Роль фронтального и демонстрационного эксперимента в создании проблемных ситуаций на уроках физики

Роль фронтального и демонстрационного эксперимента в создании проблемных ситуаций на уроках физики

Проблемная ситуация - это объективное противоречие, принявшее форму, наиболее отвечающую задачам обучения. Преломляясь через сознание, оно выступает для ученика в качестве затруднения, барьера, преодоление которого требует интенсивной мыслительной деятельности. Выступая как затруднение, проблема не только выявляет потребность в новых недостающих знаниях, но и вызывает необходимость актуализации старого, известного знания.

   О проблемном обучении известно давно. Истоки такого обучения можно найти в далеком прошлом. Так, можно сослаться на высказывание Квинтилиана (ок.35- 95 гг.) в его философско-педагогическом труде "Наставление в ораторском искусстве": "Ребенок должен бороться за то, чтобы достичь успеха в учении, но следует делать так, чтобы он очень хотел его достичь". При желании можно сослаться на Сократа, учившего еще раньше Квинтилиана (469- 399 гг. до н.э.), который использовал в обучении метод наводящих вопросов, с помощью которых вел ученика от одного "открытия истины" к другому. Сегодня, в связи с новыми задачами школы, в педагогике и психологии усилилось внимание к теоретическим основам проблемного обучения и к практическому его применению . Этот значительный интерес вызван тем, что проблемное обучение создает условия для формирования положительной внутренней мотивации учения.

Главная задача современного образования видится в оснащении специалистов методологией творческого преобразования мира. Процесс творчества включает в себя, прежде всего, открытие нового:

• новых объектов;
• новых знаний;
• новых проблем;

новых методов их решения.

 Опыт организации проблемного, поискового обучения накапливался в мировой педагогике на протяжении многих десятилетий. В начале 60-х гг. группа ученых под руководством известного американского психолога А.Осборна провела анализ обширного исследовательского материала и сформулировала обобщенные черты подхода к обучению на основе решения проблем. Приведем эту характеристику в виде последовательности обобщенных шагов по организации поискового учебного процесса:

1) постановка проблемы, поиск ее формулировки с различных точек зрения;

2) поиск фактов для лучшего понимания проблемы, возможностей ее решения;

3) поиск идей одновременно с активизацией сферы бессознательного и подсознания; оценка идей откладывается до тех пор, пока они не высказаны и не сформулированы учащимися;

4) поиск решения, при котором высказанные идеи подвергаются анализу, оценке; для воплощения, разработки выбираются лучшие из них;

 5) поиск признания найденного решения окружающими.

 Цель технологии проблемного обучения: содействовать развитию у учащихся критического мышления, опыта и инструментария учебно-исследовательской деятельности, ролевого и имитационного моделирования, возможности творчески осваивать новый опыт; поиску и определению учащимися собственных личностных смыслов и ценностных отношений. Обратим внимание на заключительный (пятый) шаг, который означает принципиальную необходимость организации социально-психологической стороны учебного процесса, поскольку способом создать обстановку "признания окружающими" является специальная организация коммуникативно-диалоговой деятельности.

Исходные идеи

— развитие авторской позиции ребенка в образовательном процессе.

— безоценочный характер реакции на высказывания учащихся в ходе проблемного обучения.

— целостная включенность ребенка в образовательный процесс, связанная и с рациональным познанием, и с интуитивной, часто неосознаваемой эмоционально-личностной сферой.

В связи с этим проблемное обучение как творческий процесс представляется как решение нестандартных научно-учебных задач нестандартными же методами. Если тренировочные задачи предлагаются учащимся для закрепления знаний и отработки навыков, то проблемные задачи - это всегда поиск нового способа решения.
     Суть проблемной интерпретации учебного материала состоит в том, что преподаватель не сообщает знаний в готовом виде, но ставит перед учащимися проблемные задачи, побуждая искать пути и средства их решения. Проблема сама прокладывает путь к новым знаниям и способам действия.
     Принципиально важен тот факт, что новые знания даются не для сведений, а для решения проблемы или проблем. При традиционной педагогической стратегии - от знаний к проблеме - учащиеся не могут выработать умений и навыков самостоятельного научного поиска, поскольку им даются для усвоения его готовые результаты. Решение проблемы требует включения творческого мышления. Репродуктивные психические процессы, связанные с воспроизведением усвоенных шаблонов, в проблемной ситуации просто неэффективны.
     Если человека постоянно приучать усваивать знания и умения в готовом виде, можно и притупить его природные творческие способности: "разучить" думать самостоятельно. В максимальной степени процесс мышления проявляется и развивается при решении проблемных задач.
     Психологический механизм происходящих процессов при проблемном обучении следующий: сталкиваясь с противоречивой, новой, непонятной проблемой (проблема - сложный теоретический или практический вопрос, содержащий в себе скрытое противоречие, вызывающий разные, порой противоположные позиции при его решении), у человека возникает состояние недоумения, удивления, возникает вопрос: в чем суть? Далее мыслительный процесс происходит по схеме:

• выдвижение гипотез;
• обоснование гипотез;
• проверка гипотез

     Важнейшей чертой содержательного аспекта проблемного обучения является отражение объективных противоречий, закономерно возникающих в процессе научного знания, учебной или любой другой деятельности, которые и есть источник движения и развития в любой сфере. Именно в связи с этим проблемное обучение можно назвать развивающим, ибо его цель - формирование знания, гипотез, их разработки и решений. При проблемном обучении процесс мышления включается лишь с целью разрешения проблемной ситуации, оно формирует мышление, необходимое для решения нестандартных задач Выделяют четыре уровня проблемного обучения.

I уровень - несамостоятельная (обычная) активность. Для него характерно, что учитель сам организует проблемную ситуацию, вычленяет учебную проблему и излагает факты, приводящие к ее решению. Учащиеся воспринимают объяснение учителя, усваивают образец умозаключения в условиях проблемной ситуации, выполняют самостоятельные работы, упражнения воспроизводящего характера, осуществляют устное воспроизведение изученного материала.

II уровень - полусамостоятельная активность. Характеризуется применением прежних знаний в новой учебной ситуации. Учитель сам организует проблемную ситуацию, а далее уже совместно с учащимися формулирует проблему; вместе они выдвигают гипотезы, останавливаются на единственно верной, намечают пути решения, обсуждают факты.

III уровень - самостоятельная активность. Характеризуется тем, что проблемную ситуацию создает учитель, а решают проблему учащиеся. Данному уровню присуще выполнение работ репродуктивно-поискового типа, когда ученик сам работает по тексту учебника, применяет прежние знания в новой ситуации, конструирует, решает задачи среднего уровня сложности, доказывает гипотезы с незначительной помощью учителя.

IV уровень - творческая активность. Ему присуще выполнение самостоятельных работ, требующих творчества, воображения, логического анализа и догадки, открытия нового способа решения учебной проблемы, самостоятельного доказательства. Этот уровень предполагает, что на основе материалов, рекомендованных педагогом, учащиеся сами определяют проблемы, намечают пути их решения с последующей самостоятельной

Не каждый учебный материал подходит для проблемного изложения. Проблемные ситуации легко создавать при ознакомлении учащихся с историей предмета науки. Гипотезы, решения, новые данные в науке, кризис традиционных представлений на поворотном этапе, поиски новых подходов к проблеме - вот далеко не полный перечень тем, подходящих для проблемного изложения. Овладение логикой поиска через историю открытий - один из перспективных путей формирования проблемного мышления. Успешность перестройки обучения с традиционного на проблемное зависит от "уровня проблемности", который определяется двумя следующими факторами:

• степенью сложности проблемы - выводимой из соотношений известного и неизвестного студентом в рамках данной проблемы;
• долей творческого участия обучаемых в разрешении проблемы, как коллективного, так и личного

В отечественной педагогике различают три основные формы проблемного обучения:
   а)  проблемное изложение учебного материала в монологическом режиме лекции либо диалогическом режиме семинара. Проблемное изложение учебного материала на лекции, когда преподаватель ставит проблемные вопросы, выстраивает проблемные задачи и сам их решает, учащиеся лишь мысленно включаются в процесс поиска решения. Интерес обучающихся к проблеме , а следовательно , их познавательная активность  будет зависеть от того, как ставится проблема, каким путем студенты «вводятся в проблемную ситуацию». В отличие от информационного проблемное изложение не только предусматривает восприятие, осознание и запоминание учеником излагаемого материала, но и обеспечивает то, что ученик следит за логикой доказательств, за движением мысли учителя, контролирует ее убедительность.

Проблемное изложение предполагает также участие самих учащихся в процессе поиска истины в форме прогнозирования следующего шага рассуждения или эксперимента. Как показывает практика, по мере развития учащихся их соучастие в ходе проблемного изложение возрастает.

