Введение к работе
В информационном обществе все более востребованы умения воспринимать и перекодировать информацию, в частности информацию о явлениях разной природы (физических, химических, психологических, педагогических, социальных и т.п.), представленную с помощью графиков изменения с течением времени состояния того или иного объекта и графиков зависимости между величинами.
В условиях активного внедрения компьютерных технологий результаты современного физического эксперимента (как научного, так и учебного) все чаще предъявляются в обработанном виде как графики функциональных зависимостей, которые требуют осмысления и интерпретации. Это создает потребность в формировании у школьников умений работать с графиками функций. Такие умения необходимы школьнику не только для овладения методами научного познания, но и для свободного обращения с различными источниками информации (учебниками, научно-популярными журналами, интернет-ресурсами и др.), что является обязательным условием успеха обучения в школе, в вузе и в дальнейшей профессиональной деятельности.
Не случайно в новом Федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования (ФГОС ООО) большое внимание уделено формированию функционально-графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей. Причем в основу стандарта заложена идея о том, что «междисциплинарные знания являются одной из ключевых компетенций современного человека» (А.М. Кондаков). В связи с этим во ФГОС приведены требования не только к предметным, но и к метапредметным результатам освоения обучающимися основной образовательной программы.
К метапредметным результатам авторы ФГОС отнесли такие умения, которые применимы, во-первых, в рамках образовательного процесса и, во-вторых, при решении проблем в реальных жизненных ситуациях, освоенные обучающимися на базе одного, нескольких или всех учебных предметов. Согласно А.Г. Асмолову, метапредметные результаты обучения включают в себя межпредметные понятия и универсальные учебные действия. Одним из важнейших межпредметных понятий является понятие «Функция» и ее наглядное представление - график функции. Соответственно, как универсальные можно рассматривать действия по работе с графиками функций (умения школьников читать, строить и анализировать графики функций).
Наибольшие возможности для формирования таких умений предоставляют три школьных предмета: физика, математика и информатика. Это связано с тем, что на уроках физики графики используются при обработке данных эксперимента, полученных в ходе лабораторных и практических работ, при решении задач графическим методом и при изучении нового материала. На уроках математики графики функций
применяют при изучении всех типов функций; при решении задач, уравнений, неравенств, систем неравенств и систем уравнений; с помощью графиков описывают основные свойства функции. На уроках информатики графики используют не только при решении задач и разборе теоретического материала, но и при изучении компьютерных программ, в каждой из которых выполняют построение графиков. При этом основой для формирования у учащихся умений работать с графиками функций в условиях реализации межпредметных связей является «Физика», поскольку в рамках именно этого предмета школьники изучают законы и явления природы, которые предоставляют наибольшие возможности для переноса на реальные жизненные ситуации.
Однако анализ результатов ЕГЭ, ГИА (физика, математика), международных исследований математической и естественнонаучной грамотности учащихся и нашего констатирующего эксперимента показали, что задания по работе с графиками функций, как предметного, так и межпредметного содержания, вызывают у учащихся существенные трудности.
Проблема формирования у учащихся умений работать с графиками функций затрагивается во многих диссертационных работах по методике обучения физике (В.Ю. Грук, М.М. Борис, Ю.В. Казакова, Е.С. Кодикова и др.); по методике обучения математике (Е.В. Турчанинова, А.А. Амирбеков, СМ. Генеев и др.); по методике обучения информатике (Е.В. Никольский, Ю.Л. Костюк, П.П. Дьячук и др.).
Однако проведенный анализ диссертационных работ показал, что вопрос формирования умений работать с графиками функций в условиях реализации межпредметных связей как специальный авторами не ставился. Методические исследования были посвящены близким проблемам: развитию графической грамотности при обучении математике и информатике (А.А. Амирбеков, СМ. Генеев); визуализации функциональной зависимости компьютерными средствами в курсе математики (Е.В. Никольский); формированию общеучебных умений при решении учебных задач с помощью информационных технологий (К.В. Петров) и др. В ряде исследований рассмотрены связи физики и математики, физики и информатики, однако не выявлена роль каждого из учебных предметов (математика, информатика, физика) в формировании умений работать с графиками функций и не разработана методика согласованного формирования таких умений.
