Історія навчання фізики

ПЛАН

Вступ

Розділ 1. Роль історизму і шляхи його використання в навчанні фізики

1.1. Елементи історизму як засіб обґрунтування нових знань

1.2. Використання елементів історизму при розв’язуванні задач

1.3 . Використання елементів історизму на лабораторних роботах

1.4 . Використання елементів історизму при узагальненні знань

1.5 . Ознайомлення учнів з творчістю та поглядами видатних фізиків

Розділ 2. Екскурси в історію фізики під час вивчення механіки

2.1. До історії кінематики

2.2. Відкриття законів вільного падіння

2.3. До історії законів динаміки Ньютона

2.4. До історії закону всесвітнього тяжіння

2.5. До історії принципу відносності

2.6. Формування поняття сили

2.7. До історії закону збереження кількості руху

2.8. До історії закону збереження механічної енергії

Висновки

Список використаних джерел

Додаток1

Додаток 2

Додаток 3

Додаток 4

Додаток 5

Додаток 6

Додаток 7

Додаток 8

Додаток 9

Найбільш оптимальний шлях розвитку пізнання і вміння в кожній окремій людині співпадає в загальних рисах з шляхом, який пройдений історичним людством при розвитку даного роду пізнання і вміння.

Брекфорд.

ВСТУП

Фізика посідає важливе місце серед навчальних предметів основної школи, оскільки в процесі навчання фізики формується науковий світогляд учня, розвиваються його інтелектуальні та творчі здібності. Знання, отримані під час вивчення фізики, стають основою технічної грамотності людини, дозволяють використовувати результати фізичних досліджень і відкриттів для задоволення матеріальних та духовних потреб особистості.

Формування в учнів міцних знань з фізики вимагає пошуку нових та вдосконалення вже відомих методичних прийомів і засобів навчання, вдосконалення організації навчального процесу.

В наш час головне завдання і проблема кожного вчителя – це залучення школярів до науки взагалі і фізики зокрема.

Одним із шляхів вирішення цього питання є використання на уроках елементів історії.

Вчителі звертаються до історії фізики, коли хочуть пожвавити урок. зробити його цікавим. Однак іноді “цікавість” історії фізики бачать в історичних курйозах та легендах, в потішних та цікавих відомостях про окремих вчених і зовнішньо ефективних історичних епізодах. Звичайно, внесення в урок такого типу відомостей може бути і корисним. Учні, наприклад, з цікавістю слухають відому легенду про “Еврику!” Архімеда чи про те, яку роль в народженні класичної механіки відіграло яблуко, яке впало в саду Ньютона. Однак такого типу відомості “ б’ють на зовнішній ефект” і, як будь-які сенсації, можуть викликати лише короткочасну цікавість. Щоб пробудити стійкий інтерес у школярів до фізики-науки, потрібно розкрити еволюцію фізичних ідей, причини, що спонукали прийняти ту чи іншу ідею, механізм наукового пошуку, атмосферу творчого процесу. Це потрібно робити не фрагментарно, а по можливості систематично, не академічно строго, а з особистим захопленням. Адже цікаво саме по собі не буває, можна і про роботи Марії та П’єра Кюрі, і про революцію в фізиці на перетині 19-20ст.ст., і про створення теорії відносності розповісти так, що розповідь буде давати користь розуму і насолоду серцю. Звичайно, дуже важливою при цьому є форма викладання. А в змісті історичних повідомлень головну увагу потрібно звертати не стільки на те, хто, що, коли відкрив, скільки на те, чому і як виникла у вченого та чи інша ідея, який хід його думки при обґрунтуванні ідеї, який його метод дослідження. Не випадково Д.К.Максвелл говорив: “ Наука нас захоплює тільки тоді, коли, цікавлячись життям великих дослідників, ми починаємо слідкувати за історією розвитку їх відкриттів”. Отож, говорячи, наприклад, про створення теорії відносності, потрібно не просто повідомити про ті висхідні постулати, які були покладені в її основу Ейнштейном, а й пояснити, чому Ейнштейн вірив в універсальність принципу відносності; чому Лоренц і Пуанкаре не побачили в нових перетвореннях координат і часу вираження реальних властивостей простору і часу, а Ейнштейн побачив це, тобто показати учням, якого відображення набуло сприймання Ейнштейна в тих ідеях, які склали зміст теорії відносності.

