Учебно-методический комплекс по курсу «Методика преподавания физики» для студентов 3 курса

Лекция 5. Современная физика.
План лекция

1. 
   Развитие физики в мире и в нашей стране сегодня, а также научные исследования проводятся в научных центрах.
   
2. 
   Ведущие мировые ученые, которые внесли вклад в развитие физики в последнее десятилетие.
   
3. 
   Методика преподавания научных работ выдающихся ученных, получившие Нобелевскую премию в учебном процессе.
   
4. 
   Становление физической науки в Узбекистане.
   
5. 
   Важнейших научных результатов мирового уровня в нашей республике.
   
6. 
   Ученые профессора, работающие в Самаркандском государственном университете.
   

В настоящее время происходит интенсивный процесс обновления и совершенствования образования в средней школе, который требует разработки и внедрения новых форм обучения. Они направлены на взаимопроникновение наук в школьных курсах. При решении этой задачи в условиях современной школы необходимо усиление элементов истории науки в преподавание физики. В задачи преподавания основ школьной физики входит не только ознакомле­ние учащихся с научными фактами, законами и теориями, но и с историей открытия за­конов и разработки теорий. Впервые вопрос о введении элементов истории физики в преподавание в средней школе был поставлен на съезде преподавателей физико-математических наук средних учебных заведений Московского учебного округа в 1890 году. На съезде обсуждался вопрос о введении исторических сведений в преподавание физики, ограничивая их биографиями деятелей наук. Основной целью введения элемен­тов исторической науки в среднюю школу являлось расширение кругозора учащихся, привлечение их внимания к предметам естественнонаучного цикла, оценке роли этих наук в жизни общества. На следующих съездах и совещаниях, посвященных проблемам преподавания фи­зики, этот вопрос неоднократно снова подвергался обсуждению. Более определенно на­мечались задачи, решению которых, должен служить исторический материал, наблюда­лось значительное расширение исторических сведений в процессе преподавания физики. В 1994 году на VI Столетовских чтениях, проходивших во Владимирском Педаго­гическом Университете, большое внимание было уделено вопросам истории физики и вопросам использования исторического материала в преподавании физических дисцип­лин школы. На съезде физиков, проходившем в МГУ им. Ломоносова в июне 2000 года, по во­просу физического образования в ХХI веке было отмечено, что у учащихся даже выпуск­ных классов нет правильного представления о значении важнейших работ отечествен­ных ученых. Учащиеся имеют слабые знания фактического материала о времени жизни и деятельности того или иного ученого; путают фамилии ученых, приписывают им чу­жие изобретения; не могут назвать фамилии отечественных ученых. Все это еще раз подчеркивает важность использования исторического и краеведческого материала в процессе обучения физике. Методист А. И. Янцов указывает причины, определяющие целесообразность использова­ния исторического материала и выделяет следующие условия: если раскрываемое учащимся понятие и теория имеют сложный характер и тре­буют строгой логики в раскрытии отдельных сторон; если имеющиеся у учащихся представления и понятия противоположны современным научным понятиям и представлениям, но тождественны представлениям, некогда существовавшим в науке и отвергнутым в ходе исторического развития; если исторический подход помогает учащимся лучше мотивировать и раскрыть жизненную важность новой проблемы; -если исторический подход значительно усиливает доказательность изложения.

Вопросам использования сведений по истории физики на уроках уделялось боль­шое внимание в работах таких ученых, как Лебедева В. И., Турышева И. К., Усовой А. В., Савеловой Е. В. Большинство работ посвящено: развитию познавательного интереса учащихся на основе использования сведений из истории развития науки и техники; рассматриваются вопросы формирования у учащихся научного мировоззрения; рекомендуются основные принципы отбора исторического материала; определяются виды учебного материала с историческим содержанием; - выделяются некоторые пути реализации введения этого материала в учебный процесс при изучении основ физики в средней школе. Следует еще раз отметить, что осуществляемая связь обучения физики с историче­ским содержанием физики позволяет конкретизировать и уточнить общенаучные зна­ния, делает теоретические положения более понятными, доходчивыми, легче усвояемы­ми. Факты более близкие и понятные школьникам оказывают сильное эмоциональное воздействие, что обеспечивает наиболее успешное восприятие и усвоение материала. В отечественной методике преподава­ния физики основными задачами всегда являлись: определение целей, содержания учеб­ного предмета физики, выяснение методов, способов и средств обучения учащихся ос­новам науки физики. На это указывается в работе известного методиста И. И. Соколова, он же отмечал, что одним из основных принципов построения программы по фи­зике является принцип историзма. Этот принцип понимался им как включение в про­грамму вопросов истории развития науки, при этом в процессе обучения перед учителем ставится задача вскрыть зависимость истории развития науки от производственных по­требностей и требований общества в решении конкретных проблем того или иного пе­риода развития человечества.
