Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ФИЗИКА МЕГАМИРА В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ
1. Модернизация содержательного аспекта курса физики общеобразовательной средней школы 16
2. Вопросы астрофизики в общей системе физических знаний 27
3. Психолого-педагогические аспекты изучения законов мегамира 40
Выводы по материалу главы первой 53
ГЛАВА II. ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО АСТРОФИЗИКЕ И МЕТОДИКА ИХ ПРЕПОДАВАНИЯ
1. Особенности методики изложения астрофизических вопросов в курсе физики средней школы 56
2. Методика изложения гравитационных явлений 69
3. Методика изложения вопроса «Физические свойства Солнца» 80
4. Методика изложения вопроса «Основные физические свойства планет Солнечной системы» 93
5. Методика решения задач с астрофизическим содержанием 104
Выводы по материалу главы второй 114
ГЛАВА III. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Организация и структура педагогического эксперимента 119
2. Состояние проблемы в современной школе 125
3. Итоги формирующего эксперимента 130
Выводы по материалу главы третьей 148
Заключение 152
Список использованной литературы 158
Приложение 169
- Модернизация содержательного аспекта курса физики общеобразовательной средней школы
- Особенности методики изложения астрофизических вопросов в курсе физики средней школы
- Организация и структура педагогического эксперимента
Введение к работе
Вторая половина XX века с его выдающимися достижениями в физике, астрономии, космонавтике характеризуется существенным приростом в целостном представлении естественнонаучной картины мира. Накопление знаний о Космосе важно для человечества, поскольку существование земной цивилизации зависит от того, что представляет собой наша Вселенная, как она развивается.
В современных условиях возросла роль образования в осознании человеком, что он является жителем планеты Земля. В процессе обучения становится актуальным развитие такого типа мышления учащихся, которое способствует системному видению современных проблем человечества, в том числе и проблем космического уровня.
В XXI веке, когда происходит интенсивное освоение Космоса астрономическими инструментами нового класса, невозможно формирование адекватных эволюционных представлений о природе и о современных методах исследования в физике без знания основ астрофизики [1].Некоторые астрофизические явления представлены в курсе астрономии, однако два отрицательных фактора перечеркивают возможные положительные моменты. Первый из них связан с тем, что изложение астрофизических вопросов в существующих учебниках астрономии производится на формальном, описательном уровне, при этом не делается практически никакого анализа проявления действия физических законов в рассматриваемых явлениях. Второй момент связан с необязательным характером самой учебной дисциплины астрономии в средней школе в настоящее время.
В существующих курсах физики вопросы астрофизики либо не рассматриваются, либо включены фрагментами, не сочетаясь с традиционным материалом физики ни по стилю, ни по структуре, ни по методологии. Поэтому существует необходимость гармоничного включения в курс физики вопросов астрофизики.
К настоящему времени имеется ряд исследований, посвященных уточнению содержания физического образования путем включения вопросов астрофизики. Например, работа [2] посвящена подготовке будущих учителей к формированию у школьников космического мировоззрения путем включения в содержание образования педагогического вуза современных физических теорий, объясняющих явления в мегамире. В [2] доказывается необходимость изучения в педагогическом вузе и общеобразовательной школе основных достижений современной астрофизики (или физики мегамира). В работе представлены разработки комплекса учебных занятий для студентов по вопросам современной астрофизики. Автор предлагает конкретную программу факультатива по астрономии в средней школе, развивающего у учащихся интерес к проблемам современной астрономии. В работе дан краткий анализ существующих вузовских и школьных учебников по физике и по астрономии. В данном анализе показано, что в учебниках практически не рассматриваются современные физические теории, объясняющие явления мегамира, и явления мегамира, не укладывающиеся в рамки имеющихся физических теорий. Автор данного диссертационного исследования утверждает, что в связи с увеличением объема научных знаний об окружающем мире необходимо реформирование содержания самого образования и педагогических концепций его построения. В данной работе не рассматривается астрофизический материал школьного курса физики.
