Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. РЕАЛИЗАЦИЯ УЧЕБНОГО И НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ В ДИДАКТИКЕ ФИЗИКИ
1.1. Концепции учебной и научной познавательной деятельности учащихся 12
1.2. Учебный физический эксперимент в учебном и научном познании 25
1.3. Явления физической оптики как объект учебного и научного познания 40
Глава 2. УЧЕБНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ 53
2.1. Особенности организации учебного и научного познания оптических явлений с помощью эксперимента 53
2.2. Дидактические исследования учебного эксперимента по физической оптике 58
2.3. Методика организации учебного познания на основе аналогии и моделирования 108
Глава 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 131
3.1 Организация учебного познания при изучении основ -физической оптики в школе и вузе 131
3.2. Взаимодействие физической, графической и компьютерной моделей в учебном познании
3.3. Перерастание учебного исследования в научное 173
Заключение 183
Литература 186
- Концепции учебной и научной познавательной деятельности учащихся
- Особенности организации учебного и научного познания оптических явлений с помощью эксперимента
- Организация учебного познания при изучении основ -физической оптики в школе и вузе
Введение к работе
Актуальность исследования. Быстрый темп изменения условий жизни, уровня технической и информационной оснащенности населения обусловил постепенное преобразование системы физического образования. В этих условиях, чтобы обеспечить социальный заказ на выпускника средней школы, необходим постоянный творческий поиск учителя. Использование избитых методик, устаревших приборов, архаичных опытов ведет к тому, что физика становится неинтересной школьнику, она проигрывает другим предметам. Повысить уровень мотивации школьника можно только, вовлекая его в процесс научного познания в сфере учебной физики. Студент педагогического вуза (бывший школьник и будущий учитель), решая конкретные проблемы дидактики физики, получает объективно новые результаты в учебной физике, которые могут быть использованы в качестве объектов учебных исследований школьников. Такова неразрывная связь учителя и ученика, обеспечивающая научное и учебное познание в современной системе физического образования (В.В.Майер).
Концепции учебной и научной познавательной деятельности учащихся
Методология физической науки в школьном курсе физики. Современные исследования ученых-методистов доказывают необходимость формирования методологических знаний у учащихся. Такое положение вытекает из задачи формирования у школьников адекватных представлений об окружающем мире [39]. В трудах С. Л. Вольтштейна [24], Г. М. Голина [30, 31], В. С. Данюшенкова [38, 39, 40], В. А. Извозчикова [50], К. А. Колесникова [59], А. С. Кондратьева [17, 60, 61], В. Н. Мощанского [96], В. В.Мултановского[97, 98], И.Е.Мураховского [99], И.И.Нурминского [108, 109], В.Г.Разумовского [126, 127, 128], Ю.А.Саурова [134, 135, 136, 138], А.В.Усовой
[148, 149, 150] раскрыты принципиальные вопросы формирования методологических знаний учащихся. Ю. А. Сауров определяет методологию как "учение о методах научного познания и преобразования мира, о методах исследования" [135, с. 9]. А.В.Усова отмечает, что "методология науки выступает как одна из форм самопознания, самосознания науки" [148]. К. А. Колесников, обобщая результаты многих научно-методических исследований, отмечает, что на современном этапе методикой обучения физике осознана необходимость передачи школьникам знаний общего научного метода познания и специальных частных методов науки [59, с. 2].
Помимо непосредственных знаний об окружающей природе и знаний о методах ее познания, важно воспитание человека, способного ориентироваться в любых жизненных обстоятельствах, для чего необходимы умения критического осмысления информации, анализа имеющихся фактов, прогнозирования результатов деятельности в виде мысленного моделирования предполагаемой ситуации, анализа результатов собственной деятельности (рефлексия [104]). С этой позиции необходима организация усвоения учащимися в процессе обучения физике методов и принципов научного познания и активное их применение в жизни. И. Е. Мураховский выделяет условия достижения учащимися достаточного уровня методологической компетентности, то есть того уровня образованности, когда человек способен самостоятельно решать мировоззренческие проблемы, исследовательские и творческие задачи: 1) "формирование знаний о знаниях, определяющих развитие науки-физики", 2) " овладение методами исследовательской деятельности" [99, с. 3].
