1.3 Роль та функції фізичного експерименту в сучасному навчально-виховному процесі
Виходячи з концепції посилення ролі емпіризму у навчанні обґрунтовано функції навчального фізичного експерименту, показано їх значення для сучасного процесу навчання фізики.
Дати вичерпне і однозначне визначення навчального фізичного експерименту (НФЕ) через ближній рід та видові відмінності важко, але, вважаючи його деяким специфічним і обов’язковим елементом навчально-виховного процесу з фізики, то можна констатувати: – навчальний фізичний експеримент – це специфічна, певним чином організована невід’ємна складова навчального процесу з фізики, реалізація якої включає в себе одночасне поєднання як теоретичного осмислення змісту тих об’єктивних фізичних явищ, які є в структурі навчального матеріалу, що вивчається, так і практичного їх здійснення в умовах, найбільш зручних для їх чуттєвого сприйняття, для здійснення різнопланових і спостережень, для вимірювання притаманних їм фізичних величин та встановлення зв’язків з іншими, вже відомими учням фізичними явищами. В.Ф. Шилов пропонує, що: НФЕ – це відтворення, а далі спостереження та проведення вимірювань об’єктивних процесів і явищ природи в навчальних цілях, що пред’являють експерименту ряд додаткових вимог, основні з яких: – простота (у порівнянні з науковими дослідженнями), наочність, врахування інших психологічних законів сприйняття, а також методики навчання курсу фізики [63, с. 7]. А також, НФЕ – це такий організований учителем фізики вид навчальної діяльності, який запроваджується з метою забезпечення для учнів наукового пізнання, для організації «відкриття» ними об’єктивних закономірностей природи; він полягає у певному впливі на об’єкт, процес або явище, що саме вивчаються, за допомогою деяких спеціальних інструментів і приладів, завдяки чому вдасться: ізолювати те фізичне явище, яке вивчається, від різноманітних побічних, небажаних впливів, тобто вивчати його в «чистому» вигляді; багаторазово відтворювати хід явища в строго фіксованих, контрольованих умовах; планомірно змінювати, варіювати, комбінувати ці умови з метою отримання шуканого результату» [64, с. 5]. Надалі під НФЕ будемо розуміти чуттєво-предметну діяльність учителя фізики й учнів із натуральними, модельованими або вимишленими об’єктами в умовах, які дозволяють надійно слідкувати за протіканням фізичних явищ та процесів і багатократно їх відтворювати з метою вирішення деяких навчально-виховних задач. Враховуючи роль фізичного експерименту в науковому пізнанні реалій матеріального світу логічно запропонувати новий концептуальний підхід як до процесу емпіричного пізнання у навчанні фізики, так і до формування тематики НФЕ. В цьому підході передбачається, що кожне поняття, яке вводиться в шкільний курс фізики, набуває конкретного, образного змісту лише за умови, що з ним буде пов’язаний деякий певний прийом, спосіб, метод спостереження, експериментування, виконання практичних дій для отримання якісної оцінки, а то й проведення кількісного вимірювання; без цього введене поняття не зможе віднайти повнокровного використання у вивченні фізичних явищ або процесів, встановленні притаманних їм закономірностей і адекватного розуміння їх учнями [63, с. 5]. Спираючись на зазначений підхід можна для процесу навчання фізики акцентувати таку переважну його орієнтацію:
а) виокремлення тих фізичних об’єктів та процесів, які будуть вивчатися протягом певного (нетривалого) інтервалу часу, та забезпечення відносної їх ізоляції від великого масиву зв’язків із різноманітними іншими реальними об’єктами і процесами, що вже були вивченими або ще мають вивчатись;
б) проведення учителем чи учнями фізичних демонстрацій, спостережень, дослідів, експериментальних досліджень та виконання завчасно спланованих вимірювань на цих уособлених об’єктах або процесах із тим, щоб через відчуття і сприйняття надати учням можливість здійснити адекватні уявлення (створити уявний образ) про найбільш характерні й вагомі особливості, основні властивості кожного з них;
в) ідеалізація (створення моделі) безпосередньо того фізичного об’єкта або процесу, який саме в даний час вивчається (наприклад, введення поняття «ідеальний газ», «коливальний контур», «планетарна модель атома» і ін.), ототожнення ідеального і реального для конкретних, реально існуючих фізичних об’єктів чи процесів;
г) відображення фізичних властивостей і взаємозв’язків ідеальних об’єктів (моделей) в символах і позначеннях, тотожностях і рівняннях, діаграмах і графіках тощо (саме на даному етапі відбувається активний розвиток думки: – рух її від конкретного до абстрактного, – тобто розумова діяльність учня спрямована на узагальнення, на висунення гіпотез і спробу побудови теорій, на розуміння закономірностей, на формулювання законів і принципів);
д) виконання різноманітних математичних операцій, встановлення співвідношень, запис, аналіз та розв’язок рівнянь, побудова діаграм, графіків та їх інтерпретація і т. п. з метою отримання певних умовиводів, що власне є отримання нових знань (наприклад, з рівняння стану ідеального газу отримують газові закони; з теоретичних уявлень Резерфорда-Бора про будову атома пояснюють лінійчаті спектри атома водню);
е) здійснення на основі тієї чи іншої фізичної теорії інтерпретації результатів, отриманих з проведеного НФЕ;
є) встановлення діапазону (меж) дії формул і розкриття тих змістовних зв’язків, що існують поміж фізичними величинами, які входять до них;
ж) виконання експериментальної перевірки цих нових, «виведених учнями або вчителем разом з учнями» знань на реально існуючих об’єктах [57].
