Книги, научные публикации
На правах рукописи
БУБЛИКОВ Сергей Викторович МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВАРИАТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ 13.00.02 - теория и методика обучения физике
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук
Санкт - Петербург 2000
Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им.
А. И. Герцена
Научный консультант: Академик РАО, доктор физико- математических наук, профессор А. С. Кондратьев
Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук, профессор А. П. Барабан Чл. корр. РАО, доктор педагогических наук, профессор А. П. Тряпицына Доктор педагогических наук, профессор Т. Н. Шамало
Ведущая организация: Московский педагогический государственный университет
Защита состоится 23 ноября 2000 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 113.05.09 по защите дис сертаций на соискание ученой степени доктора наук в Россий ском государственном педагогическом университете им. А. И.
Герцена по адресу: 191186, С. - Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 1, ауд. № 209.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке РГПУ им. А. И. Герцена
Автореферат разослан 23 октября 2000 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета И. В. Симонова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования.
Направленность школьного обучения на формирование культуры жизненного самоопределения наиболее отчетливо проявляется в ва риативном образовании. Вариативное образование характеризуется как поисковое образование, предоставляющее личности широкий спектр возможностей выбора своей судьбы, готовящее школьника к жизни в условиях комплексных глобальных проблем и социальных перемен, приучающее ученика находить нестандартные пути выхода из различ ных ситуаций неопределенности в культуре.
Физика - часть общечеловеческой культуры, характеризующая ин теллектуальный уровень общества, степень понимания основ мирозда ния, методологическая и научная основа комплексных программ есте ствознания, оказывающих опосредованное влияние на общественные процессы. По мнению Л. Каданова (1994), именно физика наиболее полно демонстрирует способность человеческого разума к анализу лю бой непонятной ситуации, введению языка описания этой ситуации, выявлению ее фундаментальных качественных и количественных ас пектов и доведению уровня понимания до возможности теоретическо го предсказания характера и результатов ее развития во времени.
Развитие индивидуальных интеллектуальных качеств имеет место при обучении другим школьным дисциплинам. Однако именно при изучении физики в умах учащихся впервые формируются представле ния о модельном характере познания реального мира, в том числе о том, что модель является репрезентацией как познаваемого объекта, так и индивидуальности познающего субъекта. Впервые логически по следовательно закладывается идея множества потенциальных линий развития природных систем во времени на примерах физических не линейных систем.
Для осмысления указанных проблем и понимания учащимися своего места в их решении, особое значение приобретает освоение ме тодологических ориентиров. В этих ориентирах знания об объектах соотносятся не только со средствами их получения, но и с ценностно целевыми структурами деятельности.
Таким образом, актуальность диссертационной работы обуслов лена необходимостью исследования возможностей вариативного по строения содержания обучения физике для создания системы вариа тивного физического образования.
Основные противоречия, решаемые в ходе исследования.
1. Между индивидуальным характером учения и массовым ха рактером обучения физике. Предложено поэтапное решение - от на чального этапа, на котором осуществляется традиционный индивиду альный подход к обучению, через переход к большей самостоятель ности в развитии учащихся как субъектов обучения под руководством учителя, вплоть до этапа самообразования.
2. Между необходимостью отражения в физическом образовании различных категорий учащихся, наряду с классическими знаниями, достижений современной физики и объективной сложностью их для понимания учащихся. Решением является предлагаемый методический подход к использованию разноуровневых и разносторонних средств методологии физики, позволяющий развивать индивидуальность уча щихся как субъектов при исследовательском обучении физике.
3. Между значительно различающимися временными рамками, нормативно отводимыми на изучение учебного материала в средних школах, дифференцированных по разным основаниям и необходимо стью усвоения учащимися достаточно большого объема физических знаний, незначительно отличающихся по фактическому содержанию.
Решением является методический подход к использованию разноуров невых средств методологии физики для создания основ содержатель ной саморегуляции учащихся при изучении физики, позволяющий с разной степенью детализации изучать один и тот же учебный матери ал в зависимости от профильной и уровневой направленности обуче ния и индивидуальных запросов учащихся.
Объект исследования - вариативное обучение физике в дивер сифицированной системе общего среднего образования.
Предмет исследования - принципиальные возможности и мето дологические основы вариативного построения содержания обучения физике в средней школе.
Цель исследования - разработка методологических основ вариа тивного построения содержания обучения физике в средней школе и создание возможностей методической реализации обучения физике как личностно - ориентированной учебной модели науки.
Задачи исследования.
1. Уточнить сущность и соотношение понятий вариативное обу чение, дифференциация обучения, линдивидуализация обучения;
отобрать физические, философские, психолого-педагогические и мето дические понятия и принципы, необходимые для исследования мето дических подходов к вариативному построению содержания обучения физике;
на основе анализа литературы и обобщения передового педа гогического опыта выявить сложившиеся в отечественной и зарубеж ной школах наиболее перспективные пути вариативного построения обучения физике.
2. Выяснить возможности и особенности становления творческой индивидуальности учащихся как субъектов при вариативном построе нии обучения физике. Определить методические условия соответствия вариативного построения содержания учебного материала по физике на основе методологии науки и деятельности по его усвоению, на правленные на развитие позитивной индивидуальности учащихся.
3. Изучить особенности становления индивидуальности учащихся как субъектов вариативного обучения физике. Найти систему показа телей, характеризующих уровень развития индивидуальных интеллек туальных возможностей, реализуемых при обучении физике.
4. Разработать подходы к конструированию содержания учебного материала - по степени детализации изучаемого материала и полноте физических знаний в зависимости от цели обучения и индивидуаль ных запросов ученика. Раскрыть указанные подходы на конкретных примерах вариативного построения содержания обучения физике.
5. На основе структуры и уровней методологии физики в ком плексе с философскими и психолого-педагогическими закономерностя ми обучения и выводами дифференциальной психологии разработать модель личностно ориентированного обучения физике и наметить пути ее совершенствования.
6. Проследить прямые и косвенные последствия, вносимые вне дрением результатов исследования в самоопределение учащихся при изучении физики.
Методы исследования подбирались по требованию адекватности задачам исследования. На разных этапах исследования использованы следующие методы: теоретический анализ литературы по проблеме ис следования;
изучение массового и обобщение передового педагогиче ского опыта;
прогнозирование развития системы без вмешательства исследователя;
моделирование образовательных систем и процессов;
метод экспертных оценок;
педагогические измерения (по результатам наблюдений, анкетирования учащихся и учителей, ретроспективных опросов учащихся, бесед с учащимися и их родителями);
педагогиче ский эксперимент со статистической обработкой его результатов с це лью определения эффективности и коррекции предлагаемой методики.
Теоретико-методологическая база исследования:
- труды физиков-исследователей по вопросам методической обра ботки ключевых достижений классической и современной физики и их мировоззренческим и методологическим аспектам (Н. Бор, М. Борн, Л. де Бройль, С. Вайнберг, Г. Вейль, Е. Вигнер, М. Гелл-Манн, Я. Б.
Зельдович, П. Дирак, П. Л. Капица, Л. Каданов, Дж. Максвелл, И. При гожин, В. А. Фок, А. А. Фридман, Р. Фейнман, Ю. Швингер, А. Эйн штейн и др.);
- работы философов, историков и методологов физики по вопро сам методологической и мировоззренческой интерпретации ключевых достижений классической и современной физики (М. Вартофский, В.С.Готт, Д. П. Горский, Б. М. Кедров, В. В. Копнин, П. С. Кудрявцев, М. В. Мостепаненко, Б. Я. Пахомов, В. С. Степин, Б. И. Спасский, Ф.
Франк, П. Фейрабенд, Э. М. Чудинов и др.);
- методические работы по вопросам отражения методологии и компьютерных технологий научного познания в формировании миро воззрения и познавательной деятельности учащихся в процессе обуче ния физике (Г. А. Бордовский, Е. И. Бутиков, Э. В. Бурсиан, Р. Ю. Вол ковыский, Х. Гулд, В. Ф. Ефименко, Н. М. Зверева, Л. Я. Зорина, В. А.
Извозчиков, А. С. Кондратьев, С. П. Курдюмов, В. В. Лаптев, В. В. Мо нахов, В. Н. Мощанский, В. В. Мултановский, А. А. Самарский, Ю. А.
Сауров, Л. В. Тарасов, Я. Тобочник, Н. В. Шаронова, Б. М. Яворский и др.);
- методические работы, раскрывающие закономерности развития представлений о роли и сущности физического образования, описы вающие его современные задачи и содержание, работы по вопросам активизации познавательной деятельности учащихся, гуманизации, дифференциации и индивидуализации обучения физике, развитию творческих способностей учащихся в процессе обучения физике (Г. А.
Бордовский, С. Н. Богомолов, О. Н. Голубева, В. А. Данильчук, Л. А.
Иванова, С. Е. Каменецкий, Г. Р. Кару, И. Я. Ланина, Ф. П. Кесаманлы, Р. И. Малафеев, А. Е. Марон, И. И. Нурминский, Н. С. Пурышева, В. Г.
