Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. РОЛЬ КУРСА ФИЗИКИ В СТРУКТУРЕ ПОДГОТОВКИ ТЕХНИКОВ - ЭКОЛОГОВ В ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ КОЛЛЕДЖЕ 12
1.1. Содержание курса физики в блоке общеобразовательных дисциплин 13
1.2. Отражение физических знаний в дисциплинах профессиональной подготовки техника - эколога 19
1.3. Сложившиеся направления реализации экологической направленности обучения учащихся физике 25
1.4. Состояние практики подготовки техника - эколога к решению профессиональных задач с применением физических знаний 36
1.5. Причины недостаточной эффективности подготовки будущих экологов к решению профессиональных задач 43
Выводы по 1 главе 46
ГЛАВА 2. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ-ЭКОЛОГОВ К РЕШЕНИЮ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ 49
2.1. Психолого-педагогические основы решения проблемы исследования 49
2.2. Типовые задачи техника - эколога, решаемые с применением физических знаний 51
2.3. Обобщенные методы решения задач экологического характера разных типов 59
2.4. Отбор учебного материала курса физики для решения задач экологического характера66
2.5. Составление задач экологического характера, решаемых с применением физических знаний 84
2.6. Разработка метода решения задач экологического характера 95
2.7. Методика обучения студентов-экологов обобщенным методам решения задач экологического характера 101
2.7.1 .Методика проведения мотивационного этапа 103
2.7.2.Методика проведения подготовительного этапа 107
2.7.3.Методика проведения этапа самостоятельного составления студентами обобщенного метода решения задачи выделенного типа 117
2.7.4.Методика проведения этапа конкретизации обобщенного метода по решению задач экологического характера 120
Выводы по 2 главе 127
ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 130
3.1. Организация констатирующего эксперимента и его результаты 131
3.2. Организация поискового эксперимента и его результаты 132
3.3. Организация обучающего эксперимента и его результаты 138
Выводы по 3 главе 156
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157
БИБЛИОГРАФИЯ 159
- Содержание курса физики в блоке общеобразовательных дисциплин
- Психолого-педагогические основы решения проблемы исследования
- Организация констатирующего эксперимента и его результаты
Введение к работе
Подготовка специалистов-экологов является первоочередной потребностью любого современного государства. В нашей стране существует система подготовки таких специалистов на всех уровнях образования: среднем специальном, высшем профессиональном, дополнительном, послевузовском. Разработаны государственные образовательные стандарты, в которых определены требования к содержанию подготовки специалистов - экологов. В области среднего профессионального образования ведется обучение экологов по специальности 3201 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" с присвоением квалификации техника. Суть требований государственного образовательного стандарта, предъявляемых к технику-экологу, выпускнику среднего специального учебного заведения (колледжа), заключается в том, что специалист должен уметь решать практически значимые задачи, возникающие в его будущей профессиональной деятельности с применением приобретенных за время учебы знаний. Конкретизация квалификационных умений техника-эколога позволила выделить следующие задачи:
1) нахождение или оценка значений физических величин, описывающих свойства объекта окружающей среды в определенном состоянии;
2) устранение отклонений от нормы значений параметров состояния объекта окружающей среды;
3) эксплуатация приборов и технических устройств, предназначенных для контроля за состоянием объекта окружающей среды;
4) разработка технологии (метода) выполнения деятельности с определенными объектами окружающей среды в определенных условиях;
5) установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным.
Эти задачи могут быть решены с применением законов и методов физической науки, так как физика является главным инструментом сохранения окружающей среды и создания альтернативных технологий, сберегающих природные ресурсы. Данное обстоятельство учтено составителями учебных планов и разработчиками программ учебных дисциплин, обеспечивающих подготовку специалиста в области экологии.
