Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы овладения эмпирическим и теоретическим методами исследования природы в учебном процессе по физике
1. Научный метод опытного познания природы 14
2. Основные составляющие теории электромагнитного поля 37
3. Психолого-педагогическйе компоненты познавательной деятельности учащихся при обучении физике 54
4. Контроль и оценка достижений целей образования по овладению учащимися методов познания 69
Выводы по первой главе 76
Глава 2. Взаимосвязь системы научных знаний и методов познания природы
1. Содержательная модель деятельности по обучению учащихся основным методам познания природы 78
2. Методика изучения вводных разделов курсов физики 93
3.Способы деятельности при формировании понятий макромоделей и микромоделей 109
4. Способы деятельности при изучении математических моделей 114
5. Этапы деятельности при проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента 140
6. Физический практикум курса физики 9 класса «Фундаментальный эксперимент электродинамики» 148
Выводы по второй главе 156
Глава 3. Организация проведения и результаты педагогического эксперимента
1. Организация педагогического эксперимента 159
2. Результаты педагогического эксперимента вводного раздела курса физики основной школы 171
3. Результаты педагогического эксперимента по освоению метода моделирования 179
4. Результаты педагогического эксперимента по освоению метода эксперимента 186
Выводы по третьей главе 196
Заключение 198
Библиография 204
- Научный метод опытного познания природы
- Контроль и оценка достижений целей образования по овладению учащимися методов познания
- Этапы деятельности при проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента
- Результаты педагогического эксперимента по освоению метода эксперимента
Введение к работе
Современный этап развития средней; общеобразовательной школы определяет обязательный минимум содержания образования, который имеет деятельностный характер и основан на ознакомлении учащихся с методами познания природы. Это приведёт к изучению физики в курсе основной школы на уровне понятий и законов.
Одной из нерешённых проблем, вытекающей из рекомендаций стандарта физического образования к естественнонаучной грамотности выпускников основной школы, является проблема взаимосвязи эмпирического и теоретического методов исследования в процессе опытного познания природы. Её решение лежит в области совершенствования методов обучения, в частности, освоения методов научного познания, развития умений познавательной деятельности.
Анализ методических работ выявил особенности содержания курса физики средней школы. В.Ф. Ефименко, М.Н. Зверева, ЛЛ. Зорина, А.В. Пёрышкин, В.Г. Разумовский, А.И. Малинин, В.Н. Мощанский, В.В. Мултановский, А.В. Усова, Н.В. Шаронова рассматривают систематический курс, построение которого осуществляется на теоретической основе.
Проблема ознакомления учащихся с, методами научного познания в процессе обучения рассматривалась в работах многих авторов и относилась к курсу физики средней школы. Г.М. Голин, Р.В. Майер, А.А. Пинский,. А.В. Прокопьев, Л.П. Свитков, ИА Шилова рассматривают идею сочетания обучения знаниям с обучением методам поиска знаний, говорят о несостоятельности мнения о независимости друг от друга знаний и методов их получения. Выполнение требования образовательного стандарта — обучать школьников методам науки авторы видят в реализации единства системы знаний и методов их изложения. При этом очень важно то, что принцип единства системы и метода выступает как методологический принцип в определении стратегии педагогической деятельности, как один из критериев истинности методологических решений в теории и практике обучения предмету.
В работахН.Е. Важеевской, Н.К Гладышевой, СВ. Громова, М. Папиева, А.А. Никитина, И.И. Нурминского, Н.С. Пурышевой, А.С. Сиденко, А.А. Синявиной, Л.С. Хижняковой и др. рассматривается систематический курс физики основной школы. Авторы считают, что сообщение знаний о методах и приёмах научного познания, доступных на первой ступени обучения физике, использование их для формирования представлений о логике и методологии познания, приведёт к повышению качества знаний. Причём авторами отмечается необходимость не только ознакомления с методами
РОС іІАИИОИАЛЬїи* БИБЛИОТЕКА СПетербтог /р»
**лш
научного познания, но и применения учащимися этих методов в познавательной деятельности.
В работах И.Д. Андреева, А.Н. Елсукова; Э.В. Ильенкова, П.В. П.В. Копнина, И.В. Кузнецова, А.М. Мостепаненко, М.В. Мостепаненко, Г.И. Рузавина, B.C. Стёпина, Л.М. Томильчика рассматривается вопрос о значении метода познания в научных исследованиях. Выделяется два метода исследования, характерные для научного знания - эмпирический и теоретический, которые включают общелогические методы и приёмы познания. Метод опытного познания позволяет выделить взаимосвязь эксперимента и моделирования. Рассмотрение данных методов как основных физических методов познания природы должно выступить компонентом содержания курса физики основной школы.
