Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Психолого-педагогический анализ проблемы 10
1.1. Физическое образование и интеллектуальное развитие учащихся 10
1.2. Развитие творческих способностей учащихся в процессе физического образования 30
1.3. Роль экспериментального решения задач в развивающем физическом образовании 51
Глава 2. Методика обучений экспериментальному решению физико-технических задач 69
2.1. Задачи электронного Материаловедения и приборостроения и их экспериментальное решение в развивающем и лйчндстно-дрйёнтированном обучении.. 69
2.2. Технология проектирования и проведения практических занятий по экспериментальному решений задач физических основ электроники 74
2.3. Методика обучения выполнению исследовательских и конструкторских заданий $6
2.4. Использование компьютера в практикуме по экспериментальному решению
физико-технических задач 4 118
Глава 3. Экспериментальна» проверка эффективности методики развивающего обучения экспериментальному решению физико-технических задач 123
3.1. Организация и проведение эксперимента 123
3.2. Состояние проблемы в практике преподавания физических основ электроники в ВУЗах 129
3.3. Формирующий эксперимент 138
Заключение 152
Библиография. 154
- Физическое образование и интеллектуальное развитие учащихся
- Задачи электронного Материаловедения и приборостроения и их экспериментальное решение в развивающем и лйчндстно-дрйёнтированном обучении..
- Организация и проведение эксперимента
Введение к работе
Актуальность темы. Общепризнано» что изучение физики дает не только фактические знания, но и развивает личность. Физическое образование, несомненно, является сферой развития интеллекта. Последний* как известно, проявляется и в мыслительной, и в предметной деятельности человека.
В этой Связи особое значение приобретает Экспериментальное решение задач, которое с необходимостью предполагает оба вида деятельности. Как и любой вид решения задач, оно имеет общие для процесса мышления структуру и закономерности. Эксперйментальньгй пОДХоД Открывает возможности развития образного мышлений, приобретений практического опыта восхождения от конкретно-чувственного к абстрактному и обратно, сочетания содержательного и формализованного, образного и вербального в знании.
Важную роль при этом играет экспериментальное решение задач технического содержания (далее, физико-технических задач)* имеющих ясное практическое значение, Особенно в тех областях техники,, которые привлекают повышенное внимание учащихся, например, в области электроники. Решение таких задач несомненно стимулирует познавательный интерес учащихся к физике в целом и, при реализации определенной МетоДйКИ обучения, может стать важным фактором их личностного развития,
Экспериментальное решение физико-технических задач, в силу их содержания и методологии решения, может стать важным средством развития универсальных исследовательских навыков и умений: постановки эксперимента, опирающегося на определённые модельные представления, собственно экспериментирования, способности выделить и сформулировать наиболее существенные результаты, выдвинуть гипотезу, адекватную изучаемому предмету, и на ее основе построить физическую и математическую модель* привлечь к анализу вычислительную технику.
Новизна содержания физико-технических задач для учащихся, вариативность в выборе экспериме]йтальных методик й средств* необходимая самостоя-
4 тельность мышления при разработке и анализе физической и математической моделей создают предпосылки для формирования творческих способностей.
Разнообразие содержания физико-технических задач позволяет использовать в учебном процессе задания, в решений которых оказываются востребованными, главным образом» те или иные способности учащихся. В совокупности с различным уровнем самостоятельности студентов при выполнении заданий, это отвечает современной концепций ліічностНо-орйентйрованного обучения.
Таким образом» разработка методики Обучения экспериментальному решению физико-технических задач актуальна в плане развивающего и личност-но-орйентированного Обучения.
Объектом исследования является процесс Обучения студентов факультетов физики ВУЗов,
Предметом исследования является технологий организации учебной исследовательской деятельности в процессе экспериментального решения физико-технических задач, направленный на развитие ингемектуальных способностей, формирование исследовательского подхода,! творческой активности учащихся.
