Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. АСТРОНОМИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ РОССИЙСКИХ ШКОЛЬНИКОВ 20
1.1. Обоснование необходимости сообщения астрономических знаний подрастающему поколению 20
1.2. Дидактика астрономии в средних учебных заведениях 27
1.2.1. Цели, предмет, содержание и актуальные задачи дидактики астрономии 27
1.2.2. Источники дидактики астрономии и связь ее с другими науками . 37
1.2.3. Особенности изучения основных разделов астрономии 51
1.2.4. Понятийный аппарат астрономии и особенности его усвоения школьниками 55
1.3. Анализ состояния преподавания астрономии в современной российской школе 65
1.3.1. Основные этапы развития дидактики астрономии в России 65
1.3.2. Анализ современных школьных учебных программ и учебников астрономии 83
1.3.3. Состояние преподавания астрономии в современной российской школе 88
Выводы по 1 главе 107
Глава 2. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ АСТРОНОМИИ И ФИЗИКИ 112
2.1. Пропедевтика астрономических знаний в начальной школе 112
2.2. Межпредметные связи курсов астрономии и физики средней школы .131
2.3. Анализ астрономического содержания современных учебных программ по физике 149
2.4. Анализ астрономического содержания учебников физики и интегративных учебников "Физики и астрономии"
средней общеобразовательной школы 173
Выводы по 2 главе 218
Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕАЛИЗАЦИИ НАЧАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЧАЩИХСЯ ОСНОВНОЙ И СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ 225
3.1. Основные положения концепции непрерывного поэтапного формирования астрономических знаний в основной школе 231
3.2. Особенности формирования, систематизации и обобщения астрономических понятий 245
3.3. Содержание астрономических знаний в начальной школе 254
3.4. Содержание астрономических знаний в основной школе 271
3.5. Содержание астрономических знаний в средней школе 307
Выводы по 3 главе 333
Глава 4. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ 337
4.1. Формирование астрономических знаний в опережающем курсе
физики V - УП классов в условиях новой концепции
естественнонаучного образования 337
4.1.1. Структура и методика поэтапного формирования фундаментальных астрономических понятий "Вселенная", "туманность", "звезда", "планета" 339
4.1.2. Методика изучения астрономического материала
в опережающем курсе физики V класса 342
4.1.3. Методика изучения астрономического материала в опережающем курсе физики VI класса 347
4.1.4. Методика изучения астрономического материала в опережающем курсе физики VTT класса 352
4.2. Методика формирования системы астрономических понятий в курсе "Физика и астрономия" VIII - IX классов 356
4.2.1. Формирование астрономических понятий в курсе "Физика и астрономия" VIII класса 360
4.2.2. Формирование системы астрономических понятий в курсе "Физика и астрономия" IX класса 368
4.3. Формирование астрономических знаний в рамках базового курса физики VII - XI классов основной и средней школы 374
Выводы по 4 главе 395
Глава 5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 396
5.1. Организация и методика проведения эксперимента 396
5.2. Педагогический эксперимент в начальной школе 399
5.3. Педагогический эксперимент в основной школе 415
5.4. Педагогический эксперимент в XI классах средней школы 470
Выводы по 5 главе 478
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 481
Библиография 493
Приложения 527
- Обоснование необходимости сообщения астрономических знаний подрастающему поколению
- Пропедевтика астрономических знаний в начальной школе
- Основные положения концепции непрерывного поэтапного формирования астрономических знаний в основной школе
Введение к работе
Одна из важнейших задач школьного обучения - формирование глубоких и прочных знаний основ естественно-математических наук и научного мировоззрения учащихся.
Астрономические знания являются одним из важнейших компонентов научной картины мира, создаваемой в сознании школьников, и существенно необходимы для формирования их научного мировоззрения.
Необходимость начального астрономического образования учащихся средних учебных заведений признается всеми современными педагогами и учеными-методистами.
Несмотря на ряд выполненных исследований по дидактике астрономии и многочисленные рекомендации учителей и ученых, качество астрономических знаний выпускников средних учебных заведений остается довольно низким, что неоднократно отмечалось в докладах и отчетах различных комиссий, критических выступлениях и статьях научной общественности. Преподавание астрономии в современной российской школе осложняется реформой системы непрерывного образования в стране с переходом на всеобщее 9-летнее обучение и находится в критическом положении, под угрозой полного уничтожения.
Главные причины критического состояния школьной астрономии:
1. Изучение астрономии в основной (9-летней) школе не предусмотрено базисным учебным планом; в условиях профильной дифференциации астрономия исключается из списка учебных предметов в большинстве средних учебных заведений. Объем, содержание и число часов, отводимых на изучение астрономии в различных типах учебных заведений, созданных на базе общеобразовательных школ (гимназиях, лицеях, реальных училищах и т.д.), существенно различны даже в рамках одного типа заведений. Профильная дифференциация старших классов ведет к отличиям учебных программ по астрономии для курсов повышенного уровня, прикладного характера, профильного харак тера и других; в гуманитарных классах и классах педагогической поддержки астрономия вовсе не преподается.
