Содержание к диссертации
Введение 3 стр.
Глава 1. Методика изучения элементов* <§изики твердого тела и кристалло
графии в профессиональном образовании будущих учителей физики 12 стр.
1.1. Научно-методический анализ проблемы изучения физики твердого тела в диссертационных исследованиях и научно-методических* публикациях , 12 стр.
1.2. Анализ уровня знаний в профессиональной подготовке студентов по физике твердого тела 6Jtf>.
1.3. Сравнительный анализ знаний студентов и учителей в вопросах методики изучения свойств твердых тел 39 стр.
Глава 2. Реализация концепции формирования содержания специального
практикума по физики твердого тела в профессибШ^ет^Щр^^готодке учгоетфи-
зики в педвузе ,, ...,|1'Х 53 ст>.
2.1. Принцип усиления профессиональных знаний тгЙ^изике тве$Щ§0 тела-как основа концепции построения специалщогф й|Г|ктикума в физико-математическом образовании будущего учителя фйаик^... 53 стр.
2.2. Теоретический компонент содержания специального; npja^f^y^a цо. физике твердого тела *,^Щ^1...Ш.стр.
2.3. Лабораторный практикум как форма профессиональной подготовки % дущего учителя физики 94 стр.
2.4. Роль спецпрактикума по решению задач в гфО-йессе повышения эффективности подготовки будущих учителей физики 104 стр.
2.5. Педагогический эксперимент 119 стр.
Итоги и выводы диссертации 125 стр.
Литература 127 стр.
Приложение 1 стр.
Введение к работе
Современная система образования предъявляет возросшие требования к социокультурному, интеллектуальному, нравственному развитию личности студента, его общей и профессионально-педагогической культуре. В стратегии образования выделяется его гуманизация, ставящая во главу свободу, интересы и потребности личности. Это в значительной степени обусловило пересмотр взглядов на содержание и организационные формы педагогической деятельности. Создание образовательных стандартов, профессионально-образовательных программ и спецпрактикумов отражается на подготовке будущего учителя физики являющейся одним из культурообразующих компонентов развития личности, определяющих его готовность к культуросозидающей деятельности.
Актуальность проблемы определена и реформированием российской системы общего и профессионального образования, где подчеркивается, что проблемам методики профессионального образования в настоящее время уделяется недостаточное внимание.
Методика профессионального образования, как и любая ветвь педагогической науки, совершенствуется и развивается. На современном этапе реформирования образования с развитием новых форм учебных заведений -физико-технических лицеев, профессиональных лицеев, в том числе сельских лицеев, гимназий, колледжей, спецшкол и спецклассов - перед методикой профессионального образования поставлены новые задачи разработки как содержания созданных в последние годы перечисленных типов учебных заведений, так и новых методов обучения с высокими технологиями и теоретическими обобщениями.
Лавинообразное внедрение в современное общество ЭВМ и другой электронной техники принципиально изменили весь учебный процесс во всех его направлениях. Научно-технический прогресс оказывает большое воздействие на профессиональное образование, а, следовательно, и на его методику. Доловина существующих в наши дни профессий и специальностей четверть века назад еще
были совершенно неизвестны. Сегодня рабочим и специалистам каждые 8-Ю лет приходится удваивать объем профессиональных знаний и практических навыков. Поэтому методика профессионального образования должна быть готова не только к этому процессу, но и опережать его.
В методике профессионального образования глубоко укоренилась традиционная схема обучения. Существующая практика работы учебных заведений отражает лишь самые общие стороны политехнического изучения основ современного производства и технологии. Однако сегодня более четкой должна быть не только систематизация содержания общетехнической подготовки, но и раскрытие ее сущности и специфики. Назрела необходимость, особенно в условиях реформы образования, разработать общую концепцию профессиональной общетехнической подготовки специалистов в условиях научно-технической революции и реалий сегодняшнего дня. Но, чтобы определить объективную основу отбора и совершенствования содержания общетехнических предметов, методики преподавания, необходимо опираться на современный опыт профессионального преподавания и результаты научных исследований.
