Дипломная работа на тему «Формирование физических понятий у учащихся»

Естественнонаучное образование является одним из компонентов подготовки подрастающего поколения к самостоятельной жизни. Наряду с гуманитарным, социально-экономическим, математическим и технологическим компонентами образования оно обеспечивает всестороннее развитие личности ребёнка за время его обучения и воспитания в школе.

Скачать пример Заказать работу Скачать пример Заказать работу

Содержание

Введение
Глава 1. Психологические закономерности формирования понятий
1.1. Общее представление о формировании понятий
1.2. Этапы формирования сложных понятий
Глава 2. Возрастные особенности формирования понятий
Глава 3. Специфика усвоения физических понятий старшими школьниками
3.1. Общие приемы формирования физических понятий учителем
3.2. Контроль за усвоением понятий учащимися
3.2.1. Методы контроля за усвоением физических понятий
3.2.2. Критерии усвоения физических понятий
3.2.3. Методы анализа качества усвоения учащимися понятий
Глава 4. Формирование понятия «Энергия» в курсе обучения физики
4.1. Значение формирования понятия «энергия» у учащихся
4.2 Требования к усвоению понятия «энергия» учащимися к моменту окончания средней школы 39
4.3. Анализ усвоения учащимися понятия «энергия»
4.4. Основные этапы развития понятия «энергия» у учащихся в процессе изучения физики в средней школе
Заключение
Список использованных источников

Введение

Бурное развитие физики выдвинуло её в число фундаментальных наук, являющихся основой современного естествознания. Успехи естественных наук в области фундаментальных исследований столь велики, что существенно меняются представления людей, далёких от науки, на окружающий мир. Ряд научных принципов, разработанных в основном в результате физических исследований, приобретают значение философских, общенаучных категорий.

В различное время объём и место физики в учебных планах менялись в зависимости от запросов общества. В нашей стране в последние годы вследствие процесса реформирования школьного образования произошло не только существенное сокращение числа часов, отводимых на изучение естественнонаучных дисциплин, но и такое их перераспределение, при котором уровень изучения фундаментальных учебных естественнонаучных дисциплин существенно понизился. Так например, сокращение учебных часов в 1998–99 уч. г., отводимых на изучение естественно-научных дисциплин, по сравнению с 1968–69 уч. г. составило 20% , число лабораторных работ по физике сократилось за это время почти в три раза, более чем в три раза уменьшилось число часов, отводимых на проведение физического практикума, сократилось учебное время, отводимое на решение физических задач.

Снижение уровня преподавания естественнонаучных дисциплин в школах России представляется особенно тревожным из-за того, что изучение этих дисциплин открывает большие возможности для интеллектуального развития учащихся. Изучение различных природных объектов, их состава, строения, свойств, функций, законов развития формирует у школьников умения осуществлять различные умственные действия, такие как сравнение, анализ, синтез, абстрагирование, моделирование, индукцию, дедукцию, структурирование, обобщение, высказывание предположений, гипотез, содержательных суждений и пр. [3]

Таким образом, чтобы не допустить снижения образовательного и воспитательного потенциала школы, необходимо либо увеличивать количество учебных часов, как предполагает Концепция 12-летнего образования, либо использовать новые педагогические методики, направленные на более эффективное усвоение материала учащимися. Очевидно, что целесообразнее эти два способа использовать одновременно, с одной стороны уменьшая нагрузку на ученика, с другой стороны, повышая его уровень эрудированности и готовности к самостоятельной деятельности.

Одним из путей повышения образовательного потенциала предмета является методика, направленная на формирование понятий в курсе физики. Формирование понятий становится основой становления физической картины мира, более эффективного освоения предмета физики. Решение задачи формирования физических понятий ведет к осмыслению учащимися практически значимых физических законов и применению их реальной жизни.

Глава 1. Психологические закономерности формирования понятий

1.1. Общее представление о формировании понятий

Понятие – одна из логических форм мышления, высший уровень обобщения, характерный для словесно-логического мышления. [7] В основе понятий лежат наши знания об этих предметах или явлениях. Принято различать общие и единичные понятия.

Общими понятиями называют те, которые охватывают целый класс однородных предметов или явлений, носящих одно и то же название. Например, понятия «стул», «здание», «болезнь», «человек» и др. В общих понятиях отражаются признаки, свойственные всем предметам, которые объединены соответствующим понятием.

Единичными называются понятия, обозначающие какой-либо один предмет. Например, «Енисей», «Венера», «Саратов» и др. Единичные понятия представляют собой совокупность знаний о каком-либо одном предмете, однако при этом отражают свойства, которые могут быть охвачены другим, более общим понятием. Например, в понятие «Енисей» входит то, что это река, которая течет по территории России.

Следует отметить, что любые общие понятия возникают лишь на основе единичных предметов и явлений. Поэтому формирование понятия происходит не только посредством уяснения каких-либо общих свойств и особенностей группы предметов, но в первую очередь через приобретение знаний о свойствах и особенностях единичных предметов. Закономерный путь формирования понятий – это движение от частного к общему, т.е. через обобщение. [4]

Формирование понятий — одна из самых важных когнитивных функций человека. В большинстве наук в период их становления формирование понятий играет решающую роль в организации данных. Расположение элементов в химии, разработка филогенетической классификации в биологии, классификация видов памяти в когнитивной психологии — все это примеры формирования понятий, способствовавшие лучшему пониманию предмета. В действительности это сложные виды формирования понятий, состоящие из ряда довольно простых когнитивных процессов.

Принятое нами здесь определение понятия предполагает, что при обработке информации человеком происходит сортировка признаков объектов или событий на связуемые группы. В примере, показанном на рис.2.1, каждый из элементов, характеризуемых рядом признаков, можно отнести к нескольким категориям. На простейшем уровне эти объекты можно классифицировать по двум категориям, скажем, на примеры и непримеры или на позитивные (+) и негативные (-) случаи этого понятия. На указанном рисунке единственной недвусмысленной иллюстрацией такой классификации были бы круги и не круги. Вся первая категория включала бы тогда элементы первых четырех квадратов слева в каждом ряду — всего 16 элементов, а все остальные элементы вошли бы во вторую категорию. Можно также образовать несколько других понятий. Имеются три очевидных признака, каждый с четырьмя свойствами: цвет (свойства: красный, желтый, зеленый и синий), число (свойства: 1, 2, 3 и 4) и форма (свойства: круг, крест, треугольник и звезда). Есть также менее очевидные признаки — например, положение и близость к другим фигурам. На основе этих простых элементов можно придумать много различных понятий — например, красные кресты, при условии, что их более, чем два на одном поле, одиночные желтые фигуры, расположенные между кругами и звездами и т.д.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Одним из важных различий, относящихся к сфере концептуального поведения, является различие между признаками понятия и правилом, связывающим эти признаки при формировании понятия. Это различие имеет важное эвристическое значение и, кроме того, для когнитивных теоретиков оно служит мостом между формированием понятий и памятью.

Концептуальное правило — это утверждение о том, как должны быть связаны данные признаки, чтобы нечто, обладающее ими, можно было считать примером определенного понятия. В вышеприведенном случае с идентификацией по одному признаку (например, круги и не круги), этот класс был просто либо положительным, либо отрицательным приме ром понятия. В случае более сложных понятий необходимо разработать концептуальные правила, определяющие, как связаны данные признаки. В простейшей бинарной ситуации, где есть два свойства, скажем, красный и квадратный, понятие может меняться в соответствии с применяемым правилом. Например, из тех же самых признаков (красный, квадратный) можно образовать различные понятия: красный и квадратный, красный или квадратный, если красный, то квадратный и т.п. [9]

1.2. Этапы формирования сложных понятий

Анализ структуры сложных понятий приводит к выводу о том, что для успешного усвоения понятий в процессе их формирования должны быть включены следующие этапы:

1. Чувственно-конкретное восприятие, осуществляемое в различных условиях (домашние наблюдения, наблюдения за объектами, демонстрируемыми учителем, или IB процессе фронтального эксперимента, или во время работы с раздаточным ч материалами; просмотр кинофильмов, передач по телевидению). К числу воспринимаемых объектов относятся и знаковые изображения объектов (на схемах, графиках, в формулах и т. д.).