В учебный план обучения техника-эколога вкдючена физика, и на ее изучение отводится значительная часть учебного времени в блоке общеобразовательных дисциплин (177 часов из 410 часов, отведенных на изучение всех естественнонаучных дисциплин). В блоках общепрофессиональных и специальных дисциплин имеются такие предметы, которые непосредственно связаны с физикой. Это - метеорология, почвоведение, безопасность жизнедеятельности, природопользование и охрана окружающей среды, методы определения загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве. Таких дисциплин в каждом блоке более 50 %.
Таким образом, учебный план создает условия для обучения студентов решению экологических задач с применением физических знаний.
Роль физики в осуществлении решения проблем экологического образования студентов рассматривается многими педагогами-исследователями: Л. В. Тарасовым, Э. А. Турдикуловым, С. В. Огородниковым, А. А. Рыженковым, Л. В. Алексеевым, Н. Б. Виноградовой, Л. Ю. Чуйковой и другими. Были найдены следующие направления реализации экологической направленности обучения студентов физике: включение в учебники физики материала экологического характера, показ на уроках значимости физических знаний для решения актуальных экологических проблем, формирование "природоохранных" умений путем решения задач и выполнения лабораторных работ экологического содержания. При этом негласно предполагается, что будущий эколог сможет успешно применять физические знания для решения практических задач в своей деятельности. Однако констатирующий эксперимент, в котором приняло участие 320 студентов первого, второго и третьего курсов, изучивших физику и специальные профессиональные дисциплины, связанные с физикой, 180 студентов-выпускников различных образовательных учреждений г. Астрахани и Астраханской области, показал, что студенты не помнят материала экологического характера и не пользуются научными знаниями при решении практически значимых задач. Физические знания не являются основой деятельности студентов при разработке методов решения задач, аналогичных профессиональным. Это подтверждается тем, что 87 % испытуемых не могут самостоятельно планировать действия по решению конкретных экологических задач.
Отсюда мы сделаем вывод, что существующие подходы экологической направленности обучения студентов физике не позволяют подготовить их к решению задач, указанных в государственном образовательном стандарте.
В итоге можно утверждать, что существует противоречие между потребностью в специалистах-экологах, способных решать профессиональные задачи с применением физических знаний, и невозможностью удовлетворить эту потребность на основе сложившейся методики обучения физике студентов в колледже. Существующее противоречие обуславливает актуальность данного исследования.
Объектом исследования является процесс обучения физике студентов-экологов в колледже в современных условиях.
Предметом исследования является методика обучения студентов-экологов обобщенным методам решения задач при изучении физики.
Цель исследования: разработать методику обучения физическим знаниям, направленную на формирование у студентов умений, необходимых современному технику-экологу.
Теоретическая основа исследования базируется на двух идеях:
- цели обучения должны формулироваться в виде системы задач, для решения которых готовится обучаемый (идея Н. Ф. Талызиной);
- задачи, включенные в цели обучения физике, должны быть типовыми профессиональными. Методы решения таких задач должны быть обобщенными (концепция практической направленности обучения учащихся физике Г. П. Стефановой).
На этой основе сформулирована гипотеза исследования: если в процессе обучения физике студенты колледжа овладеют обобщенными методами решения типовых профессиональных задач техника-эколога, то они приобретут умение решать практические задачи экологического характера с использованием физических знаний. В соответствии с целью и гипотезой исследования в работе были поставлены и решались следующие задачи:
1. Выделить типовые профессиональные задачи техника-эколога, решаемые с применением физических знаний.
2. Разработать обобщенные методы решения задач экологического характера выделенных типов.
3. Разработать требования к формулировкам задач экологического характера.
4. Разработать методику обучения студентов обобщенным методам решения задач экологического характера на уроках физики.
5. Экспериментально проверить, приобретают ли студенты умение решать задачи экологического характера с применением физических знаний Для решения поставленных задач нами были использованы следующие методы и виды деятельности:
Теоретические: анализ педагогической, психологической, методической, учебной и естественнонаучной литературы по теме исследования; анализ государственных стандартов среднего профессионального образования, учебных планов, программ по физике, общепрофессиональным и специальным дисциплинам; анализ организации процесса обучения физике студентов в колледже; моделирование процесса обучения физике студентов в колледже.