Розповідаючи про народження нових ідей та їх еволюцію не слід нехтувати деталями, цікавими епізодами. Вони можуть зробити розповідь більш живішаю, але стійкий інтерес мають породжувати і самі процеси пошуку істини з їх внутрішньою логікою, неминучими зиґзаґами і навіть поверненням назад з неминучим знаходженням істини.

Отже, історизм у викладанні фізики – один з важливих засобів розвитку школярів інтересу до науки; і в цьому перш за все полягає його роль.

Адже те, до чого пожвавлений інтерес, засвоюється завжди краще, ніж те, що вивчається лише із зовнішніх спонукань, тому історизм сприяє і кращому розумінню фізики. Однак справа не лише в цьому. Знайомство з історією науки не лише демонструє, як потрібно мислити, щоб зрозуміти природу, але і застерігає нас від хибних уявлень. Порівнюючи погляди Аристотеля і Галілея, ми застерігаємо учнів від можливих помилкових уявлень про те, що важкі тіла падають швидше, що причина руху – сила. Говорячи про існування і крах концепції теплороду, ефіру, ми запобігаємо появі у школярів подібних ілюзій. Говорячи про помилки концепції “енергетизму”, ми застерігаємо учнів від уявлення про енергію в дусі субстанції. А все це забезпечує більш правильне розуміння явищ природи. Розповідаючи про розвиток уявлень про природу світла, ми узагальнюємо і систематизуємо знання учнів і тим самим робимо їх більш глибокими, усвідомленими і міцними.

Отже, історизм у викладанні фізики сприяє підвищенню якості знань учнів. Така його друга функція.

Але глибоке засвоєння наукових знань лежить в основі формування наукового світогляду, і історизм тим самим – один із засобів його створення.

Формування наукового світосприймання – складний процес, який складається з ряду компонентів і деякі з них здійснюються виключно на основі історизму.

Дійсно, світогляд включає в себе наукове розуміння процесу пізнання світу. Історичні огляди, в яких розкривається еволюція ідей, дозволяють продемонструвати, що наукові знання – це не застиглі догми, що наукові знання розвиваються. Під час процесу пізнання ми отримуємо достовірні відомості про світ, тобто пізнаємо об’єктивну істину. Але кожне наукове твердження справедливе лише в певних умовах і є неповним і неточним для знання про світ, тобто є істиною відносною, що містить, як правило, елементи абсолютної істини. Показуючи еволюцію фізики, ми відкриваємо роль практики ( виробництво і науковий експеримент) як джерела знань і критерію істини, а поступове все більш глибоке осмислення законів природи, з якими нас знайомить історія, означає осмисленість світу і всесильність людського розуму. Тим самим історія фізики дозволяє відкрити перед учнями загальні закономірності і принципи наукового пізнання.

Ознайомлюючи школярів з історією науки, ми показуємо, як створюються фізичні теорії, яка роль гіпотез в розвитку фізики, в чому особливості наукового експерименту і т. д. На матеріалі історії фізики ми даємо школярам уявлення про методи фізичного дослідження, що дуже важливо для формування світогляду.

Нарешті, світогляд включає в себе не лише знання, але і переконання. Знання ж стають переконаннями, коли вони самостійно осмислені, а не взяті на віру в готовому вигляді, коли вони – плід напруженої роботи думки. В цьому випадку мислення вже не є напівінтуїтивним та поверхневим, а відрізняється якостями, характерними для наукового діалектичного стилю осмислення дійсності. І саме матеріали історії науки дозволяють хоча б в певній мірі сформувати окремі елементи наукового мислення, такі, наприклад, як повага до фактів, здоровий скептицизм, всебічність розгляду явища, вміння засумніватися в “очевидному” і т. д.

Отже, історизм є одним із засобів формування наукового світогляду учнів в процесі викладання фізики; це його третя функція.

Ознайомлення учнів з життям, діяльністю та поглядами видатних вчених як вітчизняних, так і зарубіжних, дозволяє поставити на уроці ряд важливих проблем: сенсу життя, національної гідності і т. д.

Звичайно, біографічні дані не пов’язані внутрішньою логікою з суто фізичним матеріалом навчальної програми. Але враховуючи, що навчання повинно бути виховуючим, потрібно вважати необхідним ознайомлення учнів з науковою діяльністю, поглядами, духовним світом видатних представників фізичної науки. Адже серед кінцевих результатів навчання в школі є явні – це знання, вміння – і є неявні, які не вимірюються в балах, - це погляди на життя, на своє в ньому, етичні переконання, риси характеру, інтереси. І ці неявні результати дії на учня не можна вважати другорядними. Тому не можна залишити без уваги і засоби для досягнення цих результатів в процесі навчання, зокрема такий засіб, як розповіді про кращих людей науки.

