Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ПРИБОР КАК МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ НАУЧНОГО И УЧЕБНОГО ПОЗНАНИЯ

Авторы:
Город:
Екатеринбург
ВУЗ:
Дата:
22 февраля 2016г.

В настоящее время человек имеет возможность быстро получать, перерабатывать и передавать информацию, контролировать быстропротекающие процессы, перемещаться в пространстве на большие расстояния, проводить исследования в труднодоступных местах и т. п. Обеспечение безопасности человека на производстве, на транспорте, в строительстве, предотвращение негативных последствий научно-технического прогресса возможны только при наличии приборов или приборных комплексов, выполняющих измерительные, вычислительные функции, и, главным образом, регистрирующие, регулирующие, аналитические и контролирующие функции.

«Знание техники, ее места и роли в жизни общества стало неотъемлемой частью представления современного человека об окружающем мире, составной частью его мировоззрения, поскольку техника сегодня – один из основных компонентов окружающей человека среды» (В.С. Леднев). Эти слова ученого, сказанные еще в прошлом веке, до сих пор актуальны, так как количество технических устройств вокруг современного человека постоянно увеличивается. Следовательно, общество должно придавать большое значение формированию технической культуры у молодежи, не зависимо от ее личностных интересов. Благодаря этому будет обеспечена ее адаптация в окружающей среде или возможность получения технического образования при соответствующих профессиональных намерениях. В последнем случае будущие инженеры должны понимать значение технических объектов, знать принципы развития технических систем. Близость естественных наук (особенно физики) к техническим наукам обусловливают возможность и необходимость использования физического оборудования в качестве средства для формирования методологических знаний обучающихся о приборах и их использовании в научном и учебном физическом эксперименте.

В нашем диссертационном исследовании [4] проведен анализ эмпирических методов научного познания и роли материальных средств в этом процессе, выделен особый статус прибора на основании анализа следующих положений:

1.             Прибор – сопряженный объект развития науки и техники.

2.             Прибор – гносеологический объект.

3.             Прибор – методологический объект познания.

4.               Прибор – методический объект учебного познания.

В философском словаре И.Т. Фролова этот термин раскрывается более содержательно, чем в других источниках: «Прибор – средство познания, применяемое для наблюдения, регистрации и описания различного рода измерений. Прибор в современном научном познании выступает как своеобразный посредник между познающим субъектом и познаваемым объектом, усилитель органов чувств человека, позволяющий исследовать материальные объекты, недоступные непосредственному восприятию. Современные экспериментальные установки обычно состоят из совокупности приборов, выполняющих различные функции: одни изолируют, выделяют, вычленяют и в этом смысле «приготавливают» объект исследования; другие непосредственно воспринимают сведения о состоянии и свойствах изучаемого объекта; третьи фиксируют определенным способом результаты взаимодействия прибора с объектом в виде световых или звуковых эффектов, следов на фотопластинке и т. п. Возрастающая роль прибора в современном научном познании обнаруживается в том, что вычленение и изучение различных объектов во многом зависят от технической оснащенности исследователя» [9, с. 381-382].

В соответствие с Федеральным государственным стандартом физического образования овладение методами познания является одной из целей обучения. Для того чтобы школьник овладел приемами эксплуатации экспериментальных средств исследования, знал цель и методы использования приборов при изучении явлений природы, умел прогнозировать их влияние на результаты эксперимента и т. п., его необходимо систематически и целенаправленно обучать применению методов эмпирического познания в учебной деятельности [6, 7, 10]. Кроме того, он должен понимать, что результат взаимодействия субъекта с прибором в процессе экспериментальной деятельности будет зависеть и от технических характеристик прибора, и от физиологического, психологического состояния экспериментатора, его знаний и практических умений.

Изучаемое физическое явление (объект исследования), обучающийся как исследователь, учебное оборудование кабинета физики настолько органично связаны, что нельзя не учитывать их вероятное взаимодействие при постановке эксперимента. Как инженерная психология решает проблемы взаимной приспособленности человека и машины, их информационного взаимодействия, так же педагогическая психология рассматривает взаимодействие школьника не только с учителем, но и с учебным физическим оборудованием в экспериментальной деятельности.

Несмотря на различие целей субъектов учебной и научной деятельности и средств их достижения, для обоих прибор является методологическим объектом познания, так как используется как средство и в наблюдениях, и в измерениях, и в экспериментах. Несмотря на кажущуюся идентичность, учебные приборы значительно отличаются от приборов, применяемых в других сферах деятельности человека. Например, трансформатор в школьном кабинете физики отличается от аналога в научной лаборатории или на производстве условиями работы, конструктивными особенностями и техническими характеристиками, измерительные средства требованиями к точности и т. п.

