Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ПСИХОЛОГО-ДИДАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИЁМОВ ЛОГИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА 21
1.1. Психолого-дидактический анализ мыслительной деятельности студентов технических вузов в условиях системно-деятельностного подхода 21
1.2. Виды мыслительной деятельности, формируемые в рамках изучения курса общей физики и их структура 31
1.3. Квалификационные характеристики и компетенции различных специалистов с высшим техническим образованием 42
1.4. Логические приемы как инварианты различных видов мыслительной деятельности и когнитивных ключевых компетенций, их структура и иерархия 55.
1.5. Структура модели формирования логических приёмов мышления у студентов технического вуза на практических занятиях по физике 64
ВЫВОДЫ КI ГЛАВЕ 77
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ МЫШЛЕНИЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ РЕШЕНИЮ УЧЕБНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ У СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА 79
2.1. Учебные физические задачи, их структура и процесс решения 80
2.2. Логические приёмы в учебных физических задачах 85
2.3. Использование задач для формирования и диагностики логических приёмов и когнитивных компетенций у студентов технических вузов 90
2.4. Методика формирования приёмов логического мышления при обучении решению физических задач студентов технического вуза 125
ВЫВОДЫ КО II ГЛАВЕ 151
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ДИДАКТИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ВЕРИФИКАЦИИ ПОСТРОЕННОЙ МОДЕЛИ 153
3.1. Организация дидактического эксперимента: задачи, структура, критерии оценок 153
3.2. Констатирующий эксперимент 160
3.3. Поисковый эксперимент 168
3.4. Формирующий и контрольный эксперименты 171
3.5. Анализ и интерпретация результатов, полученных в ходе дидактического эксперимента 187
ВЫВОДЫ КIII ГЛАВЕ 191
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 192
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 196
ПРИЛОЖЕНИЯ 221
- Психолого-дидактический анализ мыслительной деятельности студентов технических вузов в условиях системно-деятельностного подхода
- Учебные физические задачи, их структура и процесс решения
- Организация дидактического эксперимента: задачи, структура, критерии оценок
Введение к работе
В последние годы в силу ряда причин остро встала проблема
модернизации высшего образования. К основным причинам можно отнести, во-первых, то, что высшее образование из элитного, селективного становится массовым и теперь необходимы дополнительные меры, направленные на развитие и обучение поступающих в вузы студентов. Во-вторых, ускорение темпов развития общества привело к тому, что темпы социального прогресса стали опережать темпы смены поколений, теперь появилась необходимость непрерывного образования и самообразования в течение всей жизни. Изменились цели обучения: важно не просто вооружить учащихся знаниями, а научить их учиться. В-третьих, в связи с сокращением государственного финансирования высшего образования и устареванием материально-технической базы вузов необходимо добиваться повышения качества высшего образования и его конкурентоспособности на международном рынке доступными средствами и способами.
Важность смены парадигмы высшего образования обсуждается на международном и государственном уровнях. Правительством разработан комплекс мероприятий по реализации приоритетных направлений развития системы образования РФ на период до 2010 года. Находятся в стадии разработки Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования (ГОС ВПО) третьего поколения, в которых должны быть отражены современные подходы к выбору содержания, способам организации и диагностики результатов дидактического процесса в вузах.
Эти и другие причины послужили толчком к интенсивному развитию дидактики высшего образования и переходу на качественно новый уровень понимания существующих в этой области науки проблем и способов их решения. В свете последних преобразований изменились акценты и приоритетные направления развития: от преимущественно гностического подхода к деятельностному, от дисциплинарного - к компетентностному, от
унитарной и унифицированной парадигмы к многообразной и вариативной, от доминирования в обучении отдельных понятий к усвоению общей методологии научного поиска решений.
Хорошее образование определяется не только знанием фактов, но и умением работать с информацией, решать конкретные задачи,
ориентироваться в происходящих вокруг изменениях и принимать
> ответственные решения. В то же время современные исследования
показывают, что большинство студентов усваивают знания лишь на
репродуктивном уровне и, что ещё опаснее, не уверены, что эти знания
пригодятся им в будущей профессиональной деятельности, здесь не является
исключением и физика. В результате учащиеся «зубрят» факты,
необходимые (в их понимании) только для того, чтобы сдать экзамен, не
видят связи между ними и реальным окружающим миром. А ведь, им, как
будущим специалистам, уже в ближайшее время придётся столкнуться с
необходимостью не просто воспроизводить полученные знания, а применять
их для решения профессиональных задач в новых ситуациях: исследовать и
объяснять происходящие явления, учитывать влияние различных факторов,
связи между ними, их существенность, научно обосновывать результаты
своей работы, корректировать протекание технологических процессов и
многое другое. Обучать учащихся этим умениям удобно в рамках изучения
различных дисциплин, в том числе физики.
Одним из недостатков современного образования является отсутствие
акцента на формирование культуры мышления. В большинстве современных
как школьных, так и вузовских учебников до сих пор преобладает
информационно-объяснительный подход к изложению материала. Хотя ещё
тридцать лет назад А.П. Леванюк, составитель ответов и решений к
задачнику фейнмановских лекций по физике писал, что основная цель
обучения - не в том, чтобы узнать некий набор фактов и положений, а в том,
чтобы научиться самостоятельно находить подход к решению проблем [206].
