Осипенко Л.Е. Особенности формирования на уроках физики представлений о методах научного познания

Современный этап развития средней общеобразовательной школы связан с необходимостью повышения творческого потенциала учащихся. Особая роль в его развитии на уроках физики принадлежит методам научного познания. Однако, как показывает анализ массового педагогического опыта, представления о методах научного познания на уроках физики формируются у школьников в основном методом проб и ошибок. Неслучайно учащиеся испытывают большие затруднения в расчленении наблюдаемых фактов на существенные и несущественные, выдвижении гипотез, моделировании, в связи с проведением эксперимента, в установлении связей и отношений между изучаемыми научными понятиями. Все эти недостатки приводят к формализму в знаниях, отсутствию у учащихся целостности восприятия, к непониманию ими сущности процесса познания природы. В результате школьники имеют конгломерат сведений о методах научного познания, которые они не умеют применять при выполнении лабораторных работ и учебных исследований по физике.

Это объясняется многими факторами: сложностью действующих учебников физики, перегруженностью школьных программ, поскольку научный уровень содержания естественно-научного образования из года в год повышается, а количество часов на изучение соответствующих предметов уменьшается. Кроме того, анализ массовой школьной практики показал, что большинство учителей физики не считает необходимым целенаправленное формирование представлении учащихся о методах научного познания, полагая, что в ходе изучения естественно-научных дисциплин это произойдёт само собой.

Особенно остро стоит проблема формирования представлений о методах научного познания у сельских школьников. Результаты письменных ответов, сопоставленные с индивидуальными беседами более чем с 400 сельскими учащимися, показали, что об эмпирических методах научного познания имеют представление 16% респондентов; сущность теоретических методов научного познания отразили в своих ответах лишь 9 % опрошенных школьников [4].

Базируясь на результатах передового педагогического опыта, а также исходя из выводов собственного экспериментального преподавания в ряде сельских школ Минской области, мы определили особенности эффективного формирования у сельских школьников представлений о методах научного познания на уроках физики. Первым из таковых является использование стимулирующего влияния естественных возможностей сельскохозяйственного окружения.

В сельской местности дети с самого рождения живут и воспитываются среди природы, учатся наблюдать за окружающим ми ром. В процессе наблюдения у ребёнка возникает много вопросов, направленных на выяснение сущности и причин возникновения различных явлений. Это ведёт к формированию и развитию представлений сельских школьников о наблюдении как методе познания природы.

Природное окружение создаёт условия для систематического расширения кругозора сельских детей. Причём природа как объект познания привлекает сельских детей значительно больше, чем их городских сверстников. Общение с природой развивает у них пытливость, формирует интеллект, способствует включению школьников в практическую деятельность по познанию окружающего мира. «Жизнь среди природы — это такой же важный фактор, как свежая, богатая витаминами и фитонцидами пища, — говорил В. А. Сухомлинский. — Сельская школа должна как можно полнее использовать для гармонического развития человека всё, что даёт природа и что может сделать человек для того, чтобы природа служила ему» [9, с. 109].

Неудивительно, что и в школе сельских детей интересуют прежде всего практические аспекты учёбы, а не теория. Этот факт целесообразно использовать при формировании у школьников представлений о наблюдении как методе научного познания. Например, можно предложить учащимся понаблюдать:

· как происходит вымолачивание зерна комбайном. Объяснить, какое физическое явление лежит в основе этого процесса;

· как образуется выемка в снежном покрове с наветренной стороны столба, стоящего в поле;

· за процессом рубки дров. Объяснить, почему если хотят сильнее нажать топором, то берут за обух, а если хотят сильнее ударить, берут за конец топорища;

· за горением поленьев в печке. Объяснить, почему от них иногда с треском отскакивают искры;

· за восходом солнца. Объяснить, почему мы можем смотреть на солнце, когда оно близ горизонта, и не можем, когда оно высоко;

· за ледоходом на реке. Объяснить, почему в это время на поворотах рек часто возникают заторы льда.

