Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА К ВАРИАТИВНОМУ ОБУЧЕНИЮ ФИЗИКЕ 11
1.1 Особенности различных подходов в конструировании физического образования 11
1.2 Методологические функции концепции относительности и инвариантности в системе физического знания 27
1.3 Структурные отношения в системе классического физического знания 46
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАРИАТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ. 57
2.1 Моделирование вариативной системы физического образования 57
2.2 Конструирование процесса обучения физике в условиях вариативного обучения 68
2.3 Методические трудности в организации вариативного обучения физике на основе инвариантного подхода к содержанию учебных курсов 82
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ИНВАРИАНТНОГО АНАЛИЗА ФИЗИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ В РЕШЕНИИ ПРАКТИЧЕСКИХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ 92
3.1 Особенности проведения педагогического эксперимента. 92
3.2 Обучающая функция инвариантного анализа учебного физического знания 97
3.3 Методика инвариантного подхода к содержанию компьютерных контролирующих программ 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
ЛИТЕРАТУРА 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 136
- Особенности различных подходов в конструировании физического образования
- Моделирование вариативной системы физического образования
- Особенности проведения педагогического эксперимента.
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Демократические преобразования основ государственного устройства России не могли не коснуться и системы российского образования. В конце XX столетия выходит целый ряд законодательных документов, определивших стратегию развития российской образовательной системы на ближайшие десять лет. К кардинальным изменениям в области образовательной политики можно отнести переход от адаптивно-дисциплинарной модели унифицированного образования к личностно-ориентированной модели вариативного образования.
Стратегическими ориентирами развития вариативного содержания образования являются следующие:
от унитарной школы, работающей по единым нормативным документам, к дифференциации содержания образования в системе общего образовательного пространства;
от предметоцентризма к культурологической концепции содержания образования, способствующей переходу от узкого обучения, констатирующего знания, к обучению законам формирования этого знания;
от монопольного учебника к вариативным учебникам;
- от монофункциональных технических средств к информационным тех
нологиям;
- от «чистых» типов общеобразовательных учреждений к смешанным, в
которых происходит слияние школы с детским садом, школы с вузом.
Несмотря на то, что переход к вариативному обучению явление достаточ
но новое для системы российского образования, общим вопросам дидактики
вариативного обучения посвящены работы М.С. Бургина, П.И. Пидкасистого,
Л.С. Подымого, С.Ф. Полякова и других авторов.
В системе как среднего, так и высшего образования физике принадлежит особая роль. Современные физические теории содержат те исходные принципы, которые определяют развитие любой научной теории. При изучении физики формируются основы научного мировоззрения, научное мышле-
ниє, современный характер исследовательской деятельности, творческий подход к решению реальных задач. Физическое знание является своего рода инвариантом любого технического и естественнонаучного знания. Физическое знание раскрывает законы познания окружающего мира, поэтому оно необходимо и гуманитариям. Интеграционный характер современной науки значительно расширил область физического знания. Огромный багаж фактологического материала в физике требует высокого уровня его систематизации. В системе вариативного обучения эта проблема стоит особенно остро.
Свобода выбора нормативных документов, право на авторское проектирование учебных курсов накладывают на учителя ответственность за правильность сделанного выбора. В нормативных документах по физическому образованию сегодня представлен широкий спектр авторских программ как для первой, так и второй образовательной ступени, которые разработали известные российские методисты в области физического образования: Н.Е. Ва-жеевская, Н.К. Гладышева, СВ. Громов, Е.М. Гутник, А.Е. Гуревич, Ю.И. Дик, В.А. Касьянов, В.А. Коровин, В.А. Орлов, А.Н. Мансуров, Н.А. Мансуров, Г.Я. Мякишев, Г.Г. Никифоров, И.И. Нурминский, А.В. Перышкин, А.А. Пинский, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, Н.М. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев, У.Д. Шодиев и другие. Многие учебные программы написаны авторами учебников, для некоторых программ учебника нет, право выбора учебника остается за учителем.