Разумовский, А. Д. Суханов, А. В. Усова, Л. С. Хижнякова и др.);
- философские, культурологические, социологические и педагоги ческие идеи о роли и функциях общего образования, о его влиянии на становление человека и развитие общества (И. Ю. Алексашина, А.
Г. Асмолов, Н. В. Бочкина, Б. С. Гершунский, В. И. Гинецинский, С. Г.
Вершловский, М. С. Каган, О. Е. Лебедев, А. Г. Мысливченко, И. И. Со колова, А. П. Тряпицина, и др.);
- концепции человека как субъекта деятельности, личности, ин дивидуальности, различные отечественные и зарубежные теории лич ности, закономерности познания как общественно-исторического и как творческого процесса (Б. Г. Ананьев, К. А. Абульханова-Славская, Г. Ай зенк, А. Бандура, Л. И. Божович, Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, Э. В.
Ильенков, А. Н. Леонтьев, Б. Ф. Ломов, З. И. Калмыкова, Е. А. Климов, А. Маслоу, Н. А. Менчинская, В. С. Мерлин, Л. А. Регуш, С. Л. Рубин штейн, Н. Ф. Талызина, М. А. Холодная, И. С. Якиманская и др.);
- дидактические аспекты проблемы индивидуализации и диффе ренциации обучения (М. Анцибор, А.А.Бударный, А. А. Кирсанов, В. Н.
Максимова, М. И. Махмутов, Е. С. Рабунский, И. Э. Унт, В. А. Сухо млинский, В. В. Сериков, Н. М. Шахмаев и др.);
-труды по теории и методологии конструирования содержания образо вания (Ю. К. Бабанский, А. С. Кондратьев, В. С. Леднев, И. Я. Лернер, И. Марев, М. С. Скаткин и др.);
- работы, раскрывающие сущность процессов моделирования, проектирования, прогнозирования и управления развитием педагогиче ских систем (Е. С. Заир-Бек, Е.И.Казакова, Н.В.Кузьмина;
М. Н. Кларин, В. Е. Радионов, В. А. Якунин и др.).
Концепция исследования состояла в разработке методологиче ских основ построения содержания обучения физике таким образом, чтобы стало возможным реализовать в массовой педагогической прак тике вариативное обучение физике как личностно-ориентированную учебную модель науки - физики.
Гипотезу исследования составляют следующие положения.
1. Физика, как учебная дисциплина, обладает объективными возможностями не только для развития общих исследовательских спо собностей познающего субъекта, но и для становления индивидуаль ности как феномена общественного развития личности учащегося при систематическом включении его в различные соответствующие возрас ту виды познавательной деятельности и общения в учебном процессе.
Для целей становления позитивной индивидуальности учащегося, со держание познавательной деятельности и субъект - субъектного учебно го общения должно быть построено вариативно на использовании триад структуры и уровней методологии физики. Стимулом к самопо знанию и самоопределению при изучении физики являются не только конечные цели физического образования, но и участие в конструктив ном общении на уроках, направленном на изучение конкретного фи зического явления, с выдвижением и обоснованием своего исследова тельского подхода более близкого субъективным индивидуальным склонностям ученика, основанного на использовании объективно раз ных уровней и средств методологии физики.
2. Триады структуры и уровней методологии физики позволяют вариативно строить обучение физике не только по образовательным программам с индивидуально ориентированной организацией педагоги ческого процесса, но и по любым учебным программам, ориентиро ванным на обучение в массовой школе. Вариативность проявляется в возможности изучения содержания учебного материала с разносто ронним его анализом и с разной степенью детализации физических моделей изучаемых явлений. При этом становится реальным изучение каждым учащимся не только традиционных знаний классической фи зики, но и ряда важных понятий современной физики без использо вания неадекватно сложных для понимания школьников методов фи зики как науки.
3. Кардинальное совершенствование методики обучения физике может быть обеспечено теоретическим конструированием модели ва риативного обучения физике как личностно - ориентированной учебной модели науки - физики и внедрением этой модели в педагогическую практику. Основаниями для конструирования являются: выводы диф ференциальной психологии, философские и психолого-педагогические закономерности процесса обучения, вариативное построение содержа ние обучения физике, основанное на структурной и уровневой триа дах методологии базисной науки.
4. Оценить уровень развития индивидуальных интеллектуальных возможностей, сформированных при внедрении в педагогическую практику разработанной модели личностно-ориентированного обучения физике, по-видимому, возможно используя элементы психологической системы показателей интеллектуального развития личности (КИТСУ) М.
А. Холодной(1997).
На защиту выносятся следующие положения:
1. В обучении различных категорий учащихся можно добиться понимания учебного материала, сконструированного как на содержа нии традиционного курса физики средней школы, так и на вопросах ряда важных достижений современной физики, если содержание обу чения физике строить вариативно, на систематическом использовании средств структурной и уровневой триад методологии физики. Струк турной триадой является: физика экспериментальная - физика теорети ческая - физика вычислительная. В качестве уровневой триады целесо образно принять: уровень методологических принципов физики, уро вень фундаментальных законов природы, уровень конкретных законов физических теорий.
2. Вариативное изучение содержания курса физики различными категориями учащихся в учебном процессе должно проявляться в разностороннем анализе и различной степени детализации учебного материала. При этом итоговое содержательное обобщение знаний по физике в крупные мировоззренческие структуры должно осуществ ляться с опорой на методологические принципы физики и способство вать пропедевтике всеобщего уровня методологии науки.
3. Включение разных методов изучения учебного материала, от ражающих структурную и уровневую триады методологии физики, в различные виды учебной деятельности учащихся позволяет осуществ лять перенос разнообразия этих методов на изучение нового материа ла. Усвоение толерантности различных исследовательских подходов ведет к развитию способности понимания собственной индивидуально сти и индивидуальности других участников образовательного процес са через использование методов, доминирующих в их учебной дея тельности, к развитию способности конструктивного партнерства при коллективном исследовании физических явлений.
4. Вариативное построение обучения физике в виде личностно ориентированной модели науки позволяет добиваться как повышения качества обучения физике, так и интенсификации развития творческой индивидуальности всех учащихся, изучающих физику.
5. Условием практической реализации вариативного обучения фи зике как личностно - ориентированной учебной модели науки является создание конкретного вариативного ряда - учебно-методического ком плекса вариативного изучения содержания нового учебного материала и обучения решению задач по физике.
Научная новизна исследования и полученных результатов.
- Открыто новое направление вариативного построения содержа ния обучения физике в средней школе, позволяющее с общих пози ций изучать как вопросы классической, так и современной физики.
Основу предложенного направления составляет явное и систематиче ское использование в школьном обучении средств структурной и уровневой триад методологии физики.
- Обоснована целесообразность использования в учебных целях следующего состава структурной и уровневой триад методологии фи зики. Структурная триада должна быть представлена следующими эле ментами: физика экспериментальная - физика теоретическая - физика вычислительная. В составе уровневой триады должны быть отражены:
уровень методологических принципов физики, уровень фундаменталь ных законов природы, уровень конкретных законов физических тео рий.
- Доказано, что учебное использование методов указанных триад позволяет варьировать изучение учебного материала по физике таким образом, что вариативное обучение становится средством практической реализации обучения физике как личностно-ориентированной учебной модели науки.
Теоретическое значение результатов исследования.
- Вариативное построение содержания обучения физике на осно ве использования средств структурной и уровневой триад методологии физики может быть творчески реализовано авторами учебников и учителями физики при обучении учащихся по программе принципи ально любого уровня в любых организационно-педагогических услови ях изучения учебного материала.
- Концепция Методологии научного познания: образования как учебной модели науки (А. А. Самарский, А. С. Кондратьев) развита в направлении построения вариативного обучения физике как личност но - ориентированной учебной модели физики.
- Предложен методический подход к оптимизации баланса веду щих целей современного образования, направленных на развитие по зитивной индивидуальности учащихся, и целей физического образова ния, направленных на формирование общих и специальных исследова тельских способностей учащихся путем сочетания развивающих и об разовательных возможностей разностороннего анализа и разной степе ни детализации учебного материала по физике, основанных на струк турной и уровневой триадах методологии физики. Разносторонний и разноуровневый методологический подход к построению и методике изучения содержания вариативного обучения физике позволяет добить ся превращения логики познавательной цели, заложенной в образова тельной программе, в субъективный мотив учебного самоопределения ученика.
- Предложенное вариативное построение содержания обучения физике способствует интенсивному развитию индивидуальности уча щихся как субъектов обучения, что детерминирует повышение каче ства обучения физике различных категорий учащихся.
- Выделены следующие этапы индивидуализации в вариативном обучении: 1) начальное изучение учащихся учителем способами тради ционного индивидуального подхода к обучению и обсуждение резуль татов педагогического мониторинга с учащимися и родителями, 2) включение учащихся в различные виды совместной учебной деятель ности и общения как между учителем и учащимися, так и между учащимися, по изучению теоретического учебного материала и реше нию физических задач под руководством учителя с постепенной ак тивизацией субъектной роли учащихся, 3) консультирование учителем учащихся в процессе их физического самообразования.
Практическое значение работы.
1. Создана модель познавательной деятельности учащихся, позво ляющая через разноуровневое и разностороннее исследовательское изучение нового материала и обучение решению задач осуществлять развитие учащихся как субъектов обучения по любой известной в на стоящее время программе по физике в массовой практике средних школ.
