Содержание к диссертации
Введение
Глава I, Педагогическая модель как абстрактная система педагогических явлений 12 21 .33 43
1.1 Определение понятия "система" и направления использования педагогических систем в учебном процессе ; .-
1.2 Понятия о педагогической модели, компьютерном моделировании и классификация моделей
1.3 Универсальность метода моделирования и применение его в методике преподавания физики
1.4 Компьютерное обучение студентов в системе методических дисциплин...
Глава II. Основы применения метода моделирования педа-готических явлений в учебном процессе педвуза
2.1 Этапы применения метода моделирования ,.Л9
2.2 Уровневая шкала требований к знаниям и умениям... '. 56
2.3 . Система заданий по моделированию психолого-педагогических явлений 61
Глава III. Методика обучения моделированию в системе методических дисциплин
3.1 Курс "Теория и методика обучения физике" 83
3.2 Курс "Кабинет физики" 90
3.3 Спецкурс "Изучение передового опыта учителей по использованию ЭВМ в обучении физике" 92
3.4 Спецкурс "Электронно-вьршслительная техника в обучении физике".., 97
Глава IV. Экспериментальная проверка основ применения метода моделирования
4.1 Формы педагогического эксперимента.. 104
4.2 Первый этап исследования 109
4.3 Второй этап исследования .113
4.4 Третий этап исследования 115
Заключение , 129
Библиография 133
- Определение понятия "система" и направления использования педагогических систем в учебном процессе
- Этапы применения метода моделирования
- Курс "Теория и методика обучения физике"
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях преобразования общества расширяется сфера деятельности учителя,, которая включает преподавание, научно-методическую, социально-педагогическую и культурно-просветительскую. Чтобы успепшо работать в указанных сферах, выпускник педагогического вуза должен владеть теоретическими основами воспитывающего обучения; методикой развития творческих способностей, потребностей в непрерывном самообразовании, познавательных интересов к физике и технике, вариативных технологий обучения.
Для решения поставленных задач, необходимы новые методы преподавания в педагогических вузах. Они должны обеспечить не только высокий уровень подготовки учителей, но и создать необходимый банк данных, содержащий определенные нормативные документы, методические рекомендации, теоретические данные современных педагогических исследований для самостоятельной работы на семинарах, в период педагогической практики и внеаудиторной работы.
Анализ литературы показывает, что совершенствование методов преподавания в вузе находится в прямой зависимости от разработки новых образовательных компьютерных технологий. Они должны учитывать увеличивающийся поток нормативных документов по реализации проекта стандарта образования; особенности функционирования новых типов общеобразовательных учреждений н соответствующих вариативных программ, учебников; организационные трудности в распространении достижении современной педагогической науки, а также во внедрении их в практику преподавания.
В учебно-методической литературе (Лаптев В.В., Кузнецов А.,
; Щ Кондратьев АС, Антипов И.Н., Извозчиков В.А., Ревунов АД, Машбиц
ЕЛ, Луканкин Г.Л, Анциферов Л.И., Монахов В.М., Роберт ВЛ,
І Кондратьева Г .В., Меретуков IILT. и др.) отмечается необходимость
внедрения электронных средств как метода обучения студентов в высшей
J школе. Разработаны разнообразные учебные программы по модели-рованию
( физических явлений, решению математических задач, обработке
экспериментальных данных исследований, накоплению данных для
. использования компьютера в качестве измерительного прибора и др. Однако,
и создав Л ^ам» но модаИЙ„ з^ного ^це^а -
|\ . уделяется должного внимания.
і Современные достижения методической науки позволили широко
,\ '" применять системный анализ к педагогическим явлениям. Метод моде-
{ лирования помогает представить абстрактные системы в разнообразных
|\ формах предъявления информации, Во многих методических работах' с
;\ помощью моделей представляется содержание курса, научная картина мира,
у система физического эксперимента, взаимосвязь содержания и методов
} обучения, этапы учебно-дознавательной деятельности (Мулта-новский В.В.,
і Разумовский В.Г., Хижнякова Л.С., Дик Ю.И., Пурышёва Н.С., Шаронова
Н.В., Данюшенков B.C. и др. ).