В связи с ростом научных знаний повсеместно изменяются требования к специалистам - выпускникам различных учебных заведений, а следовательно, изменяется и содержание образования. В последнее десятилетие эта тенденция охватила среднюю школу. Здесь наблюдается изменение качества преподавания, расширение объема и повышение уровня знаний, внедрение новых методик и нетрадиционных подходов в обучении. Появились профильные классы гуманитарной или естественнонаучной направленности, а также целые учебные заведения - преобразованные современные аналоги средней школы: гимназии, колледжи, лицеи. Для работы в таких учебных заведениях учителям необходим не только педагогический опыт, но и прочный научный фундамент - глубокое знание своего предмета. В немадрй степени это относится к учителям физики. В связи с этим естественным образом повышаются требования к выпускникам педагогических вузо.вч
Однако основное содержание физического образования учителей (учитывая стремительное развитие науки), практически не меняется. Обучение продолжается по традиционным учебникам по давно разработанным и утвержденным программам. Сложившееся положение нельзя назвать полностью удовлетворительным. Представляется целесообразным и непременным наличие в программе по физике для педагогических вузов, наряду с классическими теориями, и современных научных концепций, разработок, исследований.
В связи с этим становится ак/иу«л&н&ш_исследование, направленное на пересмотр методики изучения свойств твердых тел и элементов кристаллографии в профессиональном образовании будущих учителей физики как одной из наиболее перспективных составляющих современной физической науки.
Проведенный в диссертации анализ существующей практики обучения в системе профессионального образования учителей физики позволил выявить противоречия, разрешение которых объективно ускоряет процесс ее-реформирования:
во-первых, повышение требований к уровню профессиональной подготовки учителей физики и соответствие содержания обучения к запросам новых типов учебных заведений - физшсо-технических лицеев, школ и классов с углубленным изучением физики;
во-вторых, целесообразность подготовки учителей в системе профессионального образования и несоответствие основного содержания традиционного изучения физики в педагогических вузах.
Традиционно изучение физики в педагогических вузах имеет ступенчатую структуру. На начальном этапе обучения (1-5 семестр) изучается общая физика, которая переходит в теоретическую физику (4-8 семестр), как наиболее высокую ступень в подготовке будущих учителей. И последний этап - методика преподавания физики (МПФ) - своеобразный мост между курсами физики в пединституте и Йколе. На изучение физических дисциплин студентам физщеских факультетов отводится более 10(Ю часов учебного времени.
Какое же место в этом курсе занимают современные научные концепции? Проведенный нами анализ программ физических специальностей педагогических вузов и соответствующих учебников показал, что современные студенты изучают научные результаты, в лучшем случае, двадцати-тридцатилетней давности.
Общая физика определяет этап обучения в наиболее традиционном, классическом содержании. Механика и теория колебаний, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, оптика - отражают научные теории и результаты, известные еще в прошлом столетии. Изучаемая в современных вузах общая физика обогатилась такими достижениями науки двадцатого века, как Эн-штейновская теория относительности, нелинейная оптика (кратко представленная в курсе «Оптика»), а также атомная и ядерная физика, стохастическая динамика, физика твердого тела (ФТТ).
Теоретическая физика - более сложный этап обучения и, в то же время, более современный. Наряду с аналитической механикой, подробно разработанной еще в 18-19 веках, она содержит электродинамику, статистическую физику и термодинамику, сложившуюся в конце 19 - начале 20-го веков, а также квантовую механику, являющуюся исключительной заслугой ученых 20-го столетия.
Необходимо отметить, что эти теории, нашли свое отражение в курсе физики для педагогических вузов и практически не претерпевали изменений. Их преподавание становилось традиционным и мало обновлялось с середины нашего века.
В-третьих, необходимость разработки содержания спецпрактикума, способствующего повышению квалификации будущих учителей физики в области физики твердого тела (ФТТ), отвечающего современным требованиям науки и педагогической практики.
Физика твердого тела - наука о строении и свойствах твердых тел, и происходящих в них явлениях. В настоящее время эта обдасть физики является ведущей во верх физических исследованиях. Здесь занята половина всех физиков Зем
ли, половина ежегодных публикаций в области физики посвящена так же проблемам физики твердого тела: Шубников А.В. [Шубников А.В., 1940, 1969, 1972 г.г.], Холден А.Н. [Холден А.Н., 1971 г.], Киттель У. [Киттель У., 1963, 1965 г.г.], Уэрт Ч., Томсон Р.[Уэрт Ч., Томсон Р., 1966 г.].
