Использование жизненной практики и наблюдений учащихся при усвоении физических понятий и законов

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 372.853                                     

Физика как учебный предмет раскрывает закономерности реального мира, поэтому усвоение физических знаний должно начинаться с осмысленного наблюдения явлений, доступных учащимся в повседневной жизни. Наблюдение за природой, техникой и бытовыми процессами создает основу для постановки учебной проблемы и помогает перейти от житейского объяснения к научному понятию. В психолого-педагогической литературе подчеркивается, что формирование понятия связано с развитием мышления, речи, анализа существенных признаков и способности обобщать наблюдаемые факты [1; 2].

В методике преподавания физики особое значение имеет активная позиция учащегося. Исследования в области physics education research показывают, что понимание физических законов формируется эффективнее, когда обучающиеся не только слушают объяснение учителя, но и обсуждают явления, выдвигают гипотезы, выполняют измерения и сравнивают результаты с теоретическим выводом [3; 4]. Обзор исследований активного обучения также подтверждает, что вовлечение учащихся в анализ, обсуждение и решение задач повышает качество усвоения учебного материала [5].

Цель статьи состоит в уточнении методических возможностей использования жизненной практики и наблюдений учащихся при изучении физических понятий и законов.

Материалом для анализа послужили темы школьного курса физики, в которых наиболее отчетливо проявляется связь научного понятия с повседневной практикой: выталкивающая сила; агрегатные состояния вещества; капиллярность; давление жидкостей и газов; кинетическая энергия; инерция и определение вертикального направления. Методическую основу составили анализ учебной и научно-методической литературы, обобщение педагогической практики, а также моделирование учебной деятельности учащихся на уроке. В работе использован проблемно-поисковый подход. Его сущность заключается в том, что учащиеся сначала сталкиваются с наблюдаемым явлением, затем формулируют вопросы, выдвигают возможные объяснения, проверяют их в опыте и только после этого переходят к научному обобщению. Лабораторная деятельность при таком подходе становится не иллюстрацией уже готового знания, а средством исследования явления и осмысления закономерности [6].

Физические понятия являются ядром системы физических знаний, поскольку отражают существенные свойства предметов и явлений. Однако понятие не может быть усвоено полноценно, если учащийся запоминает только определение. Для прочного усвоения необходимо раскрыть происхождение понятия, показать наблюдаемое явление, выделить его существенные признаки, установить связи с ранее изученным материалом и практическим опытом учащихся.

При изучении нового материала целесообразно начинать урок с вопроса, который вызывает у учащихся интеллектуальное затруднение. Например, при изучении темы «Выталкивающая сила в жидкостях и газах» можно предложить учащимся сравнить показания динамометра при взвешивании груза в воздухе и при погружении этого же груза в воду. Наблюдаемое уменьшение показаний динамометра становится основой для постановки проблемы: от чего зависит сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ? На мотивационном этапе учащиеся объясняют ситуацию на основе собственных жизненных наблюдений. Они вспоминают, что в воде груз кажется легче, в соленой воде легче плавать, а предметы одинаковой массы могут вести себя в воде по-разному. На этом этапе важно принять различные предположения учащихся и превратить их в проверяемые гипотезы. Например, выталкивающая сила может, по мнению учащихся, зависеть от объема тела, массы тела, плотности жидкости, глубины погружения или формы тела.

На теоретическом этапе совместно с учителем составляется план исследования. Для проверки зависимости выталкивающей силы от объема можно взять тела одинаковой массы, но разного объема; для проверки зависимости от массы — тела одинакового объема, но разной массы; для проверки зависимости от плотности жидкости — одинаковые тела, погружаемые в пресную и соленую воду; для проверки влияния глубины и формы - одинаковые по объему тела, погружаемые на разную глубину или имеющие разную форму. Такая последовательность учит учащихся отделять существенные факторы от несущественных.

На практическом этапе учащиеся выполняют опыты в группах, записывают результаты измерений, сравнивают данные и формулируют выводы. В результате они приходят к пониманию того, что выталкивающая сила зависит от объема вытесненной жидкости и плотности жидкости, но не зависит от массы тела, формы тела и глубины погружения при полном погружении в однородную жидкость. После этого учитель вводит научное объяснение закона Архимеда и связывает опытные выводы с формулой. Данная логика соответствует активному и конструктивному характеру познавательной деятельности: учащиеся не получают готовый вывод, а строят его на основе наблюдения, обсуждения и проверки гипотез. Чем выше уровень когнитивной вовлеченности учащихся, тем больше возможностей для осмысленного усвоения материала и переноса знания в новые ситуации [7].

