Cómo cultivar el espíritu de investigación y la capacidad de los estudiantes en la enseñanza de la física
Desde una perspectiva psicológica, la capacidad es una característica psicológica de la personalidad que afecta la eficiencia de las actividades de una persona y promueve la realización exitosa de las mismas. Según los Estándares Nacionales de Educación Científica emitidos por el Consejo Nacional de Investigación en 1996, la investigación científica en educación se refiere a las actividades que utilizan los estudiantes para adquirir conocimientos, comprender ideas científicas y comprender los métodos utilizados por los científicos para estudiar el mundo natural. Por lo tanto, la capacidad de investigación científica puede definirse como las características psicológicas de la personalidad que afectan la eficiencia de las actividades de investigación científica de las personas y promueven la finalización exitosa de las actividades de investigación científica.
En la enseñanza de la física, los profesores deben crear situaciones de enseñanza diversas y prestar atención al cultivo de las habilidades de investigación científica de los estudiantes.
1. Preste atención a la enseñanza experimental y conviértala en una forma importante de cultivar la capacidad de investigación científica.
La física es una ciencia natural basada en experimentos. Cada módulo del nuevo curso de física de la escuela secundaria está organizado con algunos experimentos de física típicos, que brindan una maravillosa verificación o exploración de los problemas a resolver. Desde el establecimiento del propósito experimental hasta el diseño del experimento y el análisis del resultado final, el proceso experimental del experimento físico es esencialmente el proceso de investigación científica. Por lo tanto, el experimento físico es una forma importante de cultivar la capacidad de investigación científica de los estudiantes. .
Sin embargo, en el pasado, los profesores solían utilizar materiales que habían sido digeridos varias veces para enseñar, o los expresaban a través de análisis teóricos abstractos y resumían sistemáticamente el conocimiento existente para formar un sistema teórico conciso y directo. Por ejemplo, al estudiar los factores relacionados con el voltaje de salida de un transformador, el libro de texto toma la estructura y los principios del transformador como punto de partida y deriva la conclusión teóricamente de manera sucinta. Por supuesto, tales conclusiones son necesarias, pero tales métodos de enseñanza a menudo hacen que los estudiantes malinterpreten el surgimiento y desarrollo de los conceptos científicos, pensando que todas las conclusiones se pueden derivar matemáticamente, perdiendo interés en los experimentos de observación y haciendo que los estudiantes no estén dispuestos a comprender de dónde provienen realmente las conclusiones científicas. de.
(2) Conjeturas e hipótesis: Los estudiantes piensan y se complementan para concluir que el voltaje de salida puede estar relacionado con el voltaje de entrada, el número de vueltas de las bobinas primaria y secundaria, la frecuencia de la corriente, el núcleo de hierro. y otros factores.
(3) Hacer planes y diseñar experimentos: guíe a los estudiantes a formular planes para realizar experimentos utilizando el método de la variable de control, y pensar en los datos que se medirán y el equipo experimental que puede ser necesario, como la energía. Suministros, bobinas primarias y secundarias variables, Transformadores, multímetros, etc.
(4) Realizar experimentos y recopilar evidencia: agrupar a los estudiantes en grupos y cada uno de ellos seleccionar un factor para la investigación experimental.
(5) Explicación basada en evidencia: Se seleccionarán representantes de cada grupo para proporcionar datos experimentales y explicar: No tiene nada que ver con el núcleo o la frecuencia.
(6) Comunicación e inspección: guíe a los estudiantes para que obtengan conclusiones teóricas, compárelas con las conclusiones experimentales de los estudiantes y guíe a los estudiantes para que realicen análisis de errores experimentales.
Los hechos han demostrado que los efectos del aprendizaje de los estudiantes y el desarrollo de la capacidad de investigación científica a través de experimentos son mucho mejores que los experimentos de demostración de los maestros o las teorías en la pizarra. Sólo estableciendo una teoría correcta que pueda resistir la prueba de la práctica sobre la base de experimentos podremos lograr la comprensión de la regularidad de las cosas objetivas desde afuera hacia adentro. En la enseñanza de la física, crear condiciones para fortalecer la enseñanza experimental basada en la investigación es una forma importante de cultivar las habilidades de los estudiantes en operaciones prácticas e investigación científica y desarrollar nuevos conocimientos.
2 Penetre en la historia de la física y conviértala en una poderosa demostración del cultivo de habilidades de investigación científica.