2. Создан и внедрен в педагогическую практику вариативный ряд обучения физике. Вариативный ряд включает учебные и методи ческие пособия и рекомендации для учителей и учащихся по вариа тивному изучению нового материала и обучению решению физических задач всех основных разделов курса физики средней школы. Вариа тивный ряд содержит оригинальные программы компьютерной под держки изучения ряда вопросов электродинамики, линейных и нели нейных колебаний упругих систем (которые можно найти в сети Internet на странице Ленинградского областного института развития образования в разделе Методики), а также решения некоторых задач по кинематике и геометрической оптике 3. Для оценки уровня развития индивидуальных интеллектуаль ных возможностей, сформированных при изучении физики, апробиро ваны и признаны соответствующими целям (кроме знаний, умений и навыков) следующие элементы психологической системы показателей интеллектуального развития личности: К - учебная компетентность, В - внутрипредметная вариативность, С - внутрипредметная саморегуляция.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов ис следования обеспечивается: разносторонним анализом проблем ста новления вариативного физического образования на основе физиче ской, философской, психолого-педагогической и методической литера туры;
соответствием выводов диссертации современным результатам психолого-педагогических и методических исследований по дифферен циации и индивидуализации обучения;
использованием различных ме тодов исследования, адекватных поставленным задачам;
репрезентатив ностью и статистической обработкой данных констатирующего, поис кового, формирующего и контрольного экспериментов;
рациональным выбором показателей интеллектуального развития личности в качестве критериев эффективности вариативного обучения физике.
На различных этапах педагогического эксперимента с 1992 по 1999 гг приняли участие 130 учителей физики, 15 000 учащихся го родских и сельских школ ряда Республик СНГ, С.- Петербурга и Ле нинградской области.
Апробация результатов исследования.
1. Практические результаты исследования (содержание вариатив ного ряда) были апробированы в ходе работы с учителями ряда школ г. С. - Петербурга и Ленинградской области на базе С. - Петербургско го городского дворца творчества юных и Ленинградского областного института развития образования;
а также при чтении лекций студен там факультета физики как по общим методологическим, так и част ным вопросам методики обучения физике;
в ходе проведения практи ческих занятий по методике обучения решению физических задач со студентами факультета физики;
в ходе проектирования и анализа уро ков в период руководства педагогической практикой студентов;
при чтении лекций по методике вариативного построения обучения физике в средней школе студентам магистратуры факультета физики;
при по становке экспериментального обучения физике отечественных и зару бежных слушателей факультета довузовской подготовки РГПУ им. А.
И. Герцена. Результаты исследования были апробированы также в процессе руководства курсовыми работами магистров и дипломными работами студентов.
2. Теоретические позиции проверялись как посредством публика ций результатов по теме исследования, так и посредством чтения лек ций для учителей и выступлений на конференциях, семинарах. К числу последних относятся, например, такие как: Вопросы методоло гии и методики формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: Всероссийская научно-практическая конференция (Челябинск, 1988), Проблемы повышения профессионализма и про дуктивности педагогической деятельности: Всесоюзная научно практическая конференция (Усть-Каменогорск, 1989);
Урок физики:
Всесоюзный научно-методический фестиваль (Дубна, 1991);
Разно уровневое развивающее обучение в современной школе: Межвузов ский семинар (СПб., 1993);
Открытый урок физики и химии: Меж дународный семинар (СПб, 1996);
Актуальные проблемы методики преподавания физики: Научная сессия МПГУ (подсекция методики преподавания физики) (М., 1996);
Высокие интеллектуальные техно логии образования и науки: Международная научно-методическая конференция (СПб., 1997-2000);
Теоретический семинар кафедры тео ретической и прикладной механики математико-механического факуль тета С.- Петербургского государственного университета (СПб., 8.04.1999);
Физика в системе современного образования: Междуна родная конференция (СПб., 1999);
Герценовские чтения: Научная конференция (СПб., 1993-2000);
Физическое образование в XXI веке:
Съезд российских физиков-преподавателей (М., 2000).
3. Теоретические и практические материалы исследования, пред назначенные для проведения педагогического эксперимента и внедре ния в массовую практику обучения физике в средней школе, были обсуждены как с опытными учителями - практиками, так и с учеными - физиками, имеющими опыт преподавания.
Результаты исследования внедрены в практику:
- работы по повышению квалификации учителей физики: в Ле нинградском областном институте развития образования (ЛОИРО);
Приморском институте переподготовки и повышения квалификации работников образования;
Санкт-Петербургском городском университете педагогического мастерства (СПбГУПМ);
Черниговском областном ин ституте повышения квалификации и переподготовки работников обра зования;
- методической подготовки студентов 4 - 5 курсов и студентов магистратуры на факультете физики, а также обучения физике слуша телей факультета довузовской подготовки РГПУ им. А. И. Герцена;
обучения студентов в курсе методики преподавания физики Иванов ского, Ташкентского, Ферганского государственных университетов, Ишимского и Уссурийского государственных педагогических институ тов;
обучения студентов - физиков Костанайского государственного университета;
- обучения физике учащихся: С.- Петербургского технического лицея;
школы-лицея № 35 г. Астана (Казахстан);
лицея № 41 г. Вла дивостока;
школы-лицея № 22 г. Иваново;
городского общеобразова тельного лицея г. Ишим;
школы № 1 г. Кушва Свердловской области;
школы № 17 г. Мурманска;
ряда школ Волховского, Всеволожского и других районов Ленинградской области;
ряда школ г. С. - Петербурга (№№ 1, 68, 157 РАО, 181, 225, 258, 292, 311, 325, 344, 399, 406, 444, 486, 530, академической гимназии СПб ГУ, физико-математической гимназии № 30, физико-математического лицея № 239, лицея физико техническая школа);
школы-лицея № 300 г. Ташкента (Узбекистан);
школы № 16 г. Уссурийска;
школ №№ 1, 15 г. Чернигова, а также в ряде сельских школ Черниговской области (Украина);
- работы штаба олимпиады по физике С. - Петербургского город ского дворца творчества юных (ОУ СПб ГДТЮ).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве дения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Со держит: 17 таблиц;
27 рисунков;
12 схем;
4 типа приложений, включая оригинальные примеры конструирования содержания вариативного ря да учебного материала по всем основным темам курса физики (в том числе раздел Методики на русском и английском языках по адресу:
Основной текст - на 340 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ В диссертации построена система принципов и положений, со ставляющих методологические основы вариативного построения содер жания обучения физике. Методологические основы вскрывают сле дующие элементы в теории вариативного обучения физике: эмпириче ский и теоретический базис, ядро, следствия, практические примене ния теории.
СТРУКТУРА ТЕОРИИ ВАРИАТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ.
ЭМПИРИЧЕСКИЙ БАЗИС ТЕОРИИ - глава 1 диссертации Психолого педагогические и методические основы вариативного построения со держания обучения физике в средней школе: социальный заказ на создание вариативного образования;
философские и психологические теории личности;
выводы дифференциальной психологии о влиянии индивидуально-типических и возрастных качеств и особенностей уча щихся на процесс усвоения знаний;
закономерности психологии ин теллекта;
понятие индивидуального стиля познавательной деятельности (ИСПД) как психологического механизма усвоения знаний;
психоло гические теории деятельности;
применимость теории управления к ру ководству учебной деятельностью;
основной закон валеологии;
психо лого-педагогические теории и модели обучения;
выводы педагогики становления субъекта;
педагогические подходы к построению вариа тивного образования через индивидуализацию и дифференциацию обуче ния;
классические методические подходы к развитию творческих как общих интеллектуальных, так и исследовательских способностей уча щихся в процессе обучения физике.
ЯДРО ТЕОРИИ - глава 2 диссертации Теоретические основы вариа тивного построения содержания и методов обучения физике:
* Баланс общих и специальных целей вариативного обучения физике:
1. Знания о действительности. Для обучения физике характерны:
конкретные знания о наиболее общих законах природы, о фундамен тальных и универсальных закономерностях взаимодействиях частиц и полей, лежащих в основе других явлений - химических, биологических, геологических и др., и являющиеся теоретическим базисом техники.
2. Осуществление известных способов деятельности на базе зна ний, т. е. навыки и умения. Для самопознания и развития индивиду альности при вариативном обучении физике, прежде всего, характер ны: развитие исследовательских способностей, основанных на знаниях как конкретно-предметного, так и методологического уровня.
3. Творческая деятельность, т. е. формирование приемов интеллек туальной и практической деятельности для разрешения проблем. Для становления позитивной индивидуальности и самоопределения учащих ся при вариативном обучении физике характерны: использование ме тодологически разносторонних и разноуровневых подходов к изуче нию учебных физических проблем, с переносом накопленного опыта в другие области знаний и умений.
4. Опыт эмоционально-ценностного отношения к действительно сти. Для становления позитивной индивидуальности и жизненного са моопределения учащихся при вариативном обучении физике характер ны: анализ опыта использования доминирующих в деятельности кон кретного ученика способов изучения физических явлений и решения физических задач для изучения, самопознания и развития индивиду альности школьника;
накопление опыта широкой толерантности в субъект-субъектных отношениях при коллективном изучении учебного материала, основанном на методологическом принципе толерантности.
