Содержание к диссертации
Введение
1. Психолого-педагогические и научно методические основы развития познавательных возможностей учащихся при обучении физике 15
1.1. Познание в физике как науке и в физике как учебной дисциплине 15
1.2. Понятийный аппарат проблемы развития познавательных возможностей учащихся 22
1.3. Философские и психологические основы развития познавательных возможностей учащихся 28
1.4. Педагогические аспекты развития познавательных возможностей учащихся 37
1.5. Методические подходы к развитию познавательных возможностей учащихся на уроках физики 52
2. Основы методики формирования и развития познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики 66
2.1. Структура и уровни методологии физики в организации учебного познания 66
2.2. Использование методологических принципов физики в развитии познавательных возможностей учащихся 80
2.3. Использование фундаментальных физических законов на уроках физики в развитии познавательных возможностей учащихся 106
2.4. Использование конкретных законов физических теорий в развитии познавательных возможностей учащихся 123
2.5. Использование компьютерных технологий на уроках физики средней школы в развитии познавательных возможностей учащихся 133
3. Экспериментальная проверка результатов развития познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики в средней школе 153
3.1. Организация и основное содержание педагогического эксперимента по развитию познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики 153
3.2. Итоги педагогического эксперимента по развитию познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики 173
Заключение 179
Библиография 186
Приложение 202
- Философские и психологические основы развития познавательных возможностей учащихся
- Использование методологических принципов физики в развитии познавательных возможностей учащихся
- Использование компьютерных технологий на уроках физики средней школы в развитии познавательных возможностей учащихся
- Итоги педагогического эксперимента по развитию познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики
Введение к работе
Вызовы современного мира имеют сложный и противоречивый характер. Поиски конструктивных ответов на эти вызовы определяют как стратегические, так и тактические направления развития различных уровней образования - от начального общего вплоть до высшего профессионального и повышения квалификации. Ориентиром на ближнюю перспективу выступает «Концепции развития образования до 2010 г.».
Обучение физике в системе современного общего образования важно не только изучением и дальнейшим применением фундаментальных и прикладных физических знаний, но и приобщением учащихся к методам научного познания. Важно научить учащихся организовывать свою познавательную деятельность так, чтобы результаты этой деятельности имели достоверный и объективный характер, несмотря на субъективный характер их «добывания» в информационном потоке.
Анализ тенденций совершенствования физического образования дает основания рассматривать учебный предмет физику не только как традиционную базу богатейшего фактического материала для развития научного мышления и мировоззрения учащихся, но и о расстановке акцентов на интеллектуальном развитии школьников. Интеллект проявляется в основном в решении проблем. Обучение физике возможно организовать как естественный процесс поисков, постановок и решений учебных проблем относительно реальных явлений, разрешимых на основе наиболее фундаментальных и универсальных закономерностей взаимодействия частиц и полей, лежащих в основе других природных явлений - химических, биологических, астрономических, геологических и др.
Развитие физики несет коренные изменения характера научных знаний, самого процесса физического познания и взаимоотношений знания и познания. В связи с развитием науки наблюдается не только усложнение научных знаний, но и значительное повышение степени теоретизации учебных знаний по физике. Закономерно, что в образовании возникла задача формирования и развития познавательных возможностей (ПВ) учащихся.
В ранее выполненных исследованиях под ПВ понимали единство внутренних и внешних условий, опосредуемых личностью и определяющих потенциал конкретной личности в области учебной деятельности. В исследованиях Ю.К.Бабанского, А.А.Орлова, И.М.Чередова даны педагогические трактовки понятия ПВ учащихся, подчеркнута необходимость их изучения и развития. Оттенено, что развитие ПВ учащихся предполагает процесс их закономерного изменения и достижения уровня образованности, стимулирующего дальнейшее развитие личностных качеств и возможностей продолжения образования.
В исследованиях в области теории и методики обучения физике В.Ф.Костиной, И.Я Ланиной, Е.С.Ломакиной сделаны выводы о том, что
учет и развитие ПВ учащихся выступает фактором успешной реализации личностно-ориентированного обучения. Предложена методика развития ПВ школьников, заключающаяся в сочетании традиционных и нетрадиционных технологий проведения уроков физики. Г.В.Дворниковой на материале специальной теории относительности разработан элективный курс, способствующий развитию культуры физического познания учащихся.
Исследование целостных представлений о потенциале развития познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики, методически обработанными для поискового обучения основам физики на уровне общего образования представляет собой актуальную задачу методики обучения физике как педагогической науки.
Таким образом, актуальность исследования определяется, с одной стороны, необходимостью организации современного общего физического образования на ориентационном уровне; с другой стороны, недостаточным освещением в методической литературе соответствующих средств развития познавательных возможностей учащихся, адекватных как базисной науке - физике, так и индивидуальным особенностям учащихся.
Объект исследования - процесс обучения физике в средней школе.
Предмет исследования - процесс развития познавательных возможностей учащихся при изучении курса физики основной и полной средней школы.
Цель исследования - разработать и обосновать основы методики развития ПВ учащихся средствами методологии физики.
Гипотеза исследования. Повысить продуктивность учебно-познавательной деятельности учащихся возможно, если учитывать индивидуальные особенности и познавательные интересы учащихся, систематически использовать методически обработанные средства методологии физики, поддержанные компьютерными технологиями образования, а также оптимизировать эргономические ресурсы учебного оборудования.
Задачи исследования:
На основе анализа психолого-педагогической и научно-методической литературы изучить состояние проблемы развития ПВ учащихся в обучении физике.
Вскрыть условия развития ПВ учащихся в обучении физике с применением разноуровневой методологии науки и изучить влияние этого процесса на качество обучения физике.
