Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Школьное физическое образование и его результаты 11
1.1. Цели обучения физике и результаты 11
1.2. Роль и функции задач в обучении физике 18
1.3. Анализ затруднений учащихся в процессе решения физических задач 33
1.4. Исследования в области совершенствования методики обучения решению физических задач 48
Выводы по главе 1 61
Глава 2. Обучение школьников решению физических задач на основе деяіельностного подхода 63
2.1. Характер и особенности учебной деятельности в процессе решения физических задач 63
2.2. Структура дея гельности по решению физических задач 73
2.3. Методика обучения решению физических задач на основе самостоятельного построения зтого вида деятельности 85
Выводы по главе 2 128
Глава 3. Педагогический эксперимент и его результаты 129
Заключение 147
- Цели обучения физике и результаты
- Характер и особенности учебной деятельности в процессе решения физических задач
- Структура дея гельности по решению физических задач
Введение к работе
Модернизация общеобразовательной школы, которая в настоящее время становится профильной, ориентированной на развитие личности учащегося, требует пересмотра традиционных методов обучения, основанных на передаче знаний ученикам без учёта их индивидуальных запросов и особенностей. В условиях информатизации общества, стремительного развития науки и техники особое значение приобретают задачи формирования не только системы знаний, но и практических навыков и умений, определяющих ключевые компетенции, а также овладения действиями по их приобретению и применению.
В соответствии с «Концепцией модернизации российского образования на период до 2010года» организация профильного обучения на старшей ступени школы должна способствовать успешному решению данных задач. Профильное обучение - система специализированной подготовки в старшем звене общеобразовательной школы, ориентированная на индивидуализацию учащихся, а также на кооперацию старшей ступени школы с учреждениями среднего и высшего профессиональною образования [137]. Основной целью профильного обучения является сощание условий для дифференциации и индивидуализации процесса обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных траекторий.
В настоящее время перед учителем встала проблема организации занятий в профильном обучении, выбор соответствующих методик, позволяющих эффективно решать поставленные обществом перед школой задачи. В условиях введения нового образовательного стандарта приоритетным для школьного курса физики является овладение разными видами деятельности (познавательная, информационно-коммуникативная, рефлексивная), что соответствует требованиям, заключающимся в готовности испольюваїь усвоенные знания, умения и способы деятельности для решения различных задач в реальной жизни, то есть владения ключевыми компетенциями.
Важной составляющей процесса обучения физике в общеобразовательной школе является решение задач. Однако опрос учителей физики - работников массовой, общеобразовательной школы, показывает, что на решение задач не отводится отдельных уроков. На уроках решаются, как правило, элементарные (в одно, два действия) задачи. Объясняется это, как правило, нехваткой времени. Хотя именно через решение задач достигается понимание физического материала, приобретаются глубокие и прочные знания, наиболее эффективно формируются умения по их практическому применению.
Предлагаемые в настоящее время выпускникам школ экзаменационные испытания требуют для их успешного прохождения умений практически применять полученные знания - качественно и быстро решать различные физические задачи. Однако большинство школьников в процессе обучения испытывают серьёзные трудности при решении физических задач (более 60%), считают этот вид деятельности скучным и трудным (60 - 70%), что отрицательно сказывается на качестве знаний учащихся и является одной из причин падения интереса к изучению физики в целом.
Изучение организации дополнительных занятий по решению задач в школе, на подготовительных курсах по подготовке к единому государственному экзамену (ЕГЭ) и централизованному тестированию (ЦТ), позволяет говорить об имеющей место практике решения как можно большего числа заданий прошлых лет самим учителем. При этом, как правило, деятельность большинства учеников сводится к запоминанию частных формул, ориентированных на решение типовых задач.
