Теория и опыт использования принципа цикличности при обучении физике в старшей школе Соколова Наталья Вячеславовна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ПРИНЦИПА ЦИКЛИЧНОСТИ В МЕТОДИКЕ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ 10

1.1. Вопросы методологии научного познания и методике обучения физике 10

1.2. Становление принципа цикличности 28

1.3. Развитие принципа цикличности к современной теории и практике обучения 51

ГЛАВА 2. ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ИСПОЛБЗОВАНИЯ ПРИНЦИПА ЦИКЛИЧНОСТИ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В СТАРШИХ КЛАССАХ... 79

2.1. Теоретическая концепция использования принципа цикличности 79

2.2. Организация учебного процесса но логике принципа цикличности 86

2.3. Построение методических систем физических знании 97

2.4. Организация учебного познания с помощью дидактических материалов 109

ГЛАВА 3. ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРИНЦИПА ЦИКЛИЧНОСТИ В ОБУЧЕНИИ 121

3.1. Вопросы методологии опытно - экспериментального исследования 121

3.2. Результаты исследования и их интерпретация 126

3.3. Анализ доказательства гипотезы и проблемы дальнейшего исследования 143

Заключение 145

• Вопросы методологии научного познания и методике обучения физике
• Теоретическая концепция использования принципа цикличности
• Вопросы методологии опытно - экспериментального исследования

Введение к работе

В настоящее время в методике преподавания физики происходят существенные изменения. Актуальной оказывается реализация деятельностной парадигмы. Учебная деятельность - это не любая деятельность учащихся, связанная с обучением, это целенаправленная деятельность. В ней цели обучения становятся личными целями ученика. В связи с этим необходим поиск новых подходов к организации процесса передачи знаний школьникам. Несомненно и то, что сами системы знаний должны быть другими, ориентированными на развитие познавательной самостоятельности и творческой активности учащихся.

Отказ от традиционной, «знаниевой» парадигмы образования вовсе не означает отказа от полноценного обретения знаний, принижений роли знания - просто они из основной, и почти единственной цели образования становятся средством, «оружием» деятельности, в процессе которой происходит развитие и становление личности школьника. Только в условиях, когда ученик перестает чувствовать себя лишь объектом внешних воздействий, а превращается в субъект образовательного процесса, способный самостоятельно обретать, усваивать, оценивать и использовать знания, а также осознавать себя участником процесса учебного познания, можно говорить о развитии личности.

Одним из условий, способствующих реализации нового понимания целей образования, является включение основ теории познания в систему школьного обучения, необходимость и целесообразность которого доказывается многими исследователями. Так за последние десятилетия разрабатывались конкретные методики реализации «методологического» подхода в естественнонаучном образовании (СВ. Бубликов, Г.М. Голин, В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зорина, К.А. Колесников, В.В. Майер, И.Г. Пустильник, IO.A. Сауров, Л.П. Свитков, И.В. Шаронова и др.). Изучались гносеологические основы науки в школьном физическом образовании (I I.E. Важеевская), разрабатывались способы формирования теоретического

(О.В. Куликова) и логического (ЕЛ I. Полякова) мышления, развития мировоззрения школьников при изучении физики (В.Н. Мощанский, В.В. Мултановский). Предложены пути обучения учащихся теоретическим и экспериментальным методам познания (10.А. Коварский, К.А. Коханов, И.И. Одинцова, М.А. Протасова).

Все вышеперечисленные работы и многие другие объединяет то, что каждый исследователь при реализации определенной цели опирается па представления о цикле научного познания, который был впервые выделен в докторской диссертации В.Г. Разумовского и определен как «принцип цикличности».

Принцип цикличности одновременно выступает и как средство организации процесса обучения школьников с учетом теории познания и как отдельный объект усвоения, поскольку несет в себе логику научного познания. Это единственный принцип, который прямо входит в современный стандарт образования, то есть необходимость его использования и усвоения общепризнанна и неоспорима.

Но, несмотря на это, в научно-методической деятельности фиксируются два противоречия - науковедческого и нормативно-практического характера:

1. Во всех исследованиях подчеркивается важность и потенциал принципа, его применимость для достижения той или иной цели образования, но ни одно исследование (за исключением В.Г. Разумовского) прямо не посвящено изучению принципа цикличности в целом.