Определить компоненты поэлементного анализа при оценивании внешних проявлений ПВ учащихся как критерии оценки уровня развития ПВ, практически приемлемые в обучении физике.
Изучить влияние систематического использования средств методологии физики на развитие ПВ учащихся.
Обосновать подходы к развитию ПВ учащихся и отобрать средства методологии физики, интенсивно способствующие этому развитию.
Разработать содержание основ методики развития ПВ учащихся средствами методологии физики доступными для учащихся.
Проследить прямые и косвенные результаты внедрения методики развития ПВ учащихся на качество обучения физике и интеллектуальное развитие учащихся.
Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: теоретический анализ литературы по проблеме исследования, изучение нормативно-правовых документов федерального и регионального уровней; изучение и обобщение передового педагогического опыта; анализ содержания и организации процесса обучения физике в школе; педагогические наблюдения; анкетирование учащихся и учителей; индивидуальные и групповые опросы учащихся; анализ результатов зачетов, экзаменов, физических олимпиад различного уровня; педагогический эксперимент со статистической обработкой его результатов.
Теоретике - информационная база исследования:
методические исследования по вопросам отражения методологии физики в обучении предмету в средней школе (СВ.Бубликов, Н.Е. Важе-евская, Р.Ю. Волковыский, Г.М. Голин, В.Ф. Ефименко, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, Н.В. Кочергина, В.В. Майер, А.Н. Малинин, В.Н. Мо-щанский, А.А.Никитин, В.Г.Разумовский, Ю.А.Сауров, С.А.Суровикина, Л.В.Тарасов, В.М.Уздин, Н.В.Шаронова,);
достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике (Г.А. Бордовский, И.Б. Горбунова, А.А. Давиденко, П.В. Зуев, И.А. Иродова, СЕ. Каменецкий, Г.Р. Кару, Ф.П. Кесаманлы, В.В. Ларионов, Н.С Пурышева, В.Г. Разумовский, А.В. Смирнов, М.И. Старовиков, А.В. Усова, Н.В. Шиян, Т.Н. Шамало, Р.Н. Щербаков и др.);
- философские, психологические и педагогические концепции познавательной деятельности, а также исследования в области психологии развития интеллекта и становления ученика как субъекта обучения (Б.Ц.Б-адмаев, В.В. Давыдов, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, М.С Каган, З.И. Калмыкова, Б.Ф. Ломов, А.А. Машиньян, Ж. Пиаже, А.А. Регель, СЛ. Рубинштейн, М.Н. Скаткин, Н.Ф. Талызина, А.П. Тряпицына, Г.И. Щукина, М.А. Холодная и др.).
- работы, раскрывающие сущность процессов моделирования,
проектирования, прогнозирования и управления развитием педагогиче
ских систем (О.В. Акулова, Ю.К. Бабанский, В.А. Бордовский, И.В. Гребе-
нев, М.А. Данилов, В.И. Журавлев, В.Н. Зайцев, В.И. Загвязинский, Л.Я.
Зорина, Г.Ю. Ксензова, И.Ю. Лебедева, Л.В. Медведева, И.И. Соколова,
А.П. Тряпицына, М.А. Шаталов, О.Н. Шилова, Г.И. Щукина, В.А.Якунин и
др);
- проблемы информатизации и компьютеризации образования
(Т.Н.Гнитецкая, В.А.Извозчиков, Д.А.Исаев, А.С.Кондратьев, В.В.Лаптев,
А.В.Ляпцев, А.И.Назаров, С.Е.Попов, В.И.Сельдяев, А.В.Смирнов, А.И.Ходанович и др.)
Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследования обеспечены разносторонним анализом проблемы; внутренней непротиворечивостью полученных результатов и их соответствием достижениям психологии развития интеллекта и педагогики становления учащегося как субъекта обучения; использованием разнообразных методов исследования, адекватных поставленным задачам; репрезентативностью и положительными результатами педагогического эксперимента, проводившегося в течение 2004 - 2008 учебных годов с участием на различных этапах 722 учащихся и 32 учителей г. Иваново и г. Санкт - Петербурга.
Логика и основные этапы исследования.
1.Изучение передового педагогического опыта по уточнению смысла понятия ПВ. Определение внутренних и внешних границ проблемы исследования. (2004/2005 уч. г.)
Изучение состояния проблемы развития ПВ в отечественной и зарубежной педагогической теории и практике. Изучение возможностей применения методологических ориентиров базисной науки физики к развитию ПВ учащихся. Изучение психолого-педагогических основ развития ПВ в процессе обучения физике. Разработка исходной гипотезы, цели, конкретных задач, предмета исследования. Отбор и уточнение понятийного аппарата и определение границ применимости понятий. Отбор и апробация методов исследования. Проведение констатирующего этапа педагогического эксперимента. Разработка и апробация практических рекомендаций к использованию различных уровней и средств методологии физики для обучения различных категорий учащихся. (2004/2005 уч.г.)
Теоретическое обоснование и практическая разработка прикладного пакета развития ПВ для постановки поискового и формирующего этапов педагогического эксперимента. Апробация критериев эффективности методики. Проведение поискового и формирующего этапов педагогического эксперимента с текущей обработкой его результатов. (2004 - 2007 уч.г.)
Проверка промежуточных и окончательных выводов в контрольном педагогическом эксперименте. (2006/2007 уч.г.)
