Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методологические основы метамодели обучения студентов физического факультета в классическом университете 24
1.1. Становление методологии обучения студентов - будущих специалистов - в классическом университете 24
1.2. Моделирование как метод исследования педагогической действительности 34
1.3. Системный подход как общенаучная основа моделирования 47
1.4. Деятельностный подход как теоретико-методологическая стратегия моделирования 64
1.5. Закономерности и принципы конструирования метамодели 87
1.6. Концепция обучения будущих физиков-исследователей и преподавателей физики в классическом университете как теоретическое описание метамодели 102
Выводы к главе 1 115
Глава 2. Психолого-дидактические основы моделирования. Уровневая модель непрерывного физического образования 117
2.1. Фундаментальность как содержательный аспект университетского физического образования 117
2.2. Модели деятельности и обучения физика-исследователя и преподавателя физики 133
2.3. Процессуальный аспект обучения - логико-эвристическое наполнение, различные средства развития рефлексии 180
Выводы к главе 2 212
Глава 3. Методики формирования когнитивных ключевых квалификаций исследователя на материале физики 215
3.1. Сравнительный анализ структуры научных и учебных физических задач 215
3.2. Содержательно-процессуальный анализ научных задач 219
3.3. Обсуждение результатов анализа научных задач 225
3.4. Методика формирования основных логических приемов обучения на материале физики 229
3.5. Методика формирования элементов эвристической деятельности в процессе изучения физики 240
3.6. Модель формирования методологических знаний и умений у студентов физического факультета 249
3.7. Конструирование учебной физической задачи как системного объекта 258
3.8. Конструирование алгоритмов деятельности по решению задач 267
Выводы к главе 3 274
Глава 4. Дидактический эксперимент и его результаты 276
4.1. Учебно-методический комплекс по дополнительным образовательно-профессиональным программам «Преподаватель физики» и «Преподаватель физики высшей школы» как дидактическое условие реализации метамодели 276
4.2. Цели и задачи дидактического эксперимента 287
4.3. Методика организации и проведения эксперимента 288
4.4. Результаты опытно-экспериментальной работы 294
Выводы к главе 4 320
Заключение 322
Литература 328
ПРИЛОЖЕНИЯ 358
- Становление методологии обучения студентов - будущих специалистов - в классическом университете
- Фундаментальность как содержательный аспект университетского физического образования
- Сравнительный анализ структуры научных и учебных физических задач
Введение к работе
В процессе эволюции образовательной парадигмы, в основном сложившейся в 90-е годы XX века в России и обеспеченной концепцией фунда-ментализации высшего образования, исключительное внимание теоретиков, педагогов-практиков и управленцев привлекает актуальная проблема качества высшего образования. Она широко обсуждается в научной печати и средствах массовой информации. Интерес к качественным показателям деятельности высшей школы определяется следующими причинами. Во-первых, усилением зависимости темпов развития общества от уровня и масштабов высшего образования. Во-вторых, переходом от индустриальной фазы в развитии экономики к экономике знаний и становлением информационной цивилизации. В-третьих, высшее образование из селективного, предполагающего отбор наиболее способной молодежи, становится массовым. И если недавно необходимое обществу качество высшего образования обеспечивалось природными способностями студентов или их принадлежностью к наиболее культурным слоям общества, то теперь необходимы дополнительные меры, направленные на развитие и обучение поступающих в вузы. Это особенно актуально для провинциальных вузов, для не очень крупных университетов, в которых остро стоит проблема снижения уровня подготовки абитуриентов. В-четвертых, со становлением информационной цивилизации происходит интернационализация высшего образования как часть процесса глобализации, а это предполагает соответствие качественного уровня работы вузов некоторым всеобщим критериям и нормативам, необходимым для международной мобильности выпускников и студентов, особенно в связи с участием России в Болонском процессе. В-пятых, в связи с резким сокращением государственного финансирования высшего образования и устареванием материально-технической инфраструктуры вузов необходимо добиваться быстрого повышения качества высшего образования, иначе России не удержаться в числе технологически, экономически и культурно развитых государств мира.
Под качеством высшего образования понимается интегральная характеристика образовательного процесса и его результатов, выражающая меру их соответствия текущим и перспективным задачам социально-экономического развития общества, т.е. решается вопрос о том, насколько оно удовлетворяет запросы человека и общества в целом, государства и сложившихся областей продуктивной деятельности человека (включая, в частности, науку и образование) [50].
Можно дать дидактическое, процессуальное, педагогическое опредже-ления качества образования. Дидактическим будет определение уровня обученное, например, на основе тестовых технологий; педагогическим - определение качества образования с оценкой уровня воспитанности учащихся; процессуальным - оценка качества образования по параметрам учебного процесса [238]. В дидактическом аспекте под качеством образования обучаемого понимается определенный уровень усвоения содержания образования (знаний, умений, навыков, способов деятельности, личностного и профессионального развития, творческой деятельности, культуры отношений), которые достигаются на различных этапах образовательного процесса в соответствии с задачами и целями воспитания, обучения и подготовки и индивидуальными возможностями, стремлениями и способностями учащихся [238].
При отборе критериев качества высшего образования акцент следует делать не только на квалификацию специалистов, но и на их компетентность и ответственность.
Практические подходы к решению проблемы обеспечения качества высшего образования связаны с определением актуальных и перспективных целей высшего образования; достижением современного понимания содержания образования, определением источников его обновления, разработкой механизмов, позволяющих поднимать творческую продуктивность учебно-педагогической коммуникации преподавателей и студентов. Речь идет о проектировании содержания учебного процесса, о дидактике высшего образования XXI века, о новых, более эффективных педагогических технологиях, но-
вых поколениях средств обучения, рассчитанных на повышение эффективности обучения в массовой аудитории, т.е. на усвоение большим числом сту-
дентов большего дидактического объема учебного материала с лучшими ре-
зультатами усвоения за меньшее время.
