Использование метода аналогий и моделирования на уроках физики в средней школе

Статья посвящена проблемам преподавания физики и астрономии в общеобразовательных учебных заведениях Узбекистана. В статье проанализированы результаты внедрения методики преподавания физики с использованием методов аналогий и моделирования во время педагогической практики.

Ключевые слова: методика, аналогия, моделирование, методы познания, абстрактное мышление, педагогический процесс.

Нельзя отрицать, что в последние десятилетия основным критерием успешности и показателем рейтинга средних школ стал процент поступления выпускников в высшие учебные заведения и подготовка одного или нескольких участников ежегодных областных и республиканских олимпиад. В результате чего, отступила на второй план основная задача общеобразовательной школы, а именно воспитание всесторонне развитой гармоничной личности, с крепкими базовыми знаниями как в области естественных, точных, так и в области гуманитарных наук, формирование у учеников научного мировоззрения, развитие творческих и аналитических способностей, а также их всестороннее воспитание и развитие. Определяющую роль в достижении этих целей играют методы и методики обучения, используемые при организации и проведении уроков.

Хотя педагогическая деятельность и разнообразна, но она все же подчиняется определенным закономерностям. Эти закономерности можно понять лишь систематизировав педагогический опыт многих поколений преподавателей и результаты специальных научно-педагогических исследований.

Педагогический процесс — это совместная работа преподавателя и учеников, преподаватель непосредственно организует их учебно-познавательную деятельность различными способами. Эти способы взаимосвязанной деятельности учителя и учеников, некоторым образом упорядоченные и направленные на достижение определенной цели образования и называются методами обучения.

Разработкой методов обучения и их классификацией занимается дидактика. Принято считать, что усвоение новых знаний происходит в трех стадиях [4]:

осмысленное восприятие и запоминание;

применение знаний по образцу и в похожей ситуации;

творческое применение знаний.

Методы обучения физики подразделяются на: модельные гипотезы, математические гипотезы и принципы.

В результате ученики обучаются восприятию при помощи аналогий.

Методы обучения появились в результате обобщения колоссального опыта преподавателей и педагогов, приобретенного в процессе преподавания физики и астрономии в школе. Поэтому в них нашли отображения все методы познания, творческого и логического мышления, которые стали теоретической основой каждого метода обучения.

Аналогия представляет собой вывод, сделанный на основе подобия объектов, процессов и явлений. Аналогии в учебном процессе позволяют эффективно использовать и закреплять ранее изученный материал или знания учеников, приобретенные при изучении других предметов или в повседневной жизни. Ярким примером этого является гидродинамическая аналогия электрической цепи, в которой электрический ток заменяется потоком воды, соединительные провода — водопроводными трубами, вольтметр — манометром и т. д.

Модели — это макеты или объекты, которые имеют сходство по форме с натуральными объектами или логическими построениями для лучшего представления процессов, проведения определенных манипуляций и получения количественных или качественных результатов. Модели можно разделить на материальные (модель генератора, гидравлического пресса, конденсатора и т. д.) и идеальные (графики, формулы, графы и т. д.).

Аналогия является одним из наиболее эффективных методов научного познания, который имеет большой потенциал применения при преподавании физики и астрономии. В его основе лежит сравнение. Если два или более объектов имеют одинаковые признаки или ведут себя одинаково при определенных условиях, то можно сделать вывод, что они имеют и некоторые другие схожие признаки или ведут себя одинаково в других условиях [4].

Рис. Процесс сбора электрической цепи учениками 10 ^Г класса СГОШ № 14 для изучения характеристик транзистора.

Использование аналогий при преподавании повышает научно-теоретический уровень изложения материала на уроках физики и астрономии, помогает формированию научного мировоззрения у учащихся [1]. К примеру, процесс формирования газо-пылевого диска вокруг уже сформировавшейся звезды (планетеземалий) на уроках астрономии можно объяснить на примере следующего кулинарного приема. Мастера-кулинары для утоньшения теста, подкидывают её в воздух, одновременно дав ей вращательное движение. В результате чего, сферический кусок теста приобретает форму лепешки.

