Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ 27
1.1. Компетентностный подход в современном профессиональном образовании. Анализ основных понятий 27
1.2. Школьное физическое образование и требования к профессиональной подготовке учителя физики 42
1.3. Методика обучения физике студентов вузов как предмет теоретических исследований 57
1.4. Анализ уровня подготовки по общей физике будущих учителей физики 64
Выводы по главе 1 74
ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПО ОБЩЕЙ ФИЗИКЕ В ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ВУЗЕ 76
2.1. Физическая наука как источник содержания курса общей физики 76
2.2. Цели обучения общей физике студентов педагогических вузов 94
2.3. Принципы конструирования содержания курса общей физики 105
2.4. Структура и логика изучения фундаментального ядра курса общей физики 119
2.5. Концепция и модель методической системы обучения общей физике студентов педагогических вузов 129
Выводы по главе II 137
ГЛАВА III. МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ОБЩЕЙ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ - БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ 140
3.1. Общая характеристика методики обучения общей физике студентов - будущих учителей 140
3.2. Методика изучения раздела «Механика» 146
3.3. Методика изучения раздела «Электродинамика» 170
3.4. Методика изучения темы «Специальная теория относительности» 196
3.5. Методика изучения темы «Квантовая теория» 209
3.6. Применение информационных технологий при обучении общей физике будущих учителей 241
Выводы по главе III 262
ГЛАВА IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 264
4.1. Организация педагогического эксперимента. Констатирующий этап эксперимента 265
4.2. Поисковый этап эксперимента 268
4.3. Обучающий этап эксперимента 276
Выводы по главе IV 290
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 292
ЛИТЕРАТУРА 295
Введение
- Компетентностный подход в современном профессиональном образовании. Анализ основных понятий
- Физическая наука как источник содержания курса общей физики
- Общая характеристика методики обучения общей физике студентов - будущих учителей
Введение к работе
Актуальность исследования. Динамично развивающееся современное общество, постоянное изменение его потребностей и внутренняя логика научного познания приводят к необходимости изменения стратегии образования. Быстро обновляющиеся наукоемкие технологии требуют подготовки специалистов нового типа, активных, способных творчески мыслить, постоянно пополнять свои знания для освоения новых поколений техники и производственных процессов, мобильных на рынке труда.
Обеспечение условий для подготовки специалистов такого уровня, удовлетворение потребностей граждан, общества и рынка труда в качественном образовании ставит своей целью Федеральная целевая программа развития образования на 2006—2010 годы. Одну из главных задач принятой программы составляют совершенствование содержания и технологий образования, развитие системы обеспечения качества образовательных услуг, фундаментальности и прикладной направленности образовательных программ.
В связи с подписанием Россией Болонской конвенции обозначились направления изменения принципов формирования содержания высшего профессионального образования. По-иному определены и цели обучения. Они сформулированы в логике компетентностного подхода, введенного в теорию и практику профессионального образования. Компетентностный подход к обучению становится одним из ведущих направлений в мировой образовательной практике. В материалах по модернизации образования в России этот подход рассматривается как одно из важных концептуальных положений. Новые понятия «компетентность» и «компетенции» первыми ввели в профессиональное образование ученые стран Европейского Союза Р. Бадер, Д. Мартенс, Б. Оскарсон, А. Шелтен, Саймон Шо и др. В отечественной педагогике и психологии данное направление разрабатывается в трудах В.И. Байденко, И.А. Зимней, О.Е. Лебедева, А.М. Новикова, В.В. Серикова, В.А. Сластенина, А.В. Хуторского и др.
В соответствии с компетентностным подходом возникает необходимость в новом понимании сущности предметной подготовки, в выявлении условий, при которых усвоение предметных знаний органически включено в процесс формирования профессиональной компетентности учителя. Рассматривая формирование профессиональной компетентности учителя физики как качественно новый тип образования, необходимо выявить и качественно новые характеристики собственно предметной подготовки по физике. Вместе с тем реализация компетентностного подхода в профессиональной подготовке учителя (переход к стандартам третьего поколения) требует внесения существенных коррективов в содержание и процесс специальной предметной подготовки.
Понятие профессиональной компетентности учителя еще не имеет общепринятой трактовки, хотя в этой области за последнее десятилетие уже выполнен значительный объем научных исследований (Н.Л. Шубина и др.). Под компетентностью понимают интегральную характеристику уровня профессиональной готовности, характеризующуюся способностью специалиста решать профессиональные проблемы и задачи, возникающие в реальных ситуациях профессиональной деятельности с использованием знаний, профессионального и жизненного опыта, ценностей и наклонностей (В.И. Байденко, И.А. Зимняя, Н.М. Золотарева, А.М. Коротков, В.В. Лаптев, О.Е. Лебедев, Н.С. Пурышева, Е.И. Сахарчук); особый вид опыта, проявляющийся в способности самостоятельно выстраивать ориентировочную основу деятельности в проблемных условиях, при дефиците знаний и готовых способов деятельности (С.В. Гренадерова, В.И. Данильчук, В.В. Сериков) и применять знания за пределами «предметного поля» данной научной дисциплины (В.А. Болотов, И.Д. Фрумин); способность диалектически сочетать общекультурный (ключевые компетенции) и собственно профессиональный уровни готовности к работе учителя (И.В. Гришина, Т.К. Смыковская, Г.П. Стефанова, А.П. Тряпицына). Компетентность выступает как результат особым образом организованного обучения (дискретно-модульного, нелинейного) (В.В. Зайцев, Н.Ф. Радионова, Н.Л. Шубина). Профессиональная компетентность учителя проявляется в единстве теоретической и практической составляющих его готовности к осуществлению педагогической деятельности и решению профессиональных задач, входящих в сферу его компетенций (Г.Н. Жуков, П.Г. Матросов, В.А. Сластенин, В.Д. Симоненко и др.).
