Функциональная грамотность как ключевой результат общего образования: методы формирования навыков научного мышления на уроках физики
Функциональная грамотность была выделена в отдельную категорию, чтобы подчеркнуть ее важность и значимость для современного общества. Она является необходимым условием для успешной адаптации человека к изменяющимся условиям жизни и работы. Функциональная грамотность включает в себя не только навыки чтения, письма и математики, но и умение работать с информацией, анализировать ее и принимать решения на основе полученных знаний. Это позволяет человеку быть более конкурентоспособным на рынке труда и успешно справляться с вызовами современной жизни.
Педагогу нужно понимать, какие критерии, навыки нужны учащимся в наше время. Отсюда и возникает такое понятие, как функциональная грамотность. Учащиеся должны научиться ориентироваться в огромном потоке информации, находить нужную информацию, уметь ориентироваться в данной ситуации, уметь работать в команде.
Поменялись цели образования. Для решения определенных задач ученик должен уметь находить нужную информацию и уметь преобразовывать ее для создания новых знаний, т.е. ученик не должен получать готовые знания из уст учителя, он должен научиться добывать их самостоятельно.
Формирование научного мышления на физике - это переход от простого запоминания формул к пониманию того, как работает научный метод: от наблюдения к гипотезе и проверке.
Вот основные методы, которые лучше всего работают на практике:
1. Проблемное обучение
Вместо того чтобы давать готовую тему, вы создаете когнитивный разрыв.
Как это выглядит: На столе два шарика разной массы. Какой упадет быстрее? Ученики делают прогнозы, сталкиваются с противоречием (аристотелевская логика vs реальность) и сами приходят к необходимости изучить ускорение свободного падения.
При изучении темы «Взаимодействие тел» можно предложить решение следующего задания.
Задание. «Автобусы»
Автобус едет по прямой дороге. Водитель по имени Петр поставил стакан с водой на приборную панель. Вдруг Петр резко нажимает на тормоза.
Вопрос 1: Что, скорее всего, произойдет со стаканом воды?
А. Вода в стакане останется в горизонтальном положении.
В. Вода выльется со стороны 1.
С. Вода выльется со стороны 2.
Д. Вода разольется, но невозможно определить, выльется ли она со стороны 1 или 2.
Ответ: С.
Вопрос 2: Автобус Петра, как и большинство автобусов, использует в качестве топлива бензин. Такие автобусы загрязняют окружающую среду. В некоторых годах ездят троллейбусы: они работают на электродвигателе.
Электрическое напряжение, необходимое для двигателя, поступает по линиям электропередач (как электропоезда).
Электричество генерируется на электростанциях, использующих ископаемое топливо. Сторонники использования троллейбусов в городах говорят, что этот вид транспорта не загрязняет окружающую среду.
Правы ли сторонники троллейбусов в своих суждениях? Объясните ваш ответ.
Ответ: Нет, потому что электростанции тоже загрязняют окружающую среду.
Да, но это относится только к городу, сами станции, тем не менее, загрязняют окружающую среду.
Исследовательский метод
Ученик выступает в роли полноценного ученого.
Этапы: Постановка вопроса → Выдвижение гипотезы → Дизайн эксперимента → Сбор данных → Вывод.
Пример: Не давать готовую схему сборки цепи, а поставить задачу: «Выясните, как зависит яркость лампочки от количества батареек, и представьте график».
Или предложить исследовать «Сопротивление воздуха».
Задание. «Сопротивление воздуха». Осенним днём Петя вышел погулять. Накрапывал дождь, и Петя открыл зонтик. Вдруг подул сильный ветер и чуть не вырвал зонтик из рук. Петя едва смог притянуть его к себе. Заинтересовавшись этим вопросом, Петя, придя домой, стал искать информацию о силе, которая так сопротивлялась, когда Петя тянул зонтик на себя.
При движении твёрдого тела в жидкости или газе возникает сила, тормозящая движение, сила сопротивления. Она появляется только при относительном движении тела и окружающей среды. Для того чтобы уменьшить силу сопротивления среды, телу придают обтекаемую форму. Наиболее выгодна в этом отношении форма, близкая к форме падающей капли дождя.
Вопрос 1: Петя решил поэкспериментировать дома. Он взял раскрытый зонт и начал его поднимать и опускать с одинаковой скоростью. В каком случае Петя чувствовал большее сопротивление при движении вниз или вверх? Свой ответ поясните.
Ответ: при движении вниз. При движении в вверх зонт встречается с воздухом более обтекаемой формой, чем при движении вниз, поэтому во втором случае сопротивление воздуха будет больше.
Вопрос 2: Какое из тел при движении в воздухе с одинаковой скоростью будет испытывать наименьшее сопротивление?
А) 
В) 
С) 
Д) 
Ответ: Д.
3. Метод моделирования
Научное мышление невозможно без понимания того, что любая формула - это упрощенная модель реальности.
Суть: Обсуждение границ применимости. Почему мы считаем тело «материальной точкой»? Когда закон Ома перестает работать?
