Содержание к диссертации
Введение
Часть I. Концепция обучения теоретическим методам получения физических знаний 24
Глава 1. Основания концепции обучения теоретическим методам получения физических знаний 24
1.1. Эволюция целей обучения методам научного познания в физическом образовании 24
1.2. Состояние практики обучения учащихся теоретическим методам познания 32
1.3. Поиск направления исследования 47
1.3.1. Содержание термина «теоретические методы познания» 47
1.3.2. Причины негативных результатов обучения учащихся теоретическим методам познания
1.4. Теоретические основы исследования 54
1.5. Направления развертывания гипотезы исследования 66
Выводы по главе 1 69
Глава 2. Физическая теория как основа обучения теоретическим методам получения физических знаний 72
2.1. Содержание термина «Физическая теория» 73
2.1.1. Различные толкования термина «Теория» 73
2.1.2. Типы теорий 76
2.1.3. Функции теорий 83
2.1.4. Структура теории 85
2.1.5. Развитие теории 93
2.1.6. Рабочее определение физической теории 99
2.2. Отражения физических теорий в школьных учебниках по физике 109
2.3. Эмпирические и объяснительные схемы 117
2.4. Принципы отбора и структурирования учебного материала для обучения теоретическим методам получения физических
знаний 124
Выводы по главе 2 127
Глава 3. Логические схемы и ориентиры, раскрывающие содержание теоретических методов получения физических знаний 130
3.1. Классификация теоретических методов получения физических знаний 131
3.2. Источники для выявления логических схем и ориентиров 135
3.3. Механизм выявления логических схем и ориентиров 139
3.4. Логические схемы и ориентиры, соответствующие различным этапам создания физической теории 141
3.4.1.Логические схемы деятельности по созданию понятий об идеализированных объектах 141
3.4.2. Логические схемы деятельности по созданию понятий о физических величинах, описывающих идеализированные объекты 152
3.4.3. Ориентиры в выдвижении гипотез 168
3.4.4. Логические схемы деятельности по выводу следствий 179
3.5.Логические схемы и ориентиры, соответствующие различным видам физических знаний 196
3.6. Логические схемы деятельности по построению систем физических знаний 205
3.7. Перечень логических схем и ориентиров, раскрывающих содержание теоретических методов получения физических знаний 209
Выводы по главе 3 214
Глава 4. Модель обучения теоретическим методам получения физических знаний 216
4.1. Требования к организации обучения теоретическим методам получения физических знаний 216
4.1.1. Требования к организации обучения повторяющимся методам получения отдельных физических знаний 217
4.1.2. Требования к организации обучения повторяющимся методам построения систем физических знаний 220
4.1.3. Требования к организации деятельности учащихся по применению единичных методов получения отдельных физических знаний 223
4.1.4. Требования к организации деятельности учащихся по применению единичных методов построения систем физических знаний 233
4.1.5. Способы организации обучения теоретическим методам получения физических знаний 235
4.2. Методическое обеспечение обучения теоретическим методам получения физических знаний 238
4.3.Контроль результатов обучения теоретическим методам получения физических знаний 245
Выводы по главе 4 250
Выводы по первой части исследования (основные положения концепции обучения теоретическим методам получения физических знаний) 252
Часть II. Реализация концепции обучения теоретическим методам получения физических знаний 254
Глава 5. Методика обучения теоретическим методам получения физических знаний 254
5.1. Отбор и структурирование учебного материала по физике для обучения теоретическим методам получения физических знаний 255
5.1.1. Применение принципа отбора учебного материала по физике для обучения теоретическим методам получения физических знаний 256
5.1.2. Применение принципа структурирования учебного материала по физике для обучения теоретическим методам получения физических знаний 264
5.2. Составление программы обучения теоретическим методам получения физических знаний 274
5.3. Планирование большого цикла теоретического исследования 263
5.4. Планирование малого цикла теоретического исследования 296
5.5. Использование уроков решения задач для обучения теоретическим методам получения физических знаний 307
Выводы по главе 5 312
Глава 6. Педагогический эксперимент 314
6.1. Общая характеристика экспериментального исследования... 314
6.2. Организация констатирующего и поискового эксперимента 320
6.3. Организация обучающего эксперимента 325
6.4. Результаты поискового эксперимента 336
6.5. Результаты обучающего эксперимента 348
Выводы по главе 6 366
Выводы по второй части исследования (основные положения методики обучения теоретическим методам получения физических знаний) 368
Заключение 369
Библиографический список 373
- Эволюция целей обучения методам научного познания в физическом образовании
- Содержание термина «Физическая теория»
- Классификация теоретических методов получения физических знаний
Введение к работе
Изменения, происходящие в России, приводят к тому, что у человека появляется больше «степеней свободы», его успешность в жизни менее детерменирована внешними обстоятельствами. В связи с этим все более востребованными становятся умения анализировать создавшуюся ситуацию, умения ставить конкретную цель, разрабатывать пути ее достижения, рассуждать, подбирать доводы «за» и «против», прогнозировать последствия возможных решений, формулировать выводы, адекватно оценивать результаты своих усилий. Действенным средством формирования таких умений является обучение методам научного познания. Не случайно задача обучения этим методам зафиксирована в Обязательном минимуме содержания физического образования и Требованиях к уровню подготовки выпускников как основной, так и средней (полной) школы.
