Развитие интеллекта на уроках физики с помощью методов научного познания.

В школе 21 века первоочередной задачей считается не обучение, а развитие ученика. Я полностью с этим согласна. Если ребенок не научиться рассчитывать производную или находить грамматическую основу двусоставного предложения – это не страшно. Страшно другое – если ребенок отсидит 11 лет, тупо переписывая с доски материал и не научиться думать, задавать вопросы, тренировать свою память.

8. экспериментов по их функциональному признаку:                 Многие приемы практической направленности тесно связаны с мыслительными операциями. Используя их, мы одновременно в двух направлениях работаем с учениками, реализуя принцип «Через руки – через разум». Например, чтобы написать рецензию, надо: провести анализ прослушанного или прочитанного, чтобы установить наличие нужных компонентов: доказательств, примеров, выводов и т.д.; выполнить сравнение с мысленным эталоном,  чтобы оценить степень разработки проблемы или качество ответа; сделать синтез, чтобы дать заключение. Второй пример – постановка эксперимента. нужен, чтобы решить: нужна, чтобы сформулировать вывод из полученных фактов. – чтобы подготовить отчет.

Сейчас каждый учитель вправе выбрать близкую себе педагогическую концепцию и работать по ней. Мне близка концепция развивающего обучения, так как она прогрессивна, личностно ориентирована. Ее ключевая идея – учитель создает такие условия на уроке, в которых ученик испытывает радость от учения, когда отсутствует скука и принуждение. Ученик должен знать, как и для чего он выполняет задания и зачем это ему нужно. Развивающее обучение направлено на формирование личности, его цель – развитие ученика, в частности, его интеллекта. Основа этого процесса – самостоятельная познавательная деятельность ребенка. Что же конкретно нужно развивать на уроке у школьников? Мышление, коммуникативные и практические умения, нравственные идеалы, эстетические представления, интеллект. Я хочу остановиться именно на развитии интеллекта с помощью тренировки мыслительных операций или, как их еще называют, методов научного познания. Я предлагаю не только раскрыть смысл каждой мыслительной операции, но и познакомить читателя с содержанием заданий, которые я предлагаю учащимся на своих уроках.

Анализ – мысленное разделение целого на части. Это умение формируют задания такого типа:

1. Выбрать из ряда предложенных объектов один, отвечающий определенным требованиям. Например: алюминий, железо, медь, серебро, магний – нужно выбрать металл подходящий для изготовления магнита.

2. Выделить в параграфе или абзаце учебника главную мысль, математический вывод, доказательство, примеры, исторические сведения, противоречия, причину и следствие.

3. Указать в схеме нужный объект.

4. Выделить в условии задачи участвующие тела и описать, что происходит с каждым, указать явления, законы, процессы.

5. Составить план исследования, выделить наиболее важные этапы работы.

6. Выделить ключевое слово в формулировке определения, закона, правила и объяснить выбор. Например: напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении заряда из одной точки в другую. Ключевое слово – работа, так как работу совершает электрическая сила, под действием которой перемещаются заряды.

Синтез – объединение частей в целое. Выработке этого умения способствуют такие задания:

1. Из проделанных или изученных экспериментов сформулировать общий вывод.

2. Подготовить рассказ по таблице, опорному конспекту, набору ключевых понятий, предложенных учителем.

3. Написать реферат, используя сведения из разных источников. Эта мыслительная операция очень хорошо выявляет творческий потенциал ученика и сами дети с удовольствием сочиняют сказки и рассказы.

Сравнение – выделение общих и разных черт у объектов, явлений, величин. В физике это действие чаще всего встречается. Обычно я предлагаю найти сходство и отличие у силы трения скольжения и силы трения покоя, у электростатического и вихревого полей при изучении свойств вихревого поля, у переменного и постоянного тока, у механических и электромагнитных колебаний, у механических и электромагнитных волн, заполнив сравнительную таблицу. Также полезно решение задач-сравнений.

Обобщение – выявление общих признаков, свойств, тенденций развития, подведение итогов своей деятельности, подведение предмета под более общую категорию. Например:  ядро-атом-молекула-вещество-тело-материя.

Классификация – разделение совокупности объектов, явлений, понятий по какому-то существенному признаку. Для отработки этой операции предлагаются такие задания:

Из предложенных графиков выбрать те, которые характеризуют определенный процесс (изобарный в газе, график координаты равноускоренного движения, график изменения кинетической энергии тела)

2. Выбрать из текста учебника изученные явления, законы, описание экспериментов.

