Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ НАГЛЯДНОСТИ В РАЗВИВАЮЩЕМ ОБУЧЕНИИ МЕХАНИКЕ
1.1. Реализация принципов развивающего обучения в курсе механики материальной точки 12
1.2. Формирование теоретического мышления как одна из основных задач развивающего обучения 24
1.3. Усиление роли наглядных средств в развитии учащихся в процессе формирования понятий кинематики
и динамики материальной точки 35
1.4. Создание технологий для реализации развивающего обучения 51
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ В СИСТЕМЕ РАЗВИВАЮЩЕГО ОБУЧЕНИЯ
2.1. Методика изучения кинематики материальной точки в рамках фундаментальной физической теории 65
2.2. Роль укрупненных информационных единиц как средств знаковой наглядности в формировании теоретического мышления школьников 73
2.3. Комплексное использование средств наглядности при реализации развивающего обучения 84
ГЛАВА 3. ГОДАГОИІЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Организация педагогического эксперимента 120
3.2. Этапы проведения педагогического эксперимента 126
3.3. Анализ результатов педагогического эксперимента 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 155
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 159
- Реализация принципов развивающего обучения в курсе механики материальной точки
- Методика изучения кинематики материальной точки в рамках фундаментальной физической теории
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Развитие общества во многом зависит от того, какими темпами будет возрастать его интеллектуальный потенциал. В связи с этим интеллектуальное развитие школьников в процессе обучения необходимо рассматривать как одну из главных сторон подготовки подрастающего поколения к жизни. Несомненно, что любой процесс овладения знаниями и методами их приобретения стихийно сопровождается умственным развитием, но в современных условиях эти темпы должны быть существенно ускорены, поэтому процесс интеллектуального развития школьников требует интенсификации. В настоящее время внимание исследователей в значительной мере привлекает теория развивающего обучения, основной идеей которой является приоритет задач развития учащихся.
Основополагающими работами в формировании теории развивающего обучения являются труды Л.С.Выготского, В.В.Давыдова, Л.В.Занкова, А.В.Запорожца, Е.Н.Кабановой-Меллер, А.Н.Леонтьева, Н.А.Меньчинской, С.Л.Рубинштейна, Н.Г.Салминой, Д.Б.Эльконина, И.С.Якиманской [13,31,39,47,66,74,107,108,112,112,158,163]. В области педагогики в теорию развивающего обучения существенный вклад внесли Ю.К.Бабанский, Л.Я.Зорина, И.Я.Лернер[6,40,67], в области теории и методики обучения физике - ученые-методисты В.В.Мултановский, А.В.Петров, А.И.Подольский, В.Г.Разумовский, А.В.Усова, Т.Н.Шамало и др. [87, 88, 95, 96, 119,139,142].
Наибольшее практическое распространение получили системы Л.В.Занкова, В.В.Давыдова в системе начального образования, но внедрение разработанной ими теории в учебный процесс старшего и среднего звена средней школы встречается с большими трудностями и отстает от потребностей общества в создании соответствующих образо-
вательных систем. В полной мере это относится к процессу обучения физике, огромные развивающие возможности которого еще не используются полностью.
Реализация развивающего обучения в курсе физики в настоящее время характеризуется рядом противоречий:
между быстро изменяющимся содержанием курса физики и методами, обеспечивающими единство процесса обучения и интеллектуального развития школьников;
между потребностью учителей в теоретическом обосновании развивающих возможностей процесса обучения физике и уровнем научной разработки проблемы;
между методическими требованиями развивающего обучения по формированию теоретического мышления и традиционным использованием различных средств наглядности;
между возрастающим количеством компьютерных средств наглядности и отсутствием эффективных методик их комплексного использования в сочетании с другими средствами наглядности.
Преодолению этих противоречий способствует разработка требований, реализация которых решала бы в первую очередь задачи развития учащихся, а обучение соответствовало бы структуре и особенностям учебного материала по физике.