2. Недостаточная специальная подготовка большинства учителей астрономии, закончивших физико-математические (физические) факультеты педагогических институтов до начала 90-х годов, не только не владеющих методикой преподавания астрономии в школе, но даже плохо знающих свой предмет. В настоящее время в педвузах России прекращен набор студентов в группы со специализацией "учитель физики и астрономии", а курс общей астрономии значительно сокращен.
3. Отсутствие внимания к вопросам преподавания астрономии в школе со стороны органов народного образования. Нет квалифицированного контроля за качеством преподавания астрономии, нет учителей-методистов. В большинстве учебных заведений не хватает учебных и наглядных пособий, методической литературы и даже учебников.
4. Частичная потеря интереса учащихся выпускных классов к изучению астрономии из-за вышеперечисленных недостатков преподавания, возрастных, социальных и психологических причин.
Резко обострились противоречия между необходимостью сообщения некоторого минимума начальных астрономических знаний, важных для образования всех без исключения учащихся общеобразовательных школ, и крайне низким качеством преподавания астрономии в старших классах тех школ, где она еще остается одной из обязательных учебных дисциплин; критическое состояние современной российской школы ведет к недоступности получения полноценного среднего образования для подавляющего большинства учащихся.
Катастрофическое состояние школьной астрономии требует скорейшей полной реформы ее преподавания.
Ряд педагогов, астрономов и методистов видят выход из сложившегося положения в пропедевтике астрономических знаний в начальной школе, объединении курсов физики и астрономии на единой интегративно-гуманитарной
основе с созданием качественно нового интегрированного курса "Физика и астрономия" в основной (9-летней) школе при одновременном совершенствовании методики преподавания астрономии в старшем звене средней школы (разработке новых дифференцированных учебных программ, улучшения качества учебников, повышения квалификации учителей и т.д.) [80, 81, 82, 92, 190, 204, 205, 266, 412 и т.д.].
Все вышеизложенное определило выбор темы нашего диссертационного исследования: "Методические основы формирования системы астрономических знаний в курсе физики средней общеобразовательной школы".
Цель диссертационного исследования:
- выявление возможностей формирования системы начальных астрономических знаний в основной школе в объеме и качестве, сравнимом с базовым курсом астрономии XI класса, и способов реализации этих возможностей в процессе изучения природоведения, физики с элементами астрономии и курса "Физики и астрономии" при широком использовании межпредметных связей предметов естественно-математического цикла.
Объектом исследования является обучение школьников I - ГХ классов основам астрономических знаний в процессе их общеобразовательной подготовки.
Предмет исследования составляют содержание, структура и методика поэтапного формирования системы основных астрономических понятий в курсах природоведения I - Ш (IV) классов, физики с элементами астрономии V -VTI (УП - VIII) классов и интегративного курса "Физика и астрономия" VIII -IX классов с использованием межпредметных связей с другими естественнонаучными дисциплинами.
В основу исследования положена гипотеза, предполагающая:
Возможность эффективного последовательного поэтапного формирования системы основных астрономических понятий, адаптированных к уровню естественно-математических знаний учащихся, их возрастным психолого-педагогическим особенностям, удовлетворяющим познавательные потребности
учащихся основной школы на протяжении всех 9 лет обучения в процессе изучения интегративных курсов природоведения, физики с элементами астрономии, "Физики и астрономии". Это является необходимым условием получения минимума основных астрономических знаний всеми учащимися независимо от их будущей специализации и будет способствовать формированию научного мировоззрения и созданию предпосылок для более глубокого изучения фундаментальных законов природы при дальнейшем обучении в старшем звене средних учебных заведений.
Цель и гипотеза исследования обусловили его задачи:
1. Изучение проблемы в историческом плане, в педагогической теории и практике школьного обучения.
2. Поиск, отбор и конструирование учебного астрономического материала для включения в курс природоведения I - Ш (IV) классов и физики V - IX (VII - XI) классов.
3. Разработка методики осуществления межпредметных связей астрой номии с курсами биологии, химии, экологии, географии.
4. Генерализация материала вокруг фундаментальных астрономических понятий: космических процессов, космических объектов и их систем (планетных тел и их систем, звезд, туманностей, галактик, Метагалактики и Вселейной) и космических явлений, как укрупненных единиц стержневых знаний, обладающих большой познавательной емкостью.
5. Разработка методики поэтапного формирования системы астрономических знаний в рамках учебных программ младшего и среднего звена общеобразовательной школы.
6. Экспериментальная проверка эффективности разработанной методики формирования астрономических понятий в курсах природоведения I - Ш (IV) классов, физики с элементами астрономии V - VII классов, "Физики и астрономии" VUI - IX классов (физики VII - IX классов).
