Степень Разнообразия и Доля Понятий Физики Микромира в Школьных Курсах Химии и Физики (Variety and Share of the Microworld Physics Concepts in Secondary School Chemistry and Physics Courses)

Abstract

Russian Abstract: Актуальность и цели. Построение в сознании учащихся единой системы естественно-научных знаний требует установления для курсов физики, химии, биологии и астрономии меж- и внутрипредметных связей. Это способствует более полному осознанию идеи единства материи и различных форм ее движения, формированию научного мировоззрения, развитию диалектического и системного мышления, умения обобщать и применять знания из разных наук. Учет меж- и внутрипредметных связей предполагает разработку количественных методов оценки степени близости различных тем и дисциплин. Цель исследования заключается в «измерении» степени разнообразия и доли понятий физики микромира (ФММ) в различных разделах школьных курсов химии и физики.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи использовался метод контент-анализа, состоящий в выборе маркеров данного вида информации и их подcчете в анализируемом тексте. Применялась специальная компьютерная программа, которая, используя словарь-тезаурус, анализировала текстовый файл и выдавала его профиль, состоящий из списка терминов и частот их использования. Также подсчитывалось количество различных символов, обозначений и изображений объектов, соответствующих ФММ.

Результаты. Для различных разделов физики и химии определены: 1) количество понятий ФММ; 2) общее количество объектов и число объектов ФММ, изображенных на всех рисунках; 3) общее количество символов в математических формулах и число математических символов, характеризующих объекты и явления микромира; 4) количество обозначений молекул, атомов, ионов и элементарных частиц в тексте и химических формулах; 5) число обозначений состояний электронов и межатомных связей; 6) общий объем текста; 7) суммарное количество понятий ФММ; 8) доля учебной информации, относящейся к ФММ; 9) коэффициент разнообразия понятий ФММ; 10) сложность информации, относящейся к ФММ, в пересчете на единицу объема текста. Выводы. В ходе настоящего исследования установлено: 1) доля знаний ФММ в курсе химии существенно выше, чем в курсе физики в целом, и заметно выше, чем в разделе физики, посвященном явлениям микромира; 2) коэффициент разнообразия понятий ФММ в пятом разделе курса физики (квантовая и атомная физика) существенно выше, чем в курсе химии; 3) в тексте учебника химии и химических формулах наиболее часто используются понятия «атом», «молекула», «ион» (включая «анион» и «катион»).

English Abstract: Background. Arrangement of a uniform system of natural scientific knowledge in consciousness of pupils requires establishment of inter- and intra-subject links for courses of physics, chemistry, biology and astronomy. It promotes a more complete understanding of the idea of unity of matter and various forms of its motion, formation of a scientific world outlook, development of dialectical and systemic thinking, the ability to synthesize and apply different scientific knowledge. Registration of the inter- and intra-subject links assumes the development of quantitative methods to assess proximity of different topics and disciplines. The research objective consists in “measurement” of the variety level and the share of concepts of the micro-world physics (MWP) in different sections of secondary school chemistry and physics courses.

Materials and methods. To resolve this problem the author used a content analysis consisting in choosing the markers corresponding to the given type of information and its count in the analyzed text. A special computer program was used, which analyzed the text file with the help a thesaurus dictionary and gave its profile including the list of terms and their usage frequency. Quantities of various symbols, designations and images of objects corresponding to MWP also were counted up.

Results. The study has determined the following for different sections of physics and chemistry: 1) the quantity of the MWP-concepts; 2) the total quantity of objects and the quantity of MWP-objects appearing in all pictures; 3) the total quantity of characters in mathematical formulas and the number of mathematical characters corresponding to objects and phenomena of the micro-world; 4) the number of molecules, atoms, ions and elementary particles designations in the text and chemical formulas; 5) the number of designations of electron states and inter-atomic links; 6) the total amount of the text; 7) the summary quantity of MWP-concepts; 8) the share of the educational information relating to MWP; 9) the variety coefficient of MWP-concepts; 10) the complexity of MWP-information per text volume unit.

Conclusions. The present research has established that: 1) the share of MWP-knowledge in the chemistry course is significantly higher than in the physics course in whole and is higher than in the section of physics devoted to the micro-world phenomena; 2) the variety coefficient of MWP-concepts for the fifth section of the physics course (quantum and atomic physics) is significantly higher, than for the chemistry course; 3) in the chemistry textbook text and chemical formulas the concepts “atom”, “molecule” and “ion” (including “anion” and “cation”) are most often used.

Note: Downloadable document is in Russian.

Keywords: didactics, content analysis, interdisciplinary links, teaching technique, physics course, chemistry course