ФОРМИРОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ УЧАЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ УЧЕБНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА: МЕТОДЫ И ДИДАКТИЧЕСКИЕ СТРАТЕГИИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается дидактический потенциал проблемного физического эксперимента для развития критического мышления школьников. Анализируются методы конструирования учебных ситуаций, в которых экспериментальный результат противоречит бытовым представлениям или первоначальным гипотезам учащихся. Описывается поэтапная модель организации экспериментальной деятельности, направленная на формирование умений выдвигать и верифицировать гипотезы, критически оценивать данные и методику эксперимента, аргументировать свою позицию. Представлены конкретные примеры проблемных экспериментов из различных разделов курса физики. Статья адресована учителям физики, методистам и разработчикам образовательных программ.

Ключевые слова: критическое мышление, учебный эксперимент, проблемное обучение, гипотеза, верификация, физическое образование, научный метод, познавательный конфликт.

В современном мире, переполненном противоречивой информацией, способность критически мыслить становится одной из ключевых компетенций. Школьный курс физики, в основе которого лежит экспериментальный метод, обладает уникальным потенциалом для ее формирования. Однако традиционные лабораторные работы, носящие часто иллюстративный и алгоритмизированный характер, не реализуют этот потенциал в полной мере. Для развития критического мышления необходим переход к проблемному эксперименту, где результат неочевиден и требует от учащихся интеллектуального поиска.

1. Сущность проблемного эксперимента и его дидактические функции

Проблемный эксперимент характеризуется тем, что он:

1. Создает познавательный конфликт между житейским представлением и научным фактом.
2. Не имеет заранее известного для учащихся результата.
3. Требует выдвижения и проверки альтернативных гипотез.
4. Побуждает к сомнению в качестве полученных данных и условий проведения опыта.

Такой эксперимент трансформирует ученика из пассивного исполнителя инструкций в активного исследователя, проходящего все этапы научного познания.

2. Модель организации проблемного эксперимента

2.1. Постановка проблемы и выдвижение гипотез

Учитель создает ситуацию, в которой сталкиваются разные точки зрения.

• Пример: «Падение тел в воздухе»
  
  • Проблема: Что упадет быстрее: монета, лист бумаги или скомканный бумажный шарик?
  • Выдвижение гипотез: Учащиеся, опираясь на опыт, обычно выдвигают разные предположения: тяжелое тело падает быстрее; форма влияет на скорость; все тела падают одинаково. Фиксируются все гипотезы, в том числе и ошибочные.

2.2. Планирование эксперимента и верификация гипотез

На этом этапе учащиеся учатся критически оценивать саму процедуру проверки.

• Ключевые вопросы: Как мы можем это проверить? Что является измеряемой величиной? Как исключить случайные факторы? Являются ли наши условия проведения опыта корректными?
• В опыте с падением тел: Ученики предлагают способы обеспечения одновременного старта, обсуждают влияние воздушных потоков, приходят к идее сравнения времени падения. Учитель может усложнить задачу, предложив провести эксперимент в длинной трубке, где можно частично откачать воздух.

2.3. Проведение эксперимента и анализ данных

Учащиеся собирают данные, но главный акцент делается на их критическом осмыслении.

• Метод «сомнения в данных»: Учитель целенаправленно создает ситуации, провоцирующие критический анализ:
  
  • Пример из термодинамики: При измерении КПД электрического чайника полученное значение составляет 120%.
  • Вопросы для обсуждения: Возможно ли это с точки зрения закона сохранения энергии? В чем может быть причина ошибки? Не учли ли мы теплопотери в окружающую среду? Точно ли мы измерили мощность прибора? Правильно ли калиброваны приборы?
  • Результат: Учащиеся не просто фиксируют провал, а понимают, что любые данные требуют осмысления и перепроверки.

2.4. Рефлексия и вывод

Это этап критической оценки всего исследовательского цикла.

• Вопросы для рефлексии: Какая гипотеза подтвердилась? Почему наши первоначальные предположения оказались неверны? Какие источники ошибок мы выявили? Как можно улучшить методику эксперимента? Насколько наши выводы достоверны?

3. Примеры проблемных экспериментов в различных разделах физики

1. Механика: «Загадка двух тележек»
   
   • Проблема: Две тележки соединены сжатой пружиной и нитью. Нить пережигают. Как будут двигаться тележки, если их массы равны? А если одна тележка значительно тяжелее? Учащиеся часто предполагают, что более тяжелая тележка будет двигаться медленнее или останется на месте. Эксперимент демонстрирует равенство приобретенных импульсов и закладывает основу для понимания закона сохранения импульса.
2. Термодинамика: «Таяние льда»
   
   • Проблема: В двух одинаковых стаканах находится вода при 40°C. В один бросают кусок льда при 0°C, в другой – такой же по массе кусок льда при -20°C. В каком стакане вода станет холоднее после таяния льда? Интуитивно многие выбирают второй вариант. Эксперимент показывает важность учета всей теплоты, затрачиваемой на нагрев льда до 0°C.
3. Электродинамика: «Цепь с электролитом»
   
   • Проблема: Собрана цепь с источником тока, лампочкой и сосудом с дистиллированной водой. Лампочка не горит. Почему? Что произойдет, если в воду добавить поваренную соль? Гипотезы учащихся часто не учитывают роль свободных носителей заряда. Эксперимент наглядно демонстрирует понятие электролитической диссоциации и зависимости проводимости от наличия ионов.

4. Заключение

Проблемный физический эксперимент, выстроенный как цикл исследования, является мощным инструментом формирования критического мышления. Он учит школьников не бояться неопределенности, подвергать сомнению очевидное, выдвигать и проверять гипотезы, а главное – критически оценивать, как собственные умозаключения, так и получаемые данные. В результате учащиеся усваивают не просто набор физических законов, но и методологию научного познания, что является фундаментом для их дальнейшей интеллектуальной и профессиональной деятельности в любых сферах.

Список литературы:

1. Балл Г.А. Теория учебных задач: психолого-педагогический аспект. – М.: Педагогика, 1990. – 184 с.
2. Лернер И.Я. Проблемное обучение. – М.: Знание, 1974. – 64 с.
3. Матюшкин А.М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. – М.: Директ-Медиа, 2008. – 392 с.
4. Орлов В.А., Никифоров Г.Г. Методика преподавания физики в школе: Общие вопросы. – М.: Академия, 2015. – 368 с.
5. Халперн Д. Психология критического мышления. – СПб.: Питер, 2000. – 512 с.
6. Щукин М.А. Проблемный эксперимент как средство развития критического мышления на уроках физики // Физика в школе. – 2021. – № 5. – С. 34–40.