Разработанная нами концепция поэтапного формирования фундаментальных астрономических знаний заключается в последовательном изучении вопросов астрономии на протяжении всего периода обучения в средней общеобразовательной школе, с пропедевтикой первоначальных астрономических знаний в начальных классах, широким включением астрономических сведений в опережающий курс "Физика с элементами астрономии" V - VII классов (базовый курс физики VII - VIII классов), углублением, обобщением и систематизацией астрономических знаний в интегративном курсе "Физика и астрономия" VIII - IX (IX) классов среднего звена основной (9-летней) школы с возможностью дальнейшего углубленного изучения астрономии в старшем звене средней школы.
При реализации данной концепции астрономическое образование учащихся становится всеобщим и в то же время дифференцированным. Подавляющая часть астрономического материала изучается в V - IX классах основной школы. Это позволяет обеспечить усвоение знаний основ астрономии всеми учащимися независимо от их дальнейшего дифференцированного обучения в старших классах общеобразовательной школы или других средних учебных заведениях. Учащиеся физико-математических классов получают углубленные знания по астрономии благодаря дополнительному изучению ее вопросов на уроках физики и астрономии в X и XI классах общеобразовательной школы.
Особо важное значение приобретают проблемы преемственности, систематизации и обобщения знаний.
Мы выбираем полимодельную методику формирования понятий, при которой формирование системы фундаментальных астрономических знаний осуществляется поэтапно, на протяжении всех 9 лет обучения в основной школе, с обобщением всех полученных знаний на заключительной стадии обучения, их интеграцию с физическими и другими естественнонаучными знаниями в сознании учащихся в единую научную картину мира.
Первым этапом изучения астрономии в основной школе является пропедевтика астрономических знаний в I - Ш (IV) классах начальной школы, способствующая созданию основы для изучения естественно-математических дисциплин в старших классах основной школы и позволяющая сделать первые шаги в формировании научной картины мира и научного мировоззрения учащихся. Предусматривается знакомство учащихся с материалом, формирующим у детей:
? представления об астрономии как науке, изучающей космос и о практическом применении астрономических знаний;
? первоначальные понятия о способах измерения времени и календарях;
? первоначальные сведения о физической природе космических явлений и космических тел и об их влиянии на все природные процессы и явления, происходящие на Земле.
Подавляющая часть изучаемого материала генерализуется вокруг объяснения повседневно наблюдаемых явлений природы: смены дня и ночи, фаз Луны, времен года и т.д., в основе которых лежат космические явления вращения Земли вокруг оси, вращения Луны вокруг Земли и вращения Земли вокруг Солнца. В задачи обучения входит овладение учащимися астрономической терминологией, сообщение первоначальных определений наиболее важных астрономических понятий и формирование у школьников устойчивого интереса к познанию окружающего мира, к наукам физике, астрономии и космонавтике. Хотя значительная часть понятий остается скованной единичными образами, служившими опорой при формировании этих понятий, учитель может достичь усвоения учащимися существенных признаков фундаментальных астрономических понятий и сделать первые шаги по обобщению астрономического материала.
На втором этапе астрономический материал включается в экспериментальный опережающий курс физики V - УП классов или в курс физики VT1 -VIII классов, изучаемый в рамках программ, рекомендуемых Министерством образования России, что оказывает значительное влияние на формирование
научного мировоззрения учеников, удовлетворяет их познавательные потребности, дает дополнительные положительные мотивы в обучении, содействует формированию физической картины мира и созданию основ для изучения естественно-математических курсов как параллельно с данным, так и для последующего обучения в старших классах. Происходит формирование понятий:
? об астрономии как науке, изучающей происхождение, строение, движение и развитие космических тел и их систем, космические явления и космические процессы, и об астрофизике как науке, имеющей неразрывную связь с физикой;
? о методах и инструментах, используемых для исследования астрономических объектов;
? о космических объектах: планетных телах, звездах и туманностях, основанных на рассмотрении некоторых существенных свойств данных объектов сквозь призму изучаемого физического материала;
первоначальное понятие о Вселенной, основанное на изучении ее основных пространственно-временных характеристик.
В ходе обучения ученики знакомятся с материалом по истории становления и развития естественно-математических наук и современных достижениях физики, астрономии, космонавтики и со сведениями о применении людьми астрономических знаний и средств космонавтики в научно-исследовательской и практической деятельности.
Рассматриваются вопросы влияния действия космических факторов на литосферу, гидросферу и атмосферу Земли. На основе осуществления широких межпредметных связей с курсами физики, химии, биологии, экологии и географии учащиеся получают начальные сведения о космическо-земных связях и их роли в возникновении и развитии жизни и разума на Земле.
Уровень усвоения астрономических знаний характеризуется установлением взаимосвязей понятий внутрипредметного и межпредметного характера.
На третьем этапе предусматривается изучение астрономического материала в экспериментальном курсе "Физика и астрономия" VIII - IX классов с обязательным обобщением всего ранее изученного астрономического материала на заключительных уроках IX класса, что поднимает уровень астрономических знаний выпускников основной школы до базового уровня знаний учащихся средних учебных заведений, позволяет удовлетворить интерес подростков к космическим проблемам и способствует углублению знаний школьников по физике, химии, биологии, экологии и другим естественно-математическим наукам.
