Профильная модель реализации принципа историзма в обучении физике в условиях информатизации системы среднего образования Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

ПОДГОТОВКА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ К ^ ПРИМЕНЕНИЮ ИКТ В ОБРАЗОВАНИИ

УДК 371. 214. 46

Е.В. Оспенникова, Е.С. Шестакова

ПРОФИЛЬНАЯ МОДЕЛЬ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИНЦИПА ИСТОРИЗМА В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАТИЗАЦИИ СИСТЕМЫ СРЕДНЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Ключевые слова: методика обучения физике, принцип историзма в обучении, профильное обучение, элективные курсы, информационно-коммуникационные технологии, модели и инновационные практики обучения.

Обсуждаются задачи подготовки будущего учителя физики к реализации принципа историзма в обучении. Рассматриваются обновленное содержание принципа историзма в дидактике, модели его реализации в учебном процессе, уровни усвоения учащимся вопросов истории физической науки. Дается характеристика обновленной практики обучения школьников истории физики. В составе данной практики обсуждается применение средств ИКТ. Определены жанры цифровых учебных изданий исторического содержания.

Подробнее изложены вопросы внедрения в обучение профильной модели реализации принципа историзма. На основе структуры историко-научного знания определены виды элективных курсов по истории науки, рассматривается модульный подход к их организации. В качестве примера рассматривается содержание и методика организации элективного курса «Эксперимент в истории развития физической науки». Раскрывается содержание учебно-методического комплекта данного курса. Обсуждается концепция и содержание цифрового образовательного ресурса - информационного источника сложной структуры как средства его дидактической поддержки.

На необходимость изучения в предметных дисциплинах вопросов истории науки указывается в Государственном образовательном стандарте для средней

общеобразовательной школы. В частности, при формулировке целей основного общего образования по физике обозначена значимость воспитания у учащихся «... уважения к творцам науки и техники...». В стандарте среднего (полного) общего образования по физике в требованиях к уровню подготовки выпускников отмечается, что в результате изучения физики на базовом уровне выпускник должен знать «... вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики», а на профильном уровне - еще и «... уметь описывать фундаментальные опыты, оказавшие существенное влияние на развитие физики» [3].

Значение изучения вопросов истории науки

© Оспенникова Е.В., Шестакова Е.С., 2010

Роль изучения вопросов истории науки в обучении физике трудно переоценить. Рассмотрим значение изучения истории физики как фактора, влияющего на качество предметной подготовки учащихся в ее обучающем, развивающем и воспитательном аспектах.

Обучение

1. Совершенствование системы предметного знания:

• расширение и обогащение системы знаний по физике;

• углубление знаний; изложение вопросов истории науки способствует более глубокому пониманию учебного материала в случаях, если:

/ изучаемый элемент физического знания (факт, понятие, закон, теория) требует для полного осмысления его содержания раскрытия исторической логики его становления в науке;

/ имеющиеся (донаучные) представления учащихся не соответствуют современным научным представлениям об объекте познания, но тождественны представлениям, существовавшим в науке ранее и отвергнутым в ходе ее исторического развития;

' исторический контекст изложения значительно усиливает доказательность и убедительность выводов;

/ является важной демонстрация связи между знанием и методом его «добывания» в науке (методом научного исследования);

• обеспечение более высокого уровня систематизации предметных знаний за счет использования дополнительных методов и приемов реализации:

/ внутрипредметных связей;

/ межпредметных связей (демонстрация связи физики с другими науками в их историческом развитии);

• более полное раскрытие гуманитарной составляющей предметного знания за счет демонстрации учащимся социокультурного фона развития физической науки, целостности культуры каждой исторической эпохи (взаимосвязи истории развития науки и техники, с одной стороны, и истории развития общества - с другой);

• повышение прочности знаний (за счет анализа и повторения учебного материала в новом - историческом - контексте, интересном и эмоционально насыщенном для восприятия учащимися).

2. Расширение и углубление представлений по методологии познания:

• о предпосылках и условиях возникновения научных проблем;

• особенностях поиска методов разрешения противоречий, возникших в ходе научного познания;

• содержании данных методов, в частности способах постановки физических опытов (включая приемы эксплуатации, направления и способы модернизации экспериментальной техники), методах обработки опытных данных, их систематизации и обобщения (выявлении эмпирических закономерностей), методах теоретического исследования;

• движущих силах и внутренней логике развития физики как науки; закономерностях ее развития, включая законы диалектики.

3. Совершенствование познавательных и практических умений:

• в работе с различными источниками «готовой» информации;

• проведении учебного исследования (эмпирический и теоретический уровни познания);

• выполнении учебного технического исследования (элементы изобретения и рационализации);

• использовании средств ИКТ в выполнении различных видов исследовательской и практической работы.

Развитие и воспитание

4. Влияние процесса изучения исторической информации на становление социально-психических качеств личности учащихся:

• научного мировоззрения и естественно-научного стиля мышления (включая, в том числе, критичность как его непременную составляющую, готовность к преодолению научных и технических фобий);

• познавательного интереса к изучению физики, а также других социально-ценных мотивов учения, в частности: широких социальных мотивов за счет демонстрации общественной значимости исследования конкретных научных проблем в разные исторические периоды: профессиональной мотивации на примере причастности людей разных профессий к научным исследованиям в области физики и ее прикладных областях;

• эмоциональной сферы личности (ощущение красоты научного поиска и его результатов, сопереживание, возникновение чувства сопричастности и др.);

• нравственных позиций (в частности, профессиональной честности, ответственности за результаты научной деятельности и их практическое использование);

• гуманистических идеалов и гуманистического мышления;

• патриотизма и интернационализма;

• системы познавательных процессов (восприятия, представления, воображения, мышления, памяти, речи);

• творческих способностей учащихся.

Приведенная выше характеристика значимости изучения вопросов истории науки в школьном курсе физики является не только обоснованием необходимости реализации принципа историзма в обучении, но и убеждает нас в том, что существенно важным для педагогических вузов остается на сегодня подготовка будущих учителей физики в данном направлении.

Как известно, в стандарте ФГОС ВПО по направлению «Педагогическое образование» (профиль «Физика») в базовой и вариативной частях математического и естественнонаучного цикла представлены дисциплины «Естественно-научная картина мира» (72 часа) и «История естествознания и техники» (72 часа). В рамках данных дисциплин является возможным формирование у будущих бакалавров представлений о содержании принципа историзма и методах историко-научного исследования.

Методическая подготовка студентов к преподаванию вопросов истории науки в средней общеобразовательной школе должна осуществляться в рамках дисциплин базового и вариативного блоков профессионального цикла в составе дисциплины «Методика обучения физике» (МОФ). Как же обеспечено решение этой задачи на сегодняшний день?

Как показывает анализ предназначенных для студентов педагогических вузов учебных пособий по теории и методике обучения физике [1, 3, 6, 11, 12 и др.], содержание представленной в них информации, касающейся вопросов методики преподавания истории науки в учебном процессе по физике, весьма и весьма ограничено. Как правило, эти вопросы кратко обсуждаются лишь в контексте анализа содержания межпредметных связей физики и гуманитарных дисциплин [6, 12]. Специальной темы в структуре курса МОФ и соответственно учебного времени на освоение студентами вопросов методики ознакомления учащихся с материалами по истории физики не предусматривается.

Справедливости ради следует отметить, что материалы, касающиеся содержания и методики изучения вопросов истории физической науки в средней школе, можно найти в достаточно обширной дополнительной методической литературе (статьях периодической педагогической печати, отдельных методических пособиях для учителей, дидактических

материалах для учащихся, пособиях по элективным курсам и т.п.), а также в некоторых цифровых образовательных ресурсах на СБ и сайтах Интернета. Однако эти учебнометодические материалы обычно остаются вне поля зрения студентов. Имеет место лишь эпизодическое их использование при написании рефератов, курсовых или выпускных квалификационных работ.

Есть основания полагать, что методика изучения вопросов истории физической науки в средней школе может и должна быть рассмотрена в курсе теории и методики обучения физике как одно из важных и относительно самостоятельных направлений подготовки будущего учителя физики.

Основными задачами этой подготовки являются:

1. Совершенствование уровня предметной подготовки будущих учителей физики:

а) изучение истории фундаментальных физических открытий, истории возникновения и развития на их основе важнейших направлений классической и современной физики; знакомство с историей становления эмпирического знания (фактов, понятий, законов) и физических теорий; развитие представлений об эволюции физической картины мира;

б) обобщение и систематизация знаний студентов по физике в контексте ее исторического развития;

в) формирование представлений о взаимосвязи и взаимовлиянии физики и других естественных наук в их развитии, взаимосвязи процессов развития представлений о физической картине мира и его естественно-научной картине, становлении концепций современного естествознания;

г) совершенствование представлений о процессе познания, его закономерностях, истории развития методов научного поиска, логики и стиля научного мышления;

д) развитие представлений о связи истории науки и истории развития общества (в его научно-техническом, общественно-политическом и культурном направлениях);

е) приобретение знаний о жизни и деятельности выдающихся ученых-физиков и изобретателей, формирование представлений о роли личности в науке, научно-техническом прогрессе, развитии культуры человеческой цивилизации;

ж) воспитание социально ценных качеств личности студентов, повышение их общекультурного уровня, развитие общей и специальной эрудиции.

2. Совершенствование профессионально-методических знаний и умений студентов:

а) подготовка к реализации историко-методологического подхода в преподавании основного курса физики и профильных элективных учебных курсов по истории и методологии физики в средних специальных учебных заведениях как одного из направлений гуманитаризации школьного образования;

б) изучение содержания подготовки учащихся по истории научного знания;

в) освоение методов и приемов организации деятельности учащихся по изучению вопросов истории науки в процессе преподавания школьного курса физики;

г) изучение содержания и методики использования средств организации учебной работы школьников с материалами по истории научного знания; проектирование и разработка авторских средств обучения;

д) развитие представлений о системе организационных форм обучения физике на примере системы форм организации занятий основных и элективных учебных курсов, включающих материалы по истории науки;

е) освоение на основе применения в преподавании материалов по истории физики дополнительных методов и приемов актуализации и развития интереса учащихся к физике;

ж) изучение дополнительных подходов к организации межпредметных связей в преподавании физики, методов и приемов их реализации в преподавании на основе использования материалов по истории развития физической науки.

Часть указанных задач (в основном это задачи предметной подготовки студентов) может решаться в курсах «Естественно-научная картина мира» и «История естествознания и техники». Задачи методического содержания преимущественно должны

решаться в курсе «МОФ». Существенную роль в этом плане могут сыграть курсы по выбору студентов вариативной части профильного профессионального цикла учебных дисциплин.

Необходимость решения данных задач требует модернизации подготовки будущих учителей физики с точки зрения ее содержания, методов и форм организации. Отметим, что указанные изменения практики обучения не должны приводить к перегрузке студентов и снижению эффективности учебного процесса.

Содержание подготовки будущих учителей по методике обучения школьников вопросам истории физики может быть определено на основе анализа принципа историзма (его сущности, целей и следствий реализации в учебном процессе по физике).

Сущность и содержание принципа историзма в дидактике

С философских позиций «историзм» рассматривается как принцип изучения предмета в его возникновении, развитии и уничтожении, в связи со всем предшествующим и последующим развитием других предметов и вещей, окружающих его (Б.А. Грушин). Особенности содержания принципа историзма раскрываются в трудах исследователей, работающих в различных областях предметного знания: естествознании, математике, социологии, психологии, педагогике (С.Ш. Базарова, С.И. Беленцов, С.А. Бергер, Н.В. Вдовиченко, JI.C. Выготский, Г.И. Глейзер, В. С. Горский, В.В. Давыдов, 3. Дюркгейм, О.Н. Журавлева, А.Р. Лурия, М.Лауэ, М. Льоцци, Е.Ф. Стастенко, Г.В. Осипов, B.C. Шмаков и др.). Сущность принципа историзма как фундаментального регулятива процесса научного исследования на сегодня в основном определена.

