Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические основы профильного обучения на старшей ступени общего образования
1.1 Дифференциация обучения как педагогическая проблема
1.2 Психолого-педагогические основы профильного обучения в образовательных учреждениях
1.3 Анализ методики преподавания ядерной физики в
средней (полной) школе
1.4 Дидактические и методические основы применения информационных технологий
Выводы по главе 1
Глава 2 Совершенствование методики преподавания ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий
2.1 Отбор содержания учебного материала по ядерной физике в классах физико-математического профиля
2.2 Организация учебно-познавательной деятельности учащихся классов физико-математического профиля при изучении ядерной физики с использованием информационных технологий
Выводы по главе 2
Глава 3 Педагогический эксперимент и его результаты
3.1 Цели, задачи и этапы педагогического эксперимента
3.2 Констатирующий эксперимент и его результаты
3.3 Обучающий эксперимент и его результаты
3.4 Контрольный эксперимент и его результаты Выводы по главе 3
Заключение
Библиография
Приложения
- Дифференциация обучения как педагогическая проблема
- Отбор содержания учебного материала по ядерной физике в классах физико-математического профиля
- Цели, задачи и этапы педагогического эксперимента
Введение к работе
Согласно «Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года» школьное образование вступило на новый этап своего развития. Введение профильного обучения и набирающая темпы информатизация образования предполагают глубокие изменения, как всего школьного, так и физического образования. В этой связи возникает необходимость в обеспечении педагогов методическими материалами, соответствующими современным тенденциям в образовании, учитывающими идею личностно ориентированного обучения и использования информационных технологий.
В работах Б.И. Додонова [49], А.Н. Леонтьева, А.К. Марковой [92], С.Л. Рубинштейна [128] и др. показано, что учебная деятельность школьников побуждается иерархией мотивов: потребность в учении, смысл учения, мотив учения, цель, эмоции, отношение и интерес. При этом основным мотивом учения старших школьников является проектируемая профессия.
Проблемам дифференциации обучения посвящены труды Ю.К. Бабанского [10], Ю.И. Дика, В.А. Орлова, Н.С. Пурышевой, П.И. Самойленко, Н.А. Соболевой [134], Н.М. Шахмаева [148], М.А. Янишевской [153] и др. В этих работах дифференциация рассматривается как особая форма организации обучения, направленная на подготовку учащихся к продолжению образования. Дифференциация обучения предполагает решение проблем, связанных с отбором содержания образования, форм и методов обучения.
Ядерная физика занимает особое место в разделе «Квантовая физика». Специфика изучения этой темы состоит в сложности понятийного аппарата, предполагающего наличие определенных навыков абстрагирования, трудностях при визуализации процессов микромира и экспериментов, наличии большого объема фактического материала.
Результаты работ ученых-методистов воплощены в действующих программах, учебниках по физике, методических пособиях. Соответствующие разделы есть в школьных учебниках и учебных пособиях по физике А.Т. Глазунова, О.Ф. Кабардина [36], А.Н. Малинина, В.А. Орлова, А.А. Пинского; В.А. Касьянова [63]; Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева; Б.М. Яворского и др. Представленный в них учебный материал различается по объему, структуре, толкованию рассматриваемых вопросов. Существуют разные взгляды на изложение учебного материала по ядерной физике.
В научных работах Е.Ю. Дирковой, У.З. Ешимовой, Н.И. Плешаковой [115], В.И. Савченко и др., посвященных проблемам совершенствования методики преподавания ядерной физики в средней школе, рассматриваются экспериментальные методы изучения этой темы. Однако, с нашей точки зрения, до сих пор в содержании учебного материала по ядерной физике не представлен глубокий теоретический базис.
В современных учебниках акцентировано внимание на разных аспектах физики атомного ядра. Часть вопросов, например, явление радиоактивности, взаимодействие радиоактивных излучений с веществом, рассматривается на качественном уровне. Между тем, объяснение свойств атомных ядер и предсказание их поведения, которое носит вероятностный характер, основано на теоретических представлениях, построенных на математических моделях. Углубленная подготовка учащихся классов физико-математического профиля по физике и математике позволяет включить в содержание учебного материала математический аппарат физических теорий. Такое углубление учебного материала позволит сохранить связь и непрерывность процесса формирования понятий ядерной физики в дальнейшем вузовском образовании.