Таким чином, історія науки є одним із засобів виховання учнів. Це четверта функція історизму.

Можна виділити ще одну важливу функцію історизму, яка має пряме відношення до викладання фізики. Суть її в найзагальнішому вигляді добре сформульована Луї де Бройлем: “ Історія науки може дати нам цінні вказівки про методику викладання науки.” Як показує досвід викладання, учні допускають такі помилки в розумінні важливих фізичних понять та ідей, які є аналогічними помилками, що мали місце в історичному процесі формування цих понять та ідей ( згадаємо уявлення про силу як причину руху, уявлення про енергію як вид матерії, абсолютизацію однієї якої-небудь системи відліку, частіше всього тієї, що пов’язана з Землею і т. д.). І це можна пояснити, так як логічне (навчальне пізнання) і історичне (суспільно-історичне пізнання) знаходяться в єдності і мають загальність в тому, що в пізнанні будь-якого об’єкта є дещо об’єктивно складне як для зрілого розуму вченого, так і тим більше для розуму школяра, що тільки формується.Звідси випливає можливість деякого прогнозування труднощів, що виникають в учнів в процесі вивчення ряду фізичних понять та ідей. Знаючи, на чому конкретно “спіткнулися” фізики в трактуванні тих чи інших понять та ідей, можна побудувати методику викладання так, щоб на цьому ж не “спіткнулися” учні, тобто можна скорочувати навчальне пізнання в порівнянні з історичним. Таким чином, сутність історичного підходу до вирішення проблем викладання полягає в тому, що під час розробки методики вивчення фізичних понять та ідей необхідно:

1) виявити, які помилки були в історичному процесі формування цих понять та ідей;

2) виявити конкретні причини цих помилок в історичному процесі розвитку фізики ( тобто встановити, в чому виявилась недіалектичність мислення, що конкретно перебільшувалось, розумілося однобоко, ігнорувалося, незнання яких питань створювало труднощі пізнання і т. д. );

3) побудувати методику викладання цих питань так, щоб при їх трактуванні були усунені причини, які могли б виникнути в учнів помилки ( тобто усунути ту недіалектичність, однобокість, неповноту знань по даному питанню, які можуть породити помилки).

Такий підхід до вирішення проблеми методики викладання фізики цілком виправданий. Застосування в методиці фізики принципу історизму як метода дослідження дозволяє побудувати таку методику викладання важливих фізичних понять та ідей, за якої можна буде запобігати можливості виникнення в учнів помилкових уявлень, аналогічним тим, що були в історії науки.

Звернення до історії науки може бути корисним для вирішення педагогічних проблем іще в одному відношенні. Багато вчених-фізиків, займаючись вивченням природи, думали про те, як зробити наукові знання надбанням людей, суспільства.

При цьому вони наштовхнулись на педагогічні проблеми і так чи інакше вирішували їх. Звернення до педагогічної спадщини ряду великих фізиків може дати багато корисного кожному викладачу фізики. Загальновідомі думки А.Ф.Йоффе про перспективи реформи фізичної освіти в середній школі. Дуже повчальні слова Луї де Бройля по педагогічним проблемам. Дослідження показують, що мудрим педагогом, який тонко розумів багато аспектів педагогічної діяльності, був і А.Ейнштейн. Його думки і сьогодні свіжі та актуальні і запрошують до роздумів про педагогічні проблеми. Щоб не бути голослівними, можна привести деякі з висловлювань Ейнштейна про педагогічні проблеми, тим більше, що вони мало відомі.

Про цілі освіти: “ В першу чергу школа повинна створювати не майбутніх чиновників, вчених, адвокатів та письменників, а справжніх живих людей.”

Про експеримент: “ красивий експеримент сам по собі часто на багато цінніший, ніж двадцять формул, здобутих в реторті думки...; дітей кормлять означеннями, замість того, щоб показати їм що-небудь зрозуміле.”

Про роль емоцій в навчанні: “ Акт здивування, очевидно, настає тоді, коли сприймання вступає в конфлікт з достатньо встановленим в нас світом понять. В тих випадках, коли конфлікт переживається гостро, він в свою чергу сильно впливає на наш розумовий світ. Розвиток цього розумового світу представляє собою у відомому сенсі подолання почуття здивування – неперервна втеча від “дивовижного”, від “чуда”. Чи не цього не вистачає зараз процесу навчання в школі та вузі?”