5. Обобщение и синтез теоретико-экспериментальных данных по проблеме исследования. Ретроспективная ревизия соответствия развития ПВ учащихся целям общего среднего образования по физике. Завершение перевода концепции исследования в той ее части, в которой она оказалась состоятельной в ранг основных теоретических положений и выводов по проблеме исследования. Определение направлений дальнейшего использования методики развития ПВ учащихся с использованием средств методологии физики для совершенствования содержания и методов обучения физике. Внедрение разработанных основ развития ПВ учащихся в педагоги-
ческую практику в школах, а также в системы подготовки и повышения квалификации учителей физики. (2007/08 уч.г.)
На защиту выносятся следующие положения:
1. В описании познавательных возможностей учащихся можно выде
лить объективные и субъективные составляющие. Субъективными состав
ляющими выступают индивидуальные свойства личности, включающие
индивидуальный опыт и способности, приобретаемые и развиваемые в
учебной деятельности. Объективными составляющими являются содержа
ние и методология науки, в данном случае - физики, отражаемые в обуче
нии в методически обработанном виде. Единство субъективных и объек
тивных составляющих познавательных возможностей учащихся реализу
ется наиболее полно при структурировании деятельности учащихся в соот
ветствии с циклом научного познания, приводя к осознанию учащимися
индивидуального характера учебного и научного познания, повышая дей
ственность и качество изучения физики.
Процесс обучения физике в основной и средней школе может способствовать интенсивному развитию познавательных возможностей учащихся при систематическом использовании адаптированных разноуровневых средств методологии физики в максимально разнообразной познавательной деятельности: при изучении нового теоретического и прикладного материала, при обучении решению задач, при выполнении лабораторных и практических работ, при выполнении домашних заданий, при применении методологических знаний к анализу результатов других видов познавательной деятельности.
Из потенциально разнообразных путей развития познавательных возможностей при обучении физике практически действенным является использование следующей классификации уровней методологии решения физических учебных проблем: уровень методологических принципов физики; уровень фундаментальных физических законов; уровень конкретных законов физических теорий.
Научная новизна исследования и полученных результатов.
1 .В отличие от подхода к развитию ПВ учащихся, основанного на сочетании традиционных и нетрадиционных технологий проведения уроков физики и способствующего развитию учебной работоспособности школьников, в настоящем исследовании проблема развития ПВ учащихся в обучении физике решена путем систематического использования разноуровневых средств методологии решения физических задач как элементов методологии базисной науки в любых формах проведения уроков.
2.Дано обоснование оценки степени развития ПВ учащихся через описание результативности их внешних проявлений при изучении физических явлений.
3.Показано, что предложенный методологический подход к развитию ПВ учащегося как личности способствует ускорению осознания и дает бо-
лее полную реализацию индивидуального характера познания в различных видах учебной деятельности на уроках физики, что приводит к повышению практической применимости физических знаний и повышению качества изучения физики конкретным учеником.
Теоретическая значимость результатов исследования.
Выявлены объективные и субъективные составляющие познавательных возможностей, формируемых и развиваемых при обучении физике.
Доказано, что при систематическом использовании разных уровней методологии физики в организации учебного познания учащихся познавательная деятельность учащихся носит более разнообразный характер по сравнению с традиционной практикой обучения физике.
Практическая значимость работы.
Теоретические положения и выводы диссертации могут помочь учителям физики при подготовке к урокам в конкретизации целей, содержания, методов, форм и средств обучения.
Результаты диссертационного исследования доведены до уровня конкретных методических рекомендаций и разработок для учителей физики и учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «физико-математическое образование». Издания используются в практике обучения учащихся с различными уровнями познавательных интересов и образованности по физике.
Апробация результатов исследования. Практические результаты исследования - содержание методики развития познавательных возможностей учащихся апробировано в процессе проведения педагогического эксперимента, а также в практической работе автора с учащимися школы № 1 г. Иваново и студентами физического факультета ИвГУ, при прохождении ассистентской и доцентской практики на факультете физики РГПУ им. А.И. Герцена.
Теоретические результаты проверены в ходе обсуждения публикаций автора по теме исследования на научных семинарах аспирантов кафедры методики обучения физике РГПУ им. А. И Герцена; при обсуждении выступлений автора на следующих конференциях: «Актуальные проблемы обучения физике в средней и высшей школе»: Герценовские чтения: Международная научно-практическая конференция (СПб., 2004 -2008); «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях»: Международная научно-практическая конференция (Екатеринбург, 2006 - 2007); «ФССО - 05» «ФССО - 07»: Международная конференция (СПб., 2005, 2007); «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования»: Всероссийская научно-методическая конференция (Н.Новгород, 2005); «Научно-исследовательская деятельность в классическом университете: ИвГУ- 2005-2008»: Научная конференция (Иваново, 2005-2008); «Новации и традиции
в преподавании физики: от школы до вуза»: Всероссийская научно-практическая конференция (Тула, 2007).
Результаты исследования внедрены в практику:
-работы по повышению квалификации учителей физики в ИвГУ и Ивановском институте повышения квалификации и переподготовки педагогических кадров (ИПКиППК);
-методической подготовки студентов старших курсов ИвГУ и РГПУ им. А. И. Герцена;
-обучения физике слушателей института довузовской подготовки РГПУ им. А. И. Герцена, а также учащихся 9-11 классов школ № 1, 43, 58, лицея «Исток» г.Иваново; ФМЛ № 30 и школ №№ 157, 399 г.С.-Петербурга.
Структура и объем диссертации. Диссертация полным объемом 205 страниц, иллюстрирована таблицами, рисунками, схемами и состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложения. Список литературы содержит 179 наименований.
