Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретико-методологические основы реализации компетентностного подхода при обучении учащихся непрофильных классов средней школы 14
1.1 . Реализация компетентностного подхода к обучению старшеклассников как педагогическая задача 14
1.2. Модель реализации компетентностного подхода к обучению математике и естественно-научным дисциплинам 21
1.3. Система общеобразовательных компетентностей как результат обучения 36
Выводы по 1 главе 43
Глава 2. Технология реализации компетентностного подхода при обучении учащихся непрофильных классов средней школы математике и естественно научным дисциплинам 46
2.1. Условия реализации компетентностного подхода 46
2.2. Принципы реализации компетентностного подхода 52
2.3. Задачи как средство реализации компетентностного подхода 66
Выводы по главе 2 78
Глава 3. Опытно-экспериментальная работа по реализации компетентностного подхода к обучению учащихся непрофильных классов математике, физике, химии 79
3.1. Констатирующий и пилотажный этапы опытно-экспериментальной работы 79
3.2. Организация и методика проведения формирующего этапа опытно-экспериментальной работы 89
Выводы по главе 3 129
Заключение 131
Литература 133
Приложения
- Реализация компетентностного подхода к обучению старшеклассников как педагогическая задача
- Модель реализации компетентностного подхода к обучению математике и естественно-научным дисциплинам
- Условия реализации компетентностного подхода
- Констатирующий и пилотажный этапы опытно-экспериментальной работы
Введение к работе
Актуальность исследования. В условиях социальных трансформаций, ускорения темпов развития общества происходит становление и утверждение новой социально-личностной парадигмы образования. Одно из направлений творческого поиска ученых связано с разработкой механизмов реализации компетентностного подхода к профильному и универсальному (непрофильному) обучению в средней школе. При этом в качестве одного из основных результатов образовательной деятельности рассматриваются компетентности школьников. По сфере применения они делятся на ключевые, межпредметные и предметные компетентности.
Современные научные исследования в большей степени обращены к проблеме формирования ключевых компетентностей учащихся (А.С.Белкин, Э.Ф.Зеер, И.А.Зимняя, О.Е.Лебедев, А.В.Хуторской и др.). Однако необходимо констатировать недостаточную разработанность механизмов формирования межпредметных компетентностей в их взаимосвязи с ключевыми и предметными компетентностями. Большим образовательным потенциалом для этого обладают математика, естественно-научные дисциплины и их межпредметная интеграция. Анализ литературы и обобщение педагогического опыта привели к выводу о том, что проблема эффективного использования математики и естественно-научных дисциплин в процессе становления у школьников системы компетентностей не получила должного исследования. Это позволяет выявить противоречия:
между признанием значимости реализации компетентностного подхода к обучению в школе и недостаточным уровнем разработанности соответствующих теоретических положений (подходы, принципы, структура и содержание системы компетентностей, требования к отбору содержания и др.);
между дидактическими возможностями математических, естественнонаучных знаний и отсутствием соответствующей модели реализации компетентностного подхода.
Указанные противоречия определяют проблему исследования: как в процессе обучения математике и естественно-научным дисциплинам обеспечить
4 формирование компетентностей учащихся непрофильных классов. При этом непрофильными мы называем классы, в которых реализуется учебный план для универсального обучения. Поставленная проблема обуславливает необходимость переосмысления соответствующего содержания обучения школьников, поиск новых подходов к организации учебного процесса. Выше изложенное объясняет выбор темы исследования - «Компетентностный подход к обучению учащихся непрофильных классов математике и естественно-научным дисциплинам».
Цель исследования: разработать, теоретически обосновать и
экспериментально проверить эффективность модели реализации
компетентностного подхода к обучению учащихся непрофильных классов математике и естественно-научным дисциплинам.
Объект исследования: процесс обучения математике и естественнонаучным дисциплинам в старшей школе.
Предмет исследования: взаимосвязь процесса и результата обучения математике и естественно-научным дисциплинам в непрофильных классах при компетентностном подходе.
Гипотеза исследования: компетентностный подход при обучении старшеклассников математике и естественно-научным дисциплинам будет реализован, если:
1. Выделить систему, содержащую ключевые (методологическую,
исследовательскую), межпредметные (наглядно-модельную, алгоритмическую и прогностическую) и предметные компетентности (соотнесены с основными содержательными теоретическими и прикладными линиями учебных дисциплин) компетентности; обеспечить их формирование в процессе освоения способов деятельности, позволяющих осуществить математическое моделирование реальных процессов. Это предполагает выдвижение исходных фактов, выделение существенных признаков объекта изучения, постановку проблемы исследования на естественном, естественно-научном и математическом языках, выдвижение гипотезы, построение формальной модели, проверку ее корректности и адекватности реальному процессу.
Построить обучение как процесс познания целостного реального мира посредством взаимодополнения и категориального синтеза межпредметных идей, подходов и понятий в рамках естественно-научного знания и интегрирования теоретических и эмпирических методов познания при решении естественнонаучных задач методом математического моделирования;
Реализовать метод математического моделирования по отношению к ключевым задачам (выполняющим мировоззренческую функцию; направленным на выделение существенных свойств и классификацию объектов изучения; приводящим к выдвижению гипотезы, построению модели фундаментального понятия, проверке ее корректности, исследованию свойств изучаемого понятия, сравнению моделей с позиции их адекватности реальному процессу, освоению операций над известными моделями, поиску альтернативных решений, выявлению исключений);
Формировать с помощью наглядной модели умение осуществлять перевод «естественный язык <-» естественно-научный язык <-> математический язык о предметное знание». Наглядная модель, отражающая родовидовые связи между величинами и используемая в качестве ориентировочной основы учебной деятельности, позволит осуществить многоуровневое (реальный процесс -математическая запись естественно-научного закона — формальная математическая модель) и радиальное (установление классов структурного подобия различных реальных процессов, зафиксированного в естественно-научных законах, конкретным математическим моделям) структурирование междисциплинарных знаний. Последнее способствует формированию умения осознанно осуществлять выбор модели, метода на основе сравнительно-сопоставительного анализа рассматриваемых связей и отношений.