В дидактике принцип историзма рассматривается в двух контекстах: как принцип познания педагогических явлений (общенаучный контекст) и как принцип обучения, определяющий систему требований к его организации. Вместе с тем попытки определить (более или менее строго) содержание принципа историзма как принципа дидактики в педагогической науке весьма ограничены. Трактовка данного принципа, как правило, исследователями не приводится. Рассматривается его значение и формулируются цели (В.А. Ильин, Б.И. Спасский, А.В. Усова и др.), указываются дидактические функции (И.В. Гофенберг и др.), анализируются отдельные направления и следствия их реализации в обучении (М. Мамадазимов, Е.В. Савелова, Б.И. Спасский и др.).

Анализ подходов к толкованию принципа историзма в различных областях научного знания позволяет сделать следующие выводы:

1. Принцип историзма является универсальным и реализуется во всех областях научного знания. Его сущность как фундаментального регулятива процесса научного исследования на сегодня в основном определена. Выделены направления историко-научного анализа явлений природы и общества, а также системы знаний об этих явлениях, накопленных в науке в разные исторические периоды ее развития. Разработаны и применяются универсальные и специфические для каждой науки методы и приемы реализации данного принципа в научном исследовании.

2. Принцип историзма в дидактике рассматривается в двух контекстах: как принцип познания педагогических явлений (общенаучный контекст) и как принцип обучения, определяющий систему требований к его организации.

3. Следует отметить, что на сегодня пока еще нет единого мнения относительно толкования принципа историзма как дидактического регулятива.

Анализ методических работ (Г.М. Голина, П.А. Знаменского, В.А. Ильина, А.И. Капралова, Е.С. Пурышевой, Н.В. Шароновой, Д.А. Исаева, Е. В. Савеловой, И.И. Соколова,

А.В. Усовой и др.) и диссертационных исследований (Т.Н. Бабенковой, Ж.С. Древич, Ю.А. Королева, В.И. Лебедева, Е.Г. Трофимова, Н.П. Форостяной, М.А. Червонного, Р.Н. Щербакова, А.И. Янцова и др.), касающихся вопросов реализации принципа историзма в обучении физике, позволяет утверждать, что в частной дидактике на сегодня сложилось три подхода к его толкованию:

а) методологический, направленный на формирование у учащихся знаний об основных закономерностях развития физической науки и методах научного познания природы;

б) культурологический, ориентированный на развитие общей культуры школьников;

в) нравственно-ценностный, связанный с формированием их социально значимых ориентаций и нравственных убеждений.

Исследователи в попытке раскрыть содержание принципа историзма в данном контексте описывают, как правило, лишь отдельные требования к организации учебного процесса, касающиеся:

а) особенностей содержания обучения (история становления науки и ее научного аппарата, история развития методологии познания, связь науки и социума на различных этапах исторического развития);

б) влияния процесса изучения исторической информации на социально-психические качества личности учащихся (мировоззрение, стиль мышления, интерес к познанию и познавательные умения, эмоциональную сферу личности, ее нравственные позиции, гуманистические идеалы).

4. Анализ позиций исследователей относительно содержания принципа историзма в обучении позволяет утверждать, что на сегодня является необходимым уточнение наших представлений о содержании принципа историзма как дидактического регулятива.

Рассмотрим содержание данного принципа применительно к процессу обучения физике.

Итак, принцип историзма в предметном обучении, в частности в обучении физике - это система регулятивов (дидактических требований), направляющих деятельность учителя:

1) на формирование у учащихся системы предметного историко-научного знания:

• об основных этапах зарождения и развития физической науки: обнаружения физических явлений (объектов, процессов); становления физических понятий; открытия экспериментальных законов; возникновения и развития физических теорий; развития отдельных областей физического знания; эволюции физической картины мира;

• этапах становления методов научного познания в области физических исследований, развития представлений о его закономерностях и принципах;

• взаимосвязи и взаимовлиянии наук в ходе их исторического развития {физика -математика, физика - астрономия, физика - биология, физика - химия и т.д.);

• взаимосвязи физики и техники, влиянии открытий в области физики на развитие: системы технических артефактов (от простейших орудий до сложных технических систем); системы технического знания и видов технической деятельности, включая научно-техническую деятельность;

• роли физики как науки в цепочке научных революций и соответственно научно-техническом прогрессе (НТП) общества, а также зарождении новых тенденций в НТП;

• влиянии уровня развития производительных сил общества и особенностей социально-политической атмосферы на различных этапах исторического развития на процесс и результативность научных исследований в области физики;

• жизни и деятельности творцов физической науки и выдающихся изобретателей, использовавших достижения физической науки в создании технических устройств (инструментов, приборов, машин и др.); роли личности в науке и развитии культуры человеческой цивилизации;

2) ознакомление учащихся с принципом историзма как принципом, регулирующим научное познание:

• формирование знаний о предмете историко-научного исследования;

• формирование представлений об основных направлениях историко-научного

подхода к процессу познания: историко-логическом, историографическом, историко-

методологическом, социологическом, ситуативной экстраполяции;

• формирование представлений о методах историко-научного исследования: общих, специальных;

• формирование первоначальных умений в реализации историко-научного подхода к процессу познания;

3) использование образовательного потенциала знаний по истории развития физической науки с целью:

• повышения качества знаний учащихся (глубины, полноты, системности, прочности) и совершенствования познавательных умений;

• формирования научного мировоззрения и естественно-научного стиля мышления как его непременной составляющей; развития потребности в исторической рефлексии, а также прогностического начала в мышлении;

• развития интереса к изучению физической науки и истории ее становления;

• обеспечения гуманитаризации физического образования;

• становления гуманистического сознания и формирования нравственных качеств личности учащихся;

• развития их эрудиции и общей культуры.

Отметим, что требования 1 и 2 в содержании принципа историзма раскрывают структуру предметного исторического знания: фактические знания по истории физики и методы историко-научного исследования. Отметим, что при разработке данной модели предметного научно-исторического знания мы опирались на предложенную ранее в работе [9] модель физического и физико-технического знания.

Представленная выше модель предметного историко-научного знания будет неполной, если не уточнить содержание объекта познания в историческом исследовании и состав методов исследования. Очевидно, что в различных областях научного знания объекты и методы историко-научного исследования имеют свою специфику. В области истории физической науки к ним относятся:

1) объекты историко-научного исследования:

а) предпосылки становления физики как науки;

б) этапы и общие закономерности развития физической науки; ключевые тенденции развития в конкретные исторические периоды; перспективы развития современной физики (прогнозирование направлений научного прогресса);

в) этапы и закономерности развития различных элементов физического знания (фактов, понятий, эмпирических законов, физических теорий, физической картины мира)-,

г) этапы и закономерности становления методов физических исследований (общих и специальных);

д) взаимосвязь уровня развития науки и уровней материально-технического, социально-экономического, политического и культурного развития общества в различные исторические периоды;

е) жизнь и деятельность ученых и изобретателей, определивших развитие физики как науки;

2) направления историко-научного исследования:

а) историко-логическое (исследование внутренней логики развития предмета);

б) историографическое (анализ научных фактов в хронологическом порядке);

в) историко-методологическое (анализ научных фактов с позиций какой-либо теоретико-методологической концепции);

г) социологическое (изучение влияния различных социальных структур, научных школ и местных условий на развитие исследований в изучаемой области знания);

д) ситуативной экстраполяции (case study) (изучение конкретной исторической ситуации, демонстрирующей общие закономерности развития явления или области знания) (по Н.В. Вдовиченко)',

3) методы исследования:

а) общие:

• метод гипотез - прогнозирование тенденций развития науки на основе изучения закономерностей этого развития, в том числе на основе построения моделей будущих событий;

• методы эвристики (ретроспективного и сравнительного анализа, исторической аналогии, экстраполяции, актуализации и последующей интеграции различных идей и подходов к анализу объектов познания и др.);

• методы диалектики в познании предмета в его историческом развитии.

б) специальные:

• сбора информации (исследование библиографических источников исторического знания - рукописей, публикаций; интервью - изучение воспоминаний; работа с аудио- и видеохроникой, музейных экспонатами и экспонатов частных коллекций);

• статистической обработки информации (например, обработка с использованием современных методов статистики данных результатов экспериментальных исследований);

• систематизации исторических фактов (упорядочивание событий по различным основаниям) и обобщение исторической информации (выявление причинно-следственных связей и закономерностей развития исторических событий)',

> историко-генетический метод (выявление причинно-следственных связей и закономерностей развития исторического события);

проблемно-хронологический метод (расчленение сложной проблемы на ряд частных проблем и анализ их решения в хронологическом порядке);

> историко-сравнительный метод (выявление на основе сравнения,

отождествления, аналогии общих и особенных черт в развитии разных событий, явлений, структур);

> историко-типологический метод (упорядочивание предметов изучения по качественно различным типам (классам) на основе присущих им существенных признаков);

> метод периодизации - выделение этапов в развитии различных общественных, социальных явлений, определение критериев периодизации;

> структурно-диахронный метод (изучение в сравнении разновременных исторических процессов) (по М.В Зеленову);

• моделирования исторических объектов и процессов (их реконструкция на основе метода моделирования), в том числе в виртуальной информационной среде (например: уникальных физических явлений, произошедших в конкретный исторический период; техники постановки физических экспериментов в их исторической версии; работы технических объектов и др.) и исследования моделей исторических объектов и процессов.

Уровни усвоения учащимся вопросов истории физической науки

Составляющие содержание принципа историзма в обучении физике должны быть представлены в обучении в разном весовом соотношении (по объему и глубине изложения вопросов, степени освоения учащимися). Укажем возможные уровни усвоения учащимися материалов по истории науки:

1-й уровень - знакомство с отдельными вопросами истории науки;

2-й уровень - изучение ключевых вопросов истории развития физики, формирование общих представлений о системе знаний по истории науки и методах историко-научного анализа;

3-й уровень - изучение закономерностей исторического развития науки и освоение соответствующего историко-методологического понятийного аппарата; формирование начальных умений в применении методов историко-научного исследования;

4-й уровень - отработка практических умений и навыков самостоятельного учебного исторического исследования при выполнении творческих проектов.

Отметим, что каждый из последующих уровней развития вбирает в себя результаты предыдущих.

Как видно из содержания принципа историзма, проблема его реализации в обучении для методической науки весьма актуальна. Исследователям еще только предстоит определиться в выборе методов и приемов, форм и средств обучения по целому ряду составляющих содержание данного принципа. По некоторым из его составляющих необходимо развитие имеющихся методических взглядов и подходов к обучению. Необходимость дальнейшей разработки рассматриваемой проблемы на современном этапе вызвана процессами модернизации системы отечественного образования, и в частности в таких направлениях его преобразования, как профилизация и информатизация.

Модели реализации принципа историзма в обучении

Можно говорить о разных дидактических моделях реализации принципа историзма в обучении:

• традиционная модель: вопросы истории изучаются в составе основной учебной программы в органической связи с изучением физических явлений, законов и теорий, а также в ряде случаев и в качестве дополнительной информации к учебному материалу;

• профильная модель: вопросы истории физики изучаются в рамках элективных курсов историко-методологической направленности (традиционных, дистанционных);

• модель дополнительного образования: изучение материалов истории науки

осуществляется во внеурочное время на дополнительных тематических курсах, ориентированных на учащихся, проявивших к этому интерес;

• модель самообразования', организация самостоятельной образовательной деятельности учащихся по освоению вопросов истории науки на основе учебной и дополнительной литературы, цифровых образовательных ресурсов;

• комплексная модель: различные сочетания приведенных выше моделей обучения.

Каждая из моделей имеет свои преимущества и недостатки. В частности, традиционная модель из-за недостатка учебного времени, невысокого уровня развития дидактического обеспечения учебного процесса материалами по истории науки не позволяет в полном объеме раскрыть все составляющие принципа историзма в обучении и обеспечить высокий уровень усвоения учащимися материалов по истории науки. Для профильной модели характерными отрицательными моментами обучения является неполный охват учащихся, отсутствие тесной связи с основным курсом физики. Более того, данная модель находится пока еще в стадии своего становления. Число, разнообразие и качество дидактического и учебно-методического обеспечения элективных курсов по истории физики для профильной школы пока еще явно недостаточны. Модель дополнительного образования также обеспечивает обучение лишь ограниченного круга учащихся. Содержание обучения в рамках данной модели характеризуется еще более низким уровнем согласования с содержанием основного учебного курса. Модель самообразования требует основательной разработки и популяризации соответствующих источников исторической информации, развития системы стимулирования деятельности учащихся с этими источниками, установления и развития системы связей практики самообразования и работы школьников по основному учебному курсу. Очевидны слабые возможности этой модели в управлении самостоятельной работой учащихся и контроле результатов самообразования.

