Анализ опыта учителей использования исторического материала в системе физического образования

Как уже показал анализ методической литературы, история науки - важная часть содержательной, методологической и общекультурной подготовки учителя. Знание истории физики и обучение физике с использованием материалов по истории наук помогает учителю более успешно решать в своей профессиональной деятельности весь комплекс образовательных задач - обучение, развитие, воспитание.

Практика показывает, что исторические сведения могут использоваться на всевозможных этапах уроках и в самой различной познавательной деятельности – на мотивационном этапе урока, при изучение нового материала, его повторение и при решении задач.

Ниже приведен опыт использования исторического материала учителями физики при изучении нового материала и при решении задач.

На наш взгляд, достаточно интересным является опыт использования исторических сведений учителя физики г. Муром Н.Н. Лаптевой . Так ею предлагается при рассмотрении вопроса о падающих телах урок начинать с рассказа о том, как люди, наблюдая за скоростью падения различных тел, столкнулись с весьма загадочными явлениями.

Вот, например, (от ветра) оторвалось яблоко и быстро упало на землю. А почему листья с той же высоты падают довольно медленно? Можно подумать, что различие в их скорости обусловлено разницей в их массе: тяжелые тела достигают земли значительно быстрее, чем легкие. Отсюда можно сделать вывод: скорость падения тел зависит от их массы.

Этот умозрительный вывод был подкреплен в свое время авторитетом великого древнегреческого мыслителя Аристотеля. Авторитет его был так велик, что около 2000 лет никому и в голову не приходило проверить это, хотя замечательные мысли о роли эксперимента как «эксперта» теории высказывались. Так, еще Иоанн Софист (ХI – ХII вв.) учил: «Хотя ты силен и искусен в сих (началах), все же без опытов твое мнение не может стать достоверным, и только опыт достоверен и непоколебим… Ибо ты должен знать не только то, что было раньше (знать прошлое на опыте прошлых поколений), но и милостью божьей быть самовладеющим, т.е. иметь собственное мнение, проверенное на опыте»

Далее ею предлагается расширить представление учащихся об истории изучения свободного падения и рассмотреть опыт Галилео Галилея.

В Европе первым осознал значение опыта для естествознания великий Галилео Галилей (1564 – 1642). Будучи молодым (25-летним) ученым Пизанского университета он в 1589 г. первым занялся проверкой выводов Аристотеля, имея девиз: «Тот, кто болтает о природе вместо того чтобы наблюдать ее и с помощью экспериментов заставить говорить, никогда не познает ее. Лишь опыт снимает покрывала с тайн природы».

И на многочисленных опытах убедился, что небольшая ружейная пуля и тяжелое пушечное ядро падают с одинаковой скоростью. Когда он рассказал об этом своим коллегам и ученикам, многие из них, воспитанные в духе идей Аристотеля, отказались его слушать и даже подняли на смех: «Какое право имеет этот юный выскочка бросить вызов учению великого Аристотеля?»

И Галилею пришлось подняться со своими ядрами на верх Пизанской  «падающей» башни, чтобы одновременно отпустить и тяжелое ядро, и легкую пулю. Можно себе представить атмосферу этого исторического события, когда присутствующие убедились, что тяжелые и легкие тела одновременно падают на землю.

Но перед учеными возникла новая проблема «Почему так происходит? Как можно это объяснить?» Может быть, причина в наличии воздуха? Нет, ведь оба тела – и ядро, и пуля – двигались в воздухе, а наблюдая падение в безвоздушной среде (позднее), исследователи нашли, что скорость тел и в этом случае одинакова. Вот что пишет о найденной Г. Галилеем замечательной закономерности лауреат Нобелевской премии Е. Вигнер: «Удивительной же ее следует считать по двум причинам. Во-первых, удивительно, что эта закономерность наблюдается не только в Пизе и не только во времена Галилея, но и в любом другом месте земного шара; она была и будет всегда… .

Вторая удивительная особенность…состоит в том, что она не зависит от многих условий, от которых в принципе могла бы зависеть. Закономерность наблюдается безотносительно к тому, идет ли дождь или нет, проводится ли эксперимент в закрытой комнате или камень бросают с Пизанской «падающей» башни, и кто бросает – мужчина или женщина».

Н.Н. Лаптева после такого яркого рассказа о падении тел предлагает перейти к рассмотрению ускорения свободного падения и далее к истинной причине его постоянства.