В связи с этим актуальность исследования проблемы осуществления развивающего обучения физике и его реализации в школе обусловлена:
социальным заказом общества на повышение интеллектуального потенциала учащихся;
необходимостью разработки методики использования различных средств наглядности для реализации развивающего обучения физике;
- необходимостью уточнения роли и функций наглядных средств в процессе интеллектуального развития школьников.
Анализ работ Х.Ж.Ганеева, Л.В.Занкова, В.В.Давыдова, Н.И.Чу-приковой [20, 31, 32, 39, 137, ] позволил выделить требования, предъявляемые к процессу обучения физике, выполнение которых позволит реализовать развивающее обучение. Одним из самых важных требований является построение учебного процесса преимущественно по пути «от общего к частному», а использование различных средств наглядности по принципу «от абстрактного к конкретному».
Средствам наглядности при изучении физики посвящено достаточное количество исследований. Большой вклад в решение проблемы внесли А.И.Анциферов, А.С.Кондратьев, В.В.Лаптев, В.В.Майер, Н.Я.Молотков, В.Г.Разумовский, С.А.Хорошавин, Т.Н.Шамало, А.В.Усова [2,71,95,96,121,134,146] и др. Но несмотря на это, до сих пор остается открытым вопрос, какие средства наглядности, когда и как целесообразно применять для достижения наибольшего положительного результата.
Во время бурного развития электронных средств появилась возможность использовать при обучении физике методы компьютерного моделирования, однако нет эффективных методик, которые бы рассматривали применение компьютерного моделирования в комплексе с другими видами наглядности. Компьютерные модели часто «конкурируют» с натурным экспериментом, вместо того, чтобы дополнять и обогащать друг друга.
Не раскрыто также применение и других средств наглядности (опорные конспекты и обобщающие таблицы) с позиций развивающего обучения. Эти виды знаковой наглядности применяются чаще всего для итоговой систематизации знаний и облегчения запоминания учебного материала. Но при этом слабо используются их развивающие возможности, что особенно заметно при изучении механики. Материал курса
механики в 9 классе вызывает значительные трудности, но в то же время предоставляет прекрасные возможности для осуществления развития учащихся. Поэтому исследование, связанное с использованием средств наглядности в процессе развивающего обучения на примере изучения механики следует считать своевременным.
Цель исследования - разработка методики использования средств наглядности при осуществлении развивающего обучения механике в курсе 9 класса общеобразовательной школы.
Объект исследования - процесс обучения физике в современной школе.
Предмет диссертационного исследования - методика использования средств наглядности в процессе развивающего обучения физике.
Методологическую основу исследования составляют общие принципы дидактики и методологические принципы физики, теоретический анализ проблемы осуществления развивающего обучения физике на основе комплексного использования средств наглядности, достижения и тенденции развития общей и частной методики преподавания физики.
Гипотеза исследования: уровень развития и качество знаний учащихся при изучении механики существенно повысятся, если:
содержание обучения будет преимущественно осуществляться по принципу «от общего к частному», а использование средств наглядности - по принципу «от абстрактного к конкретному»;
в процессе формирования теоретического мышления обеспечить усиление роли средств наглядности путем их применения в следующей последовательности: абстрактная модель явления -» знаковая наглядность (схема, график, ОК) —» натурный эксперимент -> явления природы.
Исходя из цели и гипотезы исследования сформулированных выше, были определены конкретные задачи исследования:
На основе анализа педагогической и методологической литературы изучить современное состояние проблемы реализации развивающего обучения физике путем комплексного использования средств наглядности.
Выявить дидактические условия усиления роли средств наглядности в развитии теоретического мышления.
Обосновать структуру содержания учебного материала, обеспечивающего эффективную реализацию принципов развивающего обучения в преподавании механики.
Сформулировать принципы выбора и использования средств наглядности в курсе кинематики и динамики материальной точки.
Разработать методику комплексного применения средств наглядности для реализации развивающего обучения в курсе механики.
