Использование феноменологического подхода на уроках физики.
статья по физике (8, 9 класс)

Использование феноменологического подхода  на уроках физики.

“Теория сама по себе не годится ни на что, она пригодна лишь поскольку заставляет нас верить в связь явлений”

В. Гёте

Каждая наука имеет свою область, в которой она отыскивает связь между явлениями. Современное восприятие окружающего мира человека часто носит фрагментарный, клиповый характер, в котором целостный мир распадается на части, в  котором и  формируется ограниченное знание.  Данные науки с одной стороны, природа с другой должны быть приведены в известное отношение с учетом, также, и культурного наследия человечества.

Действительность разложилась для нас на две области: на опыт и на мышление. Перед человеком два мира и он должен установить связь между обоими. Феноменологический подход изучения природных явлений, являющихся предметом изучения учебной дисциплины - физика, как раз и позволяет установить такие связи между опытом, лежащим в основе процесса познания, наблюдением и теорией, в которых мир сохраняет свою целостность и не распадается на части. Кроме этого, феноменологический подход позволяет поддерживать интерес учащихся к изучаемому явлению, способствует формированию чувственного эмоционального восприятия, надолго остающегося в памяти ученика.

Основные цели использования феноменологического метода:

- знакомство учащихся с наиболее типическими феноменами природы;

- знакомство с той сферой человеческой культуры, которая относиться к этим природным феноменам. Под этим понимаются не только результаты научного познания природы, но в социально-исторический и логический контексты порождения и развития  научных знаний, а так же художественный и психологический (антропологический) аспекты взаимоотношения человека и природы;

- формирование положительной мотивации познавательной деятельности учащихся, воспитание интереса к изучению данной предметной области;

- воспитание способности самостоятельного, логически правильного, ясного мышления;

- формирование разностороннего образа мира, в котором наряду с классической естественнонаучной картиной мира существуют элементы современного научного взгляда на природу, как сложную, не механическую, эволюционную целостность;

- художественное восприятие мира.

        Существенным моментом любой картины мира является ее субъективная, человеческая составляющая, определяющая роль которой все более постигается современной философией науки.

        Основной упор делается на феноменологическом рассмотрении наиболее типических явлений. В этой связи существенную роль в методике обучения играет первая ступень изучения любого природного объекта. Она состоит в целостном представлении данного объекта или же явления, взятого не в абстракции, а в многообразии его внешних проявлений, связей и характеристик, включая сложившиеся в культуре различные способы рассмотрения этого объекта. Причем это представление может формироваться как на основе непосредственного наблюдения, так и на основе подробного и точного описания.

        Таким образом, в обучении надо удержать природную и культурную целостность, конкретность, не ощипывая то или другое до абстракции, к которой невозможно испытывать симпатии и интереса. Это возможно лишь при правильной ориентации по отношению к феноменам, при признании их важности и насыщенности. Только при условии такого непосредственного обращения к природе и культуре можно приблизиться к целостности, к интегрированности, к гуманитаризации школьного курса физики.

        В этой связи требуется также такая переработка наличного экспериментального материала, которая перемещает акценты использования опытов и демонстраций на уроках. Эксперимент, наблюдение за природным явлением должны играть роль исходных, самоценных моментов познания природы. Они не должны служить лишь второстепенным дополнением к теоретическому знанию, дополнением, выполняющим лишь функцию подтверждения теории. Именно так строиться большая часть школьных экспериментов, которые настолько «очищены» от случайностей, что между ними и реальным явлением, происходящим в природе, лежит пропасть, практически непреодолимая для учащихся. Еще одной существенной чертой многих экспериментов, которая должна быть преодолена, является их чрезмерная аппаратурная насыщенность. Для демонстрации простого явления используется порой очень сложная электронная аппаратура, принцип действия которой не ясен учащимся.