Реализация гипотезы основывается на следующих концептуальных положениях:
1. Смысловые ориентации, знания, умения, навыки, способы деятельности, личный опыт деятельности, отношение к предмету деятельности составляют инвариантное ядро компетентности. Модель образовательного
процесса реализует единство его компонентов, обеспечивая формирование и развитие:
— мотивов расширения и систематизации знаний, потребности осуществления проблемно-познавательной деятельности, стремления к совершению самостоятельных открытий через актуализацию субъективного познавательного и практического опыта учащихся; создание проблемных познавательных ситуаций, требующих осуществления осознанного выбора их решения; раскрытие сущности синтеза идей, подходов, понятий на примерах из истории развития наук;
основы мировоззренческого, методологического, межпредметного и предметного когнитивного ориентирования учащихся посредством раскрытия на конкретных примерах связи «мировоззрение - метод познания», структурной идентификации и иерархического упорядочивания реальных процессов, их естественно-научных (наборов допущений-гипотез для формального описания в рамках конкретной теоретической схемы) и формальных (математической записи естественно-научного закона или математической формулы, уравнения) моделей в результате сравнительно-сопоставительного анализа сущностных признаков реальных процессов, способов их познания и описания;
опыта познавательной деятельности, связанной с математическими моделями, внутри и междисциплинарным переносом идей, отношений, методов;
умения осуществлять смысловую регуляцию деятельности в процессе математического моделирования естественно-научных задач посредством освоения ее логико-семантического, структурно-предметного и личностного аспектов с помощью наглядной модели, выполняющей функцию ориентировочной основы учебной деятельности;
— готовности как системы условий успешного осуществления
познавательной деятельности (сформированности мотивов, основ
мировоззренческого, методологического, межпредметного и предметного
когнитивного ориентирования, личного опыта решения естественно-научных
задач, умения осуществлять смысловую регуляцию деятельности).
Развитие личностного потенциала учащихся осуществляется в процессе реализации этапов: мотивационно-ценностного, сравнительно-познавательного, опытно-конструктивного, проблемно-поискового. Мотивационно-ценностный -включает решение задач, выполняющих мировоззренческую функцию и приводящих к построению модели фундаментального понятия, исследованию его свойств. Сравнительно-познавательный этап предполагает формирование методологической основы для решения задач в процессе структурирования междисциплинарных знаний, выявления отношений изучаемого понятия с другими фундаментальными понятиями, сравнения известных моделей с позиции их адекватности изучаемому реальному процессу, достраивания системы знаний. На опытно-конструктивном этапе происходит «конструирование» учащимися личного опыта самостоятельного решения задач в процессе освоения операций над известными моделями, поиска альтернативных решений, выявления исключений. Проблемно-поисковый этап формирует умение самостоятельно осуществлять проблемно-поисковую деятельность.
Компетентность школьника в сфере математики и естественнонаучных дисциплин мы рассматриваем как один из основных результатов обучения.
Задачи исследования:
Выявить проблемы реализации компетентно стного подхода к обучению старшеклассников математике и естественно-научным дисциплинам и определить основные пути их решения.
Построить систему компетентностей, формируемых в процессе освоения естественно-научных знаний с применением метода математического моделирования.
3. Разработать теоретическую модель образовательного процесса,
реализующую компетентностный подход к обучению учащихся математике и
естественно-научным дисциплинам в условиях взаимодополнения и
категориального синтеза межпредметных идей, подходов, понятий и интеграции
теоретических и эмпирических методов познания при решении естественно-
8 научных задач методом математического моделирования. Выделить основные принципы, требования к отбору ядра содержания; разработать критерии сформированности компетентностеи, выделить уровни достижения результата обучения.
4. Экспериментально проверить эффективность разработанной модели; исследовать изменения уровней сформированности компетентностеи.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: теории деятельности и личностного смысла (П.Я.Гальперин, Джон Дьюи, В.В.Давыдов, В.П.Зинченко, А.Н.Леонтьев, 'Д.А.Леонтьев, В.М.Мунипов и др.), теория компетентностного подхода (А.С.Белкин, Э.Ф.Зеер, И.А.Зимняя, В.В.Краевский, О.Е.Лебедев, Дж.Равен, А.В .Хуторской и др.); концептуальные положения истории и методологии естественных наук и математики (И.В.Блауберг, В.П.Каратеев, В.С.Степин, В.Г.Рузавин, К.А.Рыбников и др.); концептуальные положения методологии и теории педагогических исследований (В.И.Загвязинский, В.В.Краевский, М.Н.Скаткин и др.), теория интегрированного обучения (В.П.Вахтеров, В.Ф.Одоевский, С.И.Гессен, Н.Б.Шумакова и др.
Методы исследования:
теоретические - теоретический анализ и синтез, абстрагирование и конкретизация, моделирование;
эмпирические - изучение и обобщение педагогического опыта, анализ результатов педагогической деятельности; наблюдение, анкетирование, тестирование, экспертная оценка; педагогический эксперимент и опытно-экспериментальная работа; математическая обработка экспериментальных данных.
Опытно-экспериментальной базой исследования являлись 10-е классы МОУ «COLLI № 100» и МОУ «СОШ № 114» г. Перми.
