Наибольшая значимость тем для раскрытия ведущих, основопола­гающих идей учебного предмета;

1. наибольшая значимость тем для раскрытия ведущих, основопола­гающих идей учебного предмета;

2. высокая степень обобщения и интеграции разнородных знаний в содержании учебной темы.

Опираясь на данные критерии, подвергнем анализу содержание учебных тем «Строение атома» и «Электромагнитное поле». Выделенные учебные темы наиболее отвечают цели данной опытной работы и критериям отбора, приве­денным выше.

Межпредметные связи темы «Строение атома».

Это тема - одна из центральных в предмете физики. Степень перекры-ваемости содержания данной темы с другими дисциплинами очень высока. Вот почему значение межпредметных связей для раскрытия ведущих положений этой темы огромно и объективно необходимо.

Таблица 2.

Ведущие положения темы	Знания, используемые из других школьных дисциплин для раскрытия ведущих положений темы
1. Зависимость строения атома от свойств и строения его элементов	ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: материя и движение, развитие и всеобщая связь явлений мира. ХИМИЯ: периодический закон и система химических элементов Д. И. Менделеева; строение молекулы воды; катализаторы; органические вещества - белки, жиры, углеводы... АСТРОНОМИЯ: строение Сол­нечной системы, движение планет и небесных тел.
2. Раскрытие связи между строе­нием и функциями структурных ос­новных компонентов атома	ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: катего­рии диалектики: причина и следствие, содержание и форма, сущность и явление и д.р. ИСТОРИЯ: понятие о системе, познаваемость мира. БИОЛОГИЯ: строение клетки и ее основных элементов
3. Свойства тел в зависимости от их молекулярного строения, движение атомов		МАТЕМАТИКА: построение графиков движения, вектора, решение уравнений ИНФОРМАТИКА: решение уравнений о движении тел с помощью составления программ
4. Внутренняя энергия атома в зависимости от заряда, строения и движения его элементов		ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: закон единства и борьбы противоположно­стей; закон перехода количественных изменений в качественные. ХИМИЯ: типы химических ре­акций БИОЛОГИЯ: обмен веществ и энергии, фотосинтез МАТЕМАТИКА: использование математических формул, действий для осуществления расчетов ИНФОРМАТИКА: моделирова­ние физических явлений с помощью компьютера

Межпредметные связи темы «Электромагнитное поле»

Таблица 3.

Ведущие положения темы	Знания, используемые из других школьных дисциплин для раскрытия ведущих положений темы
1. Доказательство с точки зрения диалектико-материалистической мето­дологии существования электромаг­нитных полей	ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ: фило­софские представления о мире и его познании. ИСТОРИЯ И ЛИТЕРАТУРА: социально-историческая обусловлен­ность развития науки; история борьбы науки и религии. МАТЕМАТИКА: построение линии векторов, отрицательные и по­ложительные числа
2.Энергия электромагнитных полей как результат взаимодействия заряженных частиц	ХИМИЯ: превращение химических элементов; генетическая связь между классами химических соедине­ний АСТРОНОМИЯ: строение не­бесных тел, процессы Солнечной ак­тивности
3. Электромагнитные свойства вещества как основа их применения в технике	ХИМИЯ: свойства химических элементов, Периодическая система Д.И. Менделеева БИОЛОГИЯ: электрические яв­ления в нервных процессах человека ТЕХНОЛОГИЯ: использование различных приборов при создании учебных проектов

Анализируя данные таблицы межпредметных связей можно увидеть, что сами связи в них даны в своеобразном статическом состоянии (статичная сто­рона межпредметных связей в учебной теме определяется содержанием учебно­го материала). Однако в реальном учебном процессе межпредметные связи рас­сматриваются в динамике (динамическая сторона межпредметных связей в учебной теме определяется процессом обучения) и в органическом единстве с внутрипредметными и внутрикурсовыми связями — в этом и заключается каче­ственное отличие составленной дидактической модели межпредметных связей от процесса овладения ими школьниками. Анализ таблиц также может пока­зать, что опорные межпредметные знания часто носят «стыковой», синтезиро­ванный характер. Особенно насыщены ими последние темы. Это и понятно, по­скольку многие понятия к концу учебного года осознаются и применяются старшеклассниками на высоком уровне обобщения, в свернутом виде.