Изучению современной физики в педагогическом вузе посвящена работа [3], в которой значительное внимание уделяется вопросам современной астрофизики, а также выявлению связей микро-, макро- и мегамира. В работе сформулированы критерии отбора направлений современной физики в соответствии с целями обучения в педагогическом вузе. Исследование [3] показало, что преподавать предлагаемый спецкурс будущим учителям эффективнее на качественном уровне, с использованием относительно небольшого количества формул.
Мы проанализировали ряд работ, посвященных астрономическому образованию, из тех соображений, что астрофизический материал является частью астрономического. В данных работах так или иначе прослеживаются межпредметные связи физики и астрономии.
В работе [4] подчеркивается, что основой для углубления знаний школьников о Вселенной являются все естественнонаучные предметы, но особая роль объективно принадлежит астрономии - единственной школьной дисциплине, формирующей представление выпускников школ о мире за пределами нашей Земли. В целях реализации межпредметных связей между курсами физики и астрономии в данном исследовании предлагается согласование методов познания. В связи с этим разработана методика применения средств обучения астрономии, которые заменяют астрономические наблюдения, подобно тому, как аудиовизуальные пособия и модельные демонстрации заменяют учебный физический эксперимент на уроках физики. Данное исследование посвящено методике преподавания астрономии.
В работе [5] подчеркивается особенность астрономического (а значит, и астрофизического) материала: во-первых, абстрактность понятий, недоступность процессов чувственному восприятию, различие видимого и действительного; во-вторых, необходимость интегрирования знаний из разных областей и применения уже известных школьникам естественнонаучных законов и методов исследований к космическим объектам. Прослеживая преемственность обучения астрономии, автор выделяет два варианта структурирования существующих итегрированных курсов «физика-астрономия»: 1) в виде самостоятельного раздела только в 9 классе, 2) элементы астрономических знаний присутствуют во всех классах. В последнем варианте органично вписать все астрономические вопросы в курс физики оказывается невозможным. Автором выделяются три ведущие идеи в содержании как интегрированных курсов физики и астрономии, так и курсов естествознания: «Объяснение видимого движения светил», «Строение Солнечной системы и место человека во Вселенной», «Строение и эволюция звезд и Вселенной». Диссертационное исследование [5] посвящено организации процесса обучения астрономии с опорой на личностно-деятельностный подход в обучении, включая технологию организации поисковой и исследовательской деятельности и технологию практических наблюдений.
Работа [6], посвящена проблемам разработки интегрированных курсов физики. При рассмотрении интеграции физики и астрономии отмечается, что некоторые вопросы астрономии укладываются в структуру учебного предмета физики («Относительность движения и выбор удобной системы отсчета», «Законы небесной механики», «Молекулярная физика газовых скоплений», «Спектральный анализ», «Термоядерный синтез», «Оптические приборы» и т. п.), что создает основу для интеграции. По мнению автора включение «космической лаборатории» в традиционный физический материал углубляет познавательный, мировоззренческий потенциал курса физики, усиливает его значение как фундаментальной науки о закономерностях природы, а не только как теоретической основы техники. Некоторый принципиально важный материал («Астрономические наблюдения», «Строение планет, звезд, галактик, Вселенной») может быть представлен только в виде отдельных блоков после изучения физических теорий и законов, необходимых для его понимания. В работе [6] не разрабатывается методика изложения астрофизического материала.
Проанализированные здесь работы объединяет идея изучения в средней школе явлений мегамира. Однако, в первых двух работах речь идет о физическом образовании в педагогических вузах, затрагиваются лишь отдельные аспекты включения астрофизического материала в школьный курс, в частности, опосредованно - через подготовку учителя. В остальных работах, посвященных школьному образованию, речь идет либо об астрономическом образовании, либо об интеграции физики и астрономии.
В нашем исследовании, в отличие от проведенных ранее, обосновывается методика изложения теоретического материала астрофизического содержания, представленного в рамках существующего курса физики средней школы.
Актуальность темы исследования состоит в том, что на современном этапе развития физического образования в школьном курсе не изучаются основные положения астрофизики, тем самым не подчеркивается универсальный характер законов физики для всех явлений реального мира. Включение материала по астрофизике в отдельные курсы не носит системный характер. Такое состояние физического образования отрицательно сказывается на качестве знаний учащихся. Изложение астрофизических вопросов в учебниках и учебных пособиях не всегда достаточно для того, чтобы учитель мог доступно и полно излагать материал, поэтому назрела настоятельная необходимость в разработке общих идей использования вопросов астрофизики в курсе физики средней школы.
