Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Теоретические основы проблемы межпредметных связей 11
1 . Методологическое исследование проблемы 11
2. Новое в методологии межпредметных связей 39
3. Реализация межпредметных технологий в зарубежной школе 53
4. Межпредметные связи как основа формирования ценностного отношения учащихся к физическим знаниям 70 83
ГЛАВА II. Методика использования межпредметных связей на уроках 83 Физики 1. Интеграционные технологии в обучении физике
2. Межпредметные связи физики и математики 95
3. Возможности новых информационных технологий в осуществлении связей физики с другими учебными предметами 125
4. Методика формирования ценностного отношения учащихся к физическим знаниям (на примере осуществления связей физики и биологии) 140
5. Межпредметные связи физики и гуманитарных предметов 157
ГЛАВА III. Педагогический эксперимент и его результаты 185
1. Организация и проведение педагогического эксперимента 185
2. Состояние проблемы использования межпредметных связей в школе 192
3. Итоги формирующего эксперимента 205
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 216
БИБЛИОГРАФИЯ 218
- Методологическое исследование проблемы
- Межпредметные связи физики и математики
- Организация и проведение педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность темы исследования. До недавнего времени главными целями школьного обучения признавалось овладение учащимися знаниями, умениями и навыками. Что касается физики как учебного предмета, то культом было знание формулировок физических законов, определений, алгоритмов решения задач, хорошая тренированность в разрешении типовых ситуаций. Развитие учащихся происходило стихийно. Традиционное физическое образование утратило ценностную ориентацию, стало глубоко технократичным.
В Декларации России об образовании 2000 года в числе первых требований названо обеспечение самоопределения личности и создание условий для ее самореализации.
Поэтому современный учитель должен помнить о том, что все учащиеся имеют разные интересы, и их интересы нельзя не учитывать. Для этого необходимо изучение физики связывать с материалом тех учебных предметов, которыми интересуются учащиеся, т.е. необходимо осуществление межпредметных связей (МПС) физики с другими учебными предметами.
В современной педагогической науке МПС признаны необходимым условием эффективности процесса обучения. Мы считаем, что они могут стать основой формирования ценностного отношения учащихся к знаниям.
В дидактике часто говорят о МПС физики с предметами естественнонаучного цикла и математики, но крайне редко о связях физики с гуманитарными предметами, поэтому существует необходимость исследовать связи физики с различными школьными предметам, что в первую очередь определяет актуальность нашего исследования.
Это тем более необходимо, что в современной педагогической парадигме образование не сводится к передаче и усвоению знаний. На первый план выдвигается процессуальная сторона обучения, которая выражается в
самом его характере и личностном отношении ученика к приобретаемому общественно-историческому опыту.
Главным элементом этого опыта являются знания о природе, обществе, технике, человеке и способах деятельности, обеспечивающих применение знаний в преобразовании действительности.
Школьный курс физики вооружает учащихся системой знаний о явлениях и законах окружающего мира. На основе этих знаний формируются понятия, умения выполнять опыты, решать задачи, объяснять прочитанное. Вместе с тем знакомство учащихся с достижениями современной науки и техники, с промышленным и сельскохозяйственным производством на уроках физики достигается только отчасти.
Несмотря на то, что современная физика признана частью общечеловеческой культуры, характеризующей интеллектуальный уровень общества, а среди других наук она по-прежнему сохраняет роль лидера естествознания, определяя стиль и уровень научного познания, многие педагоги отмечают, что интерес школьников к физике в последние годы уходящего века падает.
Использование на уроке демонстрационного эксперимента, кино- и видеофильмов, диапозитивов, плакатов, моделей, таблиц не обеспечивает полного представления о реальных объектах и явлениях, не дают возможность показать их взаимосвязь, и, как показывает опыт, не приводит к повышению интереса учащихся к физике.
Вопросу МПС в методике физики уделялось большое внимание (Ю.И. Дик, ПК. Турышев, В.Р. Ильченко, АХ. Кондратьев, И.Я. Ланина, В.Н. Янцен, С.А. Тихомирова, Л.Р. Маркина и др.). Но на современном этапе развития школы необходима новая методология МПС, которая определит умение учащихся применять знания в новых условиях и сделает перенос знаний ведущим умственным действием учащихся, определяющим продуктивность их деятельности.
