На правах рукописи

УДК 37.022







МАЙЕР Роберт Валерьевич





ПРОБЛЕМА ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПО ФИЗИКЕ




13.00.02 -- теория и методика обучения физике






А В Т О Р Е Ф Е Р А Т



диссертации на соискание ученой степени
доктора педагогических наук







Санкт-Петербург - 1999



Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им А.И.Герцена

Научный консультант: Доктор педагогических наук, профессор И.Я.Ланина


Официальные оппоненты:





Ведущая организация: Институт образования взрослых РАО




Защита состоится 16 декабря 1999 года в 16.30 на заседании диссертационного совета Д 113.05.09 по присуждению ученой степени доктора педагогических наук по специальности 13.00.02 -- теория и методика обучения физике в Российском государственном педагогическом университете по адресу: 191186, г.Санкт-Петербург, наб.р.Мойки, д.48, корп.1, ауд.N 209.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им А.И.Герцена.

Автореферат разослан 12 ноября 1999 г.



Ученый секретарь Диссертационного Совета

И.В.Симонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Научно-технический прогресс, теснейшим образом связанный с общим интеллектуальным уровнем общества, предопределяет подъем всей системы образования и требует использования новых, передовых методов в учебном процессе. Определяющую роль в формировании научного мышления и естественно-научной картины мира играет изучение физики. Одной из важнейших составляющих курса физики является система учебных эмпирических знаний, то есть совокупность фактов и методов их установления, позволяющих обосновать основные положения изучаемой теории.

Настоящее исследование основывается на идеях таких известных ученых как А.И.Бугаев, Ю.И.Дик, С.Е.Каменецкий, А.С.Кондратьев, И.Я.Ланина, В.Н.Мощанский, В.В.Мултановский, И.И.Нурминский, А.А.Пинский, Ю.А.Сауров, Н.М. Шахмаев, фактически определивших содержание современного школьного курса физики и методику его изучения. Анализ их работ, а также научных трудов ученых, занимающихся вопросами теории и методики учебного физического эксперимента, таких как Я.Е.Амстиславский, Л.И.Анциферов, В.С.Данюшенков, О.Ф.Кабардин, В.В.Майер, Н.Я.Молотков, Б.Ш.Перкальскис, С.А.Хорошавин, Т.Н. Шамало, позволяет констатировать непрерывное развитие методики экспериментального изучения физических явлений, разработку и совершенствование систем учебных опытов.

В то же время мы вынуждены отметить отсутствие системного исследования процесса формирования у учащихся эмпирических знаний по физике. В современной дидактике физики не определено понятие учебных эмпирических знаний, не установлены содержание и структура, не выявлены этапы и закономерности их формирования, отсутствует методика оценки уровня сформированности у учащихся.

Кроме того, нуждается в обосновании идея необходимости использования эмпирических знаний для доказательства основных положений изучаемого курса физики. Как того требует принцип достаточного основания, любое научное утверждение считается истинным только после того, как оно обосновано. В физике, как и в других естественных науках, обоснование или доказательство какого-либо утверждения заключается в сопоставлении этого утверждения или его следствий с фактами, установленными экспериментальными методами. Распространение принципа достаточного основания на процесс обучения, предполагает экспериментальное обоснование основных идей школьного курса физики, что способствует формированию научного мировоззрения, доказательности мышления учащихся, убеждений в истинности приобретенных знаний.

Анализ состояния современного физического образования позволяет выявить противоречие между значением эмпирических знаний для построения у учащихся физической картины мира, развития научного мышления и мировоззрения, и уровнем исследования процесса формирования эмпирических знаний в дидактике физики. Все это подтверждает, что разработка теоретических и методических аспектов проблемы формирования у учащихся эмпирических знаний представляется актуальной.

Развитие математических методов педагогического исследования таких, как кластерный, регрессионный и факторный анализы, методов имитационного моделирования, экспертных оценок и других, открывает новые подходы к проблеме исследования. Они позволяют решить задачи классификации учебных фактов, определения количества эмпирической информации в различных темах школьного курса физики, имитационного моделирования изучаемого процесса и другие. Второе направление исследования заключается в разработке общей методики формирования эмпирических знаний, а также конкретных методик изучения физических явлений.

Объект исследования -- процесс формирования у учащихся физических знаний.

Предмет исследования -- содержание и структура эмпирических знаний физики, обеспечивающих экспериментальное обоснование основных положений науки, и методика их формирования у учащихся.

Методологическую основу исследования составляют общие принципы теории обучения, методологические принципы физики, основные положения методики преподавания физики.

Цель исследования заключается в разработке и обосновании методики формирования у учащихся эмпирических знаний как системы экспериментальных доказательств основных положений науки.

Гипотеза состоит в следующем:

1. ЕСЛИ учебные факты курса физики, учитывая возможность их экспериментального установления в повседневной жизни, на уроке физики и трудность их усвоения учащимися, разделить на три категории:

  1. факты, которые могут быть экспериментально установлены в повседневной жизни;
  2. факты, которые невозможно экспериментально установить в повседневной жизни, но можно установить на уроке физики;
  3. факты, которые не могут быть экспериментально установлены на уроке физики,

ТО это позволит на более высоком уровне исследовать особенности распределения эмпирической информации в школьном курсе физики, построить качественную и количественную модели формирования эмпирических знаний и выявить закономерности этого процесса.

2. ЕСЛИ формирование у учащихся эмпирических знаний осуществлять по методике, которая

  1. предполагает изучение наряду с физическими фактами методов их установления и использования для доказательства теоретических положений;
  2. соответствует принципу достаточного основания, то есть позволяет подтвердить изучаемые факты и эмпирические законы средствами учебного эксперимента или ссылками на него;
  3. позволяет разрешить противоречие между эмпирическими и теоретическими знаниями учащихся и способностью учащихся доказывать их истинность;
  4. требует определения уровня сформированности эмпирических знаний учащихся как самостоятельной характеристики их физических знаний,

ТО общий уровень физического образования учащихся будет выше, ТАК КАК учащиеся глубже овладеют фактическим материалом и методами проведения физического доказательства, на более высоком уровне будет построена физическая картина мира, сформировано научное мышление и убежденность в истинности приобретенных знаний.

В соответствии с указанными целью и гипотезой были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния проблемы формирования у учащихся системы эмпирических знаний по физике, определить их содержание и структуру. Оценить и сравнить количество эмпирических знаний в различных темах и главах учебника физики.

2. Определить основные дидактические характеристики учебного факта и, опираясь на результаты экспертной оценки, выделить основные категории фактов. Построить качественную, а затем и количественную модели формирования эмпирических знаний у учащихся и осуществить компьютерное моделирование этого процесса.

3. Опираясь на современные учебные пособия и программы, проанализировать динамику изменения потока эмпирических знаний, усваиваемых учащимися по мере изучения курса физики. Используя метод кластерного анализа, выделить основные классы тем и параграфов школьного курса физики с небольшой, средней и большой плотностью распределения эмпирической информации.

4. Разработать методику формирования у учащихся эмпирических знаний, предполагающую экспериментальное доказательство физических фактов, а также изучение методов их установления и использования для обоснования важнейших теоретических положений. Предложить более совершенную методику экспериментального изучения отдельных физических явлений и зависимостей.

5. Разработать метод оценки уровня сформированности эмпирических знаний у учащихся. Осуществить педагогический экперимент по выявлению основных факторов, влияющих на уровень эмпирических знаний учащихся, а также по доказательству необходимости и целесообразности использования разработанных методик экспериментального изучения явлений.

Для решения поставленных задач использовались следующие теоретические методы исследования: изучение и анализ научной, учебной и методической литературы по проблеме формирования эмпирических знаний учащихся, системный подход к проблеме исследования, контент-анализ учебников физики, методы кластеризации многомерных объектов, экспертная оценка дидактических характеристик факта, имитационное моделирование формирования эмпирических знаний по физике, методы статистической обработки полученных результатов, корреляционный, регрессионный и факторный анализы.