Таким образом, существует противоречие между требованиями образовательного стандарта к предметным и метапредметным результатам обучения и возрастающей ролью графиков функций в условиях активного внедрения компьютерных технологий во все области жизни, с одной стороны, и отсутствием методики планомерного и согласованного формирования умений работать с графиками функций на основе реализации межпредметных связей, с другой сторрны.
І 2
Важность разрешения указанного противоречия обуславливает актуальность исследования по теме «Формирование у учащихся основной школы умений работать с графиками функций в условиях реализации межпредметных связей физики, математики и информатики», а также определяет его проблему, которая заключается в поиске ответа на вопрос: «как сформировать у школьников умения работать с графиками функций на предметном и метапредметном уровне?».
Объект исследования: процесс обучения физике учащихся основной общеобразовательной школы.
Предмет исследования: методика формирования умений работать с графиками функций у учащихся основной общеобразовательной школы в условиях реализации межпредметных связей физики, математики и информатики.
Как показал анализ содержания названных учебных предметов, решающая роль в формировании умений работать с графиками и использовании их в решении жизненных задач принадлежит физике.
Цель исследования: теоретически обосновать и разработать методику формирования умений работать с графиками функций у учащихся основной школы в условиях реализации межпредметных связей физики, математики и информатики.
Гипотеза исследования формулируется следующим образом:
Если проводить согласованную планомерную работу по обучению школьников обобщенным способам чтения, построения и анализа графиков, организуя четыре этапа их освоения (накопления опыта, составления, применения и перенос обобщенного способа) на уроках физики, математики и информатики, то можно добиться повышения качества усвоения умений работать с графиками функций как на предметном, так и метапредметном уровне.
О качестве усвоения умений работать с графиками функций на предметном уровне можно судить по выполнению заданий физического содержания, на метапредметном - по выполнению заданий межпредметного содержания и практических заданий, в которых представлена ситуация, близкая к реальной.
В соответствии с поставленной целью и гипотезой определены следующие задачи исследования:
1. На основе анализа научной, учебно-методической, учебной
литературы и педагогической практики выявить состояние проблемы
формирования умений работать с графиками функций (УРГФ) у учащихся
основной школы.
2. Определить" психолого-педагогические основы методики
формирования УРГФ.
3. Проанализировать состав УРГФ и выявить обобщенные способы
работы с графиками, единые для трех школьных предметов (физика,
математика, информатика).
4. Построить модель методики формирования УРГФ в условиях
реализации межпредметных связей физики, математики и информатики.
5. Разработать учебно-методическое обеспечение реализации
построенной модели.
6. Провести педагогический эксперимент по проверке гипотезы
исследования.
Методологическую основу и теоретическую базу исследования составляют:
психолого-педагогические работы в области деятельностного подхода (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина и др.);
психолого-педагогические работы в области системно-деятельностного подхода (А.Г.Асмолов, М.Я.Басов, Г.С.Костюк, А.Н.Леонтьев, С.Л.Рубинштейн, В.В.Рубцов и др.);
- работы по использованию деятельностного подхода в обучении
физике (СВ. Анофрикова, Н.И. Одинцова, Л.А. Прояненкова и др.);
работы по анализу межпредметных связей в обучении (Н.М. Бурцева, И.Д. Зверев, Ю.А. Коновалова, К.П. Королева, Н.А. Лошкарева, В.Н. Максимова, В.Н. Федорова, И.Н. Петрова, М.Ю. Солощенко, Е.В. Старцева и др.);
результаты теоретических исследований в области теории и методики обучения физике, математике и информатике, которые затрагивают вопросы формирования умений работать с графиками функций (А.А. Амирбеков, М.М. Борис, СМ. Генеев, Е.С. Кодикова, Е.В. Никольский, К.В. Петров, А.В. Савицкая, Е.В. Турчанинова и др.).
