Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы формирования физико-технических умений учащихся.
1.1. Понятие «физико-технические умения» 14
1.2. Анализ возможностей формирования физико-технических умений учащихся в рамках базового школьного курса физики 17
1.3. Анализ возможностей формирования физико-технических умений учащихся в рамках элективного курса физики 20
1.4. Тематика, программы и цели занятий традиционных кружков и ранее созданных элективных курсов по физике 21
1.5. Необходимость работы по формированию физико-технических умений учащихся 23
1.6. Проблемы внедрения элективных курсов и организации физико-технической деятельности учащихся 27
1.7. Воспитательное значение занятий физико-технического элективного курса
1.7.1. Физико-технический элективный курс как средство развития творческого технического мышления 29
1.7.2. Физико-технический элективный курс как средство развития личности и навыков межличностного общения 33
1.7.3. Физико-технический элективный курс как средство трудового воспитания 36
1.8. Основные выводы к главе 1 41
Глава 2. Содержание физико-технического элективного курса
2.1. Принципы отбора содержания элективного курса 44
2.2. Программа физико-технического элективного курса «Физические основы технических устройств».
2.2.1. Объяснительная записка 50
2.2.2. Требования к физико-технической подготовке учащихся 52
2.2.3. Содержание обучения 53
2.2.4. Содержание разделов программы 54
2.3. Основные выводы к главе 2 61
Глава 3. Методика формирования физико-технических умений учащихся на занятиях элективного курса.
3.1. Выбор педагогической технологии обучения 64
3.2. Модель методики формирования физико-технических умений у учащихся общеобразовательной школы 69
3.3. Методика проведения занятий и обучения учащихся 79
3.4. Тематическое планирование учебного материала 91
3.5. Материальная база для проведения занятий элективного курса 94
3.6. Рекомендации по обеспечению соблюдения правил техники
безопасности и охраны здоровья учащихся 104
3.7. Критерии уровня развития структурных компонентов физико-технических умений учащихся 105
3.8. Пример реализации методики обучения учащихся на занятии элективного курса 108
3.9. Пример оценки уровня развития компонентов физико-технических умений учащихся 131
3.10. Основные выводы к Главе 3 139
Глава 4. Педагогический эксперимент
4.1. Организация и методика проведения педагогического эксперимента. 142
4.2. Констатирующий этап педагогического эксперимента 143
4.3. Поисковый этап педагогического эксперимента 152
4.4. Обучающий этап педагогического эксперимента 164
4.5. Основные выводы к Главе 4 171
4.6. Основные результаты и выводы исследования 172
Заключение 173
Список литературы 175
Приложения 193
- Понятие «физико-технические умения»
- Принципы отбора содержания элективного курса
- Выбор педагогической технологии обучения
Введение к работе
Актуальность исследования
В соответствии с современной концепцией модернизации школьного образования необходимо введение профильного обучения учащихся в средней школе, целью которой является создание условий для самоопределения выпускника второй ступени общего образования в отношении выбора направления дальнейшего профильного обучения, в том числе и в высшей школе.
Принятый в настоящее время Федеральный базисный учебный план предусматривает для 10-11-х классов достаточное количество профилей обучения, в том числе и таких, которые связаны с физикой, техникой или технологией производства.
Федеральный компонент Государственного образовательного стандарта предусматривает усиление прикладной, практической направленности школьных учебных предметов. Следовательно, одной из форм педагогической работы по усилению прикладной, практической направленности такой школьной дисциплины, как физика, является экспериментально-конструкторская деятельность школьников, нацеленная на изучение физических законов и поиск способов их применения.
Целью экспериментально-конструкторской деятельности учащихся является формирование у учащихся физико-технических умений, которые позволят учащимся не только успешно решать практические физико-технические задачи в повседневной жизни, но и создадут предпосылки к успешному продолжению обучения в технических вузах.
Таким образом, одним из способов достижения целей, заявленных Государственным образовательным стандартом, является формирование у учащихся общеобразовательной школы физико-технических умений.