Есть основания предполагать, что наиболее эффективной моделью обучения будет комплексная образовательная модель.

Мы попытались выяснить, какие из указанных моделей реализации принципа историзма наиболее популярны в обучении физике. Констатирующий эксперимент проводился в нескольких школах г. Перми и Пермского края. Анализ результатов констатирующего эксперимента показал, что большинство учителей используют традиционную модель

обучения. Вопросы истории науки так или иначе рассматриваются на занятиях по физике практически при изучении каждой новой учебной темы. Как правило, информация предъявляется в виде кратких исторических очерков, касающихся постановки научных опытов, открытия физических законов, возникновения и развития физических теорий, изобретения отдельных технических устройств, жизни и деятельности ученых и изобретателей. Реже используются некоторые другие способы подачи исторического материала. Оценка уровня исторических знаний учащихся свидетельствует о том, что в рамках этой модели реализуются в основном начальный (первый) уровень освоения учащимися знаний по истории физики (знакомство с отдельными вопросами истории науки). Мало внимания уделяется самостоятельной работе учащихся по изучению вопросов истории научного знания. Ее организация, как правило, в дидактическом отношении малоэффективна.

Важно отметить, что содержательную основу традиционной модели реализации принципа историзма в обучении физике, как правило, составляют собственные (пусть и весьма несовершенные) историографические исследования учителей (изучение, отбор, систематизация и обобщение исторического материала). Анализ результатов опроса преподавателей позволяет утверждать, что это связано с особенностями и характером представления материалов по истории физики в различных источниках. Действительно, даже в методических пособиях исторической тематики (полиграфических, цифровых) информация по истории научного знания не всегда является дидактически «готовой» для непосредственного включения в учебный процесс как с точки зрения ее достаточности и достоверности, так и с точки зрения ее методической проработки.

Первый уровень освоения исторического учебного материала, обеспечиваемый в рамках традиционной модели изучения вопросов истории науки в школьном курсе физики, в основном соответствует Стандарту предметной подготовки учащихся средней школы. Более высокие уровни подготовки по истории физики (второй, третий и четвертый) (см. выше характеристику уровней подготовки) могут быть обеспечены только за счет включения в учебный процесс элективных курсов по истории науки (профильная модель обучения).

Элективные курсы как средство реализации профильной модели. Развитие системы элективных курсов по истории науки

Успех применения профильной модели реализации принципа историзма в обучении существенно зависит от того, насколько развита на сегодня в профильном обучении система элективных курсов и в какой мере содержание этих курсов направлено в числе прочих педагогически значимых ориентиров на реализацию принципа историзма в обучении.

Представляет интерес проблема разработки элективных курсов (ЭК) по истории науки. В рамках данной проблемы является важным обсуждение следующих ее аспектов: видовое разнообразие элективных курсов по истории науки, особенности структуры и содержания курсов конкретных видов, требования к проектированию программ элективных курсов по истории науки.

Проблеме содержания и методики организации элективных курсов по истории физики посвящены работы И.Н. Анохиной, А.А. Богуша, Г.М. Голина, Д.А. Исаева, Н.С. Пурышевой, Н.В. Шароновой, О.Ф. Кабардина, А.Н. Леоненко, В.А. Орлова, Н.И. Сначевой, М.Н. Шишкиной и др. Богатый материал по истории физики, действительно, может составить основу для разработки разнообразных элективных курсов. В настоящее время разработаны и рекомендованы для использования в учебном процессе средней школы программы ряда элективных курсов по истории науки. Их число пока не велико. Наиболее известные из них представлены ниже:

1. «Фундаментальные эксперименты в физической науке» (авторы: Н.С. Пурышева,

Н.В. Шаронова, Д.А. Исаев, 2005).

2. «Механика в исторических опытах» (автор: И.А. Мельникова, 2006).

3. «История физики и ее творцов» (автор: Ю.В. Казакова, 2004).

4. «История физической науки: события, факты, люди» (автор: А.Н. Леоненко,

2005).

5. «История отечественной физики» (автор: В.А. Орлов, 2005).

6. «Поиски и открытия физики» (автор: Т.В. Суханова, 2006).

7. Биофизика• история, открытия, современность (авторы: А.В. Брильков,

В.В. Фишов, 2006).

Нами выполнен анализ учебных программ названных курсов. Основные направления анализа: 1) степень новизны материала для учащихся, 2) соответствие программы курса дидактическим принципам обучения; 3) используемые методы обучения, 4) практическая направленность курса, 5) развивающий потенциал курса, 6) использование современных информационных технологий обучения.

При безусловной важности и полезности подготовленных курсов одним из их общих недостатков является то, что не четко обозначена роль каждого курса в реализации принципа историзма. В большинстве случаев авторами более или менее определенно раскрывается образовательный потенциал знаний, которые приобретают учащиеся по программе курса (развитие и воспитание учащихся). Что же касается фактической подготовки учащихся по истории науки, то в этом вопросе ясность постановки задач обучения невелика. В основном элективные курсы по истории науки направлены на формирование у учащихся лишь отдельных элементов предметного научно-исторического знания (т.е. обеспечивается опять же первый уровень освоения вопросов истории физики). К тому же в большинстве случаев обнаруживается достаточно стихийный подход к отбору этих элементов. Исключение в этом плане составляют лишь курсы «Фундаментальные эксперименты в физической науке» (авторы: Н.С. Пурышева, Н.В. Шаронова, Д.А. Исаев, 2005 г.) и «Механика в исторических опытах» (автор: И.А. Мельникова, 2006), в которых освещаются вопросы истории постановки фундаментальных физических опытов и становления экспериментального метода научного познания. Задачи же формирования у учащихся умений в выполнении историко-научного анализа объектов познания практически не ставятся и соответственно не решаются ни в одном из указанных курсов. Лишь в отдельных ЭК авторы рекомендуют учащимся выполнить творческие работы по истории науки. При этом в большинстве случаев перед учащимися не ставятся сколько-нибудь определенные задачи историко-научного анализа информации, не даются соответствующие указания по применению методов исторического исследования.

При проектировании программ ЭК по истории физики, на наш взгляд, важно помнить, что система элективных курсов по истории науки должна как минимум обеспечивать второй и поддерживать третий и четвертый уровни подготовки учащихся. Решение этой методической задачи в настоящее время является весьма актуальным. Рассмотрим основные подходы к ее решению.

Программу любого курса по истории науки необходимо строить с учетом содержания принципа историзма в обучении. Составляющие принципа историзма в обучении указывают нам на относительно самостоятельные блоки модели исторического знания (см. первую и вторую составляющие принципа историзма в обучении). Состав этих блоков следует учитывать при разработке тематики элективных курсов по истории науки и соответственно их содержания.

Изучение вопросов истории физической науки в рамках предложенной в настоящем исследовании модели исторического знания позволит учащимся глубже осознать структуру предмета учения (истории физики), освоить методологию научного познания в историческом контексте развития физической науки, получить представление и приобрести начальный опыт применения методов научно-исторического исследования. В рамках, каждого из названных блоков возможна более «гонкая» дифференциация исторического материала. Базой для структурирования материала в этом случае могут служить обобщенные планы изучения элементов системы научного и научно-технического знания, а также другие основания

систематизации исторического материала (например, систематизация достижений в области физики и ее прикладных составляющих в соответствии с эпохами исторического развития, научными революциями, основными направлениями научно-технического прогресса и др.).

Соответственно структуре модели исторического знания (см. выше) могут быть определены виды элективных курсов по истории физики. Богатство структурных составляющих исторического знания определяет видовое разнообразие предметных элективных курсов данной тематики. Название курса каждого конкретного вида должно соответствовать в общем и целом его видовому признаку.

Приведем примерные названия для элективных курсов некоторых видов:

• «История физического эксперимента» (предпосылки, техника и методика

проведения экспериментальных исследований в истории развития науки, история развития методов экспериментального исследования);

• «История выдающихся открытий в экспериментальной физике» (история

открытия новых физических явлений и/или экспериментальных законов);

• «История становления и развития физических понятий» (фундаментальных и/или всех прочих физических понятий);

• «История становления физических теорий»;

• «Эволюция физической картины мира»;

• «История физики в ее взаимосвязи с развитием естественно-научного и гуманитарного знания»;

• «Роль физики в развитии техники: от простейших орудий до сложных

технических систем»;

• «Открытия в физике и научные революции»;

• «История физики и методы научно-исторического исследования» и т.д.

В зависимости от объема часов, выделяемых на преподавание ЭК, для каждого из них может быть конкретизирована область физического знания (раздел или тема основного учебного курса), а также область практических приложений физики. Например, «История становления и развития физических понятий. Понятия о механических явлениях» или «Роль физики в развитии техники: от простейших орудий до сложных технических систем. Нанотехнологии».

Кроме предметных элективных курсов по истории науки могут быть предложены ЭК интегративного характера:

• «Естественно-научный эксперимент»,

• «Великие научные открытия в естествознании»,

• «Эволюция естественно-научной картины мира»,

• «Методология естественно-научного познания»,

• «Великие открытия в естествознании и научно-технический прогресс» и др.

В каждом из этих интегративных курсов должна быть представлена соответствующая составляющая принципа историзма в обучении физике в ее взаимосвязи с историей развития естественно-научного знания. Отметим, что интегративные элективные курсы по истории науки могут быть организованы как в рамках предметов естественно-научного цикла (физика - математика, физика - астрономия, физика - биология, физика - химия, физика -география), так и на стыке естественно-научного и гуманитарного знаний (физика -философия, физика - история социального развития, физика - иностранный язык и т.д.).

Интеграция естественно-научного и гуманитарного знаний в разработке ЭК на сегодня весьма актуальна. История научного знания как формы общественного сознания является отражением истории развития человеческой цивилизации. В арсенале истории науки накоплено большое количество фактов и событий. Известно, что научные открытия совершались представителями разных народов и в разные эпохи, о чем свидетельствуют источники исторического знания, представленные на разных языках. Изучение истории развития физической науки на языке автора научного открытия может представлять большой

интерес для учащихся, углубленно изучающих иностранные языки. В учебном плане школ, ориентированных на углубленное изучение иностранного языка, вполне могут быть представлены межпредметные элективные курсы по истории науки, разработанные с учетом МПС не только во взаимосвязи «физика - история», «физика - философия» и т.п., но и во взаимосвязи «физика - иностранный язык». За счет введения таких элективных курсов расширяется содержательная база решения проблемы билингв ального образования учащихся, являющейся на сегодня в связи развитием взаимодействия мировых образовательных систем чрезвычайно актуальной.

Применение ИКТ в изучении вопросов истории науки

На современном этапе совершенствования системы общего среднего образования, для которого характерны не только усиление внимания к дифференциации обучения в старшей профильной школе, но и активно разворачивающиеся процессы его информатизации, возникают условия для принципиально новых решений проблемы методики преподавания вопросов истории науки в школьном курсе физики.

Вместе с тем анализ программ ЭК по истории науки, разработанных для средней школы, демонстрирует их слабую направленность на применение в обучении средств ИКТ. Потенциал информационно-коммуникационных технологий в преподавании вопросов истории физики в настоящее время остается практически не реализованным.

Анализ результатов методических исследований и практики школьного обучения в области применения средств ИКТ в обучении истории физической науки позволяет сделать следующие выводы:

1. Накоплен значительный багаж знаний в области истории развития физической науки, который представлен главным образом в своей полиграфический версии. Полиграфические источники информации составили основу для создания локальных и сетевых образовательных ресурсов по истории науки. Как традиционные, так и новые (цифровые) ресурсы исторической тематики в своем большинстве предоставляют учащимся материал для дополнительного чтения, обогащающего и расширяющего содержание образовательного стандарта по предмету.

