CC BY
318. Теория и методика обучения математике в школе. Часть 1. Учебно-методическое пособие для студентов математического факультета по специальности 050202.65 (032100) - математика / Л.О. Денищева, А.Е. Захарова, М.Н. Кочалина, Н.В. Савинцева, Н.П. Федорова. - М.: МГЛУ, 2008. - 190 с.
Педагогика
УДК 378.147.88
кандидат педагогических наук, доцент Кирюхина Наталия Владимировна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга); студент Горбачева Янина Геннадьевна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга); студент Цурикова Юлия Сергеевна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга)
ЗАДАЧИ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИСТОРИЧЕСКОЙ МЕТРОЛОГИИ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЙ
О ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИНАХ
Аннотация. В статье рассматриваются теоретические основы построения системы задач с элементами исторической метрологии для уроков физики в общеобразовательной школе и технологические аспекты их использования в учебном процессе для формирования понятий о физических величинах и единицах измерения. Определяется понятие «задача с элементами исторической метрологии», формулируются принципы отбора историко-научной информации для составления задач, описывается технология их использования, приводится пример алгоритма работы над задачей.
Ключевые слова: обучение физике в школе, историческая метрология, физические величины, единицы измерения, задачи по физике.
Annotation. The article discusses the theoretical foundations for constructing a system of problems with elements of historical metrology for physics lessons in a general education school and the technological aspects of their use in the educational process for the formation of concepts about physical quantities and units of measurement. The concept of "a task with elements of historical metrology" is defined, the principles of selection of historical and scientific information for the compilation of tasks are formulated, the technology of their use is described, an example of an algorithm for working on a task is given.
Keywords: teaching physics at school, historical metrology, physical quantities, units of measurement, physics tasks.
Введение. Величина - одно из важнейших метапредметных понятий, отражающее единство качественных и количественных отношений в окружающем мире, ее измерение - важнейший универсальный инструмент познания. Метрология как наука, изучающая все теоретические и прикладные аспекты измерений, не входит в число обязательных предметов школьного курса, однако ее категории и принципы пронизывают все содержание курсов математики и естественных наук, выступая основой их интеграции и межпредметных связей. Историческая метрология изучает использовавшиеся в прошлом системы мер и единиц измерения, происхождение их наименований, исследует историю и эволюцию измерительных средств и технологий. Являясь одновременно как одним из подразделов общей метрологии, так и вспомогательной исторической дисциплиной [2], она позволяет распространить межпредметное взаимодействие и на гуманитарную сферу.
Особенно большое внимание величинам и измерениям отводится в курсе физики. Физические величины - самый многочисленный класс понятий, изучаемых школьниками. Без них невозможно овладение предметом на научном уровне, с использованием не только качественных, но и количественных характеристик процессов и явлений, измерительных процедур. В документах, определяющих содержание школьного физического образования [4, 5], ставится задача достижения выпускником способности понимать смысл величин, применять их для анализа конкретных ситуаций, проводить измерения и оценивать погрешности. Это позволяет говорить о метрологической составляющей системы физических знаний, которые должен приобрести учащийся, чтобы применять их в учебно-исследовательской и практической деятельности, в том числе для решения задач.
Сведения из истории науки могут выступать в качестве фактологической базы при конструировании заданий, направленных на достижение и диагностику описанных выше образовательных результатов. К такого рода заданиям можно отнести задачи, в условии которых отражена история становления понятий и терминов физических величин, единиц измерения и их систем, эволюция измерительной техники и методов измерения, описаны исторические эксперименты, в которых определялись значения величин. Это особая разновидность задач с историко-научным содержанием - задачи с элементами исторической метрологии.
Общая перспективная цель исследования - разработка и практическая апробация системы задач, отражающих историю становления понятий о величинах и единицах их измерений на примере избранных тем и разделов школьного курса физики. На первом этапе, результаты которого представлены в статье, рассматриваются теоретические основы построения системы задач и технологические аспекты их использования в учебном процессе для формирования понятий о физических величинах.