і В исследованиях методистов, педагогов, психологов, метод модели-
г рования используется при анализе проекта стандарта образования основной и
I, средней школы; требований к содержанию образования; норм учебной
нагрузки; требований к знаниям и умениям учащихся по физике. С помощью
метода моделирования исследуются также учебные дрог-раммы, учебно-
методические пособия (Самойяенко П.И., Нурминский И.И., Сауров Ю.А.А,
Бетев В.А., Свитков Л.П., Архипова А.И., Мушин В.Б., Синявина А.А.,
і " Бершадский М.Е., Жегпко В.В.).
Согласно государственным требованиям к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки студеш*ов-будупщх учителей физики, учитель должен владеть основными психолого-педагогическими крите-риями применения компьютерной техники в образовательном процессе, владеть умениями психолого-педагогической диагностики, умениями проектированшЕ образовательного процесса, использовать различные средства обучения. В связи с этим необходимо внедрение в учебный процесс педвуза метода моделирования психолого-педагошческих явлений с использованием компьютера, выступающего как средство обучения и создания моделей.
Некоторые аспекты метода моделирования учебного процесса в вузе рассматривались в работах психологов, педагогов и методистов. Однако методика моделирования учебного процесса в системе методических дисциплин специально не исследовалась.
, В практике возник ряд противоречий, требующих разрешения. Среди них отметим следующие, возникающие между:
относительно сформированными умениями студентов работать с компьютером ж низким уровнем умений моделировать учебный процесс: представлять системы и модели в квалификационной работе, изображать диаграммы результатов проверочных работ с помощью поэлементного анализа и коэффициентов успешности выполнения; планировать уроки; предъявлять результаты анализа различных сторон учебного процесса в виде схем, таблиц, диаграмм, графиков;
имеющимся в распоряжении студентов программным обеспечением по моделированию физических явлений и отсутствием программ по моделированию педагогических явлений, в виде базы данных моделей содержания, методов, средств обучения, вариативных учебных программ различных общеобразовательных учебных заведений, учебных и методических пособий.
необходимостью создания учителем авторской программы как методической модели и отсутствием специальной подготовки б системе методических диспишшн методу моделирования педагогических явлений;
необходимостью иметь выпускнику вуза минимум моделей педагогических явлений и отсутствием необходимых условий в педвузе для накопления с помощью компьютера необходимой методической информации.
Коренной причиной указанных противоречий можно считать отсутствие упорядоченной системы заданий по моделированию психолОго-педагогических явлений и методики ее использования в методических дисциплинах: теория и методика обучения физике, частные вопросы методики преподавания, кабинет физики, учебник физики, электронно-вычислительная техника в обучении физике, спецкурс по изучению передового опыта учителей по использованию компьютера в учебном процессе по физике в средней школе.
При исследовании данной проблемы использовалась терминология, применяемая в психолого-педагогических науках и философии, например, теоретические основы метода моделирования, система, модель, структура.
Теоретические основы метода моделирования составляют:
* принципы конструирования заданий;
требования к знаниям умениям студентов-будущих учителей физики, связанные с моделированием учебного процесса;
структура деятельности студентов по моделированию.
Система - множество связанных между собой компонентов той или иной природы, упорядоченное по отношениям, обладающее вполне pit-. редеяенными свойствами; множество характеризуется единством, выражающееся в интегральных свойствах и функциях.
Педагогическая модель - абстрактная система соответствующего класса реально существующих систем. Компьютерная психолого-педагогическая модель (КИМ) или компьютерная модель - абстрактная система соответствующего класса реально существующих педагогических систем, разработанная с использованием ЭВМ.
Структура - множество компонентов, входящих в систему, совокупность связей между ними. Она осуществляет иш'еграцию компонентов в некоторое целостное образование.
Итак, актуальность темы исследования определяется:
- необходимостью разработки теоретических основ метода моделирования педагогических явлений в системе-методических дисциплин при подготовке будущих учителей физики;
- потребностью в разработке соответствующей системы заданий для
студентов и методики ее использования.