Кроме того, применялись экспериментальные методы исследования: опытно-конструкторская работа по созданию новых учебных физических приборов и экспериментальных установок, изготовление и исследование макетных образцов нового учебного оборудования, изучение и обобщение опыта работы с предлагаемым оборудованием преподавателей физики, личное экспериментальное обучение учащихся физическому эксперименту и изготовлению приборов, многофакторный педагогический эксперимент.

Педагогический эксперимент проводился в физико-математическом лицее, школах N 1, 11, 15 г.Глазова, в Глазовском педагогическом институте, Глазовском филиале Ижевского государственного технического университета.

Основные положения концепции исследования состоят в следующем:

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются всесторонним анализом проблемы, соответствием полученных выводов основным положениям дидактики и методики преподавания физики, репрезентативностью и статистической значимостью опытных данных, подтверждаются результатами педагогического эксперимента и педагогической экспертизы.

Критерий эффективности предлагаемой методики заключается в статистически значимом повышении уровня сформированности эмпирических знаний учащихся по физике, обусловленном ее использованием.

Научная новизна исследования состоит в том, что в нем, в отличие от известных работ по методике обучения физике, обосновано построение совокупности эмпирических знаний как системы, состоящей из фактуальной и методологической составляющих, разработаны качественная и количественная модели процесса формирования системы эмпирических знаний, а также метод определения количества эмпирической информации в учебнике, проведен качественно-количественный анализ школьного курса физики на предмет распределения фактуальных знаний, предложена новая методика экспериментального изучения целого ряда физических явлений, разработан метод оценки уровня сформированности эмпирических знаний у учащихся.

Теоретическая значимость работы заключается в обосновании необходимости целенаправленного формирования у учащихся системы эмпирических знаний, выявлении наиболее значимых факторов, влияющих на эффективность этого процесса, выделении дидактических характеристик учебных физических фактов и делении их на основные категории, построении математической модели исследуемого процесса, установлении тенденций распределения эмпирической информации по школьному курсу физики и изменения различных видов эмпирических знаний учащегося по мере обучения в школе.

Практическая значимость работы состоит в разработке общей методики изучения физических фактов, методов их установления и использования для доказательства теоретических положений, методики оценки у учащихся уровня эмпирических знаний, а также в развитии учебного физического эксперимента, разработке новых приборов и опытов, использование которых позволит повысить эффективность обучения физике.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Эмпирические знания учащихся можно считать сформированными, если они включают в себя две составляющие: 1) фактуальную, объединяющую знания фактов и эмпирических законов; 2) методологическую, в которую входят методы установления фактов и их использования для обоснования теоретических положений. Эмпирические знания учащихся будут отвечать требованиям полноты и системности только тогда, когда их фактуальная и методологическая компоненты формируются в комплексе и взаимосвязи.

2. Важнейшим условием успешного формирования эмпирических знаний является соответствие используемой методики общенаучному принципу достаточного основания, из которого следует, что все изучаемые фактуальные и теоретические положения должны быть доказаны. Это может быть сделано в результате проведения учебных опытов или анализа научных экспериментов.

3. В основу методики формирования эмпирических знаний могут быть положены качественная и количественная модели этого процесса, базирующиеся на классификации фактов, произведенной исходя из возможности их экспериментального установления. Эти модели позволяют выделить следующие закономерности:

  1. Уровень знаний фактов, устанавливаемых в повседневной жизни, по мере их изучения в школе возрастает, а после окончания остается практически неизменным;
  2. Уровень знаний фактов, не составляющих повседневный опыт, после изучения уменьшается вследствие забывания;
  3. Скорость забывания фактов тем больше, чем в меньшей степени их изучение опирается на деятельность учащихся, связанную с наблюдением и выполнением учебных опытов, их умозрительным изучением.

4. В основе методики формирования эмпирических знаний лежит противоречие между эмпирическими и теоретическими знаниями учащихся и способностью учащихся доказывать их истинность. Развитие физических знаний, формирование научного мышления и критического отношения учащихся к получаемой информации требуют создания на уроке проблемной ситуации, связанной с планированием эксперимента или объяснением его результатов.

5. Критерием сформированности у учащихся эмпирических знаний является умение предсказывать результаты опыта, исходя из его условий, и планировать эксперимент, доказывающий справедливость выдвинутой гипотезы. При этом результаты оценки эмпирических знаний слабо коррелируют с уровнем теоретических знаний и умением решать задачи вычислительного характера и поэтому являются самостоятельной характеристикой физических знаний учащихся.

6. Эффективность предлагаемой методики формирования эмпирических знаний может быть доказана с помощью учебных экспериментов, разработанных нами для изучения ряда трудных вопросов курса физики (движение тела в вязкой среде, закон возрастания энтропии, закон радиоактивного распада, измерение скорости волны, дисперсия звука, акустический эффект Доплера). В отличие от существующих экспериментов по данным темам они обеспечивают возможность экспериментального установления соответствующих фактов и эмпирических законов, обладают простотой и доступностью.

Защищаемые положения проверены педагогическим экспериментом и подтверждают гипотезу исследования.

Апробация работы осуществлялась на научных конференциях и научно-методическом семинаре "Учебный эксперимент по физике" Глазовского пединститута (1990-1994 гг.), на курсах повышения квалификации учителей Удмуртии (1993-1994 гг.), на Советско-Американской конференции (Москва, 1991 г.), Международных конференциях "Творчество в физическом образовании" (Шопрон, Венгрия, 1997 г.), "Физика в системе современного образования" (Волгоград, 1997 г.), "Простые опыты по физике" (Дуйсбург, Германия, 1998 г.), на научно-методических конференциях (Глазов, 1995-1999 гг.; Екатеринбург, 1992, 1996 гг.; Нижний Новгород, 1994; Саранск, 1994 г.; Ульяновск, 1995 г.). Разработанная методика внедрена в практику работы физико-математического лицея, школ N 1, 11, 15 г.Глазова, в Глазовском педагогическом институте, Глазовском филиале Ижевского государственного технического университета, а также Кемеровском, Пермском и Челябинском университетах.

Основные результаты исследования отражены в 80 публикациях автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложения. Общий объем работы 350 с., библиография занимает 31 с. и приложение -- 11 с. Диссертация содержит 49 рисунков и 29 таблиц. Библиография включает в себя список литературы из 328 наименований, в том числе 21 на иностранном языке.

Во введении проанализирована актуальность научной проблемы, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель, гипотеза, задачи и методы исследования, рассмотрена общая концепция, указаны теоретическая и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Теоретический анализ проблемы формирования эмпирических знаний" проанализированы философский, психолого-педагогический и методический аспекты проблемы формирования эмпирических знаний, осуществлен системный анализ учебных эмпирических знаний и процесса их формирования у учащихся, предложены его качественная модель и выделены основные этапы.

Показано, что в курсе физики может быть выделено три составляющие: эмпирическая, теоретическая и практическая. Процесс формирования эмпирических знаний не сводится к изучению физических фактов, а требует усвоения и овладения методами эмпирического познания и использования фактов для доказательства теоретических положений. Важнейшим условием формирования у учащихся системы физических знаний является взаимосвязанное овладение эмпирической, теоретической и практической составляющими курса физики.

Цели формирования эмпирических знаний состоят в обучении учащихся фактам и эмпирическим законам, формировании умения анализировать результаты опыта, устанавливать факт, на основе фактов выдвигать гипотезы и осуществлять их экспериментальную проверку. Средства формирования эмпирических знаний включают в себя различные методики умозрительного изучения фактов, основанные на изложении учителя, и методики экспериментального изучения, предполагающие использование системы учебных опытов и наблюдений.