Цель исследования - разработка Методики обучения экспериментальному решению физико-технических задач» отвечающей требованиям развивающего и личностно-орйентиро&аннОгО обучения^
Гипотеза исследования - экспериментальное решение физико-технических задач станет важным средством развивающего обучения, если учебный процесс будет проектироваться и реалйЗовЫваТься на основе технологического подхода в форме учЄбнО-исслЄдОватЄльских заданий» в ходе выполнения которых оказываются востребованными основные Механизмы мышления, навыки постановки и проведения экспериментальных исследований во взаимосвязи с физическим и математическим моделированием, осуществляемыми учащимися, с самостоятельностью* соответствующей уровню сформиро-ванности их познавательных возможностей.
5 Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
Определить возможности, которые предоставляет обучение экспериментальному решению физико-технических задач для развития интеллектуальных способностей, исследовательских Навыков й умений, творческой активности учащихся.
Проанализировать состояние feOnpdCa в Теорий й методике обучения физике об экспериментальном решении физико-технических задач в общбм курсе физики и специальных физических дисциплинах с точки зрения целей развивающего обучения.
Разработать принципы И основы технологий проектирования и организации учебного процесса по экспериментальному решению физико-технических задач.
Разработать учебно-исследовательские задания, содержание и выполнение которых отвечают требованиям развивающего и личностно-ориентированного обучения.
5. Проверить эффективность экспериментального решения физико- технических задач в плане интеллектуального развития, формирования иссле довательских навыков и повышения творческой активности учащихся.
Методологическую основу исследования составляют: философские^ психологические и педагогические концепции познавательной деятельности (В.В. Давыдов^ Ю.Н. Кулюткин, И.Я.Лернер, Я.А.Пономарев, С.Л.Рубинштейн* А.П.Тряпицина» Г.И.Щукина); психологические закономерности формирования умственных способностей и процесса решения физических задач ( Г.Я.Гальперин, Н.Ф.Талызина, А.Н.Леонтьев, Л.М.Фридман, Т.Н.Щамало, А.Ф.Эсаулов); методологические принципы физики; достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике (В.А.Извозчиков, А.С.Кондратьев, И.Я.Ланина и др.); - подходы к инновационной деятельности в образований - содержанию^ технологии организации учебного процесса (М;В.Кларин, В.В.Лаптев, В.Г.Разумовский, В.А.Сластенин);
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретический анализ проблемы на основе изучения психолого-педагогической* физической и методической литературы; анализ содержания физических основ электроники в вузовских программах, учебниках И учебных пособиях, а также опыта преподавания в различных вузах на предмет отражения в них изучаемого вопроса; проведение педагогических измерений (наблюдений, интервьюирование, анкетирование преподавателей и студентов, и др.); -педагогический эксперимент и статистическая обработка его результатов с целью определения эффективности предлагаемой методики.
Достоверность и обоснованность результатов обеспечиваются: использованием фундаментальных положений педагогики, психологии, теории и методики обучения физике по развитию исследовательского подхода, интеллектуальных И творческих способностей. выбором показателей эффективности предложенной методики обучения экспериментальному решению физико-технических задач; использованием различных методов исследования, адекватных поставленным задачам; , апробацией разработанной методики разбивающего обучения в ВУЗах С.-Петербурга и Мурманска» и положительными результатами проведенного педагогического эксперимента.
Научная новизна й теоретическая значимость работьг заключается в следующем. ,
Установлена роль экспериментального решения физико-технических задач как средства в развитии йнтеШеКтуальньїХ способностей, Исследовательских навыков и творческой активности студентов факультетов физики.
Обоснована целесообразность технологического подхода к проектированию содержания й организаций учебной исследовательской Деятельности студентов по экспериментальному решению физико-технических задач электроники, гарантирующего достижение поставленных целей и предполагающего моделирование основных элементов реального научного исследования.
В отличие от ранее выполненных исследований, Где предполагается традиционный подход к постановке лабораторного пракігйкума, когда деятельность студентов направлена на проверку известных теоретических представлений с помощью заранее определённых экспериментальных методик, развитая в настоящей работе технология предполагает новизну (для студента) и прикладной характер формулируемой задачи, Самостоятельность учащегося в определении физического содержания проблемы, подходов к её решению, проведении эксперимента и анализе его результатов на основе физической и математической моделей изучаемого явления, а также, при необходимости, использование компьютера.