2. В отличие от традиционных школьных учебников и пособий электронные учебные издания позволяют создавать достаточно большие массивы исторической информации по всему комплексу направлений развития физической науки. Но несмотря на это электронные учебные пособия пока не слишком отличаются по своему дидактическому потенциалу от традиционной учебной книги. Большинство цифровых ресурсов, как правило, дублируют учебную информацию из полиграфических учебных изданий. Повышение эффективности применения цифровых ресурсов в обучении возможно за счет применения мультимедийных компонентов виртуальной среды, которые в настоящее время используются далеко не в полной мере.

3. В настоящее время актуальны не столько проблемы наполнения виртуальной образовательной среды информацией исторического содержания, сколько проблемы качества этой информации, форм ее представления и системной организации на цифровом носителе. В связи с этим должна быть активизирована целенаправленная работа по совершенствованию содержания учебного материала исторической тематики в уже имеющихся электронных учебных пособиях на СО и сайтах Интернета.

3.1. Содержание цифровых ресурсов должно в полном объеме поддерживать реализацию основных составляющих принципа историзма в обучении физике (в комплексе и/или по отдельным составляющим). Для целенаправленной и результативной подготовки учащихся в данном направлении уже имеющейся на сегодня ресурсной базы недостаточно. Необходимо ее дальнейшее развитие, в том числе с учетом различных дидактических моделей этой подготовки.

3.2. Практически отсутствуют специализированные цифровые издания по истории науки, соответственно, пока четко не обозначен их жанровый состав. Тем не менее, можно указать возможные жанры цифровых учебных изданий исторического содержания:

а) электронные копии: учебных пособий, монографий, хрестоматий исторического содержания, видео- и аудиоматериалов по истории физики;

б) программно-педагогические средства (ППС) по истории науки:

• энциклопедии и энциклопедические словари;

• справочники;

• хрестоматии;

• коллекции исторических материалов', рисунков; фотоиллюстраций; моделей (в том числе моделей исторического физического эксперимента), видеосюжетов; таблиц и схем; опорных конспектов; тематических презентаций и т.п.;

• каталоги учебных материалов по истории физической науки;

• библиотеки (т.е. каталоги и соответствующие им коллекции);

• интерактивные учебные пособия для элективных курсов по истории физики (например, интерактивный задачник «История физики в задачах и вопросах»);

• виртуальные лаборатории по истории физического эксперимента;

• виртуальные учебные занятия исторического содержания (лекции, уроки, экскурсии и т.п.);

• виртуальные музеи по истории развития физической науки и техники;

• виртуальные галереи портретов ученых и изобретателей;

• компьютерные дидактические игры по истории физики.

3.3. Представленная на цифровых носителях информация по истории науки в большинстве своем недостаточно систематизирована. Систематизация учебного материала по истории науки является на сегодня весьма важным аспектом проблемы реализации принципа историзма в обучении. На сегодня в методике преподавания физики уже выделены различные основания систематизации материала по истории научного знания (общественно-экономические формации; исторические периоды развития физического знания; этапы развития технической культуры общества; области развития физической науки; роль научного открытия в развитии физической науки, в частности, роль физического эксперимента в развитии науки; связь физики с другими науками и др.). С этой целью могут быть использованы и другие основания, например, структура элементов системы научного знания. Данная структура представлена в педагогической науке обобщенными планами изучения элементов системы научного знания [8, 12]. В частности, системное изложение исторических сведений по истории постановки физического эксперимента может быть построено в соответствии с обобщенным планом изучения научного факта. С целью систематизации исторической информации вполне успешно могут использоваться планы изучения физических теорий, физической картины мира и др. Такие планы позволяют авторам-разработчикам содержания цифровых ресурсов не упустить из вида ключевые составляющие исторического обзора, а учащимся при работе с данными материалами сосредоточить свое внимание на важнейших элементах его содержания, глубже осознать структуру предмета физики как науки.

Для систематизации исторического материала могут использоваться различные способы и технологии наглядного отображения структуры исторического знания: 1) структурно-логические схемы, 2) систематизирующие таблицы, 3) опорные сигналы и конспекты, 4) информационная графика («ленты времени», «карты физических открытий», блок-схемы), в том числе компьютерная инфографика; 5) гиперграфика и гипертекст, 6) указатели, 7) поисковые системы, 8) системы навигации и др.

Реализация этих способов системного представления материалов по истории научного знания и их функциональные возможности, с одной стороны, позволяют учащимся оперативно устанавливать связи между элементами учебного материала, с другой -

«дозировать» содержание и объем потребляемой информации в зависимости от целей работы.

В настоящее время в цифровых ресурсах для системного представления учебного материала по истории науки используется пока не слишком развитый инструментарий. Как правило, это указатели, поисковые системы, системы навигации, гипертекст, реже структурно-логические схемы и элементы гиперграфики.

3.4. Актуальной является проблема развития форм представления исторического материала в виртуальной информационной среде. Сегодня основными формами представления информации в виртуальной среде являются текст, статичные иллюстрации, не всегда эффективно задействованы мультимедийные возможности виртуальной среды обучения, а также такие ее уникальные свойства, как интераюпив, мультимедиа, моделинг и коммуникативность. Их использование при проектировании информационных ресурсов исторического содержания позволило бы заметно расширить состав форм представления исторического материала Это могут быть не только учебные тексты и статичные иллюстрации (рисунки, фото, компьютерная графика), но и анимации, аудио- и видеоматериалы, интерактивная гиперграфика, интерактивные модели, среда «виртуальной реальности» (симуляторы, тренажёры, конструкторы) и пр. Многообразие используемых в виртуальной среде учебных объектов (элементарных и сложных) поможет учащимся получить более полную и точную информацию о содержании исторических фактов, будет способствовать формированию у них более глубоких знаний по вопросам истории физической науки, обеспечит рост интереса школьников к изучению культуры прошлых столетий.

Особе внимание при разработке цифровых ресурсов по истории науки следует уделить таким виртуальным объектам, как интерактивные модели. Функциональные возможности ЭВМ позволяют создать в виртуальной среде весьма полезные в дидактическом отношении интерактивные модели отдельных компонентов исторического физического знания (модели мысленных физических экспериментов, модели натурных исторических экспериментов, модели идеализированных объектов физических теорий на различных этапах развития теоретического знания и др.). Частично этот потенциал виртуальной среды уже используется при создании цифровых объектов по истории науки. Например, разрабатываются модели отдельных фундаментальных физических экспериментов [7, 10]. Однако эти модели чаще создаются в демонстрационном (не интерактивном) варианте, и таких разработок пока явно недостаточно.

Отметим, что это направление разработки цифровых ресурсов по истории физики чрезвычайно плодотворно, но при этом и наиболее трудоемко.

3.5. В большинстве случаев при проектировании структуры цифрового ресурса не предусматривается система дифференциации учебного материала по истории науки, предполагающая разную степень полноты и сложности представления исторической информации с ориентиром на разные уровни образовательной подготовки учащихся (начальная, основная и старшая школы). Эта проблема в ближайшей перспективе тоже должна быть решена.

4. Несмотря на большое количество полиграфических и цифровых образовательных ресурсов, содержащих сведения по истории физики, в составе этих ресурсов совершенно недостаточно дидактических материалов для организации активной самостоятельной работы учащихся по изучению вопросов истории физической науки. Большинство ресурсов ориентированы на теоретическое изучение исторических материалов (преимущественно чтение, понимание, запоминание, пересказ, реже подготовку рефератов). Задания практического характера для активной самостоятельной работы учащихся с историческим материалом встречаются крайне редко и являются скорее исключением, чем правилом. Мало заданий для творческой проектной деятельности учащихся по истории науки.

Редко встречаются и методические материалы для учителя, содержащие описание методики организации самостоятельной учебной деятельности учащихся с материалами по истории науки, в том числе с ориентиром на различные виды работы с историческим контентом.

Исключение составляет лишь полиграфическое учебное пособие Н.С. Пурышевой,

Н.В. Шароновой, Д.А. Исаева «Фундаментальные эксперименты в физической науке» (М.: БИНОМ, 2005). Авторы этого элективного курса дают учителю физики общие рекомендации по его организации. В их составе рекомендации по использованию компьютера при изучении программы курса и применению методов обучения, способствующих развитию у учащихся умений и навыков самостоятельной работы с исторической информацией (выполнение лабораторного эксперимента; компьютерное моделирование в среде «Живая физика» (MSC. Working Knowledge, ИНТ), подготовка рефератов, выступление с докладом, организация дискуссий).

5. В большинстве случаев информация по истории науки, представленная на электронных носителях, не предполагает контроль знаний учащихся. Между тем, в ряде ресурсов вопросы, контролирующие знания учащихся по истории науки, все-таки встречаются. С целью упрощения подготовки измерительных материалов для контроля знаний учащихся по истории физики обычно используются тесты (как правило, с выбором варианта ответа из некоторого множества). Вместе с тем для более эффективной проверки уровня подготовки учащихся целесообразно использовать и другие формы контроля: выполнение лабораторных работ исторической тематики (например, на базе виртуальных моделей исторического эксперимента), решение задач исторического содержания, проведение простейших историко-научных исследований (например, моделирование и исследование исторических объектов в виртуальной среде) и др. Разнообразие заданий способствует активизации у учащихся всех познавательных процессов (восприятия, представления, воображения, мышления, памяти, речи) и существенным образом влияет на состав формируемых у них учебных умений. Кроме того, варьирование способов контроля позволяет учителю оценить не только уровень знаний учащихся по истории науки, но и приобретенные ими умения научно-исторического анализа (см. составляющие принципа историзма в обучении).

6. Несмотря на растущий интерес учителей и методистов к исследуемой проблеме в методике преподавания физики в последние 10-15 лет практически отсутствуют публикации, посвященные изложению вопросов методики реализации принципа историзма в обучении физике. В практике школьного обучения в настоявшее время применяется в основном тот фактический и методический материал, который был накоплен в 50-90-е гг. прошлого столетия. В большинстве случаев весьма традиционными остаются методы и средства организации работы школьников по изучению вопросов истории физики.

Крайне мало методических публикаций, посвященных анализу обсуждаемой проблемы в контексте модернизации современной системы образования, и, в частности исследований, направленных на изучение особенностей методики преподавания вопросов истории физики в условиях профильного обучения с применением средств ИКТ.

Новая практика обучения школьников по истории физической науки

Подводя итоги анализа состояния проблемы реализации принципа историзма в обучении физике, определим наиболее актуальные направления исследования:

а) дальнейшая разработка содержания основных составляющих принципа историзма (см. ранее) как системы регулятивов (дидактических требований), направляющих деятельность учителя физики;

б) разработка методики реализации в учебном процессе по физике основных составляющих принципа историзма;

в) исследование особенностей различных моделей реализации принципа историзма в обучении физике и соответствующих им уровней освоения учащимися материалов по истории науки;

г) исследование особенностей реализации принципа историзма в учебном процессе по физике в условиях модернизации образования с учетом таких ее ключевых направлений, как

профилизация, информатизация, интеграция направлений предметной подготовки, гуманизация и гуманитаризация;

д) уточнение содержания и дальнейшее развитие системы дидактических материалов по истории физики (полиграфических, цифровых), поддерживающих эффективные методики и технологии обучения;

е) разработка программ и учебно-методических материалов для дисциплин вариативной части профессиональной подготовки будущих учителей физики к реализации принципа историзма в обучении в условиях модернизации системы образования.

На сегодня в старшей (профильной) общеобразовательной школе созданы и совершенствуются необходимые для дифференциации обучения условия. Обеспечен широкий выбор учащимися направлений образовательной подготовки. Это достигается за счет разнообразия профиля обучения и многообразия элективных учебных курсов внутри каждого профиля.