Установлено, что система учебных эмпирических знаний делится на подсистему фактуальных знаний и подсистему методологических знаний (рис.1). Подсистема фактуальных знаний объединяет в себе фундаментальные и прикладные факты. К фундаментальным относятся феноменологические факты существования явлений, функциональные факты cуществования зависимостей между физическими величиными и константные факты, состоящие в измерении фундаментальных констант. К прикладным фактам относятся факты создания новых объектов, построения новых устройств, осуществления технологических процессов.


Рис. 1. Система учебных эмпирических знаний по физике.

Подсистема методологических знаний объединяет в себе знания эмпирических и теоретических методов исследования.

Нами выделены следующие этапы формирования эмпирических знаний: 1) эпизодические наблюдения за окружающим миром (дошкольный возраст); 2) формирование первоначальных представлений об окружающем мире (1-6 классы); 3) cистематическое изучение фактов, устанавливаемых в повседневной жизни (7-8 классы); 4) cистематическое изучение фактов, не устанавливаемых в повседневной жизни (9-11 классы).

Изучение объекта или явления природы может осуществляться, по крайней мере, двумя способами: 1) непосредственным выполнением совокупности наблюдений и экспериментов; 2) умозрительным изучением результатов исследований ученых, осуществляемым по книгам, изложению учителя и т.п. Каждый из них по отдельности и их комбинация определяют следующие пути приобретения эмпирических знаний: 1) неосмысленное наблюдение; 2) умозрительное изучение; 3) выполнение эксперимента.


Рис. 2. Доля фактов 1, 2 и 3 категорий в курсе физики первой и второй ступеней.

Предлагаемая модель формирования эмпирических знаний состоит из учащегося, на которого воздействуют среда, учитель и система учебных экспериментов. Среда, то есть совокупность окружающих объектов и явлений, воздействует на учащегося и учителя, последний, учитывая ее влияние, выбирает такие методы обучения, при которых система фактуальных знаний формируется оптимальным образом.

Нами выделены следующие дидактические характеристики учебного физического факта: 1) возможность X экспериментального установления факта в повседневной жизни; 2) возможность Y экспериментального установления факта на уроке; 3) трудность Z усвоения факта при умозрительном изучении. В связи с этим все учебные факты могут быть разбиты на три категории: 1) факты, которые могут быть экспериментально установлены учащимися в повседневной жизни; 2) факты, которые невозможно экспериментально установить в повседневной жизни, но можно установить на уроке физики; 3) факты, которые не могут быть экспериментально установлены в процессе обучения.

Как показал анализ содержания школьного курса физики, распределение физических фактов по классам и разделам физики неоднородно и отличается по качественному составу. Так, в курсе физики 7-8 классов число фактов первой категории, которые могут быть экспериментально установлены в повседневной жизни, максимально, а количество фактов третьей категории, неустанавливаемых на уроке -- минимально (рис.2). В 9-11 классах максимум приходится на факты второй категории, которые могут быть экспериментально установлены на уроке физики.

В курсе механики преобладают факты первой категории, легко устанавливаемые в повседневной жизни, в курсе электродинамики подавляющее большинство фактов относятся ко второй категории (рис.3). Основную часть системы эмпирических знаний квантовой физики составляют факты третьей категории, неустанавливаемые в условиях обучения. На протяжении всего курса физики число фундаментальных фактов превосходит количество фактов прикладного характера. Доля феноменологических фактов существенно выше доли функциональных, в то время как на константные эксперименты приходится ничтожно малая часть.

По мере обучения число фактов первой категории, которые могут быть экспериментально установлены в повседневной жизни, практический монотонно убывает. Количество фактов третьей категории, которые невозможно установить ни в повседневной жизни, ни на уроке физики, имеет тенденцию к росту. Число фактов второй категории, устанавливаемых на уроке, изменяется не монотонно.


Рис. 3. Распределение фактов 1, 2 и 3 категорий по разделам курса физики.

Во второй главе "Научное обоснование необходимости совершенствования методики формирования эмпирических знаний" осуществлено более подробное исследование процесса формирования эмпирических знаний, опирающееся на педагогическую экспертизу дидактических характеристик физических фактов, их классификацию, математическую модель, количественный анализ распределения эмпирической информации в школьном курсе, а также результаты педагогического эксперимента.

Показано, что с помощью педагогической экспертизы действительно возможно оценить дидактические характеристики физических фактов и осуществить их классификацию. Определено содержание каждой из трех выявленных категорий, на которые распадается совокупность учебных физических фактов. Высокая согласованность ответов экспертов подтверждает, что предложенные им критерии оценки дидактических характеристик фактов действительно отражают их объективные характеристики.

С целью выявления основных закономерностей процесса формирования эмпирических знаний в школе на основе качественной модели, предложенной в первой главе, разработана математическую модель. В соответствии с ней количество фактов которыми владеет учащийся -го класса, определяется формулой:


где -- коэффициенты забывания фактов первой, второй и третьей категорий, а -- их количество в -ом классе.

Анализ содержания школьного курса физики и согласование модели с результатами тестирования позволили определить значения коэффициентов забывания и построить графики зависимости количества фактуальных знаний различных категорий от времени (рис.4). Из результатов моделирования вытекают следующие закономерности формирования у учащихся системы эмпирических знаний:

1) уровень знаний фактов первой категории, входящих в повседневный опыт учащихся, по мере их изучения возрастает, а после окончания школы остается практически неизменным;

2) уровни знаний фактов второй и третьей категорий, не входящих в повседневную деятельность учащихся, после изучения уменьшаются вследствие забывания;

3) скорость забывания фактов второй и третьей категории тем больше, чем в меньшей степени их изучение опирается на деятельность учащихся, связанную с наблюдением и выполнением учебных опытов, их умозрительным изучением.

Деление фактов на предлагаемые категории действительно позволяет выявить и объяснить основные закономерности формирования эмпирических знаний.

Кроме того, разработан метод определения доли эмпирической информации в различных темах школьного курса физики, с помощью которого, в частности, установлено, что при изучении курса физики первой или второй ступеней доля эмпирической информации в среднем возрастает, а при изучении одного и того же раздела физики (одной и той же совокупности явлений) при переходе от курса физики первой ступени (7-8 класс) к курсу физики второй ступени (9-11 класс) в среднем уменьшается.


Рис. 4. Зависимость фактуальных знаний от времени при изучении физики в школе.

Установлено, что доля эмпирической информации в главах "Давление твердых тел, жидкостей и газов" (7 класс), "Электромагнитные явления" (8 класс), "Электрический ток в различных средах" (10 класс), "Производство, передача и использование электрической энергии" и "Элементарные частицы" (11 класс) достаточно велика (0,7 и более). В главах "Общие сведения о движении" (9 класс) и "Элементы теории относительности" (11 класс) эмпирическая информация почти полностью отсутствует. Это означает, что ряд вопросов курса физики изучается преимущественно на теоретическом либо на эмпирическом уровне.

Как показали результаты тестирования школьников и студентов, уровень сформированности эмпирических знаний довольно низок. Коэффициент сформированности знаний физических фактов составляет 0,5, то есть только в половине случаев учащиеся в состоянии предсказать результат опыта, исходя из его условий. Умение описывать эксперимент, доказывающий данный факт или эмпирический закон, сформировано в еще меньшей степени. Планировать эксперимент, доказывающий данное теоретическое положение, учащиеся практически не умеют.

Причины низкого уровня сформированности эмпирических знаний состоят в следующем:

  1. не определено содержание эмпирических знаний, не выявлены принципы, цели и средства их формирования у учащихся;

  2. учащиеся, как правило, не осознают связь между приобретенными эмпирическими и теоретическими знаниями;

  3. изучаемые факты практически не используются учителем или учащимися для доказательства теоретических положений;

  4. отсутствует методика формирования у учащихся умения предсказывать результат опыта, исходя из его условий, и планировать эксперимент, доказывающий данное положение;

  5. процесс формирования эмпирических знаний не является завершенным, так как не оканчивается оценкой их уровня;

  6. большое количество фактов изучается на умозрительном уровне без опоры на реальный эксперимент.