Этот способ не решает проблемы обучения школьников решению физических задач. Сравнительный анализ результатов тестирования по данным Третьего международного исследования (TIMSS) в 1991 и 1995 году свидетельствует о значительном снижении уровня физического образования российских школьников, учащихся массовой, общеобразовательной школы
[176]. Этот факт подтверждается тем, что российские школьники по
результатам тестирования 1995 года по физике оказались в третьей группе
стран, хотя по результатам тестирования 1991 года они находились в первой
группе [160, с.91]. Отмечается, что наши школьники, достигнув больших
успехов в области владения фактологическим материалом, успешно
воспроизводят готовые знания. В і о же время они хуже владеют
методологическими знаниями, информационными умениями, не умеют
применять знания при решении практических задач.
Анализ результатов ЕГЭ (по итогам 2003 года, 2004 года) указывает на аналогичные недостатки в знаниях и умениях выпускников средней школы, среди которых: непонимание существа применяемых формул; неумение применять знания и умения в измененной и новой ситуациях; неумение оценивать реальность полученных результатов; неспособность применять вычислительные умения. Подчёркивается, что одним из «узких» мест в обучении физике в школе является недостаточное внимание к формированию таких учебных умений как использование рисунков, графиков, таблиц, схем, диаграмм и т.д. [199].
Это подтверждается результатами экзамена выпускников школ г. Юрги Кемеровской области, задания, для которою составлены на основе заданий ЦТ и ЕГЭ. Из 181 участника пробного экзамена, в 2004-05 учебном году на «4» и «5» справились с работой лишь 39 учащихся (21,5%). Таким образом, в современных условиях особое значение приобретает такая организация процесса решения физических задач, которая при минимальных временных затратах позволяет формировать у учащихся самостоятельность в получении знаний и их успешном применении в практической деятельности при решении физических задач.
Анализ исследований в области теории учебной деятельности (Г.А. Атанов, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, С.Л. Рубинштейн и др.), изучение разработок по методике решения физических задач (Б.С. Беликов, В.И. Богдан, В.А. Бондарь, СЕ. Каменецкий, В.П. Орехов и др.) и организации учебного процесса по обучению учеников их решению на практике позволяют сделать вывод о том, что достаточное внимание в исследованиях уделяется разработке конкретных методик решения задач, и не достаточно затрагивается рассмотрение более эффективного общего подхода к решению проблемы. В то время как применение деятельностного подхода к организации процесса решения физических задач способствует повышению активности учащихся, включению большинства их в учебную деятельность.
Анализ ситуации позволяет выявить противоречие: новые цели обучения физике, сформулированные для профильной школы, требуют не только усвоения знаний, развития умений применять шания в известных ситуациях, но и формирования умений самостоятельно применять знания на практике, самостоятельно конструировать учебную деятельность. Применение знаний, умений на практике при обучении физике осуществляется в процессе решения физических задач. Однако, организация данною процесса даже в профильных классах общеобразовательной школы, в которых содержание обучения требует нового наполнения, осуществляется пока традиционными способами, не отвечающими целям и задачам профильного физического образования.
В этом плане исследование по разработке методики решения физических задач на основе деятельностного подхода, отвечающей новым требованиям к содержанию и целям профильного обучения, является актуальной.
Проблема заключается в выявлении нового основания для построения методики решения физических задач, позволяющей разрешить противоречие между новыми задачами профильного физического образования и старыми способами организации важной составляющей процесса обучения физике -решения физических задач.
Объект исследования - процесс обучения физике в общеобразовательной школе в условиях профильною образования. Предмет исследования - обучение учащихся профильных классов и
групп, подготовительных курсов решению физических задач на основе
деятельностного подхода.
Целью исследования является разработка методики решения физических задач на основе деятельностного подхода.
Гипотеза исследования: Если процесс обучения решению физических
задач учащихся профильных классов и слушателей подготовительных курсов
построить на основе деятельностної о подхода, с привлечением их к
самостоятельной разработке содержания деятельности по решению физических
задач, это не только приведёт к повышению уровня усвоения физического
материала, но и позволит сформировать умения, необходимые при решении
задач по физике (информационные, вычислительные, объяснения физических
явлений и процессов), а также положительным образом скажется на умении решать задачи разного уровня сложности.
