Введение
Сеин А.А. Алгоритм обучения студентов физике .
От космических трасс отвлекаясь,
Я лесною дорогой иду
И луной, как звездой, увлекаюсь,
Веря в жизни в земную звезду.
Я не против космических взлетов,
Пусть стартуют и впредь корабли…
Только мне улетать неохота
С необычно привычной Земли.
Физика- наука о природе (Система обучения физике)
I – этап. Пропедевтика – норма знаний школы и вуза.
II – этап. Методические знания о структуре теорий и законов природы.
III – этап. Профессиональные знания – путь к изобретениям и открытиям.
Разделение периода изучения курса на три этапа диктуется дидактическим принципом доступности, необходимостью преемственного перехода от методики обучения в средней школе к методике обучения в высшей школе и важностью воспитания творческого типа мышления студентов.
Триада лежит в основе не только системной организации материи, но и системной организации эволюционного процесса в целом: вещество – энергия – информация, причем последней в этом процессе принадлежит организующая и регулирующая роль.
Содержание разделов курса физики сведено в учебные модули, что уменьшает первоначальную сложность сообщения.
Оформлением в модуль части содержания образования обеспечивает накопление в сознании студентов приращения потребностей (выращиваются цели), внутренних норм (усваивается новая информация), способностей (осваивается метод как способ деятельности).
Алгоритм обучения – использует метод дедуктивного вывода и обобщения знаний на основе триад понятий научной дисциплины.
Пособие составлено с учетом рекомендаций знаний высшей школы.
Предисловие
Справочное пособие «Физика в таблицах, понятиях и формулах» адресовано студентам I и II курсов вузов и технических университетов.
Особенность обучения физике связана с многоплановостью материала и большим числом понятий, которые предстоит усвоить студентам. При изучении физики обязательным является знание формулировок основных законов и умение пользоваться математическим аппаратом. Математика необходима для анализа следствий, вытекающих из теории.
Логический подход предполагает главное внимание уделять физической теории.
Справочное пособие построено по тематическому признаку и внутрипредметным связям, содержащее научные понятия четырех фундаментальных теорий физики: классической механики, статистической физики (молекулярно-кинетической теории и термодинамики), электродинамики и квантовой механики (по классификации В.К. Гейзенберга).
Центральной идеей структурирования курса является эволюция физической картины мира как смена механической, статистической, электродинамической и квантово-релятивистской.
В пособии решена задача отбора содержания учебной дисциплины с помощью синтеза понятий системы знаний, реализующей способ описания смысловой структуры учебной информации и фиксирующей отношения между разделами и темами.
Понятия физики составляют лексику языка, на котором ведется обсуждение со студентами явлений и связей между явлениями.
В итоге построена иерархическая система физических понятий, позволяющая студентам умозрительно представить весь курс физики в целостности и единстве и освоить методы теоретического мышления: анализа и синтеза, дедукции и индукции, систематизации и обобщения. Эти методы формируют у студентов умение рационально организовывать свою деятельность.
Содержание разделов курса физики сведено в учебные модули, что уменьшает первоначальную сложность сообщения.
Образовательная программа по физике фиксирует содержание образования (таблица 1). Система понятий физики отражает композицию: взаимное расположение частей и целого. Ядро этой системы составляют понятия-категории: «Формы движения материи», «Фундаментальные законы движения», «Современные направления в физике».
Специальные термины, понятия и их связи во многом облегчают развитие наглядно-образного, логического и алгоритмического мышления и создание условий для развития потребностей поисковой деятельности.
Учебная деятельность студентов включает в себя три уровня познания.
I-пропедевтика: выступает как педагогическая система, в которой аккумулированы действия по выявлению элементов учебного процесса и их соединения, направлена на изучение ключевых понятий физики. В ней реализуется преемственность связей «школа-вуз».
II- методологические знания: изучение фактов, теорий, законов, следствий, границ применимости, методов исследования - теоретических и экспериментальных. Эти знания обеспечивают личное приращение в развитии студента и преподавателя.
III- научная деятельность: исследования, изобретения, открытия (приобретение опыта социально-профессионального взаимодействия и достижение социально-значимых целей вуза).