Это учит критически оценивать информацию.
4. Использование виртуальных лабораторий и симуляций
Позволяют визуализировать то, что нельзя потрогать (движение электронов, поля, квантовые эффекты).
Плюс: Возможность быстро менять параметры и проверять «что, если...», что является основой теоретического мышления.
«Модель электрической цепи с помощью горошин»
Домашний практикум. Возьмите 2 кг горошин и желоб, сконструированный из любого подручного материала. Главное, чтобы желоб был сплошной. Поставьте под уклон желоб, чтобы горошинки скатывались по нему и собирались в ёмкости внизу. Оперативно набирайте в чашку горошинки и наполняйте вершину желоба так, чтоб движение горошинок не прерывалось. Данное устройство моделирует замкнутую электрическую цепь. Желоб - проводник; горошинки - электроны; скатывающиеся по наклонному желобу горошинки - электрический ток; вы - электрическая батарея, обеспечивая возврат горошин от основания желоба к его вершине.
5. Кейс-стади
Разбор реальных исторических или современных инженерных задач.
Пример: Почему обрушился Такомский мост? Разбор явления резонанса через анализ реальной катастрофы заставляет искать причинно-следственные связи, а не просто решать задачи из сборника.
6. Работа с текстами и критическое мышление
Анализ «псевдонаучных» статей или видео. Ученики должны найти физические ошибки в голливудских блокбастерах или рекламных роликах вечных двигателей. Это тренирует навык верификации данных.
Задания на формирование креативного мышления
Задание. «Охлаждение воды»
Надо быстро охладить стакан с кипятком. Как быть? Требуется найти решение. Уточняем что есть в условии задачи? Стакан, кипяток, мы находимся на кухне. Это ресурс для решения задачи. Используем прием - посредник + физический эффект (переход тепла от горячего к холодному телу).
Возможные ответы:
- Добавить холодную воду.
- Перелить в тарелку горячую воду.
- В стакан добавит лед.
- Поставить в холодильник.
Задание. «Атмосферное давление»
Если вы бывали в горах, то знаете: чем выше вы поднимаетесь на гору, тем прохладнее становится. На уроках физики мы говорили, что при увеличении высоты над уровнем моря уменьшается температура и давление воздуха (атмосферное давление). Объясните почему так происходит.
При подъеме на гору атмосферное давление уменьшается, потому что _________________.
При подъеме на гору температура воздуха снижается, потому что _____________________.
Ответы: Воздух становится все более разряженным, а атмосферное давление зависит от плотности воздуха.
Чем выше поднимаемся в гору, тем ближе к солнцу, но греемся мы напрямую не только от солнечных лучей, а еще от поверхности Земли. Она нагревается солнцем и может долго сохранять тепло. Тепло от поверхности Земли уходит в космос, но над Землей есть «одеяло» в виде атмосферы, которое замедляет потерю тепла. Если воздух разряженный и «одеяло» становится тоненьким. Тогда оно хуже задерживает уходящее тепло, и вблизи поверхности Земли становится холоднее. То есть из-за более разряженного воздуха снижается не только давление, но и температура.
Систематическая работа по разработке, созданию и применению на уроках таких заданий приводит к следующим результатам: дети активны, положительно эмоциональны, мечтательны, любознательны. Собственное творчество детей, их интерес к наукам, можно мотивировать через блоки заданий в нестандартной форме.
За школьным порогом не встретишь чисто физическое, или чисто химическое, математическое явление, поэтому чрезвычайно важно формирование на уроках целостного мировосприятия и умения применять естественнонаучные знания для решения жизненных проблем.
Использование ситуаций, рассматриваемых как в рамках изучения школьных предметов, так и выходящих за эти рамки, приводит к более ответственному отношению к физике как учебному предмету, наглядно показывает, что физика - наука о наиболее общих законах природы.
Опыт показывает, что школьники очень ответственно воспринимают серьёзный разговор о природных явлениях, тем более что у учителя всегда найдётся «про запас» занимательный факт из жизни природы, задание-шутка или задача-парадокс, позволяющие переключить внимание, разрядить обстановку, заинтересовать, увлечь. Заданий разного рода стоит выбирать больше, чем успеешь рассмотреть на уроке. С одной стороны, озвучивание проблемных заданий провоцирует обучающихся на поиск самостоятельных решений, с другой - позволяет «маневрировать» на уроке.
В заключение хочется отметить, что функциональная грамотность ученика - это цель и результат современного образования. Формирование функциональной грамотности - обязательное условие работы учителя. Эту задачу мы должны решать независимо от планов и мониторингов вышестоящих организаций, преодолевая сложности и риски, радуясь успехам. Решения, которые мы принимаем в этом направлении, не должны быть скоропалительными. Работа должна быть хорошо продумана, тщательно спланирована, проводиться системно, должна быть возможность оценивания результатов во времени.
Для успешной учебной деятельности, помимо «Знаю» необходимы такие компоненты, как «Умею», «Могу», «Хочу», «Верю в свои возможности». Именно этому мы пытаемся научить своих детей.
Литература