Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы формирования умения моделирования в педагогической науке, в практике вузовского и школьного обучения
1.1. Умение обучать школьников моделированию как профессионально-педагогическое умение 20
1.2. Состояние проблемы формирования умения моделировать в педагогической науке 36
1.3. Состояние проблемы формирования умения моделировать в современном вузовском образовании и в школьной учебной практике 51
Выводы по главе 1 70
Глава 2. Теоретические основы формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений
2.1. Метод моделирования в науке 71
2.2. Модели и моделирование в теории познания 84
2.3. Психолого-педагогические аспекты проблемы формирования умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений 100
2.4. Модель методики формирования у будущего учителя физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений 120
Выводы по главе 2 134
Глава 3. Методика формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений
3.1. Основы методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений 136
3.2. Реализация методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений 160
3.3. Организация и результаты педагогического эксперимента 171
Выводы по главе 3 188
Заключение 190
Список литературы 193
- Умение обучать школьников моделированию как профессионально-педагогическое умение
- Метод моделирования в науке
- Основы методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений
Введение к работе
Одна из важнейших проблем современного образования - подготовка компетентных, творческих специалистов, способных ориентироваться в быстро изменяющихся условиях на основе моделирования разнообразных ситуаций. В государственном образовательном стандарте для полной средней школы умение моделировать отнесено к общеучебным умениям. Применение в школьном курсе физики метода моделирования как метода учебного познания, обучение учащихся моделированию физических объектов и явлений - одна из основных задач школьного физического образования. В связи с этим будущие учителя физики должны не только сами владеть методом моделирования как методом научного и учебного познания, но и умениями формировать у учащихся знания о данном методе и обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Анализ государственных образовательных стандартов высшего
профессионального образования (ГОС ВПО) показал, что они не обеспечивают целенаправленную подготовку будущих учителей физики к формированию у них умения моделировать и умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
В исследованиях (И.П. Бирюкова, К.А. Коханов, И.А. Кузнецова, В.П. Линькова, СИ. Мещерякова, О.В. Оськина и др.), в методической литературе (Л.А. Извозчиков, СЕ. Каменецкий, В.В. Лаптев, Н.А. Солодухин, Д.С Фокин, Л.М. Фридман, Д. Шодиев и др.) достаточно широко обсуждаются различные аспекты метода моделирования. Вопросы, связанные с формированием у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений, исследователями специально не рассматривались.
Вышесказанное обусловливает существование целого ряда противоречий:
между значением метода моделирования как важнейшего метода научного познания, используемого практически во всех областях научного знания, и недостаточным его отражением в содержании школьного и вузовского образования;
между осознанием значимости различных аспектов проблемы моделирования в современном вузовском и школьном образовании и недостаточностью рассмотрения аспекта, связанного с формированием у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений;
между возможностью и необходимостью формирования у
будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию
физических объектов и явлений и недостаточной разработанностью
теоретических основ и методики формирования у будущих учителей физики
умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Существование названных противоречий обусловливает актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответов на вопросы:
Какой должны быть содержание и структура умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений?
Какой должна быть методика, направленная на формирование у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений?
Объект исследования - процесс профессионально-педагогической подготовки учителя.
Предмет исследования - формирование у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Гипотеза исследования формулируется следующим образом.
Если:
- умение обучать школьников моделированию физических объектов и явлений
рассматривать как профессионально-педагогическое умение, в структуре
которого выделить две составляющие: предметную и методическую;
создать комплекс заданий (учебных задач — УЗ), обеспечивающий формирование у будущих учителей физики обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления (предметная составляющая);
создать комплекс учебно-методических задач (УМЗ), направленный на формирование у будущих учителей физики обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений (методическая составляющая);
комплекс заданий (УЗ) и комплекс УМЗ применять в рамках разработанного варианта учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики»,
то это будет способствовать:
- повышению уровня сформированности у будущих учителей физики
обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и
явления;
- повышению уровня сформированности у будущих учителей физики обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Цель и гипотеза исследования позволили сформулировать следующие задачи исследования:
Провести анализ состояния проблемы в педагогической науке, в современном вузовском образовании и в школьной учебной практике.
Уточнить понятие «умение обучать школьников моделированию физических объектов и явлений как профессионально-педагогическое умение», выделить структуру и состав данного умения.
3. Выявить психолого-педагогические основы формирования умения
обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
4. Определить уровни и критерии сформированности умения обучать
школьников моделированию физических объектов и явлений.
Разработать комплекс заданий (УЗ) и комплекс УМЗ.
Создать модель методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Обосновать возможность и необходимость разработки учебного курса, который способствовал бы формированию у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений и разработать вариант данного учебного курса.
8. Экспериментально проверить эффективность разработанной методики
формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников
моделированию физических объектов и явлений.
