Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ПРОБЛЕМА ФОРМИРОВАНИЯ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ И ИНФОРМАТИКЕ
1.1. Интегративно-личностный подход к формированию научных знаний и умений в общеобразовательном учреждении 22
1.2. Формирование учебно-исследовательской деятельности в условиях дидактического синтеза физики и информатики 39
1.3. Состояние формирования учебно-исследовательской деятельности учащихся в изучении физики 65
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО УМЕНИЯ УЧАЩИХСЯ ПОСРЕДСТВОМ КОМПЬЮТЕРНОГО ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА В ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОМ КУРСЕ ФИЗИКИ
2.1 Возможности компьютерных средств при формировании исследовательского умения 83
2.2 Структура и содержание компьютерного лабораторного ком плекса в пропедевтическом курсе физики 100
2.3. Формирование исследовательского умения учащихся в пропедевтическом курсе физики посредством компьютерного лабораторного комплекса 110
ГЛАВА III. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.
3.1. Цели и задачи педагогического эксперимента 128
3.2. Результаты эксперимента.. 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
БИБЛИОГРАФИЯ 151
ПРИЛОЖЕНИкл 177
- Интегративно-личностный подход к формированию научных знаний и умений в общеобразовательном учреждении
- Возможности компьютерных средств при формировании исследовательского умения
- Цели и задачи педагогического эксперимента
Введение к работе
Российская система образования подвергается серьезным трансформациям под воздействием запросов общества и проходящей в стране сложной перестройки идеологии, экономики и психологии мышления в условиях демократизации. Анализируя современное состояние общего образования, можно выделить ряд тенденций его развития: усиление гуманистической направленности педагогического процесса; личностно ориентированное обучение, направленное на максимальное развитие и удовлетворение потребностей личности; дифференциация учебных заведений по различным признакам; развитие интеграционных процессов в системе основного образования; интенсивное обновление содержания образования за счет человековедческих и других интегрированных курсов; внедрение экономических стимулов в педагогический процесс; финансовая самостоятельность учебных заведений.
В новых условиях возникла острая потребность в школах таких видов, которые бы максимально отвечали запросам общества, интересам семьи, а главное, удовлетворяли познавательные и духовные потребности личности. В педагогической теории и практике возникла необходимость разработки и реализации такого содержания образования, которое в существующих условиях позволяло бы получить оптимальные педагогические результаты, максимально удовлетворяющие потребностям личности и в тоже время идущие в ногу с уровнем и тенденциями развития современной науки.
Реализация личностно ориентированного образования в общеобразовательных учреждениях связансґс преодолением противоречия между требованиями социума и содержанием образования, призванного удовлетворять потребности не только государства, но и личности. В связи с этим проблема содержания образования поднялась на уровень первоочередных, стала актуальной для ученых и педагогов, методистов и учителей. Изменение содержания с учетом целей и задач педагогического процесса, социального заказа общества, который в последнее время характеризуется гуманистической направленностью на личностные потребности учащихся, требует разработки
4 как концептуальных положений, определяющих направление развития содержания образования, так и конкретных эффективных методик для непосредственной практической работы в общеобразовательных учреждениях.
Большой вклад в разработку общетеоретических основ определения содержания образования в современной школе внесли Ю.К. Бабанский, И.Д. Зверев, В.В. Краевский, B.C. Леднев, И.Я Лернер, М.Н. Скаткин, Е.А. Ямбург и другие. Однако^динамично развивающиеся процессы развития общественных отношений, мировой опыт выдвигают новые проблемы и ставят задачи перед учеными и учителями в деле совершенствования содержания образования в школе. Свидетельством этого является проблема определения содержания образования в новых видах общеобразовательных учреждений: лицеях, гимназиях и профильных школах. Возникает необходимость внесения изменений и в содержание основной школы.
Следует отметить, что на содержание образования влияют темпы и направления развития научных знаний, которые обуславливают ориентацию и динамику развития содержания учебных предметов, методик и технологий их реализации в учебном процессе. В настоящее время заметен серьёзный разрыв между научными знаниями, приобретающими ярко выраженный интегрированный характер, и содержанием школьного образования, носящим преимущественно дискретный, предметный характер и ориентированном на набор, но не на систему знаний и умений.
Оценивая современное состояние преподавания физики, В.А. Бетев, Г.М. Голин, М.Д. Даммер, И.С. Карасова, В.В. Мултановский, В.Г. Разумовский, Н.А. Родина, А.В. Усова и др. отмечают, что в настоящее время у учащихся не формируется представление о физике как о развивающейся современной системе знаний о природе вследствие неадекватного построения содержания естествознания. Научная система знаний, трансформированная в школьную среду, в значительной степени теряет первоначальную логику, превращаясь в набор фактов и законов, а процесс формирования знаний и умений учащихся приобретает преимущественно репродуктивный характер.
5 Это явление происходит на фоне обилия различных программ, методических пособий, учебников, дополнительной литературы и альтернативных источников информации. Очевидно, что проблема заключается не в науке, а в методах её изучения в школе. Исходя из вышесказанного, можно выделить противоречие между развивающимся содержанием научных знаний и возможностями адаптации систем научных знаний в учебное содержание с учётом способностей и возможностей учащихся. Следствием является неадекватность содержания образования интеллектуальным способностям и возможностям учащихся. Наиболее ярко это противоречие проявляется при работе с одарёнными детьми, проявляющими интерес к естественнонаучной исследовательской деятельности с подросткового возраста. Учет познавательных потребностей и возможностей учащихся, сопоставление их с современными подходами естественнонаучного образования, определяют необходимость разработки образовательных технологий пропедевтического обучения данной категории детей.