La historia de la física es un registro histórico de la comprensión humana de la naturaleza, la transformación de la naturaleza y Adquisición de conocimientos en el campo de la física. Innumerables científicos han trabajado arduamente para construir el edificio de la física y han producido frutos de sabiduría que benefician a todas las personas hoy en día. La gente siempre tiene muchas emociones cuando mira hacia atrás en la historia de la física. En el pasado proceso de enseñanza de la física, generalmente prestamos más atención a la educación de la actitud científica y el espíritu científico de los estudiantes mediante el conocimiento de la física, pero ignoramos el papel de la física. la historia de la física en el cultivo de la investigación científica de los estudiantes.
Cada paso del desarrollo de la física es inseparable de la investigación científica; la evolución, el cambio y el desarrollo de la perspectiva científica y los métodos de investigación de la física son un proceso de investigación. En este proceso, hay muchos debates históricos valiosos, aunque no dejan muchos rastros en el sistema de conocimiento de los libros de texto de física, si podemos abordar adecuadamente estos contenidos en la enseñanza de la física, sin duda permitirá a los estudiantes seguir los debates históricos en los que han penetrado. todos los aspectos de la investigación científica.
Por ejemplo, Newton publicó el artículo "Una nueva teoría de la luz y el color" en 1672, argumentando que la luz tiene las propiedades de las partículas, lo que una vez cuestionó en la comunidad física de la época. Newton ¿Por qué los rayos de luz no chocan cuando se cruzan (es decir, "¿Por qué la luz no se dispersa por sí misma?"). El físico Thomas Young demostró la exactitud de la "teoría ondulatoria de la luz" mediante el experimento de interferencia de doble rendija. Desde la "teoría de la luz de partículas" hasta la "teoría de la luz ondulatoria" y luego hasta la "teoría de la dualidad de la luz onda-partícula", cada cuestionamiento y escrutinio de la ciencia contenido en ella brindará a los estudiantes un gran impacto. Cómo surgen las ideas de un científico, cómo piensa, qué métodos utiliza para cuestionar y desde qué ángulos cuestiona y, en última instancia, cómo estas preguntas se profundizan en la investigación experimental y teórica y finalmente se concluyen, y estas conclusiones. ¿Qué otras preguntas hay?
Por lo tanto, la historia de la física misma, como historia de la investigación científica, también debería dar mayor importancia al proceso de investigación, abrir ideas para que los estudiantes realicen su propia investigación y profundizar su comprensión de la investigación científica. procesar y desarrollar habilidades de investigación científica, de modo que la función educativa pueda llevarse a cabo de manera más completa.
3. Enseñar métodos y encontrar formas de cultivar habilidades de investigación científica
Las habilidades y los métodos están estrechamente relacionados para cultivar las habilidades de investigación científica de los estudiantes, los profesores deben ayudarlos a dominar y completar un método. para algún tipo de misión científica. Los métodos de la física se refieren a los enfoques y medios que siguen las personas para descubrir problemas, proponer hipótesis, recopilar hechos y presentar explicaciones y argumentos en el proceso de aprendizaje o investigación de problemas físicos. Los métodos de investigación en física se basan principalmente en la observación y la experimentación. Después de la abstracción científica, se utilizan herramientas matemáticas para resumir las reglas experimentales y luego, mediante pruebas prácticas, se desarrollan en teorías físicas.
Los métodos de física son el alma del desarrollo de la física y el puente entre el aprendizaje del conocimiento y el desarrollo de habilidades. Los métodos físicos se refieren a los métodos científicos específicos de la física, que generalmente se consideran de seis tipos: método de observación, método experimental, método de idealización, método de analogía, método de hipótesis y método matemático. Si los profesores pueden utilizar los métodos de la física como pistas para organizar el proceso de enseñanza e implementar una buena combinación de enseñanza del conocimiento y educación del método de la física, el proceso de enseñanza inevitablemente estará más en línea con las leyes cognitivas de los estudiantes y será más propicio para cultivar el conocimiento científico de los estudiantes. habilidades de indagación.
