ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ
DANTAS, Cícero Samuel Gonçalves [1]
DANTAS, Cícero Samuel Gonçalves. Методология преподавания Современная и Современная Физика ориентированы на среднюю школу: несоответствия относительно применимости. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Год. 06, изд. 12, Vol. 09, с. 103-114. Декабрь 2021 года. ISSN: 2448-0959, Ссылка доступа: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/образование-ru/методология-преподавания
СВОДКА
Включение тем Современная и Современная Физика (FMC)[2][3] в школы Бразилия сегодня уже стало реальностью в учебниках, ориентированных на среднюю школу. Недостаточно просто вставить такое содержание в учебники, которые работают учителя в классах, необходимо также проанализировать соответствующие аспекты, связанные с учебно-воспитательным процессом, которые обеспечивают содержательное обучение. Посредством библиографического обзорного исследования целью данной статьи является анализ методик преподавания, направленных на преподавание FMC, наблюдение за расхождениями или несоответствиями относительно применения в средней школе, что, как известно, представляет многочисленные проблемы как учебного, так и структурного характера. Анализ показал, что некоторые реализованные методологии уходят от реальности бразильских школ, такие как избыток тем FMC, контрастируя с количеством классов, направленных на дисциплину физики.
Ключевые слова: библиографическое обозрение, методики преподавания, Современная и Современная Физика.
1. ВСТУПЛЕНИЕ
Исторически изучение физики делится на три основных этапа: классическая физика (FC)[4]; включает в себя произведения, разработанные Коперником, Галилей и Ньютоном; Современная физика; множество теорий, возникших в начале 20 века; и контемпорари физика, начинающаяся в конце Второй мировой войны, основной интерес которой представляют субатомные частицы (DOMINGUINI, 2012). Таким образом, в целом Современная и современная физика (FMC) возникает в начале 20 века для модификации и дополнения концепций классической физики, начиная с гипотезы Макса Планка (о квантовании энергии) для решения проблемы черного тела. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал статьи, посвященные фотоэлектрическому эффекту, quantum света, ограниченной теории относительности и броуновскому движению. В конце 1920 г. теоретическая структура современной физики была завершена работами Шредингера, Бройля, Гейзенберга и других (SALES et al., 2008).
Есть несколько причин преподавать FMC в средней школе. Одним из них является большое количество технологических последствий (TORRE, 1998), поскольку изучение FMC позволяет студентам читать и интерпретировать современное технологическое общество, делая знания более значимыми для них (GARCIA; LOCK, 2009). Примерами технологий, доступных в нашем обществе, основанных на достижениях FMC, являются мобильные телефоны, планшеты и компьютеры.
Преподавание FMC в старших классах – непростая задача, как с практической, так и с теоретической точки зрения. Поэтому подход к этой области физики уже давно вызывает беспокойство у исследователей и преподавателей (CARUSO; FREITAS, 2009). Gil et al. (1987), с 1980-х годов существует интерес к вставке содержания современной физики в среднюю школу. С 2002 года в средней школе было реализовано несколько тем по современной физике, среди которых можно упомянуть: спектральные линии, теория относительности, элементарные частицы и корпускулярно-волновой дуализм. Все эти темы были разработаны учеными в этой области, как в высшем образовании, так и в средней школе (PIETROCOLA и SABINO, 2016).
Для Garcia и Costa (2014) преподавание физики довольно сложное и, следовательно, существует большая трудность студентов в этой дисциплине. Costa (2004) утверждает, что физика является одной из дисциплин, если не самой большой, которая терпит неудачу в средней школе из-за требования минимальных знаний алгебры, логических рассуждений и обширного набора научных теорий. Из-за этого усложнения, которое связано с изучением физики, многие студенты в конечном итоге оказываются немотивированными и, в дополнение к отвращению, мы отказываемся от учебы.
Хотя важно изучать FMC, известно, что есть несколько факторов, которые «делают невозможным» эффективное преподавание FMC в средней школе, такие как низкая загруженность дисциплины, в среднем два класса в неделю физики, отсутствие среды в школах, которые позволяют осуществлять исследовательские и экспериментальные классы, в дополнение к избыточному содержанию самого FC. Итак, можно ли применить методику, направленную на обучение FMC в таких неблагоприятных ситуациях?
Целью данного исследования является анализ некоторых методик преподавания, опубликованных в журналах Бразилия за последние 20 лет, начиная с начала 2020 года, наблюдая за несоответствиями, обнаруженными в отношении применимости в средней школе в отношении изучения тем Современная и Современная Физика (FMC).