Чувственно-конкретное восприятие в условиях школьного обучения является целенаправленным. Учитель ориентирует при этом учеников на выявление определенных свойств, сторон наблюдаемых объектов, связей. Оно сопровождаете» анализом, сравнением, сопоставлением.

Вначале учащиеся наблюдают за единичными объектами. Например, ведут наблюдение за изменением объема какой-либо жидкости, налитой в пробирку со вставленной в нее узкой трубкой, при ее нагревании. Учащиеся фиксируют начальный уровень жидкости до нагревания; затем — при нагревании. Обнаруживают при этом повышение уровня жидкости в трубке, что объясняют следствием увеличения ее объема.

После наблюдения за единичными объектами должно быть организовано «обогащение наблюдений» (по терминологии М. Н. Шардакова), сопровождаемое сравнением, сопоставлением, что позволяет выделить как общие существенные признаки (свойства), связи и отношения, так и индивидуальные, и тем самым подготовить учащихся к обобщению.

Так, при изучении теплового расширения учитель предлагает ученикам пронаблюдать за изменением объема при нагревании других жидкостей. Для этого используется уже набор пробирок или колб с различными жидкостями. Вначале фиксируют резиновыми колечками уровни жидкостей в трубках при комнатной температуре (до нагревания). Они одинаковы. Затем в ванночки наливают заранее подогретую воду и предлагают учащимся пронаблюдать теперь за изменением объема жидкостей в различных пробирках (различных жидкостей). Учащиеся при этом сравнивают изменение объема различных жидкостей при нагревании.

2. Выявление общих существенных свойств класса наблюдаемых объектов. В приведенном примере таким общим существенным для всех наблюдаемых жидкостей является увеличение объема при нагревании. Учащиеся приходят к выводу о том, что «при нагревании расширяются все жидкости». Затем организуется наблюдение за изменением при нагревании объема газов и твердых тел. Учащиеся приходят к более общему выводу: «При нагревании увеличиваются объемы всех тел: твердых, жидких и газообразных».

3. Абстрагирование. В рассмотренном примере для обозначения общего, существенного для всех тел свойства вводится термин (его название) — тепловое расширение. Теперь, пользуясь данным термином, говорят о «тепловом расширении» как о чем-то существенном, что присуще всем веществам, независимо от того, в каком состоянии они находятся — в твердом, жидком или газообразном. Это общее, существенное должно быть далее отделено от несущественного: жидкости могут быть налиты в сосуды различной формы, взяты в различном объеме. И во всех случаях их объем при нагревании увеличивается.

То же самое устанавливается и относительно твердых тел. Можно взять монету, расположенную между двумя вбитыми в деревянный брусочек гвоздями, шар Гравезанда или металлическую пластинку — все они независимо от формы при нагревании изменяют свой объем.

4. Определение понятия. Учащимся предлагается дать определение нового понятия путем указания ближайшего рода и видовых отличий. В рассматриваемом примере ближайшим родовым понятием служит «явление» (точнее: физическое явление), видовым отличием — увеличение объема тела при его нагревании. Так строится определение понятия: «Тепловым расширением называется явление увеличения объема тел при их нагревании». Однако не все понятия можно определить, особенно на начальном этапе их образования. В таком случае ограничиваются указанием, перечислением существенных свойств предметов (явлений) , охватываемых данным понятием.

5. Уточнение и закрепление в сознании существенных признаков понятия. Решение этой задачи достигается организацией специальных групп упражнений:

а) по варьированию несущественных признаков;

б) по дифференцировке (отграничению) сходных понятий и в) применением контробраза.

Упражнения по варьированию несущественных признаков впервые были описаны советским психологом Кабановой-Меллер Е. Н. Суть их заключается в том, что в объектах, предлагаемых вниманию учащихся, при наличии общих существенных признаков имеются свои индивидуальные различия, индивидуальные (несущественные) признаки. Учащиеся из всего разнообразия признаков должны выделить существенные.

Продолжительное время при решении задач на закон отражения учащиеся испытывают затруднения, потому что плохо усвоили понятие угла падения и угла отражения. За угол отражения они часто принимают угол между отраженным лучом и поверхностью. Многие испытывают затруднения при определении направления отраженного луча. Выполнение приведенного выше задания способствует преодолению этого затруднения. Здесь варьируется такой несущественный признак, как ориентация в пространстве отражающей поверхности. Учащиеся должны выделить такие существенные признаки угла отражения и отраженного луча: 1) равенство угла отражения углу падения и 2) расположение между перпендикуляром к поверхности, восстановленном в точке падения луча, и отраженным лучом. Обычно в задачах, предлагаемых по геометрической оптике, отражающая поверхность располагается горизонтально. Для этого случая учащиеся сравнительно легко находят угол отражения и определяют направление отраженного лучи. Но стоит только изменить в задаче ориентацию отражающей поверхности, как у учеников возникают затруднения. Если же до начала решения задач предлагаются 1—2 упражнения рассмотренного выше типа, трудности в решении задач на закон отражения снимаются.

Выполнение данного упражнения способствует также отграничению понятий «угол падения» и «угол отражения».

6. Установление связи данного понятия с другими (ранее усвоенными) понятиями. Это осуществляется различными методами в зависимости от типа понятия. При формировании понятия о явлениях организуются опыты и наблюдения, на основе которых устанавливается зависимость явления от условий, в которых оно протекает, например, зависимость интенсивности испарения жидкости от величины свободной поверхности и ее температуры.

При формировании понятия о величине, например, «температуре кипения» учащиеся сами выполняют опыты, на основе которых устанавливают факт постоянства температуры жидкости при кипении, а на опытах, демонстрируемых учителем, убеждаются в зависимости температуры кипения от давления.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Выявлению (уточнению) связей между величинами способствует также построение графиков зависимости между величинами и их анализ. Этому способствует также анализ формул, полученных на основе опытов или теоретических рассуждений.

7. Применение понятий в решении задач учебного характера. Целью данного этапа является выработка у учащихся умения оперировать понятием в решении элементарных задач. При решении этих задач одновременно достигается также уточнение и закрепление знаний учащихся о связях и отношениях данного понятия с другими, ранее усвоенными понятиями, а также дальнейшее их отграничение.

8. Классификация понятий. Этот этап имеет целью уточнение, обобщение знаний о связях и отношениях группы уже сформированных понятий. Вместе с тем, целью его является ознакомление учащихся с сущностью и правилами научной классификации, раскрытие значения классификации в упорядочении и систематизации накопленных знаний. Одним из ярких примеров научной классификации является классификация химических элементов, результатом которой является создание периодической системы элементов Д. И. Менделеевым. При классификации очень важно правильно определить основание деления — существенный признак, по которому более общее (родовое) понятие делится на виды. В периодической системе за основание деления принята величина положительного заряда ядра атома. Классификация химических элементов по этому основанию (признаку) позволила открыть важные (закономерные) связи между свойствами химического элемента и структурой его атомного ядра, предсказать свойства еще не открытых химических элементов.

Разумеется, что первые классификационные схемы и таблицы могут быть построены учащимися только под руководством учителя. Первоначальные умения по классификации понятий надо начинать формировать у учащихся уже в 6 — 7 классе.

После изучения электрических двигателей в 9 классе учащимся предлагается вспомнить все виды изучавшихся ими в различных классах двигателей и схематично изобразить отношения между ними. Учитель напоминает, что эта операция называется классификацией, что для классификации необходимо правильно выбрать одно общее основание деления. В качестве основания избирается один из существенных признаков. В зависимости от избранного признака, который кладется в основу классификации, определяется сама классификация (состав выделенных видов).