Совершенствованию методики формирования эмпирических знаний посвящены третья и четвертая главы диссертации.

В третьей главе "Общие вопросы методики формирования эмпирических знаний по физике" представлены основополагающие принципы формирования эмпирических знаний, предложены методики доказательства учебного физического факта, изучения методов доказательства истинности фактуального положения в физической науке и использования физических фактов для обоснования теоретических положений. Кроме того, разработана методика оценки уровня сформированности эмпирических знаний.

Сформировать у учащегося эмпирические знания -- значит обучить его экспериментальному доказательству существования объектов, происходящих с ними явлений, фукциональных зависимостей и методам измерения основных констант в объеме изучаемого курса. Эти знания станут системой тогда, когда учащийся кроме знаний физических фактов будет владеть методами их установления и уметь использовать их для обоснования теоретических положений. Необходимость обучения учащихся использованию эмпирических знаний для обоснования теории обусловлена тем, что важнейшим условием системности физических знаний является наличие в сознании учащихся устойчивых связей между фактами и теоретическими положениями.

С целью совершенствования методики формирования эмпирических знаний проанализированы основные общедидактические и методические принципы обучения: научности, наглядности, доступности, связи эмпирических знаний с теоретическими, проблемности, включенния в познавательную деятельность учащихся изучаемого явления и другие. Доказано, что их использование не достаточно, так как не позволяет сформировать у учащихся умение анализировать факты, научить школьников, опираясь на результаты эксперимента, обосновывать фактуальные и теоретические положения. Поэтому в основу методики формирования эмпирических знаний, на наш взгляд, должны быть также положены принципы, рассмотренные ниже.

Принцип единства фактуальной и методологической компонентов эмпирических знаний предполагает изучение фактов (фактуальная составляющая), а также методов их установления и использования для обоснования теоретических положений (методологическая составляющая). При этом в первую очередь следует изучать фундаментальные факты, которые составляют эмпирический базис физической теории. При изучении методологической составляющей приоритет должен быть отдан тем методам, которые позволяют установить фундаментальные факты, и обосновать основополагающие принципы физической науки.

Согласно принципу необходимости экспериментального обоснования изучаемых положений изучаемые факты, эмпирические законы или теоретические положения должны быть обоснованы средствами учебного эксперимента или ссылками на научный эксперимент.

Принцип актуализации противоречия между эмпирическими или теоретическими знаниями учащихся и способностью учащихся доказывать их истинность требует, чтобы в основу развития физических знаний школьников было положено понимание невозможности с помощью имеющихся у них знаний экспериментально доказать следствия изучаемых теорий и (или) теоретически обосновать результаты рассматриваемых экспериментов. Создание на уроке проблемных ситуаций, основанных на этом противоречии, и их разрешение способствуют развитию физических знаний учащихся, формированию у них научного мышления.

Согласно принципу завершенности формирования эмпирических знаний необходимо прохождение всех основных этапов изучения физического факта, к которым относятся следующие: проведение или умозрительное изучение эксперимента, формулировка фактуального положения, объяснение факта и рассмотрение его значения для развития науки, формирование умений планировать и предсказывать результаты эксперимента, оценка уровня эмпирических знаний учащихся.

Наиболее целесообразным является экспериментальный метод изучения физического факта, состоящий в его установлении на уроке физики. Он заключается в проведении эксперимента и его анализе, из которых логически следует истинность данного фактуального положения.

В тех ситуациях, когда проведение учебного эксперимента невозможно, необходимо изучить физический эксперимент, позволивший установить данный факт, на умозрительном уровне. В любом случае, учащийся должен понимать, хотя бы в общих чертах, методы установления изучаемых фактов, исследования рассматриваемых явлений, измерения физических констант.

Необходимо, чтобы изучаемые эмпирические знания образовывали в сознании учащихся единую систему физических доказательств. Это может быть достигнуто путем одновременного изучения физических фактов, методов их установления и использования для обоснования теории во всей их взаимосвязи. В результате учащийся должен знать не только в чем состоит тот или иной факт, но и каким образом этот факт может быть установлен и использован для обоснования изучаемой теории.

Следует учитывать влияние повседневного познавательного опыта учащихся, с одной стороны помогающего изучить физические явления, а с другой -- противоречащего научным знаниям. Эффективным будет такой процесс обучения, в ходе которого изучаемая теория опирается на объекты, явления и методы, которые наблюдались и использовались учащимися в повседневной или учебной деятельности.

Необходимо наиболее полным образом использовать возможности изучения метода обоснования теоретических положений при изучении строения атома, природы света, корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц, классической и релятивистской механики. При этом доказательство теоретических положений может быть осуществлено двумя способами:

1) формулировка доказываемого утверждения, получение из него всевозможных следствий и их экспериментальная проверка;

2) изучение фактов, которые не могут быть объяснены с помощью изученной теории, и выдвижение новой гипотезы, объясняющей данные факты.

В обоих случаях следует акцентировать внимание учащихся на противоречии между существовавшими эмпирическими и теоретическими знаниями, явившимся движущей силой развития науки.

В главе рассмотрена методика изучения методов установления факта в физике, в частности общенаучных эмпирических методов (наблюдение, описание, измерение, эксперимент), общенаучных теоретических методов (анализ, синтез, индукция и дедукция) и специфических методов физической науки.

Разработаны задания, позволяющие сформировать у учащихся знания фактов, методов их установления, объяснения и использования для доказательства теоретических положений, умения предсказывать результат эксперимента, исходя из условий, а также планировать эксперимент, доказывающий данное теоретическое положение.

Выделены следующие четыре уровня сформированности эмпирических знаний:

0 уровень. Учащийся не владеет экспериментальным доказательством, не знает условий и результата эксперимента или наблюдения, а значит, и не может провести его анализ.

1 уровень. Учащийся не владеет экспериментальным доказательством, но по известным условиям опыта правильно предсказывает его результат, то есть отвечает на вопрос:"Что произойдет, если [условия опыта]?", затрудняясь при этом сделать анализ эксперимента.

2 уровень. Учащийся не в полной мере владеет экспериментальным доказательством, но знает условия-результат-анализ данного эксперимента, то есть, отвечая на вопросы: "Что произойдет, если $\ldots $ [условия опыта]? Чем это объясняется?", -- правильно описывает результат и проводит анализ опыта.

3 уровень. Учащийся владеет экспериментальным доказательством, то есть при выполнении задания: "Докажите существование данного явления (функциональной зависимости)", -- описывает условия, результат опыта, доказывающего это явление (функциональную зависимость), проводит его анализ.

Для определения уровня сформированности эмпирических знаний у группы учащихся предлагается использовать тест, проверяющий умение планировать эксперимент, доказывающий данное положение, или предсказывать результат опыта, исходя из его условий. Он должен содержать следующие вопросы: "Докажите (опишите опыт, подтверждающий) существование [название объекта, явления или функциональной зависимости]" или "Что произойдет (будет наблюдаться), если [условия опыта]?".

Более гибким методом оценки уровня знаний эксперимента или наблюдения является беседа, алгоритм которой приведен на рис.5. Вопросы, задаваемые преподавателем, выделены двойной рамкой, ответы учащихся (условие, результат, анализ опыта) -- одиночной, уровни знаний представлены в квадратиках внизу таблицы. Беседа построена по следующему принципу: сначала задается вопрос, соответствующий более высокому уровню знаний, затем, если ответ неудовлетворительный, вопрос, отвечающий более низкому уровню.

