Сторінка
2

Методика вивчення законів збереження в шкільному курсі фізики

Фізична картина світу - частина наукового світогляду. Формуючи світогляд, розвиваючи теоретичне мислення учнів, важливо залучати їх увагу до процесів зміни, властивим матеріальним об'єктам. Для фізичних форм руху існує єдина кількісна міра, якою є енергія. Встановлення єдиної міри руху обумовлено тим, що фізичні форми руху здатні перетворюватися друг у друга в певних кількісних співвідношеннях. Це стверджує закон збереження і перетворення енергії.

В даний час проблема відбору змісту навчального матеріалу в основній школі, послідовність його вивчення, які забезпечували б засвоєння енергії як заходи руху і взаємодії об'єктів природи, знаходяться в центрі уваги педагогічної науки.

В основній школі (на першому ступені навчання) раніше не вивчався закон збереження і перетворення енергії. Розглядалося перетворення окремих видів енергії в інші без вивчення закону збереження механічної енергії, закону збереження енергії в теплових процессах. Досвід вивчення цих питань на першій ступені обмежений. Строго, логічно, несуперечливо ввести поняття енергії вкрай важко. Енергія - це теоретичне поняття, вона характеризує рух і взаємодію різних видів матерії. На відміну від більшості інших понять енергія являє собою абстракцію більш високого рівня, необхідну для формування в учнів фізичної картини світу. Дослідження психологів (П.Я. Гальперін, В.В. Давидов, О.М. Леонтьєв, Ж. Піаже, C.JI. Рубінштейн) показують, що учні 7-9 класів здатні до освоєння системи знань з фізики. Психологи вважають важливою властивістю особистості школяра підліткового віку можливість абстрактних узагальнень, освоєння розумових дій, характерних для наукового мислення, оперування емпіричними і теоретичними методами пізнання природи. Змістовне узагальнення розглядається нами як теоретичне узагальнення, що формується в учнів при вивченні курсу фізики в основній школі, на рівні понять, законів, ідей фізичної картини світу. Систематизируючими факторами теоретичних узагальнень можуть слугувати поняття енергії, а також закон збереження і перетворення енергії.

Даний висновок базується на результатах багаторічного досвіду середньої загальноосвітньої школи по змістовному узагальненні, зокрема за методикою формування поняття енергії. Істотний внесок у формування поняття енергії при вивченні фізики в середній школі внесли такі видатні вчені методисти, як JI.A. Іванова, І.К. Кікоїн, А.К. Кікоїн, В.В. Мултановський, В.Н. Мощанский та ін. Ними досліджено поняття енергії на різних рівнях теоретичного узагальнення: закон збереження і перетворення енергії, фізична картина світу, природнича картина світу.

Значимість поняття енергії у формуванні наукового світогляду при вивченні курсу фізики основної школи змушує звертатися до теоретичних передумов вивчення взаємодії, енергії і закону збереження і перетворення енергії, що відображає єдність природи. Рівень засвоєння учнями поняття енергії визначається багатьма факторами. Найважливішим із них є методична підготовка вчителя. Удосконалення методичної підготовки студентів - майбутніх вчителів фізики є однією з умов підвищення наукового рівня викладання курсу фізики основної школи.

Вивчення наукової літератури, спостереження навчального процесу з фізики дозволили визначити і обгрунтувати принципи відбору змісту навчального матеріалу та розробити методику формування поняття енергії в курсі фізики основної школи. Поняття енергії і закон збереження енергії пронизує всі розділи курсу фізики. Зміст навчального матеріалу, що відноситься до даного поняття і закону, можна розглядати як систему понять, ідей природничо-наукової картини світу і методів наукового пізнання. Система включає: поняття видів енергії, взаємодії фізичних об'єктів, властивості збереження і перетворення енергії; ідеї фізичної картини світу (рух як спосіб існування матерії, енергія як кількісна міра руху, універсальність закону збереження енергії, матеріальна єдність світу). Система наукових знань тісно взаємопов'язана з методами пізнання природи. Закон збереження і перетворення енергії є також методом перевірки результатів дослідження не тільки у фізиці, але й в інших природничих науках.

Проведено аналіз методологічних функцій загальнонаукових понять взаємодії та енергії. В результаті взаємодії об'єктів змінюється їх енергія. Енергія є спільною кількісною мірою руху і взаємодії всіх видів матерії. Поняття енергії пов'язує воєдино всі явища природи. Є якісно різні форми руху матерії, які здатні перетворюватися один в одного в строго певних кількісних співвідношеннях. Закон збереження і перетворення енергії реалізує методологічний принцип збереження.

Аналіз становлення і розвитку поняття енергії показує, що основна властивість енергії - збереження на початку було встановлено при механічних, теплових, а потім електромагнітних і квантових взаємодіях. Принцип історизму, покладений в основу конструювання змісту навчального матеріалу, передбачає врахування даного факту в послідовності вивчення видів енергії, починаючи з механічної енергії і внутрішньої енергії систем об'єктів.

У систематичних курсах фізики у відповідності з різними формами руху матерії розглядають різні форми енергії. Матеріал про закон збереження енергії кожного розділу фізики можна розглядати як дидактичну підсистему, пов'язану з емпіричним та теоретичним методами пізнання.

Виявлено тенденції вдосконалення викладу матеріалу про енергію у вітчизняних та зарубіжних курсах фізики. У механіці систематичних курсів фізики поняття механічної енергії вводиться з використанням зв'язку роботи і механічної енергії (терема про кінетичну енергію). Внутрішня енергія в термодинаміці вивчається на основі експерименту, а закон збереження і перетворення енергії розглядається у зв'язку з першим законом термодинаміки. В електродинаміці енергія електромагнітного поля і закон збереження і перетворення енергії застосовується при поясненні дії електричних машин і коливального контуру; у квантовій фізиці при вивченні теорії Бора, енергії зв'язку та поясненні дії ядерного реактора.

Методика формування поняття про енергію спирається на психологічні теорії поетапного формування розумових дій та видів узагальнення. Для оцінки досягнень використовуються різні типи систематизації, що дозволяють виявити рівні засвоєння енергії і закону збереження і перетворення енергії.

На підставі принципів формування в учнів основної школи поняття енергії визначена змістовна модель. Вона включає цілі вивчення системи понять, пов'язаних з поняттям енергії та її збереження. Основний зміст моделі відноситься до механіки, термодинаміки, основам електродинаміки, елементам квантової фізики курсу фізики загальноосвітньої школи. Узагальнення навчального матеріалу про енергію і законів збереження енергії проводиться в кінці курсу фізики дев'ятого класу на основі ідей фізичної картини світу. Найважливішими з них є ідеї про енергію як міру руху матерії, єдності і пізнаванності світу, незнищенності руху матерії, універсальності закону збереження енергії.

В основу введення поняття енергії в кожному розділі курсу покладена відомий пізнавальний ланцюжок діяльності: мета - мотив - досвід-визначення величини - одиниця величини в СІ - приклади застосування поняття.