 Можно выделить следующие способы  создания проблемной ситуации на уроках физики :

1.     Ситуация неожиданности создается при ознакомлении с явлениями, выводами, фактами, вызывающими удивление, кажущимися парадоксальными, поражающими своей необычностью. Готовя проблемную ситуацию, учитель подбирает такой материал, использует его для постановки проблем.  На уроках физики это может быть занимательный опыт , например  при изучении темы «Испарение»  вызывает удивление опыт по замерзание воды при  комнатной температуре или физические фокусы а) если зажать в лапке штатива кусочек хлопчатобумажной материи, предварительно смоченный водой и тщательно отжатый и затем облить его спиртом  и поджечь , то он не сгорит; б) если на чашках весов уравновесить стаканы с горячей и холодной водой, то весы быстро выходят из равновесия

2.      Ситуация конфликта  используется в основном при изучении физических теорий и фундаментальных опытов. Ознакомление студентов с конфликтными ситуациями , которые не раз с возникали в науке, когда новые опыты , факты теоретические выводы вступали в противоречие  и известными, казалось бы, твердо установленными  законами природы , теориями, создает проблемную ситуацию, т.к ставит перед студентами те же вопросы, которые в свое время возникали при развитии науки. При этом задача преподавателя сводится к тому, чтобы студенты поняли суть и причины возникновения противоречий учитель сам может выдвигать гипотезы, приводящие к разрешению данной проблемы, а также предложить студентам самими разобраться в возникшем противоречии. Такая проблемная ситуация возникает при обсуждении результатов опыта Резерфорда ( английского ученого) по рассеиванию альфа- частиц , которая приводит к несостоятельности модели Томсона и привела к формированию новых знаний о строении атома- планетарной модели атома.

3.     Ситуация предположения  состоит в выдвижении учителем предположений о возможности существования какой- либо новой закономерности или явления , тем самым вовлекая студентов в исследовательский поиск. При изучении законов геометрической  оптики можно выдвинуть следующее предположение: « Если  при переходе светового луча из оптически более плотной среды в менее плотную угол преломления больше , чем  угол падения, возможно ли получить угол преломления равным 90 . Что произойдет с преломленным лучом? Роль учителя при этом состоит в том, чтобы направить  ход обсуждения в нужное русло и с помощью эксперимента доказать справедливость  предположений.

4.     Ситуация опровержения  создается в тех случаях, когда студентам предлагается  доказать несостоятельность какой- либо идеи, проекта, например при изучении первого закона термодинамики  студентам можно предложить доказать несостоятельность проектов вечных двигателей.

5.     Ситуация несоответствия  возникает в тех случаях,когда жизненный опыт студентов  вступают в противоречия с научными данными. Например, у учащихся часто формируется неправильное представление о вакууме, как о  безвоздушном пространстве или движении с разным ускорением свободного падения тел различной массы. Преподавателю необходимо подобрать и высказать аргументы, которые помогут найти правильное решение возникшей проблемы.

6.     Ситуация  неопределенности возникает в том случае, когда предъявляемое  проблемное задание  содержит недостаточно данных  для получения определенного ответа.

  Б)   частично поисковая деятельность при выполнении эксперимента, на лабораторных работах, в ходе проблемных семинаров, эвристических бесед. Преподаватель продумывает систему проблемных вопросов, ответы на которые опираются на имеющуюся базу знаний, но при этом не содержатся в прежних знаниях, т.е. вопросы должны вызывать интеллектуальные затруднения учащихся и целенаправленный мыслительный поиск.

Проблемный эксперимент дает хорошие результаты при изучении нового материала. При использовании проблемного эксперимента важно выдержать предусмотренное планом  время, обсудить коллективно проблемную задачу, которую требуется решить с помощью эксперимента. Для этого необходимо подобрать простые и наглядные опыты, доступные для каждого студента вне зависимости от его способностей поэтому для самостоятельного исследования проблемы отбираются такие задания, которые будут выполнены в строго определенное время. В целом в ряде случаев  объем материала, изучение которого представляется целесообразным организовать в форме проблемного эксперимента , оказывается слишком большим. В этом случае фронтальный эксперимент может быть применен в форме дифференцированных заданий. Все задание  разбивают на 2-3 части , соответственно на несколько групп, при проведении фронтального эксперимента возможна работа парами, причем несколько пар работают над одним и тем же заданием. Таким образом , исследованием охватывается весь изучаемый вопрос . Такая форма организации фронтального  эксперимента способствует выработке  у студентов навыков коллективной работы  над общей проблемой . При выполнении проблемного эксперимента в форме дифференцированных заданий  каждая группа исследует только одну  часть задания. При подведении итогов результаты отдельных групп обсуждаю по очереди , а затем делают общий вывод. Целесообразно при формировании групп учесть возвожность создания группы экспертов из наиболее подготовленных студентов, которые способны выполнить за короткое время задание в полном объеме и анализировать ответы студентов других групп при подведении итогов.