3. Рассортировать оборудование по группам.

4. Отобрать экспонаты для тематической выставки.

5. Выбрать задачи на определенную тему.

6. Распределить изученную теорию по структурным элементам: основание, ядро, следствия. Например – структура  электромагнитной теории света.

Основы теории

Наблюдения: появление тени, радуга, изображение в зеркале, эффекты, связанные с преломлением света, наблюдения Ремера, радужная окраска тонких пленок.

Эксперименты: опыты Физо и Майкельсона по определению скорости света, опыты Юнга и Френеля по дифракции и интерференции света, опыты по поляризации. Экспериментальное получение Герцем радиоволн. Опыты Герца и Лебедева, подтвердившие справедливость теории электромагнитного поля Максвелла, опыты Ньютона по дисперсии света.

Главные понятия и величины: геометрическая оптика, волновая оптика, волновая поверхность, когерентность, дисперсия, дифракция, интерференция, поляризация, часта, длина и скорость волны, показатель преломления, интенсивность, плотность электромагнитной энергии.

Идеальная модель: точечный источник. Луч.

Ядро теории

Постулаты: принцип Гюйгенса-Френеля, свет – поперечная волна.

Законы: отражения, преломления, полного отражения.

Константы: скорость света.

Следствия

Практическое применение: интерферометры  для  контроля чистоты обработки поверхности деталей, расчета коэффициента линейного расширения газов. Просветление оптики. Волоконная оптика, спектральный анализ, оптические приборы, поляризационная дефектоскопия.

Границы применимости: законы геометрической оптики выполняются только для препятствий много больше длины световой волны. С помощью волновой оптики нельзя объяснить процесс рождения и поглощения света.

7. Распределение на группы понятий или объектов.

8. Классификация экспериментов по их функциональному признаку:

1) Опыты, благодаря которым было положено начало новым разделам физики (опыты Фарадея по электром. Индукции, Резерфорда по рассеянию альфа-частиц и так далее).

2) Опыты, позволившие открыть физические явления (обнаружение Герцем фотоэффекта, опыты Юнга и Френеля и так далее).

3) Опыты, позволившие установить свойства и закономерности открытых ранее явлений (опыт Бойля с газами, опыт Кулона по определению электростатической силы. Опыты Джоуля-Ленца и т. д.).

4) Опыты, с помощью которых была доказана справедливость фундаментальных теорий (опыты Штерна и Перрена по МКТ, Франка-Герца по атомной теории, Комптона по квантовой теории света и т.д.).

5) Решающие эксперименты, подтвердившие или опровергнувшие справедливость гипотез (опыт Паскаля по атмосферному давлению, опыт Фуко с маятником и т.д.).

6) Опыты по определению физических констант (опыт Кавендиша по расчету гравитационной постоянной).

7) Исследования по созданию новых материалов, техническому использованию научных открытий (опыты Вольта, Якоби, Попова, создание камеры Вильсона, ядерного реактора и установки «Токамак», опыты Басова и Прохорова и т.д.).

Систематизация – составление целого из отдельных элементов и выяснение связей между ними. Формированию этого умения помогают задание – составить структурно-логическую схему изученного материала, обозначив на ней понятия, законы, формулы и изобразить связи между ними. Можно в виде дерева, у которого корни – это фундаментальное понятие, ствол – название изученной главы, ветви – основные понятия, явления, плоды- формулы. Например (см. вложенный файл).

Можно сконструировать систематизационную таблицу в виде пирамиды,  цветка, здания и так далее. Можно предложить учащимся составить схему решения задачи, отталкиваясь от задаваемого вопроса.

Индукция – цепь логических умозаключений, идущих от частного к общему. Или распространение знаний об отдельных объектах на общую теорию. Умозаключение –  процесс, при котором из исходных суждений получается новое (следствие, вывод). Индукцию развивают задания типа:

– сформулировать вывод из серии экспериментов или наблюдений,

– из приведенных фактов сделать заключение по проблеме. Например: в споре о природе света одна группа ученых предъявила доказательства того, что свет это волна, а другая,  что свет – это поток частиц. Следовательно, свет обладает свойствами и волны и частицы.

Дедукция – цепь умозаключений, идущих от общего к частному. Например: все металлы хорошо проводят электрический ток, молибден – это металл, значит, молибден является проводником электрического тока. Для выработки этого умения полезны такие задания:

1. Используя теорию, предсказать, как будет вести себя тело, если… (опираясь на МКТ, предсказать, что произойдет с давлением газа, если газ нагреть).

