Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЙ В ПЮЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ 9
1.1. Основные положения теории процесса обучения 9
1 1. 1. Характеристика дидактических принципов обучения 13
1.1.2. Инновационные подходы к обучению: технологическая и поисковая модели обучения 17
1.2. Обобщенная модель обучения как основа формирования понятий 24
1.3. Содержание и способы фортяфования понятий в процессе обучения 31
1.3.1. Понятие и его характеристики 31
1.3.2. Эмпирические и теоретические понятия 37
1.3.3. Философские категории, общенаучные и конкретно-научные понятия 39
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОНЯТИЙ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ 43
2.1. Методологические функции концепции эволюции физической картины мира в обучении физике 43
2.2. Методические основы формирования понятия физического поля 65
2.2.1. Структура и содержание понятия электромагнитного поля 74
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 100
3.1. Задачи и этапы проведения педагогического эксперимента 100
3.2. Методика проведения обучающего эксперимента 105
3.2.1. Первый этап обучающего эксперимента 106
3.2.2. Второй этап обучающего эксперимента 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
ЛИТЕРАТУРА 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 147
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 153
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 158
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 165
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 170
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 178
- Основные положения теории процесса обучения
- Методологические функции концепции эволюции физической картины мира в обучении физике
- Задачи и этапы проведения педагогического эксперимента
Введение к работе
Общенаучные дисциплины обеспечивают фундаментальные знания, формируют научную картину мира Прочные и глубокие знания основных законов науки создают основу фундаментального образования, обеспечивают усвоение знаний смежных дисциплин, помогают осваивать теоретические и практические дисциплины.
Первоочередной задачей при преподавании основ физики является формирование системы основополагающих понятий, отражающих основное содержание ее законов и теорий, а также методов научного исследования.
Понятие - это одна из высших форм мышления, форма отражения материальной действительности. Содержание курса физики представляет систему взаимосвязанных понятий, составляющих основополагающие знания о свойствах вещества, физических полей, форм движения материи, фундаментальных взаимодействий. Без усвоения понятий не может быть сознательного усвоения законов и теорий, поскольку они выражают связь между понятиями.
Методологические и методические проблемы формирования физических понятий, их мировоззренческие аспекты рассмотрены и разработаны в работах Фока В.А., Госта B.C., Омельяновского МА., Усовой А.В., Разумовского В.Г., Ефименко В.Ф., Каменецкого С.Е., Иванова В.Г. и др. В них показано также, что важную роль в повышении эффективности процесса обучения и качества усвоения научных понятий при изучении физики играет оптимальный выбор методов и средств обучения при активизации мышления учащихся в процессе обучения. Эти методы и средства обучения на примере формирования понятия физического поля требуют дальнейшей разработки с целью эффективного усвоения понятийной системы знаний.
Одним из фундаментальных физических понятий, играющим определяющую роль в структуре современного научного знания, является понятие поля. Представление о веществе и физическом поле, как двух основных видах материи, является основополагающим компонентом современной физической картины мира. Категориально-понятийный аппарат концепции эволюции физической картины мира (ФКМ) представлен в работах Мостепаненко М.В. и Ефименко В.Ф.
Проблема формирования понятия поля состоит в том, что не в полной мере раскрывается структура и содержание понятия, его существенные признаки, связь с другими понятиями. Не уделяется должного внимания вопросам эволюции понятия, систематизации и обобщения сведений о понятии, полученных в разных разделах учебного курса Кроме того, недостаточно разработаны возможности повышения качества усвоения содержания понятия поля в процессе обучения.
Сказанное выше и обусловливает актуальность темы исследования. Объектом исследования выбран процесс обучения физике в техническом вузе.
Цель исследования заключается в разработке методологических и дидактических основ формирования понятия физического поля в курсе общей физики.
Гипотеза исследования: эффективность процесса обучения физике повысится, если формирование таких фундаментальных физических понятий, как понятие физического поля, осуществить на основе категориально -понятийного аппарата концепции эволюции ФКМ и современных психолого-педагогических представлений о процессе усвоения знаний.