Исследователи, занимающиеся проблемой профессиональной компетентности учителя, предлагают разный состав компетенций, которые определяют профессиональную компетентность учителя и которые должны быть сформированы у него в процессе обучения в вузе. Следует заметить, что понятие «компетентность» не вполне устоялось в науке и нередко редуцируется к набору знаний, умений, навыков. При этом не учитываются специфика ориентировочной основы компетентного выполнения деятельности, направленность мышления исполнителя на конечный результат. В этом смысле компетентность всегда метапредметна и не может быть сформирована средствами одной учебной дисциплины, а непременно предполагает включение предметных знаний в целостный образ профессиональной деятельности учителя.
Проект стандарта третьего поколения подготовки бакалавра направления «Педагогическое образование» определяет требования к освоению основных образовательных программ бакалавриата, нацеленных на формирование общекультурных и профессиональных компетенций. В этом плане фундаментальные знания по физике, включающие не только собственно теоретические физические знания, но и знания по основам методологии, истории науки и др., имеют значение для обеих групп компетенций — и в педагогической, и в культурно-просветительской деятельности. Так как бакалавр — это развивающийся специалист, нацеленный на дальнейшее профессиональное становление, основу его компетенций должны составлять фундаментальные знания по физике, на которых потом будет базироваться широкий спектр технологий обучения физике и выстраиваться в целом потенциал саморазвития специалиста.
Выпускник бакалавриата педагогического образования должен овладеть специальными компетенциями в соответствии с избранным профилем подготовки, которые, наряду с другими, включают предметные и методические компетенции. В частности, бакалавр педагогического образования, готовящийся к осуществлению образовательного процесса на материале физики с присущими ему образовательными, развивающими и воспитательными функциями, должен знать концептуальные и теоретические основы физики как науки, ее место в общей системе наук и ценностей; быть готовым транслировать основы физики обучающимся в соответствии с образовательной программой; владеть специальными знаниями и быть способным к оценке и выбору учебно-методических комплектов по физике, конструированию образовательного процесса с различной воспитательно-развивающей направленностью и т.д. Подготовка по физике обеспечивает ориентировку в предметном компоненте содержания образования, без чего теряют смысл попытки решения каких-либо других образовательных задач. Одной из особенностей компетентностного подхода, отличающего его от знаниево-центрированного подхода, является изменение функций подготовки по физике, которая утрачивает свою традиционную самодостаточность и становится элементом, который интегрируется с целостной психолого-педагогической готовностью. Мобильность, трансформируемость знаний по физике в инструмент формирования интересов, развития способностей учащихся, профессиональной направленности возможны при наличии у будущих учителей четких представлений о фундаментальных основаниях современной физики как инвариантном компоненте предметной культуры, что позволяет им адекватно решать различные образовательные задачи.
В проекте нового образовательного стандарта в настоящее время отсутствует блок специальных дисциплин, все физические дисциплины входят в профессиональный блок. Они составляют в учебном плане подготовки учителя определенный комплекс, базисом которого является дисциплина «Общая и экспериментальная физика». Именно с ее изучения начинается формирование у студентов предметных профессиональных компетенций. Соответственно, возникает вопрос, какими должны быть содержание дисциплины «Общая и экспериментальная физика» и технология ее изучения, чтобы ее усвоение было направлено на формирование у студентов профессиональной компетентности учителя физики как уровня его готовности к преподаванию физики, отвечающего современным требованиям.
Проведенный нами в ходе констатирующего этапа эксперимента анализ состояния подготовки (по критериям глубины, системности, осмысленности знаний) по общей физике студентов физических специальностей и бакалавриата направления «Физико-математическое образование» в педагогических университетах показывает низкий уровень их готовности к решению образовательных задач в процессе преподавания курса физики. Более половины студентов испытывают трудности при самостоятельном применении физических знаний при объяснении физических явлений, процессов, решении задач, работе с физическим оборудованием. Студенты испытывают затруднения при выполнении методологических заданий: не различают фундаментальные и частные теории, фундаментальные, общие и частные законы, не всегда могут определить роль того или иного фундаментального опыта в структуре оснований физической теории. Это приводит к тому, что у будущего учителя при изучении общей физики не формируются соответствующие предметные компетенции и, как следствие, общая профессиональная компетентность. Одним из примеров такого уровня профессиональной готовности учителя, как можно предположить, являются результаты, которые показывают учащиеся при сдаче Единого государственного экзамена: процент выполнения методологических заданий, заданий, связанных с именами ученых, проводивших те или иные эксперименты, открывших те или иные явления, очень низкий. Оставляет желать лучшего и мотивация выбора физики как основы будущей профессиональной сферы, ориентация на этот предмет как на фактор развития творческого потенциала личности.
Анализ учебной и методической литературы по общей физике, в том числе для педагогических специальностей высшего профессионального образования (А.В. Астахов, В. Акоста, А. Бейзер, А.Я. Бланк, Л.А. Грибов, Е.М. Гершензон, Н.Н. Малов и А.Н.Мансуров, Г.А. Зисман и О.М. Тодес, Дж. Орир, К.А. Путилов, И.В. Савельев, С.Э. Фриш и А.В. Тиморева, Б.М. Яворский, А.А. Детлаф и др.), показывает, что в существующих учебниках не учитывается специфика профессиональной деятельности учителя физики (практически нет заданий, вопросов, упражнений, проблемных ситуаций с соответствующей профессиональной направленностью), отсутствует четкое выделение структурных элементов физических теорий, фундаментального ядра физической науки, ее методологических основ, парадигм физического мышления в различные исторические периоды генезиса этой науки. Фундаментальность образования сегодня является главным принципом государственной образовательной политики и предметом научно-педагогических и научно-методических исследований (С.А. Баляева, В.А. Бордовский, А.Д. Гладун, О.Н. Голубева, Л.А. Зорина, С.Е. Каменецкий, Л.В. Королева, И.Я. Ланина, Н.В. Леонова, И.Я. Лернер, Л.В. Масленникова, Н.С. Пурышева, Б.А. Струков, А.Д. Суханов, Н.В. Шаронова и др.).
