Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЗИКИ В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ 9
1.1. Цели обучения элементам физики в начальной школе 9
1.1.1 Цели общего образования и обучения физике 9
1.1.2 Требования к уровню обязательной подготовки школьников 23
1.1.3 Таксономия целей обучения элементам физики в начальной школе 28
1.2. Содержание элементов физики в учебных курсах начальной школы 32
1.2.1 Виды содержания учебного материала 32
1.2.2 Особенности видов содержания элементов физики 35
1.2.3 Научно-методический анализ содержания некоторых Российских учебников 37
1.2.4 Научно-методический анализ комплекта учебников курса естествознания Наффилдовского проекта Великобритании 41
1.3. Психолого-педагогические основы содержания элементов физики 44
1.4. Вариативные технологии обучения 51
ГЛАВА 2. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЗИКИ НА ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ЗАНЯТИЯХ НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЫ 56
2.1 Содержательная модель изучения элементов физики 56
2.2. Подсистемы элементов физики 60
2.3. Преобладающие методы обучения элементам физики 77
2.4. Вариативные технологии обучения элементам физики 86
ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 97
3.1. Организация педагогического эксперимента 97
3.2. Задашь для проверки; целей достижений учащихся 101
3.3. Результаты эксперимента 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
БИБЛИОГРАФИЯ 142
- Цели обучения элементам физики в начальной школе
- Содержательная модель изучения элементов физики
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Социальные изменения, достижения науки и культуры актуализировали задачу развития положительных индивидуальных свойств личности - способностей, интересов, склонностей к различным образовательным областям, в том числе и физике. Чтобы развить индивидуальные свойства личности требуется: ознакомление учащихся начальной школы с явлениями природы (И.И. Аргинская, Н.Ф. Виноградова, В.В. Давыдов, Н.Л. Дмитриева, Л.В. Занков, B.C. Леднев, А.Г. Хрипкова и др.); с методами изучения физических явлений, включая экспериментальные; формирование интереса к содержанию физики и развитие умений учащихся наблюдать явления (СИ. Иванов, З.И. Калмыкова, А.А. Синявина, Л.С. Хижнякова, А.В. Цингер и др.).
Базисный учебный план начальной школы (I - ГУ классы) предусматривает проведение факультативных занятий. Создаются условия для развития знаний элементов физики, получаемых учащимися при изучении естествознания и окружающего мира, на факультативных занятиях начальной школы. При разработке факультативного курса важно учитывать опыт обучения элементам физики в начальной школе, достижения психологии, педагогики, включая современные трактовки принципов обучения.
Применяя принцип научности к преподаванию учебных предметов начальной школы, М.Н. Скаткин отмечал необходимость усиления развивающей и воспитывающей функций обучения путем решения познавательных задач и применения проблемного метода в обучении учащихся.
Изучение элементов физики в начальной школе имеет многовековую традицию в России. Еще в конце 19 и в начале 20 веков в учебный план начальных классов гимназий входил курс естествознания (В.А. Вагнер, Б.П. Вахтеров, А.Я. Герд, В.В. Половцев, И.И, Полянский, К.П. Ягодовский и др.).
Установлено, что учащиеся начальной школы имеют достаточный уровень развития мышления для усвоения элементов физики. К окончанию начальной школы учащиеся могут мыслить гипотезами. При этом обучение и воспитание играет ведущую роль в психическом развитии ребенка (Л.С. Выгодский, А.Н. Леонтьев, Ж. Пиаже, Д.Б. Эльконин, и др.).
Переход школы на новые учебные планы, перспектива преобразования средней школы из ІІ-ти летней в 12-ти летнюю, введение учебных стандартов школ России вскрыли ряд противоречий в преподавании учебных предметов начальной школы между: обязательным минимумом содержания элементов физики в начальной школе, предусмотренным учебными стандартами школ России, и не разработанностью теоретических положений для отбора учебного материала факультативных занятий; требованиями к уровню подготовки учащихся, окончивших начальную школу, и отсутствием методики изучения элементов физики на факультативных занятиях начальной школы; требованиями Государственного образовательного стандарта высшего образования в сферах деятельности специалиста - будущего учителя (преподавание, научно-методическая, социально-педагогическая), и имеющимся уровнем подготовки учителя начальной школы и учителя физики.