Теоретическим обоснованием любого конкретного метода обучения являются его методологические основы. Вопросам методологии педагогики посвящены работы В.В. Краеского, И.Я. Лернера, П.И. Пидкасистого, В.А. Скаткина и других. В работах данных авторов разработаны общие дидактические требования, принципы, критерии проектирования учебных курсов. При проектировании учебных предметных курсов необходимо учитывать законы формирования данного предметного знания. Вопросам методологии физического знания посвящены работы В.И. Арнольда, Г. Вейля, В.Ф. Ефи-
менко, А. Пуанкаре, Н.Ф. Овчинникова, В.П. Визгина, В.А. Фока и многих других авторов.
При переходе к вариативной системе физического образования, ориентированного на развитие индивидуальных способностей каждого ученика, особенно остро стоит проблема обоснованного отбора содержания учебных курсов, решение которой должно начинаться с определения иерархии структурных уровней организации учебного физического знания. Современные нормативные документы и научные разработки по методике обучения физике ответа на этот вопрос не дают.
Все вышесказанное позволило нам увидеть противоречие, сформировавшееся в процессе перехода от унитарной системы образования к вариативной. Это противоречие между свободой выбора каждым учителем учебной программы и методологическим обоснованием этого выбора, гарантирующим эффективность педагогического решения. Данное противоречие обозначило проблему определения структурных уровней организации содержания учебного физического знания. Авторские учебные курсы вариативного обучения физике на разных образовательных ступенях должны соответствовать и основным дидактическим принципам (принцип системности и последовательности в овладении учащимися предметными знания, принцип целостности и единства дидактического процесса, принцип научности содержания и методов обучения, принцип наглядности, единства конкретного и абстрактного, принцип доступности обучения, принцип единства образовательной, развивающей и воспитательной функций обучения и др.), и законам формирования предметного знания, которые соответствуют законам познания.
Структуроопределяющей концепцией в методологии науки является концепция инвариантности и относительности, первоначально сформировавшаяся в системе физического знания. В научных работах по методике преподавания физики к этой концепции обращаются многие авторы - СВ. Бубликов, Е.И. Бутиков, А.С.Кондратьев, И.В. Савельев, Д.В. Сивухин, Л.В.
Тарасов, Р. Фейнман и другие, но ее методологическая роль в проектировании учебных курсов физики остается нераскрытой. Все вышесказанное определило тему данного исследования - показать структуроопределяющую роль инвариантного анализа физического знания в проектировании вариативных учебных курсов физики.
Цель данного исследования - разработать научно-методические основания проектирования вариативного обучения физике, обеспечивающие реализацию основных дидактических принципов.
Объектом исследования является содержание общего физического образования (первая, вторая, третья ступень).
Предмет исследования - структурные уровни организации учебного физического знания.
Тема и цель исследования определили задачи исследования
провести анализ концепции относительности и инвариантности применительно к физическому знанию, определить иерархию физических инвариантов в соответствии с уровнями обобщения физического знания;
определить уровень учебных задач каждой ступени физического образования в соответствии со структурными уровнями обобщения физического знания;
- показать дидактическую роль инвариантного анализа содержания
учебных курсов физики в решении современных педагогических задач.
Гипотеза исследования - при переходе к вариативному обучению фи
зике авторские программы и содержание учебников физики будут соответст
вовать основным дидактическим требованиям, если при их составлении ав
торы будут следовать уровням обобщения физического знания и соблюдать
соответствующую этим уровням иерархию физических инвариантов, опреде
ляющих существенное в системе физического знания на каждом этапе его
изучения.
Методологическую основу исследования составили законы развития научного, учебного знания, методологические принципы физики, методологические принципы педагогики, идеи личностно ориентированного образования, идеи развивающего образования, исследования по теории и практике физического образования.
Для решения поставленных задач исследования были востребованы теоретические и эмпирические методы исследования:
- изучение и анализ методологической, методической, педагогической
литературы;
изучение и анализ основных нормативных документов по вопросам образования;
анализ традиционных методик проведения различных форм физического обучения;
моделирование вариативной системы физического образования с определением уровня физического знания по каждой ее ступени и профилю;
разработка, обсуждение и апробация новых методик проведения занятий по физике, формирующих элементы инвариантного стиля мышления;
проектирование и моделирование учебного процесса для разных профильных классов;
статистическая обработка и анализ результатов педагогического эксперимента;
- анализ экзаменационных и олимпиадных работ учащихся по физике.