Цель исследования: определение теоретических основ метода моделирования педагогических явлений и применения его в педаго-гическом вузе для совершенствования методической подготовки буду-щего учителя физики.
Объект исследования. Процесс подготовки студентов-будущих учителей физики в педагогическом ВУЗе.,
Предмет исследования- Моделирование учебного процесса по физике с использованием компьютера на основе системы учебных заданий.
Гипотеза исследования заключается в следующем: система заданий будет обеспечивать овладение студентами - будущими учителями физики метода моделирования, если она соответствует:
принципам конструирования заданий.
уровневой шкале требований к знаниям и умениям;
этапам деятельности студентов по моделированию.
Для проверки и реализации гипотезы были сформулированы и решены следующие задачи:
Провести научно-методический анализ психолого-педагогической, методической, философской литературы по моделированию педагогических явлений.
Определить теоретические основы метода моделирования учебного процесса по физике в средней школе.
3) Сконструировать систему заданий по моделированию учебного
процесса по физике в средней школе для студентов-будущих учителей
физики,
4) Разработать соответствующую методику применения метода модели
рования в учебном процессе.
5) Провести педагогический эксперимент с целью проверки выд
винутой гипотезы.
Методологию исследования составляют принципы, законы материалистической диалектики как логики и теории познания. Стратегия исследования определялась системно-структурным подходом, Основные методы -анализ объекта изучения, информации о нем в теоретических материалах; синтез полученных данных; конструирование абстрактных моделей; проведение педагогического эксперимента.
Теоретические и практические результаты исследования достоверны и обоснованы, поскольку:
опираются на методологические принципы философии и фундаментальных педагогических наук, достижения методики преподавания физики.
подтвервдены педагогическим экспериментом: экспертной оценкой результатов исследования на межвузовских конференциях^ внедрением результатов в практику преподавания, анкетированием, анализом
контрольных работ и обработкой их результатов, а также личным преподаванием в школе и вузе.
Научная новизна результатов заключается в том, что определены теоретические основы метода моделирования педагогических явлений и разработана система заданий с использованием компьютера, позволяющая сочетать в методических дисциплинах знания и умения студентов по информатике и методике преподавания физики.
Теоретическая значимость исследования состоит в определении:
-принципов конструирования заданий;
L tr
- шкалы требований к знаниям и умениям студентов, включающая
критерии и условия развития умений на уровне пользователя.
- этапов деятельности студентов по моделированию.
Практическая значимость: Создана система задании по моделированию
психолого-педагогических явлении, а также разработаны рекомендации к ее использованию в системе методических дисциплин: теория и методика обучения физике, частные вопросы методики преподавания, школьный кабинет физики" и ЭВТ в обучении физике, изучение передового опыта учителей по использованию компьютера в учебном процессе по физике в средней школе (спецкурс); а также при проведении педагогической практики студентов и написании ими курсовых и дипломных работ. На защиту выносятся следующие положения:
Теоретические основы метода моделирования учебного процесса по физике в средней школе: принципы конструирования заданий, уровневая шкала требований к знаниям и умениям студентов, этапы деятельности студентов по моделированию.
Система заданий по моделированию педагогических явлений и методика использования ее в методической подготовке учителя.
Результаты исследования апробировались и внедрялись:
- в процессе участия межвузовских конференциях, в частности:
"Дифференциация обучения физике в средней школе и педагогическом
университете" (МПУ, Москва, 1992 г.); "Образовательный стандарт по
физике" (МПУ, Москва, 1993 г.), "Контроль и образовательный стандарт по
физике" (МПУ, Москва, 1994 г.); участия в экспериментальной работе с
учителями базовой школы N15 г.Химки и опорной школы N548 г.Москвы;
- на занятиях с учителями школ в рамках программы переподготовки
учителей физики; при разработках спецкурсов и целевых программ по
проблемам высшего образования; посредством личного преподавания в
педагогическом вузе;
- путем научного руководства выполнением дипломных работ вы
пускников вуза; руководства педагогической практикой студентов.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Текст иллюстрирован таблицами, рисунками.