Элективные учебные курсы по истории науки занимают вполне самостоятельную дидактическую нишу. Система ЭК исторической направленности постепенно развивается. Совершенствуются методика и технологии организации занятий ЭК. Есть основания полагать, что современные элективные курсы по истории науки должны быть ориентированы на более высокий уровень подготовки учащихся с точки зрения системы приобретаемого ими историко-научного знания и осваиваемых методов познания. Более того, традиционные технологии потребления учебной информации по истории науки должны гармонично дополняться компьютерными технологиями. Учащимся необходимо овладеть общими подходами к восприятию, обработке и рациональному использованию и хранению информации по истории научного знания независимо от того, представлена ли она книгой или размещена на цифровом носителе. Выпускники средней школы должны овладеть и эффективно пользоваться новыми инструментами поиска, обработки и визуального представления результатов работы с историческим материалом {работа с сервисами Интернета, применение стандартных компьютерных программ, работа в средах компьютерного моделирования, разработка цифровых презентаций, создание анимации, подготовка цифрового видео и др.). Формирование более широкого комплекса умений возможно только при условии систематической и разнообразной самостоятельной работы учащихся не только с традиционными, но и цифровыми ресурсами по истории научного знания, новыми инструментами учебной деятельности.

Новая практика организации учебных занятий по истории физической науки должна быть направлена:

• на формирование у учащихся системы предметно-исторического знания; развитие у них представлений о принципе историзма как принципе, регулирующем процесс научного познания; знакомство с объектами и методами историко-научного исследования; формирование умений самостоятельного приобретения знаний по истории науки, в том числе обобщенных, включая начальные умения в проведении историко-научного исследования;

• использование образовательного потенциала знаний по истории физики (рост качества предметного обучения, развитие и воспитание учащихся);

• применение в обучении истории науки средств информационнокоммуникационных технологий;

• эффективное использование потенциала элективных курсов исторической направленности.

Результатом обучения должно стать обеспечение 1-2-го (для основного профильного курса) и 3-4-го (для элективного курса) уровней подготовки учащихся по истории науки (характеристика уровней, см. выше).

Необходимой составляющей новой практики обучения является комплект дидактических материалов (ДМ), поддерживающих самостоятельную работу учащихся по

изучению вопросов истории научного знания. Комплекс заданий комплекта ДМ должен обеспечивать формирование у учащихся системы историко-научных знаний в какой-либо области истории науки и умений в их самостоятельном приобретении, в том числе исследовательских. В состав данных умений должны войти умения по применению в учебной деятельности цифровых ресурсов и инструментов. Практика применения средств ИКТ в организации деятельности учащихся по освоению вопросов истории науки станет для учителя менее трудоемкой и более эффективной, если система дидактических пособий по истории науки пополнится специальными цифровыми пособиями.

Совершенствование системы цифровых учебных пособий по истории науки

Необходимость разработки специальных цифровых образовательных ресурсов по истории науки обусловлена сложившимся на сегодня уровнем развития системы дидактических материалов исторической направленности.

Значительная часть ресурсов по истории науки существует в основном в полиграфическом формате и представляет собой «автономные» (т.е. слабо взаимодействующие с основными предметными курсами) учебные материалы. Как правило, эти ресурсы носят справочно-информационный или художественно-публицистический характер. Пока еще мало пособий, ориентирующих учащихся на активную деятельность, инициативу и творчество в работе с предметным историческим контентом. Практически отсутствуют специализированные учебные пособия, в которых последовательно реализуются основные составляющие принципа историзма в предметном обучении.

Наряду с полиграфическими пособиями исторической тематики непрерывно развиваются система и наполнение цифровых источников информации по истории научного знания (в основном это сетевые ресурсы). Цифровая составляющая исторического контента отличается достаточным богатством и разнообразием предметного содержания и в ряде случаев реализует возможности виртуальной среды обучения (гипертекстовая организация информации, яркие иллюстрации, интерактивные модели, анимации и пр.). Отмечая достоинства цифровой образовательной ресурсной базы по истории науки, следует указать и ее недостатки, а именно: цифровые материалы исторического содержания, представленные на СБ и в Интернете, также как и полиграфические, носят преимущественно справочноинформационный характер, они в значительной степени разрознены и плохо систематизированы. Требует развития и разнообразия мультимедиасоставляющая цифрового исторического контента. Данные ресурсы, как правило, слабо ориентированы на организацию разнообразной самостоятельной работы учащихся с исторической информацией.

С целью поддержки новой практики обучения школьников по истории науки на кафедре мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения Пермского государственного педагогического университета выполнена разработка программы и учебнометодических материалов для элективного курса «Эксперимент в истории развития физической науки». Курс ориентирован на обеспечение преимущественно второго уровня подготовки учащихся по истории научного знания. Вместе с тем в его содержание закладываются основы обучения третьего и четвертого уровней обучения.

Особое внимание при проектировании учебной программы уделено решению проблемы эффективного применения в обучении информационно-коммуникационных технологий. Применение ИКТ при поведении занятий по курсу призвано обеспечить совершенствование содержания, методов и форм обучения и соответственно достижение более высоких образовательных результатов.

Рабочая программа подготовлена для полного (годового) элективного курса, рассчитанного на 68 учебных часов (2 часа в неделю). Программа состоит из двух специальных модулей - «Введение в курс», «Проекты. Итоги» и четырех тематических модулей. В составе каждого тематического модуля предусмотрены два раздела: теоретический, связанный с изучением нового учебного материала в работе с источниками «готовой» учебной информации (рассказы, объяснение, демонстрация средств наглядности

учителем; работа с учебными текстами, устные сообщения, доклады учащихся), и практический, ориентированный на закрепление ранее изученного материала и формирование учебных умений, в том числе в области историко-научного исследования (самостоятельное выполнение учащимися заданий различных видов). Модули курса рассчитаны на 6-12 часов.

На основе программы полного (годового) элективного курса могут быть разработаны курсы меньшего объема. Возможны тематические ЭК, базирующиеся на одном учебном модуле, посвященном истории научного эксперимента отдельной области физического знания (например, «Эксперимент в истории развития физической науки. Электродинамика» и «Эксперимент в истории развития физической науки. Молекулярная физика. Термодинамика»). Могут быть подготовлены комплексные ЭК, состоящие из 2-3 и более учебных модулей. Минимальный полугодовой курс по истории ФЭ может быть рассчитан на 17 учебных часов (1 час в неделю).

Рассмотрим состав учебно-методического комплекта к элективному курсу «Эксперимент в истории развития физической науки». К компонентам УМК относятся:

1) общие положения (концепция курса, цели и задачи обучения, ожидаемые результаты) и рабочая программа (требования к обязательному минимуму содержания программы, взаимосвязь с основными учебными курсами, требования к обязательному объему учебных часов на изучение курса, обязательному уровню и объему подготовки учащихся по курсу, литература и цифровые ресурсы, формы текущего и итогового контроля, методические рекомендации учителю);

2) цифровой образовательный ресурс - «Эксперимент в истории развития физической науки», в состав которого входят: информация по истории постановки важнейших физических экспериментов; интерактивные модели опытов; коллекции дополнительных цифровых объектов, включая учебные презентации к опытам; задания для самостоятельной работы учащихся и рекомендатщи к их выполнению; задания для контроля учебных достижений (КИМ), включающие интерактивные тесты (текущие, итоговый) и систему учебных проектов, ориентированных на диагностику уровня усвоения учащимся историко-научной информации и сформированности у них соответствующих учебных умений;

3) методическое пособие для учителя, включающее рекомендации по проведению учебных занятий и применению контрольно-измерительных материалов в рамках данного элективного курса.

Учебно-методический комплект к элективному курсу «Эксперимент в истории развития физической науки» представлен в полиграфическом и цифровом форматах. Наличие такого учебно-методического комплекта создает необходимые условия для эффективной работы учителя физики и обеспечивает достижение поставленных целей обучения.

Важной составляющей комплекта является цифровое учебное пособие для учащихся, которое согласно типологии цифровых образовательных ресурсов относится к информационному источнику сложной структуры (ИИСС), выполнено в жанре интерактивной мультимедийной библиотеки и включает около 60 микромодулей по истории постановки важнейших физических экспериментов. Особенностью ресурса является комплексное использование в обучении составляющих ИКТ-насыщенной учебной среды и формирование у учащихся новой информационной культуры учебной деятельности.

Ниже приведены общая характеристика ресурса, принципы его построения, содержание и композиция. Ресурс разработан в соответствии с требованиями к цифровым образовательным пособиям для средней общеобразовательной школы.

Дадим общую характеристику ИИСС, укажем принципа построения и рассмотрим композицию ресурса.

I.Общая характеристика ИИСС.

ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» - универсальный учебный комплекс (рис. 1). В этом контексте он рассматривается как составляющая любого федерального учебного комплекта по физике.

Состав исторических опытов в настоящем ИИСС приведен в соответствие с содержанием стандарта школьного образования. Вместе с тем рассматривается целый ряд дополнительных исторических экспериментов, что создает необходимые условия для варьирования содержания программ обучения по физике в рамках основных и элективных учебных курсов.

Сохраняя отдельные (лучшие!) традиции различных жанров учебных пособий на полиграфической основе по истории науки (справочников, энциклопедий, книг для дополнительного чтения, хрестоматий и т.д.), новый комплекс обладает современным дидактическим аппаратом. В его состав входят блоки представления и усвоения информации, блок ориентировки, а также за счет новых инструментальных возможностей, которые предоставляет виртуальная информационная среда, и блок обработки учебного материала.

ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» имеет полифункционалъное Образовательное назначение. Во-первых, материалы ресурса образуют дополнительную содержательную базу для более глубокого изучения программы основного образовательного курса. Контент ИИСС включает всю необходимую информацию для обсуждения важнейших вопросов физики, а также вопросов методологии естественнонаучного эксперимента, входящих в школьный образовательный стандарт. Во-вторых, содержание ИИСС составляет основу для разработки и проведения курсов по выбору в период предпрофильной подготовки учащихся в 7-9-х классах и элективных курсов в старшей профильной школе (10-11-й классы). С использованием данного ИИСС может быть организован полный (годовой) элективный курс «Эксперимент в истории развития физической науки». Данный курс может носить дистанционный характер. В-третьих, данный ресурс может быть успешно использован для организации самостоятельной работы учащихся по изучению вопросов истории науки, выполняемой в рамках самообразования.

I 4 Проводник * Ejj| Документі -

'3 Home Page - Microsoft Internet Explorer

Файл Правка Вид Избранное Сервис Справка ^ Назад ■ ф ' @ [д] Й А Пои“ "М1 Избранное

□ (14

Google-

Эксперимент в истории развития физической науки

Именной указатель Хронологический указатель Тематический указатель

Рис. 1. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: титульная страница

Структура и содержание ИИСС ориентированы на целенаправленную реализацию основных составляющих принципа историзма в обучении физике (на материале истории физического эксперимента). Результатом работы с данным ресурсом является не только формирование у учащихся системы знаний по истории физического эксперимента и

методологии научно-исторического анализа, но и приобретение начального опыта выполнения учебного исторического исследования.

ИИСС разработан как мультимедийный образовательный ресурс. Учебные материалы представлены в ресурсе с использованием различных медиаформатов: текстов, статичной графики, анимаций, аудио- и видеоматериалов, компьютерных моделей. Это интерактивный цифровой обучающий комплекс, ориентированный на высокий уровень учебной активности школьников по изучению вопросов истории ФЭ. Интерактивность ИИСС определяется наличием развитых навигационной и поисковых систем, применением технологии гипертекста, использованием информационной графики и гиперграфики, включением в ресурс интерактивных анимаций, моделей и видеороликов.

В процессе работы с ресурсом у учащихся формируются предметные ИКТ-компетенции, соответствующие современным тенденциям развития виртуальной образовательной среды, насыщенной цифровыми технологиями поиска, создания, хранения, предъявления и обработки информации.

Данный ИИСС является инновационным учебным ресурсом, так как включает новые учебные объекты, в частности объекты исторического анализа, объекты и инструменты виртуальной среды. В этой связи при работе с ресурсом заметно обновляется система видов учебной деятельности. Соответственно имеет место расширение системы предметных познавательных и практических умений, формируемых у учащихся.