Проблема исследования состоит в том, что у выпускников общеобразовательных школ не сформировано умение применения физических знаний к космическим объектам, следовательно, они не могут объяснить многие природные явления, что говорит о формализме знаний по физике. Об этом свидетельствует анализ процесса преподавания физики
в школах, а также диагностирующее исследование, которое было проведено в рамках констатирующих срезов.
Решение данной проблемы строится на выявлении следующих противоречий:
а) между универсальностью проявления законов материального мира и отсутствием системы в демонстрации этого факта в школьном курсе физики;
б) между интенсивным развитием астрофизики в XXI веке и отсутствием основ астрофизики во многих существующих школьных курсах физики;
в) между устойчивым и высоким интересом школьников к вопросам астрофизики, убежденностью многих учителей физики в необходимости преподавания основ астрофизики в школе и отсутствием концепции астрофизического образования в средней школе.
Объект исследования: процесс обучения физике в современной школе, ориентированный на демонстрацию универсального характера физических законов для явлений любого пространственного масштаба.
Предмет исследования: методика обучения физике, включающая некоторые положения астрофизики, основанная на демонстрации универсального характера физических законов для явлений любого пространственного масштаба.
Цель исследования: теоретическое обоснование целесообразности включения в курс физики средней школы основных вопросов астрофизики, иллюстрирующих универсальность физических законов для явлений всего материального мира, общую методологию физики, представляющих целостную картину некоторого круга явлений, и разработка методики их преподавания.
Цель конкретизируется и развивается в задачах исследования: 1 .Изучить содержание вопроса в педагогической литературе.
Проанализировать имеющиеся образовательные программы и учебники физики на предмет использования в них астрофизического материала.
Разработать критерии отбора астрофизического материала для курса физики средней школы.
Разработать и обосновать методику изучения предлагаемых астрофизических вопросов и задач.
Определить и проверить в процессе опытно-экспериментальной работы дидактические условия преподавания астрофизических вопросов.
б.Разработать дидактические рекомендации для учителей физики.
Исследовать повышение качества знаний учащихся по физике при использовании экспериментальной методики.
Предварительный анализ проблемы позволил выдвинуть следующую гипотезу: качество знаний по физике у учащихся общеобразовательных школ может быть повышено в процессе усвоения курса физики, гармонично включающего в себя вопросы астрофизики, опирающиеся на общую методологию физики, за счет мировоззренческого характера этих вопросов, комплексного характера решаемых ими проблем, за счет содержания в них большого потенциала для развития мышления учащихся.
Методологическую основу исследования составляют: -труды ученых-физиков по мировоззренческим и методологическим аспектам достижений физической науки (Л. Бройль, СИ. Вавилов, Р. Фейнман, А. Эйнштейн и др.);
-труды ученых - физиков и астрофизиков (В. А. Амбарцумян, В. Л. Гинзбург, Д. Лейзер, И. Д. Новиков, И. Пригожий, С. Хокинг и др); -достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике, методологические основы школьного курса физики (СВ. Бубликов, Г. А. Бордовский, А. С. Кондратьев, В. В. Лаптев, А. А. Самарский и др.);
-методическая система преподавания астрономии (Б. А. Воронцов-Вельяминов, М. М. Дагаев, Е. Ю. Диркова, А. В. Засов, В. В. Иванов, Е. П. Левитан, В. Г. Сурдин и др.);
-теория модернизации отечественного образования (Л. С. Выготский, Л. Я. Зорина, В. В. Краевский, 3. И. Калмыкова, Максимова В.Н., В. Т. Фоменко и др.).
Источником диссертационного исследования явился также собственный опыт автора как учителя школы.