В результате коллективной работы учащиеся приходят к выводу, что за основание деления могут быть выделены два существенных признака: а) вид энергии, превращаемой в двигателе в механическую энергию, удобную для совершения работы и б) принцип действия (конструкции). В соответствии с этим строятся две классификационные схемы.

В 10 классе при обобщающем повторении учащимся могут быть предложены задания по классификации известных (изучавшихся на уроках физики, химии и биологии) структурных форм вещества, элементарных частиц, изучавшихся на уроках физики типов взаимодействия, видов энергии и т. д.

9. Применение понятия в решении задач творческого характера. Реализация этого этапа имеет целью включение формируемого понятия из какой-либо темы курса в более широкую систему понятий раздела или целого курса, установление связей между понятиями различных систем (разделов), например механики, теплоты и электричества, понятии оптики, атомной физики и т. д. Желательно также установление свяей между понятиями, формируемыми на уроках по различным предметам. Эта задача может быть реализована путем решения задач, в которых требуется: а) предсказать ход явления по заданным условиям; б) указать, как изменится протекание явления с изменением условий (соответствующие изменения указываются в условии задачи); в) внести изменение в конструкцию прибора, г) разработать новый вариант опыта; д) разработать конструкцию прибора и т. д.

10. Обогащение понятия. Обогащением понятия в процессе его формирования принято называть выявление новых существенных свойств (сторон) объектов, отражаемых в сознании с помощью данного понятия. Моменты (этапы обучения), соответствующие обогащению понятия, называют узловыми точками в развитии понятия. Так, например, происходит обогащение понятия «атом». В 6 классе учащиеся получают понятие об атомах, как частицах, из которых состоят молекулы. Это абстрактное, бедное понятие. В 7 классе перед изучением раздела «электричество» учащиеся знакомятся со сложной структурой атома. Они знакомятся с классическими опытами, на основе которых был сделан вывод о том, что атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов (электронной оболочки). То есть, теперь атом для учащихся уже не выступет как «безликая», «бесформенная», «бесструктурная» частица, из которых состоят молекулы. Они получают понятие о ядре и электронной оболочке. Затем учащиеся знакомятся со структурой ядра атома и т. д. Все это и представляет собой «обогащение» понятия «атом» новыми признаками.

11. Вторичное более полное определение понятия. На основе усвоения новых признаков понятия, отражающих существенные стороны (свойства) отражаемых с его помощью в сознании объектов, дается новое, ‘более полное, определение понятия или вводится новое определение, дополняющее первоначальное, раскрывающее новые стороны понятия. Например, в 6 классе об энергии дается указание: «О телах, способных совершать работу, говорят, что они обладают энергией». Несколько позднее, в 7 классе, энергию определяют как «способность тел совершать работу», в вузе энергию определяюткак «функцию состояния». Все это «узловые» моменты, точки в развитии понятия. Далее реализуются следующие этапы:

12. Опора на данное понятие при усвоении нового понятия.

13. Новое обогащение понятия.

14. Установление новых связей и отношений данного понятия с другими. Суть данного этапа заключается в том, что формируемое и непрерывно развивающееся понятие включается в новые, ‘более широкие связи — связи с понятиями, формируемыми в процессе изучения новых тем или разделов курса, а также с понятиями, формируемыми при изучении других учебных дисциплин. Так, например, при изучении теории относительности (в 10 классе понятие «квант энергии», формирование которого было начато при изучении темы «квантовые свойства света», включается в систему понятий теории относительности; здесь устанавливается связь импульса фотона, частоты и скорости распространения света.

Вместе с там, здесь устанавливаются существенные связи и более отдаленных (по времени начала формирования) понятий массы и энергии , импульса частицы, длины волны и скорости распространения света. Устанавливается общность (справедливость) законов сохранения энергии и импульса для макротел и частиц вещества и поля.

Проведенные исследования показали, что исключение из процесса формирования сложных понятий хотя бы одного из описанных этапов приводит к определенным недостаткам в усвоении понятия учащимися, вызывает у них определенные трудности по оперированию понятием при решении различного рода задач и, прежде всего, задач творческого характера. Так, исследованиями ряда методистов-физиков (А. В. Усовой, Э. Мамбетакуновой) установлено, что исключение из процесса формирования понятий 4-го этапа, имеющего целью уточнение признаков понятия, приводит к тому, что учащиеся испытывают затруднения даже в решении элементарных задач, т. к. они еще не усвоили существенные признаки, не отделили их должным образом от несущественных; в их сознании новое понятие еще не отдифференцировано (не отграничено) от ранее усвоенных понятий. Это приводит к путанице понятий, смешению их признаков.

Отдельные этапы (элементы) этого процесса, например, 5 и 7, 7 и 8, 10, 11 и 12 могут меняться местами во времени или осуществляться одновременно, в неразрывной связи, но все они должны реализоваться при формировании понятия. Способы (методы) их реализации могут быть различны. Они должны определяться с учетом содержания, природы понятия, уровня общего развития учащихся, имеющейся у них понятийной базы.

Из приведенной схемы видно, что в усвоении понятий учащимися большую роль играют различного рода упражнения, активизирующие внимание и мышление учащихся, их познавательную деятельность. Без активной познавательной деятельности ни одно понятие не может быть усвоено учащимися. Они могут запомнить название термина, формальное определение понятия, научатся применять его в решении элементарных задач (задач по готовой формуле), но понятие не будет должным образом отдифференцировано от других, сходных c ним по каким-либо признакам понятий (или по звучанию), не будут усвоены его многообразные связи и отношения, и вследствие этого ученик не сможет им оперировать в решении задач творческого характера. [11]

Глава 2. Возрастные особенности формирования понятий

Как видно из предыдущей главы, усвоение понятий – это достаточно сложный процесс, который имеет несколько этапов. На первых порах формирования понятия не все существенные признаки воспринимаются нами как существенные (это особенно характерно для детей). Более того, то, что является несущественным, воспринимается нами как существенное. Сегодня у нас есть все основания считать, что основой формирования понятий является практика. Очень часто, когда нам не хватает практического опыта, некоторые наши понятия имеют искаженный вид. Они могут быть необоснованно сужены или расширенны. В первом случае понятие, сформированное нашим сознанием, не включает в себя то, что должно включать, а во втором случае, наоборот, объединяет в себе ряд признаков, совсем не свойственных отражаемому в понятии предмету. Например, некоторые школьники младших классов не относят насекомых к животным. В то же время понятие «елка» часто применяется детьми ко всем хвойным деревьям.

Вероятно, можно выделить не только этапы формирования понятий, но и определенные механизмы этого процесса. Мы не ошибемся, если скажем, что некоторые понятия формируются у нас в первый год жизни, и мы не можем раскрыть закономерности их формирования, потому что приобретаемые нами в первые годы жизни знания попадают в разряд неосознаваемых. К таким понятиям можно отнести понятия «время» и «пространство», хотя, по мнению ряда американских авторов, данные понятия следует относить к врожденным. Но таких понятий не так много. Большинство понятий, которыми мы оперируем, приобретаются нами в процессе нашего развития.

Усвоить понятие можно двумя путями: либо нас специально учат чему-либо, на основе чего формируется понятие, либо мы в процессе деятельности самостоятельно формируем понятие, опираясь на собственный опыт. Каким путем будет происходить усвоение, зависит от того, чему учится человек. Специальное обучение служит средствам научения «ядрам понятий» (общим понятиям), тогда как в личном опыте мы приобретаем «прототипы» (единичные понятия). Например, если вы говорите ребенку, что волк – это злой и опасный хищник (ядро понятия), то из своего опыта, посещая зоопарк, ребенок может узнать, что волки – это беспомощные, лохматые и совсем не опасные животные (прототип).

