Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1.
МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ КАК ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ. 11
1.1. История развития проблемы межпредметных связей 11
1.2. Классификация, функции и определение межпредметных связей; 20
ГЛАВА 2 28
СОДЕРЖАНИЕ ШКОЛЬНОГО КУРСА ФИЗИКИ СВЯЗАННОГО С ХИМИЕЙ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ 28
2.1. Связность школьных курсов физики и химии на основе графовой модели межпредметных связей 28
2.2. Анализ содержания школьных курсов физики и химии на основе информационной модели межпредметных связей 49
2.2.1. Информационная модель межпредметных связей и ее количественные характеристики 50
2.2.2. Проектирование содержания курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей 58
ГЛАВА 3 69
Модульное обучение как организационная сторона реализации межпредметных связей физики с химией 69
3.1. Определение понятия модуля и история развития модульного обучения 69
3.2. Психологическое обоснование модульного обучения 79
3.3. Модульное обучение физике в школе методом межпредметных кейсов 85
ГЛАВА 4 89
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 89
4.1. Этапы педагогического эксперимента 90
4.2. Результаты педагогического эксперимент 99
Заключение 107
Литература
Приложение 124
- История развития проблемы межпредметных связей
- Связность школьных курсов физики и химии на основе графовой модели межпредметных связей
- Определение понятия модуля и история развития модульного обучения
Введение к работе
Общая характеристика исследования
Еще с^ момента возникновения предметного обучения образовалось противоречие между необходимостью обеспечения непрерывности и единства учебного процесса и его дискретным характером. По мере дифференциации наук система школьного образования, пытаясь соответствовать уровню потребностей в знаниях, умениях, навыках, определяемым рынком труда, включает в учебные планы все новые предметы, ориентированные на профильное обучение. Это проводится за счет сокращения числа часов, отводимых на изучение естественнонаучных курсов, среди которых курс физики занимает первые позиции. Обозначенная тенденция становится все более устойчивой, хотя и слывет малоперспективной, так как в итоге снижается глубина изучения учебного материала по физике, теряется целостность восприятия учащимися картины окружающего их Мира. В этих условиях более глубокому пониманию внутренней логики курса физики может способствовать установление МПС с курсом, содержащим систему знаний, и методов науки физики. Общепризнанно, что таковым является курс химии, в котором используются родственные с физикой понятия, законы, теории.
Проблема заключается в невысоком уровне эффективности учебного процесса по физике, вызванном недостаточной разработанностью межпредметного пространства курсов физики и химии, содержание которых опирается на родственные модели и понятия при описании строения вещества, явлений электролиза, радиоактивности и прочих.
Проблема вытекает из противоречия между объективно существующими межпредметными связями физики с химией и недостаточной согласованностью (связанностью) школьного курса физики с курсом химии.
Обозначенное противоречие может быть снято с помощью построения системы межпредметных связей (МПС) физики с химией, разработанной на
4 основе количественных методов, позволяющих проектировать оптимальное^ межпредметное содержание физики, отвечающее требованию информационных ограничений.
Сегодня еще не введены Государственные образовательные стандарты для школьного образовательного уровня, разработка которых началась в рамках реализации Программы модернизации образования. Однако"уже появилось отвечающее новым требованиям, поколение школьных учебников физики. Среди них курсы физики для 7-9-х классов А.В. Перышкина; СВ. Громова, Н.А.Родиной; не имеющий аналогов двухуровневый курс Н.С. Пуры-шевой и Н.Е. Важеевской; курс СВ. Громова, Н.В. Шароновой и других. Выбор имеется и в серии новых курсов химии для 8-9-х классов, куда входят курсы О.С Габриеляна; Р.Г. Ивановой; Л.С Гузей и других.
Несмотря на то, что авторы этих и других учебников безусловно учитывают существующие исследования межпредметных связей физики с химией, проблему нельзя считать до конца решенной прежде всего потому, что эти исследования не опираются на количественные методы, позволяющие быстро проектировать оптималькое межпредметное содержание учебного курса физики с учетом его связей с химией.