Исходя из цели и гипотезы исследования, в работе ставились и решались следующие задачи: - определить принципы, содержание и последовательность процесса формирования фундаментальных понятий в курсе физики; провести сравнительный анализ новых форм и способов обучения; систематизировать и структурировать содержание понятий - материи, физического поля, взаимодействия, прерывности и непрерывности на основе концепции эволюции ФКМ; разработать на этой основе комплексную систему формирования и эффективного усвоения понятия физического поля в процессе обучения; разработать дидактическое обеспечение целенаправленного -формирования понятий в курсе физики; разработать и экспериментально проверить эффективность предложенной методики обучения физике.
Предметом исследования являются методологические и дидактические аспекты обучения физике. Методы исследования: анализ философской, методологической, психолого-педагогической и научно-методической литературы с целью изучения состояния проблемы и теоретических положений ее решения; научно-методический анализ учебных программ, учебников и учебных пособий; метод системнсчгфуктурного анализа содержания научных понятий, связей и отношений понятий в понятийной системе; педагогический эксперимент в различных его видах; методы математической статистики для выяснения достоверности полученных результатов и обоснованности выводов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в том, что: - проведен методологический анализ содержания, генезиса и эволюции понятия физического поля, материи, взаимодействия, прерывности и непрерывности на основе концепции эволюции ФКМ; разработана новая технология обучения и усвоения знаний в процессе формирования понятия поля; определены формы и методы целенаправленного формирования понятия физического поля на основе обобщенной (унифицированной) модели обучения.
Практическая значимость работы определяется тем, что в результате проведенного исследования предложена обобщенная модель обучения, ориентированная на формирование концептуальной понятийной структуры предмета; разработана методика формирования понятия поля в курсе физики технического вуза; разработана блочная система структурно-логических схем взаимодействия понятий в понятийной системе физических знаний, определено их содержание и эволюция.
На защиту выносятся следующие положения:
Представления о содержании и структуре понятия физического поля на основе категориально-понятийного аппарата концепции эволюции ФКМ способствуют повышению научного уровня и мировоззренческой направленности обучения физике.
Использование системы структурно-логических схем в процессе формирования понятия физического поля служит действенным средством обобщения и систематизации знаний.
Разработанная технология формирования понятия поля на основе предложенной модели обучения повышает эффективность усвоения знаний.
Обоснованность и достоверность научных результатов и выводов обеспечивались достаточной гфедставительностью выборки обучаемых, использованием методов математической статистики и факторного анализа для обработки экспериментальных данных и качественной интерпретации их результатов.
Апробация результатов исследований. Основные идеи и результаты исследования докладывались на региональной научно-методической конференции «Проблемы интеграции высшего военно-специального образования в общую структуру высшего профессионального образования дальневосточного региона России» (г. Уссурийск, 21-22 марта 1996г.), на международной научно-методической конференции «Наука в образовательном процессе вуза» (г. Уссурийск, 14-16 апреля 1997г.), на всероссийской научно-методической конференции «Роль фундаментальных наук в развитии университетского технического образования» (г. Владивосток, 17-19 сентября 1996г.), на второй военно-научной конференции факультета (г. Уссурийск, 15-16 сентября 1999г.), на юбилейной научно-практической конференции «Модели прогрессивного развития дальневосточного региона» (г. Уссурийск, 28-29 октября 1999г.), на региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (г. Владивосток, 24-26 ноября 1999г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 160 наименований, шести приложений. Работа содержит 183 страницы текста, 16 рисунков, 20 таблиц.
Основные положения теории процесса обучения
Основными категориями педагогики являются: образование, обучение, развитие, воспитание.
Образование - процесс и результат усвоения определенной системы знаний, и обеспечение на этой основе соответствующего уровня развития личности. Обучение - это целенаправленный процесс двусторонней деятельности педагога и учащихся по передаче и усвоению знаний. Деятельность преподавателя при этом называется преподаванием, а деятельность учащихся - учением. Поэтому обучение определяют и так: обучение - это преподавание и учение, взятые в единстве. Следовательно, сущность педагогической деятельности отражает отношение «преподавание -учение».