Научная новизна исследования состоит в том, что
на основе инвариантного анализа системы физического знания определены уровни общности физического знания и соответствующие им физические инварианты;
дано определение уровней физического учебного знания;
разработана модель системы физического образования, обеспечивающая реализацию принципа системности при обучении физики;
показана практическая роль инвариантного анализа физического знания при отборе содержания физического образования в системе вариативного обучения.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что показана структуроопределяющая функция концепции инвариантности и относительности в системе учебного физического знания. Инвариантный подход к отбору содержания учебных курсов позволяет обеспечить реализацию основных дидактических принципов в системе вариативного обучения физике.
Практическая значимость исследования состоит в том, что инвариантный анализ содержания учебных курсов позволяет проектировать авторские учебные курсы физики в соответствии с основными дидактическими требованиями, позволяет перейти от фактологического изложения физики к изложению, раскрывающему общие законы формирования научного знания, что повышает интерес учащихся к изучению физики, раскрывает генезис физического знания, формируя общие методы познания. Результаты исследования нашли свое продолжение в работах других исследователей вопросов методики преподавания физики.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются комплексным анализом различных концепций и подходов к изучаемой проблеме; применением разнообразных взаимодополняющих методов исследования, адекватных цели, задачам и логике исследования, валид-ностью используемых методик, повторяемостью положительных результатов экспериментальных исследований при изменении педагогических условий, высокими показателями успеваемости в экспериментальных группах.
На защиту выносятся следующие положения: 1. проведенный анализ системы классического физического знания на основе концепции инвариантности и относительности позволил определить иерархию структурных уровней учебного физического знания;
разработанная нами модель вариативного общего физического образования, в которой определен уровень физического знания для каждой образовательной ступени по основным образовательным профилям, позволяет проектировать учебные курсы физики в соответствии с основными дидактическими принципами и с законами развития физического знания;
анализ содержания учебного физического знания на основе концепции инвариантности и относительности раскрывает общие законы формирования научного знания и позволяет активизировать познавательную деятельность учащихся.
Апробация результатов исследования. По результатам исследования опубликовано 23 печатных работы, общим объемом 3.1 печатных листов, в том числе в журнале «Философия образования», рекомендованном ВАК РФ. Основные положения и результаты исследования были получены лично автором, их обсуждение проводилось на научных семинарах кафедры общей физики Дальневосточного государственного университета, на собрании Приморского отделения Объединенного физического общества Российской Федерации. Основные идеи обсуждались на международной научно-практической конференции «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (Челябинск, 1995 г.), на сессии научного совета по проблемам формирования мировоззрения учащихся (Москва, Государственный НИИ семьи и воспитания, 1999 г.), на научно-практических конференциях и семинарах «Проблемы современного образования» (Владивосток, ДВГУ, 2001, 2002 г.г.), на съезде Российских физиков-преподавателей «Физическое образование в XXI веке» (Москва, МГУ, 2000 г.), на Международных конференциях «Физика в системе современного образования» (С-Петербург, 2000 г., Ярославль, 2001 г.) Всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Владивосток, ТОВМИ, 1999, 2000, 2003 г.г), на международной научно-методической конференции «Классическое образование» (Владивосток, 1999 г.), на международном конгрессе «Образование и наука в XXI веке» (Новосибирск, 2003 г.), на зональ-
ной конференции преподавателей физики, астрономии и технологических дисциплин педагогических вузов Урала, Сибири и Дальнего Востока (Оренбург, 2004 г.).
Внедрение результатов исследования в практику осуществлялось автором в процессе преподавания физики в десятом, одиннадцатом классах (профиль - математика и информатика) Владивостокской гимназии №1, группах гуманитарного профиля колледжа ДВГУ, при обучении физике студентов естественно-научных факультетов ДВГУ, а также на факультете физической культуры и спорта.