        Следующим методическим принципом, лежащим в основе этого феноменологического подхода, является принцип развития познавательных способностей. Содержание обучения выстраивается таким образом, что в учебном процессе строятся ситуации, в которых активизируется самостоятельная познавательная деятельность детей. Законы и представления не сообщаются им в готовом виде, но всегда являются следствием собственных мыслительных усилий учащихся (и класса как целого), направленных на решение познавательной проблемы, задачи. Понятно, что этому мало соответствует традиционная фронтальная форма обучения и методика, строящаяся на воспроизведении знаний. Более адекватными формами такой деятельности являются: диалог, выстраиваемый учителем в живом процессе обсуждения, а также групповые и  индивидуальные формы самостоятельной познавательной деятельности учащихся.

        Это не пассивное усвоение материала, а соучастие в процессе порождения знаний и способов мыслительной деятельности. Оно требует такой перестройки содержания обучения, в которой резко суживается область готовых суждений и существенно иную роль начинают играть факты как исходный материал познания, которое предлагается детям не в форме готовых продуктов, а в виде их собственной познавательной деятельности, направленной на порождение знаний.

        Таким образом, обучение должно приобрести проблемный характер, не взирая на все те реальные методические трудности и временные затраты, которые он с собой привносит. Причем сам ход познания, методология получения и переработки содержания науки должны быть прежде непосредственно пережиты учащимся.

        Курс обучения должен обязательно иметь практическую направленность, т.е. включать в себя большое количество наблюдений реально происходящих явлений, демонстраций и практических работ. Т.е. руководствоваться принципом: «Лучше один раз увидеть (самому проделать), чем сто раз услышать». Экспериментальное, а не абстрактно-теоретическое естествознание вызывает интерес у учащихся. При этом содержание обучения не может ограничиваться простым эмпирическим уровнем познания. В мышлении учащихся должны быть переработаны, выстроены логические связи между понятиями и восприятиями, между теоретическим и эмпирическим уровнями познания природы.

        Одним из основополагающих принципов отбора содержания должна быть последовательная реализация принципа связи с жизнью. В смысле преодоления разрыва в сознании учащегося научных знаний и его собственного жизненного опыта, разрыва между тем, что он усвоил в школе, и тем, что его окружает в действительности. Следовательно, задачей школы является выстраивание связей в сознании учащегося между научным знанием и его непосредственным опытом восприятия природного, социального и технического окружения.

        Еще одной существенной чертой курса является опора на реальные возрастные возможности учащихся средних способностей. Не ориентация на способных детей, которые порой на несколько лет обгоняют весь класс в интеллектуальном развитии, но доступность и понимание обычного ребенка усредненных способностей.

        Другой важной чертой феноменологического подхода при изучении предметов естественнонаучного цикла является преимущественно качественное рассмотрение явлений и законов. Это позволяет формировать действительное понимание научных понятий и закономерностей, а не манипулирование ими в процессе подстановки величин в сообщенные в готовом виде формулы.

        Наряду с этим, учащиеся должны самостоятельно решать расчетные задачи с использованием различных источников справочной информации.

        Один из основных принципов данного метода – формирование у учащихся целостного, экологически-ориентированного представления о природе и ее закономерностях. Воспитание экологической позиции у детей невозможно только за счет знаний о природе. Главное в ней – эмоционально-целостное отношение человека к природе, формирующееся в процессе воспитывающего обучения, важнейшим компонентом которого является опыт переживания природы. Это требует неформального включения в учебный процесс (в качестве обязательных, важных и требующих времени) таких компонентов, как художественное, поэтическое и музыкальное восприятие мира, постоянное непосредственное общение с живой природой, не один только анализ, но и синтез. Причем не только синтез различных научных знаний о целостных природных объектах (расчлененных до этого на атомы и молекулы), но и синтез научного и художественного подходов к рассмотрению природы, как взаимообогащающих факторов. При этом и художественные (например, поэтические) произведения должны служить не добавочной иллюстрацией, но, как и природные феномены, они должны быть непосредственно пережиты детьми, и это переживание следует углубить и проработать столь же последовательно, как и переживание природных феноменов.