Экспериментальные: анкетирование; индивидуальные беседы с преподавателями, специалистами в области экологии, студентами; наблюдение за учебным процессом; личное преподавание; педагогический эксперимент; обработка результатов эксперимента.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что 1. Выделены следующие типы профессиональных задач техника-эколога, решаемые с применением физических знаний;
- нахождение или оценка значений физических величин, описывающих свойства объекта окружающей среды в определенном состоянии;
- устранение отклонений от нормы значений параметров состояния объекта окружающей среды;
- эксплуатация приборов и технических устройств, предназначенных для контроля за состоянием объекта окружающей среды;
- разработка технологии (метода) выполнения деятельности с определенными объектами окружающей среды в определенных условиях;
- установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным.
Задача, связанная с установлением соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным, занимающая важное место в практический деятельности техника-эколога, не была выделена предыдущими исследователями.
2. Разработан обобщенный метод решения задачи "Установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным". Содержание этого метода выделено впервые.
3. Сформулированы цели обучения физике студентов-экологов. Эти цели представляют собой систему задач выделенных типов с обобщенными методами их решения.
4. Разработаны требования к составлению задач экологического характера выделенных типов:
1) в условии задачи должна описываться конкретная экологическая ситуация, в которой действует техник-эколог;
2) требование задачи должно представлять собой цель профессиональной деятельности техника-эколога.
Задачи, составленные с учетом этих требований, являются новыми дидактическими средствами подготовки техника-эколога в процессе обучения физике.
Ориентиром для составления задач экологического характера, связанных с установлением соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным, служат предельно-допустимые значения физических величин, описывающих конкретное состояние рассматриваемых объектов.
5. Разработаны задачи экологического характера, позволяющие формировать у студентов колледжа профессионально значимые умения.
6. Разработана методика обучения студентов обобщенным методам решения выделенных задач и описана на примере задачи "Установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным".
Методика обучения студентов обобщенным методам решения задач базируется на известных этапах: мотивационном, подготовительном, этапе самостоятельного составления студентами обобщенного метода решения задачи выделенного типа, этапе конкретизации обобщенного метода по решению задач экологического характера, этапе полностью самостоятельного решения конкретной задачи.
Особенности реализации указанных этапов заключаются в том, что мотивационный этап состоит из трех частей. Первая его часть осуществляется перед изучением курса физики, с целью создания у студентов потребности в овладении физическими знаниями для решения выделенных задач экологического характера, с которыми они встретятся в своей профессиональной деятельности. Вторая часть проводится перед решением конкретных профессиональных задач с использованием знаний изученной темы курса физики и служит для создания потребности у студентов в овладении методом решения данной задачи. Третья часть организуется после изучения курса физики на первом занятии практикума по решению конкретных задач экологического характера с опорой на обобщенные методы.
Занятия практикума, на котором студенты разрабатывают методы задач экологического характера, опираясь на усвоенные действия обобщенных методов, являются продолжением этапа самостоятельного решения задач. При этом действия методов выполняются с учетом знаний общепрофессиональных и специальных дисциплин, основой которых является физика. Определено в учебном плане место и время для проведения практикума решения задач экологического характера. Практикум является звеном, позволяющим осуществлять непрерывное формирование профессионально значимых умений у студентов-экологов с применением физических знаний.
Теоретическая значимость проведенного исследования состоит в том, что обоснована возможность подготовки студента, будущего техника - эколога, к решению профессиональных задач с применением физических знаний путем формирования обобщенных способов деятельности, указанных в целях профессиональных задач; расширена область деятельностного подхода применительно к формированию профессиональных умений у студентов в процессе обучения физике.