Этапы исследования:
На первом этапе (2005-2006 г.г.) осуществлялся анализ философской, психолого-педагогической, методической, историко-научной, естественнонаучной и математической литературы по проблеме исследования. Результаты теоретического анализа послужили основанием для формулирования гипотезы,
9 цели и задач исследования, разработки его исходных теоретических положений. Проводились констатирующий и пилотажный этапы опытно-экспериментальной работы.
На втором этапе (2006-2007 г.г.) были разработаны концептуальные основы реализации компетентностного подхода к обучению учащихся непрофильных классов предметам естественно-научного и математического циклов, выстраивалась система общеобразовательных компетентностей, осуществлялся формирующий этап опытно-экспериментальной работы.
На третьем этапе (2007-2008 г.г.) обобщались и систематизировались результаты исследования, формулировались выводы и рекомендации.
Научная новизна исследования:
Построена система компетентностей учащихся непрофильных классов, формируемых в процессе моделирования естественно-научных задач; структура системы содержит ключевые компетентности (методологическую, исследовательскую); межпредметные компетентности (алгоритмическую, прогностическую, наглядно-модельную); предметные компетентности, соотнесенные с основными содержательными теоретическими и прикладными линиями учебных дисциплин;
Определены требования к отбору основного ядра содержания учебных предметов, в процессе освоения которого происходит формирование выделенной системы компетентностей в непрофильных классах: необходимый набор методов и способов деятельности, позволяющий реализовать метод математического моделирования; достаточное качественное разнообразие межпредметных связей (сфер применения методов); включение методологических знаний, обеспечивающих построение систем понятий и методов; отражение мировоззренческого смысла нового знания, историко-генетического аспекта знания, связи научных проблем современности и других эпох.
Установлена зависимость между овладением учащимися методом математического моделирования реальных процессов и формированием системы компетентностей школьников, базирующаяся на достижении полноты познания; в
10 результате обогащаются ценностно-мотивационная сфера учащихся и их личный опыт познавательно-ориентированной деятельности.
Выделены уровни сформированное компетентности: алгоритмический (осознание учащимися мировоззренческих аспектов содержания, связанных с возникновением изучаемых понятий, и методологической функции математических моделей; самостоятельное решение задач, не требующих преобразования модели), комбинаторный (осуществление оперирования моделями, приводящее в том числе к открытию новых закономерностей) и системно-творческий (владение системой процедур на уровне проявления элементов творчества).
Разработан критериально-оценочный комплекс сформированности компетентностей. Критерии овладения компетентностями: мотивационно-потребностный, когнитивно-операциональный, регулятивно-деятельностный. Показателями первого критерия являются мировоззренческие установки, мотивы, образовательные смыслы; второго - систематически упорядоченные представления о картине мира, изучаемых понятиях и методах; третьего - умения систематизировать понятия и методы, решать естественно-научные задачи методом математического моделирования.
6. Раскрыты развивающие возможности сопряжения личностно-
деятельностного, системно-структурного и историко-генетического подходов,
заключающиеся в обеспечении комплекса условий формирования у учащихся
готовности осуществлять познавательно-ориентированную деятельность:
включение в содержание образования мировоззренческого, методологического и
прикладного компонентов, обеспечивающих развитие ценностно-мотивационной
сферы школьников; раскрытие специфических (математических и естественно
научных) и общих аспектов реализации метода математического моделирования
при освоении естественно-научного знания; формирование умения осуществлять
смысловую регуляцию познавательно-ориентированной деятельности.
7. Разработана модель реализации компетентностного подхода к
обучению математике и естественно-научным дисциплинам, которая включает:
полисмысловое освоение эмпирических и теоретических понятий в их историческом развитии с целью обнаружения связи между мировоззрением исследователя и его методами познания реального мира;
раскрытие семантического аспекта межпредметных знаний посредством их многоуровневого представления, устанавливающего соответствие структуры связей существенных свойств реального процесса, их естественно-научного и математического описания, и радиального представления, фиксирующего структурное подобие различных естественно-научных законов некоторой математической модели;
решение ключевых задач на основе сравнительно-сопоставительного анализа данных задачи и сформированной системы межпредметных знаний;
освоение операций прогнозирования, моделирования, сравнения и оценки, интерпретирования и др.
8. С учетом особенностей процесса естественно-научного и
математического познания, определены этапы реализации компетентностного подхода к обучению: ценностно-мотивационный, сравнительно-познавательный, опытно-конструктивный, проблемно-поисковый, обеспечивающие осознанное осуществление практической творчески-познавательной деятельности. Теоретическая значимость исследования:
Конструктивно зафиксирован результат обучения математике и естественно-научным дисциплинам в виде системы компетентностей.
Определены основные принципы реализации компетентностного подхода: систематизации знаний, рассмотрения изучаемых понятий и методов в историко-генетическом аспекте, прикладной направленности обучения.
Обогащено содержание категории «смысл» применительно к учебной деятельности: наряду с логико-семантическим, структурно-предметным и личностным аспектами, рассмотрен прагматический аспект.
Выявлены интегративный и личностно-развивающий потенциалы наглядного моделирования, заключающиеся в интерпретирующей функции
12 наглядной модели и ее использовании в качестве ориентировочной основы учебной интерпретационной деятельности.
Практическая значимость исследования. Результаты экспериментального исследования отражают методологический и дидактический уровни реализации компетентностного подхода, что обеспечивает базу для трансляции разработанных технологических основ обучения в массовую педагогическую практику через курсы повышения квалификации учителей, научно-педагогическое руководство школами, методические пособия, а также при обучении студентов. Теоретические положения диссертации могут быть применены в учебном процессе при подготовке будущих учителей.
Личный вклад автора заключается в разработке и обосновании модели реализации компетентностного подхода к обучению и экспериментальной проверке ее эффективности.