В рассказе В. Бианки «Водолюб в лесу» есть такое место: «Жук... поднялся на задние ноги и так — стоймя полетел. Верхние жёсткие крылья остались неподвижными, как несущие плоскости самолёта, нижние работали, как два мотора». Предложите учащимся понаблюдать за полётом насекомых и объяснить, правильно ли автор описал физику полёта жука. Кто в полёте быстрее машет крыльями: муха, шмель или комар? Необходимо подтвердить ответ вескими аргументами [9].

Мощным дидактическим потенциалом для формирования у сельских школьников представлений о методах научного познания обладают учебные экскурсии. Методически грамотно организованная экскурсия позволяет формировать у учащихся умение не только наблюдать, но и собирать информацию, составлять задачи конструкторского характера на основе материала, собранного на экскурсии. Можно предложить учащимся следующие задания:

· Объясните, зачем в конце зимы утаптывают снег вокруг фруктовых деревьев. Почему ранней весной, чтобы защитить фруктовые деревья от заморозков, вблизи них жгут костры из сырой соломы или влажных листьев? Почему рассаду, высаженную весной в открытый грунт и прихваченную морозом, спасают, обильно поливая её водой? Расскажите о предпринимаемых в вашем колхозе мерах, связанных с поливом и снегозадержанием, направленных на повышение урожайности овощей и фруктов.

· Опишите принцип действия механических поилок для кур. Разработайте собственную конструкцию механической поилки для домашних животных.

· Опишите принцип действия доильного аппарата. Учитывая, что электродвигатель доильной установки потребляет мощность 2,6 кВт, а за 1 час машиной выдаивают 100 коров, рассчитайте, сколько стоит доение одной коровы (1 кВт⋅ч энергии стоит 145 рублей).

· Животноводческая ферма снабжается водой при помощи насосной установки, поднимающей воду с глубины 8,5 м. Суточный расход воды составляет 350 м3. Насос работает по 10 часов в сутки. Опишите принцип действия насоса. Определите мощность его электродвигателя, если КПД установки 65%. Предложите способы повышения эффективности снабжения водой животноводческой фермы. Объясните, почему на фермах при сильном ветре не работают тракторным стогометателем.

· Понаблюдайте за процессом сушки зерна. Объясните, почему при увеличении количества зерна, поступающего на очистку сортировального устройства, увеличивают воздушный поток от вентилятора. Для чего на ободы маховиков скоростных двигателей надевают специальные прочные бандажи? Почему человек, несущий на спине тяжёлый мешок с зерном, наклоняется вперёд?

Ещё одним эмпирическим методом научного познания, достаточно привлекательным для изучения на уроках физики сельскими учащимися, является эксперимент. Чтобы усилить познавательный интерес, формирование представлений сельских школьников об эксперименте как методе научного познания целесообразно осуществлять в ходе сельскохозяйственного труда, способствующего раннему приобщению детей к производству материальных ценностей, опытнической работе. Сельские дети с большим удовольствием занимаются конструированием, моделированием, нежели их городские сверстники, поэтому методически оправданно предлагать задания следующего типа:

· Разработайте гигроскоп из еловой шишки. Составьте его технический паспорт.

· Предложите простейшую модель течения жидкости в канале. Выполните экспериментальное определение профиля скоростей реки в вашей местности. Рассчитайте её годовой сток.

· Разработайте методику определения теплоты сгорания различных сельскохозяйственных продуктов и кормов. Какие из них можно использовать в качестве биотоплива? Оцените их с точки зрения энергоэффективности.

· Как можно использовать вилы для расчистки дорожек от снега?

· Какое молоко имеет большую плотность — цельное или снятое? Предложите различные способы определения жирности молока. Сконструируйте самодельный молокомер.

· Сконструируйте автопоилку для животных.

Необходимо также отметить, что систематическое участие школьников в сельскохозяйственном труде способствует не только приобретению ими конструкторских, изобретательских умений и навыков, умения обращаться с бытовой и сельскохозяйственной техникой, измерительной аппаратурой, но и воспитанию у них чувства ответственности, стремления довести дело до конца, выработке устойчивых привычек к трудовому усилию.