Огромный объём информации, получаемой учащимися при изучении физики, а также неумение объединить полученную информацию в оптимальную по объёму, функционирующую систему знаний - одна из основных причин того, что полученные знания становятся «мёртвым грузом», не применяются в новых ситуациях и не способствуют дальнейшему развитию личности. Но и противоположный процесс сокращения учебных программ при поверхностном рассмотрении многих важных вопросов также недопустим. Таким образом, информационно-насыщенный курс необходим, но построить его нужно с опорой на такие методы обучения, которые позволяют реализовать весь потенциал физики как учебного предмета: содержание физики должно нести функцию познавательного орудия, дающего возможность самостоятельного изучения различных конкретных явлений данной предметной области, а также переноса полученных знаний на другой предметный материал.
Считаем, что для решения этих проблем необходимо целенаправленно формировать у учащихся универсальные инструменты мыслительной деятельности, в частности, приемы логического мышления. Решение этой проблемы, в рамках курса общей физики оправдано её большими возможностями как фундаментальной науки с развитым логическим и математическим аппаратом.
Отметим ещё ряд предпосылок формирования и развития мышления, которые заложены в самом предмете физики, в том числе:
фундаментальный и универсальный характер изучаемых проблем;
присущее физической теории, по выражению Эйнштейна, внешнее и внутреннее совершенство: строгое соответствие экспериментальным данным, безупречная внутренняя логичность и самосогласованность, максимальная простота и элегантность, связь с фундаментальными концепциями;
- необходимость смелости абстрактных представлений, способность
выйти за рамки существующих взглядов для разрешения физических
парадоксов, создания новой, более общей теории;
- присущий физике качественный и количественный анализ объектов и
явлений, направленность анализа на выявление причинно-следственных
связей;
возможность сравнения экспериментальных результатов с теоретическими сведениями и наоборот;
- обучение физике с необходимостью предполагает решение задач, в-
процессе которого действуют общие для человеческого мышления
механизмы [229].
Возможности физики дляг формирования мышления- подтверждают результаты одного из исследований, проведённого в США: по результатам интеллектуального тестирования, (определение коэффициента IQ), обнаружилось, что самые высокие^ показатели интеллекта имеют физики (140,3 %), математики (138,2 %), инженеры (134,8 %), замыкают этот список химики (131,5 %) и биологи (126,1 %) [118]' Аналогичные результаты были получены и при тестировании студентов. Тот факт, что физики --наиболее интеллектуальная часть общества в сочетании с тем, что развитие интеллекта происходит в ходе занятий умственной деятельностью, приводит к-мысли о том, что физика - предмет, на котором развитие мышления^ не только возможно, но и должно быть очень эффективно.
Кроме того, обсуждая процесс обучения физике студентов технических специальностей, нужно помнить, что объекты их будущего профессионального труда являются^ материальными и их функционирование происходит по законам физики. Это-ещё раз подтверждает значимость этой науки для формирования как содержательной, так и операциональной стороны компетентности выпускников технических вузов. Именно поэтому физико-математическую подготовку относят к базовым структурам фундаментализации высшего технического образования. Ю.А. Шихов и B.C. Черепанов [223] пишут, что одним из «краеугольных камней» фундаментализации высшего технического образования является системологическая и классификационная подготовка, включающая в себя
формирование «метазнаний» - универсальных форм усвоения любого знания, позволяющих повысить производительность усвоения знаний через технологии «сжатия информации». Такую подготовку также можно вести в рамках изучения курса физики во втузе.
Проблема формирования универсальных приемов мышления у учащихся не новая. Её изучением занимались как отечественные учёные, так и зарубежные исследователи. П.Я. Гальперин заложил основы теории планомерно-поэтапного формирования умственных действий, Н.Ф. Талызина; также разрабатывала психологические составляющие процесса формирования приёмов мышления, в частности, выделила структуру сравнения. Б.М. Кедров в своих исследованиях изучал логические приёмы в структуре научного познания, а также аналитико-синтетические процессы в структуре исследования. А.Л. Никифоров определил структуру * элементарного анализа, В.П. Кохановский - структуру обобщения, В.В. Давыдов изучал процессы формирования понятий и роль обобщения в этих ;. процессах, определил структуру приёма обобщения. И.П. Калошина исследовала способы формирования технического мышления учащихся, Е.Н. Кабанова-Меллер выделила и структурировала приёмы умственной-деятельности, А.В. Усова исследовала вопросы использования различных видов мышления при формировании научных понятий в процессе обучения физике.
Различными аспектами проблемы усовершенствования процесса обучения студентов в вузах занимались М.И. Дьяченко, В.И. Загвязинский, Э.Ф. Зеер, В.И. Земцова, И.А. Зимняя, Н.А. Клещёва, В.В. Краевский, А.В. Коржуев, Ю.Н. Кулюткин, A.M. Матюшкин, А.В. Петров, П.И. Пидкасистый, В.А. Попков, Н.И. Резник, Ю.Г. Фокин, Л.М. Фридман, А.В. Хуторской, Г.П. Щедровицкий, А.Ф. Эсаулов и другие учёные.
