Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Методология научного исследования учебного физического эксперимента

Покупка
Артикул: 799543.01.99
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину
В монографии обосновано существование образовательной проблемы организации экспериментальной деятельности субъектов обучения физике. Показано, что фундаментальным ресурсом такой деятельности является научное исследование учебного физического эксперимента. Разработана методология исследовательской деятельности в указанной области дидактики физики и сформулирована ее главная цель: совершенствование известных и создание новых учебных опытов, имеющих доказательную силу. Установлено, что этот процесс является основным средством формирования в педагогическом вузе экспериментальной компетенции будущего учителя физики. Доказано, что совместные исследовательские проекты учителя и ученика дают образовательные продукты, которые обеспечивают экспериментальную деятельность обучающихся при изучении физики. Для исследователей в теории и методике обучения и воспитания, преподавателей физики средней и высшей школы, руководителей внеурочной деятельности, аспирантов и студентов.
Вараксина, Е.И. Методология научного исследования учебного физического эксперимента : монография / Е.И. Вараксина. – Москва : Флинта, 2022. - 192 с. – ISBN 978-5-9765-5121-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1943526 (дата обращения: 15.04.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Е.И. Вараксина

МЕТОДОЛОГИЯ
НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
УЧЕБНОГО ФИЗИЧЕСКОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА

Монография

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
2022

УДК 372.853
ББК 74.262.23

В18

Рецензенты:

М.Д. Даммер, доктор педагогических наук, профессор (Челябинск)

Ю.А. Сауров, доктор педагогических наук, профессор, член–корр. Рос-
сийской академии образования (Киров)

Ф.А. Сидоренко, доктор физико–математических наук, профессор (Ека-
теринбург)

В18

Вараксина Е.И.
Методология научного исследования учебного физическо-
го эксперимента : монография / Е.И. Вараксина. — Москва : 
ФЛИНТА, 2022. — 192 с. — ISBN 978-5-9765-5121-3. — Текст : 
электронный.

В монографии обосновано существование образовательной пробле-

мы организации экспериментальной деятельности субъектов обучения
физике. Показано, что фундаментальным ресурсом такой деятельности
является научное исследование учебного физического эксперимента.
Разработана методология исследовательской деятельности в указанной
области дидактики физики и сформулирована ее главная цель: совер-
шенствование известных и создание новых учебных опытов, имеющих
доказательную силу. Установлено, что этот процесс является основным
средством формирования в педагогическом вузе экспериментальной
компетенции будущего учителя физики. Доказано, что совместные
исследовательские проекты учителя и ученика дают образовательные
продукты, которые обеспечивают экспериментальную деятельность
обучающихся при изучении физики.

Для исследователей в теории и методике обучения и воспитания,
преподавателей физики средней и высшей школы, руководителей
внеурочной деятельности, аспирантов и студентов.

УДК 372.853
ББК 74.262.23

ISBN 978-5-9765-5121-3
© Вараксина Е.И., 2022
© Издательство «ФЛИНТА», 2022

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ
в рамках научного проекта № 20-013-00157.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

Глава 1. ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА ОРГАНИЗАЦИИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ. . .9

1.1. Научная деятельность в учебном физическом эксперименте. . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.1.1. Научная деятельность в физической науке и в учебной физике. . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.2. Системы демонстрационного физического эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.3. Системы лабораторного физического эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.4. Новые системы демонстрационного эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.5. Научная публикация как основной стимул инновационной
деятельности в области учебного эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.6. Новый учебный физический эксперимент в ведущих
отечественных изданиях.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
1.1.7. Новый учебный физический эксперимент в зарубежных журналах. . . . . . . . . . . . . . 26
1.1.8. Проблема научной деятельности в учебном эксперименте. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.2. Учебный эксперимент в школьных учебниках физики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.1. Педагогические взгляды великих физиков.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
1.2.2. Отечественные физики о физическом образовании. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.2.3. Проблема теоретизации учебников физики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.3. Учебный эксперимент в современном школьном физическом
образовании . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.3.1. Учебный физический эксперимент в средней школе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.3.2. Физический эксперимент в знаниях выпускников школы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.3.3. Ресурсы экспериментального изучения физического явления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