На практике зачастую изложение учебного материала сводится к догматическим сообщениям фактов. Вследствие этого снижается интерес учащихся к теме «Ядерная физика», о чем свидетельствуют результаты проведенного нами констатирующего эксперимента. Низкое качество знаний учащихся по теме «Ядерная физика» подтверждается итогами констатирующего эксперимента, анализом результатов Единого государственного экзамена. Результаты проведенного констатирующего эксперимента показали, что большинство учителей физики, работающих в классах физико-математического профиля, связывают это и с недостаточной наглядностью изучаемых процессов.
Вопросы обеспечения наглядности средствами информационных технологий рассматривались в диссертационных исследованиях М.В. Алексеева, Л.В. Барановой [14], Н.Н. Гомулиной [39], В.А. Извозчикова [55], Ш.М. Калановой, Н.Ю. Королевой, B.C. Осмачкина, С.Л. Светлицкого и др.
Для классов физико-математического профиля учебный предмет информатика и информационные компьютерные технологии является одним из основных. Однако вопрос преподавания ядерной физики с применением знаний из области информатики и информационных технологий в классах физико-математического профиля изучен недостаточно.
Таким образом, возникают противоречия между требованиями к уровню подготовки выпускников средней (полной) школы и недостаточной разработанностью методики преподавания ядерной физики в классах физико- математического профиля; необходимостью использования информационных технологий в образовательном процессе и сложившейся практикой изучения ядерной физики в профильных классах.
Проблема исследования состоит в разрешении противоречия между необходимостью повышения качества знаний учащихся по ядерной физике в классах физико-математического профиля и недостаточной разработанностью методики преподавания ядерной физики с учетом информационных технологий в образовании.
Цель исследования: разработать и обосновать методику изучения ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий.
Объект исследования: процесс преподавания физики в профильной школе.
Предмет исследования: содержание и методика преподавания ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий.
Гипотеза исследования: качество знаний по ядерной физике выпускников классов физико-математического профиля повысится, если будут. соблюдены следующие условия: отобрано содержание учебного материала на основании требований Федерального компонента государственного стандарта общего образования (на профильном уровне); методы организации учебно-познавательной деятельности учащихся будут опираться на использование информационных технологий; разработана модель организации учебно-познавательной деятельности учащихся.
В соответствии с целью, предметом и гипотезой, в работе были поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. На основе анализа научной, психолого-педагогической, методической литературы и педагогического опыта выявить проблемы преподавания ядерной физики в классах физико-математического профиля, согласовать цели изучения ядерной физики, математики, информатики и информационных технологий на профильном уровне, определить методы обучения с использованием информационных технологий.
2. Структурировать и отобрать содержание учебного материала по ядерной физике для классов физико-математического профиля.
Разработать модель организации учебно-познавательной деятельности учащихся при изучении ядерной физики с использованием информационных технологий.
Экспериментально проверить эффективность разработанной методики. Методологическую основу исследования составили: психолого-педагогическая теория деятельности (А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.); теория оптимизации учебно-воспитательного процесса (Ю.К. Бабанский и др.); основные принципы дидактики, идеи личностно ориентированного обучения, лежащие в основе современной концепции модернизации образования; концепция физического образования, разработанная в лаборатории физического образования ИСМО РАО (Ю.И. Дик, В.Г. Разумовский, В.А. Орлов, А.А. Фадеева и др.); труды по методологии педагогических исследований (В.В. Краевский, B.C. Леднев и др.); теория создания и использования средств обучения (Т. С. Назарова и др.); идеи, посвященные использованию информационных технологий в образовательном процессе (В.А. Извозчиков, Н.С. Пурышева, A.M. Слуцкий и др.)
Для решения поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования.
Теоретические методы включали в себя: анализ философской и психолого-педагогической литературы, документов по вопросам образования, программ, учебников, методической литературы, использования аудиовизуальных и технических средств обучения, информационных технологий, состояния знаний и умений учащихся; изучение и обобщение передового опыта работы школ и отдельных учителей.