Достоверность и обоснованность полученных научных результатов обеспечиваются опорой на основные положения современной психолого-педагогической науки, методологической обоснованностью теоретических позиций, логикой исследования, ее соответствием объекту, предмету, целям и задачам исследования; положительными результатами опытно-экспериментальной работы, подтвердившей на качественном уровне справедливость основных положений диссертации.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Несмотря на существование устойчивого мнения о влиянии формальных процедур исключительно на развитие интеллектуальной сферы человека, мы утверждаем, что в процессе овладения учащимися методом математического моделирования реальных процессов в результате полноты познавательных процедур происходит обогащение содержательного, операционального и личностного наполнения компетентности.
Задача построения единой системы компетентностей в сфере естественно-научных и математических дисциплин может быть решена с помощью выделения механизма интеграции содержания соответствующих наук, основанного на свойстве математических моделей отражать структуры реальных процессов. Ориентируясь на основные способы деятельности в процессе математического моделирования (выдвижение исходных фактов, выделение существенных признаков объекта изучения, постановку проблемы исследования на естественном, естественно-научном и математическом языках, выдвижение гипотезы, построение формальной модели, проверку корректности, получение ее теоретических следствий, проверку адекватности модели), а также на общенаучные и общие для естественно-научного цикла дисциплин идеи и подходы, можно выделить ключевые компетентности (методологическую, исследовательскую), межпредметные компетентности (наглядно-модельную, алгоритмическую, прогностическую) и предметные компетентности (соотнесены с основными содержательными теоретическими и прикладными линиями учебных дисциплин).
Сопряжение личностно-деятельностного, системно-структурного и историко-генетического подходов заключается в создании комплекса условий формирования у учащихся готовности осуществлять познавательно-ориентированную деятельность, а именно: наполнение содержания образования мировоззренческой, методологической и прикладной информацией для развития ценностно-мотивационной сферы обучающихся; формирование умения осуществлять смысловую регуляцию познавательно-ориентированной деятельности; оказание педагогической помощи в овладении методом математического моделирования, общих и специфических (с позиции математики и естественно-научных дисциплин) аспектов его реализации.
4. На основе обобщения представлений о закономерностях процесса
познания определено содержание и средства реализации компетентностного
подхода к обучению математике и естественно-научным дисциплинам в
зависимости от его этапов. На мотивационно-ценностном этапе учащиеся на
конкретных примерах осваивают связь мировоззренческих установок и
14 познавательных процедур в процессе решения- задач, выполняющих мировоззренческую функцию и приводящих к построению модели фундаментального понятия, исследованию его свойств. На сравнительно-познавательном этапе формируются методологические знания и умения, обеспечивающие процесс решения задач посредством классификации реальных процессов и их моделей, выявления отношений изучаемого понятия с другими» фундаментальными понятиями, сравнения известных моделей с позиции их адекватности изучаемому реальному процессу, достраивания системы знаний. На опытно-конструктивном этапе учащимися «конструируется» личный опыт самостоятельного решения задач путем освоения- операций над известными моделями, поиска альтернативных решений, выявления исключений. На проблемно-поисковом этапе достигается самостоятельное осуществление учащимися проблемно-поисковой деятельности.
Апробация результатов исследования^ осуществлялась в сообщениях, сделанных на XXVI Всероссийском семинаре преподавателей математики университетов > и педагогических вузов «Новые средства и технологии обучения математике в школе и вузе» (научный руководитель- А.Г.Мордкович) (Самара, 2007); на.научно-практических конференциях преподавателей ПГПУ, Пермь (2006, 2008); лекциях и практических занятиях для студентов ПГУ и ПГПУ в течение 2006-2008 г.г.; разработаны методические рекомендации-для учителей математики и естественно-научных дисциплин, студентов педагогических университетов.
Реализация компетентностного подхода к обучению старшеклассников как педагогическая задача
Компетентностный подход возник в сфере профессионального образования. Он формировался в, общем контексте предложенного в 1965 г. Н.Хомским понятия «компетенция»[63 ;с.З 5]. Ученый проводил «фундаментальное различие между компетенцией (знанием своего языка говорящим - слушающим) и употреблением (реальным использованием языка в конкретных ситуациях)», отмечая, что «только в идеализированном случае употребление является непосредственным отражением компетенции»[162;с.9]. Существует много определений компетентностного подхода. Наиболее функциональным нам представляется определение О.Е.Лебедева: «Компетентностпый подход — это совокупность общих принципов определения целей образования, отбора содержания образования, организации образовательного процесса и оценки образовательных результатов. К числу таких принципов относятся следующие положения. 1) Смысл образования заключается в развитии у обучаемых способности самостоятельно решать проблемы в различных сферах и видах деятельности на основе использования социального опыта, элементом которого является и собственный опыт учащихся. 2) Содержание образования представляет собой дидактически адаптированный социальный опыт решения познавательных, мировоззренческих, нравственных, политических и иных проблем. 3) Смысл организации образовательного процесса заключается в создании условий для формирования у обучаемых опыта самостоятельного решения познавательных, коммуникативных, организационных, нравственных и иных проблем, составляющих содержание образования. 4) Оценка образовательных результатов основывается на анализе уровней образованности, достигнутых учащимися на определённом этапе обучения» [90; с. 3].
Реализация компетентностного подхода в каждой конкретной стране имеет свои особенности. А.Г.Бермус, проводя в [15] сравнительно-сопоставительный анализ российской и американской моделей компетентностного подхода, отмечает, что в отечественной педагогике «в большинстве используемых концепций основным элементом содержания являются объекты и знания о них», в то время как в американской традиции «объекты приобретают совершенно иной статус: это уже не естественные феномены, которые должны быть опознаны, описаны и классифицированы, но — рукотворные свидетельства овладения соответствующей компетенцией (планы, отчеты, аналитические записки)»; различны пространства концептуализации компетентностного подхода: «в нашем случае речь идет о необходимости научного обоснования соответствующих понятий, в то время, как американская ситуация предполагает определение компетенций в рамках многостороннего социального диалога».
