Методика обучения школьников пониманию условия физической задачи: целевой и содержательный компоненты Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

ПЕДАГОГИКА

Вестн. Ом. ун-та. 2012. № 4. С. 281-285.

УДК 372.853: 373.545 О.Е. Левенко

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ ПОНИМАНИЮ УСЛОВИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ: ЦЕЛЕВОЙ И СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТЫ

Обосновывается необходимость специального обучения школьников пониманию условия физической задачи. Раскрывается содержание понятия «понимание условия физической задачи» и предлагается методика обучения школьников пониманию условия физических задач.

Ключевые слова: понимание условия, физическая задача, методика обучения, упражнения по обучению, толковый словарь.

Опыт работы в средней школе (как в физико-математических, так и в общеобразовательных классах) показывает, что с каждым годом снижается качество подготовки учащихся по физике. Большую тревогу вызывает тот факт, что школьники не подготовлены к чтению и пониманию физических текстов, что подчас становится непреодолимым препятствием для изучения предмета.

Можно выделить следующие виды физических текстов: текст учебника, условие физической задачи, физический текст в устной форме, физическая формула, справочная таблица, таблица изменения состояния объекта, любая графическая информация. И выпускник школы в идеале должен уметь свободно оперировать всеми данными видами физического текста. Предполагается, что для достижения качественного уровня подготовки выпускников средней школы по физике необходимо специальное обучение их пониманию физических текстов.

Одним из подходов к изучению текстов считается герменевтика [1]. Исследователями выделяются различные направления зарубежной герменевтики, при этом единого направления разработки герменевтики в России на данный момент не существует [2]. Доказано, что герменевтические принципы могут применяться не только для гуманитарного познания, но и для прояснения многих проблем естествознания и истории науки [3]. В работе [4] выделяются следующие герменевтические принципы: понимание из контекста; ассоциирование себя с автором; реконструкция исторической и культурной среды, в которую был включен автор изучаемого текста; грамматический и филологический анализ текста в соответствии с законами его оригинального языка; использование метода «герменевтического круга»; анализ специфики жанра, особенностей его приемов: символов, знаков, метафор, аллегорий и т. д.; «археология текста»; интуитивное сопричастие духу произведения; сравнительный метод понимания (сопоставление данного текста с другими, аналогичными ему); диахронический анализ смысла текста (прослеживание эволюции смысла, вложенного автором, от адаптации его культурной средой своего времени до современного понимания). Пионером использования герменевтики в естественных науках считается П. А. Хеелан [5].

Изучение литературы по проблеме понимания приводит нас к следующим выводам:

1. Изначально проблема понимания связывалась только с гуманитарными дисциплинами.

2. Трактовки понимания различны у философов различных школ.

3. Общее для всех трактовок понимания - представление его как процесса обретения или восстановления смысла текста.

© О.Е. Левенко, 2012

4. Понимание представляется либо как «вынесение» смысла из текста, либо как «привнесение» его в текст. В первом случае задача понимания состоит в выявлении смысла текста, во втором - в приписывании смысла тексту интерпретатором.

5. Процесс технократизации общества привел к принижению роли гуманитарных дисциплин и, как следствие, к непонятному изложению накопленных знаний по естественнонаучным дисциплинам.

6. В естественнонаучных и математиче-

ских дисциплинах выдвигаются две проблемы: проблема обучения методологиче-

ским принципам составления текста и проблема обучения способам выявления смысла текста, представленного в различных формах (словесной, табличной, графической, в виде формулы).

7. Школьники не подготовлены к чтению и пониманию физических текстов, что подчас становится непреодолимым препятствием для изучения предмета.

В учебной работе актуальность проблемы понимания особенно велика. О ней свидетельствуют факты снижения качества образования российских школьников, которые, по данным международных социологических исследований, отстают от своих зарубежных сверстников по уровню сформи-рованности общеучебных умений, которые напрямую связаны с владением приемами понимания текста.