Изложение основного материала статьи. Отличительной особенностью задач с элементами исторической метрологии является взаимодействие двух содержательных аспектов условия: собственно физического и исторического. Оно определяет требование задачи, которое должен выполнить решающий субъект для достижения определенной дидактической цели. Исходя из этого, можно сформулировать ряд принципов, на основе которых происходит отбор историко-научной информации для условия и формулировка требования задачи.
Принцип дидактической целесообразности предполагает, что исторический материал используется с определённой целью, вытекающей из общих задач обучения предмету, конкретизированной для учебного занятия с учетом его типа, формы проведения, используемых технологий. Принцип содержательной релевантности означает соответствие теме занятия. Например, на уроке изучения нового материала по теме «Импульс тела» с использованием технологии проблемного обучения задача с историко-научным содержанием (пример 1) может быть использована для создания проблемной ситуации.
Пример 1. И. Ньютон в труде «Математические начала натуральной философии» сформулировал второй закон движения, не так как это делается в современном учебнике: «Изменение количества движения пропорционально
приложенной действующей силе и происходит в направлении той прямой, вдоль которой эта сила действует». Соотнесите эту формулировку с современной, и попытайтесь определить, что представляет собой величина, которую Ньютон называет «количеством движения».
Принцип предметной доминанты означает, что предметный контекст задания первичен по отношению к историческому. Историческая информация в условии задачи важна не сама по себе, а как средство достижения образовательного результата. В приведенном выше примере противоречие между современной и исторической формулировками второго закона динамики мотивирует учащихся на поиск ответа, итогом которого становится понимание, что под количеством движения И. Ньютон понимал величину, равную произведению массы тела на его скорость, для которой в современной научной и учебной литературе используется термин «импульс тела». Со стороны исторической составляющей идея предметной доминанты получает развитие в принципе необходимости: историко-научные сведения должны быть необходимым компонентом условия, а не информационным шумом. В примере 1 прийти к ответу на проблемный вопрос можно только проведя анализ цитаты из «Начал» и сопоставление ее с современной формулировкой. При этом следует избегать слишком объемных цитат и не перегружать условие лишними фактами. Это требование к составлению задачи можно обозначить как принцип компактности (лаконичности формулировки условия). И, наконец, общедидактический принцип доступности выражает требование соответствия сложности задания уровню подготовки учащихся, содержанию ранее изученного материала. Например, задача о температурной шкале газового термометра, предложенной Дж. Дальтоном в 1802 году [1, С. 9], где равным приращениям температуры соответствуют равные приращения объема в изобарном процессе, не подходит для урока физики в 10 классе при базовом уровне изучения предмета, но может быть предложена старшеклассникам в качестве олимпиадной, при условии, что из курса математики уже известно понятие логарифма.
Технологически включение системы задач в учебный процесс базируется на обобщенном плане изучения величины (А.В. Усова [3]). План состоит из нескольких элементов, в соответствии с которыми подбираются задачи определенного типа. В первых пунктах дается общая характеристика величины: устанавливается свойство, мерой которого является величина, дается словесное определение и его выражение в виде формулы, указывается математический тип - векторная или скалярная. К ним целесообразно составить или подобрать задачи, отражающие историю становления понятия о величине, происхождение термина.
Историческая информация из примера 1 может быть в этом случае дополнена вопросами: «Какой термин применяется сейчас для той величины, которую Ньютон называл количеством движения? Какие слова в формулировке Ньютона позволяют определить, скалярная или векторная эта величина?».
Следующий элемент плана - единицы измерения величины. К нему уместны задачи, в которых приводятся сведения об исторических единицах измерения величины, требуется найти соотношения между ними или современными и внесистемными единицами. Например, при формировании понятия о сопротивлении проводников можно предложить выразить в системе СИ, исторически первые единицы измерения сопротивления, предложенные Б.С. Якоби, Э.В. Сименсом, Г.С. Омом, Ч. Уитстоном, Э.Х. Ленцем.
Пример 2. Выдающийся российский ученый Э.Х. Ленц (1804-1865) считал, что единицей измерения всех сопротивлений в его экспериментах является сопротивление медной проволоки длиной 6,358 фута и диаметром 0,0336 английского дюйма при температуре 15 °С. Выразите эту единицу в Омах.