Решение видится в поиске новых качественных подходов, одним из которых является применение теории педагогической интеграции и дальнейшая дифференциация научных знаний в содержании школьного образования как в содержательном, так и в процессуальном аспектах. Ведущая тенденция современного научного знания - интеграция науки - проявляется через все более полное обнаружение единства мира и единства наук, целостности теории и практики, которое находит свое отражение в содержании образования. Рассматривая интеграционные тенденции развития систем научного знания, Б.М. Кедров подчеркивает, что тенденция к интеграции, к синтезу наук становится не только все более заметной в наше время, но и основной. Проблемы адекватной целостности научных знаний в образовательных заведениях в различных аспектах рассматриваются в трудах классиков педагогической мысли Я.А. Квменского, И.Г. Песталоцци, К.Д. Ушинского, Н. Г. Чернышевского через комплексность образования. В эпоху советской школы идея целостности содержания реализовывалась через осуществление межпредмет-
ных связей и, применительно к современным условиям предметного обучения, рассматривалась в работах видных педагогов Ю.К. Бабанского, Ш.И. Ганелина, Б.П. Есипова, И.Д. Зверева, Д.Н. Кирюшкина, В.Н. Максимовой, Н.А. Лошкаревой М.Н. Скаткина, А.В. Усовой, В.Н. Фёдоровой, Г.Ф. Федо-рец и др. Следует отметить, что "центр тяжести" исследований по этой проблеме постепенно перемещается в сторону общеобразовательных учреждений и в настоящее время наблюдается интеграционный "взрыв", который сопровождается новой волной накопления фактологического, научного, общественного и практического материала. Многие теоретические и прикладные аспекты теории межпредметных связей оказались не в состоянии описать процессы формирования содержания образования в общеобразовательных учреждениях, поэтому взоры педагогической научной общественности в последнее время все чаще обращаются к осмыслению теории педагогической интеграции. Этой проблематике посвящены работы А.П. Беляевой, М.Н. Бе-рулавы, B.C. Безруковой, В.И. Загвязинского, Ю.А. Кустова, М.И. Махмуто-ва, С.А. Старченко, Н.К. Чапаева, О.А. Яворука. В этих работах осуществляются попытки сформулировать педагогические основы теории интеграции применительно к педагогическому процессу, вскрыть функции, источники, тенденции интеграции содержания, разработать теоретические аспекты дидактики интегративных курсов, осуществить интеграцию в различных видах общеобразовательных учреждений. Интеграционные тенденции в образовательных учреждениях обусловлены множеством различных подходов построения содержания образования, учитывающих дифференциацию детей по различным основаниям в зависимости от возможностей, склонностей, способностей и потребностей. Одним из таких подходов является интегративно-личностный, представляющий собой особую форму формирования содержания естественнонаучного образования. Его основная функция заключается в том, что целостное содержание естественнонаучного образования обеспечивает формирование и развитие личности на основе ее индивидуальных возможностей и потребностей.
В результате такого подхода состояние содержания естественнонаучного образования переходит на более высокий уровень целостности его структурных элементов - уровень дидактического синтеза, предусматривающего межнаучный синтез знаний и умений, который характеризуется научной логикой построения предметных знаний, формированием структуры учебно-исследовательской деятельности учащихся адекватной деятельности естествоиспытателя. Однако практическая реализация такого подхода выявляет слабую разработанность соответствующих методических средств. Таким образом, исходя из анализа теории и практики педагогической интеграции, можно сформулировать противоречие заключающееся между широкой внешней и внутренней дифференциацией, видовым многообразием образовательных учреждений и слабой разработанностью теории интеграции содержания образования, которая бы удовлетворяла потребностям и возможностям личности в общеобразовательных учреждениях.
Современное естествознание определяется в содержании школьного образования как самостоятельная образовательная область, призванная в интегральной форме сформировать естественнонаучную картину мира учащихся. Требования к целостному подходу формирования системы знаний, структуре познавательной деятельности актуализируют проблему обновления содержания естественнонаучного образования. Эта проблема становится ещё более острой при переходе на основное девятилетнее образование, на широкую дифференциацию и профилизацию содержания образования. Общая тенденция естественнонаучного образования характеризуется изменением структуры его преподавания, пропедевтическим изучением предметных знаний и целостным преподаванием интегративных естественнонаучных предметов в зависимости от возможностей и способностей личности Этим проблемам посвящен ряд исследовательских работ (10, 29, 31, 39, 59, 82, 106, 233). Так, в своих исследованиях В.А. Бетев (29) предложил преподавание физики с 5-6 классов и структуру содержания физики основной школы, которая позволяет ознакомить учащихся не только с традиционными аспектами физики, но и
8 с современными ее методами, принципами, положениями, теориями. В работах М.Д. Даммер, А.В. Усовой (64, 250) предлагается дифференцированное изучение предметов естественнонаучного цикла в общеобразовательном учреждении по новой структуре представления (физика -^ химия -> биология), изменение содержания учебных предметов, определение общих для всех предметов естественнонаучного цикла законов и теорий, реализация преемственности в формировании и развитии фундаментальных естественнонаучных понятий, разработка единого подхода к формированию общих для предметов естественнонаучного цикла учебно-познавательных умений. В гимназиях, по мнению Г.В. Дмитриева, естественнонаучные предметы следует начинать с рассмотрения интегративного курса "Естествознание" в 5-6 классах, включающего в себя начальные сведения об окружающем мире не с точки зрения отдельных наук, а фундаментальных понятий об объектах изучения окружающего мира. Такой же точки зрения придерживается и А.Г. Хрипкова (279), предлагающая сквозной курс "Естествознание" для основной школы. В исследованиях А.Е. Гуревича (59) рассматривается и реализуется идея начала изучения естествознания с курса "Физика, Химия", в котором делаются попытки на основе природных явлений показать единый подход к изучению естественнонаучной картины мира. Разработанное методическое обеспечение к предметно-интегрированному курсу позволяет успешно использовать его не только в основной школе, но и в лицеях (233). Таким образом, можно констатировать, что современная система естественнонаучных знаний сформировалась как самостоятельная отрасль научного знания, которая должна адекватно отражаться в содержании общего образования. Однако в условиях гуманизации образования, широкой дифференциации и индивидуализации образовательного процесса возникает необходимость определения такого пропедевтического содержания естественнонаучного знания, которое бы отвечало возможностям и способностям усваивать учебный материал учащимися. Пропедевтический курс, построенный на основе процесса исследования природных явлений и фактов с единых общеметодологических по-
зиций, в значительной степени оптимизирует и упорядочивает процесс усвоения естественнонаучных понятий, подготавливает учащихся к изучению естественнонаучных законов, теорий, методов научного познания.