Мы отобрали 17 статей в журналах и проанализировали в период с мая по июль 2020 года для этого исследования, которые были: Caderno Brasileiro de Ensino de Física, от UFSC; Experiências em Ensino de Ciências, от UFMT; Физика в школе; Исследования в области преподавания естественных наук, в дополнение к данным, доступным и отобранным в Google Scholar. Отбор работ производился с использованием ключевого слова «методология в Современная и Современная Физика (FMC)» в базах данных вышеупомянутых источников.
Наконец, стоит отметить, что количество найденных работ было очень большим. Поэтому выбор статей был дезагрегирован по методикам, применимость которых была ближе к реальности школы и, в основном, учащихся.
Следующая тема описывает методики преподавания FMC, направленные на среднее образование.
2. МЕТОДИКИ ПРЕПОДАВАНИЯ СОВРЕМЕННАЯ И СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА (FMC) ДЛЯ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Эта тема была разделена на две части: в первой мы обсуждаем методологии, которые касаются Специа́льная Тео́рия Относи́тельности (СТО) и квантовой теории, в частности. Вторая часть посвящена методологиям преподавания тем Современная и Современная Физика в целом.
2.1 КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ И СПЕЦИА́ЛЬНАЯ ТЕО́РИЯ ОТНОСИ́ТЕЛЬНОСТИ (СТО)
Предложение работы Pietrocola и Sabino (2016) состоит в том, чтобы исследовать, какими знаниями должны обладать учителя, чтобы они могли вставить последовательность обучения, ориентированную на темы современной физики. С этой целью они использовали качественный анализ данных посредством записей занятий по фотоэлектрическому эффекту, преподаваемых учителями государственной системы государственных школ. Мероприятия были распределены по шести классам, цели которых заключались в следующем: смоделировать следственный характер таким образом, чтобы учащиеся соотносили возникновение явления; выставка, анализ и обсуждение видео о понятии quantum и, анкетного разрешения, помимо чтения и интерпретации текста по фотоэлектрическому эффекту.
Два автора, упомянутые выше, предлагают инновационную методологию, делая студентов более активными и автономными во время занятий. Одной из трудностей, отмеченных авторами, была необходимость лучшей «подготовки» учебных знаний учителями. Поэтому, исходя из этой информации, можно сделать вывод, что применение данной методики обучения требует постоянной подготовки преподавателей по темам FMC.
Используя виртуальную физическую среду, Sales et al. (2008) обсуждают применение объекта обучения (LO), называемого Квантовой уткой, применяя исследовательскую деятельность при вычислении постоянной Планка, используя в качестве теоретической ссылки теорию значительного обучения Дэвид Осубель [5]. ЦельЮ LO является облегчение понимания фотоэлектрического эффекта.
Используя экспериментальное устройство, преподаватели позволяют учащимся больше взаимодействовать с физическим миром и с новыми проблемными ситуациями обсуждаемых явлений, путем модификации переменных во время моделирования, немедленно, что не могло быть выполнено в конкретной практике. Преподавание через LO оказалось доступным для преподавания некоторых физических понятий, показав себя инструментом, связанным с учителем во время дидактических ситуаций в классе.
Caruso и Freitas (2009) обсуждают относительность Эйнштейна в комиксах (такие темы, как объединение пространства-времени, массово-энергетическое соотношение и замедление времени), то есть через комиксы, основанные на работе студента Мастерская в Образования через Комикс (ODUHQ [6]). Это предложение показывает, что этот язык помогает школьным темам (таким как СТО). То есть основной идеей этой методологии является связь между искусством и физикой.
Самое интересное в этом проекте то, что студент не порождает знания, он лишь переводит знания на язык комиксов; при условии, конечно, что студент понимает изучаемое содержание. Еще одним положительным моментом в таком подходе является тот факт, что комиксы легко разрабатываются на занятиях и, конечно же, сохраняют оригинальность. Авторы утверждают, что использование комиксов может помочь учителю стимулировать учащихся размышлять перед данным контентом (CARUSO; FREITAS, 2009).
Методика, основанная на комиксах, помимо междисциплинарности, дает возможность развивать творчество и воображение студентов. Однако многие учителя используют их только в качестве иллюстративной среды в своих классах (CARUSO; FREITAS, 2009).