Особенно велико значение таких задач при формировании такого сложного понятия, как температура. Рассматривая историю термометрии, можно показать многообразие физических свойств, на которых может быть основано измерение температуры, температурных шкал, реперных точек.
Пример 3. В 1701 году И. Ньютон в статье «Шкала степеней тепла и холода» описал термометрическую шкалу, в которой точка таяния снега принята за ноль, температура человеческого тела за 12. Найдите выражение для перевода градусов Ньютона в градусы Цельсия. Чему равны в градусах Цельсия температура температуры плавления олова, свинца, и сурьмы, если по шкале Ньютона они равны соответственно 72, 96, 146 градусов?
Пример 4. В англоязычных странах для инженерных и теплотехнических расчетов используется абсолютная шкала, предложенная шотландским физиком У. Ранкином (1820-1822). Шкала Ранкина начинается при температуре абсолютного нуля, точке замерзания воды соответствует 491,67 градусов, точка кипения воды равна 671,67 градусов. Число градусов между точками замерзания и кипения воды по шкале Фаренгейта и Ранкина одинаково и равно 180. Найдите выражение для перевода температуры по шкале Ранкина в градусы по шкале Цельсия.
Обобщенный план подразумевает также обсуждение вопроса о методах измерения величины. К нему подойдут задачи, содержащие информацию об исторических экспериментах, связанных с измерениями. Следующий пример примечателен тем, что описанный в нем эксперимент, школьники могут проделать самостоятельно.
Пример 5. Известный английский физик Дж. Блейк (1728-1799) проводил опыты по определению «скрытой теплоты парообразования». Вот как он описывает один из них: «Я взял два одинаковых сосуда с плоским дном и поставил их на железную плитку, налив 8 унций воды при 50 градусах по шкале Фаренгейта. Оба сосуда начали кипеть через 3,5 минуты и через 18 минут вся вода выкипела». Определите по этим данным удельную теплоту парообразования воды, если при проведении этого опыта Блейк «старался поддерживать в печи равномерный огонь». Считать известной удельную теплоемкость воды.
При включении задач с элементами исторической метрологии в структуру урока можно предложить следующий алгоритм работы над задачей:
1) чтение и анализ условия задачи, выделение предметного и историко-научного аспектов;
2) работа с историко-научной информацией, выделение исторических терминов, единиц, соотнесение их с современными;
3) построение физической модели задачи на основе синтеза предметной и исторической составляющих, осуществление решения;
4) выделение содержания нового знания и опыта, полученного в ходе решения.
Реализацию этого алгоритма можно проиллюстрировать на примере 5 для урока в 8 классе.
1. Предметный аспект - требуется определить удельную теплоту парообразования воды по экспериментальным данным (масса воды, начальная температура воды, время от начала нагревания до начала кипения, время от начала кипения до полного испарения всей массы жидкости) ; историко-научный аспект -эксперимент проведен в 18 веке одним из пионеров калориметрии Дж. Блэком, приведено авторское описание с использованием терминов и единиц измерения, применявшимися в то время.
2. Автор называет величину «скрытой теплотой парообразования». Следует обсудить почему она «скрытая», вспомнить, какие еще величины, связанные с теплотой, выделяемой или поглощаемой при фазовых переходах известны учащимся. Величины в условии заданы в исторических единицах измерения: масса указана в унциях, температура
приведена по шкале Фаренгейта. Для решения необходимо перевести унции в килограммы, а температуру выразить в градусах Цельсия, перевести минуты в секунды.
3. Считая постоянной мощность нагрева, можно составить отношение между количествами теплоты и временами протекания соответствующих процессов и выразить из него искомую величину.
4. Новое знание: способ экспериментального определения удельной теплоты парообразования, приобретение опыта перевода единиц в систему СИ.
Оценка эффективности предлагаемого подхода (второй этап исследования) предполагает сравнение экспериментальной и контрольной групп по уровню достижения предметных результатов и мотивации к изучению физики. Задачи, разработанные на первом этапе, использовались в заданиях муниципального этапа Всероссийской олимпиады школьником по физике в г. Калуге.