Причинность — одна из форм общей взаимосвязи явлений объективного мира. Для многих сельских школьников решение качественных задач на анализ причинно-следственных связей является достаточно сложным, но доступным видом работы, особенно если он связан с изучением природы и демонстрирует прикладной характер физических знаний. Например:

· Где и как следует хранить сушёные грибы, чтобы они не потеряли свой аромат?

· Почему мокрый снег меньше прилипает к лопате, которой расчищают дорожки, если она с обеих сторон смазана стеарином или парафином?

· Зачем крестьяне, идя на работу в поле в сильную жару, берут с собой бутыль с водой, на которую надевают поролоновый чехол?

· Почему после встряхивания неполного ведра с картофелем наиболее крупные плоды оказываются наверху?

· Почему тупой серп режет руку пуще острого?

· Почему в ясный летний день наиболее жарко бывает не в полдень, а несколько позднее?

· Почему сливки на молоке быстрее отстаиваются в погребе?

· Почему щиты, установленные вдоль дороги, предохраняют дорогу от снежных заносов?

· В зернохранилище протекла крыша. Во время дождя часть семян намокла. Через два дня, просушивая зерно, заметили, что оно горячее. Почему? Можно ли, просушив это зерно, оставлять его на семена?

Особый интерес у сельских школьников вызывают задания на поиск объяснения народных примет, пословиц и поговорок:

· Прилип, как банный лист.

· Сухую грязь к стене не прилепишь.

· Как с гуся вода.

· Шилом моря не нагреть.

· Каваль клешчы трымае, каб рук не папек.

· Ламаецца, як блiн.

· Чем больше молний, тем щедрее земля. Почему возникло такое поверье?

· Гусь лапу поднимает — к стуже, на одной ноге стоит — к морозу, полощется в воде — к теплу, нос под крыло прячет — к ранней зиме. Как объяснить эти приметы [8]?

· Какие народные приметы для предсказания погоды существуют в вашей местности? Ряд интересных народных примет предсказания погоды приведён нами в приложении 1. Изучите их правдоподобность.

Особую роль в формировании у сельских школьников представлений о методах научного познания играет обеспечение преемственности и интеграции содержания естественно-научных дисциплин. Так сложилось, что учащиеся изучают природу на различных уроках. Однако наиболее существенная роль в формировании у школьников представлений о методах научного познания принадлежит именно естественно-научным дисциплинам, в первую очередь физике, позволяющей акцентировать внимание на усвоении учащимися самых существенных, фундаментальных знаний, лежащих в основе целостного восприятия научной картины мира. При этом обеспечение интеграции содержания естественно-научных дисциплин средствами межпредметных связей способствует интенсификации данных процессов, поскольку «наиболее эффективное приращение нового знания получается на пути интеграции различных отраслей науки» [2, с. 30].

Например, на уроках по естественно-научным дисциплинам педагоги предлагают учащимся задачи на выдвижение гипотез. Однако мало кто из педагогов обращает внимание учащихся на тот факт, что структура построения гипотез одна и та же. Она отражена на рисунке.

Структура построения гипотез

Блоки 1, 3, 5 — всегда одинаковые, блоки 2, 4, 6 — всегда разные [7].

Например, ответ на вопрос «Что будет, если металлический стержень нагреть?» может быть построен с помощью приведённой выше схемы и выглядеть следующим образом: «Так как (блок 1) молекулярно-кинетическая теория является общепризнанной и согласно ей молекулы и атомы тел находятся в движении, которое ускоряется с ростом температуры (блок 2), то при (блок 3) его нагревании (блок 4) можно ожидать (блок 5), что металлический стержень увеличит свою длину (блок 6)».

Отработать с учащимися данную структуру построения гипотез можно на следующих примерах.

· Известно, что атмосфера Земли состоит из азота — 78,1 %, кислорода — 21 %, аргона — 0,9 %, углекислого газа, гелия, водорода, неона — в незначительных долях процента. Что будет, если общий баланс газов в атмосфере не изменится, а количество кислорода: а) возрастёт приблизительно на 15%; б) уменьшится приблизительно на 15%.