Таким образом, предлагаемая методика предполагает целенаправленное изучение фактов (фактуальная составляющая), а также методов их установления и использования для обоснования теоретических положений (методологическая составляющая). Изучение фактов должно быть доказательным, и проводиться в комплексе с овладением соответствующей теории. Наиболее эффективным является экспериментальный метод изучения физического факта, состоящий в его установлении на уроке физики.


Рис. 5. Методика оценки уровня эмпирических знаний методом беседы.

Формируемые эмпирические знания должны соответствовать достигнутому уровню развития науки, быть полными и непротиворечивыми и вместе с теоретическими образовывать в сознании учащихся единую систему физических знаний. Следует учитывать влияние повседневного познавательного опыта учащихся, с одной стороны помогающего изучить физические явления, а с другой -- противоречащего научным знаниям. При экспериментальном обосновании физических теорий необходимо использовать методику, опирающуюся на противоречие между эмпирическими, теоретическими знаниями учащихся и способностью школьников доказывать их истинность.

Четвертая глава "Частные методики формирования эмпирических знаний" посвящена рассмотрению методики формирования эмпирических знаний на конкретных примерах изучения физических фактов, методов их установления и использования для обоснования теоретических положений. Предлагаемые методики созданы в полном соответствии с принципами формирования эмпирических знаний, сформулированными в третьей главе.

На примере экспериментального изучения различных видов движения тела в вязкой среде, законов возрастания энтропии и радиоактивного распада, методов измерения скорости волны, дисперсии звуковых волн и эффекта Доплера показаны возможности использования методики установления физического факта и эмпирического закона, изучения методов экспериментального исследования явления и доказательства истинности учебной теории.

Разработана экспериментальная установка для изучения поступательного движения тела в вязкой среде. В ней с целью увеличения силы сопротивления используется цилиндрическое тело, диаметр которого несколько меньше внутреннего диаметра мензурки. Предлагаемый эксперимент позволяет обнаружить не только факт существования силы сопротивления, но и установить эмпирический закон, выражающий зависимость силы сопротивления от скорости движения тела, а также убедиться в том, что скорость тела, движущегося под действием некоторой силы в вязкой среде, стремится к постоянному значению. Проводя эксперимент с маслом и водой, учащиеся строят графики $F=F(v),$ получая при этом квадратичную и линейную зависимости. Пытаясь объяснить это различие, они приходят к выводу, что при движении тела в более вязкой жидкости с меньшей скоростью, течение жидкости оказывается ламинарным, а зависимость $F=F(v)$ -- линейной. Использование разработанной методики на занятиях физического практикума позволяет установить целый ряд фактов, касающихся движения тела в вязкой среде, и тем самым экспериментально обосновать теоретический материал, изученный на уроке.

Предлагаемая установка для исследования вращения тела в вязкой среде состоит из диска с прорезями по краю, идукционного движителя и оптодатчика, подключенного к частотомеру. Вязкой средой является воздух. Разработанная методика позволяет учащимся в полной мере овладеть навыками снятия экспериментальных результатов, их математической обработки, обобщения и установления эмпирического закона.

Выполняя эксперимент, учащиеся устанавливают ряд эмпирических законов, характеризующих движение тела в вязкой среде, строят графики зависимостей угловых перемещения, скорости и ускорения от времени, а также тормозящего момента от скорости вращения. Кроме того, учащиеся знакомятся с цифровым методом измерения физических величин, нашедшим широкое применение в современных научных исследованиях. Это позволяет утверждать, что разработанная методика развивает и методологическую, и фактуальную компоненты эмпирических знаний учащихся.

Разработан простой лабораторный эксперимент по изучению затухающих колебаний. Экспериментальная установка состоит из крутильного маятника со стрелкой и шкалы. Учащиеся, возбуждая крутильные колебания, наблюдают их затухание и устанавливают эмпирическую зависимость амплитуды затухающих колебаний от времени. Опыт отличается доступностью и может быть быстро воспроизведен учащимися на занятиях физического практикума или в домашних условиях.

Для экспериментального изучения закона возрастания энтропии предложен эксперимент, моделирующий хаотическое движение молекул газа. В результате выполнения серии опытов учащиеся приходят к выводу, что вероятность нахождения системы в наиболее неупорядоченном состоянии, когда в обоих половинах сосуда находятся равные количества молекул, максимальна. Разработанная методика позволяет ввести понятие вероятности и экспериментально исследовать распределение вероятностей по различным состояниям системы, создает эмпирическую основу для понимания сущности вероятностного детерминизма физических явлений.

Аналогичные задачи решает предлагаемая методика изучения радиоактивного распада. Используя модельный эксперимент, учащиеся устанавливают, что в результате радиоактивного распада число нераспавшихся ядер уменьшается по экспоненциальному закону. При этом у них формируется понимание того, что распад ядер, как и другие явления микромира, -- вероятностный процесс. Учащиеся осознают, что, несмотря на невозможность определения состояния того или иного нераспавшегося ядра в следующий момент времени, можно определить их количество и сформулировать закон радиоактивного распада.

Особенности обучения методам экспериментального установления факта показаны на примере изучения современных методов измерения скорости света. При этом рассмотрен один из экспериментов, в котором время распространения светового импульса определяется с помощью осциллографа и разработана методика проведения аналогичного эксперимента со звуковыми волнами. В предлагаемом эксперименте импульс с генератора импульсов подается на динамик и одновременно запускает ждущую развертку осциллографа, вход вертикального отклонения которого подключен к микрофону. Предлагаемая методика, в отличие от существовавших ранее, позволяет изучить сущность импульсного метода измерения скорости света не только на умозрительном, но и на экспериментальном уровне, опираясь на аналогичные опыты по измерению скорости звука. Кроме того, разработана серия опытов с электронно-цифровым измерителем скорости звука, состоящим из возбудителя сигнала, генератора счетных импульсов, ключевого устройства и счетчика импульсов, к которому подключены динамик и микрофон.

Формирование у учащихся эмпирических знаний предполагает их использование для обоснования теоретических положений. Этот аспект методики рассмотрен на примере доказательства принципов Гюйгенса-Френеля и Ферма, лежащих в основе теории волнового движения.

Разработанная система физических экспериментов со звуковыми волнами позволяет доказать 11 фактов и 19 эмпирических законов волновой физики и тем самым обосновать основные положения теории волнового движения. Из этой системы опытов в диссертации подробно рассмотрена методика экспериментального изучения акустического эффекта Доплера и дисперсии звука. Показано, что большинство известных демонстраций акустического эффекта Доплера основываются на использовании опорного сигнала или субъективных ощущениях учащихся и поэтому некорректны и малоубедительны. Предлагаемые индикатор частоты и узкополосный малоинерционный частотомер позволяют не только установить факт существования эффекта Доплера, но и количественно исследовать зависимость доплеровского сдвига частоты от величины и направления скорости движения приемника относительно источника. Разработанная методика отличается от традиционной убедительностью экспериментальных результатов, объяснить которые можно только доплеровским смещением частоты.

Предлагаемая методика изучения дисперсии звука требует использования модели резонирующей среды, представляющей собой совокупность резонаторов Гельмгольца. При внесении ее в пучок звуковой волны, частота которой близка к собственной частоте резонаторов, происходит изменение фазовой скорости и длины волны. Разработаны качественная демонстрация и количественное исследование зависимости фазовой скорости от частоты, опирающиеся на измерение длины волны методом стоячих волн или методом фигур Лиссажу.

Эксперименты с моделью резонирующей среды отличаются от известных аналогов тем, что позволяют убедительно продемонстрировать дисперсию волн в среде, содержащей независимые резонаторы, и снять дисперсионную кривую. Эти опыты фактически моделируют дисперсию света, но, в отличие от них, позволяют убедительно показать влияние резонаторов на скорость распространения волны, провести измерения ее длины и построить дисперсионную кривую, аналогичную той, которая получается в оптическом диапазоне.

