество движения» по Ньютону). Соударения двух тел.
6. Закон сохранения момента импульса. Движение в центральном поле сил.
7. Неинерциальные системы отсчета. Центробежная сила инерции и силы Кориолиса. Законы сохранения в неинерциальных системах.
8. Механика твердого тела. Центр инерции и его движение. Момент инерции. Вращение тела вокруг неподвижной оси.
9. Механика твердого тела. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинетическая энергия при плоском движении. Гироскопы.
10. Специальная теория относительности. Постулаты, преобразования Лоренца и следствия из них.
11. Специальная теория относительности. Релятивистские импульс и энергия. Преобразования импульса и энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Границы ньютоновской механики.
12. Гравитация. Закон всемирного тяготения и гравитационное поле. Принцип эквивалентности. Основные идеи ОТО.
13. Колебания. Гармонические колебания и их математическое представление. Все виды маятников.
14. Колебания. Сложение колебаний. Биения. Затухающие и вынужденные колебания. Автоколебания.
Приложение 4. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.
Проведение занятия – 25- 40 минут. Литература: описания лабораторных работ кафедры физики ПГУ.
1. Обзор цикла лабораторных работ студентов технических специальностей по МЕХАНИКЕ и демонстрация одной из них.
2. То же – по МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКЕ.
3. То же – по ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ (электростатика и электрический ток).
4. То же – по МАГНЕТИЗМУ.
5. Тоже – по ОПТИКЕ,
ПРОБНЫЕ УРОКИ по решению задач со школьниками по ТЕМАМ:
6. Расчет сопротивления электрических цепей.
7. Расчет сил токов и напряжений в электрических цепях.
8. Работа электрического тока и его тепловое действие.
9. Закон Ампера.
10. Движение электрических зарядов в магнитном поле.
ЗАНЯТИЯ по решению задач со студентами технических специальностей по ТЕМАМ:
11. Кинематика материальной точки.
12. Законы Ньютона.
13. Законы сохранения в механике.
14. Вращательное движение твердого тела.
О ПОДГОТОВКЕ К ПРОБНЫМ ЗАНЯТИЯМ.
1.Уяснив тему и просмотрев учебники, в качестве старта необходимо осознать уровень подготовленности возможного контингента слушателей и содержание занятия. «Кому?» «Что?». Конечно, на пробных занятиях в группе Вашими слушателями будут Ваши коллеги, но готовить материал и себя нужно применительно к студентам-технарям. Они такие же, как и Вы, но физика – не их профессия. Они – не физики, они инженеры, в самом лучшем случае – активные и сознательные потребители физики.
2.Сделать для себя (и для отчета) план занятия. В плане обязательны:
а). Цель занятия, как Вы её понимаете на данном уровне формирования Вашей педагогической квалификации.
б). Содержание занятия.
в). Расчет времени.
3.При отборе учебного материала его содержание должно соответствовать науке «Физика». Здесь две трудности: Не наговорить лишнего, Но изложить все, что надо. С одной стороны - выходя на занятие, нужно иметь в голове примерно десятикратный запас по знаниям, с другой – помнить, что голова студента – не бездонный бак для знаний.
4.Учесть, что при проведении занятий пользование конспектом вполне допустимо, а при диктовке «под запись» - почти обязательно.
5.Определив цель, очень тщательно проработайте содержание материала по используемому учебнику – там может быть не совсем привычная для Вас терминология. И вообще - очень полезно хорошо быть знакомым с содержанием разделов, которые Вы дадите готовить на дом (или к экзаменам). Полезно также просмотреть содержание предыдущих разделов (лекций).
6.Структурируйте учебный материал – и по мыслям, и по времени.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5.
Современный урок в школе.
УРОК есть организованная форма обучения. На него отводится строго установленный интервал времени. На уроке преподаватель руководит коллективной познавательной деятельностью постоянной группы учащихся (класс в школе, учебные группы или потоки в других учебных заведениях). На уроке преподавателю необходимо:
-учитывать особенности каждого учащегося.