Таким образом, отмечается необходимость введения учащихся в область познавательной деятельности, одной из составляющей которой является взаимосвязь методов физического эксперимента и теоретического моделирования. Причём, речь идёт о том, чтобы учащиеся с уровня ознакомления с методами научного познания выходили на уровень освоения и использования их в собственной познавательной деятельности. Ознакомление с методами эксперимента и теоретического моделирования в курсе основной школы и освоение их в процессе деятельности как основных физических методов исследования природы является средством усиления эффективности учебного процесса.
Проблема отражения взаимосвязи эмпирического и теоретического методов исследования природы в содержании школьного курса физики, определения уровня сформированности знаний о методах, этапы формирования экспериментальных умений, поставленная в стандарте образования, требует своего решения.
Рекомендации учебного стандарта по физике, необходимость ознакомления и последующего освоения методов физического эксперимента, теоретического моделирования в процессе изучения физики и современное состояние обучения школьников привели к возникновению ряда противоречий между:
Необходимостью формирования знаний учащихся о взаимосвязи физического эксперимента и теоретического моделирования и недостаточной обоснованностью содержания вводных разделов курса об основных методах исследования природы.-
Потребностью в формировании системных знаний учащихся и недостаточным уровнем разработки взаимосвязи методов физического эксперимента и теоретического моделирования в процессе деятельности при изучении электродинамики курса
основной школы, отсутствием системы заданий по моделированию объектов в курсе физики основной школы
3. Неудовлетворительной предпрофильной подготовкой учащихся в основной школе, в частности овладением экспериментальными умениями и политехническими знаниями, и потребностью обоснования и разработки физического практикума в курсе физики основной школы.
Таким образом, актуальность темы «Взаимосвязь эмпирического и теоретического методов исследования природы в процессе изучения электродинамики курса физики основной школы» вызвана необходимостью устранения противоречий между современными требованиями к усвоению методов познания и недостаточной разработанностью содержания вводного раздела курса основной школы о методах исследования природы, системы заданий по формированию теоретических моделей, лабораторного практикума по электродинамике курса физики основной школы.
Цель исследования состоит в определении, обосновании и разработке методики взаимосвязи эмпирического и теоретического исследования при изучении электродинамики курса физики основной школы на основе метода опытного познания природы.
Объект исследования: взаимосвязь системы научных знаний и методов познания в процессе изучения физики в основной и средней школе.
Предмет исследования: учебный процесс по электродинамике систематического курса физики основной школы.
Гипотеза исследования: учащиеся будут владеть некоторыми
методами познания природы и умениями применять их при
объяснении электромагнитных явлений в соответствии с
требованиями стандарта образования, если изучение
электродинамики в 9 классе опирается на: взаимосвязь эмпирического и теоретического исследования, систему теоретических моделей и лабораторный эксперимент, включая физический практикум.
Для достижения цели исследования были поставлены и последовательно решены следующие задачи:
I. Выполнить теоретический анализ философской, физической,
психолого-педагогической, методической литературы,
диссертационных исследований, посвященных проблеме
использования методов научного познания, а так же средств и форм обучения физике в общеобразовательных учреждениях при изучении курса физики основной и средней школы; обобщить учебный материал о методах исследования природы на пропедевтическом этапе обучения.
2. Определить и обосновать принципы отбора содержания
учебного материала вводного раздела курса физики основной школы
о методах познания природы, об объектах физики и её задачах.
Выявить особенности подобного раздела в курсе физики средней
школы.
Создать систему заданий по формированию математических моделей электродинамики, а так же заданий для проверки уровней достижений учащихся в освоении метода эксперимента и теоретического моделирования. Разработать физический практикум для учащихся основной школы при изучении электродинамики, отражающий взаимосвязь методов эксперимента и теоретического моделирования.
Провести педагогический эксперимент и выявить уровень умений применять методы эксперимента и моделирования в познавательной деятельности.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования.
Теоретические - методы. Анализ философской литературы, посвященной проблеме методов научного познания, психологической и педагогической литературы, отражающий системный подход в деятельности, методической литературы по формированию теоретических обобщений, взаимосвязи системы научных знаний и методов познания. Изучение содержания стандартов образования, учебных планов, программ, учебников. Анализ организации процесса преподавания физики в практике работы общеобразовательных учреждений. Моделирование учебного процесса по физике, анализ и обобщение передового педагогического опыта, так же анализ собственного опыта преподавания.
Экспериментальные методы. Наблюдение за ходом учебного процесса при обучении физике, анкетирование и тестирование учащихся. Педагогический эксперимент во всех его формах: констатирующий, поисковый, контрольный. Статистическая обработка данных педагогического эксперимента и обоснование выводов.