Организация и этапы исследования. Исследование проводилось в течении 1994-2005 годов и выполнялось в несколько этапов.
На первом этапе (1994-1998 гг.) изучалась научно-методическая литература, исследовалось современное состояние проблемы. Анализировались современные нормативные документы по методике преподавания физики.
На втором этапе (1998-2000 гг.) разрабатывались основные положения инвариантного анализа содержания учебного физического знания, определялись его структурные уровни, разрабатывалась модель вариативного физического образования.
На третьем этапе (2000-2004 гг.) проводилось экспериментальное исследование эффективности инвариантного подхода к проектированию вариативных курсов физики, разрабатывались принципы отбора содержания физического образования для традиционной организации процесса обучения физике и в инновационных информационных технологиях.
На четвертом этапе (2004-2005 гг.) уточнялись научно-методические положения, результаты исследования внедрялись в педагогическую практику.
Структура диссертации определяется логикой исследования и поставленными задачами. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 120 источников, 5 приложений, основной текст изложен на 135 страницах, в работе представлено 15 таблиц, три схемы.
Особенности различных подходов в конструировании физического образования
Ориентация учебно-воспитательного процесса на удовлетворение потребностей, интересов и способностей обучающихся потребовала существенной реорганизации всей системы школьного образования, в том числе и физического. В рамках данных преобразований, в соответствии с решением Федерального координационного совета по общему образованию, с 2006/2007 учебного года должен начаться широкий переход на профильное обучение в старших классах Российской Федерации. Изменения в системе среднего школьного образования не могли не сказаться на системе среднего профессионального образования и на высшем образовании.
Содержательной основой учебных программ профильного обучения в общеобразовательных учреждениях должен стать двухуровневый государственный стандарт общего образования для базовой и профильной ступеней обучения. Базовый уровень, соответствующий основной школе (девятилетняя школа), не предполагает профильной ориентации, но это не означает его унификации. На сегодняшний день на рынке учебной литературы представлено несколько вариантов учебных программ и учебников физики и для основной школы. В соответствии с демократическими преобразованиями в системе российского образования каждый учитель имеет право выбирать не только учебник, но и разрабатывать собственную учебную программу, ориентированную на выбранный учебник. Профильное обучение физике на следующей образовательной ступени должно быть логическим продолжением предыдущего образовательного курса, несмотря на то, что школьники продолжать учебу могут в других профильных школах, гимназиях, колледжах.
В плане-графике мероприятий по подготовке и введению профильного обучения на старшей ступени общего образования отмечается необходимость анализа существующей литературы и подготовки рекомендаций по работе с действующими учебниками, причем эти рекомендации должны быть по своей сути лишь направляющими деятельность учителя, а не регламентирующими ее. В сложившихся условиях учитель-предметник должен уметь гибко реагировать на конкретную педагогическую ситуацию, т.е. процесс обучения не может не быть творческим.
Учебная программа определенного учебного курса является нормативным документом, определяющим круг основных задач обучения по данному курсу. В современной педагогической методической литературе можно найти несколько вариантов учебных программ как для базовой, так и для старшей ступени физического школьного образования. Целевое направление изучения конкретного учебного курса физики определяется, как правило, в пояснительной записке к программе. В примерной программе по физике для основной школы (7-9 классы), которую, по мнению авторов, следует рассматривать как основу для составления рабочей программы в соответствии с выбранным учебником, так определены задачи базовой ступени обучения физике ]:
-развитие мышления учащихся, формирование у них умений самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления;
-овладение школьными знаниями об экспериментальных фактах, понятиях, законах, теориях, методах физической науки; о современной научной картине мира; о широких возможностях применения физических законов в технике и технологии;
-усвоение школьниками идей единства строения материи и неисчерпаемости процесса ее познания, понимание роли практики в познании физических явлений и законов; -формирование познавательного интереса к физике и технике, развитие творческих способностей, осознанных мотивов учения; подготовка к продолжению образования и сознательному выбору профессии.
Эти же задачи стоят перед обучением физике на следующей образовательной ступени (10,11 классы), и на уровне общего образования в вузе.