Важнейшей разновидностью методов научного познания являются теоретические. Включение их в круг знаний и умений, подлежащих усвоению при изучении физики, оптимально подходит для выполнения социального заказа школе и способствует решению многих задач обучения и воспитания: преодолению формализма в знаниях учащихся по физике; развитию их мышления; формированию убеждений в познаваемости окружающего мира; формированию умений анализировать информацию, отличать научное знание от голословных утверждений; формированию научного стиля мышления и др.
Школьный курс физики предоставляет широкие возможности для обучения теоретическим методам познания. Это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, физика - одна из наиболее развитых в теоретическом отношении наук: ее «теории отличаются высоким уровнем систематизации знания и логическим совершенством,
6 являются образцами, недосягаемыми пока для других наук» [65, с.51]. Во-вторых, научный уровень школьного курса физики достаточно высок, а в его построении в ходе реформы физического образования 1968-1973 гг. реализована идея генерализации знаний как «концентрации знаний вокруг стержневых идей и теорий» [230, с.4].
Не случайно задаче обучения учащихся теоретическим методам познания на уроках физики посвящено большое число дидактических исследований (СЕ. Каменецкий, Н.А. Солодухин, Д.В. Вилькеев, Н.Е. Важеевская, Г.М. Тульчинская, П.И. Афанасьев, Д. Шодиев, Б.А. Мукушев, Л.С. Недбаевская, Л.И. Губернаторова, Е.А. Румбешта, А.А. Никитин и др.). Результаты исследований нашли отражение в учебниках, книгах для учителя, методических рекомендациях по организации обучения теоретическим методам познания.
Однако вопросы, связанные с формированием теоретических методов познания, представлены в них фрагментарно (по отдельным методам, на материале отдельных тем и разделов школьного курса физики), причем акцент делается на цели ознакомления школьников с теоретическими методами познания, а не на цели овладения ими.
Анализ эволюции целей обучения методам научного познания, зафиксированных в нормативных документах (программах и стандартах по физике для средней школы), показал, что вплоть до 70-х годов XX века методы научного познания не выделялись как специальный предмет усвоения. В ходе реформы образования 1968 г. была поставлена задача ознакомления школьников с методами научного познания, и теоретическими методами в частности. На современном этапе (с 90-х годов прошлого столетия по настоящее время) в связи с демократизацией общества задача обучения методам научного познания выдвинулась в ряд первоочередных задач физического образования. Ее содержание раскрыто в современных программах [317, 318] в форме трех групп целей: учащиеся должны
быть ознакомлены с методами физической науки, понимать сущность научного метода, владеть отдельными методами познания.
Как показал констатирующий эксперимент, в котором приняли участие учащиеся старших классов разных профилей ряда регионов России, а также студенты первых курсов физических факультетов Брянского, Калмыцкого, Якутского университетов, Астраханского педагогического университета и других (всего 1002 человека), эти цели по теоретическим методам познания в настоящее время не достигаются. Так, менее 1% из принявших участие в эксперименте отметили, что теория представляет собой систему знаний, включает в себя исходные положения и следствия; всего 5% испытуемых привели примеры использования теоретических методов исследования в физике; менее 6% выполнили задания на применение методов.
В связи с вышесказанным можно утверждать, что актуальность темы исследования обусловлена противоречием между требованиями к выпускникам школы на современном этапе (уметь самостоятельно ставить задачи и находить пути их решения) и ролью теоретических методов познания в обеспечении соответствия этим требованиям, с одной стороны, и невозможностью удовлетворить эти требования на основе сложившихся в теории, методике и практике обучения физике способов обучения теоретическим методам познания, с другой стороны.
Одна из причин существования этого противоречия состоит в том, что сложившиеся способы обучения теоретическим методам познания направлены в основном на то, чтобы ученик был ознакомлен с такими методами, как идеализация, мысленный эксперимент, аналогия, выдвижение гипотезы и др., мог привести примеры их применения учеными, сумел воспроизвести применение метода в единичной знакомой ситуации.
Но для того, чтобы человек смог самореализоваться в современном мире, он должен уметь действовать в новых нестандартных ситуациях. Соответственно, цель «овладеть» должна быть конкретизирована как «уметь решать новые познавательной задачи». Физические методы достаточно специфичны, и вряд ли большинству учащихся придется применять их «в чистом виде», поэтому для них важно уметь наметить шаги решения новой познавательной задачи («осознать метод»).
Каждая конкретная познавательная задача имеет в качестве результата своего решения новое физическое знание, и в ходе получения этого знания ученые-физики используют разнообразные теоретические методы познания в сложных сочетаниях и взаимосвязях. Для того чтобы школьник смог справиться с познавательными задачами, «открыть» для себя новое физическое знание, предметом усвоения следует сделать обобщенные способы их решения путем теоретических рассуждений (такие способы мы назвали теоретическими методами получения физических знаний-ТМПФЗ).
Из вышесказанного вытекают вопросы, которые составили проблему исследования:
Какие теоретические методы получения физических знаний могут являться предметом усвоения в школьном курсе физики?
Какие условия необходимо создать, чтобы учащиеся в процессе изучения физики в школе осознали содержание этих методов и овладели ими?