Наиболее интересными являются следующие положения одного из основоположников отечественной методики преподавания физики П. А. Знаменского: история науки позволяет понять, что физика является непрерывно развивающейся наукой и обновляющейся областью человеческого познания; использование элементов истории науки позволяет понять, как под влиянием определенных практических потребностей возникали научные проблемы и протекали научные исследования, и как развитие техники и технологии производства позволили науке преодолеть стоящие перед ней проблемы, что вело ее на новый уровень; история физики дает представление о том, что обобщения, к которым приходит физика, состоят из ряда исторически связанных ступеней, и о том, что между зарождением какой-либо идеи и претворением ее в практику может пройти достаточно много времени; история науки позволяет увидеть, что научные открытия не являлись трудом только отдельных личностей, а всегда являлись результатом коллективного творчества ученых, если даже они жили в разных странах и в разное время. Таким образом, актуальность работы обусловлена ролью, которую играет принцип историзма в теории и практике научного и учебного познания, а также, необходимостью выявления условий и средств реализации принципа историзма и их влияние на развитие мышления учащихся.
Цель работы: формирование компетентности в сфере познавательной деятельности через использование исторического материала в курсе физики Задачи : Повышать уровень познавательного интереса учащихся; Формировать у учащихся научное мировоззрение; Развивать способность к активной практической деятельности; Воспитывать гражданское сознание и поведение; Формировать методологические навыки при изучении физики; Развивать творческое мышление учащихся, включать их в творческую деятельность. Использование исторического материала в преподавании физики позволяет решать такие важные воспитательные задачи, как формирование научного мировоззрения, нравственности, идейной убежденности, патриотизма, интернационализма, любви к науке. В раз­витии науки физики и сегодня происходят изменения: открытие новых явлений, уста­новление законов, совершенствование методов исследования, возникновение новых тео­рий. Все это постоянно требует определения соотношений исторического и логического в научном и учебном познании, а также способов реализации этого принципа в учебном познании физики. Воспитательные возможности обучения посредством исторического принципа наиболее полно реализуются на уроках. На уроках имеет место восприятия учащимися содержания учебного материала, выработка к нему своего отношения, формирование разнообразных умений и навыков. Выявляя и используя в процессе преподавания исто­рические факты, можно намного эффективнее решать важные воспитательные задачи, задачи развития мышления, поддерживать интерес учащихся к физике.
Форма представления учебного материала с историческим содержанием на страницах учебников носит традици­онный характер. В нем приводится: краткая биографическая справка; фотография или портрет ученого; упоминание об открытии явления, закона; описание исторического опыта; перечисление ряда фамилий ученых.
Анализ учебной литературы позволяет сказать, что исторические сведения, приведен­ные в учебниках, а с ними и знания, дающиеся учащимся, приводятся как нечто застыв­шее, неизменное раз навсегда данное. Учителю необходимо показать, как ученые от менее глубоких и точных знаний при­ходят к достижению более глубоких и точных. Учитель должен в процессе формирова­ния физических понятий и законов показать их историческое развитие, раскрыть борьбу взглядов и идей. Чтобы пробудить устойчивый интерес у школьников к физике-науке, надо раскрывать эволюцию физических идей, причины, побудившие принять ту или иную идею, механизм научного поиска, атмосферу творческого процесса. Рассказывая о рождении новых идей и их эволюции, не следует пренебрегать деталями, некоторыми «мелочами», любопытными эпизодами. Они могут оживить рассказ, но стойкий интерес рождают не они, а сам процесс поиска истины с его внутренней логикой, с его неизбежными зигзагами и даже поворотами вспять и с неизбежным обретением истины. Таким образом, историзм в преподавании физики – одно из важных средств развития у школьников интереса к науке. Например. При рассмотрении вопроса о падающих телах урок начинается 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» 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». После такого яркого рассказа о падении тел учитель переходит к рассмотрению ускорения свободного падения и далее к истинной причине его постоянства. А то, к чему пробужден интерес, усваивается всегда лучше, чем то, что изучается лишь в силу внешних побуждений, поэтому историзм способствует и лучшему пониманию физики. Знакомство с историей науки не только показывает, как надо мыслить, чтобы понять природу, но и предостерегает нас о неверных представлений. Историзм способствует повышению качества знаний учащихся. История физики и история техники – это те мощные рычаги, с помощью которых в сочетании с самим изучаемым материалом, можно значительно повысить интерес к науке, расширить кругозор ученика, побудить его к активной мыслительной деятельности. Глубокое усвоение научных знаний лежит в основе формирования научного мировоззрения. В ходе процесса познания мы получаем достоверные сведения о мире, т.е. постигаем объективную истину.