Методологическую и теоретическую основу исследования составляют:
деятельностный, интегративно-проблемный подходы, концепция личностно ориентированного обучения, концепция контекстного обучения;
результаты исследования по проблеме моделирования в теории познания (Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов, Б.С. Дынин, В.К. Лукашевич, К.Е. Морозов, Я.Г. Неуймин, И.Б. Новик, А.И. Уемов, В.А. Штофф и др.);
работы ученых-физиков, в которых отражены проблемы моделирования (М. Борн, С. Карно, Д.К. Максвелл, И. Ньютон, Дж.Томсон, А. Эйнштейн и др.);
результаты психолого-педагогических исследований в области моделирования (Л.А. Извозчиков, СЕ. Каменецкий, В.В. Лаптев, А.А. Немцев, Н.А. Солодухин, Д.С. Фокин, Л.М. Фридман, Д. Шодиев и др.);
фундаментальные работы в области исследования деятельности (А.Г. Асмолов, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.В. Запорожец, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, С.Д. Смирнов, Н.Ф. Талызина и др.);
- работы в области формирования педагогических умений, методических
умений, обобщенных умений (О.А. Абдуллина, СВ. Анофрикова, А.А.
Бобров, А.К. Маркова, А.В. Мудрик, Л.А. Прояненкова, Н.А. Рыков, В.А.
Сластенин, Г.П. Стефанова, А.В. Усова, А.И. Щербаков и др.);
результаты теоретических исследований в области методики обучения физике (Л.А. Бордонская, Н.Е. Важеевская, Д.А. Исаев, СЕ. Каменецкий, Н.С Пурышева, В.Г. Разумовский, А.В. Усова, Н.В. Шаронова и др.),
результаты теоретических исследований в области определения содержания образования (Ю.К. Бабанский, И.Д. Зверев, И.К. Журавлев, Л.Я. Зорина, В.В. Краевский, B.C. Леднев, Н.С Пурышева и др).
результаты исследований в области подготовки будущего учителя физики (Л.А. Бордонская, И.Л. Беленок, Н.Е. Важеевская, Е.А. Дьякова, В.И. Земцова, Н.В. Кочергина, Н.С. Пурышева, Н.В. Шаронова и др.).
результаты диссертационных исследований по проблеме формирования умений моделирования (И.П. Бирюкова, И.И. Зубко, К.А. Коханов, И.А. Кузнецова, В.П. Линькова, СИ. Мещерякова, О.В. Оськина и др.);
В процессе работы применялись следующие методы исследования:
1. Теоретические: сравнительный анализ научной и учебно-
методической литературы; диссертационные исследования по изучаемой
проблеме; анализ нормативных документов; моделирование при построении
методики; математические методы интерпретации данных педагогического
эксперимента, анализ собственного опыта преподавания.
2. Экспериментальные: анкетирование, тестирование; педагогический
эксперимент; внедрение методики в практику преподавания в педвузе.
Основные этапы исследования.
На первом этапе (1997-2001 гг.) осуществлялось накопление
эмпирического материала. Проводился анализ диссертационных
исследований по изучаемой проблеме; сравнительный анализ психолого-педагогической, учебно-методической литературы, нормативных документов с
целью определения возможностей формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
На втором этапе (1998-2001 гг.) производились систематизация и обобщение теоретического и эмпирического материала по проблеме исследования. Определялись основные идеи, принципы построения модели методической системы; разрабатывались элементы модели; анализировались различные формы, методы обучения, создавалась методика формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений; разрабатывался вариант учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики».
На третьем этапе (2001-2003 гг.) выбирались методы диагностики
предложенного варианта модели методической системы, проводилась
корректировка разработанных теоретических положений, их.
экспериментальная проверка: в практике работы вузов (гг. Чита, Архангельск, Астрахань, Армавир), через работу с учителями школ г. Читы и Читинской области; через работу со школьниками в летней физико-математической школе при ЗабГПУ.
Научная новизна исследования заключается в следующем.
1. Обосновано положение о возможности и необходимости
формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников
моделированию физических объектов и явлений. Доказано, что данное умение
является профессионально-педагогическим умением.
2. Выявлены состав и структура умения обучать школьников
моделированию физических объектов и явлений. В структуре данного умения
выделены две составляющие: предметная и методическая. Определены
критерии и уровни сформированности обобщенного предметного умения
моделировать физические объекты и явления и обобщенного методического
умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Показано, что условиями, обеспечивающими формирование у будущих учителей физики профессионально-педагогического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений на уровне не ниже достаточного являются: а) ознакомление с научными основами и структурой деятельности моделирования и выполнение комплекса заданий (УЗ) для обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления; б) ознакомление с теоретическими основами формирования у школьников умения моделировать физические объекты и явления и выполнение разработанного комплекса УМЗ для обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Разработана модель методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений, включающая две составляющие (предметную и методическую). Системообразующим элементом предметной составляющей является комплекс заданий (УЗ), обеспечивающий целенаправленное формирование обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления. Системообразующим элементом методической составляющей является комплекс УМЗ, обеспечивающий целенаправленное формирование обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
5. Доказано, что для более эффективного формирования у будущих
учителей физики умения моделировать физические объекты и явления
необходимо создание учебного курса. Разработана модель курса
«Моделирование в физике и в школьном курсе физики», включающая два
блока: содержательный (информационная составляющая курса через
проблемно-предметное поле (ППП) с тремя областями: общенаучной, научно-
предметной и общекультурной) и процессуальный (способы деятельности: по
усвоению информационной составляющей ППП, по овладению
деятельностью моделирования, по овладению деятельностью обучать
школьников моделированию физических объектов и явлений; формы организации процесса обучения).