Таким образом, в результате создания новых, усовершенствования и расширения функциональных возможностей используемых приборов и установок в четвертой главе предложены новые методики, отличающиеся от известных возможностью экспериментального установления учащимися более широкого круга фактов, эмпирических законов, изучения современных методов экспериментального исследования, а также доступностью и убедительностью.

В пятой главе "Экспериментальное обоснование гипотезы исследования" осуществлено планирование, сформулированы задачи, описана методика проведения и анализ результатов поискового, констатирующего и обучающего педагогического экспериментов.

В результате проведения поискового эксперимента показано, что уровень владения учащимися физическим фактом определяется изучаемостью факта и возможностью его экспериментального установления в повседневной жизни и на уроке физики.

С помощью специального прибора, регистрирующего изменения состояния экспериментальной установки с течением времени, проведен анализ деятельности учащегося при выполнении физического опыта. Это позволило разработать и обосновать обобщенный алгоритм самостоятельного выполнения учащимися физического эксперимента. В течение первого этапа учащийся выполняет отдельные операции, и, наблюдая за результатом, приобретает новые знания и умения, вырабатывает план проведения опыта. На втором этапе он реализует его, контролируя правильность выполнения эксперимента.

Констатирующий эксперимент охватил более 650 учащихся. С его помощью было показано, что уровень знаний учащимися фактов, методов их установления и использования для обоснования теоретических положений довольно низок, что подтверждает необходимость совершенствования методики. В результате оценки уровня знаний учащимися фактов различных категорий, определены значения соответствующих коэффициентов забывания, которые оказались равными $\gamma_1'=0,095$ лет $^{-1}, \gamma_2'=0,64$ лет $^{-1}, \gamma_3'=1,79$ лет Сопоставление уровня знаний учащимися фактов различных категорий и их дидактических характеристик показывает, что данные величины хорошо коррелируют друг с другом. Отсюда следует целесообразность деления фактов на три категории для обоснования закономерностей процесса формирования эмпирических знаний. Это вместе с результатами математического моделирования доказывает первую часть гипотезы.

При анализе результатов комплексной оценки физических знаний учащихся установлено, что коэффициент сформированности эмпирических знаний слабо коррелирует с уровнем теоретических знаний и умением решать задачи вычислительного характера и поэтому является самостоятельной характеристикой физических знаний. Отсюда следует, что для оценки физических знаний учащихся нельзя ограничиться определением уровня теоретических знаний и умения решать задачи. Вместе с этим необходимо определить уровень эмпирических знаний.


Рис. 6. Результаты входного и выходного тестирования.

Средствами обучающего эксперимента, в котором приняло участие более 350 учащихся и студентов педагогического института, показано, что применение разработанных физических экспериментов и их использование для доказательства основных положений физической науки действительно возможно, необходимо и целесообразно, так как способствует более полному и глубокому формированию системы эмпирических знаний по физике. Эксперимент проведен по классической схеме, предполагающей входное тестирование экспериментальной и контрольной групп учащихся, использование разработанной методики, выходное тестирование и обработку результатов методом хи-квадрат. Результаты одного из этапов обучающего эксперимента представлены на рис.6.

Статистически значимый прирост коэффициента сформированности эмпирических знаний подтверждает, что использование предлагаемой методики приводит к тому, что учащиеся глубже овладевают фактическим материалом и методами проведения экспериментального доказательства, повышаются уровень сформированности научного мышления, убежденность в истинности приобретенных знаний. Таким образом, результаты обучающего эксперимента доказывают вторую часть гипотезы.

Разработанная методика была внедрена в реальный учебный процесс школ N 1, 11, 15, технического лицея N 24, Глазовского государственного педагогического института, Ижевского государственного технического университета, Кемеровского, Пермского и Челябинского университетов. Более 210 школьников и студентов, а также 22 учителя прошли экспериментальное обучение в ходе лекционных и лабораторных занятий, выполняя курсовые и дипломные работы.

В приложении представлены материалы экспертной оценки дидактических характеристик физических фактов и их классификации, результаты анализа эмпирической информации школьного курса физики, а также результаты многофакторного педагогического эксперимента, доказывающего гипотезу исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Проведенное нами исследование показало, что деление учебных физических фактов на три категории, исходя из возможности их экспериментального установления в повседневной жизни, на уроке физики и трудности их усвоения учащимися, действительно позволяет определить особенности распределения эмпирической информации в школьном курсе физики, построить качественную и количественную модели формирования эмпирических знаний и выявить закономерности этого процесса. Кроме того, доказано, что методика, предполагающая целенаправленное изучение фактов, методов их установления и использования для обоснования теоретических положений, соответствующая принципу достаточного основания, и требующая определения уровня сформированности эмпирических знаний учащихся, действительно обеспечивает более высокий уровень физического образования.

При этом были решены следующие задачи:

1. На основе анализа проблемы формирования у учащихся системы эмпирических знаний по физике, определено их содержание и структура. Исследовано распределение различных видов физических фактов в курсе физики.

2. Определены основные дидактические характеристики учебного факта, проведена их экспертная оценка и осуществлена кластеризация фактов. Построены качественная и количественная модели процесса формирования эмпирических знаний у учащихся, выявлены его основные закономерности.

3. Проанализирована динамика изменения потока эмпирических знаний, усваиваемых учащимися по мере изучения курса физики. Осуществлена кластеризация тем и параграфов школьного курса физики в зависимости от плотности распределения эмпирической информации.

4. Разработана общая методика формирования у учащихся эмпирических знаний, а также методика изучения поступательного, вращательного и колебательного движения тела в вязкой среде, законов возрастания энтропии и радиоактивного распада, изучения методов измерения скорости волны, акустического эффекта Доплера, дисперсии звуковых волн.

5. Разработан метод оценки уровня сформированности эмпирических знаний учащихся. Педагогический эксперимент позволил установить, что основными факторами, влияющими на уровень эмпирических знаний учащихся, являются изучаемость физического явления в школе и его наблюдаемость в повседневной жизни или на уроке. Кроме того, подтверждена необходимость и целесообразность использования разработанной методики формирования эмпирических знаний.

Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:

1. Эмпирическими называются знания фактов, установленных в результате наблюдений и экспериментов, а также знания методов их установления и использования для доказательства основных положений науки. Таким образом, в систему учебных эмпирических знаний входят: 1) знания о методах установления физических фактов; 2) фактуальные знания, то есть знания физических фактов; 3) знания методов использования фактов для доказательства основных положений науки.

2. Процесс формирования эмпирических знаний объясняется с помощью качественной модели, состоящей из учащегося, на которого воздействуют окружающие его явления, учитель и система учебных экспериментов. Она предусматривает три основных способа усвоения учащимися эмпирической информации, соответствующих трем категориям учебных фактов.

3. Эмпирическая информация в курсе физики распределена неоднородно. При переходе от курса физики первой ступени ко второй имеет место качественный скачок, выражающийся в заметном изменении состава и количества эмпирической информации, усваиваемой учащимися.

4. Уровень знаний фактов первой категории, входящих в повседневный опыт учащихся, по мере их изучения возрастает, а после окончания школы остается практически неизменным. Уровни знаний фактов второй и третьей категорий, не входящих в повседневную деятельность учащихся, после изучения уменьшается вследствие забывания. Скорость забывания фактов второй и третьей категорий тем больше, чем в меньшей степени их изучение опирается на деятельность учащихся, связанную с наблюдением и выполнением учебных опытов, их умозрительным изучением.

5. Оптимальной является методика формирования эмпирических знаний, опирающаяся на полную и непротиворечивую систему экспериментальных доказательств, которые усваиваются в комплексе с теоретическими знаниями. Она кроме изучения физических фактов должна предполагать овладение методами их установления и использования для доказательства теоретических положений. При этом следует учесть влияние повседневного жизненного опыта и учебных экспериментов на процесс усвоения изучаемого материала.