Идея реализации методологического принципа толерантности в массовом обучении физике вызывает глубинные преобразования как в теории (в мышлении методистов - исследователей и создателей учебни ков), так и в педагогической практике (в мышлении педагогов практиков и школьников). Эта идея совпадает с обсуждаемой фило софами и педагогами тенденцией перехода от видения мира с одной точки зрения к видению его с разных позиций. Идея разноаспектного рассмотрения объектов в педагогике рассматривается как универсаль ная и, на наш взгляд, находит свое методическое выражение в при менении принципа толерантности в обучении физике.
Подход, или стиль мышления и педагогического поведения, от ражающий стремление ко все более полному пониманию и проникно вению в смыл изучаемых явлений, можно обнаружить у многих зна менитых ученых и педагогов. Известно, например, что Дж. Максвелл считал, что знания, различными путями полученные разумом, стано вятся неприступной крепостью.
* Научный и методологический базис вариативного построения содер жания обучения физике:
1. Структурная триада физики: физика экспериментальная - теоретиче ская - вычислительная;
2.Уровневая триада методологии физики: уровни методологиче ских принципов физики, фундаментальных законов природы, конкрет ных законов физических теорий.
* Методические условия соответствия вариативного построения содер жания учебного материала по физике и деятельности по его усвое нию, направленные на развитие индивидуальности учащегося:
- условие организации познавательной деятельности учащихся на исследовательском уровне, предполагающем возможность изучения ма териала с различной степенью его детализации (на различных уровнях методологии физики) как отдельными учащимися, так и их различными категориями;
- условие разработки учебных заданий, выполнение которых спо собствует раскрытию ИСПД учащегося, имеет личностно значимые ре зультаты и внешнюю мотивацию. Деятельность по выполнению зада ний должна соответствовать характерным для физики видам познания - экспериментальному, теоретическому, вычислительному;
- условие накопления опыта творческой деятельности и самопо знания при коллективном решении физических проблем, способст вующем усвоению принципа толерантности.
* Направления вариативного построения содержания обучения физике:
1. Вариативное изучение нового теоретического материала;
2. Вариативное построение обучения решению физических задач.
* Методические принципы отбора содержания для вариативного по строения изучения нового материала:
-соответствие содержания обучения уровню развития физики как науки, с возможностью отражения в содержании обучения различной степени детализации учебного материала, доступной возрастным и ин дивидуальным особенностям учащихся;
-научная целесообразность изучения материала конкретной категорией учащихся или конкретным отдельным учащимся;
-возможность формирования посредством содержания научного миро воззрения и научного подхода к анализу явлений природы, соответст вующих современному стилю мышления в физике;
-развитие позитивной индивидуальности учащихся как субъектов обу чения;
-обеспечение средствами вариативного построения содержания обуче ния физике готовности к личностному и профессиональному самооп редлению.
* Обобщенные этапы субъект - субъектной деятельности учащихся и учителя: совместное творчество учителя и учащихся по созданию фи зической проблемной ситуации по теме урока анализ найденной проблемной ситуации четкое формулирование физической части проблемы выдвижение гипотез разработка моделей (физических, математических, компьютерных) проверка и корректировка гипотез нахождение решений проверка и анализ решений предложения по использованию полученных результатов для постановки и решения других проблем по изучаемой теме. Личное творчество учителя про является в конструировании содержания элементов вариативного ряда и их сюжетного оформления * Цикл методологических элементов в структуре познавательной дея тельности учащихся при изучении физики (схема 1).
Схема 1.
Цикл методологических элементов в структуре познавательной деятельности учащихся при изучении физики Физическое явление как элемент содержания обучения Методы Уровни Физическая модель эксперим., методологии Математические модели теоретич., физики Компьютерные модели вычислит., физики Анализ полученного результата, уточнение моделей и границ их применимости:
- для учебных целей приближения мышления к объекту;
- для целей развития позитивной индивидуальности уч-ся в процессе обучения физике;
- для целей становления уч-ся как субъектов обучения * Содержание вариативного ряда как учебно-методического комплек са вариативного изучения нового теоретического материала и обучения решению задач по всем основным разделам курса физики средней школы.
Поясним вариативное обучение решению задач на примере сле дующей сюжетной задачи.
Ребята, будьте судьями в споре между Землянином и Пришель цем, которые выясняют вопрос о том, какой будет форма некоторой массы покоящейся воды, оказавшейся в разбитой ампуле в космиче ском пространстве вдали от других тел? Землянин, считает, что вода сохранит форму ампулы в силу свойства жидкости принимать форму сосуда. Пришелец, полагаясь на свою интуицию, считает, что вода примет шарообразную форму.
Исходя из соображений симметрии (рассуждая на уровне методо логических принципов), легко понять, что жидкость не может иметь никакой другой формы, кроме шарообразной, так как в силу одно родности и изотропности пространства в рассматриваемой физической системе удаленной от других тел отсутствуют какие-либо выделенные направления. Тогда как в поле тяжести Земли вертикальное и гори зонтальное направления неравноправны.
Рассудим на уровне фундаментальных законов природы, исходя из энергетических соображений. Система примет такую конфигурацию, при которой ее потенциальная энергия будет минимальной. В данном случае речь идет о потенциальной энергии, связанной с ньютоновым притяжением отдельных элементов рассматриваемой жидкости друг к другу. Минимальность энергии жидкости будет достигнута при ее ша рообразной форме. Обратим внимание на то, что при втором способе рассуждений потребовалась более детальная физическая модель явле ния. Ответ на вопрос третьим способом, основанным на рассмотрении условий равновесия отдельных элементов жидкости при их ньютоно вом (гравитационном) взаимодействии друг с другом, потребует еще большей детализации физической модели и привлечения достаточно громоздкого математического аппарата. Для решения задачи на уровне средней школы можно разработать вычислительный алгоритм и реа лизовать его на компьютере. Представив для наглядности ответ в ви де графиков зависимости радиусов - векторов или координат элементов жидкости от расстояния до центра масс жидкости можно убедиться в шарообразности исследуемой поверхности.
Продолжением методологической направленности сюжета в рас смотренном примере является разбор определенной условности задачи, так как в стороне остался вопрос о тепловом балансе массы жидко сти, находящейся в космическом пространстве. Этот баланс определя ет возможность и время существования жидкой фазы в космосе. В завершение данного сюжета еще более детализируем модель и зада дим учащимся вопрос: почему вода, попавшая в открытое космиче ское пространство будет кипеть и кристаллизоваться одновременно?
Поясним хотя бы схематично вариативное построение изучения нового теоретического материала на следующем примере.
В общеобразовательных и гуманитарных классах после демонст рации модели продольных волн на волновой машине и опыта по ос лаблению звука от электрического звонка под колоколом вакуумной тарелки по мере откачивания воздуха, переходим к качественному прогнозированию скорости u звука методом анализа размерности.
Скорость звука ищем как скорость распространения волны сжатия и разрежения в газе. У учащихся не возникает сомнений в зависимости скорости u звука в газе от плотности газа и его давления p, ко торое в данном случае является аналогом модуля упругости. Ответ ищем в виде x y u = C p, (1) где C - безразмерный множитель, числовое значение которого из ана лиза размерности найти нельзя. Переходя в (1) к равенству размерно 1 стей, находим x =-, y =. Записываем результат в виде 2 u = C p. (2) Обсуждаем первое точное экспериментальное измерение скорости звука в воздухе, выполненное в коллективной работе членов Париж ской Академии наук в 1738 г.
Планируя обобщающее повторение, возвращаемся к этому вопро су в 11-ом классе. Обращаем внимание учащихся на то, что результат (2) для модели изотермического распространения звука с использова нием уравнения Клапейрона - Менделеева и понятия плотности p RT =, (3) можно представить в виде RT u = C. (4) Равенство C = 1 объясняем на основе использования справочной лите ратуры, ссылаясь на динамическое (без вывода) решение (10) для принятой модели. Для учащихся, проявивших повышенный интерес к данному вопросу, приводим таким же образом решение (13) при планировании индивидуальной работы на уроке.
В 9-х классах естественнонаучного и физико-математического профилей после аналогичного начального этапа принимаем для со ставления качественного прогноза о скорости звука более детальную модель, предполагая различной упругость разных газов в разных про цессах. Это различие проявляется, например, в том, что изменение давления газа приводит к неодинаковым изменениям плотности газа в разных процессах, проводимых с газом. Для учета упругости газа в общем виде, не зависящем явно от рода газа, составим следующее безразмерное отношение p =, (5) p0 в котором p0,0 - давление и плотность газа в тех его местах, до которых импульс сжатия еще не дошел, p, - соответственно давле ние и плотность газа во фронте волны сжатия., разумеется, не имеет размерности. Рассуждая по аналогии с выводом уравнения (4), используя при этом (5), приходим к результату u = C f ( ) p. (6) Аналитический вид f ( ), как и числовое значение C, на этом уров не изучения вопроса найти нельзя. Для решения задач используем значения скорости звука из справочной литературы.