Еще одной важной чертой феноменологического метода познания природных законов и явлений является исторический подход, заключающийся не в упрощенном выстраивании содержания в линейную последовательность предъявления материала в соответствии с хронологией, существующей в истории науки. Но, во-первых, выстраивание его в соответствии с логикой исторического развития научных знаний, в которой решению, открытию предшествует проблема, вопрос, являющиеся духовными «двигателями» развития науки. Во-вторых, развитие науки рассматривается в связи с биографиями ученых, которые своим настойчивым трудом и концентрацией на поставленной проблеме добивались ее разрешения. В-третьих, через биографии конкретных исторических лиц учащиеся вводятся также и в исторический контекст и в социальные последствия тех или иных научных открытий и идей. И, в-четвертых, развитие этой темы доводится до современности.

Для иллюстрации приведу следующие примеры. Как было открыто электричество, как оно родилось? Во времена античности янтарь был широко распространен. С Балтийского моря его привозили в Грецию, его даже добывали на Сицилии и в дельте реки По. Греки называли его электроном, т.е. «желто-светлым». Самое позднее со времени Фалеса, который сообщает об этом, уже знали, что при трении янтаря о мех очень быстро возникает притягивающее действие, так что к нему пристают ворсинки хлопка и шерсти, шелковые нитки, кусочки папируса и волосы животных. В янтаре греки видели пролитые слезы, вокруг которых сплетались мифы о трагически погибших, оплакиваемых «янтарными слезами».

В начале XVII века Гильберт последовательно рассмотрел различные электрические явления и открыл путь к их исследованию. Благодаря этому XVII и XVIII века стали веками открытий в области электричества: электростатической машины, лейденской  байки, электрического колокольчика, «бузинного телеграфа», мерцающего свечения в наэлектризованных вакуумных сосудах, и, наконец, молниеотвода (громоотвода) Франклина. Но это все было статическое, создаваемое трением электричество; такой тип электричества не может способствовать созданию электрических машин и приборов для промышленного использования. Все это было скорее игрушкой до тех пор, пока не появился громоотвод. Но и он, в известном смысле, способствовал устранению электричества, а не использованию его. Электричество еще не появилось как нечто необходимое для домашнего хозяйства или работы производства, еще не были созданы электрические приборы, электрические машины.

Во времена барокко специальности электрика не было. Публике казалось чем-то забавным, служило для развлечения дам и кавалеров, придворных больших и малых дворов. В физических кабинетах людей наэлектризовывали для того, чтобы насладиться острыми ощущениями, чтобы приблизиться к чему-то призрачному. Однажды в 1730 году Грей подвесил на шелковых шнурах лежащего мальчика, подвел к его ногам натертый стеклянный шар электростатической машины. Клочки бумаги, которые находились около головы мальчика, полетели ему в лицо. В обществе того времени любимой шуткой был так называемый «электрический поцелуй». Камеристка, соединенная с электростатической машиной (стоящей на закрытой скамеечке) передавала этот поцелуй входящему гостю. Забава эта была несколько болезненна для обоих.

И громоотвод Франклина еще не открывал основных возможностей использования электричества. Его задачей было удалять электричество, а не использовать непосредственно его воздействие. Первые громоотводы начали использовать в 1752 году в Париже. Бенджамин Франклин (1707-1790) был странным человеком. Об этом свидетельствует надпись на его надгробии, которую он сочинил сам в двадцатитрехлетнем возрасте:

«Тело Бенджамина Франклина, покоится здесь как пища червей, как под переплетом старинной книги покоятся рассыпавшиеся в пыль страницы, а титул и позолота исчезли. Но труд не пропадает зря. Он верит, что возродится в новом, еще более прекрасном издании, исправленном и дополненном автором».

Подобные истории создают в душе ученика повышенный эмоциональный фон, который формирует «личностную» связь между учеником и соответствующим физическим понятием. Это позволяет сделать понятийное восприятие более глубоким, наполняет душевным содержанием и оставляет в памяти ученика заметный след.

Таким образом, в обучении надо держаться природной культурной целостности, конкретности, не ощипывая то и другое до абстракции, к которой невозможно испытывать симпатии и интереса. Это возможно лишь при правильной ориентации по отношению к феноменам, при признании их важности и насыщенности. Только при условии такого непосредственного обращения к природе и культуре можно приблизиться к целостности, к интегративности, к гуманитаризации школьного естественнонаучного курса.