Такой подход делает рассмотрение МПС важным средством формирования ценностного отношения к знаниям, на что обращается очень
мало внимания в методической литературе. Создание методики реализации ценностного подхода к решению вопроса о МПС физики с различными учебными предметами, которому посвящена данная работа, является актуальной задачей современного методического исследования.
Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе.
Предметом исследования является процесс реализации МПС физики с различными учебными предметами.
Цель исследования: разработать и обосновать методику формирования ценностного отношения к физическим знаниям, основанную на реализации МПС в процессе обучения физике.
Гипотеза исследования: Реализация МПС физики с другими учебными предметами станет основой формирования ценностного отношения школьников к физическим знаниям и, будет способствовать повышению интереса учащихся к физике и уровня их образованности, если:
выделенные МПС физики и других учебных предметов основаны на индивидуальных особенностях учащихся и их интересах;
разработаны и обусловлены технологии использования МПС на уроках физики;
обеспечены организационно-педагогические условия реализации методических взаимодействий учителя физики и учителей других учебных предметов;
на уроках физики происходит перенос не только содержание других учебных предметов, но и способов деятельности учащихся.
Исходя из целей и гипотезы, перед исследованием были поставлены следующие задачи:
проанализировать состояние проблемы обучения физике в школе и использования при этом МПС;
разработать и обосновать методику использования МПС, направленную на формирование у учащихся ценностного отношения к физическим знаниям;
" систематизировать набор технологий нетрадиционных уроков физики с
использованием МПС; установить связь предложенной методики, интереса учащихся к урокам
физики и возможностей самореализации учащихся. Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
теоретический анализ проблемы;
анализ организации процесса преподавания физики в современной
школе;
обобщение передового педагогического опыта;
проведение педагогических измерений (анкетирование,
интервьюирование учителей и учащихся, наблюдение, тестирование);
создание педагогических ситуаций;
статистические методы обработки результатов;
сравнительный педагогический эксперимент с целью определения
эффективности предложенного исследования. Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивались:
всесторонним анализом проблемы межпредметных связей и проблемы
ценностей;
выбором эффективных показателей продуктивности предложенной
методики, направленной на формирование ценностного отношения
учащихся к физическим знаниям;
использованием разнообразных педагогических методов исследования,
адекватных поставленным задачам;
применением методов математической статистики при обработке
результатов педагогического исследования;
согласованностью предполагаемых результатов исследования и
достижений в экспериментальных классах школ Санкт-Петербурга;
длительностью эксперимента, его повторяемостью и контролируемостью,
широкой экспериментальной базой.
Логика исследования включала следующие этапы:
Анализ психолого-педагогической, философской и методической литературы по проблеме с позиции роли МПС в формировании ценностного отношения к физическим знаниям.
Изучение и анализ передового педагогического опыта по реализации МПС физики с другими учебными предметами.
Обоснование цели и задач исследования, разработка гипотезы исследования.
Определение технологий, соответствующих личностно-ориентированному подходу к обучению физике, опирающихся на связи физики с другими учебными предметами, разработка методических рекомендаций для их использования.
Апробация предложенных рекомендаций в ходе проведения формирующего эксперимента.
6. Проверка выводов исследования в контрольном педагогическом
эксперименте. Критерии эффективности предлагаемой методики:
качество знаний и умений учащихся по физике;
степень усвоения учащимися межпредметных знаний;
способность учащихся к переносу знаний и способов деятельности;
положительная динамика развития познавательного интереса учащихся;
заинтересованность учителей-практиков предлагаемой методикой;
готовность учителей использовать разработанные технологии использования МПС на уроках физики.