· Атмосфера проводит звук. Скорость звука в воздухе при температуре 20 °С равна 343,1 м/с и увеличивается с повышением температуры (при t = 50 °С u = 360,3 м/с). Что изменилось бы, если бы атмосфера проводила звук: а) лучше; б) хуже; в) совсем не проводила; г) звукопроводность не зависела от температуры?

· Скорость звука в воде в интервале температур 0-20 °С приблизительно равна 1403-1483 м/с. Скажется ли изменение этого параметра в большую или меньшую сторону на фауне морей и океанов? Каким образом?

Поиск решения в таких задачах предполагает последовательные рассуждения: от формулирования единичных суждений о причине определённой зависимости до системы нескольких развёрнутых рассуждений, объясняющих сложные зависимости между живыми организмами и факторами неживой природы; растениями и условиями внешней среды; животными и средой обитания; деятельностью человека и социальными, климатическими условиями, что является весьма результативным для формирования знаний школьников об анализе как методе естественно-научного познания.

Для формирования у более слабых учащихся представлений о методе модельных гипотез можно предложить им следующее эвристическое предписание.

Учим школьников выдвигать гипотезы

· Предлагаем учащимся назвать факт, о котором говорится в задании.

· Предлагаем вспомнить, что характеризует данный факт (величину, константу, входящие в условие).

· Напоминаем, что в окружающей природе практически всё взаимосвязано (в том числе и в данном конкретном случае).

· Конкретизируем, что в данном факте является причиной, а что — следствием.

· Предлагаем описать последствия изменений в каждом конкретном случае.

· Предлагаем обобщить полученные выводы и сформулировать один общий вывод.

Приведённые выше структура гипотезы и эвристическое предписание позволят учащимся уяснить, что недопустимо исходить из любой мыслимой гипотезы. Она должна основываться на отдельных свойствах, связях, зависимостях, взаимодействиях, условиях, объяснимых с помощью выводимых из данной гипотезы законов.

Как показал наш опыт работы, при формировании у школьников представлений о методах научного познания им также целесообразно предлагать эвристические предписания «Учусь наблюдать», «Учусь экспериментировать», «Учусь измерять», «Учусь строить графики», изложенные нами в публикациях [3; 4].

Обобщённый характер способов мыслительной деятельности обеспечивает возможность широкого переноса знаний в новые ситуации. При этом, чем больше видов связей устанавливают учащиеся, тем активнее протекает их познавательная деятельность, тем качественнее происходит процесс формирования представлений сельских учащихся о методах научного познания.

В данном контексте нельзя не учитывать ещё одно обстоятельство. Сельский учитель, имея возможность вести несколько предметов и являясь полипрофессионалом [1], находится в благоприятных условиях для обеспечения интеграции содержания естественнонаучных дисциплин при формировании у сельских школьников представлений о методах научного познания, способствуя их обогащению и систематизации, демонстрируя единство методов познания окружающего мира. Опора на междисциплинарную интеграцию естественно-научных дисциплин способствует формированию у учащихся системных знаний, воспитывающих у них способность и привычку к комплексному рассмотрению изучаемых объектов и явлений, синтезу знаний и способов деятельности из различных областей, помогающих формировать системный тип мышления.

Формирование представлений сельских учащихся о методах научного познания на уроках физики может осуществляться не только непосредственно, но и опосредованно, например, в процессе учебно-исследовательской деятельности. При этом, как показано в трудах 3. И. Калмыковой, А. Н. Поддьякова, А. И. Савенкова и др., если взаимодействие между участниками исследовательской деятельности имеет характер сотрудничества, то оно способствует более глубокому усвоению учащимися методологических знаний.

Наш опыт работы подтверждает что повышению результативности формирования у сельских школьников представлений о методах научного познания способствует создание разновозрастных коллективов учащихся и взаимообучение детей разного возраста в процессе учебно-исследовательской деятельности. При этом «совместное обучение способствует развитию социальных и учебных взаимоотношений за пределами класса или одного учебного курса» [6, с. 88].