Ядра и прототипы понятий тесно взаимосвязаны. Их соотношение определяет адекватность наших представлений о каком-то явлении или предмете. Причем адекватность этих представлений зависит от того, насколько точно усвоена суть явления или предмета, т.е. его ядро. Наши личные представления всегда связаны с каким-то контекстом, поэтому, чтобы разобраться в том, с чем приходится сталкиваться в жизни, человеку необходим значительный практический опыт. Родители, как правило, стараются предотвратить ошибки детей, поэтому всегда стремятся передать детям ядро понятий.

Однако усвоение ядер понятий детьми имеет свою динамику. Как показали экспериментальные исследования, только к 10 годам у детей появляется сдвиг от прототипа к ядру как окончательному критерию в решениях о понятии.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Мы уже отметили, что усвоение понятий идет по пути обобщения. Но каковы механизмы усвоения понятий? Американские психологи выделяют несколько способов усвоения понятий через практический опыт. Простейший способ они называют стратегией экземпляра. Проиллюстрировать его можно на том, как ребенок усваивает понятие «мебель». Когда ребенок встречает известный пример или экземпляр, — скажем, стол – он сохраняет его образ в памяти. Позднее, когда ребенок должен решить, является или нет новый элемент – скажем, другой стол – примером мебели, он сравнивает этот новый объект с хранимыми в памяти образами мебели, включая образ стола. Эта стратегия широко используется детьми, и она лучше работает с типичными примерами, чем с нетипичными. Так, если понятие маленького ребенка о мебели состояло только из наиболее типичных примеров (скажем, стола и стула), он сможет правильно классифицировать другие примеры, которые выглядят похожими на знакомые экземпляры, такие, как стол или диван, но не те примеры, которые отличаются от знакомых, такие как книжная полка. Стратегия экземпляра сохраняется и у взрослых. Она часто используется для приобретения новых понятий.

По мере взросления человек начинает пользоваться другой стратегией – проверкой гипотезы. Он изучает известные примеры понятия, ищет признаки, относительно общие для них (например, многие предметы мебели находятся в жилых пространствах), и выдвигает гипотезу, что именно эти общие признаки характеризуют данное понятие. Затем он анализирует новые объекты, отыскивая в них эти критические признаки, и сохраняет выдвинутую гипотезу, если она ведет к правильной категоризации нового объекта, или заменяет ее, если она не подтверждается. Эта стратегия, таким образом, основана на абстракциях. [4]

Видно, что при нормальном развитии наблюдается закономерная замена мышления допонятийного, где компонентами служат конкретные образы, мышлением понятийным (абстрактным), где компонентами служат уже понятия и применяются формальные операции. Так, Л. С. Выготский выделял пять этапов в переходе к формированию понятий. Первый – ребенку 2-3 года – проявляется в том, что при просьбе положить вместе похожие, подходящие друг к другу предметы, ребенок складывает вместе любые, считая, что те, которые положены рядом, и сесть подходящие – это синкретизм раннего детского мышления. На втором этапе – 4-6 лет – дети используют элементы объективного сходства двух предметов, но уже третий предмет может быть похож только на один из первой пары – возникает цепочка попарного сходства. Третий этап проявляется в школьном возрасте (7-10 лет): дети могут объединить группу предметов по сходству, но не могут осознать и назвать признаки, характеризующие эту группу. И, наконец, у подростков 11-14 лет появляется понятийное мышление, однако еще несовершенное, поскольку первичные понятия сформированы на базе житейского опыта и не подкреплены научными понятиями. Совершенные понятия формируются лишь на пятом этапе, в юношеском возрасте, когда использование теоретических положений позволяет выйти за пределы собственного опыта и объективно определить границы класса – понятия.

У подростков уже проявляется способность объединить группу предметов по сходству, осознать признак, положенный в основу этого объединения, и использовать слово для наименования этой группы – с этого момента они используют понятия. Оперируя понятиями, подросток порождает суждения и постепенно овладевает более сложными формальными операциями, например, выделением общего и противопоставлением его частному. Вступление в этап формальных операций вызывает у подростка гипертрофированное тяготение к общим теориям. Как показал Пиаже, склонность к теоретизированию становится в известном смысле возрастной особенностью подростков. Поскольку для них общее всегда существенно важнее частностей, постольку они тяготеют к созданию своих собственных теорий в политике или философии.

Движущей силой формирования понятий и понятийного мышления является практическая деятельность, включающая не только разнообразные формы взаимодействия с внешней средой, но и контролируемый эксперимент. Поскольку мышление нацелено на выяснение природы отношений и связей между предметами, а лучший способ понять ее – это возможность их изменить и наблюдать результаты, то направленные изменения, производимые во внешней среде в процессе труда, — необходимая предпосылка развития мышления.

Мышление развивается от конкретных образов к совершенным понятиям, обозначенным словом. Образы и представления у различных людей в высшей степени индивидуальны и, сильно различаясь, не обеспечивают надежного взаимопонимания. Этим объясняется, почему взрослые не могут достигнуть высокого уровня взаимопонимания при общении с детьми, находящимися на уровне допонятийного мышления. Понятия уже в существенно большей мере совпадают по содержанию у различных людей, что ведет к облегчению взаимопонимания. При этом понятие первоначально отражает сходное, неизменное в явлениях и предметах. Постепенно оно становится относительным и представляет действительность уже не только в связях и отношениях, но и в противоречиях. Понятийная мысль получает возможность выхода за пределы непосредственно связанной с человеком системы координат путем их преобразования. Кроме движения от частного к общему, благодаря присущей понятийному мышлению обратимости логических операций, становится доступным движение от частного к общему и обратно с помощью индукции и дедукции. [2]

Глава 3. Специфика усвоения физических понятий старшими школьниками

3.1. Общие приемы формирования физических понятий учителем

В процессе обучения в школе учащиеся должны знать основные группы (виды) естественно-научных понятий:

структурные формы материи — вещество, поле;
свойства тел, вещества и полей;
явления (физические, химические, биологические);
величины, количественно характеризующие свойства тел и явления;
приборы, машины, установки;
технологические процессы. В старших классах (IX, X, XI) желательно выделить в самостоятельную группу особый класс величин: фундаментальные физические постоянные, играющие особую роль в процессе научного познания.

Общим для всех них является постоянство, неизменность в определенных границах применимости, независимость от условий.

Например, температура кипения жидкости зависит от рода вещества и от внешнего давления, которые и задают область ее применимости и неизменности для данных условий. От внешних условий зависит удельная теплоемкость вещества, коэффициент трения и другие. Но такие константы, как скорость света в вакууме, элементарный электрический заряд, не зависят от внешних условий. По современным данным, их значения постоянны для любой части Вселенной и не изменяются с течением времени. Такие величины носят всеобщий характер. Их принято называть фундаментальными, мировыми, универсальными.

К фундаментальным константам, кроме приведенных выше относятся: постоянная Больцмана, постоянная Планка, гравитационная постоянная, элементарный электрический заряд, число Авогадро, универсальная газовая постоянная.