Новизна и теоретическая значимость исследования заключается в следующем:
в отличие от ранее выполненных исследований по вопросу реализации межпредметных связей на уроках физики (Дик Ю.И., Турышев И.К., Маркина Л.Р. и др.) исследовался аксиологический аспект проблемы;
разработан и обоснован новый подход к методологии межпредметных связей, суть которого заключается в установлении межпредметных связей не
только с предметами естественного или математического цикла, но и с гуманитарными предметами; введении в содержание физики «гуманитарной информации»; использовании при обучении физике ценностей и методологии гуманитарных наук; переносе не только содержания других учебных предметов, но и способов деятельности учащихся;
разработана методика формирования понимания учащимися ценности физических знаний, основанная на реализации в учебном процессе межпредметных связей физики с различными учебными предметами (естественнонаучными, математическими и гуманитарными);
определены критерии эффективности использования предложенной методики.
Практическая значимость исследования заключается в том, что
теоретические положения доведены до уровня конкретных методических
рекомендаций по использованию МПС, направленных на формирование
ценностного отношения к физическим знаниям; подготовлены и
опубликованы пособия для учителей физики с описанием возможных путей реализации МПС в процессе обучения по реализации МПС физики и биологии, физики и математики, физики и гуманитарных предметов.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась:
в процессе обсуждения материалов на педагогических советах и конференциях, посвященных проблеме интеграции знаний учащихся, в гимназии №399 г. Санкт-Петербурга;
в ходе открытых уроков, проводимых для учителей гимназии № 399 и в рамках городского конкурса «Школа года» (1997г.), где представленные технологии интегрированных уроков получили высокую оценку присутствующих педагогов и членов комиссии;
на заседаниях методического объединения учителей физики Красносельского района г. Санкт-Петербурга (1998г.);
на Международной научной конференции «Герценовские чтения» (1999, 2000 гг.);
на V Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-99);
на съезде российских физиков-преподавателей «Физическое образование в XXI веке» (2000 г.).
На защиту выносятся следующие положения:
В условиях гуманитаризации естественнонаучного образования необходим новый подход к методологии МПС, заключающийся в установлении межпредметных связей не только с предметами естественного или математического цикла, но и с гуманитарными предметами; введении в содержание физики «гуманитарной информации»; использовании при обучении физике ценностей и методологии гуманитарных наук; переносе не только содержания других учебных предметов, но и способов деятельности учащихся;
Методика реализации МПС на уроках физики будет эффективна, если она обеспечит:
- максимальное развитие творческого потенциала каждого учащегося,
основанное на их ценностных ориентациях;
полное включение учащихся в познавательную деятельность на уроке, обусловленное учетом их индивидуально-типических особенностей;
- положительный эмоциональный настрой учащихся на содержание урока.
3. Технология интегрированного обучения позволяет включить учащихся
в такие виды деятельности, которые характеризуются их субъективной
позицией, т.е. их интересами и ценностными ориентациями каждого из
учащихся.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем текста 231 страница. Список литературы содержит 189 работ. Работа иллюстрирована схемами, рисунками, диаграммами и таблицами.
Методологическое исследование проблемы
"Не столь важно знание фактов, сколь знание связи между ними". Леонардо да Винчи.
Идея о необходимости МПС в обучении родилась давно. Уже в эпоху Возрождения передовые педагоги выступали против схоластического образования и указывали на необходимость формирования у учащихся представлений о целостности объективного мира, взаимосвязи природных явлений.
"Все, что находится во взаимной связи, должно преподаваться в такой же связи", - писал чешский педагог Ян Амос Коменский (67), который одним из первых обратился к проблеме МПС. Он считал, что установление связи между процессами является важным условием формирования у учащихся системы знаний, и, наоборот, изолированное изучение взаимосвязанных явлений - важнейшая причина бессистемных и непрочных знаний.
Целесообразность такого подхода к обучению в дальнейшем признавали многие известные педагоги. Идеи Коменского были развиты в педагогических трудах Джона Локка, Иоганна Генриха Песталоцци, Адольфа Дистервега, Иоганна Фридриха Гербарта и других.