Процесс обучения базируется на психолого-педагогических концепциях, которые называют также дидактическими системами. Дидактическая система составляет совокупность элементов, образующих единую, цельную структуру и служит достижению целей обучения.
Обобщая имеющиеся дидактические концепции, выделяют три [108]: традиционную, педоцентристскую и современную систему дидактики, каждая из которых складывается из ряда направлений, педагогических теорий. Разделение концеїщий на три группы произведено на основе того, как понимается процесс обучения - объект и предмет дидактики. В традиционной системе обучения доминирующую роль играет преподавание, деятельность учителя. Ее составляют дидактические концепции таких педагогов, как
Я. Коменский, И. Песталоцци, И. Гербарт, а также к ней относится и дидактика немецкой классической гимназии. В педоцентристской концепции главная роль в обучении отводится учению - деятельности учащегося. В основе этого подхода лежит система Д. Дьюи, трудовая школа Г. Кершенштейнера, В. Лая. Это теории периода реформ в педагогике начала XX века Современная дидактическая система исходит из того, что обе стороны - преподавание и учение - составляют процесс обучения, а их дидактические отношения в структуре этого процесса являются предметом дидактики. Современную дидактическую концепцию образуют такие направления, как программированное, проблемное, развивающее обучение (П. Гальперин, Л. Занков, В. Давыдов), гуманистическая психология (К. Роджерс), когнитивная психология (Дж. Брунер), педагогическая технология, педагогика сотрудничества.
Обучение как категория педагогической науки и процесс обучения, или, как его еще называют, - двдактический процесс - понятия не тождественные. В отечественной дидактике существует разграничение понятий «обучение» и «процесс обучения», в основе которого лежит обобщенное представление об обучении как средстве передачи содержания образования и учебном процессе как более «приземленном» реальном развертывании обучения, его ходе во времени. Эти понятия употребляются и как синонимы, обозначающие учебный процесс [70].
Процесс обучения можно представить следующей формулой, предложенной В.П. Беспалько [13]:
ДП = М + Пд + У, где ДП - дидактический процесс; М - мотивация учащихся к учению; Пд -собственно учебно-познавательная деятельность учащегося; У - деятельность преподавателя по управлению учением.
Мотивационный этап дидактического процесса заключается в следующем. Понятие «мотивация» в психолого-педагогической науке обозначает процесс, в результате которого определенная деятельность приобретает для индивида известный личностный смысл, создает устойчивость его интереса к ней и превращает внешне заданные цели его деятельности во внутренние потребности личности. Мотивация какой-либо деятельности - это развивающийся во времени сложный психический процесс.
Мотивация учения имеет различные формы. Во-первых, это профессиональная направленность как конечная цель обучения, отношение к избранной профессии. Она задает общий смысл обучения. Наиболее эффективна в этом отношении методика мотивации, при которой обращаются к формированию представления учащегося о роли хорошего знания данного предмета в его будущей деятельности для успешного решения им профессиональных задач. Во-вторых, это учебные мотивы - отношение к учебной деятельности, учебному процессу и отдельным его сторонам. Эта форма служит средством достижения конечной цели. В этом отношении эффективна методика создания мопшационно-проблемных ситуаций или постановки специальных учебно-познавательных проблемных задач, в которых отражен практический смысл изучения данной предметной темы.
Мотивационный этап дидактического процесса позволяет достигнуть эффекта быстрого включения учащегося в учебно-познавательную деятельность и запуска ее механизма без длительного втягивания в работу. Поддержание этой деятельности на необходимом уровне активности целиком зависит от способа ее органгоации, от того, насколько она будет посильна, понятна учащемуся, настолько будут успешными ее результаты, то есть качество усвоения [13].