Несмотря на всю важность, проблема понимания до недавнего времени в школе специально не рассматривалась и даже не ставилась. В настоящее время изменения в содержании и методах преподавания выдвигают эту проблему на первый план. Факты говорят о том, что в средней школе самостоятельно используют при чтении элементарные приемы понимания лишь 3 из 1000 школьников, а полноценно понимают самостоятельно прочитанный текст лишь 6 из 100 [6].

Данная статья представляет методику формирования умения понимать условие физической задачи.

Для попытки выяснить причины затруднений, возникающих у учащихся 10-х классов лицея № 64 г. Омска при решении задач, был проведен опрос, в котором приняли участие 42 ученика физико-математических классов и 48 учеников общеобразовательных классов. Лишь 12 % опрошенных (17 % в физико-математических и 8 % в общеобразовательных классах) указали, что не испытывают трудностей при решении физических задач, остальные испытывают следующие затруднения (в скобках указан процент опрошенных, испытывающих соответствующее затруднение; первое число относится к физико-математическим классам, второе - к общеобразовательным): затрудняются с выбором формул, необходимых

для решения (48, 44); легко записывают краткое условие, но затрудняются в выборе способа решения (33, 44); испытывают математические трудности при выборе расчетной формулы (19, 17); затрудняются с формулировкой вопроса задачи (10, 8); затрудняются с записью краткого условия задачи (7, 19). Кроме того, отдельные учащиеся назвали психологический барьер, невнимательность, незнание теории, собственную лень. Среди причин возникающих затруднений сами школьники называют: «представляю реальную картинку, но не могу ее схематизировать» (21, 25); «не представляю ситуацию, о которой идет речь в задаче» (19, 15); «не могу абстрагироваться от несущественных для решения деталей» (14, 17); «не могу записать текст в виде формулы» (12, 19); «не понимаю смысла написанного» (7, 17); «не умею читать графики» (5, 23).

Параллельно с данным опросом школьникам было предложено задание по записи краткого условия задачи с просьбой записать все, что можно получить из данного текста при наличии любых справочных материалов. Полная правильная запись условия не была представлена ни одним учеником, что указывает на необъективность оценки ими собственных возможностей в понимании текста, поскольку лишь 10 % опрошенных четко осознают у себя данное затруднение.

Таким образом, очевидна необходимость параллельно с изучением приемов решения задач работать отдельно с их текстами. Здесь возникают сложности двух видов:

1. Лингвистическая (предложения в текстовых задачах сложны, состоят из нескольких частей, требуют неоднократного вдумчивого прочтения).

2. Переводческая (сложности в прочтении таблиц, графиков, замены бытовых терминов физическими или математическими).

Для разработки методики обучения пониманию условия физической задачи нами были выделены компоненты понятия «понимание условия физической задачи»:

1. Понимание смысла текста в целом с лингвистической точки зрения (выделение основы и второстепенных членов предложения; постановка вопроса).

2. Понимание отдельных слов и словосочетаний в тексте.

3. Умение переформулировать текст своими словами и ответить на вопросы, поставленные к тексту.

4. Определение раздела физики, темы, в рамках которой сформулирована задача.

5. Знание физических терминов, встречающихся в задаче.

6. Понимание определений физических величин, о которых идет речь в задаче; знание единиц их измерения.

7. Понимание условий осуществления тех процессов, о которых идет речь, и внешних признаков их протекания; умение выделить основные параметры процесса и установить соотношения между ними.

8. Умение выделить явление, о котором идет речь, по внешним признакам; умение определить существенные и несущественные признаки явления; знание законов или закономерностей, лежащих в его основе; умение выделить количественные характеристики явления.

9. Определение количества ситуаций или тел, о которых идет речь в условии; расстановка соответствующих индексов для описывающих их величин.

10. Понимание количественных соотношений (больше, меньше на сколько-то или во сколько-то раз).

11. Представление информации текста в другой форме: умение выполнить рисунок, схему, соответствующие тексту.

