Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ ПОСТРОЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРЕЕМСТВЕННОСТИ КУРСА ФИЗИКИ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ 15
1.1. Преемственность физического образования как педагогическая проблема 15
1.2. Психолого-педагогические концепции содержательного обобщения в обучении физике 27
1.3. Методическая система преемственности курса физики в техническом вузе 44
1.3.1. Физическая теория, системные свойства физической теории... 44
1.3.2. Методы познания 51
1.3.3. Методическая система обучения физике в техническом вузе... 56
1.4. Источники и факторы конструирования содержания вводного раздела курса физики в техническом вузе 59
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 65
ГЛАВА 2. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРЕЕМСТВЕННОСТИ КУРСА ФИЗИКИ 66
2.1. Содержательная основа построения вводного раздела курса физики (на примере классической механики) 66
2.1.1. Принципы построения методической системы преемственности 66
2.1.2. Структура содержания вводного раздела курса физики 70
2.2. Формы организации занятий вводного раздела курса физики 88
2.2.1. Использование информационных технологий на лекционных занятиях 88
2.2.2 Практикум по решению задач - основа познавательной деятельности 97
2.2.3.Экспериментальное исследование механических систем 106
2.2.4 Рейтинговая система контроля и оценки знаний и умений студентов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 115
ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПРОВЕРКЕ ГОТОВНОСТИ СТУДЕНТОВ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА ФИЗИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА 117
3.1. Этапы педагогического эксперимента и его организация 117
3.2. Оценка эффективности разработанной методической системы преемственности 118
3.3. Констатирующий эксперимент и его результаты 120
3.4. Обучающе - поисковый эксперимент и его результаты 130
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 145
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
БИБЛИОГРАФИЯ 148
ПРИЛОЖЕНИЯ 163
- Преемственность физического образования как педагогическая проблема
- Содержательная основа построения вводного раздела курса физики (на примере классической механики)
- Этапы педагогического эксперимента и его организация
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Модернизация отечественного образования XXI века отличается от всех предыдущих его реформ тем, что основной ориентир сделан на развитие личности как главную цель и смысл образования. Национальная доктрина образования на период до 2025 года отражает новые условий функционирования образования и определяет его цели и задачи, среди которых: непрерывность образования в течение всей жизни человека; преемственность уровней и ступеней образования. В Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года определена стратегия образовательной политики: «Обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства».
В новых социально-экономических условиях при подготовке в
техническом вузе высококвалифицированных специалистов „ и
высокообразованных людей, способных к профессиональному росту и профессиональной мобильности, возрастает роль физического образования.
Физика является основой формирования научных знаний о природе, на ее основе формируется мировоззрение выпускника технического вуза, которое должно соответствовать достижениям высоких технологий, в частности, нанотехнологий, уровню развития науки в XXI веке.
Проблема формирования научного мировоззрения в процессе обучения физике отражена в работах В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зориной, В. Н. Мощанского, В.В. Мултановского, Э.Д. Новожилова, Н.С. Пурышевой, А.А. Синявиной, А.В. Усовой, Л.С. Хижняковой и др.
Ими доказано, что систематизация материала курса физики на основе фундаментальных физических теорий и идеи научной картины мира, реализация единства системы знаний и методов научного познания служат основой формирования системных научных знаний, развития научного мышления обучающихся.
Одним из важнейших факторов, существенно влияющим на эффективность обучения физике в высшей школе, является готовность студента к познавательной деятельности, к углубленному и детализированному теоретическому анализу содержания и структуры изучаемых физических теорий. На первых курсах технического вуза эта готовность определяется физико-математической подготовкой абитуриента (в аспекте профессиональной направленности обучения будущего инженера). Усвоение технических наук, овладение начальными навыками инженерного искусства во многом зависит'от системности и фундаментальности физико-математического образования в вузе.