Когда вводится то или иное понятие, надо подчеркивать, что оно характеризует, к какой группе понятий относится. При изучении величин необходимо подчеркивать, что характеризует данная величина: какое свойство тел (веществ) или какое явление. Например: сила тока — величина, характеризующая явление — электрический ток, а сопротивление — величина, характеризующая свойства вещества. [10]

Согласно приведенным во второй главе психологическим закономерностям формирования понятий этот процесс происходит более успешно при выполнении следующих условий:

знание учителем современного содержания формируемых понятий;
уяснение их роли в науке и значения их формирования у учащихся;
определение требований к качеству усвоения (верхнего уровня сформированности) понятия к моменту окончания основной и средней школы и роли каждого из предметов естественного цикла в этом процессе;
четкое определение начала формирования понятия, этапов его формирования (узловых моментов — точек обогащения его содержания);
единство интерпретации содержания понятия в процессе изучения различных предметов;
знание «донаучных» представлений учащихся о понятиях, на которые можно опираться при формировании научного понятия;
знание учителем возможных типичных ошибок в усвоении понятия, причин их возникновения и способов их предупреждения;
организация самостоятельной работы учащихся по усвоению понятия на всех этапах их формирования;
обеспечение преемственности в формировании и развитии понятия в процессе изучения различных дисциплин;
осуществление оперативного контроля за усвоением понятий учащимися на каждом из этапов их формирования. [10]

3.2. Контроль за усвоением понятий учащимися

3.2.1. Методы контроля за усвоением физических понятий

Из анализа условий, необходимых для успешного формирования физических понятий учащимися, видно, что очень важен оперативный контроль за усвоением понятий учащимися на каждом из этапов их формирования. Психологами Н. А. Менчинской, Д. Н. Богоявленским, Е. Н. Кабановой-Меллер установлено, что, если в усвоении знаний учащимися на начальном этапе усвоения возникли какие-либо ошибки и эти ошибки не были своевременно обнаружены учителем, они (ошибки) в процессе дальнейшего обучения закрепляются. Разрушить их в последующем обучении оказывается делом довольно сложным. Установлено, что чем далее от начала образования ошибки она обнаруживается учителем, тем труднее ее преодолеть. Поэтому опытные педагоги, опираясь на знание установленной психологами закономерности, стремятся, во-первых, предупредить возникновение типичных ошибок, во-вторых, принимают меры к тому, чтобы на начальном этапе формирования у учащихся понятий и умений тщательно контролировать процесс усвоения понятий и овладения умениями. Это позволяет учителю обнаружить ошибки в самом начале их возникновения и немедленно принять меры к их исправлению. Устранение ошибок в таком случае оказывается делом более легким и для учителя и для учащихся по сравнению с тем, когда они обнаруживаются по истечении значительного отрезка времени после начала формирования знаний и умений.

Это явление особенно хорошо знакомо учителям русского языка. Но оно в такой же мере наблюдается и в преподавании других предметов, только по непонятным причинам преодолению — устранению ошибок в умениях и знаниях на уроках по другим предметам уделяется значительно меньше внимания. Это приводит к тому, что ошибки, возникшие в усвоении понятий на начальном этапе их формирования, наблюдаются у учеников в старших классах, а затем и у студентов вузов. Так, например, можно увидеть неверное усвоение понятия «сила» как у учащихся 9—10 классов, так и у некоторых студентов старших курсов. Эта ошибка заключается в том, что понятие «сила» многие определяют или как «причину движения тел» или как «результат действия на тело других тел». В действительности сила является причиной изменения движения тел и величиной, количественно характеризующей действие на данное тело (или частицу) со стороны других тел или полей.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Первая ошибка имеет начало в идеалистической философии, утверждающей, что движение когда-то возникло и оно должно когда-то исчезнуть, что движение тел «возникает» только под действием других тел. Вторая ошибка приводит к пониманию силы как некоторой субстанции, возникающей при действии тел друг на друга, что также представляет собой грубую методологическую ошибку.

Проведенное психологами исследование показало, что обе эти ошибки у учащихся и студентов ведут начало от курса физики 6 класса, где не было осуществлено должного контроля за качеством усвоения данного понятия.

Приемы и методы контроля за усвоением понятий учащимися должны удовлетворять ряду дидактических требований, которые должны быть хорошо знакомы учителю и учитываться им в своей работе.

Каковы должны быть эти методы?

Они должны носить целенаправленный характер: иметь целью выяснить, как усваивают учащиеся содержание понятия (его существенные признаки), его объем, связи и отношения с другими понятиями; как они отграничивают данное понятие от ранее усвоенных, сходных с данным по каким-либо признакам или имеющих сходное название (например, теплоемкость и теплопроводность, теплообмен и теплопроводность; напряжение и напряженность и т. д.).
Они должны предусматривать выявление типичных ошибок.
Они должны быть оперативными с точки зрения затрат времени учащихся.
Содержание методов и приемов контроля должно быть таково, чтобы проверка результатов работ учащихся не требовала больших затрат времени от учителя, то есть они должны быть оперативными также с точки зрения затрат времени учителя.
Они должны быть разнообразны по своей форме, вызывать интерес у учащихся как формой предъявления (выражения) заданий, так и по своему построению и содержанию.
Несмотря на элементарность содержания (поскольку они предъявляются в самом начале формирования понятий), содержание проверочных (диагностирующих) работ должно быть интересным для учащихся, требовать от них анализа, синтеза, сравнения, сопоставления, а не только воспроизводящей деятельности памяти.
На этом этапе не следует спешить с решением количественных задач. Во всяком случае, они не должны являться единственным способом проверки качества усвоения понятия на начальном этапе его формирования.

Рассмотрим некоторые из возможных приемов проверки усвоения понятий.

1. Задания по перечислению существенных признаков понятия, отличающих его от других данного рода, например, задание «Указать существенные признаки кипения, отличающие его от испарения».

2. Составление таблиц по сравнению признаков нового понятия с признаками ранее усвоенных понятий, имеющих с данным ближайший общий род, например: «Сравнить свойства твердых, жидких и газообразных тел. Заполнить таблицу: указать, как изменяется каждое из названных в левой колонке свойств у веществ в различных состояниях» (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Как изменяется каждое из названных в левой колонке свойств у веществ в различных состояниях

Свойство	Агрегатное состояние
Свойство	Твердое	Жидкое	Газообразное
Объем
Форма
Сжимаемость

3. Задания по установлению вида связи данного понятия с другими, ранее сформированными. Они могут быть выражены схемами и предполагать контроль с помощью контролирующих машин или карточек с шифром. Например, учащимся дается схема, представленная на рис. 4.1. На ней указаны два вида тепловых двигателей. Ученикам предлагается указать недостающий третий вид двигателей и общее родовое понятие. В незаполненных рамках ставятся вопросительные знаки. Под схемой приводятся варианты ответов. Чтобы выбрать правильный вариант ответа, ученик должен понять, по какому основанию произведено деление родового понятия, и какое понятие является общим родовым для указанных двух видов.

4. Графики, по которым учащимся предлагается обнаружить новую физическую величину, отличить ее от ранее усвоенной. Например, учащимся дается карточка с изображением двух графиков: равномерного и неравномерного движения. Им предлагается указать, на котором из графиков представлено неравномерное движение, затем предлагается по первому графику определить скорость, а по второму — ускорение.

5. При формировании понятия о величине полезно давать задания, имеющие целью проверить, как усвоили учащиеся связь данной величины с другими величинами, как они поняли, от чего зависит данная величина. Учащимся предлагается указать, потенциальная энергия какого из изображенных на рисунке тел имеет наибольшее значение, какое из тел имеет в данном случае наименьшее значение потенциальной энергии.

6. Экспериментальные задачи. Успех их решения зависит от усвоения связей и отношений между понятиями.

7. Специальные приемы необходимы для проверки усвоения учащимися определений понятий. А по определению, данному учеником или выбранному из числа предложенных, можно судить о качестве усвоения понятия, своевременно определить, что не усвоено учащимися. Покажем это на примере задания, имеющего целью выявить усвоение учащимися понятия «внутренняя энергия». В левой колонке текста задания приведены наиболее часто встречающиеся варианты определений в работах учащихся 7—9 классов. Справа приведены характеристики этих определений. Ученикам нужно установить взаимно однозначное соответствие вариантов отсветов с их характеристиками. Результаты работы учащиеся выражают с помощью шифра или сообщают с помощью ЭВМ. Ниже приводится содержание задания.

Укажите, какое из приведенных определений правильное. Дайте характеристику каждого определения.