Благодаря историческому подходу, Wolf и Mors (2006) рассматривают концепции Специа́льная тео́рия относи́тельности (СТО) в средней школе, как в частных, так и в государственных школах. Дидактический материал, подготовленный авторами, имеет два текста: первый направлен на учителя, а другой на студентов. В студенческом материале авторы акцентируют внимание на двух аспектах; один исторический и один концептуальный. Материал учителя стремится поддержать его в преподавании подхода к концепциям СТО, выделяя мысль Аристотеля (эмпирическое видение), через работу Галилей до достижения СТО Эйнштейна.
Стоит отметить, что принятие темы студентами было одним из главных результатов, найденных авторами в историческом подходе, потому что те не привыкли к этой методологии на занятиях.
Cavalcante; Tavolaro and Haag (2005) представляют несколько экспериментальных предложений по изучению спектров излучения и поглощения в дополнение к предложению с недорогими материалами для наблюдения спектра поглощения. С помощью ручного спектроскопа авторы получили спектры коммерческой ртутной (Hg) лампы и красного светодиода (полупроводника), чтобы сравнить с другими методами, к которым они обращались.
Используя конструктивистский подход, Silva и Rodrigues (2013) анализируют четыре различных методологических подхода к фотоэлектрическому эффекту и то, как они влияют на старшеклассников. Использовались следующие стратегии: история науки; Наука, техника и общество (CTS); конкретные эксперименты и объяснение явления через выставочные занятия.
2.2 СОВРЕМЕННАЯ И СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА (FMC)
Работа Moreira и Osterman (2000) является библиографическим обзором в области Современная и Современная Физика (FMC). Методологические вопросы (наш грифон), эпистемологические, исторические, педагогические стратегии в области FMC находятся в центре внимания работ этих авторов. В их выводах выделяются две трудности в реализации тем FMC в средней школе: первая заключается в том, какая тема (темы) должна быть включена в школьную программу; и второе, как ставить такие темы.
Работа Garcia и Lock (2009) анализирует работы, разработанные для внедрения Современная и Современная Физика в среднюю школу, такие как Теория Относительности (TR), квантовая механика, физика элементарных частиц и сверхпроводимость. Анализируя результаты, авторы пришли к выводу, что существует мало учебных предложений, направленных на некоторые области FMC, такие как физика элементарных частиц (наш грифон).
Используя теорию осмысленного обучения, Garcia и Costa (2014) предлагают методологический подход к внедрению FMC в средней школе через экспериментальные практики и приложения в астрономии. Учебный материал с 6 учебными блоками состоит из 16 мероприятий, разделенных на 39 классов, в которых отрабатывались чтения, обсуждения научных статей, эксперименты, видеоролики и тренажеры Интернета. В каждом учебном блоке представлены предлагаемые мероприятия. Например, во втором блоке студенты провели эксперимент, целью которого было измерение толщины волоса с помощью луча света (лазера).
Авторы (GARCIA и COSTA, 2014) применили предварительный тест для диагностики предыдущих знаний студентов о предложенных темах. После применения предварительного теста было проверено, что учащиеся не имели предварительных знаний; практически ноль. Однако после проведенных мероприятий, то есть предварительный тест, авторы убедились, что результаты были убедительными по отношению к предтестовым. Методическое предложение сделало занятия более динамичными, студентов более активными и заинтересованными в них.
Проект Cavalcante и Tavolaro (2001) позволяет внедрять FMC, в частности, изучать двойное поведение света в средней школе через мастерские, используя недорогие материалы. Мастер-классы разделены на две части: в первой авторы показывают эксперименты, доказывающие волновую природу света посредством интерференции и дифракции, типичные явления волн. Во второй части, чтобы доказать корпускулярное поведение света, авторы провели эксперименты, в которых наблюдалось превращение световой энергии в электрическую. То есть фотоэлектрический эффект. В дополнение к конкретным экспериментам, они также использовали программное обеспечение, доступное в Интернете, для исследования зависимости кинетической энергии электронов, излучаемых с частотой света, излучаемого при удалении электронов.
Parisoto; Moreira и Almeida (2017) публикует предложение преподавать концепции электромагнетизма, оптики, волн и FMC в контексте медицины, используя теорию значительного обучения Дэвид Осубель в качестве теоретической ссылки. Медицинские приложения, такие как ультразвук, функция человеческого глаза, функционирование рентгенографии, маммография, Ядерный Магнитный Резонанс (ЯМР), Ядерная Медицина (ЯМ) и Компьютерная Томография (КT), являются частью предложения. Структура предложения была разделена на пять встреч (по 10 ч/класс), стратегии которых использовались авторами, среди прочих: предыдущие организаторы, вычислительное моделирование, симуляции и построение концептуальных карт.