Джон Локк в своих трудах (93) выдвинул идею обобщенного познания как метода "нахождения истины" и связал ее с необходимостью определить конкретное содержание образования, в котором один предмет должен наполняться элементами или фактами другого. Кроме того, в основу разработки содержания образования, по мнению Джона Локка, должна быть положена идея о "стержне"
Идею взаимосвязи учебных предметов в процессе обучения развил в своей теории И.Г. Песталоцци (126). Его концепция пропагандировала идею развивающего характера обучения и его природосообразности. Он считал, что целью образования и воспитания является развитие всех природных сил и способностей ребенка, а для ее достижения учитель должен опираться на существующее многообразие учебных предметов. "Приведи в своем сознании все по существу взаимосвязанные между собой предметы в ту именно связь, в которой они действительно находятся в природе" (126).
Важнейшим условием развития умственных сил и умственной деятельности ребенка И.Ф. Гербарт (170) считал связь между учебными предметами. Ему же принадлежит попытка психологического обоснования идеи МПС в обучении.
Адольф Дистервег (49) был сторонником ітредметной системы обучения, но, несмотря на это, указывал на необходимость учета МПС при изучении различных учебных предметов. Идея МПС получила заметное развитие в работах русских дореволюционных теоретиков и практиков обучения.
О значимости межнаучных знаний писал М.В. Ломоносов (94), который придавал огромное значение развитию всестороннего взгляда на связи предметов и явлений природы. Идеи ученого о необходимости разностороннего знания, основой которого являются представления о многих науках, были восприняты многими известными людьми России.
В.Ф. Одоевский (120) считал, что процесс обучения может способствовать развитию умственных способностей, если не сводится к заучиванию истин и фактов, ничем не связанных между собой. Для этого учитель не должен быть специалистом в какой-то одной отрасли знаний, ему необходимо знать гораздо больше того, что обозначено программой и учебником, чтобы удовлетворить детскую любознательность.
В сочинении "Опыт о педагогических способностях при первоначальном образовании детей" В.Ф. Одоевский писал, что никакое отдельное знание ни химии, ни физики, ни психологии не дает полного понятия о предмете, ибо каждый из них "требует для своего уразумения всех наук или, по крайней мере, разумно достаточного сопряжения их элементов".
Дидактические положения В.Ф. Одоевского нашли поддержку революционных демократов В.Г. Белинского и А.И. Герцена (57). В. Г. Белинский не употреблял термина "взаимосвязи" или "межпйедметные связи", но в своих педагогических трудах выступал за идею "целостности" образования, выражающуюся в единстве всех способствующих образованию предметов.
Положительное влияние на развитие идеи МПС и реализацию ее в практике лучших учителей России оказало педагогическое наследие К.Д. Ушинского и его последователей. В теории К.Д. Ушинского (161) идея реализации МПС впервые выступила как часть общей проблемы системности обучения. К.Д. Ушинский писал: "... Не науки должны схоластически укладываться в голове ученика, а знания и идеи, сообщаемые какими бы то ни было науками, должны органически строится в светлый, и по возможности, обширный взгляд на мир и его жизнь" (161).
К.Д. Ушинский обосновал положение о том, что процесс обучения должен быть ориентирован на установление связей между ранее приобретенными и новыми знаниями, в результате чего и формируется система знаний - целостное отражение реального мира.
В работе "Человек как предмет воспитания" (161) К.Д. Ушинский впервые поставил проблему классификации МПС, выделяя понятия внутрипредметных и межпредметных связей
Большое внимание идее МПС уделил русский педагог П.Ф. Каптерев (60). В своей работе "Дидактические очерки" он отвел целую главу вопросам взаимосвязей в обучении. "Вести совершенно отдельно и независимо преподавание того, что явно связано между собою, значит учить очень неискусно, не пользоваться тем, что сама природа наук дает в руки".
По мнению П.Ф. Каптерева процесс обучения надо организовать таким образом, чтобы каждый ученик чаще обращался к фактам и понятиям смежных наук, что укрепляет полученные знания.
П.Ф. Каптерев считал, что связь между родственными предметами предполагает следующее: "Если один из предметов служит основой другого, то в школьном курсе они должны следовать непосредственно друг за другом, причем при изучении позднейшего предмета постоянно должны быть делаемы ссылки на предыдущий" (60). Ученый считал, что если смежные предметы изучаются одновременно, чтобы привлечь внимание учащихся к точкам соприкосновения, к утверждению в сознании учащихся связующие их пункты в целях формирования прочных системных знаний.
