1. Base objetiva para la integración de la historia de la física y la educación en física
(1) Desventajas de los cursos tradicionales
La teoría cognitiva moderna cree que el conocimiento es valioso. J.J. Schwab escribió una vez: "El conocimiento científico en cualquier período dado no se basa en todos los hechos sino en hechos seleccionados - y esta selección se basa en los principios conceptuales explorados". proceso de investigación que genera este conocimiento. "La enseñanza de la física tradicional a menudo pone demasiado énfasis en el sistema de asignaturas y en la enseñanza sistemática del conocimiento profesional, ignorando el proceso de indagación a partir del cual se obtiene el conocimiento. Este tipo de plan de estudios dificulta seriamente la comprensión de los estudiantes de la estructura física de la materia, e incluso se desvía de la intención original de la educación científica de orientarse hacia la ciencia real.
La historia de la física refleja el proceso de exploración humana y comprensión gradual de los fenómenos, leyes y esencia del mundo físico. Cualquier conocimiento físico o sistema teórico específico se basa en numerosos resultados de investigación y, a menudo, a los investigadores les lleva décadas o incluso cientos de años dar un paso significativo. Por lo tanto, la historia del desarrollo de la física contiene ricos factores epistemológicos y metodológicos, así como cambios profundos en las ideas y conceptos físicos. Al mismo tiempo, el proceso de desarrollo de la física también contiene ricas experiencias emocionales, que reflejan la unidad dialéctica de la teoría y la práctica, la herencia y el avance, la racionalidad y la irracionalidad en el proceso de comprensión, y tiene ricos factores educativos de "enseñar y educar a las personas". . A través de la enseñanza de la historia de la física, los estudiantes no sólo pueden aprender conocimientos científicos específicos, sino también aprender "métodos científicos" y ampliar sus horizontes, lo que les permite comprender los conceptos científicos con mayor precisión, comprender mejor el desarrollo de la ciencia y comprender más plenamente. los principios de la ciencia. Desde esta perspectiva, la historia de la física debería convertirse en una parte integral de la enseñanza de la física.
(2) La integración de la historia de la física en la enseñanza de la física está en consonancia con las reglas cognitivas de los estudiantes.
El constructivismo cree que el aprendizaje es un proceso en el que el sujeto construye activamente conocimiento. Los estudiantes son procesadores de información cognitiva y constructores de estructuras cognitivas, en lugar de receptores pasivos de estimulación externa y objetos de infusión de conocimiento. La teoría de la recreación educativa también señala: “El proceso de aprendizaje de los estudiantes modernos es una recreación cognitiva del desarrollo cultural humano, es decir, el desarrollo cognitivo de la gente moderna es la condensación de la evolución a largo plazo de los niveles cognitivos de sus antepasados. ” Los docentes son coadyuvantes y promotores de la autoconstrucción de los estudiantes, líderes y guías. El papel principal de los profesores es proporcionar puentes y escaleras para la exploración de los estudiantes e inducirlos a analizar, explorar y adquirir conocimientos por sí mismos.
Los profesores de Física deben organizar las actividades de enseñanza basándose en las estructuras cognitivas existentes de los estudiantes, y el proceso de enseñanza debe intentar adaptarse a este requisito. Las leyes de desarrollo de la física son consistentes con las leyes cognitivas humanas, por lo que la historia de la física puede proporcionar una buena referencia para que los profesores comprendan las leyes cognitivas de los estudiantes. "Las dificultades en la enseñanza son a menudo difíciles de superar en la historia del desarrollo científico; el enfoque de la enseñanza es también un avance clave en la historia del desarrollo científico y es la esencia de las grandes contribuciones de los maestros de la física desde la perspectiva". de la historia de la física, la enseñanza de la física puede transformar la enseñanza y el aprendizaje culturales en un diálogo entre los creadores culturales de la historia y los aprendices culturales de hoy, permitiendo a los estudiantes "sumergirse" en el contexto cultural correspondiente, construyendo así un sistema de conocimiento razonable, un aprendizaje activo y Construir conocimiento.
2. Principios didácticos para favorecer la integración de la historia de la física y la enseñanza de la física
(1) Principio de moderación
La tarea principal de la enseñanza de la física es posibilitar que los estudiantes dominen sistemáticamente el conocimiento de la Física, desarrollen la inteligencia, cultiven habilidades y mejoren el cultivo moral. La introducción de la historia de la física en la enseñanza se debe a las ricas funciones educativas de la historia de la física, que deben realizarse en torno a las tareas docentes de la física.