результаты теоретических исследований в области теории и методики обучения по формированию ключевых компетенций и общеучебных умений (В.ЮТрук, Ю.В.Казакова, Г.Л. Маршанова и др.);
- работы по использованию компьютерных технологий на уроках
физики (Р.В. Акатова, Е.И. Африна, Н.Н. Гомулина, А.В.Смирнов и др.);
Методы исследования использовались в соответствии с задачами исследования на его различных этапах:
Теоретические. Анализ психолого-педагогической литературы; нормативных документов; учебно-методических комплексов по физике, математике и информатике; диссертационных исследований по проблеме формирования УРГФ, ключевых компетенций, общеучебных умений, универсальных учебных действий; моделирование (при создании методики формирования умений работы с графиками функций на предметном и метапредметном уровнях).
Экспериментальные. Изучение опыта учителей физики, математики и информатики общеобразовательных школ; анкетирование учителей физики, беседы с учителями математики и информатики, анкетирование учащихся; проведение проверочных работ; педагогический эксперимент с соответствующими измерениями, качественным и количественным анализом их результатов.
Научная новизна исследования
1. Выделены обобщенные способы следующих видов работы с
графиками функций: извлечение информации о процессе или объекте;
построение графика по экспериментальным данным; установление вида
зависимости между величинами; интерпретация графика (описание
ситуации).
Операционный состав каждого способа раскрыт как единый для трех школьных предметов (физика, математика, информатика).
2. Создана модель методики формирования у учащихся умений
работать с графиками функций, включающая в себя четыре этапа:
введение понятия «График функции», информации о графиках функций разных видов и накопление опыта выполнения действий по применению этих знаний;
составление обобщенного способа каждого вида работы с графиками функций;
применение обобщенного способа к заданиям предметного содержания;
- перенос обобщенного способа на реальные ситуации с применением
компьютерных программ.
3. Определена роль учебных предметов в формировании каждого из
перечисленных видов работы с графиками.
4. Создано учебно-методическое обеспечение формирования
выделенных видов работы с графиками функций:
системы заданий, включающие задачи из учебно-методических комплексов, задания международных исследований, задания, составленные соискателем;
планирование уроков по разным предметам;
- методические рекомендации по организации учебной деятельности на
каждом этапе.
Теоретическая значимость исследования определяется вкладом в развитие такого направления теории и методики обучения физики как реализация межпредметных связей. На примере УРГФ показано каким образом реализовать единый подход и единые требования к формированию универсальных умений на базе трех школьных предметов, выделяя общие виды деятельности (извлечение информации о процессе или объекте, построение графика по экспериментальным данным, установление вида зависимостей между величинами, интерпретация графика), их операционный состав в виде обобщенных способов работы с графиками и организуя деятельность учащихся по планомерному согласованному освоению этих способов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что: - Разработаны обобщенные способы работы с графиками функций, которые могут применяться как на уроках физики, так и на уроках математики и информатики.
- Предложена методика анализа учебно-методических комплектов по физике, математике и информатике, помогающая выбрать оптимальный
УМК для формирования УРГФ в процессе обучения физике, математике и информатике.
- Согласованы термины, которые встречаются при работе с графиками
функций на уроках физики, математики и информатики.
- Разработано учебно-методическое обеспечение для формирования
умений работать с графиками функций к темам курса физики, математики и
информатики 7-9 классов (система заданий, направленная на усвоение
обобщенных способов по каждому виду работы с графиками; упражнения и
задачи по физике, математике и информатике; задания к лабораторным
работам; задания межпредметного содержания, практические задания, в
которых представлены ситуации, близкие к реальным).