Про роль історизму в навчанні: “ Зміст науки можна розуміти та аналізувати, не вдаючись в розгляд індивідуального розвитку її творців. Але при такому однобоко об’єктивному викладі окремі кроки іноді можуть здаватися випадковими вдачами. Розуміння того, як стали можливими і навіть необхідними ці кроки, досягається лише, якщо прослідкувати за розумовим розвитком особистостей, які сприяли виявленню напрямку цих кроків.”

Таким чином історія фізики є не лише складовою частиною змісту шкільного курсу фізики, що дозволяє вирішувати багато завдань освіти і виховання, але і важливим джерелом педагогічних ідей, які дають можливість удосконалювати методи викладання і збагачувати методику новими підходами та рішеннями.

Однак визнання важливості історизму ще не визначає, в якій мірі історизм повинен увійти в шкільний курс фізики. Безперечно в курс потрібно включати ті питання історії, які в найбільшій мірі допомагають вирішенню завдань, які постають перед навчанням фізики. Звичайно, питання історії, що включаються в курс фізики, повинні бути тісно пов’язані з навчальною програмою і доступні школярам. Але ці положення не дають жорстких критеріїв для відбору історичних відомостей. Перш за все з багатої скарбниці історії фізики потрібно вибрати те, що є визначаючим в розвитку фізики з точки зору її сучасного стану. Проблематика ж сучасної фізики пов’язана з рядом фундаментальних фізичних принципів та ідей, до яких відносяться такі, як ідея збереження, відносності, єдності перервності та неперервності, елементарності, необоротності, симетрії і ін. Актуальність саме цих проблем для фізики наших днів не викликає сумніву. До того ж багато з цих ідей по суті є методологічними принципами. Звертаючись до історії фізики, можна побачити, що ці фундаментальні ідеї виражали головні напрями розвитку фізичної думки протягом всього існування фізичної науки, і історичний процес її розвитку можна представити як процес становлення і розвитку цих фундаментальних фізичних ідей. Тому якщо ми хочемо представити історію фізики в шкільному курсі головними питаннями, а не другорядними фактами і подіями, то історичний матеріал, який включається в зміст шкільного курсу, повинен перш за все показати еволюцію фундаментальних фізичних ідей. Деякі з цих ідей виходять за рамки шкільної програми. Про них, звичайно, можна говорити на факультативах, засіданнях фізичного гуртка, в класах з поглибленим вивченням фізики.

Отже, основний історичний матеріал, що заслуговує в першу чергу на внесення в шкільний курс, - це ті питання історії, які забезпечують розкриття еволюції найважливіших ідей історії фізичної науки.

Звичайно, такий критерій відбору, що по суті є методологічним, повинен поєднуватися з вказаними раніше педагогічними критеріями. Це означає, що матеріал історії фізики, повинен бути пропущеним через своєрідний “педагогічний сепаратор”. В результаті з нього відбирається не лише найсуттєвіше з точки зору розвитку фізики і її сучасного стану, але і найкорисніше в освітньому і виховному відношенні, найпереконливіше та зрозуміле для учнів. А це, зокрема, означає, що в історичному матеріалі в першу чергу виділяється те, що показує, якою була епоха, коли було зроблено відкриття, як отримали той чи інший висновок, чому фізика прийшла до тієї чи іншої ідеї, яким був хід думки вченого, якою людиною він був і в яких умовах працював, яка загальна логіка розвитку фізичної ідеї. В такій педагогічній обробці наявних історичних матеріалів та в їх адаптації до потреб і можливостей навчання фізики в школі потрібно компонувати свою діяльність.

РОЗДІЛ 1

РОЛЬ ІСТОРИЗМУ І ШЛЯХИ ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ В НАВЧАННІ ФІЗИКИ

1.1. Елементи історизму як засіб обґрунтування нових знань

При переході до практики постає питання про форми використання історичного матеріалу у викладанні фізики, про типи історичних матеріалів за характером їх використання, про методи та прийоми роботи вчителя на уроці.

Історизм у викладанні фізики передбачає, як вказувалося вище, перш за все розкриття еволюції фундаментальних ідей. Здійснити це можливо, на нашу думку, на спеціальних уроках-лекціях, присвячених історичним оглядам основних етапів розвитку поглядів на найважливіші фізичні проблеми. Такі огляди можуть проводитися або вкінці великих розділів курсу фізики і завершувати їх, або на початку розділу і носити ввідний характер.