Компетентностный подход востребован в российской педагогике в силу потребности в социальной адаптивности человека в современных условиях (Е.А.Ямбург) [74], и имеет отечественные корни - работы П. Я. Гальперина, А. Н. Леонтьева, С. Л. Рубинштейна, на которые опирались зарубежные ученые «при научном обосновании интегральных конструктов образования» [61]. В рамках классических традиций российского образования, прочтение компетентностного подхода отечественной педагогикой отличается широтой. Во-первых, с позиции сохранения фундаментальности и универсальности образования, его концепция рассматривается, в плоскости применимости знаний в учебной деятельности, моделирующей процесс познания, а потому представляющей собой проектно исследовательскую деятельность теоретического и практического характера (В.А.Болотов, В.В.Краевский, В.В.Сериков, А.В.Хуторской и др.). Во-вторых, считается, что компетентностный подход позволит во всей полноте реализовать на практике личностно-деятельностное обучение (В.А.Болотов, П.П.Борисов, В.В.Краевский, Г.В.Пичугина, А.Ф.Присяжная, В.В.Сериков, И.Фрумин, А.В.Хуторской и др.), так как «образовательные компетентнции являются следствием личностно-деятельностного подхода к образованию, поскольку относятся к личности ученика и формируются, а также проверяются только в процессе выполнения им определенным образом составленного комплекса действий» [81]. В-третьих, данный подход рассматривается как средство реализации идеи межпредметной интеграции на новом уровне за счет включения в содержание образования общепредметного компонента «в виде «узловых точек», необходимых и достаточных для того, чтобы ученик воспринимал и осваивал целостный образ изучаемой действительности. В качестве "узловых точек", вокруг которых концентрируется изучаемый материал, выступают фундаментальные образовательные объекты - ключевые сущности, отражающие единство мира и концентрирующие в себе реальность познаваемого бытия» [163]. Более того, «компетентностныи подход рассматривается как современный коррелят множества более традиционных подходов, в том числе культурологического (В.В.Краевский), научно-образовательного (С.А.Пиявский), дидактоцентрического (Н.Ф.Виноградова), функционально-коммуникативного (В.И.Капинос) и др.», то есть он «применительно к российской теории и практике образования не образует собственную концепцию и логику, но предполагает опору или заимствование понятийного и методологического аппарата из уже сложившихся научных дисциплин...» [15]. С позиции отечественной трактовки компетентностного подхода Г.В.Пичугина приходит к выводу, что он «соответствует традиционным ценностям российского образования, ориентации на понимание научной картины мира, духовность, социальную активность» [114].
Необходимо выделить проблемы реализации компетентностного подхода в отечественной системе образования. Традиции фундаментального образования формируют ценное для любой сферы деятельности умение решать задачи в общем виде. Однако существующая тенденция увеличения объема учебной информации «приводит к тому, что научные сведения излагаются во все более сжатой и конспективной форме. Так как основные научные результаты (понятия, законы, теории, концепции) должны быть сообщены учащимся в соответствии с требованиями программы, то сокращается эмпирическое основание, на котором базируются научные теории. В результате учащиеся не учатся наблюдать окружающий мир, выдвигать гипотезы и проводить эксперименты по их проверке, а вынуждены заучивать множество суждений о мире, не подвергая их критическому анализу и не понимая их происхождения». [2;с.5] Исправить данную ситуацию можно, включив в объем учебного содержания практикоориентированные знания, на что направлен компетентностныи подход. Но как при существующем дефиците времени, отпущенного на изучение дисциплин, найти гармоничное сочетание теоретического и прикладного компонентов знаний? Многие авторы отмечают возникающую в силу дефицита времени и существующей при компетентностном подходе к обучению тенденции уделить основное внимание формированию общеучебных навыков опасность спуститься с фундаментального уровня образования на пользовательский уровень (Т.В.Иванова, А.Ю.Пентин, И.Фрумин, Е.А.Ямбург и др.). Во-первых, это приведет к разрушению сложившегося предметного содержания [68;с.18]. Во-вторых, полное подчинение учебного процесса идее прагматизма приведет к разрушению нашей культуры [74]. Многие ученые видят решение данной проблемы в нахождении адекватного механизма межпредметной интеграции, который позволил бы в экономном режиме учебного времени устанавливать необходимые связи между теоретическим и прикладным компонентами содержания. Одним из таких механизмов считается отказ от традиционных предметов и переход к интегрированным проектам, курсам.
Модель реализации компетентностного подхода к обучению математике и естественно-научным дисциплинам
Нами разработана модель реализации компетентностного подхода к обучению математике и естественно-научным дисциплинам на основе взаимодополнения естественно-научных идей, подходов, принципов, имеющих характер всеобщности (например, принципов соответствия, симметрии, относительности, дополнительности) и математического моделирования, интегрирующего теоретические и эмпирические методы познания.
В качестве методологической базы построения модели компетентностного подхода к обучению учащихся непрофильных классов математике и естественнонаучным дисциплинам рассматривается сопряжение личностно-деятельностного, системно-структурного и историко-генетического подходов. Рассмотрим сначала педагогический аспект реализации данных подходов в процессе обучения, а затем раскроем сущность их сопряжения с целью реализации компетентностного подхода.