У школьников формируются сложные и абстрактные понятия:
? связанные с объяснением ряда повседневно (часто) наблюдаемых небесных явлений, обусловленных вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, наличием у Земли атмосферы и магнитного поля;
? о способах измерения времени, календарях и Службе Времени;
? об основах классической астрономии (астрометрии): понятия о небесной сфере, системах небесных координат, способах измерения космических расстояний и размеров космических тел и т.д.;
? об основах небесной механики;
? системы фундаментальных астрономических понятий об основных типах космических объектов и их систем и о космических явлениях;
? о космических процессах, возникновении, существовании и эволюции космических объектов, их систем и Вселенной;
? знакомящие учащихся с некоторыми наиболее важными астрономическими законами (законы Кеплера и др.) и астрономическими теориями, раскрывающими природу космических процессов;
? раскрывающие космическо-земные связи, роль человека и земного человечества во Вселенной.
Ученики используют известные им понятия для объяснения новых для них процессов и явлений, самостоятельно устанавливают взаимосвязи между
понятиями и решают основанные на этом задачи поискового и эвристического характера. При формировании понятий о системах космических тел следует обращать внимание учащихся на качественное усложнение характеристик и многообразие их свойств (качеств), не присущих отдельным объектам данной системы. Уровень усвоения понятий характеризуется установлением связей между понятиями различных систем и предметов (межпредметными связями) с высокой степенью обобщенности понятий и умением оперировать ими при решении задач творческого характера.
Четвертый этап предусматривает дальнейшее углубленное изучение учащимися специализированных физико-математических классов и школ важнейших вопросов астрофизики, космогонии и космологии с последующим обобщением астрономических знаний в курсах "Физики и астрономии" X - XI классов или курса физики X - XI классов и факультативного курса астрономии XI класса в тесной связи с изучением физического материала, межпредметных связей с химией, биологией, экологией и сравнительно высокой степени математизации курса.
Методологическую основу исследования составляют диалектический метод, принципы и методы системного подхода в обучении, педагогические теории развивающего и дифференцированного обучения и процесса формирования научных понятий учащихся средней школы.
Используются дидактические принципы соответствия содержания всех элементов и уровней системы школьного образования уровню современной науки и учета содержания и процесса обучения при формировании и конструировании содержания учебного материала; структурного единства содержания системы образования на разных уровнях ее формирования с учетом личностного развития и становления школьника; единства содержательного и дея-тельностного компонентов, наглядности, сознательности и активности учащихся.
В настоящее время, когда концепция опережающего преподавания учебных дисциплин естественнонаучного цикла в V - VII классах и интеграция
физики и астрономии в VII - IX классах общеобразовательной школы еще не получила широкого распространения в средних учебных заведениях Российской Федерации, материалы нашего исследования могут быть использованы для пропедевтики астрономических знаний в начальном и среднем звене основной школы, осуществления межпредметных связей астрономии с другими предметами естественнонаучного цикла и углубленного изучения астрономии в обычных и физико-математических классах старшего звена средней школы как в интеграции с курсом физики, так и в качестве отдельного учебного предмета или спецкурса.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
? анализе состояния астрономического образования в истории отечественной школы и за рубежом;
? исследовании "донаучных" астрономических знаний учащихся средней общеобразовательной школы;
? изучении вопросов пропедевтики астрономических знаний в начальном звене общеобразовательной школы;
? разработке методики поэтапного формирования системы астрономических знаний в органической связи с изучением содержания учебного материала опережающего курса физики V - VII классов, интегративного курса "Физика и астрономия" VIII - IX классов, базового курса физики VII - XI классов и других естественнонаучных дисциплин общеобразовательной школы на основании целенаправленного отбора и генерализации учебного материала по астрономии вокруг фундаментальных астрономических и физических понятий и теорий.
Теоретическая значимость исследования состоит в разработке:
? методов классификации основных групп астрономических понятий;
? модели формирования системы астрономических знаний в курсе физики средней общеобразовательной школы;
астрономического инварианта в содержании курса физики средней общеобразовательной школы.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
1. С достаточной степенью достоверности установлен уровень "донаучных" астрономических знаний учащихся, которые необходимо учитывать при целенаправленном формировании астрономических знаний в основной и в средней общеобразовательной школе.
2. Разработаны методические рекомендации по осуществлению пропедевтики астрономических знаний в курсе природоведения I - Ш (IV) классов и межпредметных связей с курсом химии и биологии основной школы.
3. Разработана подробная концепция решения проблемы начального астрономического образования для всех учащихся средней школы; на основе общей схемы межпредметных связей астрономии и физики создан инвариант астрономического содержания в интегративных курсах "Физика и астрономия" и разработаны методические рекомендации по реализации основных положений концепции в базисном курсе физики основной школы, в опережающем курсе "Физики с элементами астрономии" V - VIT классов, в курсе "Физики и астрономии" VIII - IX классов основной школы и в курсе астрономии физико-математических классов средней школы.