Определение понятия "система" и направления использования педагогических систем в учебном процессе
Развитие науки и техники привели к возникновению мощного системного движения, в частности, к исследованию общей теории систем (ОТС). Первый вариант ОТС был предложен в 1912 году А.А. Богдановым 4 [І0Д1Д2ДЗ], а несколько десятилетий спустя Л.Фон Берталанфи [9]. Лишь работы последнего яривлекли внимание международной научной общественности. Он определили систему как комплекс взаимодействующих элементов. В данном определении отмечался лишь один признак системы -взаимодействие. Система может с помощью отдельных элементов взаимодействовать с внешним миром - окружающей средой. Взаимодействие в этом случае принимает форму обмена - информацией, энергией и т.д. В частности, система учебного процесса имеет вход (учитель) и выход (ученик) посредством информационного потока в совместной деятельности - "учитель -ученик".
Так, В.И.Вернадский указывает; "Система - совокупность взаимодействующих разных функционирующих единиц (биологических, человеческих, машинных, информационных, естественных), связанная со средой и служащая достижению некоторой общей цели путем действия над материа-лами, энергией, биологическими явлениями и управления ими"[157,с.42]. В этом определении можно усмотреть распространение сис щ темного подхода на педагогические явления.
В 1968-1972 гг. впервые появились определения системы,, основанные на нескольких признаках. Так, У.Р.Эшби определяет систему таким образом: система - это "... любая совокупность переменных, которую наблюдатель выбирает из числа переменных, свойственных реальной "машине" [186, с. 44-47]. В этом определении система рассматривается не только как взаимодействие объектов, но и отмечается единое и единство в совокупности переменных; система включает множество объектов, каждый из которых может быть рассмотрен как не просто как составная часть, но как подсистема.
М.Тода, Э.Щуфорд трактуют систему в широком смысле, "Все, что Гч можно рассматривать как отдельную сущность... Расчленимой системой является такая система, для которой существуют средства, позволяющие расчленить ее на части или подсистемы" [157,с. 30-45]. В этом определении подчеркивается множество объектов, их существование, их достаточность и способность расчленить ее на подсистемы.
Р.Кершнер распространяет понятие системы, вслед за В.И.Вернадским на одушевленные и неодушевленные объекты: "Система - собрание сущностей или вещей, одушевленных или неодушевленных, которое воспринимает некоторые входы и действует согласно им для производства некоторых выходов, преследуя при этом цель максимизации определенных функций входов и выходов"[157?с.31].
В словаре Вебстера определение системы предлагается в трех вариантах, в каждом из которых прослеживается определенное свойство. 1) "Система - сложное единство, сформулированное многими, как правило, различными факторами и имеющее общий план или служащее для достижения общей цели". 2) "Система - собрание или соединение объектов, объединенных регулярным взаимодействием или взаимозаменяемостью". 3) "Система - упорядоченно действующая целостность, тотальность" [157,с. 38].
Свойство существования систем характеризуют через его формы. Свойство "существования" рассматривается либо как пространство, либо как время, либо как вижение, либо как различные комбинации из этих трех форм - по две или по три. Так, Г-Бергман указывает: "В настоящее время достаточно рассматривать систему как группу физических объектов в ограниченном пространстве, которая остается тождественной как группа в поддающемся оценке периоде времени" [163, с.40],
Д.Эллис, Ф.Людвиг подчеркивают в определении свойство достаточности объектов и достаточных оснований построения и системы. В то же время они указывают на "единое" и множественность объектов. Фактически - это "мир", как он дан еще до еще какой либо систематизации его объектов, "Система - устройство, процесс или схема, которое ведет себя согласно некоторому предписанию; функция системы состоит в оперировании во времени информацией и (или) энергией и (или) материей для производства информации и (или) энергии и (или) материи" [157,с.41]. Отметим, что систему он отождествляет с устройством, схемой. Данная идея находит отражение в педагогических науках.
На наш взгляд, в наибольшей степени определение системы соответствует педагогическим явлениям, определение данное В.С.Тюх- тиным. Согласно ему, система есть множество связанных между собой компонентов той или иной природы, упорядоченное по отношениям, обладающим вполне определенными свойствами. Это множество характеризуется единством, которое выражается в интегральных свойствах и функциях множества [150,152].