Содержание пропедевтического естественнонаучного образования предусматривает не только систему знаний, но и структуру познавательной деятельности, общей для естественнонаучных предметов. Такого рода деятельность может быть сформирована на основе адекватной системы умений. К таким умениям, по мнению А.В. Усовой (252, 253, 254, 256), относятся умение наблюдать, проводить измерения, ставить опыты, проводить эксперимент, работать с учебной и дополнительной литературой, решать задачи.
В настоящее время в педагогике придается большое значение формированию у школьников обобщенных познавательных умений. Формирование таких умений можно осуществить при реализации единого подхода к формированию умений в преподавании различных естественнонаучных дисциплин. Исследователями челябинской научной школы (64, 233, 250, 262, 292, 296) показана эффективность применения обобщенного подхода к формированию структуры познавательной деятельности учащихся, который способствуют формированию умений с широкими возможностями переноса их в другие предметы, развивает творческие способности, самостоятельность учащихся. Однако современные условия развития образования определяют характер познавательной деятельности, сориентированной на высокий уровень творчества, индивидуальности, самостоятельности, личностной значимости труда, заставляют искать новые пути формирования познавательной деятельности, приводящие к ее целостности, максимально удовлетворяющей потребности личности.
Одним из таких путей является формирование исследовательской структуры деятельности учащихся в образовательном процессе школы. В работах Г.С. Альтшуллера, Д.Б. Богоявленской, Л.С. Выгодского, И.Я. Лернера, Б.Ф. Ломова, Д. Пойя, Я.Ф. Пономарева, С.Л. Рубинштейна, Б. Саймона, О.А. Самарина, А.Ф. Эсаулова отмечается высокий уровень познавательной ценно-
10 сти исследовательской деятельности, подчеркивается мощный активизирующий потенциал, развивающий творческие способности, элементы фантазии, глубокие обобщения, склонности, интерес личности. В связи с этим ряд ученых (В.И. Андреев, Е.Н. Бойко, В.В. Давыдов, Ю.Н. Кулюткин, И.Я. Лер-нер, Н.А. Менчинская, В.Г. Разумовский, Д.Н. Узнадзе, А.В. Усова, Л.М. Фридман, И.С. Якиманская) уделяют особое внимание исследовательской деятельности учащихся, рассматривая ее как высокий уровень познания, а под учебно-исследовательской работой понимают овладение технологией творчества, знакомство с техникой эксперимента, с научной литературой.
В диссертационном исследовании Ю.П. Дубенского (76) рассматривается методика формирования у учащихся обобщенных умений исследовать и конструировать при изучении физики на основе методов исследования физических объектов. Автор показывает, как на основе трех взаимосвязанных областей: содержания исследовательской структуры деятельности физика, физических методов познания реальной действительности, приемов формирования исследовательской деятельности можно получить исследовательско-конструктивный подход к обучению учащихся 7-9 классов основной школы.
Развитию исследовательского умения учащихся средней школы посвящена работа Л.Д. Шабашова (285), в которой автор рассматривает влияние универсальных умений и навыков исследовательской деятельности при изучении физики на развитие физического мышления, на формирование операций физического и математического моделирования сложных явлений и проведения вычислительного эксперимента. Средствами развития личности в данном случае. выступают компьютерные технологии, которые позволяют развивать проектирование моделей физических явлений и процессов.
На применение исследовательского подхода в образовательном процессе указывали Ю.К. Бабанский, Ф.Я. Банков, Р.И. Малафеев, М.И. Махмутов, В.В. Мултановский, В.Г. Разумовский, В.В. Успенский, Н.М. Яковлева. Они отмечают, что исследовательское умение и творческое отношение к познавательной деятельности проявляют свойство интегративности, целостности,
системности, упорядоченности, взаимосвязи и взаимообусловленности действий и операций. В образовательном процессе это позволяет получить новый качественный результат. Основная идея в данном случае заключается в том, что учебно-исследовательская деятельность учащихся является составной частью исследовательского принципа, методов, средств обучения. Поэтому целесообразна адаптация структуры исследовательской деятельности естествоиспытателя к образовательному процессу школы при формировании исследовательского умения. Учебно-исследовательская деятельность учащихся реализуется при изучении природных явлений, при наблюдении и анализе протекающих естественных процессов, при постановке и анализе опытов, проведении экспериментов, критической оценке результатов деятельности, изучении научных методов исследования, решении творческих задач, выполнении учебно-поисковых заданий, учебно-исследовательских лабораторных работ, исследовательских практикумов.