Методологические функции концепции эволюции физической картины мира в обучении физике
Систематизированные представления об эволюции физического знания представлены в концепции эволюции физической картины мира (ФКМ) [94; 53; 59]. Эволюция ФКМ (процесс зарождения, становления, развития и смены представлений о природе) отражает непрерывный процесс развития и углубления научного знания. Эволюция ФКМ представляется следующими этапами: механическая (МКМ), электродинамическая (ЭДКМ) и квантово-полевая (КПКМ) картины мира
Каждый этап эволюции ФКМ характеризуется качественным изменением исходных философских идей, представлений о строении и движении материи, формах ее существования.
Методологические функции концепции эволюции ФКМ заключаются в том, что она является: категориально-понятийным аппаратом методологического анализа содержания, структуры и закономерностей развития физического знания; критерием выяснения и анализа мировоззренческого содержания физических понятий, законов и теорий; методологической основой реализации внутрипредметных связей физики с философией; естественнонаучной основой формирования мировоззрения.
Одним из важнейших элементов современной ФКМ является понятие физического поля. Реализация методологических функций в процессе формирования понятий сводится к их методологическому анализу [59].
Методологический анализ понятия поля включает выяснение следующих вопросов: определение, содержание и структура понятия; источник возникновения и развития содержания понятия в свете идей эволюции ФКМ; взаимосвязь конкретно-научного и философского содержания понятия.
Рассмотрим возникновение и развитие содержания понятия физического поля на основе концепции эволюции физической картины мира
Первой физической картиной мира является механическая картина мира (МКМ), которая сложилась на базе идей метафизического материализма и античного атомизма. В рамках МКМ материя отождествлялась с веществом и представлялась как совокупность дискретных элементов - атомов. Все виды движения сводились к механическому перемещению, взаимодействие тел рассматривалось в плане дальнодействия.
На основе механики Ньютона развились такие теории, как кинетическая теория материи, включая термодинамику, упругая теория света, теория электромагнетизма (электрические и магнитные жидкости).
Признавалось существование мирового эфира Эфир - среда, которая непрерывно распределяется в пространстве и передает взаимодействие как между мельчайшими атомами, так и большими телами (например, взаимное притяжение тел). Свет рассматривался как продольные волны в эфирной идеальной жидкости (X. Гюйгенс, О. Френель).
На данном этапе развития физического знания имело место и понятие поля, которое характеризовало специфику движения большого числа частиц -поле скоростей в эйлеровой гидродинамике.
Первой работой, посвященной исследованию магнитных явлений является книга В. Гильберта "О магните" (1600 г.). Гильбертом было установлено, что притяжение и отталкивание присущи только магаитным телам, что магнит имеет два полюса, что нельзя получить магнит с одним полюсом. В своей книге Гильберт рассматривал электрические явления и ввел термин "электричество". В 1734 году Ш.Ф. Дюфе высказал идею о существовании двух родов электричества: стеклянного (положительного) и смоляного (отрицательного). Теория двух родов электричества была усовершенствована Б. Франклином, который считал, что оба вида электричества представляют собой просто избыток и недостаток электричества одного единственного вида.
Ф. Эпинус, исследуя явление электрической индукции, предположил, что существует электрическая жидкость, которая в проводнике может двигаться свободно, а в изоляторе - ограниченно. Частички электрической жидкости наделялись определенными силами. Аналогичные представления были и о магнетизме.
Начало количественному изучению электрических и магнитных явлений было положено Г. Кавендишем и Ш.О. Кулоном, который ввел важные понятия: количество электричества, плотность электричества, напряженность и др. К концу ХУШ в. уже были изучены важнейшие явления электростатики.
ЭДКМ сложилась на базе идеи континуальности материи, представлений о существовании форм движения материи, отличных от механической. Основой ЭДКМ стало учение о поле, а фундаментальной теорией - электродинамика Фарадея - Максвелла.
Понятие поля, как физической реальности, было впервые введено М. Фарадеєм в 1831 году. Анализируя опыты по получению индукционного тока, он высказал гипотезу, что электрические и магнитные действия не непосредственно передаются от тела к телу, а переносятся через лежащую между ними среду (поле). Поле является как бы передаточным механизмом между обычным веществом и подчиняется особым законам движения.