Цель и гипотеза позволяют сформулировать задачи исследования:
1. Исследовать состояние проблемы обучения решению физических задач в теории и практике обучения физике.
2. Разработать методику решения физических задач, основанную на деятельностном подходе к обучению.
3. Проверить эффективность разработанной методики обучения учащихся решению физических задач.
Для решения задач исследования были использованы следующие методы: теоретический анализ литературы по проблеме исследования; анализ учебных программ, учебников, сборников задач; изучение и обобщение передового педагогического опыта; опрос и анкетирование школьных учителей физики и учащихся старших классов; наблюдение за ходом учебного процесса; количественная обработка и статистическая оценка достоверности полученных результатов. Методологической основой исследования являются: работы в области
теории учебной деятельности (Г.А. Аганов, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин,
А.Н. Леонтьев, Е.И. Машбиц, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина); исследования,
посвященные различным аспектам формирования учебных умений,
интеллектуальному развитию учащихся (М.Е. Бершадский, Е.Н. Кабанова Миллер, A.M. Матюшкин, В.Г. Разумовский, М.А. Холодная, А.Ф. Эсаулов и
др.); труды отечественных учёных по проблемам организации и
систематизации учебного знания (Л.Я. Зорина, А.В. Усова, А.Н. Крутский и
др.); работы, посвященные обучению учащихся решению физических задач
(Б.С. Беликов, В.И. Богдан, В.А. Бондарь, СЕ. Каменецкий, М.С. Красин, В.А.
Кокин, И.Л. Касаткина, В.И. Одинцова, Ю.В. Тихомиров, и др.).
Научная новизна.
1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения деягельностного подхода к процессу обучения школьников решению физических задач.
2. Выявлены педагогические условия успешности обучения старшеклассников решению физических задач - самостоятельное выделение этапов в деятельности по решению физических задач и разработка содержания учебной деятельности на каждом этапе.
3. Обоснована и практически реализована индивидуализация обучения школьников решению физических задач на основе рефлексивного анализа деятельности по их решению, диагностики затруднений, что обеспечивает обратную связь с учащимися и направленную корректировку умений, необходимых для решения задач.
Теоретическая значимость.
1. Разработана и реализована методика обучения учащихся профильных классов решению физических задач на основе деятельностного подхода.
2. Определены условия, необходимые для реализации меюдики, основанной на деятельностном подходе при решении физических задач 9 введение новых этапов в деятельность по решению задач:
подготовительного, диагностического, коррекционного, рефлексивною.
3. Определено содержание деятельности учителя и учащихся на этапах подготовки к решению задач и непосредственно решения.
4. Разработаны виды задач и последовательность их предъявления, способствующая формированию умений, необходимых для решения задач (информационных, вычислительных, объяснения физических явлений и процессов).
Практическая значимость.
1. Разработаны методические рекомендации для учителей физики по
эффективной организации процесса решения физических задач.
2. Разработаны учебные пособия для школьников по решению физических
задач.
Опытно-экспериментальная база: средние школы №2, №14 г. Юрги, Искитимская средняя школа юргинского района, центр довузовской подготовки Юргинского технологического института Томскою политехнического университета. В эксперименте принимали участие 161 учащийся старших классов.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются методологией исследования, адекватной его целям, задачам и логике представленной работы, апробацией результатов исследования в школьной и вузовской практике, подтверждением теоретических выводов анализом эмпирических данных.
На защиту выносятся:
1. Положение о возможности и целесообразности применения деятельностного
подхода к процессу решения физических задач в профильной школе.
2. Методика обучения учащихся профильной школы решению физических
задач, разработанная на основе деятельностної о подхода к обучению.