Історичні огляди дозволяють підготувати учнів до засвоєння фундаментальних знань та викладаються під час вивчення теми чи розділу курсу. Щоб учень засвоїв нові знання, він повинен перш за все повірити в їхню істинність, а для цього вчитель повинен обґрунтувати нові відомості, переконати школярів у факті існування того чи іншого явища, в справедливості тієї чи іншої ідеї. Обґрунтування нових знань – дуже важливий елемент навчання. Відсутність чи непереконливість нових знань породжує у школярів елементи догматичного стилю мислення, легковірності, звичку не вдумуватися в ті основи, на яких базується те чи інше твердження, вбиває допитливість думки, здоровий скептицизм. Можливо, неувагою до проблеми обґрунтування знань і пояснюється та обставина, що під час навчання у школяра зникають ті “сто тисяч чому”, якими відрізняються діти в ранньому віці. Чи не дуже часто ми грішимо поспішним викладом понять та ідей, які по причині цього поспіху не набувають для учня силу неминучої необхідності? Таким чином, обґрунтування нових знань необхідне для того, щоб привчити школярів не брати нічого на віру і сформувати в них допитливість та анти догматизм як риси стилю мислення.

Які ж шляхи обґрунтування фізичних понять та ідей доступні вчителю фізики?

Природно, що в силу особливостей сприйняття школярів найбільш переконливим для них є експериментальний спосіб обґрунтування нових знань, коли новий факт чи ідея випливають з результатів навчального досліду (експерименту). Так, наприклад, обґрунтовується явище електромагнітної індукції.

Другим засобом обґрунтування нових знань в процесі навчання є математичний вивід відношення чи закону, який буде переконувати учнів в силі теоретичного мислення і, зокрема, в пророчій силі математичного апарата. Так, наприклад, обґрунтовується основне рівняння кінетичної теорії газу.

Але не завжди можна використати математичний апарат або експеримент для виведення нового, і тоді теоретичне обґрунтування нових знань здійснюється шляхом логічних роздумів. Так, наприклад, необхідність холодильника як важливої частини теплової машини доводиться шляхом якісних логічних суджень.

Та часто ми не можемо використати жодного зі способів обґрунтування нових знань.

Дійсно, як на перших кроках вивчення електрики переконати учнів в існуванні електричного поля? Висувати таку фундаментальну ідею без якого-небудь хоча б попереднього виправдання – означає звернутися до догматизму. Але ні експериментальний, ні теоретичний способи обґрунтування ідеї існування електричного поля непридатні на початку вивчення електрики. Залишається єдиний шлях – розповісти учням про те, як в історії науки формувалась і стверджувалась концепція близькодії, тобто використати історичний спосіб обґрунтування.

До історичного способу обґрунтування нових знань ми звертаємось в тих випадках, коли жоден зі способів не можна використати. З аналогічною ситуацією ми зіштовхуємося під час вивчення висхідних постулатів теорії відносності, розмова про які стає для учнів виправданою з самого початку, якщо розповісти їм про передісторію теорії відносності. Історичний спосіб обґрунтування фізичних ідей здійснюється на уроці у формі історичного огляду. Цей огляд вчитель може провести у формі розповіді чи лекції. Мета такого огляду – розкрити, на яких основах виникла дана ідея і продемонструвати учням, що вона є результатом розвитку науки.

Досить часто історичний спосіб обґрунтування нових знань використовується не для розкриття фундаментальної фізичної проблеми, а для того, щоб ознайомити учнів з новими фактами та явищами, що не відтворюються експериментально в шкільних умовах. Так, ознайомлюючи учнів з відкриттям рентгенівського випромінювання, радіоактивності, нейтрону, ми повинні відновити історію цих відкриттів. Формою викладу такого матеріалу є розповідь вчителя.

Можливо, іноді історичний спосіб є менш переконливим, ніж інші. Але відмовитися від історизму не можна. Так, наприклад, переконавшись шляхом нескладних міркувань вчителя в існуванні тиску світла, учень не зрозуміє, яку роль в розвитку фізики відіграло це відкриття, і воно буде здаватися школярам малозначущим, несуттєвим фактом. Лише розповідь про передісторію відкриття тиску світла, про неймовірні тонкощі дослідів Лебедєва та їх роль в утвердженні електромагнітної теорії дозволить переконати школярів у фундаментальності цього відкриття. Таким чином, історичний спосіб обґрунтування явища чи ідеї може співіснувати з іншими способами. Учні, звичайно, повинні знати саме в історичному плані такі фундаментальні експерименти, як досліди Лебедєва, Герца, Резерфорда і т. д. Слід зауважити, що чим більше зміст шкільного курсу фізики буде наближатися до сучасної фізики, тим частіше ми будемо звертатися до історії науки, як до засобу обґрунтування ідей, так як переважну більшість відкриттів сучасної фізики ми не можемо відтворити експериментально і обґрунтувати математично.