Философские и психологические основы развития познавательных возможностей учащихся
Понятие познавательные возможности и их развитие напрямую связаны с природными способностями каждого человека. Что же такое природные способности (иными словами - человеческие возможности)? Это индивидуальные особенности личности, являющиеся субъективными условиями успешного осуществления определенного рода деятельности, в данном случае - изучения физики. Они выражаются в быстроте, глубине и прочности овладения методами и приемами учебной деятельности. Познавательные возможности учащихся связанны с возрастом ученика и соответствующим уровнем физических знаний и умений, поэтому учитель обязан учитывать особенности возрастной психологии при выборе методов работы [53,89]. Посильное познание в наибольшей степени способствует развитию мышления, воображения, мотивационно - волевой и эмоциональной сфер личности. Учителю очень важно мотивировать ученика к познавательной деятельности. Особенно актуален вопрос о развитии навыков познавательной деятельности на современном этапе развития общества. Для современного этапа развития характерен переход к гражданскому обществу, ориентирующему человека на готовность осуществлять тот или иной выбор. В этой связи в процессе обучения физики целесообразно создавать для учащихся ситуацию выбора, что требует их ознакомления с различными источниками и точками зрения на физические процессы, явления, формирование умения отстаивать свою позицию на примере разнообразных учебных проблем физики, что в свою очередь, стимулирует познавательную деятельность учащихся. На современном этапе развития технологий заинтересованному, увлеченному физикой ученику доступна любая физическая информация, от многочисленных детских справочников и энциклопедий до телепередач и международной сети "Интернет". Bs использовании сети "Интернет" необходимо проявлять, критичность мышления-и обращаться к сайтам испытанных и авторитетных организаций науки и образования. Опыт преподавания показывает, что заинтересовать класс можно на пути сочетания традиционных и современных средств образования [166]. В этот связи многие- методисты и учителя физики подчеркивают важность задачи "оживления! процесса учебного - физического познания, придавая ему эмоциональную окраску. Учитель — профессионал, изучивший интересы и склонности конкретных школьников способен увлечь учащихся реальным экспериментом или компьютерными вариантами того или иного изучаемого субъективно нового явления[157, 160].
Одним из методов "оживления" физики выступают познавательно -развивающие вопросы, в результате ответа на которые учащиеся не просто воспроизводят изученный ранее материал, а, как правило, самостоятельно приходят к необходимым физическим выводам, законам и правилам. Практика показывает, что "средний" не всегда подготовленный ученик, услышав, что учитель собирается задать ему репродуктивный, вопрос, настораживается. А после неправильного ответа, даже при вежливой реакции учителя, может и вовсе замолчать, а как следствие снизиться познавательная активность ученика. Поэтому составлять познавательные вопросы необходимо таким образом, чтобы, с одной стороны, они вызывали интерес у учащихся, с другой, чтобы они были посильны для учащихся. Наконец, чтобы даже неправильный, неточный ответ не понижал, а напротив повышал познавательную активность ученика [160].
При этом следует помнить, что данный вид деятельности будет стимулировать познавательную деятельность учащихся только в том случае, если:
1. формулировка вопроса будет достаточно лаконична и ясна;
2. в тексте вопроса будет присутствовать "ниточка" к ответу (ключевое слово, дополнительная конкретизация, ссылка на известное и т.п.), потянув за которую учащиеся быстрее приходят к правильному ответу;
3. поиск ответа призван не только» развивать умственные способности школьника, но и стимулировать его дальнейшую потребность в физическом познании;
4. ответ на вопрос (результат деятельности) должен не только укрепить положительную обратную связь между учителем и учащимися, но и создать чувство взаимного удовлетворения ходом учебного процесса и желание дальнейшего совместного творчества.
Обучение физике характеризуется значительным разнообразием подходов. Существует множество программ и учебников для общеобразовательных учреждений, которые в связи с реформой школьного образования ориентированы на дифференциальное обучение. При этом решаются важнейшие задачи: развитие мышления-учащихся, способностей и интереса к физике и технике, формирование у них мотивов учения, умений самостоятельно-приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления, формирование у школьников1 целостной научной картины мира. Решение этих задач существенно оживляется, если учитель знакомит учащихся с современными проблемами физики, используя научно популярную литературу, показывая, что физика — развивающаяся наука, в которой происходят новые открытия как фундаментального, так и прикладного характера [97].
Сформировать глубокие познавательные интересы к физике у всех учащихся невозможно, и, наверное, не нужно. Важно, чтобы всем ученикам было интересно заниматься физикой на каждом уроке, чтобы каждый урок способствовал развитию их познавательных возможностей. Это особенно важно в наше время, когда современная физика XX - XXI вековфаз-вивается очень быстрыми темпами, а1 объем относящейся к ней информации удваивается через каждые десять лет [177].
Результаты обучения напрямую связаны с тем, насколько развиты у ребенка познавательные возможности и мотивация к обучению. Существует различные способы, методы и приемы развития навыков познавательной работы и актуализации обучения, используемые учителем в процессе обучения.
В процессе повышения качества школьного образования, обеспечения более высокогоуровня образования должно быть решено несколько .задач, основными из которых являются: необходимость обеспечить, овладение учащимися твердо установленным объемом знаний и умений и создание возможности углубленного изучения школьных курсов для учащихся, проявляющих повышенный интерес и склонность к тем или иным предметам, что приводит к развитию из творческих и познавательных возможностей.
Развитие методики обучения физике должно проходить в таком направлении, чтобы одной из важнейших целей изучения физики в школе состояла в научном понимании учащимися окружающего мира природных объектов.