При обучении учащихся естественнонаучного и физико математического профилей в 10 классах после изучения изопроцессов и уравнения Клапейрона - Менделеева рассматриваем модель распро странения звука в длинной трубе, открытой с одного конца (рис. 1).
Пусть в некоторый момент времени t фронт волны, перемеща ясь со скоростью звука u, дошел до точки с координатой x. Справа от фронта частицы газа еще не участвуют в волновом движении (а участвуют только в тепловом). Спустя промежуток времени t фронт переместится вправо на расстояние ut. В пределах этого слоя час тицы газа приобретают одну и ту же скорость v направленного дви жения. Спустя промежуток времени t частицы газа, находившиеся в момент t на фронте Рис. волны, переместятся вдоль трубы на расстояние vt. Распространяю щийся со скоростью u, импульс сжатия приводит к увеличению дав ления на p воздуха во фронте волны по сравнению с давлением невозмущенного воздуха в трубе. Масса газа, вовлеченная за время t в волновой процесс равна m = Sut.
Применим к вовлеченной в волновой процесс массе m газа за кон сохранения импульса v m = v Sut = Ft, (7) где F = Suv - сила давления, приводящая к увеличению давления на величину F p = = uv. (8) S В классах естественнонаучного профиля рассматриваем изотер мический процесс распространения звука в газе с использованием за кона Бойля - Мариотта, из которого очевидно pV +Vp = 0, (9) где V = Sut - объем газа массой m, V = -Svt - изменение объема газа при сжатии (рис. 1). Подставляя выражения для V, V, p в уравнение (9) p(-Svt) + (Sut) (uv) = 0, получаем p u2 =, (10) что, с учетом (3), эквивалентно (4). Результат (10) получен не качест венным, а количественным путем в результате рассмотрения динамиче ской модели изотермического распространения звука. Сравнивая (2.3.1 14), (2.3.1-16) и (2.3.1-20), видим, что для модели изотермического процесса распространения звука C = 1, f ( ) = 1. Равенство = 1 гово рит о прямой линейной пропорциональности величин p и в рас смотренной модели процесса и служит проверкой результата (4) с бо лее общих позиций, так как именно в этом приближении (6) перехо дит в (4).
В 10-х классах физико - математического профиля рассматриваем адиабатный процесс распространения звука в газе. Изменение состоя ния газа в звуковой волне происходит настолько быстро, что тепло не успевает передаваться от нагретых сжатых участков к охладив шимся разреженным. Дифференцируя уравнение Пуассона для адиа батного процесса, получаем - pV V +V p = 0, (11) Cp где = - показатель адиабаты. Почленное деление (11) на CV - V приводит к pV +Vp = 0. (12) Подставляя в (12) выражения для V, V, p (аналогично изложенному выше), после несложных преобразований получаем для скорости звука u = RT . (13) Сравнивая (6) и (13), находим, C = 1, f ( ) =. При обсуждении полученного результата (13) обращаем внимание учащихся на то, что именно на измерении скорости u звука основан один из наиболее точных методов экспериментального определения (14) показателя адиабаты = u2. (14) RT Эту работу можно поставить в итоговом физическом практикуме.
* Содержательное обобщение знаний учащихся по физике на уровне методологических принципов науки и пропедевтика всеобщего уровня методологии науки. Найдены приемы создания в сознании учащегося как личности, развивающейся одновременно с развитием взглядов на мир, его обобщенного образа, интегрирующего рассматриваемые нау кой картины мира как парадигмы миропонимания.
СЛЕДСТВИЯ ТЕОРИИ - глава 3 диссертации Модель личностно ориентированного обучения физике в средней школе:
* Модель личностно-ориентированного обучения физике, построен ная на явном использовании в обучении структурной и уровневой триад методологии физики. Модель иллюстрируется на примерах ва риативного изучения линейных и нелинейных колебаний пружинных маятников от физических оценок и использования анализа размерно сти в обучении учащихся гуманитарных и общеобразовательных школ, вплоть до изучения компьютерной имитационной модели динамиче ского хаоса в обучении учащихся с углубленной подготовкой по фи зике. Модель личностно ориентированного обучения можно предста вить с помощью схемы 2.
В общих чертах сущность вариативного построения содержания обучения физике как личностно-ориентированной учебной модели нау ки заключается в следующем. Приступая к изучению очередного раз дела программы по физике целесообразно показать учащимся логику получения основных количественных соотношений раздела с помо щью метода анализа размерностей как конкретного проявления сим метрии и соразмерности законов природы. Параллельно Упопытаемся угадатьФ вместе с учащимися вид этих же соотношений интуитивно ассоциативным путем из Уобщих соображенийФ или с помощью фи зических оценок упрощенных моделей изучаемых явлений. Такое мысленное качественное конструирование количественных соотношений соответствует обращению к общим для всей физики методологическим Схема Модель познавательной деятельности учащихся в вариативном обучении физике и е я к в с л е ф и з е ч ы и н ч о л ь н н и к а ы е а т н е с и з з с к и е е е п ч р з к и м и м и т. о и я г н а а а д Ф е о ц х к д м щ и е ы л и а й о т и Д н л п н о н с ч. ч ы е е у и ы т д о и У я е Ф я о р з р и т и т и к е Ф к я М н е н е й О ц л о л К ь е н т о и с т ч ь у -Направления поиска уч-ся - Обратная связь: проверка ответа, защита результата перед учителем и учащимися принципам (относительности, простоты и красоты, дополнительности, суперпозиции, соответствия, толерантности, симметрии). Как правило, на этом этапе отсутствует явная разработка физической модели изу чаемого явления. Поэтому успех в получении результата в значитель ной степени определяется умением неявно угадать основные черты такой модели. По существу, здесь закладывается понимание того, что может быть и чего не может быть в разбираемой физической ситуа ции.
Следующим этапом планируется анализ основных соотношений изучаемого раздела с позиций фундаментальных законов природы (со хранения энергии, импульса, момента импульса, заряда). Например, взгляд с позиций закона сохранения энергии дает возможность вы явить интересные аналогии между, казалось бы, совершенно непохожи ми друг на друга явлениями изучаемыми в разных разделах физики.
На этом этапе требуется тщательная разработка физической картины протекающих процессов, создание физической модели явления. Однако степень детализации этой физической модели, как правило, ниже не обходимой при описании явления на уровне конкретных законов фи зических теорий. При этом математические модели изучаемого явле ния, возникающие после записи применительно к этому явлению уравнений, выражающих соответствующие уровни методологии фунда ментальных законов природы и законов конкретных физических тео рий, могут оказаться совершенно различными. Именно это обстоятель ство обусловливает принципиальное внимание в излагаемом подходе адекватному выбору математического аппарата (АМА), важному как для учебного теоретического исследования привычными аналитически ми методами, так и для учебной разработки различных компьютерных моделей вычислительной физики. Возможности компьютеров, позволя ют путем многочисленных расчетов по предельно простым вариантам записи физических законов изучать как традиционные вопросы линей ной физики, так и формировать определенные представления учащих ся о поведении сложных нелинейных систем без привлечения матема тического аппарата нелинейной теории. Далее ставится вопрос о срав нении результатов вычислительного эксперимента с результатами на турного эксперимента, если его можно поставить на оборудовать школьного кабинета физики.
Изучение раздела завершается наиболее УстандартнымФ образом, основанном на использовании методологии уровня законов конкрет ных физических теорий с сопровождающим изложение демонстраци онным экспериментом, как натурным, так и компьютерным. Подводя итог, обращаем внимание учащихся на достоинства и недостатки того или иного метода. Выбираем оптимальный из них на данном этапе изучения определенного круга явлений. Добиваемся четкого осознания степени общности различных методов изучения физических явлений, границ их применимости и их места в общей методологии физики.
Переходя к решению задач подчеркиваем, что метод решения конкретной задачи подсказывает сама физическая теория, в рамках изучения которой рассматривается задача. Однако, учащиеся, подго товленные всем предыдущим ходом изучения теоретического мате риала не спешат искать Уподходящую формулуФ, а анализируют воз можности отыскания ответа на поставленный вопрос, используя ранее усвоенные знания о структуре и уровнях методологии физики. При этом вопрос о развитии индивидуальности ребенка как субъекта обу чения решается достаточно успешно, так как у каждого ученика есть возможность выбора того метода, который он усвоил лучше всего.
Пусть на первых порах этот метод не будет оптимальным. Обсужде ние и сопоставление предложенных в классе решений в процессе об щения между учащимися, получившими один и тот же результат раз ными методами, дает возможность отыскания оптимального решения, как правило, требующего синтеза ряда методов.
Изложенная схема познавательной деятельности не является же сткой, так как допускает успешное проектирование индивидуальных действий по изучению материала не только в прямом, но и в лоб ратном направлении. Кроме этого, возможна комбинирование методо логических подходов к решению проблемы в зависимости от вида проблемы и особенностей индивидуального умственного опыта или желаний ученика.
Существенным недостатком описанного подхода к вариативному обучению физике в массовой школе является определенное увеличение затрат учебного времени на изучение начальных разделов любой про граммы. Однако этот недостаток по мере накопления учащимися ме тодологического опыта устраняется, что обусловливает дальнейшее ус коренное изучение остальных разделов. Организованное описанным образом обучение происходит с высокой степенью результативности в достижении саморегуляции при добывании физического результата тем или иным способом. Весомой компенсацией отмеченного недос татка являются глубокие, прочные и фундаментальные знания выпуск ников.