Различным аспектам проблемы преподавания физики в учреждениях высшего профессионального образования посвящены диссертационные исследования А.Е. Айзенцона, Г.Ф. Бушок, Г.В. Ерофеевой, Р.Х. Казакова, В.В. Ларионова, А.Н. Малинина, И.А. Мамаевой, Л.В. Масленниковой, А.А. Червовой и др. Однако большинство из них относятся к преподаванию физики в инженерных вузах (Г.В. Ерофеева, В.В. Ларионов, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова и др.); в диссертациях, относящихся к преподаванию физики в педагогических вузах, исследуются конкретные частнометодические проблемы (например, изучение теории относительности в вузе — А.Н. Малинин). Наиболее близки к теме нашего исследования диссертационные работы Л.В. Масленниковой (реализация принципов фундаментальности и профессиональной направленности при обучении физике будущих инженеров), А.Е. Айзенцона и А.А. Червовой, посвященные содержанию курса физики для высших военно-инженерных учебных заведений. Комплексные же исследования, посвященные методике преподавания курса общей физики будущим учителям физики, отражающие современные идеи и тенденции развития высшего профессионального педагогического образования, предлагающие теоретические основания построения курса общей физики, позволяющего внести вклад в формирование у студентов профессиональной компетентности как целостной характеристики их профессиональной готовности, на сегодняшний день отсутствуют.
В связи с изложенным выше можно утверждать, что в настоящее время в педагогической теории и практике подготовки будущих учителей физики существуют противоречия между:
— потребностью школьного образования в учителе физики, обладающем фундаментальными научными знаниями, профессиональной компетентностью в решении поставленных перед физическим образованием в школе задач, творческой индивидуальностью, стремящемся к непрерывному методическому совершенствованию, и сложившейся методической системой подготовки учителя по общей физике, не соответствующей идеям компетентностного подхода к образованию, ориентированной на формирование у студентов лишь определенной суммы знаний и умений и не развивающей у них способности и готовности применять полученные знания при решении разнообразных педагогических задач;
— задачей разработки теоретических подходов к содержанию дисциплины «Общая и экспериментальная физика», обусловленной ее новым статусом как дисциплины профессионального блока, ее значением для формирования профессиональной компетентности будущего учителя физики, и существующей педагогической теорией учебного предмета и методикой его преподавания, которая не дает решения этой задачи;
— необходимостью выделения инвариантного ядра фундаментальных физических знаний, логики их усвоения (содержательные линии), определения их соотношения с целостной компетентностью учителя физики и неразработанностью представлений об инвариантном ядре физических знаний как основе содержания и структуры профессионально направленного фундаментального компонента содержания курса общей физики;
— потребностью в разработке и реализации качественно новой методической системы обучения общей физике бакалавров направления «Физико-математическое образование» в условиях реализации компетентностных образовательных стандартов и недостаточной разработанностью научно-методического обеспечения процесса освоения фундаментального курса общей физики студентами бакалавриата и специалитета.
Эти противоречия обусловливают актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответов на вопросы:
— о содержании, структуре и функциях курса общей физики в методической системе формирования профессиональной компетентности будущих учителей, о концептуальных идеях отбора содержания учебного материала курса и принципах его структурирования;
— о выделении фундаментальных предметных знаний — ядра курса общей физики как содержательного компонента профессиональной компетентности учителя;
— о методической системе обучения общей физике студентов университетов — будущих учителей физики в условиях многоуровневого компетентностного образования.
Объект исследования — процесс обучения физике студентов бакалавриата и специалитета направления «Физико-математическое образование».
Предмет исследования — методическая система фундаментальной подготовки по общей физике как основа формирования профессиональной компетентности будущих учителей физики.
Цель исследования — обоснование концепции и методической системы фундаментальной подготовки по общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование», способствующей формированию их профессиональной компетентности.
Гипотеза исследования. Содержание и процесс изучения дисциплины «Общая и экспериментальная физика» наиболее полно реализуют свою роль в формировании профессиональной компетентности будущих учителей физики, если:
— с учетом требований компетентностного подхода представить концепцию методической системы обучения физике, отражающую изменения в представлениях о функциях специальной предметной подготовки будущего учителя, — он должен быть готов к обучению школьников оперативному использованию физических знаний при решении задач в контексте различных жизненно-практических ситуаций, уметь осуществлять моделирование и идеализацию такого рода ситуаций, представлять их как решение проблемных физических задач, что возможно лишь при фундаментальной подготовке будущих учителей физики;
— в методической системе преподавания курса физики повысить ориентацию на фундаментальность физического образования за счет группировки содержания курса вокруг фундаментальных и частных физических теорий, которые будут представлены в учебном предмете в виде четырех содержательных линий (предметной — предусматривающей изучение стержневых знаний ядра физических теорий; мировоззренческой — направленной на формирование представлений о физической картине мира через последовательное изучение механической, электродинамической и квантово-полевой картин мира; методологической — демонстрирующей методологию научного познания, развивающуюся в соответствии с основными этапами развития физической теории (классический, неклассический, или квантово-механический, и постнеклассический, или эволюционно-синергетический; информационно-математической — раскрывающей современные математические методы и методы компьютерного моделирования в курсе общей физики);
— структурировать учебный материал курса в соответствии с логикой физического познания, а также логикой формирования педагогической компетентности учителя физики, что предполагает моделирование ситуаций применения физического знания как инструмента развития у учащихся интереса к физике, творческих способностей, мировоззрения, готовности использовать методы физического познания при решении познавательных и практических задач;
— включить в структуру методической системы преподавания курса общей физики диагностическое описание целей подготовки по физике в контексте формирования профессиональной компетентности учителя; принципы выделения фундаментальных знаний по физике, выполняющих роль инвариантных ориентиров в различных ситуациях, требующих обращения к физическим знаниям и методам; способы моделирования учебных ситуаций, требующих преобразования и применения знаний по физике в условиях реализации компетентностного подхода в образовании;
— рассматривать в методике преподавания курса общей физики моделирование и идеализацию явлений природы посредством информационных технологий с целью применения фундаментальных законов физики и их следствий при решении физических задач.