Под физико-техническими умениями понимается совокупность конструкторских, технических и экспериментальных умений, реализуемых на основе системы знаний о физических явлениях.
Изучение процесса обучения физике в общеобразовательных школах гг. Москвы, Калининграда, Иркутска, Новочебоксарска и др., на основе анкетирования учащихся и учителей физики, а также анализ опыта педагогической работы, позволили выявить следующие проблемы:
1) Низкий уровень развития физико-технических умений у большинства
учащихся и выпускников общеобразовательных школ;
Отсутствие чётко поставленной задачи формирования у учащихся физико-технических умений в старших классах общеобразовательной школы;
Отсутствие системы целенаправленного формирования физико-технических умений у учащихся общеобразовательной школы;
4) Недостаток учебного времени для проведения регулярной
целенаправленной работы по формированию физико-технических умений
учащихся в рамках базовой школьной программы по физике.
В то же время Федеральный базисный учебный план предусматривает выделение учебного времени на проведение элективных курсов по различным школьным предметам. Следовательно, проблему недостатка учебного времени можно решить за счёт учебного времени для элективного курса. Но для реализации задачи формирования физико-технических умений учащихся в рамках элективного курса по физике необходима соответствующая педагогическая методика.
Проведённый в процессе исследования анализ диссертационных работ, монографий, учебных пособий, научных статей, посвященных различным элективным курсам по физике, физическим кружкам и факультативам экспериментальной, конструкторской и общетехнической направленности показал, что методика целенаправленного формирования физико-технических умений учащихся в современных условиях разработана слабо.
Таким образом, существует противоречие между стоящей перед обучением физике в общеобразовательной школе задачей формирования у учащихся физико-технических умений и существующей методикой обучения физике в школе, которой целенаправленная работа по формированию у учащихся физико-технических умений в процессе обучения физике не предусматривается.
Существование названного противоречия подтверждает актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответа на вопрос о том, какой должна быть методика формирования у учащихся физико-технических умений при обучении физике в общеобразовательной школе.
Объект исследования. Формирование физико-технических умений учащихся в процессе обучения физике в общеобразовательной школе.
Предмет исследования. Формирование физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы в рамках элективного курса по физике.
Цель исследования. Теоретическое обоснование и разработка методики формирования физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы в рамках элективного курса по физике.
Гипотеза исследования заключается в том, что если физико-технические умения у учащихся формировать в рамках элективного курса на основе взаимосвязи между элементами экспериментальной, технической, конструкторской деятельности и пониманием сути физических процессов, то:
повысится уровень сформированности физико-технических умений у учащихся;
повысится готовность учащихся к самостоятельной физико-технической деятельности;
повысится успеваемость учащихся по физике.
В соответствии с указанными целью и гипотезой исследования были определены следующие задачи исследования:
1) Определить понятие «физико-технические умения» учащихся и
выявить состояние проблемы формирования физико-технических
умений у учащихся при изучении физики в общеобразовательной
школе на современном этапе.
Определить уровни и критерии развития структурных компонентов физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы.
Выявить возможности элективных курсов в формировании физико-технических умений учащихся.
Разработать методику формирования физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы, разработать содержание занятий элективного курса по физике.
Разработать практические материалы по реализации методики, ориентирующей учащихся на создание новых демонстрационных и лабораторных физических приборов и приспособлений, а также их использование в процессе изучения законов физики.
Провести педагогический эксперимент по проверке эффективности разработанной методики формирования физико-технических умений учащихся.
Для решения этих задач применялись следующие методы исследования:
теоретические: анализ исследуемой проблемы, изучение и обобщение имеющихся разработок, анализ психолого-педагогической, методической, технической и научно-популярной литературы по проблеме исследования, моделирование, проектирование;
экспериментальные: анкетирование, беседы с учителями и учащимися, наблюдение, опытное преподавание, педагогический
эксперимент, статистические методы обработки результатов, анализ продуктов учебной деятельности и успеваемости учащихся.
Научная новизна результатов исследования, в отличие от ранее
выполненных работ, состоит в том, что:
Определены структурные компоненты физико-технических умений учащихся.