Навчальна інформація історичного характеру, на нашу думку , не повинна бути обов’язковою для запам’ятовування, щоб не перевантажувати пам’ять. Якщо в кінцевому результаті в учнів обґрунтування і доведення фактів не збережуться у пам’яті, то все ж вони виконають головну роль – формування допитливого, анти догматичного стилю мислення.

Отже, використання історизму як засобу обґрунтування нових знань може здійснюватися в двох формах: по-перше, у вигляді історичного розвитку поглядів з приводу якої-небудь фундаментальної фізичної проблеми; і, по-друге, у вигляді історичного матеріалу, який містить опис окремих фундаментальних фізичних експериментів. Прикладами першої форми використання історизму є такі ввідні історичні огляди, як “Історія виникнення і ствердження концепції поля”, Історія встановлення закону збереження і перетворення енергії”, “Історія створення основ теорії відносності” і ін. Прикладами другої форми є такі описи окремих важливих історичних подій, як “Відкриття тиску світла”, “Досліди Герца по виявленню електромагнітних хвиль та їх властивостей”, “Досліди Резерфорда по встановленню будови атома”, “Відкриття радіоактивності” і ін.

1.2. Використання елементів історизму при розв’язуванні задач

Спеціальним типом історичного матеріалу є задачі з історичним змістом. Наведемо приклади таких задач.

1. Визначаючи швидкості молекул різними методами, Штерн поставив наступний дослід. В печі, яку помістили в посудину з відкачаним повітрям, утворилися пари цезію. Атоми цезію вилітали зі щілини і фокусувалися за допомогою розміщеної біля щілини діафрагми. Вузький горизонтальний пучок атомів попадав на екран, розміщений за діафрагмою. При цьому внаслідок тяжіння відбувалося відхилення пучка від горизонталі. Як знаючи зміщення цезієвої смуги на екрані і відстані від щілини до екрана, знайти середню швидкість молекул?

2. Чи може людина злетіти, використовуючи лише силу власних м’язів? Це далеко не нове питання до наших днів не втратило своєї гостроти. Не виключено, що багаторазові спроби створити “м’язолет” в кінці кінців досягнуть успіху. При побудові такого апарату виникають слідуючи запитання: яку потужність може розвивати людина і яка потужність потрібна для польоту? Які повинні бути розміри крил, чи повинні вони бути махаючими? Як залежить підіймаюча сила такого апарата від висоти польоту над землею?

3. На рис.1.1. запозиченому з книжки голландського фізика

Стевіна, виданої в 1586 р., зображена людина, яка стоїть на дошці, і тисне усією своєю вагою на міх з водою. Стевіна вразило, що висота стовпа рідини досить незначна. Спробуйте обчислити цю висоту, оцінивши приблизно значення ваги і площу опори.

4. Видатний вчений Б.Паскаль у 1648 р. зробив такий дослід. У міцну, наповнену водою і закриту з усіх боків бочку він вставив вузьку трубку ( рис. 1.2.) і, піднявшись на балкон другого поверху будинку вилив у цю трубку кухоль води. На превеликий подив сучасників вченого клепки бочки розійшлися і вода почала виливатися. Поясніть.

Задачі з історичним змістом хоч і мало чисельні і не так часто використовуються в навчанні в порівнянні з іншими видами задач, але представляють не менший інтерес. Маючи всі достоїнства звичайних задач, вони знайомлять учнів з історичними подіями, фактами, методами досліджень і тим самим навчають школярів самим своїм змістом, а не лише отриманими при їх розв’язку результатами.

1.3. Використання елементів історизму на лабораторних роботах, демонстраціях

Історизм не є якимось стороннім елементом змісту шкільного курсу фізики, а тому і якихось особливих методів їх вивчення не існує. Всі ті методи і прийоми, які застосовуються при навчанні фізики в школі взагалі, придатні і в процесі викладання історичного матеріалу. Можливо, лише окремі методи і прийоми набувають найбільшого значення або ж деякий специфічний відтінок.