Таким образом, таблично текстовой анализ содержания рассматриваемых учебных тем показал, что они могут быть изучены на широкой межпредметной основе с целью научного, системного, доступного и всестороннего раскрытия их ведущих положений и создания более целостной системы знаний по каждой теме, а через совокупность тем и по учебному предмету в целом. Ведущие идеи и положения учебных дисциплин выполняют при этом функцию своеобразных стыкующих «стержней».

§ 1.3. Проблемы межпредметных связей в практике школьного обучения

Для того чтобы выявить, охарактеризовать и найти пути устранения дан­ных проблем, необходимо провести интенсивный поиск оптимальных условий, этапов и путей превращения дидактической модели межпредметных связей в учебных темах в факт овладения, установления этих связей школьниками. Кри­териями результативности этого процесса будут являться повышение знаний учащихся и прежде всего системности этих знаний, их мобильности и мировоз­зренческого потенциала обучаемых.

В ходе выполнения данной задачи, наше внимание привлек метод, пред­ложенный одним из ученых-педагогов нашей страны Федорцом Г.Ф. Он прово­дил свою опытную работу по выявлению и решению проблем межпредметных связей следующим образом:

Было выявлено 2 этапа работы: поисковый и созидательный.

Задачей поискового этапа явилось выявление и констатация реального положения дел в решении проблемы межпредметных связей при изучении учебных тем предмета (в данном случае физики).

В ходе и после изучения учащимися выделенных тем («Строение атома» и «Электромагнитное поле») школьникам давались лабораторные работы, во­просы которых ориентировали их на раскрытие ведущих положений учебных тем с помощью межпредметных связей, т.е. учащиеся имели возможность са­мостоятельно использовать необходимые для раскрытия ведущих положений учебных тем знания из других учебных предметов.

Лабораторные работы школьников анализировались по следующим кри­териям:

1. полнота привлечения учащимися (относительно дидактической модели межпредметных связей) опорных межпредметных знаний.

2. место опорных знаний в ответе школьника.

3. качество синтеза межпредметных связей.

Кроме вопросов, ориентирующих учащихся на раскрытие ведущих поло­жений учебных тем, по каждой теме был также дан СИНТЕЗИРОВАННЫЙ ВОПРОС, требовавший от школьников раскрыть ведущие идеи данной темы посредством установления связи между ее ведущими положениями на основе внутритемных связей.

Анализ работ старшеклассников показал, что подавляющее большинство испытуемых не смогли раскрыть ведущие положения экспериментальных тем на основе межпредметных связей. Это свидетельствует о том, что: «Этот про­цесс синтеза должен также сочетаться с умением достичь высокого уровня обобщения, компактности знаний, умением экономно излагать его, избегать привлечения «шумовых» (лишних) сведений из других дисциплин.

Этот процесс требует специальной организующей работы учителя по обучению учащихся межпредметному синтезу с помощью многосторонних межпредметных связей вокруг ведущих положений учебной темы, ведущих идей учебного предмета, ведущих идей науки». [17,45].

В ходе поискового этапа опытной работы, Федорец Г.Ф. также установил, что научность, системность, мобильность и мировоззренческий потенциал зна­ний учащихся во многом зависит от умения устанавливать межпредметные свя­зи. «Самостоятельность же учащихся по выявлению и осуществлению меж­предметных связей формируется в результате целенаправленной работы учите­ля, которая обеспечивает: развитие у школьников умения выявлять ведущие положения изучаемой темы и ведущие идеи всего учебного предмета, развитие умения по организации изучения учебного материала вокруг стержневых по­ложений темы и дисциплины в целом на широкой межпредметной основе, осознание учащимися необходимости и важности межпредметного синтеза как в учебной деятельности, так и в будущей практической работе при реализации важных производственных, социальных и научных задач». [18,35].