Цель исследования и гипотеза потребовали решения следующих задач:
1) уточнить понятие профессиональной компетентности будущих учителей физики, место и роль обучения общей физике фундаментального физического образования в процессе ее становления;
2) разработать и обосновать концепцию методической системы обучения студентов общей физике, направленную на развитие профессиональной компетентности студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование», выделить содержательные линии фундаментального физического образования как ориентиры для действий в учебных ситуациях, требующих профессиональной компетентности учителя физики;
3) сконструировать модель методической системы обучения общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование»;
4) разработать методику обучения общей физике студентов — будущих учителей, включая использование информационных технологий при изучении фундаментального курса;
5) провести педагогический эксперимент для доказательства справедливости выдвинутой гипотезы и эффективности разработанной методической системы.
Методологическую основу исследования составили:
— работы классиков физической науки (Н. Бор, М. Борн, Л. де Бройль, В. Гейзенберг, П. Дирак, Л.Д. Ландау, Л.И. Мандельштам, П.Л. Капица, М. Планк, А. Пуанкаре, И.Е. Тамм, Р. Фейнман, А. Эйнштейн и др.);
— работы по философии, методологии, логике и структуре научного знания (В.Ю. Кузнецов, Т. Кун, Н.В. Мостепаненко, М.М. Розенталь, М.А. Розов, В.С. Степин, К. Поппер, В.А. Штофф и др.);
— работы по истории физики (М. Борн, П.С. Кудрявцев, Л. Купер, Н. Льоцци, Б.И. Спасский, Д. Тригг, С.Р. Филонович и др.);
— работы по методологии, логике и структуре содержания образования по физике (Н.Е. Важеевская, Г.М. Голин, М.А. Данилов, В.Ф. Ефименко, Л.А. Зорина, С.Е. Каменецкий, Н.В. Кочергина, Н.С. Пурышева, Н.П. Семыкин и В.А. Любичанковский и др.);
— работы по проблемам фундаментального физического образования в вузе (С.А. Баляева, Г.А. Бордовский, А.Д. Гладун, О.Н. Голубева, Ю.А. Гороховатский, С.Е. Каменецкий, Л.В. Королева, Н.В. Леонова, В.Н. Лозовский, Л.В. Масленникова, А.А. Пинский, Н.С. Пурышева, Б.А. Струков, А.Д. Суханов, Н.И. Сысоев, Н.В. Шаронова, В.Е. Шукшунов и др.);
— работы по формированию научного мировоззрения при обучении физике (Э.И. Моносзон, В.Н. Мощанский, В.В. Мултановский, Н.В. Шаронова, В.С. Шубинский и др.);
— психолого-педагогические работы по теории деятельности (А.Г.Асмолов, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.);
— работы по конструированию методики обучения физике на основе деятельностного подхода (С.В. Анофрикова, Е.Ю. Баркова, Н.И. Одинцова, Л.А. Проянинкова, Г.П. Стефанова и др.);
— работы по компетентностному подходу к обучению (Р. Бадер, А.В. Баранников, В.И. Байденко, В.А. Болотов, В.И. Данильчук, Г.Б. Голуб, С.В. Гренадерова, И.В. Гришина, И.А. Зимняя, Н.М. Золоторева, В.А. Кальней, В.В. Краевский, В.В. Лаптев, О.Е. Лебедев, Д. Мартенс, А.М. Новиков, Б. Оскарсон, Н.С. Пурышева, Н.Ф. Радионова, Е.И. Сахарчук, Г.К. Селевко, В.В. Сериков, В.А. Сластенин, Т.К. Смыковская, Г.П. Стефанова, А.П. Тряпицына, И.Д. Фрумин, А.В. Хуторской, А. Шелтен, С.Е. Шишов, Н.Л. Шубина и др.);
— исследования по проблеме теории и методики обучения физике в вузе (А.Е. Айзенцон, Г.Ф. Бушок, В.И. Данильчук, Г.В. Ерофеева, Р.Х. Казаков, В.В. Ларионов, А.Н. Малинин, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова, А.А. Червова и т.д.);
— учебная литература по общей физике (А.В. Астахов, В. Акоста, Д.В. Белов, Г.А. Бордовский, С.В. Борисенок, Э.В. Бурсиан, А. Бейзер, Е.М. Гершензон, О.Н. Голубева, Ю.А. Гороховатский, Л.А. Грибов, Г.А. Зисман, Ч. Киттель, А.С. Кондратьев, А.М. Коротков, М.И. Корсунский, В.Н. Лозовский, Н.Н. Малов, Д. Орир, И.В. Савельев, Д.В. Сивухин, А.Д. Суханов, А.В. Тиморева, О.М. Тодес, Т.И. Трофимова, В.А. Фабрикант, С.Э. Фриш, Р. Фейнман, Б.М. Яворский и др.);
— работы, посвященные применению информационных технологий при обучении физике в школе и вузе (Г.А. Бордовский, Э.В. Бурсиан, И.Б. Горбунова, Г.В. Ерофеева, Л.Х. Зайнутдинова, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, А.Г. Колесник, А.М. Кац, Ю.В. Клинаев, В.В. Лаптев, А.И. Назаров, А.В.Смирнов, С.А. Чудинова, М.Д. Элькина и др.).