Теоретическая значимость исследования состоит в развитии теории и методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
В результате исследования:
1. Уточнено понятие «умение обучать школьников моделированию
физических объектов и явлений как профессионально-педагогическое
умение».
2. Доказано, что психологической основой формирования обобщенного
предметного умения моделировать физические объекты и явления и
обобщенного методического умения обучать школьников моделированию
физических объектов и явлений является деятельностный подход; базой -
педагогическая интеграция на уровне общенаучных понятий (модель как
объект познания и средство познания и моделирование как метод познания и
вид научной деятельности) и педагогическое средство (комплекс заданий - УЗ
и комплекс УМЗ).
Обоснована и разработана методика формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений, включающая совокупность компонентов - цели, содержание, методы, формы, средства обучения и диагностику результатов обучения, а также комплекс заданий (УЗ) и комплекс УМЗ.
Обоснованы целесообразность и необходимость создания учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики», в рамках которого на основе разработанной методики возможно целенаправленное формирование у будущих учителей физики обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления и обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
5. Уточнены и конкретизированы основания для отбора содержания учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики»: источники, факторы, принципы, критерии; разработан вариант учебного курса. Практическая значимость исследования состоит в следующем:
1. Разработан и апробирован вариант реализации методики формирования
у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию
физических объектов и явлений в рамках учебного курса «Моделирование в
физике и в школьном курсе физики» как дисциплины национально-
регионального (вузовского) компонента для студентов-физиков IV-V курсов.
Создан комплекс заданий (УЗ), который обеспечивает целенаправленное формирование у будущих учителей физики обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления, и комплекс УМЗ, который обеспечивает целенаправленное формирование обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Разработаны учебно-методические материалы по курсу «Моделирование в физике и в школьном курсе физики» для преподавателей и студентов.
Внедрение разработанной методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений положительно влияет на результаты обучения студентов. Данная методика может быть использована при обучении студентов и в процессе повышения квалификации учителей.
Опытная проверка результатов исследования осуществлялась на физико-математическом факультете Забайкальского государственного педагогического университета им. Н.Г. Чернышевского (ЗабГПУ), на физических факультетах: Армавирского государственного университета, Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова (г. Архангельск), Астраханского государственного университета; Бурятского государственного университета (г. Улан-Удэ). В эксперименте приняло участие более 570 студентов. Основные результаты исследования
обсуждались на заседаниях кафедры физики, теории и методики обучения физике, аспирантских семинарах в ЗабГПУ.
Результаты исследования прошли апробацию в форме докладов на следующих конференциях, совещаниях и семинарах:
международных научно-практических и научно-методических конференциях: «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз (НТПФ-ІІ)» Москва, 2000; «Физика в системе современного образования (ФССО)» Ярославль, 2001; «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз (НТПФ-Ш)» Москва, 2002; «Образование и воспитание в XXI веке: глобальный и региональный аспекты» Чита, 2003;
российских научных конференциях: «Высшая школа: Гуманитарные науки и гуманистические основы образования и воспитания» Чита, 1996;
зональных совещаниях, семинарах, конференциях: преподавателей педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока (XXXIII - Новосибирск, 2000; XXXIV - Нижний Тагил, 2001);
межрегиональных, региональных, межвузовских и внутривузовских конференциях: «Проблемы комплексного изучения человека в условиях Забайкалья» (Чита, 1996); «Традиции и инновации в системе образования: Гуманитаризация образования» (Чита, 1998); «Культура и образование: традиции и инновации» (Чита, 2002); научные сессии Mill У (2000); Забайкальская межрегиональная школа молодых ученых «Психосинергетика и образование» (Чита, 2001); научные сессии ЗабГПУ (1995-2004).
Работа выполнялась на кафедре физики, теории и методики обучения физике ЗабГПУ им. Н.Г. Чернышевского в 1997-2003 гг.
На защиту выносятся:
1. Обоснование положения о возможности и необходимости формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений как профессионально-педагогического умения, в структуре которого выделены две составляющие:
предметная (обобщенное предметное умение моделировать физические объекты и явления) и методическая (обобщенное методическое умение обучать школьников моделированию физических объектов и явлений)
2. Состав, структура, критерии и уровни сформированности
обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и
явления и обобщенного методического умения обучать школьников
моделированию физических объектов и явлений.
Модель методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Методика формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений в рамках курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики», которая включает совокупность компонентов - цели, содержание, методы, формы, средства обучения, диагностику результатов обучения, а также комплекс заданий (УЗ) и комплекс УМЗ.
Основное содержание диссертации Во введении обоснованы выбор темы исследования, ее актуальность, охарактеризован научный аппарат исследования (объект, предмет, цель, гипотеза, задачи и методы исследования); раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту; приведены сведения о внедрении результатов исследования и об имеющихся публикациях.