Проведенный анализ качества знаний, умений и навыков учащихся шко­лы обнаружил серьезные недостатки в усвоении учащимися основополагающих понятий формировании их умений и навыков, недостаточное понимание неко­торыми учениками практического значения изучаемых ими теоретических зна­ний, разрыв между их теоретической и практической подготовкой, неумение применять усвоенные теоретические знания в различных ситуациях. Указанные недостатки отрицательно влияют на развитие познавательных интересов учени­ков. Отыскание путей повышения качества знаний школьников приводит к не­обходимости организации работы коллектива учителей школы над изучением проблемы межпредметных связей и определению путей практического решения некоторых вопросов этой проблемы.

Таким образом, исследования специалистов показывают перспективность решения задач путем более полной реализации межпредметных связей, способ­ствующих систематизации знаний учащихся, выработке у них умений и навы­ков по ряду предметов. Однако, эпизодическое использование знаний одного предмета при изучении другого способно лишь частично выработать синтези­рованные знания и умения. Особая роль в решении этого вопроса принадлежит формированию общих понятий на межпредметной основе.

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ У УЧАЩИХСЯ ОБЩИХ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ ПОНЯТИЙ

 

§ 2.1. Роль учителя в организации межпредметных связей

Обучение — двусторонний процесс. Даже искусственно ограничив его лишь информационной стороной, можно показать, что деятельность учителя и ученика неодинаковы. Учитель преподает учащимся знания, выявляет логиче­ские связи между отдельными частями содержания, показывает возможности использования этих связей для приобретения новых знаний. Ученик же усваи­вает эти знания, приобретает индивидуальный опыт познания, учится само­стоятельно применять знания. Процесс познания учащимися протекает под ру­ководством учителя, что еще раз подчеркивает различие видов их деятельно­сти.

Итак, рассмотрим мысленно ситуацию, при которой межпредметные свя­зи в преподавании используются успешно. Какова при этом деятельность уча­щихся? Многообразие их видов деятельности можно в этом случае объединить в три группы:

1. Учащиеся умеют привлекать и привлекают понятия и факты из родст­венных дисциплин для расширения поля применимости теории, изучаемой в данном предмете;

2. Учащиеся умеют привлекать и привлекают теории, изученные на уро­ках других предметов, для объяснения фактов, рассматриваемых в данной учебной дисциплине;

3. Учащиеся умеют привлекать и привлекают практические умения и на­выки, полученные на уроках родственных дисциплин, для получения новых экспериментальных данных.

Разумеется, перечень действий учащихся этим не ограничивается, но мы остановимся на них, полагая, что они являются важнейшими.

Успешная деятельность учителя по реализации межпредметных связей требует специальных условий. К ним можно отнести координацию учебных планов и программ, координацию учебников и методических пособий, а также разработанную и экспериментально проверенную методику обучения учащихся переносу необходимой информации из одной дисциплины в другую и эффек­тивные способы проверки этого важного умения.

Создание условий деятельности учителей является важной задачей мето­дистов, ученых-педагогов. В этой области предстоит еще много сделать. Так, например, требует углубленного изучения проблема координации учебных кур­сов по ступеням развития естественнонаучных понятий, методам экспери­ментального исследования и др. Необходимо также изучить вопросы согласо­ванных методических подходов к рассмотрению общих для курсов понятий, фактов, теорий.

Наряду с тем, что отдельные важные вопросы межпредметных связей еще не разработаны, трудности в их использовании возникают также по причи­не слабой соответствующей подготовки учителей. Известно, что учителя химии весьма слабо владеют физикой и математикой. Учителя физики некомпетентны в химии и биологии. В таких условиях они не могут эффективно воспользо­ваться теми возможностями, которые предоставляет реализация межпредмет­ных связей.

«Принципиально методику обучения учащихся использованию межпред­метных связей в учебной деятельности можно представить состоящей из трех ступеней. На первой ступени (условно названной воспроизводящей) основная цель учителя — приучить учащихся использовать знания, полученные в есте­ственнонаучных дисциплинах. Эта ступень может быть разбита на три этапа:

Первый этап. Организация учителем процесса повторения учащимися не­обходимых сведений из соответствующих дисциплин.