Реализуя структуру познавательной деятельности в естественнонаучном лицее, С.А. Старченко (233) определяет учебно-исследовательскую деятельность как один из ведущих видов образовательной деятельности, характерной для лицейского образования. Такой вид деятельности, по его утверждению, должен формироваться на начальном этапе обучения в лицее, пронизывать весь образовательный процесс, иметь свое содержание, адекватно отражающее деятельность естествоиспытателя, этапность развития исследовательского умения, формы, приемы и методы формирования, конкретную результативность. Подчеркивается, что перед методикой формирования исследовательского умения стоит проблема выявления эффективных средств его формирования в процессе изучения естественнонаучных дисциплин, указывает на эффективность компьютерных технологий в качестве средств, активизирующих учебно-исследовательскую деятельность лицеистов.
Однако в современной школе, несмотря на значительные усилия методистов, многие теоретические положения и практические рекомендации остаются невостребованными и, как следствие, знания и умения учащихся про-
12 должают носить преимущественно репродуктивный характер. Для способных и одаренных детей такое положение дел крайне негативно, оно приводит к потере заинтересованности, усреднению способностей, снижению темпов развития. Сегодня все чаще ставится вопрос разработки технологий обучения, способствующих творческому развитию личности учащихся, определению методик формирования и развития исследовательского умения учащихся, адекватно отражающего профиль той или иной научно-исследовательской деятельности. Таким образом, можно выделить ещё одно противоречие, характерное для современного образования: между значительными потенциальными возможностями исследовательского подхода в обучении и его второстепенной ролью в школьном образовательном процессе изучения естественнонаучных предметов.
Проблемы формирования содержания естественнонаучного образования, ориентированного на формирование исследовательского умения учащихся, усугубляются тенденцией сокращения часов в учебных планах на изучение естественнонаучных предметов с одновременным нарастанием объема естественнонаучной информации, совершенствованием техники эксперимента путем широкого применения современных информационных технологий и технических средств на базе микропроцессорной техники. Это несоответствие приводит к снижению показателей успеваемости учащихся по естественнонаучным предметам, катастрофическом падении интереса к ним, что может стать одной из основных причин снижения в ближайшей перспективе технического, научного и экономического потенциала государства.
Решение проблемы формирования исследовательского умения выходит на определение методики реализации содержания естественнонаучного образования в интегративных курсах на начальном этапе обучения. В этом плане компьютерные средства и информационные технологии, обладающие значительным техническими и дидактическими возможностями, способны стать системообразующим фактором формирования исследовательского умения.
К таким возможностям относятся: оптимизация работы с различными источниками информации (поиск, упорядочение, передача, хранение, представление информации); планирование сложной деятельности, в том числе и исследовательской; компьютерный эксперимент как с моделями природных явлений, так и с реальными явлениями на основе аналого-цифровых преобразователей (АЦП); управление экспериментальными установками на основе цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и исполнительных механизмов, обработка результатов эксперимента, наглядное представление выявленных закономерностей и многое другое. Однако возникает проблема эффективного использования этих возможностей в учебном процессе школы.
При рассмотрении этой проблемы необходимо выделить противоречие, заключающееся между значительным объёмом современных информационных ресурсов, высоким уровнем развития информационных технологий и низкой эффективностью применения этого информационного потенциала в исследовательской деятельности учащихся при изучении естественнонаучных предметов. Вопросам внедрения информационных технологий в образовательный процесс естественнонаучных предметов посвящены работы В.П. Беспалько, В.И. Земцовой, В.В. Лаптева, М.Д. Никандрова, А.В. Смирнова, П.Я. Юциявичене и др. Несмотря на довольно активное внедрение компьютерных средств в образовательную среду, результаты обучения практически не изменились. Следовательно, общий недостаток компьютеризации школ заключается в низкой отдаче компьютерной техники в образовательном процессе. Мы считаем, что причина такого результата заключается в несоответствии высокого технического и дидактического потенциала компьютерных средств методам их применения в образовательном процессе школы. Школа находится на стадии осознания истинного назначения высокотехнологичных информационно-насыщенных технологий.
В современной психологии отмечается значительное влияние изучения информатики и использования компьютеров в образовательном процессе на развитие у школьников творческого мышления, а также формирования ново-
14 го типа мышления, так называемого операционного, направленного на выбор оптимальных решений при работе учащихся с информацией и выполнения различных видов учебной и учебно-исследовательской деятельности (работа с текстом, вычислительные действия, работа с графикой, решение задач, программирование, тестирование, моделирование процессов, явлений и их исследование, поиск и систематизация информации, представление ее в различной форме). Однако, на наш взгляд, для формирования исследовательского умения требуется комплексный подход к использованию возможностей компьютера, предполагающий разработку взаимосвязанных программных модулей, каждый из которых ориентирован на свой круг задач (организация диалога с учащимся с целью изучения учебного материала, моделирование явлений, планирование и проведение эксперимента, обработка и представление данных, тестирование знаний).
Современные научные исследования сложно представить без компьютерных технологий. Однако на лабораторных занятиях по физике компьютерные средства практически не используются, либо их применение носит фрагментарный характер и не может оказать значительного влияния на качество знаний и уровень сформированности исследовательского умения учащихся. Поэтому мы считаем, что информационные технологии только тогда смогут реализовываться с максимальной отдачей, когда учебная деятельность учащихся уже с подросткового возраста (5-6 класс) будет ориентирована на учебно-исследовательскую деятельность. На наш взгляд, одной из точек приложения компьютерных средств может стать формирование исследовательского умения учащихся 5-6 классов в пропедевтическом курсе физики.
Применение ориентированного на данную проблематику программного обеспечения компьютера как составной части глобальных информационных ресурсов позволит индивидуализировать процесс обучения, организовать образовательную среду с настраиваемым темпом работы, уровнем сложности и содержанием задач для каждого учащегося, инициализировать до сих пор
15 практически невостребованные возможности современных компьютерных средств и информационных технологий, изучаемых и реализуемых в курсе информатики.