Чем принципиально должно отличаться физическое образование на каждой образовательной ступени?
Ответ на этот вопрос не дают и авторские программы по физике, составленные, как правило, для конкретных учебных пособий. Например, Ю.И. Дик и А.А. Пинский отмечают в своей программе, что в условиях профильной дифференциации обучения физике в старших классах, курс физики в 7-9 классах становится «базовым, призванным обеспечить систему фундаментальных знаний основ физической науки, ее применений для всех учащихся независимо от их будущей профессии» [74, с. 13]. Авторы этой программы более конкретны в определении задач базового физического образования:
-ознакомить учащихся с основами физической науки, сформировать ее основные понятия, дать представления о некоторых физических законах и теориях, научить видеть их проявление в природе;
-сформировать основы естественнонаучной картины мира и показать место человека в ней, служить основой научного миропонимания;
-ознакомить с основными применениями физических законов в практической деятельности человека с целью ускорения научно технического прогресса и решения экологических проблем;
-формировать умения выдвигать гипотезы, строить логические умозаключения, пользоваться дедукцией, индукцией, методами аналогий и идеализации;
Моделирование вариативной системы физического образования
Физическое образование в общей системе естественнонаучного образования является фундаментальным, т.е. формирующим основание любого естественнонаучного образования. Качество физического образования определяет качество специального технического и естественнонаучного образования. В системе гуманитарного образования фундаментальное физическое образование определяет общий уровень интеллектуального развития обучающихся. "Однако, по некоторым техническим специальностям физика, как целостная дисциплина, оказалась на стадии разрушения, несмотря на то что, роль физики в техническом и естественнонаучном высшем образовании должна возрастать: растет насыщенность производства физическими методами контроля, появляются новые измерительные приборы, исследовательские установки и т.д." [86, с.8]. В последнее время неуклонно сокращается число учебных часов, отводимых на изучение физики как в средней школе, так и в вузе. В некоторых учебных заведениях курс физики заменяется курсом концепции современного естествознания. Все выше сказанное негативно отражается на качестве физического образования. Свидетельством снижения уровня физического образования в нашей стране являются и результаты централизованного абитуриентского тестирования выпускников средних школ. Большую часть задач, без предложенного выбора ответов, в тестах решает лишь от 15% до 20% тестируемых. Поэтому сегодня, в период перехода к профильному обучению в системе общего образования, особенно важно максимально оптимизировать процесс обучения физике, восстановить целостность курсов физики, независимо от их профиля. Все вышесказанное означает необходимость дидактически правильного определения задач обучения физике, уровня физического знания по каждому профилю, по каждой образовательной ступени в соответствии с принципом системности.
В современной системе общего российского физического образования выделяют три основные образовательные ступени: первая ступень соответствует основной общеобразовательной школе - 7-9 классы средней школы. Эта ступень школьного физического образования, как правило, не является профильной и призвана формировать первичное законченное физическое образование с учетом того, что для многих школьников России образование на этом заканчивается. Вторая ступень физического образования в России соответствует средней полной школе, где частично обучение стало уже профильным, либо переход к профильному обучению планируется в ближайшее время. В системе полного школьного физического образования можно выделить три основных профиля. Самый низкий уровень физического образования (уровень А) предполагается в классах гуманитарного профиля; в классах естественнонаучного направления уровень физического образования соответствует традиционному общему уровню (уровень В); самый высокий уровень школьного физического образования должен быть в классах физико-математической, либо физической ориентации (уровень С). Третья ступень общего физического образования соответствует первым общеобразовательным курсам вузовского образования.
Особенности проведения педагогического эксперимента
Критерием истинности любых научных теорий является научный эксперимент. Основу научного педагогического эксперимента составляют объективность количественных показателей результатов педагогической деятельности, непредвзятость интерпретации этих результатов, воспроизводимость данных результатов. Под экспериментом понимают исследование, проведенное в специально созданных, контролируемых условиях, с целью проверки выдвинутой гипотезы. Педагогический эксперимент - один из самых сложных и важных методов исследования - "это своеобразно (соответственно задаче исследования) сконструированный и осуществленный процесс обучения " [9, с. 16].