4. Разработан комплекс дидактических средств для формирования системы астрономических знаний в начальной, основной и средней общеобразовательной школе.
Проверка гипотезы осуществлялась в ходе педагогического эксперимента, состоящего из 4 этапов. Пробный (зондирующий) и формирующий этапы осуществлялись при авторском преподавании.
На первом этапе (1989 - 1993 гг.) с целью изучения состояния исследуемой проблемы в педагогической теории и практике школьного обучения, поиска и отбора учебного астрономического материала для включения в курс природоведения I - Ш (IV) классов и физики V - IX (Vn - XI) классов, для оп ределения теоретической концепции и общей методологической основы исследования был произведен анализ психолого-педагогической, методической, учебной и специальной литературы, программ, школьных учебников и пособий по астрономии для общеобразовательной школы и ССУЗ.
На втором этапе (1994 - 1996 гг.) исследовались "донаучные" астрономические знания учащихся и различные варианты включения и содержания астрономического материала в курс природоведения начальной школы и курс физики среднего звена основной школы, в двух вариантах, соответствующих учебным программам базового курса физики, утвержденного Министерством образования РФ и в соответствии с концепцией опережающего преподавания естественнонаучных дисциплин. С целью предварительной проверки гипотезы исследования был проведен пробный (зондирующий) эксперимент. На основе результатов анкетирования, педагогического наблюдения и других форм контроля за усвоением знаний учащихся производилась оценка эффективности экспериментальной методики. Для обработки полученных данных использовался разработанный А.В.Усовой поэлементный метод анализа качества усвоения понятий.
На третьем этапе (1996 - 1997 гг.) проводился расширенный систематический эксперимент, охвативший свыше 50 городских и сельских школ г.г. Челябинска и Челябинской области, в ходе которого были определены общая структура формирования фундаментальных астрономических знаний на протяжении всего периода обучения в основной школе и разработаны методические пособия и рекомендации.
В результате обработки экспериментальных данных проверки эффективности применения предложенной методики формирования у учащихся системы астрономических знаний, состоявшей в проведении ряда итоговых контрольных работ, тестирования учащихся, анализа и обобщения материала, полученного в ходе анализа и обобщения других форм контроля за усвоением знаний (педагогического наблюдения, бесед с учащимися и т.д.), были опреде
лены коэффициенты полноты усвоения формируемых понятий, значений успешности формирования понятий и эффективности применяемой методики.
На четвертом этапе (1998 - 1999 гг.) завершались обработка и осмысление данных педагогического эксперимента и оформление диссертации.
На защиту выносятся:
1. Положение о необходимости и возможности формирования у учащихся среднего школьного возраста системы астрономических знаний.
2. Концепция поэтапного формирования системы фундаментальных астрономических знаний - структурированной определенным образом совокупности элементов научной информации о Вселенной, заключающаяся в последовательном поэтапном изучении вопросов астрономии на протяжении всего периода обучения в средней общеобразовательной школе, с пропедевтикой первоначальных астрономических знаний в начальных классах, широком применении межпредметных связей и интеграции физики и астрономии в среднем звене основной (9-летней) школы с перспективой последующего углубления и обобщения астрономических знаний при изучении интегративного курса "Физика и астрономия" или факультативного курса астрономии в X - XI классах средней школы.
3. Классификация астрономических понятий, необходимая для осознания родовых отношений между космическими объектами, космическими явлениями и космическими процессами.
4. Разработанный автором инвариант системы астрономических знаний учащихся, интегрируемый с курсом физики средних учебных заведений.
5. Разработанная автором методика формирования системы астрономических знаний в интеграции с опережающим курсом физики V - VTT классов, курсом "Физика и астрономия" VIII - IX классов и базовым курсом физики основной школы.
6. Комплекс дидактических средств для формирования системы астрономических знаний в начальной, основной и средней общеобразовательной школе.
Апробация результатов исследования осуществлялась путем публикаций работ в печати и выступлений на методических семинарах кафедры методики преподавания физики Челябинского государственного педагогического университета и кафедры общей физики Магнитогорского государственного педагогического института; на конференциях по итогам научно-исследовательской деятельности преподавателей в Челябинском педагогическом университете и в Магнитогорском пединституте (1990 - 1999 гг.); на межвузовских, региональных, всероссийских и международных научных и научно-практических конференциях, семинарах и форумах, в том числе: на П Всероссийской научно-практической конференции "Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школы и вуза" (Челябинск, 1994 г.), региональной научно-методической конференции "Преподавание физики и астрономии в школе: состояние, проблемы, перспективы" ( Нижний Новгород, 1994 г.), международных научно-практических конференциях "Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов" (Челябинск, 1995 г.) и "Стандартизация образования в современной средней и высшей школе" (Челябинск, 1997); на форуме "Наука, культура и образование на пороге XXI столетия"; на П Всероссийской научно-практической конференции "Астрономия в системе современного образования" (Санкт-Петербург, 1998); на Ш и IV Республиканских конференциях "Методология, теория и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов" (Челябинск, 1998 и 1999 гг.); на заседаниях научной лаборатории "Межпредметные связи в условиях стандартизации образования" филиала НИИоСО при ЧГПУ, исследования которой включены в план РАО на 1996-97 гг.; на выступлениях перед учителями и студентами (г. Сатка Челябинской области, г. Челябинск и г. Магнитогорск).