Несмотря на то, что уделяется большое внимание формированию логических приемов мышления учащихся школ и вузов, некоторые аспекты проблемы до сих пор остаются нераскрытыми. Например, не уделяется
достаточного внимания проблеме формирования логических и эвристических приёмов мышления у студентов технических вузов, количественно не исследовалась связь между уровнем сформированности логических приёмов мышления и сформированностью отдельных когнитивных ключевых компетенций, прописанных в государственных образовательных стандартах по различным техническим специальностям и направлениям.
В последнее время, в контексте создания новых ГОС ВПО, В России стал популярным компетентностный подход к обучению. В рамках этого подхода у учащихся формируются компетенции, необходимые для успешного осуществления будущей профессиональной деятельности. В 70-е годы прошлого века, после того как Н. Хомский ввёл понятие «компетенция» применительно к теории языка, в США и других странах стало формироваться ориентированное на компетентностный подход образование. В России популяризаторами этого подхода признаны В.И. Байденко, В.А. Болотов, Н.А. Гришанова, И.А. Зимняя, B.C. Леднёв, Н.Д. Никандров, Д.М. Рыжаков, Ю.Г. Татур, А.В. Хуторской и другие учёные. Разными авторами выделено и систематизировано по разным основаниям большое количество компетенций, которые можно развивать в рамках изучения различных наук (напр., [5, 42, 55, 56, 79, 186, 187, 213] и др.); но нет строгой однозначной иерархии компетенций, не выделена структура многих из них, поэтому возникают трудности при организации их систематического формирования у студентов.
Исследователи из западных стран начали интересоваться проблемой формирования необходимых умений студентов ещё в середине двадцатого века. Популярностью в зарубежных странах пользуется метод проектов, направленный на создание в учебном процессе ситуаций, моделирующих реальный процесс постановки и решения исследовательских задач [122, 237, 247], но нужно подчеркнуть, что иногда необходимость самостоятельного выполнения таких сложных заданий становится для неподготовленных студентов непосильной задачей.
И российские, и зарубежные исследования последних лет подтверждают падение интереса молодого поколения к фундаментальным наукам и снижение логической культуры учащихся. Молодёжь испытывает затруднения при решении логических и математических задач, которые люди более старшего возраста решают с лёгкостью. По данным департамента образования и национального центра статистики США, 35 % слушателей высших школ страны не владеют даже основными арифметическими навыками, не говоря уже о более сложных умениях [238]. Проблема пересмотра парадигмы образования сейчас является острой во многих странах мира: как российские, так и европейские, и американские исследователи считают, что назрела необходимость пересмотреть основные* подходы к обучению [240, 241, 242, 243]. Изменения в учебных планах и курсах физики, в основном, направлены на усиление деятельностной составляющей учебного процесса в противовес содержательной.
Изменился стиль жизни и приоритетные направления -^ развития;-российского и всего мирового сообщества, в связи с этим сместились акценты на отдельные проблемы образования, но не до конца разработаны.. методики обучения и* средства диагностики, отвечающие этим новым требованиям.
Актуальность настоящего исследования определяется необходимостью разрешения следующих противоречий:
на социальном уровне: между потребностью общества в специалистах различных инженерно-технических направлений подготовки, способных к адаптации в быстро меняющихся социально-экономических и технологических условиях, обладающих высоким уровнем логической культуры, и недостаточной готовностью выпускников технических вузов к решению стоящих перед ними задач;
на общенаучном (педагогическом) уровне', между высоким уровнем требований к логической культуре выпускника технического вуза, которую декларируют государственные образовательные стандарты, и недостаточной
разработанностью методологических, теоретических и методических основ такого обучения, при котором формируются составляющие логической культуры;
- на методическом уровне: между необходимостью использовать на
занятиях современные методы формирования логических приёмов мышления
как составляющих когнитивных ключевых компетенций у студентов
технических вузов и отсутствием разработанной методики и средств,
направленных на их формирование.
Эти противоречия; сформулированные на трёх уровнях, порождают основную проблему: выявление методологических, психолого-дидактических и методических основ процесса обучения, в ходе которого у студентов технических вузов параллельно с содержательной составляющей знаний по физике будут формироватьсялогические приёмы мышления.
В соответствии- с указанной проблемой, сформулирована тема исследования: «Формирование логических приемов мышления при обучении решению физических задач студентов технического вуза».
Объект исследования: процесс обучения физике студентов технических специальностей и направлений.
Предмет исследования: методика и средства обучения физике студентов технического вуза, направленные на формирование логических приемов мышления как инвариантной составляющей когнитивных ключевых компетенций.
Цель исследования заключается в разработке и внедрении модели дидактического процесса формирования логических приемов мышления в рамках изучения-курса общей физики студентами техническоговуза.