* Критерии эффективности модели личностно-ориентированного обучения физике:
-Компетентность К=n/N - отношение числа решенных учеником задач (n) к общему числу N предложенных ученику задач.
-Внутрипредметная вариативность В =m/M - отношение m - числа спосо бов, которыми ученик решил однотипные задачи к числу M однотип ных задач в контрольной работе.
-Саморегуляция внутрипредметная С (качественный показатель). Пре имущественное использование в познавательной деятельности соответ ствующих средств методологии физики обозначено:1-использование ме тодологических принципов физики, 2 - фундаментальных законов при роды, 3 - конкретных законов физических теорий;
e- эксперименталь ных, tf - теоретических (алгоритмических) ta -теоретических (эвристиче ских), с-вычислительных.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ - глава 4 диссертации Экспериментальная проверка методики вариативного построения со держания обучения физике. Доказана возможность вариативного по строения содержания обучения физике в массовой практике школ различного профиля (от гуманитарного до физико-математического) и различного уровня (от уровня основной школы до уровня лицейской допрофессиональной подготовки), а также по индивидуальным образо вательным маршрутам.
В главе 4 раскрываются организационно-структурная и содержа тельная стороны проведенного педагогического эксперимента, прово дившегося в течение 1992 - 1999 учебных годов в четыре этапа: кон статирующий, поисковый, формирующий, контрольный. Эксперимент проводился в школах разного уровня и профиля, указанных на с. автореферата.
Для оценки эффективности методики использованы показатели К, о В, С. При этом относительные количественные показатели К и Во получаются в результате деления соответствующих средних абсолют ных показателей экспериментальной ( К, В ) группы на одноименные о средние показатели контрольной ( К, В ) группы: К = К К, Во = В В. Введение относительных показателей вызвано необходи мостью исключения влияния регионального расположения групп, уча ствовавших в педагогическом эксперименте, на оценку эффективности методики вариативного построения содержания обучения физике.
Для удобства проведения сравнительного анализа качественного показателя Со в знаменатель этого показателя записываются наибо лее часто проявляющиеся и повторяющиеся при выполнении срезовых работ уровни и методы методологии физики в познавательной дея тельности учеников экспериментальных групп, в числитель - кон трольных групп:Со = С / С.
о Итоговые относительные показатели К, Во, Со интеллектуального развития личности за весь период проведения педагогического экспе римента по каждой экспериментальной и контрольной группам све дены в таблицу 1.
Таблица 1.
№ Компетентность Вариативность Саморегуляция о группы К Во Со 01 0,81/0,64=1,26 1,50/1,00=1,50 3;
tf / 1,2+3;
e+ta,с 02 0,89/0,69=1,29 1,78/1,00=1,78 3;
tf / 1+2+ 3;
e+ ta 03 0,88/0,67=1,31 1,71/1,10=1,55 3;
tf / 1+2 +3;
ta + с 04 0,79/0,59=1,33 1,66/1,10=1,51 3;
e +tf / 1+2+3;
e+ ta +с 05 0,75/0,58=1,36 1,51/1,10=1,37 3;
tf / 1,2+3;
e+ ta, с 06 0,77/0,59=1,31 1,55/1,10=1,41 3;
e +tf / 1+2+3;
e+ ta, с 07 0,76/0,57=1,33 1,53/1,11=1,37 3;
e, tf, с / 1+2+3;
e+ta + с 08 0,75/0,56=1,34 1,56/1,10=1,42 3;
ta / 1+2+ 3;
ta + с 10 0,79/0,61=1,29 1,45/1,10=1,31 3;
tf / 1+2 +3;
e+ ta +с 11 0,91/0,79=1,15 1,75/1,11=1,58 2,3;
tf / 1,2 +3;
e, ta, с 13 0,82/0,65=1,26 1,51/1,11=1,36 2,3;
e,tf, с/1,2 +3;
e+ ta +с 14 0,89/0,72=1,23 1,81/1,31=1,38 2,3;
e, ta,c/1+2+3;
e+ta +с 15 0,79/0,57=1,38 1,52/1,11=1,37 2,3;
e +tf/ 1+2 +3;
e+ta +с 16 0,78/0,56=1,39 1,54/1,12=1,38 2,3;
e +tf / 1+2+3;
e+ta 17 0,77/0,59=1,31 1,47/1,10=1,34 3;
e, tf / 1+2 +3;
e+ta 18 0,78/0,58=1,34 1,49/1,11=1,34 3;
tf / 1+2+3;
e+ta +с 19 0,81/0,61=1,32 1,51/1,11=1,36 3;
tf / 1+2+3;
e+ta +с 20 0,79/0,58=1,36 1,55/1,10=1,41 3;
e +tf / 1+2+3;
e +ta +с 21 0,81/0,63=1,28 1,53/1,11=1,37 2,3;
e +tf / 1+2+3;
e +ta 22 0,82/0,59=1,38 1,52/1,11=1,37 3;
e +tf / 1+2+3;
e +ta +с 23 0,78/0,57=1,36 1,57/1,10=1,43 3;
e, tf / 1+2+3;
e +ta 24 0,89/0,76=1,17 1,89/1,50=1,26 1,2,3;
e+ta,с/1+2+3;
e+ta+с 25 0,75/0,58=1,29 1,57/1,10=1,43 2,3;
e+tf /1+2+3;
e+ta +с 26 0,76/0,57=1,33 1,51/1.10=1,37 3;
e, tf / 1+ 2+3;
e+ ta +с 27 0,81/0,62=1,31 1,67/1,11=1,5 3;
e, tf / 1+2+3;
e+ta +с 28 0,79/0,61=1,29 1,55/1,10=1,41 3;
e+tf / 1+2+3;
e+ta +с 29 0,76/0,57=1,33 1,49/1,10=1,35 3;
e, tf / 1 +2 +3;
e + ta +с = 38, 27 Преобладающий состав =35, о К = 131 Во = 141 Со =3;
e,tf/1+2+3;
e+ta +с,, Высокие показатели интеллектуального развития личности уча щихся в экспериментальных группах по сравнению с одноименными показателями такого же числа учащихся в контрольных группах дают основания уверенно судить о высокой эффективности предложенной методики личностно - ориентированного обучения физике, основанной на целенаправленном использовании структуры и уровней методологии базисной науки.
Сравнительный анализ качественного показателя Со показывает значительно более разнообразный его состав в экспериментальных группах учащихся по сравнению с контрольными группами. Этот факт выражает более широкий спектр различных эвристических приемов внутрипредметной саморегуляции познавательной деятельности по изучению физики учащимися экспериментальных групп по сравнению с достаточно однообразными (в основном алгоритмическими) дейст виями учащихся контрольных групп.
Применение критерия знаков к распределению количественных о показателей К и Во, а также сравнительный анализ качественного показателя Со позволяет считать доказанной гипотезу исследования об эффективности вариативного построения содержания обучения фи зике.
Оценки практической приемлемости и эффективности методики вариативного построения содержания обучения физике в виде вариа тивного ряда изучения учебного материала по физике, а также оценку эффективности методики развития индивидуальности учащихся в про цессе вариативного обучения физике осуществляли эксперты 1 типа - опытные учителя и администраторы средних школ.
Оценки корректности физического содержания и эффективности методологических подходов вариативного построения содержания обу чения осуществляли эксперты 2 типа - ученые физики, имеющие опыт преподавания, а также методисты физики.
Экспертная оценка методики вариативного построения обучения физике проводилась по следующим направлениям:
- возможность учета индивидуально-типических особенностей детей при групповой организации сюжетно - проблемного изучения теорети ческого материала и решения задач на уроках физики в массовой школе;
- возможность варьирования методов изучения учебного материала од ного и того же физического содержания с целью развития исследова тельских способностей учащихся и накопления индивидуального ин теллектуального опыта творческой деятельности при изучении физики;
- возможность варьирования содержания учебного материала для озна комления с достижениями физики как науки;
- возможность самопознания индивидуального стиля познавательной деятельности и его развития средствами методологии физики;
- возможность применимости методики к различным типам школ и образовательным программам;
- возможность измеримости оценки личностного результата обучения физике на основе показателей интеллектуального развития личности, таких как: учебная компетентность (К), внутрипредметная вариатив ность (В), внутрипредметная саморегуляция (С).
Формализованные оценки экспертов обоих типов дают основания считать эффективность методики вариативного построения содержания обучения физике высокой.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Результаты проведенного исследования позволяют сделать сле дующие выводы:
1. Вариативное построение содержания обучения физике на ос нове триад структуры и уровней методологии физики обеспечивает оптимальное удовлетворение образовательных потребностей ребенка, ускоряет развитие саморегуляции в учебной деятельности, детермини рует повышение качества обучения физике и способствует профессио нальному самоопределению выпускника средней школы.