Разработаны учебные исследовательские задания, отвечающие принципам и содержанию предлагаемой образовательной технологии и характеру реальных задач по установлению природы и достижению необходимых функциональных свойств Материалов й приборных систем электронной техники.
Обоснована возможность разноуровневого подхода к Организации проведения учебных исследований посредством Постановки "индивидуальных творческих исследовательских заданий, к формулировке проблемы которых студент приходит самостоятельно.
Теоретическое значение исследования определяется разработкой и обоснованием методических основ технологии проектирования и организации учебного процесса по экспериментальному решению физико-технических задач как средства развивающего и Личностно-орйентирОванного обучения.
Практическое значение работы состоит в том, что основные результаты работы доведены до уровня конкретных Методических разработок и рекомендаций, дающих руководство к практической реализации предлагаемой методи-
8 ки в ВУЗах при обучении общему курсу физики и физическим основам электроники.
Результаты исследования использованы при составлений учебных программ для студентов Мурманского государственного технического университета, Мурманского государственного педагогического института^ Северо-западного политехнического института (С.-Петербург).
Апробация результатов исследований. ОСнОвШе положения и результаты работы докладывались на Международной конференции «Северные университеты» (Мурманск, 1997), Международной конференции «Физика в системе современного образования. ФССО-99» (С.-Петербург, 1999), Первой и Второй Международной научно-методической конференции «Новые технологии преподавания физики: школа и ВУЗ» (Москва» 1999,, 2000), учебно-методической конференции «Концепция преподавания физики в ВУЗах» (Москва, 1999), обсуждались на семинарах кафедры теории и методики обучения физики РГПУ им. А.И. Герцена.
На защиту выносятся следующие положения:
В основу методики обучения Экспериментальному решению физико-технических задач целесообразно заложить технологический подход к проектированию содержания й оріганизацйИ учебной исследовательской деятельности, предусматривающий новизну (для студентов) и прикладной характер формулируемой задачи, самостоятельное определение ими её физического содержания, подходов к решению, методологии экспериментального исследования, сущности и значимости полученных результатов, а также возрастание уровня самостоятельности учащихся вплоть до возможности постановки проблемы.
Обучение экспериментальному решеник> физико-технических задач отвечает требованиям развивающего обучения при условиях., когда: - практические занятия студентов проводятся как выполнение учебно-исследовательских заданий, предусматривающих моделирование основных элементов реального научного исследования;
Собственно экспериментальное решение задач сопряжено и взаимосвязано с физическим и математическим моделированием^ использованием компьютера; содержание и технология выполнения заданий соответствуют целям общефизического образования и уровню сформированнЬсти исследовательских умений и познавательных возможностей студентов.
Предлагаемая методика отвечающая этим требованиям способствует развивающему и личностно ориентированному обучению студентов факультетов физики ВУЗов,
Физическое образование и интеллектуальное развитие учащихся
В настоящее время интеллектуальное развитие учащихся является одной из приоритетных задач высшей и средней школы, Это объясняется в первую очередь тем, что интеллектуальный потенциал каждой личности в отдельности и всего общества в целом - основополагающий фактор;, определяющий уровень и темпы развития государства, и, соответственно, уровень жизни каждого человека. Действительно, в современном мире человеку нужно уметь найти необходимую информацию, преобразовать её в соответствии с определенными требованиями и поступать согласно полученным выводам. Именно при выполнении перечисленных действий и проявляются интеллектуальные способности человека. Поэтому уровень развития мышления учаЩйХСя после окончания учебного заведения, наряду со знаниями фактического характера, является наиболее существенным показателем образованности учащегося.
Перейдем теперь к непосредственному рассмотрению понятия «интеллект». Анализ работ психологов и философов показывает отсутствие общепринятого установившегося определения данного понятия. В основном этот термин используется в операционном смысле, причем при его определении на практике употребляют термины, имея о них Лишь Односторонние Сведения, подобно тому, как Можно С успехом измерять силу їбКа й Напряжение, не имея четких представлений об определении электрического тока и его природе [137].