Появление мультимедийных технологий, информационных интегрированных сред, а также сетевых технологий открывает новые возможности использования компьютеров в обучении. К ним можно отнести возможность гибкого интерактивного взаимодействия учащихся с компьютерными средствами в учебном процессе и оперативного реагирования на действия учащихся с различным уровнем способностей и темпом работы, учете их индивидуальных особенностей. Существует реальная возможность получения значительных объемов информации из любого открытого источника информации на планете. Следовательно, у учащихся возникает необходимость изучения оптимальных методов обработки информации, ее систематизации, фильтрации, анализа, обобщения. Широкое применение компьютерных средств в естественнонаучных исследованиях приводит к необходимости ознакомления учащихся с методами применения компьютеров в учебном эксперименте, учебно-исследовательской работе.
В настоящее время наблюдается тенденция смещения содержания программ по информационным технологиям к младшим классам благодаря упрощению управления компьютерной техникой, универсализации управляющих действий в интегрированных средах, возможности подбора или гибкой настройки соответствующего программного обеспечения, наглядности, увлекательности, многофункциональности и надежности программ.
Мы считаем, что существует реальная возможность эффективного применения компьютерных средств для формирования исследовательского умения учащихся подросткового возраста, однако требуется разработка методов реализации этого процесса.
Сформулированные противоречия в развитии содержания школьного естественнонаучного образования позволяют сделать вывод об актуальности нашего исследования и выделить его проблему: поиск методов формирова-
ния исследовательских умений учащихся, проявляющих интерес к изучению естественнонаучных дисциплин посредством компьютерных технологий в 5-6 классах. Исходя из выдвинутой проблемы, мы сформулировали тему нашего исследования: "Формирование исследовательского умения учащихся посредством компьютерных технологий в процессе изучения пропедевтического курса физики".
Цель исследования заключается в разработке теории и методики формирования исследовательского умения посредством компьютерного лабораторного комплекса в процессе изучения пропедевтического курса физики.
Объектом нашего исследования послужил процесс формирования исследовательского умения учащихся 5-6 классов посредством компьютерных технологий в пропедевтическом курсе физики.
Предмет исследования - теория и методика формирования исследовательских умений учащихся в пропедевтическом курсе физики в условиях синтеза физики и информатики посредством компьютерного лабораторного комплекса.
Изложенное выше позволило сформулировать гипотезу исследования.
Процесс формирования исследовательского умения учащихся в пропедевтическом курсе физики в 5-6 классах будет эффективен, если:
при организации образовательного процесса применить интегративно-личностный подход, обеспечивающий развитие интереса учащихся к физике;
осуществить дидактический синтез физики и информатики через организацию исследовательской деятельности учащихся;
реализовать методику модульного построения компьютерного лабораторного комплекса, включающего в себя лабораторные работы, лабораторный практикум, электронный учебник, контролирующую тестовую оболочку и виртуальный конструктор деятельности в образовательном процессе.
Исходя из цели и сформулированной гипотезы, в работе решались следующие задачи:
Исследовать состояние личностных подходов к формированию исследовательского умения учащихся в теории и практике общеобразовательных учреждений.
Изучить возможности интеграции содержания физики и информатики на уровне дидактического синтеза через структуру исследовательской деятельности в 5-6 классах.
Определить возможности использования компьютерных технологий в качестве интегрирующего фактора формирования исследовательской структуры деятельности в курсе физики.
Выявить содержание и структуру учебно-исследовательского умения, адекватно отражающего деятельность естествоиспытателя.
Разработать методику формирования исследовательских умений посредством компьютерного лабораторного комплекса для пропедевтического курса физики.
Экспериментально проверить и оценить эффективность разработанной теории и методики формирования исследовательского умения у учащихся 5-6 классов в процессе изучения пропедевтического курса физики.
При определении исходных методологических основ мы опирались на философские работы по интеграции науки, техники, производства (Б.Г. Афанасьев B.C. Готт, Н.П. Депенчук, Б.Н. Кедров, М.Г. Чепиков), интеграции в естественнонаучном познании (Т.Я. Дубнищева, Р.С. Карпинская, И.К. Лисе-ев); на исследования, посвященные разработке теоретических основ содержания образования (П.Р. Атутов, Ю.К. Бабанский, Л.Я. Зорина, В.В. Краев-ский, B.C. Леднев, М.Н. Скаткин, А.В. Усова и др.); на труды педагогов, разрабатывающих проблемы педагогической интеграции в образовании (М.Н. Берулава, И.Д. Зверев, Ю.А. Кустов, Н.М. Максимова, Н.К. Чапаев, И.П. Яковлев, Н.М. Яковлева); на работы по проблеме теоретических основ межпредметных связей (И.Д. Зверев. Д.М. Кирюшкин, В.Н. Максимова, А.А. Пинский, В.Н. Федорова и др.); на работы, позволяющие определить сущность исследовательского метода познания (Г.С. Альтшуллер, Д.Б. Богояв-
18 ленская, Л.С. Выгодский, И.Я. Лернер, Б.Ф. Ломов, Д. Пойя, С.Л. Рубинштейн, Б. Саймон, О.А. Самарин, А.Ф. Эсаулов, и др.); на труды, исследующие проблемы внедрения компьютерных технологий в образовательный процесс (Р.Ф. Абдеев, А.Г. Гейн, В.И. Земцова, В.А. Извозчиков., В.А. Кай-мин, Е.И. Машбиц, Д.Ш. Матрос, В.Г. Разумовский, В.А. Острейковский, Г.И. Щербицкий и др.); на работы по проблеме формирования обобщенной структуры деятельности учащихся (Н.Ф. Талызина, А.А. Бобров, П.Я. Гальперин, и др.);
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: теоретический и исторический анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы для определения понятийного аппарата и методологических основ работы; дидактический синтез, абстрагирование и конкретизация; анализ нормативных документов, школьной документации; анализ и обобщение педагогического опыта; социологические методы исследования (собеседование, анкетирование, наблюдение); теоретическое моделирование; критериально-ориентированная диагностика; срезо-вый анализ, педагогический эксперимент в различных его формах (констатирующий, пробный, обучающий, контрольный); обработка результатов эксперимента методами математической статистики с целью установления достоверности экспертных оценок и обоснования полученных выводов.