Каждая наука, в том числе и физика, имеет свои специфические объекты, образующие системы особого рода. Множество компонентов, входящих в систему, совокупность связей между ними образуют структуру. Она осуществляет интеграцию компонентов в некоторое целостное образование - физическую теорию.
Теория - определенная система научного знания, отличающаяся и от понятий, и от гипотез и от законов, хотя и содержащую их в качестве своих элементов. В таком смысле теория обычно употребляется не только в логике и методологии, но и Б самой науке [117, с.8].
В методике преподавания физики фундаментальные физические теории рассматриваются как теоретическое ядро курса физики средней щколы. При этом выделяют три взаимосвязанные части: основание;, ядро, выводы.
В классической механике в основание входит описание положения материальной точки в пространстве; масса, сила; наблюдения и эксперименты, подводящие к законам Ньютона, Ядро составляют законы Ньютона; закон Всемирного тяготения, закон сохранения импульса и механической энергии. К выводам относят; применение законов Ньютона и законов сохранения в отдельных случаях движения и равновесия.
В термодинамике и статистической физике основание - понятие и величины для описания тепловых процессов (температура, тепловое равновесие и др.; молекулярно-кинетическая модель вещества). Ядро теории - законы механики; понятия о случайных значениях энергии микрочастиц; среднее значение энергии; уравнение газового состояния. Выводы составляют: вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории и сопоставление его с уравнением газового состояния; статистическая трактовка давления и температуры; внутрення энергия, теплоемкость газов; качественное применение молекулярно-кинетических представлений к объяснению строения вещества. Макроскопическая электродинамика и специальная теория относительности имеют подобные структурные составляющие. Основание, проявления и действия электромагнитного поля, основные понятия и величины , например, заряда, напряженности электрического поля и индукции магнитного поля и др. Ядро включает четыре качественных положения о связи поля и заряда. Выводы представлены разделами: электростатика, постоянный ток, магнитное поле, электромагнитная индукция, магнитное поле вещества, излучение электромагнитного поля.
Квантовая механика и квантовая физика также нашла отражение в основании, ядре и выводах теории. Основание - квантовая природа света; волновые свойства микрочастиц, "волны вероятности". Ядро - формулы Щанка-Эйнщтейна, постулаты Бора; стационарные состояния как "стоячие волны". К выводам относятся следующие вопросы: частица в потенциальной яме, как простейшая модель связанного состояния; строение атома, уровни энергии; излучение и поглощение энергии атомами, спектры (рентгеновы лучи,,источники тока, действие света) [100, с,84 99].
В последующие годы исследования ОТС интенсивно развивались в направлении различных вариантов ОТС. В настоящее время определились требования к ОТС в которые входят: способность их к обобщениям, предсказаниям, объяснениям, постановке новых вопросов, связям с важнейшими научными теориями и принципами. Выделены различные ступени развития теоретического знания (типы теорий); 1) теории с нечетко сформулированными предпосылками, 2) теории с четко выявленными аксиоматическими предпосылками но не сформулированными в виде аксиом, 3) теории с аксиомами, но без полностью явно сформулированными правилами вывода, 4) теории с аксиомами и правилами вывода (так называемые формализованные теории). В школьном курсе физики используются в основном два метода построения научных теорий - аскиоматический и гшютетшсо-дедуктивный методы.
Последний имеет то преимущество, что он предоставляет исследователю относительную свободу в систематизации существующего знания, вывода следствий из обобщений и вспомогательных гипотез, которые вводятся в ходе разработки теории.
В педагогических науках используются другие подходы к анализу структуры теорий. Назовем два из них: генетический подход и таксономический. Генетический подход применяется при исследовании процессов в историческом развитии. Например, в методике преподавания физики посредством генетического подхода определены теоретические основы демонстрационного и лабораторного эксперимента. В начале в школы
15 физический эксперимент вводился в форме демонстрационного (XVHI век),
затем - фронтальных лабораторных работ (XIX век) и наконец, в форме физического практикума (XX век). Сложившаяся система физического эксперимента в средней школе отражает степень самостоятельности учащихся в познавательной деятельности.