Названные особенности ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» демонстрируют его современность, актуальность и востребованность в массовой образовательной практике. Создание и внедрение в практику работы общеобразовательных школ данного цифрового ресурса ориентировано на решение следующих задач:

1. Совершенствование качества преподавания физики - основного и профильного курсов в рамках школьного образовательного стандарта. Развитие гуманитарной культурологической составляющей содержания курса физики (основного и профильного) за счет обращения к изучению вопросов истории науки.

2. Реализация основных составляющих принципа историзма в обучении физике (на материале истории ФЭ).

3. Повышение эффективности изучения школьниками вопросов истории науки за счет использования уникальных возможностей новой информационной среды и соответствующих ее специфике технологий обучения (ИКТ), а также за счет организации активной самостоятельной учебной работы школьников историческим предметным контентом: традиционным, цифровым.

4. Расширение области дополнительной предметной подготовки учащихся средней школы. Контент ИИСС может обеспечить необходимую учебно-методическую базу для подготовки и проведения курсов по выбору в системе предпрофильной подготовки учащихся (7-9-й классы) и элективных курсов профильного обучения (10-11-й классы), в том числе дистанционных.

5. Формирование у учащихся в условиях разнообразия способов представления учебной информации по истории научного знания (полиграфический и цифровой варианты) новой информационной культуры работы с образовательными ресурсами, для которой характерно становление предметной ИКТ-грамотности и ИКТ-компетентности обучаемых.

6. Обеспечение дополнительных возможностей для реализации межпредметных связей учебных дисциплин - физики, математики, химии, биологии и истории.

7. Повышение воспитательного и развивающего потенциалов курса физики.

II. Принципы построения

Ресурс разработан с учетом основных принципов дидактики. В содержании ресурса отражены разнообразные способы и приемы реализации принципов обучения. Особое внимание при разработке ресурса уделено принципам преемственности, систематичности,

наглядности, активности и самостоятельности. Как оказалось, способы и приемы реализации этих принципов при организации учебной работы учащихся с материалами по истории науки в условиях ИКТ-насыщенной среды далеко не очевидны.

Принцип преемственности. Содержание учебных материалов ИИСС формируется с позиции развития (расширения и углубления) знаний базовой учебной программы по важнейшим вопросам экспериментальной физики. Научный физический эксперимент, входящий в содержание базовой подготовки учащихся, обсуждается в исторической версии его постановки.

Отбор и дидактическая обработка материалов по истории ФЭ при формировании содержания ИИСС осуществлялась с учетом ряда требований. В контент ресурса, прежде всего, должны быть включены: 1) исторические опыты, которые сыграли в развитии науки значительную - фундаментальную - роль; 2) анализ научных, материально-технических, социально-экономических предпосылок постановки эксперимента; 3) описание исследовательских задач (научных проблем), которые ставились учеными и были решены в науке в результате проведения данного эксперимента; 4) характеристика методики и техники постановки эксперимента во взаимосвязи с особенностями научной и социальной атмосферы, сложившейся в тот исторический период; описание оборудования, которым в действительности пользовались исследователи; исторические рисунки, фотоснимки, видеохроника; 5) видеодемонстрации натурного эксперимента в его исторической или современной версиях; модельный компьютерный исторический эксперимент; 6) характеристика тех упрощений в изложении материала по истории постановки опыта, которые используются для выделения главного в содержании исторического эксперимента с целью минимизации второстепенных технических подробностей, усложняющих понимание сущности экспериментального эффекта.

В составе научных экспериментов, включенных в дидактический комплекс «Эксперимент в истории развития физической науки», выделены несколько относительно самостоятельных групп. Каждая группа опытов отличается функциональной ролью, которую они сыграли в развитии естествознания (рис. 2). Изучение истории экспериментальных исследований в соответствии с данным подходом помогает избежать возникновения у учащихся ошибочного представления об одинаковом научном значении опытов, дает возможность показать школьникам особый круг задач, которые решает каждый эксперимент в развитии науки. В рамках настоящего проекта предполагается включение в ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» следующих групп опытов:

1) опыты, благодаря которым было положено начало новым разделам (направлениям) науки (такие опыты, как правило, называют фундаментальными);

2) опыты, на основе которых была доказана справедливость фундаментальных теорий;

3) опыты - «решающие эксперименты», окончательно отвергнувшие или подтвердившие справедливость теоретического предположения (гипотезы);

4) опыты, связанные с открытием отдельных явлений природы;

5) опыты, позволившие установить свойства и закономерности открытых ранее явлений;

6) опыты, в которых определяется точное значение величин и постоянных;

7) опыты и исследования по созданию новых экспериментальных средств и методов, новых материалов, техническому использованию открытых явлений [2].

Наполнение ИИСС при таком подходе к его формированию органично дополняет учебный материал базовых естественно-научных курсов, способствует их более глубокому и полному усвоению.

Принцип систематичности. Необходимость реализации системного подхода к организации материалов ИИСС обусловлена самим жанром пособия (коллекция цифровых учебных материалов). Достаточно жесткие требования к системной организации

любого учебного материала предъявляет и сама виртуальная образовательная среда. Более того, данная среда несет в себе новые возможности относительно форм структурирования учебного материала и визуализации его структуры.

Структурирование учебного материала в ИИСС реализовано по следующим основаниям:

1) исторические периоды развития физического знания {зарождение метода научного эксперимента (ХУ1-ХШ вв.); эпоха открытий (ХШ - XIX вв.); предвестники научной революции (вторая половит ХГХ в. - начало XX в.); научная революция (первая половина XX в.);

2) область физического знания;

3) роль научного открытия в развитии физической науки (в частности, роль физического эксперимента в развитии науки);

4) структура элементов научного знания (в частности, научного факта).

и-

©май* - © Ё) [Ц ^ у. Поиск х - и>братое

Соодіс

Эксперимент в истории развития физической науки

Именной указатель Хронологический указатель Тематический указатель

На

главную

Учителю

Учащимся

Классификация фундаментальных физических опытов

№ Класс физических опытов Название опыта Г од открытая Общая цель опыта (результаты опыта)

1 Опыты, благодаря которым было положено начало новым разделам (направлегаим) физики (такие опыты следует называть фундаментальными) Опыт Эрстеда 1819 г. Отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током

Опыт Фарадея 1831 г. Электромагнитная индукция

Опыт Беккереля 1896 г. Обнаружение радиоактивности

Опыт Резерфорда 1899 г. Обнаружение а - и р - лучей

2 Опыты, с помошью которых была доказана справедливость фундаментальных теорий Опыты Герца Г.Р. 1888 г. Доказательство существования электромагнитных волн (подтверждение теории Максвелла^

< >

«а ‘І Мой компьютер

пуск в е е Ял Преіеитлшямовиз... 0 моовоЛРоиегРоМ... ^ нжіеРлде'Маохї...

Рис. 2. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: классификация

фундаментальных физических опытов

Отметим в качестве важного методологического положения то, что структура исторического знания в области естественных наук так или иначе должна отображать структуру предметного научного знания. Модель системы исторического знания нами уже рассматривалась (см. выше). Изучение истории становления научного знания через призму структуры предмета учения (фактов, понятий, законов, теорий, картин мира и методов познания) будет способствовать дальнейшей систематизации и обобщению знаний учащихся по физике, а также формированию у них естественно-научного и исторического стилей мышления.

В настоящем ИИСС рассматривается только один элемент системы научного знания -научный факт - как результат (совокупность данных) физического опыта (наблюдения, эксперимента). Тем не менее, при описании физических экспериментов и их результатов в ресурсе демонстрируется связь эксперимента с другими методами эмпирического и теоретического исследования и добытыми в результате этих исследований научными знаниями. В рамках каждого вида исторической информации (о фактах, понятиях, законах и т.д.) возможна более «гонкая» структурная дифференциация. Основанием для структурирования информации в этом случае являются обобщенные модели элементов

системы научного знания. Использование обобщенных моделей научного знания при разработке содержания как полиграфических, так и цифровых ресурсов обеспечивает более рациональную в дидактическом отношении организацию исторической информации.

При формировании контента ИИСС применялась обобщенная модель описания научного факта. Это позволило обеспечить более четкую и дидактически целесообразную структуру как ресурса в целом, так и его отдельных модулей. Результатом применение указанной модели явился и более совершенный вариант гиперархитектуры учебного курса. При таком подходе к структурированию учебного материала более удобной и очевидной для пользователя стала навигационная и поисковые системы ресурса.

План изучения научного факта (данных наблюдений и экспериментов)

1. Уточнить, кем и когда проводился опыт, в чем состояла его цель.

2. Определить, с помощью каких средств осуществлялась постановка опыта (приборы и материалы), изучить принципиальную схему установки.

3. Уяснить порядок проведения опыта.

4. Выяснить основные результаты опыта.

5. Познакомиться с содержанием объяснения данных опыта с позиций современного научного знания (законов, теорий).

Кроме внутрипредметной систематизации учебного материала, необходима и его межпредметная систематизация. Ее результатом является формирование у учащихся представлений о современной физической картине мира как важной составляющей научной картины мира. Необходимо убедительно показать учащимся, что области современной науки тесно связаны между собой. Содержание школьных учебных предметов и элективных курсов, предназначенное для освоения учащимися, должно в явном виде отражать эти связи.

Настоящий ИИСС предполагает реализацию межпредметных связей при освещении вопросов истории постановки физического эксперимента. Отметим, что данный ресурс является более полной версией предметной части другого информационного источника -ИИСС «История научного эксперимента», включающего материалы по фундаментальным опытам из различных областей естественно-научного знания (физика, химия, биология) (проект «Информатизация системы образования, 2005-2008 гг.») [Ьйр://всЬоо1-

collection.edu.ru/catalog/rubr/016ec3e5-46fa-fadf-80a3-80ef82b62bcf] (рис. 5). Автор

настоящего исследования принял активное участие в разработке межпредметного ИИСС «История научного эксперимента».

В ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» реализованы разные методы и формы реализации МПС. К ним относятся: 1) учебные задания, задачи и творческие проекты межпредметного содержания для самостоятельной работы учащихся; 2) учебные занятия различных организационных форм (лекций, конференций, семинары, практикумы и др.) интегративного содержания.

Принцип наглядности. Предъявление учебного материала в цифровом ресурсе осуществляется за счет использования всего комплекса медиаформатов: статичные объекты (образные и символьные), видеообъекты, аудиоинформация, среда «виртуальной реальности» (элементы) [8]. Соответственно указанным медиаформатам предъявления исторической информации в ресурсе представлены следующие виртуальные объекты:

1) символьные объекты: знаки, символы, формулы, связанные с историей физической науки; исторические тексты; схемы экспериментальных установок; таблицы с результатами фундаментальных экспериментов; графики функциональных зависимостей; диаграммы и пр.;

2) образные объекты: портреты и фотопортреты ученых-физиков и изобретателей; фотоснимки мест проживания и работы исследователей; фотокопии научных трудов; рисунки физических явлений и схемы экспериментальных установок для их исследования, рисунки и схемы технических устройств, включая копии авторских рисунков и схем,

выполненных учеными и изобретателями; художественные иллюстрации и фотоснимки заседаний научных сообществ, в том числе тех, на которых осуществлялась демонстрация исторических опытов; объекты компьютерной графики (компьютерные рисунки и схемы, компьютерные репродукции экспериментальных установок, технических объектов и т.п.); объекты компьютерной инфографики, отражающие структуру исторического знания (структурно-логические схемы, систематизирующие таблицы, «ленты времени», «карты физических открытий», блок-схемы, опорные сигналы и т.п.);

П,[етар.и^ научною ■жепе/т.пенша

Бнологня

Физиология растений

Опыт ван Гельыонта: вода в растениях (1600)

Опыт Мальпиги: транспорт веществ у растений (1679)

Опыт Хейлза: сосущая сила корней (1724)

Опыт Пристли: круговорот кислорода (1771)

Опыт Энгельмана: фотосинтез у водорослей (1883)

Биоэлектрические явления Биология клетки

Размножение и индивидуальное развитие организма Генетика и основы селекции Эволюционное учение

Фнзнка

Механика

Молекулярная физика и термодинамика Электричество Квантовая физика

Химия

Строение вещества

Мысленный эксперимент Менделеева- открытие Периодической системы химических элементов (1869)

Периодический закон и периодическая система химических элементов Периодический закон. Эксперимент Опыт Лауэ: кристаллическая структура твердых тел (1912)

Опыты Мюллера: атомные микроскопы (1950)

Химические реакции Химическая кинетика Свойства химических элементов Растворы и расплавы Органическая химия

В _ ,А.. .А _ о.