Цели обучения физике и результаты
Известный американский педагог И. Гудлэд, высказываясь о роли школы в современных условиях, подчёркивает: «Школа создаётся для того, чтобы обеспечить систематический, постоянно поддерживаемый процесс образования, суть которого заключается в передаче знаний, умений, отношений, ценноеіей, чувствований» [225]. Какова же роль школьного физического образования и его место в общем среднем образовании?
Из прогноза характера научно-технического прогресса на ближайшие
десятилетия следует, что:
- во все сферы жизни войдут компьютеры;
- миллионы профессий будут связаны с лазерами и роботами;
- произойдут существенные изменения во многих сферах человеческой деятельности, таких как здравоохранение, конструирование, монтирование и ремонт сложного научного, индустриального и военного оборудования и в связи с интенсивным внедрением новых технологий, которые будуг постоянно меняться.
Получить специальные знания в соответствующих областях техники и технологии, сформировать определенную культуру научного мышления можно только благодаря естественнонаучному образованию, основой которою является физика. Современная физика - часть общечеловеческой культуры, характеризующая интеллектуальный уровень общества, степень понимания основ мироздания. «Именно физика наиболее полно демонстрирует способность человеческого разума к анализу любой сложной ситуации, введению языка для описания этой ситуации, выявлению её фундаментальных качественных и количественных аспектов и доведению уровня понимания до возможности теоретического предсказания характера и результатов ее развития во времени» [56, с.З]. Кроме того по мнению реформаторов американской школы, современная физика, лежит в ядре гуманитарного образования, поскольку кроме физики ни один другой предмет не дает такою ясного понимания процесса познания природы и общества [226]. Общеобразовательный курс физики представляет собой основы физики -науки. В его содержание входят: факты, понятия, законы, теории, модели, фундаментальные опыты, методы физики и специальные правила, приёмы мыслительной и практической деятельности, практическое применение физики, исторические сведения о различных этапах развития физики, жизни и деятельности выдающихся учёных [121, с.7]. Идеальную модель природы, включающую в себя общие понятия, принципы, гипотезы физики и характеризующую определённый этап её развития, называют физической картиной мира (ФКМ) [185, с.74 - 75]. Очевидно, что усвоение знаний о фундаментальных физических законах и принципах, лежащих в основе современной ФКМ, о методах научного познания природы является одной из основных целей изучения физики. Однако помимо конкретных предметных знаний и умений отмечается, что на современном этапе приоритетными для школьного курса физики являются познавательная, информационно-коммуникативная и рефлексивная деятельность.
В настоящее время требования к уровню обязательной подготовки учащихся определяют Государственные образовательные стандарты - нормы и требования, определяющие обязательный минимум содержания основных образовательных программ общего образования, максимальный объем учебной нагрузки, уровень подготовки выпускников образовательных учреждений, а также требования к обеспечению образовательного процесса.
Принципиально новым в стандартах по физике является личностно-ориентированный подход при определении целей обучения, постановка перед физическим образованием в первую очередь целей развития учащихся, воспитания убежденности в познаваемости окружающего мира. Кроме того, изучение школьного курса физики предусматривает формирование общеучебных умений, универсальных способов деятельности и ключевых компетенций. Овладение общими умениями, навыками, способами деятельности как существенными элементами культуры является необходимым условием развития и социализации школьников. Образовательный стандарт по физике ориентирует учителя на организацию учебного процесса, в котором ведущая роль отводится самостоятельной познавательной деятельности учащихся. При этом необходимо не сообщать школьникам систему готовых знаний, а организовывать деятельность по получению и практическому применению физических знаний. Таким образом, учитель должен контролировать не запоминание текста учебника, а правильные и успешные познавательные действия ученика.