Методологическую основу исследования составляют методы и приёмы познания, методологические обобщения общей и частной дидактики, положения возрастной и педагогической психологии.
Достоверность полученных результатов и обоснованность
научных выводов обеспечена: опорой на положения физики,
философии, педагогики, психологии и методики преподавания;
использованием разнообразных методов исследования, адекватных
поставленным задачам; длительностью эксперимента,
экспериментальной базой, достаточной для применения
статистической обработки результатов исследования; соблюдением педагогических требований к организации педагогического эксперимента; экспертной оценкой результатов исследования на межвузовских конференциях; внедрением результатов в практику преподавания.
Основные этапы исследования:
1 этап (1997-1999 г.г.) - изучение методической, философской,
психолого-педагогической литературы по теме исследования.
Изучение работ по методике развития творческих способностей,
организации познавательной деятельности учащихся, ознакомлению с
методами научного познания. Проведение педагогических
наблюдений, констатирующего эксперимента.
2 этап (1999-2002 г.г.) - проведение поискового эксперимента, в
ходе которого были уточнены научные и методологические
основания разрабатываемой методики. Разработка содержания
заданий, подбор экспериментальных заданий, работ физического
практикума. Создание комплекса материалов для проведения
эксперимента.
3 этап (2001-2003 г.г.) - подведение итогов эксперимента,
обработка и анализ его результатов. Оформление исследования.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
определена и обоснована необходимость взаимосвязи эмпирического и теоретического методов исследования природы в процессе изучения электродинамики по схеме учебной деятельности: наблюдение - эмпирическое моделирование - измерение — теоретическое моделирование — следствия — практические приложения;
определены условия реализации взаимосвязи методов познания в курсе физики 9 класса: необходимость вводного раздела курса физики по ознакомлению школьников с методами исследования природы; системы заданий для учащихся, включая физический практикум; опоры на понятия и законы механики и молекулярной физики;
обосновано содержание вводных разделов курса физики основной школы по ознакомлению школьников с методами исследования природы; разработано содержание вводного раздела курса физики средней школы и установлена их преемственность;
определены принципы построения и разработана система заданий для учащихся по формированию взаимосвязи математических моделей электродинамики и физического практикума по электродинамике курса физики основной школы.
Теоретическое значение исследования состоит в том, что:
определена преемственность содержания вводного раздела курса основной и средней школы по ознакомлению учащихся с методами исследования природы посредством отражения единства эмпирических, теоретических, общелогических методов познания и видов научного знания (физическая величина, закон, теория на примере молекулярно-кинетической теории);
обоснованы схемы познавательной деятельности по формированию теоретических моделей и умений экспериментального исследования; на основе схем создана система заданий для учащихся по электродинамике.
Практическое значение исследования состоит в том, что:
разработано содержание и методика проведения лабораторных работ физического практикума на основе взаимосвязи эксперимента и моделирования, лежащих в фундаменте электродинамики; практикум включает семнадцать лабораторных работ, в том числе, определение направления силы Ампера, исследование индукционного тока при движении проводника в однородном магнитном поле, изучение явления самоиндукции при замыкании цепи;
разработана система заданий по формированию математических моделей на основе схемы познавательной деятельности, включающей взаимосвязь эмпирического и теоретического методов исследования (рассмотрение опытов и экспериментальной установки, выявление функциональной зависимости между исследуемыми величинами, формулировка закона и его запись в математической форме, применение математической записи закона для нахождения значения любых величин, входящих в уравнение, рассмотрение следствий и практических приложений).
Критериями эффективности предлагаемой методики являются:
статистически надёжные и достоверные результаты
проверочных заданий по усвоению методов эксперимента и
моделирования;
' повышение качества знаний по электродинамике посредством
применения обобщённых схем деятельности;
повышение уровня сформированности экспериментальных умений при выполнении лабораторных работ физического практикума;
положительная динамика развития познавательного интереса учащихся, подтверждающаяся продолжением образования по профессиям естественнонаучного профиля.
Апробация результатов исследования осуществлялась в процессе обсуждения материалов на заседаниях кафедры МПФ МГОУ, на конференциях (Москва, МПУ, 1997, 1999, 2001-2002 г.г.; Москва, МГОУ, 2003 г.; Орехово-Зуево, МГОПИ, 2002 г.).