12. Физическая трактовка положительных (подвижный, шершавый, запаянный и т. д.) и отрицательных (невесомый, бесконечный, гладкий и т. д.) признаков предметов.

13. Антиципация; определение табличных значений величин, которые понадобятся для решения задачи; предугадывание ответа задачи.

Цель разрабатываемой методики - научить школьников пониманию условия физической задачи.

Задачи методики:

1. Научить выяснению смысла положительных и отрицательных признаков предметов, явлений для составления «толкового словаря», используемого в дальнейшей работе.

2. Сформировать навык установления причинно-следственных связей величин, явлений.

3. Научить представлению информации в различных формах.

4. Активизировать умение работать с лингвистически сложными текстами, разбивать сложные предложения на составные части, выделять основу предложения.

5. Сформировать навык составления вопросов к тексту.

6. Сформировать навык сопровождения записи краткого условия схематичным рисунком.

7. Сформировать навыки работы со справочным материалом.

8. Научить работать с величинами -омонимами.

9. Сформировать навык анализировать полученный результат.

Этапами работы учителя по обучению школьников пониманию физических текстов являются: 1) составление упражнений, помогающих оценить степень понимания школьниками изучаемого материала; 2) составление «толкового словаря» по переводу

бытовых терминов, встречающихся в текстах, в физические.

Можно выделить три типа вышеуказанных упражнений. Первые основаны на том, что учащиеся должны уметь отделять существенные признаки в определениях физических величин от несущественных. При составлении упражнений данного типа учитель выделяет основные признаки понятий

и, сохраняя их, варьирует несущественные признаки. Например, при изучении поступательного движения учащиеся должны понимать, что основным признаком данного вида движения является параллельность самой себе любой прямой, проведенной в теле, а несущественными признаками будут являться величина скорости и форма траектории движения. Поэтому учитель может предложить ученикам для выбора рисунки, на которых будут указаны положения выбранной прямой через равные промежутки времени. Прямая может двигаться вдоль одной линии на равных, равномерно увеличивающихся или уменьшающихся расстояниях, или по криволинейной траектории на равных и различных расстояниях, а также вращаться, находясь на равных или различных расстояниях. О важности данного вида упражнений говорится в работе А.В. Усовой [7].

Второй тип упражнений основан на том, что учащиеся должны уметь не только записывать связь между величинами математически, но и понимать причинноследственные связи между ними, а также физический смысл таких математических понятий, как производная и интеграл. Смысл данного вида работы заключается в том, что учащиеся не воспроизводят формулировку учебника, а анализируют ее. Для правильного выполнения задания требуется понимание темы. Классическим примером может служить составление упражнений по теме «закон Ома для однородного участка электрической цепи». Можно попросить учащихся записать закон Ома в виде текста, аналитической зависимости и графика. Должны быть получены следующие ответы. Текст: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению данного участка цепи; формула:

и

I = — ; график (рис. 1):

К

I

I

и

я

Рис. 1. Графическое представление закона Ома

Данные формы записи закона Ома, скорее всего, не вызовут затруднения у обучающихся и будут выполнены правильно. Но попробуем изменить задание и предло-

и

жить записать формулу Ы = — в виде текста и графика. Значительная часть школьников даст неверные ответы, поскольку сработает инерция мышления и аналогия с математикой: «переменную величину, стоящую справа от знака равенства, учащиеся воспринимают как отражающую причину, а стоящую слева - как отражающую следствие. Такое понимание идет от математики, в обиходе которой переменную, стоящую справа, принято называть независимой, а слева - зависимой. Это и воспринимается как наличие причинно-следственного отношения» [8]. Верным ответом будет следующий. Текст: сопротивление участка цепи равно отношению напряжения на концах этого участка к силе тока, протекающего по участку; график (рис. 2):

Я

Я

-►и

-►I

Рис. 2. График зависимости сопротивления от напряжения и силы тока

Задания такого типа предоставляют учителю возможность сделать вывод о том, на каком уровне понятие сформировано у учащихся: от первого, с «диффузно-рассеянным» представлением о предмете, явлении, до пятого, характеризуемого способностью устанавливать межпредметные связи, высоким уровнем систематизации и обобщения знаний об объектах, отражаемых в сознании посредством понятия [7].