Методы исследования подбирались в соответствии с задачами исследования. На различных этапах исследования использовались следующие методы: теоретический анализ литературы по теме исследования, изучение и обобщение передового педагогического опыта, анализ процесса обучения физике в средней школе, педагогические измерения (по результатам педагогических наблюдений, анкетирования учителей и учащихся, проведения контрольных работ, срезовых работ), сравнительный педагогический эксперимент с обработкой результатов.
Научная новизна.
В отличие от ранее выполненных работ, в которых исследовалось физическое образование в педагогических вузах и рассматривались лишь отдельные аспекты включения астрофизического материала в школьный курс через подготовку учителя, а также работ, посвященных школьному образованию, в которых исследовалось астрономическое образование или процесс интеграции физики и астрономии, в данной работе впервые обоснована и разработана методика обучения физике, включающая основные положения астрофизики, иллюстрирующая универсальный характер законов физики для всего материального мира и позволяющая сформировать комплекс умений и навыков для оценки физических характеристик объектов Вселенной, способствуя этим формированию представлений о современной физической картине мира.
Теоретическая значимость исследования состоит:
в обосновании отбора астрофизического материала для курса физики средней школы;
в разработке и обосновании исследовательского подхода к изучению астрофизического материала школьного курса физики на основе современной методологии физических знаний;
в конструировании содержания методики изучения теоретического материала, включаемого в основные разделы школьного курса физики (механика, молекулярная физика, термодинамика, квантовая физика), в которой центральное место занимают модели астрофизических явлений, определение границ их применимости, исследование моделей качественными методами.
Практическая значимость работы состоит в том, что теоретические исследования доведены до уровня практических разработок:
конкретных вопросов по астрофизике, представляющих собой фрагменты содержания физического образования: «Гравитационные явления», «Физические свойства Солнца», «Основные физические свойства планет Солнечной системы»;
циклов астрофизических задач, предоставляющих возможность обратить особое внимание на определенные действия по созданию физической и математической модели явления, на развитие методологических знаний учащихся, демонстрируя единство методов и подходов физики при анализе явлений различной природы.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследования обеспечивается:
-анализом проблемы астрофизического образования в школах; -использованием разнообразных педагогических методов исследования, соответствующих поставленным задачам исследования; -положительными результатами педагогического эксперимента, проведенного с 2000 по 2004 уч. г.г., -использованием разработанной методики в экспериментальных школах.
Критериями эффективности разработанной методики является результативность обучения - успешное выполнение старшеклассниками заданий астрофизического содержания всех уровней сложности, предусмотренных Государственным образовательным стандартом.
Апробация результатов исследования происходила в процессе проведения педагогического эксперимента, в практике преподавания автора при работе в средней школе № 287 г. Санкт-Петербурга и при прохождении ассистентской и доцентской практики в РГПУ им. А. И. Герцена.
Теоретические результаты проверены при обсуждении выступлений автора на конференциях «Герценовские чтения» (СПб, 2001, 2003, 2004 г. г.), шестой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (Ярославль, 2001), третьей международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз» (Москва, 2002), седьмой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (Санкт-Петербург, 2003), четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Современная астрономия и методика ее преподавания» (Санкт-Петербург, 2004), годичных курсах учителей физики 2003-2004 гг. (г. Санкт-Петербург).
Исследование проводилось на базе кафедры методики обучения физике РГПУ им. А. И. Герцена.
В результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:
При подходе к образованию как к учебной модели науки изучение вопросов астрофизики в курсе физики средней школы должно соответствовать модели научного исследования со всеми его этапами: выдвижение гипотезы, выбор модели, определение границ применимости физических теорий, исследование физических процессов, оценка основных физических характеристик, сравнение методов исследования, перенос знаний с модели на реальный объект.
Методика обучения физике, включающая основные положения современной астрофизики, иллюстрирующая универсальный характер законов физики для всего материального мира и основанная на общих методологических принципах физики, позволяет представить целостную картину таких вопросов, как «Гравитационные явления», «Физические свойства Солнца», «Основные физические свойства планет Солнечной системы», укрепляя мировоззренческий аспект физического образования.
Обучение современной физике по предложенной методике, включающей основные положения современной астрофизики, иллюстрирующей универсальный характер законов физики для всего материального мира и основанной на общих методологических принципах физики, способствует повышению у обучаемых качества знаний по физике благодаря формированию целостного системного мышления.
