Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ИНТЕГРАТИВНЫЙ МОДУЛЬ КАК ДИДАКТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ОБОБЩЕНИЯ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ УЧАЩИХСЯ ПО ФИЗИКЕ
1.1. Теория и практика модульного обучения физике учащихся средней школы 14
1.2. Формирование обобщённых видов учебно-познавательной деятельности учащихся в процессе их самостоятельной работы над модульной программой по физике
1.3. Структура, классификация, дидактические функции и формы реализации иптегративного физико-информационного модуля 62
Выводы по главе 181
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ОБОБЩЁННЫХ ЗНАНИЙ И УМЕНИИ УЧАЩИХСЯ ПО ФИЗИКЕ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАТИВНОГО ФИЗИКО-ИНФОРМАЦИОННОГО МОДУЛЯ... 83
2.1. Цели, содержательные средства, методические особенности обобщения и систематизации знаний и умений учащихся по физике на основе интегративного модуля 84
2.2. Формирование обобщённых умений выдвигать гипотезы, строить модели физических систем в процессе работы с интегративным физико-информационным модулем
2.3. Методика модульного обобщения знаний и умений в процессе изучения учащимися вопросов: набор данных физической величины, модель физического процесса, цифровые измерения в физике
2.3.1 Содержание и методика применения модуля «Цифровые измерения в физике» 133
2.3.2 Изучение колебательных процессов на автоматизированной модели физического маятника 137
2.3.3 Измерение частоты, периода, ускорения свободного падения.. 145
Выводы по главе II
ГЛАВА III. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 151
3.1. Цели, задачи, этапы и критерии педагогического эксперимента 151
3.2. Методика проведения, содержание и результаты констатирующего эксперимента 162
3.3. Методика проведения и результаты поискового и обучающего экспериментов 164
3.4. Результаты формирующего эксперимента 170
Выводы по главе III 182
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 183
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 188
ПРИЛОЖЕНИЯ 206
- Теория и практика модульного обучения физике учащихся средней школы
- Цели, содержательные средства, методические особенности обобщения и систематизации знаний и умений учащихся по физике на основе интегративного модуля
- Цели, задачи, этапы и критерии педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность исследования. Государственный стандарт общего образования в числе приоритетных направлений модернизации российского образования выделяет такие, которые предусматривают внедрение в процесс обучения современных информационных технологий. Они изменяют не только способы приобретения знаний и умений, формы общения между обучаемым и обучающим, но и обеспечивают развитие общих учебных умений и навыков, обобщённых способов познавательной, творческой деятельности. На первый план выдвигаются задачи обучения способам самостоятельного приобретения знаний, развития опыта учебно-исследовательской деятельности учащихся с учётом индивидуальных интересов и возможностей каждого.
В качестве целей обучения физике образовательный стандарт выделяет умения описывать и строить модели систем физической природы, устанавливать границы их применимости; выполнять экспериментальные исследования с применением информационных технологий. Данные умения являются обобщёнными, их успешное формирование и развитие возможно в условиях преемственных связей на основе такого метода научного познания, как моделирование.
Информационные модели физических объектов в настоящее время становятся предметом изучения и средством учебной деятельности учащихся средней школы. Обучение их этой деятельности предусматривается инновационным научно-педагогическим проектом «Информатизация системы образования».
В силу принципа единства содержания и процесса обучения, моделирование явлений и закономерностей имеет отношение не только к его содержательной стороне, но и к процессуальной. Обобщение и систематизация физических знаний, умений; самостоятельное их приобретение; использование современных форм, методов и средств реализации видов учебно-познавательной деятельности, например, таких, как модульное обучение в условиях научно-педагогического проекта «Информатизация системы образования», приобретает особую значимость, потому что осуществляет принцип преемственности физики и информатики. Такие интегративные модули в качестве дидактических средств обучения в условиях реализации вышеназванного проекта требуют специального исследования.
Проблеме модульного обучения посвящено достаточное количество работ (П.А. Юцявичене, П.И. Третьяков, М.А. Чошанов, Т.И. Шамова, И.С. Кара-сова, А.В. Карпушев, О.Н. Королёва, Л.И. Васильев и др.). В них исследуются структура и содержание модульных программ, виды и способы активизации учебно-познавательной деятельности учащихся, формы организации их самостоятельной работы, в том числе, в дисциплинах интегративного содержания. Например, О.Е. Акулич в рамках интегративного модуля применительно к физике, изучаемой студентами медицинского вуза, разработала ценностно-
смысловой аспект модульного обучения. Однако, в этой и других работах, создание и применение интегративного модуля физико-информационной направленности для раскрытия преемственных связей физики с информатикой в содержательном и процессуальном аспектах обучения физическому моделированию не рассматривалось.
В курсе информатики физические модели изучаются без выяснения сущности моделируемых явлений. В частности, в этой дисциплине не раскрываются причинно-следственные связи между физическими величинами, описывающими явления, что существенно сужает дидактическую ценность моделирования для изучения физики. В то же время, современное аппаратно-программное обеспечение, в частности, компьютеризированного физического эксперимента позволяет обучать школьников моделированию физических явлений и закономерностей.
Таким образом, актуальность настоящего исследования обусловлена противоречиями между современными тенденциями развития общества, связанными с информатизацией образования, и недостаточной разработанностью путей и средств комплексной реализации компьютерного моделирования в обучении учащихся физике; между необходимостью развития обобщённых знаний и умений по физике на основе компьютерного моделирования и сложностью его выполнения учителями в условиях устоявшихся традиционных форм и средств обучения физике; между необходимостью включения в образовательный процесс по физике современных дидактических средств обучения и недостаточной разработанностью методики их реализации.
Необходимость разрешения данных противоречий определила актуальность проблемы исследования, заключающейся в поиске ответов на вопрос: как посредством физико-информационного модуля возможно осуществление преемственных связей между физикой и информатикой, формирование и развитие на их основе обобщённых знаний и умений по физике у учащихся средней школы.
Тема исследования: «Физико-информационный модуль как средство формирования и развития у учащихся средней школы обобщённых знаний и умений по физике».
Объект исследования - процесс обучения физике учащихся средней школы с использованием современных дидактических средств.
Предмет исследования - процесс формирования и развития у школьников обобщённых знаний и умений по физике посредством интегративного физико-информационного модуля, реализующего преемственные связи физики с информатикой.
Цель исследования состоит в обосновании и разработке структуры и содержания физико-информационного модуля и методики работы с ним в процессе формирования и развития обобщённых знаний и умений по физике у учащихся средней школы.
Гипотеза исследования: если в образовательный процесс по физике включить современное дидактическое средство обучения - физико-информационный модуль, отражающий комплексные цели учения школьников, уров-невый характер обобщённых знаний и умений по физике и информатике, этапы организации видов учебно-познавательной деятельности, то это может способствовать:
формированию у школьников обобщённого умения моделирования физических явлений, закономерностей с использованием компьютеризированного и вычислительного экспериментов;
повышению качества знаний учащихся по физике и умений их самостоятельного приобретения в условиях реализации преемственных связей физики с информатикой.
Исходя из сформулированных цели и гипотезы, поставлены следующие задачи исследования:
Изучить состояние проблемы в области разработки интегративного физико-информационного модуля и его использования в процессе обобщения и систематизации знаний и умений учащихся средней школы по физике.
Обосновать роль физико-информационного модуля в формировании обобщённых знаний и умений по физике учащихся средней школы.
Разработать в соответствии с этапами и логикой цикла учебного познания (В.Г. Разумовского) структуру и содержание физико-информационного модуля как дидактического средства формирования и развития обобщённых знаний и умений по физике у учащихся средней школы.
Разработать методику формирования и развития обобщённых знаний и умений по физике на основе модуля; обобщённую структуру деятельности по осуществлению вычислительного физического эксперимента в процессе обучения физике учащихся средней школы.
Осуществить педагогический эксперимент, в ходе которого проверить гипотезу исследования.
Методологический базис исследования составляют: диалектический метод познания действительности; теория развивающего обучения, законы динамического развития личности, в основе которых лежат принципы активизации учебно-познавательной деятельности и познавательной самостоятельности на основе развития личностного опыта обучаемого; теория систем; теория содержания общего образования; теория формирования обобщенных умений; система подходов (деятельностного, личностно ориентированного, интегративного).
Теоретической основой исследования являются: психологическая теория деятельности (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.); теория отбора и структурирования содержания образования (Л.Я. Зорина, В.В. Краевский, И.Я. Лернер, В.В. Мултановский, А.А. Пинский, В.Г. Разумовский, М.Н. Скаткин и др.); теория самостоятельной познавательной деятельности (А.В. Усова, П.И. Пидкасистый, Т.И Шамо-
ва, Н.Н. Тулькибаева, П.В. Зуев, Е.В. Оспенникова и др.); теория образовательных технологий (В.П. Беспалько, В.А. Гузеев, М.В. Кларин, Г.К. Селевко); теория интегративных и преемственных связей (В.Н. Фёдорова, А.В. Усова, Г.Г. Гранатов, А.В. Петров, С.Н. Бабина, Т.Н. Гнитецкая, А.И. Гурьев, С.А. Старченко, С.А. Суровикина, М.В. Потапова, А.П. Усольцев, О.А. Яво-рук, Г.А. Ларионова, B.C. Елагина и др.); дидактические теории комплексного использования средств обучения (Г.И. Pax, С.Г. Шаповаленко и др.); теория управления и самоуправления (В.И. Земцова, В.И. Андреев, Д.Ф. Ильясов, Г.Н. Сериков, А.А. Попова и др.); исследования в области применения новых информационных технологий в обучении физике (Ю.А. Винницкий, Н.Н. Гомулина, СВ. Грызлов, Б.М. Игошев, В.А. Извозчиков, Д.А. Исаев, СЕ. Каменецкий, А.С Кондратьев, В.В. Лаптев, Е.Ю. Левченко, Р.В. Майер, Е.В. Оспенникова, Н.С Пурышева, А.В. Смирнов, М.И. Старовиков и др.); исследования, посвященные разработке средств новых информационных технологий обучения (Ю.А. Гороховатский, В.В Ларионова, Д.Ш. Матрос, А.А. Оспенников, Е.С Полат, И.В. Роберт); теория и методика обучения физике (А.В. Усова, И.Л. Беленок, В.А. Бетев, А.А. Бобров, СВ. Бубликов, А.И. Бугаев, М.Д. Даммер, В.И. Земцова, И.С Карасова, А.Н. Крутский, РИ. Малафеев, Е.В. Оспенникова, Ю.А. Сауров, В.И. Тесленко, Т.Н. Шамало, А.А. Шапоповалов, Н.В. Шаронова и др.).
Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследования: теоретический анализ проблемы на основе изученной научной и методической литературы; анализ теоретических исследований и практических наработок по методике формирования и развития обобщённых знаний и умений; анализ теоретических исследований и практических рекомендаций по модульному обучению, по использованию электронных средств обучения физике; анализ теоретических исследований в области использования моделирования в эксперименте; анкетирование; тестирование учащихся, учителей; анализ письменных работ учащихся; статистическая обработка результатов педагогического эксперимента; экспериментальное преподавание.
Научная новизна исследования:
Обоснована целесообразность включения в образовательный процесс по физике интегративного дидактического средства - физико-информационного модуля, обеспечивающего реализацию преемственных связей физики с информатикой, методов и приёмов обобщения знаний и умений; развитие познавательной самостоятельности учащихся.
Разработаны на основе этапов и логики учебного познания структура и содержание интегративного физико-информационного модуля как дидактического средства, включающего целевые компоненты модуля (комплексный, ин-тегративный, частно-дидактический); знаковые модели физических систем; вьгаислительный и компьютеризированный эксперимент; обобщённые знания и умения по физике, способствующие организации экспериментальной и учеб-
но-исследовательской деятельности учащихся, формированию положительных мотивов учения, развитию познавательной самостоятельности.
Разработана методика формирования и развития обобщённых знаний и умений учащихся по физике в процессе их работы с физико-информационным модулем на основе этапов организации учебно-познавательной деятельности учащихся (внутренней и внешней упорядоченности частей целого; совокупности действий по взаимодействию частей целого; субъект-субъектного взаимодействия обучающего и обучаемого), входящих в структуру и содержание физико-информационного модуля.
Определён состав действий при выполнении вычислительного физического эксперимента, разработан обобщённый план его выполнения учащимися.
Теоретическая значимость:
Разработана методологическая модель методики формирования обобщённых знаний и умений у учащихся средней школы на основе интегративного физико-информационного модуля, отражающая три этапа организационной деятельности участников образовательного процесса: внутреннюю и внешнюю упорядоченность и согласованность частей целого; совокупность действий, ведущих к образованию взаимосвязей между частями целого; субъект-субъектное общение участников образовательного процесса, способствующее развитию познавательной самостоятельности обучаемого.
Разработаны требования к конструированию интегративного физико-информационного модуля, отражающие: 1) единство физических и информационных процессов; 2) организацию обратной связи между этапами познавательного цикла; 3) раскрытие свойств физических процессов на основе исследования знаковой модели; 4) использование алгоритмической основы вычислительного эксперимента, методов параметризации в моделировании для приобретения учащимися опыта вьщвижения физических гипотез, их проверки в процессе самостоятельной познавательной деятельности.
Практическая значимость исследования заключается в разработке: 1. Методических рекомендаций по формированию обобщенных знаний и умений на основе интегративного физико-информационного модуля; включению вычислительного и компьютеризированного экспериментов в структуру физико-информационного модуля для формирования обобщённых знаний и умения моделирования учащимися физических процессов; организации учебно-исследовательской деятельности учащихся в процессе изучения физических явлений и закономерностей на основе натурного и виртуального экспериментов.
Содержания и методики реализации компьютеризированного эксперимента на основе автоматизированной модели маятника для изучения колебательного и вращательного движения в условиях модульного обучения учащихся старшей профильной школы.
Разработана программа, структура и содержание элективного курса «Вычислительная физика» для учащихся старшей профильной школы.
Этапы исследования. Диссертационное исследование проведено в течение 2004-2009 гг. в четыре этапа.
Первый этап (2004-2005 гг.) - подготовительно-поисковый, включает: изучение документов, философской, психолого-педагогической, методической литературы, диссертационных исследований; анализ состояния проблемы; формирование темы, определение цели и задач, объекта и предмета, рабочей гипотезы исследования; разработку понятийного аппарата; проведение констатирующего и поискового экспериментов.
Второй этап (2005-2006 гг.) - аналитический, включает: разработку и теоретическое обоснование целесообразности использования в образовательном процессе по физике интегративного модуля как дидактического средства обобщения знаний и умений по физике в условиях информатизации обучения; конструирование структуры и содержания физико-информационного модуля, программа которого включает теоретический и экспериментальный материал с использованием компьютеризированного эксперимента; выбор критериев и показателей отслеживания результативности использования физико-информационного модуля в формировании и развитии обобщенных знаний и умений учащихся средней школы.
На третьем этапе (2006-2008 гг.) - формирующем, осуществлялась экспериментальная проверка вьщвинутои гипотезы; применялся интегративныи модуль (физико-информационный), как дидактическое средство обобщения знаний и умений учащихся средней школы, оценивалась результативность проведения педагогического эксперимента.
Четвертый этап (2008-2009 гг.) - контрольный включал в себя эксперимент по проверке влияния физико-информационного модуля на качество усвоения знаний и умений, развитие познавательной самостоятельности учащихся средней школы; коррекцию полученных результатов; оформление результатов исследования.
Экспериментальная база исследования: Муниципальные образовательные учреждения «Межшкольный учебный комбинат учащихся г. Кургана», физико-математический «Лицей № 12», средние общеобразовательные школы №№ 38, 48, 50 г. Кургана, Институт повышения квалификации и переподготовки работников образования Курганской области.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены использованием взаимодополняющих методов педагогического исследования, адекватных поставленным задачам; длительностью эксперимента, его повторяемостью; применением статистических методов обработки результатов эксперимента; соблюдением основных требований к организации педагогического эксперимента.
Апробация и внедрение полученных результатов осуществлялись путём выступлений и обсуждений на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: 1) «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики» (г. Екатеринбург, УрГПУ, 2007 г.); 2) «Совер-
шенствование профессионально-методической подготовки учителей физики» (г. Орск, ОрГТУ, 2007 г.); 3) «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся и студентов вузов» (г. Челябинск, III, XIV-я, XV-я конференции на базе ЧГПУ, 2008, 2009 гг.); 4) публикаций в сборниках: «Актуальные проблемы развития высшего и среднего образования» (ЧГПУ, 2007-2009 гг.), «Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского госуниверситета» (2007-2009 гг.). Методика и дидактические средства, разработанные в ходе исследования, внедрены в учебный процесс ИПКиПРО Курганской области, МОУ «Лицей 12», средних школ №№ 38, 48, 50 г. Кургана. На защиту выносятся следующие положения:
1. Обучение физике учащихся средней школы на основе интегративного фи
зико-информационного модуля определено необходимостью реализации пре
емственных связей физики и информатики; формирования общих для данных
предметов умений (до уровня обобщённых) на основе натурного, виртуаль
ного экспериментов; развития мотивации учения школьников, их познава
тельной самостоятельности.
Структура и содержание физико-информационного модуля как дидактического средства реализации преемственных связей физики с информатикой включают: знаковые модели физических систем, вычислительный и компьютеризированный эксперименты; обобщённые знания и умения по физике и информатике; метод моделирования в физике.
Физико-информационный модуль, включающий теоретический и практический материал, эксперимент (натурный и виртуальный) способствует развитию учебно-исследовательской деятельности и познавательной самостоятельности школьников, мотивации их учения.
Методологическая модель методики формирования обобщенных знаний и умений учащихся средней школы на основе физико-информационного модуля отражает процесс организации учебно-познавательной деятельности, включающей совокупность действий по упорядочению частей целого; по их взаимодействию в совместном общении субъектов образовательного пространства.
Обобщённый план проведения вычислительного физического эксперимента в условиях модульного обучения отражает логику этапов познавательных циклов в процессе учебного познания, единство физических и информационных процессов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, библиографического списка из 213 наименований. Содержит 233 страницы, в том числе 185 страниц основного текста, 11 приложений, 27 таблиц, 3 диаграммы, 20 рисунков.
Теория и практика модульного обучения физике учащихся средней школы
Принцип модульности как сочетание автономии структуры, содержания целей управления и описания видов познавательной деятельности учащихся имеет фундаментальные общенаучные основания. В педагогике его генезис можно описать как качественную эволюцию программированного обучения (N.A. Crowder, В. Skinner, D. Gilford и др.) в методологии системного подхода (А.И. Берг, В.П. Беспалько, А.А. Вербицкий) [11,63].
Предпосылками разработки и применения модульного обучения являются:
1) личностный подход как совокупность отношений человека к миру, реализуемых в учебно-познавательной деятельности, характер взаимодействия учителя и ученика; возможности реализации механизмов саморегуляции, самоорганизации, самообучения; приёмы развития субъектного опыта в учении (И.С. Якиманская, Е.В. Бондаревская);
2) перенос вектора стратегии «формирования» в обучении в стратегию «развития» личности (Д.Г. Левитас);
3) рассмотрение учащегося как субъекта образовательного процесса. Раскрытие индивидуализации как ведущего принципа модульного обучения сделали его объектом плодотворных исследований в психодидактике (А.Н. Крутский, А.И. Подольский), методике обучения частным предметам средней и высшей школ (И.С. Карасова, Н.А. Морозова, П.И. Третьяков, Т.И. Шамова, М.А. Чо-шанов и др.);
4) теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина) в процессе развития мышления учащихся, способствующего переводу учащихся с уровня потенциального на уровень актуального развития (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, В.В. Давыдов). Существенны и психофизиологические основания модульной концепции обучения. Так, согласно общей теории функциональных систем модульная структура нейронных сетей мозга человека является уникальным модулем сетевых связей между нейронами, отвечающими за системное квантование временных процессов обработки информации. Иными словами, трансформация информации как темпоральный процесс соединяет в себе признаки, как структуры, так и действия, порождаемого данной структурой (П.К. Анохин, В. Маунткастл, Н.М. Амосов). Развитие идей теории установки как внутренней готовности субъекта к восприятию (Д. Узнадзе) включает концепцию Р. Солсо интерпретации модели функциональной закреплённости К. Дункера в обучении. Связь успешности учения и установки Солсо проводит с помощью теории функциональной закрепленности К. Дункера, разработанной на основе работ М. Вертгеймера, К. Коффки, В. Келлера. В данной теории объекты воспринимаются в обучении в зависимости от того, как они используются на более низком уровне (донаучных восприятий), что затрудняет и фактически препятствует их общему применению, то есть возможности переноса знаний в новый контекст, их обобщения и включения в систему, что соответствует задачам и целям модульного подхода в обучении [176, 134, 206].
Основателем модульного подхода в педагогике считается J. Russel, чьи идеи легли в основу многочисленных последующих адаптации, изменений, дополнений (В., М. Goldschmid, A. Curh, П.А. Юцявичене и др.), достигших в настоящее время уровня иерархии педагогических теорий и технологий обучения [201,203,206].
Проблема дидактических основ интегративных форм обучения исследуется в дидактике в условиях активно-деятельностного подхода, интеграции научного знания, содержания познавательной деятельности (М.Д. Даммер, Г.Г. Гранатов, Л.Я. Зорина, А.Н. Звягин, И.С. Карасова, А.В. Усова и др.), диагностики учебных достижений (В.Ф. Башарин, A.M. Лозинская, Н.Н. Тулькибаева), что в таксономии целей (В. Blum, D. Gilford) соответст вует уровню предметных, оперативных дидактических функций (познавательно-операционных) [60, 61 64, 67, 75].
Многоуровневый характер целей модульного обучения включает: 1-й уровень — интегративные цели обучения; 2-й уровень — комплексные учебные цели предмета; 3-й уровень — частно-дидактические учебные цели конкретных видов занятий [200, 203, 206].
В модульном обучении 2-й уровень (комплексная дидактическая цель) реализуется всей модульной программой (совокупностью логически связанных модулей). Оперативные цели, сформулированные к учебному элементу модуля, определяют конкретные виды деятельности по усвоению знаний, умений, мыслительных операций, алгоритмических предписаний, что особенно важно в условиях проекта «Информатизация системы образования».
Реализацию интегрирующей цели обеспечивает конкретный модуль. Каждая интегрирующая дидактическая цель состоит из частных дидактических целей. Реализацию частных целей обеспечивают конкретные учебные элементы (УЭ), составляющие в совокупности с инструкциями ученика и картой для учителя содержание модуля.
С другой стороны, поскольку интеграция учебных дисциплин — процесс и результат объединения методов, объектов исследования для достижения комплексных целей, постольку интегративные формы и методы обучения соответствуют целям объединения объектов и средств изучения, предметных знаний для эффективного управления процессом обобщения и систематизации знаний и умений их комплексного применения и самостоятельного приобретения.
Цели, содержательные средства, методические особенности обобщения и систематизации знаний и умений учащихся по физике на основе интегративного модуля
В соответствии с таксономией целей обучения Б. Блум, В. Оконь выделяют шесть категорий целей: знания (информация); понимание (трансформация знаний, приведение их в систему различной степени общности); применение в новых условиях (экстраполяция); анализ (деление целого); синтез (объединение элементов); оценка (умение оценить истинность идей, методов, достигнутых результатов [124, 171]. В. Оконь выделяет применение знаний на репродуктивном и творческом уровне понимания. Все категории целей применимы к физическому моделированию; они отражают выполнение его этапов. Обучение системным знаниям и умениям их обобщать на основе моделирования требует выявления степени обобщённости на репродуктивном, частично-поисковом и продуктивном уровнях, в предмете данного исследования с использованием интегративного физико-информационного модуля.
Таким образом, в качестве целей реализации интегративного модуля следует для обобщения и систематизации знаний по физике следует выделить: 1) систему знаний о структуре, задачах, содержании элективного курса «Основы вычислительной физики»; 2) совокупность представлений о профильной направленности модульной программы, способствующей развитию обобщённых знаний учащихся; 3) знания о целях, средствах моделирования в физике на основе компьютера, необходимых алгоритмических конструкций, структур; 4) знания о способах представления данных учебного исследования для получения новых знаний, умений выдвигать гипотезы и проверять их на опыте (вычислительный, компьютеризированный эксперименты); 5) умения классифицировать физические задачи по типам целей и средств при изучении следствий из физических теорий.
Информационная образовательная среда является фактором восприятия и преобразования учебной информации (Е.В. Оспенникова, Д.Ш. Матрос, О.Н. Шарова, С.А. Смирнов). В интегративном модуле она служит средст вом когнитивной визуализации физически значимой информации в новой для школьников наглядной форме (динамических графиков пространственно-временных процессов, таблиц, видеофрагментов). Эта информация позволяет уточнить вышеназванные цели оубчения в соответствии с их уровневым характером: а) уровнем запоминания и воспроизведения информации (репродуктивный); б) уровнем понимания целеполагания, причинно-следственных связей между эмпирическим, теоретическим и модельным представлениями (частично-поисковый); в) уровнем установления в полном соответствии с познавательным циклом научного применения системы знаний для самостоятельного исследования в процессе получения знаний более высокого уровня обобщённости, умения их объективно оценивать (продуктивный).
Поскольку цели определяют содержание обучения, рассмотрим основные аспекты содержательно-смысловых связей физики и информатики для проектирования интегративного обучающего модуля. Они могут быть классифицированы в соответствии с общей схемой. Для целей настоящего исследования существенны внутрипредметные связи (Ю.К. Бабанский, A.M. Прохоров) и межпредметные (А.В. Усова, В.Н. Фёдорова), которые классифицируют по: видам познавательной деятельности (репродуктивные, конструктивные, продуктивные); характеру результата (статические, динамические, преобразования, порождения); процессуальному признаку управления, развития, функциональности, интенсивности (локальные, нелокальные); межпредметным связям: содер.жательные (фактологические, понятийные, теоретические); деятелъностные (познавательные, поисковые, практические); организационные (планирования, организации и исполнения, самоконтроля за исполнением).
В соответствии с уровнями описания содержания обучения (И.Я. Лер-нер, М.Ы. Скаткин, В.В. Краевский) представим во взаимосвязи основные компоненты элективного курса «Основы вычислительной физики» в виде структурно-логической схемы (рисунок 10). Содержание курса ориентировано на формирование системы обобщённых знаний и умений, методологиче скнх знаний (о структуре научной теории, целях, методах и формах исследования в физике) в процессе реализации интегративного модуля на основе исследования в физике.
Цели, задачи, этапы и критерии педагогического эксперимента
Теоретической основой педагогического эксперимента послужили идеи о содержании, организации и методике обработки результатов педагогического исследования, представленные в работах М.М. Басимова, В.П. Бес-палько, И.С. Карасовой, Г.А. Карповой, Д.А. Новикова, А.В. Усовой, АА. Шаповалова и др. [7; 8; 13; 75; 119; 181].
Опытно-экспериментальная работа (ОЭР) проводилась в три этапа: констатирующий (2004-2006), поисковый (2006-2008), формирующий (2008-2009) эксперименты. Базой исследования явились Межшкольный учебный комбинат учащихся г. Кургана, МОУ физико-математический «Лицей 12», средние школы № № 38, 50, 48 г. Кургана, ИПКиПРО Курганской области. В работе приняли участие более 350 учащихся из 12 средних школ г. Кургана, 12 учителей информатики, 16 учителей физики, методисты и курсанты ИПКиПРО Курганской области.
В процессе ОЭР применялись наблюдение, анкетирование, опрос, беседа, интервью, тестирование, экспертиза на различных этапах педагогического исследования {констатирующем, поисковом, формирующем).
Основной целью педагогического эксперимента послужила проверка исходной гипотезы об эффективности модульного обучения для перевода учащихся на более высокий уровень обобщённости и системности физических знаний, умения физического моделирования с применением компьютера; формирования самостоятельности как интегрального качества личности учащегося, индивидуального стиля познавательной деятельности.
В качестве критериев результативности разработанной методики поэтапного формирования обобщённых знаний и умений по физике на основе интегративного дидактического средства - физико-информационного модуля были выбраны: 1) качество знаний учащихся по физике; 2) качество сформированности умений обобщать знания в условиях преемственных связей физики с информатикой; 3) качество сформированности у школьников умения моделирования в физике при выполнении компьютерного эксперимента; 4) уровень познавательной самостоятельности учащихся школы в процессе освоения компонентов физико-информационного модуля.
Первый этап эксперимента носил констатирующий и частично-поисковый характер. На этом этапе:
1) изучено современное состояние проблемы интегративных форм обучения физике для решения задач обобщения знаний и умений в компьютерной образовательной среде; проанализированы существующие подходы к определению структуры обобщённых познавательных умений; выявлены недостатки в формировании обобщённых знаний и познавательных умений по физике в компьютерной образовательной среде на базовом и профильном уровнях обучения в школе;
2) осуществлён анализ учебных программ по физике, математике и информатике, пособий по методикам обучения, средствам индивидуализации учения, возможностям организации компьютерного обучения физике для формирования мотивационной самостоятельности, определения причин неэффективности традиционного обучения обобщённым умениям, умению моделирования в физике;
3) уточнены критерии отслеживания уровней обобщённости физических знаний учащихся; умений комплексного их применения в компьютерной среде при изучении следствий физических теорий;
4) выделены принципы конструирования методики обучения компьютерному эксперименту, обобщению знаний по физике в условиях интегратив-ного модуля;
5) уточнено определение интегративного физико-информационного модуля;
6) уточнены организационные и дидактические требования к проектированию технологии модульного обучения, оценке учебной мотивации изучения физики в контрольной и экспериментальной группах, для чего на этом этапе эксперимента были выделены контрольная и экспериментальная группы с одинаковым уровнем начальных знаний с целью эмпирической проверки эффективности методики применения интегративного модуля для обобщения знаний учащихся по физике.
Для оценки однородности состава контрольной и экспериментальной выборок применялись тесты базовых знаний и контрольные задания по физике; тесты когнитивной направленности (логико-количественные отношения, Равепа, числовые ряды, внимание/память, интеллект).
Второй этап педагогического эксперимент — поисковый включал последовательное выполнение нескольких задач:
1) поиск активных видов учебно-познавательной деятельности учащихся с применением элементов компьютерной физики в условиях классно-урочной и модульной систем обучения физике с использованием самостоятельной работы школьников;