Разработана модель методики формирования физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы, представленная через структурные компоненты методической системы: целевой, содержательный, организационный и диагностический.
Разработана методика целенаправленного формирования физико-технических умений учащихся в рамках элективного курса, предусматривающая демонстрацию и изучение физических явлений, краткое повторение ранее изученного и углублённое изучение нового теоретического материала, экспериментальную, техническую и конструкторскую деятельность.
Обоснована необходимость применения самодельных приборов, созданных учащимися на занятиях элективного курса, на уроках базового школьного курса физики.
Теоретическая значимость.
Обоснована роль формирования у учащихся физико-технических умений как средства реализации принципа практической направленности обучения в общеобразовательной школе.
Осуществлена систематизация элементов физико-технических умений учащихся в следующие структурные компоненты: изучаемые темы курса физики; экспериментальные умения; конструкторские умения; технические умения.
Получили дальнейшее развитие идеи интеграции школьных дисциплин «физика» и «технология» в современных условиях обучения физике.
Определены место и роль элективного курса физико-технической направленности в единой системе школьного обучения физике.
Практическая значимость.
Разработана программа элективного курса «Физические основы технических устройств» с учётом вида деятельности учащихся и календарного плана изучения базовой школьной программы по физике.
Составлены методические рекомендации по проведению занятий элективного курса «Физические основы технических устройств».
Созданы практические материалы, которые позволяют учащимся конструировать приборы и приспособления для изучения физических явлений и их применения в ходе демонстрационных экспериментов, физических опытов и лабораторных работ, а также разработана методика проведения фронтальных лабораторных работ и демонстрационных экспериментов на уроках базового школьного курса, для которых создаётся необходимое новое оборудование.
Создана специальная материальная база для проведения занятий элективного физико-технического курса и внедрения результатов занятий курса на уроках базового школьного физического курса.
На защиту выносятся следующие положения:
1) Целенаправленную работу по формированию физико-технических
умений учащихся общеобразовательной школы необходимо и
возможно осуществлять в рамках элективного курса «Физические
основы технических устройств».
2) Систематизацию элементов физико-технических умений,
формируемых у учащихся общеобразовательной школы, следует
проводить на базе осознанного применения учащимися созданных физических приборов. 3) Методика формирования физико-технических умений на занятиях элективного курса «Физические основы технических устройств» должна быть ориентирована на осознание учащимися сути физических процессов и познание физических законов при поэтапном выполнении учащимися экспериментальной, исследовательской и конструкторской работы.
Апробация результатов исследования
Основные положения и результаты исследования, проблемы
организации физико-технических элективных курсов обсуждались на
заседаниях кафедры Теории и методики обучения физике Московского
Педагогического Государственного Университета (МПГУ) (январь 2008 г.);
на Научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы
и перспективы развития» (МПГУ, г. Москва, март 2006 г.); на Итоговой
Конференции победителей Всероссийского конкурса школьных учителей
физики и математики Фонда Дмитрия Зимина «Династия» (г. Казань, 29
июня — 1 июля 2007 г.) и на Московском Городском Семинаре «Интеграция
основного и дополнительного физико-математического образования» в
Государственном образовательном учреждении Средней
общеобразовательной школе (ГОУ СОШ) № 2007 г. Москвы (30 января 2008 года).
Работы учащихся демонстрировались на «Педагогическом Марафоне», проводившемся под патронатом издательского дома «Первое сентября» в апреле 2007 года, на Первом Всероссийском Интернет-марафоне учебных предметов в апреле 2008 года.
Разработкам, нашедшим применение в созданном элективном курсе, посвящен ряд статей, список которых приведен в конце автореферата. Также
им посвящены многочисленные публикации в приложении «Физика» к газете «Первое Сентября».
Результаты исследования внедрены с 1998 по 2008 год в учебный процесс ГОУ Центра образования N 109 г. Москвы. Методика изготовления приборов и оборудования, предполагаемая элективным курсом, в данное время используется в учебном процессе МОУ СОШ № 47 г. Калининграда, ГОУ СОШ № 2007 г. Москвы и ГОУ СОШ № 531 г. Москвы.