Положения, выносимые на защиту, подтверждаются в 16 публикациях соискателя общим объемом 3,47 п. л. (см. Заключение)
Первое положение представлено в работах №№ 13, 16. Второе положение представлено в работах №№ 1, 4, 6, 7, 9, 10, 12, 14. Третье -в работах №№ 2, 3, 5, 8, 11, 15.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложения. Общий объем диссертации 179 страниц, в том числе 13 таблиц, 4 рисунка. Список литературы содержит 127 наименований.
Модернизация содержательного аспекта курса физики общеобразовательной средней школы
Проведем краткий анализ развития науки физики, а также методики ее преподавания с целью демонстрации существования широких возможностей для целенаправленной модернизации содержательного аспекта курса физики общеобразовательной средней школы и выясним определяющие моменты такой модернизации.
Время существования физики, как науки о неживой природе, может быть разбито на несколько периодов. На протяжении каждого из них развитие науки происходило определенным образом: преобладали конкретные научные идеи, методы исследований. Упомянутые периоды развития науки в истории физики принято называть эпохами. Периодизация истории физики не носит абсолютный характер. Может существовать несколько ее вариантов в зависимости от того, какие черты науки считать определяющими для данной эпохи [7,8]. Один из таких вариантов представлен:
1. Эпоха возникновения первичных физических учений охватывает период с древнейших времен до XVI в. н. э. Она включает древний мир, античные времена, Средние века и заканчивается эпохой Возрождения.
2. Эпоха формирования физики как науки обычно определяется как период с начала XVII до конца XVIII в. В это время был заложен фундамент физики.
3. Эпоха «классической» физики. Начавшись с Гука и Ньютона, она продлилась до начала XX в. и закончилась с появлением квантовых и релятивистских представлений, революционным образом изменивших наши понятия об окружающем мире и строении материи. 4. Эпоха современной (квантовой) физики, включая физику высоких энергий, длится весь XX в. до настоящего времени.
Наука, которая имеет продолжение в настоящее время, возникла в античный период. В средневековье наблюдается замедление темпов развития науки. Средневековая европейская физика (механика и астрономия) была основана на идеях Аристотеля. В ряду средневековых европейских ученых особняком стоит фигура Роджера Бэкона, одного из первых представителей научного эмпиризма. По его мнению, наука должна строиться на строгих аргументах и точном опыте.
Основоположником методологии познания мира в условиях Нового времени явился Френсис Бэкон. Главным методом развития науки он считал индукцию, опирающуюся на опыт, полученный в результате наблюдения, сравнения, эксперимента и анализа. Но как эмпирик, он явно переоценивал опытное знание и недооценивал теоретическое знание [9].
Эпоха Возрождения не привела к крупным успехам в физике, но в то время была поставлена под сомнение аристотелева картина мира. В этот период физика впервые подошла к необходимости удовлетворять запросы техники, что создало предпосылки для развития физического эксперимента.
В XVI - XVII вв. в естественных науках произошли изменения, которые по праву квалифицируют как первую научно-техническую революцию. Николай Коперник изложил принципы гелиоцентрической системы мира [10].
Идеи Коперника нуждались в теоретическом обосновании, дающем ответ на вопрос о том, что связывает планеты между собой, как и почему они движутся. Для этого было необходимо развитие механики, но не механики древности, сводившейся, по сути дела, к статике, а новой наукидинамики. Вся эта программа требовала экспериментального и математического обеспечения.
До XVII в. физика составляла неотъемлемую часть натурфилософии. Период в науке, который начался после выхода работ Исаака Ньютона, принято называть временем становления и развития классической физики. Он характеризуется в первую очередь существенным расширением спектра научных исследований. Разработанная Ньютоном механика нашла применение в описании системы мира, обеспечивая этим огромное мировоззренческое значение физики. В ее основе лежит модель Коперника, которая, хотя и была в достаточной степени подтверждена астрономическими наблюдениями, пока еще оставалась до конца не доказанной, ибо ее утверждения не являлись следствием хорошо развитой физической теории. Эта задача занимала ученых около 150 лет и породила множество разнообразных гипотез. Решая упомянутую выше задачу, Исаак Ньютон, развивая идеи своих предшественников X. Гюйгенса, Р. Гука, прежде всего вводит понятие силы тяготения. Затем на основе опытных данных и полученных на их основе законов Кеплера формулирует закон тяготения и уточняет законы Кеплера [7, 11].