По исследуемой проблеме опубликовано 34 работы общим объемом 110,2 условно-печатных листов, в том числе: методические рекомендации и пособия по методике формирования понятий в базовом курсе физики VT1 - VU1 классов, опережающем курсе физики V - УП классов и курсе "Физика и астрономия" VIII - IX классов основной школы, пропедевтики астрономических знаний в начальной школе, организации астрономических наблюдений учащихся и студентов; пробные учебники физики с элементами астрономии для V и VI классов опережающего курса; курс лекций по общей астрономии для учащихся физико-математических школ и студентов физико-математических факультетов педагогических институтов; монографии "История дидактики астрономии в средних учебных заведениях России" и "Методические основы формирования системы астрономических знаний в средней общеобразовательной школе".
Обоснование необходимости сообщения астрономических знаний подрастающему поколению
Необходимость всеобщего астрономического образования обусловлена важностью вклада астрономии в создание научной картины мира и формирование научного мировоззрения современных людей. Астрономическое образование является существенным компонентом общего образования широких масс населения.
Астрономия - наука о Вселенной, изучающая основные физические характеристики, состав, строение, происхождение и эволюцию космических объектов и их систем, космических явлений и космических процессов.
Во всех исторически сложившихся моделях Вселенной, включающих в себя в самом общем виде все основные теоретические идеи определенного периода развития науки, - механической, электродинамической, квантово-поле-вой, квантово-релятивистской и современной квантово-космологической, астрономические знания имели особо важное, если не основополагающее, значение.
Уровень развития астрономии определяет основы мировоззрения широких масс населения в данную эпоху, формирует базовые идеи науки и особенности мировоззрения ученых.
Связь астрономии с другими науками, технологией и культурой сложна, многообразна и неоднозначна.
Астрономия - одна из древнейших областей познания человека: первые документально зафиксированные в наскальных рисунках результаты астрономических наблюдений относятся к эпохе возникновения современного вида Homo Sapiens - свыше 50000 лет до нашей эры, и, по мнению ряда ученых, астрономические наблюдения проводил еще неандертальский человек около 100000 лет назад.
Ранее 4000 - 4500 лет до нашей эры, в эпоху синкретичности науки и культуры, астрономия не выделялась в особую область познания, обусловливая мифологический характер осмысления окружающего мира с космической взаимосвязью и взаимообусловленностью всего сущего; "земное" и "космическое" было нераздельно-слиянным.
Насущная практическая потребность в астрономических знаниях для определения времени и ориентации на местности, составления географических карт и календарей стимулировала развитие математики, особенно вычислительной, геометрии и тригонометрии. Изобретение угломерных приборов и создание собственного математического аппарата привело к выделению астрономии из общей суммы человеческих знаний об окружающем мире в отдельную, первую из естественных наук.
С эпохи образования государств Древнего мира до позднего Средневековья объекты астрономии предельно идеализируются и обособляются, противопоставляются объектам земного мира, и их характеристики и поведение не рассматриваются в рамках зарождающихся "земных" наук - физики, химии, географии. Астрономия вносит огромный вклад в их развитие (особенно географии), но сами естественные науки оказывали ничтожно малое влияние на развитие астрономии лишь через технологию создания астрономических инструментов.
Первая революция в астрономии произошла в различных районах земного шара в эпоху от 1500 лет до нашей эры до П века нашей эры и была целиком обусловлена прогрессом математических знаний. Главными ее достижениями стало создание астрометрии (сферической астрономии), универсальных точных календарей и геоцентрической теории, ставшей итогом развития астрономии античного мира и способствовавшей формированию формально-логического мышления и схоластического мировоззрения.
К началу XVI века прогресс научно-технических знаний сокращает разрыв в степени развития астрономии и других естественных наук, уровень знаний об окружающем мире стал выше уровня знаний почти не развивавшейся с начала нашей эры астрономии и перестал вписываться в прежние космологические рамки. Потребность приведения в единую систему всей суммы накопленных знаний вместе с первым мощным влиянием физики на астрономию -изобретением телескопа - определила крах схоластического мышления и торжество гелиоцентрической теории.
Вторая революция в астрономии (XVI - XVII вв.) была обусловлена прогрессом знаний о природе, в первую очередь физических, и сама стимулировала первую революцию естественных наук в XVTI - XVIII веках. Для науки того времени характерна теснейшая связь между астрономией и физикой. Все великие физики того времени были астрономами, и наоборот; законы и теории физики выводились и проверялись на основе результатов астрономических наблюдений. Астрономические явления и свойства небесных объектов объяснялись на основе физических знаний. В астрономии стало исследоваться не только видимое расположение, размеры и перемещение небесных светил, но и некоторые физические характеристики: движение, размеры и масса небесных тел. Установление единства законов природы для всей Вселенной, создание классической механики Ньютона и теории Всемирного тяготения уничтожило противопоставление между "земным" и "небесным" и сделало астрономию одной из рядовых естественных наук.