В первой главе «Состояние проблемы формирования умения моделирования в педагогической науке, в практике вузовского и школьного обучения» на основе анализа работ ученых (психологов, педагогов и методистов) выделены и рассмотрены дидактические категории «умение», «учебное умение», «обобщенное умение», «профессионально-педагогическое умение». Уточнено понятие «умение обучать школьников моделированию
физических объектов и явлений как обобщенное профессионально-педагогическое умение», выявлена структура данного умения.
Показано, что в исследованиях, методической, учебной литературе, нормативных документах рассматриваются различные аспекты проблемы моделирования. Проблема формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений как профессионально-педагогического умения ранее в достаточной степени не ставилась и не решалась, что говорит об актуальности темы исследования.
Во второй главе «Теоретические основы формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений» охарактеризована роль метода моделирования как метода научного познания в науке; проведен гносеологический анализ понятия модели и метода моделирования; раскрыты различные подходы к общему понятию модели, к классификации моделей; рассмотрено обобщенное определение метода моделирования; описаны структура, функциональные возможности данного метода; выделена обобщенная структура деятельности моделирования.
На основе анализа психолого-педагогической литературы выделен состав обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления и состав обобщенного методического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений; выявлены условия формирования обобщенного профессионально-педагогического умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
Здесь же представлена модель методики формирования у будущего учителя физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений.
В третьей главе «Методика формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений» обосновывается целесообразность и необходимость формирования у будущих
учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений в рамках учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики» как дисциплины национально-регионального (вузовского) компонента; рассмотрены некоторые подходы к выявлению содержания учебных предметов, на основании которых разработана модель учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики» и создан вариант данного учебного курса.
В главе дана методика формирования у будущих учителей физики
обобщенного умения обучать школьников моделированию физических
объектов и явлений в рамках разработанного варианта курса «Моделирование
в физике и в школьном курсе физики», представляющая целостную систему,
включающую цели, содержание, методы, формы, средства обучения и
диагностику результатов обучения, а также систему заданий, являющуюся
системообразующей при целенаправленном формировании умения
моделировать как обобщенного умения. Приведены организация, содержание
и результаты констатирующего, поискового и обучающего этапов
экспериментальной работы.
В «Заключении» сформулированы выводы и результаты, полученные в ходе проведенного исследования.
Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:
Учебно-методические материалы
1. Десненко М.А., Десненко СИ. Моделирование в физике: Учебно-
методическое пособие: В 2 ч. — Чита: Изд-во ЗабГПУ, 2003. - Ч I. - 53с. Объем
3,2 п.л., авторских 50%.
2. Десненко М.А., Десненко СИ. Моделирование в физике: Учебно-
методическое пособие: В 2 ч. - Чита: Изд-во ЗабГПУ, 2003. -ЧИ.- 93с.
Объем 5,6 п.л., авторских 50%.
Статьи
3. Десненко М.А., Иванов В.П. Курс информатики и информационного
моделирования // Единство образовательной и профессиональной подготовки
студентов в системе многоуровневого высшего образования. Материалы
регион, науч.-практ. конф. — Чита, 1995. — с. 94-96. Объем 0,2 п.л., авторских
50%.
4. Десненко М.А. Формирование современного стиля мышления у студентов
при обучении информатике // Проблемы комплексного изучения человека в
условиях Забайкалья. Материалы 2-ой Регион, науч.-практ. конф. - Чита, 1996.
- с. 182-185. Объем 0,3 п.л.
5. Десненко М.А., Ганин Е.А., Кузнецов П.И. Компьютерные технологии
обработки информации - база интеграции // Высшая школа: Гуманитарные
науки и гуманистические основы образования и воспитания. Часть 1.
Философия. Герменевтика. Культурология. Материалы Российской науч.
конф. - Чита, 1996. - с. 113-116. Объем 0,2 п.л., авторских 35%.
6. Десненко М.А. Организация занятий на основе личностно-
ориентированного подхода в условиях компьютерного обучения (на примере
элективного курса "Использование ЭВМ для решения задач и обработки
данных") // Традиции и инновации в системе образования: Гуманитаризация
образования. Материалы Региональной науч.- практ. конф. Часть 2. - Чита,
1998. - с. 84-87. Объем 0,3 п.л.
7. Десненко М.А., Десненко С. И. Организация учебно-исследовательской
деятельности студентов (на примере элективного курса "Методы познания в
физике") // Подготовка студентов к исследовательской работе. Материалы
ХХХШ зонального семинара-совещания препод, физики, методики
преподавания физики, астрономии и технологических дисциплин педвузов
Урала, Сибири и Дальнего Востока. - Новосибирск, 2000. - с. 81-84. Объем 0,3
п.л., авторских 50%.
8. Десненко М.А. Один из возможных вариантов реализации
методологических аспектов в профессиональной подготовке учителя физики //
Методологические аспекты в профессиональной подготовке учителя физики. Материалы XXXIY зональной конференции педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока.- Нижний Тагил, 2001. - с. 34-35. Объем 0,2 п.л.