Подобный подход может применяться и при изучении других тем. При объяснении темы «Три состояния вещества» урок можно начать с вопроса: какое вещество в природе может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях в зависимости от температуры? Такой вопрос выводит учащихся на анализ воды, льда и водяного пара. При изучении различий в молекулярном строении веществ полезны вопросы: почему в мороз на оконных стеклах появляются ледяные узоры? Почему снежинки имеют правильную геометрическую форму? Почему кристаллы соли даже после измельчения сохраняют признаки правильной формы? Эти вопросы помогают связать микроскопическое строение вещества с наблюдаемыми макроскопическими проявлениями.

При изучении капиллярности учащимся можно предложить примеры из строительства, быта и растительного мира. Если дом построен на сырой или заболоченной почве и между фундаментом и стеной нет гидроизоляционного слоя, влага поднимается по капиллярам строительного материала. По этой же причине вода поднимается по тонким сосудам растений, а фитиль керосиновой лампы впитывает и подает горючую жидкость к месту горения.

Наблюдение таких примеров делает понятие капиллярности не отвлеченным термином, а объяснением реальных процессов.

При изучении темы «Давление в жидкостях и газах. Закон Паскаля» можно опираться на примеры из повседневной техники: баллонные газовые плиты, распылители, насосы, велосипедные камеры, сифоны, манометры. Обсуждение этих устройств позволяет показать, что давление газа или жидкости передается во все стороны, а физический закон имеет прямое практическое применение.

Тема «Кинетическая энергия» также легко раскрывается через жизненную практику. Учащиеся наблюдают проявление кинетической энергии в движении воды в реке, ветра, дождевых капель, автомобиля, мяча, идущего человека. Учебная задача состоит в том, чтобы перейти от наблюдаемого движения к пониманию, что движущееся тело способно совершать работу, а величина кинетической энергии зависит от массы тела и скорости его движения.

Наблюдения, проводимые дома, являются важным продолжением урока. Например, для наблюдения инерции можно предложить безопасный опыт: небольшой шарик привести в движение по столу и проследить, как он продолжает движение после выхода за край стола, а затем падает по криволинейной траектории. Учащиеся делают вывод, что тело сохраняет состояние движения, пока на него не начнут действовать другие силы. Такой опыт должен проводиться под контролем взрослых и с учетом безопасности. Для определения вертикального направления можно использовать простой отвес: к нитке подвешивается небольшой груз, а рядом устанавливается сосуд с водой или другая безопасная метка. Когда груз свободно висит и успокаивается, нить указывает вертикальное направление. Этот опыт помогает учащимся понять значение силы тяжести, направления веса тела и принципа действия строительного отвеса (Рисунок).

Рисунок. Определение вертикального направления в домашних условиях

Таким образом, жизненная практика выполняет несколько дидактических функций. Во-первых, она повышает мотивацию, так как учащиеся видят связь учебного материала с реальной жизнью. Во-вторых, она помогает выявить первоначальные представления учащихся и при необходимости скорректировать их. В-третьих, она создает условия для самостоятельного вывода, анализа и обобщения. В-четвертых, она усиливает межпредметные связи физики с биологией, географией, технологией и повседневной культурой.

Выводы

• 1.    Усвоение физических понятий и законов становится более осмысленным, если обучение начинается с наблюдаемого явления и жизненного опыта учащихся.

• 2.    Проблемная ситуация, выдвижение гипотез, экспериментальная проверка и обсуждение результатов формируют у учащихся самостоятельное мышление и умение делать научно обоснованные выводы.

• 3.    Использование примеров из природы, быта и техники позволяет показать практическую значимость физических законов и повышает интерес учащихся к предмету.

• 4.    Домашние наблюдения и простые безопасные опыты целесообразно включать в систему закрепления материала, поскольку они расширяют учебное пространство и связывают школьную физику с реальной жизнью.

• 5.    Методически организованная опора на жизненную практику должна быть систематической: отдельные примеры дают эффект только тогда, когда они включены в логику формирования понятия, постановки проблемы и экспериментального подтверждения закона.