Выводы:
1. Элементы исторической метрологии могут использоваться как фактологическая база для конструирования учебных и диагностических заданий по физике.
2. Отбор историко-научных фактов осуществляется на основе принципов дидактической целесообразности, содержательной релевантности, предметной доминанты, необходимости, компактности, доступности.
3.Технология включения системы задач в учебный процесс базируется на обобщенном плане изучения величины. Алгоритм решения строится на основе анализа взаимодействия предметной и исторической составляющих задачной системы.
Литература:
1. Гинзбург В.Л., Левин Л.М., Сивухин Д.В., Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. В 5 кн. Кн. II. Термодинамика и молекулярная физика. - М.: Лань, 2006. - 176 с.
2. Метрология. Справочник метролога [Электронный ресурс]. - URL: https://info.metrologu.ru/spravochnik/metrologiya (дата обращения: 10.12.2021)
3. Усова А.В. Формирование у учащихся обобщенных учебно-познавательных умений в процессе изучения предметов естественного цикла. - Челябинск: ЧГПУ, 2006. - 24 с.
4. Федеральный государственный образовательный стандарт среднего общего образования (Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 17 мая 2012 г. № 413) - URL: https: // fgos.ru (дата обращения: 10.12.2021).
5. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 17 декабря 2010 г. № 1897) URL: https: // fgos.ru (дата обращения: 10.12.2021).
Педагогика
УДК 378.2
кандидат педагогических наук, доцент Китикарь Оксана Васильевна
Государственное образовательное учреждение высшего образования «Приднестровский государственный университет имени Т.Г. Шевченко» (г. Тирасполь); кандидат педагогических наук, доцент Левченко Наталия Валерьевна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга)
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТРАТЕГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО
ОБРАЗОВАНИЯ В РЕГИОНАЛЬНОЙ СРЕДЕ
Аннотация. В статье представлен взгляд на решение проблемы определения теоретических основ развития региональной системы педагогического образования на основе взаимосвязи с целями и векторами стратегического развития регионов. Определены научные подходы к модернизации подготовки педагогических кадров в Южном Федеральном университете, в Нижегородском педагогическом университете имени Козьмы Минина, в Приднестровском государственном университете им. Т.Г. Шевченко. Выявлены и обоснованы методологические и содержательные основы классификации систем подготовки педагогов на основе структурного и функционального анализа, что легло в основу направлений стратегического развития региональных систем педагогического образования.
Ключевые слова: региональная система педагогического образования, региональная среда, целевые ориентиры и векторы развития, непрерывная подготовка педагогов.
Annotation. The article presents a view on the solution of the problem of determining the theoretical foundations of the development of the regional system of teacher education on the basis of the relationship with the goals and vectors of strategic development of the regions. Scientific approaches to the modernization of training of pedagogical personnel at the Southern Federal University, at the Nizhny Novgorod Pedagogical University named after Kozma Minin, at the Pridnestrovian State University named after T.G. Shevchenko have been determined. The methodological and substantive bases of classification of teacher training systems on the basis of structural and functional analysis have been identified and substantiated, which formed the basis for the directions of strategic development of regional systems of teacher education.
Keywords: regional system of teacher education, regional environment, targets and vectors of development, continuous training of teachers.
Введение. Кардинальные изменения развития современного общества вызваны мировыми трендами последних 20 лет: глобализацией, информатизацией, стремительным научно-техническим и технологическим прогрессами. Появление новых коммуникативных цифровых устройств и сетей усилило возможности влияния мировых процессов и культур на социальную взаимозависимость стран и народов. В этих условиях важным представляется противостояние государства процессам ассимиляции культуры, ценностей, патриотических чувств и национальной идентичности. В России этому уделяется особенное внимание на всех уровнях управления страной. В Стратегии пространственного развития Российской Федерации до 2025 года указано на необходимость сокращения межрегиональных различий в экономической, социальной, культурной и технологической сферах. Регионам предоставлены широкие полномочия в организации жизнедеятельности на своей территории.
Процесс образования обладает мощной функцией социализации человека, именно поэтому развитие субъектов Российской Федерации тесно связано с необходимостью модернизации существующих образовательных систем и моделей.