Практическая значимость исследования определяется тем, что разработаны методические рекомендации по реализации процесса обучения студентов-экологов обобщенным методам решения задач экологического характера при изучении физики: выделены темы курса физики, предложены образцы фрагментов занятий и методов решения конкретных задач экологического содержания; разработаны и внедрены в практику работы учителей физики дидактические средства для формирования у студентов профессиональных умений; создана и внедрена в практику работы образовательных учреждений методика обучения студентов-экологов обобщенным методам решения задач экологического характера; предложен практикум по решению выделенных типовых задач, позволяющий реализовать непрерывное обучение по формированию профессиональных умений техника -эколога.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Содержание работы преподавателя физики в современных условиях должно включать обучение студентов-экологов учреждений среднего профессионального образования обобщенным методам решения профессиональных задач.
2. Овладение студентами-экологами обобщенным содержанием выделенных типовых задач направлено на формирование профессионально значимых умений.
3. Обоснование необходимости и возможности использования в учебном процессе на старших курсах практикума решения задач экологического характера как одного из путей непрерывной подготовки студентов-экологов к профессиональной деятельности.
Апробация результатов исследования осуществлялась:
- на итоговых научно-практических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей в Астраханском государственном педагогическом университете (г. Астрахань, 1999 - 2002 г.г.);
- на семинарах кафедры теории и методики обучения физике в Московском педагогическом государственном университете (г. Москва, 2000-2003 г.г.);
- на городском научно-практическом семинаре учителей физики (г. Астрахань, 1999 - 2003 г.);
- на Международной конференции «Физика в системе современного образования» (г. Санкт - Петербург, 2003 г.);
- на Международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ» в Московском педагогическом государственном университете (г. Москва, 2002 г.);
- на международных научно-методических конференциях «Высокие технологии в педагогическом процессе» (г. Н. Новгород, 2001-2003 г.г.);
- на Международной научно-методической конференции «Высокие технологии в педагогическом процессе» (г. Н. Новгород, 2004г.);
- на итоговой научно-практической конференции Астраханского государственного университета (г. Астрахань, 2003 г.).
Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии. Общий объем диссертации -171 стр., основного текста -158 стр.; таблиц - 26, рисунков - 10; библиографических наименований -212.
Содержание курса физики в блоке общеобразовательных дисциплин
Методы решения многих профессиональных задач, стоящих перед экологами, опираются на физические знания. Сами по себе физические теории и законы не являются значимыми для экологии, но таковыми становятся в результате их применения при рассмотрении экологических проблем. Поэтому курс физики должен стать средством подготовки будущих специалистов. Цель нашего исследования состоит в том, чтобы найти в преподавании физики возможности такого обучения студентов, будущих экологов, в результате которого приобретенные знания были бы востребованы ими для решения практически значимых задач.
Для достижения поставленной цели рассмотрим, какое место при обучении студентов-экологов в политехническом колледже занимает физика.
Физика как учебная дисциплина изучается студентами-экологами в колледже в течение одного года с целью получения знаний в объеме средней школы.
Программа среднего полного образования, реализуемая в колледже, рассчитана на 1404 часа, 450 часов, из которых отводится на образовательную область "Естествознание", включающую в себя физику, химию, биологию, экологию. В таблице 1 приведено распределение часов на изучение перечисленных дисциплин в колледже.
Как видно из таблицы, наибольший удельный вес среди естественнонаучных дисциплин имеет физика, на изучение которой планируется 177 часов, из которых 45 % учебного времени отводится на решение физических задач и 11 % - на выполнение лабораторных работ, то есть основной акцент делается на аудиторные практические занятия. В конце курса предусмотрен экзамен.
Рассмотрим содержание курса физики, изучаемого будущими техниками-экологами.
Курс начинается с введения, в котором, как правило, рассматриваются методологические и мировоззренческие вопросы.
Основной материал курса группируется вокруг фундаментальных физических теорий, в соответствии с которыми названы разделы. Учебный материал раздела "Механика" изучается с целью повторения и актуализации основных понятий, законов, необходимых для изучения последующих разделов курса физики. На его изучение отводится всего 6 часов. Распределение учебного материала по темам в каждом разделе курса физики представлено в табл. 2.