При выполнении данной работы применялись следующие методы исследования:
теоретические — анализ философской, естественнонаучной, физической, психолого-педагогической, методической, научно-популярной литературы по теме исследования, нормативных документов, регламентирующих образовательную деятельность в России; обобщение, моделирование методической системы фундаментальной подготовки по общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование»;
экспериментальные — анализ деятельности преподавателей кафедр общей физики и студентов, наблюдение за учебным процессом, педагогический эксперимент, анализ и обработка результатов эксперимента, личное преподавание.
Экспериментальная база исследования. Экспериментальной базой исследования послужили ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет», «Астраханский государственный технический университет», «Дагестанский государственный университет» и «Саратовский государственный технический университет». Всего в экспериментальном исследовании приняли участие 438 студентов и 20 преподавателей.
Исследование проводилось в несколько этапов.
На первом этапе (1993—1998 гг.) изучалась и анализировалась литература по физике (работы классиков физической науки), истории физики, философии, логике научного познания, методике обучения физике, педагогике и психологии, интенсификации процесса обучения физике в вузе и школе. Изучался опыт преподавания курса общей физики в педагогических и классических университетах, готовящих учителей, а также на различных специальностях естественнонаучного и технического профилей в технических университетах. Проводились анкетирование, собеседование, контрольные и самостоятельные работы для выявления уровня профессиональной компетентности студентов по курсу общей физики.
На втором этапе (1998—2002 гг.) осуществлялась основная часть исследования, проводился поисковый эксперимент. Были разработаны концепция методической системы фундаментальной подготовки по общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование», модель методической системы, сформулированы основные принципы ее построения. Разрабатывались пособия по основным разделам курса общей физики, корректировались их содержание и задания к ним, уточнялась гипотеза исследования, выявлялись критерии оценки эффективности предлагаемой методической системы.
На третьем этапе (2002—2008 гг.) проводился обучающий эксперимент для проверки выдвинутой гипотезы, осуществлялась апробация результатов исследования, уточнялась концепция методической системы фундаментальной подготовки по общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование». Были опубликованы монографии и учебные пособия по курсу общей физики. Проводилось обсуждение результатов экспериментальной работы.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Основу профессиональной компетентности учителя физики составляет владение профессионально-педагогической деятельностью, обеспечивающей реализацию целостной системы функций данного учебного предмета, — предметно-обучающей, мировоззренческой, методологической и информационно-математического обеспечения учебной деятельности. На формирование этой компетентности направлена система образовательных программ специалитета и бакалавриата, при этом основой выступает усвоение студентами фундаментальных разделов курса физики, включающих фундаментальные теории, представления о смене парадигм физического познания, ведущих мировоззренческих идей, опыта постановки и решения разного типа учебных задач, применения информационных технологий для моделирования физических явлений.
2. Основной концептуальной идеей преподавания курса физики в условиях реализации компетентностной модели образования является акцент на элементах содержания данного предмета, которые определяют его фундаментальность. Последняя реализуется через выделение фундаментального ядра курса общей физики и генерализации его содержания вокруг физических теорий и четырех содержательных линий: предметной, мировоззренческой, методологической и информационно-математической, усвоение которых обеспечивает становление специальных компетенций учителя, связанных с отбором содержания и технологий усвоения предмета.
3. Модель методической системы преподавания курса общей физики ориентирована на приоритет фундаментальности и отражает методические основы усвоения основных физических понятий, законов и теорий; на формирование у студентов современной физической картины мира через демонстрацию ее эволюции; на методологию научного познания, раскрывающую его логику, — основные этапы развития физических теорий как восхождения от физической проблемы (задачи) и совокупности фактов к идее (концепции), законам и аппарату физической теории (к методологическим аспектам содержания физики относится также логика развития парадигм физического знания: классического, неклассического и постнеклассического); на демонстрацию роли математических методов и информационных технологий в развитии физики.
4. Процесс обучения студентов общей физике имеет в своей основе систему методов, отражающих логику физического познания, диалектику восхождения от фактов к формально-логическим (математическим) представлениям и обратно, что в наибольшей степени соответствует процессам становления физических теорий, представлениям о физической картине мира, возникновению парадигм и принципов физического познания. Владение этим целостным инвариантным по отношению к изменениям образовательных моделей ядром физики делает будущего учителя компетентным в плане ориентировки в содержании предмета, понимания специфики и природы методической системы обучения физике, способов постановки и разрешения образовательных задач в области данного предмета.
5. Проверенные и конкретизированные в ходе эксперимента содержательные и процессуальные аспекты усвоения студентами курса физики, построенного с ориентацией на фундаментальность подготовки будущего учителя, представляют в своем единстве систему технологий, воссоздающих в учебном процессе пространство познания и практического применения принципов и законов физики, моделирующих ситуации проектирования и реализации учителем обучающей, развивающей, воспитательной, проектной функций учебного предмета.
Научная новизна исследования заключается в следующих положениях:
Впервые цели обучения общей физике в отличие от сложившейся практики сформулированы в соответствии с местом и ролью данного предмета в формировании профессиональной компетентности учителя физики. В качестве основания для определения цели при этом использовано метапредметное понятие профессионально-педагогической компетентности учителя физики, описывающее целостное владение учителем физики его профессиональной деятельностью. В структуре целостной компетентности выделены специальные профессиональные компетенции учителя физики, которые впервые объединены в четыре содержательные линии: предметные, мировоззренческие, методологические и информационно-математические. Также впервые обосновано, что владение данным содержанием выступает для учителя физики ориентиром при решении им всего спектра образовательных задач, входящих в структуру его профессиональной компетентности.