Второй этап. Объяснение нового учебного материала учителем с исполь­зованием фактов и понятий из какого-либо одного учебного предмета для под­тверждения рассматриваемых теоретических положений.

Третий этап. Изложение нового материала, при котором учителем при­влекается естественнонаучная теория из смежной дисциплины для объяснения рассматриваемых явлений». [7,24].

Первая ступень формирования умения учащихся переносить межпред­метные знания может быть использована в большей мере в младших классах. Но поскольку на этой ступени могут быть решены первые две задачи использо­вания межпредметных связей (изучение понятий собственного предмета, а также родственных для смежных курсов понятий), то и в старших классах учи­тель может его использовать, но в сочетании с более высокими ступенями.

Вторая ступень обучения учащихся переносу знаний из предмета в пред­мет так же, как и первая, состоит из трех этапов. Если на первой ступени учи­тель требовал от учащихся воспроизведения знаний того материала смежной дисциплины, который он привлекал в процессе объяснения, то теперь основное внимание уделяется самостоятельному применению школьниками сведений из родственных курсов. Поэтому вторую ступень можно назвать ступенью ис­пользования знаний.

На четвертом этапе (этапы всех ступеней имеют сквозную нумерацию) учитель требует от учащихся самостоятельного (без предварительного повто­рения в классе) воспроизведения отдельных знаний фактического или теорети­ческого характера из смежной дисциплины. Это требование способствует вы­явлению степени готовности учащихся применять знания новой учебной ситуа­ции, а также преодоления у них известного психологического барьера, суть ко­торого состоит в затруднении, испытываемым учащимися при необходимости раскрыть содержание материала курса на уроках смежной дисциплины.

На пятом этапе учитель уже требует не воспроизведения знаний, полу­ченных на уроках физики, а привлечения учащимися фактов и понятий, усво­енных ими на уроках этого предмета, для подтверждения вновь усваиваемых на уроках, например, математики знаний.

На шестом этапе от учащихся требуется самостоятельное привлечение какой-либо, теории, изученной на уроках физики, для объяснения изучаемых явлений в курсе, например, химии.

Третья ступень обучения учащихся использованию межпредметных свя­зей также состоит из нескольких последовательных этапов. Основная цель этой ступени заключается в том, чтобы обучить учащихся применять понятия, фак­ты, законы и теории для иллюстрации единства мира, а также использовать об­щие законы диалектики для объяснения явлений, изучаемых на уроках физики и химии. В связи с целями, стоящими перед данной ступенью, ее можно услов­но назвать обобщающей.

Третья ступень обучения учащихся переносу знаний из предмета в пред­мет состоит из нескольких последовательных этапов:

Седьмой этап. Объяснение учителем проявления в изучаемых на уроках данной дисциплины явлениях общих законов диалектики;

Восьмой этап. Объяснение учителем места изучаемых явлений в общей картине мира.

Девятый этап. Воспроизведение учащимися общих законов диалектики при объяснении явлений, изучаемых на уроках данной дисциплины;

Обобщая сказанное, хотелось бы заметить, что выделенные ступени и этапы довольно условны. Также весьма условно распределено использование их по классам. В практической работе учителя этапы обучения учащихся пере­носу знаний из предмета в предмет могут в значительной мере варьироваться. Основная цель использования ступеней и этапов состоит, во-первых, в упоря­дочении .работы учителей по реализации межпредметных связей в преподава­нии, во-вторых, они позволяют судить достигнутых в работе результатах обу­чения, в-третьих, дают возможность оценить степень овладения учащимися умением переносить и использовать знания, полученные на занятиях смежных дисциплин.

§ 2.2. Использование межпредметных связей при изучении курса физики в школе

При изучении различных учебных дисциплин ученики школы получают всесторонние знания о природе и обществе, но простое накопление знаний еще недостаточно для эффективной подготовки их к трудовой деятельности. Выпу­скник школы должен уметь синтезировать знания, творчески применять их в разнообразных жизненных ситуациях. Формирование синтезирующего мышле­ния школьника способствует осуществлению межпредметных связей при изу­чении ими основ наук.