Поэтому направление исследований МПС физики с химией в сторону проектирования содержания школьного курса физики на основе количественных методов является перспективным и актуальным. Что и обусловило выбор темы исследования «Проектирование содержания курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей» (на примере связи с курсом химии 8-9-х классов).
Объект исследования. Межпредметное содержание учебных курсов.
'Оптимизация создает благоприятные условия для четкого, целенаправленного и эффективного управления учебным процессом; оптимизации подлежат содержание и объем учебных программ, средства и методы обучения, структура урока. Индивидуальная и групповая деятельность учащихся, учебные и контрольные задания и т.д. (Бабанский Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса.- М.: Просвещение, 1978.-175с.)
Предмет исследования. Проектирование межпредметного содержания школьного курса физики связанного с химией.
Цель исследования. Спроектировать содержание курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей.
Возможность достижения цели исследования подтверждалась проверкой следующих гипотез:
Связность школьного курса физики с химией может быть достигнута, если его межпредметное содержание проектировать на основе информационной модели МПС.
Эффективность обучения физике будет возрастать, если спроектированное на основе информационной модели МПС содержание модулей физики изучать методом межпредметных кейсов.
В качестве методологической основы данного исследования использованы:
труды известных педагогов, глубоко исследовавших роль и место ВПС и МПС в учебном процессе и продвинувших их понимание на качественном уровне: Н.С. Антонова, И.Ф. Борисенко, Ш.А. Бакмаева, И.И. Гайдукова, Ш.И. Ганелина, А.И. Гурьева, В.А. Далингера, Б.П. Есипова, В.Ф. Ефи-менко, И.Д. Зверева, Л.Я. Зориной, Т.А. Ильиной, В.Н. Келбакиани, И.С. Ка-расовой, П.Г. Кулагина, И.Я. Ланиной, Н.А. Лошкаревой, В.Н. Максимовой, В.Е. Медведева, П.Н. Новикова, П.И. Образцова, И.Т. Огородникова, А.В. Петрова, В.Н. Ретюнского, Н.А. Сорокина, А.В. Усовой, В.Н. Федоровой, Г.Ф. Федорец, Н.М. Черкес-Заде, В.П. Шумана, Е.И. Щукиной, В.Н. Янцен, О.А. Яворук и других;
труды психологов в области теории мышления и теории деятельности, идеи которых положены в основу развивающего обучения: В.В. Давыдова, Л.В. Занкова, П.И. Зинченко, Г.В. Репкиной, В.В. Репкина, Г.К. Середы, Д.Б. Эльконина, а также создателей теории поэтапного формирования умственных действий: П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной и теории социального научения А Бандуры;
/
труды, в которых предлагаются количественные подходы к решению педагогических задач: СИ. Архангельского, И.И. Лихтштейна, В.П. Ми-зинцева, A.M. Сохора;.
дидактические исследования вопросов построения и оптимизации учебного процесса: СИ. Архангельского, Ю К. Бабанского, В.В. Краевского;
исследования в областях конструирования содержания курсов физики и методики обучения физике: Д.А. Исаева, СЕ. Каменецкого, А.Н. Мансурова, Н.С Пурышевой, Н.В. Шароновой;
труды известных педагогов: В.В. Лаптева, B.C. Леднева, И.Я. Лер-нера, В.И. Тесленко, А.П. Тряпициной.
Задачи исследования;
Изучить состояние проблемы способов представления межпредметных связей на качественном и количественном уровнях их описания.
Построить межпредметные пространства школьных курсов физики на основе графовой модели МПС, установив иерархию используемых в физике элементов знаний базового курса химии с помощью количественных характеристик модели - длины и силы межпредметной связи, выделить наиболее значимые.
Рассчитать связность различных курсов физики с химией, провести сравнение и анализ полученных результатов.
На основе информационной модели межпредметных связей провести оптимизацию межпредметного содержания физики и химии и исследовать его соответствие информационным ограничениям.