1.4. Научная деятельность в учебном физическом эксперименте
и методика обучения физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.4.1. Теоретические идеи оптимизации учебного физического эксперимента. . . . . . . . . . 58
1.4.2. Теоретические основы использования физического эксперимента
в развивающем обучении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
1.4.3. Педагогические основы создания демонстрационного экcпepиментa. . . . . . . . . . . . . 63
1.4.4. Основы теории создания, совершенствования
и применения учебного физического эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Глава 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В УЧЕБНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.1. Цель исследовательской деятельности в учебном
физическом эксперименте. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
2.1.1. Цикл научного познания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.1.2. Цикл научного познания как основа формирования системности
знаний школьников.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
2.1.3. Цикл научного познания как основа формирования методологической
культуры школьников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.1.4. Учебный физический эксперимент в освоении логики научного познания. . . . . . . 75

2.2. Иллюстративный и доказательный учебный физический эксперимент . . . . . . 80
2.2.1. Учебный физический эксперимент с иллюстративной сущностью.. . . . . . . . . . . . . . .80
2.2.2. Иллюстративность модельных опытов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.2.3. Иллюстративное и доказательное использование эксперимента.. . . . . . . . . . . . . . . . .83
2.2.4. Иллюстративность при использовании сложной
экспериментальной установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.2.5. Доказательность учебного физического эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Оглавление

2.3. Структура и содержание исследования учебного физического эксперимента. . .89
2.3.1. Исследование учебного физического эксперимента как научное познание. . . . . . . 89
2.3.2. Методология дипломного исследования в методике обучения физике.. . . . . . . . . . .91
2.3.3. Методологическая структура доказательного эксперимента.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
2.3.4. Мыслительная деятельность при создании доказательного эксперимента.. . . . . . .99
2.3.5. Психолого–педагогические требования к новому учебному
физическому эксперименту. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.4. Средства исследования учебного физического эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.4.1. Информационные средства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.4.2. Материальные средства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.4.3. Языковые средства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.4.4. Математические средства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.4.5. Логические средства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.4.6. Интеллектуальные средства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.5. Методы исследования учебного физического эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.5.1. Система методов исследования учебного физического эксперимента.. . . . . . . . . . .117
2.5.2. Практические методы исследования учебного физического эксперимента.. . . . . .121
2.5.3. Практический метод вопросов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.5.4. Применение практических методов исследования.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЯ УЧЕБНЫХ ОПЫТОВ ПО ФИЗИКЕ
КАК ОСНОВНОЙ РЕСУРС ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.1. Исследование комплекта приборов для использования метода
осциллографирования в экспериментальной деятельности школьников. . .137
3.1.1. Проблема создания компьютерного осциллографа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.1.2. Компьютерный измерительный комплекс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.1.3. Компьютерный одноканальный осциллограф. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.1.4. Исследование натурного компьютерного эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
3.1.5. Исследовательская экспериментальная деятельность студентов
с компьютерным осциллографом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
3.1.6. Экспериментальная деятельность школьников в области
натурного компьютерного эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

3.2. Исследование учебного физического эксперимента как основа
формирования экспериментальной компетенции учителя физики. . . . . . . . .149
3.2.1. Экспериментальная компетенция. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.2.2. Экспериментальная подготовка студентов бакалавриата
педагогического вуза. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
3.2.3. Внеаудиторная экспериментальная деятельность будущих учителей физики. . . 152
3.2.4. Интеграция аудиторной и внеаудиторной учебно–исследовательской
деятельности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.2.5. Эффективность технологии экспериментальной подготовки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