Вчителі фізики справедливо вважають, що всі найважливіші положення, які розкриваються на уроці, повинні бути обґрунтовані і переконливо доведені і саме цим цілям служить навчальний експеримент. Обґрунтованістю повинно відрізнятись і викладання історичного матеріалу. Однак, як правило, з цією метою не можна користуватися навчальним експериментом, так як історичні досліди і установки важко, а інколи і неможливо відтворити в шкільних умовах. Тому обґрунтованість у викладанні історичного матеріалу досягається іншими засобами, головним з яких є документалізм. Форми його можуть бути різними – це схеми, фотографії установок-оригіналів, фільми; дані, що характеризують масштаб установок і точність вимірювання; вислови та справжні формулювання самих вчених; описи епохи, умов праці вчених, а іноді і художній опис того чи іншого відкриття, що відтворює з допустимою долею домислу атмосферу відкриття. Можна провести урок у формі гри-реконструкції історії відкриття винаходу, основною метою якого є як можна глибше ознайомити учнів з історією здійснення відкриттів, з життям та дійсністю вчених, з шляхами та методами наукових знань.

Наприклад, під час вивчення різниці потенціалів у класах зі спеціалізацією “ Фізика, хімія, біологія” можна повторити дослід Гальвані на препарованих жабах, проведений ним у 80-х роках XVIIIст. При цьому сформулювати задачу такого типу:

В своєму класичному досліді по дослідженню нервових та м’язових волокон Гальвані використовував простий пристрій. На бронзовому кронштейні, прикрученому до залізної перекладини, підвішувалась лапка жаби так, що вона доторкалась до основи перекладини і кожного разу доторкаючись до основи, лапка посмикувалася. Після того, як посмикування припинялися, лапка витягувалася і знову торкалася перекладини, ізнову починалися скорочення та посмикування. Повторивши аналогічний дослід дайте відповіді на таке питання: що викликає таку реакцію лапки? Намагайтесь підкріпити свої доведення розрахунками.

Все це дозволяє ввести учня в умови, в обставини, за яких здійснювалося відкриття, забезпечити в якійсь мірі “ефект присутності” під час відкриття, переконати учнів в достовірності історичної інформації.

1.4. Використання елементів історизму при узагальненні знань

Вивчаючи фізику, школярі отримують багато відомостей про поняття та ідеї, які є фундаментальними в фізичній науці. До таких відносяться принцип атомізму, принцип близькодії, ідея корпускулярно-хвильового дуалізму і ін. Однак, якщо запитати у випускника, що він знає про поле, що йому відомо про масу, то навіть встигаючий учень може потрапити у складне становище. Після двох-трьох орієнтуючих питань учень зазвичай говорить: “Я це знаю, тільки не думав, що про це треба говорити.” Йому не вистачає для відповіді на питання узагальнюючого характеру не конкретно змістовних знань, а їх системності і узагальненості, він не усвідомлює структури знань. Це відбувається тому, що ми не завжди розкриваємо перед школярами структуру знань. Учні не розуміють, що є основою теорії, що відноситься до її наслідків, що є фактами, а що їх поясненням і т.д. Узагальнені знання, включені в розгалужену систему взаємозв’язків, засвоюються значно глибше і міцніше.

Узагальнення і систематизація навчального матеріалу можуть бути успішними при дотриманні щонайменше двох педагогічних вимог. Одна з них полягає в тому, що узагальнення повинно здійснюватися на основі фундаментальної наукової ідеї, яка виконує роль систематизую чого фактора. Друга вимога полягає в тому, що узагальнення, так як воно пов’язане з повторенням вивченого, повинно обов’язково містити елемент новизни.

Так як логіка розгортання навчального матеріалу в курсі фізики, як правило, не відповідає історичному розвитку фізики, то узагальнення знань здійснюється вчителем зазвичай в логічному, а не в історичному перерізі, що є досить правомірним. Однак це не виключає можливості узагальнення і систематизації знань на історичній основі. Більш того, досить часто історичний шлях побудови узагальнення навчального матеріалу є абсолютно неминучим.

Дійсно, узагальнюючий матеріал в кінці курсу одинадцятого класу про фізичну картину світу повинен містити відомості про еволюцію наукових уявлень про світ. Лише за цих умов картина світу, яку малює сучасна наука, постане перед учнями як закономірний результат розвитку фізики, наслідуючий з минулого всі елементи абсолютного знання, як процес, а не як щось застигле і вічне. Виключіть з цього матеріалу відомості про механічну і електромагнітну картини світу як етапи еволюції фізики – і сучасна картина світу не буде вже виглядати такою вражаючою; зникне суть розкриття цього навчального матеріалу.