При изучении ролевой структуры детских исследовательских коллективов выяснилось, что для успешного формирования у сельских школьников представлений о методах научного познания в процессе учебно-исследовательской деятельности необходимо, чтобы детский исследовательский коллектив имел гетерогенный характер, т.е. состоял из детей, по-разному проявляющих себя в исследовании. В нём должны быть «генераторы» идей; школьники, умеющие конструировать приборы, умеющие чётко и логично изложить и защитить результаты исследования и др. В условиях сельской малокомплектной школы определённая сложность состояла в распределении «ролей» между её немногочисленными учащимися.

С целью выявления типологии личностной и социальной организации сельских школьников, занимающихся учебно-исследовательской деятельностью, нами было проведено анкетирование более ста детей. Полученные результаты приведены в таблице 1, а описание типологии — в приложении 2.

Таблица 1

Типологии личностной и социальной организации сельских учащихся, занимающихся исследовательской деятельностью (объём выборки — 108 человек)

Типология организации учащихся	Процент учащихся
Организатор	23,5
Исполнитель	41,2
Генератор	41,2
Математик	64,7
Координатор	35,3
Командный игрок	55,9
Искатель	38,2
Финишер	32,3

Как следует из результатов, приведённых в таблице 1, наиболее приемлемым способом личностной организации, взаимодействия при проведении учебных исследований сельскими школьниками является типология «математик». Она указывает на недостаточность самоорганизации и большую зависимость учащихся от внешней организации. Такому типу личности детей свойственно исследовать в рамках выделенных правил, норм. Их деятельность часто подчинена инструкции, выработанной самостоятельно или предъявленной внешней стороной (научным руководителем, учителем и т.д.). Следует учитывать, что в подростковом возрасте многие сельские дети ещё не готовы к ответственности, слабо владеют методами конструктивного взаимодействия. В то же время в разновозрастном исследовательском коллективе происходит эффективная передача опыта проведения исследований через обязательное шефство старших школьников над младшими. Необходимо отметить, что совместная учебно-исследовательская деятельность «наглядно демонстрирует учащимся необходимость получения разносторонних знаний, даёт возможность увидеть непосредственные результаты их практического применения, осуществлять преемственность в их обучении при выполнении достаточно трудных заданий без чрезмерной нагрузки учащихся» [6, с. 89].

Наиболее ценным в разновозрастных исследовательских коллективах является то, что «школу юного исследователя» проходит каждый: старшие ребята заканчивают школу, а на их место приходят другие ученики. Подтверждается мысль А. В. Сухомлинского о коллективе как организме — живом, развивающемся, независимо от того, что часть его постоянно обновляется [9].

Таким образом, использование стимулирующего влияния природы, конструирование педагогом учебного процесса на основе междисциплинарного подхода с целью демонстрации универсальности методов научного познания, создание разновозрастных исследовательских коллективов учащихся и взаимообучение сельских школьников при проведении учебно-исследовательской деятельности детерминируют эффективное формирование у них представлений о методах научного познания на уроках физики.

Приложение 1

Народные приметы определения погоды по особенностям поведения живых организмов и состоянию окружающей среды

Признаки ненастья

· Ласточки летают низко над водой.

· Жаворонки с утра не поют.

· Нахохлились воробышки.

· Часто кричат вороны.

· Летом воробьи купаются в пыли.

· В ясный погожий день полёвки вдруг начинают прятаться.

· Кроты выходят из-под земли.

· Пауки не чинят старые сети и не делают новые.

· Муравьи второпях возвращаются из походов и замуровывают входы средь бела дня.

· Стрекозы собираются стаями.

· Пчёлы роем летят к своим ульям или облепили акацию.

· Лягушки прыгают по берегу и днём квакают.

· Дождевые черви выползают наружу.

· Рыба плохо клюёт.

· Цветы в саду особенно благоухают.

· В небе солнце, а цветы одуванчиков закрываются.

· Капельки росы утром висят на кончиках листьев.

· Во время восхода солнца стоит духота.

· Радуга — утром или долго стоит после дождя.

· Утренняя заря красного цвета.

· Глухой гром — к тихому дождю, гром гулкий — к ливню.

· Снег идёт большими хлопьями.

· Слабая тяга в печи.