В основе методической системы обучения физике лежит восхождение от основных физических понятий и законов к физической картине мира, методологии применения физических методов в исследовании законов природы, опыту решения физических задач с использованием информационно-математического инструментария. Группировка материала вокруг указанных содержательных линий задает будущему учителю систему ориентиров для формирования у учащихся целостной картины физического мира.
На основе указанных подходов разработана новая концепция методической системы обучения общей физике будущих учителей физики и бакалавров направления «Физико-математическое образование», включающая основание (методологические подходы, основные понятия, дидактические теории и дидактические принципы), ядро (система положений, выражающих сущность концепции, модель методической системы обучения общей физике студентов педагогических вузов) и следствия (структурированные в соответствии с выделенными теоретическими основаниями и моделью содержание курса общей физики и его отдельные разделы; технологии обучения студентов общей физике).
Сконструированная модель методической системы включает следующие подсистемы: целевую (критериальное описание профессиональной компетентности учителя физики), содержательную (описание содержательных линий курса физики, содержания структурированных в соответствии с выделенными основаниями разделов курса физики), технологическую (адекватные целям и содержанию дидактические условия их реализации в подсистеме «преподаватель—студент», соответствующие технологии обучения).
Существенно дополнены научные знания об условиях, обеспечивающих включение понятий и способов решения задач общей физики в структуру профессиональной компетентности учителя физики: приоритетное внимание к усвоению студентами фундаментальных физических идей, теорий, понятий, позволяющих объяснять, интерпретировать и прогнозировать многообразие физических явлений и фактов в природе и технике; взаимосвязь принципов фундаментальности и профессиональной направленности при построении и реализации модели методической системы обучения общей физике, что проявляется в готовности учителя к решению разнообразных образовательных задач с опорой на фундаментальные идеи и принципы физики; выделение фундаментального ядра курса, к которому относятся основные физические знания, остающиеся инвариантными при изменении содержания профессиональной деятельности обучающегося (в связи с изменениями стандартов, образовательных программ, требований рынка труда, сменой технологии и т.д.); структурирование содержания курса общей физики, которое предусматривает выделение в нем содержательных линий, вокруг которых объединяется учебный материал — задачи, идеи, теории, законы, факты, методы, обеспечивающие выполнение основных образовательных функций курса физики (содержательно-предметная подготовка, формирование мировоззрения и методологической культуры учащихся, развитие у них компетентности в применении информационно-математических методов при моделировании физических явлений); представление изучаемого материала в соответствии с логикой естественнонаучного познания, наиболее полно выраженной в процессе становления физической теории, формирования физической картины мира, смене моделей и парадигм изучения физической реальности.
Уточнено и дополнено представление о логике перехода от содержательного к технологическому аспекту подготовки будущих учителей к преподаванию физики, что предполагает моделирование типовых и нестандартных ситуаций обучения этому предмету в условиях компетентностной модели образования, востребующее применение задачного, имитационно-моделирующего, контекстного и проектного подходов, которые дают студентам опыт применения фундаментальных физических идей в различных ситуациях образовательного процесса, среди которых идеи эволюционной физики (динамического хаоса, самоорганизации систем, их эволюции), становления научного мировоззрения и методологии научного познания, развивающихся в соответствии с основными этапами развития физической теории (классический, неклассический и постнеклассический). Дополнены научные знания о способах представления изучаемого материала, что обеспечивает, помимо предметных компетенций, формирование у будущих учителей мировоззренческих (приобретение представлений о современной физической картине мира через последовательное изучение механической, электродинамической и квантово-полевой картин мира с точки зрения их эволюции), методологических (осознание и освоение методологии научного познания) и информационно-математических (освоение современных математических методов и методов компьютерного моделирования в курсе общей физики и осознание их роли в развитии физической науки) компетенций.
Теоретическая значимость проведенного исследования состоит в том, что его результаты вносят вклад в теорию и методику обучения физике в вузе и дают подходы к решению фундаментальной проблемы современного образования — определения места предметного компонента в структуре целостной профессиональной компетентности специалиста. Результаты исследования обогащают представление о сущности профессиональной направленности обучения предмету будущего учителя, дают подходы к обоснованию методических систем обучения в контексте будущей профессиональной деятельности, раскрывают новые возможности проектирования структуры и содержания курса физики с учетом содержательных линий — предметной, мировоззренческой, методологической и информационно-математической. Исследование вносит вклад в научное обоснование структуры профессиональной компетентности современного учителя физики, в уточнение и расширение перечня требований к профессиональной подготовке будущих учителей физики, который может быть использован при разработке ГОС ВПО по направлению «Педагогическое образование». Благодаря выполненному исследованию расширены теоретические представления о содержании, структуре и функциях учебного предмета на примере дисциплины «Общая физика». Это позволяет вести дальнейшую разработку методической системы обучения будущих учителей общей физике, расширяет представления о возможностях курса общей физики в решении задачи формирования профессионально-педагогической компетентности будущих специалистов и бакалавров.
Практическая значимость исследования определяется тем, что его результаты дают методическую основу для деятельности специально-предметных и методических кафедр по разработке образовательных программ, содержания, технологий, методических комплексов подготовки учителей физики (по направлениям специалитета и бакалавриата). В исследовании разработана и апробирована методическая система обучения общей физике будущих учителей, направленная на развитие их профессиональной компетентности, включающей их готовность к формированию научного мышления и мировоззрения, методологической культуры, ключевых компетенций, обеспечивающих выбор профессии и овладение ею.