Столь большое внимание физике твердого тела уделено потому, что современная физика твердого тела составляет основную часть фундамента техники. Все строительные и конструкционные материалы (различные марки стали, всевозможные металлические сплавы, дерево, полимеры, железобетон и т. д.) - это материалы твердые. В любой отрасли техники используют те или иные свойства твердых тел: электрические, оптические, механические, тепловые, антикоррозийные и т. д. Физика твердого тела изучает и объясняет эти свойства, чтобы уметь предсказывать, как поведет себя твердое тело в различных условиях его эксплуатации. Кроме того, физика твердого тела должна указать, как можно получить новый материал, обладающий нужными свойствами, каїсова должна быть его структура, химический состав и другие характеристики. Следовательно, в профессиональной подготовке подавляющего большинства специалистов физике твердого тела должно быть уделено достаточное внимание. Эти проблемы должны рассматриваться и в методике подготовки будущих учителей физики.
За последнее время произошли глубокие изменения в представлениях о природе твердых тел, указывающие пути и перспективы развития в этой области физики.
Главными объектами физических исследований являются в основном кристаллические тела, физические свойства которых оказались буквально сокровищницей научных идей, открытий, изобретений. Однако, существенную роль в технике играют и твердые тела, не имеющие правильного кристаллического строения: аморфные полимеры, пластмассы.
Многие применения твердого тела нельзя объяснить, оставаясь на позициях классической физики. Для понимания различных сторон физики твердого тела не
обходимо прежде всего понять природу тех микропроцессов, которые происходят в них, и выяснить, как эти процессы влияют на макроскопические свойства твердых тел. "Наша основная задача, - писал академик Иоффе А.Ф. - овладеть свойствами тел на столько, чтобы можно было ими управлять, чтобы можно было создавать такие материалы, которые нужны для данной цели и придавать им те свойства, которые нам желательны. Для того же, чтобы сознательно управлять свойствами вещества, нужно прежде всего, правильно понимать". [Иоффе А.Ф., 1947 г.]
Однако, несмотря на всю важность, курс физики не уделяет должного внимания вопросам физики твердого тела. Кроме того, рассматриваемая тема относится к числу недостаточно разработанных в методической литературе. Это и показал анализ литературы, что несмотря на важность методики преподавания ФТТ в профессиональной подготовке учителей физики, совершенствованию его содержания, технического оснащения не уделяется должного внимания.
Исследованиям по проблемам физики кристаллов посвящены работы видных ученых физиков Шаскольской М.П. [Шаскольская М.П., 1971, 1975, 1976,1978г.г.], Шафрановского И.ЩШафрановский И.И., 1962, 1968, 1978г.г], Вайнштейна Б.К.[Вайнштейн Б.К., 1979г.], Желудева И.С.[Желудев И.С., 1976, 1979 г.г.], Щукина Е.Д.[Щукин Е.Д., 1973г.], Чормонова Т.Х.[Чормонов Т.Х., 1976 г.], Белова И.В.[Белов И.В., 1976 г.], Шулепова С.В.[Шулепов СВ., 1972 г.] и др..
Методика изучения отдельных свойств твердых тел, особенности их строения освещены в работах Мултановского В.В.[Мултановский В.В., 1979 г.], Кокорина Н.А.[Кокорин Н.А., 1969 г.], Куземы Д.Д.[Кузема Д.Д., 1958 г.], Купермана Г.Б.[Куперман Г.Б., 1962, 1967, 1971 г.г.], Нажитовой З.ЩНажитова З.И., 1983 г.], Кивако А.М.[Кивако A.M., 1978 г.], Ранской Л.А.[Ранская Л.А., 1967 г.], Подгорно-вой И.И.[Подгорнова И.И., 1963, 1970 г.г.], Егорова А.А.[Егоров А.А., 1964 г.], Кудько В.А.[Кулько В.А., 1968 г.], Данильчука В.И.[Данильчук В.И., 1972, 1975 г.г.].
Все эти исследования заслуживают должного внимания, в тоже время авторы не предлагают методики изучения этих вопросов в профессиональном образовании, чему, собственно и посвящена наша диссертация.
Объектом исследований является структура и содержание профессионального педагогического образования будущего учителя физики.
Предметом исследования является методика подготовки студентов в спецпрактикуме по физике твердого тела педагогического института. При этом он рассматривается как часть всей системы подготовки учителя физики.
Целью исследования является разработка такого спецпрактикума по физике твердого тела с элементами кристаллографии, который наиболее полно отвечал задачам подготовки учителя физики в педагогическом вузе.
Гипотеза: разработка и создание спецпрактикума по ФТТ приведет к существенному повышению профессиональной подготовки учителей, если:
- содержание изучаемого материала будет включать интегрированный курс общей и теоретической физики, а также методики преподавания физики (в объеме теории физики твердого тела);
- данный курс будет учитывать межпредметные связи курсов общей, теоретической физики, методики преподавания и, в то же время, строится на основе широкого использования теоретических обобщений.
