Введение к работе
Актуальность исследования. Современная социально-экономическая и культурная ситуация характеризуется изменениями роли и значения человека в общественном развитии, имеющем сложный и противоречивый характер. Развитие личности становится не только результатом, но и предпосылкой эффективного общественного устройства. Прогресс человеческой цивилизации в будущем во многом будет определяться темпами развития интеллектуального потенциала общества, таким образом, зависимость общества от школы будет возрастать Вот почему современное общество предъявляет новые требования к качеству образования, подчеркивая важность целенаправленного интеллектуального развития школьников Содержание образования должно соответствовать требованиям жизни, т е должно быть адекватным запросам современности До недавнего времени главной целью образования являлось усвоение определенных знаний, умений и навыков с целью подготовки к жизни, к будущей деятельности На современном этапе происходит смена образовательной парадигмы, главным в обучении становятся не просто знания, а умение приобретать знания, не память и воспроизведение, а мышление и восприятие Усвоение и обобщение готовых знаний становится не целью, а лишь вспомогательным средством интеллектуального развития человека В настоящее время важна не столько прочность приобретаемых учащимися знаний, поскольку во многих областях знания подвергаются изменениям практически непрерывно, сколько умение самостоятельно добывать нужную информацию, вычленять проблемы и искать пути их рационального решения, уметь критически анализировать получаемые знания и применять их для решения все новых задач Современному обществу нужен человек, способный гибко адаптироваться к условиям быстро меняющегося мира, более того, способный прогнозировать развитие событий. Для достижения этих целей, необходимо воспитывать интеллектуально развитую личность, стремящуюся к познанию
В последнее время в связи с бурным развитием информационных технологий и физической науки резко возрос объем новых знаний, накопленных человечеством В связи с этим стала ясной ведущая роль фундаментальной науки в содержании образования. Сегодня главная задача преподавателя заключается в том, чтобы научить учащихся отличать главное от второстепенного, фундаментальное от прикладного, понимать иерархию структуры науки, различать отдельные ее компоненты, владеть научной методологией.
Методологизация и повышение научного уровня курсов физики в настоящее время тесно связаны с широким внедрением метода моделирования, как в науку, так и в систему образования
Вопросу моделирования посвящено большое количество работ, каждая из которых имеет свои особенности Так в работах Каменецкого СЕ. и Солодухина Н.А моделирование рассматривается как метод познания физических объектов и как метод обучения физике Рассмотрено понятие учебной модели и дана классификация учебных моделей (предметные, графические, образные, символические). В работе Коварского Ю А наибольшее внимание уделено роли мысленных моделей в обучении (материальная точка, графики кинематики, силовые линии электромагнитного поля и т д ) В работе Грибовой М В. подробно рассматривается значение и роль физических моделей в обучении, а также предлагается методика изучения теоретического курса физики на основе модельных представлений. В работах Кондратьева А.С и Филиппова М Э исследованы основы современной методики решения физических задач, ориентированной на выработку умений проводить математическое моделирование реальных процессов и явлений В диссертационных исследованиях Финагина А А и Шабашова Л Д особое внимание уделено развитию исследовательских умений учащихся на основе применения вычислительного эксперимента В работе Феофанова С А проводится аналогия между натурным и вычислительным экспериментом, рассматриваются их объективные преимущества и недостатки В диссертации Глазовой Л П исследуются возможности вычислительного эксперимента при изучении нелинейных явлений, убедительно обосновывается необходимость их изучения в курсе физики средней школы. Но, несмотря на большое количество работ по вопросам методологии математического моделирования, практически нигде широко не рассматривается проблема иерархичности моделей Свойство иерархичности присуще любой математической модели Модель не может быть создана и существовать обособленно, она всегда имеет определенное место в общей иерархии моделей рассматриваемого явления или процесса Этап построения иерархической цепочки физических, а затем математических моделей является одним из ключевых в процессе математического моделирования и определяет успех или неудачу всей работы
Таким образом, актуальность нашего исследования определяется, с одной стороны, важной ролью иерархичности моделей в процессе проведения научного исследования, а также для формирования представлений о модельном отражении действительности и, с другой стороны, недостаточной степенью освещенности этого вопроса в методической литературе 4
Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе
Предметом исследования является изучение возможностей реализации иерархического подхода в математическом моделировании при обучении физике в средней школе.