При изучении темы «Внутренняя энергия» методом поиковой беседы , целесообразно провести фронтальный эксперимент по исследованию способов изменения  внутренней энергии, после проведения проблемного эксперимента студенты , как правило, легко приходят к формулировке первого закона термодинамики.

 Задания проблемного эксперимента по исследованию способов изменения внутренней энергии могут быть следующие:

1.    Зажгите свечу и подержите ладонь над свечой.

1                Потрите ладони друг о друга. Каков результат эксперимента? /Ладони нагрелись/ Каким способом изменилась внутренняя энергия ладоней в 1-ом и 2-ом случаях?

2                 Зажгите одну спичку о коробок, а другую спичку внесите в пламя свечи. В чем различие причин, приведших к воспламенению спички?

3                 Согните алюминиевую проволоку несколько раз. Затем аккуратно исследуйте сгиб проволоки. Изменилась ли внутренняя энергия сгиба? Каким способом?

4                 На стольную спицу наденьте корковую пробку. Энергично двигайте пробку вдоль спицы то в одну, то в другую сторону. Исследуйте спицу, результаты опыта опишите.

5                 Стеклянную колбу с помощью резинового шланга соедините с манометром. Осторожно опустите колбу в сосуд с холодной водой. Наблюдайте за уровнями жидкости в манометре.   в) самостоятельная исследовательская деятельность, когда учащиеся самостоятельно формулируют проблему и решают ее (в курсовой или дипломной работе, НИРС) с последующим контролем преподавателя, что обеспечивает продуктивную деятельность 4-го уровня - творчество и 4-й уровень наиболее эффективных и прочных "знаний-трансформаций". Например, при изучении явления дисперсии у студентов возникает вопрос- можно ли получить радугу в условиях искусственного  освещения, что привело к самостоятельной исследовательской деятельности по решению данной проблемы. Студенты самостоятельно составляют план исследований, включающий  более глубокое изучение теоретического материала, проектируется модель устройства, позволяющего получить радугу при искусственном освещении и осуществляется процесс создания  данной установки в качестве подтверждения выдвинутой гипотезе.

Проблемная организация образовательного процесса может быть осуществлена с меньшим или большим ролевым участием школьников в проведении этого процесса. В соответствии с этим возможны варианты организации образовательного процесса.

Педагогическое мастерство состоит в умении обнаружить противоречивость наблюдаемого явления с имеющимися у учащихся знаниями и на этой основе создать проблемную ситуацию. Для этого необходим тщательный анализ учебного материала с точки зрения его содержания, логической структуры, особенностей его усвоения учащимися (учет типичных ошибок, вопросов, которые задают ученики).

При создании проблемных ситуаций необходимо придерживаться общих закономерностей их возникновения, В литературе по проблемному обучению эти закономерности формулируются в виде типов проблемных ситуаций, исходя из наличия в их основе различных видов противоречий между знанием и незнанием. Формулировка типов проблемных ситуаций раскрывает условия их возникновения

Проблемная ситуация должна быть такой, чтобы уже первоначальный анализ ее вызывал у учащихся одновременно и чувство затруднения, и чувство предстоящего успеха, т. е. чтобы возникало не только противоречие, но и потенциальная возможность снятия его.

Проблемная ситуация должна содержать в себе элемент нового, интересного для учащихся; это способ­ствует включению школьника в активный познаватель­ный поиск.

Литература

1.      Галтерштейн Л. Я. Занимательная физика М. Росмен, 1998

2.      Занимательные опыты и эксперименты (Ола Француа , Дюпре Жан-Поль, Жибер Анна-Мария, Леба Патрик, Лебьом Джоель) М. Айрис Пресс. 2006

3.      Зуев П. В. Повышение уровня физического образования в процессе обучения школьников УрГПУ Екатеринбург, 2000

4.      Зуев П. В. Простой физический эксперимент как средство формирования естественнонаучных умений у учащихся Свердл. обл. ИУУ, Екатеринбург, 1992

5.      Ланина И. Я. Не уроком единым. Развитие интереса к физике М. Просвещение, 1991

6.      Майкл ди Специо Занимательные опыты. Свет и звук. Электричество и магнетизм М. Аст Астрель, 2006

7.      Махмутов М. И. Организация проблемного обучения в школе М. Просвещение, 1977