Введение к работе
Актуальность исследования. На современном этапе деятельности общеобразовательных учреждений очевидна актуальность проблемы повышения качества образования, развития личности учащихся и формирования их активной жизненной позиции. На это указывают основные документы, регламентирующие деятельность системы образования (Национальная доктрина образования в РФ, Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации, Национальная образовательная инициатива «Наша новая школа» и др.).
Перед школой стоит задача по усилению работы, направленной на получение школьниками новой информации, ее обработку и применение в практической деятельности и в жизни, формирование у них универсальных учебных действий. Это нашло отражение в требованиях к результатам обучения физике в Федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования, утвержденном приказом МОиН РФ 17 декабря 2010 г. № 1897.
В действующем образовательном стандарте основного общего образования большое внимание уделяется экспериментальной подготовке учащихся, формированию у них умений описывать и объяснять физические явления; использовать физические приборы и измерительные инструменты для экспериментального определения физических величин; представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости и т. д.
Действующий образовательный стандарт основного общего образования предъявляет следующие требования к уровню подготовки выпускников основной школы по физике: уметь описывать и объяснять физические явления; использовать физические приборы и измерительные инструменты для экспериментального определения физических величин; представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости и т. д.
Таким образом, в современных требованиях к качеству физического образования экспериментальной подготовке учащихся уделяется большое внимание. Особую роль играет эксперимент в условиях раннего (опережающего) обучения физике.
Действительно, за период обучения в средней школе учащиеся выполняют большое число различных опытов. Однако, как показывает практика, обобщенных умений самостоятельно проводить физический эксперимент они в достаточной мере не приобретают. Одной из причин низкого уровня сформированное экспериментальных умений у школьников является репродуктивный характер их деятельности в процессе выполнения учебного эксперимента, заключающейся в измерениях и вычислениях по готовым описаниям и формулам. На наш взгляд, воспитанию стремления к активному познанию мира, умения собственными силами добывать знания, а также получению учениками прочных осмысленных знаний, формированию у них умения пользоваться этими знаниями на практике и в жизни помогает систематическое выполнение экспе-
риментальных заданий и решение экспериментальных задач.
В исследованиях последних двух десятилетий большое внимание уделяется формированию вышеперечисленных качеств школьника с помощью экспериментальных задач по физике (И.С. Башкатова, А.Е. Бойкова, А.А. Давиден, Н.Ф. Искандеров и др.); методике решения экспериментальных задач (СВ. Бубликов, Г.А. Бутырский, СЕ. Каменецкий, Ю.А. Сауров, А.В. Усова, И.А. Шунин и др.).
Среди диссертационных исследований, изучающих характер и сущность учебных заданий, можно отметить работы Б.Х. Пикалова, который рассматривает их как средство формирования творческой активности; М.А. Федоровой, раскрывающей учебное задание как средство формирования самостоятельной деятельности школьников.
В приведенных научных исследованиях не отражены возможности использования экспериментальных заданий на ранней ступени обучения, которая имеет свою специфику, связанную с возрастными особенностями учащихся, их психическим и физическим развитием, уровнем их подготовки и рядом других факторов. А целесообразность раннего обучения физике (5-6 класс), его высокий развивающий потенциал доказаны давно (А.Е. Гуревич, М.Д. Даммер, Ю.И. Дик, Д.А. Исаев, Г.Г. Никифоров, Г.Н. Степанова, В.Ф. Шилов и др.).
Процесс обучения физике в 5-6 классах (пропедевтический курс физики) во многом основывается на бытовом опыте учащихся, который складывается из имеющихся у них представлений о явлениях и процессах, наблюдаемых дома, в природе и технике. Учитывая возрастные особенности учащихся, невозможно организовать изучение материала по физике на теоретическом уровне познания, поэтому мы считаем целесообразным реализовать процесс обучения физике на уровне эмпирического познания.
Выполнение экспериментальных заданий играет важную роль в формировании у учащихся физических понятий, особенно при обучении на уровне эмпирического познания. Формирование понятий - процесс сложный, состоящий из различных этапов. Но зачастую исследователи мало внимания уделяют подготовительному этапу освоения содержания понятий. Кроме того, пока недостаточно раскрытой остается роль эксперимента на данном этапе.
Усиление экспериментальной подготовки учащихся в условиях раннего обучения физике предъявляет особые требования к учителю. В современных условиях развития школы учитель перестает быть только источником информации, он должен стать организатором совместной творческой деятельности, направленной на познание окружающей действительности, в которой главным действующим лицом становится ученик.