Эксперимент, наблюдение, описание природного явления должны играть роль исходных, самоценных моментов познания природы. Они не должны служить второстепенным дополнением к теоретическому знанию, служащим лишь подтверждением теории. Именно так строится большая часть школьных экспериментов, которые настолько «очищены» от случайностей, что между ними и реальным явлением, происходящим в природе, лежит пропасть, практически непреодолимая для учащихся.

Важной чертой феноменологического подхода является преимущественно качественное рассмотрение явление и законов. Это действительно позволяет сформировать понимание физических понятий и закономерностей, а неумение манипулировать ими в процессе подстановки величин в сообщенные в готовом виде формулы. С этой целью логические понятия вводятся на основе эксперимента, что дает возможность сразу оперировать с физическом смыслом научных понятий, а не подыскивать в опыте интерпретацию априорно введенного понятия (например, полученного путем математических выкладок). Поэтому, даже такие сложные понятия, как импульс и энергия, вводятся на основании опыта, а не как результаты математического вывода из законов Ньютона. Хотя именно эти понятия имеют исходно теоретический характер, что обуславливает определенную специфичность их введения. Такое конкретное, качественное понимание физики является важной целью данного метода.

Конспект урока 34. Звук и его характеристики.

На этом уроке ученики знакомятся  с формой и параметрами звуковой волны (период колебания, частота колебания, амплитуда колебания) на примере движения камертона. Ученики отрабатывают навыки вычисления параметров волны (период и частота колебания), знакомятся с понятием монохроматическая волна, тембр звука.

Оборудование:

- Штатив;

- Теннисный мяч на нити;

- Камертон с частотой 400 Гц (из набора камертонов на резонансных ящичках);

- Камертон 100 Гц;

- Метроном;

- Игла, которая крепится к камертону;

- Закопченный кусок оконного стекла.

Ход урока:

1. Ученики знакомятся с устройством камертона, называются части камертона: зубья, поворотная дуга, ножка.
2. а) Изучение камертона. В первых опытах используется камертон «ля» из набора камертонов на резонансных ящичках.

Сперва исследуются различные способы извлечения звука: при ударах различными предметами; при ударах резиновым молоточком о различные части камертона (о ножку снизу, сбоку, о середину; о концы зубьев сбоку, с торца, сверху…).

        Затем изучаем как звучат различные предметы при прикосновении камертона: стол, доска, окно, пол, ящичек-подставка для камертона…К этому добавляется еще один эффектный опыт – ученик закрывает пальцами уши, а учитель в это время прикладывает к его голове дощечку и ставит на нее ножку камертона.

Далее рассматриваем действие камертона 100Гц на различные тела. Вначале концами камертона касаемся поверхности налитой в тарелку воды, причем проделываем это с различными положениями камертона: и ножкой, и боковой поверхностью зубьев, и торцами…наблюдаем, как расплескивается в разные стороны вода, особенно при одновременном касании торцами обоих зубьев. После этого демонстрируем «скакание» теннисного шарика, подвешенного на нити возле звучащего камертона, - эффект максимален, когда в спокойном положении шарик касается боковой поверхности зубьев. При этом лучше всего закрепить камертон за верхнюю часть ножки в лапке на штативе и попробовать касаться шариком различных его частей. В дополнение – еще один впечатляющий опыт. Звучащим камертоном касаемся кончика носа желающих этого учеников – действует сильнее щекотки!

Здесь можно показать лишь часть феноменов, выбирая самое интересное.

б) Демонстрация гармонического характера колебаний камертона.

На конце одного из зубьев камертона 100 Гц закрепляется игла, которая крепится к торцевой поверхности так, чтобы вычерчивать максимально широкие полосы.

После этого запускаем метроном на отсчет секундных интервалов времени, настраиваем на его такт. Затем ударяем по камертону (лучше всего это сделать также в момент удара метронома), следующим тактом опуская его на поверхность стекла, лежащего на столе, и поднимая при следующем ударе метронома.

Теперь передаем стекло по ряду парт, чтобы дети могли рассмотреть оставленные иглой следы. Но можно и ускорить данный процесс, положив его на стекло диапроектора и спроецировав на стену или экран. Затем двое учеников получают задание посчитать число гребней на самом выразительном следе. Важно, чтобы ученики осознали назначение метронома в данном опыте.