Разработать технологию обучения физике, эффективность которой обеспечивается модульной системой ее организации, формированием учебной информации и дидактических процессов внутри модуля на основе межпредметных связей.
В условиях педагогического эксперимента:
проверить сформулированные в исследовании гипотезы;
Современная технология реализации МПС - модульная; позволяет формулировать перспективные и частнодидактические цели по организации ин-тегративной познавательной деятельности школьников с модулями, а также разноуровневой самостоятельной работы с отдельными элементами модуля, этапы которой согласуются с психологическими закономерностями учебного процесса.
Теоретическая значимость работы заключается в расширении представлений об МПС, что подразумевает: уточнение понятия «направление реализации МПС»; уточнение способа передачи МПС в рамках их информационной модели с помощью введенного понятия семантического состояния физического элемента знания; экстраполяцию информационной модели МПС на школьный курс физики, связанный с химией, и проектирование оптимального межпредметного содержания по физике в соответствии с информационными ограничениями.
Практическая значимость исследования состоит в том, что приложение информационной модели к школьным курсам физики и химии позволило проектировать содержание физического образования, в. виде смысловых структур, предваряя конструирование учебного процесса. Смысловые структуры можно не только оптимизировать с позиций связности содержания курса физики 7-9-х классов с курсом химии 8-9-х классов, но и привести в соответствие с информационными ограничениями восприятия учащимися учебной информации. Даются количественные ориентиры для практической деятельности педагогов, занимающихся разработкой содержания школьного физического образования.
Кроме того, открываются возможности для перестройки практики обучения физике на межпредметной основе. Примером чему могут служить разработанные для учащихся межпредметные кейсы, включающие информационно-методические материалы для учащихся 7-9-х классов. Кейс включает: подробную рабочую программу; план - вопросник; методические указания к решению типовых задач; набор самостоятельных заданий, смысловые струк-
9 туры, как входящих в модуль параграфов, так и семантических состояний родственных с химией понятий. Применение приведенных разработок в учебном процессе повышает его эффективность.
Основные положения, выносимые на защиту:
Приложение информационной модели МПС к школьному курсу физики позволяет выделить прямые и обрагные межпредметные связи физики с химией и наиболее значимые, родственные обоим курсам, элементы знаний (понятия, законы, теории и пр.), установить степень связности курса физики с химией и проследить изменение информационного объема выделенных элементов знаний при их переходе в содержании физики от одного семантического состояния к другому, что, в свою очередь, позволяет оптимизировать содержание физики в соответствии с информационными ограничениями.
Выявленная корреляция этапов теории поэтапного формирования умственных действий (ТПФУД) П.Я. Гальперина для детей младшего школьного возраста и теории социального_научения А Бандуры позволила установить последовательность и содержание этапов изучения учебного модуля по физике в соответствии с психологическими закономерностями процесса обучения.
Предлагаемая модульная организация обучения физике, направленная на изучение физического содержания с помощью межпредметных кейсов, способствует развитию общеинтеллектуальных видов деятельности, формированию у учащихся естественнонаучного мировоззрения и целостных представлений об окружающем их Мире.
Апробация результатов исследования проводилась
за рубежом: 2007г. - г.Токио, Япония (доклад, публикация);
в России: на международных конференциях: 2004-2005г.- г. Пенза (публикации); 2007г. - г. Владивосток (доклад, публикация); на всероссийских, региональных и межвузовских конференциях:
10 2003-2007 г. - г. Владивосток (ежегодные доклады, публикации), 2005 г. -г.Хабаровск (доклад, публикация).
Результаты исследования изложены в 14 публикациях, в том числе: одна - в журнале из перечня, рекомендованного ВАК РФ («Химия в школе»), восемь - в материалах международных и всероссийских конференций, пять - в тезисах докладов конференций.
, Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (173 наименования), 5 приложений. Работа содержит 123 страницы основного текста, 19 рисунков, 22 таблицы, 2 схемы.