2. На данный момент считается обязательным включение в физическое образование основ теории познания, но разработок на конкретном методическом уровне как содержательных, так и технологических возможностей для реализации принципа цикличности явно недостаточно.

С учетом этих противоречий, определивших актуальность данного исследования, был сделан выбор темы «Теория и опыт использования принципа цикличности при обучении школьников в старшей школе».

Проблемы исследования науковедческого плана расшифровываются следующим образом: каковы основы возникновения принципа цикличности; каковы особенности развития этого методического знания и степень его реализации в методической и учебной литературе; какие на данный момент существуют конкретные разработки по его использованию.

С точки зрения нормативно-практической стороны исследования проблема представлена вопросами: какими должны быть содержание школьного физического образования, методы и формы организации учебного процесса на основе принципа цикличности.

Таким образом, целью исследования является разработка концепции и методики использования принципа цикличности при обучении школьников в старшей школе. Только в этом случае данное методическое знание превратится из абстрактного понятия в конкретное.

Объектом исследования является процесс обучения физике в старших классах общеобразовательной школы под углом зрения методологии принципа цикличности.

Предмет исследования: особенности функционирования и развития принципа цикличности в системах знаний методики обучения физике.

Гипотеза исследования: необходимым условием эффективного использования принципа цикличности является его развитие от абстрактного к конкретному:

а) в системе знаний методики обучения физике;

б) в содержании физического образования;

в) в организации деятельности школьников.

Из цели и гипотезы исследования вытекают следующие задачи:

• выявить состояние и тенденции развития методического знания о принципе цикличности;

• разработать теоретическую концепцию использования принципа цикличности в преподавании физики;

• разработать конкретные технологии обучения, а также дидактические пособия для учителей и учащихся, включающие в себя изложение материала согласно принципу цикличности (циклу научного познания);

• подобрать, разработать методики диагностики по усвоению соответствующих знаний и умений;

• проверить в экспериментальном преподавании доступность и эффективность рекомендуемых методик.

Для решения поставленных задач в ходе исследования мы опирались на:

- работы по философии и теории познания (Ф. Бэкон, В.П. Иранский, Р. Декарт, В.П. Кохановский, В.И. Ленин, Платон, В.Ф. Юлов и др.);

- исследования, отражающие психологические аспекты проблемы развития личности (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.М.Леонтьев, Я.А.Пономарев, В. Bloom, J. S. Brunei , J.P.Guilford, R.L. Mooney и др.);

- труды классиков физики по фундаментальным, методологическим и мировоззренческим аспектам достижений физики (М. Бор, Г.Галилей, Г.С. Ландсберг, М. Планк, А. Эйнштейн и др.);

- работы но теории и методике обучения физике, в которых раскрываются идеи современного школьного физического образования, методологические вопросы школьного физического образования, методологические вопросы школьного курса физики, некоторые элементы теории познания (СВ. Бубликов, М.Е. Важеевская, М.К. Гладышева, Г.М. Голин, В.Ф. Ефименко, 10.А. Коварский, В.В. Майер, А.Н. Малинин, В.Н. Мощанский, В.В. Мултановский, И.И. Нурминский, В.А. Орлов, М.С. Пурышева, И.Г. Пустильник, В.Г. Разумовский, Ю.А. Сауров, Л.С. Хижнякова, А.А. Червова, Н.В. Шаронова и многие др.).

В ходе исследования использовались следующие методы.

Теоретические: изучение и анализ философской, психолого-педагогической, методической, учебной литературы и исследований, имеющих отношение к выбранной теме; анализ содержания стандартов,

программ и учебников по физике; моделирование процесса обучения физике на основе принципа цикличности.

Экспериментальные: анкетирование; беседы с учителями физики и учащимися различных образовательных учреждений; наблюдение учебного процесса; организация и проведение педагогического эксперимента; обработка и интерпретация результатов эксперимента; личное преподавание.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработана теоретическая концепция использования принципа цикличности в теории и практике обучения физике старшей школы, включающая раскрытие его:

а) дидактических функций;

б) норм использования (образцов деятельности);

в) границ применимости.