Характер и особенности учебной деятельности в процессе решения физических задач
«Деятельностный подход в психологии основан на принципиальном положении о том, что психика человека неразрывно связана с ею деятельностью и ею обусловлена. При этом деятельность понимается как преднамеренная активность человека, проявляемая в процессе его взаимодействия с окружающим миром, и это взаимодействие заключается в & решении жизненно важных для человека задач» [8, с.7]. Внутри деятельности вычленяются действия - процессы, подчиняющиеся целям, и операции -способы осуществления действий, соотносящиеся с условиями их выполнения. В качестве конституирующей характеристики деятельности рассматривается ее предметность, проявляющаяся в свойствах психического отражения [101].
Огромная заслуга, в разработке общей теории деятельности принадлежит таким известным учёным как Л. С. Выготский, С. Л. Рубинштейн, II. Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, Д. Б. Эльконин и др. Согласно данной теории, деятельность есть практическое преобразование человеком объективного мира. При этом в процессе конкретной деятельности обусловленной побуждающими мотивами происходит изменение и самого субъекта деятельности.
Учебная деятельность это одна из основных разновидностей деятельности человека, порождаемая особой потребностью, направленной на преобразование деятельного субъекта, на его самоизменение в процессе учения. В процессе учения ученик развивается. Он совершенствуется, приобретает опыт, новые знания и умения, сам изменяется в процессе деятельности.
Учебный процесс представляет собой совместную деятельность обучающего (обучение) и обучаемого (учение или учебная деятельность). Под учением или учебной деятельностью мы будем понимать специально организованную деятельность учащихся, направленную на усвоение опыта предыдущих поколений. Применительно к изучению физики это означает активное усвоение учениками системы физических знаний и действий, освоение способов действий, обеспечивающих приобретение и успешное применение знаний, умений и навыков. Именно ради этого и организуется процесс обучения. Усвоение знаний, освоение способов действий и совершение соответствующих им изменений субъекта являются прямым продуктом учебной деятельности. При этом учебная деятельность находится в рамках обучения. Обучение существенным образом определяет структуру, закономерности функционирования и формирования учебной деятельности. В процессе обучения ученик должен не просто выучить определённый учебный материал, приобретя определённые знания, а научиться осуществлять разного рода деятельность.
В настоящее время становится очевидным непригодность обучения, основанного на сообщении учащимся готовых знаний. Деятельность преподавателя должна состоять в проектировании, организации и управлении учебной деятельностью, а не в передаче знаний. В новых условиях на первый план выходит личность ученика, способность его к самореализации, к самостоятельному принятию решений и доведению их до исполнения, к рефлексивному анализу собственной деятельности.
Оснастить человека знаниями, достаточными для успешной самореализации, на сколько-нибудь длительное время становится всё труднее, сроки обучения увеличиваются, а его эффективность падает. Необходимыми становятся не сами знания, а знание о том, где и как их применять. Но ещё важнее- знание о том, как информацию добывать, интегрировать или создавать [16, с.66]. И то, и другое, и третье - результаты деятельности, а учебная деятельность при изучении физики реализуется преимущественно при решении задач. Задачи как средство реализации деятельностного подхода в обучении являются необходимой и обязательной составляющей, так как именно в процессе их решении осваиваются способы действий. Кроме того, усвоение учеником знаний происходит только в процессе оперирования этими знаниями, то есть в процессе решения задач. Постановка учебных задач обеспечивает целенаправленность учебного процесса, задает ориентиры в деятельности учащихся по овладению теорией и учебными действиями по работе с ней.