В этой связи необходимо отметить, что хотя в процессе обучения физике учащиеся знакомятся с исторически полученными зна­ниями науки, они с трудом осознают, что физика является постоянно развивающейся сферой человеческой деятельности. Ее развитие подчиняется определенным закономер­ностям. Внимание учащихся, в большинстве случаев, акцентируется на запоминании на­учных фактов, определений, понятий, формулировок законов. История открытия зако­нов, выведения новых понятий оказываются за рамками учебника физики и учебного процесса. Показывая эволюцию физики, мы вскрываем роль практики как источника знаний и критерия истины, а постепенное все более глубокое и полное постижение законов природы, с которым нас знакомит история, означает познаваемость мира и всесильность человеческого разума. Таким образом, историзм есть одно из средств формирования научного мировоззрения учащихся. Ознакомление школьников с жизнью, деятельностью и взглядами выдающихся ученых как отечественных, так и зарубежных, позволяет поставить на уроке ряд важнейших этических и политических проблем: добра и зла, гуманизма и смысла жизни, патриотизма и национальной гордости, социальной ответственности ученых и т.п. Историзм науки есть одно из средств нравственного и общественно-политического воспитания учащихся. Альберт Эйнштейн В 1914 г. Эйнштейн был уже оплачиваемым членом Королевской Прусской академии наук в Берлине. В 1921 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике. Открытия А, Эйнштейна были столь неожиданны, что пугали и вызывали отторжение. Столь же странной казалась многим и фигура самого создателя новой теории, также не укладывающаяся в обычные мерки. Уже в 1920 г. в Европе возникла организация, назвавшая себя «антиэйнштейновской лигой». В неё входили отнюдь не невежды: во главе стояли два Нобелевских лауреата – немецкие физики Ф. Ленард и Й. Штарк. С приближением «коричневой чумы» - фашизма – Ленард издал учебник «Германская физика», в котором «истинно германская физика» противопоставлялась всем «неарийским» теориям. Для нацистов, отрицавших нравственность по отношению ко всем «расово неполноценным личностям», еврей Эйнштейн с его взглядами был – в силу своей мировой известности – не только ненавистен, но и опасен. Прусская академия наук включилась в общую компанию травли ученого, находившегося в научной поездке. Тогда он послал уведомление о том, что слагает с себя обязанности академика и покидает Германию. За время его отсутствия его виллу разгромило гестапо. Признание важности историзма еще не определяет, в какой мере историзм должен войти в содержание школьного курса физики. Бесспорно, что в курс следует включить те вопросы истории, которые в наибольшей мере способствуют решению задач, стоящих перед обучением физике.
Основной исторический материал, заслуживающий в первую очередь включения в школьный курс, - это те вопросы истории, которые обеспечивают раскрытие эволюции важнейших идей физической науки. Для решения задачи ознакомления учащихся с историей открытия законов и раз­работки теорий следует определить некоторые методы обучения. При использовании исторических сведений в процессе обучения можно использовать такие методы, как рас­сказ, беседа, экскурсия, решение задач, работа с дополнительной литературой. С рассказа может начинаться ознакомление с новым материалом, при этом следует учитывать ряд педагогических требований. Рассказ должен обеспечивать идейную на­правленность, включать достаточное количество ярких и убедительных примеров и фактов, быть эмоциональным по форме и содержанию. Принцип историзма полностью удовлетворяет этим требованиям. Экскурсия может служить, как средство закрепления и повторения работы, прове­денной на уроке. После проведения экскурсии, для подведения итогов самой экскурсии и пройденной темы, для повторения и закрепления знаний используется беседа, как во­просно-ответный метод обучения. Предполагается предварительная подготовка к беседе, при этом используется работа с учебником и книгой. Работа с литературой используется как метод получения или закрепления новых знаний.
Основным методом закрепления знаний и выработки умений и навыков, а также развития умственных сил учащихся является решение задач. Помимо изучения основного программного материала на уроках физики и сооб­щения на уроках кратких исторических сведений можно провести итоговую конферен­цию по обобщению изученного материала. Итоговая конференция имеет в своей задаче такие функции проверки, как контролирующая, ориентирующая и воспитывающая. Далее естественно встает вопрос о формах использования исторического материала в преподавании физики, о типах исторических материалов по характеру их использования, о методах и приемах работы учителя на уроке. Можно выделить следующие формы использования историзма в обучении физике: вводные исторические обзоры, выступающие как средство обоснования новых знаний; заключительные исторические обзоры, выступающие как средство систематизации и обобщения знаний; описания истории отдельных открытий, фундаментальных опытов, являющихся средством обоснования знаний; задачи с историческим содержанием; полные биографии ученых и фрагментарные биографические сведения, служащие целям формирования личности ученика. Все те методы и приемы, которые применяются при обучении физике в школе вообще, пригодны и в процессе преподавания исторического материала. Может быть, лишь отдельные методы и приемы приобретают наибольшее значение или же некоторый специфический оттенок.
Важнейшие положения, раскрываемые на уроке, должны быть обоснованы и убедительно доказаны. Обоснованностью должно отличаться и изложение исторического материала. Она достигается различными средствами, главным из которых является документализм. Формы его могут быть разными – это схемы, фотографии подлинных установок; данные, характеризующие их масштаб и точность измерений; высказывания и подлинные формулировки самих ученых; описания эпохи, условий труда ученых, а подчас и художественное описание того или оного открытия, воспроизводящее с допустимой долей домысла атмосферу открытия. Все это позволяет ввести ученика в обстановку, в которой совершалось открытие, обеспечить в какой-то мере «эффект присутствия» при открытии, убедить ученика в достоверности исторических сведений. Чрезвычайно важным является характер изложения учителем исторического материала. Здесь уместны не академизм и беспристрастность, а раскованная, живая манера изложения материала, которая должна сочетаться с четкостью и логической строгостью в развертывании хода исторического процесса. Наиболее эффективны те методы обучения физике, которые отражают методы этой науки.