9. Десненко М.А., Бордонская Л.А. Развитие творческих способностей
студентов-физиков как один из аспектов профессиональной подготовки
учителя физики // Психосинергетика и образование. Материалы I
Забайкальской межрегиональной школы молодых ученых. - Чита, 2001. - с.
10-15. Объем 0,4 п.л., авторских 70%.
10. Десненко М.А. Аксиологические аспекты научного познания и их
реализация в спецкурсе «Методы познания в физике» // Культура и
образование: Традиции и инновации. Материалы межрегиональной науч,-
практ. конф. Часть III. - Чита, 2002. - с. 32-38. Объем 0,5 п.л.
Десненко М.А. Метод моделирования в физике // Летняя физико-математическая школа. - Чита, 2002. — с. 33-47. Объем 1 п.л.
Десненко М.А. Умение моделировать физические объекты и явления как средство развития творческих способностей студентов педвузов // Преподавание физики в высшей школе. Труды конференции (НТПФ-Ш).- № 23.- М., 2002-с. 110-112. Объем 0,2 п.л.
13. Десненко М.А. Методическая система подготовки будущих учителей
физики к формированию умения моделировать как обобщенного умения //
Образование и воспитание в XXI веке: глобальный и региональный аспекты.
Материалы международной науч.- практ. конф. — Чита, 2003. — с.68-73. Объем
0,4 п.л.
14. Десненко М.А., Десненко СИ. Модель методики формирования у будущих
учителей физики умения обучать школьников моделированию физических
объектов и явлений // Образование и воспитание в XXI веке: глобальный и
региональный аспекты. Материалы международной науч.- практ. конф. - Чита,
2003. - с. 57-67. Объем 0,6 п.л., авторских 50%.
Материалы научных конференций
15. Десненко М.А. К вопросу об информационной культуре школьников //
Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз. Тезисы аннотаций
докл. II Междунар. науч.- метод, конф.- М.: Ml 11'У, 2000 - с. 112. Объем 0,1
п.л.
Десненко М.А., Десненко СИ. Использование новых информационных технологий в интегрированном курсе "Методы познания в физике") // Физика в системе современного образования (ФССО-01). Тезисы докл. VI Международной конференции. Т.З. - Ярославль, 2001. - с. 45-46. Объем 0,1 п.л., авторских 50%.
Десненко М.А. Аксиологические аспекты в спецкурсе «Методы познания в физике» // Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз. Тезисы аннотаций докл. III Междунар. науч.-метод. конф.- М.: Mill У, 2002. - с. 149. Объем 0,1 п.л.
Структура диссертации.. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 236 наименований и 6 приложений. Основной текст составляет 192 страницы. Изложение материала проиллюстрировано схемами (14), таблицами (22), диаграммами (18).
мение обучать школьников моделированию как профессионально-педагогическое умение
В литературе нет однозначного определения понятия «умение». Однако, можно выделить два основных подхода к пониманию его сущности. К первому следует отнести определения, данные Н.Д. Левитовым, В.В. Давыдовым, В.П. Ушачевым и др. (116;57;209).
Н.Д. Левитов под понятием «умение» подразумевает успешное выполнение действия или более сложной деятельности, связанной с выбором и применением правильных приемов работы с учетом определенных условий В.В. Давыдов определяет умение как промежуточный этап овладения новым способом действия, основанным на каком-либо правиле (знании) и соответствующем правильному использованию этого знания в процессе решения определенного класса задач (57). Е.А. Милерян и В.П. Ушачев включают в понятие «умение» умственные и практические действия, которые формируются на основе системы знаний (В.П. Ушачев), направленных на достижение ясно осознанной цели (Е.А. Милерян) (209; 137). При этом Е.А. Милерян отмечает, что умение есть чрезвычайно сложное структурное сочетание чувственных, интеллектуальных, волевых, эмоциональных качеств личности, формирующихся и проявляющихся в сознательном, целесообразном, успешном осуществлении ею системы перцептивных, мыслительных, мнемонических, волевых, сенсомоторных и др. действий, обеспечивающих достижение поставленной цели деятельности в изменяющихся условиях их протекания.
В.А. Мижериков дает следующее определение понятия «умение»: «Умение - подготовленность к практическим и теоретическим действиям, выполняемым быстро, точно и сознательно на основе усвоенных знаний и жизненного опыта» (136 ,446).Е.Н. Кабанова-Меллер отмечает, что сформированное умение, во-первых, представляет систему закрепленных (в упражнении) правильных и быстрых действий при решении задач; во-вторых, оно есть результат первого этапа овладения навыком (87).Е.С. Кодикова определяет умение как способность индивида выполнять целесообразную деятельность (совершать умственные и практические действия) на основе системы сформированных знаний (98).
Таким образом, в соответствии с первым подходом умения определяются через систему знаний. При этом под навыком понимают автоматизированное действие, формируемое на основе знаний и умений индивида (167).