Структура диссертации.
Диссертационное исследование общим объёмом 261 страница, в том числе 192 страницы основного текста, состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (159 наименований) и 7 приложений. Диссертация содерясит 64 рисунка, 5 схем, 14 диаграмм и 17 таблиц. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка, а также приложения, в котором приводятся технические описания физических приборов и методические рекомендации по их изготовлению.
Первая глава диссертации «Состояние проблемы формирования физико-технических умений учащихся» посвящена формированию и конкретизации понятия физико-технических умений; анализу возможностей формирования физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы в рамках базового курса физики; обоснованию необходимости внедрения физико-технического элективного курса; проблемам организации внеурочной физико-технической работы учащихся; программам и содержанию занятий традиционных кружков и ранее созданных элективных курсов физической и физико-технической направленности; воспитательному значению занятий физико-технического элективного курса.
Кроме того, сделан краткий обзор литературы, посвященной означенным выше программам, понятиям и проблемам.
Вторая глава диссертации посвящена разработке содержания элективного курса по физике, что включает в себя принципы отбора теоретического и практического материала для создания элективного курса, а также программу элективного курса.
В третьей главе рассказывается о системе организации занятий элективного курса и методике обучения, что включает в себя описание технологии обучения, модели методики формирования физико-технических умений учащихся, самой методики и примера её реализации на практике. Дано также подробное описание материальной базы, необходимой для проведения занятий элективного курса и рекомендации по обеспечению соблюдения правил техники безопасности и охраны здоровья учащихся.
В четвёртой главе отражены все этапы педагогического эксперимента и показаны его результаты.
Понятие «физико-технические умения»
Современное требование Государственного образовательного стандарта об усилении прикладной направленности изучения школьных физических дисциплин подразумевает расширение практической деятельности учащихся и профессиональную ориентацию учащихся для продолжения образования в высших и средних специальных учебных заведениях.
Одним из направлений практической деятельности школьников при изучении физики в общеобразовательной школе является техническая, конструкторская и экспериментальная деятельность, осуществляемая на основе системы знаний о физических явлениях для получения учащимися новых знаний. В процессе целенаправленной практической деятельности учащихся должны формироваться умения, которые в дальнейшем будут именоваться физико-техническими умениями.
Понятие умения является не только педагогическим, но и, в первую очередь, психологическим. В психологии термин «умение» означает владение способом выполнения деятельности или действия [107, С. 367.]. Проблеме формирования умений посвящены научные исследования многих классиков отечественной психологии и педагогики: Д.Н. Богоявленского [13], В.П. Валентинавичюса [19], П.Я. Гальперина [29,30], Е.Н. Горячкина [26, 27, 28, 37], Е.И. Кабановой-Меллер [53], B.C. Капустина [60], Н.В. Кочергиной [67], В.А. Крутецкого. [68], Л.Н. Ланды [71], А.Н. Леонтьева [73], А.В. Петровского [99], С.Л. Рубинштейна [117], Е.О. Смирнова [120], Н.Ф. Талызиной [131] и др.
Множество технических умений, известных человечеству на сегодняшний день, очень велико. Обширны также и знания в области физики. Разумеется, что элективный курс, тем более — школьный, не может охватить собой все умения, применив их к реализации на практике всех законов физики. Школьный элективный курс должен охватывать наиболее доступные, но, в то же время, наиболее универсальные умения, которые могут пригодиться будущему специалисту не только в научно-практической деятельности, но и в повседневной жизни. При подборе физических знаний, которые следует передать учащимся, нужно руководствоваться теми же принципами.
Чисто технические умения необходимы человеку, осуществляющему техническую деятельность по заранее заданному плану, алгоритму, заданию, чертежу, эскизу и т.п. Если же человеку необходимо разработать и создать какие-либо устройства или физические приборы, то чисто технических умений недостаточно.