Изучая физические явления, процессы или свойства веществ с помощью приборов учащиеся должны понять, в чем состоит смысл критерия практики. Так, приборы проектируются, конструируются с определенной целью и с использованием уже открытых в науке физических законов. Одновременно они помогают исследователю воссоздать какие-либо явления в реальных условиях и зафиксировать их. Кроме того, в процессе эмпирического исследования могут возникать проблемы измерения величин. Например, деление электрического заряда с помощью двух учебных электрометров можно выполнить не более трех раз, и часть учеников объясняет наблюдаемое, как исчезновение заряда. И здесь важно, чтобы учитель зафиксировал внимание учеников на важной характеристике материальных средств – чувствительности прибора, и отметил существование этих ограничений и у современных технических средств. Такое устройство, как датчик-секундомер, измеряющий промежутки времени при  прохождении расстояний  с помощью двух датчиков на герконах, при  некоторых скоростях не успевает срабатывать. Все это подводит обучающихся к пониманию наличия пределов в использовании приборов в различных условиях эксплуатации и в необходимости обработки полученных результатов с учетом погрешностей измерений.

Традиционные этапы формирования понятия «прибор» в основной школе ограничены изучением прибора как измерительного устройства в соответствии с  обобщенными  планами  (предложены  А.А. Буровым, А.В. Усовой). В среднем звене школы изменения в изучении понятия «прибор» незначительны, так как при знакомстве учащихся с новыми приборами по физике их систематизация, классификация и обобщение понятия осуществляются редко. Это подтверждается, как нашими исследованиями (1997-2002 гг.), так и изысканиями студентов Е.Тихоновой (2006) и А. Конева (2012 ).

В Табл.1 приведены некоторые результаты сочинений учащихся 11-х классов (352 чел.) г. Екатеринбурга по теме «Роль прибора в жизнедеятельности человека» [4].

Цель – выявить широту знаний школьников по вопросу использования приборов в науке, технике, быту и, в частности, в обучении, понимание ими необходимости  знания принципа действия и функций некоторых учебных приборов, правил обращения с ними и т. п.

У большинства выпускников знания конкретных приборов ограничены бытовыми приборами (весы, термометр, измерительный стакан, барометр), и связь приборов с практикой также преломляется в сознании учащихся через технические устройства, используемые в быту (холодильник, телевизор, радиоприемник, микрокалькулятор и др.). Современные школьники обязательно добавят сотовый телефон и микроволновую печь.

 

    Таблица 1

Анализ письменных ответов учащихся по теме «Роль прибора в жизнедеятельности человека»


 

Анализ ответов школьников

Количество учащихся (352 чел.)

чел.

%

1. Школьники привели аргументы, что при пользовании приборами

 

70

 

20

необходимо знать

- физические законы

260

74

- устройство и принцип действия прибора

80

23

- технику безопасности

2. В работах выпускников отражено влияние прибора на формирование у

 

190

 

54

них

- измерительных навыков

110

31

- познавательного интереса

160

46

- практических умений

100

28

- убежденности в достоверности знаний

3. Показана и обоснована позитивная роль прибора в обеспечении безопасности жизнедеятельности человека, в прогнозировании

стихийных бедствий, в сохранении цивилизации

 

 

130

 

 

37

 

Школьники указывали на возможность сохранения здоровья людей с помощью приборов, на облегчение условий труда и жизни человека, обеспечение безопасности движения на транспорте и т. п. Тем не менее, учащиеся не проявили понимание связи приборов с техникой в ходе развития цивилизации и почти не пытались обосновать позитивную роль приборов в сохранении человечества на планете: прогнозирование возникновения стихийных и экологических бедствий, контроль уровня радиации и предупреждение населения через средства массовой информации и т. д. Следовательно, при изучении физики необходимо останавливаться на способах решения не только повседневных, но и глобальных проблем общества с помощью приборов, приборных комплексов, и кратко отражать это в содержании учебного материала.

Несмотря на преобразования в стране, в системе образования за десятилетие, на широкое внедрение ИКТ в образовательный процесс, понимание старшими подростками и юношами роли приборов и технических устройств в жизнедеятельности людей практически не улучшилось. Подтверждается правильность идеи о необходимости организации пошагового изучения понятия «прибор» в соответствии с дидактической моделью формирования понятия, предложенного Т.Н. Шамало [10]. При этом соответствующее его видовое понятие формируется с учетом уровня физических знаний школьников и особенностей возраста: «измерительный прибор» (7 кл.), «учебный физический прибор» (8 кл.), «учебный прибор» (9 кл.), обобщенное понятие «прибор» (10- 11кл.). В качестве примера приведем содержание этапов по формированию понятия «прибор» для старшеклассников (Табл.2).