Проверить эффективность предлагаемой методики в решении задач интеллектуального развития и повышения качества знаний учащихся и провести анализ результатов педагогического эксперимента.
Для решения поставленных задач выбраны следующие методы исследования:
изучение и анализ психолого-педагогической, научной, методической и специальной литературы по рассматриваемой проблеме;
анализ содержания программ, учебных планов, структуры уроков физики;
педагогические измерения (наблюдение, беседа, анкетирование
и опросы учеников и учителей);
обобщение опыта инновационной деятельности учителей;
сравнительный педагогический эксперимент с целью выявления эффективности предлагаемой методики комплексного использования средств наглядности;
статистические методы обработки результатов эксперимента;
качественный анализ результатов исследования.
Логика исследования включала следующие этапы:
Общее ознакомление с проблемой исследования. Изучение психолого-педагогической и методической литературы по проблеме реализации развивающего обучения физике на основе использования различных средств наглядности.
Обоснование цели и задач исследования.
Выявление путей и психолого-педагогических условий реализации развивающего обучения при использовании различных средств наглядности, выдвижение гипотезы и разработка методики.
Организация и проведение педагогического эксперимента.
Количественный и качественный анализ результатов опытной работы.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые исследована возможность комплексного использования средств наглядности для формирования теоретического мышления в системе развивающего обучения механике.
Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит в следующем:
1. На основании принципов развивающего обучения Л.В.Занкова, были выделены требования к реализации развивающего обучения физике в 9 классе (оперирование крупными информационными блоками, движение по пути «от общего к частному» и «от абстрактного к конкретному», осуществление самостоятельной мыслительной деятельно-
сти учеников при использовании средств наглядности, рефлексия школьников учебной деятельности).
Обоснована возможность усиления роли средств наглядности в процессе формирования теоретического мышления учащихся.
Проанализировано перераспределение функций средств наглядности при их использовании в развивающем обучении физике.
Создана дидактическая модель использования средств наглядности в системе развивающего обучения на основе последовательного движения от абстрактных моделей, знаковой наглядности к натурному эксперименту и природным явлениям.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
создана методика реализации развивающего обучения механике, которая позволяет повысить эффективность обучения. В рамках этой методики предложено взаимодействие компьютерного моделирования и демонстрационного эксперимента, путем последовательного восхождения учебной деятельности «через модель, схемы, графики, таблицы к эксперименту, к явлениям природы»;
разработана методика опережающего использования обобщающих таблиц и самостоятельного составления учащимися опорных конспектов как видов знаковой наглядности, функционирующих в рамках развивающего обучения;
теоретические разработки доведены до уровня конкретных методических рекомендаций по осуществлению развивающего обучения на уроках физики.
Достоверность полученных результатов и научных выводов обосновываются: длительностью эксперимента, его повторяемостью и контролируемостью; широкой экспериментальной базой; применением методов математической обработки экспериментальных данных; учетом передового педагогического опыта школ, непротиворечивостью полу-
ченных результатов с выводами других исследований, которые проводились ранее.
Исследование осуществлялось в три этапа с 1993 по 1998 год.
1-й этап - констатирующий эксперимент ( 1993-1995г.), который заключался в выявлении предпосылок построения методики развивающего обучения физике.
2-й этап - поисковый эксперимент (1995-1996 г.), в процессе которого осуществлялось исследование и развитие разработанной методики использования средств наглядности в курсе физики.
3-й этап - формирующий эксперимент (1996-1998 г.), который состоял в уточнении методики развивающего обучения физике с учетом данных формирующего эксперимента и внедрении скорректированной методики в учебный процесс по физике.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в школах г.Екатеринбурга (шк. №13, 113, 67, 64, 164), г. Первоуральска (шк. №1, 25), Канашинской и Ольховской средних школах Шадринского района Курганской области.