Рис. 3. ИИСС «История научного эксперимента»: проект «Информатизация системы образования, 2005-2008 гг.» [Ьйр ://зс1юо1-со11есйоп. edu.ru/catalog]

3) аудиоинформация: устные учебные тексты по истории физики; аудиосюжеты и аудиохроника исторического характера; аудиодиалоги ученых; комментарий к анимациям физических явлений и виртуальным моделям фундаментальных экспериментов, видеороликам по истории науки;

4) видеообъекты: видеофрагменты, иллюстрирующие протекание явлений природы и их экспериментальное исследование; видеоролики, демонстрирующие работу различных технических объектов; компьютерные анимации явлений природы и физического эксперимента, связанного с их изучением, компьютерные анимации работы технических объектов и сложных технических систем для обеспечения технологических процессов; историческая видеохроника, постановочные и художественные видеосюжеты (фильмы или фрагменты) о жизнедеятельности ученых, проведении фундаментальных физических экспериментов;

5) среда «виртуальной реальности»: симуляторы, тренажёры, интерактивные модели, конструкторы по истории физического эксперимента, а также компьютерные реализации его современных версий.

Использование данных форм представления исторического материала в сочетании с жанром ресурса позволили создать уникальный по своим дидактическим возможностям и воспитательному эффекту цифровой дидактический комплекс по истории физического эксперимента. Наглядность в этом комплексе используется не только как средство

иллюстративного сопровождения учебного текста, но и как эффективное средство систематизации знаний учащихся, а также как самостоятельный источник знаний (когнитивная наглядность), позволяющий организовать самостоятельное изучение школьниками материалов по истории ФЭ, включая их поисковую и исследовательскую работу.

Принцип активности и самостоятельности. Данный принцип реализуется в отношении учебной деятельности учащегося.

Как отмечалось ранее, ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» разработан в рамках деятельностного подхода к обучению. Учебные материалы ресурса обеспечивают разнообразные формы и виды самостоятельной работы школьников, учитывающие уровень их подготовки по предмету, степень развития способностей и интересов, специфические образовательные претензии. В итоге при работе с данным ресурсом может быть обеспечена необходимая дифференциация и индивидуализация обучения. Задания различных видов и разной сложности создают необходимые условия для целенаправленного развития познавательной самостоятельности учащихся (рис. 4-6, примеры учебных моделей различного уровня интерактивности).

Реализации принципа активности способствует модульный подход к организации учебных материалов по истории физического эксперимента. Исторический контент ИИСС включает микромодули, содержание которых связано с конкретным историческим экспериментом. Структура микромодуля приведена ниже. Каждый элемент микромодуля выполняет вполне определенные дидактические функции и поддерживает соответствующие его содержанию виды учебной работы школьников.

П.

Работа с моделью

И«>р^мс е««т* (ДТО**" СТШГСМИЫА б*лпо* Ксромысло с крмлмшями

Тйр*И>6«*р**

Србрат> МЮЧриМСИТОЦМро «О**

ПйОрО*мк*:хада лдой

'о3

Рис. 4. Интерактивный конструктор: модель опыта П.Н. Лебедева в МБ РР, (авторская разработка студ. 11111У Д.С. Габова, выпуск 2010 г.)

Термометр

т=соги1 V = согЫ 10000 1 *0'С старт

Гы график

[вода* - 1 Вывод

р/р.

(50^)1 :

□с

я> [о «ос ;

|« оа« | |

» эд}|

60 “31

»

к

и> |мйГ|1

йй)|

Рис. 5. Интерактивные модели опытов Ж.Шарля (а), Ж. Перрена (б), (авторская разработка студ. ПГПУ Б.С. Ремизовой(Шестаковой), выпуск 2006 г. программная реализация ООО «Физикон»)

Рис. 6. Интерактивная модель опыта О. Штерна (авторская разработка студ. А.Н. Чудинова, выпуск 2004 г.)

Виды учебной работы школьников

Репродуктивный блок

1. Работа с «готовыми» учебными текстами, иллюстрациями, анимацией и моделями, аудио- и видеоматериалами ИИСС - восприятие и уяснение учебного материала по истории науки.

2. Закрепление знаний и умений по истории ФЭ и самоконтроль результатов учебной деятельности:

• ответы на вопросы по содержанию учебных текстов, аудио- и видеоматериалов, натурному демонстрационному и модельному физическому эксперименту;

• выполнение лабораторного натурного эксперимента в его исторической версии или современного эксперимента-аналога (на основе учебной инструкции);

• проведение модельного компьютерного эксперимента (на основе учебной инструкции);

• работа с компьютерными моделями технических объектов (на основе учебной инструкции);

• решение задач исторического содержания (задач-упражнений, типовых задач);

• выполнение тестов, включающих элементарные и типовые учебные задания;

• выполнение простых игровых учебных заданий (ребус, кроссворд, сканворд, лото и т.п.).

Блок творческой работы

3. Самостоятельная работа по поиску и сбору информации по истории ФЭ из ее различных источников, в том числе учебных СО и источников Интернета (с применением сетевых поисковых систем и систем навигации, применяемых на сетевых сайтах и сервисах).

4. Историко-научный анализ информации, ее систематизация и обобщение.

5. Создание и апробация авторских учебных материалов по истории ФЭ, в том числе с применением средств ИКТ:

• подготовка рецензий на публикации (статьи в периодической печати, публикации в Интернете);

• подготовка аналитических обзоров,

• написание рефератов;

• написание статей;

• подготовка презентационных материалов к устным докладам и сообщениям;

• реконструкция исторического эксперимента в его натурной версии и сопровождающих его отдельных технических объектов (элементы);

• реконструкция исторического эксперимента, технических объектов средствами компьютерного моделирования;

• исследование работы компьютерных моделей ФЭ и моделей технических объектов;

• подготовка и создание аудио- и видеоматериалов;

• решение задач с историческим содержанием (повышенной сложности, нестандартного типа, задач-проблем);

• составление вопросов и задач с историческим содержанием;

• разработка тестовых заданий, в том числе для автоматизированного контроля знаний в виртуальной среде;

• подготовка цифровых опорных конспектов с целью краткого и системного представления знаний по истории ФЭ;

• разработка слад-фильмов для учебных занятий;

• разработка и создание цифровых глоссариев и указателей (тематических, хронологических, алфавитных, предметных, именных);

• разработка и создание тематических коллекций (портретов ученых, цитат и фрагментов научных трудов ученых, рисунков установок исторических опытов, компьютерных моделей ФЭ, видео- и аудиоматериалов и пр.);

• проектирование и создание игровых ресурсов для традиционных учебных игр (настольных - ребусов, кроссвордов, сканвордов, лото; сюжетно-ролевых) и компьютерных учебных игр;

• разработка сценариев игровых учебных занятий различных организационных форм (КВН, викторина, заседание клуба знатоков «Что? Где? Когда?», игры «Брейн-ринг», «Счастливый случай», «Поле чудес» и пр.);

• разработка сценариев предметных игровых спектаклей исторического содержания;

• подготовка и проведение тематических праздников, месячников по истории науки;

• подготовка и создание \УеЬ-страниц по истории ФЭ;

• проектирование и создание настенных экспозиций.

Между элементами микромодуля и тематическими модулями ИИСС организованы гиперпереходы. Многокомпонентный состав модулей ИИСС и гипертекстовая архитектура ресурса позволяют учащимся в работе с его материалами выстраивать индивидуальные траектории учебной деятельности.

III. Содержание и композиция.

Рассмотрим структурную организацию (композицию) ресурса и его содержание.

Главная страница ресурса содержит меню, определяющее содержание его основных разделов: «О ресурсе», «Содержание ФЭ», «Указатели», «Учащемуся», «Учителю».

Страница «О ресурсе» рассказывает о назначении коллекции, ее структуре, общих особенностях содержания и видах учебной работы, авторах-разработчиках.

Страница «Указатели» содержит именной, алфавитный, хронологический и тематический указатели (рис. 7).

■3 Home Page - Microsoft Internet Explorer

Файл Правка Вид Избранное Сервис Справка фНазад » ф [*][»] Поиск ^Избранное

Google»

Эксперимент в истории развития физической науки

На

главную

Учителю

Учащимся

Именной указатель Хронологический указатель

ТЕМАТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ

Гидро-и аэростатика Опыты Торричелли Опыт Паскаля Опыты Герике Опыты Архимеда Опыты Бойля

Кинематика. Динамика Опыты Галилея Опыт Гюйгенса Опыт Фуко Опыт Гука

Опыт Якоби Опыт Фуко и опыт Физо Опыт Майкельсона - Морли Опыты Герца Опыт Попова

Оптика

Опыты Лебедева Опыт Ньютона Опыты Юнга Опыт Френеля Опыт Гюйгенса

и 3 Мои компьютер

[Т: пуск в 0 £ Ремизова Е.С. SJ 10 Si 4 Проводник » 1! Документ 1-... Ц ООО ОСП ИСХ ... ПЬ Демонстрацію... 2 Home Раде - М... RL \ \ |

Рис. 7. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»:

тематический указатель

В именном указателе размещены биографические справки об учёных-физиках, поставивших наиболее важные исторические эксперименты. Для удобства работы

пользователя биографические справки представлены в двух вариантах: краткая историческая справка и полное изложение истории жизни и деятельности ученого. В тематическом указателе приведено распределение материала по истории физического эксперимента в соответствии с учебными разделами (темами) и годом обучения. Это поможет учителю оперативно отобрать необходимый исторический материал в соответствии с уровнем и программой обучения. Хронологический указатель позволяет пользователю

ориентироваться во временных этапах истории физических открытий. Алфавитный указатель обеспечивает быстрый поиск необходимого материала.

Страница «Содержание» раскрывает основное содержание учебного материала коллекции, в основе которого лежит классификация фундаментальных физических

экспериментов по их функциональной роли в развитии физической науки (по Г.М.

Голину). Указанная страница позволяет пользователю быстро найти микромодуль по необходимому опыту, получить информацию о роли, которую он сыграл в истории

развития физической науки, и далее перейти собственно к описанию содержания

исторического эксперимента. «Содержание» включает около 60 микромодулей по разным разделам курса физики. В каждом микромодуле дается описание ФЭ.

Состав микромодуля образуют:

1. Описание ФЭ по обобщенному плану изучения научного факта (рис. 8).

2. Опорный конспект по содержанию ФЭ.

3. Презентация опорного конспекта (с аудиосопровождением) (рис. 9, 10).

4. Информация о жизни и деятельности ученого, осуществившего постановку опыта (по обобщенной схеме).

5. Презентация биографии ученого (с аудиосопровождением).

6. Компьютерная модель ФЭ: историческая реконструкция и/или современная версия (анимация, интерактивная модель, симулятор) (рис. 11).

7. Инструкция к работе с компьютерной моделью (по обобщенной схеме).

8. Задания для самостоятельной работы учащихся по изучению содержания опыта (в том числе с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды).

9. Рекомендации к выполнению заданий.

10. Тест для контроля (самоконтроля) уровня усвоения учащимися содержания ФЭ и истории его постановки (рис. 12).

11. Источники информации (библиографический список, ссылки, CD/DVD).

Отметим, что с целью организации занятий по истории ФЭ в профильных классах, углубленно изучающих иностранных язык, содержание отдельных микромодулей представлено на английском языке.

Как видно, в ресурсе реализовано трехуровневое иллюстрированное изложение материала по истории постановки физических опытов. Содержательную основу изложения материала на первом уровне составляет полное текстовое описание истории постановки ФЭ. Второй уровень изложения организован в форме мультимедийной презентации опорного конспекта с системой дополнительных пояснительных слайдов и устным комментарием. В презентации имеется ссылка на компьютерную модель исторического эксперимента (анимацию, видеофрагменты). Третий уровень представлен опорным конспектом (ОК) и является оригинальной разработкой авторов проекта.