En la actualidad, la mayoría de los libros de texto de física están organizados según un sistema lógico, centrándose en la estructura del conocimiento de la teoría física y la historia de la física está organizada principalmente según el orden del desarrollo histórico, y existen diferencias entre los dos; Debemos integrar el proceso de desarrollo histórico en la enseñanza, pero no podemos utilizar el estudio de la historia de la física para reemplazar el estudio de la teoría de la física misma. No podemos hablar demasiado en las clases de física ni poner el carro delante del caballo. La introducción de la historia de la física en la enseñanza debe respetar el principio de moderación para poder ejercer eficazmente su función educativa.
(2) Principio de cercanía
El propósito de presentar materiales históricos es permitir a los estudiantes comprender mejor el conocimiento de la física. En la enseñanza debemos partir de la base del aprendizaje de los estudiantes. Los materiales históricos introducidos deben ser simples y fáciles de entender, y tratar de no contener conceptos y principios que los estudiantes aún no dominen. Inculcar en los estudiantes algunos procesos de razonamiento profundos que los estudiantes de secundaria no pueden entender en la historia de la física. Esto no sólo no permitirá lograr buenos resultados, sino que aumentará la carga de aprendizaje de los estudiantes y no podrá cumplir verdaderamente la función educativa de la historia de la física.
(3) Principio de suficiencia
Al presentar materiales históricos, no deben tratarse como la guinda del pastel para animar el ambiente del aula, sino simplemente como "narración" y "vulgarización". " Conocimiento, este es un mal uso irresponsable y sin sentido de la historia de la física. El propósito de la introducción debe expresarse claramente, elaborarse de manera específica y aprovechar al máximo los conocimientos introducidos.
(4) Principio de flexibilidad
La forma de enseñar la historia de la física debe ser flexible. La flexibilidad incluye no sólo el contenido de la presentación, sino también el momento y la forma de la presentación. Puede introducirse de forma sistemática o dispersa; puede presentarse en clase o los estudiantes pueden buscar información fuera de clase; puede deducirse en torno a puntos de conocimiento o resumirse a partir de aspectos del conocimiento; En definitiva, sólo en un tiempo limitado, centrándose en los puntos clave, combinando puntos y aspectos y detallando adecuadamente se podrán conseguir los mejores resultados.
(5) Principio de extensión
Al introducir materiales históricos en la enseñanza, uno no puede simplemente perseguir un determinado punto o aspecto de conocimiento para servir a la enseñanza en el aula. El uso de materiales históricos como punto de partida crea; un ámbito psicológico de enseñanza significativo, que permite a los estudiantes ingresar a una nueva ronda de exploración con contenido más actualizado, sacando los problemas fuera del aula y ayudando a los estudiantes a desarrollar buenos hábitos de "aprendizaje permanente".
En tercer lugar, métodos específicos para integrar la historia de la física en la enseñanza de la física
(1) Utilizar la historia de la física para introducir nuevos cursos que estimulen el interés de los estudiantes.
El interés es el mejor maestro. Introducir la historia de la física puede aumentar el interés de los estudiantes por aprender. Antes de tomar una nueva clase, podemos recopilar materiales históricos relevantes de acuerdo con el contenido de la enseñanza como materiales de vista previa y mostrárselos vívidamente a los estudiantes. En el aula, es necesario movilizar el entusiasmo por el aprendizaje de los estudiantes lo antes posible, atraer su atención, generar el deseo de explorar y fortalecer sutilmente la motivación por el aprendizaje de los estudiantes.
(2) Los materiales históricos se intercalan al comienzo de la enseñanza para ayudar a los estudiantes a comprender el conocimiento de la física.
Cuando los estudiantes aprenden nuevos conocimientos, el enfoque debe ser ayudarlos a comprender las reglas y reducir la dificultad de aprendizaje. Podemos introducir el contenido de la historia de la física en la explicación de la teoría a través de la "comparación de deducción", es decir, extraer oportunamente hipótesis a partir de conceptos y leyes, y luego deducir su sistema de desarrollo, integrando la historia en conceptos, ideas o en la formulación. y desarrollo de teorías, se ayuda a los estudiantes a comprender las reglas analizando y comparando las similitudes y diferencias de varias hipótesis. Por ejemplo, al aprender las leyes del movimiento de Newton, los estudiantes ya las han aprendido y aplicado en la escuela secundaria. Sin embargo, debido a que las escuelas secundarias tienen que lidiar con exámenes, el enfoque del aprendizaje generalmente se centra en la resolución de problemas, por lo que se debe atraer la atención de los estudiantes durante. Enseñanza. Vayamos a la teoría misma. Por ejemplo, el proceso tortuoso que establece puede derivarse de la ley de la inercia. Desde la "teoría de la inferencia" de Aristóteles hasta la "teoría del impulso" medieval de Brittain, Albert y Oris, pasando por la teoría de la inercia similar de Galileo, hasta la ley de inercia de Descartes y luego hasta la primera de Newton. La forma del principio formaliza la ley de inercia. Al mismo tiempo, se introducen los antecedentes históricos, las dificultades existentes y las contradicciones entre las teorías antiguas y nuevas de diversas hipótesis. Al comparar sus similitudes y diferencias, los estudiantes pueden comprender la connotación de las tres leyes y su importante papel como base del sistema mecánico, lo que puede ayudar objetivamente a los estudiantes a comprender las leyes de la física y reducir la dificultad de aprendizaje.