В «Философском энциклопедическом словаре» интеллект» раскрывается как «способность мышления, рационального познания» [123 с.210]. Данная формулировка не является полной, так как в ней отсутствует указание на другую форму реализации интеллекта - предметную деятельность. Как отмечал ещё Г.-В.-Ф. Гегель: «Интеллект действителен тогда, когда есть возможность действования» [24 с 302),
В «Логическом словаре-справочнике» Н.И.Кондаков рассматривает «интеллект» как целостную совокупность функций в процессе деятельности мозга, направленной на поЗйанйе и преобразование природы, общества и самого себя. Причем, отмечается, что отожествление ИНТЄЛЛЄКТЙ И мьішлеййя обедняет понятие интеллекта [58 с.203].
В «Психологическом словаре» «интеллект» рассматривается как совокупность всех познавательных функций индивида (в широком смысле) и как мышление (в узком смысле) [92 с. 136-137]. Здесь указывается три значения этого термина при понимании функций интеллекта;
а) способность к обучению;
б) оперирование символами;
в) способность к активному овладению закономерностями окружающей нас действительностью.
Более глубоко в изучений интеллекта продвинулись психологи. Рассматривая в основном интеллект как умственные способности (генетические и сформированные в процессе становления личности), ряд ученых (А.Бине, В.Штерн, В.Келер, К.Бюллер, Э.Торндайк Д.Векслер и др.) определяют его как общую способность, позволяющую субъекту целеустремленно действовать, рационально мыслить и эффективно взаимодействовать с окружающей средой. Ими выявляются две стороны «интеллекта»:
вербальная, которая включает в себя словесные знания и другие психические образования, связанные с использованием языка;
невербальная, включающая йСйоЯНйтеДьньїе способности, интуицию, память, волю и эмоции, зрительно-моторную ориентацию.
Задачи электронного Материаловедения и приборостроения и их экспериментальное решение в развивающем и лйчндстно-дрйёнтированном обучении..
В настоящее время особое место среди всех технических дисциплин занимает электроника. Это объясняется определяющей ролью электроники в современной техногенной цивилизации, в том числе, в развитии вычислительной технике. Несомненно, что основой технических достижений в области электроники была и остаётся физика. Физические закономерности лежат в основе функциональных свойств материалов и принципов действия приборных систем электронной техники.
Вместе с тем, существует противоречие между очевидной ролью физических основ электроники и тем скромным местом, которое они занимают в общем курсе физики. В разрешении этого противоречия, по-видимому, кроются значительные резервы повышения познавательного интереса, мотивации учащихся к изучению физики и физическому образованию в целом.
Как отмечает В.В.Лаптев, «сегодня наибольший стихийный интерес у учащихся вызывает радиоэлектронная техника и, прежде всего - персональные компьютеры. Вычислительная техника на уроке физики вызывает интерес в зависимости от формы её использования у 86% - 95% учащихся. Эта искренняя любознательность при правильно организованном учебном процессе может перерасти в устойчивый познавательный интерес... Интерес к электронике неизбежно приведёт к необходимости более углубленного изучения физики. Наступает этап, когда доминирующая эмпиричность стихийных знаний придёт в противоречие с желанием более глубокого знакомства с миром современной электроники, осуществить которое будет возможно только через физику» [73 с.4-5].
В результате использования электроники как средства повышения инте реса к физическому образованию этот опосредованный интерес может быть превращен в непосредственный, то есть освоение физических знаний, необходимых для понимания основ электроники превращается в осознанную цель.
Таким образом, интерес к МекгронйКе МОЖеТ быть использован как стимул углубленного изучения физики.
При всей значимости и высоком уровне развития теоретических основ электроники важное значение сохраняют экспериментальные методы.
Академик П.Л.Капица в этой связи приводил выразительный факт: «Несмотря на то» что все механические свойства металлов сейчас хорошо и быстро измеряются, количественной теории, связывающей эти свойства вещества с его физическим составом и физической структурой, пока нет» хотя природа сил между атомами хорошо известна. Математическая задача столь сложна, что даже не может быть сформулирована. Поэтому Основной путь искания здесь - эмпиризм» [50].
Таким образом, представляется возможным сделать вШод 0 целесообразности экспериментального решения задач» Относящихся к физическим основам электроники в физическом образовании студентов.