Информация по истории ФЭ структурирована в соответствии с обобщенным планом изучения научного факта.

Уровневый подход к изложению материалов по истории ФЭ, системное представление исторической информации и организация гиперпереходов между уровнями изложения позволяют учащимся оперативно получать или уточнять исторические сведения в необходимом для него объеме, рационально запоминать историческую информацию.

I Э Home Page Microsoft Internet Explorer

Файл Правка Вид Избранное Сервис Справка

Qhsjm - Q Й Й $1 /Эпоиос ^тбратое £) ^ . • 1 . ii-i' Г X ja -а Google • V»

физической науки

Опорный

конспект

Задания

Тест

Опыт Р.Бойля

МОЕМ И КОГДА ПРОВОДИЛСЯ ОПЫТ, В ЧЕМ СОСТОЯЛА ЕГО ИСТОРИЧЕСКАЯ ЦЕЛЬ

БОЙЛЬ Роберт (25.01.1627 - 30.12.1691) - английский химик, физик и философ, член Лондонского королевского общества (с 1663). Родился в Лисморе (Ирландия). Научная деятельность Роберта Бойля была основана на применении экспериментального метода познания. Он был одним из первых ученых, который значительную часть своей жизни посвятил пневматическим опытам В 1660 году открыл закон изменения объема газов (в частности, воздуха) с изменением давления Первый газовый закон был опубликован Р Бойлем в работе «Новые эксперименты, касающиеся воздушной пружины». Независимо от Р. Бойля этот закон сформулировал французский физик Э. Мариотт, и позднее этот закон получил имя закона Бойля-Мариотта. В своих теоретических воззрениях Р. Бойль был сторонником атомистической гипотезы. Считал, что все тела состоят из мелких совершенно одинаковых частиц. Тепловые свойства тел объяснял движением молекул. Физические работы Р.Бойля посвящены молекулярной физике, гидростатике, акустике, теплоте, механике, а также изучению световых и электрических явлений Значителен вклад Р Бойля в области химии В 1661 г он сформулировал понятие химического элемента Экспериментальный метод, введенный им в химию, положил начало становлению химии как науки

Научные исследования Р Бойля, завершившиеся впоследствии открытием первого газового закона, относятся к 1660 г. В этот период Р Бойль знакомится с опытами О. Герике Удивительные опыты Отто Герике с воздушным насосом и магдебургскими полушариями были описаны в сочинениях Каспара Шотта (1657 г.) (рис 1, 2). Р Бойль решил повторить эти опыты Для постановки опытов он конструирует новый насос (рис. 3). Немалое содействие в этом ему оказывает Р. Гук. По принципу действия насос Бойля не отличался насоса Герике , но являлся более удобным в работе

Результаты своих опытов РБойль изложил в сочинении «New experiments physic о- mechanical, touching the spring of the air» (Оксфорд. 1660 г.). В этой же работе он описывает свой новый насос

I ПрекиташяНоею... Е Mcro»ft PowerPoint... '3 Home Разе - Maosof...

а ід‘з

Рис. 8. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: описание ФЭ по обобщенному плану изучения научного факта

1905 г. журнал «Лшіаііш der Physlk»

Сгатьд А.Эйнштейна “О движении гпешенмихг покоящейся жидкости частик, требуемом MO-ifhTlJrpn V'hltrtiH! UtrChX] it III roput'it теплоты».

т

Необходимы* приборы н материалы

Жан Батист И гр рев

(1S7Q-1942)

а смола garcinia morel (гуммигут), растерт ал в воде

а глицерин

9 цей Ер обежная машина

9 .\ [Ккроскоп С > (ЗЛОЙ туолн с»й изображения

а предметное С7екло с цилиндрическим углублением

9 покровное стекло

4

Рис. 9. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: презентация шорного конспекта к опыту Ж. Перрена

Состав элементов микромодуля свидетельствует о том, что при разработке ресурса большое внимание уделяется вопросам методики организации самостоятельной работы учащихся с материалами коллекции. В каждом микромодуле имеется система заданий для самостоятельной работы учащихся, которая включает задания разных видов и разной сложности (см. выше). В случае затруднений при выполнении заданий школьникам предлагается помощь.

Дидактический аппарат коллекции поддерживает творческую проектную деятельность учащихся. В частности, они могут стать активными участниками наполнения виртуальной среды коллекции материалами по истории физического эксперимента.

«.. академики засовывали руку в чашку с водой и одновременно

прикладывали второй электрод к языку, к веку, к кончику носа или на лоб.

Ощущения были настолько неожиданными! При наложении проволоки на веко создавалось ощущение вспышки. А когда два электрода от противоположных полюсов батареи вставляли в уши, в голове раздавался шум...

В момент замыкания цепи СЛЕДОВАЛ ТАКОЙ УДАР, что некоторые чуть не лишались языка. НО... НАУКА ТРЕБУЕТ ЖЕРТВ"

Опыт Алессандро Вольта

Рис. 10. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: презентация

опорного конспекта к А. Вольта

Страница «Учащемуся» организована для предъявления пользователям общих рекомендаций по работе с данным электронным ресурсом. Здесь же пользователю предоставляется возможность фиксировать отобранный материал, структурировать и редактировать его, сохранять в собственных учебных файлах.

Полезным элементом коллекции является «внедренный» в нее инструментарий для подготовки и «проигрывания» составленных на ее основе презентаций к устным историческим обзорам.

На странице «Учителю» представлены методические рекомендации по организации учебного процесса с применением дидактических материалов ИИСС:

1) методика обучения учащихся работе с историческим материалами по истории физического эксперимента, представленными в полиграфическом формате и в виртуальной информационной среде;

2) УМК уроков и лабораторных занятий с использованием материалов ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»;

3) обобщённые планы изучения элементов системы естественно-научного знания и обобщенные планы различных видов учебного исследования;

4) рекомендации по пополнению коллекции ФЭ авторскими дидактическими материалами;

5) инструктивные указания к работе с программным обеспечением ресурса.

ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки» разработан в оригинальной информационной среде, созданной на кафедре мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения Пермского государственного педагогического университета. Данный ресурс является эффективным средством дидактической поддержки учебной работы школьников по истории физического эксперимента и методической работы учителя по реализации принципа историзма в обучении.

Для изучения вопросов истории развития научного знания и приобретения учащимися начального опыта историко-научного анализа могут быть разработаны и другие ИИСС: по истории развития отдельных областей физики, истории фундаментальных физических открытий в области экспериментальной и теоретической физики, истории становления физической картины мира, истории техники и др.

І З История научного эксперимента - Microsoft Internet Explorer

Файл Праюса Вид Избра»*«е Сервис Справка ї

Hasaa * Jl] j*] ' / Поиос ч. • m€p*^oe '• * a * _ J Ш. Google | V»

ОПЫТ БОЙЛЯ

Инструкция по работе с моде пью

1. Познакомьтесь со структурой модели к опыту Р Бойля Обратите внимание на элементы управления работой модели и начальные условия проведения модельного эксперимента (значение атмосферного давления Р - 29,125 дюймов рт. ст., V- 12 уел ед (дюйм S); 7= const, т = const).

2 Запустите модепь (кнопка «Старт») Проследите за ее работой. Обратите внимание на изменение уровней ртути в левом и правом копенах. а также изменение разности эти< уровней При запуске модели видно, что по мере заполнения левого колена ртутью объем воздуха в правом колене

■Й Готово Ігопиатшіил ізпаоиипкі клпоио mutwu wi/oolюоілтга о uiivuoii пі/иа Wo ігплппмизтилГі Мой компьютер

I */ пуск E Q в в» Треївмтаиия Новиз... 0 Moosoft PowerPo» -Э История нау'иогоэ... '< С>. - - t |

Рис. 11. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: описание ФЭ по обобщенному плану изучения научного факта

u Microsoft Excel - Тест Р.Бойль

^ Файл Омека &us Вставка Формат Сервис Да**ч>* &к> Справка

_J. А Л j J Л ? а. А Д • У ■о • A S • аі ЛІ ЦІ31»»» • ц JІ Дпаїс^

-г

в

к

М N

4. 1/8 дюйма Выбранный ответ:

11. Какова была погрешность отсчета при измерении давления воздуха в опыте Р. Бойля?

1. Около 200 Па

2. Около 1600 Па

3. Около 3200 Па

4. Около 400 Па

Выбранный ответ:

12. Какой из указанных графиков иллюстрирует закономерность, установленную Р. Бойлем?

Выбранный ответ:

н\Инструкция Л Тест / Проверка /

□ f^crosoft Excel-Tec...

Рис. 12. ИИСС «Эксперимент в истории развития физической науки»: тест для контроля (самоконтроля) уровня усвоения учащимися содержания ФЭ

и истории его постановки

Освоение учащимися вопросов истории науки в соответствии с обновленной практикой организации учебного процесса обеспечивает принципиально иное качество их предметной подготовки: совершенствуется система предметного знания учащихся, расширяются и углубляются их представления по методологии познания, развиваются познавательные и практические умения, расширяется их состав. Несомненным следствием реализации

принципа историзма в обучении в его современной версии является влияние новых подходов к организации учебного процесса на становление социально-ценных качеств личности учащихся.

Библиографический список

1. Бугаев, А.И Основы методики преподавания физики в средней школе: учеб. пособие для студентов [Текст] / А.И. Бугаев, Ю.И. Дик, В.Г. Разумовский; под ред. А.В. Перышкина и др. - М.: Просвещение, 1984. - 398 с.

2. Голин, Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы: кн. для учителя [Текст] / Г.М. Голин. - М.: Просвещение, 1987. - 127 с.

3. Государственный стандарт среднего (полного) общего образования) [Электронный ресурс]. - 1ЖЬ: http://www.edu.rn/db/portal/obschee/ (Дата обращения: 10.09.2010).

4. Казакова, Ю.В. Элективный курс «История физики и ее творцов» [Электронный ресурс] / Ю.В. Казакова // Информационный портал учителя физики. - 1Л1Ь: www.physlab.edusite.ru. (Дата обращения: 10.09.2010).

5. Мельникова, И.А. Механика в исторических опытах: элективный курс [Электронный ресурс]/ И.А. Мельникова; Омский образовательный портал. - ТЛИ.: www.omsk/.edu.ru. (Дата обращения: 10.09.2010).

6. Методика обучения физике. 8 класс [Текст] / В.Г. Разумовский, В.А. Орлов, Г.Г. Никифоров, В.Ф. Шилов. - М.: ВЛАДОС, 2006. - 144 с.

7. Нурлыгаянов, Ф.Б. Компьютерное моделирование опыта Резерфорда» [Текст] / Ф.Б.

Нурлыгаянов // Учебный физический эксперимент: актуальные проблемы и

современные решения: программа и материалы конференции. - Глазов: Изд-во ГГПИ, 2008. - С. 37

8. Оспенникова, Е.В. Использование цифровых образовательных ресурсов при

изучении вопросов истории физической науки (на материале истории фундаментального физического эксперимента): учеб.-методич. пособие / Е.В.

Оспенникова, Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова. - Пермь: ПГПУ, 2007. - 193 с.

9. Оспенникова, Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества. 4.1. Основы технологии развития самостоятельности школьников в изучении физики [Текст]: моногр. / Е.В. Оспенникова. - Пермь: ПГПУ. - 2003. - 329 с.

10. Парфенова, И.А. Опыт Резерфорда на страницах НТМЬ [Текст] / И.А. Парфенова,

В.Т. Рыков, Е.В. Рыкова // Инновационные процессы в высшей школе: материалы V Всерос. научн.-практич. конф. -Ч. 2. - Краснодар: Изд-во КубГТУ, 1999. - С. 80-81.

11. Теория и методика обучения физике в школе: общие вопросы: учеб. пособие для студентов высших пед. учебных заведений [Текст] / С.Е. Каменецкий, Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская и др.: под ред. С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой. - М.: Академия, 2000. - 368 с.

12. Усова, А.В. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы: пособие для учителя [Текст] / С.Е. Каменецкий, В.П. Орехов, А.В. Усова - М.: Просвещение, 1990.-319 с.