Апробация результатов исследования. Результаты исследования обсуждались и докладывались на международных, российских, межвузовских, региональных, внутривузовских конференциях, семинарах и совещаниях:
— II, III и Х международных конференциях «Современный физический практикум» (Москва, 1993, 1995 гг.; Астрахань, 2008 г.);
— V Международной конференции «Информатика. Образование. Экология и здоровье человека» (Астрахань, 2000 г.);
— IX Международной конференции «Физика в системе современного образования (ФССО-07)» (Санкт-Петербург, 2007 г.);
— VII, VIII и IX международных научных конференциях «Физическое образование в школе и в вузе: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2008—2010 гг.);
— V Международной научно-методической конференции «Полипарадигмальный подход к модернизации современного образования» (Саратов, 2008 г.);
— II региональной научно-практической конференции «Проблемы современного физического образования: школа и вуз» (Армавир, 2007 г.);
— VI Международной заочной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования», (Тамбов, 2008 г.);
— II Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные науки и образование» (Бийск, 2008 г.);
— конференциях, проводившихся в 1995—2009 гг. астраханскими государственным университетом и областным институтом усовершенствования учителей, на кафедре теоретической физики и методики обучения физике Астраханского государственного университета, на кафедре технической физики и информационных технологий Саратовского государственного технического университета.
Результаты исследования внедрены в учебный процесс в Астраханском государственном университете, Астраханском государственном техническом, Саратовском государственном техническом и Дагестанском государственном университетах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, общий объем — 329 с. Основной текст диссертации — 300 с., включая 33 рисунка, 20 таблиц, 18 схем. Список литературы — 300 наименований.
Компетентностный подход в современном профессиональном образовании. Анализ основных понятий
В настоящее время компетентностный подход выступает в качестве основы обновления содержания как общего, так и профессионального образования. Понятие «компетентность» пришло в русский язык от латинского competens, competentis, что означает надлежащий, способный. В словаре современного русского литературного языка компетентность определяется как осведомленность в какой-либо области знаний. Компетентный - знающий, сведущий, осведомленный [236, с. 1258]. В словаре русского языка под редакцией С.И. Ожегова подчеркивается еще один признак этого понятия — правомочность, весомость, авторитетность [198, с. 369].
Анализ литературы позволяет выделить существенные признаки понятия «компетентный человек»: знающий, обладающий основательными знаниями в какой-либо области; осведомленный; являющийся признанным знатоком в некоторых вопросах; сведущий в определенной области; опытный; имеющий право и обладающий полномочиями решать что-либо, судить о чем-либо; авторитетный и т.д. При этом подчеркивается, что компетентный в определенной области человек должен обладать не только знаниями, но и умениями их применять на практике.
Понятие «компетентность» в психологической и педагогической литературе трактуется по-разному и чаще всего как «сочетание психических качеств», «как психическое состояние, позволяющее действовать самостоятельно и ответственно, как обладание человеком способностью и умением выполнять определенные трудовые функции или доскональное знание своего дела, существа выполняемой работы, сложных связей явлений и процессов, возможных способов и средств достижения намеченных целей» [211, с. 97].
Сущность и содержание компетентностей рассматриваются акмеологи- ей (A.A. Деркач, B.JI. Долгова, И.Н. Семенов, А.К. Маркова и др.), системной методологией (О.С. Анисимов, B.C. Дудченко и др.), педагогической психологией (C.B. Дмитриев, Ю.Н. Кулюткин и др.), педагогикой (Е.В. Бондаревская, И.А. Зимняя, А.И. Мищенко, В.В. Сериков, В.А. Сластенин, A.B. Хуторской, E.H. Шиянов и др.).
Исследователи выделяют три подхода к понятию компетентности: когнитивно-операциональный, личностно-деятельностный и акмеологический [83, с. 8].
В соответствии с первым подходом компетентность включает знания, умения и навыки, а также способы выполнения деятельности на высоком уровне квалификации.
С точки зрения личностно-деятельностного подхода компетентность определяется как психическое качество личности, проявляющееся в деятельности и направленное на повышение ее эффективности. В частности, А.К. Маркова рассматривает компетентность как «сочетание психических качеств, как психическое состояние, позволяющее действовать самостоятельно и ответственно, как обладание человеком способностью и умением выполнять определенные трудовые функции» [168, с. 31].
В акмеологии интегрируются названные подходы и компетентность трактуется как одна из сторон профессионализма и включает обладание знаниями, определенными психическими качествами, позволяющими действовать самостоятельно и ответственно, способностью выполнять определенные трудовые функции.
Существенным шагом в развитии взглядов на природу компетентности является ее понимание как экзистенциального свойства человека, продукта его собственной жизнетворческой активности, инициируемой процессом образования. Это собственный опыт человека, приобретенный при поддержке педагога (Сериков В.В.). Компетентность связывается с саморазвитием и самосовершенствованием обучающегося, это психологический механизм непрерывного самообразования - продуцирование новых знаний и умений, выявления и принятия задач» [234, с.8].
Таким образом, компетентность рассматривается как фактор, определяющий эффективность профессиональной деятельности, т.е. как профессиональная компетентность.
Компетентность в профессиональном образовании понимают как совокупность знаний и опыта в той или иной области или как уровень общей и профессиональной подготовки, позволяющие адекватно реагировать на изменяющиеся требования конкретного рабочего места или выполняемой работы. Компетентность человека зависит от его отношения к своим обязанностям, к своей работе, опыта, стремления и умения пополнять свои знания. Она достигается самим человеком в процессе его профессиональной деятельности и в соответствии с его стремлениями, образованием, статусом и т.д.
Под профессиональной компетентностью некоторые авторы понимают «интегральную характеристику, определяющую способность специалиста решать профессиональные проблемы и задачи, возникающие в реальных ситуациях профессиональной деятельности, с использованием знаний, профессионального жизненного опыта, ценностей и наклонностей» [144, с. 8]. Таким образом, в содержание профессиональной компетентности включаются знания, умения, навыки, личностные профессиональные качества и готовность к профессиональной деятельности.