(3) En la etapa de profundización de la comprensión, profundice los materiales históricos y céntrese en los vínculos clave.
En este momento, los estudiantes ya tienen cierto conocimiento y comprensión del contenido en sus mentes, por lo que la atención puede centrarse en fortalecer el pensamiento científico y la educación metodológica. Se trata de estimular y penetrar los métodos científicos contenidos en el conocimiento físico para aprovechar plenamente el valor del sistema de conocimiento dinámico en el proceso de investigación física.
Tomemos como ejemplo la ley de Biot-Savart. La base de conocimientos de la mecánica newtoniana en el siglo XVIII llevó a especulaciones sobre si la electricidad y el magnetismo obedecían la ley del cuadrado inverso como la gravedad. En el estudio del magnetismo, el científico británico Mitchell propuso claramente la opinión de que "la fuerza magnética disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia del polo magnético". Posteriormente, Biot y Savard realizaron experimentos sobre el efecto de la corriente continua larga sobre los polos magnéticos y obtuvieron el resultado de que la fuerza ejercida por la corriente sobre los polos magnéticos es inversamente proporcional a la distancia vertical desde los polos magnéticos hasta el conductor largo de corriente continua. Luego, con la ayuda del matemático francés Laplace, mediante operaciones matemáticas, se obtuvo la fórmula precisa del campo magnético excitado por el elemento actual, es decir, la ley de Biot-Savart. En el proceso de investigación antes mencionado, las analogías apropiadas, los experimentos inteligentemente diseñados y la introducción oportuna de herramientas matemáticas juegan un papel crucial en el establecimiento de leyes.
(4) Materiales complementarios a la etapa de sublimación de conocimientos para inspirar a los estudiantes.
En este momento, la atención debe centrarse en los principios físicos, las ideas y su aplicación en el conocimiento, la filosofía y la cosmovisión. Después de aprender un conocimiento, puede utilizar la historia como pista para ordenar el contenido, de modo que los estudiantes puedan tener una comprensión general del sistema de conocimiento y su historia de desarrollo, y guiarlos para que realicen una transición gradual desde los conceptos, métodos de pensamiento y y conceptos de la física clásica a la física moderna, objetivamente pueden promover la modernización de los contenidos didácticos. Permitir que los estudiantes comprendan plenamente la importancia de la física como base de las ciencias naturales, aumenten el interés y la confianza en el aprendizaje y, lo que es más importante, fortalezcan y penetren eficazmente las excelentes cualidades y la alfabetización científica de los maestros de la física en la exploración de los misterios del mundo, como por ejemplo; duda, búsqueda de la verdad, emprendimiento e innovación, riguroso, crítico, superación personal, patriotismo, etc., para que los estudiantes puedan ser influenciados y comprendidos, guiarlos a utilizar ideas de física para guiar su estudio, trabajo y vida futura, y cultivar talentos creativos. En cierto sentido, estos son más importantes que el aprendizaje del conocimiento por parte de los estudiantes.
Por ejemplo, una vez finalizados los conocimientos de electromagnetismo, podemos resumir el contenido utilizando como pista la historia del electromagnetismo. Desde el descubrimiento de los fenómenos básicos de la electricidad y el magnetismo en 1600 a.C. hasta la transformación de Gilbert en ciencia, pasando por Mitchell en 1750 y Coulomb en 1785 para poner la electricidad y la cinta magnética en el escenario de la investigación cuantitativa, hasta 1800 cuando Volta inventó la pila eléctrica, haciendo posible la electricidad. De lo estático a lo dinámico, y luego a 1785. El descubrimiento de similitudes electromagnéticas condujo al rápido desarrollo del electromagnetismo en las décadas de 1920 y 1930. Más tarde, la investigación de Ampere sobre la fuerza electromagnética y el descubrimiento de la inducción electromagnética por parte de Faraday en 1831 confirmaron aún más la unidad de los fenómenos electromagnéticos. Finalmente, en 1865, Maxwell combinó la acción electromagnética cercana de Faraday con las leyes electrodinámicas de Ampère, resumió un conjunto de ecuaciones que describen las leyes electromagnéticas, estableció la teoría del campo electromagnético, predijo las propiedades electromagnéticas de la luz y logró así un gran avance en la historia de la física. La segunda síntesis a gran escala. La teoría electromagnética sentó una base sólida para el establecimiento de la teoría de la relatividad. Proporciona una base teórica para la velocidad constante de la luz. Einstein descubrió el problema al estudiar la asimetría de la electrodinámica de Maxwell y luego estableció la teoría de la relatividad especial. La teoría de la relatividad es la piedra angular de la física moderna y ha desempeñado un papel inconmensurable en el desarrollo de la física, la astronomía y la filosofía. De esta manera, después de guiar a los estudiantes a repasar, todo el contenido electromagnético se convertirá en un todo claro en sus mentes, y la transición del conocimiento clásico a la física moderna será muy natural bajo la guía de la historia. El valor del trabajo de los científicos merece ser admirado por las generaciones futuras. Al mismo tiempo, también son admirables la perseverancia, la perseverancia, el carácter trabajador y la dedicación intrépida de los científicos en la búsqueda de la verdad. Estos afectarán sutilmente el establecimiento de su visión científica del mundo y de la vida, lo que los beneficiará durante toda su vida.