Осуществление связи курса физики с другими предметами облегчается тем, что на занятиях по физике изучают материал, имеющий большое значение для всех, и особенно естественно-математических и политехнических дисцип­лин, которые используют физические теории, законы и физические методы ис­следования явлений природы. Важно также, на занятиях по физике учащиеся получают большое количество практических навыков и умений, необходимых в трудовой деятельности и при изучении других предметов. Разумеется, что в равной мере межпредметные связи необходимы и для успешного изучения фи­зики.

Физика неразрывно связана с математикой. Математика дает физике средства и приемы общего и точного выражения зависимости между физиче­скими величинами, которые открываются в результате эксперимента или теоре­тических исследований. Поэтому содержание и методы преподавания физики зависят от уровня математической подготовки учащихся. Программа по физике составлена так, что она учитывает знания учащихся и по математике.

Учителю физики необходимо ознакомиться с содержанием школьного курса математики, принятой в нем терминологией и трактовкой материала с тем, чтобы обеспечить на уроках общий «математический язык». Так, цен­тральным понятием в алгебре VII класса является понятие функции, для него вводится символическая запись у=f(x), излагаются способы задания функции - таблицей, графиком, формулой. Ввиду этого отпадают ранее имевшие место в методике физики рекомендации о введении на первых уроках буквенной сим­волики. Вместо этого теперь необходимо шире использовать знания учащихся о функциональной зависимости, о построении графиков функций, о сложении векторов.

На уроках физики с понятием вектора школьники сталкиваются впервые в VI классе при изучении скорости и силы. Здесь векторы определяются как физические величины, которые, кроме числового значения, имеют направление. Параллельно в курсе геометрии шестиклассники знакомятся с понятием пере­мещения, определяемым как отображение плоскости на себя, сохраняющее рас­стояние; рассматривается частный случай перемещения — параллельный пере­нос. Однако ни перемещение, ни параллельный перенос с понятием «вектор», введенным в курсе физики, без дополнительной работы учителя в сознании учащихся не ассоциируются. Хотя на первый взгляд в математике и физике векторами называют разные объекты, последние обладают рядом общих свойств, характеризующих их векторную природу.

«Это единство заключается в том, что каждому физическому или матема­тическому объекту, который называют вектором, присущи особые операции, такие, как сумма двух объектов и умножение объекта на число. Таким образом, на первой ступени обучения физике нет нужды добиваться от учащихся заучи­вания того, что сила и скорость суть векторные величины, необходимо показать им, что эти величины имеют некоторые особые свойства, благодаря которым действия над ними отличаются от действий над числами». [1,62].

В современном школьном курсе механики векторы и координатный ме­тод нашли широкое применение. Векторная форма уравнений в сочетании с со­ответствующими рисунками раскрывает физическую ситуацию в задаче и пре­допределяет, как показывает опыт, успешное ее решение. Эта форма облегчает алгебраическую запись уравнения движения или условий равновесия. Однако следует иметь в виду известную ограниченность дидактических возможностей применения векторного исчисления при первоначальном изучении физики. Еще У. Томсон указывал, что «векторы сберегают мел и расходуют мозг». Академик А. Н. Крылов отмечал, что применение векторного исчисления «похоже на то, как если бы в начальной школе ребят одновременно стали бы учить и чистопи­санию и стенографии». Вместе с тем представление функциональных зависи­мостей и виде геометрических образов на координатной сетке отражает в на­глядной форме динамизм реальных явлений и взаимосвязь между физическими величинами.

Физические закономерности записываются в школе главным образом аналитически, с помощью формул. Поэтому всегда имеется гласность, что уча­щиеся будут воспринимать функциональную зависимость формально. Графи­ческий способ обладает по сравнению с аналитическим значительными пре­имуществами: график показывает ход физической закономерности, наглядно раскрывает динамику процесса. Опыт показывает, что установление связи меж­ду физическими величинами на опыте (например, выяснение зависимости меж­ду I, U и R и установление закона Ома для участка цепи) и изображение ее в ви­де геометрического образа дает возможность постепенно создавать, расширять и укреплять такие важные представления, как прямая и обратная пропорцио­нальная зависимость величин, линейная, квадратичная, показательная и лога­рифмическая функции, среднее значение, максимум и минимум функции.