Методами научного познания помогают овладеть учебные задачи. Это меняет к лучшему отношение учеников к задачам, их решению. Тем не менее учащимся нужно повторять, что поиск ответа на вопрос каждой учебной задачи- процесс исследовательский, творческий и трудный. Решая задачу, они делают «открытия», что вызывает эмоциональные переживания и знакомит с общими чертами научного метода. Мы используем задания, помогающие освоить методы познания, задачи, отражающие историю развития цивилизации и пути познания мира человечеством. Исторический материал, показывающий, как шло обогащение научных знаний, всегда вызывает интерес ребят. Задачи с историческим содержанием можно условно разделить на несколько групп. Задачи, характеризующие состояние научных знаний того периода, когда ученые впервые разрешали вопросы, сейчас изучаемые школьниками.
Э. Резерфорд писал: «…Ко мне позвонил крайне возбужденный Гейгер и заявил: «Нам удалось наблюдать несколько альфа-частиц, рассеянных назад…» Это было самым невероятным событием моей жизни. Оно было столь же невероятным, как если бы 15-дюймовый снаряд, выпущенный в кусок папиросной бумаги, отскочил от нее и ударил бы в стрелявшего». Что подразумевал Резерфорд под «папиросной бумагой»? Какое было сделано открытие?
В начале ΧVΙΙ в. во Флоренции был построен водяной поршневый насос для подачи воды на большую высоту. Однако вода в нем поднялась вслед за поршнем лишь на 32 фута (примерно 10 м). Строители удивились. Ведь в то время считалось, что вода боится пустоты. Ученый Э.Торричелли объяснил этот факт. Какие доводы он привел? Задачи, позволяющие подойти к изучаемому явлению, помогающие вскрыть исследуемые закономерности, способствующие более глубокому пониманию физических процессов. В бутылке, герметично закрытой пробкой и заполненной на 2/3 водой , в условиях космического полета на борту корабля-спутника «Восток – 4» (опят выполнял космонавт П.Попович) воздух собирался в центре бутылки в виде большого пузыря. Объясните это явление. Почему в опытах Фарадея «отклонение указателя гальванометра при включении батареи совершалось в одну сторону, а при выключении - в другую сторону»? После решения таких задач полезно обратить внимание учащихся :физическая теория – это инструмент для объяснения и предсказания новых, неизвестных науке фактов. 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? Задачи, устанавливающие связь между различными разделами курса физики.
В 1824 г. парижский конструктор точных приборов Анри Гамбей впервые обнаружил торможение магнитной стрелки, когда вблизи находится медная пластинка. Объясните это явление. Задачи, развивающие склонность к экспериментированию, к опытному исследованию физических процессов и явлений. 22 ноября 1824 г. Д. Араго сделал сообщение в Парижской академии наук о «магнетизме вращения»,т.е. о вращении медного диска вслед за круговым вращением подковообразного магнита. Араго не дал объяснения этому опыту. А как вы объясните «магнетизм вращения»? Задачи, развивающие наблюдательность, остроту мышления, сообразительность. М.В.Ломоносов в одной из своих записей ставит такой вопрос: «Любой цвет от смачивания водою делается гуще. Почему?» Подумайте, объясните явление. 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. Какое ускорение он получал при взлете?