Любою ученик в процессе изучения физики не только воспринимает окружающий мир, но и хочет его понять. Понять - это значит проникнуть в суть предметов и явлений, познать самое главное, существенное в них. Понимание обеспечивается наиболее сложным познавательным психическим процессом, который называется мышлением [121]. В [9] находим следующее-определение: мышление (англ. thinking) — психический процесс отражения действительности, высшая, форма творческой- активности человека. Мышление постольку процесс отражения объектов, поскольку оно есть творческое преобразование их субъективных образов в сознании человека, их значения и смысла для разрешения реальных противоречий в обстоятельствах жизнедеятельности людей, для- образования- ее новых целей, открытия новых средств и планов их достижения, раскрывающих сущность объективных сил природы и общества. Всякая мыслительная деятельность целенаправленна. Мыслите ребенок начинает тогда; когда у него появляется потребность что-то понять. Мышление обычно начинается с проблемы или вопроса, с удивления или недоумения, с противоречия. Когда мы сталкиваемся с каким-либо затруд— нением, которое надо преодолеть, мы начинаем думать, размышлять. Иными словами; мыслительная деятельность - это всегда решение задачи, заключающей в себе вопрос, ответ накоторыйнаходится не сразу и не непосредственно [116, 173].
Использование методологических принципов физики в развитии познавательных возможностей учащихся
Различные разделы курса физики в обучении в средней школе представлены элементами различных физических теорий, таких как «механика», «термодинамика», «молекулярно-кинетическая теория», «электродинамика», «оптика», «частная теория относительности», «квантовая физика». В практике школьного обучения, как правило, внутрипредметные связи между этими элементами учебного знания не оттеняются. Это приводит к тому, что часто учащиесяз воспринимают курс физики как совокупность несвязанных друг с другом? теорий. Однако в обучении важно подчеркивать, что физика изучает наиболее фундаментальные и универсальные закономерности взаимодействия частиц и полей; лежащие в основе всех других явлений — химических, биологических, астрономических, геологических и др.
Среди множества физических идей прошлого и настоящего времени можно выделить небольшое число таких, которые: сыграли огромную роль в развитии этой науки. Речь, идет о фундаментальных, носящих методологический характер идеях [33]. Физика выступает как единая стройная наука, если в ее основе лежит система методологических принципов - наблюдаемость, объяснение; толерантность, простота; математизация;, симметрия; сохранение, относительность дополнительность и т.д.. Через систему методологических принципов .задающих определенные требования: к теоретическому знанию, диалектико-материалистичёская методология соотносится со специальными методами физики. Методологические принципы выступают и как принципы генезиса теории, и как принципы выбора среди конкурирующих концепций.. Они выступают в; качестве системообразующих элементов,, обеспечивающих системность теоретических знаний; их внутреннее развитие и стремление к общности. Именно? на их основе в обучении школьников возможно обобщение знаний:: в физическую картину мира [74]. Можно привести многочисленные, примеры, показывающие их плодотворный эвристический характер.. Так, идея- сохранения «заставила» Шаули выдвинуть гипотезу нейтрино, идея симметрии-«подсказала» Максвеллу гипотезу о токах смещения, идея соответствия в первые годы становления атомной теории служила, по выражению ЬГ.Бора, «волшебной палочкой» и т.д. [33].
Конечно; не все идеи входят в содержание школьного курса физики. Идея; дополнительности,; например, ставшая одним из методологических; принципов современного естествознания, требует глубокого; философского осмысления, недоступного для познавательных возможностей школьников.. Между тем, целый ряд стержневых методологических идей, как идеи элементарности, сохранения, симметрии, единства научной картины мира, позволяет сконцентрировать и синтезировать учебный материал школьного курса физики, выделяя в нем главное и фундаментальное.
На основе системы методологических принципов возможно уточнение существующей в настоящее время трактовки физической картины мира в курсе физики средней школы. Отдельные физические теории являются относительно самостоятельными обобщениями, частично связанными фундаментальными физическими законами — элементами условно второго уровня физической методологии. Достичь более полного теоретического единства физики при обучении учащихся возможно, положив в основу науки (и учебной дисциплины)-методологические принципы, которые на теоретическом уровне представляют системообразующие связи выводов отдельных теорий. Реально существующее единство материального мира, которое в физике проявляется в» общности исходных структурных единиц материи на уровне микрочастиц и в небольшом числе фундаментальных взаимодействий, теоретически обобщается на основе принципов, регулирующих дальнейшее развитие науки и обучение ее основам [25].
Для глубокого осознанного овладения физикой необходимо изучать ее на уровне физической методологии уже в средней школе. Необходимо научить учащихся применять основанный на методологических принципах общий подход в любой области физики для достижения достоверных результатов как в учебно-познавательной, так и в практически преобразующей деятельности. При этом критерием качества знаний учащихся выступает умение применять общие принципы в познании конкретных физических явлений при решении возникающих проблемных ситуаций и учебных задач [74].
В обучении физике фигурируют методологические понятия «принцип» и «закон». Под принципом в [8, 25, 33, 74, 100«и т.д.], понимают: - основное исходное положение какой-либо теории, учения, науки, мировоззрения и т.п.; - внутреннее убеждение человека, определяющее его отношение к действительности, нормы поведения и деятельности человека и коллектива; - основную особенность устройства какого-либо механизма, прибора, основу (физическую, химическую и др.) их действия:
В содержании этих понятий отражен один и тот же фрагмент действительности, но в различных формах: закон - в виде образа, конкретного знания, принцип - в виде регулятивной нормы, определенного требования. Принцип может быть сформулирован на основе не одного, а нескольких законов. Например, в основе принципа сохранения лежат законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда, четности и дрі; принцип симметрии распространяется от микромира до Вселенной. Принцип сохранения зиждется и вытекает из свойства и идеи неуничтожимое материи и информации, он определяет природу включения законов сохранения в те или иные теории и утверждает, например; невозможность явления, процесса, работы машины, если это противоречит принципу сохранения.
Система методологических принципов1 физики в настоящее время. полностью не определена. В1 литературе можно встретить и другие логические построения этой системы по сравнению с [100]. Например; в [141], ряд методологических принципов соответствует [100], но имеются и добавления.