Для получения ответов на эти вопросы мы опирались на следующие источники:
- работы по методологии естествознания Л. Б. Баженова; П.В. Копнина, И.В. Кузнецова, В.И. Купцова, А.С. Майданова, И.Н. Лосевой, М.В. Мостепаненко, Г.И. Рузавина, B.C. Степина, В.А. Штоффа и др.;
работы ученых-физиков Л. Больцмана, М. Борна,
СИ. Вавилова, Г. Гельмгольца, В Гейзенберга, П. Дирака,
П.Л. Капицы, С. Карно, Г.А. Лоренца, Э. Маха, Л.И. Мандельштама,
И. Ньютона, М. Планка, Р. Фейнмана, М. Фарадея, А. Эйнштейна и др.;
* - работы по истории физики А.В. Ахутина, Я.М. Гельфер,
П.С. Кудрявцева, М.Лауэ, Марио Льоцци, Н.И. Родного,
Ф. Розенбергера, СР. Филоновича и др.
- психолого-педагогические работы по теории деятельности
Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, В.В. Давыдова, А.Н. Леонтьева,
Н.Ф. Талызиной и др.;
работы по проблемному обучению И.Я. Лернера,
* A.M. Матюшкина, М.И. Махмутова, И.Е. Мураховского, В. Оконя и др.
исследования по теории и методике обучения физике, связанные с проблемой обучения теоретическим методам познания, П.И. Афанасьева, Г.М. Голина, Г.В. Красавина, Л.И. Губернаторовой, В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зориной, СЕ. Каменецкого, А.В. Коржуева, А.Н. Малинина, В.В. Мултановского, А.А. Никитина, М.П. Папиева, В.Г. Разумовского, Е.А. Румбешты и др.;
работы по теории и методики обучения физике на основе
* деятельностного подхода СВ. Анофриковои, О.Н. Поповой,
И.А. Воржевой, Л.А. Прояненковои, Г.П. Стефановои, О.В. Иванчук и
др.;
школьные учебники по физике Л.И. Анциферова, Н.К. Гладышевой и И.И. Нурминского, СВ. Громова, В.А. Касьянова, А.Н. Мансурова и Н.А. Мансурова, Г.Я. Мякишева и Б.Б. Буховцева, А.В. Перышкина, Г.Роуэлла и С. Герберта, А.А. Пинского, Н.С. Пурышевой и Н.Е. Важеевской, Л.С. Хижняковой и др.
* Объектом исследования является процесс обучения физике
учащихся основной и средней (полной) школы.
Предмет исследования - процесс обучения теоретическим методам получения физических знаний учащихся основной и средней (полной) школы.
Цель исследования состояла в обосновании и разработке концепции обучения учащихся теоретическим методам получения физических знаний и методики, выстроенной в соответствии с этой концепцией.
В качестве теоретической основы исследования выбран деятельностныи подход к обучению и, в частности, следующие его положения:
- в цели обучения должно входить формирование обобщенных
способов деятельности;
- для того чтобы ученик осознал обобщенный способ
деятельности и овладел им, он должен участвовать в его применении
многократно, рефлексируя выполняемые действия и их
последовательность.
В процессе исследования были поставлены и решены перечисленные ниже задачи. Первая из них связана с поиском оснований концепции обучения теоретическим методам получения физических знаний. Задачи 2-5 направлены на создание концепции, а задачи 6-7 - на ее реализацию.
Выявить состояние проблемы обучения учащихся теоретическим методам познания.
Обосновать и сформулировать принципы отбора и структурирования учебного материала по физике для обучения теоретическим методам получения физических знаний.
Выделить разновидности теоретических методов получения физических знаний, которые можно делать предметом усвоения в школьном курсе физики.
Выявить обобщенное содержание этих методов.
Построить модель обучения учащихся теоретическим методам получения физических знаний.
Разработать методику обучения учащихся теоретическим методам получения физических знаний.
Оценить эффективность разработанной методики и сформулировать выводы о правомерности концепции, лежащей в ее основе.
Логика исследования представлена на рис.1.
Результаты анализа работ предшественников
Результаты констатирующего эксперимента
Гипотеза
Какие знания?
Какие методы?
Как организовывать?
Концепция
обучения теоретическим методам получения физических знаний
Методика работы с учащимися
Реализация методики
Рис. 1. Логика исследования
Результаты анализа работ по теме исследования и констатирующего эксперимента позволили сформулировать цель исследования и выдвинуть исходную рабочую гипотезу о том, что школьники смогут осознать содержание теоретических методов получения физических знаний и овладеть ими, если на уроках физики
организовывать деятельность по многократному применению этих методов и рефлексии выполняемых действий и их последовательности.
В процессе исследования гипотеза уточнялась и конкретизировалась по трем направлениям:
Какие знания школьного курса физики могут быть получены теоретическим путем?
Какие теоретические методы получения этих знаний следует делать предметом усвоения?
Как организовывать деятельность учащихся по усвоению этих методов?
Развернутая гипотеза представляет собой концепцию обучения теоретическим методам получения физических знаний, а ответы на три поставленные вопроса - три блока концепции: база для обучения теоретическим методам получения физических знаний; перечень и обобщенное содержание методов - предметов усвоения; модель обучения учащихся теоретическим методам получения физических знаний.