Полученные результаты докладывались и обсуждались на межвузовской научно-методической конференции «Естественные науки в педвузе и школе» в Екатеринбурге (1995 г.), на научно-методической конференции в Екатеринбурге (1997 г.), на XXIX Зональном совещании преподавателей педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока «Инновационные процессы в подготовке будущего учителя физики» в г. Екатеринбурге (1996 г.), на Международных научно-практических конференциях «Проблемы учебного физического эксперимента» в г. Глазове (1997,1998 гг.), на научно-практических конференциях «Пути повышения прочности знаний и развитие учащихся в процессе обучения физике» в г. Кургане (1996, 1997гг.) на заседаниях методических объединений учителей Шадринского района (1995, 1996, 1997, 1998гг.).
На защиту выносятся следующие положения:
Современный подход к использованию различных средств наглядности позволяет рассматривать их не только как форму, метод и содержание обучения физике, но и как одно из главных средств интеллектуального развития учащихся.
В процессе развития теоретического мышления средства наглядности должны занять одно из ведущих мест при условии реализации принципа «от абстрактного к конкретному». Усиление роли наглядных средств в развивающем обучении можно осуществить путем их последовательного применения по схеме: абстрактная модель явления-» знаковая наглядность (схема, график, ОК) -» натурный эксперимент-» явления природы.
Реализация принципов развивающего обучения в курсе механики материальной точки
На рубеже третьего тысячелетия наблюдается бурный прогресс в области информационных технологий, обусловленный развитием электронных средств информации. Несомненно, что мы имеем дело с НТР, которая предъявляет к человеку новые требования. Возникает необходимость создания теории обучения, которая могла бы динамически развиваться, соответствуя меняющимся требованиям. Базисом для создания такой теории в настоящее время может стать теория развивающего обучения, основой которой является идея приоритета развития учащихся в процессе обучения.
К началу 30-х годов 20-го века выделились три основные теории, раскрывающие соотношение обучения и развития. В основе первой заложена идея о независимости процесса развития от обучения. Создателями одной из таких теорий были З.Фрейд, А.Газелл, Ж.Пиаже и др. Другая концепция заключалась том, что обучение и развитие идут параллельными путями, что любое обучение неизбежно вызывает развитие. Если рассматривать обучение с этих позиций, то вполне понятно, что любое обучение будет более или менее развивающим.
Наиболее перспективной представляется третья концепция, которая «разводит процессы обучения и развития и вместе с тем устанавливает их взаимосвязь»[15, с.ЗО]. Идеи развивающего обучения нашли отражение в трудах Л. С. Выготского, В. Я. Гальперина, В.В.Давыдова, Л. В. Занкова, А.Н.Леонтьева, Д. Б. Эльконина, и др. [13, 17, 29, 39, 65, 158]. Результаты различных психолого-педагогических исследовании убедительно свидетельствуют о том, что развитие интеллекта зависит не столько от объема знаний, сколько от содержания учебных заданий, от методов их усвоения, видов и структуры учебно-познавательной деятельности.
Отношение «обучение - развитие» представляет по словам Л.С. Выготского, «самый центральный и основной вопрос, без которого проблемы педагогической психологии... не могут быть не только правильно решены, но даже поставлены» [15, с.374]. Нельзя не признать тот факт, что любое правильно организованное и эффективное обучение вызывает развитие. В этом смысле исторически сложившийся термин «развивающее обучение» является не совсем удачным, так как в принципе подходит к любому обучению. Словосочетание «развивающее обучение» в последнее время стало применяться так часто и в таком широком смысле, что оно зачастую стало пониматься не как развивающее, а как эффективное обучение, а под «развитием» - любое развитие, вплоть до физического. Создатели теории развивающего обучения вкладывают в это словосочетание другой смысл - развивающим можно называть такое обучение, в котором развитие не является вторичным продуктом, а выступает в качестве основной цели, где обучение «забегает вперед развития» и стимулирует его рост. При этом процесс обучения должен строиться таким образом, чтобы его структура не только позволяла усваивать необходимый набор знаний, но создавала условия, при которых формируются качественно-новые образования в развитии ребенка [15, с.388].