3.3. Исследование учебного физического эксперимента как основа
проектной деятельности школьников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
3.3.1. Дидактические ресурсы проектной деятельности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
3.3.2. Статья как средство организации деятельности учителя и школьника
при выполнении проекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
3.3.3. Специальные дидактические ресурсы проектной деятельности. . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.3.4. Сборник дидактических ресурсов как учебное пособие для
руководителя и исполнителей проекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
3.3.5. Проектная деятельность по подготовке опытов для урока физики.. . . . . . . . . . . . .167
3.3.6. Дидактический эффект внедрения результатов исследования учебного
физического эксперимента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.3.7. Локальный педагогический эксперимент по проверке
эффективности разработанной методики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Предисловие

Физика является основой естественнонаучного и техническо-
го образования, определяющего экономическое развитие государ-
ства. Изучение физики необходимо также будущим гуманитари-
ям, так как способствует развитию их научного мышления. Поэтому 
повышение качества изучения физической науки в школе —
первостепенная задача в рамках национального проекта «Образование». 
Согласно целям проекта, в 2024 году необходимо «обеспечение 
глобальной конкурентоспособности российского образования, 
вхождение Российской Федерации в число 10 ведущих стран
мира по качеству общего образования» [ 298 ].
Между тем, на практике не решаются проблемы, связанные
со снижением интереса учащихся к физике, вызванным преобладанием 
мелового способа обучения, использованием устаревшего,
несоответствующего уровню современной техники оборудования
и применением теоретизированных учебников. В настоящее время 
значительные материальные и интеллектуальные ресурсы сосредоточены 
на реализации инновационных проектов по работе
с одаренными школьниками. Однако повышение производительности 
труда, внедрение наукоемких технологий и общий уровень
жизни населения страны определяются естественнонаучным образованием 
в массовой школе.
Проблемы современного естественнонаучного образования в
массовой школе подробно рассмотрены в работах академика
В.Г. Разумовского, содержащих анализ итогов международных ис-
следований. Он отмечает, что «по результатам международных
исследований 1991 г. ученики массовой школы СССР входили
в первую группу стран» [ 216 ]. Однако по результатам исследо-
ваний 2012 года «российские учащиеся 15–летнего возраста по
естественнонаучной грамотности заняли 38—40–е места среди 65
стран» [ 219 ]. Кроме того, наблюдается «резкое расслоение школ

Предисловие

и учащихся по качеству знаний» [ 216 ]: учащиеся специализиро-
ванных школ демонстрируют высокий уровень знаний, в то время
как учащиеся «массовой школы» — низкий. «При таком низком
уровне подготовки сфера производства не может быть восприим-
чивой к высоким достижениям науки и технологии» [ 216 ]. Ука-
занные проблемы остаются актуальными и сейчас [ 217 ].
Анализ достижений отечественного физического образования
в послевоенное время свидетельствует о необходимости системно-
го использования учебного физического эксперимента и организа-
ции деятельности субъектов образования на его основе. Однако
изучение знаний выпускников, экспериментальной компетенции
учителей, состояния учебного оборудования в школах, а также
современных приборов, методических пособий и учебников пока-
зывает, что существующие системы учебных опытов уже не обес-
печивают экспериментальную деятельность школьников по фи-
зике. Значит, необходим поиск ресурсов, использование которых
позволит создавать обновляющиеся системы опытов и внедрять
их в учебный процесс по физике.
Мы предположили, что основным ресурсом организации экспе-
риментальной деятельности обучающихся в современной системе
физического образования могут служить научные исследования
учебного физического эксперимента. Для проверки этой гипо-
тезы были изучены теоретические идеи создания и совершенство-
вания учебного эксперимента, предложенные учеными, разрабо-
тавшими системы новых учебных опытов. Обнаружилось, что эти
идеи обеспечивают построение методологии исследования учеб-
ного физического эксперимента субъектами физического образо-
вания в современных условиях, то есть позволяют сформулиро-
вать ее цель, охарактеризовать структуру и содержание, средства
и методы. Целью такого исследования является создание дока-
зательного учебного физического эксперимента. Содержание,
структура и средства исследования учебного эксперимента соответствуют 
любому научному исследованию. Однако они должны
быть конкретизированы, поскольку в теории и методике обучения 
физике не всегда учитывается его психолого–педагогическая
сущность. Методы исследования в области учебного физического
эксперимента делятся на три группы: теоретические, экспериментальные 
и практические. Рассмотренная методология позволяет
создавать новый и совершенствовать существующий учебный физический 
эксперимент.