Таким образом, всегда остается актуальной проблема повышения каче
ства подготовки специалистов, способных решать поставленные перед ними
задачи грамотно, оперативно, перспективно. Для решения этой проблемы не
обходимо построить модели специалистов разных профилей, в том числе и
* модель физика-исследователя.
В Государственных образовательных стандартах уже двух поколений
делаются попытки построить модель деятельности физика-исследователя и
преподавателя физики, выпускника классического университета. В последнее
время оформилась новая задача для разработчиков моделей специалистов:
представить требования к уровню подготовки выпускника - в том числе и
,. физика-исследователя - в диагностируемой форме. Иначе говоря, цель обу-
чения на физическом факультете классического университета необходимо поставить так, чтобы в любой момент можно было проверить степень ее достижения.
Среди научных публикаций есть работы, посвященные методологиче
ским и методическим принципам построения моделей специалистов (напри-
. мер, комплексное исследование коллектива авторов из Санкт-Петербурга под
руководством Е.Э. Смирновой; эвристико-алгоритмическая модель педагогической деятельности З.М. Большаковой и др.). Для создания модели специалиста важно представлять структуру его деятельности. Формируется перечень ситуаций деятельности, далее - типовых задач, которые должен решать специалист, и соответствующих способов их решения. При этом нужен не только анализ состава деятельности, но и количественное соотношение элементов, логика деятельности.
Развитие физики невозможно без непрерывного пополнения группы исследователей. Поэтому кроме ученых-физиков должны существовать и
преподаватели физики (вторая группа людей частично пересекается с первой). В последнее время наблюдаются две противоположные тенденции изменения разрыва между физикой как содержанием области исследования и физикой как содержанием учебного предмета. С одной стороны, есть возможность постепенно сокращать этот разрыв: студенты, решившие стать учеными, и студенты, желающие стать педагогами, имеют возможность получать от преподавателей сведения о самом современном состоянии науки. С другой стороны, низкий уровень подготовки абитуриентов не позволяет большинству из них, когда они становятся студентами, качественно усваивать современные научные результаты - таким образом, для них разрыв между наукой и содержанием соответствующего учебного предмета расширяется и углубляется.
В ходе анализа психологической, дидактической и методической литературы мы обнаружили работы, связанные с отдельными аспектами интересующей нас проблематики:
- теории отбора и структурирования содержания образования
(СИ. Архангельский, И.И. Ильясов, И.С. Карасова, А.В. Коржуев, B.C. Лед-
нев, В.А. Попков, П.И. Самойленко, С.Д. Смирнов, А.В. Усова и др.);
сущность педагогического проектирования и прогнозирования образовательного процесса (B.C. Безрукова, В.П. Беспалько, Б.С. Гершунский, Е.В. Оспенникова, В.Е. Радионов, В.М. Соколов, В.И. Тесленко и др.);
сущность образовательных технологий (В.И. Андреев, B.C. Безрукова, В.П. Беспалько, В.В. Гузеев, СИ. Змеев, М.В. Кларин, М.М. Левина, Г.К. Селевко, В.А. Сластенин, И.О. Яковлева и др.);
теоретические и психолого-педагогические аспекты обучения будущих специалистов в вузах (А.Н. Леонтьев, СЛ. Рубинштейн, A.M. Ма-тюшкин, Г.П. Щедровицкий, В.И. Загвязинский, Э.Ф. Зеер, О.С. Анисимов, О.В. Долженко, В.В. Краевский, Н.В. Кузьмина, Ю.Н. Кулюткин, A.M. Новиков, Т.И. Руднева, В.А. Сластенин, М.Н. Скаткин, Е.Э. Смирнова, Н.Ф. Талызина, В.И. Тесленко и др.);
теоретические вопросы контекстного обучения (А.А. Вербицкий, Л.В. Медведева и др.);
исследования структуры научной и педагогической деятельности ученых и преподавателей высшей школы (Ж. Адамар, СИ. Вавилов, П.Л. Капица, А. Пуанкаре, В.И. Андреев, З.Ф. Есарева, В. Кирпичев, В.А. Кузнецова, Е.И. Регирер, Т.И. Руднева, Г. Селье, Н.В. Шаронова, В.И. Ваганова и др.);
теория решения задач (Г.А. Балл, В.М. Глушков, Л.Л. Гурова, Г.С. Костюк, Ю.Н. Кулюткин, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.М. Фридман, А.Ф. Эсаулов и др.);
методические работы по отдельным темам и вопросам вузовских курсов физики.
В зарубежной англоязычной методической печати отмечается, что за последние 10 лет в преподавании физики во всем мире произошли изменения, вызванные следующими факторами: внедрением результатов исследований преподавания физики, использованием информационных технологий, отказом многих студентов специализироваться по физике, идеей о соответствии содержания физического образования различных групп студентов целям их будущей профессии [330]. Изменения учебных планов и курсов физики в разных странах направлены на концептуальное понимание и когнитивные умения, требующие применять физические понятия и решать физические проблемы; обучение студентов строить модели физических явлений на основе экспериментальных результатов; обучение физике в контексте интереса студентов (приложения к «реальной жизни», обучение в полностью практической среде, охват большего количества тем, чем им может понадобиться в будущей карьере, изучение современной физики и квантовой механики в более ранние сроки по учебному плану и т.д.); интерактивную работу студентов и использование информационных технологий; разработку курсов и учебных планов для специальных групп студентов [286-308, 310, 311, 313-334, 336, 337].
Зарубежные исследователи отмечают интересные для нас тенденции в преподавании физики на различных уровнях образования и для различных специальностей, но не строят целостных моделей подготовки физиков и преподавателей физики. Понятие «педагогическая технология» они не используют, а «технологии» понимают как информационные технологии.
Таким образом, до сих пор вопрос о технологии обучения будущих физиков-исследователей в университете исследован мало.