· В безветренную погоду дым из печной трубы стелется по земле.

 

Признаки погожего дня

· Тучи по небу движутся быстро.

· Радуга после дождя быстро исчезает.

· Радуга — вечером.

· Утром туман стелется по воде и исчезает сразу после восхода солнца.

· Иней на деревьях — на мороз, туман — на оттепель.

· Снег прилипает к деревьям — это к теплу.

· Паутина стелется по растениям — к теплу.

· Сильная роса — к ясному дню.

· Пчёлы утром дружно отправляются за взятком.

· Вечером сильно стрекочут кузнечики.

· Видно много пауков.

· Комары и мошки летают столбом [5; 9].

Приложение 2

Роли в типологии личностной и социальной организации школьников, участвующих в учебно-исследовательской деятельности

Организатор. Человек, умеющий организовать других, требовательный, принципиальный. При этом он сам может быть недостаточно организован.

Исполнитель. Самостоятелен, усидчив и настойчив. Умеет подчиняться и работать по заданию. Обычно владеет хорошими знаниями и умеет их успешно применять при организации исследований. Требует высокой мотивированности на работу и нуждается в постоянной психологической поддержке.

Генератор. Творческая личность, предпочитающая процесс деятельности, а не сам результат. Работает достаточно поверхностно, но может продуцировать новые технологии, методы. Неусидчив, спонтанен, активен в социальных контактах. Умеет быть презентабельным и убедительным.

Математик. Логик. «Игрок по правилам». Умеет просчитать все возможные варианты, при этом не действует, пока не будет иметь ясного представления о задаче. Инертен. Индивидуалист.

Координатор. Активен в социальных контактах, которые способен удерживать. Может решать несколько задач одновременно, умеет оптимально распределять ресурс. Взвешен в эмоциях.

Командный игрок. Предпочитает работать в коллективе, разделяет коллективные ценности и принимает их как собственные.

Искатель. Пытается уловить суть проблемы. Критичен в суждениях, спорщик. Может вызывать конфликты в коллективе, но при этом хорошо продуцирует исследовательскую деятельность, стимулируя группу на работу, достижение конкретного результата.

Финишер. Упорный и настойчивый, умеющий преодолевать трудности. Эмоциональной устойчив. В контактах избирателен. Часто бывает эгоистичен по отношению к другим участникам исследовательской деятельности.

 

Список использованной литературы

1. Валеееа, И. А. Сельский учитель как полипрофессионал / И. А. Валеева, Н. Е. Казакова, В. М. Сиренко // Школьные технологии. — 2005. — № 2. — С. 44-49.

2. Готт, В. С. О единстве научного знания / В. С. Готт, А. Д. Урсул, Э. П. Семенюк. — М.: Знание, 1977.

3. Лавриненко, А. В. Сказка про горячий чай, или Как наладить исследовательскую работу в сельской школе / А. В. Лавриненко, Л. Е. Осипенко // Фiзiка: праблемы выкладання. — 2000. — № 1. — С. 80-97.

4. Осипенко, Л. Е. Можно ли воспитывать юных исследователей в «глубинке»? / Л. Е. Осипенко // Фiзiка: праблемы выкладання. — 2005. — № 1. — С. 31-35.

5. Полонский, А. Подсказки живых барометров / А. Полонский // Рыболов. — 1991. — № 7.

6. Преимущества совместного обучения в школе: по материалам междунар. проекта «Step by Step» // Народная асвета. — 2004. — № 6. — С. 84-91; № 7. — С. 87-91.

7. Преподавание физики, развивающее ученика: пособие для учителей и методистов / сост. и под ред. Э. М. Браверманн. — М.: Ассоциация учителей физики, 2003.

8. Русские народные загадки, пословицы и поговорки. — М.: Просвещение, 1990.

9. Сухомлинский, В. А. Павлышская средняя школа: обобщение опыта учеб.-воспит. работы в сельск сред. шк. / В. А. Сухомлинский. — М.: Просвещение, 1979.

10. Тулъчинский, М. Е. Качественные задачи по физике / М. Е. Тульчинский. — М.: Просвещение, 1972.