Перед тем, как предложить задачу учащимся, надо дать соответствующую историческую справку об открытии, о совершившим его ученом; физический смысл задачи не должен затушевываться излишними историческими деталями и математическими операциями. В содержании исторических сведений главное внимание должно быть обращено не столько на то, кто, что, когда открыл, сколько на то, почему и как возникла у ученого та или иная идея, каков ход его мысли при обосновании идеи, каков его метод исследования. Не случайно Д. К. Максвелл говорил: «Наука нас захватывает только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей развития их открытий». Необходимость ознакомления школьников с обликом творцов физической науки вполне очевидна. Ученые – люди различной судьбы: счастливцы и «мученики науки»; с разными характерами: темпераментные и меланхоличные, застенчивые и предприимчивые, снисходительные и придирчивые, веселые и суровые, добрые и скупые, скромные и честолюбивые и т.д. Но всех их роднит главное: бескорыстное служение науке, готовность идти на жертвы во имя научной цели, громадное трудолюбие и целеустремленность в своих исследованиях, умение критически подходить к полученным результатам и готовность признать свою ошибку. Ученый – это всегда «многомерный» человек со всеми своими положительными и отрицательными качествами, подчас противоречивый в делах и мыслях, служащий высоким целям и одновременно совершающий не всегда привлекательные поступки…это-то и вызывает интерес ребят, является часто стимулом к познанию и самовоспитанию. Каждый ученый – своеобразная личность и обладает неповторимой индивидуальностью, раскрыть которую очень важно. Макс Карл Эрнст Людвиг Планк Родился в семье профессора гражданского права. Мальчик учился в Мюнхенской гимназии, собирался стать музыкантом или лингвистом. Впоследствии играл дуэтом (партия фортепиано) с Эйнштейном, исполнявшим партию скрипки. Физика привлекла его внимание в старших классах гимназии. Один из преподавателей Мюнхенского университета отговаривал Планка связывать свои интересы именно с теоретической физикой. Там, мол, все уже известно, осталось уточнить детали. Всю жизнь великий немецкий физик М. Планк сохранял преданность семье, друзьям и своей стране. Он был очень скромным человеком, однако полностью отдавал себе отчет в важности своего открытия. За свои работы по квантовой теории в 1918 г. он получил Нобелевскую премию. Во время Второй мировой войны Планк поддерживал связь с движением Сопротивления, помогал переправлять за границу ученых, которым грозила опасность со стороны фашистского режима. Его сын Эрвин, единственный выживший ребенок от первого брака, участвовал в покушении на Гитлера в 1944 г. и был казнен нацистами. Позднее дом Планка в Грюнвальде и его огромная библиотека были разрушены во время одной из бомбардировок Берлина. После войны Планк перебрался в Геттинген, где продолжил работу по формированию немецкой школы физиков. Мария Кюри – физик польского происхождения, работавшая во Франции; вместе со своим мужем Пьером Кюри положила начало новой эры в истории человечества – эры излучения и использования атомной энергии. Мария Кюри – первая женщина дважды лауреат Нобелевской премии. Преданность науке привела к тому, что жизнь обоих поколений Кюри была в прямом смысле принесена ей в жертву. Мария Кюри, её дочь Ирэн и зять Фредерик Жолио-Кюри умерли от лучевой болезни, возникшей в результате многолетней работы с радиоактивными веществами. Вот что пишет М. П. Шаскольская: «В те далекие годы, на заре атомного века, первооткрыватели радия не знали о действии излучения. Радиоактивная пыль носилась в их лаборатории. Сами экспериментаторы спокойно брали руками препараты, держали их в кармане, не ведая о смертельной опасности». Биография ученого – это не хроника событий его жизни, а «биография» его мыслей, взглядов и поступков на фоне тех социально-политических условий, в которых он жил и работал. Вводя учеников в духовный мир лучших представителей физической науки, мы помогаем ученикам сформировать их жизненные позиции, устремления и идеалы. Следовало бы почаще показывать, сколь непритязательны были к внешним атрибутам жизни люди науки, мерящие свое счастье не по обладанию предметами комфорта и не по возможности удовлетворения своих повседневных обыденных желаний, а по тому, в какой мере они смогли «освободиться от своего я» и отдаться служению людям на пути поисков истины. Рассказ о том, какой огромный вклад в развитие мировой науки внесли отечественные ученые, несомненно, будет способствовать развитию у школьников чувства национальной гордости и патриотизма. При ознакомлении учащихся с достижениями отечественной физики и техники мы часто теряли и теряем объективность. От безудержного восхваления всего, что сделано у нас, порой переходим к такому же безудержному охаиванию. Хотелось бы, чтобы учащиеся поняли главное: наивно ожидать от науки одной страны решения всех научных и технических проблем, громаден вклад в мировую науку советской физики, борьба старых и новых идей, борьба личностей, реальные трудности – все это всегда существует при решении любых научных задач. Не менее важно отметить свойственные нашим ученым широту мысли и смелость предвидения, стремление к практическому использованию знаний и их применению на благо народа, самозабвенную любовь наших ученых к своей Родине и неизменную верность ей даже тогда, когда в царской России не было никаких условий для нормального развития науки. Александр Степанович Попов. Русский физик и электротехник, изобретатель радио. 