2. Для развития творческой индивидуальности учащегося как субъекта обучения физике каждым учителем может быть построена методическая система включения учащегося в различные виды позна вательной деятельности по вариативному изучению материала, образо вательные и развивающие результаты которой могут быть достигнуты использованием различных методов структурной и уровневой триад методологии физики. Усвоение толерантности различных исследова тельских подходов ведет к развитию у учащихся способности понима ния собственной индивидуальности и индивидуальности других уча стников образовательного процесса в ходе использования домини рующих методов в их субъектной деятельности, к развитию умений конструктивного партнерства при коллективном исследовании учебных физических проблем, с переносом развитых умений исследовательской деятельности в область решения новых проблем.
3. Вариативное обучение является средством практической реали зации личностно-ориентированной учебной модели науки. Границами применимости модели являются рамки обучения решению физических задач и изучения нового теоретического материала, конструирование содержания которых допускает на уровне средней школы возможность проведения корректного разностороннего и разноуровневнего анализа учебного материала средствами структурной и уровневой триад мето дологии физики.
4. Для повышения степени адекватности оценки уровня развития индивидуальных интеллектуальных возможностей учащихся в вариа тивном обучении физике (наряду со знаниями, умениями и навыками) могут быть применены элементы психологической системы показате лей интеллектуального развития личности, такие как: К - учебная ком петентность, В - внутрипредметная вариативность, С - внутрипредметная саморегуляция.
5. Обучение теоретическому учебному материалу и решению фи зических задач, основанное на структурной и уровневой триадах ме тодологии физики, с дальнейшим итоговым содержательным обобще нием знаний в мировоззренческие структуры с опорой на методологи ческие принципы физики позволяет добиваться понимания учащимися физики не как совокупности отдельных теорий, а как целостной фун даментальной науки, являющейся методологической основой решения комплексных (техногенных, экологических, энергетических) проблем современности. При этом различным категориям учащихся (классифи цируемым по различным основаниям в отношении изучения физики) предоставляется возможность изучения с единых методологических позиций учебного материала, построенного как на законах классиче ской физики, так и на достижениях физики как науки. Эта возмож ность гарантируется разносторонним анализом материала с позиций методов экспериментальной, теоретической, вычислительной физики, с различной степенью детализации моделей изучаемых явлений на уровнях методологических принципов физики, фундаментальных зако нов природы, конкретных законов физических теорий без использова ния сложных методов физики.
6. Педагогический эксперимент подтвердил правильность выдви нутой гипотезы исследования о том, что целенаправленное использо вание средств структурной и уровневой триад методологии физики в вариативном обучении основам физики создает объективные возмож ности для развития творческой индивидуальности школьников как субъектов обучения и существенного повышения качества обучения предмету в средней школе. Эти возможности реализуются при изуче нии материала вариативного ряда - прикладного пакета практической поддержки вариативного построения содержания обучения физике.
Разработанное диссертантом содержание материала вариативного ряда широко используется в педагогической практике учителей физики средних школ разного уровня и профиля, а также в системах подго товки и повышения квалификации учителей физики в различных ре гионах СНГ.
Проведенное исследование открывает новые перспективы в раз витии теории и методики обучения физике: в разработке познаватель ного инварианта методологических знаний учащихся;
в совершенство вании методологического обеспечения курсов физики школ и классов, дифференцируемых по различным основаниям;
в комплексных иссле дованиях тонких особенностей и деталей становления индивидуально сти ученика как субъекта обучения физике и их влиянии на характер, тенденции и степень сформированности базовой культуры личности выпускника средней школы.
Разработанные методологические основы вариативного построе ния содержания обучения физике адресованы: авторам учебной и ме тодической литературы по физике;
методистам-исследователям для изучения возможностей творческого становления субъектов обучения и совершенствования интеллектуального развития личностей учащихся средствами содержания классической физики и методической обработ ки достижений современной физики;
методистам кабинетов повыше ния квалификации учителей при раскрытии методологических подхо дов к интеллектуальному развитию учащихся при изучении теорети ческого материала и обучении решению физических задач;
кафедрам методики обучения физики в профессиональной методической подго товке студентов;
учителям физики средних школ различной уровневой и профильной ориентации для практической реализации вариативного построения содержания обучения физике.
Основное содержание и результаты исследования отражены в следующих публикациях диссертанта (представляющих собой извлече ние из списка работ автора по теме исследования).
Учебные пособия, пособия для учителей.
1. Актуальные вопросы внеурочной работы по математике в средней школе: Учебно-методическое пособие. / Под ред. И. Н. Семеновой. - Екатеринбург, 1999. - 120 с. / 15 с. (В соавт.) 2. Задачи Санкт - Петербургских олимпиад по физике 1996/97 и 1997/98 учебных годов. Условия, решения, пояснения: Учебное по собие / Под общ. ред. А. А. Курдюмова и А. С. Чирцова - СПб.:
Изд-во С.- Петербургского городского дворца творчества юных, 1999. - 103 с. / 7 c. (В соавт.) 3. Краткий справочник по физике. / Под ред. С. Д. Ханина. - СПб.:
Изд-во Питер, 2000. - 288 с / 35 с. (В соавт.) 4. Методика изучения колебаний пружинных маятников (с пакетом прикладных программ компьютерной поддержки): Пособие для учи телей. - СПб.: ЛОИРО, 1998. - 56 с.
5. Методика обучения решению олимпиадных физических задач: Посо бие для учителей. - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского городского дворца творчества юных, 1997. - 102 с. / 45 с. (В соавт.) 6. Методологические основы решения задач по физике в средней шко ле: Учеб. пособ.-СПб.:Образование, 1996.- 80 с/39 с. (В соавт.) 7. Методологические основы решения задач по физике в средней шко ле: Главы 1-3 // Учебная физика.-№ 5.-1998.-С.46-77.(В соавт.) 8. Методологические основы решения задач по физике в средней шко ле: Главы 4-5 // Учебная физика.-№ 6.-1998.-С.39-69.(В соавт.) 9. Роль задач в формировании математических знаний и развитии учащихся: Учебное пособие / С. В. Бубликов, Х. Ж. Ганеев и др. / Под ред. И. Н. Семеновой. - Екатеринбург: Изд-во УГПИ, 1993. - 84 с. / 9 с.
( В соавт.) 10. Элементарная механика в примерах и задачах: Учебное пособие. - Фергана: Олтин подий, 1999. - 124 с. / 39 с. (В соавт.) Глава в монографии, методические рекомендации для учащихся, студентов и учителей, программы.
1. Методологические основы изучения нелинейных явлений в курсе физики средней школы / Научный редактор А. С. Кондратьев: Про грамма спецкурса для студентов физических специальностей педву зов. - СПб.: Образование, 1994. - 8 с. / 8 с.
2. Методологические основы решения физических задач: Программа факультативного курса для XI класса средней школы. - СПб.: Образо вание, 1996. - 16 с. / 16 с.
3. Методические рекомендации к использованию принципа относитель ности в курсе физики средней школы / С. В. Бубликов, А. С. Конд ратьев и др./ Научный редактор Г. А. Бордовский. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1989. - 63 с. / 27 с. (В соавт.) 4. Методические рекомендации по развитию физического мышления на основе изучения принципа относительности и законов сохранения энергии и импульса / С. В. Бубликов, И. Б. Горбунова / Научный ре дактор А.С. Кондратьев. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1989. - 50 с. / 26 с. (В соавт.) 5. Методические рекомендации по решению задач по механике век торным методом / С. В. Бубликов, А. С. Кондратьев, В. В. Лаптев и др. / Научный редактор Г. А. Бордовский. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И.
Герцена, 1989. - 50 с. / 9 с. (В соавт.) 6. Механика: Методические указания по подготовке к вступительным экзаменам по физике / С. В. Бубликов, А. С. Кондратьев и др. / На учный редактор Е. Д. Трифонов. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И.Герцена, 1990. - 90 с./ 47 с. (В соавт.) 7. Физика: Методические рекомендации по подготовке к вступитель ным экзаменам / С.В.Бубликов, А.С.Кондратьев и др./ Под ред.С.В.Бубликова.- СПб.: Образование, 1994.-140 с/57 с.(В соавт.) 8. Характеристика качества целостной подготовки школьного учителя в области физико-математических специальностей // Подготовка спе циалиста в области образования: Анализ и оценка качества: Коллек тивная монография / Отв. ред. Г.А.Бордовский.-Выпуск III.- СПб.: Об разование, 1996.-С.118-137. (20 с./ 5 с., соавт. Н. Л. Стефанова) Статьи в научно-методических журналах, главы в монографиях, сборниках научно-методических статей и других периодических методических изданиях.
1. Активизация мышления учащихся при изучении механики // Учеб ная физика. - № 5. - 1998. - С. 8 - 11.
2. Алгоритмы разноуровневого вычислительного эксперимента по изу чению колебаний нелинейного осциллятора // Преподавание физики в школе и вузе: Материалы научной конференции Герценовские чте ния. - СПб.: Образование, 1997. - С. 44 - 53.
3. Вариативность обучения численным решениям физических задач по геометрической оптике и кинематике с использованием оптико - ме ханической аналогии // Инновационные аспекты обучения физике в школе и вузе: Сб. науч. ст. - СПб.: Образование, 1998. - С. 33 - 41.