-создавать благоприятные условия для реализации единой триады: «образование, воспитание, развитие».
В былые времена был канон школьного урока: опрос, новый материал, закрепление, домашнее задание. Как и всякий другой, такой канон имеет свои «плюсы» и «минусы». Хорошо то, что есть единство формы на все времена, есть и приличная эффективность. Минусы есть продолжение плюсов: единство, превращенное в догму, не позволяет учитывать специфику аудитории и тем; во время опроса работает пара «ученик-учитель», остальные пребывают в состоянии «настороженной отключки». Проблема очевидна: оставить плюсы и компенсировать минусы. Сейчас следование канонам вроде бы не обязательно, поэтому применяются самые различные схемы проведения уроков (и других занятий). Схем много, но самая лучшая – та, которую Вы со временем разработаете для себя.
По целям и формам организации занятий выделяются следующие типы уроков:
- Изучение нового материала (типа лекции, беседа, поисковые работы).
- Совершенствование знаний (задачи, тесты, семинары и т.п.).
- Обобщение и систематизация (итоги по разделу)
- Комбинированные уроки (рассказ+задачи+лаб.раб.+тест+зачет = попарно!)
- Контроль и коррекция ЗУНов.
Нашим учебным планом предусмотрены пробные уроки по изучению нового материала и совершенствованию знаний (решение задач). Фактически Ваш пробный урок – это урок-лекция или урок-беседа. Главное его назначение – изучение нового материала (не изложение, а изучение !!!), овладение учащимися этим материалом. Мало просто изложить сведения. «Новый» для учащихся материал должен стать «старым», привычным, обыденным, прочно вошедшим в стереотип физического мышления учеников или студентов. Отметим, что та же глобальная цель ставится и применительно к лекциям, по сути это то же изучение нового материала.
Документально ( на проверку и рецензию) конспект урока должен содержать:
- Кто, что, когда.
- Тема урока.
- Цель. Всё остальное целесообразно подчинить ЦЕЛИ.
- Конкретные задачи и «подтемы.»
- Этапы урока, с изложением их содержания и отметкой времени.
- Текст и решение задач на закрепление материала. Не менее одной и не более трех, и все с подробными решениями.
- Домашнее задание.
Это минимум. Включение дополнительных материалов приветствуется и не будет забыто на экзамене. Объем – не более школьной тетрадки!
Пожелания:
А. Осознайте аудиторию.
Б. Прокрутите всю схему урока мысленно.
В. Не наговорите лишнего.
Г. Не спрашивайте того, что Вы не давали.
И последнее - в конспекте должн'о быть все, что д'олжно.
О пробных лекциях.
Различают три типа лекций:
А). Лекция разовая. Это либо обзорные лекции, либо вступительные. Проблемы, как правило, связаны со структурированием материала.
Б). Узкоспециальная. Это одна лекция или короткий цикл, например, на семинарах для аспирантов или в порядке повышения квалификации. Главное здесь – системное изложение фактов и их комментирование.
В). Учебная в составе учебного цикла. Это то, что слушают студенты. Вам предстоит попытка прочесть такую лекцию. Не превращайте попытку в пытку.
Ориентировочно структура учебной лекции. Это не догма, а совет:
- Ввод. Очень коротко: что было ранее. Две-три минуты, чтобы все успокоились и включились в работу.
- Тема лекции. Изложение плана в конспекте обязательно. Желательно и оповещение слушателей о плане лекции. «Мы сегодня разберем следующие вопросы…» и при очень большой аудитории выписать вопросы на доске, или на экране через компьютер.
- Текст лекции. Отбор материала!!! Текст лекции – это не учебник, у них разное назначение. Лекционный материал - это ознакомление и осознание основных идей и фактов темы. Их надо отобрать, сгруппировать, ясно и коротко изложить. Учебник – доскональная проработка материала, его усвоение. Учебник должен быть основным источником при подготовке к экзаменам и Вашим «справочником» при подготовке к лекции.