2. Разработана методика изучения физики с использованием принципа цикличности в старшей школе, представленная:

а) новым структурированием содержания теоретического материала раздела «Электродинамика» курса физики старшей школы согласно этапам «факты - модель - следствия - эксперимент». Одновременно разработаны сценарии уроков - исследований но данным темам;

б) инструкциями с новой схемой выполнения ряда лабораторных работ с опорой на принцип цикличности согласно этапам «тема - цель - получение фактов - определение теоретической модели - проблема-задача — проведение физического эксперимента - оценка результатов работы»;

в) системой дидактических материалов, включающей: систему контрольных вопросов по каждой теме; систему задач (расчетных и экспериментальных), этапы решения которых согласуются с этапами логики познания; качественные задачи с методологическим содержанием; систему заданий для самостоятельной работы по освоению и отработке знаний о логике научного познания.

г) системой диагностики уровня усвоения методологических знаний. Методика может быть представлена как методика использования принципа цикличности в основном курсе физики, так и элективным курсом « Методы научного познания: Электродинамика».

3. Получены экспериментальные данные усвоения отдельных элементов знаний методологического характера школьниками и учителями в условиях формирующего обучения.

Теоретическая значимость исследования состоит в выяснении особенностей функционирования такого методического знания, как принцип цикличности и использовании его потенциала для построения конкретных методических решений.

Практическая значимость исследования заключается в разработке методических решений для освоения логики научного познания при использовании принципа цикличности в курсе физики старшей школы и внедрении их в школьную практику в качестве дидактического материала, в частности в подготовке пособия для школьников «Методы научного познания: Электродинамика».

Достоверность и обоснованность данного исследования обеспечивается опорой на фундаментальные исследования но философии, педагогике, психологии и методике обучения физике; теоретическим анализом проблемы использования принципа цикличности в методике физики; использованием разработанной методики в практике обучения физике; результатами экспериментального исследования эффективности построенных методических решений.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные идеи, положения и результаты исследования были представлены на следующих конференциях: областной (Киров, 2003) республиканской (Киров, 2004), всероссийской (Нижний Новгород, 2004).

Апробация разработанной методики осуществлялась на базе общеобразовательных учреждений г. Кирово-Чепецка (гимназия №1, лицей,

школа №10). В общей сложности экспериментальную группу составили 272 ученика, контрольную - 485 школьников.

В опытно-экспериментальной работе совместно с соискателем участвовали четыре учителя. Па базе методического объединения учителей физики г. Кирово-Чепецка и Кировского ИПК и ПРО проводились занятия с учителями по освоению методики использования принципа цикличности. Всего на разных этапах эксперимента было задействовано 152 педагога.

Результаты исследования представлены в 7 публикациях, общим объемом 2,5 п.л.

На защиту выносятся:

1. Концепция использования принципа цикличности.

2. Методика использования принципа цикличности.

3. Экспериментальные данные усвоения отдельных элементов знаний методологического характера школьниками и учителями.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, библиографии (213 наименований) и пяти приложений, общим объемом 192 страницы. Работа содержит 34 таблицы, 22 рисунка, 14 гистограмм.

Вопросы методологии научного познания и методике обучения физике

Начало шестидесятых годов двадцатого века становится первым этапом освоения нового для того времени понятия «методология». Раскрытие его смысла в аспекте преподавания и необходимости учета при построении учебного процесса, прежде всего, связано с именем Василия Григорьевича Разумовского. Он первый в явном виде и практически конкретно обозначил науковедческую проблематику в методике обучения физике; вскрыл особенности методологии методики обучения физике как науки и практической деятельности. И это направление остается и развивается на протяжении более сорока лет.

В своих первых крупных научно-методических работах, таких как «Развитие технического творчества учащихся» (М.: Учпедгиз, 1961), «Творческие задачи по физике в средней школе» (М.: Просвещение, 1966), «Изучение электроники в курсе физики средней школы» (М.: Просвещение, 1968), В.Г.Разумовский ищет возможности построения новой практики, ориентируясь на эффективность обучения, что одновременно связывается с развитием методики физики как науки.