Результаты исследования внедрены в практику обучения средних школ № 933 г. Москва (учитель — Тимофеева ТА.), № 45 г. Люберцы М.о. (учитель - Шорикова Т.В.), № 7 г. Видное М.о. (учитель - Савичева Е.Е.), №1 г. Чехов М.о. (учитель - Браусова Т.В.), № 10 г. Арзамас (учитель - Шаланова И.В.), №4 г. Красноармейск М.о. (учитель - Кустов В.Н.), лицея № 14 г. Жуковский М.о. (учитель — Блохина Н.Г.), школы-лицея №15 г. Химки М.о. (учителя - Губанова О.Л., Сафиулина О.А.).
В результате проведённого исследования на защиту выносятся:
взаимосвязь эмпирического и теоретического методов исследования природы в процессе изучения электродинамики по схеме учебной деятельности: наблюдение - эмпирическое моделирование - измерение - теоретическое моделирование — следствия — практические приложения;
структурные составляющие учебного материала вводного раздела курса основной школы по ознакомлению учащихся с методами исследования природы посредством отражения единства эмпирических, теоретических, общелогических методов познания и видов научного знания (физическая величина, закон, теория на примере молекулярно-кинетической теории);
система заданий для учащихся на основе обобщённых схем деятельности по освоению методов эксперимента и моделирования в курсе физики основной школы на примере электродинамики;
содержание и методика применения физического практикума по электродинамике курса физики основной школы. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения,
трёх глав и заключения. Объём диссертации 203 страницы. Список литературы содержит 200 наименований. Работа содержит 6 схем, 32 рисунка, 17 таблиц, 5 диаграмм.
Научный метод опытного познания природы
Одна из ведущих целей образования по физике является освоение системы знаний и ознакомление с методами познания природы. Учебный материал курса основной школы систематизируется на основе понятий, законов и физических теорий [117]. В методике преподавания физики утверждается мысль о том, что методы обучения должны соответствовать методам научного познания. Анализ программ и учебников нового поколения показывает, что научные методы познания являются составной частью содержания образования [39,133,141,171,172,178]. Причём многими авторами отмечается необходимость не только ознакомления учащихся с методами и приёмами научного познания, но и применения этих методов при решении задач, упражнений, лабораторных работ [27,114,120,123,153].
В последние годы в некоторых учебниках, в вариантах стандарта физического образования обращается внимание на необходимость включения в содержание физического образования специального вводного раздела о методах исследования природы [10,50,117,138,141,171,179,182]. При отборе методов познания в курсе физики основной школы многие методисты настаивают на необходимости изучения научных методов теоретического исследования [27,38,84,114,119,143,177]. При этом они подчёркивают важность осознания различий методов эмпирического, теоретического исследования и общелогических методов и приёмов познания. Определение принципов отбора содержания раздела о методах научного исследования требует обратиться к философской трактовке понятий метод исследования, метод познания, общелогический метод, цикл научного познания.
Осознание логики методов познания и соответствующих методов и приёмов обучения, установление методических путей перехода от одного метода исследования к другому, возможно, применяя гносеологическую формулу цикла научного познания опытные факты — гипотеза — следствия — эксперимент [68,112] или факты — модель — следствия — эксперимент [122]. Он в общих чертах представляется в виде четырёх этапов, которые непосредственно соответствуют этапам цикла обучения. На первом этапе выделяются элементы знания, исходные для цикла. В них отражена достигнутая на данном уровне знаний система понятий и факты, т.е. заключён «итог» предшествующей познавательной деятельности. Данные элементы знания содержат некоторые обобщения. На втором этапе из множества фактов, отношений между ними, частных обобщений выбираются те, которые отражают в себе сущность рассматриваемого круга явлений. Так выдвигается система гипотез, постулатов или физическая абстракция в форме содержательного обобщения. На третьем этапе, на основе выдвинутых постулатов, развивается физическая теория как восхождение от абстрактного к конкретному. Далее, на четвёртом этапе, происходит развитие теории, а вместе с ней и всего гносеологического цикла познания. Элементы, входящие в цикл научного познания, должны найти своё отражение в процессе обучения физике и в содержании раздела о методах научного познания. Цикл научного познания объединяет эмпирический и теоретический методы исследования.
В философской литературе методы исследования классифицируются по разным основаниям. A.M. Мостепаненко [107], М.В. Мостепаненко [108,109], В.С.Стёпин, А.Н.Елсуков [160], А.И. Уемов [166] выделяют два метода исследования, характерные для научного знания - эмпирический и теоретический, которые отражают различие в способах получения знаний, а также в уровне этого знания. В структуре общенаучных методов используется подход, в соответствии с которым выделяют общелогические методы и приёмы познания.
Эмпирический метод позволяет получить представление о внешних, обнаруживаемых на опыте, свойствах и явлениях; теоретический — о сущности, знании внутренних связей [97,112,148]. Общелогические методы и приёмы познания используются как при эмпирическом, так и теоретическом исследовании. Цикл научного познания отражает взаимосвязь и взаимодействие методов и приёмов познания. Он может стать основой для определения ведущих методов учебного познания. В нём отражается не только ведущая роль физического эксперимента, но и этапность включения его в процесс исследования.