Методика изучения кинематики материальной точки в рамках фундаментальной физической теории
Анализ существующих учебников для 9-го класса [7,8,58,81] показывает, что последовательность изложения учебного материала обоснована принципом «от простого к сложному». Логика такого построения вполне понятна - равномерное движение является самым простым и легким для усвоения, с него начинается изучение кинематики. Далее обычно рассматривается равноускоренное движение, затем движение тела, брошенного горизонтально и т.д. При этом в ходе учебного процесса ученик поднимается «по ступеням сложности», опираясь на усвоенные и более простые знания. Он приобретает необходимые умения и навыки, но реализация его дальнейшей мыслительной деятельности не может осуществляться самостоятельно, так как ученик не может предвидеть тех задач, которые перед ним затем поставит учитель. Так, например, при изучении равномерного движения учащийся не чувствует необходимости введения понятия ускорения, и поэтому в этом случае необходимо вмешательство учителя.
Возможен и другой подход: построение учебного материала согласно логике «от общего к частному». Начиная изучение «с самого абстрактного, что только может быть доступно духу ребенка»[25,с.95], мы тем самым переносим «стартовую точку» познавательной деятельности ученика на «вершину» сложности. Дальнейший «подъем» познавательной деятельности школьника должен сопровождаться не столько «спуском» по ступеням сложности, сколько большей степенью самостоятельности. Вооруженный знанием общего, учащийся в состоянии осознать цель своей дальнейшей работы и организовать познавательную деятельность по конкретизации знаний. Так, изучив понятие ускорения и равноускоренного движения, ученик вполне самостоятельно может вывести законы равномерного прямолинейного движения и построить графики зависимости v(t) и s(t), считая движение равноускоренным с ускорением равным нулю. Такое построение имеет место, например, в курсе молекулярно-кинетической теории в 10 классе. После изучения закона Менделеева-Клапейрона учащиеся легко усваивают его частные проявления - законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля.
Таким образом, организация обучения по принципу «от общего к частному» и «от абстрактного к конкретному» представляется более эффективной и соответствующей логике изложения физических теорий. Такой подход можно осуществить не только путем изменения структуры учебного материала всей изучаемой темы, но и при введении отдельных физических понятий, где работа с абстрактной моделью предшествует демонстрационному эксперименту. Например, понятие ускорения, по нашей методике, следует вводить на основе абстрактной компьютерной модели, а затем, пользуясь полученным определением, представить для наблюдения демонстрацию равноускоренного движения. Определение ускорения при этом осуществляется уже в ходе физического эксперимента. Таким образом, при предлагаемой логике изучения учебного материала возможна большая степень самостоятельности школьников при переходе от одной части учебного материала к другой, так как ученик, вооруженный знанием общего, способен предвидеть дальнейшую логику изучения учебного материала по пути конкретизации.
Можно привести несколько возражений против такой методики изучения кинематики материальной точки.
Первое возражение состоит в том, что такая последовательность использования модели до проведения физического эксперимента противоречит естественному ходу развития физической теории. (Сначала чаще всего выявляются факты, необъяснимые с точки зрения старых теорий, а только затем разрабатывается новая теория). Действительно, как отмечает В.В.Давыдов, «для нахождения какого-либо «одинакового» свойства необходимо иметь некоторый круг реальных предметов для сравнения. Но как определяется этот круг, что служит основанием для его выделения? Нетрудно заметить, что образование некоторой группы сходных предметов предполагает наличие знания об этом сходном для них свойстве»[31, с.79]. Х.Зигварт также подчеркивает, что «сравнение различных красных вещей по их цвету возможно лишь в том случае, если указанная абстракция уже выполнена»[43, с.281].