Таксономический метод опирается на принцип классификации и отражает этапы развития педагогических явлений. Этот метод частично раскрывает стуктуру соответствующих теорий. Так, таксономия Блюма позволяет оценить знания и умения учащихся в их развитии [189];
В физике весьма полезными оказались графические и другие наглядные методы, которые широко используются, например, в геометрической оптике, теоретической физике, а также о приложении теории графов ко многим теориям психолого-педагогических наук. Целесообразность того или иного метода зависит как от задач исследования, так и в особенности от стадии и уровня развития соответствующей научной теории. Структура теорий широко обсуждалась в литературе при определении _ содержания школьного курса физики [53, 54]. В учебниках физики наибольшее отражение получили теории четвертого типа.
В философии определены основные условия формализации научного знания: существование, множество объектов, единство, достаточность. Каждое из этих условий достаточно полно охарактеризовано [129]. Например, условие единства трактуется двояко. С одной стороны как такое отношение меду определенными объектами, благодаря которому возникает.новое для них и всей совокупности свойство (аддитивные, неаддитивные, аддашвно-неаддитивные). С другой стороны как отдельный объект. Фундаментальное значение данного условия для существования систем очевидно.
Исследования в разных областях психолого-педагогических наук доказали перспективность использования идей ОТС. Они позволяют определить направление применения систем в обучении физике.
Условно они названы следующим образом: представление изучаемого объекта как системы, использование системы как классификации, определение в системе классификации подсистемы, предсказание новые педагогические явления, установление связей системы-классификации с другими системами, решение методических задач, объяснение педагогических явлений, обнаружение и исправление методических ошибок, использование количественных закономерностей педагогических явлении в учебном процессе.
Этапы применения метода моделирования
Физика и методика преподавания физики имеют свои специфические объекты, образующие системы особого рода - психолого-педагогические. Множество компонентов,, входящих в систему, совокупность связей между ними образуют структуру. Она осуществляет интеграцию компонентов в некоторое целостное образование - модели. Нами определены основы метода моделирования, которые могут быть использованы для разработки задании для студентов,
Теоретические основы метода моделирования составляют:
- принципы конструирования заданий: классификации систем по видам структур; систематизации на основе уровней и подсистем; взаимосвязи компонент и подсистем системы; функционирования входов и выходов системы; соответствия границ применения системы , максимальных и минимальных значений определенных свойств системы; трансформации систем в зависимости от выбранных условий;
- уровневая шкала требований к знаниям и умениям;
- этапы деятельности студентов по моделированию.
Принципы конструирования заданий определяют последовательность решения ниже указанных задач.
1) Определение разновидностей систем, к которой принадлежит объект данной предметной области. 2) Установление системообразующих компонент системы, иерархических уровней и подсистем данной системы.
3) Определение системообразующих свойств, связей и отношений между компонентами и подсистемами системы.
4) Фиксирование входов и выходов си л$мы.
5) Установление границ применения системы; максимальных и минимальных значений определенных свойств системы.
6) Определение структур, закономерностей композиции, характеризующих развитие системы.
На первом этапе освоения метода моделирования предполагается, что студенты выполняют задания на определение разновидности систем, к которым принадлежат объекты данной предметной области.
Разновидность систем определяется видом связей между компонентами предметной области, образующих структуру. Педагогическими объектами выступают свойства, состояние, связи отношения фазы, этапы, стадии, циклы и уровень функционирования развития. Они обеспечивают . универсальность Структурного анализа педагогических объектов.
Второй этап предполагает установление системообразующих компонент системы, иерархических уровней и подсистем данной системы. Каждая структура системы может быть задана на трех уровнях предъявления содержания. Первый уровень - стандарт образования и педагогические цели, в которых отражены концептуальные положения обучения физике; второй уровень - программы по физике; третий - учебно-методический комплекс.
Определим особенности педагогических систем и подсистем.