Экспериментальные методы включали: констатирующий, обучающий и контрольный педагогический эксперименты, беседы с учителями и учащимися, наблюдение учебного процесса, анкетирование учителей и учащихся, обработку результатов педагогического эксперимента с помощью методов математической статистики.
Исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе (1998 — 2000 гг.) проводился констатирующий эксперимент, позволивший оценить состояние теоретических, методологических и практических аспектов исследуемой проблемы, разработать методы применения информационных технологий в преподавании ядерной физики.
На втором этапе (2000 - 2003 гг.) проводился обучающий эксперимент. В 2000 — 2001 учебном году проводилось пробное обучение, осуществлялся отбор содержания учебного материала по ядерной физике и средств информационных технологий, разрабатывалась модель учебной деятельности, апробировались методические рекомендации для учителей; в 2001 - 2003 гг. проверялась эффективность методики изучении ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий.
На третьем этапе (2004 — 2005 гг.) проводился контрольный эксперимент: велось преподавание ядерной физики в экспериментальных и контрольных группах, обрабатывались, анализировались и оформлялись результаты педагогического эксперимента, осуществлялось внедрение в учебный процесс разработанной методики преподавания.
Экспериментальная база исследования: Обнинский колледж и МОУ СОШ №1 им. СТ. Шацкого г. Обнинска.
Научная новизна исследования: • выявлены цели изучения ядерной физики в классах физико-математического профиля с опорой на цели изучения математики, информатики и информационных технологий на профильном уровне;
определены структура и содержание темы «Ядерная физика», включающая ядро содержания, прикладные и экологические аспекты;
разработана модель организации учебно-познавательной деятельности учащихся, опирающаяся на теорию оптимизации учебно-воспитательного процесса, учитывающая использование информационных технологий.
Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании модели организации учебно-познавательной деятельности учащихся классов физико-математического профиля при изучении ядерной физики, опирающейся на теорию оптимизации учебно-воспитательного процесса.
Практическая значимость результатов исследования состоит в создании и внедрении в учебный процесс школ г. Обнинска электронного курса «Ядерная физика», включающего содержание учебного материала для учащихся, анимации изучаемых процессов; разработке и внедрении в практику работы школ Калужской области методических рекомендаций учителю физики по организации учебно-познавательной деятельности учащихся классов физико-математического профиля при изучении ядерной физики с использованием информационных технологий.
Обоснованность и достоверность научных результатов исследования обеспечены внутренней непротиворечивостью полученных выводов исследования, соответствием теоретическим положениям базовой науки и тенденциям современного развития школьного физического образования, выбором методов исследования, адекватных целям и решаемым задачам; статистическими методами обработки данных педагогического эксперимента, применяемых в педагогических исследованиях; воспроизводимостью результатов обучения. Положения, выносимые на защиту: 1. Содержание учебного материала по ядерной физике в классах физико-математического профиля должно представлять собой логически связанные тематические блоки: объект изучения (атомное ядро); модели атомных ядер (капельная, оболочечная, обобщенная); радиоактивный распад (потенциальная яма); ядерные превращения (скалывание, К-захват); деление атомных ядер (потенциальный барьер, двугорбая кривая); ядерный цикл (прикладные вопросы ядерной физики); экологические вопросы (воздействие ионизирующих излучений на живые организмы).
2. Основой создания методики изучения ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий является модель организации учебно-познавательной деятельности учащихся. Ядро модели - содержание учебного материала, которое определяет выбор методов и элементов информационных технологий. В качестве предложений учителю по организации учебного процесса разработаны модели уроков, включающие задачи обучения, методы и приемы обучения, формируемые знания, умения и навыки, содержание учебного материала, рекомендуемые элементы информационных технологий. Апробация работы и внедрение результатов исследования: Основные идеи, результаты работы обсуждались и получили одобрение на: научной конференции МГПУ им. В.И.Ленина (март 2000 г.); конференциях по проблемам учебного физического эксперимента в Глазовском педагогическом университете (март 2001 г., март 2002 г.); научно-практической конференции «Психология обучения: научные подходы» СГУ (Москва, 2001 г.); научно-практической конференции молодых ученых « Пути и средства активизации учебно-воспитательной работы в общеобразовательных учреждениях» (Москва, ИОСО РАО, 2001 г.); на выставке в Техническом университете им. Н.В. Баумана (г. Калуга, 2002 г.); педагогических чтениях «Новые технологии в образовании» (г. Обнинск, 2004 и 2005 гг.); методических объединениях учителей физики Калужской области; семинаре в КОИПКРО; заседаниях лаборатории физического образования ИСМО РАО.