* На основе концепции была построена методика обучения
теоретическим методам получения физических знаний. Ее реализация
позволила уточнить основные положения концепции и
сформулировать вывод о ее правомерности.
Исследование проводилось в течение 11 лет с 1991 г. по 2002 г. и включало четыре этапа.
Первый этап был посвящен анализу проблемы обучения методам научного познания в средней школе и разработке методики
* обучения учащихся одной из разновидностей этих методов - выводу
новых следствий физической теории. В 1995 году была защищена
кандидатская диссертация по теме «Обучение теоретическим
предсказаниям на уроках физики в старших классах».
На втором этапе (с 1995 г.) исследование было расширено на такие теоретические методы познания, как выдвижение гипотез; создание понятий об идеализированных объектах; введение понятий о физических величинах на теоретическом уровне познания; объяснение физических явлений, научных фактов, зависимостей между физическими величинами; теоретические методы установления физических законов, зависимостей между физическими величинами; методы построения физических теорий и др. Изучались нормативные документы, диссертационные исследования, затрагивающие решение проблемы обучения теоретическим методам познания, проводился констатирующий эксперимент по диагностике достижения целей обучения этим методам; шел поиск путей решения проблемы. Итогом этого этапа явились формулировка цели и выдвижение исходной гипотезы исследования.
На третьем этапе (с 1996 года) разрабатывалась концепция обучения теоретическим методам получения физических знаний. Наряду с теоретической частью исследования велась работа по реализации концепции: был выделен способ деятельности учителя физики по планированию и проведению уроков - теоретических исследований в соответствии с предлагаемой концепцией и организован поисковый этап экспериментальной работы. Результаты исследования были опубликованы в виде двух научных монографий [245, 246].
Четвертый этап (с 2000 г.) был посвящен проведению обучающего эксперимента, в ходе которого проверялась развернутая гипотеза исследования (концепция обучения теоретическим методам получения физических знаний), обработке результатов эксперимента и оформлению диссертации. На этом этапе были опубликованы методические рекомендации учителю физики по внедрению
результатов исследования в практику обучения [247, 253, 271, 272, 273 и др.].
В ходе исследования использовались следующие методы.
Теоретические: анализ философской, педагогической, методической, психологической и учебной литературы и исследований, имеющих отношение к выбранной теме; анализ работ ученых-физиков, книг по истории физики, в которых описаны теоретические пути получения новых научных знаний; анализ содержания программ и учебников по физике; конструирование определений терминов; вывод следствий деятельностной теории для разработки основ обучения теоретическим методам получения физических знаний; моделирование процесса обучения физике.
Экспериментальные: анкетирование; беседы с учителями физики и учащимися различных образовательных учреждений; наблюдение учебного процесса; планирование, организация и проведение педагогического эксперимента; обработка и интерпретация результатов эксперимента; личное преподавание.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем.
1. Разработана концепция обучения теоретическим методам получения физических знаний, в частности:
1.1. Конкретизированы цели обучения учащихся
теоретическим методам научного познания: учащиеся должны
осознать содержание теоретических методов получения физических
знаний и овладеть ими на уровне, соответствующем возрасту, ступени
и профилю обучения.
1.2. Предложены и обоснованы принципы отбора и
структурирования учебного материала, изучение которого
позволяет достичь поставленные цели: следует отбирать учебный
материал, соответствующий иерархическим системам физических
знаний («физическая теория», «эмпирическая схема» и «объяснительная схема»), и структурировать его на блоки, перечисленные в определениях этих понятий.
1.3. Составлен и обоснован перечень теоретических методов
получения физических знаний, которые могут быть сделаны
предметом усвоения при изучении школьного курса физики.
Перечень представлен в форме таблиц, в которых указаны классы
методов (методы построения систем физических знаний и методы
получения отдельных физических знаний), типы методов каждого
класса (методы построения объяснительных схем, методы создания
понятий о физических величинах; методы установления физических
законов и др.), разновидности методов каждого класса, по которым в
общеобразовательном курсе физики можно подобрать не менее трех
примеров применения.
1.4. Раскрыто содержание методов всех выделенных
разновидностей в форме логических схем деятельности или
ориентиров к ее выполнению. Логические схемы содержат
формулировку характерной познавательной задачи, которая может
быть решена данным методом, описание ситуации, побуждающей к
постановке такой задачи и ее решению путем теоретических
рассуждений, и обобщенный способ такого решения. Ориентиры
представляют собой набор средств (перечень вопросов,
последовательность действий, указания на область поиска и т.п.),
которые могут оказать помощь учащимся в проведении теоретических
рассуждений.
1.5. Сформулированы требования к организации учебного
процесса, в котором теоретические методы получения физических
знаний являются предметом усвоения.
Для осознания теоретических методов получения физических знаний необходимо организовывать: 1) многократное решение
16 однотипных познавательных задач, проводя учащихся через такие этапы, как мотивационный, формулирование познавательной задачи, составление плана ее решения, решение познавательной задачи; формулирование ответа на познавательную задачу, 2) рефлексию действий, выполняемых при решении каждой задачи; 3) самостоятельную деятельность по выделению обобщенного способа решения познавательных задач данного типа.
Для овладения теоретическими методами получения
физических знаний, к перечисленному выше необходимо добавить организацию решения познавательных задач с опорой на обобщенный способ.
2. Разработана методика обучения теоретическим методам получения физических знаний, в частности:
2.1. Выделены типы дидактических материалов, облегчающих обучение теоретическим методам получения физических знаний (дедуктивные схемы, системы познавательных задач и методы-ориентиры).
Определены требования к заданиям, позволяющим проконтролировать сформированность того или иного метода: задание должно содержать познавательную задачу, решаемую освоенным методом, описание ситуации, подталкивающей к ее постановке и решению путем теоретических рассуждений, и быть сформулировано таким образом, чтобы побуждать учащихся подробно описать ход своих рассуждений.
Разработана методика обработки ответов по выполнению таких заданий, включающая два этапа: составление эталонного плана путем конкретизации логической схемы, отражающей содержание метода, результаты обучения которому диагностируются, и сравнение действий учащихся, приведенных в ответах-рассуждениях, с действиями эталонного плана.
2.2. Разработана система действий учителя по обучению учащихся теоретическим методам получения физических знаний:
отбор и структурирование материала школьных учебников;
составление программы обучения теоретическим методам получения физических знаний; 3) разработка содержания уроков -теоретических исследований. Для выполнения каждого действия выделены специальные ориентиры.
Теоретическая значимость проведенного исследования состоит в том, что разработаны теоретические основы обучения учащихся методам научного познания в основной и средней (полной)
* школе, а именно, создана концепция обучения теоретическим
методам получения физических знаний и методика ее реализации.
Основные положения концепции формулируются следующим образом.
1. В цели обучения методам научного познания необходимо
включить следующие:
- учащиеся должны уметь планировать решение новых для них
* познавательных задач путем теоретических рассуждений (осознавать
теоретические методы получения физических знаний);
- учащиеся должны уметь решать новые для них познаватель
ные задачи путем теоретических рассуждений (владеть теорети
ческими методами получения физических знаний).
Конкретизация этих целей определяется программой и учебниками по физике.
2. Основу для обучения теоретическим методам получения
физических знаний должен составлять учебный материал,
соответствующий понятиям «физическая теория», «эмпирическая
схема», «объяснительная схема»; в нем следует выделить блоки
знаний, соответствующие структурным элементам системы, и установить связь между ними;
3. Предметом усвоения при обучении физике в средней школе
должны являться два класса теоретических методов: методы
построения систем физических знаний (теорий, эмпирических схем,
объяснительных схем) и методов получения физических знаний
разных типов (понятий о физических величинах, физических явлениях,
физических объектах, научных фактов, физических законов). Их
содержание должно быть представлено в обобщенном виде.
4. Для того чтобы учащиеся овладели запланированными
методами и осознали их содержание, необходимо руководствоваться
требованиями к организации обучения теоретическим методам
получения физических знаний.
Методическое обеспечение обучения теоретическим методам получения физических знаний должно включать три типа дидактических материалов: дедуктивные схемы, системы познавательных задач и методы-ориентиры. Дедуктивная схема задает конечный продукт деятельности по построению иерархической системы физических знаний. Система познавательных задач представляет собой сжатое описание этой деятельности. Метод-ориентир содержит обобщенные способы решения познавательных задач, представленные в адаптированном для учащихся виде.
Контролировать достижение целей обучения теоретическим методам получения физических знаний можно путем анализа ответов-рассуждений по выполнению учащимися заданий, отвечающих следующим требованиям: задание должно включать в себя формулировку познавательной задачи, допускающую решение тем методом, овладение или осознание которого контролируется, содержать описание исходной ситуации, побуждающей к постановке познавательной задачи и ее решению путем теоретических
рассуждений и быть сформулировано таким образом, чтобы побуждать учащихся привести подробное описание пути к ответу.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработаны ориентиры для учителя, позволяющие спланировать и провести обучение теоретическим методам получения физических знаний при работе по любым программам и учебникам; программа курса для учителей «Теоретические исследования на уроках физики», которая может применяться в институтах повышения квалификации учителей и педагогических вузах; программы обучения учащихся теоретическим методам получения физических знаний для основной и средней (полной) школы; методические разработки уроков, позволяющие реализовать обучение теоретическим методам получения физических знаний; набор дидактических материалов, помогающих организовать обучение и проконтролировать результаты обучения этим методам. Применение разработанных материалов способствует решению задач, стоящих перед физическим образованием на современном этапе: обучения школьников методам научного познания и формирования теоретического мышления школьников.
Апробация и внедрение результатов исследования Результаты исследования докладывались и обсуждались более чем на 15 международных, межвузовских, российских, внутривузовских конференциях и семинарах: на Всесоюзном методическом фестивале «Урок физики-91» в г. Дубне, 1991 г.; на региональной научно-методической конференции «Преподавание физики в школе: состояние, проблемы, перспективы» в г. Нижнем Новгороде, 1993 г.; на международной научно-методической конференции «Теория и практика учебного физического эксперимента» в г. Глазове, 1995 г.; на Всероссийской конференции
«Развитие интеллектуальных и практических умений учащихся на
занятиях по физике», первый этап - г. Москва, 1997 г., второй этап -
г. Екатеринбург, 1998 г.; на международной научно-методической
конференции «Интеллектуальная и творческая одаренность.
Проблемы. Концепции. Перспективы», г. Протвино, 1999 г.; на
международной научно-методической конференции «Новые
технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ», Москва, 2000 г.; на
межвузовской конференции «Проблемы интеграции
естественнонаучных дисциплин в высшем педагогическом
образовании», Нижний Новгород, 2001 г.; на международной научно-
методической конференции «Новые технологии в преподавании
физики: школа и ВУЗ», Москва, 2002 г.; на учительском марафоне,
посвященном 10-летию издания «Первое сентября», Москва, 2002 г.;
на международной научно-методической конференции «Проблемы
физического образования в средней и высшей школе», г. Рязань,
2002 г.; на педагогических чтениях по итогам научно-
исследовательской работы МПГУ в 1995, 1999, 2001 гг.; на семинарах учителей физики Восточного округа г. Москвы в 1996, 1997, 1998, 2000, 2001 гг.
Результаты исследования были внедрены в учебный процесс подготовки учителей физики в рамках курсов повышения квалификации при Научно-методическом центре Восточного округа г. Москвы и обучения студентов в Забайкальском государственном педагогическом университете.
Методика обучения теоретическим методам получения физических знаний используется в практике работы учителей физики г. Москвы (гимназии №1520, ср. шк. 356, 350, 1290), г. Троицка (лицей), г. Астрахани (ср. шк. №32, гимназия №3), г. Нижнего Новгорода (ср. шк. №84).
На защиту выносятся:
1. Концепция обучения теоретическим методам получения
физических знаний, а именно:
положение о том, что в цели обучения методам научного познания необходимо включить цели осознания теоретических методов получения физических знаний и овладения ими;
принципы отбора и структурирования учебного материала, на базе которого можно организовать обучение теоретическим методам получения физических знаний;
модель обучения теоретическим методам получения физических знаний.
2. Методика обучения теоретическим методам получения
физических знаний, а именно:
- способ деятельности учителя по реализации концепции
обучения теоретическим методам получения физических знаний при
работе по разным программам и учебникам;
- методическое обеспечение обучения теоретическим методам
получения физических знаний и средства диагностики и контроля
результатов обучения этим методам.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух частей: «Концепция обучения теоретическим методам получения физических знаний» (главы 1-4) и «Реализация концепции обучения теоретическим методам получения физических знаний» (главы 5, 6), заключения, библиографии. Общий объем диссертации 411 страниц. Основной текст диссертации составляет 372 страницы, включая 70 рисунков, 36 таблиц. Список литературы содержит 448 наименований.
Основное содержание диссертации.
Во введении обоснованы актуальность темы исследования и проблема исследования, определены его объект и предмет, цели и
гипотеза, перечислены задачи. Сформулированы новизна, теоретическая и практическая значимость, положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации результатов исследования и имеющихся публикациях.
В первой главе раскрыто содержание терминов «методы научного познания» и «теоретические методы познания»; прослежена эволюция целей обучения теоретическим методам познания в физическом образовании; проанализировано достижение этих целей в практике школы; определено генеральное направление исследования; выбрана его теоретическая основа, с опорой на которую выдвинута гипотеза и намечены направления ее развертывания.
Во второй главе представлено первое направление развертывания гипотезы в концепцию: «На каком материале школьного курса физики возможно обучение теоретическим методам получения физических знаний?». Проведен научно-методический анализ термина «Физическая теория», сформулированы рабочие определения терминов «физическая теория», «объяснительная схема», «эмпирическая схема», проанализированы тексты школьных учебников по физике. С опорой на полученные результаты сформулированы принципы отбора и структурирования учебного материала для обучения теоретическим методам получения физических знаний.
в третьей главе представлено второе направление развертывания гипотезы: «Какие теоретические методы получения физических знаний могут являться предметом усвоения в школьном курсе физики, каково их содержание?». Проведена дидактически целесообразная классификация теоретических методов получения физических знаний, выявлены логические схемы и ориентиры, раскрывающие обобщенное содержание методов различных типов. Составлен перечень теоретических методов получения физических
знаний, которые допускают многократное применение при изучении физики в средней школе.
в четвертой главе описано третье направление развертывания гипотезы: «Как организовывать обучение теоретическим методам получения физических знаний на уроках физики?». Разработана модель обучения теоретическим методам получения физических знаний, включающая описание способов организации учебного процесса, в ходе которого эти методы являются предметом усвоения, типов дидактических материалов, обеспечивающих усвоение методов, требований к заданиям, направленных на диагностику обучения теоретическим методам получения физических знаний.
В пятой главе описано применение основных положений предлагаемой концепции к обучению теоретическим методам получения физических знаний при работе по разным программам и учебникам, соответствующим разным профилям обучения; на конкретных примерах проиллюстрирована деятельность учителя по отбору и структурированию материала школьных учебников по физике для целей обучения теоретическим методам получения физических знаний, по составлению программы обучения этим методам, по реализации программы путем проведения больших и малых циклов исследования.
В шестой главе описан педагогический эксперимент. Выделены цели поискового и обучающего эксперимента. Проведена обработка результатов обучающего эксперимента, сформулированы выводы, следующие из полученных результатов.
В заключении сформулированы выводы проведенного исследования.
Идеи и результаты исследования нашли отражение в 53 публикациях [245-297]: из них - 2 монографии, 2 учебных пособия, 42 статьи, 5 материалов конференции, 2 тезисы.
Часть I
КОНЦЕПЦИЯ ОБУЧЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИМ
МЕТОДАМ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ
Эволюция целей обучения методам научного познания в физическом образовании
Физическая наука включает в себя не только систему физических знаний, но и способы их получения. Поэтому методы познания, и теоретические методы в частности, всегда находили отражение в школьном курсе физики. Так, еще в дореволюционных учебниках [24, 123, 405] введение законов всегда сопровождалось описанием экспериментальных установок, с которыми работал тот или иной ученый, его действий, хода теоретических рассуждений, приведших к тому или иному результату. Эту линию можно проследить и по многим другим учебникам как советским, так и зарубежным. Однако условия жизни не требовали от выпускников школ осознания методов познания и, тем более, владения ими. Казалось само собой разумеющимся, что получение новых знаний - удел особо одаренных, выдающихся людей - ученых. В работах по педагогике и методике обучения физике подчеркивалось, что учебная деятельность отличается от научной, имеет свою специфику и закономерности.
В 70-х годах XX века была произведена реформа содержания физического образования (1968 г.), согласно которой физические теории стали стержневыми идеями, позволяющими рассматривать многие знания как частные проявления общих закономерностей.
Реформа была направлена на повышение научного уровня курса физики. В результате ее проведения возрос объем научной информации и у учащихся возникли трудности в ее усвоении.
Поиск путей выхода из сложившейся ситуации привел к идее сделать средством упорядочивания и систематизации знаний по физике методы научного познания, и теоретические методы познания в частности. Последнее казалось очевидным, так как физические теории стали генеральной идеей, содержательным стержнем всего курса физики. В цели обучения физике был включен пункт «ознакомить учащихся с методами научного познания».
Для достижения этой цели необходимо было решить ряд новых для методики обучения физике вопросов:
- Как соотносятся учебное и научное познание?
- С какими методами познания знакомить учащихся?
- Как знакомить учащихся с методами познания, не увеличивая числа часов на изучение физики?
Было проведено сравнение учебного и научного познания (С.А. Шапоринский [412]), введено представление о цикле научного познания и исследованы возможности его отражения в школьном курсе физики (В.Г. Разумовский [329], Д. Шодиев [422], В.В. Мултановский [218] и др.), предложены пути обучения учащихся таким теоретическим методам познания, как сравнение (Н.Е. Важеевская [42], Г.М, Тульчинская [382]), аналогия (СЕ. Каменецкий [127]), моделирование (Н.А. Солодухин [358]), индукция, дедукция, выдвижение гипотезы (Д.В. Вилькеев [44]), мысленный эксперимент (П.И. Афанасьев [19]), математический вывод (Б.А. Мукушев [217]), теоретическое предсказание (Л.С. Недбаевская [231]) и др.
Предложены пути сообщения школьникам информации о теории, ее структурных элементах (Л.Я. Зорина [117]), методах их создания и выстраивания физических знаний в систему с использованием полученной информации (Е.А. Румбешта [345], А.С. Сиденко [351] и др.).
Результаты исследований нашли отражение в учебниках, материал в которых выстроен в соответствии с циклом научного познания [415, 416, 417], книгах для учителя, разъясняющих смысл методологических терминов [110, 349 и др.], в методических рекомендациях, помогающих организовать обучение отдельным теоретическим методам познания на уроках физики [65, 128 и др.].
Современный этап развития общества характеризуется осознанием того, что «знание, обучение, информация - новый товар для международной коммерции.. Обучение - это не обесцениваемые инвестиции, гарантирующие успех... Лица, которые не достигнут необходимого уровня грамотности и образования, не смогут реализовать свои гражданские права не только в обеспечении материального благосостояния,... но и в степени участия в жизни государства... Высокий уровень образования - основа свободного демократического государства...» [331, с.З]. Исходя из этого, в США, например, одна из задач реформы образования 2000 г. сформулирована так: «развить способности учащихся к анализу ситуации, пониманию проблемы, решению задач, построению выводов и умозаключений» [73, с.4]. Необходимость обучения, направленного на формирование активной личности, способной самостоятельно ставить задачи и находить пути их решения, осознается и в других странах [402, 403, 433, 434, 436 и др.].
Содержание термина «Физическая теория»
Анализ справочной литературы [32, 155, 235, 397], работ физиков [130, 193, 211, 386, 390, 426], книг по методологии науки [22, 23, 83, 160, 344, 363] и др. показало, что термин «Теория» имеет чрезвычайно широкий спектр значений. В связи с этим возникла потребность проанализировать некоторые из них с целью выбрать определение, которое можно было бы использовать в качестве рабочего при анализе учебного материала школьного курса физики.
В Большой советской энциклопедии приведено следующее толкование термина:
«Теория (греческ. Theoria — рассматриваю, исследую). В широком смысле — комплекс взглядов, представлений, идей, направленных на истолкование и объяснение какого-либо явления. В более узком смысле — высшая, самая развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях определенной области действительности — объекте данной теории.» [32, с.434].