Схематично суть первого подхода к пониманию сущности умения можно представить в следующем виде:
Знания Умения Навыки
Авторы второго подхода (Б.П. Есипов, А.В. Петровский, В.Н. Савинцев, В.П. Ушачев, А.В. Усова, А.А. Бобров и др.) определяют понятие «умение» через систему знаний и навыков (17;58;180;209;208 и др.). Б.П. Есипов дает определение умения в следующем виде: «Умение -возможность эффективно выполнять действие в соответствии с целями и условиями, в которых приходится действовать. Умениями могут быть действия как практические, так и теоретические. Умение предполагает использование ранее полученного опыта, определенных знаний. Знания и умения - две неотделимые, функционально взаимосвязанные части любого целенаправленного действия. Умения тесно взаимосвязаны с навыками как способами выполнения действия, соответствующим целям и условиям, в которых приходится действовать. Но, в отличие от навыков, умение может образовываться и без специального упражнения в выполнении какого-нибудь действия. В этих случаях оно опирается на знания и навыки, приобретенные раньше, при выполнении сходных действии» (58,361).
А.В. Петровский конкретизирует вышесказанное, определяя умение как освоенный субъектом способ выполнения действия, обеспечиваемый совокупностью приобретенных знаний и навыков (34. В.Н. Савинцев так же, как и В.П. Ушачев, включает в понятие «умение» теоретическую и практическую деятельность индивида, но определяет умение как способность пользоваться своими знаниями и навыками в процессе и теоретической, и практической деятельности (180).
На проблему взаимосвязи умений и навыков обращает внимание К.К. Платонов. Он определяет умение как способность человека выполнять какую-либо деятельность или действия на основе ранее полученного опыта и подчеркивает, что в умении всегда проявляется взаимодействие навыков, положительный их перенос. При этом автор отмечает, что умения всегда сознательны, их психологической основой является понимание взаимоотношений между целью деятельности, условиями и способами ее выполнения (162).
А.В. Усова и А.А. Бобров под умениями понимают готовность личности к определенным действиям или операциям в соответствии с поставленной целью, на основе имеющихся знаний и навыков (208).
Так как в нашем исследовании речь идет о проблеме формирования умения моделировать, которое не может быть автоматизировано полностью, то мы будем придерживаться первого подхода, и вслед за Е.С. Кодиковой будем считать, что умение - это способность индивида выполнять целесообразную деятельность (совершать умственные и практические действия) на основе системы сформированных знаний (98).
В систему умений входит группа учебных умений, которые играют ведущую роль и формируются в ходе учебной деятельности.
А.В. Усова и А.А. Бобров определяют учебные умения как умения, формируемые в процессе изучения основ наук и необходимые для успешного их изучения (208). Г.Ц. Молонов рассматривает учебные умения как внешние действия, выражаемые в устной речи, в письме, в практических действиях (141).
Метод моделирования в науке
Для выявления роли метода моделирования как метода научного познания в науке, в том числе в физике и кибернетике, проследим основные этапы его развития. В ряде работ ученых-философов предпринимались попытки рассмотреть историю становления метода моделирования в науке с целью определения его значения (4;51;102;144;149;152;153;230 и др.). Так, И.Б. Нови к выявил и охарактеризовал несколько этапов становления и развития метода моделирования (153). Опираясь на выделенные автором этапы ста-новления и развития метода моделирования, а также, анализируя работы классиков науки (20;21;22;25;41;90;130;155; и др.), литературу по методо-логии физики (1;84;94;95;102;106;107;143;150;151;190;192;214 и др.), истории физики (51;55;56;106;123; 127;145;191 и др.), кратко охарактеризуем данные этапы.
Моделирование возникло тогда, когда об объекте стали судить на основе результатов его наблюдения, т.е. фактически с момента начала научного познания. В этом случае первыми моделями служили совокупности данных опыта. Модель еще до теоретического осознания основанного на ней метода выступает как подобное самому исследуемому объекту, как копирующее его в определенном отношении. Модели применялись в ряде сфер деятельности на основе эмпирических данных без специального научного анализа.
Первая форма теоретического осмысления моделирования, основанная на механическом подобии явлений, разрабатывается в классической физике XVII-XVIII вв. Развитие научных основ двух главных ветвей моделирования — технико-экспериментальной и теоретической - в естествознании нового времени связано с творчеством великого английского мыслителя И.Ньютона. В книге «Математические начала натуральной философии» приведены две теоремы о подобии, при помощи которых показывается, как можно распространять результаты опытов по сопротивлению тел, движущихся в жидкой среде, на различные другие случаи (155). Так как эти теоремы имеют общую форму, то с полным основанием могут быть распространены вообще на все физические процессы. М.В. Кирпичев, характеризуя теоремы подобия, в частности XXVI теорему И.Ньютона подчеркивает, что «в первой фразе дается исчерпывающее определение подобия системы тел. Через 250 лет к нему нечего добавить... Все учение Ньютона о подобии занимает...лишь пять страниц. Но эти немногие слова Ньютона о подобии звучат так, как будто они сказаны совсем недавно. В них заложены основы всего современного учения о подобии» (153,265).