Защита докторской диссертации на тему «Проблема развития творческих способностей учащихся в процессе обучения физике» (1972) [120] определила принципиальный этап в научно-исследовательской деятельности не только самого В.Г. Разумовского, но и обозначила ряд направлений в развитии методики обучения физике. Эта работа стала фактически первой, выполненной по классической схеме научного исследования, то есть автором была разработана (выявлена) и применена на практике методология научного исследования на уровне докторской степени, включающая:

выделение научной проблемы и обоснование ее актуальности;

отделение реальности от методических средств ее описания; построение гипотез как модельных предположений о природе (причине) объектов;

теоретическое и экспериментальное доказательство высказанных предположений;

обобщение и выводы.

Фундаментальной, системообразующей модельной дидактической гипотезой исследования становится принцип цикличности, который сформулирован в виде схемы «факты - модель - следствия - эксперимент». Эта схема, с одной стороны, отражение логики самого процесса познания, с другой стороны, управление учебным познанием, то есть овладением деятельностью.

Практически сразу схема используется в целом для учебного процесса, хотя первоначально привязывается к задачам формирования творческих способностей. Несмотря на некоторые разночтения, дающие возможность интерпретировать смысл и значение принципа цикличности, его роль в методике почти сразу определилась. Эта схема стала учить методистов и учителей смотреть на всю практику под новым углом зрения, то есть принцип сразу приобрел важное методологическое значение для организации методической деятельности. Заметим, что прямо для построения материала и учебного процесса он использовался не так часто, но влиял почти на все исследования, формировал новое видение и новое поколение методистов, помогал строить новую практику. Важно и то, что это был практически единственный инструментальный принцип обучения физике.

Примерами работ, в которых усилиями самого В.Г. Разумовского и его коллег велась пропаганда принципа, можно считать следующие: Основы методики преподавания физики в средней школе / Под ред. А.В. Перышкина и др. [106]; Методика обучения физике в школах СССР и ГДР / Под ред. В.Г. Зубова и др. [87]; Внеурочная работа по физике / Под ред. О.Ф. Кабардина [25]; Политехническое образование и профориентация учащихся в процессе преподавания физики в средней школе / Под ред. А.Т. Глазунова и др. [112]; Современный урок физики в средней школе / Под ред. В.Г. Разумовского, Л.С. Хижняковой [171].

Теоретическая концепция использования принципа цикличности

За последние годы (2000 - 2004 г.г.) вышло большое количество диссертационных исследований, посвященных проблеме внедрения в образовательный процесс вопросов методологии познания. Среди них работы СВ. Бубликова, Н.Е. Важеевской, В.И. Гриценко, А.Ю. Канаевой, О.В. Куликовой, В.В. Майера, СП. Молеваник, Н.И. Одинцовой, Е.Н. Поляковой, М.А. Протасовой и другие. В этих работах представлены различные варианты решения проблемы внедрения в образовательный процесс вопросов методологии познания, и движение это крайне важно для современной науки. Так В.И. Гриценко разработана система заданий для обучения школьников выдвижению и экспериментальной проверке гипотез при изучении курса физики средней школы в виде исследовательских программ. Однако не совсем ясна очередность этапов исследования: «определение объекта исследования, построение модели, формулирование гипотезы, получение следствий, их экспериментальная проверка и оценка результатов исследования» [38, с. 57], в частности, почему таким образом расположены этапы «построение модели» и «выдвижение гипотезы»? Кроме того, в тексте диссертации нет ни одной ссылки на принцип цикличности. Это словосочетание не звучит вовсе.

В докторской диссертации В.В. Манера выделена особая структурная составляющая дидактики физики - учебная физика как «приспособленная для изучения физических основ явлений природы дидактическая модель физической науки» [82, с. 50]. С точки зрения автора, элементы учебной физики должны стать основой организации процесса научного познания в современной системе физического образования. В качестве модели процесса научного познания выделен принцип цикличности.

Идеи В.В. Майера получили дальнейшее развитие в диссертационном исследовании «Учебный физический эксперимент как средство организации учебного и научного познания при изучении основ физической оптики» (научный руководитель В.В. Майер) А.Ю. Канаевой. Автор считает, что «теоретической основой организации процесса учебного познания остается принцип цикличности. Однако он не в полной мере реализуется в конкретных ситуациях при обучении физике» [59, с.21].