История развития проблемы межпредметных связей
Необходимость формирования целостных, интегральных представлений о Природе на основе естественнонаучного знания, находится в диалектическом противоречии с предметным обучением, что порождает одну из основных проблем системы дифференцированного образования. Классик педагогики ЯЛ. Коменский утверждал: "Всё, что находится во взаимной связи, должно преподаваться в такой же связи, ибо это весьма важно для формирования системных знаний." [69] По мнению ЯЛ. Коменского, нужно "учить всех всему". Он говорил о том, что школа должна давать детям всестороннее образование, которое развивало бы их ум, нравственность, чувства и волю.
Джон Локк, известный педагог и философ XVII в., полагал, что у каждого субъекта есть стержень, вокруг которого объединяются знания, полученные им при помощи органов чувств. Таким стержнем он считал идею-, которая заключается в том, что содержание одного предмета должно наполняться определениями, элементами и фактами из другого предмета, с целью получения знаний не только по основам наук, но и разнообразных умений для их практического применения в жизни.[92] О связях в преподавании учебных предметов высказывались такие педагоги и дидакты, как И. Гербарт [35], И. Песталоцци [114], А. Дистерверг [52] и др. Они понимали значение связей между учебными предметами как способ получения более глубоких знаний для того, чтобы обучающиеся смогли увидеть мир вокруг себя во всём его многообразии и единстве. О взаимосвязи между изучаемыми предметами, что как раз и способствует правильному восприятию окружающий действительности, писал И.Г. Песталоцци. Он отмечал: "Приведи в своём сознании все по существу взаимосвязанные между собой предметы в ту именно связь, в которой они действительно находятся в природе" [114].
Эта идея прослеживается в работах немецкого педагога, психолога и философа XVII в. И. Гербарта: "Умственная деятельность школьников напрямую зависит от связи между учебными предметами".[35] Представляя предметную систему преподавания, немецкий педагог-демократ, последователь И.Г. Песталоцци, А. Дистерверг также выступал за необходимость межпредметных связей при изучении различных учебных дисциплин.[52,114]
Известно, что идея межпредметных связей в преподавании учебных предметов в школе получила широкое распространение и в России. Русские демократы XIX и XX вв. высказывались за свободное и активное усвоение знаний, они выступали против схоластики и формализма в обучении: В.Г. Белинский [18], Н.А., Н.Г. Чернышевский [153], А.И. Герцен [36], Д.И. Писарев [49] и другие с глубоким пониманием подошли к данной идее. Так, В.Г. Белинский выдвинул идею "целостности" системы образования, в условиях которой все учебные дисциплины преподаются в единстве и взаимосвязи. В свою очередь, Н.Г. Чернышевский выступал за такие знания, которые, будучи приобретёнными по одному предмету, не остались бы бесплодными для усвоения других дисциплин школьной программы. [153].
Идею межпредметных связей, также развивал известный русский педагог К.Д. Ушинский. Он предпринял попытку обосновать необходимость осуществления межпредметных связей с точки зрения только зарождавшейся в XIX в. науки психологии. К.Д. Ушинский говорил о различных видах ассоциативных взаимосвязей между предметами: по противоположности, сходству, времени, единству места, рассудочной части и др. [145].
Он полагал, что без связи между учебными дисциплинами у учащихся не может быть системных и целостных знаний. Отсутствие такой связи, по его мнению, - главный порок схоластической школы, которая формировала людей, заучивших громадный теоретический материал, но не умеющих им пользоваться практически в реальной жизни: "Голова, наполненная отрывоч ІЗ ными, бессвязными знаниями, похожа на кладовую, в которой всё в беспорядке и где сам хозяин ничего не отыщет; голова, где только система без знания, похожа на лавку, в которой на всех ящиках есть надписи, а в ящиках пусто", - писал он. [145]. К.Д. Ушинский считал, что "знания и идеи, сообщаемые какими бы то ни было науками, должны органически строиться в светлый и, по возможности, обширный взгляд на мир и его жизнь", то есть представлять собой стройную, упорядоченную систему.[145].