Материальное единство мира, которое в физике проявляется в общности исходных структурных единиц материи на уровне микрочастиц и в небольшом числе фундаментальных взаимодействий дает импульс к поискам универсальных элементов знания, которые можно использовать в организации учебно-исследовательской деятельности. На уровне методологии базисной науки - физики к таким знаниям можно отнести фундаментальные физические законы и методологические принципы физики. Например, такие как принципы наблюдаемости, объяснения, толерантности, симметрии, относительности, соответствия, суперпозиции, простоты и др. Возможности учебного познания учащихся можно существенно расширить, если в организации их познавательной деятельности использовать не всю систему, а хотя бы отдельные доступные для понимания учащихся методологические принципы. Учащихся необходимо учить применять общий подход, основанный на методологических принципах, для достижения достоверных результатов при изучении нового материала и обучении решению задач из любого раздела физики.
Принцип симметрии. Симметрию (дословно — соразмерность) древнегреческие философы рассматривали как частный случай гармонии — согласования частей в рамках единого целого. В рамках физической методологии симметрия — вид соразмерности законов. В более общем смысле наука определяет симметрию: с одной стороны — как вид отношений между двумя объектами, которые характеризуются как моментами тождества, так и моментами различия; с другой стороны — как закон строения структурных объектов, точнее, как группы допустимых преобразований элементов, сохраняющих качественную целостность изучаемых систем [33] .
В развитии физической науки методологическая идея симметрии сыграла и играет в настоящее время громадную эвристическую и обобщающую роль. Эта идея констатирует существование всеобщей и универсальной особенности материальных явлений, законов природы, связанное с неизменностью (инвариантностью) некоторых важнейших аспектов относительно определенной группы преобразований.
Использование компьютерных технологий на уроках физики средней школы в развитии познавательных возможностей учащихся
Экспериментальный метод в физике как науке восходит к Г. Галилею. Этот метод нашел свое применение в школьном преподавании благодаря Я. А. Коменскому. В практике и теории обучении- физике в школе разработан огромный арсенал различных по своему техническому исполнению и дидактическому назначению экспериментальных методов [28, 91, 99, 36, 85, 161, 2, 49,167,169 и т.д.]. Это позволяет учителю В широких пределах варьировать содержание экспериментальных работ учащихся по развитию их индивидуальности.
Проблему повышения эффективности обучения физике в средней школе ряд авторов [74, 59, 31, 71, 60, 103, и др.] связывают с вопросом о роли теоретической физики в школьном»курсе. Академик В.Л.Гинзбург обращал внимание на следующее «Фактически же теоретическую физику начинают изучать в школе, ибо, скажем, законы Ньютона и получаемые из них следствия, приведенные в учебнике 8-го класса, - это самая настоящая часть теоретической- физики, в данном случае - классической механики» [30]. В традиционном понимании теоретическая физика стремится к аналитическим решениям физических проблем.
Однако в настоящее время стало ясно, что самые важные и актуальные проблемы не допускают аналитического решения. Часто единственным возможным подходом к решению сложных проблем выступает использование компьютеров. Их применение во многих случаях устраняет необходимость аналитического решения.[ 119,144] Можно констатировать факт становления «третьего кита» физики - это вычислительная (компьютерная) физика. Характерным примером может служить задача трех тел - движение трех точечных масс в суммарном гравитационном поле, которая не решена в аналитическом виде. Однако это не мешает астрономам рассчитывать траектории не только трех, но и гораздо большего числа тел.
Для обоснования эффективности использования компьютерной техники в качестве средства обучения необходимо дать ответ на следующий вопрос: «Какие конкретные, собственно психолого-педагогические функции могут быть возложены на компьютер в учебно-воспитательном процессе?»
Для учащегося компьютер выполняет различные функции [135]: учителя, рабочего инструмента, досуговой (игровой) среды, сотрудничающего коллектива (рис. 2.5-1).
Компьютерные игры и программы способствуют развитию познавательных возможностей учащихся и расширению их кругозора.
Компьютер совмещает в себе, причем на качественно более высоком уровне, возможности текстового редактора: вводить в компьютер, просматривать и редактировать, хранить, форматировать и печатать документы; графического редактора — вести работу с графиками, диаграммами, таблицами; вычислительной машины.
Благодаря компьютерным сетям, в. частности, Интернета, появилась возможность общения учащихся со сверстниками из всех частей мира. Кроме того, через Интернет можно получить необходимую информацию из любой точки земного шара.
Выполняя функцию учителя, компьютер оказывает значительное влияние на контрольно-оценочные функции урока, придает ему игровой характер, позволяет добиться высокого уровня наглядности предлагаемого материала, значительно расширяет возможности включения разнообразных упражнений в процесс обучения, а непрерывная обратная связь, подкрепленная тщательно продуманными стимулами учения, оживляет учебный процесс, способствует повышению его динамизма, что, в конечном счете, ведет к достижению едва ли не главной цели собственно процессуальной стороны обучения — формированию положительного отношения учащихся к изучаемому материалу, интереса к нему, удовлетворенияфезультата-ми каждого этапа в обучении.
По- мнению Ю. А. Первина, одного из инициаторов компьютерного обучения в-школах г. Новосибирска, педагогические задачи компьютеризации в общеобразовательной школе можно квалифицировать по трём основным направлениям [46]:
— формирование определённого стиля мышления учащихся;
— повышения эффективности- преподавания школьных дисциплин с помощью ПК;
— существенная активизация- учебного процесса с помощью программ, оперативно собирающих информацию с учебных мест и анализирующих её.