В обеих работах доказывается, что при организации учебного и научного познания структурными компонентами теории следует считать факты, модель и следствия, а эксперимента - условия, результат, анализ. То есть авторы предлагают свою логику проведения физического эксперимента, отличную, во-первых, от традиционной (что, несомненно, является положительным моментом, поскольку дает новый взгляд на проведение исследования), во-вторых, отделяют ее от логики принципа цикличности. Мы же рассматриваем экспериментальное исследование как сложную последовательность этапов, которую можно строить по схеме «факты -модель - следствия - эксперимент» (подробнее см. далее). Эксперимент, с нашей точки зрения, одновременно выступает как этап познания и как отдельное исследование, которое имеет свои предпосылки, свою гипотезу, ее развитие и проверку верности предположения. Кроме того, возникает вопрос: если из структурных компонентов теории исключен этап эксперимента, то почему названы факты и что к ним относить? Почти очевидно, что этот этап также предполагает экспериментирование и обобщение результатов наблюдений и опытов.

Анализ диссертационных исследований позволяет сделать следующий вывод: несмотря на большой интерес ученых к теме методологии познания, потенциал принципа цикличности системно не раскрыт ни в одной работе, целостной методики его использования на данный момент не существует, в деталях она методическим сообществом не осмыслена.

Вопросы методологии опытно - экспериментального исследования

Проведен эксперимент по апробации элективного курса. В эксперименте задействовано 92 школьника лицея и школы №10 г. Кирово-Чепецка. В ходе эксперимента проверялась гипотеза о том, что учащиеся смогут осознать содержание методов научного познания, овладеть этими методами, если организовывать обучение в соответствии с предлагаемой концепцией. Для подтверждения рабочей гипотезы и выявления результата целенаправленного воздействия отобрана контрольная группа школьников в количестве 45 учеников Кирово-Чепецкой гимназии №1, в которой работа велась по традиционной методике.

Одновременно велась работа по обучению учителей-экспериментаторов (4 учителя) методике использования принципа цикличности. Создано пособие для учителя «Методические рекомендации по работе с элективным курсом: Методы научного познания».

На базе Кировского ИПК и ПРО, методического объединения г. Кирово-Чепецка проводилась работа по первичному освоению методики использования принципа цикличности.

На третьем этапе (2004 - 2005 г.г.) исследования предлагаемая методика использовалась в полном объеме. В ходе педагогического эксперимента проводились уроки в контрольных и экспериментальных классах (с использованием традиционной методики и с применением предлагаемой нами методики использования принципа цикличности). Организована творческая лаборатория для учителей физики «Использование принципа цикличности при обучении физике» (Кировский ИПК и ПРО).

Заметим, что наше отношение к педагогическому эксперименту было, прежде всего, как к формирующему. С одной стороны, опыт - критерий истины, он подтверждает гипотезу диссертации, но с другой стороны опыт-это проект, основная черта которого реализуемость, а не просто истинность.

Поскольку работа по построению, отработке и оценке результатов внедрения методики использования принципа цикличности проводилась по двум направлениям (с учениками по освоению методов научного познания и с учителями по освоению методики использования принципа), то результаты педагогического исследования мы представим в виде двух блоков.

1) Интерпретация результатов организации работы школьников по освоению методологических знаний с помощью принципа цикличности

В рамках организации работы школьников исследование состояло из трех этапов.

Этап 1. Для построения эффективных методических решений, прежде всего, необходимо знать реальное положение дел в школе по усвоению методологических знаний, то есть проведение с учениками диагностики, выявляющей уровень владения учащимися методологическими знаниями. Для этого был разработан вводный тест «Понимание процесса познания физических объектов и явлений» (см. приложение 4.3.). За весь период исследования в эксперименте участвовало 757 школьников г. Кирова, г. Кирово-Чепецка и Кировской области. Среди них 272 человека составляли экспериментальную группу (группа А), а 485 - контрольную (группа Б). Все вопросы теста можно подразделить на 6 обобщенных элементов знаний: 1) выбор логики познания; 2) этап моделирования; 3) выделение следствий теоретической модели; 4) определение границ применимости модели; 5) экспериментальное подтверждение модели; 6) знание физической терминологии.

Результаты тестирования обработаны по дихотомической шкале и представлены на диаграмме (рис. 16). Выбор шкалы обусловлен тем, что «дихотомическая шкала - порядковая шкала со всего двумя различными упорядоченными баллами - «справился с заданием», «не справился» [98], что соответствует нашей диагностике.