В методике преподавания физики определено соотношение эмпирического и теоретического уровней в учебном познании. В.А. Кондаков, В.В. Мултановский, А.В. Пёрышкин, В.Г. Разумовский, Л.И. Резников, В.А. Фабрикант, Л.С. Хижнякова, Ф.Ш. Шифрин утверждают о необходимости построения курса физики на теоретическом уровне познания, основываясь на фундаментальных физических теориях в сочетании с методами познания [79,112,122,132,142,156,191]. «Переход на теоретический уровень познания не только способствует более глубокому изучению основных физических понятий и законов, но и оказывает существенное влияние на формирование в сознании учащихся естественнонаучной картины мира» [122, стр.75]. В решении задач обучения физики, важную роль играет взаимосвязь эмпирического и теоретического методов исследования, которая обусловлена их развитием в целостной структуре научного знания. В учебном процессе важно выделить значение эмпирического метода, отметить, что плодотворность данного метода возможна в сочетании с теорией. Учебный процесс должен отражать единство эмпирического и теоретического методов исследования [163].
В философии эмпирическое исследование определяется как этап получения научных знаний, которые добываются на основе целенаправленных наблюдений и эксперимента. «Цель этого исследования состоит в получении новых знаний и формировании фактов науки, на основе которых строится эмпирический базис научного знания и развивается система теоретических построений» [160, стр. 79]. Необходимость формирования у школьников знаний о сущности эмпирического метода исследования обусловливается той ролью, которую он играет в процессе познания. Эксперимент является источником новых знаний о фактах, которые затем систематизируются и обобщаются в законах и теориях, он служит критерием истинности теоретической концепции, гипотезы или положения, через эксперимент осуществляется связь физических знаний с техникой, производством и бытом. Значение эмпирического метода исследования в процессе познания отмечал академик Г.С. Ландсберг: «Отчётливое понимание... экспериментального характера физических законов имеет крайне важное значение: оно делает из физики науку о природе, а не систему умозрительных построений; с другой стороны, оно прививает мысль о границах применимости установленных физических законов, основанных на них теорий и открывает перспективы дальнейшего развития науки» [193, стр.12].
В эмпирическом исследовании выделяют три стадии, в которых добывают эмпирические знания трёх типов [108]. Первая стадия является исходной, где добываются знания в виде отдельных данных опыта, составляющих базисное эмпирическое знание. На этой стадии производится постановка и проведение научных опытов: разработка плана и подготовка опыта; проведение опыта, получение чувственного отражения изучаемых явлений или осознание и понятийное выражение этого отражения в виде данных опыта; предварительная проверка истинности данных опыта; оценка точности.
На второй стадии проводится первичная обработка некоторой совокупности данных опыта, в результате которой формируются знания о связях одних данных опыта с другими; вырабатываются понятия. Данные опыта систематизируются и классифицируются. На этой стадии проводятся основные действия. Анализ, где в данных опыта выделяются характерные для них признаки. Данные опыта группируются по выделенным признакам, что соответствует синтезу. Далее проводится систематизация, посредством которой данные опыта разделяются внутри группы на основные и второстепенные. При классификации вскрываются соотношения между явлениями внутри группы и формулируются предварительные выводы об отношениях между группами.
На третьей стадии происходит обобщение данных опыта, где вырабатывается знание о закономерностях. Обнаруживается сущность явлений и устанавливается функциональная зависимость между понятиями, относящимися к соответствующей группе данных опыта, формулируется эмпирический закон. Эти знания являются высшей формой эмпирического знания.
Контроль и оценка достижений целей образования по овладению учащимися методов познания
Контроль, или проверка результатов обучения, является обязательным компонентом процесса обучения. Суть проверки результатов обучения состоит в оценке достижений целей физического образования: развития мышления, мировоззрения, выявлении уровня освоения содержания и методов познания учащихся, который должен соответствовать образовательному стандарту [83,90].
Будучи составной частью процесса обучения, контроль выполняет контролирующую, обучающую, ориентирующую и воспитывающую функции проверки [80,121]. Важное место отведено диагностической функции. Анализ требований к проверке знаний, умений и навыков, содержащихся в различных руководствах по методике преподавания физики, дал возможность определить основные методологические положения, которые представлены в таблице 1 [23,64,102,122].