Связность школьных курсов физики и химии на основе графовой модели межпредметных связей
На первом этапе проектирования на основе графовой модели МПС проводится сравнительный анализ связности содержания школьных курсов физики и химии различных авторов, посредством построения межпредметных пространств этих курсов с установленными межпредметными связями в структуре курса физики через элементы знаний химии и наоборот. На основе количественных характеристик графовой модели МПС [37] выделяются основные понятия в межпредметном содержании физики с химией для прямых и обратных межпредметных связей.
В рамках графовой модели межпредметные связи реализуются через объект связи ЕЄц, которым является любой из элементов знаний базового курса. Если базовым является курс химии, а связанным курс физики, тогда объектами связи являются элементы знаний, навыков и умений, принадлежащие химии и используемые в физике.
Объединим используемые в физике химические понятия,-теоремы, химические элементы, химические вещества, навыки и умения в пять соответствующих групп:
EG\ - группа понятий; l-EG» j - группа теорий; (61 } - группа химических веществ и элементов; [EG ] - группа навыков; [EG \ - группа умений.
Элементы групп нумеруются с помощью двух индексов (буквами греческого алфавита) и обозначаются так EGVu (Element Group). Здесь v = 1,2,....,5 - номер группы, \х = 1,2,....,цу - номер элемента, цу - число элементов в v-й группе [7]. Например, элемент EG. соответствует понятию химической реакции, а /Л} = 23 в группе химических
Построим межпредметные пространства двух курсов физики для 7-9 - х классов, из которых один разработан А.В. Перышкиным [111-113], а другой СВ. Громовым, Н.А. Родиной [45-47] и двух курсов химии для 8-9 - х классов, автор первого О.С. Габриелян [26,27], второго - Р.Г. Иванова [63]. Следует отметить, что выбранные учебники входят в Федеральный перечень учебников Министерства образования РФ и рекомендованы к использованию в школах.
В соответствии с определением МПС, приведенным в параграфе 1.3, зададим структурные компоненты МП связи и элементы структуры межпредметного пространства физики и химии, между которыми устанавливается связь. Четыре учебника позволяют представить восемь их парных комбинаций и построить, соответственно, восемь межпредметных пространств.
Рассмотрим прямые межпредметные связи физики с химией, которые представлены межпредметными пространствами на табл. 2.1-2.4. Это случай, в котором к элементам структуры межпредметного пространства физики и химии относится курс химии для 8-9-х классов, в целом, и множество элементов структуры (Element Structure) курса физики для 7-9-х классов. Приведенная на таблицах 2.1-2.2 структура курса физики для 7-9-х классов А.В. Перышкина содержит N=11 элементов (i = 1,2,...., N), раздел "Электрические явления" имеет обозначение . Здесь базовым предме том будет являться курс химии для 8-9-х классов (химия), а курс физики для 7-9-х классов (физика) - связанным.
Подмножества помеченных узлов \j (EGV„) j, каждый из которых помечается лишь в том случае, если элемент EG используется в і - м элементе структуры ES l , образуются в результате пересечения объектов связи v-ой группы \EGV j с множеством элементов структуры \Е& 1 \. В табл. 2.1-2.8 такие подмножества выделены «ромбиками». Так, в подмножество \J. (EG4) j входят узлы, помечаемые фактом использования понятия EG4 химической ре акции, в шестом ES «Электрические явления» и одиннадцатом ES " «Строение атома и атомного ядра» элементах структуры физики.
Определение понятия модуля и история развития модульного обучения
Как одно из значимых, понятие «модуль», наряду с достаточно многоплановым использованием этого понятия в разных областях знаний, используется в современной педагогической теории и, в частности, в плане определения места модуля в системе обучения, в общей системе обеспечения качества и управления качеством современного образования.