2. Опираясь на теорию, предсказать, как пойдет процесс, если вместо… будет… (как пойдет процесс плавления, если лед вместо воздуха поместить в воду такой же температуры, как воздух).

3. Организация урока-прогноза.

Абстрагирование – выделение существенных признаков и отвлечение от второстепенных. Выделенное свойство изучаемого явления доводят до предельного значения (например, сведение размеров тел к нулю, полная изоляция тел системы и т.д.) В итоге создается идеализированный объект, не существующий в действительности. Такой прием называется идеализацией материальных объектов. Другой прием – моделирование. Он состоит в выдвижении предметных или мысленных моделей, воспроизводящих объекты в форме, удобной для наблюдения и изучения. Например:

Механика. Идеализация: материальная точка, абсолютно твердое тело, абсолютно упругое тело, идеальная жидкость, изолированная система, гармонические колебания, идеальная пружина. Модель: модель реактивного двигателя, математический маятник, пружинный маятник. В электродинамике точечный заряд, колебательный контур являются идеализацией, а линии напряженности, электронный газ – моделью.

Конкретизация – выражение в наглядной форме или уточнение. Например: привести примеры, подтверждающие правильность закона, составить алгоритм решения задачи, назвать ключевое слово в определении, лаконично и четко ответить на поставленный вопрос.

Аналогия – перенос некоторых свойств с одних предметов на другие, сходные с ними по ряду существенных признаков. Примеры физических аналогий: построение электростатики по аналогии с теорией гравитации Ньютона, аналогия механических и электромагнитных колебаний, построение волновой теории света по аналогии с теорией звука, аналогия электрического тока в металлах с движением жидкости в трубе, процесса испарения жидкости и термоэлектронной эмиссии, колебания математического маятника и электромагнитных колебаний в колебательном контуре и т.д. Следует объяснить ученикам, что речь идет не о сходных процессах, а о  внешнем сходстве или единстве математического аппарата разных по существу явлений.

Метод установления причинно-следственных связей. Причина – явление, непосредственно обусловливающее другое явление – следствие.

Причина: предшествует во времени следствию, порождает и обусловливает следствие, делает наступление следствия неизбежным, влияет своей силой на силу следствия.

Этот метод очень хорошо отрабатывается, если учитель грамотно задает вопрос, основанный на наблюдении, эксперименте. Например: в абсолютной темноте мы не видим даже своей руки. Что является причиной того, что включив лампу, мы видим окружающие предметы, а что следствием? Ответ: причина – диффузное отражение световой волны от любой поверхности, следствие – воздействие отраженных волн на сетчатку глаза и на мозг.

Еще пример: если разрезать нить, то висящий на ней груз упадет. Что является причиной падения груза? Причина – земное тяготение, следствие – движение груза вниз.

Вывод по вышеизложенному. Многие приемы практической направленности тесно связаны с мыслительными операциями. Используя их, мы одновременно в двух направлениях работаем с учениками, реализуя принцип «Через руки – через разум». Например, чтобы написать рецензию, надо: провести анализ прослушанного или прочитанного, чтобы установить наличие нужных компонентов: доказательств, примеров, выводов и т.д.; выполнить сравнение с мысленным эталоном,  чтобы оценить степень разработки проблемы или качество ответа; сделать синтез, чтобы дать заключение. Второй пример – постановка эксперимента. Анализ нужен, чтобы решить:

– какие компоненты нужно в опыте менять, а какие нет;

– где причина явления, а где следствие;

– как регистрировать происходящие перемены.

Индукция нужна, чтобы сформулировать вывод из полученных фактов. Синтез – чтобы подготовить отчет.

Итак, отработка этих мыслительных операций не только помогает ученику лучше разбираться в учебном материале, но и формирует личность – творчески действующего человека, который «способен улавливать новое и вести самостоятельную деятельность, действовать по собственным убеждениям, нести за это ответственность; ему присущи инициатива, мужество, ясный и гибкий разум» (В.В. Давыдов).

Педагогу этот материал поможет тем, что он легко сможет формулировать развивающие цели каждого урока, начиная их со слов: сформировать у учащихся умение анализировать материал параграфа, классифицировать изученные понятия и так далее (в зависимости от содержания и типа урока).

Наталья Дресвянникова, учитель высшей категории гимназии города Вятские Поляны  Кировской области