Нетрудно заметить, что наибольшее число часов приходится на изучение молекулярной физики и основ электродинамики. Приоритетными темами в разделе "Молекулярная физика" являются основы молекулярно-кинетической теории (22 часа), агрегатные состояния вещества и фазовые переходы (23 часа), а в разделе "Основы электродинамики" - электрическое поле (18 часов), законы постоянного тока (14 часов), электрический ток в различных средах (14 часов). Такое распределение учебных часов, на наш взгляд, не является случайным. Содержание данных тем имеет исключительное значение для экологов, так как эти знания наиболее востребованы в их практической деятельности. Действительно, понятия о влажности воздуха, давлении атмосферы, поверхностном натяжении, смачивании, капиллярных явлениях необходимы экологам для нахождения значений параметров, характеризующих состояние объектов окружающей среды: воздуха, воды, почвы.
Эти знания позволяют экологам изучать воду как регулятор температуры, выявлять колебания температуры на планете, исследовать процессы переноса энергии по земному шару, разрабатывать безопасные схемы получения и передачи энергии и др.
Знания по теме "Электрический ток в различных средах" широко применяются для разработки методов очистки воздуха, водоемов, способов защиты человека от вредных воздействий окружающей среды. Экологи используют в своей практике физические приборы, физические методы исследования свойств природных объектов, явлений, протекающих не только в природе, но и в производстве, быту.
Рассмотрим содержание одной из тем молекулярной физики "Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы" для установления в нем наличия физических знаний, непосредственно связанных с вопросами экологии. Для этого воспользуемся программой по физике, рекомендованной Министерством образования Российской Федерации для средних специальных учебных заведений [126]. Выделим такие знания курсивом.
Психолого-педагогические основы решения проблемы исследования
Выделенная проблема исследования направлена на разработку такой методики обучения физике будущих техников-экологов, в результате которой они овладели бы умением успешно решать профессиональные задачи с применением физических знаний. В качестве теоретической основы решения этой проблемы исследования взята идея Н.Ф. Талызиной о том, что цели обучения конкретному учебному предмету должны быть сформулированы на языке задач.
"При организации обучения в первую очередь необходимо определить цели обучения. Цели должны представляться в виде системы задач, для решения которых готовится обучаемый. Любые знания человек приобретает для того, чтобы пользоваться ими, решать с их помощью соответствующие задачи" [165, с.275]. Таким образом, в формулировках этих задач должны быть указаны цели деятельности. Это означает, что учебный процесс организуется так, чтобы обучаемые овладели методами достижения целей, сформулированных в задачах.
Овладеть методами достижения целей деятельности можно одним единственным способом - многократно выполняя эту деятельность. Последнее есть обязательный элемент методики, ибо нет иного пути передачи способов деятельности, кроме как включить обучаемых в выполнение формируемой деятельности. Причем, формирование планируемых умений (способов деятельности) будущих техников-экологов должно осуществляться при условии, что студенты будут многократно выполнять те виды деятельности, которые указаны в целях профессиональных задач, решаемых с применением физических знаний.
Из приведенных выше идей вытекают следующие задачи исследования:
1. Выделить задачи, решаемые с применением физических знаний, которые можно включить в цели обучения техников-экологов.
2. Разработать методы решения этих задач.
3. Разработать методику обучения студентов-экологов методам решения выделенных задач.
На рассмотренных выше идеях выполнено диссертационное исследование Г.П. Стефановой, в котором показано, что задачи, включенные в цели обучения физике, должны быть типовыми профессиональными задачами [157, с. 22]. Методы решения таких задач должны быть обобщенными, так как доказано, что "обобщенный метод позволяет грамотно, осознанно и быстро достигать цели действия в обширной области деятельности" [7, с 50].
Методика обучения этим методам должна состоять из пяти этапов: мотивационного, подготовительного, методологического, обучения разработке конкретных методов решения задач, самостоятельного решения конкретных задач.