Разработка конструкции и наладка работы создаваемого прибора требуют знания законов физики и умения их применять при выборе материалов, инструментов, технологии изготовления отдельных деталей, при подготовке чертежей или эскизов, а также при анализе полученных результатов работы прибора. Следовательно, для создания физических приборов требуются более сложные, расширенные умения.
Под физико-техническими умениями понимается совокупность конструкторских, технических и экспериментальных умений, реализуемых на основе системы знаний о физических явлениях.
Так как вводимое понятие достаточно ёмкое и охватывает широкий спектр возможных умений, но необходимо определить составные компоненты понятия физико-технических умений учащихся общеобразовательной школы. Эти компоненты показаны на рис. 1.
Как видно из приведённой схемы, компоненты физико-технических умений охватывают собой области изучения двух школьных дисциплин: физики и технологии. Это означает, что овладение физико-техническими умениями подразумевает интеграцию двух школьных предметов.Следует учитывать, что изучаемые школьниками темы теоретического курса физики являются примером, на котором реализуется формирование технических, экспериментальных и конструкторских умений. В то же время, реализация этих умений осуществляется на основе знаний законов физики и для получения экспериментальным путём новых знаний. Поэтому все три компонента физико-технических умений находятся во взаимосвязи.
Принципы отбора содержания элективного курса
Для того чтобы сформулировать принципы отбора содержания для построения программы элективного курса, были изучены труды известных педагогов: В.А. Бурова, П.П. Головина, Е.Н. Горячкина, Ю.И. Дика, Б.С. Зворыкина, Л.А. Ивановой, С.Ф. Кабанова, О.Ф. Кабардина, А.А. Марголиса, Н.Е. Парфентьевой, А.А. Покровского, И.М. Румянцева, СВ. Степанова, С.А. Хорошавина, Н.М. Шахмаева, В.Ф. Шилова, Г.В. Широкхова и др. [14, 15, 16, 17, 33, 35, 38, 51, 58, 85, 118, 100, 101, 123, 141, 150, 152, 153, 157, 158 и др.], посвященные оборудованию школьного физического кабинета, демонстрационному эксперименту и лабораторному практикуму в базовой школьной программе, а также в программе классов с углубленным изучением физики [43, 44].
Кроме того, были изучены работы многих специалистов в области педагогики, посвященные нескольким проблемам внеурочного и внешкольного физического образования.
1) Конструирование физических приборов. Этой теме посвящены работы М.Я. Амстиславского [1,2], Л.И. Анциферова [6], А.К. Атаманченко [7], В.П. Валентинавичюса [19], А.И. Глазырина [32], М.И. Гринбаума [39], А. Двойникова [41], СИ. Пугач [109], С.А. Хорошавина [142, 143], В.Г. Чупашева [147,148], Н.И. Шефера [154, 155].
2) Организация физического эксперимента в домашних условиях. Этому посвящены научные труды B.C. Данюшенкова [40], М.Г. Ковтунович [63], Е.Н. Соколовой [122], В.Ф. Шилова [156], СИ. Юрова [159].
3) Внешкольные занятия по изучению физики (кружки, факультативные и элективные курсы). Об этом рассказывается в работах П.П. Головина [34], Е.Н. Горячкина [37], О.Ф. Кабардина [55, 54], СИ. Лапицкого [72], А.В. Пёрышкина, СЕ. Каменецкого [98], В.Г. Чупашева [149].
4) Занимательные внешкольные опыты по физике. Им посвящены
научные труды Л.А. Горева [35].
5) Интеграция физики с другими науками и отраслями знаний, в первую очередь - с техникой. Отражение этой темы находим в работах А.Т. Глазунова [31], Л.И. Резникова [116].
6) Роль технического творчества в обучении физике отражена в работах В.В. Вагина [18], А.П. Муравьёва [87].
7) Принципы построения и составления программы внеклассной работы при обучении физике сформулированы в исследованиях В.П. Валентинавичюса [19], B.C. Капустина [60].
По результатам анализа методической литературы было выделено 4 принципа отбора содержания элективного курса.