Компетентности формируются только в деятельности (А.В.Хуторской. Идея деятельностного подхода имеет глубокие корни не только в мировой, но и в русской педагогике, берущей свои истоки в православной педагогике. Еще в IV веке нашей эры «Василий Великий рекомендовал педагогам включать учащихся в «открытие истины», а не преподносить ее в готовом виде» [100;с.146]. Ян Амос Коменский в своей «Великой дидактике» писал: «Правильно обучать юношество -это не значит вбивать в голову собранную из авторов смесь слов, фраз, изречений, мнений, а это значит раскрывать способность понимать вещи, чтобы именно из этой способности, точно из живого источника, потекли ручейки». Почему же эта идея не получила развитие у Я.А.Коменского? Ее перечеркнула другая идея — «энциклопедического» образования. «В средней школе эта идея [энциклопедического образования], - пишет русский философ В.В.Зеньковский, -обращается фактически в усвоение набора сведений, так как духовный капитал ученика слишком мал, чтобы овладеть сообщаемым ему материалом...Идея «энциклопедического» образования, так нравившаяся Коменскому, дает неправильное представление о роли школы.. .Она должна.. .стать другом ребенка в процессе его роста вцелом... помочь ему достичь своего «технического оптимума»» [62;с.3,37-38]. Профессор В.В.Зеньковский, поддерживая идею деятельностного подхода, формулирует свое представление о целостности в преподавании разных дисциплин, расставляя свои акценты: «...жизнь в действительности целостна и не допускает отделения» [там же;с.18]. Основным процессом в жизни человека он признает «развитие духовности, которая ...есть залог целостности человека.. .развитие ума путем обогащения его определенным материалом должно занимать второе место, нельзя и не нужно знать ученику все, нужно развивать свои умственные силы и уменье ставить вопросы, которые ставит жизнь... Школа не соблюдая этого, скорее притупляет детей,...не расширяет, а суживает интерес - дитя в школе, действительно, очень часто не растет духовно, а слабеет»[там же;с.25].
Основоположником деятельностного подхода считают американского психолога и педагога Дж.Дьюи. Он искал объединяющий, интегрирующий принцип обучения в школе, критикуя ее за многопредметность, неупорядоченность и репродуктивность [139;с.183-186]. Выход он видел в едином подходе к формированию мышления посредством содержания различных предметов. «Утверждение, что сведения, накопленные не с целью выяснения и решения проблемы, могут быть впоследствии по желанию свободно использованы мыслью, совершенно ложно. Единственное сведение, которое не случайно может быть употреблено для логических целей, - это сведение, приобретенное путем мышления»[62;с.83], - пишет Дж.Дьюи. Таким образом, объединяющим принципом он считал метод обучения всем предметам, близкий к научному методу познания.
Особую важность деятельностного подхода в обучении подчеркивали отечественные педагоги и психологи начала XX века, занимавшиеся реформой «старой школы» в России. Ее целью было создание целостной школы, реализующей идею межпредметной интеграции. В качестве механизма интеграции рассматривался метод исследования. О качестве образования в царской России можно судить, например, по отзыву обозревателя Мориса Баринга, долго жившего в России. В 1914 г. он пишет: «Обычный русский человек образованного среднего класса очень образованный — настолько лучше образованный, чем обычный просвещенный англичанин, что сравнение показалось бы неуместным» [22].
Самым активным сторонником метода исследования (открытия) в России был В.П.Вахтеров. Он считал, что «образован не тот, кто много знает, а тот, кто хочет много знать и кто умеет добывать эти знания». Педагогическая позиция В.П.Вахтерова заключалась в поиске метода преподавания, цель которого «вызвать в уме ученика тот самый мыслительный процесс, какой переживает творец и изобретатель данного открытия или изобретения». Он считал, что достичь этого можно, если знать возрастную педагогику и психологию и уметь наблюдать за детьми - «знать... детей, их силы и способности, а главное - надо умение руководить самостоятельными работами детей». Исходя из своих педагогических воззрений, он следующим образом формулировал цели обучения: «многое из того, что усваивает ученик, забывается, но зато остается привычка определенным образом работать над материалом. Стало быть, ценны не одни знания, а, прежде всего способы, какими они разрабатываются». [139;с.157]
Условия реализации компетентностного подхода
Реализация компетентностного подхода при обучении старшеклассников естественно-научным дисциплинам и математике требует создания специальных условий заключающихся в учете особенностей учебных программ, нагрузки, личностных особенностей учащихся.
Компетентностный подход основан на межпредметной интеграции, которая традиционно является педагогической проблемой. Проиллюстрируем трудности реализации межпредметной интеграции на примере изучения и применения понятия «производная». Нерешена проблема согласования программ. Изучение физики построено на концентрах 7-9 классы, 10-11 классы. Идея дифференциального исчисления в первом концентре изучения физики используется на наглядно-интуитивном уровне, во втором концентре в начале первого полугодия полуформально вводится понятие производной, и рассматриваются его физические смыслы. Свойства этого понятия изучаются в курсе алгебры с опозданием - либо во втором полугодии 10 класса, либо в первом полугодии 11 класса. Были попытки ввести это понятие в курс алгебры 9 класса, но это не вошло в общую практику. С точки зрения математики производную целесообразно изучать в конце 11 класса, когда изучен весь набор функций, что позволило бы рассмотреть больший перечень приложений математики в процессе непосредственного изучения понятия и его свойств.
Следует заметить, что в американской; школе, дающей слабую; теоретическуюvподготовку, но хорошо оснащенной для проведения разного рода; экспериментальных1 исследовательских работ,; проблемы; соотнесения программ нет - тема; «Производная» изучается5 в курсе: алгебры и: тут же применяется на физике.