Опираясь на эти идеи, мы уточнили задачи своего исследования:
1. Выделить типовые задачи техника-эколога, решаемые с применением физических знаний.
2. Разработать обобщенные методы решения задач экологического характера выделенных типов.
3. Разработать методику обучения студентов обобщенным методам решения задач экологического характера на уроках физики.
4. Экспериментально проверить, приобретают ли студенты умение решать экологические задачи с применением физических знаний.
Организация констатирующего эксперимента и его результаты
Поисковый эксперимент был организован со студентами Астраханского государственного политехнического колледжа в процессе личного преподавания физики соискателем. Цели и организация второго этапа педагогического эксперимента представлены в таблице 20. В эксперименте принимали участие две группы: 1 группа - студенты первого курса, изучающие курс физики в блоке общеобразовательных дисциплин; 2 группа-студенты 2х и Зх курсов, изучившие курс физики и ряд общепрофессиональных и специальных дисциплин, связанных с физическими знаниями. Участие двух групп объясняется следующими обстоятельствами.
В течение одного года при изучении студентами первого курса физики мы целенаправленно обучаем их обобщенному методу решения профессиональной задачи "Установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным".
Студентов 2х-3х курсов мы продолжаем обучать обобщенному методу решения этой же задачи на этапе самостоятельного решения профессиональных задач с опорой на физические знания, содержащиеся в изучаемых общепрофессиональных и специальных дисциплинах. В ходе эксперимента было установлено, что такое обучение возможно реализовать на практикуме по решению экологических задач с применением физических знаний на втором курсе в 4 семестре и на третьем курсе в 6 семестре.
ОсноВИ программу практикума нами представлена во второй главе (см. гл.2. п.2.3.$. Кроме того, результаты поискового эксперимента показали, что можно организовать обучение обобщенному методу решения других задач: "Нахождение значения физических величин, описывающих свойства объекта окружающей среды в определенном состоянии", "Устранение отклонений от нормы значений параметров состояния объекта окружающей среды", "Эксплуатация приборов и технических устройств, предназначенных для контроля за состоянием объекта окружающей среды", "Разработка технологии (метода) выполнения деятельности с определенными объектами окружающей среды в определенных условиях".
Для реализации методики обучения необходимо подобрать учебные задачи, содержание которых соответствовало бы требованиям задач экологического характера. Такие задачи успешно можно применять в обучении для формирования профессиональных умений техника-эколога. Однако в нашей работе мы рассматриваем обучение методу решения задачи "Установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным".
Относительно первой группы в поисковом эксперименте проверялось следующее:
- соответствуют ли формулировки конкретных задач экологического характера профессиональным задачам техника-эколога;
- требует ли выделенное содержание обобщенного метода уточнения действий, входящих в этот метод;
позволяют ли выделенные требования к формулировке задачи "Установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным" составлять конкретные задачи;
- побуждают ли формулировки конкретных задач экологического характера студентов к потребности и желанию их решить;
- позволяет ли разработанный обобщенный метод задачи по установлению соответствий параметров состояния объектов окружающей среды нормативным решать конкретные практически значимые задачи техника-эколога;
- можно ли организовать и провести все этапы разработанной методики обучения студентов обобщенному методу решения задачи "Установление соответствия параметров состояния объекта окружающей среды нормативным";
- могут ли студенты увидеть общее в методах решения конкретных задач;
- достаточно ли разработанных дидактических средств для овладения обобщенным методом решения данной задачи;
- какие трудности возникают у студентов-экологов при выполнении ими деятельности на том или ином этапе;
- сколько времени требуется на проведение каждого этапа по формированию обобщенного метода;
- какие формы контроля целесообразно осуществлять на каждом этапе обучения по разработанной методике.
Похожие диссертации на Формирование профессионально значимых умений при обучении физике студентов-экологов учреждений среднего профессионального образования