Критерии высокого качества конспекта:
а). По Вашему тексту лекцию может прочесть Ваш коллега.
б). Полнота изложения темы – в соответствии с аудиторией. Вам – в расчете на «технарей». То же – и по уровню изложения.
в). Уровень изложения должен соответствовать уровню слушателей.
В подготовленном Вами тексте лекции целесообразно выделить:
-- то, что Вы намерены дать «под диктовку».
-- Ваши мысли, если они отличаются от того, что есть в учебнике.
В конце каждого узлового вопроса – очень краткое резюме. В конце лекции – итог. Желательно также объявить тему следующей лекции.
пожелания.
Говори слушателям, а не доске.
Формулы пиши быстро и молча. Написав, прочти вслух, что написал.
Постоянно отслеживай аудиторию.
В конспект можно заглядывать, но читать по нему можно только то, что диктуешь под запись.
На наших занятиях Вы читаете фрагмент лекции – минут на 20-25, не более. По вашему выбору, но лучше начало. Обстановка несколько необычная. Слушатели - ваши коллеги, они вроде бы должны знать тему не хуже Вас. Но читать надо как для непосвященных. Коллегам будет тоже полезно.
ПРИЛОЖЕНИЕ 6.
ОБУЧЕНИЕ РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ.
АЛГОРИТМ ОРГАНИЗАЦИИ МЫШЛЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ по физике.
Ю. В .Горин.
Канд.физ.-мат.наук, ст.науч.сотрудник,
учитель высшей категории.
!!! ЕГЭ не отменяет умения решать задачи.!!!
ЕГЭ приходят и уходят, а задачи остаются.
Алгоритм – это последовательность операций, применяемых по строго определенным правилам. Здесь речь идет об алгоритме решения учебных задач по физике. Точнее – об организации мышления. Без решения задач физические знания сформировать невозможно. Будем считать это утверждение аксиомой. «Знания - это то, что у нас осталось после после того, как мы всё, что можно, забыли». Но решение учебных задач – не самоцель. Цель – умение мыслить физически.
Что мы называем физической задачей? Первое – наличие проблемности. Что-то известно, а что-то надо найти. В учебных задачах часто требуется получить математическое выражение для расчета искомого параметра. Плюс умение подставить численные значения и сделать расчет с обоснованной точностью. Иногда требуется определить условия, необходимые для осуществления явления. Второе – любая физическая задача есть модель реальной ситуации. Как и всякая модель, задача содержит существенные признаки, соотношение между которыми и составляет проблемную ситуацию. Вне пределов рассмотрения («за кадром») могут быть десятки деталей, которые автор задачи отнес к несущественным. Итак, задача: ПРОБЛЕМА и МОДЕЛЬ.
Проблема, поставленная в задаче, анализируется и решается на основе физических знаний. Надо знать теорию, её математическое выражение, владеть культурой математических операций. Изредка возможно использование физических экспериментов. Формулировка задачи – в основном вербальная (словесная). Для уточнения и наглядности используются рисунки, графики, схемы, иногда формулы. В текстах учебных задач, как правило, фигурируют и физические термины, и физические понятия. Особенность учебных задач – у них всегда есть ответ. В этом их отличие от задач исследовательских.
Поскольку задача есть проблемная ситуация, то и алгоритм движения от условий к ответу должен быть алгоритмом разрешения проблемных ситуаций. В науке все проблемы анализируются на моделях. Адекватность модели (что там существенно, а что – не очень) отслеживается на каждом шаге. Достоинства алгоритма очевидны – он универсален. Достоинства проверены на практике. Недостатки есть продолжение достоинств. Нет наперед заданной схемы: векторы разрисовать так-то, спроецировать на оси, подставить, записать…. Таких схем много, но они специализированы. Типовые решения «по механике», другой тип – при решении электростатических задач и т.д. Они прекрасно работают при закреплении материала и при натаскивании учащихся всех уровней. Ниже приведенный алгоритм предназначен для решения задач по физике. Он не отменяют необходимости думать. Размышлять придется побольше. Алгоритм полезно тщательно изучить и неуклонно применять на практике. Текст надо основательно проработать. Или хотя бы прочесть очень тщательно. Принципиально нового в нем ничего нет. Стадии и шаги фигурируют во многих методических работах.