Цель исследования: разработать и обосновать методику применения иерархического подхода в математическом моделировании при изучении физических явлений в средней школе
Гипотеза исследования может быть сформулирована следующим образом, процесс обучения математическому моделированию на уроках физики станет более эффективным, если при изучении физических явлений и законов, а также при решении задач акцентировать внимание учащихся на свойстве иерархичности математических моделей Обучение иерархическому подходу в математическом моделировании поможет сформировать представление о модельном характере познания и ограниченности знаний, станет основой развития познавательных и творческих способностей учащихся.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
проанализировать состояние проблемы обучения физике в школе и использования на уроках метода математического моделирования;
проанализировать содержание школьного курса физики, выявить реальные возможности построения иерархии математических моделей на уроках физики,
разработать и обосновать методику использования иерархического подхода в математическом моделировании с целью совершенствования процесса обучения моделированию,
исследовать практическое влияние разработанной методики на качество знаний учащихся, их познавательный интерес, развитие творческих и исследовательских умений
определить систему критериев для оценки эффективности предлагаемой методики в ходе проведения педагогического эксперимента
Теоретико-методологические основы исследования:
философские, психологические и педагогические концепции познавательной деятельности (Л С. Выготский, П С Гуревич, Л.Л. Гурова, В В Давыдов, А.П. Тряпицына, Г И. Щукина, И С Якиманская и др ),
достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике (Г А Бордовский, В.А Извозчиков, С Е. Каменецкий, АС Кондратьев, ИЛ.Ланина, В.В Лаптев, Н.С.Пурышева, А.В.Усова, ТН Шамало и др.),
проблемы компьютеризации и информатизации образования (О В Акулова, В А Извозчиков, А С Кондратьев, В.В. Лаптев, В И. Сельдяев, А.И. Ходанович, В Е. Фрадкин и др.).
вопросы методологии математического моделирования (А С Кондратьев, А.П Михайлов, К.Е. Морозов, К Э Плохотников, А А Самарский, Н Н Тарасевич и др.)
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
теоретический анализ проблемы,
анализ организации процесса преподавания физики в современной школе;
изучение и обобщение передового педагогического опыта;
проведение педагогических измерений (анкетирование, интервьюирование учителей и учащихся, наблюдение, тестирование),
создание педагогических ситуаций,
проведение сравнительного педагогического эксперимента с целью выяснения эффективности предложенной методики
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивались
всесторонним анализом проблемы исследования;
использованием разнообразных методов исследования, адекватных поставленным задачам,
применением методов математической статистики при обработке результатов педагогического исследования;
репрезентативностью и положительными результатами педагогического эксперимента
Логика исследования включала следующие этапы
1. Анализ психолого-педагогической, философской и методической
литературы по проблеме исследования
2. Изучение и анализ передового педагогического опыга по
проблеме исследования
На основе анализа литературы выявление методологических основ исследования, постановка цели и задач исследования, определение методов исследования, разработка гипотезы исследования.
Изучение состояния проблемы в современной школе
5. Анализ школьного курса физики и выявление объективных возможностей рассмотрения иерархичности математических моделей на уроках физики
6 Разработка методики и ее апробация при обучении в экспериментальных классах в ходе проведения формирующего эксперимента
7 Проверка выводов исследования в контрольном педагогическом эксперименте.
Критерии эффективности предлагаемой методики:
позитивное влияние методики на качество знаний учащихся, на развитие навыков самостоятельной работы и исследовательских умений,
развитие у учащихся умения применять методологию математического моделирования при изучении физических явлений, законов и при решении задач;
положительная динамика развития познавательного интереса учащихся,
повышение эффективности преподавания физики при использовании данной методики
Научная новизна исследования заключается в следующем-
в отличие от ранее выполненных исследований по вопросу методологии математического моделирования, в работе впервые обоснована необходимость и целесообразность построения иерархии математических моделей в процессе математического моделирования;
показана возможность применения иерархического подхода в математическом моделировании на уроках физики в средней школе на основе материала, не выходящего за рамки основного курса физики,
> предложены различные пути реализации предлагаемой методики (уроки решения задач с развивающимся содержанием, уроки-исследования);
> определены критерии эффективности предлагаемой методики.
Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании целесообразности и реалистичности применения иерархического подхода в математическом моделировании физических процессов и явлений на уровне средней школы с целью развития исследовательских умений и повышения культуры модельного мышления учащихся Теоретические положения и выводы диссертации могут стать основанием для разработки целей, содержания, методов, форм и средств обучения физике на уровне высшего образования при подготовке педагогов.
Практическая значимость исследования заключается в том, что теоретические положения доведены до уровня конкретных методических рекомендаций по использованию иерархического подхода в математическом моделировании при изучении физических законов, явлений и при решении задач, которые позволяют организовать процесс обучения физике соответственно уровню развития науки
Апробация и внедрение результатов исследования
осуществлялись.
на Международной научной конференции «Герценовские чтения» (2005,2006 гг.),
на Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях» (Екатеринбург, 2004, 2005 гг.)
на конференциях в АППО (2005 г ),
на аспирантских семинарах на кафедре методики обучения физике РГПУ им А И Герцена (2004-2006 гг.);
в процессе обсуждения материалов на педагогических советах и семинарах в Лицее при СПбГУТ.
На защиту выносятся следующие положения:
1 Обучение основам математического моделирования в рамках школьного курса физики является эффективным средством развития творческих способностей учащихся и повышения качества их знаний по физике.
2. Реализация подхода, ориентированного на последовательное и систематическое развитие умений построения иерархии математических моделей, обеспечит эффективность обучения основам математического моделирования.
3 Содержание школьного курса физики открывает большие возможности для организации обучения построению иерархии математических моделей на уроках решения задач, при изучении физических законов, процессов и явлений.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем текста 152 страницы Список литературы содержит 114 наименований Работа иллюстрирована схемами, рисунками, диаграммами и таблицами