Анализ научных публикаций по методологическим, теоретическим, дидактическим и методическим вопросам высшего образования, а также собственный опыт обучения студентов физического факультета классического университета позволил нам выделить основное противоречие
па социальном уровне: между потребностью общества в специалистах, способных работать в области фундаментальных физических исследований, и недостаточной готовностью большинства выпускников физфака классического университета к самостоятельной профессиональной исследовательской деятельности;
на общенаучном (педагогическом) уровне: между определенностью цели обучения и недостаточной разработанностью методологических, теоретических и методических основ подготовки исследователей - физиков и преподавателей физики - в классическом университете;
на методическом уровне: между прочностью позиций традиционных методик обучения и необходимостью инноваций с акцентом на формирование когнитивных ключевых квалификаций исследователя.
Это противоречие, сформулированное на трех уровнях, порождает основную проблему: выявление методологических и методических основ, а также создание модели обучения будущих физиков-исследователей и преподавателей физики в классическом университете.
Для определения путей разрешения этой проблемы ее необходимо структурировать.
Процесс обучения студентов представляет собой полиструктурную сложную систему, и для его проектирования необходимо выявить системообразующие связи, как внутренние, так и внешние.
Эффективный процесс подготовки физиков-исследователей требует квалифицированных преподавателей высшей школы, способных обучать будущих физиков, а также преподавателей, способных работать на любых уровнях образования.
Для успешного освоения образовательно-профессиональной програм-
!$ мы физического факультета классического университета абитуриент должен
обладать достаточным начальным уровнем предметной подготовки. Следовательно, необходимы преподаватели физики, способные обеспечить достаточную предметную подготовку абитуриента.
Кроме перечисленных внешних связей, процесс обучения студентов
физического факультета классического университета имеет еще и внутрен-
ш ние системообразующие связи, определяющие содержательно-процессуаль-
ное ядро обучения.
Проектирование столь сложного системного объекта предполагает его исследование средствами моделирования. Каждой выявленной связи соответствует своя модель объекта исследования, в результате объект представляется иерархией моделей различной общности - назовем ее метамоделыо обучения будущих специалистов в классическом университете.
Основная идея исследования: системно-деятельностная метамодель адекватно представляет процесс обучения будущих исследователей - физиков и преподавателей физики - в классическом университете и позволяет управлять этим процессом.
Выделенные основные подходы к проектированию процесса подготовки специалистов позволяют сформулировать тему исследования: «Систем-но-деятельностная метамодель обучения студентов физического факультета в классическом университете».
Цель исследования: выявить методологические и методические основы создания метамодели обучения будущих исследователей - физиков и преподавателей физики в классическом университете.
Объект исследования: процесс обучения студентов физического факультета в классическом университете.
Предмет исследования: системно-деятельностная метамодель как
средство изучения процесса обучения будущих физиков-исследователей и
преподавателей физики в классическом университете.
Ш Гипотеза исследования. Возможно, что:
1. Общенаучной основой метамодели обучения студентов является
системный подход, теоретико-методологической стратегией - деятельност-
ный подход, при разработке практико-ориентированной тактики необходимо
использовать аналитико-синтетические процедуры и различные виды умо
заключений.
Л 2. На этапе моделирования процесса подготовки выявляются законо-
мерности обусловленности, эффективности и описания объекта исследования. Имеет место иерархия классов принципов: а) моделирования, б) дидактических, в) разработки выявляющих и образующих заданий.
3. Системно-деятельностная метамодель обучения будущих физиков-
исследователей и преподавателей физики в классическом университете как
познавательное средство выполняет три функции: эвристическую, норматив-
ную и объясняющую. На методологическом уровне системообразующими
связями метамодели являются генетическая, функциональная и причинно-
следственная. Теоретическое описание метамодели представляется концеп
цией обучения будущих физиков-исследователей и преподавателей физики в
классическом университете, включающей общие положения, понятийный
аппарат, теоретико-методологические основания, ядро и содержательно-
. смысловое наполнение.
4. Уровневая модель, построенная на причинно-следственной связи
состояний субъекта образования во времени, позволяет выявить инвариант -
когнитивные ключевые квалификации физиков-исследователей и преподавателей физики (логико-эвристические и методологические знания и умения), обеспечивающие непрерывность развития субъекта образования на всех уровнях образования для освоения основной и дополнительных образовательно-профессиональных программ.
5. Психолого-дидактическими основаниями формирования когнитивных ключевых квалификаций физиков-исследователей и преподавателей физики являются: а) концепция фундаментализации физического образования,
$' конкретизированная в метазнаниях (логико-эвристических и методологиче-
ских), «развернутых» в деятельность студентов; б) теория планомерно-поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина; в) теория познавательной деятельности И.Н. Семенова.
В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой в работе ставились следующие задачи исследования:
- 1. Построить метамодель обучения студентов физического факультета
классического университета на методологическом, дидактическом и методическом уровнях описания объекта исследования:
а) Разработать концепцию обучения будущих физиков-исследователей
и преподавателей физики в классическом университете: общие положения,
понятийный аппарат, теоретико-методологические основания, ядро и содер
жательно-смысловое наполнение. Определить подходы, выявить системооб
разующие связи, гносеологические и дидактические закономерности обуче
ния студентов в классическом университете, сформулировать принципы мо
делирования и проектирования дидактического процесса на методологиче
ском, дидактическом и методическом уровнях общности.
б) В уровневой модели, построенной на причинно-следственной связи,
выделить инвариант - когнитивные ключевые квалификации исследователей
(физиков и преподавателей) - логико-эвристические и методологические
знания и умения, обеспечивающие готовность выпускника к исследователь-
ской деятельности и непрерывность образования на различных уровнях и в рамках разных образовательных программ.
в) Определить основания формирования у студентов когнитивных клю-
чевых квалификаций. Разработать проект дидактического процесса по общей
физике и спецкурсам по программам «Преподаватель» и «Преподаватель
высшей школы».
г) Разработать методику и определить способы создания педагоги
ческих ситуаций формирования у студентов логико-эвристических и мето-
дологических знаний и умений. Сформулировать принципы разработки вы-
являющих и образующих заданий для студентов.