Работа отмечена дипломом отдела народного образования г. Обнинска за эффективное внедрение информационных технологий в образовательный процесс.
Результаты работы внедрены в учебный процесс школ г. Обнинска (МОУ среднюю школу № 1 им. СТ. Шацкого, Обнинский колледж).
Содержание работы освещено в 7 публикациях в региональных издательствах.
Дифференциация обучения как педагогическая проблема
Проблемам дифференциации обучения посвящено много исследований: Ю.К. Бабанский, П.П. Блонский, Ю.И. Дик, Н.А., В.М Коротов, А.В. Марков, В.А. Орлов, СВ. Панюкова, Е.С. Полат, Н.С. Пурышева, Н.А. Соболева, М.А. Янишевская и др.
В этих работах дифференциация рассматривается как:
особая форма организации обучения с учетом индивидуально- психологических особенностей учащихся;
образовательная система, при которой происходит разделение учебных планов, программ по различным направлениям, что дает возможность обеспечить каждого ученика максимальными условиями гармонического развития на основе выбора программы образования и создания благоприятных условий в социальном окружении;
форма реализации принципа оптимального сочетания фронтальной, групповой, индивидуальной работы с учащимися на уроке.
Дифференциация обучения направлена на установление оптимального соотношения между потребностью общества в образовательном потенциале его членов и личностной ориентацией отдельного субъекта. Дифференциация обучения предполагает решение проблем, связанных с отбором содержания образования, форм и методов обучения.
Многолетняя практика показывает, что в современной школе существуют препятствия для личностно ориентированной организации учебного процесса [117]:
усредненность всего процесса обучения, т.е. ориентация на некоего
среднего ученика, не существующего в природе;
необходимость «равномерно» уделять внимание различным учебным дисциплинам: тем, к которым ученик имеет более выраженные способности, и тем которые ему даются с большим трудом, т.е. «уравнивание» программы для всех учащихся без учета их индивидуальных способностей;
приоритет оценки знаний, умений и навыков, а не усилия, которые затрачивает тот или иной ученик на овладение этими знаниями, умениями и навыками, что ведет к сдерживанию процесса интеллектуального и творческого развития учащихся.
Между тем, известно, что если среда становления личности относительно благоприятна, то развитие личности в ней подчинено внутренним психологическим закономерностям. В этом случае индивид проходит три фазы своего становления: адаптация, индивидуализация, интеграция личности в группе. Каждая из трех фаз представляет собой период становления личности в ее важнейших проявлениях и качествах. В случае, если индивиду не удается преодолеть трудности адаптации, то у него могут складываться качества безынициативности, появляется робость и неуверенность в себе, что может привести к личностной деформации. После фазы адаптации наступает фаза индивидуализации - индивид может предъявлять группе такие свои индивидуальные отличия, которые группа отвергает как не соответствующие ее потребностям, что может привести к развитию у него агрессивности, подозрительности, неадекватной самооценке. При условии успешного прохождения фазы интеграции в группе, у индивида формируется развитое коллективистское самоопределение [12, 140]. После прохождения всех описанных выше фаз у индивида складывается достаточно устойчивая структура психики.
Отбор содержания учебного материала по ядерной физике в классах физико-математического профиля
При отборе содержания учебного материала мы руководствовались положениями, отражающими взаимосвязь между наукой и учебным предметом, предложенными СЕ. Каменецким, Н.С. Пурышевой:
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 могут быть усвоены целостно с внутренними связями;
дидактические единицы определяют процесс обучения, предметное и внутрипредметное содержание, способ организации изучения материала, логику его представления [59, С. 82].