С творчеством И.Ньютона связана и разработка предпосылок второй ветви развития моделирования как метода теоретического познания. И.Ньютон стремился построить наглядную механическую модель световых явлений и осуществить совершившее подлинную революцию в физике математическое моделирование процесса тяготения. В учении Ньютона о подобии обобщается идея геометрического сходства (речь идет о механическом сходстве систем). И.Б. Новик отмечает, что опираясь на идею механического сходства как на некоторое обобщение геометрического подобия, И. Ньютон не только закладывает основы технико-эмпирического, но и разрабатывает некоторые предпосылки теоретического моделирования. Данная форма моделирования у Ньютона имеет две разновидности. В первом случае одно явление (свет) наглядно представляется с помощью другого, механического движения корпускул, а во втором — в абстрактном математическом выражении схватывается суть тяготения без выяснения его чувственно-наглядного субстрата (153).
В XIX в. после открытия закона сохранения и превращения энергии начинается новый этап в развитии метода моделирования. Действительно, великий закон естествознания превратил идею общности, единства природных сил из философского утверждения в естественнонаучный факт. Как справедливо замечает И.Б. Новик, чем полнее раскрывалась объективная общность (аналогичность в определенном отношении) различных процессов природы, тем большее применение получают рассуждения по аналогии, составляющие логическую основу моделирования (там же).
Во второй половине XIX в. происходит дальнейшее развитие двух ветвей процесса моделирования, основанного на принципах подобия: одной, трактующей моделирование в качестве технико-экспериментального приема, и другой, где моделирование рассматривается в качестве определенного способа теоретического познания.
Дальнейшее развитие и обобщение технико-экспериментальной операции моделирования связано с усовершенствованием теории подобия и разработкой теории размерностей. Существенный вклад в эти направления, по мнению И.Б. Новик, был сделан отечественной наукой: работами Т.А. Афанасьевой-Эренфест, М.В. Кирпичева, Л.И. Седова, М.А. Михеева и др., а также работами зарубежных исследователей: В. Фруда, Ж. Бертрана и др. Так, на теории подобия и размерностей опирается современное техническое моделирование (например, испытание в аэродинамических трубах). В послевоенный период в России получило значительное развитие использование теории подобия для моделирования электрических систем. Для современных форм технического моделирования характерно неуклонное расширение трактовки подобия, приобретающего все более обобщенный вид.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что одной из наиболее точных и распространенных современных форм моделирования является моделирование на основе теории подобия, где научное познание получает мощный инструмент сопоставления модели и оригинала.
Важнейший этап в развитии моделирования как метода теоретического познания связан с трудами создателя классической теории поля, знаменитого английского физика Д.К. Максвелла. Он уделил в своем творчестве большое внимание проблеме построения наглядных механических моделей ненаглядных электромагнитных явлений, для чего использовал механическую модель эфира, аналогичного некоторой несжимаемой жидкости. Д.К. Максвелл считал, что основанные на аналогии с несжимаемой жидкостью модели дают возможность «наглядно представить законы притяжения и индуктивных действий магнитов и токов» (130,17). По образному выражению И.Б. Новика, механические модели, которые использовал Д.К. Максвелл, «с одной стороны, леса, помогающие строить здание новой теории и убираемые, когда стройка завершена, а с другой стороны, они выступают в качестве исходного пускового механизма новой теории» (153,21). В общей форме Максвелл понимал ограниченность моделирования, осознавал, что модель дает лишь предварительное объяснение, предостерегающее от преждевременной теории и подготавливающее почву для зрелой теории. Для понимания современных тенденций математического моделирования важно отметить, что Максвелл ставит вопрос о том, в каком смысле и при каких условиях можно элементы математического аппарата считать моделью физических явлений. Он писал: «Для составления физических представлений без принятия специальной физической теории следует освоиться с существованием физических аналогий. Под физической аналогией я разумею то частное сходство между законами двух каких-нибудь областей науки, благодаря которому одна является иллюстрацией для другой. В этом смысле все применения математики в науке основаны на соотношениях между законами, которым подчиняются физические величины, и законами математики, так что цель точных наук состоит в том, чтобы свести проблемы естествознания к определению величин при помощи действий над числами» (130,12). Отсюда можно сделать вывод о том, что работы Максвелла еще во второй половине XIX в. показали большие возможности и особую роль теоретического моделирования.
Основы методики формирования у будущих учителей физики умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений
Анализ состояния проблемы формирования умения моделировать в современном вузовском образовании (см. 1.3) показал, что ни в одной из дисциплин федерального компонента ГОС ВПО второго поколения для педагогических вузов (ГОС ВПО специальности "Физика", «Физика с дополнительной специальностью) вопросы, касающиеся моделирования, не представлены. Исключение составляют вопросы курса «Компьютерное моделирование» (федеральный компонент ГОС ВПО направления "Физико-математическое образование") (48;49;50).