Между тем, в процессе констатирующего эксперимента был выявлен низкий уровень подготовки по физике у выпускников средней школы и студентов первого курса технического вуза: коэффициент усвоения теоретических знаний школьного курса физики составляет 25%, умение решать задачи - менее 15% (из 219 человек). Большая часть опрошенных (60%), имея начальные навыки в проведении эксперимента и оформлении его результатов, игнорируют теоретический анализ результатов эмпирического обобщения,., некритически относятся к погрешности. Одной из причин снижения уровня подготовки школьников является недостаточное оснащение школьных физических кабинетов приборами и оборудованием, что не позволяет полноценно проводить лабораторные работы, организовать демонстрационный эксперимент. Введенное профильное обучение, несмотря на большие преимущества, пока также не позволяет изменить ситуацию. Существует ряд проблем организации профильного обучения: невозможность деления классов или параллелей на необходимое количество профильных групп, сложности организации профильного обучения в школе с одним-двумя классами в параллели. Поэтому большинство учащихся получают все то же базовое образование.
В этих условиях возрастает роль вуза в подготовке студентов к изучению физики в высшей школе и требуются новые подходы к разработке принципов
организации образовательного процесса, поиску путей реализации преемственности физического образования.
Существуют разные подходы к осуществлению преемственности обучения.
Известны трактовки преемственности как формы связи между элементами системы обучения (А.А. Люблинская и др.), педагогического условия образовательного процесса (А.В. Коржусв, В.А. Попков, М.Ш. Семикова, Э.С. Черкасова и др.), педагогической системы (А.В. Батаршев и др.).
Психолого-педагогические обоснования преемственности
рассматривались в работах Л.И. Божович, Н.В. Кузьминой, А.Н. Леонтьева, Ю.А. Самарина, Н.Ф. Талызиной и др.
Роль организации процесса обучения в преемственности обучения раскрывается в исследованиях А.П. Беляевой, Н.А. Клещевой А.Г. Мороза, Н.М. Мочаловой, Д.Т. Ситдиковой и др.
Вопросы взаимосвязи содержания общего и профессионального образования отражены в исследованиях: СМ. Годника, Р.Х. Казакова, Ю.А. Кустова, A.M. Новикова, М. В. Потаповой, Л.О. Филатовой и др.
Возможные направления реализации преемственности в высшей школе
рассматривались А.А. Вербицким, Н.М. Гриценко, Е.Е. Князевой,
Н.А. Клещевой, Ю.Г. Татур и др.
Вместе с тем, вопрос о подготовке студентов технического вуза к изучению физики в рамках методической системы преемственности пока остается открытым.
Таким образом, анализ научных исследований, теории и педагогической практики позволили выявить ряд объективно существующих противоречий между:
- разрозненностью подходов к реализации преемственности в современных условиях модернизации высшего профессионального образования и необходимостью создания методической системы преемственности,
7 способствующей подготовке студентов к изучению физики в техническом вузе;
сущностным содержанием физических теорий, изучаемых в курсе физики технического вуза, и несформированностью у поступивших в технический вуз системных знаний физической теории;
значимостью методов познания природы для будущего инженера и их фрагментарным освещением в традиционной практике преподавания физики в вузе;
потребностью у будущего инженера освоения способов учебной деятельности, характерной для исследования и конструирования технических объектов и низким уровнем экспериментальных навыков у выпускников средней школы.
Выявленные противоречия определили актуальность исследования, позволили сформулировать научную проблему исследования: обоснование и разработка методической системы преемственности курса физики технического вуза.
Значимость и актуальность рассматриваемой нами проблемы послужили основанием для определения темы исследования «Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела «Механика»)».
Объектом исследования является процесс обучения физике в техническом вузе.
Предмет исследования - методическая система преемственности курса физики технического вуза на примере изучения вводного раздела.
Цель исследования: обосновать и разработать методическую систему преемственности обучения физике технического вуза при изучении вводного раздела.