Oliveira; Vianna и Oliveira (2007) провели качественное исследование с учителями средней школы, целью которого было узнать их мнение о внедрении тем FMC (в частности, рентгеновских лучей) в среднее образование. Эта работа послужила основой для разработки методологического предложения, в котором выбранная тема рассматривалась с точки зрения CTS (наука, техника и общество).
Учебное предложение Costa (2004) позволяет работать с концепциями FMC с простыми инструментами повседневной жизни, потому что многие явления природы могут быть изучены с помощью экспериментов, и они являются основой для понимания тем (Закон смещения Вина, например) FMC. Помимо проведения экспериментов с конкретными материалами, автор предлагает виртуальные эксперименты (симуляции), такие как фотоэлектрический эффект.
3. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ
В настоящее время необходимо включить темы FMC в школьную программу; не только в учебной программе средней школы, но и в учебной программе начальной школы. Тем не менее, некоторые несоответствия были замечены в методологиях, проанализированных здесь для эффективной вставки тем FMC в среднюю школу. Первый касается заботы авторов только о вставке тем FMC в средней школе, забывая о других соответствующих аспектах, связанных со школьным контекстом, потому что недостаточно просто вставить темы FMC в учебную программу, необходимо, чтобы учащиеся значительно (в принципе) изучали контент, запрограммированный и преподаваемый в классе, из FC-тем.
Предложение Parisoto; Moreira и Almeida (2017), хоть и довольно интересна во многом, представляет избыток выбранных авторами тем, которые превышают загруженность уроков физики в школах Бразилия, в целом, представляют собой два занятия по 50 минут в неделю, для их эффективной реализации. Тогда вопрос: можно ли применять методику, направленную на обучение FMC в таких неблагоприятных ситуациях? Ответ «нет», потому что школы нацелены только на одобрение учащихся на внешних экзаменах и зачетах, «объективно» только заучивание содержания для их одобрения. Таким образом, количество тем в зависимости от рабочей нагрузки в этой методологии обучения несовместимо с реальностью (сегодня) большинства бразильских школ.
По словам Costa (2004), эксперименты в области FMC позволяют студентам больше взаимодействовать с изучаемыми явлениями. Однако количество тем, предложенных в его методологии, велико, что делает ее непоследовательной из-за небольшого количества уроков физики в вузе в нашей стране.
С другой стороны, одной из методологий, использующих экспериментальные семинары, которые ближе к реальности бразильских школ, в отношении вопроса о стоимости является Cavalcante и Tavolaro (2001), поскольку авторы предпочитают использовать повседневные материалы учащихся, тем самым облегчая изучение тем FMC в средней школе.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основываясь на анализе работы, описанной здесь, и на основе учебной программы и структурных проблем школьной среды, считается, что лучший способ вставить новые методологии по какой-либо теме FMC- это весь курс физики по всем учебникам, не только на третьем курсе, но и с первых лет, в которые физическая дисциплина включена в школьную программу. То есть, рассматривая движение тел в механическом курсе в начальной и старшей школе, учитель может работать (параллельно, относительность времени и сжатие пространства (теория относительности Эйнштейна), используя, по возможности, методологию, которая наиболее соответствует реальности класса, как на когнитивном, так и на материальном уровне. Другой пример может быть связан с атомным строением материи (начало курса электричества, третий год средней школы): поэтому учитель может ввести понятие антиматерии параллельно с этим. Короче говоря: для каждой темы классической физики преподаватель может, без каких-либо потерь, вставить соответствующие/ дополнительные темы FMC для той темы, которая работала, всегда выбирая методологии, которые предусматривают использование материалов, легко доступных для студентов.
ССЫЛКИ
CARUSO, F; FREITAS, N. Física moderna no ensino médio: o espaço-tempo de Einstein em tirinhas. Caderno Brasileiro em Ensino de Física. v. 26, n.2: p.355-366, 2009.
CAVALCANTE. M. A; TAVOLARO, C.R.C. Uma Oficina de Física Moderna que Vise a Sua Inserção no Ensino Médio. Caderno Catarinense de Ensino de Física. v. 18, n. 3, 2001.
CAVALCANTE, M. A; TAVOLARIO, C. R. C; HAAG, R. Experiências em Física Moderna. Física na Escola. v. 6, n. 1, 2005.