Гипотеза'исследования: формирование логических приёмов мышления-при обучении решению учебных физических задач у студентов технических специальностей и направлений будет наиболее эффективным, если:
- на основании системного, деятельностного и компетентностного
подходов разработать модель формирования логических приёмов мышления
на практических занятиях по физике у студентов технических специальностей и направлений;
определить на методологическом уровне модели виды деятельности, к выполнению которых должны быть подготовлены выпускники технических вузов, а также когнитивные ключевые компетенции, которые они должны освоить; и в качестве средства формирования логических приёмов мышления использовать физические задачи и упражнения, функционально валидные выбранным видам деятельности, компетенциям и формируемым логическим приёмам;
выбрать в качестве* одной* из составляющих психолого-дидактического< уровня^ модели теорию планомерно-поэтапного формирования умственных действий: при выполнении заданий, направленных на усвоение отдельных логических приёмов мышления, использовать структуру этих приёмов, в качестве ориентировочной'основы деятельности (00Д) III типа;
выявить в содержании методического уровня модели и использовать наиболее эффективные формы работы, приёмы активизации познавательной^ деятельности студентов технических вузов и способы мотивации их к работе на практических занятиях по-физике.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
1. Установить ведущие подходы и выделить психолого-дидактические
основания формирования логических приёмов мышления у студентов
технических специальностей; построить модель такого дидактического
процесса, в ходе которого параллельно с формированием содержательного
аспекта знаний по физике у студентов будут формироваться логические
приемы мышления как инвариантные структурные элементы деятельности
различных специалистов.
2. Проанализировать государственные образовательные стандарты
(ГОСы) различных специальностей, по которым ведётся обучение во втузах,
с целью выявления требуемого уровня логического мышления,
компетентности и типовых профессиональных задач,-к решению < которых нужно подготовить студентов, а также определить инвариантную часть рассмотренных компонентов.
Провести анализ основных логических приемов мышления (выделить их структуру и иерархию) и учебных физических задач и процесса их решения (выделить в них логические приемы) и систематизировать их.
Проанализировать категориальный базис дисциплины «Физика» для втузов с целью определения содержания задач по физике; подобрать специальные по содержанию и структуре деятельности задачи-и упражнения, составить банк таких заданий.
Определить критерии и уровни для диагностики сформированности логических приёмов мышления на материале курса общей физики.
Разработать методику формирования логических приёмов мышления, при обучении решению физических задач.
7. Верифицировать построенную модель формирования логических
приёмов мышления в условиях реального учебного процесса на материале
курса общей физики в техническом университете.
Теоретико-методологической основой исследования явились: материалистическая диалектика как теория познания, заключающаяся* в целостном и всестороннем рассмотрении явлений и процессов в их развитии, взаимодействии и взаимообусловленности (Г.В. Ф: Гегель, А.А. Зиновьев; А.Г. Спиркин, А.П. Шептулин, Ф: Энгельс и др.); системный подход-(М.Я. Басов, И.В. Блауберг, В.Н. Садовский, И.Н. Семёнов, А.И. Уёмов, Э.Г. Юдин и др.); деятельностный подход и теория деятельности (Л.С. Выготский, П:Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, Г.В. Суходольский, Н.Ф. Талызина, Г.П. Щедровицкий и др.); теория моделирования (В.М. Глушков, И.С. Карасова, И.Б. Новик, А.И. Уёмов, В.А. Штофф, Л.М. Фридман и др.); компетентностный подход (В.И. Байденко, И.А. Зимняя, B.C. Леднёв, Дж. Равен, А.В. Хуторской и др.);-психологические теории познавательных процессов, прежде всего мышления
(П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, Е.Н. Кабанова-Меллер, Н.А. Менчинская, Б.Г. Мещеряков, Н.А. Подгорецкая, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф: Талызина и др.); теории решения учебных задач (Г. А. Балл, СЕ. Каменецкий, Ю.Н. Кулюткин, Д. Пойа, Н.М. Сперанский, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.М. Фридман, А.Ф. Эсаулов и др.); теории развивающего обучения (З.И. Калмыкова, Р.И. Малафеев, М.И. Махмутов, ЯМ. Перельман, Н.Ю. Посталюк, И.С. Якиманская и др.) теории алгоритмизации в обучении (В.П. Беспалько, В.М. Глушков, Л.Н. Ланда и др.); дидактические теории обучения-в-высшей школе (В:И. Загвязинский, А.В! Коржуев, М.П. Ланкина, A.M. Матюшкин, В.А. Пологрудов, В.А. Попков, С.Д'. Смирнов, Ю.Г. Фокин и др.); теории политехнического обучения (П.Р. Атутов, Н.Н. Грачёв, Г.И. Денисенко, Ю.М. Иванов, И.П. Калошина, Н.А. Клещёва, Н.И. Резник и
ДР-)-
Для решения' поставленных задач использовались следующие методы исследования:
теоретические: моделирование процесса обучения на разных уровнях общности; анализ противоречий в системе теоретического * знания; формулирование гипотез; теоретическое обобщение, абстрактно-логический анализ и синтез представлений при разработке модели и частных методик; интерпретация полученных результатов;
эмпирические: сбор научных фактов (изучение литературных и электронных источников по проблемам дидактики в высшей школе, теории и методики обучения физике в вузах, развития мышления; анализ государственных образовательных стандартов1 по различным инженерно-техническим специальностям; анализ содержания общего курса физики; анализ содержания и структуры деятельности по решению задач; рефлексия и анализ собственной педагогической деятельности; изучение опыта работы преподавателей физики вузов и учителей физики в школах; анкетирование; тестирование; документальное наблюдение; дидактический эксперимент);
систематизация педагогических фактов и их обобщение; математические и статистические методы обработки результатов эксперимента.