Гипотеза исследования: методическая система преемственности курса физики технического вуза, реализуемая на примере вводного раздела, позволит подготовить студентов первого курса к изучению физики в вузе, если: преемственность является фактором построения учебного процесса вводного
Преемственность физического образования как педагогическая проблема
Из анализа философской и психолого-педагогической литературы следует, что преемственность - многоаспектное понятие. Рассмотрим философский аспект данного понятия.
Идея преемственности содержалась уже в учениях древних ученых как признание связи и взаимодействия нового и старого, умирающего и зарождающегося. Она получила свое развитие в философских воззрениях мыслителей последующих эпох в контексте понимания мира и изменений, происходящих в нем. Понятие преемственности является одной из существенных черт закона отрицания отрицания, сформулированный Гегелем. Он, не используя термин «преемственность», раскрывает это понятие через категорию «снятие»: «снятое есть в то же время и сохраненное, которое лишь потеряло свою непосредственность, но от этого не уничтожено» [25,с. 172]. Преемственность как связь нового и старого рассматривается Гегелем как явление необходимое и закономерное. Суть диалектического метода Гегеля в аспекте преемственности в познании не предполагает полного отрицания старого, но рассматривает преемственность как процесс развития при сохранении рационального, содержащегося в старом.
В современных исследованиях понятие «преемственность» возводится в ранг философской категории. В своей монографии «Преемственность в развитии культуры», посвященной анализу преемственности, Э.А. Баллер дает следующее определение: «Преемственность — это связь между различными этапами или ступенями как бытия, так и познания, сущность которого состоит в сохранении тех или иных элементов целого или отдельных сторон его организации при изменении целого как системы, т.е. при переходе из одного состояния в другое. Связывая настоящее с прошлым и будущим, преемственность тем самым обусловливает устойчивость целого» [7].
Преемственность - это необходимый элемент любого развивающегося процесса. К. Маркс в своих работах раскрывает всеобщий характер закона отрицания отрицания и доказывает, что он обусловлен абсолютным характером движения и развития материального мира, поэтому «...ни в одной области не может происходить развитие, не отрицающее своих прежних форм существования» [76]. В.И. Ленин раскрывает смысл диалектического отрицания. По его мнению, оно выступает не только как момент уничтожения старого, отжившего, но и как момент связи нового со всем положительным, что было создано при старых формах развития как момент преемственности в развитии. Преемственность в этом случае служит основным содержанием диалектического отрицания, при котором замена старого новым выступает как более высокая ступень развития, удерживающая из старого все положительное [77]. Действительно, всякое новое не может сохранять старое в неизмененном виде, оно пересматривается, уточняется и развивается, например, развитие взглядов на природу света, строение атома и атомного ядра, элементарных частиц и др.
Преемственность как философская категория анализируется в контексте диалектического закона отрицания отрицания в целом ряде работ [7, 36, 87, 113]. Категория преемственности в этих работах наиболее полно раскрывается с помощью понятий: «соотношение абсолютной и относительной истины» и «сущности разных порядков».
В Большой Советской Энциклопедии приводится следующее определение: «Преемственность - это связь между явлениями в процессе развития, когда новое, сменяя старое, сохраняет в себе некоторые его элементы» [14]. В философской интерпретации преемственности установка на изменение, нововведение диалектически сочетается с требованием сохранения всего положительного, прогрессивного из отрицаемой качественной определенности. Связь между старым и новым в процессе развития является необходимым условием и фундаментальной закономерностью преемственности как в материальных системах, так и в системах знания (концептуальных систем).
Преемственность не тождественна повторению, хотя и предполагает удержание, сохранение в новом определенных элементов старого. Эти элементы не переносятся механически из прошлого в настоящее, а существуют в нем в преобразованном виде, зависящем от конкретных условий возникновения новой качественной определенности. Обладая достоинством всеобщности в каждом конкретном случае отрицания преемственность сугубо специфична. У нее есть своя специфика в обучении.