Исходя из сформулированных выше цели и гипотезы были определены основные задачи исследования:
1. Проанализировать состояние проблемы методики изучения свойств твердых тел и элементов кристаллографии в теории и практике вузовского обучения при профессиональной подготовке учителей физики.
2. Провести анализ знаний студентов по разделу физики твердого тела и элементов кристаллографии с целью определения основных недостатков в их знаниях по данному разделу.
3. Разработать спецпрактикум по ФТТ для студентов старших курсов педагогического института.
4. Внедрить в учебный процесс спроектированный спецпрактикум и экспериментально проверить его эффективность.
Для решения задач исследования были использованы две группы методов. теоретические и экспериментальные:
Теоретические методы: изучение и анализ научной и научно-методической литературы по педагогике, психологии, физике, методике преподавания физики, связанной с проблемой исследования.
Экспериментальные методы: наблюдение за преподаванием и личное преподавание, анкетирование студентов и учителей, педагогический эксперимент -констатирующего, поискового и обучающего характера (Тольяттинский филиал Самарского государственного педагогического университета).
Опытно-экспериментальной базой исследования были: Тольяттинский филиал государственного педагогического университета (физико-математического факультета), муниципальный физико-технический лицей №67 г.Тольятти, физико-математического факультет Самарского государственного педагогического университета, средняя школа №91 г.Самары.
Исследование осуществлялось в три этапа. На поисковом этапе (1995-1996г.) изучалось состояние разработанности проблемы в научной литературе, проверялась актуальность избранного направления, разрабатывались исходные положения, определялась методология и методика исследования. Это позволило сформулировать научную гипотезу, наметить программу ее экспериментальной проверки.
На констатирующем этапе (1997-1998г.) разрабатывалась программа исследования, проводился констатирующий эксперимент по выявлению исходного уровня разработанности проблемы, а также обобщался и систематизировался эмпирический, материал.
На третьем (формирующем) этапе (1998-1999г.) осуществлялась программа экспериментальных исследований по проверке эффективности разработанного спецпрактикума, шла обработка результатов завершающего педагогического эксперимента.
Научная новизна состоит в разработке спецпрактикума по физике твердого тела (ФТТ) для студентов старших курсов педагогического вуза, широко использующего компьютерную технику, обеспечивающей повышение качества и эффективности профессиональной подготовки студентов; практикума по решению задач по ФТТ для студентов педагогического вуза; разработанные лабораторные работы, конспекты лекций и практические задачи повышают эффективность процесса формирования системы физических знаний.
Практическая ценность исследования состоит в реализации разработанного спецпрактикума по ФТТ: модернизации существующих ранее и создание новых лабораторных работ, в разработке спецпрактикума по решению задач, внедренных в учебный процесс педагогического института.
На защиту выносятся:
1. Теоретические основы спецпрактикума по физике твердого тела с элементами кристаллографии, ориентированные на формирование системы физических знаний и обеспечивающей повышение качества и эффективности профессиональной подготовки студентов педагогического вуза.
2. Методическое обеспечение, способствующее формированию системы физических знаний, как базы для дальнейшей профессиональной подготовки студентов физико-математических специальностей педагогических вузов.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась процессе экспериментальной работы автора в Тольяттинском филиале Самарского государственного педагогического университета, муниципальный физико-технический лицей №67 г.Тольятти, а также в практике работы физико
математического факультета Самарского государственного университета, для ко торого были представлены все необходимые научно-методические разработки.
Результаты исследования обсуждались: на межвузовских конференциях Самарского государственного педагогического университета, на заседаниях кафедр Тольяттинского филиала Самарского государственного педагогического университета, на Международной научно-практической конференции «Педагогический процесс как культурная деятельность» (г. Самара, 1997г.).
По теме исследования опубликовано 8 работ.
Структура диссертации отражают логику и содержание научного поиска и результаты исследования. Она состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений. В первой главе «Методика изучения элементов физики твердого тела и кристаллографии в профессиональном образовании будущих учителей физики» раскрывается и анализируется проблема изучения физики твердого тела в диссертационных исследованиях и научно-методических публика циях. Во второй главе «Реализация концепции формирования содержания специального практикума по физике твердого тела в профессиональной подготовке учителя физики в педвузе» описывается содержание интегративного спецпрктикума по ФТТ с элементами кристаллографии и методика обучения этому курсу, анализируются результаты опытно-экспериментальной работы. В заключении подведены общие итоги исследования, изложены его основные выводы.