Пропедевтика астрономических знаний в начальной школе
Сообщение элементарных астрономических сведений детям младшего школьного возраста имело место еще в учебных заведениях дореволюционной России: ученикам объяснялись причины некоторых, повседневно (часто) наблюдающихся небесных явлений (смена дня и ночи, времен года, фаз Луны и т.д.), основы счета времени и ориентации по светилам. Программа для кадетских училищ - лучших средних учебных заведений того времени - даже предусматривала проведение учебных астрономических наблюдений: в I - Ш классах во время экскурсий или путешествий ученики наблюдали горизонт, учились ориентации на местности по компасу, Полярной звезде и Солнцу, работали с гномоном, знакомились с некоторыми созвездиями, а также проводили телескопические наблюдения Луны и планет. В IV - V классах "рекомендуются почти те же объекты наблюдения, что и для младшей группы, но только они проводятся более тщательно... с применением фотографии"; учащиеся знакомились с основными линиями и точками небесной сферы, видимым движением светил и угловыми расстояниями между ними; в VI - Vn классах в наблюдениях использовались угломерные инструменты и телескопы.
В резолюции Всероссийского совещания преподавателей физики, химии и космографии (1917 г.) отмечалось, что "для успешного прохождения курса космографии в средних учебных заведениях необходимо обеспечить в годы, предшествующие систематическому курсу, предварительное ознакомление учащихся с небом и небесными явлениями" [417, с.230].
В годы Советской власти в ходе борьбы за массовое образование людей астрономические знания стали достоянием широких народных масс. Целью работы астрономов-методистов 20-х - начала 30-х годов был "астрономический ликбез" - распространение первоначальных, основных астрономических знаний среди широких масс населения РСФСР и союзных республик. Распространение астрономических знаний осуществлялось при чтении научно-популярных лекций культработниками, преподавателями и студентами вузов, учителями и школьниками старших классов: к борьбе с неграмотностью и культурной отсталостью привлекались все образованные люди. В разряд учащихся начальной школы попадали люди разного возраста - от 7-летних детей до старушек. При сообщении им основ астрономических знаний особое внимание придавалось научному объяснению широкого круга небесных явлений, борьбе с суевериями и антирелигиозной пропаганде; ученики обретали некоторые познания о физической природе космических тел и Вселенной, у них формировались зачаточные космогонические представления.
Упрощенный до уровня восприятия младшими школьниками вышеупомянутый астрономический материал включался в курс природоведения (естествознания); в курс математики включались сведения об единицах измерения и счете времени.
О пропедевтике астрономических знаний заботились многие видные ученые и методисты. Н.П.Каменыциков, например, писал: "Новейшая постановка преподавания начальной астрономии в трудовой школе требует, чтобы в IV, V и VI годах обучения уделялось по 1 часу в неделю для производства учащимися самостоятельных астрономических наблюдений и получения первоначальных сведений по астрономии, которые на VII году должны быть приведены в систему с подведением необходимого фундамента в виде общих за-конов"[115, с.8].
В течение 30-х годов вышли в свет многочисленные научно-популярные издания по астрономии, в том числе простейшие по уровню изложения книжки для детей младшего школьного возраста.
В 40 - 50-е годы на необходимость пропедевтики астрономических знаний обращали внимание П.И.Попов и другие видные астрономы-методисты [305, 308, 420 и т.д.].
Запуск первого в мире искусственного спутника Земли, первый полет человека в космос, успехи советской науки и техники в исследовании и освоении космического пространства вызвали невиданный ранее всенародный интерес к астрономии и космонавтике.
Сведения по космонавтике были включены в буквари и учебники математики, русского языка и литературы; была расширена "астрономическая доля" содержания учебников математики (увеличено число "астрономических" и "космонавтических" задач) природоведения для I - IV классов начальной школы (куда попали даже адаптированные отрывки из научно-фантастического романа И.А.Ефремова "Туманность Андромеды").
60-е и 70-е годы ознаменовались резким увеличением числа изданий научно-популярных книг по астрономии и космонавтике для детей младшего школьного возраста: Б.Левин, Л.Радлова "Астрономия в картинках", М.Гумилевская "Почему так бывает?", А.Митяев "Космонавт и Гришка", В.Кащенко "Найди созвездия", А.Волков "Земля и небо", "Солнце и планеты", Ф.Кривин "Прабабушка наша Вселенная", серия книг П.Клушанцева "О чем рассказал телескоп", "Станция Луна", "Дом на орбите" и др.