Опрос учителей физики, химии и биологии, использующих эксперимент в процессе обучения, показал, что 77,3 % из них предлагают учащимся при изучении материала самостоятельно выполнить экспериментальные задачи или задания с периодичностью один раз в четверть, предпочитая при этом использование демонстрационного эксперимента. Основная причина этого, как отмечают педагоги, отсутствие необходимого оборудования и методики использования экспериментальных заданий при организации обучения физике в основной школе.
Таким образом, сказанное выше позволяет выделить следующие противоречия между:
требованиями Образовательного стандарта основного общего образования по физике к уровню подготовки выпускников основной школы и реальным уровнем их подготовки, отражаемым в результатах государственной итоговой аттестации по физике, что обусловлено малой эффективностью экспериментальной подготовки учащихся на различных этапах обучения физике, в том числе и пропедевтическом;
современным состоянием теории и методики обучения физике, где достаточно глубоко освещены вопросы, касающиеся школьного физического эксперимента, формирования у учащихся экспериментальных умений и умений решать различного вида экспериментальные задачи в курсе физики основной школы и недостаточной реализацией существующих положений в методике раннего обучения физике, недостаточным содержательно-методическим обеспечением процесса обучения учащихся выполнению экспериментальных заданий в пропедевтическом курсе физики;
значимостью процесса формирования понятий на пропедевтическом этапе обучения физике, когда у учащихся только начинается становление понятийного мышления, значимостью эксперимента в организации познавательной деятельности учащихся, в формировании физических понятий на основе самостоятельно полученных эмпирических знаний и недостаточной разработанностью методических основ применения экспериментальных заданий на различных этапах формирования понятий, в особенности на подготовительном;
потребностью учителей образовательных учреждений в реализации процесса обучения физике учащихся 5-6 классов с использованием экспериментальных заданий и недостаточной разработанностью дидактических материалов по использованию экспериментальных заданий в процессе обучения физике учащихся 5-6 классов с целью организации их познавательной деятельности.
Обозначенные противоречия свидетельствуют об актуальности исследования и позволяют сформулировать ее проблему: каким образом должен осуществляться процесс обучения физике учащихся 5-6 классов на уровне эмпирического познания, основанный на систематическом выполнении экспериментальных заданий?
Исходя из сформулированной проблемы, была определена тема исследования: «Экспериментальные задания как средство реализации эмпирического познания при обучении физике в 5-6 классах».
Цель исследования заключается в теоретическом обосновании и разработке методики организации процесса обучения физике, основанного на использовании экспериментальных заданий как средства реализации эмпирического познания учащихся 5-6 классов.
Объект исследования - процесс обучения физике учащихся 5-6 классов.
Предмет исследования - процесс обучения физике учащихся 5-6 классов, основанный на систематическом выполнении экспериментальных заданий.
В основу нашего исследования была положена следующая гипотеза: методика организации процесса обучения физике учащихся 5-6 классов, основанного
на использовании экспериментальных заданий, будет способствовать реализации эмпирического познаний и успешному формированию физических понятий и экспериментальных умений, если:
на основе системного, деятельностного и личностно развивающего подходов разработать структурно-функциональную модель данного процесса, реализующую идеи опережающего изучения признаков физических понятий и организации процесса обучения на уровне эмпирического познания;
выявить и экспериментально проверить педагогические условия успешного функционирования модели:
организацию домашней экспериментальной работы учащихся;
наличие рабочей тетради для организации домашней экспериментальной работы учащихся;
оказание методической поддержки учителю в вопросах использования экспериментальных заданий в пропедевтическом курсе физики.
В соответствии с целью и гипотезой, были определены следующие задачи:
Проанализировать состояние проблемы преподавания пропедевтического курса физики в научной литературе, выявить наиболее продуктивные теоретико-методологические подходы к решению исследуемой проблемы и рассмотреть психолого-педагогические основы формирования эмпирических знаний у учащихся младшего подросткового возраста, выявить их закономерности.
Разработать структурно-функциональную модель процесса обучения физике учащихся 5-6 классов, основанного на выполнении экспериментальных заданий, с целью организации эмпирического познания и выявить комплекс педагогических условий ее эффективного функционирования.
На основе структурно-функциональной модели разработать методику организации процесса обучения физике, основанного на использовании экспериментальных заданий как средства реализации эмпирического познания учащихся 5-6 классов.
Провести педагогический эксперимент и проверить эффективность: а) методики обучения физике, основанной на использовании экспериментальных заданий как средства реализации эмпирического познания учащихся 5-6 классов, которая выражена во влиянии на качество формирования физических понятий и экспериментальных умений; б) комплекса педагогических условий реализации модели процесса обучения физике учащихся 5-6 классов, основанного на выполнении экспериментальных заданий.