д) Разработать учебно-методический комплекс по дополнительным
образовательно-профессиональным программам «Преподаватель» и «Препо
даватель высшей школы» (предметный компонент), а также комплект зада
ний по общей физике для управляемого формирования операционального и
рефлексивного уровней познавательной деятельности студентов.
2. Верифицировать разработанную метамодель в естественном педагогическом эксперименте в учебном процессе на различных уровнях образования: в классическом университете, других вузах, базовых школах физического факультета университета, а также в системе повышения квалификации работников образования.
Методологическая основа исследования: материалистическая диалек-
'~ тика и диалектическая логика как теория познания (Г.В.Ф. Гегель, Ф. Эн-
гельс, Э.В. Ильенков, А.П. Шептулин, А.Г. Спиркин, А.А. Зиновьев, П.Н. Федосеев, В.А. Лекторский, В.А. Штофф, П.В. Копнин и др.); философия науки и структура научных исследований (И.Г. Герасимов, В.П. Кохановский, А.Л. Никифоров, А.И. Ракитов и др.); системный подход (И.В. Блауберг, В.Н. Садовский, Э.Г. Юдин, А.И. Уемов, И.Н. Семенов, Н.В. Кузьмина,
4 Ф.Ф. Королев и др.); деятельностный подход и теория деятельности
(А.Н. Леонтьев, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина, Г.В. Суходольский, В.П. Зинченко, Г.П. Щедровицкий и др.); теория моделирования
(В.А. Штофф, B.A. Веников, Л.М. Фридман, Б.С. Гершунский, А.И. Уемов, И.Б. Новик, Е.В. Оспенникова и др.); психологические теории познавательных процессов, прежде всего мышления (С.Л. Рубинштейн, В.В. Давыдов, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина и др.); теории творчества (Я.А. Пономарев, Н.Ю. Посталюк, Д.Б. Богоявленская, И.И. Лапшин и др.), исследования структуры научной и педагогической деятельности ученых и преподавателей высшей школы (З.Ф. Есарева, В.И. Андреев, В.А. Кузнецова, Г. Селье и др.); теория решения задач (Г.А. Балл, Л.Л. Гурова, А.Ф. Эсаулов, В.М. Глушков, Л.М. Фридман, Ю.Н. Кулюткин, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова и др.); педагогические технологии и педагогическое проектирование (В.А. С л астении, В.П. Беспалько, B.C. Безрукова, Г.К. Селевко, М.В. Кларин, М.М. Левина, Н.О. Яковлева и др.); теории алгоритмизации в обучении (Л.Н. Ланда, В.П. Беспалько и др.); педагогическая эвристика (Д. Пойа, В.Н. Соколов, Ю.Н. Кулюткин, В.Н. Пушкин и др.).
Методы исследования:
эмпирические: сбор научных фактов (анализ литературных источников по профессиональному образованию, по теории и методике обучения физике в вузах, по развивающему обучению, по дидактическим технологиям в высшей школе; анализ Государственных образовательных стандартов (двух поколений) подготовки физиков в университете, Государственных стандартов дополнительных квалификаций «Преподаватель» и «Преподаватель высшей школы» двух поколений; анализ других нормативных документов Министерства образования и науки Российской Федерации; анализ содержания общего курса физики; анализ содержания и структуры деятельности по решению научных задач; изучение опыта работы физиков-исследователей, преподавателей физики вузов и учителей физики в школах; анкетирование; метод экспертных оценок; документальное наблюдение; дидактический эксперимент); систематизация педагогических фактов и их обобщение;
теоретические: выявление оснований теоретического моделирования процесса обучения (анализ литературных источников по системному и дея-
тельностному подходам, по моделированию и прогнозированию); анализ
имеющихся в психологии и дидактике теоретических моделей с точки зрения
их объясняющих и прогностических возможностей; анализ противоречий в
системе теоретического знания; формулирование гипотез и теоретическое
моделирование учебного процесса как метамодели - иерархии моделей, ос
нованных на различных связях между элементами (генетических, функцио
нальных, причинно-следственных); получение практических следствий из
построенной теоретической модели для проверки ее эффективности в педаго-
ф гическом эксперименте; математические методы обработки результатов ди-
дактического эксперимента.
Научная новизна исследования представлена построенной метамоде-лью обучения студентов физического факультета классического университета:
1. Разработана концепция обучения будущих физиков-исследователей
ж и преподавателей физики в классическом университете: общие положения,
понятийный аппарат, теоретико-методологические основания, ядро и содержательно-смысловое наполнение. Определены ведущие подходы (системный, деятельностный и аналитико-синтетические процедуры). Выявлены системообразующие связи на методологическом уровне метамодели (генетическая, функциональная и причинно-следственная), а также закономерности обусловленности, эффективности и описания объекта исследования. Сфор-мулирована иерархия классов принципов: а) моделирования, о) дидактических, в) разработки выявляющих и образующих заданий.
2. В рамках уровневой модели выделен содержательно-процес
суальный инвариант обучения будущих исследователей: физиков и препода
вателей физики (логико-эвристические и методологические знания и уме
ния), обеспечивающий внутренние системообразующие связи метамодели -
* функциональные и причинно-следственные.
3. Выявлены психолого-дидактические основания формирования у
студентов содержательно-процессуального инварианта образовательного
процесса на физическом факультете классического университета, включающего операциональные и рефлексивные знания и умения.
Разработаны: а) методика формирования логических приемов; б) индуктивно-дедуктивная методика формирования элементов эвристической деятельности; в) модель формирования методологических знаний и умений. Определены способы создания педагогических ситуаций для формирования у студентов выделенных операциональных и рефлексивных умений на материале общего курса физики, логики, теории и методики обучения физике, спецкурсов.
Определены критерии и уровни сформированности логико-эвристических и методологических знаний и умений у студентов, построена их иерархия.