В дидактике выделяют текущий, периодический и итоговый контроль. Текущий контроль предполагает систематическую проверку знаний, умений и навыков на каждом уроке. Периодический контроль осуществляется после крупных разделов программы. В нём учитываются и данные текущего контроля. Итоговый контроль проводится накануне перевода на следующую ступень обучения. Его задача - зафиксировать минимум подготовки, который обеспечивает дальнейшее обучение. В целом, функция контроля состоит в установлении уровня усвоения знаний на всех этапах обучения, в измерении эффективности учебного процесса и успеваемости.
Большое значение представляет содержание контроля, что именно проверяется в обучении. В отечественной педагогике считается, что проверять надо знания, умения и навыки учащихся. Они описываются на общедидактическом уровне и на уровне предмета. В связи с этим выделяются уровни проверки, которые позволяют определить конкретные результаты обучения и осуществить сам процесс обучения в соответствии с определённым уровнем. О. В. Оноприенко, А. В. Усова, 3. А. Вологодская [121,168] выделяют три основных уровня.
Первый уровень (низший) характеризуется тем, что обучаемый выполняет лишь отдельные операции, причём последовательность их хаотична, действие в целом плохо осознано. Для проверки знаний и умений, соответствующих первому уровню, используется репродуктивный вид заданий, предполагающий воспроизведение учащимися отдельных знаний и умений. Проверка такого уровня осуществляется формами автоматизированного учёта.
Второй уровень (средний) предполагает, что учащиеся выполняют все операции (действия), из которых слагается действие (деятельность) в целом, но последовательность их выполнения недостаточно продумана, действие выполняется недостаточно осознано. Для проверки умения применять эти знания в учебной практике используются репродуктивно-рефлекторные задания, выполнение которых возможно не только на основе памяти, но и на основе осмысления. Наряду с психологической операцией воспроизведения широко используется узнавание и явление переноса.
Третий уровень (высший) характеризуется тем, что обучаемые выполняют все операции, последовательность их выполнения хорошо продумана, поэтому она рациональна, действие в целом осознано. Для проверки знаний, соответствующих третьему уровню, и умения применять их в учебной практике используется рефлективный вид заданий, выполнение которых опирается на репродуктивные знания, но требует глубокой осмысленной деятельности, знания приёмов умственной деятельности, умения применять их. При выполнении заданий этого уровня используются психологические операции — воспроизведение, узнавание, перенос.
В западной педагогике «проверяемые результаты обучения описываются как когнитивные, социальные и эмоциональные цели» [124, стр. 354]. В этом случае может быть зафиксировано наличие результатов, сформулированных в терминах наблюдаемых действий, которые возможно контролировать. Они могут быть измерены, т. е. может быть установлен уровень сформированности знаний.
Наиболее сильное влияние на методику проверки результатов обучения оказали операционная теория Ж. Пиаже, таксономия целей обучения Б. Блюма.
Одно из самых важных понятий в концепции Пиаже - понятие схемы действия. С самого начала ребёнок приобретает свой опыт на основе действий. Весь приобретённый опыт оформляется в схемы действия - «это то, что сохраняется в действии при его многократном повторении в разных обстоятельствах» [118, стр. 147]. Схема действия - это структура на определённом уровне умственного развития. Структура, по определению Пиаже, саморегулирующаяся система. Новые умственные структуры формируются на основе действий.
Согласно таксономии Б. Блюма [200], диагностично поставленные цели позволяют объективно обнаружить и оценить степень их достижения. В когнитивной области им было выделено шесть основных ступеней целей обучения: ученик «знает, понимает, применяет, анализирует, обобщает, оценивает» [163, стр. 34]. Эти действия ученика подлежат проверке. Данная таксономия целей может быть адаптирована к преподаванию физики. В отечественной дидактике это означает, что проверяется запоминание и воспроизведение учебного материала, умение выполнять различные действия с ним: моделировать явления, проделывать экспериментальную работу. Первый уровень предполагает прямое запоминание отдельных знаний и умений. Показателем успешного понимания второго уровня служит трансформация знаний из одной формы выражения в другую; интерпретация материала, экстраполяция, предположение о возможных последствиях. Следующий уровень предполагает применение правил, методов, понятий, законов, принципов, теорий в новых ситуациях. Дальнейший анализ позволяет выделить главное в содержании, установить ошибки и упущения в излагаемом материале; обнаружить различие между фактами, законами и следствиями, т.е. производит деление целого на элементы, вскрывает их связи и отношения. Синтез предполагает умение объединить отдельные элементы в целое, обладающее новым качеством, получение новой структуры. При этом ученик выполняет действия творческого характера, применяя новые схемы и структуры; предлагает план проведения эксперимента. На последнем уровне рассматривается оценка соответствия выводов имеющимся данным по определенным критериям, значимости результата деятельности, исходя из внешних критериев.
