Рассмотрим, как организовать проблемное обучение в том случае, когда в основу работы положен демонстрационный эксперимент учителя. Проблемный подход при этом чаще всего состоит в привлечении учащихся к поиску общей идеи экспериментального исследования и планированию его отдельных этапов (после уяснения исходной задачи, поставленной учителем). Такого рода проблемный подход типичен для тех случаев, когда на опыте исследуется функциональная зависимость между физическими величинами, т. е. когда закон получает математическое выражение.
Если же закон, устанавливаемый на основе опыта, носит качественный характер, то более целесообразно ставить проблемы, требующие от учащихся выявления общих характерных особенностей и закономерностей в протекании физических явлений. В этом случае учитель демонстрирует последовательно несколько опытов, а ученикам предлагает выявить в этих опытах то существенное, что характеризует демонстрируемое явление, т. е. установить закономерность в протекании этого явления.
2.5.3 Проблемное изучение физических теорий
Проблемное обучение особенно эффективно при изучении фундаментальных вопросов курса физики, которые носят характер обобщений, раскрывают сущность важнейших идей и понятий физики. В этих случаях дополнительная затрата времени, неизбежная при проблемном изучении материала, впоследствии окупается. Во-первых, глубокое неформальное усвоение таких вопросов необходимо для формирования у учащихся правильных представлений о физической картине мира, формирования научного мировоззрения. Во-вторых, оно ведет в дальнейшем к существенной экономии времени при изучении частных вопросов и решении задач. Сказанное прежде всего относится к изучению физических теорий. Какие возможности для углубленного изучения физических теорий открывает проблемное обучение?
Развитие физических теорий всегда происходило на основе преодоления противоречий между сложившимися представлениями и новыми фактами, опытными данными, которые не укладывались в рамки этих представлений. Иногда противоречие между опытом и теорией приводило к полному краху теории. Так обстояло дело, например, с теорией теплорода, когда в результате установления известных опытных фактов произошло ее крушение, повлекшее за собой возникновение молекулярно-кинетической теории; были опровергнуты теории электрических и магнитных «флюидов», теория «дальнодействия» и т. д. В некоторых случаях новые опыты, вступавшие в противоречие с теорией, не приводили к ее полному опровержению, но помогали выявить относительный характер теории, определить границы ее применимости.
Во многих случаях противоречия между теорией и опытом вели к уточнению отдельных существенных положений теории, ее усовершенствованию. Например, представления об «атоме электричества», составляющие основу электронной теории, много раз видоизменялись в результате появления новых опытных данных. Противоречия между опытом и теорией нередко превращались в великие проблемы в физике, их решение вызывало к жизни появление новых идей, новых теорий. Уяснение учащимися важнейших противоречий между опытом и теорией позволяет им глубже понять логику развития физики и сами идеи, заложенные в основу физических теорий. Как уже говорилось, подведение учащихся к осознанному пониманию решающих проблем, привлечение их к размышлению над этими проблемами представляет собой надежный путь глубокого уяснения экспериментальных основ, на которых строилась новая теория. Даже в том случае, если поставленные проблемы в конце концов решаются учителем (проблемное изложение), появление новых идей оказывается до некоторой степени «пережитым» учащимися, а возникновение этих идей воспринимается ими как закономерный и неизбежный результат развития науки
Рассмотрим в качестве примера, как можно организовать проблемное изучение квантовой теории света в XI классе. Знакомство с нею происходит при прохождении темы «Световые кванты».
Здесь учащиеся знакомятся с одним из фундаментальных понятий современной физики — понятием о кванте света — фотоне, впервые сталкиваются и с парадоксами современной физики. С удивлением узнают учащиеся о том, что одно и то же физическое явление — свет, имеющее единую электромагнитную природу, может столь по-разному проявлять себя: с одной стороны, как типично волновой процесс в явлениях интерференции, дифракции, поляризации, а с другой — как поток частиц света — фотонов — в явлении фотоэффекта. Не сразу и не без труда свыкаются учащиеся с мыслью о дуализме свойств света.
Задача учителя при изучении данной темы состоит в том, чтобы учащиеся хорошо усвоили основные положения квантовой теории света:
- свет может излучаться, распространяться и поглощаться только отдельными порциями — квантами (фотонами)
- энергия кванта зависит от частоты (длины волны) света и определяется формулой E = hv, где h — постоянная Планка, равная 6,62 10 -34 Дж с, a v — частота света;
- интенсивность света зависит от плотности потока фотонов и их энергии;
- при взаимодействии с веществом вся порция света может поглотиться целиком (или фотон не поглощается совсем), поэтому говорить о доле фотона не имеет смысла;
- процесс поглощения энергии фотона веществом (электроном) происходит практически мгновенно.