Теоретико-методологической основой исследования послужили:
- на философском уровне - диалектика процесса познания (принципы
восхождения от абстрактного к конкретному, единства логического и историче
ского, объективности и всесторонности рассмотрения, единства анализа и син
теза, рассмотрения объекта в его развитии, единства формы и содержания, про
тиворечивости изучаемого объекта, его количественной и качественной опре
деленности, взаимосвязи количественных и качественных изменений)
(И.Д. Андреев, Г. Гегель, Г.Г. Гранатов, В.В. Ильин, П.В. Копнин, И.В. Кузне
цов, Ю.В. Ходаков, В.А. Штоф и др.);
на общенаучном уровне - теория систем и системный подход (Л. фон Берталанфи, И.В. Блауберг, В.Н. Садовский, Э.Г. Юдин и др.), теория деятельности и деятельностный подход (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, А.В. Петровский, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина, Г.П. Щедровицкий и др.); теория развивающего обучения (Д.Н. Богоявленский, Л.С. Выготский, Л.В. Зан-ков, Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова, И.Я. Лернер, Л.М. Фридман); теория формирования научных понятий и обобщенных умений (П.Я. Гальперин, В.Г. Разумовский, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова и др.);
на частно-научном уровне - теория и методика педагогических исследований (Ю.К. Бабанский, Дж. Глас, В.И. Загвязинский, Д.Ф. Ильясов, В.В. Краевский, Дж. Стэнли, А.В. Усова, Е.В. Яковлев и др.).
Для решения поставленных в данной работе задач использовались следующие методы исследования:
теоретические - анализ нормативных документов в сфере образования, теоретико-методологический анализ для формулировки исходных положений исследования, понятийно-терминологический анализ для описания понятийного поля проблемы, системный анализ для целостного рассмотрения проблемы, моделирование для построения модели процесса обучения физике в 5-6 классах, основанного на выполнении экспериментальных заданий, классификации для систематизации экспериментальных заданий.
эмпирические - наблюдение, исследование и обобщение эффективного опыта и массовой школьной практики, анкетирование учащихся, их родителей и учителей, беседа, контрольные срезы знаний учащихся, методы поэлементного и пооперационного анализа;
математические - количественные методики экспериментального исследования, статистические методы обработки данных и проверки выдвигаемой гипотезы.
Выбранная методологическая основа и поставленные задачи определили ход теоретико-экспериментального исследования, которое проводилось в несколько этапов (2007 - 2010 гг.).
В исследовании на различных этапах приняли участие 397 учеников, 87 учителей, 45 родителей учащихся.
На первом этапе, ориентировочно-ознакомительном, (2007 - 2008 гг.) был проведен анализ состояния проблемы в теории и практике обучения физике. Выполнен констатирующий эксперимент, который позволил определить факторы, препятствующие успешной реализации процесса обучения физике учащихся с использованием экспериментальных заданий, сформулировать цель, задачи и рабочую гипотезу исследования.
На втором этапе, экспериментально-аналитическом, (2008 - 2009 гг.) осуществлялась разработка и внедрение структурно-функциональной модели процесса обучения учащихся 5-6 классов, основанного на выполнении экспериментальных заданий. Организован и проведен обучающий эксперимент, в результате которого было определено место экспериментальных заданий в пропедевтическом курсе физики.
Разработана методика использования экспериментальных заданий (опережающих, сопутствующих, завершающих) в пропедевтическом курсе физики для формирования понятий и экспериментальных умений у учащихся.
На третьем этапе, контрольно-обобщающем, (2009 - 2010 гг.) был проведен контрольный эксперимент, уточнены основные теоретические позиции и описан ход теоретико-экспериментального исследования.
Проведена обработка материала, его обобщение и систематизация, уточнены полученные выводы, осуществлено внедрение результатов в практику работы образовательного учреждения. Подготовлены учебно-методическое пособие «Экспериментальные задачи и задания в пропедевтическом курсе физики» и рабочая тетрадь «Дневник наблюдений и экспериментов по физике в 5-6 классах».
Оформлен окончательный вариант диссертационного исследования.
Экспериментальная база исследования. Педагогический эксперимент проводился с 2007 по 2010 гг. с учащимися 5-6 классов общеобразовательных учреждений Челябинской области (МОУ СОШ № 21, МОУ СОШ № 46, МОУ СОШ № 67, МОУ СОШ №91, МОУ Тахталымская СОШ, МОУ лицей № 6 г. Миасса), а также с учителями предметов естественнонаучного цикла в ходе прохождения ими курсов повышения квалификации в ГОУ ДПО «Челябинский институт переподготовки и повышения квалификации работников образования».
