Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие системы физического образования младших школьников
1.1 Состояние и проблемы современного физического образования в нашей стране и за рубежом (в США)
1.2 Психолого-педагогические особенности учащихся начальной школы и возможности преподавания физики в младших классах
1.3 Изучение содержания курсов природоведения и естествознания начальной школы
Глава 2. Содержание, структура и методы изучения физики в начальной школе
2.1 Методические особенности работы и содержание программы курса физики для учащихся 4 класса.
2.2. Основные формы и методы работы с учащимися начальной школы по физике
2.2.1. Игра и ее элементы в преподавании физики в младших классах 72
2.2.2. Микроисследования при изучении физики в начальной школе. 86
2.2.3. Организация работы технического кружка с учениками младших классов
2.3. Роль содержательно-знаковой наглядности в процессе преподавания физики в младших классах
2.4. Проблемы профессиональной подготовки студентов педагогического вуза к преподаванию физики в начальной школе
Глава 3 Педагогический эксперимент 126
3.1. Организация и этапы педагогического эксперимента 126
3.2. Результаты педагогического эксперимента 128
Заключение 156
Библиография 158
- Психолого-педагогические особенности учащихся начальной школы и возможности преподавания физики в младших классах
- Изучение содержания курсов природоведения и естествознания начальной школы
- Игра и ее элементы в преподавании физики в младших классах
- Проблемы профессиональной подготовки студентов педагогического вуза к преподаванию физики в начальной школе
Психолого-педагогические особенности учащихся начальной школы и возможности преподавания физики в младших классах
Физика как самостоятельный учебный предмет в школах России получила признание только в конце XVIII в. Она сформировалась как самостоятельный учебный предмет в первых гимназиях России в 1786 г., когда по высочайшему повелению Императрицы Екатерины II началось осуществление школьной реформы с открытия в российских губерниях народных училищ, положивших начало развитию системы массового образования в стране [181.С.257]. Школьная реформа 1804 г., связанная с введением нового устава Александром I, предусматривала наряду с изучением физики изучение естествознания. В это время главную линию развития в педагогике определяла борьба приверженцев теории формального и материального образования, возникшая в конце XVIII -первой половине XIX вв. На протяжении всего XIX и начала XX вв. оставались неразрешенными разногласия между сторонниками формального и материального подходов.
В XIX в. значение физики как учебного предмета недооценивалось, особенно в связи с насаждением в гимназиях классицизма по реакционным установкам 1828 и 1871 гг. Основной задачей школы стало изучение учащимися системы животного и растительного мира, разработанной К. Линнеем. Доля физического материала в естественнонаучных курсах была сведена к нулю [95.С.13]. И только в конце XIX - начале XX вв. под влиянием успехов науки и техники положение резко изменилось, и роль физики в гимназиях повысилась.
Методика преподавания физики в России формировалась под активным влиянием выдающихся физиков в крупнейших центрах России: Петербурге, Москве, Киеве, Одессе. Складывались прогрессивные тенденции: - включение физики как общеобразовательного предмета в программы гимназий и реальных училищ; - признание за физикой не только образовательной, но и развивающей роли; создание концентрического и ступенчатого курса физики, соответственно возрастным особенностям школьников; - введение в обучение самостоятельных наблюдений и лабораторных работ как важного средства борьбы с формализмом знаний и для развития практических навыков школьников. А.Я. Герд писал: «Нет лучшего. средства возбудить интерес и развить в детях наблюдательность и самостоятельность, как поставить их в положение маленьких самостоятельных естествоиспытателей» [37.С.30]; - создание стабильного учебника, отвечающего требованиям науки, производства и педагогическим условиям работы гимназий и реальных училищ.
Россия до 1917 г. оставила нам в наследство около сорока учебников, написанных прогрессивными учеными-физиками и педагогами. Начало этому положила «Вольфианская экспериментальная физика» - творческий перевод М.В. Ломоносова (1746), которая служила учебником более сорока лет. Затем появились первые самостоятельные русские учебники: М.Е. Головина «Краткое руководство к физике» (1785) и П.И. Гиляровского «Руководство к физике» (1793 ). В них сочетались научность, рациональная краткость изложения материала с опорой на эксперимент.
Ломоносовская традиция продолжилась в учебниках первой половины XIX века В.В. Петрова, И.И. Страхова, Н.Т. Щеглова [180] и Э.Х. Ленца. В них авторы подчеркивали образовательное значение физики, роль теории и эксперимента при изучении физики, отражали новые открытия в области физики. Особенно большое влияние на развитие изучения физики оказали: «Руководство к физике для гимназий» (1839) академика Э.Х. Ленца, применявшееся в течение 25 лет; «Учебник физики» К.Д .Краевича (1-е издание, 1866); учебник «Начальная физика» Н.А. Любимова (1876). Заслуга их в том, что они отличались достаточной научностью содержания, были построены отчасти двухступенчато, содержал примеры применения физики в технике, материал в них излагался по принципу «от простого к сложному». К.Д. Краевич писал: «Начинать с легчайшего и, восходя постепенно к труднейшему, утруждать учащихся только предметами, им доступными» [74, 193]. Эти работы в первую очередь были ценны тем, что прививали интерес к физике. Но при всех своих достоинствах они имели ряд недостатков: «отличались крайней систематизацией материала, математизацией его и детализацией; очень часто учащиеся не видели настоящей физики» [193].
Особенно интересны для нас работы А.В. Цингера: его знаменитая «Начальная физика» и единственный в литературе по своему характеру сборник «Задачи и вопросы по физике». «Начальная физика» не просто учебник, это научно-художественное произведение. «Заслуга А.В. Цингера состоит в том, что он своими книгами учил десятки миллионов читателей любить физику и понимать физические явления ... Вторым крупным шагом является рать демонстраций: ... физика ставится на экспериментальную основу - показать ученику, что физика вокруг нас, а не в шкафах физического кабинета. Далее - это связь физики с производством. Здесь мы имеем ряд картин, заимствованных из упрощенного производства» [194].
Изучение содержания курсов природоведения и естествознания начальной школы
Сегодня, в условиях социально-экономических преобразований всех сфер общественной жизни и связанной с ними реформы образования, возникли серьёзные проблемы и противоречия в обучении школьников дисциплинам естественного цикла, что привело не только к паде тдю рейтинга курсов, составляющих образовательную область «Естествознание», но и к снижению эффективности обучения. Это отмечают в своих работах многие исследователи: Н.Ю. Румянцева [130], С.А. Холина [171], Р.С. Оганов [108], Г.М. Анохина [6], Н.В. Коновалова [66].
В практике реализации преподавания пропедевтических курсов дисциплин естественного цикла, как отмечает Н.Ю. Румянцева, осуществляется неявная и явная пропедевтика. «Неявная пропедевтика предполагает знакомство с некоторыми примерами формируемых поня#ий, моделями, фрагментами теорий без введения соответствующих понятий и терминов. Явная же пропедевтика предусматривает систематическое и целенаправленное знакомство с конкретными примерами и контр примерами понятий, выделением их существенных признаков; систематичность и целенаправленность в работе с моделями фрагментов теорий» [130.С. 13-14].
Одной из целей пропедевтики естественнонаучных знаний, как отмечалось в главе 1, является подготовка младших школьников не только к изучению систематического курса физики, но и всего естественнЪго цикла школьных дисциплин. Почему мы считаем, что именно физика, а не какой-либо другой предмет, должна изучаться на такой «ранней» стадии обучения? Это связано с тем, что физика является «фундаментом современного естествознания» [130.С. 14]. Основные физические понятия и методы являются рабочими и в других естественных дисциплинах. «Физика является фундаментом естественнонаучного образования, философии естествознания и научно-технического прогресса. Физика как учебный предмет является основой для формирования научного мировоззрения и развития учащихся» [171.С. 6].
Стандарт начального образования, программы учебных дисциплин, учебники для начальной школы по различным предметам предполагают изучение физических явлений, величин и понятий. В программы учебных предметов, изучаемых в начальной школе, включены элементы физики. Так, например, в курс математики вводятся такие понятия, как величина ( длина, масса, время, скорость, путь), ее единицы измерения. Решаются простые задачи на вычисление времени, скорости; устанавливаются соотношения между единицами измерения. В курсе природоведения дети знакомятся с некоторыми физическими приборами (например, термометр), с некоторыми физическими явлениями (испарение воды, таяние льда, смена дня и ночи и др.). Однако использование физических понятий и величин на уроках в начальной школе не сопровождается разъяснением физического смысла, нет такого разъяснения и в методической литературе по данным предметам (математика, природоведение, окружающий мир и т.д. - Б.Е. Райков [126]; В.М. Пакулова, В.И. Кузнецова [111], Г.Е. Ковалева [64], В.П. Горощенко., B.C. Никитина, М.И. Радзиевская [41].
Кроме того, приступая к изучению систематического курса физики в 7 классе, школьники оказываются в сложной ситуации: одновременно идет изучение языка физики (как языка науки) и содержания курса, представленного на этом языке. «Проблема «говорить» на незнакомом языке не способствует созданию положительной мотивации к изучению физики» [130.С. 14]. Для того чтобы успешно изучать основы какой либо науки, необходимо, во-первых, овладеть ее языком. Многие физические термины знакомы младшим школьникам, и они активно ими пользуются, но пояснить их смысл с приемлемой степенью точности затрудняются или дают неверное пояснение. Типичными являются ответы такого содержания: «Энергия - это как бензин. Если у ракеты кончится энергия, она не летит» или «Атом - взрывное вещество, из него делают бомбы» [95.С. 21]. Даже те термины, с которыми они знакомятся в курсах математики и природоведения (вещество, тело и т.д.), поясняются очень неточно, или неверно. То есть у учащихся складываются ложные донаучные представления. Можно сделать следующие выводы: физические понятия, формирование которых предусмотрено стандартом начального обучения и программами различных предметов в начальной школе, сформированы недостаточно полно; у многих учащихся начальной школы стихийно формируются ложные донаучные понятия.
Одним из выходов из сложившийся ситуации, на наш взгляд, является - изучение элементов физики в начальной школе. Формы организации работы с учащимися младших классов могут быть различны, это может быть урок, факультатив или занятие кружка.
Игра и ее элементы в преподавании физики в младших классах
В последние годы наблюдается тенденция снижения познавательного интереса школьников как к физике, так и к учению в целом, что подтверждается проведенными исследованиями психологов. Интересы прагматические превалируют над интересами познавательными, эстетическими, нравственными. Одной из основных тенденций современной школы является ориентация на целостное развитие личности ребенка. Это развитие должно реализовываться в максимально возможной степени на каждом этапе обучения. Стремительный рост объема научной информации требует создания технологии обучения с четко выраженной информационно-развивающей направленностью.
«Формирование у обучаемых навыков выполнения познавательной деятельности, связанной с пониманием ее внутреннего содержания и структуры, четким фиксированием полученной информации и применением ее для самостоятельного разрешения проблемных ситуаций, предполагает в процессе обучения физике не только знакомство с естественной, предметной наглядностью, но и с разнообразными ее заместителями: модельными представлениями физической реальности, относительно новыми средствами кодирования учебной информации» [16.С. 1].
В последнее время в школе, как на уроках, так и в самостоятельной работе учащихся, все чаще и шире стали использоваться различные формы содержательно-знаковой наглядности. Это графы, блок-схемы, опорные сигналы и конспекты, а также структурно-логические схемы. «Особенно большими возможностями в обобщении и систематизации учебных знаний по физике, их получении, хранении и последующей передаче для овладения новыми знаниями имеет вербальная (словесная, терминологическая) форма СЗН, дополненная в большей или меньшей степени графическими и знаковыми включениями и выраженная в виде некоторой схемы, которую условно принято называть структурно-логической схемой и обозначать - СЛС» [16.С. 1].
Изучение литературы и наши исследования показали: структурно-логические схемы являются наиболее приемлемой формой по сравнению с другими, т.к. «они позволяют не только выделить и зафиксировать в сознании учащихся основные элементы физического знания, но и осознать его логическую структуру, что в свою очередь, увеличивает общее понимание усвоенного» [104.С. 39]. При этом огромное значение имеет работа учащихся по составлению вместе с учителем СЛС. Так ученики получают возможность самостоятельного изложения хода рассуждения при выполнении определенной учебной работы. Таким образом, СЛС не только является средством обучения, но и способствует развитию логического мышления учащихся. Очень удобно использовать СЛС при выполнении практических работ по физике с учащимися начальной школы, допустим, составив с помощью учителя последовательный план выполнения работы. Рассмотрим пример использования СЛС при изучении нового материала, например, при изучении темы «Единицы измерения длины». У разных народов в разные времена были свои единицы измерения пространства (длины). Некоторые из тех, которые еще недавно использовались на Руси, показаны в СЛС № 4 [ 17.С. 10].
Огромную роль СЛС играет и при объяснении нового материала. «С помощью СЛС обеспечивается глубокое раскрытие сущности наиболее важного в познавательном и мировоззренческом отношении материала. При этом уменьшается нагрузка на память учащихся, сокращается число возможных ошибок при овладении учебной информацией. Особенно с этим приходится считаться в ходе таких видов обучения, как развивающее и креативное (созидательное), где роль самостоятельных устремлений личности ученика, его менталитета особенно велики и значимы...» [16.С. 8].
Традиционная методика преподавания физики ориентирована на передачу готовой информации школьникам. Однако, если знания уже сформулированы кем-то и предлагаются в готовом виде, то учебная деятельность детей не осуществляется в полной мере, хотя они и выполняют при этом некую «учебную работу». Одна из возможностей подачи информации в курсе физики для 4 класса - это «общение» с рабочей тетрадью. Мы предлагаем большую часть урока физики в 4 классе посвятить практической работе, и одной из форм этой работы может выступать работа с карточками - заданиями и с рабочей тетрадью.
Огромное значение имеет подбор учебной информации, которая используется в различных блоках рабочей тетради по физике. Подбор этой информации должен отвечать, на наш взгляд, следующим требованиям: 1) любая естественнонаучная учебная дисциплина является производной от науки и должна включать систему знаний, достаточных для формирования физической картины мира (ФКМ); 2) информация должна иметь определенное практическое значение; 3) необходимо учитывать возрастные психологические особенности детей; в нашем случае важно, чтобы информация была доступной, красочной, интересной.
Новые знания школьники не столько должны запомнить, сколько усваивать их применение. В практике работы с учащимися начальной школы мы не используем громоздкие формулировки и длинные пояснения. Информация в рабочей тетради дается с помощью пояснительного рисунка, комикса или очень краткого текста. Здесь же отводятся места для записей и рисунков, которые должны сделать сами учащиеся и которые являлись бы ответом на поставленный вопрос, а также предлагаются экспериментальные задания.
По нашему мнению, учащиеся 4 классов обладают значительно более широкими возможностями в усвоении знаний по физике, нежели это предполагалось ранее. У них можно сформировать более высокий уровень абстракции и обобщения, чем тот, на который ориентируется традиционное обучение. Дети этого возраста быстро думают, фантазируют, изобретают, но медленно пишут, и в такой ситуации, как нам кажется, задания на печатной основе помогут учителю сэкономить вр мя на занятии. Эти возрастные особенности учащихся начальной школы и были учтены нами при составлении раздаточных материалов по физике. Рассмотрим несколько фрагментов таких заданий при изучении различных тем.
Проблемы профессиональной подготовки студентов педагогического вуза к преподаванию физики в начальной школе
Результаты внедрения преподавания элементов физики в начальной школе в школьную систему научения физике .
Разработанный курс впервые был апробирован на занятиях с учащимися средней школы № 48 г. Самары. В это время программа по физике для начальной школы уточнялась, корректировались выбранные методы работы. Это был этап становления экспериментальной проверки эффективности внедрения спецкурса в школьный учебный процесс. Нами была принята полная пятибалльная система оценки учебной деятельности учащихся. Степень обученности учащихся (СОУ) рассчитывалась по результатам срезовых работ выходного контроля. Работа в этот период (и в дальнейшем) проводилась на первом (высшем) уровне требований.
В 1997 — 2003 гг. к проверочному эксперименту были привлечены другие учителя. В средней школе №59 - Б.Ю. Кузин, в средней школе № 48 - Е.И. Солодухин, в РДТТу «Электрон» - Н.В. Черткова. В школах классы непрофильные, степень обученности учащихся не превосходила 35%. В школе № 149 курс проходит вне расписания, в рамках факультатива по физике. Для статистической проверки результатов апробации курса нами был применен критерий Макнамары. Этот критерий «предназначен для сравнения распределений объектов двух совокупностей по состоянию некоторого свойства на основе измерений по шкале наименований этого свойства в двух зависимых выборках из рассматриваемых совокупностей» [52.С. 95]. Пусть X - случайная величина при первичном измерении (в нашем случае это входной контроль), Y - случайная величина при вторичном измерении (в нашем случае это выходной контроль).
Будем считать, что шкала наименований состоит из двух категорий: «усвоил», если полученная оценка по принятой пятибалльной шкале не меньше трех баллов, и «не усвоил», если полученная оценка меньше трех баллов. Первую категорию шкалы в этом случае обозначим «1», вторую -«О».
Для применения критерия Макнамары составим четырехклеточную таблицу «2x2». а=71 (число пар, у которых х=0, у=0) Ь=26 (число пар, у которых х=0, у=1) с=0 (число пар, у которых х=1, у=0) d=213 (число пар, у которых х=1, у=1) Требования, накладываемые на условия применения критерия Макнамары, в нашем случае выполнены: шкала наименований содержит две категории, члены выборки не влияют друг на друга, выборки случайные и зависимые. Сформулируем гипотезы, проверяемые с помощью применяемого критерия. Нулевая гипотеза Н0 состоит в том, что введение изучения элементов физики в начальной школе не влияет положительно на степень обученности учащихся по физике. Альтернативная гипотеза Нх заключается в обратном утверждении, а именно: введение элементов физики в начальной школе положительно влияет на степень обученности учащихся по физике.
Статистика критерия выбирается следующим образом. Если Ь+с 20, то в качестве статистики выбирается величина Так как нулевая гипотеза отклоняется, то на уровне значимости а=0,01 (и подавно на уровне значимости а=0,05) принимается альтернативная гипотеза - введение элементов физики в начальной школе положительно влияет на изменение степени обученности учащихся.
О влиянии на качество образования спецкурсов вузовского и послевузовского уровня можно судить опосредованно. Так, учителя высшей категории - Б.Ю. Кузин, Е.И. Солодухин, к.п.н. - Н.В. Черткова успешно и результативно участвуют в эксперименте, активно занимаются изучением работы с учащимися начальной школы. Полученные знания педагоги не только применяют на собственных уроках, но и выступают с сообщениями и докладами на методических объединениях, делятся ими с коллегами.
Оценить степень эффективности вузовского спецкурса в контексте поставленной проблемы оказалось так же сложно. Для этого следовало бы разработать свои критерии оценки, но это выходит за рамки данного исследования и представляется самостоятельной проблемой. Вузовский спецкурс рассматривался и разрабатывался нами как вспомогательное средство для обеспечения школьного курса. Привлечение в школу вузовских преподавателей для изменения уровня содержания школьного образования проблему не решит. Поэтому уже сегодня необходимо подумать о том, с чем придет в школу завтрашний выпускник педагогического университета. Расширению его кругозора как раз и способствуют специальные курсы [48, 70, 108, 146, 152].
Выводы к главе 3: 1. Одним из критериев качества образования является степень обученности учащихся. 2. К показателям степени обученности учащихся относится различение, запоминание, понимание, простейіїше (элементарные) умения и навыки, перенос. 3. Существует три уровня требований учителя, при этом степень обученности учащихся можно выразить линейной зависимостью от порядкового номера показателя СОУ. 4. Результаты исследования показывают положительное влияние введения элементов физики в начальной школе на степень обученности учащихся. Это подтверждает примененный для статистической проверки результатов апробации критерий Макнамары.