Таблица 2  

ФОРМИРОВАНИЕ ОБОБЩЕННОГО ПОНЯТИЯ «ПРИБОР» В СТАРШИХ КЛАССАХ

Этап формирования понятия

Обобщенное понятие «прибор» (10-11 кл.)

 

 

1. Введение понятия

«прибор»

 

 

Восприятие учебных физических приборов в качестве моделей для демонстрации принципа действия некоторых технических объектов. Знакомство с функциями контрольно-измерительных комплексов. Выделение из класса изучаемых приборов тех, которые относятся только к учебному оборудованию и тех, которые могут использоваться в технике, в науке, в быту.

 

 

2. Изучение полного содержания понятия

«прибор»

 

 

Выделение признаков прибора, дифференцирующих его от других средств получения информации об окружающем мире. Связь теории и эксперимента в познании. Восприятие любого демонстрируемого прибора как средства познания в какой-либо предметной области. Обоснование выбора метода исследования с учетом используемого оборудования.

3. Практическая реализация знаний

o приборе

 

Конструирование приборов и моделирование физических процессов в технических объектах. Самостоятельное планирование учебно-познавательной деятельности экспериментального характера.

 

 

4. Систематизация знаний о приборах

 

 

Уточнение влияния используемых приборов, психологического состояния исследователя на результаты эксперимента. Систематизация знаний о приборах, применяемых в обучении, в науке, в технике и в быту.

 

Поэтапное изучение каждого видового понятия с помощью УФЭ и теоретических обобщений позволит обучающимся осознанно использовать приборы в учебной, бытовой, научной деятельности, а при поступлении в технический вуз легко воспринять понятие технического объекта.

Так, в 2006 г. во время педпрактики выпускница Тихонова Е. после анкетирования десятиклассников (22 чел.) МОУ СОШ № 18 г.Ирбита Свердловской области получила аналогичные результаты: учащиеся общеобразовательного класса выделяют только измерительную функцию приборов (87%); рассматривают понятия «учебный прибор» и «учебные принадлежности» как синонимы (68%); затрудняются описать «учебный прибор» даже с использованием алгоритма описания – обобщенного плана (90%); не осознают функциональные возможности приборов даже в быту (40%). В беседах с десятиклассниками ею анализировались ошибки, допущенные ими в анкетах, выделялись другие функции известных им учебных физических приборов, (кроме измерительных): преобразующие (трансформатор), контролирующие (реле), регулирующие (реостат), аналитические (счетчик Гейгера, спектроскоп).

Для сближения учебного эксперимента с научным экспериментом учитель физики использует в обучении не только отдельные приборы, но конструирует экспериментальные установки для воспроизведения физических явлений, процессов или для организации исследования во время урока. Учебное оборудование должно позволять менять параметры физического процесса, управлять скоростью протекания явления, тогда появляется возможность осуществлять вариации опыта на одной и той же демонстрационной установке.

Покажем, что экспериментальную установку, которая представляет собой совокупность функционально объединенных физических приборов и вспомогательных устройств, предназначенных для получения непосредственно воспринимаемой наблюдателем информации, необходимой для достижения целей эксперимента, можно считать технической системой.

Сравним содержание понятий «техническая система», характеризующее любой технический объект, технологический процесс, и «экспериментальная установка», используемое при обучении физике в школе и вузе. Под технической системой понимают «совокупность взаимосвязанных взаимодействующих элементов, обладающих различными свойствами, параметрами и пространственной структурой и объединенных для достижения единой цели или выполнения определенной функции (или функций)» [2, с. 30]. Это означает, объект является технической системой, если имеет все четыре основных признака: функциональность, целостность (структура), организация, системное качество.

Как видно из определений, их содержание по существу совпадает. Кроме того, создание экспериментальной установки на основе  демонстрационного оборудования школьного кабинета физики осуществляется аналогично развитию технической системы, которое включает: подбор частей образуемой системы; совершенствование этих частей (материалы, формы, размеры); динамизация системы (соединение частей – подвижное, неподвижное). Отсутствие этапа, связанного с переходом к самоуправляющейся технической системе, считаем правильным для экспериментальной установки, так как демонстрация физического явления в отличие от технологического процесса не может быть непрерывной. (Отметим, что речь не идет об автоматизации лабораторных работ по курсу общей физики.) Таким образом, несмотря на простоту большинства демонстрационных установок, используемых на уроках физики в школе, будем полагать их техническими системами.

