Фундаментальні експерименти в шкільному курсі

Фізика є наукою, що відіграє визначну роль у формуванні загального світогляду сучасної освіченої людини. Недарма у 17 ст. фізику іменували “натуральною філософією”, тобто філософією природи, що свідчить про тісний зв’язок найстаріших і найвизначальних наукових напрямків пізнання Всесвіту.

Основою вивчення фізики в загальноосвітній школі є навчальний експеримент . Не викликає сумніву той факт, що якість знань і практична підготовка учнів з фізики перебувають у прямій залежності від правильної постановки, пізнавальної ефективності проведеного вчителем і самостійно фізичного експерименту. Шкільний фізичний експеримент у вигляді фронтальних дослідів: спостережень, лабораторних робіт і робіт фізичного практикуму не лише підводить учнів до розуміння сучасних наукових методів фізичного дослідження, а й сприяє виробленню у них практичних та експериментальних умінь і навичок. Саме тому він (фізичний експеримент) виступає одночасно як метод навчання, джерело знань так і засіб наочності. Слід зауважити, що шкільний фізичний експеримент безпосередньо пов’язаний з науковим фізичним експериментом, під яким розуміють систему цілеспрямованого вивчення природних явищ і процесів шляхом чітко спланованого відтворення в лабораторних умовах з подальшим аналізом і узагальненням отриманих за допомогою приладів експериментальних даних.

Головна ж мета навчання фізики в середній загальноосвітній школі полягає в розвитку особистості учнів засобами фізики, зокрема, завдяки формуванню в них фізичних знань, наукового світогляду і відповідного стилю мислення, екологічної культури, розвитку експериментальних умінь і дослідницьких навиків, творчих здібностей і схильності до креативного мислення. Відповідно до цього зміст фізичної освіти спрямований на опанування учнями наукових фактів і фундаментальних ідей, усвідомлення суті понять і законів, принципів і теорій, які дають змогу пояснити перебіг фізичних явищ і процесів, з’ясувати їх закономірності, характеризувати сучасну фізичну картину світу, зрозуміти наукові основи сучасного виробництва, техніки і технологій, оволодіти основними методами наукового пізнання і використати набуті знання в практичній діяльності.

Одне із завдань курсу фізики основної школи полягає в розкритті суті фундаментальних наукових фактів, основних понять і законів фізики, показі розвитку фундаментальних ідей і принципів науки. Саме тому вивчення фундаментальних фізичних експериментів через призму їх основних логічних компонентів підвищує ефективність їх засвоєння та приводить до осмислення зв’язку даного експерименту з теорією. Процес засвоєння фізичного знання протікає значно ефективніше, якщо в основу навчально- пізнавальної діяльності учнів покласти плани узагальнюючого характеру, які допомагають розкривати суть того чи іншого поняття, закону, факту тощо. Для фундаментального досліду можуть визначатися наступні критерії:

Методологічна суть та фізичний опис фундаментального досліду.

Прізвище вченого, який перший встановив даний факт чи виконав дослід.

Перелік розумових міркувань, які сприяли встановленню даного факту або схематичний опис експериментальної установки.

Значення фундаментального досліду для становлення і розвитку фізичної теорії.

“Головним суддею” фізики є експеримент. Експеримент - один з методів науки, а методи науки входять в зміст освіти, тому в шкільному курсі він має методологічне обґрунтування. Формування мислення тих, що вчаться, пов’язане з оволодінням експериментальними навиками, має свою специфіку. У процесі навчання виробляється уміння спостерігати явища, які можуть на перший погляд показатися звичайними, знаходити можливості вивчати їх всіма доступними засобами, зокрема підсобними, і, що дуже важливе, оригінальним шляхом, робити “приблизні”, пробні досліди для з’ясування головного в явищі, що вивчається, або процесі. У цьому психологічна сторона оволодіння експериментом.

Роль фундаментальних наукових експериментів у навчанні фізики має декілька аспектів, формулювання яких представляється корисним для педагогічної теорії. Дослід є основою пізнання і критерієм істини, він збагачує науку об’єктивними знаннями про матеріальний світ. У всьому цьому поміщено філософське значення досліду, і, зокрема, фізичного експерименту

Експеримент - одне з джерел розвитку фізичної теорії. Провідну роль фізичного експерименту в початковому навчанні фізиці відзначав А. Ейнштейн, який писав: “На першій стадії навчання фізики з неї треба взагалі виключити все, окрім експериментальної сторони, що представляє наочний інтерес. Красивий експеримент сам по собі набагато цінніший, ніж двадцять формул, здобутих в реторті відвернутої думки”.

Експеримент - один з методів науки, а методи науки входять у зміст освіти, тому в шкільному курсі він має методологічне обґрунтування. Формування мислення учнів, пов’язане з оволодінням ними експериментальними навиками. У процесі навчання виробляється уміння спостерігати явища, які можуть на перший погляд показатися звичайними, знаходити можливості вивчати їх всіма доступними засобами, зокрема, підсобними, і, що дуже важливе, оригінальним шляхом, робити “приблизні”, пробні досліди для з’ясування головного в явищі, що вивчається, або процесі. У цьому психологічна сторона оволодіння експериментом [8].

Класичні експерименти у фізичній теорії першочергово характеризуються тим, які поштовхи вони дають до нових дослідів та ідей (у цьому їх велика евристична сила). Показ особливостей фундаментальних експериментів у практиці навчання фізики представляється надзвичайно важливим. Можливості для цього є, наприклад, під час розповіді про розвиток фізики та техніки.

Значення навчального фізичного експерименту в школі досить часто зводять лише до наочності, а тим часом пізнавальна й виховна роль його значно ширша. Тому показ реального фізичного явища повинен вважатися обов’язковим і його заміна демонстрацією навчального кінофільму або іншими засобами наочності небажана (за винятком тих експериментів, які за технічними умовами поки що неможливо поставити в школі). Умови реального досліду можна змінювати в широких межах на розсуд вчителя і залежно від дидактичної мети уроку. Нарешті, постановка досліду самим вчителем не нав’язує йому фіксованої методики.

Не існує нейтрального за своїм характером досліду. У практиці вивчення постановка досліду - це в одних випадках пошук розв’язку, в інших - початкова проблемна постановка питання, в третіх - перевірка правильності дедуктивного висновку, в четвертих - ілюстрація фізичних принципів технічного додатку фізики. Якщо учень зрозуміє, яким способом з досліду можуть бути отримані корисні наслідки, то даний розумовий процес звільнить його від сліпої віри в бездоказові твердження.

Сучасний фізичний експеримент у багатьох випадках набуває індустріальних масштабів і характеру. У результаті використання успіхів фізики науково-технічна революція не лише розвивається, але і сама забезпечує розвиток даної науки сучасними засобами дослідження (електронними приладами, оптичними приладами, енергетичними і дослідницькими установками, досконалими вимірювальними приладами, електронно-обчислювальними машинами та ін.). Освоєння космічного простору є результатом комплексного використання багатьох фундаментальних і прикладних наук.

Фізичний експеримент має величезний інтелектуальний і практичний потенціал, усі педагогічні сторони якого вимагають подальшого вивчення. Відбір класичних експериментів для вивчення в середній школі залежить від логічної структури курсу.

50. Статистичне тлумачення законів термодинаміки. Розподіли Максвелла-Больцмана. Швидкості руху молекул. Розподіли Максвелла і Больцмана як частинні випадки канонічного розподілу Гіббса.