Основные положения исследования и его результаты обсуждались на научно-практических конференциях международного («Научное пространство Европы» (София, 2008, 2009), «Ключевые аспекты научной деятельности» (Пере-мышль, 2009), «Современные возможности науки» (Прага, 2011), «Личность и общество: проблемы взаимодействия» (Челябинск, 2008, 2009)); всероссийского («Модернизация системы профессионального образования на основе регулируемого эволюционирования» (Москва-Челябинск, 2007-2010), «Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения квалификации кадров» (Москва-Челябинск, 2008-2011), «Специфика педагогического образования в регионах России» (Тюмень - Санкт-Петербург, 2009)); регионального («Тенденции дополнительного профессионального образования в контексте современной образовательной политики» (Челябинск, 2009)) и областного уровней («Современные тенденции в преподавании предметов естественно-математического и технологического циклов» (Челябинск, 2009)), а также на научно-методологическом семинаре «Развитие методологических знаний у обучаемых» (Новый Уренгой, 2009).
Научная новизна исследования состоит в том, что:
Обоснована целесообразность и возможность построения процесса обучения физике учащихся 5-6 классов на основе выполнения экспериментальных заданий, отражающих логику учебного эмпирического познания, а также этапы формирования физических понятий и экспериментальных умений учащихся.
Разработана структурно-функциональная модель процесса обучения физике учащихся 5-6 классов, основанного на выполнении экспериментальных заданий, состоящая из совокупности взаимосвязанных блоков: мотивационно-целевого, содержательного, технологического, критериально-оценочного. В
модели реализуются идеи организации процесса обучения учащихся физике в 5-6 классах на уровне эмпирического познания и опережающего изучения признаков физических понятий. Модель основывается на положениях системного, деятельностного и личностно развивающего подходов, а также на принципах научности, развивающего обучения, наглядности, направленности на личность, активности и самостоятельности, связи теории с практикой.
3. Выявлен и экспериментально проверен комплекс педагогических усло
вий эффективной реализации структурно-функциональной модели, включающий:
организацию домашней экспериментальной работы учащихся;
наличие рабочей тетради для организации домашней экспериментальной работы учащихся;
оказание методической поддержки учителю в вопросах использования экспериментальных заданий в пропедевтическом курсе физики.
4. Разработана методика организации процесса обучения физике учащихся
5-6 классов, основанного на использовании экспериментальных заданий. В ме
тодике реализуются идеи опережающего изучения признаков физических поня
тий средствами экспериментальных заданий и организации процесса обучения
физике на уровне эмпирического познания.
5. Обоснована развивающая функция заданий на образно-чувственное
(«глазомерное») определение значений физических величин в младшем подрост
ковом возрасте и разработана методика их выполнения, основанная на формиро
вании представлений об «эталонных» значениях измеряемых величин.
Теоретическая значимость исследования выражается в том, что его результаты способствуют дальнейшему развитию теории и методики обучения физике, а именно методики организации процесса обучения физике учащихся 5-6 классов, основанного на использовании экспериментальных заданий как средства реализации эмпирического познания:
1. Проведено сравнение и разграничение понятий «экспериментальное
задание» и «экспериментальная задача» по физике.
Модельно представлен учебный процесс по физике в 5-6 классах в виде целенаправленно последовательной смены задач обучения, которые ставятся на основе экспериментальных заданий и реализуют эмпирический уровень познания в обучении.
Выявлены особенности структуры, содержания и результатов процесса эмпирического познания при обучении физике учащихся 5-6 классов.
Определены виды экспериментальных заданий: 1) по способам деятельности учащихся, основанным на эмпирических методах познания - задания на наблюдение, измерение, эксперимент, конструирование; 2) по времени их использования в учебном процессе (по отношению к изучению той или иной темы курса физики в соответствии с этапами формирования физических понятий) - опережающие, сопутствующие, завершающие.
Практическая значимость исследования обусловлена тем, что его выводы и результаты служат совершенствованию образовательного процесса по физике в 5-6 классах, и выражена в следующем:
1. Определены характеристики критериев и уровней усвоения учебного
материала учащимися в процессе выполнения экспериментальных заданий.
Разработано учебно-методическое пособие «Экспериментальные задачи и задания в пропедевтическом курсе физики», представляющее собой сборник тематически подобранных экспериментальных задач и заданий по программе пропедевтического курса физики в 5-6 классах.