Доказана состоятельность разработанной метамодели в естественном педагогическом эксперименте на уровнях высшего профессионального и среднего образования, а также в системе повышения квалификации работников образования.
Теоретическая значимость исследования.
1. Построена системно-деятельностная метамодель обучения будущих
физиков-исследователей и преподавателей физики в классическом универси
тете. В ходе верификации показано, что эта метамодель выступает познава
тельным средством при выполнении следующих функций:
эвристической, т.к. способствует получению новых знаний о процессе обучения будущих специалистов на физическом факультете классического университета;
нормативной, т.к. позволяет проектировать дидактический процесс;
объясняющей, поскольку выявляет существенные внутренние и внешние связи объекта исследования.
В основу концепции положена структура общенаучных теорий.
Установлен факт, раскрывающий существенную связь между выделенными когнитивными ключевыми квалификациями и готовностью выпу-
скника к исследовательской - научной и педагогической - деятельности: логические, эвристические и методологические знания и умения по отдельности являются необходимыми, а в системе - достаточными для повышения готовности выпускника к профессиональной исследовательской деятельности.
4. Выявлены основания формирования логико-эвристических и методологических знаний и умений: теория планомерно-поэтапного формирования умственных действий и теория познавательной деятельности. Построенная структура ряда логических приемов используется в качестве ориентировочной основы деятельности.
Практическая значимость исследования заключается в том, что построенная автором метамодель выполняет нормативную функцию, обеспечивая совершенствование дидактического процесса в вузе. Практическая значимость определяется: 1) разработкой учебно-методического комплекса по дополнительной образовательно-профессиональной программе «Преподаватель физики» и курса «Теория и методика обучения физике в вузе» с практическими рекомендациями по формированию логико-эвристических и методологических знаний и умений студентов; 2) тем, что определены требования к указанным умениям - выделены критерии и уровни их сформированности у студентов. Материалы исследования могут быть использованы в учебно-воспитательном процессе университетов, на всех факультетах, где преподается курс физики, а также в системе повышения квалификации преподавателей физики.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается универсальной методологической основой исследования - системным и деятельностным подходами; формулировкой цели, адекватной проблеме исследования; использованием взаимосвязанного комплекса теоретических и эмпирических методов, адекватного предмету и задачам исследования; достаточной длительностью и масштабностью опытно-экспериментальной работы, воспроизводимостью полученных результатов, внедрением результатов в педагогическую практику.
Базой научного исследования явились Омский государственный университет (физический и химический факультеты - специальности «Физика», «Фундаментальная радиофизика и физическая электроника», «Химия», дополнительная квалификация «Преподаватель физики»; Центр довузовской подготовки и профориентации), Омский государственный технический университет, Челябинский государственный педагогический университет, Бий-ский педагогический государственный университет, Сургутский государственный педагогический институт, городская экспериментальная площадка на базе МОУ «Школа № 92 с углубленным изучением отдельных предметов» г. Омска, управление образования администрации г. Омска, институт повышения квалификации работников образования Омской области. Всего экспериментом было охвачено 480 студентов и аспирантов ОмГУ, 36 студентов ОмГТУ, 32 преподавателя ОмГУ, 2 преподавателя ОмГТУ, 102 школьника, 120 учителей.
Поставленные задачи, выдвинутая гипотеза определили логику и этапы исследования.
На первом этапе (1987-1994 гг.) - ориентировочно-ознакомительном -происходило освоение деятельности физика-исследователя и преподавателя физики высшей школы, осознание моделей деятельности этих специалистов, первичное выявление противоречий и проблем, связанных с моделью подготовки этих специалистов в классическом университете, определение методологических ориентиров исследования - системного и деятельностного подходов.
По окончании этого этапа был разработан первоначальный вариант модели подготовки преподавателя физики в классическом университете.
Ведущими методами исследования на первом этапе были: наблюдение, самонаблюдение, анализ деятельности физика и преподавателя физики с целью определения элементов модели обучения, синтез, сравнение, классификация, изучение документации и опыта работы различных преподавателей.
На втором этапе (1994-1997 гг.) - подготовительно-поисковом - анализировались теоретические источники по проблемам исследования, нормативные документы, проводился содержательно-процессуальный анализ на-
учных задач по теоретической физике, проводился констатирующий и поис-
i'
ковый дидактический эксперимент.
Основным результатом этого этапа было определение проблем и ос
новных направлений их разрешения, выбор объекта и предмета исследова
ния, формулировка цели, постановка задач всех этапов исследования, моде
лі лирование процесса обучения общей физике в университетах, незначитель
ная корректировка модели подготовки преподавателя физики в соответствии
с введенным Государственным стандартом первого поколения.
Ведущими методами исследования на втором этапе явились наблюдение и самонаблюдение, анализ научной и нормативной литературы, анкетирование, метод экспертных оценок, констатирующий и поисковый дидактический эксперимент.
На третьем этапе (1997-2001гг.) - экспериментально-аналитическом
- проверялись элементы системно-деятельностной метамодели обучения
студентов физического факультета в классическом университете, разрабаты
вался и внедрялся в учебный процесс учебно-методический комплекс по до
полнительной образовательно-профессиональной программе «Преподаватель
физики», разрабатывался пакет программ (предметный компонент) для до-
^ полнительной квалификации «Преподаватель физики высшей школы», про-
водился формирующий дидактический эксперимент в учебном процессе по
общей физике на физическом и химическом факультетах университета; по
дополнительной квалификации «Преподаватель физики» на физическом фа
культете университета; на курсах повышения квалификации учителей физи
ки; при проведении спецкурсов для 11-классников и семинаров для учителей
$ в рамках городской экспериментальной площадки; при проведении методи-
ческого семинара лаборатории методики преподавании физики ОмГУ для учителей, аспирантов и преподавателей вузов г. Омска.