6. Как следует из результатов педагогического эксперимента, уровень сформированности у учащихся эмпирических знаний -- самостоятельная характеристика их физических знаний, нуждающаяся в отдельной оценке. Предлагаемая методика формирования эмпирических знаний, действительно обеспечивает повышение уровня сформированности физических знаний учащихся, ее использование при изучении физики возможно и целесообразно.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах автора.

Монографии и учебные пособия

  1. Исследование процесса формирования эмпирических знаний по физике. Глазов, ГГПИ: 1998. 132 с.

  2. Измерение скорости звука импульсным методом: Учеб. руковод. / Глазовск. гос. пед. ин-т. Глазов, 1991. 52 с. (В соавторстве).

  3. Физика: Содержание и технология обучения. Глазов: ГГПИ, 1996. 120 с. (В соавторстве).

  4. Механика: Лабораторный практикум. Глазов: ГГПИ, 1996. 118 с. (В соавторстве).

  5. Физика 9: Механические колебания и волны: Рабочая тетрадь. Глазов: ГГПИ, 1997. 70 с. (В соавторстве).

  6. Физика 10: Постоянный ток. Магнитное поле: Рабочая тетрадь. Глазов: ГГПИ, 1997. 84 с. (В соавторстве).

  7. Физика 10: Электростатика: Рабочая тетрадь. Глазов:ГГПИ, 1997. 80 с. (В соавторстве).

  8. Физика 11: Теория относительности. Квантовая физика: Рабочая тетрадь. Глазов: ГГПИ, 1997. 80 с. (В соавторстве).

  9. Физика 11: Электромагнитные волны. Оптика: Рабочая тетрадь. Глазов: ГГПИ, 1997. 84 с. (В соавторстве).

    Диссертация и автореферат

  10. Методика учебного фундаментального эксперимента по волновой физике: Автореф. дисс. $\ldots $ канд. пед. наук. М., 1995. 18 с.

  11. Методика учебного фундаментального эксперимента по волновой физике: Дисс. $\ldots $ канд. пед. наук. М., 1995. 258 с.

    Описания изобретений

  12. Прибор для демонстрации явления электростатической индукции: Патент N 2010346 С1, МКИ G 09 B 23/18. N 5006648/12; заявл. 21.10.91; опубл. 30.03.94, Бюл. N 6.

  13. Прибор для модельной демонстрации принципа Ферма: Патент N 2042215 С1, МКИ G 09 B 23/06. N 5047920/12; заявл. 15.06.92; зарегистр. 20.08.95.

  14. Прибор для демонстрации электромагнитной индукции: Патент N 2058049 С1, МКИ G 09 B 23/18. N 5047931/12; заявл. 15.06.92; опубл. 10.04.96. Бюл. N 10.

  15. Устройство для демонстрации брахисто- и таутохронных свойств циклоиды: Патент N 2029990 С1, МКИ G09B 23/06. N 5047934/12; заявл. 15.06.92; опубл. 27.02.95, Бюл. N 6. (В соавторстве).

  16. Прибор для изучения дисперсии звуковых волн: Патент N 205 1421 С1, МКИ G 09 B 23/06. N 93045436/12; заявл. 08.09.93; опубл. 27.12.95 Бюл. N 36. (В соавторстве).

  17. Прибор по механике: Патент N 2063065 С1, МКИ G 09 B 23/06. N 93044258/12; заявл. 08.09.93; опубл. 27.06.96 Бюл. 18. (В соавторстве).

  18. Прибор для демонстрации упругого и неупругого ударов: Патент N 2067778 С1, МКИ G 09 B 23/06. N 93044259/ 12; заявл. 08.09.93; опубл. 10.10.96 Бюл. N 28. (В соавторстве).

  19. Установка для акустических опытов: Патент N 2084964 С1, МКИ G 09 B 23/14. N 95108197/28; заявл. 19.05.95; опубл. 20.07.97 Бюл. NOC 20. (В соавторстве).

  20. Установка для изучения вращательного движения: Патент N 2104585 С1, МКИ G 09 B 23/06. N 95108173/28; заявл. 19.05.95; опубл. 10.02.98 Бюл. N 4. (В соавторстве).

    Статьи

  21. Наблюдение электростатической индукции // Квант. 1987. N 12. С.36-37. (В соавторстве).

  22. Искусственная радуга // Квант. 1988. N 6. С.48-50. (В соавторстве).

  23. Частотомер для демонстрации акустического эффекта Допплера / Ред. журн. "Изв. вузов. Физика". Томск, 1989. 11 с. Деп. в ВИНИТИ 13.02.90, N 1280-В90. (В соавторстве).

  24. Экспериментальное изучение брахистохронных и таутохронных свойств циклоиды / Ред. журн."Изв. вузов. Физика". Томск, 1990. 33 с. Деп. в ВИНИТИ 28.11.90, N 6380-В90. (В соавторстве).

  25. Электронно-механический анализатор / Ред. журн. "Изв. вузов. Физика." Томск, 1990. 13 с. Деп. в ВИНИТИ 13.02.90, N 1281-В90. (В соавторстве).

  26. Демонстрация акустического эффекта Допплера // Успехи физических наук. 1991. N 3. С.149-153. (В соавторстве).

  27. Экспериментальное изучение зависимости скорости звука от температуры // Известия вузов. Физика. 1991. N 7. С.116-118. (В соавторстве).

  28. Приборы для демонстрации эффекта Доплера // Радио. 1994. N 3. С.26-28. (В соавторстве).

  29. Конкурс экспериментаторов "Удивительная механика" // Физика в школе. 1994. N 5. С.55-58. (В соавторстве).

  30. Оптимизация содержания и методики учебного эксперимента с помощью компьютера // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 1. Глазов: ГГПИ, 1995. С.23-26.

  31. Демонстрация эффекта Фарадея // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 1. Глазов: ГГПИ, 1995. С.70-72. (В соавторстве).

  32. Экспериментальное изучение вращения тела в вязкой среде // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. N 7. М.: Прометей, 1996. С.59-68. (В соавторстве).

  33. Экспериментальное изучение дисперсии звука // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. N 7. М.: Прометей, 1996. С.69-78. (В соавторстве).

  34. Демонстрация принципа Ферма в акустическом диапазоне // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. N 7. М.: Прометей, 1996. С.51-58. (В соавторстве).

  35. Демонстрации при изучении автоколебаний // Учебный эксперимент по колебательным и волновым процессам. Выпуск 8. М.: Школа-Пресс, 1996. С.39-52. (В соавторстве).

  36. Физические особенности учебного акустического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 2. Глазов: ГГПИ, 1996. С.13-21. (В соавторстве).

  37. Моделирование процесса формирования системы эмпирических знаний // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 2. Глазов: ГГПИ, 1996. С.21-25.

  38. О соотношении эксперимента и теории в школьном курсе физики // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 3. Глазов: ГГПИ, 1997. С.13-16.

  39. Проблема формирования системы эмпирических знаний учащихся // Проблемы школьной и вузовской педагогики: Сборник статей. Глазов, 1997. С.77-80.

  40. Формирование у учащихся эмпирического базиса естественно-научных дисциплин // Наука и школа. 1997. N 6. C.36-40.

  41. Электронно-механический демонстратор светового вектора // Учебная физика. 1997. N 1. С.53-60. (В соавторстве).

  42. Учебный эксперимент как метод физического доказательства // Учебная физика. 1997. N 2. С.60-72. (В соавторстве).

  43. Экспериментальные доказательства в электродинамике // Учебная физика. 1997. N 3. С.22-55. (В соавторстве).

  44. Imitational Modelling Formation of Students' Empiric Knowledge // Creativity in physics education. Eotvos Physical Society, Budapest, 1997. pp.284-289.

  45. The Analysis of the Problem of Formation of Students' Empiric Knowledge // International Conference of Physics Teachers (Sopron, Hungary). Glazov, 1997. 2 p.