В основу отбора содержания учебного материала по ядерной физике нами положены следующие общедидактические принципы:
научности — соответствие содержания учебного материала современному уровню развития науки [133];
фундаментальности - отбор фундаментальных теорий, понятий, фактов, составляющих основу знаний о микромире, человеке. Совокупность фундаментальных понятий, законов, теорий и обуславливающих их базовых фактов, методология науки - основа науки [150].
соединение научной теории с практикой - раскрытие основных областей практического применения теоретических знаний [150];
систематичности — установление логических связей между элементами знаний, что предполагает установление доступной для учащихся связи между основными знаниями теории при изложении информации [59];
преемственность и непрерывность образования — учет предшествующей подготовки учащихся [137].
Кроме того, нами были учтены:
принцип цикличности, связанный с принципом цикличности в обучении - последовательность развертывания теоретического обобщения в науке соответствует этапам цикла познания [121]:
1. накопление и анализ фактов;
2. формулировка обобщений с использованием моделей;
3. получение конкретных выводов и следствий;
4. применение полученных знаний к конкретным физическим объектам и явлениям;
экологическая компонента физического образования — обсуждение социальных и экономических аспектов охраны окружающей среды, влияния на живой организм факторов природной среды [137].
Руководствуясь указанными принципами отбора содержания учебного материала, а также требованиями к уровню подготовки выпускников, предусмотренных Федеральным компонентом государственного стандарта общего образования [138], мы произвели отбор и структурирование содержания учебного материала по ядерной физике для классов физико-математического профиля.
В основу отбора учебного материала мы положили сведения о структуре и строении атомного ядра.
Нами предложена следующая структура содержания учебного материала по ядерной физике для классов физико-математического профиля:
в структуре теоретического материала определяется основной объект изучения - ядро;
водятся модели атомного ядра (протонно-нейтронная — капельная, обол очечная, обобщенная);
на основе моделей ядра рассматриваются физические явления и прикладные вопросы ядерной физики.
Важнейшим вопросом в ядерной физике является вопрос о структуре и свойствах атомного ядра, понимание которого предусмотрено в Федеральном компоненте государственного стандарта общего образования.
Цели, задачи и этапы педагогического эксперимента
Цель экспериментального исследования - определение роли ядерной физики в формировании научного мировоззрения учащихся, выявление основных проблем, возникающих при изучении ядерной физики в классах физико-математического профиля, выяснение необходимости использования информационных технологий при изучении ядерной физики в классах физико-математического профиля.
Основные задачи педагогического эксперимента:
1. Изучение состояния преподавания ядерной физики в классах физико-математического профиля в учреждениях общего образования.
2. Проверка доступности и эффективности содержания учебного материала по ядерной физике в классах физико-математического профиля.
3. Разработка методических рекомендаций по изучению ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий.
4. Проверка эффективности предложенной методики изучения ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий.
5. Внедрение предложенной методики изучения ядерной физики в классах физико-математического профиля с использованием информационных технологий. Для решения указанных задач проведен педагогический эксперимент на базе школ г. Обнинска с 1998 по 2005 гг. Педагогический эксперимент проводился в три этапа: констатирующий эксперимент, обучающий эксперимент, контрольный эксперимент.
На первом этапе (1998 — 2000 гг.) проводился констатирующий эксперимент, позволивший оценить состояние теоретических, методологических и практических аспектов исследуемой проблемы, разработать методы применения информационных технологий в преподавании ядерной физики.
На втором этапе (2000 - 2003 гг.) проводился обучающий эксперимент. В 2000 - 2001 учебном году проводилось пробное обучение, осуществлялся отбор содержания учебного материала и программно - педагогических средств по ядерной физике на базе Обнинского колледжа и МОУ СОШ №1 им. СТ. Шацкого, разрабатывалась модель учебной деятельности, апробировались методические рекомендации для учителей физики; в 2001 — 2002 учебном году проверялась эффективность использования модели учебной деятельности школьников и разработанной методики преподавания ядерной физики.
На третьем этапе (2004 - 2005 гг.) проводился контрольный эксперимент: велось преподавание ядерной физики в экспериментальных и контрольных группах, обрабатывались, анализировались и оформлялись результаты педагогического эксперимента, осуществлялось внедрение в учебный процесс разработанных методических рекомендаций.