На четвертом этапе (2001-2005гг.) - контрольно-обобщающем -окончательно разработана системно-деятельностная метамодель обучения студентов физического факультета классического университета, представленная концепцией, включающей общие положения, понятийный аппарат, теоретико-методологические основания, ядро и содержательно-смысловое наполнение; проведен контрольный дидактический эксперимент, выполнен анализ полученных в ходе теоретического и экспериментального исследования результатов, обобщены и систематизированы материалы исследования, опубликованы его основные результаты; продолжено внедрение учебно-методических разработок в учебный процесс физического факультета ОмГУ, других вузов, базовой физико-математической школы ОмГУ, системы повышения квалификации учителей физики.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Системно-деятельностная метамодель, представленная в разрабо
танной концепции, является познавательным средством, выполняющим сле
дующие функции:
эвристическую, т.к. способствует получению новых знаний о процессе обучения будущих физиков-исследователей и преподавателей физики в классическом университете;
нормативную, поскольку позволяет проектировать учебный процесс;
объясняющую, т.к. выявляет существенную связь между выделенными когнитивными ключевыми квалификациями и готовностью выпускника физического факультета к исследовательской деятельности.
Когнитивные ключевые квалификации - логические, эвристические и методологические знания и умения - по отдельности являются необходимыми, а в системе - достаточными для повышения готовности выпускника к научной и педагогической исследовательской деятельности.
Методика формирования логических, эвристических и методологических знаний и умений является эффективной при следующих условиях:
а) позитивной мотивации и надситуативной активности студентов;
б) достаточном начальном уровне предметных (на уровне воспроизведения)
и операциональных (на среднем уровне) знаний и умений; в) адекватности и
сочетаемости методов, форм и средств обучения; г) корректности их приме
нения. Установлена оптимальная последовательность формирования рас
сматриваемых когнитивных ключевых квалификаций: 1) предметный и опе
рациональный слои логического компонента познавательной деятельности;
2) операциональный слой эвристического компонента, элементы метазнаний
и элементарная рефлексия; 3) системное формирование научной рефлексии -
метазнаний в деятельностной «развертке».
4. Показатели готовности выпускника физического факультета к научной и педагогической исследовательской деятельности образуют иерархию: частными, дифференциальными показателями являются уровни сформированное логических, эвристических и методологических знаний и умений у студентов, а общим, интегральным показателем - соответствие выпускника квалификационной характеристике физика-исследователя.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась:
в процессе исследовательской деятельности в качестве физика-теоретика и в процессе педагогической деятельности в качестве преподавателя высшей школы;
в процессе научно-методической и организационно-методической деятельности в качестве заведующей лабораторией методики преподавания физики ОмГУ (с 1994 г. по настоящее время);
посредством выступлений на семинарах лаборатории методики преподавания физики (с 1994 г. по настоящее время) и лаборатории тестирования ОмГУ (1995 г.);
в процессе проведения курсов повышения квалификации учителей физики г. Омска и Омской области (с 1997 по 2003 г.), г. Сургута (2003 г.);
в процессе научного руководства городской экспериментальной площадкой «Формирование мыслительных приемов как средство развития
личности ученика (на материале физики, математики,' информатики, биологии и химии в классах с углубленным изучением физики и математики)» (с
1998 по 2003 г.);
- в выступлениях с докладами на международных научно-практических конференциях в Челябинске («Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» 1995 г.; «Стандартизация образования в современной средней и высшей школе» 1997 г., «Инновационные процессы в образовании» 2004 г.), Донецке («Современные проблемы дидактики высшей школы» 1997 г.), Ярославле («Физика в системе современного образования (ФССО-01)» 2001 г.), Москве («Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз (НТПФ-Ш и IV)» 2002 и 2005 гг., «Проблемы внедрения психолого-педагогических исследований в систему образования» 2004 г.), Екатеринбурге («Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях» 2002 и 2004 гг.), Пензе («Актуальные вопросы преподавания физики», 2002 г.), Санкт-Петербурге («Физика в системе современного образования (ФССО-03)» 2003 г.); на республиканских научно-практических конференциях в Челябинске («Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школы и вуза» 1994 г., «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004 гг., «Профессионально-педагогическое образование в условиях модернизации» 2004 г.), Горно-Алтайске («Инновационные процессы в системе современного образования»
1999 г.), Екатеринбурге («Повышение эффективности подготовки учителей
физики и информатики в условиях модернизации российского образования»
2003 г., «Личностно ориентированное профессиональное образование»
2004 г.); на зональных и региональных конференциях, совещаниях и семина
рах в Омске («Многоуровневое высшее образование» 1993 г.), Челябинске
(«Использование новых технологий в профессионально-методической подго
товке учителя физики в педвузе» 1997 г.), Ульяновске («Формирование учеб
ных умений в процессе реализации стандартов образования» 1997 г.), Екате-
*
*
*
ринбурге («Личностно ориентированное профессиональное образование» 2002 г.).
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Содержание диссертации изложено на 357 страницах, включает 17 таблиц, 6 рисунков, 4 схемы. Библиографический список состоит из 337 источников, из них 52 источника на английском языке.
Становление методологии обучения студентов - будущих специалистов - в классическом университете
Университеты существуют в мире уже почти одиннадцать веков. Первый университет - Карауинский - основан в 859 г. н.э. в г. Фесе (Марокко) и действует до настоящего времени [178]. На протяжении всей истории существования университетов представления об их миссии и концепции университетского образования изменялись.
Эволюцию идеи университета в западной футурологии проследил И.В. Захаров [89]. Понятие «идея университета» ввел английский теолог, философ и педагог Джон Генри Ньюмен. Он определил идею университета как состоящий из ряда теорий, направленный в будущее бесконечный континуум социальной мысли, в рамках которого ведущие западноевропейские и американские ученые пытаются дать теоретическое обоснование модели университета, принимаемой за идеал.