Алгоритм включает в себя последовательность обязательных действий:
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ СТАДИЯ.
1.1. Анализ условий задачи. Осознание задачи как проблемной ситуации и как модели реальной физической ситуации. Модель чего представлена в условиях (тексте) задачи? Что есть на старте? Что будет происходить? Что будет на финише? Какими законами физики описываются те состояния и процессы, что есть в задаче? На этом шаге создается мысленный образ проблемы и возможных моделей самой задачи. Иными словами: задача надо очень внимательно прочесть не менее трех раз, и представить себе, с чем мы имеем дело.
1.2. Запись условий задачи. Здесь хорош традиционный способ, данные – столбиком, с переводом единиц в СИ. Не забудьте записать и особые условия. Если «гладкий», то коэффициент трения равен нулю (μ = 0); если можно пренебречь массой пружины, то m = 0, и т.д.
1.3. Запись - что надо найти? Пишите сознательно, а не формально. Это очень важно – заранее представить ответ. Своего рода – идеальный конечный результат, к которому надо стремиться. Какую физическую величину ищем? В каких единицах она будет выражена? Функциональная оценка ответа – что будет в конце? Возможная количественная оценка ответа – сколько примерно может быть? (Чего? и сколько?) Как правило, грамотно составленные физические задачи имеют вполне правдоподобный численный ответ. Так, если в ответе надо найти скорость нормального велосипедиста, то она может быть 3-15 м/с, хотя в задачах ЕГЭ встречаются скорости велосипедистов в 40 м/с.
Проверьте результат анализа. У Вас должен сформироваться образ задачи, её мысленная модель. Осознали проблему – работаем дальше.
2. СИНТЕТИЧЕСКАЯ СТАДИЯ.
2.1. Разработка графической модели задачи. В школе Вы рисовали рисунок. Или эскиз. Но нужна именно МОДЕЛЬ. Основа модели – система отсчета (СО) и в ней – наглядное представление того, что есть существенного в условии задачи. Кстати, сама СО может присутствовать условно. Очень полезно представление в серии рисунков: что было, что происходит, чем закончится. На графической модели сверх эскизного рисунка обязательна «физическая разметка». Векторы сил, скоростей, движение зарядов, параметры термодинамических систем и так далее. Типовая ошибка – мелкомасштабный эскиз, где нет возможности ни толком что-то рассмотреть, ни дополнительно нанести неучтенные детали. На этом шаге нужен наглядный образ задачи. При обучении решению задач создание графической модели – шаг обязательный, даже если эта модель предельно проста типа двух материальных точек, к одной из которых «прицеплен» вектор скорости.
2.2. Создание математической модели задачи. Это очень значимый шаг. Фактически надо записать формулами то, что есть в задаче, заменить вербальную формулировку математической. Проделывать это надо медленно и тщательно. Психологически решателю хочется сразу же что-то во что-то подставить, фактически – попытки угадать ответ. Иногда это получается, но чаще – ведет к нерациональному расходу времени. На стадии «научения себя» не надо торопиться! Нужна математическая модель задачи, полная и адекватная. Прежде всего надо записать «очевидные уравнения», обозначенные в условиях, типа M=2m, F1/ F2 = n, Fc = 0. Далее в виде уравнений следует записать, что было, что происходит и что будет в анализируемой модели. Какие величины сохраняются? Заряды, энергия, импульс? Что просто остается постоянным? Иными словами, надо визуализировать, какими именно будут соотношения между заданными и искомыми величинами в данной задаче. Полезным будет обращение не только к памяти, но и к «шпаргалкам» - учебнику или собственным конспектам. Иногда на этом шаге появляются «лишние» уравнения, например, запись закона сохранения энергии в неупругих процессах, хотя учет тепла по условиям данной задачи не обязателен. Экономить нецелесообразно. Пусть будет лишнее уравнение – оно не помешает. Как правило, для большинства учебных задач полная математическая запись условий образует систему уравнений, вполне достаточную для получения ответа в общем виде. Отметим, что обе стадии – аналитическая и синтетическая – по формальной сути своей ещё не есть «решение задачи». Это стадии понимания и преобразования условий, их перевод на язык физических представлений и на абстрактный язык математики.