Исследование проводилось с 1993 по 2002 год в несколько этапов: Первый этап (1993-1995 г.г.) был связан с изучением философской, психологической, педагогической литературы, посвященной состоянию и развитию теории интеграции содержания естественнонаучного образования, возможностям интегративного взаимодействия физики и информатики, способам формирования исследовательской структуры деятельности в процессе преподавания пропедевтического курса физики. На этом этапе проводился констатирующий эксперимент. Выявлены противоречия, возникающие при формировании исследовательских умений, определен предмет и объект ис-
19 следования, сформулирована гипотеза и задачи, разработан план исследования.
На втором этапе (1996-1997 г.г.) нами были определены возможности компьютерных технологий в осуществлении дидактического синтеза физики и информатики, выделена структура учебной исследовательской деятельности учащихся, адекватно отражающая деятельность естествоиспытателя. Определены пути формирования исследовательского умения в лабораторном практикуме пропедевтического курса физики. Апробированы элементы компьютерного лабораторного комплекса в пробном эксперименте.
На третьем этапе (1998-1999 г.г.) была разработана методика формирования исследовательского умения посредством компьютерного лабораторного комплекса на занятиях по физике в 5-6 классах. На этом этапе был проведен обучающий эксперимент.
На четвертом этапе (2000-2002 г.г.) проходила апробация пропедевтического курса физики с применением компьютерного лабораторного комплекса. Были обобщены результаты исследовательской деятельности, осуществлялось написание методических рекомендаций и оформление диссертационного исследования. Был проведен контрольный педагогический эксперимент.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
-теоретически обоснована необходимость интеграции физики и информатики для формирования структуры учебно-исследовательской деятельности;
-определена возможность формирования исследовательского умения в пропедевтическом курсе физики в 5-6 классах посредством компьютерных технологий;
- выделена структура учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении пропедевтического курса физики;
20 -разработана структура компьютерного лабораторного комплекса, позволяющего реализовывать интегративное взаимодействие физики и информатики на всех этапах лабораторного занятия.
Теоретическая значимость выполненного исследования состоит в: -разработке теоретико-методических основ изучения физики посредством компьютерных технологий на начальном этапе естественнонаучного образования;
- обосновании использования интегративно-личностного подхода при
формировании исследовательского умения в условиях пропедевтики физиче
ских знаний;
-осуществлении дидактического синтеза содержания физики и информатики на основе учебно-исследовательской деятельности.
Практическая значимость исследования заключается в:
разработке содержания исследовательских лабораторных работ пропедевтического курса физики;
разработке программного продукта, включающего лабораторные работы, лабораторный практикум, компьютерную тестовую оболочку по физике, электронный учебник и виртуальный конструктор моделирования исследовательской деятельности;
создании и опубликовании методических рекомендаций по формированию исследовательского умения у учащихся 5-6-ых классов посредством компьютерного лабораторного комплекса;
внедрении в практику школьного обучения результатов исследования.
Апробация работы проходила на всероссийских, межвузовских научно-практических конференциях "Вопросы методологии и методики формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов" (Челябинск, 1993, 1994, 1995-1998, 2000), Всероссийской конференции "Интеграция естественнонаучного знания в системе образования" (Самара, 1994), республиканской научно-практической конференции "Межпредметные связи в условиях стандартизации образования" (Челябинск, 1996). Результаты работы докладыва-
21 лись и обсуждались на ежегодных августовских совещаниях и конференциях,
проводимых управлением образования Челябинской области и отделом образования г. Троицка, на кафедре методики преподавания физики Челябинского педагогического университета, на внутрилицейском семинаре "Содержание естественнонаучного образования в Троицком естественнонаучном лицее".
На защиту выносится разработанная автором теория и методика формирования исследовательского умения учащихся в пропедевтическом курса физики в 5-6 классах, включающая:
Осуществление дидактического синтеза физики и информатики посредством компьютерного лабораторного комплекса.
Содержание исследовательского умения учащихся, формируемого в условиях комплексного использования компьютерных средств.
3. Модульную структуру построения компьютерного лабораторного
комплекса, раскрывающую вариативное содержание деятельности по форми
рованию исследовательского умения.
Интегративно-личностный подход к формированию научных знаний и умений в общеобразовательном учреждении
Социально-экономические преобразования, происходящие в обществе, приводят к значительным изменениям в системе образования. Сущность и динамичность общественных процессов находят адекватное отражение в педагогике и инициируют изменение содержания естественнонаучного образования. Несмотря на имеющиеся исследования, проблема содержания естественнонаучного образования в общеобразовательных учебных заведениях постоянно находится в центре внимания. Её рассмотрение требует учета тенденций развития науки, техники, производства, образования, состояния экономики, интересов и возможностей личности и др. В отечественной системе образования систематические исследования этой проблемы начались в XIX веке с работ А.Я. Герда, в которых доказывалась необходимость начального изучения естествознания как единого предмета, с последующей дифференциацией на дисциплины, составляющие естественнонаучный цикл. Его идеи впоследствии были развиты и обогащены Д.М. Корольковым, Б.Е. Райковым, М.Ю. Пиотровским и др. Большой вклад в развитие естественных наук и содержания естественнонаучного образования внесли М.В Ломоносов, М.Е. Головин, Д.М. Менделеев, А.П. Богданов, А.Н. Бекетов, развивающие идеи систематических фундаментальных курсов.