Por ejemplo, al enseñar la ley de Coulomb, los profesores no necesitan pedirles a los estudiantes que hagan una vista previa, sino que les piden directamente que hagan conjeturas sobre los factores que pueden estar relacionados con la magnitud de la fuerza de interacción entre dos cuerpos cargados. al inicio de la clase. La conjetura es la premisa de los experimentos exploratorios. Los estudiantes pueden pensar en: la forma y el tamaño del cuerpo cargado, cuánto están cargados los dos cuerpos cargados, la distancia entre los dos cuerpos cargados, el medio entre los dos cuerpos cargados, etc. Luego, deje que los estudiantes consideren cómo estudiar tantos factores, si hay prioridades, cuáles son factores primarios, cuáles son factores secundarios, bajo qué condiciones se pueden ignorar los factores secundarios, etc. Cuando todavía queden dos factores: "carga" y "distancia", permita que los estudiantes consideren cómo los dos factores afectan la fuerza y propongan un método de variable de control. Esto simula el proceso de exploración de los científicos para que los estudiantes puedan experimentar y aprender métodos de física y lograr resultados de enseñanza ideales.
4 Construir conceptos y leyes físicas y cultivar las habilidades de investigación científica de los estudiantes.
Los conceptos físicos son formas de pensamiento que reflejan los atributos esenciales de los fenómenos y procesos físicos, son fenómenos físicos y; procesos en determinadas situaciones. La tendencia inevitable de aparición, desarrollo y cambio en determinadas condiciones y el reflejo de su relación esencial. Formar conceptos y dominar leyes significa procesar racionalmente materiales perceptivos obtenidos de observaciones y experimentos, y abstraer la esencia de los problemas físicos relevantes.
Los profesores deben hacer que los estudiantes comprendan que cualquier concepto y ley es el resultado de una investigación científica rigurosa, de modo que cuando los estudiantes construyan nuevos conceptos y leyes, deben aprender a cuestionarse y aprender a reconstruirse a sí mismos a través de una investigación rigurosa tanto como sea posible. como sea posible. Por ejemplo, al explicar la primera ley de Newton, se pueden comparar las opiniones de Newton y las del antiguo filósofo natural griego Aristóteles y combinarlas con los resultados de la investigación experimental de Galileo. Newton creía que cualquier objeto permanecerá en reposo o se moverá en línea recta a una velocidad uniforme hasta que una fuerza externa lo obligue a cambiar este estado, mientras que Aristóteles creía que el movimiento de un objeto debe ser mantenido por fuerzas externas; Newton y Aristóteles son figuras famosas a lo largo de los siglos, pero tienen puntos de vista completamente diferentes sobre este tema. ¿Qué está bien y qué está mal? El debate puede no ser convincente. Sólo mediante experimentos podemos obtener una respuesta definitiva.
Sobre esta base, hablemos de los resultados de la investigación experimental de Galileo, para que los estudiantes puedan comprender claramente el error de las opiniones de Aristóteles.
Para enriquecer el contenido del entrenamiento de la capacidad de investigación científica, se pueden resaltar los métodos de investigación típicos de ciertos conceptos y leyes científicas, y se puede resaltar el cultivo de ciertas habilidades de acuerdo con los puntos débiles de los estudiantes, de modo que para lograr el objetivo de la investigación científica. Cultivo penetrante de la capacidad de investigación.
5 Prueba la educación CTS y haz de la vida un buen material para cultivar habilidades de investigación científica.
CTS es una disciplina emergente que estudia la relación entre ciencia, tecnología y sociedad. Ciencia y tecnología en su aplicación en la producción y la vida social. Mientras se enseñan conocimientos de física, infiltrarse en la educación CTS ayudará a los estudiantes a mejorar su comprensión de los procesos y métodos científicos en el proceso de ampliación del conocimiento, mejorará su experiencia de las emociones, actitudes y valores científicos y profundizará su comprensión de la ciencia, la tecnología y la sociedad. relaciones.
Por ejemplo, al aprender sobre la energía atómica, los profesores no sólo deben hacer entender a los estudiantes que la tecnología nuclear se puede utilizar para tratamiento médico y energía, sino que también deben presentarles que la contaminación nuclear y la radiación nuclear pueden matar a los seres humanos. e incluso destruir la tierra; comprender el conocimiento de la acústica. En este momento, se puede pedir a los estudiantes que investiguen la contaminación acústica que los rodea y traten de proponer medidas efectivas para reducir la contaminación acústica. Estos están más allá del alcance de la investigación de la materia de física en sí, pero son buenos materiales para que los profesores cultiven las habilidades de investigación científica de los estudiantes.
El desarrollo de las habilidades de investigación científica de los estudiantes no se puede lograr de forma "natural". Requiere un diseño y cultivo cuidadosos por parte de los profesores.