Педагогические возможности компьютера как средства, обучения по ряду показателей намного превосходят возможности традиционных средств реализации учебного процесса. В. Н. Карлащук пишет [62], что применение средств программированного обучения позволяет повысить успеваемость учащихся и ускорить прохождение программного материала в среднем на 25—30%.
Один из наиболее существенных психолого-педагогических факторов, сопутствующих компьютеризации обучения, внедрению персональных компьютеров- в учебный процесс; связан с возможностью индивидуализации учебно-познавательной деятельности учащихся, нуждающихся- в постоянном и непрерывном внимании для-формирования у них полноценных интеллектуальных и профессиональных навыков. Эта особенность компьютерного обучения-сама по себе полезна, поскольку позволяет дифференцировать трудность учебных заданий с учетом индивидуальных возможностей учащихся, выбрать-оптимальный темп обучения, повысить, оперативность и объективность контроля и оценки результатов обучения, что способствует решению одной из наиболее актуальных и вместе с тем вечных педагогических проблем — индивидуализации учебной, деятельности [11].
Благодаря уменьшению потока информации от «индивидуального» учителя к учащимся и существенному увеличению этого потока от «обобщенного» учителя (программы) улучшается управление процессом обучения. В результате повышается,уровень обучениями сокращается разброс в успеваемости учащихся. Сочетание кибернетических и педагогических идей оказывает влияние на весь учебно-воспитательный процесс, т.к. не только изменяет место и умножает возможности преподавателя в руководстве коллективом учащихся, но и повышает роль самих учащихся в процессе обучения. Делается упор на активизацию самостоятельной познавательной деятельности учащихся, и предлагаются эффективные методы и средства для гибкого управления этой деятельностью.
Несмотря- на все преимущества применения компьютера в школе и ВУЗе, его возможности не следует переоценивать. ЭВМ является всего лишь мощным и универсальным инструментом, освобождающим человека от монотонного и рутинного труда. Машина не способна ни мыслить, ни чувствовать, ни творить. На долю исследователя выпадает самое главное: выбор объектов, постановка задач, распределение-функций между человеком и машиной, разработка алгоритмов и программ, контроль-за работой компьютера, интерпретация результатов. Для, этого необходимо не только хорошее знание компьютера,-но, прежде всего.той предметной области, в которой он-используется. А значит, компьютер неможет полностью1 заменить педагога в учебной работе, более того; в процессе совершенствования педагогического процесса нужно делать ставку именно на «ручной» труд педагога, требуя ют него все большей отдачи интеллектуальных и физических сил [72].
В реализации, важнейшей психолого-педагогической функцииt обучения — предъявлении и, что самое главное, принятии учащимися целей и задач учебно-познавательной деятельности — в условиях компьютеризации возможен острый дефицит непосредственного общения учителя и ученика, живого слова учителя, которое выполняет важнейшие функции: воспитательную, развивающую, образовательную [115]. Крайне важно ознакомить учащегося с конкретными средствами и способами деятельности, направленной на решение соответствующей задачи. Иными словами, на этом этапе учащийся, должен овладеть методом решения задач определенного типа, понять его суть и закрепить усвоенный метод решения в процессе упражнений. Речь идет, следовательно, о самом главном — обучении деятельности.
Нет необходимости доказывать, что этот процесс и в условиях традиционного (без машинного) обучения проходит сложно и при всей значимости самостоятельной работы учащегося требует постоянного общения с учителем, демонстрирующего способы решения задач, направляющего и корректирующего соответствующие познавательные усилия обучаемого.
Формально компьютер вполне может взять на себя выполнение собственно обучающих функций, не говоря уже о функциях тренировочного характера, ориентированных на закрепление знаний, умений и навыков. Однако и на этом этапе следует считаться с возможным дефицитом человеческого общения, окрашенного эмоционально-личностными отношениями и создающего тот неповторимый психологический микроклимат, который в решающей мере способствует стимулированию учебно-познавательной активности учащегося [139].
На исполнительском этапе учебно-познавательной деятельности, казалось бы, проблема общения не столь важна — учащимся предоставляется возможность самостоятельно выполнить ту или иную задачу. Но этот этап самым непосредственным образом связан с контролем и оценкой хода и результатов выполненной работы, когда наряду с объективными показателями результативности исключительно важное значение приобретает субъективный фактор — мнения учителя и товарищей, их отношение к результатам учебного труда каждого учащегося. Именно система отношений в межличностном взаимодействии всех участников процесса обучения и предопределяет, в конечном счете, его воспитательную эффективность.
Итоги педагогического эксперимента по развитию познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики
Перед тем, как приводить итоговые результаты педагогического эксперимента, приведем, пример обработки, данных хотя бы одного из итогов следующей срезовой работы, проведенной в 9-х классах экспериментальных и контрольных групп.
1. Стальная Эйфелева башня в Париже высотой 300 м имеет массу 7200 т. Какую массу будет иметь модель этой башни высотой 30 см, сделанная из вещества, плотность которого в 3 раза меньше плотностт стали?
2. Путешественник попал в страну, в которой единицы измерения расстояния в СХ раз, времени в Р раз, массы в У раз превосходят соответствующие единицы на его родине. Как соотносятся единицы измерения силы в этой стране и на родине путешественника?
3. Две одинаковые лодки, связанные легким канатом, вначале неподвижны относительно воды и находятся на расстоянии L друг от друга. В некоторый момент времени матросы на однойиз лодок начинают тянуть канат так, что лодка начинает двигаться с постоянным ускорением а.
Через какое время лодки встретятся?