Нами исследовано одно из направлений – многоцелевое использование демонстрационного оборудования типового школьного кабинета физики [3, 4]. При этом поиск дополнительных функций приборов и экспериментальных установок на начальном этапе осуществляется учителем интуитивно за счет знания учебного оборудования и опыта постановки УФЭ. Такая деятельность учителя физики по своему содержанию и структуре в большей степени сравнима с работой рационализатора по решению задачи улучшения существующей технической системы и, одновременно, ученого-методиста по обнаружению и реализации новых функций демонстрационного оборудования, экспериментальных установок при постановке ШФЭ. В этом творческом процессе вероятна необходимость решения несложных технических задач. Покажем на нескольких примерах использование системного подхода [5] в методической деятельности учителя, по аналогии с его применением для технических систем.

Реализация принципа целостности. В учебном пособии по основам творческо-конструкторской деятельности отмечено, что системный подход «ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих ее механизмов ...» и приводится пример, когда техническая система, состоящая из одних и тех же элементов, приобретает новое качество при их объединении в единое целое: 1 лодка +1 лодка = катамаран – увеличение устойчивости, + еще 1 лодка = тримаран – непотопляемость)» [8, с. 16]. Так, реализуя нашу идею многоцелевого использования учебного оборудования и используя только лабораторные приборы (линзы на подставке, стеклянную призму,  дифракционную решетку,  поляроиды  и др.),  студент И.Н. Александров сконструировал демонстрационный прибор – «черный ящик по оптике» [1]. В результате появилась возможность на этой демонстрационной установке организовать проблемное изучение оптических явлений.

Решение технического противоречия. Невозможность осуществления демонстрации физического явления с помощью данного учебного прибора приводит к постановке методической проблемы: как его модернизировать или как заменить этот прибор другим, по техпаспорту для этой цели не предназначенным. В ходе решения проблемы выполняются несложные конструкторские задачи, например, внедрение объекта, внесение изменений в конструкцию прибора при сохранении технических характеристик.

Так, в оборудовании школьного кабинета физики не было специального прибора для наблюдения полного отражения света, поэтому опыт демонстрировался с помощью других приборов: трубки для конвекции в жидкости (Хорошавин С.А.), трубки Ньютона и шара для взвешивания воздуха (Надеева О.Г.). Для того, чтобы наблюдать искровой и тлеющий разряд в вакуумной тарелке с колоколом, в ее основании нами была сделана дополнительная клемма прибора, что не повлияло на работу прибора в демонстрациях, рекомендованных в инструкции по эксплуатации, но позволило подключить к нему высоковольтный источник питания. Эти примеры доказывают, что системный подход позволяет успешно решать конструкторско-методические задачи и в обучении физике.

 

Список литературы

1.     Александров И.Н. Применение приема «черный ящик» при обучении физике // Учебная физика. – 2010. – № 2. – С. 29–34.

2.     Заѐнчик В.М. Основы творческо-конструкторской деятельности: Методы и организация: учеб. для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Заѐнчик, А.А. Карачѐв, В.Е. Шмелѐв. – М.: Академия, 2004.

3.     Надеева О.Г. Многоцелевое использование учебного оборудования школьного кабинета физики: монография / Урал. гос. пед. ун-т. – Екатеринбург, 2011.

4.     Надеева О.Г. Полифункциональное использование оборудования типового школьного кабинета физики как средство повышения эффективности учебного физического эксперимента : дис. ... канд. пед. наук / О. Г. Надеева; Уральский гос. пед. ун-т. – Екатеринбург: [б. и.], 2002.

5.     Надеева О.Г. Системный подход к решению конструкторско-методических задач по учебному физическому эксперименту //Школа и вуз : сборник тезисов докладов V Российской научно-методической конференции преподавателей вузов и учителей школ / Екатеринбург : УГТУ–УПИ, 2008.

6.     Никитин А.А. Обучение учащихся методам и приемам научного познания на уроках физики: автореф. дис… канд. пед. наук. – М., 1984.

7.     Разумовский В.Г. Физика в школе. Научный метод познания и обучения / В.Г. Разумовский, В.В. Майер. – М.: ВЛАДОС, 2004.

8.     Уваров С.Н., Кунина М.В. Основы творческо-конструкторской деятельности. – М.: Академический проект, 2005. – 80 с. – (Педагогические технологии).

9.     Философский словарь / Под ред. И.Т. Фролова. 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Республика, 2001.

10. Шамало Т.Н. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении: Дис… д-ра пед. наук: СПб, 1992.