Модульное обучение - Modular Technology Education - (МТЕ) зародилось еще в 70-х годах прошлого века. Одним из первых педагогов термин модуль употребил Bolvin, в 1972 [165] году "as a generic description for individualized learning packages". J.D Russell [172, 171] в 1974 году уточнил определение модуля - "A module is an instructional package dealing with a single conceptual unit of subject matter. It is an attempt to individualize learning by enabling the student to master one unit of content before moving to another. The multi-media learning experiences are often presented in a self-instructional format". J.D. Russell определял модуль как учебный пакет, охватывающий концептуальную единицу учебного материала и предписанных учащимся действий [171, 172]. Он подчеркивал важность взаимодействия обучающихся, предлагал применять незаконченные модули, чтобы учащийся сам мог выбрать следующие пути учения. Таким образом, модуль изначально рассматривался в обучении как информационная единица, несущая порцию содержания учебного материала, как набор способов и методических приемов его изучения, то есть технологию обучения, строить которую J.D Russell рекомендует на основе следующих принципов:
1. максимально эффективное использование времени педагога (это возможно, если обучающийся сам приходит к преподавателю за консультацией);
2. максимально эффективное использование времени учащегося (этому способствует сам модуль и применение технических средств в обучении);
3. понимание и принятие цели обучения педагогом и учеником; 4. помощь учащихся друг другу (в разъяснении целей обучения и учебного материала);
5. обязательное владение учащимися учебным материалом.
Кроме того, должна быть обеспечена взаимосвязь между компонентами процесса обучения. Согласно [171], система модульного обучения содержит восемь компонентов, важнейшими из которых являются исследование и оценивание. Возможные маршруты индивидуального движения учащихся в системе модульного обучения рекомендуется строить с учетом взаимосвязи всех компонентов. Каждый учащийся может выбрать одну, наиболее подходящую ему, организационную схему обучения или комбинировать несколько вариантов, предусматривающих самостоятельную работу с модулем, консультации с педагогом и т.д.
На основе сравнительного анализа традиционного и модульного обучения J.D. Russell выделил преимущества модульного обучения. Например, при модульном подходе сначала формируются задачи обучения, затем строится контроль за усвоением этих задач и только потом готовится учебный материал, помогающий студенту решить поставленные задачи. В традиционном случае вначале готовится учебный материал, затем - контроль по этому материалу и не всегда намечается как обучающемуся использовать подготовленный материал. К преимуществам модульного обучения отнесены и роль преподавателя, и средства и методы обучения, и организация повторения и закрепления знаний и прочее.
Позднее, большой вклад в развитие модульного подхода внесла латышский педагог П.А. Юцявичене, которая определяет модуль как законченный блок информации, включающий в гебя целевую программу действий с методическим руководством, обеспечивающий достижение поставленных дидактических целей [161]. В отличие от введенных J.D. Russell принципов, П.Я. Юцявичене вводит следующие принципы модульного обучения: модульность, структуризацию содержания обучения на обособленные элементы; динамичность; метод деятельности; гибкость; осознанная перспектива; разносторонность методического консультирования; паритетность. Как недостаток ученый замечает, что принцип модульности и, соответственно, понятие модуля трактуется раз 71 личными исследователями по-разному. Например, А.А. Huezynski считает, что модуль это выражение самостоятельной группы идей (знаний), которые передаются по дидактическим каналам, соответствующим природе знаний. [168]. В. Goldschmid и ML. Goldschmid рассматривают принцип модульности, понимая его реализацию как формирование самостоятельной планируемой единицы учебной деятельности, помогающей обучающемуся достичь четко определенных целей. [167]. G. Owens реализацию принципа модульности в обучении предлагает осуществлять, формируя автономные группы студентов из 60-70 человек, с пятью-шестью постоянными преподавателями или тьюторами (помощниками преподавателей, назначаемыми из среды хорошо успевающих студентов старших курсов) [170]. А под модулем G.Owens понимал обучающий замкнутый комплекс, в состав которого входят педагог, обучаемые, учебный материал и средства, помогающие обучающемуся и преподавателю реализовать индивидуализированный подход, обеспечить их взаимодействие. И. Прокопенко под модулем представляет однородный учебный блок, охватывающий относительно самостоятельную функцию или сферу деятельности работника [121]