Необходимость преемственности в обучении подчеркивали в своих работах педагоги-классики прошлого: Я.А. Коменский, И.Г. Песталоцци, Ф.А.В. Дистервег. В русской дореволюционной педагогике активно разрабатывалась проблема преемственности в обучении на основе связи изученного и изучаемого. К.Д. Ушинский в своей работе «Родное слово. Книга для учащихся» рассматривает усвоение знаний как процесс установления преемственной связи между старыми и вновь приобретенными знаниями, имеющими внутренние связи, независимо от того, по какому предмету и когда они были приобретены. Детальную разработку проблема преемственности получила в работах современных отечественных педагогов и психологов.
Содержательная основа построения вводного раздела курса физики (на примере классической механики)
Как было уже сказано в параграфе 1.3, в качестве основного содержания вводного раздела методически целесообразно выбрать классическую механику. Наш выбор обусловлен рядом факторов.
В курсе физики средней школы классическая механика наиболее полно представлена всеми структурными элементами физической теории. Следовательно, на примере механики возможна содержательная демонстрация физической теории как концептуальной системы, ее структуры, методов научного познания, модельного содержания теории, границы применимости теории. По аналогии могут быть проанализированы структурные элементы других физических теорий, изучаемых в школе (эмпирическое основание, элементы теоретического ядра, следствия).
Методически весьма ценна предельная наглядность механических явлений. Впрочем, в этой наглядности кроется и опасность, например, восприятия законов Ньютона как чисто индуктивных следствий эмпирики. Для исключения этого необходимо тщательно проанализировать с первокурсниками логику формирования теоретического ядра.
Немаловажно также то, что идея Галилея о необходимости экспериментального исследования природы и теоретические идеи и методы Ньютона заложили основы современной физической науки, своего рода программу исследования физического мира. Профессиональное образование в вузе начинается именно с изучения классической механики как фундаментальной физической теории, лежащей в основе современной физической науки.
Механика - одна из наиболее разработанных физических теорий в ее концептуальной основе. По этому поводу В.В. Мултановский [83, с. 30] отмечает: «...механика так хорошо и всесторонне разработана, с. механистическая концепция настолько ясна и проста в принципиальном отношении, что о каком-либо пересмотре механики (ее подходов к конкретным явлениям) даже в педагогических целях не может быть и речи». Итог попыткам ревизии механики, имевшим место в связи с революционными открытиями в физике конца XIX — начала XX в., подведен В. Гейзенбергом. Он пишет: «Развитие квантовой теории показало, что более правильно положение можно описать следующими словами. Всюду, где понятия механики Ньютона могут быть применены для описания процессов природы, законы, сформулированные Ньютоном, также являются справедливыми и не могут быть улучшены» [27, с. 71].
Обращение к физической теории на примере классической механики способствует формированию представлений о физической картине мира -одной из наиболее общих форм отражения мировоззрения, показывает диалектику развития взглядов на физическую картину мира и место механической теории в этой картине. Все это способствует формированию диалектического мышления.
В задачу вводного раздела входит:
генерализация и фундаментализация знаний;
интеграция знаний по физике и математике;
развитие индивидуальных особенностей студентов;
устранение фрагментарности, разрозненности знаний содержания фундаментальных физических теорий;
формирование системных знаний фундаментальных физических теорий и соответствующих методов научного познания природы на примере классической механики;
развитие научного мировоззрения и теоретического мышления;
совершенствование знаний познавательных действий, определяющих успешность усвоения учебного материала;
совершенствование навыков организации и проведения экспериментальных исследований;
создание у студентов основ достаточно широкой теоретической подготовки в области физики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации, обеспечивающей им возможность использования физических принципов в тех областях техники, в которых они специализируются;
выработка у студентов приемов и навыков решения физических задач на основе общего подхода, помогающих им в дальнейшем решать инженерные задачи.