В целом высказывания П.Ф. Каптерева по проблеме МПС являются наиболее подробными и полными в русской дореволюционной педагогике.
Но не только русских педагогов волновали проблемы МПС в обучении. Этой проблемой занимались и многие зарубежные педагоги.
Обобщив все лучшее, что было высказано выдающимися дидактами XVII, XV11I и XIX веков, Отто Вильман (конец XIX века) написал книгу "Дидактика как теория образования в ее отношениях к социологии и истории образования"(21), в которой посвятил проблеме МПС специальный параграф "Взаимная связь между предметами обучения" в разделе "Образовательная деятельность". В своем труде он утверждал, что установление связи между учебными дисциплинами - одно из важнейших условий в организации преподавания.
Межпредметные связи физики и математики
Важнейшим, на наш взгляд, в решении проблемы МПС в целом, и связей физики и математики в частности, является понятие преемственности.
«Преемственность - это связь между явлениями в процессе развития, когда новое, сменяя старое, сохраняет в себе некоторые его элементы...Преемственность носит объективный и всеобщий характер, проявляясь в природе, обществе и познании». Именно такое определение данного понятия дается в Большой Советской Энциклопедии (79).
Нас интересует более узкая трактовка этого понятия, а конкретно -преемственность в обучении. В Педагогической Энциклопедии (43) этот термин раскрывается следующим образом: «Преемственность в обучении состоит в установлении необходимой связи и правильного соотношения между частями учебного предмета на разных ступенях его изучения».
Преемственность в процессе обучения физике и математике, на наш взгляд весьма необходима. Это объясняется их взаимопроникновением, как на уровне наук, так и на уровне учебных предметов. Взаимопроникновение различных наук является необходимым фундаментом для реализации МПС учебных дисциплин (29). МПС физики и математики, как и между любыми науками, различают на уровне понятий, идей и методов. Связи понятий, идей и методов физики и математики, по мнению В. А. Даллингера (29), подразделяются на три вида:
1. Физика ставит задачи, решение которых приводит к появлению в математике новых идей и методов, а они в свою очередь становятся базой для развития математической теории.
Можно привести следующий пример, иллюстрирующий такое взаимодействие физики и математики. В физике встала задача об изучении движения планет, решение которой привело к новой математической теории -исчисление бесконечно малых (И. Ньютон).
2. Применение математической теории с её идеями и аппаратом для изучения и анализа физических явлений приводит к созданию новой физической теории.
Примером такого вида взаимодействия может служить открытие и изучение электромагнитных волн. Об электромагнитных явлениях к середине 19 века в физике было накоплено большое число экспериментальных данных. Дж. Максвелл, исследуя эти данные путем математической теории дифференциальных уравнений, пришел к теоретическому выводу о том, что электромагнитные возмущения распространяются в виде волн. Это теоретическое предвидение было доказано опытами Г. Герца в 1886 году. Приложение математической теории привело к созданию общей теории электромагнетизма. Исследования Максвелла послужили толчком для создания Лоренцем электронной теории, открытия электромагнитных волн и теории относительности Эйнштейна.
3.Физическая теория опирается на имеющийся математический аппарат, но последний развивается по мере его использования в физике; происходит параллельное развитие физики и математики, примерами которого могут быть: общая теория относительности и тензорный анализ; гидромеханика и комплексные числа; квантовая механика и матричное исчисление; физика элементарных частиц и теория групп и симметрии и т.д. Математический аппарат необходим физике, прежде всего для описания физических явлений, как один из методов физического исследования. В связи с этим А. Эйнштейн писал: «Одна из важных характерных черт современной физики состоит в том, что выводы, сделанные из исходных идей, имеют не только качественный, но и количественный характер. Чтобы сделать количественные выводы, мы должны использовать математический язык....И если мы хотим сделать выводы, которые можно сравнить с результатами эксперимента, нам необходима математика как орудие исследования» (184,с.376-377).