Задачи относящиеся к этой области включают в себя задачи Электронного материаловедения и приборостроения. Последние подразумевают освоение физических принципов действия («приборных» эффектов) и подходов к улучшению функциональных свойств элементов радиоэлектронных средств.
Задачи материаловедения, как правило, представляют собой исследовательские задачи, когда основная цель работы СОСТОИТ в установлении механизма изучаемого явления» разработке (выборе) его физической модели, в общем плане - в ответе На вопрос «почему?».
Однако при изучений материалов электронной Техники и особенно приборных систем, Наряду с исследовательским, существенен конструкторский компонент, когда нужно ответить на Вопрос «как Сделать?», для того чтобы элемент обладал необходимыми функциональными свойствами, задаваемыми техническими требованиями.
Решение задач Обоих типов» при реализаций соответствующей методики, способствует развитию интеллекта, исследовательских способностей и творческой активности учащихся. Рассмотрим в этой Связи, как задействованы основные механизмы мышления при экспериментальном подходе к задачам физических основ электроники.
Анализ при экспериментальном решений рассматриваемых задач необходим для выявления физического содержания технической проблемы, установления роли каждого из компонентов изучаемой Системы в формировании её свойств, выявления наиболее существенных й подробного их исследования.
Например, в Случае изучения токовых характеристик конденсаторных систем всякий раз необходимо Мысленно разделить Систему на составляющие (рабочий диэлектрик, электроды, конструкционные материалы), выделить определяющие, интересующие нас свойства, элементы системы, а также определить, какие их физические параметры ответственны за эти свойства и проанализировать определяющие их факторы на уровне микроструктуры, конденсаторного диэлектрика и изделия в целом.
Важнейшая задача исследования - физическое моделирование объекта или явления требует абстрагирования и Сравненияь выделения первостепенных в рассматриваемом аспекте свойств и пренебрежения второстепенными. Учитывая, что модели явлений должны разрабатываться на уровне атомной и электронной структуры изучаемых материалов Й приборных систем, с необходимостью возникает задача установления Связи строения и свойств объекта и, соответственно, построения адекватных структурных моделей. Вслед за физическим моделированием абстрагирование, как механизм мышления используется для математического моделирования и, При Необходимости для постановки и проведения вычислительного эксперимента.
Организация и проведение эксперимента
Задачей Педагогического эксперимента в настоящей работе являлась проверка эффективности предлагаемой методики обучения экспериментальному решению физико-технических задач, в плане развития: S интеллектуальных способностей; S исследовательских навыков и умений; S творческой активности учащегося. Постановка задачи предполагает, в первую очередь, проверку правильности предложенной гипотезы.
В этой связи в качестве критериев эффективности предложенной методики в данном исследовании выбраны:
S уровень сформированности знаний (компетентность); S готовность и умение самостоятельно применять усвоенные знания (саморегуляция); S степень сформированности исследовательских навыков и умений; Sстепень самостоятельности студентов при проведении исследования; S способность решать поставленные задачи различными способами (вариативность); S частота проявления творческой активности студентов на занятиях и
при выполнении индивидуальных заданий; S качество подготовки студентами рефератов, курсовых и дипломных работ с творческой ориентацией. Эти критерии традиционно служат в педагогических экспериментах для Оценки развития мышления учащихся [31,64].
Вариативность и саморегуляция используются в педагогических экспериментах как характеристики уровня развития интеллектуальных способностей учащихся [133].
Выбранные в этой работе критерии, каждый в отдельности и все в совокупности, характеризуют развитие индивидуальных возможностей учащихся и соответствуют современной концепции лйчностно-ориентированного обучения физике.
Учитывая содержание физико-технических задач в предлагаемой методике обучения, развитие Интеллектуальных, исследовательских и творческих способностей учащихся определялось на основе решения задач относящихся к физическим основам электроники.
Проверка эффективности методики проводилась в ходе формирующего этапа эксперимента, которому предшествовали поисковый и констатирующий этапы. Их задачей являлось выяснение целесообразности и объективной возможности обучения студентов экспериментальному решению физико-технических задач в курсах общей физики и специальных физических дисциплин, и определение состояния проблемы в практике работы преподавателей этих дисциплин в вузах.