Организация педагогического эксперимента
Для определения эффективности предложенной методики был организован педагогический эксперимент. Цель педагогического эксперимента заключалась в решении следующих задач:
1. Выявить положительное влияние предложенной методики изучения кинематики материальной точки на общее интеллектуальное развитие школьников.
2. Определить эффективность комплексного использования средств наглядности по предлагаемой схеме (компьютерная мо-дель-»график, схема-» эксперимент- явления в природе) в процессе усвоения понятий механики.
3. Выяснить зависимость динамики роста самостоятельной познавательной деятельности учащихся от опережающего использования обобщающих таблиц.
Нами применялись следующие методы педагогического исследования: беседы, интервью, наблюдения, анкетирование, опрос, тестирование.
Экспериментальная проверка эффективности предложенной методики осуществлялась сравнением данных, полученных при обучении учащимися контрольных и экспериментальных групп путем:
- сопоставления динамики развития интеллектуальных умений;
- сравнения изменения познавательной активности учеников по результатам педагогического консилиума;
- сравнения результатов тестирования учеников с целью выявления отличий в темпе роста интеллектуального развития;
- проверки качества усвоения понятии при тестировании учеников; -оценки качества усвоения знаний по кинематике материальной точки.
При организации педагогического эксперимента мы столкнулись с рядом трудностей. Первое затруднение заключалось в том, что на результаты педагогического эксперимента оказывают влияние различные факторы: особенности личности учителя, взаимоотношения учителя и учеников, отличия в общем умственном развитии учеников, нравственная атмосфера в классном коллективе и т.д. Для преодоления этих трудностей контрольные и экспериментальные группы подбирались таким образом, чтобы все внешние воздействия были примерно одинаковы, а отличия заключались только по тем факторам, действие которых нами исследуется, кроме того, применялся метод «перекрещивающихся» групп, при котором исследуемый нами фактор действовал сначала в одной группе, потом в другой.
С этой же целью нами применяется метод единственного отличия, приведем его схематическое представление:
А, Б, В, Г Д,Е
А, Б, В, (Г +) Д, (Е +),
где Г - неизмененный параметр, а (Г +) - измененный параметр исследуемого нами фактора по предлагаемой методике. При изменении параметра Г (при неизменных остальных параметрах), мы наблюдали изменение параметра Е, что позволяет говорить о Г как о причине изменения Е[84, с.28]. Так при использовании моделирования перед натурным экспериментом при прочих равных условиях мы наблюдали статистически достоверную положительную динамику изменения полноты усвоения понятия и рост интеллектуального развития учеников экспериментальной группы в большей степени, чем в контрольной. Это позволило нам сделать вывод о их взаимосвязи.
Следующая трудность заключалась в том, что, с одной стороны, для статистической достоверности требуется достаточно большое число испытуемых, а с другой стороны, большая массовость не позволяет достаточно глубоко и полно проследить трудно наблюдаемые изменения, связанные с мыслительной деятельностью. Для преодоления этого затруднения мы использовали метод репрезентативного отбора и воспользовались таблицей больших чисел. Для получения статистически достоверных результатов проведения эксперимента, количество испытуемых (384) взято согласно принятому уровню значимости Е/Р =0,95, где Е - допустимая ошибка, Р- минимальные количества испытаний для различных уровней погрешности [27].
Для более глубокого исследования и изучения отличий в интеллектуальном развитии учеников контрольной и экспериментальной группы мы применяли методы вторичной статистической обработки результатов эксперимента. Чтобы быть уверенными в том, что все изменения в отобранной нами сравнительно небольшой группе из общего числа будут объективно совпадать с изменениями, происходящими со всеми участниками эксперимента, отбор учащихся для исследования осуществлялся следующим образом: общие распределения изучаемых признаков контрольной и экспериментальной группы до проведения эксперимента были одинаковыми, т.е. выборочные средние значения, дисперсия, мода и медиана обеих групп были соответственно одинаковы и распределение в каждой группе было симметричным, т.е. значения моды совпадает со значениями среднего и медианы.