Предисловие
7

Однако использование нового эксперимента в деятельности
обучающихся, даже если он создан с учетом имеющихся в распоряжении 
учителя материальных и временн´ых ресурсов, требует 
наличия экспериментальной компетенции учителя физики.
Она включает не только экспериментальные умения, но также
интерес к эксперименту и потребность учителя в экспериментальном 
обосновании изучаемых теоретических положений. Мы
предположили, что экспериментальная компетенция в современных 
условиях подготовки учителя физики в педагогическом вузе
будет сформирована, если осуществить интеграцию его аудиторной 
и внеаудиторной работы по исследованию учебного физического 
эксперимента. Разработка, исследование и внедрение системы 
соответствующих дисциплин показали их эффективность для
формирования экспериментальной компетенции.
Чтобы обеспечить заинтересованность и учителя, и школьников 
в систематическом освоении, использовании и исследовании 
учебного физического эксперимента, необходим современный
ресурс — проектная деятельность школьников. Если основой
этой деятельности служит исследование учебного физического
эксперимента с использованием специальных дидактических ресурсов, 
то ее продукты могут быть не только представлены на
различных конференциях и конкурсах, но и использованы для
системного совершенствования экспериментальной составляющей
уроков физики.
Таким образом, представленная в монографии методология исследования 
учебного физического эксперимента является основой
формирования экспериментальной компетенции учителя физики и
организации ученических проектов, обеспечивающих разнообразную 
экспериментальную деятельность школьников. Методология
опирается не только на факты, полученные в личной работе авто-
ра, связанной с исследованием учебного физического эксперимен-
та совместно с коллегами и обучающимися. Большое влияние на
сформулированные теоретические обобщения оказали результаты
деятельности всей научной школы кафедры физики и дидактики
физики Глазовского государственного педагогического института,
функционирующей под руководством В.В. Майера более 50 лет
[ 236 ]. Проанализированы многочисленные публикации, диссер-
тационные исследования [ 1, 6, 38, 85, 100, 106, 114, 116, 137,
138, 165, 166, 262, 263 ], взаимосвязь Глазовской научной школы
с отечественными и зарубежными исследователями, а также про-

Предисловие

фессиональная деятельность подготовленных кафедрой учителей
и преподавателей физики.
Для обоснования теоретических положений, касающихся учеб-
ного физического эксперимента, необходимы конкретные приме-
ры, обеспечивающие достоверность выводов. Поэтому мы не смог-
ли обойтись без цитирования текстовых и иллюстративных мате-
риалов научных статей, методических пособий, учебников и дру-
гих печатных и электронных источников информации.

Благодарности
Проведение исследования и оформление его результатов стали
возможными благодаря совместной научной работе с В.В. Майе-
ром. Значительное влияние на теоретические положения ра-
боты оказали идеи академика В.Г. Разумовского. Автор благо-
дарит также Р.В. Акатова за полезные обсуждения проблемы
компьютерного осциллографа; М.Д. Даммер, Г.Г. Никифорова,
Ю.А. Саурова и Ф.А. Сидоренко за действенную поддержку; со-
трудников кафедры физики и дидактики физики Глазовского
пединститута И.А. Васильева, Л.С. Кропачеву, М.Л. Исакову и
А.С. Рудина, оказавших помощь на разных этапах исследова-
ния. Особая благодарность — моим студентам, интересы которых
были одним из основных стимулов работы. В монографии ис-
пользованы результаты, полученные за последние 19 лет. Однако
ключевые теоретические обобщения сделаны и обоснованы при
выполнении научного проекта «Достижения современной науки,
техники и технологии в экспериментальной деятельности обуча-
ющихся», поддержанного 2020—2022 годах Российским фондом
фундаментальных исследований.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ
в рамках научного проекта № 20-013-00157.