Изучение практики работы учителей физики и математики показывает, что они достаточно хорошо осведомлены о взаимопроникновении преподаваемых ими школьных курсов, однако в процессе преподавания нет систематического осуществления МПС между ними, а наблюдается лишь эпизодическое обращение к связям этих наук. На наш взгляд, такое эпизодическое использование знаний одного предмета при изучении другого способно лишь частично выработать синтезированные знания и умения. Вместе с тем бездумное использование матемаггического аппарата приводит к формальной математизации физического материала, вместо более глубокого освещения физической сущности явления.
Взаимосвязи физики и математики определяются, прежде всего, наличием общей предметной области, изучаемой математикой и физикой, хотя с различных точек зрения и выражается во взаимодействии их идей и методов (115).
По нашему мнению, в методическом плане связи между физикой и математикой могут быть реализованы по следующим направлениям:
проведение логико-дидактического анализа учебников физики и математики с целью выявления потребностей одного курса в другом;
согласование по времени прохождение программ по этим учебным предметам;
одинаковая трактовка одних и тех же понятий, изучаемых на уроках физики и математики:
координация действий учителей физики и математики с целью устранение дублирования изучаемого материала;
проведение интегрированных уроков для демонстрации учащимся тесной взаимной зависимости между данными учебными предметами.
Для осуществления МПС физики и математики по данным направлениям, прежде всего, необходимо тесное сотрудничество учителей-предметников или школьных методических объединений физики и математики.
Учителя должны хорошо понимать, что МПС физики и математики строятся на основе общих физико-математических понятий, таких как функция, отношение, переменная, величина, вектор, геометрические преобразования, зависимость и т. д., а так же на основе общности методов теоретического исследования. Поэтому особая роль в процессе осуществления этих связей принадлежит формированию у учащихся общих понятий на межпредметной основе, именно в этом должна заключаться совместная работа учителей данных учебных предметов.
Обратимся к некоторым математическим понятиям, используемым наиболее часто в школьном курсе физики.
Организация и проведение педагогического эксперимента
Целью нашей работы являлась разработка методики использования МПС физики с другими учебными предметами с целью формирования у школьников ценностного отношения к физическим знаниям.
Исходя из результатов первичного эксперимента педагогов и авторского видения решения проблемы осуществления МПС на уроках физики, мы определили гипотезу нашего педагогического эксперимента.
Согласно гипотезе, знание и понимание учащимися межпредметных связей способствуют не только повышению качества знаний, но и развитию у них ценностного отношения к физическим знаниям.
В связи с тем, что в основу теоретической гипотезы были положены многофункциональные цели обучения, экспериментальная проверка предлагаемой методики имела ряд трудностей.
Во-первых, в психологической и педагогической литературе нет однозначного определения межпредметных связей (Гл.1, параграф 1), нет единого подхода к трактовке ценностей знаний и их значении в процессе обучения (Гл.1, параграф 3). Наличие различных точек зрения затрудняет выбор методики педагогического эксперимента.
Во-вторых, многофункциональность проблемы ценностей знаний требует множественности факторов проверки, так как нет одного универсального приема, использование которого в процессе обучения позволило бы получить ожидаемые результаты.
В-третьих, и это является самой главной трудностью, очень трудно фиксировать достижения в развитии личности учащегося, в изменении познавательного интереса, в творческом отношении к учебной деятельности и ценностном отношении к получаемым знаниям. Гораздо легче определить объем и качество знаний.
В-четвертых, нелегко доказать, что достижение поставленных в эксперименте целей произошло именно благодаря использованию данных методов, а не является итогом воздействия многих факторов.
Проверка правильности гипотезы проводилась в ходе формирующего эксперимента по следующим аспектам:
- наличие МПС на уроках физики и их понимание учащимися;
- повышение качества знаний по физике при реализации МПС;
- успешность использования учащимися физических знаний на уроках по другим школьным предметам;
- рост познавательных интересов учащихся.
Формирующему этапу эксперимента предшествовали поисковый и констатирующий этапы. Задачей последних являлось определение состояния проблемы использования МПС в практике работы учителей физики и выяснение наличия объективных возможностей осуществления МПС в процессе обучения физике.