Структура дея гельности по решению физических задач
Каждая конкретная деятельность имеет свою индивидуальную структуру, уточняющую общую структуру, присущую любой деятельности. Всякие действия и поступки человека определяются определёнными потребностями -состояниями, отражающими его нужду в чём-либо и являющимися источниками его активности. Мотив - это побуждение к совершению поведенческого акта, порождённое системой потребностей человека. Как правило, к определённой деятельности человека побуждает не один мотив, а совокупность мотивов, которую называют мотивацией. Не случайно большое внимание исследователей привлекает проблема, связанная с мотивацией поведения человека, мотивацией учения школьника. Это определяется в значительной степени тем, что мотивация поведения человека оказывает существенное влияние на процесс и результаты его деятельности. В своих работах С.Л. Рубинштейн принимает определение понятия мотивации, как иерархической организации всей системы побуждений с типичным для данного человека господством одних и подчинением других. Аналогичной позиции придерживаются в своих исследованиях А.Н. Леонтьев [101, 102], П.М. Якобсон [222] и др. При таком понимании мотивации вскрывается ее сущность как целого, как системы при наличии ведущих и подчиненных мотивов. То, для чего совершается деятельность, является целью деятельности. В отличие от мотивов, которые могут и не осознаваться, как правило, цель субъектом осознаётся. При этом цель достигается не сразу, а постепенно с помощью разложения на ряд частных целей или подцелей, которые образуют задачи. Решение задач реализуется с помощью действий и является механизмом осуществления деятельности.
Как отмечает А.Н.Леонтьев: «Всякая предметная деятельность отвечает потребности, не всегда опредмеченной в мотиве; ее главными образующими являются цели и, соответственно, отвечающие им действия, средства и способы их выполнения...» [100, с. 61]. Единицей деятельности является предложенный С.Л. Рубинштейном акт деятельности, который представляет собой последовательную цепочку из нескольких звеньев - фаз. «Первой фазой или первым этапом деятельности является ее мотивация, продуктом которой выступает интенция (намерение) и соответствующая установка. Вторая фаза акта деятельности - ориентировочные действия. Третья фаза - планирование деятельности. Четвертая фаза - исполнительная, это реализация плана. Наконец, последняя, пятая фаза- это фаза контроля» [100, с. 64]. При этом как отмечает Е.А. Румбешта, необходимо создать на уроке условия возникновения познавательного интереса. Интерес - это эмоциональное переживание познавательной потребности [158, с. 109]. Необходимым условием для создания интереса к содержанию обучения и к самой учебной деятельности, по мнению СМ. Бондаренко, является предоставление учащимся возможности проявить в учении умственную самостоятельность и инициативность [19]. Е.А. Румбешта отмечает, что способом организации активной познавательной деятельности является включение учащихся в предметную деятельность на основе системы заданий. При этом у учеников должны возникать трудности, но трудности посильные, иначе пропадает интерес к учению [158]. Опираясь на личный опыт работы можно отметить, что особый интерес у учащихся вызывают качественные задачи, задачи рисунки, задачи на анализ физической ситуации [149], экспериментальные задачи [159, 149, с. 11 - 17], а система качественных, графических и задач-рисунков, задач на анализ физической ситуации способствует повышению интереса у учащихся к деятельности по решению задач, позволяет успешно формировать у них умения объяснять физические явления и процессы, информационные и вычислительные умения. По мнению Г.А. Балла, задачный подход состоит в том, что деятельность субъектов образовательного процесса целесообразно описывать и проектировать через систему процессов решения разнообразных задач, т.е. выделения на каждом этапе не только систем, представляющих задачи, а также систем, обеспечивающих решение этих задач, в указании качественных и количественных характеристик выделенных задач, а также способов их решения [12]. При планировании учебной деятельности помимо чётко сформулированных целей и определения программы деятельности, существенным является соблюдение требований к построению системы задач. Е.И. Машбиц [115,116] выделил следующие требования: 1) конструироваться должна не одна отдельная задача, а система задач; 2) при конструировании системы задач надо стремиться, чтобы она обеспечивала достижения не только ближайших учебных целей, но и отдаленных; 3) учебные задачи должны обеспечивать усвоение системы средств, необходимой и достаточной для успешного осуществления учебной деятельности; 4) учебные задачи должны конструироваться так, чтобы соответствующие средства деятельности, усвоение которых предусматривается в процессе решения задачи, выступали как прямой продукт обучения.