Подготовлена и издана рабочая тетрадь для учащихся «Дневник наблюдений и экспериментов по физике», позволяющая организовать выполнение домашних экспериментальных заданий, используя при этом подручные материалы или самостоятельно изготовленные измерительные приборы. В тетради приведен примерный перечень приборов и материалов, необходимых для организации домашней лаборатории по физике.
Разработаны методические рекомендации для учителей физики по организации процесса обучения физике в 5-6 классах средствами экспериментальных заданий.
Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов диссертационного исследования обеспечивалась их согласованностью с фундаментальными положениями теории познания, философии, психологии, дидактики и методики обучения физике; репрезентативностью экспериментальной выборки, использованием непараметрических методов математической статистики для обработки экспериментальных данных, повторяемостью результатов исследования на различных этапах эксперимента.
На защиту выносятся следующие положения:
Для более успешного формирования физических понятий и экспериментальных умений целесообразно реализовать процесс обучения физике учащихся 5-6 классов на уровне эмпирического познания. Механизм реализации процесса представляется как целенаправленно последовательная смена задач обучения, которые ставятся на основе экспериментальных заданий в ходе взаимодействия субъектов образовательного процесса.
Особенности эмпирического познания при обучении физике в 5-6 классах заключаются в следующем:
структура познавательного процесса соответствует структуре научного познания: наблюдение и анализ фактов —> введение нового понятия (о явлении или свойствах материального объекта) —> формулировка гипотезы (о закономерностях явления или факторах, обуславливающих рассматриваемое свойство) —> экспериментальная проверка гипотезы —> формулировка выводов эксперимента и обобщение полученных знаний о закономерностях на однородные явления (свойства объектов);
основаниями для формулировки гипотезы служат факты, установленные в результате наблюдений, жизненный опыт учащихся. Важную роль при этом играет интуиция;
знания учащихся, полученные эмпирическими методами, обладают рядом свойств научных знаний: системностью, наличием описательной и объяснительной функций, а в процессе самого эмпирического познания учащиеся овладевают соответствующими методами: наблюдение, измерение, эксперимент.
3. Структурно-функциональная модель процесса обучения физике уча-
щихся 5-6 классов, основанного на выполнении экспериментальных заданий, включает совокупность взаимосвязанных блоков: мотивационно-целевого, отражающего познавательные и социальные мотивы учащихся, а также уровни усвоения учебного материала; содержательного, включающего в себя содержательную (знания, умения и навыки в области экспериментирования и общие понятия курса физики 5-6 классов) и процессуальную (способы учебной деятельности по физике в 5-6 классах) части; технологического, описывающего этапы реализации процесса обучения физике с использованием экспериментальных заданий, а также основные методы, средства и формы организации обучения физике учащихся 5-6 классов; критериально-оценочного, представляющего собой совокупность критериев (мотивационные, когнитивные, операциональные) и соответствующих им показателей достижения определенного уровня усвоения учащимися учебного материала.
4. Успешная реализация структурно-функциональной модели процесса
обучения физике учащихся 5-6 классов, основанного на выполнении экспери
ментальных заданий, успешно реализуется при выполнении следующих педаго
гических условий:
организации домашней экспериментальной работы учащихся;
наличии рабочей тетради для организации домашней экспериментальной работы учащихся;
оказании методической поддержки учителю в вопросах использования экспериментальных заданий в пропедевтическом курсе физики.
Методика организации процесса обучения физике, основанного на использовании экспериментальных заданий как средства реализации эмпирического познания учащихся 5-6 классов, заключается в использовании экспериментальных заданий различных видов (в зависимости от времени их включения в учебный процесс и отношения к изучению той или иной темы курса физики), и реализуется в три этапа: подготовительный (отбор и выполнение опережающих экспериментальных заданий), основной (объяснение нового материала, ответы на вопросы учащихся, возникшие при выполнении дома опережающего экспериментального задания, разбор задания в классе) и заключительный (обобщение и систематизация полученных учащимися знаний с использованием завершающих экспериментальных заданий).
Наряду с экспериментальными заданиями на измерение, целесообразно использовать задания на образно-чувственное («глазомерное») определение физических величин, обладающих высоким развивающим потенциалом. Методика обучения учащихся 5-6 классов выполнению экспериментальных заданий на образно-чувственное («глазомерное») определение таких величин как длина, площадь, объем, время, скорость, масса и плотность вещества основана на свойствах восприятия и направлена на формирование представлений об «эталонных» значениях измеряемых величин.
Структура диссертации: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 244 источника. Основной текст диссертации изложен на 193 страницах. Работа включает 24 таблицы, 20 рисунков и приложение.