Учитель спрашивает: «За какое время камертон выписывает такое количество гребней?»

В тетрадях ученики зарисовывают ряд последовательных фаз движения камертона:

Движение частей камертона при звучании можно пояснить на примере гибкой металлической линейки.

Теперь уместно и введение понятия периода колебаний, как длительности одного колебания. Для этого ученики должны определить, сколько времени длится одно колебание камертона 100Гц, как количество колебаний за единицу времени. Вводится понятие монохроматической звуковой волны, тембра звука.

На следе, оставленном иглой обычно хорошо заметно, как постепенно амплитуда идет на убыль. Следует обратить внимание учеников на этот факт еще при первом описании. А теперь надо спросить: «Можно ли на слух определить уменьшение амплитуды колебаний?»

3. Ученики сравнивают между собой примеры колебаний, отмечая качественную разницу в параметрах:

1. Колебание 1

Колебание 2

2. Колебание 3

Колебание 4

Колебание 4

Выводы:

1. Амплитуда первого колебания в два раз  меньше второго, поэтому звук 1 будет тише звука 2.
2. Амплитуда третьего колебания меньше амплитуды четвертого, а частота третьего колебания больше частоты четвертого колебания. Поэтому звук 3 будет тише и выше по тону звука 4.

4. Работа с материалом урока № 58. Используемые приемы «Верю – не верю», «Инсерт».

Учитель просит учащихся ответить на вопросы, начинающиеся словами: «Верите ли вы, что…». Учащиеся ставят на приготовленном заранее листе с высказываниями напротив каждого утверждения знак «+», если высказывание считают верным, и «-», если высказывание считают неверным (работа индивидуальна):

1. Звуку «ля» первой октавы соответствует частота 440Гц, звуку «до» первой октавы – частота 261,63 Гц.
2. Человеческое ухо воспринимает звук с частотами приблизительно от 16 Гц до 20 кГц.
3. Организма человека воспринимает и более низкий звук – инфразвук и болезненно на него реагирует.
4. При внешних воздействиях, вызываемых механической вибрацией или звуковой волной на частотах 4-8 Гц, человек ощущает перемещение внутренних органов, а при частотах 12 Гц – приступ морской болезни.
5. Звук с частотой более 20 кГц – ультразвук не воспринимается человеком.
6. Летучие мыши издают ультразвук в диапазоне от 20-100 кГц и используют его для локации, т.е. для определения расстояний до объектов, размеров и свойств поверхностей объектов по отраженному звуку.
7. В музыке одна и та же нота используется для нескольких звуков; при этом к названию ноты добавляется название октавы. Оказывается, что частоты звуков, различающихся на октаву, различаются в два раза.
8. Оказывается, что человеческое ухо воспринимает звук таким образом, что незначительное увеличение громкости соответствует большому изменению амплитуды звуковой волны.
9. Для измерения громкости сравнивают не амплитуды волн, а их логарифмы. Соответствующие единицы называются белами (Б).
10. В музыке одному и тому же простому звуку может соответствовать различная громкость (от пианиссимо до фортиссимо).
11. Нижний предел чувствительности человеческого уха 0Б, порог болевого ощущения 13Б.
12. Громкость шороха листьев соответствует 1Б, а громкость грома 12Б.
13. Согласно медицинским исследованиям, максимально допустимый шум, длящийся в течение нескольких часов и не оказывающий вредного воздействия на человека, имеет громкость 80 дБ.
14. На производстве, где шум превышает эту норму, полагается использовать шумозащитные приспособления.
15. Современные музыкальные наушники для прослушивания плейера дают максимальную громкость 100-110 дБ.

Учитель предлагает ученикам прочитать текст урока № 58 учебника и сделать на полях заметки:

«V» - уже знал;

«+» - новое;

«-» - думал иначе;

«?» - не понял, есть вопросы.

5. Домашнее задание: 1. Записи, сделанные в таблице, сопоставляются с предположениями, высказанными ранее, и переставляют знаки «+» и «-». 2. Задания урока № 34