Развитие идеи университета происходило за счет диалектического противостояния двух основных тенденций гуманистического характера: либеральной и утилитарной. Дж. Ньюмен был сторонником либеральной образовательной теории; утилитаризм представляли английские ученые Джон Стюарт Милль, Томас Гексли, Мэтью Арнольд и другие. Сторонники утилитаризма видели цель в адекватном приспособлении университетского образования к развивающимся научным и техническим потребностям общества, они настаивали на расширении системы образования и превращении его в универсальное и народное.
Ньюмен сформулировал идею реорганизации мирового сообщества под эгидой университета. Торстейн Веблен (США, 1857-1929), несмотря на свою приверженность утилитаризму, предложил модель идеального университета как модель «корпорации ученой аристократии». Теоретик образования Абрахам Флекснер (1866 - 1959) рассматривал ценностную ориентацию идеального университета. Он считал, что университет - главный социальный агент получения объективной информации об обществе и окружающем нас мире.
Испанский философ и социолог X. Ортега-и-Гассет (1883 - 1955) в своей работе «Миссия университета» (1930) выводит в качестве основной функции университетского образования обучение культуре, которую он рассматривает как сумму адекватных представлений о предназначении человека в современном ему мире. Отсюда следовало превращение культурного университета в руководящую общественную силу и центр культурного возрождения человечества.
Немецкий философ - экзистенциалист К. Ясперс (1885 - 1969) в своем труде «Идея университета» (1946) возлагает на университет ответственность за создание нового общественного сознания на основе осмысления последствий развития техники и технологии. Э. Дюркгейм считает, что задача университетов - выработка моральных ценностей для различных общественных групп и классов.
К. Маннгейм придерживался коммунитарной теории общества как совокупности борющихся за влияние отдельных групп; он предсказал слияние либеральной и утилитарной концепций образования в единую «интегрирующую теорию образования».
Однако в XX в. конфликт неолиберального (Роберт Хатчинс) и праг-матистского (Д. Дьюи и С.Хук) подходов к университетскому образованию продолжался. Дьюи и Хук сформулировали идею о всестороннем общем образовании. С. Хук считал, что центральное место в образовании должен занимать не материал обучения, а метод его подачи и оценки.
Дэниел Белл отводит роль лидера в современном обществе университету и его ученым. Он преодолевает антиномию либерального и утилитарного образования радикальным путем: не через качество и количество программного материала, а посредством изменения способа подачи этого материала. Но все же, на его взгляд, противостояние двух образовательных подходов сохранится и в университете будущего. Исходя из коммунитарных позиции, американский ученый К. Керр считает, что современный университет представляет собой конгломерат из многих совокупностей преподавателей и студентов (мулыпиверситет). В дальнейшем, на его взгляд, большие университетские центры начнут срастаться, и вся страна превратится в состоящий из таких университетских центров конгломерат.
Обсуждение миссии университетов продолжается и сегодня, в условиях расширения интеграционных процессов в европейском высшем образовании (например, обзор [279]). Дискуссия разворачивается по двум направлениям. В основе первого - традиционное понимание слова «миссия», основа же второго - менеджерское его прочтение.
По сравнению с технократами традиционалисты предлагают гораздо более общую форму толкования этого понятия: по их мнению, миссия тождественна концепции, идее и роли высшей школы, ее функциям или, наконец, социальному служению. Это значит, что миссия всех университетов одинакова, т.е. нет никакой необходимости определять ее для каждого учебного заведения.
Фундаментальность как содержательный аспект университетского физического образования
Развитие физики невозможно без непрерывного пополнения группы исследователей. Поэтому кроме ученых-физиков должны существовать и преподаватели науки (вторая группа людей частично пересекается с первой). В последнее время разрыв между наукой как объектом исследования и наукой как предметом преподавания постепенно сокращается: студенты, решившие стать учеными, и студенты, желающие стать педагогами, получают от преподавателей сведения о самом современном состоянии науки.
Несмотря на то, что университеты существуют с IX века нашей эры (самым старым учебным заведением в мире, действующим до настоящего времени, является Карауинский университет, основанный в 859 г. н.э. в г. Фесе, Марокко) [178], систематическое преподавание физики в них началось гораздо позже. В основном это связано с тем, что физика как наука окончательно отделилась от химии во времена Торричелли и Галилея [276].
В Европе в VIII веке появились монастырские, кафедральные и городские школы [35]. В курсе философии, который иногда читался в школах, один из разделов назывался физикой. Но средневековая физика нисколько не была похожа на современную: это был вид натурфилософии, которая не занималась изучением явлений природы. Только на уроках музыки давались некоторые физические сведения из акустики [35].
Первыми в Европе университетами были: Парижский - открыт в 1160г., примерно в это же время начал работать Болонский университет, Оксфордский (1167 г.), Кембриджский (1209 г.), Падуанский (1222 г.), Не-апольский (1224 г.), Пражский (1347 г.), Краковский (1364 г.) [94].
В XIV веке, когда действовали уже около двадцати университетов, в ряде из них преподавался предмет, который назывался «общая перспектива» (элементы оптики): обсуждались явление прямолинейного распространения света, перспективные отображения, отражение света, изображения в зеркалах (плоских и вогнутых); давались понятия о свете, тьме и радуге.
В XVI веке по учебному плану, составленному видным организатором школ Филиппом Меланхтоном, в Виттенбергском университете (и в некоторых других) появляется кафедра физики [35].
В 1633 г. вышла в свет «Физика» Я.А. Коменского. Автор определил физику как «науку о вещах природных» и поэтому включил в нее минералогию, ботанику и зоологию. Первая (основная) глава книги Коменского посвящена идее творения и сотворенному миру - она содержит библейские истории с комментариями. В остальных 11 главах говорится: о принципах мира, о духе и о свете; о движении; о природе вещей (внутренней и внешней -свете, звуке, запахе, вкусе, осязании); об изменениях вещей; о сущности четырех элементов (эфира, воздуха, воды, земли); о парах; о химии; о минералах, растениях, зверях.
Содержание книги соответствует взглядам Аристотеля. Несмотря на то, что Я.А. Коменский был современником Г. Галилея (1564-1642), который первым применил экспериментальный метод исследования природы, в упомянутой книге о работах Галилея ничего не сказано.