Рассмотрение методов исследования природы в вводном разделе курса физики позволяет учителю проверять уровни знания и понимания, сформированные на пропедевтическом этапе обучения. Проверка знаний учащихся, связанная с овладением методами познания природы, на следующих уровнях возможна при рассмотрении материала раздела электродинамики, при выполнении лабораторных работ или работ физического практикума.
Проведение эксперимента включает следующие составляющие. Формулировка цели эксперимента; формулировка гипотезы, которую можно положить в основу; определение условий, необходимых для достижения цели эксперимента; разработка модели эксперимента. Эти составляющие совпадают с первыми двумя уровнями концептуальной модели развития мышления Б. Блюма: знание, понимание. Дальнейшее определение оборудования и материалов, необходимых для проведения эксперимента; подбор необходимого оборудования; создание экспериментальной установки должны соответствовать следующему уровню — уровню применения. Выбор способов кодирования результатов измерений и наблюдений в ходе эксперимента; практическая реализация плана эксперимента; математическая обработка полученных данных; анализ результатов; формулировка выводов зависит от умения школьниками использовать операции анализа, обобщения и оценки. При проведении лабораторных и практических работ учащимися каждый уровень может контролироваться учителем. Таким образом, на каждом этапе проведения эксперимента учитель может определить уровень сформированности знаний. Успешное решение задач физического практикума предполагает усвоение последнего уровня в таксономии Блюма.
Этапы деятельности при проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента
Эксперимент — один из наиболее доступных и наиболее часто используемых в процессе обучения физике методов познания, развитие знаний о котором происходит на всём протяжении изучения курса физики.
Выделенная в содержательной модели схема экспериментальной деятельности реализуются в системе демонстрационных, лабораторных, практических работ при рассмотрении электрического, магнитного и электромагнитного полей. Отбор содержания экспериментов формируется в соответствии со структурой научного знания: от исходных эмпирических данных к гипотезе, от неё к системе следствий и далее к экспериментальной проверке и практическому применению. Эксперимент играет важную роль на этапе накопления знаний и на этапе применения и проверки полученных знаний как метод физического исследования.
Проведение демонстрационного эксперимента по введению физической величины, при изучении закона, выводного положения, лабораторного эксперимента и работ практикума осуществляется посредством схемы экспериментальной деятельности, которая представлена в виде таблицы 4.
Пункты таблицы расположены в последовательности, отражающей логику научного и учебного познания. Следует отметить, что при проведении демонстрационного эксперимента учитель на конкретных примерах подробно анализирует свою деятельность, выделяет в этой деятельности необходимые логические элементы. Важно, чтобы этот процесс происходил на глазах учеников при активном их участии. Ознакомление со схемой экспериментальной деятельности, работа с ней, приводит к формированию у учащихся обобщённых познавательных умений. Такие умения обладают свойством переноса. Будучи сформированы на уроках физики при изучении какого-либо материала, они успешно могут применяться при изучении другого, например, при самостоятельном проведении лабораторного эксперимента и работ практикума других разделов физики. Как будет показано в главе 3, использование обобщённых схем ускоряет процесс обучения и способствует повышению качества знаний.
Применение схемы экспериментальной деятельности к системе демонстрационного эксперимента по введению физической величины рассмотрим на примере введения вектора индукции магнитного поля.
По приведённой схеме экспериментальной деятельности рассматривается установка Ампера по взаимодействию проводников с токами, так же установка по взаимодействию проводника с током и магнитом.
Из опытов Эрстеда и Ампера формулируется вывод, что движущиеся заряды создают магнитное поле, что взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки, двух проводников с токами осуществляется посредством магнитного поля. Характеристика магнитного поля — магнитная индукция — вводится на примере однородного магнитного поля.
Применим схему экспериментальной деятельности, рассмотренную выше, к системе демонстрационного эксперимента при изучении закона, на примере закона электромагнитной индукции.
Рассмотрим один из опытов, предложенный Фарадеєм. Две одинаковые катушки насажены на железный сердечник. К одной из катушек присоединяется гальванометр, вторая катушка соединяется с источником тока. При замыкании и размыкании ключа в цепи второй катушки, стрелка гальванометра отклоняется вправо или влево от нулевого положения, т.е. в первой катушке появляется электрический ток. Если во второй катушке установить постоянный ток, то в первой катушке ток не возникнет (таблица 6).
Рассмотренный пример показывает, что способы деятельности учащихся при анализе и проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента примерно одинаковы.