COSTA, A. G. C. Como Ensinar Física Moderna no Ensino Médio: Discussões e Sugestões. Disponível em: http://www.infis.ufu.br/infis_sys/pdf/ANDRE%20GUSTAVO%20CRUZ%20DA%20COSTA.pdf/ Acesso em: 21 de Julho de 2020.
COSTA, M; GARCIA, L.C. Inserção de Física Moderna no Ensino Médio por Meios de Práticas Experimentais e Aplicações na Astronomia. Os Desafios da Escola Pública Paranaense na Perspectiva do Professor PDE. Versão Online, 2014.
DOMINGUINI, L. Física Moderna no Ensino Médio: com a Palavra os Autores dos Livros Didáticos do PNLEM. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 34, n. 2, 2502, 2012.
GARCIA, Elias. Pesquisa bibliográfica versus revisão bibliográfica – Uma Discussão Necessária. Revista Língua & Letras. v. 17, n. 35, 2016.
GIL, D. P.; Senent, F. & Solbes, J. (1987). La Introducción a La Física Moderna: Un Ejemplo Paradigmático de Cambio Conceptual. Enseñanza de las Ciencias, Barcelona, (n. Extra), p. 209-210.
LOCH, J; GARCIA, N.M.D. Física moderna e contemporânea na sala de aula do ensino médio. Encontro Nacional de Pesquisas em Educação em Ciências, 2009.
MOREIRA, M. A; OSTERMAN, F. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa “física modera e contemporânea no ensino médio”. Investigação em Ensino de Ciências, v. 5(1), pp. 23-48, 2000.
MORS, P.M; WOLF, J.F.S. Relatividade no Ensino Médio: Uma Experiência com Motivação na História. Experiências em Ensino de Ciências, v1(1), pp. 14-22, 2006.
OLIVEIRA, F. F; VIANNA, D.M; GERBASSI, R.S. Física Moderna no Ensino Médio: O Que Dizem os Professores. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 29, n. 3. p. 447-454, 2017.
PARISOTO, M. F; MOREIRA, M.A; ALMEIDA, W. D. O Ensino de Conceitos de Eletromagnetismo, Óptica, Ondas, e Física Moderna e Contemporânea Através de Situações que Envolvem Equipamento Tecnológicos de Medicina. Física na Escola. v. 15, n. 1, 2017.
SABINO, A.R; PITROCOLA, M. Saberes Docentes Desenvolvidos por Professores do Ensino Médio: Um Estudo de Caso com a Inserção da Física Moderna. Investigação em Ensino de Ciências, 2016.
SALES, G. L et. al. Atividades de Modelagem Exploratória Aplicada ao Ensino de Física Moderna com a Utilização do Objeto de Aprendizagem Pato Quântico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 30, n. 3, 2008.
SILVA, N. P; RODRIGUES, M. I. R. Física Moderna no Ensino Médio: O Efeito Fotoelétrico Sob Quatro Diferentes Abordagens Didáticas. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/268685896_FISICA_MODERNA_NO_ENSINO_MEDIO_O_EFEITO_FOTOELETRICO_SOB_QUATRO_DIFERENTES_ABORDAGENS_DIDATICAS/ Acesso em: 24 de Julho de 2020.
TORRE, A.C. de la, Reflexiones Sobre la Enseñanza de la Física Moderna. Educación en Ciencias, v. II, n. 1, p. 79-90, 1998.
ПРИЛОЖЕНИЕ – СПРАВОЧНАЯ СНОСКА
2. Física Moderna e Contemporânea (FMC).
3. По Современной и Контемпорари Физики (Física Contemporânea – FC) мы хотим обратиться ко всем научным знаниям, разработанным в области физики с начала 20 века до наших дней
4. Física clássica (FC).
5. Дэвид Осубель (1918-2008) был американским исследователем, разработавшим концепцию субсуммера (априорного знания). По его мнению, чем больше человек знает, тем больше он учится. Для получения дополнительной информации см:<https://novaescola.org.br/conteudo/262/david-ausubel-e-a-aprendizagem-significativa>. Acesso: 13/07/2020.
6. Доступно в: <www.cbpf.br/eduhq>. Доступ: 25/06/2020.
[1] Магистр в области преподавания физики, аспирантура в области промышленного управления и автоматизации, диплом физики и технолог в области промышленного обслуживания.
Представлено: Март 2021.
Утвержден: Декабрь 2021 года.