Нужно не столько дать ребенку новые знания, сколько научить его самому добывать эти знания. Современное общество предъявляет к школе ряд требований, среди которых главное место занимает задача формирования у школьников навыков самостоятельного мыш ления и принятия решений. В. Г. Разумовский отмечает, что у школьников необходимо развивать умение критически относиться к получаемой информации, навыки самостоятельного всестороннего рассмотрения явлений, творческого и комплексного подхода к решению проблемы. "Наряду с высокими современными знаниями выпускник школы должен иметь способности к анализу ситуации, к пониманию проблемы, к решению задач, к выводам и умозаключениям" [126].
Воспитание в человеке быстрой адаптируемости, умения легко ориентироваться в любой ситуации, уверенности в себе и в своих решениях формирует высокоинтеллектуальную, сильную личность. Именно эти качества личности ценятся в деловом мире. Метод научного познания обладает четкой выверенностью фактов. Ученый-физик уверен в своем открытии, в своих выводах и умозаключениях именно потому, что научный метод доказателен. Ошибки возникают именно тогда, когда ошибаются в методе исследования. Ученый ничего не принимает на веру и понимает, что любая теоретическая модель имеет границы применимости. Если школа будет способна научить ребенка пользоваться научным методом познания действительности, то ее выпускник будет иметь способность адекватного восприятия мира, не имея таких отрицательно влияющих на личность качеств, как внушаемость, застенчивость, неуверенность в себе.
Научное познание имеет сравнительно простую структуру, четкую логику и конечную гносеологическую цель. Процесс учебно-познавательной деятельности является аналогом процесса научного познания и разделяется на два уровня: эмпирический, на котором происходит накопление фактов, информации об изучаемых объектах, и теоретический, на котором осуществляется переход от конкретного к абстрактному, формируются знания основ теории [105].
Особенности организации учебного и научного познания оптических явлений с помощью эксперимента
Структура дидактического исследования. Рассматриваемые в следующем параграфе дидактические исследования были организованы в рамках научного познания в совместном творчестве преподавателя и.студента. Научное познание начинается с исследования имеющихся научных фактов, их анализа и выявления противоречий. Дидактическое исследование учебного физического эксперимента как модель научного познания также начинается с изучения известных в дидактике физики научно-методических фактов. Этот структурный компонент мы называем информацией. Задача учащегося на данном этапе — изучить все доступные материалы по рассматриваемой теме и воспроизвести предложенный учебный физический эксперимент. Преподаватель этот этап проходит раньше, так как должен иметь возможность ответить на вопросы учащегося. Этап поиска и изучения информации позволяет применять такие методы научного познания, как анализ и синтез.
Следующий этап — формулировка проблемы исследования. Не менее важный этап научного познания. Умение формулировать проблему не приходит само по себе, этому нужно учить. В совместном творчестве проблему может сформулировать любой из участников процесса научного познания в зависимости от уровня подготовленности студента. Если проблему формулирует преподаватель, то студент вынужден приложить усилия для ее решения, если проблему формулирует сам студент, то у него появляется дополнительная мотивация для ее решения. Возможен вариант, когда проблема будет сформулирована в процессе беседы совместно. Опыт показывает, что четко сформулированная проблема является сильным стимулом для ее решения. Студенту нравится чувствовать себя значимым, самостоятельным исследователем.
Решение проблемы предполагает постановку задания. Задание — это формулировка неких условий, выполнение которых должно привести к решению поставленной проблемы. Задание тоже может быть сформулировано любым участником совместной творческой деятельности. Задание должно быть сформулировано конкретно, лаконично и понятно. Нужно отметить, что формулировка задания имеет не менеее важное значение, чем постановка проблемы. Проблема зачастую имеет глобальный характер, охватывает целую область деятельности. Задание же формулируется для конкретной ситуации так, чтобы его выполнение обязательно дало результат. Результат может быть как положительный так и отрицательный. В случае положительного результата мы имеем решение поставленной проблемы в конкретных условиях. В случае отрицательного результата необходимо менять условия и формулировать задание заново.
