Проблемы формирования у учащихся физических понятий

 

Формирование у учащихся физических понятий является важной задачей учителя, однако, в её успешном решении существует ряд проблем.

Первая связана с качеством учебных текстов. Выше указывалось, что важнейшим свойством научного текста является экономия языковых средств. Однако, авторы учебников при определении физических понятий часто не руководствуются этим важнейшим принципом. «Раскрыть содержание понятия – значит, перечислить его существенные признаки, т.е. признаки, необходимые и достаточные для отличия данного предмета от сходных с ним предметов» (Совр. словарь, 2001, c. 362). К сожалению, в курсе физики часто можно встретить трудные для восприятия и запоминания определения понятий, в которых в силу громоздкости сложно выделить существенные признаки. Трудны для понимания и запоминания формулировки некоторых физических законов. «Закон выражает определённый порядок причинной, необходимой и устойчивой связи между явлениями, повторяющими существенные отношения, при которых изменение одних явлений вызывает вполне определённое изменение других» (Совр. словарь, 2001, c. 230). Как следует из определения, формулировка закона не должна содержать второстепенные дополнения, уточнения, которые делают её запутанной, «тяжеловесной» и трудной для запоминания. Е.С. Кузьмина отмечает, что трудности понимания научного текста связаны с размером предложений и размерами словосочетаний, выражающих компоненты предложений.

В качестве отрицательного примера она рассматривает формулировку закона Архимеда, которое содержит 27 слов, из них – 6 причастий: «На тело, находящееся в жидкости, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, равная весу жидкости, вытесненной телом, и приложенная в точке, являющейся центром тяжести в вытесненном объёме» (Кузьмина, 2002, с. 147). Кроме того, в формулировку включены второстепенные признаки – куда направлена сила, где находится точка приложения силы.

В пособии по физике О.Ф. Кабардина о первом законе Ньютона говорится так. «В каких же системах отсчёта наблюдается явление инерции и существуют ли такие системы отсчёта? Ответ на этот вопрос даёт один из основных законов механики, который называется первым законом Ньютона (или законом инерции). Существуют такие системы отсчёта, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела» (Кабардин, 1996, с. 15).

Во-первых, конструкция этого предложения носит характер утверждения или постулата, а не закона, так как начинается со слов «существуют…». Во-вторых, многие учащиеся не понимают смысла этого закона, сформулированного в таком виде. Достаточно задать вопрос: «Что происходит с телом, если на него не действует сила (другие тела)?» Учащиеся часто дают однозначный ответ: «оно находится в покое», забывая про равномерное прямолинейное движение. Сам И. Ньютон формулировал закон инерции просто и ясно: «всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает состояние покоя или равномерного прямолинейного движения» (Кудрявцев, 1982, с. 102).

Другой пример. Понятие одного моля в учебнике физики даётся так: «1 моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг» (Мякишев, 1994, с. 10). Это определение трудно для понимания и запоминания, так как в нем содержится еще определение числа Авогадро с использованием смысловой конструкции, обозначенной словосочетанием «столько же, сколько». Определение содержит излишнее растолковывание, и это делает определение также «тяжеловесным». Проще сначала дать определение числу Авогадро, чтобы учащиеся чётко уяснили, что в 12 граммах изотопа углерода С12 содержится число Авогадро частиц (т.е. 6×1023). Тогда формулировка одного моля существенно упрощается и становится понятной: 1 моль – это количество вещества, в котором содержится число частиц, равное числу Авогадро.

 

 

Второй проблемой является методологическая – плохая сформированность у учащихся представлений о физических понятиях. Результаты простейшего педагогического эксперимента показали, что учителя не ведут целенаправленную системную деятельность по формированию у учащихся физических понятий и не ставит перед собой такой цели.

Значительную часть определяемых понятий в курсе физики занимают ФВ, выраженные формулами. Респондентам – студентам вузов, предлагалось выявить среди 30 формул законы (закономерности) или ФВ, отметить, к какому элементу знания относятся формулы выбрав один из трёх ответов:

1) закон (З);

2) понятие о физической величине (П);

3) сомневаюсь (табл.2 ).

Опросник выявляет выявить сформированность понятий физических законах (З) и о физических величинах (П). Так как предлагался выбор из 3-х ответов, вероятность отгадывания правильного ответа составляла 33,3%.

Уровень знаний респондентов, позволяющий классифицировать формулы на две категории – понятия о физических величинах и законах (к какой категории относятся те или иные формулы), определялся следующим образом. Рассчитывался средний балл правильных ответов в группе. Затем определялся коэффициент обученности респондентов по формуле (1).

Анкетирование проводилось среди студентов различных вузов: инженерно-физического факультета высоких технологий, механико-математического факультета УлГУ, факультета физики и информационных технологий МПГУ - 98 респ.. Были опрошены также 30 учителей школ Ульяновской области, проходивших курсы переподготовки в Институте повышения квалификации. Результаты опроса показали следующее. Средний коэффициент обученности 53,8% - у студентов и 75% - у учителей физики при вероятности отгадывания правильного ответа 33,3%

 

 

Таблица 2. Анкета студентов

 

 
 
I – сила тока, l – длина  

 


№ Формула П– понятие о физической величине; З – закон (закономерность)
1. p = m v 2. A = F s cos (F ^s) 3. F тр = k N 4. Fт = g m 5. M = F l 6. q = C φ 7. p = | q | l 8. Q = с m Δ t0 9. p = I S 10. Ф = В S cos (B^n) 11. L = mvr 12. φ = k q / r 13. FΔ t = m Δv 14. F = В I1 sin a 15. R = p l / S 16. а = Δv / Δt 17. E = F / q 18. Ф = L I 19. φ = П / q 20. C = ε ε0 S / d 21. I = q / t 22. Ф = L I 23. N = A / t 24. ε = А* / q 25. P = F / S 26. P = p g h 27. N = U2 / R 28. ε = 3/2 kT 29. P = n к Т 30. υ = m / M П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь П З Сомневаюсь

 

Результаты опроса свидетельствуют о том, что:

1. Учащиеся не умеют узнавать распознавать и разделять в совокупности формул законы (закономерности) и физические величины (какая формула выражает закон, а какая понятие о физической величине).

2. Учащиеся не понимают и не умеют определять физический смысл величин.

3. Учащиеся не понимают разницы в формулировке физической величины и закона (закономерности). Они не умеют формулировать физические законы (закономерности) как функциональные зависимости. Они не понимают и не умеют определять физический смысл констант пропорциональности в законах (закономерностях).

4. Учителя физики не ведут системную работу по формированию у учащихся системного подхода к понятию « ФВ».