Покажем, как могут быть реализованы межпредметные связи физики и математики при формировании таких понятий как функция, величина, произ­водная, интеграл. Причины, побудившие меня обратиться к этому вопросу, сле­дующие:

Во-первых, изучение названных понятий в старших классах затрудняет преподавание, например, механики в курсе физики. Так, по нашему мнению, изучение основных понятий математического анализа в математике целесооб­разнее начать одновременно с прохождением механики в физике.

Во-вторых, изучению всего курса физики препятствует недостаточное использование математического аппарата, которое происходит либо из-за позднего формирования у учащихся, либо из-за отсутствия согласованности дейст­вий преподавателей физики и математики в использовании общих физико-математических понятий.

Выход из создавшейся ситуации мы видим в совместном формировании у учащихся понятий математического анализа в курсах физики и математики как высшей формы реализации межпредметных связей. Именно при параллельном изучении основ механики и математического анализа открываются наибольшие возможности для формирования физических понятий - мгновенная скорость, мгновенное ускорение, перемещение, работа, так и математических - произ­водная, первообразная, интеграл.

Учебные план и программы современной школы позволяют осуществлять межпредметные связи в процессе изучения основ каждой науки. Но подлинные межпредметные связи, использование которых способствует формированию синтезирующего мышления школьников, позволяет учащимся всесторонне изучать явления природы и общества, осуществляются только в том случае, ко­гда учитель в процессе обучения «своего» предмета и средствами этого пред­мета раскрывает явления, изучаемые в других учебных дисциплинах, расширя­ет, углубляет знания учеников, осуществляет перенос знаний в разнообразные ситуации, формирует у учеников обобщенные понятия, умения, навыки.

На наш взгляд, в IX классе достаточно разобрать понятие производной многочлена. А дальнейшее развитие понятий производной и интеграла с при­влечением различных функций целесообразно продолжить в Х и XI классах на уроках физики и математики.

«При реализации межпредметных связей предпочтение следует отдать скорее наглядности физики, чем строгости математических доказательств. По­этому на уроках математики, например, производную сумму вводить при по­мощи закона сложения скоростей; при выводе формулы производной функции, основанном на использовании метода неполной индукции, математические вы­кладки подтверждаются примерами из физики; понятия предельного перехода формируется на основе физического эксперимента, во время которого определяются значения средних скоростей движения тела за уменьшающиеся проме­жутки времени. Рассмотрение физического примера — движение тела, брошен­ного вертикально вверх, - облегчает задачу формирования понятий возрастаю­щей и убывающей функций, позволяет мотивированно ввести понятие второй производной и на этой основе получить правила определения выпуклости гра­фика. Что касается понятий «первообразная» (неопределенный интеграл) и «интеграл» (определенный интервал), то их формирование целесообразно про­водить с широким использованием физических примеров, начиная с их опреде­ления, получения основного свойства первообразных, геометрического образа первообразной и интеграла и заканчивая правилами интегрирования многочле­на». [13,51].

Физика в формировании понятий математического анализа играет не пас­сивную роль средства наглядности, а дает возможность представить предель­ный переход в динамике и осмыслить понятие «бесконечно малой величины».

Для курса физики знание производной и интеграла открывает перспекти­ву в плане возможности более строгого определения ряда физических величин;

точной записи второго закона Ньютона, закон электромагнитной индукции, ЭДС индукции, возникающей в рамке, вращающейся в магнитном поле; упро­щение работ с графиками и, наконец, рассмотрение видов равновесия тел не только с позиции действия силы, но и с энергетической точки зрения. Знание учащимся производной и интеграла позволяет выработать у них общий подход к определению физических величин и решению графических задач физического содержания.

С этой целью можно, например, использовать алгоритмические схемы, являющиеся общими для определения математических и физических функцио­нальных зависимостей. Так, схема общего подхода к определению физических понятий с помощью производной может быть следующей: