Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Проблема формирования мировоззрения учащихся старших классов общеобразовательной школы при проведении физических измерений 12
1.1. Проблема формирования мировоззрения школьников при обучении физике 12
1.2. Физические измерения как средство формирования мировоззрения 22
1.3. Проблема методики освоения физических измерений в старшей школе...29
Глава II. Теория и методика формирования умений проводить физические измерения при формировании мировоззрения школьников 38
2.1. Концепция формирования мировоззрения при проведении физических измерений 38
2.2. Методика формирования мировоззренческих представлений об измерениях в содержании курса физики 41
2.3. Методика изучения физических измерений в рамках элективного курса..52
Глава III. Экспериментальное доказательство гипотезы исследования 112
3.1. Организация и методика проведения педагогического эксперимента 112
3.2. Анализ результатов формирующего педагогического эксперимента 114
Заключение 124
Библиографический список 125
Приложение 1 140
Приложение 2 143
Приложение 3
- Проблема формирования мировоззрения школьников при обучении физике
- Концепция формирования мировоззрения при проведении физических измерений
- Организация и методика проведения педагогического эксперимента
Введение к работе
Физическое образование в системе общего среднего образования занимает одно из ведущих мест, является фундаментом научного миропонимания, обеспечивает знание основных методов изучения природы, фундаментальных научных теорий и закономерностей и формирование умения исследовать и объяснять явления природы и техники. Физика как школьный предмет призвана участвовать в формировании интеллектуального, понятийного аспекта мировоззрения, современной научной картины мира, являющейся целостной системой представлений об общих свойствах и закономерностях природы.
В соответствии с общими задачами обучения, поставленными государством и обществом перед средней школой, к уровню подготовки выпускников предъявлены следующие требования: освоение экспериментального метода научного познания; владение определенной системой физических законов и понятий; умение воспринимать и передавать учебную информацию; владеть понятиями и представлениями физики, связанными с жизнедеятельностью человека [101, с. 3].
Освоение экспериментального метода в физике подразумевает развитие умения производить физические измерения. В методике обучения физике физическим измерениям всегда уделялось существенное внимание. В учебниках и методических пособиях обязательно рассматриваются физические измерения. Особое внимание учебным физическим измерениям уделяется в работах Ю. И. Дика, Г. Г. Никифорова, В. П. Демковича и др. Отдельные аспекты учебных измерений рассматриваются в публикациях многих ученых-методистов (А. А. Бобров, А. И. Караваев, В. В. Майер, Р. И. Малафеев, В. А. Орлов, А. В. Усова, Т. Н. Шамало, В. Ф. Шилов и др.). Существует программа факультативного курса, рассчитанного для проведения в 7-8 классах и посвященного физическим величинам и их измерению (авторы: Н. К. Гладышева, Ю. И. Дик, Ю. А. Коварский, Г. Г. Никифоров). Ее декларируемые цели — познакомиться с основными методами физической науки, овладеть измерительными и другими экспериментальными умениями. К сожалению, данный курс практически не используется, не создано соответствующих учебных или методических пособий. То же самое можно сказать о программе факультатива для второй ступени
«Методы физико-технических исследований и измерений» (авторы В. В. Бронфман, Ю. И. Дик). Таким образом, с одной стороны, в методике обучения физике осознается потребность более последовательного рассмотрения физических измерений, с другой стороны — явно недостаточно материала для
реализации этой потребности. В частности, не уделяется должного внимания
мировоззренческим аспектам измерений, и в целом системному отношению к учебным физическим измерениям.
Практически во всех известных работах реализован (да и то частично)
лишь операциональный подход к физическим измерениям (обычно описывает
ся процедура проведения и обработки результатов измерения). Так в книге
А. В. Усовой и 3. А. Вологодской «Самостоятельная работа учащихся по физике
в средней школе» (1983) приводится пример такого плана проведения измере
ний. Лишь в некоторых работах измерение рассматривается по своей сути как
явление физического взаимодействия объекта с прибором, однако это рассмот
рение остается теоретически общим, бедным в прикладном плане
> (В. В. Мултановский, Ю. А. Сауров, Л. Р. Стоцкий и др.). Проблема формирова-
ния мировоззрения при проведении физических измерений как исследовательская проблема вообще не ставится, хотя из сказанного следует, что на современном этапе совершенствования теории и практики обучения физике развитие школьников средствами предмета носит приоритетный характер.
В настоящее время можно утверждать, что в методике обучения физике пока мало объективных (и постоянно воспроизводимых) экспериментальных данных о формировании умения проводить измерения различных физических величин, нет мониторинга достижений школьников по усвоению этого качества. Нет данных о вкладе знаний об измерении (как процессе и результате) в формирование мировоззрения школьников. Отсюда и острота обозначаемой проблемы.
Осенью 2001 года нами было проведено пробное тестирование учащихся
XI класса ряда школ Кировской области на предмет сформированности у них
умений проводить физические измерения. Один вариант теста приводится в ра
боте [48, с. 17-18]. Обобщенные результаты таковы: 75% учеников понимают,
* зачем проводятся измерения величин в физике, 35% — знают, зачем определя-
ют погрешность при измерениях, но на практике свои знания не подтверждают (задание на измерение длины и объема тела все 100%) учеников выполняют на бытовом уровне, без погрешности), теоретически умеют определять погрешность на уровне 7 класса только 24% тестируемых, но на практике и этого нет. Школьники не понимают, когда и каким образом необходимо выполнять множественные измерения для того, чтобы уменьшить случайные погрешности, какие физические величины можно измерить прямыми измерениями, а какие лишь косвенно (80%). Многие из учеников понимают, что состояние прибора при измерениях меняется всегда, но лишь 2% отмечают, что и объект измерения тоже всегда меняется.
Анализ полученных данных и наш опыт преподавания физики и наблюдения учебного процесса в средней школе позволяют утверждать, что типичными являются следующие недостатки: обучающиеся, производя измерения, часто не умеют вычислять погрешности измерений, а абсолютное большинство не по-.: нимают, зачем их вообще нужно вычислять, на практике за технической стороной измерений отходит на дальний план физика процесса.
Одной из причин ограниченного рассмотрения физических измерений является слабое внимание к ним в типичных учебниках [104-106, 147, 149 и др.]. Так, например, в учебно-методическом комплекте А. В. Перышкина, Е. М. Гутник измерениям на первой ступени обучения физике уделяется не мало внимания в VII классе, но только процессуальной их стороне. При этом каждое конкретное измерение проводится в среднем 1-2 раза, чего явно недостаточно для прочного формирования измерительного умения. Что же касается научности измерений, то после изучения погрешностей, знания о них используются только в двух лабораторных работах. При обучении физике в VIII классе по учебнику этих же авторов, знание о погрешности измерений никак не используется. Ситуация повторяется в IX классе. Методологические аспекты измерительного процесса в методике обучения физике осознаны слабо, их возможности не выявлены, поэтому они обычно не рассматриваются вообще. Физическая суть измерений, как правило, упускается. Возможно, дело в том, что изучать физические измерения системно в VII классе рано, а в старшей школе к
измерениям больше специально не возвращаются. Только в последнее время резко возрастает внимание к физическому эксперименту (В. Г. Разумовский, В. А. Орлов, Ю. И. Дик, Г. Г. Никифоров, В. Ф. Шилов). Но отношение к измерениям остается прежним.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что проблема осознанного проведения измерений на уроках физики в общеобразовательной школе, во-первых, теоретически и экспериментально фиксируется, во-вторых, является актуальной.
Объектом исследования является процесс формирования мировоззрения школьников при обучении физике в старших классах общеобразовательной школы.
Предмет исследования— формирование элементов современного научного мировоззрения школьников при системном изучении физических измерений с усилением акцента на их методологические аспекты.
Цель исследования: разработка методики системного подхода,к проведе
нию физических измерений, приводящей к формированию элементов методо-
логической культуры учащихся.
Гипотеза исследования: если усилить внимание к методологическим аспектам процесса физических измерений и учесть это в технологии проведения измерений, то это будет способствовать:
а) более системному и осознанному представлению о физических измере
ниях, в частности пониманию их смысла и значения;
б) более полному представлению о современном научном методе познания;
в) формированию обобщенных умений проводить физические измерения.
Из гипотезы и цели исследования вытекают следующие задачи исследования:
изучить теоретическое состояние проблемы формирования мировоззрения школьников при проведении учебных физических измерений;
изучить опыт методик физики по формированию умений производить измерения на уроках физики, зафиксировать проблемы практики освоения этих умений;
разработать методику формирования мировоззрения школьников при проведении физических измерений;
4) предложить разработанную методику для апробации в средней школе, проверить эффективность предлагаемой методики в реальном учебном процессе.
При организации исследования используются следующие концепции и положения:
- методология естественнонаучного познания (В. Б. Губин, Л. М. Гутнер,
B. С. Степин, Г. П. Щедровицкий и др.);
теория формирования обобщенных умений (А. В. Усова);
концепция научного познания в обучении (В. Г. Разумовский,
C. А. Шапоринский и др.); идеи деятельностного подхода (Э. Г. Юдин,
А. Н. Леонтьев, Н. Д. Никандров); теория поэтапного формирования умствен
ных действий (П. Я. Гальперин); теория развивающего обучения
(В. В. Давыдов, Л. В. Занков и др.);
идеи использования методологии научного познания в обучении физике (А. Н. Малинин, В. В. Мултановский, В. Г. Разумовский, Ю. Д. Сауров, А. В. Усова и др.);
идеи усиления роли экспериментального метода в развитии способностей школьников (Г. А. Бутырский, Г. Г. Громыко, В. В. Майер, Р. В. Майер, Р. И. Малафеев, С. И. Объедков, В. Г. Разумовский, С. А. Хорошавин, Т. Н. Шамало и др.)
В исследовании использовались следующие методы и методики: теоретические: анализ литературных источников на предмет раскрытия в них интересующей нас проблематики; разработка теоретических моделей формирования мировоззрения школьников при проведении физических измерений; практические: тестирование группы обучающихся на предмет сформированное умения проводить физические измерения; анкетирование группы учителей физики Кировской области с целью определения того, какое внимание измерениям они уделяют на своих уроках; педагогический эксперимент по апробации разработанной в процессе исследования методики; тестирование обучающихся контрольных и экспериментальных классов, для того чтобы выявить эффективность разработанной методики.
В результате выполненного исследования получены следующие научные результаты:
1. Разработана научно-методическая концепция системного освоения фи
зических измерений в школе, включающая следующие ключевые идеи:
а) физические измерения как экспериментальный метод имеют самостоя
тельное значение. Как элемент физические измерения входят в содержание фи
зического эксперимента и теоретического исследования;
б) школьное учебное физическое измерение— сложный по материалу,
процессам и приемам вид учебной деятельности, который должен быть специ
ально организован и усвоен; в качестве материала и приемов работы могут
быть использованы все известные знания и виды деятельности, но они должны
быть подчинены логике проведения и смыслу физических измерений;
в) содержание школьных учебных физических измерений включает рас
смотрение четырех аспектов (методологического, физического, процедурного и \
творческого), которые единообразно и взаимодополняюще рассматриваются
для разных явлений с организацией разных форм деятельности (демонстраци
онный эксперимент, фронтальный эксперимент, лабораторная работа, индиви
дуальный эксперимент и др.);
г) по функциям и мировоззренческому значению физические измерения
должны рассматриваться как метод познания реальных объектов и явлений в
разных сферах деятельности человека — быту, производстве, науке;
д) диагностика знаний и умений при освоении учебных физических изме
рений дифференцирована по уровням усвоения, включает проверку всех сторон
(аспектов) измерения.
2. Разработана методика освоения физических измерений в старшей шко
ле, представленная:
а) содержанием отдельных вопросов школьного курса физики для после
довательного и системного рассмотрения физических измерений в курсе физи
ки X-XI (XII) классов общеобразовательной школы;
б) программой, пособием, методикой организации занятий по элективному
курсу «Физические измерения в познании природы», в которых представлены
методологическое содержание физических измерений, образцы вопросов, задач для контроля и самоконтроля знаний и умений, образцы инструкций для лабораторных работ;
в) дидактическими материалами (заданиями и тестами) для диагностики знаний и умений школьников; учебными исследовательскими проектами для формирования творческого отношения к проведению физических измерений.
3. Получены экспериментальные данные усвоения школьниками и учителями отдельных элементов знаний методологического характера в условиях формирующего обучения, что позволяет корректировать нормы усвоения знаний об учебных физических измерениях.
Теоретическая значимость исследования заключается в определении системного отношения к усвоению учебных физических измерений в старших классах средней школы, а также в разработке на уровне методики обучения физике методологических (мировоззренческих) аспектов физического измерения как метода познания.
Практическая значимость заключена в конкретных методических рекомендациях для учителей физики, в использовании элементов методики системного изучения учебных физических измерений учителями Кировской области, через публикации — учителями страны.
На защиту выносятся положения:
Концепция системного освоения физических измерений в школе.
Методика освоения физических измерений в старших классах средней школы.
Экспериментальное доказательство гипотезы исследования.
В результате исследования опубликовано 11 работ, в том числе 1 монография [4], 2 учебных пособия [9, 12], 2 статьи в центральной печати [6, 11], 6 статей [9,10, 3, 5, 7, 8].
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка (173 источника) и трех приложений. Общий объем диссертации 159 страниц; она содержит 28 рисунков и 7 таблиц.
В первой главе «Проблема формирования мировоззрения школьников при проведении физических измерений» обосновывается наличие методической проблемы при усвоении учебных физических измерений в старшей школе, разрабатывается теоретическое основание для ее решения.
В первом параграфе «Проблема формирования мировоззрения школьников при обучении физике» раскрываются основные особенности формирования мировоззрения учащихся средствами учебной физики. В параграфе делается вывод о том, что в целом закладывается методический фундамент для прикладных работ нового поколения (методологического содержания).
Во втором параграфе «Физические измерения как средство формирования мировоззрения» рассматриваются методологические аспекты физических измерений (в том числе, учебных физических измерений), изучение которых несет основную формирующую функцию в ключе проблематики, обозначенной в гипотезе данного исследования. В параграфе показывается мировоззренческая значимость физического измерения в науке и обучении школьников.
В третьем параграфе «Проблема методики освоения физических измерений в старшей школе» рассматриваются проблемы изучения учебных физических измерений в старших классах общеобразовательной школы. В параграфе описывается результат диагностирования состояния знаний об учебных физических измерениях для группы учащихся старших классов нескольких школ и анкетирования некоторого количества учителей физики Кировской области, а также краткий анализ учебной и методической литературы, используемой при изучении физики в школе. Кроме того, анализируются новые школьные учебники. Можно проследить возвращение интереса к учебному эксперименту у некоторых авторов учебников.
В параграфе делается вывод, что методика изучения физических измерений в школе востребована, экспериментальные данные показывают актуальность данного исследования: тот факт, что в школе мало уделяется внимание мировоззренческим вопросам физических измерений, приводит в частности к недостаточно осознанному отношению к процедуре измерения, а в целом не дает ученикам правильного представления о современной научной парадигме
(деятельностный подход, ограниченность, модельность познания и т. п.), что не позволяет говорить о полноценном формировании современного научного мировоззрения в аспекте темы.
Во второй главе «Теория и методика формирования умений проводить физические измерения при формировании мировоззрения школьников» излагается концепция формирования мировоззрения при изучении физических измерений, а также дается пример построения методики изучения школьных учебных физических измерений на основе разработанной концепции.
В первом параграфе «Концепция формирования мировоззрения при проведении физических измерений» строится соответствующая концепция.
Во втором параграфе «Методика формирования мировоззренческих представлений об измерениях в содержании курса физики» рассматриваются основы построения содержания школьных учебных физических измерений, определяется содержание методологии физических измерений. В параграфе, формулируются требования к содержанию методологии физических измерений применительно к старшей школе.
В третьем параграфе «Методика изучения физических измерений в рамках элективного курса» описывается разработанный нами элективный спецкурс для изучения школьных учебных физических измерений в X-XI (XII) классах.
Третья глава «Экспериментальное доказательство гипотезы исследования» содержит описание организации и методики проведения педагогического эксперимента по проверке выдвинутой в работе гипотезы, а также анализ его результатов.
В первом параграфе «Организация и методика проведения педагогического эксперимента» описывается общая структура педагогического эксперимента, перечислены этапы экспериментально-измерительной деятельности.
Анализ полученных в формирующем педагогическом эксперименте данных проводится во втором параграфе «Анализ результатов формирующего педагогического эксперимента».
Проблема формирования мировоззрения школьников при обучении физике
Известно, что не все выпускники школы связывают свою дальнейшую деятельность с физикой. Здесь возникает вполне правомочный вопрос (часто задаваемый учащимися на уроках): зачем вообще нужно изучать физику в школе всем учащимся, независимо от их интересов? Один из ответов звучит так: «Ядро содержания школьного образования в современном, быстро меняющемся мире должно включать не только необходимый комплекс знаний и идей, но и универсальные способы познания и практической деятельности. Школа должна учить детей критически мыслить, оценивать накопленные человечеством культурные ценности. Физика, как наиболее развитая естественная наука, занимает особое место в общечеловеческой культуре, являясь основой современного научного миропонимания. Это определяет и значение физики как учебного предмета в системе школьного образования. Раскрытие общекультурной значимости физики— науки и формирование на этой основе научного мировоззрения и мышления составляют две приоритетные задачи при всех ... профилях обучения» [101, с. 88-89]. Ради достижения этих целей прежде всего и ведется в общеобразовательной школе предмет «Физика».
Прежде чем обсуждать роль учебной физики в формировании мировоззрения школьников необходимо хотя бы кратко рассмотреть вопрос о том, что такое мировоззрение вообще и какова роль физики как науки для его становления. Вообще говоря, философское понятие мировоззрения развито довольно подробно в работах многих авторов (см., например, в [1, 41, 68, 93, 166, 171]).
Однако некоторые особенности современного состояния науки необходимо, на наш взгляд, еще раз отметить. Прежде всего, «мировоззрение — система наиболее общих представлений о мире в целом и месте человека в этом мире» [68].
Существуют разные типы мировоззрения: научное, религиозное и др. Исходя из наших задач, мы будем рассматривать именно научное мировоззрение, которое представляет собой теоретическую систему обобщенных научных знаний о мире и о месте человека в нем, причем конкретно естественнонаучное.
Мощанский В. Н. выделяет следующие компоненты научного мировоззрения. Прежде всего, это взгляды и убеждения, являющиеся основными структурными единицами, компонентами мировоззрения. Затем, в состав мировоззрения входят научные знания, являющиеся предпосылкой и основой его формирования. «В связи с этим в педагогической науке выдвигается задача — выделить ведущие мировоззренческие понятия и идеи и определить мировоззренческое содержание школьного образования по каждому предмету, т. е. определить тот содержательный базис учебного материала, на основе которого будет осуществляться формирование мировоззрения» [93, с. 6-7].
Почему же именно в физике как учебном предмете наиболее выпукло задается вопрос о мировоззренческой функции физики как науки? Согласно определению, данному в Физическом энциклопедическом словаре, физика — наука «о формах материи..., которые входят в состав любых сложных материальных систем, о взаимодействии этих форм материи и их движении» [93, с. 7]. Таким образом, физика в естественнонаучном плане рассматривает такие категории, как материя, пространство и время, движение и взаимодействие, причинность и закономерность. Все эти категории сугубо мировоззренческие, и, раскрывая представления физики как науки по этим проблемам, мы как раз будем формировать у учащихся научное понимание мира.
Одной из форм взаимосвязи физики с философией (основной мировоззренческой науки) является то, что в ней формируется собственная (так называемая физическая) картина мира. Следовательно, «...формирование у школьников представлений о физической картине мира (ФКМ) есть один из основных компонентов процесса формирования научного мировоззрения» [93, с. 7]. Физика как наука включает в себя также и теоретико-познавательные принципы, методы и средства. Поэтому компонентом процесса формирования научного мировоззрения при обучении физике также будет являться формирование знаний о процессе научного познания. У В. Н. Мощанского этот компонент называется после формирования представлений о ФКМ, то есть вторым компонентом. Тем не менее, нужно признать, что формирование физических теорий и методов научного познания неразрывно взаимосвязаны. Поэтому выделять здесь приоритеты довольно сложно.
В состав мировоззрения входят не только знания, но и личностные установки, регулирующие познавательную деятельность человека,— принципы, нормы мышления. Так как «...физика оказывает влияние на другие естественные науки не только своим содержанием, но и своими методами, принципами подхода к решению проблем, то она в большой мере определяет стиль научного мышления вообще» [93, с. 7]. Поэтому третьим компонентом процесса формирования мировоззрения при обучении физике будет являться формирование у учащихся элементов научного мышления.
Четвертым компонентом процесса формирования научного мировоззрения школьников является формирование убеждений (мировоззренческие идеи должны быть не только осознаны, но приняты внутренне как свои).
Вообще говоря, вопросы формирования научного мировоззрения на уроках физики возникли довольно давно, и в методической литературе проработаны достаточно широко (В. Н. Мощанский, В. В. Мултановский, В. Г. Разумовский, Ю. А. Сауров, Н. В. Шаронова и др.). Однако есть проблема с частными методиками. Кроме того, философская парадигма современной науки несколько отличается от классического диалектического материализма, на основе которого разрабатывались методики 70-80-х гг. Поэтому есть смысл выделить и зафиксировать основные черты современного научного познания.
В современной науке все более и более стираются границы между естественнонаучными и социально-гуманитарными дисциплинами. Количественные методы описания явлений все глубже проникают в гуманитарные исследования и теории, в современном естествознании (в том числе и в физике) все чаще говорят о человеческом факторе. Связано это прежде всего с тем, что язык описа ния явлений природы является продуктом человеческой познавательной деятельности и определяется характером (и результатом) этой деятельности. Уже само выделение объектов окружающего мира есть определенно субъективное действие, выполняемое человеком благодаря такому качеству его сознания как относительная устойчивость ощущений (В. Б. Губин, см. подробнее [42]). Тем более это верно для научных теорий, в основе которых лежат абстрактные модели реальности, сконструированные учеными. Познавательная деятельность человека традиционно разделяется на практическую (наблюдения, эксперимент, измерения, бытовая деятельность) и теоретическую (мысленную). Однако даже практическая деятельность познающего субъекта тесно связана с мысленной деятельностью. Практические действия классифицируются как таковые именно в сфере идеального, в мысленном отражении субъектом состояний и процессов среды. Отсюда следует вывод, что «вся структурирующая деятельность сосредоточена в сфере субъективного, «мысленного» [42, с. 197]. В целом такой подход продуктивен не только в науке, но и в обучении.
Современное научное познание опирается на эксперимент и теорию. Здесь под экспериментом мы будем понимать любую практическую деятельность познающего субъекта (целенаправленные наблюдения, эксперимент, измерения). Сейчас уже очевидно, что эксперимент прочно связан с теорией. Причем характер связи двухсторонний: планирование и прочая предварительная подготовка практической деятельности осуществляется на основе существующих теоретических представлений, факты же, полученные в результате экспериментов, могут служить для корректировки теории, либо создания новой научной теории. Несмотря на сказанное, связь теории с экспериментом понимается уже далеко не так просто, как это было во времена Галилея и Ньютона. Разберемся в современном понимании природы научных теорий и их связей с практикой.
Концепция формирования мировоззрения при проведении физических измерений
Попытаемся в целом наметить концепцию освоения методологии физических измерений при изучении физики в школе. С нашей точки зрения, содержание методики учебных физических измерений можно выразить в четырех аспектах.
Первый, очень важный, но часто полностью упускаемый из виду аспект — собственно методологический. Здесь рассматриваются смыслы физических измерений при познании природы, раскрывается их ценностное значение, показываются проблемы понимания измерительной деятельности и ее результатов и др. Однако в обучении физике не нужно забывать, что существует еще три аспекта содержания, и только всестороннее рассмотрение физических измерений позволит играть данному методу научного исследования важную роль при формировании научного мировоззрения.
Второй аспект — предметный или физический. Проводя то или иное измерение, ученик должен понимать физическую суть данного конкретного измерительного взаимодействия, строить его теоретическую модель на уровне школьной физики, если это возможно. Тем самым он получает возможность учитывать и уменьшать некоторые погрешности, предлагать более совершенные способы измерения. Кроме того, формирование сопутствующих умений приведет к лучшему пониманию сути естественнонаучного познания и более полному усвоению содержания школьной физики на уровне применения усвоенных знаний и умений. Хотя этот аспект фиксируется в методической литературе [97], однако явно требует дальнейшей, кропотливой проработки.
Следующий, третий, аспект физических измерений— процедурный или технический. Сюда мы относим всю деятельность по получению и обработке данных измерений: определение значения физической величины, его максимальной погрешности, оформление данных в виде таблиц, графиков. Именно эта сторона физических измерений в методической литературе (особенно, не очень давнего прошлого) была представлена наиболее широко [15, 144, 150, 172 и др.]. Однако, как показывает практика, рассмотрение только техники измерительной операции не может привести учеников к осознанному пониманию своей деятельности на лабораторной или практической работе, и, как следствие, к хорошему усвоению самой технической процедуры. Кроме того, плохо развивается интерес к физическим измерениям.
Наконец, четвертый аспект — творческая составляющая учебных физических измерений, которая выражается в умении учащихся самостоятельно подбирать или конструировать средства и методы измерения, планировать и осуществлять согласно плану измерительную деятельность как саму по себе, так и в составе экспериментального исследования. Здесь открывается множество возможностей для поиска, для смелых оригинальных решений, для создания и реализации учебных проектов.
Итак, на наш взгляд, только системный подход к изучению физических измерений как метода познания будет способствовать его эффективному, осознанному усвоению учащимися школы. Ясно, что изучение измерений при таком подходе должно происходить при разумном сочетании теоретического материала с практической деятельностью учеников. Определенные попытки в этом направлении мы предприняли [9, 12]. Тем не менее, пока нельзя говорить об окончательном решении поставленной проблемы.
Подчеркнем, что некоторые вопросы методологии физических измерений могут быть рассмотрены уже сейчас в соответствующих разделах школьного курса физики. Однако основная содержательная нагрузка в любом случае ложится на лабораторные и практические работы, что требует основательной переработки существующих норм выполнения стандартных лабораторных работ. В новых инструкциях должны присутствовать необходимые теоретические сведения, иллюстрации на материале данной работы, контрольные вопросы на проверку усвоения методологических знаний, отраженных в теоретической части инструкции.
Еще большими возможностями в плане усвоения методологии физических измерений обладают факультативные курсы и элективные курсы по выбору. Специально для таких курсов можно разработать новые, оригинальные лабораторные работы, служащие главным образом именно для иллюстрации основных положений методологии и физики измерительных процедур, освоения соответствующей интеллектуальной практики.
В целом, методическая концепция изучения методологии физических измерений представлена следующими идеями:
Физические измерения как экспериментальный метод имеют самостоятельное значение. Как элемент физические измерения входят в содержание физического эксперимента и теоретического исследования.
Школьное учебное физическое измерение— сложный по материалу, процессам и приемам вид учебной деятельности, который должен быть специально организован и усвоен. В качестве материала и приемов работы могут быть использованы все известные знания и виды деятельности, но они должны быть подчинены логике проведения физических измерений.
Содержание школьных учебных физических измерений включает рассмотрение четырех аспектов, единообразно и взаимодополняюще рассматривается для разных явлений с организацией разных форм деятельности (демонстрационный эксперимент, фронтальный эксперимент, лабораторная работа, индивидуальный эксперимент и др.).
По функциям и мировоззренческому значению физические измерения должны рассматриваться как метод познания реальных объектов и явлений в разных сферах деятельности человека — быту, производстве, науке.
Диагностика знаний и умений при освоении учебных физических измерений дифференцирована по уровням усвоения, включает проверку всех сторон (аспектов) измерения.
Организация и методика проведения педагогического эксперимента
Данное исследование является прикладным экспериментально-теоретическим исследованием, поэтому педагогический эксперимент использовался так или иначе на всем протяжении работы. При этом на всех этапах экспериментирования сохранялась связь с практикой преподавания физики в школе (это и обсуждение рассматриваемых в работе вопросов с экспертами, и проведение поискового и контрольного тестирования различных групп учащихся, и обсуждение результатов промежуточных исследований на творческих лабораториях, конференциях учителей и т. п.)
Мы осознаем, что в диссертационном исследовании педагогический эксперимент является модельным. Он направлен на доказательство гипотезы. Поэтому с самого начала шел поиск методик измерения достижений школьников при изучении физических измерений в ключе гипотезы данного исследования: системного и осознанного представления о физических измерениях, сформированное обобщенных умений проводить физические измерения.
Для накопления экспериментальных фактов осуществлялся поисковый эксперимент в несколько временных этапов, а также поиск данных в литературных источниках.
Первый этап поискового эксперимента проводился с целью обозначения актуальности ведения исследований в выбранном нами направлении. Данный этап был проведен на базе XI классов ряда школ Кировской области. Основные полученные результаты были описаны во Введении в данной работе.
Второй этап поисковой работы заключался в выделении элементов усвоения знаний и умений учащихся, касающихся физических измерений, а также разработке материалов для их диагностирования и проведение собственно более глубокого диагностирования наличных знаний и умений учащихся и учителей. Результаты диагностирования школьников, изучающих физику углубленно (Кировский физико-математический лицей, Слободская гимназия) были опубликованы в работах [5, 6,9], а также приводятся в данной работе выше (параграф 1.3).
Диагностирование учителей производилось по двум видам диагностических материалов: сначала, в 2001-2002 гг. по материалам, приведенным в Приложении 2, затем, в 2004 г., по материалам из Приложения 3. Результаты первого диагностирования опубликованы в [7]. В данной работе результаты диагностики учителей физики также приводятся в параграфе 1.3.
Поиск данных в литературных источниках результатов практически не дал. Единственный источник, в котором целенаправленно исследовались знания учащихся о физической стороне измерительной операции— [127]. Также, как было упомянуто выше, очень мало публикаций, посвященных исследованию формирования мировоззрения школьников на уроках физики вообще [125].
По поисковому этапу эксперимента можно сделать вывод, что назрела необходимость более системного, многостороннего изучения физических измерений в школе.
Завершающим этапом экспериментальной работы по проверке нашей гипотезы стал формирующий эксперимент, реализующий разработанную нами концепцию системного изучения физических измерений. Данная деятельность также была многокомпонентной. На первом этапе проводилась апробация самостоятельной работы учащихся с пособием [12]. С этой целью были выбраны несколько городских и сельских школ (г. Кирово-Чепецк, с. Шестаково и др.). К сожалению, из-за возникших организационных трудностей отклик данного эксперимента получился достаточно незначительный, что понудило продолжить дальнейшую работу по совершенствованию содержания, методики проведения и диагностирования результатов педагогического эксперимента. Тем не менее, нами был установлен однозначный интерес обучающихся к рассмотрению элементов методологии современной науки на уроках физики.
Второй этап формирующего эксперимента связан с разработкой элективного курса «Физические измерения в познании природы» и апробацией его на практике. Для реализации элективного курса привлекались школы Кировской области (г. Киров, с. Шестаково), а также г. Глазова. Кроме того, автором была прочитана лекция на курсах повышения квалификации учителей физики в Кировском институте повышения квалификации и переподготовки работников образования в октябре 2004 года.
С целью получения результатов организованного нами педагогического эксперимента была установлена обратная связь посредством проведения тестирования по диагностическим материалам (см. Приложение 3), а также сбором и анализом отчетов к лабораторным работам некоторых обучающихся.
При организации эксперимента перед нами встало несколько проблем. Главной трудностью при проведении эксперимента явилось выделение временного ресурса для проведения занятий по разработанной методике. Немаловажен тат факт, что недостаточен уровень методологической подготовки учителя.