(5) Dar pleno juego al papel activo de los estudiantes, animarlos a dedicarse conscientemente al estudio de la historia de la física y enriquecer su vida espiritual.
El tiempo de las clases de Física es limitado, y el contenido didáctico también tiene ciertas limitaciones. Podemos utilizar nuestro tiempo libre para reforzar la orientación a los estudiantes de diversas formas y estimular su entusiasmo por aprender. No hay mucho conocimiento sobre la física moderna en la enseñanza tradicional, pero los logros revolucionarios, como la teoría de la relatividad que rompe la visión espacio-temporal de la mecánica clásica, y la mecánica cuántica que rompe el sueño de un proceso de medición controlable, son extremadamente beneficiosos para Se presenta a los estudiantes la ampliación del pensamiento de los estudiantes y se puede aprender a través de temas especiales. Además, también llevamos a cabo actividades especiales de discusión como "Introducción a la historia de la física para fortalecer la educación de calidad científica de los estudiantes universitarios" en la promoción de informática de 2006. Los profesores brindan a los estudiantes temas de investigación, contenido de referencia y orientación, y les exigen que escriban artículos breves relevantes. Esto no sólo cultiva la capacidad de los estudiantes para recopilar y organizar información, sino que también mejora hasta cierto punto su capacidad para investigar problemas.
4. Cuestiones a las que se debe prestar especial atención a la hora de integrar la historia de la física en la enseñanza de la física.
(1) Los profesores de física deberían mejorar su alfabetización en historia de la física hasta un nivel básico.
La historia de la física integra el sistema de conocimientos de la física y proporciona fundamentos macro, meso y micro para la enseñanza. A través del estudio de la historia de la física, los profesores pueden descubrir las leyes de aparición, desarrollo y evolución de la física, revelar los cambios correspondientes en epistemología y metodología y hacer algunas predicciones sobre las tendencias básicas en el desarrollo de la física. Sólo cuando los profesores tengan una comprensión general de la física y vean y organicen el contenido de la enseñanza desde una perspectiva histórica podrán evitar la "fragmentación" del conocimiento en la enseñanza. "Estudiar historia puede hacerte sabio". Esto es válido tanto para estudiantes como para profesores.
(2) Explorar más a fondo el modelo de enseñanza adecuado para combinar ambos.
El modelo de enseñanza que adoptamos actualmente es relativamente tradicional, lo que incide en la eficiencia de la función docente de Historia de la Física. En los últimos años, algunos expertos occidentales en educación científica, guiados por el constructivismo, abogan por introducir la historia de la ciencia, la filosofía de la ciencia y la sociología de la ciencia en la educación científica para formar el llamado modelo educativo HPS, que integra las ideas de los estudiantes con las de los científicos. en la historia de la ciencia, construye el pensamiento científico. Por lo tanto, es necesario reconstruir el sistema de conocimiento, introducir el conocimiento de la historia de la ciencia y la sociedad científica en las aulas, reflejar verdaderamente la nueva comprensión de la gente sobre la naturaleza de las actividades de las ciencias naturales y el conocimiento de las ciencias naturales, y presentar las contradicciones, competencias y Luchas en el desarrollo del conocimiento de las ciencias naturales. Permitir que los estudiantes tengan una comprensión integral y profunda de la relación entre el conocimiento de las ciencias naturales y la sociedad. Deberíamos aprender de estos conceptos educativos avanzados en el extranjero y explorar más a fondo modelos de enseñanza adecuados a las condiciones específicas de los estudiantes chinos.
La historia de la física debe convertirse en una parte integral de la enseñanza de la física, que pueda estimular eficazmente el interés de los estudiantes en el aprendizaje, permitirles dominar mejor el conocimiento, desarrollar habilidades y cultivar el carácter moral.