Считаем, что учащийся справился с работой, если он получил положительную отметку («3» и выше) за выполнение работы. Учащийся не справился с работой, если он получил отрицательную отметку (ниже «3»). Для обработки и анализа, были случайным образом отобраны работы учащихся из каждой экспериментальной группы по 19 работ; из каждой контрольной группы по 16 работ. Чтобы исключить из обработки «списанные» работы, предельно похожие работы изъяты из «обработки на этапе предварительного просмотра.
К обработке взято 205 контрольных работ учащихся: 111 (54,1 %) из экспериментальных групп (3 отклонено от обработки) и 94 (45,9 %) из контрольных групп (2 отклонено от обработки).
Перед началом обработки педагогического среза была выдвинута нулевая гипотеза (HQ): систематическое использование разных уровней методологии физики в обучении предмету в средней школе не вносит различий в уровни развития ПВ учащихся экспериментальных и контрольных групп.
«Положительные» оценки получили 92 учащихся из экспериментальной группы, 54 учащихся их контрольной группы. «Отрицательные» соответственно: 19и 40. Руководствуясь нулевой-гипотезой предположим, что познавательные возможности учащихся экспериментальной и кон-трольной групп развиты одинаково. Тогда и доли получивших «положительные» и «отрицательные» оценки будут такими же, как и доли их представленности в общем числе подконтрольных учащихся. Всего «положительные» оценки получили 146 (92+54) учащихся. Согласно сделанному предположению, 54,1 % от этого числа должны были бы прийтись на экспериментальные группы - это составит 78,99 от 146, и, соответственно, 45,9 % на контрольные группы, что составит 67,01 от 146. Аналогичные рассуждения проведем для учащихся, получивших «отрицательные» оценки. Их всего 59 (19 + 40). На экспериментальные группы, должно, по предположению о нулевой гипотезе, прийтись 54,1 % от этого числа, т.е. 31,9 от 59, а на контрольные группы — 45,8 %, т.е. 27,1 от 59. Нулевая гипотеза при таком раскладе подтвердилась бы. Однако результаты проверки предложенной контрольной работы показывают другое распределение. Число учащихся экспериментальных групп, получивших «положительные» оценки, составляет 92, а не 78,99, как можно было бы предположить, исходя из нулевой гипотезы. Соответственно число учащихся контрольных групп, получивших «положительные» оценки, составляет в действительности 54, а не 67,01. Точно также сравнивая число учащихся, получивших «отрицательные» оценки (с предполагаемым распределением нулевой гипотезы) найдем по экспериментальным группам 19, а не 31,9, а по контрольным группам 40, а не 27,1.
Для получения числа степеней свободы в методе хи-квадрат используется формула: к— (п- 1) (т- 1) = (2 - 1) (2 - 1);.= Г, где п - число столбцов; т - число строк в таблице 2 с анализируемым материалом т.е. к= 1.
Обратимся к таблице уровней значимости для одной степени; свобо ды для х " ЛГо 99 = 6 6- Найденное значение 2 =16,02 xl,m = 6,6 на-г уровне значимости 0-0Г. Уровень значимости 0,01 означает, что в одном из тыся-чи случаев мы могли ошибиться. Следовательно, полученная величина достаточна для отклонения нулевой гипотезы HQ. Есть все основания принять в качестве истинного утверждения рабочую гипотезу настоящего исследования, изложенную во введении диссертации.
X связан с коэффициентом Ф четырехпольной корреляции, что; позволяет проверить правильность нахождениях?, используя таблицу 3.2т2 .
В нашем случае Ф=0,28. При таком способе вычислений хи-квадрат равен х2 = ф2 N у гДе N=A+B+C+D. Расчеты дают %г = (0,28)2 -205 =16,07.
Расхождения в величине % практически не существенны и лежат в допустимой области. Таким образом, предположенное утверждение HQ закономерно отвергается и принимается гипотеза настоящего исследования. Текущие итоги анализа приведенной- контрольной работы урока-исследования, позволяют довольно уверенно судить, о том, что использование различных средств методологии физики и уровней методологии решения физических задач длягразвития-познавательных возможностей учащихся может быть рекомендовано для практического применения в- педагогической практике обучения физике в средней школе.
В, ходе проведения педагогического эксперимента учителями были по материалам диссертанта проведены уроки-исследования с использованием компьютерных моделей на следующие темы: «Движение тела под действием нескольких сил», «Изучение газовых законов», «Закон Кулона», «Электрическое поле точечных зарядов», «Цепи постоянного тока», «Движение заряда в магнитном поле», «Законы фотоэффекта», «Излучение света атомом водорода. Постулаты Бора». Пример содержания- одного из уроков на тему: «Законы фотоэффекта», приведен в приложении.
Анализ итоговых результатов педагогического эксперимента, сведенных в диаграмму 3.2-1, позволяет утверждать обратное нулевой гипотезе. А именно, внешние проявления развитых познавательных возможностей, зафиксированные в умениях, подвергнутых поэлементному анализу, учащиеся обнаруживают более часто, уверенно и осознанно, по сравнению с традиционным: преподаванием, если изучение содержания обучения физике строить на систематическом использовании в обучении разных уровней методологии физики. Более детальные ответы, на вопросы о месте и принципах построения методической системы использования разноуровневых средств методологии физики в развитии познавательных возможностей учащихся в целом заслуживают дальнейших исследований.
Диаграмма 3.2-1 представляет усредненные результаты оценивания успешности развития познавательных возможностей учащихся в обучении физике по выделенным в п.3.1 умениям 1-6, подвергнутым поэлементному анализу
Таким образом, итоги педагогического эксперимента привели к опровержению нулевой гипотезы и принятию гипотезы данного исследования, вынесенной в защищаемые положения, изложенные во введении.
Похожие диссертации на Развитие познавательных возможностей учащихся средствами методологии физики