ГЛАВА 1
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА ОРГАНИЗАЦИИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ
ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

Проблема создания нового учебного физического эксперимен-
та и использования его в деятельности обучающихся всегда была
актуальной и занимала важное место в исследованиях физиков
и методистов разных поколений. Однако в последние десятиле-
тия острота этой проблемы резко возросла. Разрушена созданная
в советское время система выпуска и обновления оборудования
школьного кабинета физики. Из нормативных документов, опре-
деляющих профессиональную подготовку, исчезли прямые указа-
ния на необходимость создания в педагогических вузах условий
для формирования экспериментальных умений будущего учителя
физики. Количество учебного времени, выделяемого на изучение
физики в школах и вузах, сократилось. Школьные учебники, а
вместе с ними весь процесс обучения основам физической науки
стали чрезмерно теоретизированными.
Цель данной главы монографии состоит в выявлении фактов,
подтверждающих существование образовательной проблемы орга-
низации экспериментальной деятельности обучающихся при изу-
чении физики в школе, и в обосновании необходимости целена-
правленных научных исследований учебного физического экспе-
римента как основного ресурса такой деятельности [ 36 ].

1.1. НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В УЧЕБНОМ
ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Под научной деятельностью в учебном физическом экспери-
менте мы понимаем такую деятельность ученых, методистов, учи-
телей и обучающихся, результатом которой является новое зна-
ние о физических приборах, опытах, педагогических технологиях
и методиках, предназначенных для обучения физике новых поко-
лений людей. Проблема, решаемая в этом параграфе, состоит в
поиске ответа на вопрос: каковы содержание и основные резуль-
таты научных исследований в учебном физическом эксперименте,
полученные отечественными учеными в послевоенный период?

Глава 1. Образовательная проблема...

1.1.1. Научная деятельность в физической науке и в учеб-
ной физике. Выдающийся экспериментатор, лауреат Нобелев-
ской премии П.Л. Капица, обсуждая более полувека назад про-
блемы подготовки в нашей стране ученых и организации их труда,
обратил внимание на отставание отечественной эксперименталь-
ной физики от теоретической по сравнению с зарубежной наукой
[ 107 ]. «Показателем отставания экспериментальных наук явля-
ется и то, что молодежь, оканчивающая вузы, стремится идти на
теоретические работы» [ 107, c. 143 ]. Среди причин П.Л. Капица
называет необходимость для эксперимента соответствующей ма-
териальной базы и более значительные временн´ые затраты на экс-
периментальные исследования по сравнению с теоретическими.
Кроме того, для достижения успеха в экспериментальной физике
требуется глубокое знание не только эксперимента, но и теории.
Экспериментальная работа обычно носит коллективный характер
и в ней затруднительно выделение «самостоятельного вклада»,
которое требуется для защиты диссертации: «Выделение "личной
собственности" для защиты диссертации является противоесте-
ственным и тормозящим фактором развития коллективной рабо-
ты» [ 107, c. 145 ].

Физическое образование моделирует физическую науку [ 115,
138 ] не только содержательно, но и организационно. Поэтому
рассмотренные П.Л. Капицей особенности экспериментальной ра-
боты полностью относятся и к исследованиям учебного физического 
эксперимента. Например, необходимость материальной
базы, важность учета ее современного состояния понятны из
рис. 1.1, на котором показан комплект приборов для получения
ультразвука низкой частоты. Без знания теории изгибных волн,
владения понятием опорной волны, которые выходят за рамки
курсов физики средней школы и педагогического вуза, было бы
невозможно создание новой методики экспериментального изучения 
волнового движения. В ней на основе натурного учебного
эксперимента с реальной изгибной волной вводятся и формируются 
понятия источника волны, бегущей гармонической волны, ее
фазы, волновой поверхности, длины волны и скорости распространения (
рис. 1.2 и 1.3). В простых и убедительных опытах обучающиеся 
обнаруживают интерференцию волн и получают стоячую
волну (рис. 1.4).