Проблемам повышения качества школьного естественнонаучного образования посвящены работы Ю.И. Дика, Л.Я. Зориной, В.Г. Разумовского, М.Н. Скаткина, В.Н. Фёдоровой, А.В. Усовой (73, 94, 206, 207, 223, 225, 265, 255,257,261).
Современное образовательное пространство характеризуется сменой образовательной парадигмы: предлагается иное содержание, меняются подходы, право, отношения, поведение, педагогический менталитет. В Законе Российской Федерации "Об образовании", образование понимается как "целенаправленный процесс воспитания и обучения в интересах человека, общества, государства, сопровождающийся констатацией достижения гражданином (обучающимся) установленных государством образовательных уровней". В связи с этим содержание естественнонаучного образования обогащается новыми подходами и структурами построения, сориентированными на развитие способностей учащихся, на формирование творческой, исследовательской структуры познавательной деятельности.
Возрастает роль науки при разработке содержательных моделей, образовательных методик и технологий в школе. Намечается дальнейшая интеграция образовательных факторов: школы, семьи, отдельного индивидуума и общества в целом. Российское образование постепенно входит в мировое образовательное пространство, содержание которого ориентировано на максимально полное удовлетворение потребностей личности, реализацию общественных процессов, рыночных взаимодействий. В настоящее время в российском образовании доминирует принцип вариативности, который позволяет педагогическим коллективам учебных заведений выбирать и конструировать образовательный процесс по любой модели, включая авторские. В связи с этим в системе образования предлагаются различные направления совершенствования содержания образования, используются современные дидактики, повышающие эффективность образовательных структур, внедряются научные методы разработки и практической адаптации образовательных технологий.
Наиболее значимым из этих направлений является личностно ориентированное обучение, направленное на максимальное развитие и удовлетворение потребностей личности и развивающееся под воздействием интеграционных процессов в системе основного образования.
Возможности компьютерных средств при формировании исследовательского умения
Разработке содержания информатики как учебного предмета и как стержневой дисциплины общего образования уделяется достаточно много внимания. Этой проблеме посвящены работы А.П. Ершова, Е.П. Велихова, B.C. Леднева, А.А. Кузнецова, А.Я. Савельева, И.В. Роберта, В.В. Рубцова, Е.И. Машбица и др. Информатика рассматривается как предмет, обладающий внутренней возможностью индивидуализации образовательного процесса и являющийся общенаучным средством познания естественнонаучных предметов, выступающим как мощный интегрирующий фактор, обеспечивающий взаимодействие знаний на уровне дидактического синтеза.
Однако в реальном образовательном процессе школы такие возможности компьютерных средств практически не реализуются. Не является решением, хотя и полезно, оснащение школ вычислительной техникой, которая чаще всего превращается в «головную боль» директоров. Встает вопрос: «Какие возможности компьютеров возможно и необходимо реализовывать в школе и как это делать?»
Применение компьютерных средств в той или иной деятельности всегда направлено на получение более высоких результатов, на повышение эффективности производства, экономию материальных средств, ускорение процесса разработки новых видов продукции и т. д. Безусловно, в каждом конкретном случае применяются различные конфигурации компьютерных средств, разнообразные информационные технологии и программное обеспечение.
Следует отметить, что достижения в науке и технике, благодаря использованию компьютерных средств и информационных технологий, бесспорны.
Такой же неоспоримый успех предполагался и в образовательной деятельности школы. Но, как показал опыт использования компьютерных средств, уровень знаний, умений не коррелирует с количеством компьютерных классов в учебных заведениях, количеством программных разработок. С другой стороны, как отмечает Е.И. Машбиц, "очевиден тот факт, что ни одно техническое средство, применявшееся ранее, по своим дидактическим возможностям не может сравнится с компьютером"(158). Следовательно, те свойства и функции компьютерных средств, на которые возлагались большие надежды (цвет, звук, мультипликация, диалоговый режим, управляемость, программи-руемость и др.), не стали определяющими в учебной деятельности.
Более эффективными можно считать такие подходы, которые ориентированы на использование компьютерных средств "как средств управления учебной деятельностью". С этой позиции рассматриваются возможности компьютерных средств в работах СИ. Архангельского, А.И. Берга, В.М. Глушкова, В.А. Острейковского Н.Ф. Талызиной. (1, 181, 238). С позиций сущности реализуемых в образовательных системах информационных процессов эту проблему рассматривали в своих работах П.Я. Гальперин, А. Дре-ер, В.П. Зинченко, В.М. Казакевич, П. Линдсей, Н.А. Менчинская, У. Рейт-ман, П. Френс, В.Д. Щадриков, и др. Эффективность применения компьютерных средств в данном случае является следствием индивидуализации обучения, которое, в свою очередь, вытекает из особенностей самих компьютерных средств. Как отмечает Е.И. Машбиц, "компьютер осуществляет так называемое рефлексивное управление, то есть строит модель учащегося, которая учитывает особенности его познавательных процессов - восприятия, мышления, памяти, и оказывает помощь ученику с учётом его индивидуальных возможностей" (158). Такого рода управление используется и в проблемном обучении с использованием компьютерных средств, при моделировании и анализе конкретных ситуаций, при использовании игровых программ, адаптированных к учебному процессу или программ, строящихся на игровых принципах. Во всех этих случаях учащийся выступает как исследователь, самостоятельно принимающий решения, применяющий оригинальную, нестандартную стратегию решения задачи. У обучаемых возникают предпосылки для формирования умений анализировать, выполнять поиск оптимального решения из всевозможных стратегий.