Задачи и этапы проведения педагогического эксперимента
Для количественной и качественной оценок предложенной схемы обучения проведен педагогический эксперимент. Основная цель эксперимента заключалась в практическом подтверждении научной гипотезы, которая состоит в следующем: эффективность процесса обучения физике повысится, если формирование таких фундаментальных физических понятий, как понятие физического поля, осуществить на основе категориально - понятийного аппарата концепции эволюции ФКМ и современных психолого-педагогических гфедсгавлений о процессе усвоения знаний.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи педагогического эксперимента:
- экспериментально проверить целесообразность методики формирования и усвоения понятия физического поля с использованием обобщенной модели обучения;
- определить критерии эффективности усвоения содержания понятий и объема понятия физического поля в процессе обучения.
Педагогический эксперимент был проведен на базе Уссурийского высшего военного автомобильного командного инженерного училища (с ноября 1998 года Военный автомобильный факультет при Военном автомобильном институте г. Рязань) в три этапа
На первом этапе (1994 календарный год) был проведен констатирующий эксперимент, основной задачей которого было определение эффективности усвоения понятия поля, его содержания и объема в процессе изучения курса физики.
На данном этапе эксперимента был проведен анализ курса физики и разработаны контрольные задания, состоящие из трех - четырех вопросов. Соответственно, проводился письменный опрос учащихся после изучения соответствующих тем курса физики. В проведении эксперимента участвовало три группы (64 человека) студентов Приморской сельскохозяйственной академии механического факультета, группа студентов (25 человек) филиала Дальневосточного государственного университета путей сообщения и три взвода (86 человек) курсантов Уссурийского высшего военного автомобильного командного училища
Цель данного эксперимента состояла в определении:
- уровня знаний фрагментов теоретического материала разделов курса физики «Электричество и магнетизм», «Квантовая оптика» и «Физика атомного ядра и элементарных частиц»;
- качества усвоения содержания понятий и объема понятия физического поля в процессе обучения.
Контрольное задание № 1 направлено на усвоение содержания понятия электромагнитного поля и включает следующие задания:
1. Дайте определение электромагнитному полю.
2. Запишите основные величины, характеризующие частные виды электромагнитного поля, и поясните.
3. Определите свойства электростатического, стационарного электрического и магнитного полей и запишите, соответственно, уравнения, теоремы и законы.
4. Определите сущность переменного электромагнитного поля и стационарного электромагнитного поля.
Анализ результатов показал, что на предложенные задания ответили правильно 14,6% учащихся; допустили ошибки и ответили не полностью 51,8%; ответили неудовлетворительно 33,6% учащихся.
Контрольное задание № 2 касается вопросов квантовой теории:
1. Что такое свет? Объясните единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.
2. Что собой представляет поле в квантовой теории?
3. В чем состоит гипотеза де Бройля? Существует ли пршщипиальное различие между полем и веществом в микромире?
Анализ результатов показал, что на данные вопросы ответили правильно и полностью раскрыли содержание 15,4%; ответили не полно или допустили неточности 19,7%; допустили ошибки 41,3%; ответили неудовлетворительно 23,6%.
Контрольное задание № 3 включало следующие задания: і. Какова структура материи на макро- и микроуровне?
2. Как осуществляется взаимодействие микрочастиц, тел?
3. Дайте характеристику и определите области проявления фундаментальных взаимодействий.
Анализ результатов показал, что правильно ответили и полностью раскрыли вопросы 8%, ответили не полностью 18%, допустили ошибки и практически не раскрыли вопросы 29,7%, ответили плохо 44,3%.
Относительно низкий процент учащихся, успешно справившихся с контрольным заданием, говорит о недостаточной эффективности усвоения знаний в процессе обучения, системности знаний, умению анализировать и обобщать изученный материал при формировании понятия электромагнитного поля, квантовых представлений, фундаментальных взаимодействий.
Поиск новых организационных и методических форм формирования понятий и их эффективного усвоения потребовал выдвинуть гипотезу о необходимости совершенствования методики формирования понятия физического поля и разработать методику ее проверки.
Похожие диссертации на Методологические и дидактические основы формирования понятия поля в курсе физики технического вуза