Вторая проблема - дефицит учебного . времени; затрудняющий формирование историко-методологическихі знаний;. необходимых, как было показано выше, для формирования? компетентностей школьников. Поэтому разработку технологии реализации компетентностного подхода, необходимо предварить анализом учебных программ с; целью поиска оптимального решения указанных проблем. Из; таблицы видно, что при непрофильном: обучении, несмотря на небольшое, по сравнению с профильным обучением; количество учебных, часов в неделю, отпущенных на естественно-научные предметы, они сохраняются как самостоятельные дисциплины. Для качественной оценки данных показателей необходимо посмотреть динамику их развития за достаточно длительный промежуток времени. Ниже приведен сравнительный анализ учебных планов на 1952, 1985, 1998, 2004 г.г. по физике, химии, математике и естественно-научным дисциплинам в целом (без учета астрономии). Данные взяты из [77;с.221-223]. Вычисления произведены из расчета на 34 учебные недели в году.
Из приведенных таблиц видно, что реализация профильного обучения предполагает восстановление учебного времени на изучение естественнонаучных и математических дисциплин по сравнению с учебным планом 1952 года.
Разница только в том, что сегодня ученик получит выраженный в учебных часах уровень образования не по всем рассматриваемым предметам, а только по предметам, соответствующим выбранному профилю. В то же время в 1952 г. все учащиеся изучали все перечисленные предметы на обозначенном высоком уровне. Из таблиц видно, что по физике восстановлены 544 учебных часа, по химии - 340 учебных часов вместо 357, по математике - 1258 учебных часов вместо 1496.
За рассмотренный период времени естественно-научные предметы ушли из числа основных[77;с.223], в то время как в мире в связи с развитием нанотехнологий, энергосберегающих технологий на основе сенсоров, мембранных технологий очистки и др. «идет борьба за лидерство в области естественнонаучного школьного образования. В 1990 г. президент США Джордж Буш поставил задачу: «К 2000 году американские школьники будут первыми в мире по своим достижениям по математике и естественным наукам» (National Goals for Education U.S.Department of Education Washington, D.CJuly, 1990).» Отметим, что в 2006 году на международной олимпиаде по физике американские школьники заняли второе место после учащихся Китая, а наши школьники, занимавшие три десятилетия призовые места, оказались на шестом месте. Причина - отсутствие у учащихся опыта проведения физического эксперимента. [ 122; с. 5 0]
Рассмотрим ситуацию с непрофильным обучением математике и естественно-научным дисциплинам. Для наглядности сравнения приведем пример: чтобы учащиеся непрофильных классов получили точно такое же образование, как учащиеся профильных классов, им еще нужно продолжить обучение математике в течение 1 года, физике в течение 3 лет, химии - 4 лет. А ведь исследования 1994-1995 гг. показали, что «уменьшение количества часов математики на один в неделю приводит к ухудшению успеваемости по всем остальным предметам на 10-12%» [178;с.З]. Очевидно, что сокращение учебного времени на изучение естественных наук, обеспечивающих связь теории и практики, так же отрицательно сказывается на качестве образования, так как влечет за собой формализм усвоения.
На сколько лучше складывается ситуация, если учащимся предлагается интегрированный курс естествознания? Главной целью его изучения согласно стандартам является «получение естественно-научного образования на уровне пользователя (в отличие от профессиональной специализации в этой области). Это означает хотя бы поверхностную ориентацию в естественно-научной информации (сообщения СМИ, интернет-ресурсы, научно-популярные статьи), по возможности ее критический анализ, представление о естественно-научном (или исследовательском) методе как способе получения и обоснования знаний, использование знаний для решения практически важных задач (медицина, безопасность, энергосбережение, экология)...В то же время в нем присутствуют и принципиально меж- и метадисцишшнарные разделы, обеспечивающие интеграцию. Это, например: превращения энергии в живой и неживой природе, случайные процессы и вероятностные закономерности, эволюция (физический, химический и биологический уровни), глобальные экологические проблемы и др.»[111] Данная цитата позволяет сделать вывод о поверхностности знаний учащихся, не смотря на нацеленность курса на формирование у них достаточно обширного кругозора.
Поэтому сегодня повысить качество школьного естественно-научного и математического непрофильного образования возможно только за счет технологических прорывов, позволяющих, сохранять традиционный уровень научности и нивелировать разрыв между теоретическим и практическим аспектами образования. Усилить эффект могут структурные изменения учебного плана и содержания учебных дисциплин.
Еще одной проблемой является наличие в классе учащихся с разным уровнем способностей. Поэтому необходимо выбрать эффективную форму работы с ними. Нам представляется идеальным сочетание фронтальной, индивидуальной и групповой форм работы на уроках. Основной особенностью является организация работы в группе. Группа должна состоять из учащихся разного уровня способностей. В этом случае мобильность группы заключается в ее иерархии. Способные учащиеся составляют творческое ядро группы.
Констатирующий и пилотажный этапы опытно-экспериментальной работы
На констатирующем и пилотажном этапах (2005-2006 г.г.) были выделены уровни сформированности компетентностей, разработаны критериально-оценочный комплекс, соответствующие тесты, анкеты, опросники, тексты контрольных работ, проверялась валидность разработанных методик.