25 апреля 1895 г. он сделал научный доклад об изобретении им системы связи без проводов и продемонстрировал её работу. Усовершенствованные приборы Попова для беспроволочной телеграфии получили первое практическое применение в русском флоте. Они были применены, в частности, для связи во время работ по снятию севшего на камни русского броненосца у острова Гогланд (Финский залив) и при спасении рыбаков, унесенных на льдине в море. Работая в трудных условиях царского режима, без материальной поддержки, Попов не принял ни одного из заманчивых предложений зарубежных фирм продать им патенты на свои изобретения. 1905 г. – последний в жизни А.С. Попова. Это было трудное время, когда студенты вверенного ему электротехнического института в ответ на расстрел рабочих на баррикадах Красной Пресни и другие репрессии царского правительства открыто выступили на стороне прогрессивных сил. От Попова требуют навести порядок в институте. Он отказывается ввести в институт полицию и внедрить тайных агентов. Министр в ярости, но Попов уходит из кабинета министра, не отступив от своих убеждений. Домой он вернулся в тяжелом состоянии, был бледен, губы его дрожали. Через день, когда Петербург готовился встречать новый 1906 г., за несколько часов до его наступления А. С. Попов умирает от кровоизлияния в мозг. Игорь Васильевич Курчатов. ( 1903 – 1960 ) Юность пришлась на годы революции и гражданской войны. Учился в гимназии города Симферополя. Играл на мандолине в оркестре. Семья была более чем среднего достатка. Подрабатывал во время учебы в мундштучной мастерской, осваивал слесарное дело. Учитель математики в гимназии пророчил ему большое будущее, учитель словесности – тоже. Поступил в Таврический университет, закончив с золотой медалью гимназию. Правда, медаль ему не смогли дать: шла война. Студентом, семнадцати -восемнадцатилетним юношей, где только ни работал, чтобы выжить в эти голодные годы: на строительстве железнодорожной ветки, сторожем, даже воспитателем. Круг его научных интересов был необычайно широк и охватывал физику моря, физику диэлектриков и полупроводников, ядерную физику и технику. Он выполнил ряд важных работ по физике полупроводников. С 1932 г. его научные интересы перемещаются в область ядерной физики, и он стал руководителем так называемой «урановой проблемы» в нашей стране. В большом и малом, в простом и сложном И. В. Курчатов был цельным и «чистым» человеком. Примечателен такой факт: ученый никогда не брал гонорар за свои статьи в газетах и журналах; полагающиеся ему деньги перечислял в детские дома. Игорь Васильевич с чрезвычайной доброжелательностью, любовью и вниманием относился к окружавшим его людям. Всегда мог не только подбодрить словом, но и поддержать делом, оказать конкретную помощь, находил время для посещения заболевших товарищей. Ничто человеческое не было чуждо Игорю Васильевичу. Он любил хорошую книгу, понимал и ценил искусство, выкраивал время, чтобы послушать Рахманинова, Прокофьева, Чайковского. С 1943 г. Игорь Васильевич возглавлял в СССР исследования по овладению ядерной энергией. Занимаясь этой проблемой, И.В. Курчатов жил на территории института, работал увлеченно, по 12 ч. в сутки. Под руководством И. В. Курчатова был сооружен первый советский уран-графитовый атомный реактор ( 1946 г.), построена первая в мире промышленная АЭС ( 1954 г.) и крупнейшая установка по исследованию термоядерных реакций. По заданию советского правительства в годы Великой Отечественной войны И. В. Курчатов начал работать над созданием нового вида оружия и возглавляемый им коллектив создал его – атомную бомбу (1949 г.) и водородную ( 1953 г.). Тогда многие в СССР считали, что это необходимо для могущества страны, её престижа, дела мира, победы социализма и предупреждения новой войны. После испытания в 1953 г. термоядерной бомбы И. В. Курчатов взволнованно сказал: «Это было такое ужасное, чудовищное зрелище! Нельзя допустить, чтобы это оружие начали применять.» Когда А. Д. Сахаров, глубоко озабоченный проблемой последствий ядерных испытаний, начал активную борьбу за их ограничение, его единомышленником стал И. В. Курчатов. В 1958 г. он обращается ко всем людям доброй воли со словами: «…ученые глубоко взволнованы тем, что до сих пор нет международного соглашения о безусловном запрещении атомного и водородного оружия… мы обращаемся к ученым всего мира с призывом… превратить энергию ядер водорода из оружия в могучий, живительный источник, несущий благосостояние и радость людям на земле!» Воспитание патриотизма – одна из актуальнейших задач школы, которая может решаться и за счет использования материалов по истории науки. Облик ученого становится ярким и притягательным не из-за обилия высоких слов в его адрес, а из-за глубины его мыслей и величия его духа. Слова ученого, выражающие его взгляды, поступки, в которых проявлялись его жизненные позиции, и, наконец, слова, сказанные о нем коллегами, современниками, - это наиболее важное в содержании биографических материалов. Абрам Федорович Иоффе – учитель нескольких поколений отечественных физиков, руководитель крупнейшей научной школы. Большинство сотрудников Физтеха, директором которого был А. Ф. Иоффе, составляла молодежь, из-за чего институт нередко называли «детским садом» , а его руководителя – «папой», и он действительно был им для своих молодых коллег. Известный металлофизик академик Г. В. Курдюмов вспоминал: «А. Ф. Иоффе был щедрым человеком и проявлялось это не только в том, как широко делился он с коллегами, сотрудниками и учеными своими идеями, методом проведения работ, но и в том, что он не жалел времени на их доброжелательное обсуждение и критику…» Также он писал: «Для того, чтобы так быстро и близко входить в контакт с многими «хорошими и разными» физиками, надо было обладать, помимо специфического таланта физика, еще и особыми личными качествами. Абрам Федорович был обаятельным, простым в обращении человеком». Иоффе всегда замечал чужую боль, умел придти на помощь в нужную минуту. Раз во время юбилейного банкета один из учеников Иоффе попросил встать тех, кому когда-нибудь помог