Решение поставленных задач проходило в несколько этапов:
1996-2004 гг. - проходил сбор информации по рассматриваемой проблеме, определялись возможные направления дальнейшего исследования, проводился констатирующий и поисковый этапы эксперимента на выборке из учащихся классов с углублённым изучением физики и математики, а также на выборке из студентов классического и технического университетов.
2004-2005 гг.- проводился второй этап эксперимента, который носил проверочно-поисковый характер: вырабатывались элементы методики формирования приёмов логического мышления и решения задач на практических занятиях в техническом университете, подбирались функционально валидные задания, проверялась эффективность их использования в учебном процессе.
2005-2007 гг. - проводился третий этап эксперимента, который носил ^ < формирующий характер. На этом этапе были определены контрольная и экспериментальная группы студентов, и обучение студентов в экспериментальной группе в течение всего этапа проходило в рамках защищаемой модели.
2007 г. - проводился контрольный эксперимент, обрабатывались и интерпретировались результаты, полученные в ходе эксперимента, проверялась достоверность выдвинутой гипотезы исследования.
Базой научного исследования явились Омский государственный технический университет, Омский государственный университет имени Ф.М. Достоевского, Институт повышения квалификации работников образования Ямало-Ненецкого автономного округа (г. Ноябрьск и г. Губкинский).
Научная новизна настоящего исследования заключается в том, что:
1. Разработана модель, дидактического^ процесса формирования
логических приемов; мышления на материале курса общей физики у
студентов технических вузов, которая развёрнута на трёх уровнях общности:
-методологическом: обосновывает используемые подходы к обучению физике студентов технических вузов;
- психолого-дидактическом: определяет теоретические основания
формирования приёмов логического мышления на практических занятиях по
физике в технических вузах; .
- методическом: раскрывает особенности- содержания^ деятельности? преподавателя и студентов, используемых средств формирования и диагностики уровня сформированное логических приёмов мышления.
Модель выступает в качестве познавательного средства при выполнении;
следующих функций:. ' '
-эвристической: способствует получению новых знаний о процессе;
обучения физике студентов технических вузов; ' t
-нормативной: позволяет проектировать дидактический процесс;
-объясняющей: выявляет существенные внутренние и внешние связи» >; дидактического процесса;
- демонстрационной: выступает в качестве наглядной иллюстрации?
разрабатываемой концепции:
2. Определена система когнитивных ключевых компетенций студентов;
технического вуза и их содержание в организации* обучения; решению
физических задач.
З.Определены психолого-дидактические основания* для* разработки методик поэтапного формирования: различных видов- учебной' деятельности студентов технических вузов при обучении их решению задач;
4. Разработана в двух вариантах методика формирования логических приемов мышления у студентов технических вузов на материале.курса общей физики, основанная на теории планомерно-поэтапного формирования умственных действий. Содержательное наполнение каждого из этапов,
методики определяется в зависимости от уровня подготовки обучаемых и носит алгоритмический или проблемный характер.
Теоретическая значимость исследования заключается в дальнейшем развитии теории решения учебных физических задач, а именно:
В разработанной- модели объединены в систему методологический, психолого-дидактический и методический уровни описания процесса формирования приёмов логического мышления при обучении решению физических задач у студентов технического вуза.
Расширены научные представления- о компетентностном подходе применительно к обучению физике студентов технических.вузов: выделены когнитивные ключевые компетенции, которые могут быть освоены студентами на практических занятиях по физике при решении физических задач.
Внесён вклад в развитие понятийного' аппарата проблемы решения учебных физических задач: установлена связь между логическими и компетентностными основаниями классификации учебных- физических задач-.
Практическая значимость исследования заключается в том, что его выводы и рекомендации служат совершенствованию процесса обучения физике студентов технических вузов и определяются:
1) разработкой методических рекомендации по формированию
логических приемов мышления у студентов на материале курса общей
физики, рассчитанных на разный уровень подготовки студентов;
созданием системы задач и упражнений на материале курса общей физики, способствующих более эффективному усвоению логических приёмов мышления и некоторых когнитивных ключевых компетенций студентами технических вузов;
уточнением критериев для диагностики уровня сформированности логических приемов мышления при выполнении заданий по общей физике студентами технических вузов.
Достоверность и обоснованность полученных результатов
обеспечивается всесторонним анализом проблемы; универсальной методологической основой исследования - системным, деятельностным и компетентностным подходами; применением разнообразных педагогических методов исследования: наблюдения, тестирования, анкетирования, опроса, анализа письменных работ; достаточной длительностью и повторяемостью результатов дидактического эксперимента; внедрением результатов в педагогическую практику.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись:
а) в ходе личного преподавания по разработанной методике;
б) в ходе использования результатов исследования другими педагогами;
в) посредством выступлений на семинарах в лаборатории методики
преподавания физики ОмГУ им. Ф.М. Достоевского;
г) при проведении курсов повышения квалификации для преподавателей
физики;
д) в ходе работы по проекту Национального фонда подготовки кадров
«Интернет-поддержка профессионального развития педагогов»;
е) при публикации результатов исследования в печати.