Таким чином, одною з важливих форм узагальнення і систематизації навчального матеріалу є історичні огляди деяких ведучих ідей сучасної фізики. Узагальнюючі огляди історичного характеру можуть бути присвячені таким темам, як “Історія розвитку атомізму”, “Історія розвитку ідей дискретності (відкриття електрона)”, “ Історія розвитку ідеї близькодії (поля)”, “Еволюція фізичної картини світу” і ін.

Головне завдання узагальнюючих оглядів – показати основні етапи розвитку поглядів на ту чи іншу проблему. При цьому мало перерахувати ці етапи з коротким поясненням і коментуванням суту кожного етапу, а необхідно розкрити механізм наукового пізнання, що спонукають до видвигання тих чи інших ідей, причини заміни однієї ідеї іншими, методи обґрунтування нових поглядів, труднощі, які поставали на шляху утвердження нових ідей. Отже, потрібно не лише викласти історію, а пояснити її, бо саме це останнє і є найбільш повчальним.

Якщо в процесі попереднього вивчення матеріалу курсу учням не повідомлялися відомості про вчених, з іменами яких пов’язане те чи інше формування нової ідеї. То це може бути зроблено на узагальнюючих заняттях.

Під час побудови кожного такого огляду відкривається можливість познайомити учнів із загальним шляхом наукового пізнання і з методами фізичного дослідження. По суті, кожний огляд будується однотипно, так як кожного разу послідовно розглядаються такі етапи загального шляху наукового пізнання, як накопичення фактів, висування модельної гіпотези або вихідних принципів, виведення з них наслідків та їх експериментальна перевірка. В розкритті етапів наукового пізнання – методологічне значення цих оглядів.

Кожен огляд повинен показувати як відбувається поглиблення та уточнення знань по певній проблемі, а це дає можливість поступово привчати школярів до думки про те, що кожне наукове знання є об’єктивна істина, яка містить елемент абсолютного і відносного; що знання розвиваються, що світ пізнається. Отже, розгляд історії розвитку поглядів дозволяє ненав’язливо та природно ознайомити учнів з діалектикою процесу пізнання, що відіграє велику роль у формуванні наукового світогляду. Саме використання історичного матеріалу дає можливість представити повною мірою процес розвитку фізики в цілому та її окремих розділів як суперечний процес руху пізнання до абсолютної істини через істини відносні.

Звичайно для цієї мети історичний матеріал повинен бути ретельно відібраним. Він повинен бути таким, щоб під час його викладу можна було продемонструвати суперечний характер пізнання, який виражається в тому, що в процесі розвитку науки відбувається боротьба між старим і новим, між вже існуючими і виникаючими теоріями та уявленнями; що в процесі розвитку відбуваються революційні перевороти в поглядах вчених, які змінюють докорінно основні уявлення, загальні концепції і т.д.

1.5.Ознайомлення учнів з творчістю та поглядами видатних вчених

Необхідність ознайомлення учнів з образами творців фізичної науки досить очевидна. Складнішим є питання про те, що і як потрібно сказати про того чи іншого вченого, враховуючи той мінімум часу, який має вчитель для повідомлення не програмного матеріалу.

Важливим методичним завданням є визначення змісту і форми викладу біографічних відомостей про вчених як специфічного навчального матеріалу.

Оцінка біографічного матеріалу з точки зору педагогічного ефекту, який він повинен викликати, означає перш за все, що біографія вченого будується не як хронологія подій і дат, яка дозволяє в хронологічній послідовності простежити за життям вченого, а як своєрідний етюд, що дозволяє кількома фактами виявити найбільш притягуючи в житті і поглядах даної людини, “оживити” його образ, зробити його пам’ятним, близьким для учнів. Тут іноді достатньо кількох штрихів, кількох фактів з життя вченого, відгуку про нього колег, одного-двох афористичних висловлювань вченого ( ( “ Кожна людина може зробити те, що може зробити інша. ” – Т. Юнг; “ Мислю – отже, існую”. – Р.Декарт). А іноді можна навести гумористичний вислів, епізод з життя, і вчений стане ближчим, доступнішим. Все це не потребує великих затрат часу, але дуже пожвавлює урок, і цим не можна нехтувати.

Отже, навчальна біографія вченого – це не хроніка подій його життя, а “біографія” його думок, поглядів і вчинків на фоні тих соціально-політичних умов, в яких він жив і працював.

Вводячи учнів в духовний світ кращих представників фізичної науки, ми допомагаємо учням сформулювати їх життєві позиції, цілі та ідеали. Тому потрібно вибирати з біографії вчених ті відомості, які є найбіл