В педагогической практике метод аналогий используется в основном для пояснения уже введенных наиболее трудных для понимания учеников понятий и закономерностей, физических процессов и явлений. Приводимые примеры должны быть понятны ученикам из повседневной жизни или из предыдущих разделов, которые ученики хорошо освоили [2]. Рассмотрим примеры применения этого метода при изучении физических явлений и законов из некоторых разделов физики и астрономии.

Рис. 1. Гидравлический аналог протекания электрического тока от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом

Для объяснения различия между такими понятиями как напряжение и сила тока очень удобно и эффективно использовать аналогию с давлением и потоком воды в водопроводной трубе.

Рис. 2. Гидравлический аналог электрического тока для объяснения электрического напряжения и силы тока

Работа пилорамы и электрического лобзика может наглядно продемонстрировать различие постоянного и переменного тока в проводнике.

Изучение электромагнитных колебаний и волн в средней школе всегда вызывает у учеников большие затруднения, связанные с недостаточно развитым образным мышлением. Для облегчения понимания электромагнитных процессов вводится аналогия с механическими колебаниями и волнами, поскольку колебания и волны различной природы подчиняются общим законам и закономерностям.

Рис. 4. Механический аналог электромагнитных колебаний

Электромагнитные колебания в контуре имеют сходство со свободными механическими колебаниями, например, с колебаниями тела, закрепленного на пружине. Это сходство проявляется не в отношении природы величин, которые периодически изменяются, а в отношении процессов периодического изменения различных физических величин.

Таблица 1

Механическая аналогия электрических величин

При изучении динамики вращательного движения введение аналогии с поступательным движением тела поможет ученикам легче освоить материал.

Аналогия физических величин поступательного движения с величинами во вращательном движении

Конечно же, каждый ученик — это прежде всего ребенок, которому интересно все новое, неизведанное. И преподавателю необходимо своевременно уловить этот интерес, развить ее и направить в правильное русло. Ученикам, как и всем детям интересно испробовать все самим, сделать все своими руками, познавать окружающий мир самостоятельно. Хороший педагог может перенаправить эту тягу к научному познанию мира, к повышению интереса учеников физике и астрономии. Для этого можно использовать применение в уроках наглядных пособий, демонстрационных опытов, привлечение учеников к сборке различных моделей.

Рис. Процесс разбора с учениками работы реостата

Все вышеперечисленные методы были опробованы авторами при проведении педагогической практики в среднеобразовательных школах № 14 города Чирчик и № 20 Пскентского района в течении трех месяцев с сентября по декабрь 2022 года. Анализ результатов наглядно показывает, что ученики стали меньше пропускать уроки физики и астрономии, повысился интерес к предметам, качественно улучшилось участие учеников на уроках и их успеваемость.

Анализ посещаемости занятий по физике и астрономии в период с сентября по декабрь 2022 года

Анализ успеваемости по урокам физики и астрономии в период с сентября по декабрь 2022 года

Рис. Анализ результатов использования методов моделирования и аналогий в СГОШ № 14 города Чирчик, Ташкентской области

Вывод:

Использование метода аналогий и моделирования в преподавании физики астрономии позволяет не только повысить интерес учеников к предмету, но и реально улучшать их показатели по успеваемости. Учитель, совмещая в своей практике эти методы с современными методами обучения, реально сможет достичь основных целей и задач педагогики.

Литература:

1. Методика преподавания физики в средней школе. Л. И. Резников, С. Я. Шамаш, Э. Е. Эвенчик. Москва, «Просвещение», 1974 год.
2. Преподавание физики в 10-классе. Ванеев А. А. и др. Москва, «Просвещение», 1974 год.
3. Научный журнал «Фундаментальные исследования». https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36934
4. https://fizmet.org/ru/L5.htm