Основные практические результаты и теоретические выводы исследования докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах международного, федерального, регионального и вузовского уровней в Москве (2002, 2006 гг.), Челябинске (1998, 1999, 2000, 2001, 2004, 2005, 2006 гг.), Екатеринбурге (2004, 2005, 2006 гг.), Горно-Алтайске (1999 г.), Пензе (2002 г.), Томске (2006 г.), Омске (1998 - 2007 гг.), в центральной печати и нашли своё отражение в монографии, учебно-методических пособиях для студентов и преподавателей, научных статьях, докладах и тезисах конференций.
На защиту выносятся следующие положения и результаты исследования:
1. Разработанная модель формирования приёмов логического мышления
у студентов технических вузов, включающая основные элементы
описываемого дидактического процесса, выделенные на методологическом,
психолого-дидактическом, методическом уровнях, и существенные связи
между ними (в совокупности со средствами достижения поставленных целей
- системой функционально валидных заданий по общей физике)
способствует наглядному целостному представлению этого процесса, его
изучению и внедрению в практику обучения физике, то есть является
познавательным средством, выполняющим эвристическую, нормативную,
объясняющую и демонстрационную функции.
При организации процесса формирования приёмов логического мышления у студентов технических вузов в соответствии с методикой, построенной на основе теории планомерно-поэтапного формирования умственных действий, необходимо: а) учитывать начальный уровень подготовки студентов (усвоение предметных знаний должно быть не ниже уровня воспроизведения), б) использовать адекватные компетентностному подходу к обучению методы проблемного обучения, развития критического мышления, рефлексии собственной деятельности, а также сочетать индивидуальные и групповые формы работы студентов на практических занятиях по физике, в) развивать и поддерживать позитивную мотивацию и познавательную активность студентов. По отдельности перечисленные условия являются необходимыми, а в совокупности - достаточными для обеспечения эффективности использования разработанной методики.
На сформированность широкой формы выделенных логических приёмов, а также содержательной составляющей знаний по физике, умения решать различные виды учебных физических задач и аргументировать свои действия положительно влияет усвоение учащимися структуры логических приёмов, выступающих ориентировочной основой деятельности III типа при решении задач по физике. В целом это способствует повышению эффективности учебного процесса по физике в техническом вузе.
4. Средством формирования приемов логического мышления, некоторых видов деятельности и когнитивных ключевых компетенций, необходимых выпускникам технических вузов, служат функционально валидные учебные физические задачи и упражнения, которые можно рассматривать в качестве упрощённого аналога описанных в образовательных стандартах типовых профессиональных задач выпускников технического вуза.
В диссертации нашёл отражение десятилетний опыт работы её автора, включающий в себя преподавание физики и астрономии в школе № 92 г. Омска с углублённым изучением отдельных предметов, Омском государственном техническом университете, Омском государственном университете им. Ф. М. Достоевского, а также преподавание в летней школе НОУ «Поиск» г. Омска, подготовка учащихся к участию в олимпиадах различного уровня, работа в качестве члена жюри на районных и городских олимпиадах по физике для школьников и студентов, проведение курсов4 повышения квалификации для учителей физики и факультативных занятий для учащихся.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст диссертации изложен на 195 страницах, включает 20 таблиц и 2 рисунка. Библиографический список содержит 247 источников, из них 12 источников на английском языке.
Психолого-дидактический анализ мыслительной деятельности студентов технических вузов в условиях системно-деятельностного подхода
Анализ вопросов, связанных с изучением психолого-дидактических особенностей мыслительной деятельности студентов, обучающихся в технических вузах, вызван необходимостью понять механизмы процесса получения нового знания в деятельности различных специалистов технических направлений, выявить пути повышения их эффективности. Психолого-дидактический анализ деятельности позволяет классифицировать её с точки зрения различных видов, структурных элементов, характера выполняемых функций, этапов её реализации и особенностей получаемых результатов, а также позволяет выявить эффективные подходы к её формированию.
Деятельность как категория и психологический процесс. Понятие деятельности является одной из центральных и наиболее сложных категорий многих наук: философии, психологии, педагогики, кибернетики и других. Категория деятельности широко используется при изучении как познавательных процессов, так и их мотивации, личности в целом. Приведём несколько определений понятия «деятельность», которые, на наш взгляд, достаточно полно отражают его существенные стороны.
По А.Н. Леонтьеву, деятельность - это форма активности, которая побуждается потребностью. В этом случае деятельность представляет собой совокупность действий, вызываемых мотивом [105]. С.Л. Рубинштейн считал, что деятельность определяется своим объектом. Успех деятельности, по его словам, зависит от взаимодействия трёх компонентов: знаний, умений и мотивации. При этом он отмечал, что и предметная деятельность, и мыслительный процесс являются формами проявления интеллекта [155].
Г.В. Сухо дольский различает в морфологии деятельности состав (в виде действий, операций, актов и движений) и структуру (линейную или кольцевую, микро- или макроструктуру действий). Его семантическое дерево понятий о деятельности [181] восходит от движения — активности — жизнедеятельности — деятельности — человеческой деятельности — трудовой деятельности - профессиональной деятельности к операторской деятельности, позволяя воссоздать в теории и материализовать практически реальную деятельность. Также им выявлены основные психологические аспекты деятельности - субъект, морфология, мотивация, функции, динамика и разнообразие видов деятельности.