1. Принцип соответствия процесса создания физических приборов основной цели элективного курса — формированию физико-технических умений учащихся. В рамках этого принципа отбор содержания проводился по следующим критериям:
а) Полнота набора формируемых умений.
б) Доступность умений для освоения учащимися.
в) Безопасность применения умения учащимися.
г) Повторяемость большинства формируемых умений в различных работах.
д) Возможность реализации умений в повседневной жизни.
е) Возможность реализации умений в профессиональной деятельности. 2. Принцип соответствия создаваемого физического прибора материально-техническим возможностям учебного процесса. В соответствии с этим принципом, для отбора содержания элективного курса критериями являются:
а) Невысокая стоимость исходных материалов и деталей для создания приборов.
б) Разумные затраты времени на изготовление приборов.
Выбор педагогической технологии обучения
Поскольку элективный курс по физике, так же как и физический кружок, является одной из форм внеклассной работы с учащимися, то содержание и формы обучения в рамках элективного курса должны удовлетворять требованиям и принципам, на которых базируется внеклассная учебная работа в школе по любой дисциплине. В своём научном исследовании В.С.Капустин [60, С.20-21] выделил следующие важнейшие требования и принципы: - единство целей урочной и внеурочной работы со школьниками;
- учёт индивидуальных интересов, склонностей школьников при вовлечении в ту или иную форму внеклассной работы;
- тесная связь внеклассной работы с обязательными занятиями;
- общественно-полезная направленность; взаимодействие школы с внешкольными учреждениями, общественными и государственными организациями;
- ориентация на активную самостоятельную познавательную и практическую деятельность учащихся;
Применительно к создаваемому элективному курсу, единство целей урочной и внеурочной работы означает, что элективный курс должен предоставлять дополнительные возможности по формированию физико-технических умений учащихся на более высоком уровне. Применительно к школьному кружку, В.С.Капустин [60,С29] отмечал: «...школьный кружок, в силу его тесной связи с учебным процессом, может и должен стать продолжением и дополнением учебной и воспитательной работы учителя физики на уроке; деятельность кружка должна быть направлена на выполнение конкретных учебно-воспитательных задач, стоящих перед учителем физики».
Учёт индивидуальных интересов, склонностей школьников проявляется как в самом факте добровольного выбора элективного курса, так и в возможности выбора объёма, содержания и темы домашних заданий.
Тесная связь внеклассной работы с обязательными занятиями означает то, что, с одной стороны, на занятиях элективного курса будут использоваться знания и умения, полученные на уроках базового школьного курса. С другой стороны, созданные на занятиях элективного курса физические приборы, полученные дополнительные знания и сформированные умения, будут использоваться на уроках базового курса физики.
Общественно-полезная направленность заключается в укреплении материально-технической базы школьного физического кабинета, что позволяет повысить качество обучения физике всех школьников, а также в работе школьников, посещающих занятия элективного курса, в качестве лаборантов-демонстраторов и ассистентов при проведении лабораторных работ на уроках базового школьного курса.
Участие учащихся в выставках, конкурсах и педагогических семинарах позволит реализовать принцип взаимодействия школы с внешкольными учреждениями, общественными и государственными организациями.
Полученные на занятиях элективного курса знания и сформированные физико-технические умения должны позволить учащимся продолжить самостоятельную познавательную и практическую деятельность в домашних условиях, а после окончания школы - в вузе.
Также В.С.Капустин [60,С.29-30] отмечает, что наиболее -целесообразным содержанием работы школьного физико-технического кружка является:
а) конструирование и сборка лабораторных и демонстрационных установок с использованием типового оборудования и приборов, имеющихся в школьном кабинете физики;
б) конструирование и изготовление самодельных физических приборов и установок;
в) оборудование школьного физического кабинета;
г) подготовка общественных лаборантов-демонстраторов, включающая в себя деятельность школьников по п. а), а также по изучению проекционной и иной аппаратуры, оказание помощи учителю в подготовке и проведению занятий, ремонте типового оборудования кабинета физики.