В 70-е годы на необходимость учета астрономических познаний, приобретаемых учащимися в начальной школе, обращали внимание Е.Д.Жаринова, В.И.Зинковский, В.В.Порфирьев, М.П.Мацко, О.Д.Шабалин, Т.А.Таскина и другие ученые и методисты. Проведенный ими анализ содержания "донаучных" знаний, учебных программ и учебников показал, что "Придя в школу, дети приносят стихийно сформированные представления о восходе и заходе Солнца, изменении фаз Луны, существовании созвездий". В 1 классе ученики знали о существовании других планет, ИСЗ и космических кораблях. В курсе природоведения П - Ш классов они приобретали элементарные сведения по практической астрономии и знакомились с простейшими астрономическими наблюдениями.
Основные положения концепции непрерывного поэтапного формирования астрономических знаний в основной школе
Интегративный характер развития современного естествознания, сопровождающийся разрастанием и углублением межпредметных связей наук и стремлением к качественно более высокому целостному восприятию окружающего мира находит свое отражение в процессе эволюции системы естественнонаучного образования.
Межпредметные связи учебных дисциплин "представляют собой отражение в содержании тех диалектических взаимосвязей, которые объективно действуют в природе и познаются современными науками;... межпредметные связи следует рассматривать как элемент связей межнаучных" [Федорова В.Н. Межпредметные связи естественно-математических дисциплин. - М: Просвещение, 1980.-С.28].
Межпредметные связи являются одним из важнейших факторов оптимизации процесса обучения; важным психолого-педагогическим условием повышения научности и доступности обучения, активизации познавательной деятельности учащихся и совершенствования процесса формирования их взглядов и убеждений; средством наиболее рационального построения учебных программ и т.д.
Необходимость, возможность и перспективность (эффективность) использования межпредметных связей в преподавании астрономии обусловлены ее особым местом среди других наук и учебных дисциплин.
Астрономия - фундаментальная наука, оказывающая существенно-важное влияние на развитие естественно-математических, прикладных, технических и гуманитарных наук.
Значение астрономии определяется важностью ее вклада в создание научной картины мира: во всех исторически сложившихся моделях Вселенной, включающих в себя все основные теоретические идеи определенного периода развития науки - механической, электродинамической, квантово-полевой, квантово-релятивистской и современной квантово-космологической, астрономические знания имели особо важное, если не основополагающее значение.
На протяжении всей истории развития цивилизации продолжается неуклонный рост практической значимости астрономических знаний в жизни и хозяйственной деятельности человеческого общества; на рубеже Ш тысячелетия астрономия и космонавтика становятся одним из средств вывода человечества из глобального энергетического и экологического кризиса путем привлечения ресурсов и возможностей космического пространства; по мнению ведущих ученых Земли, человек будущего должен обладать существенно новым "космическим" мировоззрением.
Традиционно небольшой по объему курс астрономии средних учебных заведений обладает очень высокой информационной насыщенностью, позволяющей обобщать и углублять изучение материала других естественно-математических дисциплин и, по мнению большинства ученых, педагогов и астрономов-методистов, призван выполнять образовательную и воспитательную роль в качестве курса, дополняющего и завершающего не только физико-математическое, но и философское образование выпускников средних учебных заведений.
Реализация межпредметных связей курсов астрономии и физики в средних общеобразовательных учреждениях России имела место на протяжении полутора веков.
В середине XIX века в значительной части средних учебных заведений астрономический материал стал включаться в курс физики: в 1849 году включением сведений по "математической географии" был расширен курс физики реальных отделений гимназий; в 1864 году по новому Уставу гимназий астрономия под названием космографии была введена в курс физики классических гимназий и гимназий с одним латинским языком, в реальных училищах на изучение физики и космографии отводилось 3 часа учебного времени в неделю. В отдельный предмет астрономия еще не выделялась, отсутствовал специализированный учебник.
В гимназиях и реальных училищах до 1872 года не было государственных учебных программ, содержание предметов определялось уставами учреждений и применяемыми в них учебниками. Учебные программы различались между собой объемом, содержанием и размещением учебного астрономического материала.
Интегративный курс физики и космографии преподавался в большинстве средних учебных заведений до конца XIX века. В начале XX века космография стала преподаваться отдельным самостоятельным учебным предметом, но связи с курсом физики не потеряла; учителями космографии в гимназиях и реальных училищах были в основном учителя физики - выпускники университетов. Важность осуществления межпредметных связей курсов физики и космографии отмечалась участниками Всероссийского совещания преподавателей физики, химии и космографии (1917 г.):
"Космография, являясь изложением главных законов космоса, охватывает физический мир в целом... В курсе космографии перед учащимися тот или иной физический закон разрастается за пределы физического кабинета до пределов целой Вселенной...перед учащимися происходит совместное действие различных физических, химических и механических законов...
Всецело опираясь на физику, космография в то же время и дополняет ее: уже одна обобщающая роль космографии выдвигает ее в качестве серьезного общеобразовательного предмета.
Таким образом, цели преподавания элементарной астрономии или космографии: а) обобщение законов механики физики и углубление их в представлении учащихся; б) сообщение приведенных в систему фактических сведений об окружающем мире"[14, с.216-225].