Очевидно, в качестве опоры следует остановиться на трактовке термина в узком смысле слова, поскольку она отражает его значение в научном, а не обыденном языке. Однако такая трактовка требует дальнейшей расшифровки.
Обратимся к работам ученых-физиков. У некоторых авторов можно обнаружить высказывания, поясняющие смысл, который они вкладывают в понятие «Теория». В основном эти высказывания содержат утверждения о структурных элементах теории.
Так, А. Эйнштейн выделяет в составе теории три элемента:
1) понятия, 2) основные принципы, относящиеся к этим понятиям,
3) следствия, выводимые путем логической дедукции [426].
Согласно П. Дираку и М. Мандельштаму, теория должна состоять V из двух частей: уравнений и правил, поясняющих суть этих уравнений [98, 193].
А.И. Наумов считает обязательным наличие в конструкции теории трех компонентов: 1) способ задания состояний физических систем;
2) набор физических величин и способ их описания; 3) законы эволюции [227, с. 13-21].
Задача определения термина «Теория» как специальная (в том числе на материале работ физиков) ставилась многими специалистами в области методологии науки. Практически каждый исследователь, работающий над проблемами, связанными с научными теориями, начинает с попытки дефинировать этот термин и неизбежно сталкивается с множественностью толкований.
Приведем некоторые из определений, встречающихся в работах философов:
- теория как мысленное отражение реальной действительности (противопоставляется практике) [49];
- теория как доктрина, некоторое учение (противопоставляется набору несвязанных между собой фактов) [36];
- теория как высшая форма научного знания [47];
- теория как алгоритм, на вход которого поступает некоторая совокупность опытных данных, а на выходе выдаются данные, прогнозирующие поведение исследуемой системы [389];
- теория как система взглядов, связанных отношением выводимости [134];
- теория как система фактов, развитая из идеи о сущности предмета [147];
- теория как гипотеза, нашедшая экспериментальное подтверждение [23];
- теория как метод научного познания [377];
- теория как разновидность теоретической деятельности (под теоретической деятельностью подразумевается рациональная мыслительная деятельность) [344];
- теория как инструмент для упорядочения и систематизации данных наблюдения [23];
- теория как система абстрактных понятий и утверждений об идеализированном объекте [160];
- теория как модель, которая с помощью абстрактных объектов
описывает некоторые закономерности реальных систем [363].
Из приведенного списка, который далеко не является исчерпывающим, видно, что задача выработки исчерпывающего и строгого определения термина «Теория» является чрезвычайно сложной. В работе Л. Б. Баженова [23] показано, что ее решение возможно только в рамках создания новой научной дисциплины, объектом изучения которой были бы отдельные научные теории (теории теорий). Поэтому авторы идут по пути создания определений под конкретную цель своего исследования.
Для того чтобы выработать рабочее определение термина «Теория», мы обратились к работам философов, работающих над проблематикой научных теорий, с целью выявить подходы, пользуясь которыми, они вводят собственную трактовку термина.
Классификация теоретических методов получения физических знаний
Теоретические методы получения физических знаний весьма многочисленны и разнообразны. Поэтому поиск логических схем, раскрывающих их содержание, удобно осуществлять поэтапно: сначала выделить логические схемы, соответствующие одному типу ТМПФЗ, затем другому и т.д. В этом случае меньше вероятность упустить из виду какую-либо из множества искомых схем. Кроме того, важно, что полученные логические схемы будут сразу укладываться в систему и ими удобно будет воспользоваться в ходе дальнейшего исследования.
Один из возможных путей классификации - принять за основу примеры общенаучных методов познания (моделирование, мысленный эксперимент, выдвижение гипотезы и др.) и поставить в соответствие каждому из перечисленных терминов одну или несколько логических схем деятельности. Однако, как показано в главе 1, перечень общенаучных теоретических методов познания, во-первых, существенно различается у разных авторов, во-вторых, не основан на каком-либо одном определенном признаке классификации. Отсюда можно заключить, что такой путь неудобен: логические схемы будут повторяться, включаться одна в другую (например, в ходе моделирования может быть использован метод аналогий, в ходе идеализации — метод моделирования и т.п.). В итоге получим не систему логических схем, а некоторый конгломерат из действий, которые, с одной стороны, дублируют друг друга, с другой — не являются достаточными для решения многих познавательных задач, которые могут быть сформулированы на базе школьного курса физики и решены теоретическим путем.
В связи с этим возникла потребность предложить удобный для целей выявления логических схем деятельности признак классификации и выделить типы ТМПФЗ в соответствии с этим признаком. Поскольку для выделения содержания деятельности необходимо сначала четко указать конечный продукт и его свойства, мы предложили классификацию по типам конечных продуктов, которые ученые получают в ходе применения ТМПФЗ.
Результаты такой работы представлены в таблице 10. Согласно проведенной нами классификации, теоретические методы получения физических знаний подразделяются на два большие класса: методы построения систем физических знаний и методы получения отдельных физических знаний (табл.10, столбец 1). Методы получения отдельных физических знаний являются составляющими по отношению к методам построения систем физических знаний, однако многие из них могут применяться и как самостоятельные.