На наш взгляд, модернизировать дисциплины федерального компонента ГОС ВПО второго поколения (например, дисциплины «Общая и экспериментальная физика», «Основы теоретической физики» и т.д.) для формирования у студентов-физиков умения моделировать за счет внесения в них вопросов, связанных с моделированием, не целесообразно. Это объясняется тем, что для формирования у студентов умения моделировать физические объекты и явления как обобщенного умения необходимо включение в содержание рассматриваемых дисциплин вопросов, касающихся научных основ и структуры деятельности моделирования, на изучение которых потребуется достаточно большое количество времени. Решить проблему можно за счет времени, отводимого на национально-региональный (вузовский) компонент ГОС ВПО. Для этого необходимо разработать учебный курс, в рамках которого можно было бы познакомить будущих учителей физики: а) с научными основами и структурой деятельности моделирования и на этой базе формировать у них предметное умение моделировать физические объекты и явления как обобщенное умение; б) с теоретическими основами формирования обобщенных умений и на этой базе формировать у них методическое умение обучать школьников моделированию физических объектов и явлений. Данный курс можно предложить студентам IV — V курсов. Последнее связано с тем, что к моменту изучения курса студенты-физики обладают достаточными знаниями и умениями в области физики, информатики, философии, т.е. у них имеются пропедевтические знания и умения, являющиеся базовыми для формирования умения моделирования физических объектов, процессов, явлений, в том числе и при помощи компьютерного моделирования. Так, к четвертому курсу после изучения дисциплины федерального компонента ГОС ВПО «информатика» студенты знают понятие информации, языки программирования высокого уровня, средства программирования, программное обеспечение и технологии программирования (см. ГОС ВПО). К этому времени по окончании курса «Общая и экспериментальная физика» (дисциплины федерального 138 компонента ГОС ВПО) студенты-физики владеют основными понятиями в области физики. В процессе освоения содержания курса «Общая и экспериментальная физика» они знакомятся с конкретными моделями, например с несколькими моделями атома и атомного ядра, моделью идеального газа, моделью реального газа и т.д. В процессе изучения дисциплины федерального компонента ГОС ВПО «Философия» студенты знакомятся с понятием научного познания, критериями научности, структурой научного познания, его методами и формами (49). При изучении курса «Теория и методика обучения физике» (дисциплина федерального компонента ГОС ВПО) будущие учителя физики получают представления о некоторых подходах к ознакомлению учащихся с методами познания, в частности методом моделирования. В курсе «Педагогическая психология» студенты знакомятся с содержанием теории учебной деятельности, получают представления о теоретических основах формирования у школьников обобщенных умений на основе деятельностного подхода.
Вышеизложенное обосновывает целесообразность и необходимость разработки содержания и структуры варианта учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики» как дисциплины национально-регионального (вузовского компонента), в рамках которого можно будет у студентов - будущих учителей физики формировать умение обучать школьников моделированию физических объектов и явлений на основе использования модели методики формирования у будущих учителей физики обобщенного умения обучать школьников моделированию физических объектов и явлений, описанной в предыдущей главе. Необходимо подчеркнуть, что главным в содержании данного курса будет являться содержание, направленное на формирование у будущих учителей физики обобщенного предметного умения моделировать физические объекты и явления. Это объясняется тем, что у студентов при изучении дисциплин федерального компонента ГОС ВПО (как было показано выше) специально умения моделировать физические объекты и явления не формируются.
Анализ современного понимания модели и метода моделирования в теории познания, в науке физике, проведенный нами во второй главе, позволил выявить перечень вопросов в области моделирования, которые могут составлять (при определенном подходе к отбору содержания с опорой на соответствующие принципы) содержание учебного курса «Моделирование в физике и в школьном курсе физики». Для ответа на вопрос, каким должно быть содержание данного курса, рассмотрим некоторые подходы к представлению содержания учебных предметов.
По мнению И.К.Журавлева, Л.Я. Зориной (67;68;80), дидактическая модель учебного предмета состоит из двух блоков: основного, куда включается в первую очередь то содержание, ради которого предмет введен в учебный план, и блока средств или процессуального блока, обеспечивающего усвоение знаний, формирование различных умений, развитие и воспитание. В частности, дидактическая модель учебного предмета «физика» представлена основным блоком, куда входят предметные знания, а в процессуальный блок включаются вспомогательные знания (логические, методологические, философские, историко-научные, межпредметные, оценочные), способы деятельности и определенные формы организации процесса (там же). Н.С. Пурышева на основе анализа целого ряда фундаментальных работ, в которых рассматриваются вопросы содержания физического образования (169; 170), предлагает модель учебного предмета «физика», согласно которой данный учебный предмет состоит из двух блоков — содержательного и процессуального. Содержательный блок составляют, с одной стороны, основные предметные научные знания, а с другой стороны - вспомогательные знания: логические, методологические, философские, историко-научные, межпредметные, оценочные. Процессуальный блок образован способами деятельности как репродуктивой, так и творческой по усвоению учебного материала, формами организации процесса обучения. Для целей настоящего исследование важным является положение о том, что «в содержании учебного предмета наука отражается не только как система знаний, но и как деятельность. Наука как деятельность включает ряд аспектов; первостепенное значение имеет логика научной деятельности, методы научного познания, закономерности процесса научного познания» (169,45).