Использование этих материалов позволяет повысить качество усвоения учащимися УРГФ как на предметном, так и на метапредметном уровне.
Этапы исследования
Первый этап (2006-2007 гг.') - осуществлялось изучение состояния проблемы, выяснялась актуальность проблемы исследования и уточнялась ее формулировка. Для этого был проведен анализ научно-методической литературы по состоянию проблемы в педагогике, психологии и методике преподавания физики, математики и информатики, осуществлен констатирующий эксперимент. Проведение констатирующего эксперимента было направлено на изучение состояния проблемы формирования умений работать с графиками функций на уроках физики, математики и информатики в практике; выявление затруднений у учащихся при работе с графиками функций. При проведении констатирующего эксперимента использовались следующие методы исследования: беседа с учителями, анкетирование педагогов и учащихся, наблюдение за деятельностью учащихся на уроке.
В результате проведения первого этапа эксперимента был выявлено противоречие, определяющее актуальность разработки методики формирования умений работы с графиками функций в условиях реализации межпредметных связей физики, математики и информатики.
Второй этап (2007-2009 гг.1 - проводились систематизация и обобщение теоретического материала по теме исследования. На основе теоретического анализа и поискового эксперимента была сформулирована гипотеза исследования и разработана модель формирования умений работать с графиками функций. Проведенный затем поисковый эксперимент способствовал уточнению разработанной модели формирования УРГФ и получению предварительных выводов о ее эффективности.
Третий этап (2009-2011 гг.) - выбирались методы диагностики предложенной методики формирования умений работать с графиками функций в процессе реализации межпредметных связей физики, математики и информатики; велась апробация методики в школах г. Москвы и г. Воронежа; была подтверждена ее эффективность; сформулированы выводы, подтверждающие гипотезу.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на X международной научно-методической конференции «Современный физический практикум (ФССО-08)» (г. Астрахань, 2008); VIII международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2009); региональной научно-практической конференции «Физика и ее преподавание в школе и в вузе. VII Емельяновские чтения» (г. Йошкар-Ола, 2009); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки» (г. Кузнецк, 2009); IX международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2010); XI международной конференции «Физика в системе современного образования (ФССО-11)» (г. Волгоград, 2011); X международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2011); научно-методических семинарах при кафедре теории и методики обучения физике и кафедре физики для естественных факультетов МПГУ.
Материалы исследования внедрены в образовательный процесс ГБОУ ЦО №1496 ЦАО г. Москвы; ГОУ СОШ №1241 ЦАО г. Москвы; МОУ СОШ №80 г. Воронежа; гимназии №1543 на Юго-западе г. Москвы.
Основные результаты исследования отражены в 8 публикациях, две из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Для повышения качества умений учащихся работать с графиками функций, необходимо в качестве единого образовательного результата (физика, математика, информатика) рассматривать освоенные учащимися обобщенные способы работы с графиками: извлечение информации о процессе или объекте; построение графика по экспериментальным данным; установление вида зависимостей между величинами; интерпретация графика (описание ситуации).
-
Освоение каждого из названных способов следует организовывать в четыре этапа: 1) накопление опыта выполнения заданий: 2) составление обобщенного способа работы с графиками; 3) применение обобщенного способа к заданиям предметного содержания; 4) переноса обобщенного способа на реальные ситуации с применением компьютерных программ.
3. Для успешного формирования УРГФ на предметном и
метапредметном уровне необходимо использовать комплекс дидактических
средств, обеспечивающих единый подход, единые требования и
согласованную терминологию при изучении физики, математики и
информатики (в виде наглядно представленных обобщенных способов
работы с графиками, словарей согласования терминов, примеров выполнения
заданий с помощью обобщенного способа и др.).
Похожие диссертации на Формирование у учащихся основной школы умений работать с графиками функций в условиях реализации межпредметных связей физики, математики и информатики