Бугаев А. И. выделяет две основные группы методов педагогических исследований:
1) содержательные методы педагогических исследований;
2) формализованные методы педагогических исследований.
"Под содержательными методами, по предложению И.П. Павлова, понимаются методы, требующие более или менее непосредственного обращения к фактам, данным наблюдений, опыта и выведения из них путем абстракции, анализа и синтеза теоретических заключений"[9, с. 15]. К ним относятся педагогические наблюдения, собеседования, анкетирование, статистический анализ результатов обучения и т.д.
К формализованным методам относится моделирование педагогических явлений, в том числе и компьютерное, системно-структурный анализ знаний учащихся и другие. Щедровицкий Г.С. критически высказывается по поводу формализованных методов педагогических исследований: -"Сама установка - сделаем теоретический проект, посмотрим, как он работает на практике, если плохо, то выбросим - анахронизм. Совершенно очевидно, если наше общество будет идти таким путем, оно разорится на одной практической проверке любых идей, касающихся больших систем. Теперь в работе с большими системами можно действовать только одним способом - заранее теоретически все рассчитать и проверить, а на практике действовать уже наверняка..." [118].
Анализ содержания физического знания на основе концепции относительности и инвариантности позволяет заранее "рассчитать" положительный эффект новых педагогических методик, т.е. дать им методологическое обоснование. Методологическое обеспечение процесса обучения позволит оптимально использовать законы познавательной деятельности, т.е. оптимально подобрать формы и методы обучения, ориентируясь на развитие интеллектуальных способностей учащихся.
Как правило, педагогический эксперимент состоит из трех этапов: первый - констатирующий, второй - обучающий, третий - контролирующий этап. Выводы констатирующего этапа строятся на основании учета результатов традиционно построенного учебного процесса, цель этого этапа выявление слабых моментов сложившейся педагогической практики. В процессе второго обучающего этапа педагогического эксперимента отрабатываются конкретные новые методики в соответствии с задачами педагогических исследований. Цель третьего этапа - количественно оценить результаты новых образовательных методик.
Центральная проблема педагогического эксперимента - проблема ва-лидности {validity -обоснованность) его результатов, которая, в свою очередь представлена двумя слагаемыми: внутренней валидностью и еалидностью внешней.
Внутренняя валидность положительных результатов новой методики педагогического эксперимента означает, что не существует никаких других причин повышения успеваемости, кроме данной методики. В том же случае, если будет установлено, что выявленная взаимосвязь носит устойчивый характер, т. е. она обнаруживается, например, и в другом вузе, взявшем на вооружение данную методику, или продолжается из года в год в случае продолжения преподавания по новой методике, можно говорить о внешней валидно-сш/[80, с. 174].
Резник Н.И. к факторам, угрожающим внешней и внутренней валидно-сти, относит следующие:
{.Фон - конкретные события, которые происходят между первым и вторым измерением наряду с экспериментальным воздействием. 2.Естественное развитие - изменение испытуемых, являющееся следствием течения времени, без связи с конкретными событиями. 3.Эффект тестирования - то обстоятельство, что какая-либо группа людей является участником эксперимента и регулярно выполняет тестовые задания.
А.Инструментальная погрешность, нестабильность измерительного инструмента - для фиксации (измерения) результатов эксперимента могут использоваться ненадежные измерительные средства, в роли которых начинают выступать тесты, опросники, контрольные задания.
5. Статистическая регрессия - имеет место тогда, когда группы участников эксперимента отбираются на основе крайних показателей и оценок.
6. Отбор испытуемых - связан с предыдущим фактором. Группы, принимающие участие в эксперименте, могут быть неэквивалентны по составу, что приводит к появлению систематической ошибки в измерениях.
7. Отсев - неравномерность выбывания испытуемых из сравниваемых групп.
8. Взаимодействие факторов - например, эксперимент было решено проводить со студентами первого и второго курсов без учета того, что будет происходить взаимодействие фактора отбора с фактором естественного развития.