В работе А.В. Кузнецова отмечается, что использование компьютера в учебной среде "способствует развитию у школьников творческого мышления, а также формированию нового типа мышления, так называемого операционного, направленного на выбор оптимальных решений" (136). Это приводит к саморегуляции деятельности учащегося, её более глубокому осознанию, корректировке процесса формирования умений.
Сформированные таким образом умения обладают свойством переноса, становятся основой для формирования подобных умений в других видах деятельности. Немаловажен и тот факт, что обучаемый, благодаря компьютерным средствам, имеет возможность свободно принимать решения - как верные, так и неверные, а затем, самостоятельно и оперативно анализируя результат, корректировать свою деятельность. Происходит своеобразный пооперационный самоанализ деятельности учащимся.. Однако умения, формируемые при выполнении этой деятельности, обладают малой устойчивостью, так как вышеперечисленные методики применяются на отдельных фрагментах учебного процесса, имеют различные цели и задачи, и если каждая в отдельности может дать достаточно высокий результат, то это не означает, что аналогичным будет и его результирующее значение.
Цели и задачи педагогического эксперимента
При проведении педагогического эксперимента использовались рекомендации педагогов и дидактов по технике и методике педагогического исследования (21, 244, 246, 261).
Определяя цели и задачи педагогического эксперимента, мы исходили из того, что компьютерные средства, обладая значительными техническими и дидактическими возможностями, малоэффективны в условиях школьного естественнонаучного образования. Этот факт до сих пор является источником противоречивых взглядов на роль компьютерных средств в обучении.
Заметно обостряется противоречие между достижениями в естественных науках, методы исследования которых дополняются и совершенствуются в результате широкого применения компьютерных средств и низкими показателями знаний и умений учащихся по естественным дисциплинам в школе, где компьютерные средства играют второстепенную роль в образовательном процессе.
Решая проблему формирования исследовательского умения учащихся подросткового возраста, мы предположили, что компьютерные средства обучения могут быть эффективны при изучении физики только при соблюдении следующих условий:
- при организации образовательного процесса применить интегративно-личностный подход, обеспечивающий развитие интереса учащихся к физике;
- если осуществить дидактический синтез физики и информатики через организацию исследовательской деятельности учащихся;
- если реализовать методику модульного построения компьютерного лабораторного комплекса, включающего в себя лабораторные работы, лабораторный практикум, электронный учебник, контролирующую тестовую оболочку и виртуальный конструктор деятельности в образовательном процессе.
Для проверки наших предположений был проведен педагогический эксперимент, который осуществлялся на протяжении девяти лет и включал в себя: а) постановку проблемы и выбор методов исследования; б) выбор критериев и оценку результатов эксперимента по выделенным критериям; в) анализ результатов эксперимента; г) выбор оптимальных методов использования компьютерных средств для формирования исследовательского умения учащихся.
Эксперимент осуществлялся в четыре этапа.
На первом этапе (1993 - 1995 г.г.) была изучена мотивация выполнения учебно-исследовательской деятельности учащимися на начальном этапе обучения физике, анализ познавательных, психических процессов, интеллектуальных способностей, интереса к изучению нового для школьников предмета. На этом этапе применялись такие методы исследования, как опросы учащихся, наблюдение, тестирование, создание базы данных умений, приобретаемых учащимися в школе и выделение ключевых умений, являющихся основой для формирования исследовательского умения. Результаты констатирующего эксперимента позволили определиться с подходами к формированию исследовательского умения. Основное внимание было уделено компьютерным технологиям, которые обладают значительным дидактическим потенциалом. В этот период нами была разработана программа пропедевтического курса физики, рассчитанная на применение компьютерных средств. Под эту программу был разработан компьютерный лабораторный комплекс, обеспечивающий формирование исследовательского умения учащихся в пропедевтическом курсе физики.
На втором этапе (1996 - 1997 г.г.) осуществлялась апробация элементов компьютерного лабораторного комплекса. В результате были включены в образовательный процесс по физике:
1. Программа пропедевтического курса физики.
2. Лабораторные работы для учащихся 5-6 классов пропедевтического курса физики, ориентированные на формирование у учащихся исследовательской структуры деятельности.
3. Электронный учебник по пропедевтическому курсу физики, в котором задается логика изучения материала и формирования исследовательского умения.
4. Компьютерный лабораторный практикум, основанный на применении оборудования и программного обеспечения комплекса L-micro.
5. Виртуальный конструктор учебно-исследовательской деятельности, выполненный на алгоритмическом языке Kamil (разработан автором работы и учащимся МОУ № 13 г. Троицка - Валеевым Камилем).
6. Тестовая оболочка ID (разработана автором и учащимся МОУ № 13 г. Троицка - Ильиным Дмитрием), позволившая создать тесты для оперативного отслеживания уровня сформированности исследовательского умения учащихся, текущего, итогового, экзаменационного контроля знаний, психологического контроля и прогноза развития.
На этом этапе эксперимента нами было исследовано влияние разработанной методики на качество и уровень сформированности исследовательского умения учащихся подросткового возраста.
Нами были применены следующие методы исследования: опросы, компьютерное тестирование, наблюдение, диагностирующие контрольные работы, метод пооперационного и поэлементного анализа. Для проверки достоверности сформулированных выводов применялись непараметрические методы статистики.