Абрам Федорович. Встал весь зал. Это получилось так торжественно, что А. Ф. Иоффе засмущался. Умер он за рабочим столом, не дожив две недели до восьмидесятилетия. Не следует рисовать ученых людьми, лишенными всяких недостатков, людьми, которыми остается лишь восхищаться. Далеко не все физики прочно стояли на позициях научной философии и подчас прямо содействовали распространению антиматериалистических, метафизических концепций. При этом заблуждения ученого надо, конечно, не «обругать», а объяснить. «Жизнь ученого – прежде всего остального! – в его научных исканиях. В них раскрывается и его человеческая значимость». Именно вклад в науку делает личность ученого общественно значимой. Прежде всего требуют объяснения побудительные мотивы, заставляющие ученого обратиться к той или иной проблеме. Безусловно, что одной из важнейших причин, побуждающих к исследованию физической проблемы, являются потребности, возникающие в сфере общественного производства. Однако нельзя пытаться истоки любого нового научного построения вывести непосредственно из потребностей общественного производства, которое определяет ход развития физики в целом, а не развитие каждого отдельного её направления. Другой важной причиной, побуждающей ученого к выдвижению новых теоретических взглядов, является противоречие между существующими теоретическими воззрениями и опытными данными. Опыт при этом выступает как важнейший стимул научного прогресса. Стремление к нахождению все более и более общих принципов и теорий, все более и более приближающих человека к постижению самых глубинных первооснов бытия, сродни естественной потребности человека к красоте и совершенству и связано с эстетическим отношением к миру и к его познанию. И это тоже один из стимулов научного творчества ученых. Таким образом, обращение ученого к той или иной научной проблеме связано не только с возникновением социального запроса, но и с внутренней логикой науки, в силу которой каждый новый шаг в её развитии, дав ответ на одни вопросы, с неизбежностью рождает ряд новых. Величие ученого как раз и проявляется в значительной мере в том, насколько он сумел осознать эту объективную логику развития науки и тот «зов времени», ответом на который является обращение ученого к увиденной им актуальной проблеме. Объяснение мотивов выбора ученым предмета исследования логично переходит в объяснение того, как он решил поставленную проблему и почему ему удалось её решить. А это непосредственно приводит к анализу мировоззрения ученого, так как характер научной деятельности ученого во многом определяется его мировоззрением. Успех деятельности ученого зависит не только от его мировоззрения, но и от выбора метода исследования. Поэтому, говоря о творчестве ученого, нельзя не сказать о его методе. Открытие, о котором сообщается вне связи с методами исследования, теряет свою значимость, ценность, привлекательность и воспринимается как нечто заурядное. Рассказ о трудностях научного поиска важен не только потому, что способствует формированию у школьников представлений об этических ценностях, но и потому, что помогает понять роль того или иного открытия в развитии науки. Обычно, чтобы раскрыть роль открытия, показывают, что оно дало для будущего. И это вполне естественно. Однако в ряде случаев, чтобы показать значение открытия, надо заглянуть не только в будущее, но и в прошлое, в предысторию открытия, то есть восстановить всю цепь событий, начиная с того, что предшествовало открытию, и кончая тем, что оно дало последующему развитию науки. ( Открытие Рентгена). Без такого восстановления исторической обстановки, в которой было сделано открытие, ученикам – детям нашего века, трудно понять величие многих научных подвигов прошлого. Как известно, без заблуждений и ошибок не обходится ни одно реальное научное исследование. Можно говорить лишь о различиях в их числе, характере и причинах. История науки дает немало примеров того, как ошибки ученых в объяснении тех или иных явлений становились решающим фактором развития научных представлений. Анализ наиболее поучительных примеров ошибок ученых на уроках физики может и должен служить формированию у школьников представлений о реальной сложности процесса познания (мировоззренческая и методологическая задачи), углублению знаний того учебного материала, при рассмотрении которого будут использоваться эти примеры (образовательная задача), развитию познавательного интереса к физике и науке вообще, а также творческого мышления (воспитательная и развивающая задачи). Знакомство с научными заблуждениями и историей их преодоления – это одна из форм подготовки учащихся к практической деятельности, формирования ключевых компетенций. Для эффективного использования материала о неудачах ученых необходимо прежде всего выявить основные причины ошибок и заблуждений исследователей. Одна из таких причин – недостаточный уровень знаний и представлений, существующих в данной области физики. Неудача ученого может определяться его следованием тем общим установкам, ошибочность которых станет ясной лишь в дальнейшем (по мере развития науки). Неверные выводы могут быть получены вследствие распространения правильных результатов на области или условия, в которых положения, лежащие в основе этих результатов, неприменимы. Ошибочные заключения возможны и из-за неверной или неполной оценки тех условий, в которых проводится физический эксперимент. Могут быть и случайные, «элементарные» ошибки. Например. В «Математических началах натуральной философии» И. Ньютон теоретически определил скорость распространения звука в воздухе. Его результат – 290 м/с. В действительности скорость звука при нормальных условиях составляет 331 м/с. Ньютон знал об этом расхождении, но устранить его не мог. Лишь в начале XIX в. П. Лаплас установил, что ошибка Ньютона была обусловлена тем, что он, рассматривая звуковую волну как чередование областей сжатия и разрежения воздуха, сменяющих друг друга во времени, пользовался представлениями об изотермическом процессе. Но, как выяснилось много позднее, колебания плотности происходят столь быстро, что температура не успевает выравниваться, т.