Третий вид упражнений предназначен для выработки у учащихся навыка переводческой деятельности, т. е. для выработки умения представлять физический текст в различных формах - формулы, графика, таблицы. Например, можно предложить ученикам записать в виде математической формулы и в виде графика высказывание «гравитационная сила притяжения двух тел обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними» и т. д. Комбинируя различные виды упражнений, учитель может составлять и проводить физические диктанты, в ходе проверки которых и будет выясняться степень понимания учащимися физических текстов.

Одной из неотъемлемых составляющих решения физической задачи является запись ее условия в кратком виде. Как показывает практика, большинство учеников

испытывают при этом затруднения следующих видов: 1) незнание обозначений

физических величин; 2) неумение переводить значения физических величин в единицы СИ; 3) неумение определять физическое значение слов, характеризующих систему (тело) или процесс. Если преодолеть затруднения 1 и 2 можно достаточно легко и ребенок справляется с этим самостоятельно, то в третьем случае требуется глубокий анализ физических процессов, который «средний» ученик, как правило, не в состоянии провести. Особенную сложность в связи с этим представляют задачи с отсутствием или малым количеством числовых данных. Но тем не менее можно помочь детям преодолеть эту сложность хотя бы на формальном уровне, предоставив для них «толковый словарь» значений слов и выражений, употребляющихся достаточно часто. Например, выражение «тело начинает (заканчивает) движение» означает равенство нулю начальной (конечной) скорости; «гладкая поверхность» - отсутствие силы трения; «вращение колес без проскальзывания» - равенство скорости точки обода относительно центра колеса и скорости поступательного движения машины; «невесомая нить» - равенство сил натяжения нити по всей длине и т. д. Наличие подобного словаря для учителя сэкономит время для более детального обсуждения решения, при котором можно затронуть и причины приводимых в словаре толкований [9]. Работу по составлению такого словаря желательно проводить совместно с учащимися.

Работа учителя по достижению цели (научить школьников пониманию физических текстов) ведется на предметном материале в рамках изучаемой темы. Предлагается следующая методика:

1. Составление банка задач для обучения пониманию условия.

2. Составление вопросов к задачам, касающихся понимания смысла отдельных слов и словосочетаний, а также текста в целом.

3. Составление вопросов к задачам, касающихся смысла физических и математических терминов, встречающихся в задаче.

4. Составление упражнений по представлению информации условия в различных видах.

5. Работа со «словарем»: выяснение

смысла терминов - перевод с бытового языка на физический.

6. Работа со справочным материалом.

7. Составление упражнений по выяснению причинно-следственных связей величин.

8. Обучение обращению с терминами-омонимами.

Рассмотрим работу по данному алгоритму с условием задачи из курса физики за 10 класс.

1. Выбираем задачу, условие которой видится сложным с лингвистической точки

зрения: «С какой скоростью пролетит электрон, втягиваемый в кольцо, заряженное положительно с линейной плотностью у, если первоначально он находится на расстоянии Ы от плоскости кольца на его оси? Начальная скорость электрона у0 = 0».

2. Какая частица движется? Куда движется электрон? Где находился электрон первоначально? Как заряжено кольцо? Какова начальная скорость электрона? Что просят найти в задаче?

3. О каких объектах идет речь в задаче? Что такое электрон? Что такое линейная плотность заряда? Что такое ось кольца? Что такое плоскость кольца?

4. Изобразите на рисунке электрон,

кольцо, ось кольца. Изобразите на рисунке величины, касающиеся описания электрона, кольца. Запишите в виде формулы фразы: «электрон покоится», «кинетическая энергия электрона прямо пропорциональна квадрату его скорости», «кинетическая энергия

электрона прямо пропорциональна его массе», «потенциальная энергия электрона в электростатическом поле кольца прямо пропорциональна его заряду». Изобразите графики, соответствующие данным фразам. Составьте таблицу зависимости полной энергии электрона от времени.