Чтобы преодолеть указанные выше противоречия требуется привести содержание и методы преподавания физической составляющей в соответствие с современными требованиями, предъявляемыми к содержанию образования, к уровню обязательной подготовки учащихся, к объему учебной нагрузки.
Таким образом, рассмотренные противоречия и проблема совершенствования преподавания элементов физики в начальной школе показывают, что тема исследования является актуальной.
Цель исследования состоит в определении теоретических положений отбора содержания и методов обучения элементам физики на факультативных занятиях начальной школы, разработке варианта технологии обучения, проверке его в практике преподавания.
Объектом исследования является процесс обучения учащихся начальной школы.
Предметом исследования является методика обучения элементам физики на уроках математики, природоведения (окружающий мир) и технологии, а также на факультативных занятиях (или на занятиях по выбору) в начальной школе.
Гипотеза исследования. В начальной школе будут сформированы у учащихся знания элементов физики, определяемые учебными стандартами школ России, если: включить в содержание учебного материала (элементов физики) темы о механических, тепловых, электрических и магнитных явлениях; построить каждую тему факультативных занятий по схеме: наблюдение явлений, моделирование, выдвижение идеи, практические применения; принять в качестве преобладающих методов обучения демонстрационные и фронтальные опыты, простейшее конструирование объектов, дидактические игры;
6 - дополнить систему подготовки учителя начальной школы и учителя фи-, зики проведением спецкурса по методике изучения элементов физики в начальной школе.
Задачи исследования:
Провести научно-методический анализ литературы по проблеме исследования и определить предметную область элементов физики на факультативных, занятиях начальной школы.
Определить теоретические положения для отбора содержания учебного материала элементов физики и методов их преподавания на факультативных занятиях начальной школы.
Разработать технологию обучения элементам физики на факультативных занятиях начальной школы и провести педагогический эксперимент для проверки выдвинутой гипотезы.
Разработать спецкурс " Методика изучения элементов физики на факультативных занятиях начальной школы ", проверить в педагогическом эксперименте и внедрить в практику преподавания педагогического университета.
Методы исследования применялись как теоретические, так и практические: изучение и обобщение передового педагогического опыта; научно-методический анализ литературы по теме исследования; генетический метод, позволивший определить генезис идей, порождающих и интерпретирующих моделей физических теорий; таксономический метод, применяемый при классификации уровней достижения целей образования; наблюдение учебного процесса; метод поэлементного анализа; педагогический эксперимент; обсуждение результатов исследования на методических семинарах и конференциях.
Новизна и теоретическая значимость исследования состоит в: определении теоретических положений отбора содержания и методов преподавания, содержательной модели изучения элементов физики на факультативных занятиях начальной школы; обосновании и разработке варианта технологии обучения элементам физики на факультативных занятиях начальной школы; разработке спецкурса, входящего в систему методической подготовки студентов - будущих учителей физики.
Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что разработаны и внедрены в практику работы: одиннадцати школ г. Москвы и Московской области методика преподавания элементов физики на факультативных занятиях начальной школы; Московского педагогического университета программа и методические рекомендации к проведению спецкурса для студентов.
На защиту выносятся: теоретические положения отбора содержания и методов обучения элементам физики на факультативных занятиях начальной школы: систематизация элементов физики на основе механических, тепловых, электрических и магнитных явлений; изучение явлений методами наблюдения, моделирования, выдвижения идеи, получение выводов с использованием эксперимента; единство системы элементов физики и методов познания; вариант технологии обучения элементам физики на факультативных занятиях начальной школы; содержание спецкурса " Методика изучения элементов физики на факультативных занятиях начальной школы " для студентов - будущих учителей физики. я Апробация результатов исследования. В период исследования основные результаты доклады вались и обсуждались на заседаниях кафедры методики преподавания физики Московского педагогического университета, на научно практических и международных конференциях, проводимых на базе Московского педагогического университета, на семинарах учителей Южного округа города Москвы. Результаты исследования внедрены в виде методических рекомендаций к комплекту рабочих тетрадей для начальной школы в одиннадцати школах города Москвы и Московской области и программы спецкурса.