Таблица 3.2. Дайте характеристику каждого определения

Определения	Варианты ответов
I. Внутренняя энергия тела – это энергия, которой обладает определенное тело	1. Определение неверное: внутренняя энергия тела отождествляется с механической энергией тела
II. Кинетическая энергия тела вместе с его потенциальной энергией называется внутренней энергией тела	2. Определение верное
III. Энергия беспорядочного движения и взаимодействия молекул называется внутренней энергией тела	3. Определение неверное: в понятие внутренней энергии включена и механическая энергия
IV. Внутренней энергией называется энергия движения	4. Определение неполное, неточное: в нем не указано, о каком движении идет речь: движении тела или частиц, составляющих тело; в нем упущена такая важная составная часть внутренней энергии, как энергия взаимодействия частиц, из которых состоит тело
V. Внутренней энергией называется энергия, обусловленная движением и взаимодействием всех частиц, из которых состоит тело	5. Определение узкое: оно включает только часть компонентов внутренней энергии – энергии движения и взаимодействия молекул

8. Задания на выявление существенных признаков понятия и на отграничение понятий, например:

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

Таблица 3.3. Задания на выявление существенных признаков понятия и на отграничение понятий

Вопрос	Варианты ответа
I. Какое из указанных тел обладает только кинетической энергией?	1. Лежащий на краю пропасти камень
II. Какое из указанных тел обладает и кинетической, и потенциальной энергией?	2. Летящий самолет
III. Какое из указанных тел обладает только потенциальной энергией?	3. Движущийся по шоссе автомобиль

9. Задания, целью которых является выявление усвоения факторов, от которых зависит та или иная величина, например:

Таблица 3.4. Задания, целью которых является выявление усвоения факторов, от которых зависит та или иная величина

Вопрос	Варианты ответа
I. В каком из приведенных случаев происходит уменьшение потенциальной энергии тела?	1. Падающий поток воды
II. В каком из приведенных случаев механическая энергия тела остается неизменной?	2. Поднимающийся равномерно наверх груз
III. В каком из приведенных случаев происходит уменьшение кинетической энергии тела?	3. Двигающийся по горизонтальному участку шоссе с постоянной скоростью автомобиль
IV. В каком из приведенных случаев возрастает и кинетическая, и потенциальная энергия тела?	4. Набирающий высоту самолет
V. В каком из приведенных случаев происходит увеличение потенциальной энергии тела?	5. Поезд, замедляющий ход перед станцией

Все приведенные примеры заданий диагностирующего характера предлагаются на начальном этапе формирования соответствующих понятий. В дальнейшем следует переходить к заданиям повышенной степени трудности, в задачу которых будет входить проверка умения оперировать понятием, проверка усвоения его разнообразных связей и отношений с другими понятиями.

3.2.2. Критерии усвоения физических понятий

Для практики школьного обучения и научных исследований имеет важное значение вопрос о критериях и уровнях усвоения понятий. В качестве основных критериев усвоения понятий следует рассматривать усвоение учащимися содержания, объема понятия, а также его связей и отношений с другими понятиями. При этом учителем должны быть четко определены требования к усвоению каждого из этих показателей к моменту проверки: к концу изучения определенной темы, определенного раздела. Основные требования к усвоению фундаментальных понятий в каждом из курсов и подов обучения, как правило, определяются программами, они раскрываются в объяснительных записках к программам. Кроме этого, в настоящее время выдвигается требование разработки так называемых «карт требований» к усвоению наиболее важных понятий каждого предмета.

Кроме указанных выше критериев к усвоению понятий предъявляется критерий умения оперировать понятием в решении разнообразных задач, в различных ситуациях, а также умение классифицировать понятия.

Уровни сформированности понятий впервые определялись Н. А. Менчинской. Ею выделены были следующие уровни:

Первый уровень характеризуется «диффузно-рассеянным» представлением о предмете, явлении. Ученик может отличить один предмет от другого, но отдельные признаки их указать не может. Для второго уровня усвоения характерным является то, что ученик уже может указать признаки понятий, но не может отделять существенные признаки от несущественных. Для третьего уровня усвоения понятий характерным является то, что ученик усваивает все существенные признаки, но понятие оказывается еще скованным единичными образами, служившими опорой при формировании понятия. Понятие еще не обобщено. Четвертый уровень характеризуется тем, что понятие уже обобщено, не сковано отдельными конкретными образами, служившими опорой при образовании понятия, усвоены существенные связи данного понятия с другими, благодаря чему ученик свободно оперирует понятием в решении различного рода задач.

Возникает необходимость в выделении еще более высокого пятого уровня усвоения понятия, характеризующегося установлением связей понятий, формируемых при изучении какого-либо предмета, с понятиями, формируемыми у учеников в процессе изучения других предметов. Короче говоря, пятый уровень характеризуется установлением связей между понятиями различных систем, понятий, формируемых при изучении различных учебных предметов; то есть, пятый уровень характеризуется установлением межпредметных связей, высоким уровнем систематизации и обобщения знаний об объектах, отражаемых в сознании посредством понятия.

Знание критериев и уровней усвоения понятий позволяет объективно оценить качество их усвоения школьниками, своевременно оценить эффективность применяемой учителем методики формирования и внести необходимые коррективы в нее.

3.2.3. Методы анализа качества усвоения учащимися понятий

Знание общих требований к усвоению групп общих (родовых) понятий и требований к усвоению отдельных понятий позволяет осуществлять объективную оценку качества усвоения понятий на различных этапах их формирования. Для проверки и количественной оценки качества усвоения понятий успешно могут быть использованы методы поэлементного и пооперационного анализа, предложенные А. В. Усовой. Сущность поэлементного анализа заключается в том, что при проверке письменных работ и прослушивании устных ответов учащихся фиксируется, каким из требований, предъявляемых к усвоению понятия, удовлетворяют знания каждого из учащихся. Для этого содержание проверочных вопросов или письменной работы составляется так, чтобы ответы на вопросы потребовали от учащегося раскрытия усвоения содержания понятия, его объема, связей и отношений с другими понятиями. В соответствии с этими требованиями заранее разрабатывается протокол анализа ответов учащихся, в котором фиксируются все элементы усвоения понятия. По данным анализа протокола выясняется, какие из признаков понятия усвоены всеми учащимися, какие из признаков усвоены лишь немногими из них. В соответствии с этим учитель вносит коррективы в дальнейший процесс развития понятия. Поэлементный анализ позволяет дать общую оценку уровня усвоения понятия всем классом и отдельными учащимися. На основе данных анализа могут быть определены коэффициенты усвоения содержания понятия, его объема, а также связей и отношений данного понятия с другими.

Пооперационный анализ является дополнением к поэлементному анализу. Он применяется при проверке выполнения практических работ и решения задач. Сущность его заключается в том, что каждое практическое задание, решение каждой задачи разбивается на отдельные, логически вытекающие одна из другой операции, из которых складывается действие в целом и выполнение которых необходимо для успешного решения задачи или выполнения практического задания. Каждая из операций фиксируется в протоколе анализа. Пооперационный анализ позволяет оценить, в какой мере учащиеся овладели умением оперировать понятием в решении задач различного характера. Он дает возможность совершенно четко определить, какие затруднения возникают у учащихся в решении задач, какими пробелами в предшествующей подготовке вызваны эти затруднения. Одни из них могут быть обусловлены тем, что не усвоены отдельные признаки формируемого в данный момент понятия, другие — недостатками в усвоении понятий, формирование которых проходило ранее, а третьи — пробелами в математической подготовке (их можно совершенно четко определить и обратить на них внимание учителя математики).

Такой анализ позволяет вовремя учесть имеющиеся недостатки в знании и более оперативно, целенаправленно вести работу по их предупреждению и устранению.

Пооперационный анализ позволяет проследить логическое построение суждений учащихся при выполнении того или иного задания, обнаружить ошибки, наметить пути их устранения.

Поэлементный и пооперационный анализ в совокупности позволяют дать качественную и количественную характеристику знаний учащихся и благодаря этому более объективно судить о сравнительной ‘Эффективности различных способов формирования понятия.