5. Каковы размеры электрона по отношению к размерам кольца? Какой моделью в данном контексте можно представить электрон? Какой из пары объектов «электрон - кольцо» будет исполнять роль источника поля, а какой - пробного заряда? Почему?

6. Какие характеристики частицы мы можем узнать, имея в распоряжении справочные данные? Найдите эти характеристики.

7. Почему электрон втягивается в кольцо? Изобразите график зависимости заряда электрона от расстояния между ним и кольцом. Изобразите график зависимости заряда кольца от расстояния между ним и электроном. Изобразите график зависимости потенциальной энергии электрона от расстояния между ним и кольцом. Изобразите график зависимости кинетической энергии электрона от расстояния между ним и кольцом. Изобразите график зависимости полной энергии электрона от расстояния между ним и кольцом. Изобразите график зависимости кинетической энергии электрона от его потенциальной энергии.

Суммируя вышесказанное, можно представить методику формирования умения школьников понимать физические тексты.

Работая по данной методике, учитель подводит учащихся к решению задачи, ко-

торое теперь не вызовет затруднений, и снимет психологический барьер перед дальнейшим решением задач в курсе физики. После совместного с учителем разбора условий нескольких задач учащиеся вырабатывают навык самостоятельно анализировать предлагаемые тексты, что в значительной степени облегчает для них освоение предмета. Очевидно, что работа школьников с условием физической задачи - это отдельный творческий процесс, в ходе которого ученик не только демонстрирует уже имеющиеся у него знания, но и приобретает новые, находит межпредметные связи, начинает воспринимать задачу не как нечто абстрактное, а как конкретную ситуацию, приходит к пониманию того, что само решение лежит на поверхности при вдумчивом анализе условия.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Алексеев Б. Т. Процессуальный подход к семантике и герменевтика // Философия о предмете и субъекте научного познания / под ред.

Э. Ф. Караваева, Д. Н. Разеева. СПб. : Санкт-Петербургское философское общество, 2002. С. 9-22.

[2] Соколов Б. Г. Рецепция герменевтики в России // Между метафизикой и опытом / под ред. Д. Н. Разеева. СПб. : Санкт-Петербургское философское общество, 2001. С. 169-187.

[3] Гафаров Х. С. Герменевтика как попытка примирения естественнонаучного и гуманитарного знания. Ш1_: http://www.charko.narod.ru/tekst/ а1т1/даШт (дата обращения: 01.04.12).

[4] Шульга Е. Н. Научное открытие: герменевтический подход. Ш1_: http://www.tomb-raider6. narod.ru/lib/gg/grani_nauchnogo_tvorchestva/nau chnoe_otkrytie_germenevtichesk.html (дата обращения: 01.04.12).

[5] Арутюнян М. М. Методы анализа содержания учебника в контексте герменевтики и перево-доведения (на материале учебников по физике для вузов) : дис. ... канд. пед. наук. СПб., 2000. 166 с.

[6] Соболева О. Как учить школьника пониманию текста? Ш1_: http://www.eduhmao.ru/info/1/3794/ 34625 (дата обращения: 01.04.12).

[7] Усова А. В. Психолого-дидактические основы формирования физических понятий : учеб. пос. к спецкурсу. Челябинск : Челяб. гос. пед. ин-т, 1988. 90 с.

[8] Гомоюнов К. К. Совершенствование преподавания технических дисциплин : Методологические аспекты анализа учебных текстов. Л., 1983. 206 с.

[9] Левенко О. Е. О формировании умения выполнять краткую запись условия задачи // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов : тез. докл. Республиканской науч.-практ. конф. Челябинск : Изд-во ЧГПУ, 2000. Ч. II. С. 39.