Цели обучения элементам физики в начальной школе
Из всего многообразия целей общего образования можно выделить два основных аспекта:
а) социальный аспект, отражающий глобальные требования общества к общему образованию, и его функции, цели общего общеобразовательной школы как социального института;
б) личностный аспект, т.е. цели общего образования с точки зрения формирования основных сторон личности, выделяемых в теории ее структуры.
Таким образом, в широком социальном плане можно выделить следующие основные функции общего образования: общее образование как средство передачи общей культуры последующим поколениям, как важнейшее средство всестороннего развития личности [ 86 ]. Соотвегственно цели общего образования отражают наиболее общие требования общества к общему образованию и развитие определенных сторон личности человека как носителя сознания.
Социальные цели определяются интересами государства и гарантируются его политикой. Социальные изменения приводят и к изменению целей образования [ 157}.
В 20-х годах XX века в нашей стране цели народного образования были тесно связаны с индустриализацией страны. В.Н. Турченко в своей работе отмечал, что в условиях научно-технической революции переход ко всеобщему среднему образованию стал уже не только социально-политической, но и народнохозяйственной необходимостью [ 139 ]. В качестве глобальной цели общего образования ставилось всестороннее и гармоничное развитие личности. При этом под всесторонне и гармонически развитой личностью подразумевался человек, обладающий такими качествами личности: глубокими и прочными знаниями, умениями самостоятельно пополнять их и применять на практике; научным мировоззрением; готовность к труду и общественной деятельности, сознательному выбору профессии. В связи с этим в единой общеобразовательной щколе ставились задачи повышения научного уровня обучения. Они в определенной мере были решены реформой образования 70-х годов.
Достижения в области образования во многом определили успехи индустриализации страны в послевоенный период и лидирующее положение в области ядерной энергетики, космических полетов, в создании лазеров и в других направлениях науки и техники. В 80-х годах высокий уровень общеобразовательной подготовки молодежи стал признаваться во всем мире.
Однако тоталитарная школа в основном не обеспечивала развитие таких качеств личности, которые соответствовали бы ее индивидуальности, интересам, творческим способностям. Возникли противоречия между существованием единой школы и интересами развития личности; требованиями социального поведения и уровнем развития положительных индивидуальных свойств личности, прежде всего моральных и индивидуальных качеств; происходящей научно-технической революцией и уровнем склонностей и способностей личности, которые могли бы обеспечить ее жизненную судьбу [ 157 ].
Система образования в России переживает стремительные изменения. Эти изменения осуществляются с целью повышения качества образования, позволяющего каждому гражданину страны эффективно реализовать свои потенциальные возможности в условиях реформирования страны. Они направлены на обеспечение эквивалентности образования не только в пределах России, но и мире, конкурентоспособности наших специалистов на мировом рынке труда
За последние годы Россия приняла участие в нескольких международных исследованиях по оценке качества образования. В 1991 году специалисты Российской академии образования под руководством В.Г. Разумовского провели тестирование школьников 9- и 13-летнего возраста по математике и естествознанию в рамках международного исследования IAEP (International Assessment of Educational Progress), организованного американской службой тестирования ETS (Educational Testing Service) [ 134, 171 - 173 ]. В настоящее время завершено исследование по оценке качества математического и естественнонаучного образования - TIMSS (Third International Mathematics and Science Study). В исследовании TIMSS материал no физике и химии был объединен в раздел "Физические науки . Анализ выполнения теста по данному разделу и сравнение с международным уровнем позволяет сделать вывод, что в нашей школе достаточно хорошо отрабатывается фактологический материал, хуже - объяснение и применение знаний, особенно применение знаний в реальных жизненных ситуациях. Особое внимание следует уделить формированию умений проводить эксперименты и исследования [ 79, 135 ].
Содержательная модель изучения элементов физики
Модель изучения элементов физики в начальной школе - это методическая модель, представляющая все виды содержания характерные для физики как учебного предмета: научные знания, методы научного познания, структура учебного материала и его философская интерпретация. Как любая модель она обладает всеми свойствами, характерными для системы: "абстрактная система есть модель определенного класса реально существующих систем" [ 128 ]. Исходя из данного определения, модель физической составляющей содержит определенные содержательные подсистемы.