Статическая структура - это совокупность связей между компонентами, входящих в систему и подсистемы содержания курса. Например,систему со статической структурой составляют необходимые требования к знаниям и умениям,требованиям к содержанию образования и объему учебной нагрузки, указанные в стандарте образования. Данная статическая структура требований представляет собой сложную систему, включающую подсистемы содержательных линий: энергия, вещество, поле, движение и силы.
Динамическая структура - это совокупность связей между компонентами учебного процесса (целями, содержанием, методами, средствами и формами организации учебного процесса), которые фиксируют их изменение в развитии в течение изучения темы урока, раздела курса или всего курса физики в целом. Такая динамическая структура включает цели образования по каждому классу, в которых изучается физика; виды содержания по темам и разделам; демонстрационный эксперимент, фронтальные лабораторные работы, физический практикум; перечень учебников, учебных пособий и примерное распределение часов по темам курса. Ведущей компонентой в таких системах выступает содержание курса. Содержательные блоки программы представляют собой языковые подсистемы.
Пространственно-временная структура - это совокупность связей между компонентами системы, фиксирующими пространно-временные отношения. В отличие от динамической структуры, пространственно-временная структура фиксирует развитие отношении между компонентами, прямо не связанными с содержанием курса. Так, система физического эксперимента отражает развитие самостоятельности учащихся при его использовании: демонстрационный эксперимент, фронтальные лабораторные работы, физический практикум.
Функциональная струкпгура - это совокупность связей между компонентами системы, отражающая поведение системы в целом. Так, структура содержания, курса в целом как на первой, так и на второй ступенях обучения физике относится к функциональным. Генетическая структура - это совокупность связей между компонентами системы, фиксирующими ее происхождение и развитие. Например, содержательная линия в стандарте образования фиксирует в требованиях к знаниям развитие представлений, понятий о физических величинах, отражая генетическую связь свойства объекта и величины.
Данные выше ориентиры позволяют выделить особенности моделей по структурам педагогических систем. Они могут задаваться на трех уровнях предъявления содержания курса физики. Выделенные структуры являются инструментом для разработки учебных задании для студентов на первом и втором этапах освоения метода моделей.
Следующий, третий этап освоения метода относится к установлению системообразующих факторов систем.
Для всех указанных структур систем общим двойством является наличие системообразующего фактора, который отражает ее целостность. Систематизирующий фактор, согласно определению системы "выражается в интегральных свойствах и функций множества" [150, с.15]. Согласно закону системности, система строится но определенным основаниям, отношениям, операциям. Они зависят от позиции исследователя, который обосновывает предлагаемую им систему.
Так, система требований к содержанию и знаниям учащихся стандарта образования по физике имеет основание - объекты изучения физики и величины, характеризующие их. Известно, что физика исследует явления, тела и вещества, поле и свойства этих объектов. Сила и энергия относятся к основным физическим величинам, характеризующим физические объекты. Таким образом, содержательные линии движение и силы, ноле, вещество и энергия образуют, систему, построенную но указанному выше основанию. Следует отметить, что отношения между компонентами не связанных только одной идеей (систематизация по объектам физики), а включает отдельные элементы, относящиеся к физическим величинам. Соответственно, в системе присутствует операции связанные как с объектами физики, так и с определенными уровнями теоретических обобщений, то есть система является открытой.
Структура и система элементов учебного процесса имеет в качестве основания этапы учебно-познавательной деятельности. Отношения между элементами системы отражают закономерности учебного процесса (вариативность уроков в зависимости от целей и его содержания, единства системы научных знаний и метода и др.).
В содержательной системе курса в качестве основания выступают идеи физической картины мира. Они определяют ее основные элементы и связи: физические теории, методологические принципы, общефилософские понятия. Основанием указанных подсистем служит идея меньшей общности по сравнению с идеями физической картины мира.
Четвертый этап предполагает фиксирование входов и выходов системы. Наиболее перспективные системы, относящиеся к содержанию курса трех уровней: минимальный, базовый , углубленный. В профильных классах подобные системы возможны двух видов - со входом и выходом и со входом, но без выхода. Система со входом и выходом позволяет рассматривать содержание курса не изолировано, а с подсистемой содержания факультативного курса. Система со входом, но без выхода предполагает усвоение содержания курса в объеме стабильного учебника.