3. ОПЕРАТИВНАЯ СТАДИЯ.
3.1. Преобразование математической модели в ответ на задачу. Решение систем уравнений в общем случае относится к математической подготовке студента. Вместе с тем решение системы «физических уравнений» имеет свои особенности. Искать надо ту величину («неизвестное!!!»), что обозначена в записи ответа! Следующее - во всех уравнениях фигурируют размерные величины. Поэтому, например, квадратные уравнения целесообразно записывать и решать в приведенном виде, так проще отслеживать размерности. Иногда число уравнений получается на одно меньше, чем число неизвестных, хотя содержание задачи полностью «переведено в уравнения». В таких ситуациях следует искать не сами величины, а их отношения, акцентируя внимание на том, что многие физические величины определяются через отношения других величин. Достаточно вспомнить определения массы, электрической емкости, скорости, сопротивления резистора, индуктивности и т.п. Все они определяются через отношение. Математический признак такой ситуации – однородность уравнений.
Во всех случаях ответ надо стремиться получить в общем виде, если это позволяет сущность задачи. Но иногда в задачах бывают модели реальных ситуаций, где сам факт осуществления процесса зависит от исходных количественных данных. Классический пример: к холодному куску льда присоединяют некоторую порцию перегретого водяного пара. Что будет? На финише может быть и только лед, и только пар, и все промежуточные состояния. И физически, и количественно ответ зависит от количественных данных. Поэтому решение задачи приходится вести путем последовательных оценок получаемых и отдаваемых порций тепла. Особого подхода требуют и задачи на «разветвленные» электрические схемы, где уравнения могут включать «многоэтажные дроби». Там проще посчитать по элементам, не забывая о размерностях. Но это добропорядочные исключения, а правило – ответ должен быть в общем виде.
3.2. Проверка размерности ответа. Очень полезно приучать самих себя к тому, что контроль размерности полезен на всех стадиях решения задачи, но проверка размерности ответа – операция обязательная.
3.3. Получение численных значений. Подстановка числовых значений известных параметров и сами вычисления при наличии калькулятора обычно принципиальных трудностей не вызывают. Исключением являются лишь экзамены, где стрессовые состояния иногда провоцирует самые невероятные арифметические ошибки. Иногда сказывается и низкая математическая культура абитуриентов (и студентов), их неумение обращаться с показателями степени, логарифмами, экспонентами и даже корнями. Рецепт один – только упражнения. После получения «числа» необходимо присвоить ему размерность и затем оценить правдоподобность полученного значения. Это позволяет обнаружить и исправить арифметические ошибки, своеобразные «ляпы», особенно при сравнении с результатами шага 1.3. Если ускорение троллейбуса получилось равным 400 м/с2, то это явно следствие неправомерного перенесения запятой на три знака. Реально для троллейбуса – 0,4 м/с2. Конечно, не все учащиеся способны оценить реальность значений многих физических величин. Так, индукция магнитного поля в 100 Тл для многих также реальна, как и значение в 0,1 Тл. С оценкой реальности проще всего в механике, сложнее – в электромагнетизме и совсем плохо в оптике, атомной и ядерной физике.
4. ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТАДИЯ.