На наш взгляд, методический интерес представляет и опыт преподавателя физики г. Курск И.В. Авдуловой , который использует исторические сведения при решении физических задач. Она предлагает условно разделить задачи с историческим содержанием на несколько групп:

1.  Задачи, характеризующие состояние научных знаний того периода, когда ученые впервые разрешали  вопросы, сейчас изучаемые учениками

• Знаменитый древнегреческий ученый Аристотель, живший в IV в. до н.э., для доказательства невесомости воздуха взвешивал пустой кожаный мешок и тот же мешок, наполненный воздухом. Обнаружив одинаковый вес, Аристотель сделал заключение, что воздух не имеет веса, т.е. невесом. Почему вывод Аристотеля неверен. В чем заключалась ошибка Аристотеля?

2. Задачи, позволяющие подойти к изучаемому явлению, помогающие вскрыть исследуемые закономерности, способствующие более глубокому пониманию физических процессов

• Прекрасным памятником античной науки явилась поэма Лукреция Кара «О природе вещей», написанная примерно в 50 г. до н.э. Очень интересны мысли Лукреция, которые предвосхитили грядущие открытия. Лукреций пишет:

«Кажется нам, что корабль, на котором плывем мы, неподвижен,

Тот же, который стоит причаленный, мимо проходит;

Кажется, будто к корме убегают холмы и долины,

Мимо которых идет наш корабль, паруса распустивши».

О чем нам поведал Лукреций? Какой фундаментальный принцип механики содержится в этих строках Лукреция? Кем он был сформулирован, и в чем его суть?

3. Задачи, помогающие формированию и закреплению навыков пользования физическими выводами, законами, формулами

• Маятник Фуко (1851 г.) в куполе Пантеона в Париже имел длину 76 м. Какой период колебаний этого маятника?

• В ΧVΙΙI. Великий Моцарт восхищался певицей Лукрецией Аджуяри, которая брала «до» четвертой октавы – 2018 колебаний в секунду. Француженка Мадо Робен пела полным голосом «ре» четвертой октавы – 2300 колебаний в секунду. Чему равны длины волн, соответствующие указанным частотам?

4. Задачи, иллюстрирующие применение физических законов или явлений в технике

• Один из видов реактивного снаряда легендарной минометной установки «Катюша», снискавшей славу в борьбе с фашизмом, имел массу 42,5 кг и запускался реактивной силой 19,6 кН. Какую скорость он получал при взлете?

• Первый пассажирский пароход «Клермонт» был построен в 1807 году в США. Р. Фультоном. Вот его основные данные: длина – 50 м; ширина – 5,5 м; водоизмещение – 150 т; мощность – 13 кВт (18 л.с); скорость – 8 км/ч. Каковы соответствующие характеристики современных судов?

5. Задачи, рассказывающие об истории исследования различных физических явлений, процессов

• Одним из первых исследования трения проводил Леонардо да Винчи. Примерно за 200 лет до опытов Амонтона и за три века до публикации работ Кулона по трению он пишет, что «...сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, а также от степени их обработки и не зависит от площади соприкасающихся поверхностей; она прямо пропорциональна весу груза и может быть уменьшена путем введения «роликов» или смазочных веществ между трущимися поверхностями». Но работы Леонардо да Винчи не были опубликованы. О причинах возникновения трения ученый не знал. Как мы объясняем возникновение сил трения?

• Древнегреческий ученый Птолемей (II в. н.э.) не согласился с учением Аристарха (III в. до н.э.), согласно которому Земля вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. Он утверждал, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси и двигалась в пространстве, то поднимающиеся в воздух птицы отставали бы от Земли, а все предметы, находящиеся на земной поверхности, не смогли бы удерживаться на ней. В чем ошибка Птолемея?

6. Задачи, знакомящие с различными системами единиц величин

• М. В. Ломоносов – автор мозаичной картины «Полтавская баталия». Картина складывалась из цветных стекол – мозаики. Вызывают удивление ее размеры: 12 аршин в ширину и 11 аршин в высоту. Каковы размеры картины в метрических единицах длины?

• По библейскому сказанию, Ноев ковчег строился по следующим указаниям Бога: «... и сделай его так: длина ковчега 300 локтей; ширина его 50 локтей, а высота его 30 локтей; ... устрой в нем нижнее, второе и третье жилье». Каковы размеры ковчега в метрах? Каков его объем? Какова площадь поверхности каждого из жилых этажей?

Итак, как уже показал предыдущий анализ, исторический материал в опыте его применения учителями-практиками действительно позволяет сделать вывод о его высокой эффективности повышения качества знаний учащихся по физике.

Но, к сожалению, в настоящее время, историзму как методическому подходу, позволяющему совершенствовать качество обучения по физике, уделяется недостаточное внимание и в поиске опыта учителей физики мы не смогли найти достаточно большого количества примеров. Именно поэтому в следующем параграфе мы рассматриваем собственные, авторские, примеры разработки некоторых уроков с использованием исторических сведений.