Физическая наука как источник содержания курса общей физики
Как указывалось выше, основной составляющей профессиональной компетентности учителя физики является предметная компетентность, отражающая наличие необходимых профессиональных знаний, объем и уровень которых являются главной характеристикой компетентности. К профессиональным знаниям относятся, прежде всего, знания того предмета, которому будущий учитель станет обучать учащихся, в данном случае физики. В связи с этим возникает вопрос, каким должен быть курс общей физики, направленный на решение задачи формирования у студентов предметной составляющей профессиональной компетентности.
Прежде всего, следует определить, что собой представляет дисциплина «общая физика» с точки зрения теории учебного предмета.
В дидактике много лет ведется дискуссия о соотношении учебного предмета и науки. Она касалась в предшествующие годы, в основном, общеобразовательной школы. Однако в последние годы эта дискуссия происходит и по отношению к системе высшего образования. Одной из причин этого, является то, что современный этап жизни общества характеризуется необычайно возросшими темпами развития научного знания, существенным сокращением промежутка времени между научными открытиями и их внедрением в практику, бурным развитием технологий, в том числе информационных, и в связи с этим обострившимся противоречием между быстрыми темпами развития науки, увеличения объема научных знаний и ограниченными сроками обучения.
Положения, отражающие взаимосвязь между наукой и учебным предметом, сформулированы Л.Я. Зориной [259, с. 82]. Эти положения могут быть применены к курсу общей физики:
— физическая наука как система знаний отражается во всех элементах физики - учебного курса (в его содержательном и процессуальном компонентах);
— все элементы физики-науки, в которых фиксируется научное знание, входят в содержание курса физики (научные факты, понятия, законы, теории, физическая картина мира);
— основные структурные элементы физической науки (факты, понятия, законы, теории, физическая картина мира) являются дидактическими единицами содержания обучения физике, теми объектами, которые должны быть усвоены целостно с внутренними связями;
— дидактические единицы определяют процесс обучения (методы, формы, средства), предметное содержание, способ организации материала, логику его представления (структуру);
— занятие физической наукой влияет на формирование мировоззрения и творческого потенциала личности [260, с. 83].
В содержании учебного курса наука должна отражаться не только как система1 знаний, но и как деятельность. Как деятельность наука включается через систему методологических знаний (знания о процессе и методах познания); через поисковую деятельность обучающихся, соответствующую этапам и логике научной деятельности (наблюдение, постановка проблемы, выдвижение гипотезы, экспериментальная проверка гипотезы, теоретическое обоснование, выводы); через приемы обучения, соответствующие выводам науки (применение наблюдения или теории для получения нового знания); через определенную организацию познавательной деятельности обучающихся, которая соответствует переходу от явления к его сущности и от сущности к явлению.
Таким образом, наука-физика должна отражаться в курсе общей физики не только в содержателънол1, но и в деятелъностном компоненте.
В современной дидактике разработана теория учебного предмета на уровне общего среднего образования и построены модели учебных предметов разного типа [259]. Использовав основные положения теории учебного предмета и внеся определенные коррективы в эти модели, Н.С. Пурышева сконструировала модель учебного предмета «Физика», которая включает в себя два блока: содержательный и процессуальный [260, с. 82]. Эта модель, с нашей точки зрения, с полным правом может быть применена к курсу общей физики (рис. 1). В соответствии с ней учебный предмет включает два блока: содержательный и процессуальный.
В содержательный блок входят основные физические знания, такие1 как факты, понятия, законы, теории и физическая, картина мира. В него входят также и внепредметные или вспомогательные знания: исторические, мировоззренческие, методологические, межпредметные, логические и др. В процессуальный блок входят способы теоретической и практической деятельности; умение применять знания к решению различного рода физических задач.
Общая характеристика методики обучения общей физике студентов - будущих учителей
Предложенная нами методика обучения общей физики в педагогическом вузе направлена на формирование профессиональной компетентности будущего учителя физики.
Объектом профессиональной компетентности учителя физики является школьная физика. Поэтому в первую очередь мы рассмотрим те вопросы изучения фундаментального ядра, которые являются узловыми, наиболее важными и значимыми в курсе общей физики и наиболее сложными в школьном курсе физики. Это необходимо для более глубокого их осмысления учителем и для успешного усвоения учащимися.
Приведем основные положения предлагаемой методики:
- работа по формированию фундаментальных физических знаний проводится непрерывно на протяжении изучения всего курса общей физики в университете;
— методика, предусматривает следующую последовательность видов деятельности- по формированию профессиональной компетентности студентов:
выявление инвариантного-фундаментального ядра курса общей-физики (содержание; структура, логика и принципы построения) в соответствии- с предлагаемой методической системой; определение специальных компетенций на базе технологии их проектирования, разработанной в современной психолого-педагогической литературе. Выделение составных частей ядра, главных содержательных линий фундаментального физического образования (предметной, мировоззренческой, методологической и информационно-математической);
реализация методики обучения общей физике, направленной на фор- мирование у студентов фундаментальных физических знаний и на развитие у них профессионально-педагогической компетентности;
— методика предполагает сохранение преемственности содержания курса общей физики со школьным курсом физики.
В соответствии с основными положениями концепции и моделью методической системы обучения студентов общей физике выделено общее инвариантное ядро курса физики, определен конкретный физический материал ядра, на котором следует акцентировать внимание студентов при изучении отдельных тем (Табл. 8).
При изучении разделов курса общей физики используется несколько педагогических технологий. Основными являются технология проблемного обучения и информационные технологии. Именно при проблемном обучении раскрывается-логика учебного материала, развивается физическое мышление и творческие способности студента. Проблемное обучение реализуется в виде проблемного изложения материала, частично-поискового и исследовательского методов в зависимости от содержания материала и возможности организации самостоятельной деятельности студентов.