НФЕ володіє своїми, тільки йому притаманними особливостями, оскільки завдяки йому вирішуються виключно навчальні проблеми та й проводиться він, переважно, в середовищі навчальної лабораторії, в зоні функціональних дій учителя фізики та учнів, в умовах навчально-виховного процесу. Оскільки НФЕ органічно вплітається в навчальний процес, безпосередньо випливає із його задач, то з позицій дидактики доцільною і методично виправданою буде така організація процесу навчання, коли всі важливі специфічні сторони експерименту будуть поєднані та узгоджені зі структурою і змістом процесу навчання. НФЕ повинен так бути організованим, щоб в максимальній мірі звільнити від різних побічних впливів саме те фізичне явище чи процес, що вивчається, щоб його суттєві ознаки проявлялись найбільш переконливо і очевидно, щоб допускав багатократне його відтворення, щоб всі учні могли чітко усвідомити ці найбільш важливі ознаки, тобто хід експерименту повинен дозволяти планомірно змінювати, варіювати, комбінувати умови з метою отримання потрібного для навчання результату. Кожний вид НФЕ може бути розглянутий з різноманітних позицій, а саме:
1) як джерело фізичних фактів, нових знань про оточуючий, реально існуючий світ;
2) як один з методів пізнання і вивчення реалій дозвілля;
3) як дидактичний засіб, що забезпечує єдність абстрактного і конкретного у навчанні, завдяки якому навчальний матеріал стає більш наочним та доступним розумінню і усвідомленню учнями;
4) як спосіб організації самостійної експериментально-навчальної діяльності або конструкторської діяльності учнів;
5) як завершальний етап пізнання оточуючого що встановлює зв’язок між теоретичними та практичними аспектами у навчанні;
6) як спосіб діяльності, що розкриває цілі вивчення фізики і проведення фізичних досліджень;
7) як можливість надійно забезпечити формування наукового, діалектико-матеріалістичного світогляду школярів.
Глибина засвоєння учнями основ фізичної науки перебуває в прямій залежності від їх пізнавальної активності в навчанні, від того, наскільки свідомо і міцно вони оволодівають методами наукового пізнання, про роль і значимість яких вони ознайомлюються на прикладі з’ясування значення і місця того чи іншого експериментального методу в фізичних дослідженнях. Цим процесу навчання важливим є те, щоб учні не тільки знали експериментальний метод, але й оволоділи характерною для нього певною сукупністю умінь. Це передбачає організацію і розгортання навчальної експериментальної діяльності учнів, якій притаманними є наступні етапи:
1) формулювання пізнавальної задачі або мети у зв’язку із впровадженим у навчальне середовище даним експериментальним методом;
2) відбір необхідного обладнання та конструювання чи монтаж деякої експериментальної установки з’ясування фізичних принципів, на основі яких забезпечується використання даного експериментального методу;
4) виконання спостереження за реальним об’єктом, фізичним явищем, процесом;
5) проведення вимірювань зняття необхідних показів з приладів, визначення деяких експериментальних даних);
6) словесний опис, інтерпретація отриманих експериментальних їх та їх аналіз;
7) формулювання висновків, заключень, з’ясування практичної значимості отриманих результатів.
Будучи задіяними до виконання НФЕ, учні переконуються як в значенні експерименту для якісного дослідження фізичних явищ і процесів, для спостереження особливостей і суттєвих ознак цих явищ, так і в тому, що фізичний експеримент становить основу розкриття кількісних сторін у цих явищ, встановлення їх характеристик і закономірних зв’язків поміж ними. При цьому особливу цінність у навчанні набувають ті окремі досліди із всієї їх сукупності, які дають можливість здійснювати вимірювання, встановлювати кількісні співвідношення у вигляді доступних розумінню учнями функцій, рівнянь, графіків і т. п. поміж тими фізичними величинами, що в даний час вивчаються. При цьому в наш час в більшій мірі намагаються використовувати прямі вимірювання фізичних величин, що дозволяє швидко, без зайвих ускладнень і рутинних розрахунків знаходити значення конкретних фізичних величин. НФЕ у навчально-виховному процесі взагалі та у навчанні фізики, зокрема, виконує ряд важливих функцій.