4. Возможности индивидуализации обучения физике в средней школе средствами методологии физики // Современные проблемы обучения физике в школе и вузе: Материалы международной научной конфе ренции Герценовские чтения. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Гер цена, 1999. - С. 20 - 26.
5. Изучение малых нелинейных колебаний по аналогии с линейными // Физическое образование в школе и вузе / Под редакцией А. С. Конд ратьева, В. В. Лаптева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Материалы научно-практической межвузовской конференции. - СПб.: Образова ние, 1997. - С. 28 - 30.
6. Изучение динамического хаоса в упругой системе с числом степе ней свободы 3/2 // Методика обучения физике в школе и вузе: Сб.
науч. ст. - СПб.: Изд-во РГПУ, 1999. - С. 134 - 136.
7. Индивидуализация познавательной деятельности учащихся на основе системы методологических принципов физики // Современные тен денции обучения физике в средней школе / Под ред. А. С. Кондрать ева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Межвузовский сборник научных трудов. - Л.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 1991. - С. 34 - 41.
8. Имитационная модель динамического хаоса в упругой системе с числом степеней свободы 1,5 // Проблемы учебного физического экс перимента: Сборник научных трудов. - Выпуск 10. - Глазов - СПб.:
ГГПИ, 2000. - С. 106 - 108.
9. Качественное прогнозирование и количественный расчет скорости в одном мысленном эксперименте по теории относительности // Учеб ная физика. - № 6. - 1998. - С. 22 - 24.
10. Метод размерности при изучении протекания жидкости через пре граду // Современные проблемы физического образования: Материалы региональной научно-методической конференции. - СПб.: Образова ние, 1997. - С. 63 - 66. (3 с./ 2 с., в соавт.) 11. Метод фазовой плоскости и основы нелинейной физики в средней школе // Интеллектуальное развитие учащихся в процессе обучения физике: Сб. науч. ст. / Отв. ред. И. Г. Пустильник, Т. Н. Шамало. - Екатеринбург: Изд-во УГПУ, 1994. - С. 58 - 64. (7 с. / 3 с., в соавт.) 12. Методическая система задач-оценок для профильно ориентирован ного обучения физике // Высокие интеллектуальные технологии обра зования и науки: Материалы V Международной научно-методической конференции по программе Университеты России.- СПб.: Изд-во СПб ГТУ, 1998. - С. 192 - 193.
13. Методические приемы активизации мышления учащихся при изуче нии механики в школах спортивного профиля // Современные про блемы физического образования: Материалы региональной научно методической конференции. - СПб.: Образование, 1997. - С. 27 - 30.
14. Методологические основы повышения эффективности обучения фи зике в средней школе // Актуальные проблемы методики преподава ния физики: Мат-лы научн. сессии МПГУ (подсекция методики пре подавания физики).-М.: ЭОС, 1996.-С. 27 - 29.
15. Методологические основы творческой познавательной деятельности при обучении физике // Методологические проблемы физического образования: Материалы научной конференции Герценовские чте ния. - СПб.: Образование, 1995. - С. 6 - 7.
16. Методологический инструментарий изучения механических колеба ний и волн в школах и классах разного профиля // Теория и мето дика обучения физике: Материалы научно-практической конференции северо-западного отделения РАО. - СПб.: Образование, 1996. - С.31-32.
17. Методологические основы вариативного построения содержания обучения физике // Высокие интеллектуальные технологии образова ния и науки: Материалы VII Междунар. науч.-методич. конф. - СПб.:
Изд-во СПб ГТУ, 2000. - С. 83 - 84.
18. Методологический инструментарий изучения нелинейных явлений в курсе физики средней школы // Дифференцированное обучение физи ке в современной школе: Межвузовский сборник научных трудов. - СПб.: Образование, 1993.- С. 14 -19.
19. Модель познавательной деятельности учащихся в вариативном обу чении физике // Теория и практика обучения физике: Сб. н. тр. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000. - С. 39 - 43.
20. Модель становления исследовательской компетентности школьников при обучении физике // Обновление технологии школьного образова ния: Сб. н. тр.-СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000.-14 с / 14 с.
21. Некоторые возможности развития вариативности мышления уча щихся при обучении физике // Нетрадиционное обучение физике в средней школе / Под редакцией А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С.
В. Бубликова: Межвуз. сб. н. тр.-СПб.: Образование, 1992. - С.23-33.( с. / 8 с., в соавт.) 22. О методе подобия в курсе физики средней школы // Обучение фи зике в школе и вузе: Межвуз. сб. научных статей. - СПб.: Образова ние, 1998. - С. 76 - 79.
23. Основы теории разнопрофильного обучения физике в средней шко ле // Теоретические проблемы физического образования / Под редак цией А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Материалы научно-практической конференции северо-западного отделения РАО. - СПб.: Образование, 1996. - С. 41- 42.
24. Оптико-механическая аналогия и вариативность математических мо делей физических задач по геометрической оптике и кинематике равномерного прямолинейного движения // Проблемы учебного фи зического эксперимента: Сборник научных трудов. - Вып. 8.- Глазов - СПб.: ГГПИ, 1999. - С. 68 - 73.
25. Особенности изучения сложных систем в школе равных возможно стей // Творческий поиск учителей 399 школы: Сб. метод. ст. - СПб.:
Изд-во комитета по образованию, 1995. - С.15-18. (4 с./ 2,5 с., в соавт.) 26. Повышение наглядности оптико-механической аналогии простыми средствами номографии при обучении физике // Проблемы совершен ствования физического образования: Сборник научных статей. - СПб.: Изд-во РГПУ, 1998. - С. 31-38.
27. Показатели интеллектуального развития личности, характеризующие уровень развития индивидуальных творческих возможностей уча щихся, и особенности их измерения при обучении физике // Мето дика обучения физике в школе и вузе: Сб. н. ст. - СПб.: Изд-во РГПУ им. Герцена, 1999. - С. 14 - 19.
28. Простой опыт по демонстрации малых нелинейных механических колебаний // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. н. метод. ст. - Выпуск 3.-Глазов: ГГПИ, 1997.- С. 27-29.
29. Развитие интуиции учащихся при изучении колебаний маятника ме тодом анализа размерности // Розвиток творчих здiбностей учнiв у процесi навчання фiзицi / Составитель и редактор А. А. Давиден:
Сборник статей. - Ч.1. - Чернигов: Изд-во ОИКПРО, 1996. - С. 28 - 30.
30. Самодельный демонстрационный комплекс для начального изучения магнитного поля // Нетрадиционное обучение физике в средней школе / Под редакцией А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С. В. Буб ликова: Межвузовский сборник научных трудов. - СПб.: Образова ние, 1992. - С. 99 - 104. (5 с. / 3 с., в соавт.) 31. Структура и уровни методологии физики как объективная основа вариативного построения обучения физике // Методика обучения физике в школе и вузе: Сборник научных статей. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000. - С. 12-18. (7с./ 7 с.) 32. Систематизация использования микрокалькуляторов в преподавании физики в средней школе // Информационный лист Восточно - Казах станского межотраслевого центра научно - технической информации.
- Рубрика 50.01. - № 86-85. - Усть-Каменогорск: ВКЦНТИ, 1985. - 12 с. / 12 с.
33. Сочетание демонстрационного и вычислительного эксперимента при изучении колебаний нелинейного осциллятора // Учебный экспери мент в высшей школе: Научно-методический журнал. - № 2. - 1998. - С. 16 - 24.
34. Степень детализации физической модели явления // Учебная физика.
- 2000. - № 1. - С. 26 - 29.
35. Структура и уровни методологии физики как объективная основа индивидуализации обучения физике // Наука и школа. - № 5. - 1999. - С. 28 - 33.
36. Структурная триада физики при изучении малых колебаний нели нейного осциллятора // Физика в школе и вузе: Сборник научных статей. - СПб.: Образование, 1998. - С. 60 - 65.
37. Уровни детализации изучения скорости звука в газах в профильном обучении физике в средней школе // Физика в школе и вузе: Сб.
научных ст. - СПб.: Образование, 1998. - С. 44 - 48.
38. Уровни методологии физики в преподавании на подготовительных отделениях вузов // Преподавание физики в высшей школе. Школа и вуз: Сборник научных трудов. - № 9. - М.: Прометей, 1997. - С. 24 - 29.
39. Уровни методологии физики при изучении малых колебаний нели нейного осциллятора // Преподавание физики в высшей школе: На учно - методический журнал. - № 13. - М.: МПГУ, 1998. - С. 6 -14.
40. Уровни обучения физике в средней школе // Разноуровневое разви вающее обучение в современной школе: Материалы межвузовского семинара. - СПб.: Образование, 1993. - С. 33 - 34. (В соавт.) 41. Физический вакуум и вопросы структуры материи и взаимодейст вия в курсе физики средней школы // Новое в методике преподава ния физики: Сборник научно-методических статей. - СПб.: Образова ние, 1995. - С. 27 - 30. (4 с./ 2 с., в соавт.) 42. Физическая оценка периода колебаний нелинейного осциллятора // Методика обучения физике в школе и вузе: Сборник научных ста тей. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000. - С. 171 - 177.
Подписано в печать 19.10.2000 г.
Книги, научные публикации