При определении качества усвоения понятий следует иметь в виду, прежде всего, три характеристики понятия:

а) содержание понятия (состав его существенных признаков);

б) объем понятия (количество объектов, отражаемых в сознании с помощью данного понятия);

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

в) связи и отношения данного понятия с другими понятиями.

Качество усвоения понятия должно определяться, прежде всего, потому, как усвоены эти свойства (характеристики) понятия, его содержание, объем, связи и отношения с другими понятиями. Для оценки качества усвоения используется методика поэлементного анализа понятия.

Кроме указанных критериев качества усвоения понятий важное значение имеют такие критерии, как: умение оперировать понятием при изучении законов, теорий и в решении задач внутри предметного содержания; умение оперировать понятием в решении задач межпредметного содержания — задач, требующих комплексного применения знаний, что является одним из признаков высокого качества усвоения понятий. [11]

Глава 4. Формирование понятия «Энергия» в курсе обучения физики

4.1. Значение формирования понятия «энергия» у учащихся

Понятие энергии является одним из важнейших понятий физики. Это понятие широко используется в других естественных науках — химии, биологии. Формирование его у учащихся имеет важное значение для формирования научного мировоззрения и политехнической подготовки учащихся.

Политехническое значение формирования понятия «энергия» обусловлено тем, что часто приходится вычислять энергию на практике, и тем, что закон сохранения и превращения энергии является научной основой современной энергетики. Он широко используется в расчетах всех энергетических установок.

Имея это в виду, учителя, как правило, уделяют большое внимание вопросам методики формирования данного понятия. Однако при формировании его допускается ряд ошибок методического характера, а иногда и в трактовке содержания понятия, следствием чего является возникновение ошибок в усвоении этого понятия учащимися.

Основной причиной наличия серьезных ошибок в усвоении понятия «энергия», на наш взгляд, является отсутствие у учителя перспективы в формировании понятия, видения того уровня, до которого должно быть оно сформировано у учащихся к моменту окончания средней школы. Одной из причин возникновения ошибок в усвоении этого важного понятия является то, что сам учитель не всегда достаточно ясно представляет себе его содержание.

Рассмотрим, каким требованиям должно удовлетворять усвоение понятия «энергия» учащимися, какие типичные ошибки наблюдаются в усвоении ими этого понятия, какие меры должны быть предприняты учителем для предупреждения этих ошибок и правильного усвоения его учащимися.

4.2 Требования к усвоению понятия «энергия» учащимися к моменту окончания средней школы

Исходя из анализа содержания понятия «энергия» в современной физике и познавательных возможностей учащихся, времени, предусмотренного на его усвоение программой, можно сформулировать следующие требования к усвоению данного понятия учащимися к моменту окончания средней школы:

Знание различных определений энергии.
Знание основных видов энергии (механической, внутренней энергии тел, электрической).
Знание специфических форм движения материи, с которыми связаны данные виды энергии.
Знание признаков, отличающих один вид энергии от других.
Знание основных компонентов, из которых слагается внутренняя энергия тел.
Знание способности энергии (движения) к превращениям.
Знание условий, при которых происходит превращение одного вида энергии в другой.
Понимание закона сохранения и превращения энергии и умение верно применять его при объяснении явлений, процессов, протекающих в природе и технике.
Знание роли закона сохранения и превращения энергии в науке и технике.
Знание связей понятия «энергия» с другими понятиями и формул, выражающих эту связь.
Знание единиц измерения энергии и способов вычисления основных видов энергии.
Умение отграничить понятия «энергия» от понятий «работа», «сила», «импульс силы».
Умение применять понятие энергии при решении задач практического характера.

Рассмотренный выше перечень знаний об энергии во многом напоминает требования к знаниям о движении, что закономерно, поскольку энергия связана с движением. Энергия есть общая мера движения материи при разнообразных превращениях одного вида движения в другой.

4.3. Анализ усвоения учащимися понятия «энергия»

Проведенное специалистами исследование усвоения понятия «энергия» показало, что в его усвоении учащимися средней школы имеются серьезные недостатки, обусловленные указанными выше факторами. С целью изучения усвоения школьниками понятия «энергия» была проведена серия работ, включающих в себя следующие вопросы и задания:

Что называется энергией?
Какие виды энергии вы знаете?
Как формулируется закон сохранения и превращения энергии?
Привести примеры превращения одного вида энергии в другой.
Какая энергия называется внутренней энергией тела?
Какими способами изменяется внутренняя энергия тела?
Привести примеры изменения внутренней энергии тел.
Что выражает уравнение теплового баланса? Каков его физический смысл?
Решить задачу (решение задачи предлагалось с целью проверки умения применять уравнение теплового баланса).

Работами охвачено более 1000 учащихся 6 — 11 классов. Анализ работ учащихся позволил установить следующее:

Многие учащиеся затрудняются раскрыть содержание понятия энергии. Данные учащимися определения понятия энергии систематизированы.

Полное правильное определение энергии как общей меры различных форм движения материи дали только 29,2% учащихся 7-х (экспериментальных) классов и 24,3% учащихся 10-х классов. Из учащихся девятых классов такое определение дали только 7,2% от общего количества учащихся.

Нужна помощь в написании диплома?

Цена диплома

27,6% учащихся 7-х классов, 5,5% учащихся 8-х классов, 29,2% учащихся 9-х классов и 26,5% учащихся 10-х классов определяют энергию как способность тел совершать работу. 21,1 % учащихся 9-х классов определяют энергию как физическую величину, характеризующую способность тел или системы тел совершать работу при переходе из одного состояния в другое.

26,6% учащихся 7-х классов и 37,4% учащихся 8-х классов вместо определения энергии дают указание «Тела, способные совершать работу, обладают энергией». 3,1 % учащихся 9-х классов и 0,4% учащихся 10-х классов определяют энергию как «запас работы, которую может совершить тело».

Во всех классах (6—10) имеются учащиеся, отождествляющие понятие энергии с такими понятиями, как «тело», «сила», «работа», «превращение одного вида движения в другой». Ответы этих учащихся свидетельствуют о том, что они плохо усвоили понятия «физическое тело», «сила», «работа» и поэтому не могут отличить одно от другого. Здесь мы имеем дело с генерализацией понятий «тело», «сила» и «работа», которая приводит к тому, что учащиеся неверно оперируют ими, неправильно переносят на другие понятия.

4,3% учащихся 7-х классов, 30,2% учащихся 8-х, 4,6% учащихся 9-х и 9,3% учащихся 10-х классов допустили грубые ошибки в определении энергии. Все неверные определения, данные учащимися, можно разделить на следующие группы:

Определения, в которых энергия рассматривается как «запас» работы.
Определения, в которых энергия рассматривается как «свойство тела».
Определения, в которых энергия рассматривается как «свойство вещества», вид вещества, состояние вещества и т. п.
Энергия как совершение работы.
Энергия как «физическая величина». (в определении указан ближайший род, а видовое отличие не указано).
Энергия… есть энергия (тавтология).
Энергия — сила (скрытая сила, внутренняя сила и т. п.).
Энергия — вид материи.
Энергия — мощность.

При первом чтении приведенные определения кажутся совершенно абсурдными и трудно объяснимыми с точки зрения причин их возникновения. Однако при более внимательном генетическом анализе определений выявляются источники столь неверных ассоциаций.

Прежде всего, источником некоторых неточных, а иногда и неверных определений является учебная и научно-популярная литература, которой пользуются учителя и учащиеся при подготовке к урокам. В учебной литературе мы находим нередко нечеткие, неполные, а иногда и неверные определения энергии, которые и заимствованы учащимися в своих работах.

Авторы ряда учебников и учебных пособий вообще считают возможным обходиться без общего определения энергии. Одни из них (например, авторы школьных учебников) полагают, что полное, общее определение энергии будет дано при изучении физики в высшей школе и поэтому считают возможным при изложении механики ограничиться пояснением: «Если тела могут совершать работу, то говорят, что они обладают энергией».