Особенности методики изложения астрофизических вопросов в курсе физики средней школы
Включение астрофизических вопросов в школьный курс физики с целью демонстрации универсальности физических законов и их применимости для описания явлений галактического масштаба основывается на уверенности в справедливости этих законов, по крайней мере, для широкого круга явлений, достаточно подробно изученных к настоящему времени. Хорошо известно, что сомнения по этому поводу регулярно высказывались самыми выдающимися исследователями. Так, например, в 1928 г. Д. Джине писал: «Каждая неудача при попытках понять происхождение спиральных ветвей делает все более и более трудным противостоять подозрению, что в спиральных туманностях действуют совершенно неизвестные нам силы, быть может, отражающие новые и неожиданные метрические свойства пространства» [65, с. 352]. Однако дальнейшее развитие астрофизики показало, что именно вопрос о происхождении спиральных ветвей галактик удалось решить в рамках существующих современных физических представлений и теорий.
В последнее время появился ряд сообщений, согласно которым разбегание галактик, описываемое законом Хаббла, в свете последних астрономических наблюдений оказывается происходящим не с замедлением, обусловленным всемирным тяготением, а с ускорением, что в настоящее время не удается объяснить в рамках существующих представлений [66]. Надежное подтверждение этого факта, по-видимому, должно будет привести к определенным изменениям (возможно, весьма радикальным) во всей системе представлений об окружающем мире. Возможно, что такая информация на новом уровне делает актуальной идею о том, что «ядра галактик представляют собой новую форму существования материи, не известную современной физике» [87, 88]. Однако и такая ситуация методически может явиться очень полезной, ибо при правильном методологическом подходе к изучению современной физики выявление и демонстрация модельного характера наших знаний о природе и установление границ применимости конкретных моделей является особенно важным фактором при обучении и развитии научного мировоззрения.
Вопрос о возможности обнаружения новых фундаментальных законов физики на астрофизическом материале имеет еще один, не менее важный аспект. Необходимость введения новых физических представлений при дальнейшем развитии физики сама по себе не вызывает сомнений. Например, при создании квантовой теории гравитации для анализа сингулярностей, появляющихся в решении уравнений классической общей теории относительности. Однако при рассмотрении отмеченных выше вопросов нельзя исключать возможности появления каких-то новых обстоятельств, связанных с обнаружением огромных масс на космических, пока недоступных для наблюдения расстояниях и т. п., которые позволят объяснить наблюдаемые факты на основе существующих представлений. Возможно, что для объяснения процессов в ядрах галактик никакая «новая физика» не нужна.
По мнению большинства астрофизиков, еще далеко не исчерпана возможность объяснения всех наблюдаемых в галактиках и их ядрах, в квазарах, нейтронных звездах и черных дырах явлений на основе существующих представлений, не прибегая к существенно новым физическим представлениям. Такого же мнения придерживается большинство ведущих ученых о проблеме «недостающих масс» (missing mass) в скоплениях галактик [89]. Из сказанного следует, что рассмотрение основных свойств космических объектов, не говоря уже об описании свойств «ближнего» космоса - Солнца и солнечной системы, может быть адекватно выполнено на основе фундаментальных положений современной физики.
Методика изложения вопросов астрофизики в рамках курса физики средней школы характеризуется рядом специфических моментов, отличающих ее от методики изложения традиционных тем курса физики. Основное различие связано с невозможностью постановки эксперимента не только в условиях школы, но и вообще. Все «экспериментальные» данные, которые во всех без исключения случаях определяют генеральное направление развития физической теории, получаются в астрофизике в результате наблюдений и измерений, проводимых над природными явлениями. Традиционно это были результаты, получаемые в наблюдательной астрономии. В последнее время сюда добавились измерения, проводимые с помощью физических приборов, запускаемых в космическое пространство, что сразу на несколько порядков расширило количество и качество получаемой информации. Однако во всех без исключения случаях объектом наблюдения являются реальные процессы и явления, происходящие в природе, а не осуществленные в результате действия человека.