Из вышесказанного следует, что любая деятельность есть проявление мышления. Именно в поступках, в ходе производственной деятельности, в творческих делах человек проявляет себя как мыслящее существо. Yt результаты его мыслительной деятельности обнаруживаются в его делах не менее чем в словах. Более того, в реальных делах человек демонстрирует подлинный способ своего мышления гораздо доказательнее и убедительнее, чем в суждениях.
У всех исследователей система деятельности иерархична и состоит из нескольких последовательно формируемых и сосуществующих уровней. В содержании деятельности выделяются такие психологические компоненты как познавательные, эмоциональные и волевые. В данной работе основной акцент делался на изучение познавательного компонента, включающего в себя мышление. При анализе деятельности обычно выделяют три плана её рассмотрения: генетический, структурно-функциональный, динамический [48]. Нас в большей степени интересует второй план, когда деятельность раскладывается на составляющие её «единицы», содержащие в себе основные свойства, присущие ей как целому. При этом иерархические связи между единицами деятельности подвижны, и в зависимости от места отражаемого объекта в структуре деятельности изменяются содержание психического отражения, уровень отражения (осознаваемый или неосознаваемый) и вид регуляции деятельности (произвольный или непроизвольный).
А.Н. Леонтьев «единицами» деятельности считает действия, которые в свою очередь делятся на акты действий. Операции он "называет непсихологическими образующими деятельности или способами осуществления действий. Г.П. Щедровицкий, в противоположность А.Н.Леонтьеву, полагает, что операция состоит из действий, то есть находится на более высоком уровне иерархии структуры деятельности [227]. В структуре деятельности А.Н. Леонтьев выделяет следующие составляющие: субъект, предмет, продукт, мотив, средство, задачу. Задача в этом случае отражает объективное содержание деятельности.
В.М. Глушков [32] выделил аналогичную структуру действия, которая включает цель, предмет, мотив, способ.
Учебные физические задачи, их структура и процесс решения
Общепризнанным является факт, что физика — это не только определённая- наука, но и сфера воспитания и формирования культуры мышления, которая принципиально важна для любой творческой деятельности-человека..Как отмечает А.С. Кондратьев, «физика, как никакая другая наука учит анализировать неизвестное и непонятное - находить язык для описания незнакомой ситуации, вводить характеристики, определяющие течение процесса или явления, устанавливать качественные и количественные отношения и закономерности и, наконец, находить фундаментальные законы, определяющие полную картину явления» [81].
Для реализации всего потенциала физики как науки, призванной обеспечить усвоение общенаучных категорий и способов деятельности, необходимо определиться со средствами достижения поставленных целей. В нашем случае в качестве средств формирования перечисленных в 1.2. и 1.3. умений и компетенций, использовались учебные физические задачи и упражнения.
Понятия «задача» и «учебная физическая задача», их структура и содержание. Хотя понятие «задача» стало предметом многих наук: кибернетики, психологии, педагогики и др., данный термин до сих пор остаётся очень сложным для определения. В психологической литературе термин «задача» (как и соответствующие иностранные термины «problem», «task» и др.) употребляются в самых разных значениях. В психологии задача обычно трактуется как некий внешний фактор, детерминирующий деятельность субъекта. Вместе с тем, в трудах российских психологов С.Л. Рубинштейна, Л.М. Фридмана, А.Н. Леонтьева, Г.С. Костюка и других, был развит подход к задаче, позволяющий учесть не только внешние, но и внутренние источники активности. Например, Г.С. Костюк под задачей понимает «ситуацию, требующую от субъекта некоторого действия, направленного на нахождение неизвестного на основе использования его связей с известным» [86]. В.М. Глушков даёт определение задачи в рамках кибернетики, которое считается общенаучным: «...это ситуация, определяющая действие некоторой решающей системы» [32]. Системный подход к понятию «задача» использовали Г.С. Балл, А.Ф. Эсаулов [9, 231] и некоторые другие исследователи. Последний понимал задачу как «более или менее определенные системы информационных процессов, несогласованное или даже противоречивое соотношение между которыми вызывает потребность в их преобразовании». В работах А.В. Брушлинского, A.M. Матюшкина задача и процесс её решения рассматривались независимо от решающего её субъекта: Однако не будем подробно останавливаться на трактовке различных определений понятия «задача» [9, 21, 32, 39, 44, 48, 195, 209, 218, 232]. Отметим лишь, что этот вопрос получил достаточное освещение в научной литературе. В большинстве определений задача рассматривается как трёхкомпонентная система (например, условие, требование и какое-то преобразование [231] или начальное состояние, конечное состояние и процедура [153]) и центральным является понятие действия. Однако некоторые авторы, например Ю.М: Колягин [78], выделяют ещё и четвёртый компонент задачной системы - базис решения задачи, который представляет собой теоретическое обоснование её решения . Этот компонент, также как и три предыдущих, может быть неизвестным и искомым.
В дидактике, говоря о задачах, авторы подразумевают учебные задачи. Основное назначение учебной задачи - усвоение самого действия, направленного на овладение системой знаний [197]. Н.Н. Тулькибаева рассматривает задачу в двух дидактических аспектах: в учебной практике как проблему, решаемую с помощью логических, математических действий и эксперимента; в литературе (учебной и методической) как целесообразно подобранное упражнение. Для учебной физической задачи, она даёт следующее определение: учебная физическая задача - это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий, основанных на использовании законов, теорий и методов физики и направленных на усвоение знаний по физике, овладение умениями применять их на практике, освоение способов ведущих действий, а также на развитие мышления [197].