Проведите анализ Вашего решения. Облегченно вздохнув и похвалив самого себя, просмотрите решение от начала (текста!!) до конца. Запишите себе в сознание и подсознание, что же такое Вы сотворили. Такой анализ поможет представить сложную или громоздкую задачу как последовательность (или сеть) простых упражнений. В вашей памяти появится «очередной файл», который обязательно сработает в дальнейшем. Психологически анализ задачи способствует переводу «творческих» операций в рутинные, давая возможность поднимать уровень творчества.
Внимание! Все четыре стадии – обязательны для продумывания!
Типовые ошибки абитуриентов и студентов.
Текст. В школе задачу читал и объяснял учитель, сами ученики и некоторые студенты занимались «срисовыванием». Поэтому абитуриент и новоиспеченный студент тексты задач читают бегло, не осмысливают его. Пропускают даже явные указания. Тогда, например, в решении задачи о равнопеременном движении появляются формулы равномерного движения. В записях почти не фигурируют «дополнительные условия» типа «сопротивления не учитывать». Это снижает осознанность и наглядность записи, перегружает память именно во время решения. Надо или не надо – вопрос спорный, но я предпочитаю, чтобы было записано: r0 = 0. Если в тексте задачи встречаются термины, не очень понятные студенту, то по школьной трусости он никогда не спросит у преподавателя, что это такое. В лучшем случае – у соседа, или же решает «от фонаря». Как правило, это физико-технические термины типа калориметр, центрифуга, цепная передача и т.п. Не стесняйтесь спрашивать. Тому же учите ваших подопечных. Даже на экзаменах. Неясность терминов означают, что восприятие задачи как МОДЕЛИ РЕАЛЬНЫХ ситуаций оставляют желать лучшего. Нет физической наглядности, что, собственно, и приводит к замене сознательного решения на более или менее мотивированный подбор формул.
Графические модели. Чаще всего «ляпы» в этих моделях есть следствие отчаянно плохого знания даже элементарной векторной алгебры. Из неё ученик должен знать: а). В физике векторы, наряду с величиной и направлением, обязательно имеют точку приложения, поэтому «таскать» их по рисунку надо очень осмысленно. б). Векторы можно не только складывать, но и разлагать по направлениям. в). Наряду со скалярным произведением векторов в физике необходимо использовать ещё и векторное произведение; даже для студентов «выход» в третье измерение очень непривычен.
Математические модели. Математика в нашем деле – это абстрактное выражение физической теории. Но теорию знают плохо, поэтому пишут не то, что следует из содержания задачи. В основном просто пытаются вспомнить «подходящие» формулы. Ещё одна грань: прямо таки паническая боязнь вписать в формулы те величины, что в задаче не упоминаются въявь. Лекарство одно – учиться, исправляя недостатки деградирующего школьного образования.
Оперативная стадия. Здесь самая распространенная ошибка – привычка работать методом проб и ошибок. Подставим что-то во что-то, вдруг само получится. Иногда получается. Но очень редко. Да и путь получается длинным, поскольку выбор хаотический и порой не совсем осмысленный. Искать надо ответ, все остальное – исключать через подстановки. Чтобы овладеть этим элементом культуры, надо больше решать задач. По алгоритму.
Как преподаватель ПГУ и ПГТА отмечу, что наши первокурсники по стилю мышления мало чем отличаются от абитуриентов. Они привыкли, что учиться их заставляют, и по инерции даже сознательные студенты ещё очень долго остаются «подневольными крепостными». Это относится и к «технарям», и к физикам. Познающей личностью студент становится много позже. Вместе с тем надо понимать, что «школьно-абитуриентское» восприятие учебного процесса первокурсником – это вполне естественный, природный этап в становлении личности. Но чем он короче – тем лучше. Психологическая мотивация к учению, уважение к собственной личности не могут возникнуть враз, по внешней команде. «Приказ» должен поступить изнутри. Для этого нужно время, но учтите – его у нас мало. Тем более что школа все-таки больше приучает к покорности через принуждение, чем к осознанию необходимости самосовершенствования. Но: нам не из чего сделать добро, кроме как из зла, которое мы имеем…. Вперед!!! С Богом! Юрий В. Горин.