Будучи хорошо усвоенными, эти положения позволяют учащимся легко понять законы и все особенности фотоэффекта, а также основной закон фотохимических реакций; позднее их знание облегчит изучение темы «Атом и атомное ядро». Поэтому важно, чтобы учащиеся не только поняли сформулированные выше положения, но и твердо запомнили их. Роль квантовой теории, необходимость и неизбежность ее появления по-настоящему могут быть поняты учащимися только в том случае, если они будут ясно представлять себе суть основных затруднений, с которыми столкнулась волновая теория света при попытках объяснения основных особенностей фотоэффекта: наличия красной границы, безынерционности фотоэффекта, независимости скорости фотоэлектронов от интенсивности света (освещенности) и зависимости ее от частоты света. Иначе говоря, для того, чтобы эта проблемная по содержанию тема была достаточно глубоко усвоена учащимися, необходимо ее изучению придать проблемный характер, сконцентрировав внимание на тех моментах, которые привели к кризису волновой теории света.
Отметим, что проблемное изучение данной темы требует некоторой подготовительной работы: например, при изучении электромагнитных волн нужно обратить внимание на зависимость энергии электромагнитной волны от амплитуды вектора электрической напряженности Е и вектора магнитной индукции B; при изучении электромагнитной теории света объяснить, что интенсивность света и освещенность (оцениваемые по энергетическим характеристикам, а не по зрительным ощущениям) пропорциональны квадрату амплитуды напряженности электрического поля волны. При изучении вопроса «Электромагнитные излучения разных длин волн» (в теме «Электромагнитные волны») нужно отметить, что в сплошных раскаленных до белого свечения (Т = 3000 К) твердых телах (например, в нитях электроламп) представлены все длины волн (от инфракрасных до фиолетовых), при более высоких температурах в спектре преобладает ультрафиолетовое излучение. Характерной особенностью спектра электрической дуги является высокий процент ультрафиолетового излучения.
При проведении уроков по теме «Световые кванты. Действия света» для создания проблемных ситуаций можно использовать реальные противоречия, имевшие место в истории развития физики,— «классические» противоречия между старой теорией и новым опытом. Противоречия этого типа являются фундаментом проблемного изучения физических теорий. Они позволяют формулировать центральные проблемы, ведущие к уяснению учащимися основного содержания физических теорий.
3. Заключение.
В заключение надо отметить, что все физические явления, законы и теории, изучение которых предусмотрено программой, описаны в учебниках, но далеко не все они изложены в проблемном плане. Это естественно. Такое изложение привело бы к недопустимому увеличению объема учебника, да и далеко не всегда то, что можно изучить проблемно в ходе беседы на уроке, может быть изложено проблемно на страницах учебника. Таким образом, проблемная организация изучения материала — это задача, решаемая самим учителем. Но учебник служит при этом четким ориентиром, определяющим примерный объем и основное содержание изучаемых вопросов, поэтому значительные отступления от учебника при проблемном изучении конкретных вопросов в подавляющем большинстве случаев нецелесообразны.
4. Литература
1. Бабанский Ю. К- Методы обучения в современной общеобразовательной школе.— Москва: Просвещение, 1985.
2. Банков Ф. Я- Проблемно-программируемые задания по физике в средней школе.— Москва: Просвещение, 1982.
3. Бугаев А. И. Методика преподавания физики в средней школе.— Москва: Просвещение, 1981.
4. Гайфуллин В.Г., Мингазов Р.Х. Активизация познавательной деятельности на уроках физики. Казань: "Магариф", 1993 год.
5. Зверева Н. М. Активизация мышления учащихся на уроках физики.— Москва: Просвещение, 1980.
6. Ланге В. Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку.— Москва: Наука, 1979.
7. Махмутов М. И. Организация проблемного обучения в школе.— Москва: Просвещение, 1977.
8. Мултановский В. В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе.— Москва: Просвещение, 1977.
9. Низамов Р.А. Активизация учебной деятельности учащихся. Казань: Татарское книжное издательство, 1989 год.
10. Охитина Л.Т. Психологические основы урока. Москва: "Просвещение", 1977 год
11. Разумовский В. Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике.— Москва: Просвещение, 1975.
12. Суорц К. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений.— Москва Наука, 1987.