Понимание задачи определяется не только раскрытием содержания, необходимо рассмотреть и её состав. Исследователи выделяет разные элементы в структуре задачи. Так, Ю.Н. Кулюткин и А.Ф. Эсаулов [88, 231]. основными элементами, задачи считают условие, заданное совокупностью объектов, находящихся относительно друг друга в определённых отношениях и требование, определяющее искомый объект в заданных условиях.
Л.М. Фридман наряду с условием и требованием задачи выделяет оператор. Под оператором задачи понимается «... совокупность тех действий (операций), которые надо произвести над условиями задачи, чтобы выполнить её требования» [209]. Г.С. Балл (с кибернетической точки зрения) в качестве компонентов задачи выделяет задачную систему (содержание задачи) и решающую систему (методы, способы и средства решения) [9]. Каждый компонент системы представляет собой самостоятельную1 систему, обладающую специфическими функциями и особым назначением. Между элементами задачи существуют связи различных видов.
Организация дидактического эксперимента: задачи, структура, критерии оценок
Аналогичный эксперимент проводился в 1998 году со студентами одной из групп физического факультета Омского государственного университета. Одним из заданий коллоквиума по молекулярной физике студентам предлагалось составить цикл, данный в некоторых термодинамических координатах, в других координатах (в задании необходимо применять приёмы анализа, установления связей и отношений, а также синтеза). Всего в эксперименте принимал участие 21 студент. Из них сразу с заданием справились 7 человек (33%), остальные либо вообще не справились с заданием, либо допустили ошибки. В результате включения в свою деятельность внешнеречевого этапа еще 10 студентов (48% от общего числа) сами нашли у себя ошибки и справились с заданием, 3 студента (14% от общего числа) нашли у себя ошибки с помощью преподавателя, одному студенту внешнеречевой этап не помог в выполнении задания. В этом случае внешнеречевой этап увеличил выполняемость задания примерно в 2,5 раза.
Приведем; пример занятия, на, котором в рамках разработанной методики с помощью- специально подобранных задач» у студентов-формировался прием обобщения. Этот пример иллюстрирует два первых этапа методики формирования логических приемов мышления у студентов.
Студентам двух групп радиотехнического факультета, технического университета на практическом занятии по физике предлагались следующие задачи по теме «Динамика»:
1. На тело массой 2 кг действуют одновременно две силы:. ЮН и 20 Hi Чему может быть равно, ускорение, сообщённое: телу этимисилами? Решение: 5 м/с а Г5м/с в зависимости от взаимного направления сил..
2. Как нужно расположить N (N 1-) одинаковых по- модулю сил, приложенных одновременно к материальной точке в одной плоскости, чтобы под действием их равнодействующей точка двигалась равномерно прямолинейно?
Решение: Существует много вариантов решения этошзадачи. Рассмотрев? -..-случаи одновременного действия-, на точку двух, трёх, четырёх; сил можно заметить и обобщить на случай большего числа сил, что эти силы нужно ; располагать под. углом 360 /N друг к другу. Как, один из вариантов для четного числа сил можно рассмотреть- решение, в котором силы расположены симметрично относительно точки их приложения;
В контрольной группе (21 чел.) задачи предлагались, без; дополнительных комментариев. В результате ни один студент не. смог правильно выполнить ни одну задачу, хотя первоначально задачи показались им очень легкими. Большинство рассмотрели несколько частных случаев: в; первой задаче - обе силы действуют В; одну сторону, в противоположные стороны, под прямым углом друг к другу; а во второй задаче - случай-одновременного действия на тело двух, трех и четырёх сил. Те же учащиеся, которые догадались, что решений задачи может быть больше, не смогли, представить их в обобщенном виде.
В экспериментальной группе (22 чел.) студентам была предложена сначала первая задача. Результат был тот же, что и в первой (контрольной) группе. После этого был проведен анализ решения первой задачи. Давалась структура приема.обобщения, которая играла роль ориентировочной основы, деятельности: объекты, подлежащие обобщению; признаки объектов; формулировка обобщающего умозаключения. Далее приводился пример-применения структуры обобщения к данной задаче: объекты - ускорения, сообщаемые силами в разных случаях; признаки — числовые значения ускорений (акцент делался на то, что- таких ускорений может быть, бесконечно много). Затем рассматривалось несколько случаев взаимного расположения сил с. целью. проверить, как при этом, меняется- значение сообщаемого телу ускорения. Какие ещё значения может иметь ускорение, если поменять взаимное расположение сил? Объяснение сопровождалось схематичными, рисунками..
Студенты сами пришли к выводу, что все полученные значения принадлежат ограниченному интервалу и определили этот интервал. Ответ (обобщающее умозаключение) был сформулирован ими в виде неравенства. В ходе решения задачи некоторые студенты понимали, что значений, получится-несколько, но не знали, как записать их все. в одном ответе, .то есть проблемы у них возникали именно на стадии обобщения - объединения всех полученных ответов в один общий.