Организация и структура педагогического эксперимента
Педагогическое исследование по выявлению значения астрофизического материала для развития физического мышления и повышения качества знаний по физике проводилось с 2000 г. по 2004 г. Оно начиналось с изучения более общей проблемы - физико-астрономическое образование в школах. В ходе исследования проблема сузилась, приобрела более конкретный характер.
Цели экспериментального исследования:
1. Опре делить отношение учащихся и преподавателей к изучению в курсе физики средней школы вопросов астрофизики.
2.Выявить значение астрофизического материала для развития физического мышления и повышения качества знаний по физике.
3.Определить эффективность предлагаемой методики.
Следует отметить, что трудность экспериментальной проверки предложенной методики состояла:
- в неразработанности методики изучения вопросов астрофизики и методики решения астрофизических задач в методической литературе;
- в многообразии факторов, в том числе и скрытых, влияющих на качество знаний учащихся: личность учителя, заинтересованность самого учителя в решении поставленной нами проблемы, состав класса, своевременная мотивация школьников на разных этапах урока, зависимость активности учащихся на уроке от их физического и психического состояния и т. п.
Все эти трудности учитывались в процессе проведения эксперимента. Разработке заданий уделялось особое внимание: задания составлялись с учетом традиционных требований к заданиям по физике, но глубина усвоения знаний определялась использованием астрофизического материала. Для проведения формирующего эксперимента подбирались учителя, однозначно положительно относящиеся к идее использования астрофизического материала на уроках физики. Были разработаны методические рекомендации рассмотрения вопросов астрофизики для учителей. Мотивация учащихся в экспериментальных классах создавалась с учетом результатов проведенного анкетирования. Влияние астрофизического материала на качество знаний по физике определялось разными методами. В результате комплексный характер методики эксперимента обеспечил достоверность и полноту фактического материала.
Эксперимент проводился в три этапа: констатирующий, поисковый, формирующий.
І.Констатирующий этап. Проведение констатирующего эксперимента предусматривало изучение включения вопросов астрофизики в курс физики средних школ. Констатирующий эксперимент проводился в 2000 - 2003 г.г. в школах №№ 287, 229, 280, 9, 399 г. Санкт-Петербурга, № 6 г. Волхова.
Целью констатирующего эксперимента является определение состояния обучения учащихся старших классов основам астрофизики. Выяснялось, какие конкретно астрофизические вопросы используются учителями физики в практике их преподавания, отношение учителей к использованию такого материала на уроках. Обсуждался с учителями резерв неиспользованных вопросов для возможности демонстрации физических законов, способствующих повышению у учащихся уровня физического понимания. Проводились беседы с учащимися и выяснялось их отношение к данной проблеме.
В процессе педагогического эксперимента на первом его этапе использовались такие методы исследования как анализ методической литературы по проблеме, обобщение передового педагогического опыта, анкетирование учителей и учащихся, беседы и интервьюирование, анализ уроков учителей, наблюдение, собственный опыт работы в средней школе.
II. Поисковый этап.
Цель поискового этапа — выявить объективные возможности включения астрофизического материала в школьный курс физики, произвести его отбор и определить пути повышения качества знаний на основе использования этого материала.
Поисковый эксперимент влючал в себя: -изучение психолого-педагогической и методической литературы по проблеме;
-изучение работ известных физиков и астрофизиков; -анализ русских учебников по физике и астрономии;
- анализ американских учебников по физике;
- анализ школьных программ;
-анализ передового педагогического опыта; -собственный опыт преподавания.
III. Формирующий этап.
Целью третьего этапа педагогического эксперимента являлась разработка методических рекомендаций для учителей и учащихся рассмотрения вопросов астрофизики в курсе физики, экспериментальная проверка гипотетических предположений, оценка результативности концепции исследований, определение направлений дальнейшего исследования проблемы.