Создание такого учебного эксперимента, который позволяет
современными средствами визуализировать бегущую изгибную
волну, построить теоретическую модель изучаемого явления и
обосновать ее следствия, представляет собой многолетний коллективный 
труд [ 289 ] разных исполнителей: школьников, сту-

Глава 1. Образовательная проблема...
11

Рис. 1. Исследовательская деятельность в учебном физическом эксперименте
с упругими волнами [ 289 ]: 1 — простой и доступный генератор ультразвука
низкой частоты (необходимость материальной базы); 2 — визуализация поверх-
ностей равных фаз бегущей изгибной волны (необходимость владения физиче-
ской теорией); 3 — сложная интерференционная картина (необходимость владе-
ния физическим экспериментом); 4 — школьная лабораторная работа по изме-
рению скорости изгибной волны (необходимость коллективного исследования)

Глава 1. Образовательная проблема...

дентов, лаборантов, учителей, преподавателей вуза, — в котором
невозможно выделить личный вклад каждого участника. Эффек-
тивность научных исследований в учебном эксперименте только
возрастет, если нормой станут коллективные публикации полу-
ченных результатов, которые каждый соавтор вправе использо-
вать в дальнейшей своей работе в полном объеме.

1.1.2. Системы демонстрационного физического экспери-
мента. Очевидной целью демонстрационного опыта является экс-
периментальное доказательство самого факта существования изу-
чаемого явления и качественное объяснение его физической сущ-
ности, то есть создание физической модели этого явления. Крат-
ко рассмотрим основные системы демонстрационного физического
эксперимента, разработанные в отечественном физическом обра-
зовании в послевоенный период для достижения сформулирован-
ной цели.
Начиная с 1948 по 1959 год коллективом авторов Московского
государственного университета (МГУ) имени М.В. Ломоносова, в
который вошли М.А. Грабовский, А.Б. Млодзеевский, Р.В. Телес-
нин, М.П. Шаскольская, И.А. Яковлев, издана серия из 9 книг, по-
священных демонстрационным физическим экспериментам. В них
даны общие указания по постановке демонстрационных опытов и
описаны опыты по разделам: молекулярная физика и термодина-
мика (вып. 1); механика жидкостей и газов (вып. 2); магнетизм
(вып. 3); оптика (вып. 4 и 5); электричество (вып. 6); колебания и
волны (вып. 7); общая механика (вып. 8); строение атома и ядер-
ные процессы (вып. 9). На основе этих выпусков тем же коллек-
тивом авторов впоследствии были созданы знаменитые «Лекци-
онные демонстрации по физике» под редакцией В.И. Ивероновой
[ 127 ] (рис. 2).
В 1971—72 гг. под редакцией А.А. Покровского выпущено вто-
рое издание двухтомника «Демонстрационный эксперимент по
физике в старших классах средней школы» [ 91, 92 ]. Это посо-
бие стало по крайней мере на три десятилетия настольной кни-
гой учителя физики. Авторы пособия В.А. Буров, Б.С. Зворыкин,
А.П. Кузьмин, А.А. Покровский, И.М. Румянцев активно работали
в различных областях школьного демонстрационного эксперимен-
та [ 26, 91, 92 ], опубликовали оригинальные исследования и за-
щитили кандидатские диссертации. На содержание обсуждаемого
пособия большое влияние оказали «Лекционные демонстрации по
физике» В.И. Ивероновой [ 127 ], а также вышедшие в переводе
в 1959—67 годах шесть томов под общим названием «Экспери-
мент по курсу элементарной физики» Р. Гирке и Г. Шпрокхофа
[ 66, 67, 277—280 ]. Таким образом, школьный курс физики к на-

Доступ онлайн
300 ₽
В корзину