Дополнительными требованиями к студентам являются: выполнение самостоятельной работы (написание реферата), приобретение навыков по технике лабораторных работ, умение грамотно обработать результаты физического эксперимента и вычислять погрешности измерений.
Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, молекулярная, тепловая, электромагнитная) присутствуют во всех высших и более сложных формах движения материи (химических, биологических, космических). Таким образом, физика воплощает искусство решать проблемы материального мира.
В структуре физики, в зависимости от изучаемых явлений и форм движения материи, выделяют: механику материальных точек и твердых тел, теорию тяготения, механику сплошных сред (включая акустику), статистическую теорию (молекулярную физику и термодинамику), электродинамику (включая оптику), основы квантовой механики.
Статистическая теория рождается при разрешении противоречий между механикой и теплотой, она заложила фундамент понимания молекулярных процессов классических жидкостей и газов, технической термодинамики. Теория относительности – релятивизм, возникает из попытки примирить механику и оптику, точнее электромагнетизм.
Квантовая теория возникает при попытке объяснить законы излучения нагретых тел (излучение абсолютно черного тела). Эта область совместного проявления явлений теплоты и электромагнетизма.
Основы квантовой механики составляют понятийный аппарат: теории теплового излучения, фотоэффекта, постулаты Бора, спонтанное и вынужденное излучения, законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина, Планка, Эйнштейна,
а также гипотеза де Бройля, волновая функция Борна, уравнения Шредингера, соотношение неопределенностей Гейзенберга, квантовая статистика, зонная теория полупроводников, модели атома и атомного ядра, физика элементарных частиц, фундаментальные взаимодействия в природе.
Принято выделять также учение о колебаниях и волнах, рассматривающие механические, акустические, электрические и оптические колебания и волны под единым углом зрения.
Теоретическое отношение к миру предполагает выработку понятий, реконструирующих характеристики объектов и их устройства.
Объектами физики являются: пространство-время, законы движения, тепловые явления, электромагнитные явления, строение вещества.
В неживой природе структурными уровнями организации материи являются: вакуум (поля с минимальной энергией); поля и элементарные частицы; атомы; молекулы; макроскопические тела; планеты и планетные системы: звезды и звездные системы; галактики; метагалактики; вселенная.
Вселенная рассматривается в виде неограниченной иерархии всевозрастающих
по размерам космических систем.
В живой природе выделяют два важнейших структурных уровня - биологический и социальный ( индивид, семья, коллектив).
В учебном процессе задействованы все формы обучения студентов: лекции, семинары, лабораторный практикум, рефераты, коллоквиумы, тестирование, самостоятельная работа и обсуждение проблемных вопросов с преподавателями
в рамках индивидуальных занятий.
Наука является одной из определяющих особенностей современной культуры и самым динамичным ее компонентом. Цикл научного познания составляют: факты - теоретические модели - практика.
Предложены структурно-логические схемы: внутрипредметные связи физических теорий (схемы 1 и 2) и алгоритм обучения студентов физике (рис.1).
Запоминанию нового учебного материала помогают триады понятий, отражающие структуру учебного модуля. Эти понятия и модули входят в основание концепции компетентностно ориентированного образования.
Группирование материала вокруг физических теорий (многоуровневая структуризация учебного материала курса физики) позволяет реализовать принцип последовательного развертывания теоретического обобщения в физической науке.
Идея системно-модульного структурирования курса, основанная на фундаментальных физических теориях, обеспечивает студентам формирование научного мировоззрения
и усвоение методологии познания этапов развития естествознания (классического, неклассического и постнеклассического).
Предмет физики может быть раскрыт только по мере его детального изучения. Отсутствие в сознании студентов физических понятий приводит к формализму в их знаниях.
Фундаментальные и методологические знания, в отличие от прикладных знаний, более долговечны и обеспечивают субъекту возможность, в случае необходимости, самостоятельно освоить новое.
Функция пособия - в короткое время подготовить обучающихся к выполнению лабораторных и контрольных работ, а также к экзамену.
Логический подход позволяет «свернуть» громадный массив информации до вполне обозримых и легко воспринимаемых (Кристи Р).
К
(Логическая схема связи фундаментальных физических теорий)