Результаты педагогического эксперимента по освоению метода эксперимента
Педагогический эксперимент по освоению метода эксперимента связан с созданием факультативного курса «Фундаментальный эксперимент электродинамики» для учащихся девятого класса основной школы. Задачами такого курса являлось научить наблюдать природные явления, анализировать наблюдаемые явления, выдвигать гипотезы, обосновывать результаты эксперимента, исходя из основных идей электродинамики, применять схему экспериментальной деятельности в процессе проведения лабораторных работ. Решение указанных задач приведёт к освоению учащимися метода эксперимента.
В эксперименте принимало участие 53 ученика.
Рассмотрим содержание главы 2 факультативного курса «Идея А. М. Ампера: магнитные явления порождаются электрическими токами и сводятся к взаимодействию электрических токов», где представлены ответы ученика 9 «А» класса средней общеобразовательной школы № 4 г. Красноармейск Урсеева Павла.
Глава 2. Идея А. М. Ампера: магнитные явления порождаются электрическими токами и сводятся к взаимодействию электрических токов
2.1. Опыты Ампера
Открытием Эрстеда заинтересовались многое физики. Это известие натолкнуло французского математика А. М. Ампера на мысль о том, что магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействию электрических токов. В результате опытов он пришёл к идее, что магнитные явления порождаются электрическими токами.
Он исследовал взаимодействие двух прямых токов, двух круговых токов, двух соленоидов, показав, что они ведут себя подобно двум магнитам. Один же соленоид, подобно магниту, устанавливается своей осью вдоль магнитного поля Земли.
Ампер выступил на заседании Парижской Академии наук с сообщением о результатах проведённых им исследований электромагнитных явлений. В нём он известил и продемонстрировал притяжение и отталкивание двух параллельных проводников с током, а так же притяжение и отталкивание двух спиралеобразных проводников с током.
Ампер выдвинул гипотезу о существовании молекулярных токов. Согласно этой гипотезе внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Благодаря этим токам постоянные магниты проявляют магнитные свойства.
Ампер создал свою теорию электродинамики. В основе этой теории лежат два положения: о взаимодействии электрических токов и об одинаковой природе сил, действующих на магнитную стрелку и на рамку с током. Согласно его теории взаимодействие токов, магнитов и токов, магнитов между собой могут бьпь сведены лишь к взаимодействию токов.
Цель работы - наблюдать притяжение проводников с током. Средства измерения и материалы - две полоски фольги, источник тока, штатив с муфтой и лапкой, ключ, соединительные провода.
Порядок выполнения работы
1. Возьмите две полоски фольги, укрепите их на штативе при помощи лапки в вертикальном положении.
2. Присоедините эти полоски при помощи соединительных проводов к источнику тока, замкните концы полосок фольги проволокой так, как показано на рисунке 4в, Убедитесь, что между полосками нет никакого взаимодействия.
3. Замкните ключ. Изобразите на рисунке направление тока в полосках фольги.
4. Убедитесь, что проводники с током притягиваются друг к ЛОУГУ. РИСУНОК 4г.
Лабораторная работа № 7. Взаимодействие магнита и витка с током
Цель работы - наблюдать действие магнитного поля на ток.
Средства измерения и материалы - дугообразный магнит, батарея аккумуляторов, штатив, выключатель, проволочный моток, соединительные провода.
Порядок выполнения работы
1. Подвесьте проволочный моток к штативу и через выключатель присоедините моток к батарее.
2. Поднесите к проволочному мотку магнит.
3. Замкните цепь. Укажите характер движения мотка.
4. Выберите несколько вариантов относительного положения мотка и магнита и зарисуйте их.
5. Укажите на рисунке направление магнитного поля, направление тока и направление движения мотка.
6. Проверьте на опыте правильность предположений о характере и направлении движения мотка.
Цель работы - научиться: 1) наблюдать магнитное взаимодействие соленоидов с током; 2) определять направление линий индукции магнитного поля соленоида с током.
Средства измерения и материалы - два одинаковых соленоида, два истощіика тока, два ключа, два штатива с муфтами и лапками, соединительные провода.
Порядок выполнения работы.
1. Подвесьте соленоиды к штативу и через выключатели присоедините их к источнику тока.
2. Замкните ключи в цепи первого и второго соленоидов. Определите направление тока в первом и во втором соленоидах. Сделайте рисунок взаимного положения соленоидов и отметьте направление тока в них.
3. Определите направление вектора индукции магнитного поля вігутри и вне соленоидов. Огметьте эти направление на рисунке.
4. Укажите полюса соленоидов. При этом положении полюсов соленоиды должны /ZpcCrt -ZtSl 0Cf
5. Проверьте на опыте правильность предположений о характере и направлении движения соленоидов.
Похожие диссертации на Взаимосвязь эмпирического и теоретического методов исследования природы в процессе изучения электродинамики курса физики основной школы