До конца XVII века элементы физических знаний (в частности, статика, оптика), которые преподавались в университетах и школах, входили в состав математики. К физике относили учение о минералах, растениях и животных, сильно разбавленное библейскими рассказами.
В XVIII веке физика приобрела значительную экспериментальную основу, но ей так и не удалось стать самостоятельной наукой, которая имела бы в университетах, наряду с математическими, и свою специальную кафедру. Во всех высших школах физику преподавали профессора математики. Например, в Лейденском университете профессорами математики были с Гра-везанд и Питер ван Мушенбрук, оба занимались физикой. Начали появляться учебники по физике: «Математические основания физики, эксперименталь- но подтвержденные» сТравезанда (1720 г.), «Курс экспериментальной философии» Десагилье (1725 г.), «Элементы физики» ван Мушенбрука (1734 г.) [35]. В этих книгах описаны экспериментальная и демонстрационная техника того времени, а также изложены сведения о технических применениях обсуждаемых физических законов.
В большинстве университетов сами термины «физика» и «экспериментальная физика» появились лишь в конце XVIII в. Геттингенский университет получил в подарок физический кабинет только в 1799 г.
В 1755 г., когда был основан первый в России самостоятельный университет - Московский, при нем открылись две гимназии - дворянская и разночинная. В дворянской гимназии преподавалась физика теоретическая и экспериментальная, но она считалась необязательным предметом. На протяжении всего XVIII века в Московском университете физика тоже преподавалась в рамках прикладной математики. Причем содержание обучения и перечень курсов зависели не от программ (их вообще не было), а от имеющихся профессоров.
С середины XVIII века в России физика преподавалась еще в двух высших школах - Киевской академии и Харьковском коллегиуме. В 1769 г. в Харьковском коллегиуме была проведена модернизация преподавания по «Инструкции» епископа Самуила (Семёна) Миславского. В частности, предлагалось использовать в качестве учебников по физике теоретическую и экспериментальную физику Христиана Вольфа, работы Даламбера, Румовского и Ломоносова.
Сравнительный анализ структуры научных и учебных физических задач
В квалификационной характеристике физика-исследователя [72] отмечается, что выпускник университета должен быть подготовлен к ведению научных исследований поставленных проблем, формулировке новых задач, возникающих в ходе научных исследований, т.е. к «переводу» проблем в научные задачи и их решению. Анализ модели физика-исследователя и преподавателя физики показал, что профессиональная деятельность этих специалистов имеет задачную структуру (глава 2).
Вопросы структуры и процесса решения учебных физических задач глубоко исследованы в научной и методической литературе [41, 239, 240, 258 и др.].
Философы, в частности логики, под научной задачей понимают решаемый наукой вопрос, характеризующийся достаточностью средств для своего разрешения. Если же средств разрешения недостаточно, то такой вопрос называется научной проблемой [26].
Решить вопрос, выступающий как задача, значит, используя знания решающего, логическим (или практическим) путем получить ответ. Решить вопрос, выступающий как проблема, значит, прежде всего, дополнить знания решающего необходимыми сведениями, сведя ее к задаче, и затем решить эту задачу.
«Физическая учебная задача - это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе использования законов и методов физики, направленных на овладение знаниями по физике, умениями применять их на практике и развитие мышления» [239].
В работах В.М. Глушкова, Ю.Н. Кулюткина, Н.Н. Тулькибаевой, Л.М. Фридмана, А.Ф. Эсаулова в структуре задачи выделяются две подсис темы - заданная (условие и требование) и решающая (методы, способы и средства приближения условия задачи к ее требованию).
С этой же точки зрения рассмотрим структуру научных задач и сравним ее элементы со структурными элементами учебной задачи. В результате такого сравнения можно выделить признаки структурных элементов учебных и научных задач, которые приведены в таблице 4.
Признаки научной задачи, приведенные в таблице 4, не являются равнозначными и в равной степени независимыми. Строго говоря, независим из них только 1а. 16 и 3 - следствия названного независимого признака, признак 2 связан с 1а существенно слабее (т.е. при новом предмете исследования метод может быть новым, а может и не быть), поэтому его можно считать квазинезависимым.
Выясним, как появляются научные задачи. Одно из условий появления такой задачи - новый предмет или даже новый объект. Что может служить новым предметом? Это может быть явление, обнаруженное экспериментально и требующее объяснения: строится модель, рассчитываются измеряемые параметры, сравниваются с полученными экспериментально; прогнозируются какие-либо результаты, которые затем подтверждаются либо расчетами другим методом (или способом), либо экспериментально. Это может быть новое свойство известного объекта или новый процесс, который происходит с уже известным объектом; это может быть система, элементами которой служат уже исследованные объекты; это может быть динамика перехода из одного состояния в другое, причем начальное и конечное состояние объекта уже были стационарно описаны ранее; это могут быть разные модели, представляющие один и тот же объект, следовательно, одна и та же задача может решаться разными методами (или способами); это может быть зависимость поведения объекта от изменяющихся внешних условий.
Объединение объектов, а также категорий, используемых при описании объектов, может привести ученых к радикальному изменению миропонимания в целом. Так, например, объединение пространства и времени в единый многомерный континуум привело к появлению сначала специальной теории относительности, и далее, при дополнении пространственно-временного кон-тиннуума полями переносчиков взаимодействий, - к «геометрической» картине мира, выраженной общей теорией относительности и многомерными моделями физических взаимодействий (теориями Калуцы - Клейна). Объединение категорий частиц и полей дает физическое миропонимание. Объединение категорий пространства-времени и частиц приводит к так называемому реляционному миропониманию [51]. К реляционной картине мира относится теория прямого межчастичного взаимодействия Фоккера - Фейнма-на, основанная на концепции дальнодействия, альтернативной общепринятой концепции близкодействия, воплощенной в теории поля [51].