Далее следует непосредственное выполнение задания. В этом пункте, как правило, и отражается полученный новый результат. Если информация, проблема и задание однозначны и единственны в своем роде, то вариантов выполнения может быть несколько. Одни и те же на первый взгляд условия могут оказаться различными, если учесть такие факторы, как личность исследователя, материальные возможности, доступность лабораторного оборудования. В процессе дидактических исследований учебного физического эксперимента по оптике действительно были получены различные варианты выполнения заданий. В параграфе 2.2. мы приводим один из вариантов, на наш взгляд, самый удачный. При использовании результатов дидактического исследования для организации учебного познания в школе, необходимо будет учитывать, что полученный вариант выполнения является одним из возможных. Если школьник предложит другой, новый, нигде ранее не описанный вариант, то это будет объективно новым результатом решения поставленной проблемы. Так как нами уже получен один из результатов, его необходимо описать, но, в то же время, он не является единственно возможным, поэтому в тексте диссертации мы набираем пункт выполнение с меньшим межстрочным интервалом.
Организация учебного познания при изучении основ -физической оптики в школе и вузе
Наблюдения учебного процесса при обучении физике в школе и вузе позволяют сделать вывод об очень слабой экспериментальной подготовке по разделу "Оптика" выпускников школ. Как следствие, студенты начальных курсов вуза плохо владеют экспериментальными навыками, не умеют подтвердить рассматриваемую теорию экспериментом, не имеют твердых знаний в тех областях предмета, которые требуют обязательной экспериментальной проверки. Такие наблюдения и повлияли на формулировку темы диссертационного исследования. Для документального подтверждения перечисленных проблем нами было проведено анкетирование школьников и студентов, результаты которого и обусловили дальнейший ход педагогического эксперимента, структура которого представлена на рис. 52.
Для обеспечения репрезентативности выборки, позволяющей считать полученную информацию достаточно типичной для выпускников современной средней школы, активно изучавших физику, констатирующим экспериментом охвачено 74 школьника и выпускника сельских и городских школ Удмуртской республики, а также 74 студента физического факультета Глазовского пединститута. Часть испытуемых являлись на момент проведения анкеты абитуриентами физического факультета, поэтому для них анкета проводилась анонимно с указанием района, откуда они приехали.
Анкета содержит десять вопросов, позволяющих получить картину знаний основ физической оптики учащимися и методов ее изучения. Первые три вопроса сформулированы с целью выяснения предпочтений школьников, отдаваемых ими тому или иному разделу школьного курса физики, формам организации занятий; а также фиксации мотивов изучения физики учащимися. Анализ ответов на эти вопросы позволит подтвердить или опровергнуть гипотезу [65, с. 22] о малой доле учебного физического эксперимента в процессе изучения физики.
Дальнейшие вопросы содержат в своем контексте факты, модель, следствия и эксперимент, относящиеся к физической оптике. Ответы учащихся на эти вопросы позволят судить о степени их овладения содержанием цикла научного познания применительно к основам физической оптики.
В природе существует множество оптических явлений. На начальном этапе развития оптики знание об их существовании и являлось известным науке фактом. Оптические явления разнородны: в некоторых из них свет распространяется по законам корпускулярной теории, в других — волновой. В результате научных исследований ученые пришли к корпускулярно-волновои теории природы света, которая является основной моделью физической оптики на данный момент. Следствиями этой модели являются теории таких явлений как преломление, полное внутреннее отражение, интерференция, дифракция, дисперсия, поляризация света, фотоэффект и др. Все оптические явления, предсказанные наукой как следствия из корпускулярно-волновои теории, имеют экспериментальное подтверждение.
Вопросы анкеты сформулированы таким образом, чтобы выяснить, насколько полные представления о составляющих структуры научного познания при изучении вопросов физической оптики имеют учащиеся. Вопросы составлены в соответствии с логикой развития научного познания в области оптики. Последний вопрос анкеты позволяет выяснить, знают ли школьники структурную модель факты —) модель — следствие —У эксперимент процесса научного познания. Можно говорить, что нет ничего плохого, если респонденты выберут любой другой вариант ответа. Однако при детальном рассмотрении единственной, четко отражающей логику научного познания структурной схемой, доступной современной методике физики, является факты — модель — следствие —» эксперимент. Исходим из того положения, что учащиеся, не имеющие представления о структуре научного познания, не имели возможности в школе принять участие в учебном познании. Анализ результатов анкетирования. Раздел физической оптики является довольно сложным для учащихся. Об этом свидетельствует тот факт, что самым интересным он оказался для 35% школьников и 26% студентов (рис. 53). Также из гистограммы можно сказать, что как школьники, так и студенты отдают предпочтение демонстрационному эксперименту, при этом студенты в большей степени желают самостоятельно конструировать экспериментальные установки (36%), чем школьники (28%).