В учебнике по физике для 6 класса сделана попытка дать определение понятия энергии. В нем энергия определяется как «физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел)».

В дальнейшем при изучении физики в 8—11 классах содержание понятия не уточняется и не обобщается, весь процесс развития этого важного понятия сводится к тому, что учащиеся знакомятся с новыми видами энергии — внутренней, электрической, энергией электрического и магнитного полей, атомной энергией.

Авторы вузовских курсов физики оперируют понятием «энергия», не определяя его, видимо, полагая, что это определение было дано в курсе физики средней школы и что у студентов оно должно быть уже сформировано.

Но если в курсах механики, хотя и неполное, но все же дается определение (или разъяснение) энергии, то в курсах молекулярной физики, электричества и оптики, как правило, не дается никакого определения данного понятия, содержание его не уточняется и не обобщается. В результате и выпускники институтов не всегда ясно представляют содержание понятия и не могут указать его отличительные признаки. Об этом свидетельствуют результаты проведенного опроса студентов 4-х курсов физико-математического факультета. 80% опрошенных определяют энергию как способность тел совершать работу, т. е. дают определение, которое давалось в курсе механики и является достаточным только для механической энергии.

Анализ ответов учащихся на вопрос: «Какие виды энергии вы знаете?» показывает, что изучение курсов физики 8 и 9 классов мало способствует обогащению знаний о видах энергии. Ученики этих классов приводят примеры тех же видов энергии, что и учащиеся 7-х классов. Новым видом энергии, «а который указывают учащиеся 9-х классов, является энергия гравитационного поля. Значительно шире перечень видов энергии, приводимых учащимися 10-х классов.

Для многих ответов учащихся всех классов характерным является то, что при рассмотрении процессов превращения энергии из одного вида в другой внимание акцентируется только на начальном и конечном этапах превращений, а промежуточные его этапы, сущность самого превращения не раскрываются. Таковы, например, следующие ответы:

— Вода на плотине обладает потенциальной энергией. Потом она переходит в кинетическую и электрическую.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Во многих объяснениях допущена небрежность, граничащая с грубыми ошибками. Такого рода небрежность допущена в следующих ответах:

— В турбинах энергия воды и пара переходит в электрическую.

— Падающая вода превращается из потенциальной энергии в кинетическую.

— Маятник, колеблясь, переходит из одного вида энергии в другую.

Многие ученики совсем не привели примеров превращения энергии, ограничившись общей фразой «Превращение энергии происходит всюду».

Таким образом, анализ донаучных (доучебных) представлений учащихся об энергии и развитии понятия об энергии у учащихся 7 — 11 классов позволяет сделать следующие выводы:

До изучения физики в 6 классе у учащихся отсутствуют сколько-нибудь отчетливые представления об энергии. Шестиклассники связывают понятие энергии с силой: «Это сила,— пишут они,—имея запас которой, двигатель совершает работу», или «Это сила, с помощью которой двигатель совершает работу».
Основы формирования научного понятия об энергии закладываются при изучении механики в курсе физики 6 класса, на основе понятий о движении и работе, но возможности курса недостаточно используются для дальнейшего развития понятия.
В усвоении понятия энергии учащимися 7 — 11-х классов обнаруживается целый ряд типичных ошибок, обусловленных как недостатками изложения материала в учебнике, так и недостатками методики формирования понятия.
Основной недостаток методики формирования понятия энергии в курсе физики первой ступени, на наш взгляд, заключается в том, что:

а) недооценивается необходимость специально продуманной системы упражнений, направленной на уточнение признаков понятий: кинетическая, потенциальная энергия и внутренняя энергия тела;

б) не организуются упражнения по варьированию несущественных признаков понятия;

в) внимание учащихся не обращается на установление соотношения между родовым понятием — энергия и видами ее.

5. При изучении курса физики в 7—11-х классах недостаточно используется дальнейшее развитие понятия энергии — процесс развития понятия здесь происходит лишь в направлении уточнения его объема (учащиеся знакомятся с новыми видами энергии, их применением на практике), а обогащение содержания понятия и его обобщение осуществляется недостаточно.

Развитие понятия в направлении его обобщения в старших классах затормаживается. Ни изложение материала в учебниках, ни общепринятая методика формирования понятия не создают условий, необходимых для развития понятия об энергии в направлении его обобщения.

6 . Изучение теплоты и молекулярной физики, электричества и оптики не используется в должной мере для раскрытия содержания закона сохранения и превращения энергии.

По существу, изучение закона сохранения и превращения энергии на втором этапе изучения физики сводится к сообщению учащимся новой, по сравнению с 7 классом, формулировки закона и решению небольшого количества задач, требующих применения закона сохранения. Совершенно для этой цели недостаточно используется решение качественных и экспериментальных задач. Отсюда — формальное усвоение закона многими учащимися.

4.4. Основные этапы развития понятия «энергия» у учащихся в процессе изучения физики в средней школе

На рис. 5.1. представлены основные узловые точки (этапы) развития понятия «энергия». На ней показано, в каком направлении развивается понятие в каждой из точек — в направлении ли обогащения новыми признаками, или в направлении расширения его объема (ознакомление с новыми видами энергии), или в направлении установления новых связей с другими понятиями. Представленный на рисунке процесс развития понятия обеспечивает усвоение учащимися понятия энергии в соответствии со сформулированными выше требованиями.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Важное значение на заключительном этапе формирования понятия «энергия» имеет систематизация и обобщение знаний учащихся об энергии. Решению этой задачи во многом способствует использование схемы, подобной схеме на рис. 5.2., на которой представлены все виды энергии, с которыми знакомились учащиеся в различных разделах курса. Использование данной схемы помогает ученикам лучше усвоить связи и отношения между различными видами энергии.

Заключение

Система образования является важнейшим компонентом социальной структуры общества. Внимание общества к обновлению, совершенствованию и развитию системы образования — верный признак прогресса самого общества. К сожалению, кризисные явления в нашей стране отрицательно сказались на системе естественно-научного образования, что привело, в частности, к резкому снижению технической оснащённости учебного процесса по учебным дисциплинам естественно-научной образовательной области. [3]. Методика, направленная на формирование понятий в учебном процессе, поможет избежать падения уровня российского образования.

Список использованных источников

1. Веккер Л. М. Психические процессы. Том 2. Мышление и интеллект. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1976. — 342 с.
2. Грановская Р. М. Элементы практической психологии. – 2-е изд. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1988. – 560 с.
3. Концепция естественнонаучного образования // http://school.rin.ru/school/doc/04/1.html
4. Маклаков А. Г. Общая психология. – СПб.: Питер, 2000. – 592 с.
5. Натазе Р. Г. К онтогенезу формирования понятия. – Тбилиси, 1976. – 325 с.
6. Образовательная область «Естествознание»: пояснительная записка / Дик Ю. И., Орлов В. А., Коровкин В. А. // http://www.edu.delfa.net:8101/teacher/standart/standart2000.html
7. Психология. Словарь / Под общ. ред. А. В. Петровского, М. Г. Яро-шевского. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Политиздат, 1990. – 494 с.
8. Сальникова З. А. Особенности формирования понятий о физических величинах у учащихся 7 класса // http://www.physfac.bspu.secna.ru/Metodist/?issue=2&article=11
9. Солсо Р. Л. Когнитивная психология. – Пер. с англ. – М.: Тривола, 1996.— 600 с.
10. Усова А. В. Новая концепция естественнонаучного образования и педагогические условия ее реализации. — Челябинск: изд-во ЧГПУ «Фа-кел», 2000. — 38 с.
11. Усова А. В. Психолого-дидактические основы формирования у уча-щихся научных понятий. – Челябинск, 1979. – 85 с.

Предыдущий пример

Следующий пример