Пятый этап относится к установлению границ применения системы. Одни из них могут относиться к методике преподавания физической компоненты в учебных предметах начальной школы, другие - к курсу физики основной школы, третьи - к курсу физики средней школы.
Курс "Теория и методика обучения физике"
Лекционный курс по теории и методике обучения включает вопросы, связанные с моделированием учебного процесса. В частности, предусмотрено изучение моделей учебного процесса; понятия системы научных знаний; общенаучного метода познания, изучения методов в том числе образного, знакового и предметного моделирования; методики применения ТСО в том числе компьютера как средства обучения и средства научной организации труда(112].
Так, в лекции посвященной предмету исследования методики преподавания физики как науки отмечается, что процесс обучения сложен и многообразен. Условно можно выделить несколько взаимосвязанных компонентов в учебном процессе. В определенной совокупности они образуют модель учебного процесса (рис. 9, гл. II). Она наиболее часто используется при анализе педагогических явлений. Исходным компонентом модели являются цели и задачи обучения. Они конкретизируются в виде требований к знаниям и умениям учащихся и требований к деятельности учителя. Данная компонента во многом определяет отбор содержания и методов обучения. Изучение связей между компонентами проводится на разных уровнях проектирования учебного процесса: курса физики в целом, его разделов, конкретных тем раздела и тем урока или других форм организации учебной деятельности.
Несмотря на кажущуюся простоту модели,она представляет собой идеализированный объект, в котором каждый компонент имеет свою подсистему. Например, содержание курса физики средней школы отражает систему фундаментальных теорий физики: классическая механика, молекуяяр-но-кинетическая теория и термодинамика, электродинамика, квантовая физика.
В педагогике используется представление об субъекте образования как системы с элементами: потребности (Л), нормы (Н), способности (С) [37,с.9]. Взаимосвязь между ними отражена так, как взаимоперпендикулярные оси трехмерной системы координат. Модель субъекта образования применительно к физике имеет такие элементы: Н -научные знания по предмету, С-способы деятельности, методы физики, овладение которыми развивают творческие способности учащихся, П - потребности и мотивы обучения, формирующие любовь к природе, гуманистические взгляды, свободу выбора, патриотизм.
В учебном процессе воздействие на сознание субъекта - это воздействие на потребности, нормы и способности. Воздействие на субъект обучения проявляется в комплексе: управление потребностями - воспитание, присвоение норм - обучение, наращивание способностей - развитие. Результат учебно-воспитательного процесса можно представить как приращение в системе потребностей П, норм - Н, способностей - С. Несоответствие элементов модели субъекта приводит к противоречию, конфликту, столкновению в учебном процессе.
На лекции отмечается, что педагогические модели вариативны. Выбор моделей в исследовании определяется его педагогическими задачами, уровнем развития педагогической науки в целом.
На семинарских занятиях студентам предлагаются задания на усвоение данных моделей подобно тому заданию, которое предлагается по схеме (рис.9, гл. И).
На лекции посвященной методике применения ТСО на уроках физики проводится демонстрация ЭВМ как физического прибора. Нами использовался набор L-микро, который изготавливается исследовательской группой СНАРК при МАСИ. Набор L-микро содержит отдельные модули, из которых может быть собрана экспериментальная установка. Например, в состав L-микро входят модули-преобразователи электрических сигналов. набор резисторов, ламп и другое оборудование.
Например, предлагалась методика проведения лабораторной работы по снятию зависимости величины силы постоянного тока от напряжения на участке, содержащем активное сопротивление. Экспериментальная установка состояла из последовательно соединенных источника тока Е, резистора R, датчика величины силы тока в цепи SI и включенных параллельно резистору R датчика напряжения SU и переменного резистора R 41 (рис.14).
Датчики силы тока и напряжения подсоединялись к ЭВМ. Затем запускалась программа, позволяющая обрабатывать экспериментальные данные. При этом на экране монитора отображалась принципиальная схема установки, а вместо датчиков величины силы тока и напряжения амперметр и вольтметр. Передвижение ползунка переменного резистора приводило к изменению показаний амперметра и вольтметра.