Чтобы определить структуру подсистем, обратимся к классификации моделей, проведенной на основе становления и развития фундаментальных теорий. По данному основанию их делят на порождающие и интерпретирующие модели. Порождающие модели явились той базой на которой строились фундаментальные теории. Общепризнанно, что они не выводятся дедуктивно из предшествующих порождающих их моделей. Фундаментальные теории являются их синтезом на новой концептуальной основе, при этом создается система идеализации. Ее связь с предметной областью осуществляется интерпретирующими моделями и соответствующими частными теориями [ 136 ].
Разделяя точку зрения о структуре учебного материала по физике в рамках составляющей интегрированных курсов на основе порождающих моделей и соответствующих частных теорий (учений), нами определены подсистемы содержательной модели физической составляющей курсов начальной школы.
Критериями для отбора учебного материала каждой подсистемы служили следующие положения:
- содержание учебного материала группируется вокруг физической модели (объекта) или нескольких моделей, при этом трактовка их должна соответствовать современным представлениям физики;
- выбору моделей предшествует анализ опытных фактов и результатов наблюдений;
- на основе принятой модели учебный материал раскрывается процесс выдвижения гипотез и принятия идеи, которая мотивирована этой моделью;
- учебный материал подсистемы завершается примерами объяснения явлений и их практическими применениями;
- единство подсистем и методов научного познания обеспечивает формирование элементов научной картины мира
На основе анализа отечественной и зарубежной литературы элементов физики интегрированных курсов начальной школы по указанным выше критериям нами определены восемь подсистем в содержательной модели. Две из них относятся к механике; три - к электродинамике; две - к молекулярной физике. Указанные семь подсистем группируют учебный материал относящийся к классическим физическим теориям.
Нами учитывался тот факт, что физическая картина мира как модель включает: физические теории, философские идеи о материи и взаимодействии, методологические газинципы [ 150 ]. Исследование показало, что в содержании предметов начальной школы можно выделить подсистему научных знаний относящихся к философским идеям о материи и взаимодействии: виды материи (вещество, электромагнитное поле); свойство тел занимать определенную часть пространства, иметь поверхность и определенную протяженность, а также физические величины характеризующие соответствующее свойство (объем, площадь, длина); промежуток времени.
Организация педагогического эксперимента
В работе применялись различные методы исследования как теоретические, так и практические: изучение и обобщение передового педагогического опыта; научно-методический анализ литературы по теме исследования; генетический метод, позволивший определить генезис идей, порождающих и интерпретирующих моделей физических теорий; таксономический метод, применяемый при классификащш уровней достижения целей образования; наблюдение учебного процесса; метод поэлементного анализа; педагогический эксперимент; обсуждение результатов исследования на методических семинарах и конференциях.
Используя работу Э.Д. Новожилова [ 103, с. 10 ] мы выделили основные элементы диссертационного исследования (рис. 32).
Структуру исследования составили: тема исследования; актуальность; цель; объект; предмет; гипотеза; задачи; научная новизна; теоретическая и практическая значимость; заключение. Кроме того, в структуру входили такие элементы, как методологическая основа исследования; планирование и организация педагогического эксперимента; проведение эксперимента; апробация; обоснование и достоверность полученных результатов исследования; положения, выносимые на защиту [ 103 , с. 11 ].
Педагогический эксперимент проходил в 1995-1999 гг. на базе кафедры методики преподавания физики Московского педагогического университета. Эксперимент включал в себя несколько этапов: констатирующий, поисковый, контрольный.
Основная цель констатирующего_эксперимента - определение предметной области физической составляющей курсов начальной школы; анализ учебных программ; выявление особенностей развития мышления младших школьников.
Поисковый эксперимент решал следующие задачи: разработка теоретических положений для отбора учебного материала по физике в начальной школе; определение содержания и методов изучения физической составляющей курсов начальной школы; отработка теоретических основ методики обучения элементам физики на практике; внедрение в практику преподавания педагогического университета спецкурса.
Основной целью контрольного эксперимента была проверка эффективности разработанной нами методики изучения элементов физики в начальной школе и анализ основных результатов проведенного эксперимента.
При оценке зависимости результатов обучения от деятельности учащихся нами использовались математическое моделирование процесса обучения и представление результатов эксперимента в виде столбиковой диаграммы [ 40 ]. Для этого используются теории множеств, алгебры, анализа, теории графов. Изучая распределение данных результатов массовых проверок по элементам учебного материала, установлена зависимость погрешности измерения от числа учащихся, входящих в определенную выборку.