Выдвинутый довольно большой перечень методических задач может быть решен во вводном разделе физики не последовательно, но параллельно. В этой связи программа вводного раздела (приложение 1) включает не только систему знаний, которые необходимо повторить, систематизировать, обобщить и пополнить, но мотивировать активную познавательную деятельность, развить творческий потенциал первокурсника. Особенность программы раздела «Механика» заключается в том, что повторение, обобщение и систематизация знаний курса средней школы не является самоцелью. Эти знания являются средством выполнения различных видов учебно-познавательной деятельности, которые направлены, прежде всего, на развитие теоретического мышления. Согласно концепции Л.С. Выготского [22], любая программа (в том числе учебная) чему-то учит, «ведет за собой развитие».
Этапы педагогического эксперимента и его организация
Согласно гипотезе исследования методическая система преемственности позволит подготовить студентов первого курса к изучению физи си технического вуза.
Педагогический эксперимент состоял из несколько этапов, для каждого их которых определялись критерии оценки готовности.
Показателями готовности на этапе констатирующего эксперимента служили следующие критерии: 1) системность и содержательность стартовых знаний физических теорий студентов первого курса; 2) понимание студентами-первокурсниками и выпускниками средней (полной) школы структуры и содержания основного материала школьного курса физики, логики его познания; 3) уровень знаний студентами физических понятий, законов- и познавательных действий по их применению к решению задач; 4) умения обобщать результаты эксперимента, теоретически обосновывать лабораторные результаты и эмпирические факты; 5) интеллектуальные особенности студентов, их личные качества, особенности восприятия ими учебной информации. Этап констатирующего эксперимента проходил в МОУ «Средняя общеобразовательная школа №8» г. Тобольска с учащимися 10-11 классов и в Филиале «Тобольский индустриальный институт» Тюменского государственного нефтегазового университета со студентами первого курса инженерных специальностей с 2000-2003 гг.
По завершению эксперимента была разработана программа предлагаемого вводного раздела (приложение 1) и технология реализации методической системы преемственности курса физики технического вуза.
На этапе обучаюгце - поискового эксперимента проверялась гипотеза исследования и ставились задачи проверить:
1) влияние системно-структурированного вводного раздела классической механики, адекватного гипотетико-дедуктивной организации знаний в физической теории: а) на формирование системных знаний физических теорий; б) на формирование знаний познавательных действий и умений их применять в познавательной деятельности; в) формирование естественнонаучного мировоззрения; развитие теоретического мышления;
2) влияние методики личностно ориентированного обучения на развитие: а) способности к саморазвитию и самообразованию; б) потребности достижения успеха; в) уровня интеллигентности;
3) влияние разработанной методики организации и проведения системы занятий вводного раздела курса физики на развитие индивидуальных особенностей студентов.
Обучающе-поисковый эксперимент проводился по составленной программе вводного раздела на примере классической механики с 2004 г. по 2009 г. со студентами первого курса инженерных специальностей Филиала «Тобольский индустриальный институт».
Формирование знаний физических теорий как концептуальных систем, знаний гипотетико-дедуктивной организации физической теории будет осуществляться далее при изучении курса физики вуза. Поэтому мы пришли к мнению о некорректности сравнения количественных показателей системности знаний классической физической теории в экспериментальном и контрольном потоках. Можно сравнивать системность теоретических знаний в начале учебного года (сентябрь) перед изучением вводного раздела и по завершению раздела в конце первого семестра (декабрь).
В процессе педагогического эксперимента отслеживался критерий качества подготовки студентов, характеризующийся уровнем их достижений в процессе изучения физики. С данным критерием тесно связаны критерий проектирования новой структуры, и содержания системного вводного раздела, критерий эффективности функционирования новой методики обучения физике; можно сказать, что они являются производными от него. Действительно, хорошо составленная структура и содержание системного вводного раздела, на котором реализуется методическая система преемственности курса физики, отражается на эффективности его функционирования, а также если методика будет, результативна, то это в целом, несомненно, скажется на качестве подготовки студентов.
В ходе педагогического исследования отслеживался критерий сформированности основных видов познавательной деятельности студентов с помощью качественных и количественных показателей:
правильность выполнения действий и операций;
самостоятельность при выполнении действий;
точность действий;
рациональность выполнения действий и операций.