  46. The experimental Study of Faradey's Effect // Creativity in physics education. Eotvos Physical Society, Budapest, 1997. pp.281-283. (В соавторстве).

  47. Качественно-количественный анализ системы эмпирических знаний школьного курса физики // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и методических работ. Выпуск 4. Глазов, ГГПИ, 1998. С.11-16.

  48. Классификация учебных фактов методом кластерного анализа // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и методических работ. Выпуск 5. Глазов, ГГПИ, 1998. С.12-19.

  49. Экспериментальное изучение магнитного взаимодействия токов и определение магнитной постоянной // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и методических работ. Выпуск 4. Глазов, ГГПИ, 1998. С.37-39.

  50. Опровержение лжетеорий как важный элемент формирования доказательности мышления // Обучение физике в школе и вузе: Межвузовский сборник научных статей. С.Петербург: Образование, 1998. С.35-36.

  51. Классификация учебных физических фактов // Физика в школе и вузе: Сборник научных статей. С.Петербург: Образование, 1998. С.18-20.

  52. Как научить решать задачи по теме "Тепловые явления" // Учебная физика. 1998. N 4. С.11-13.

  53. Оценка уровня знаний учащимися физического эксперимента // Учебная физика. 1998. N 4. С.54-60.

  54. Экспериментальное доказательство второго начала термодинамики // Учебная физика. 1998. N 5. C.20-23.

  55. Two Experiments with Coins // Hands on- Experiments in Physics Education: Proceedings of ICPE-GIREP International Conference. -- Duisburg, Germany, 1998. -- pp.270-273.

  56. The Study of Body Motion in a Viscous Medium // Hands on- Experiments in Physics Education: Proceedings of ICPE-GIREP International Conference. -- Duisburg, Germany, 1998. -- pp.436-437.

  57. Remarkable Properties of Cycloid // Hands on- Experiments in Physics Education: Proceedings of ICPE-GIREP International Conference. -- Duisburg, Germany, 1998. -- pp.433-435. (В соавторстве).

  58. Physical Facts and Phenomena -- at Home and out of Doors // Hands on- Experiments in Physics Education: Proceedings of ICPE-GIREP International Conference. -- Duisburg, Germany, 1998. -- pp.529-530. (В соавторстве).

  59. Удивительные свойства циклоиды // Учебная физика. 1998. N 2. С.22-26. (В соавторстве).

  60. Учебные опыты с колебательными контурами // Учебная физика. 1998. N 2. С.36-41. (В соавторстве).

  61. Экспериментальные доказательства в электродинамике (Часть 2) // Учебная физика. 1998. N 3. С.25-63. (В соавторстве).

  62. Свободные колебания крутильного маятника // Учебная физика. 1998. N 3. С.64-66. (В соавторстве).

  63. Импульсный метод измерения скорости ультразвука в учебном эксперименте // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 7. Глазов-СПб.: ГГПИ, 1998. С.52-57 с. (В соавторстве).

  64. Изучение движения тела в вязкой среде // Учебная физика. -- 1999. -- N 1. -- C.17-19.

    Тезисы докладов

  65. Формирование понятия "Явление Доплера" средствами учебного физического эксперимента // Научные понятия в современном учебном процессе школы и вуза: Тезисы докладов / Челяб. гос. пед. ин-т. Челябинск, 1993. С.115. (В соавторстве).

  66. Учебный эксперимент с цугами звуковых волн // Преподавание физики и астрономии в школе: Состояние проблемы, перспективы: Тезисы докладов / Нижегород. гос. пед. ин-т. Нижний Новгород, 1994. С.55. (В соавторстве).

  67. Содержание и структура понятия фундаментального физического эксперимента // Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школы и вуза: Тезисы докладов. Т.1. Часть 1 / Челяб. гос. пед. ин-т. Челябинск, 1994. С.52-53. (В соавторстве).

  68. Система учебного физического эксперимента для формирования основных понятий волновой физики // Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школы и вуза: Тезисы докладов. Т.1. Часть 2 / Челяб. гос. пед. ин-т. Челябинск, 1994. С.148-149. (В соавторстве).

  69. Лекционная демонстрация групповой скорости волны // Использование научно-технических достижений в демонстрационном эксперименте и в постановке лабораторных практикумов: Тезисы докладов / Мордовский гос. пед. ин-т. Саранск, 1994. С.17. (В соавторстве).

  70. Лекционная демонстрация дисперсии волн // Использование научно-технических достижений в демонстрационном эксперименте и постановке лабораторных практикумов: Тезисы докладов / Мордовский гос. пед. ин-т. Саранск, 1994. С.20. (В соавторстве).

  71. Формирование эмпирического базиса волновой физики средствами учебного эксперимента со звуковыми волнами // Компьютеризация учебного процесса и технические средства обучения: Доклады научно-методической конференции / Ульяновск. гос. тех. ун-тет. Ульяновск, 1995. С.46-48. (В соавторстве).

  72. Методика экспериментального изучения принципа Ферма // Компьютеризация учебного процесса и технические средства обучения: Доклады научно-методической конференции / Ульяновск. гос. тех. ун-тет. Ульяновск, 1995. С.44-46. (В соавторстве).

  73. Методика оценки уровня сформированности у учащихся эмпирического базиса физики // Актуальные проблемы школьной и вузовской педагогики. Вторые Есиповские чтения. Тезисы докладов. Глазов: ГГПИ, 1996. С.63-64.

  74. Системный анализ проблемы формирования эмпирических знаний учащихся // Философия и социология образования на пороге ХХI века: Тезисы докл. межрегиональной научно-практической конференции / Урал. гос. пед. ун-т. Екатеринбург, 1996. С.97-98.

  75. Формирование системы эмпирических знаний учащихся // Инновационные процессы в подготовке будущего учителя физики. Методика обучения физике в вузе и школе. Ч.2. Урал. гос. пед. ун-т, Екатеринбург, 1996. С.50-52.

  76. Уровень эмпирических знаний как независимая характеристика физических знаний учащихся // Инновационные процессы в подготовке будущего учителя физики. Методика обучения физике в вузе и школе. В 3-х ч. Ч.2. Екатеринбург: Урал. гос. пед. ун-т, 1996. С.52-53.

  77. Моделирование деятельности учащегося при проведении физического эксперимента // Модели и моделирование в методике обучения физике: Тезисы докладов республиканской научно-теоретической конференции. Киров, 1997. С.26-30.

  78. Оценка параметров модели формирования эмпирических знаний методом максимального правдоподобия // Модели и моделирование в методике обучения физике: Тезисы докладов республиканской научно-теоретической конференции. Киров, 1997. С.35-37.

  79. Некоторые закономерности формирования у учащихся системы эмпирических знаний // Физика в системе современного образования: Тезисы докл. IV Междунар. конф., Ч.2. Волгоград, Перемена, 1997. С.134-136.

  80. Структура системы фактуальных знаний естественно-научных дисциплин // Материалы научной конференции "Герценовские чтения". С.Петербург: Образование, 1997. С.19-20.

  81. Классификация тем школьного курса физики по количеству эмпирической информации // Проблемы вузовской и школьной педагогики: Материалы научно-практической конференции. Третьи Есиповские чтения. Глазов, 1998. С.176-178.

  82. Результаты моделирования формирования у учащихся эмпирических знаний по физике // Образование в Удмуртии: история, реальность и перспективы: Материалы научно-практической конференции. Ижевск: Изд-во ИУУ, 1998. C.97-98.




Лицензия ЛУ N 042 от 08.10.96. Подписано к печати 03.11.99.
Размножено на ризографе. Усл. печ. л. 2,2. Тираж 100.
Заказ N346.

Глазовский государственный педагогический институт имени В.Г.Короленко.
427600, Удмуртия, г.Глазов, ул. Первомайская, 25.