В частности, нами была разработана методика оценки технологического уровня сформированности общеобразовательных компетентностей, предполагающая следующую последовательность шагов: - составление для каждой системы заданий матрицы покрытий с указанием перечня компетентностей, владение которыми необходимо учащимся для выполнения каждого задания; - оценка каждого случая проявления сформированности компетентностей при проверке работы одним баллом; - определение набранной учащимся доли от максимально возможного количества баллов по каждой компетентности. В процессе выполнения задания учащемуся необходимо было применить алгоритм вычисления значения функции, что является критерием сформированности алгоритмической компетентности (1 балл). Осуществление перехода от одной модели (таблицы) к другой (формуле) является критерием сформированности наглядно-модельной компетентности (1 балл). Так как перед изучением темы «Производная» интерес представляло умение выполнять приближенные вычисления, то умение выполнять точные вычисления на множестве рациональных чисел не учитывалось. 1. постановка задачи построения графика функции на множестве натуральных чисел- критерий сформированности исследовательской компетентности (1 балл); 2. построение графика функции (см. рис. 2) — критерий сформированности наглядно-модельной компетентности (1 балл); 3. исключение из рассмотрения первых двух вариантов ответа на основе сравнения образов графиков убывающей и возрастающей функций с построенным графиком - критерий сформированности наглядно-модельной компетентности (2 балла); 4. анализ смысла нового термина «неубывающая функция», суть которого заключается в том, что функция не может убывать, т.е. она либо постоянна, либо возрастает. Подобный анализ учащиеся уже проводили, например, при освоении термина «неотрицательные числа». Умение самостоятельно провести анализ смысла термина - критерий сформированности методологической компетентности (1 балл);
В качестве примера ее заполнения рассмотрим задание №3, составленное на основе текста п.1 параграфа «Показательная функция и ее свойства» учебника «Алгебра и математический анализ. 11 кл.» авторов Н.Я.Виленкина, О.С.Ивашева-Мусатова, С.И.Шварцбурда: «В природе, технике и экономике встречаются процессы, в ходе которых некоторые величины изменяются в одно и то же число раз за равные промежутки времени. Например, масса колонии бактерий. Если нет ограничений в количестве питательных веществ и объеме сосуда, и отсутствуют живые существа, поедающие эти бактерии, то за равные промежутки времени масса колонии будет возрастать в одно и то же число раз. Если за единицу измерения массы принять массу одной бактерии, то значение массы будет численно равно количеству бактерий в колонии.
Аналогично обстоят дела для любой совокупности живых существ, при условии, что нет ограничений в пище и пространстве и нет истребляющих их врагов. Поэтому процессы, в которых величина увеличивается за равные промежутки времени в одно и то же число раз, называют проі}ессами органического роста.
Как вы думаете, какая известная вам математическая формула описывает процесс роста массы колонии бактерий? Масса колонии бактерий растет равномерно, равноускоренно или неравномерно? Ответ обоснуйте.»
В задании проверялась сформированность методологической, наглядно-модельной компетентностей по следующим критериям: - методологическая компетентность - знание классификации процессов (1 балл) наглядно-модельная компетентность - осуществление перехода «обобщенная описательная модель процессов органического роста - математическая модель», соотнесение построенной модели с моделями классификации (2 балла). Если учащийся в результате ответов на вопросы теста и опросника в сумме набрал по наглядно-модельной компетентности 13 сырых баллов из максимально возможных 18 баллов, то его абсолютные баллы вычисляются как доля набранных сырых баллов от возможных, то есть в нашем примере учащийся 13 набрал —«0,7 балла. Данная методика вычисления абсолютных баллов 18 нивелирует различие в сырых максимально возможных итоговых баллах по каждой компетентности (по методологической — 6 баллов, по исследовательской, наглядно-модельной, и алгоритмической — 18 баллов, по прогностической — 1 балл). 3.2. Формирующий этап опытно-экспериментальной работы В опытно-экспериментальной работе (2006-2007г.г.) приняли участие учащиеся десятых общеобразовательных классов школ №№ 100, 114 г. Перми (N=100). Из них было сформировано две группы - контрольная (КГ) и экспериментальная (ЭГ). В экспериментальной группе обучение велось по разработанной технологии. Мониторинг результатов обучения проводился в обеих группах и предполагал комплексную оценку уровня сформированности общеобразовательных компетентностей на основе - разработанных нами тестов, опросников, контрольных работ; - анализа показателей успешности по предметам естественнонаучного цикла и математике; - уровня сформированности учебной мотивации (методика Волочкова); - уровня развития общего интеллекта, интеллекта в сферах физико математических, естественнонаучных и гуманитарных наук (ШТУР). Математико — статистический анализ результатов технологической составляющей формирующего этапа опытно-экспериментальной работы проводился по следующей схеме: 1) установление достоверности различий между начальными и итоговыми показателями для экспериментальной и контрольной групп; 2) оценка уровней сформированности общеобразовательных компетентностей (алгоритмического, комбинаторного, системно-творческого) на основе анализа объективных критериев (мотивационно-потребностного, когнитивно-операционального, регулятивно-деятельностного) и их показателей, позволяющих отследить динамику формирования системы компетентностей; 3) корреляционный анализ (для начальных и итоговых показателей контрольной и экспериментальной групп) с целью изучения структуры взаимосвязей показателей сформированности математических компетенций - между собой, - уровнем интеллектуальных способностей учащихся и их учебной мотивацией, -успеваемостью учащихся по математике, физике, химии, 3) регрессионный анализ с целью выявления меры влияния реализованной технологии на сформированность общеобразовательных компетенций. 4) факторный анализ с целью определения структуры взаимосвязей между компетентностями.
Динамика развития учебной мотивации отслеживалась экспертно с помощью анкетирования учащихся по качественным показателям, наличие или отсутствие стремления к овладению конкретным знанием, потребности в их овладении, проявление устойчивого интереса.
Для реализации цели эксперимента программное обеспечение курсов было изменено посредством разработанной системы задач, стимулирующей учащихся к сравнительному анализу особенностей познавательных процедур, проявлению самостоятельной познавательной активности. Обучение осуществлялось с опорой на наглядные модели, обеспечивающие преемственность обучения (при изучении формальных моделей, имеющих одинаковую структуру использовалась одна и та же наглядная модель) и осознанный переход от одной формы представления знаний к другой.