е. реализуется адиабатный процесс. В судьбах великих людей науки содержится весомый потенциал нравственности, гражданственности, человечности, что непременно находит эмоциональный отклик у школьников. «…чему учат нас эти бесконечные заблуждения человеческой мысли, эти постоянные противоречия даже в самых точных науках? Не увидим ли мы в них лишь повод для бесплодных сомнений и горечи отрицания? Нет…мы откроем в них справедливый и надежный закон и из всех этих противоречивых истин извлечем великую моральную истину: мы поймем, что красота и величие человеческого разума в том и состоит, чтобы без отдыха, без передышки, не зная усталости, не страшась опасностей, вечно искать истину, которая вечно от нас ускользает » (Анатоль Франс). Без привлечения на уроке исторического учебного материала у школьников складывается тусклое и абстрактное представление о науке и о людях, чей творческий труд обеспечил достижение вершин нашей цивилизации. В заключении хочется обратить внимание на трудности, с которыми сталкивается учитель физики, привлекая на свои уроки исторический материал. основная из них – ограничение времени: за считанные минуты надо раскрыть динамику развития изучаемых понятий, законов, теорий; поэтому рассказ учителя или учеников должен быть кратким и максимально насыщенным информацией, эмоциональным по форме и доступным по изложению. Но у нас есть резерв - конференции и семинары, кружки и стенгазеты. Трудность вторая – показ органической связи всемирной истории с развитием науки, создание «социального фона» для каждого крупного открытия или изобретения. Один из основоположников отечественной методики преподавания физики П. А. Знаменский поднимал вопрос об обязательном ознакомлении учащихся с элементами истории в курсе физики. По его мнению, значение вопросов истории столь велико, что "необходимо идти на преодоление всех трудностей, возникающих из-за недостатка вре­мени, и использовать все возможности для включения исторического элемента" в учеб­ный процесс. Использование элементов истории было и остается одним из тех вопросов методи­ки преподавания физики в средней школе, решение которого позволяет расширить пред­ставления у учащихся о физике и науке в целом. Поэтому принцип историзма в обуче­нии физике может выступать в качестве ориентира в расширении знаний учащихся по физике. Знание ученика о существовании истории науки, обращение к ее знанию помо­гает ему выделить прошлое, настоящее и будущее в физическом познании, найти зако­номерности его развития и выделить для себя аналогичный путь изучения новых явле­ний.
Использование исторических сведений на уроках позволяет избежать простого зазубри­вания определений и выводов и обеспечивает понимание самих процедур добывания физических знаний, что является основой развития школьников.
Введение в изложение какой-либо темы исторических сведений не имеет целью на­грузить учащихся дополнительным материалом для запоминания. Исторический мате­риал призван повысить интерес к предмету физики, предполагает работу учащихся с до­полнительной литературой по содержанию физики и истории развития физики, расши­рение кругозора учащихся, формирования научного мировоззрения. Приобщение школьников к истории науки означает не уход от актуальных про­блем современности, а напротив более глубокую ориентацию в них с целью понимания истоков перспектив научно-технического прогресса. История науки физики дает возможность показать науку как общественную деятельность, формы которой могут меняться на разных этапах развития общества. Она раскрывает перед учащимися величественную физическую картину мира, сложного и диалектически-противоречивого процесса познания, формирует представления об ос­новных закономерностях развития науки и методах научного познания.
В своей работе я применяю исторические сведения на многих уроках. При изучении нового материала я провожу вводные беседы, где использую исторические рассказы, высказывания ученых, легенды, материала о возникших противоречиях между существующими теоретическими взглядами и опытными данными в определенные периоды развития науки, о потребностях в сфере общественного производства. (Например: «Легенда об Архимеде» – приложение 3)
К урокам учащиеся готовят полные биографии ученых с описанием исторической обстановки того времени, социально-политических условий, в которых они жили и работали, уровня развития науки и техники. Школьники работают с литературой, находят необходимую информацию в Интернете.
Для закрепления знаний и выработки необходимых умений и навыков на уроках предлагаю для решения задачи с историческим содержанием (приложение1).
Целые уроки посвящаю изучению отдельных исторических открытий. Так как, чтобы показать значение открытия, надо восстановить всю цепь событий, начиная с того, что предшествовало открытию, и кончая тем, что оно дало последующему развитию науки. ( Открытие Рентгена- приложение 4). Для систематизации и обобщения знаний мною разработаны уроки, охватывающие материал большого количества уроков. Например: «Развитие взглядов на природу света» (приложение 2). Для повторения и обобщения изученного не только в данной теме материала провожу уроки-конференции. Например: тема «Развитие электроэнергетики в нашей стране» в 11 классе охватывает материал не одного года, часть изучалась в 10 классе («Тепловые двигатели»). Результатом моей работы являются результаты экзамена по физике в форме ЕГЭ в 2007 году, мои ученики показали качество знаний 60% в то время как в округе среднее значение 50%.