Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические основы формирования у школь ников умения понимать условия физических задач 12
1.1. Состояние проблемы формирования умения понимать условия физических задач в современной образовательной практике 12
1.2. Понимание как психолого-педагогическая категория 18
1.3. Дидактическая модель обучения школьников пониманию условия физической задачи 37
Выводы по главе 1 47
ГЛАВА 2. Методика формирования у школьников умения понимать условие физической задачи .49
2.1. Структура умения понимать условие физической задачи 49
2.2. Приемы организации мыслительной деятельности школьников на этапе анализа условия задачи 70
2.3. Средства и формы организации деятельности по формированию умения понимать условия физических задач 87
Выводы по главе 2 111
ГЛАВА 3. Педагогический эксперимент и его результаты 113
3.1. Организация педагогического эксперимента 113
3.2. Результаты педагогического эксперимента и их обсуждение 116
Выводы по главе 3 143
Заключение 146
Список литературы 1
- Понимание как психолого-педагогическая категория
- Дидактическая модель обучения школьников пониманию условия физической задачи
- Приемы организации мыслительной деятельности школьников на этапе анализа условия задачи
- Результаты педагогического эксперимента и их обсуждение
Понимание как психолого-педагогическая категория
Проблема понимания является многоаспектной, поэтому к ней проявляют интерес представители многих наук. Первыми ее начали изучать философы, разработав для разрешения проблем понимания и взаимопонимания в гуманитарных науках философскую герменевтику [3, 4, 24, 150]. Первым использовать герменевтику в естественных науках предложил П.А. Хеелан [170 - 172].
Анализ философских работ по проблеме понимания позволил нам выделить определение понимания, взятое за основу в нашем исследовании, и способ осуществления его диагностики.
Согласно В.В. Знакову [55, 56], понимание в широком смысле рассматривается как универсальная характеристика интеллектуальной деятельности человека, являющаяся непременным атрибутом любого уровня познания и общения, каждого психического процесса. Понимание в узком смысле есть компонент только мышления как обобщенного и опосредствованного отражения существенных свойств и связей между предметами и явлениями.
Мы полагаем, что можно осуществить диагностику понимания в узком смысле, составив диагностические задания на предметном материале по выделению существенных свойств объектов и связей между ними.
В.В. Знаков [56] выделяет наиболее значимые для формирования понимания познавательные процедуры (узнавание знакомого в новом материале; прогнозирование, выдвижение гипотез о прошлом или будущем объекта, си-туаций, которые необходимо понять; объединение элементов понимаемого в целое), которые используются нами для структурирования умения понимать условия физических задач.
В качестве рабочего мы приняли определение понимания, предложенное В.Ф. Берковым [9, с. 341]: «понимание - процедура, связанная с включением некоторого нового содержания в систему устоявшихся идей и представлений».
Л.Л. Гурова [40, 41], анализируя работы ведущих психологов и раз-мышляя о причинах непонимания школьниками изучаемого материала, при-ходит к выводу, что возникающие трудности могут быть вызваны несфор-мированностью у них образной логики, развитию которой в школе уделяется неизмеримо меньшее внимание, чем развитию речевых форм мышления. В результате понимание учебного материала школьниками становится поверх-ностным и бессодержательным. Мы полагаем, что уровень развития образной логики играет очень важную роль при освоении умения решать физические задачи, поскольку он связан с умением моделировать задачную ситуацию и представлять информацию в различных формах (таблица, рисунок, график, схема). Умение ученика осуществлять перевод представленной информации из одной формы в другую свидетельствует о понимании им задачной ситуа-ции.
Сам процесс мышления Л.Л. Гурова [42] рассматривает как решение за-дач. Задача представляется объектом мыслительной деятельности, содержа-щим требование некоторого практического преобразования или ответа на теоретический вопрос посредством поиска условий, позволяющих раскрыть связи (отношения) между известными и неизвестными элементами проблем-ной ситуации. Согласно автору начало принятия решения задачи (оценка си-туации) по своим когнитивным механизмам имеет много общего с актами понимания, поскольку состоит в извлечении базовой информации для реше 20
ния и ее семантической обработки: анализа, сопоставления, обобщения. Мы считаем, что при обучении школьников физике данная связь проявляется наиболее ярко, и предлагаем рассматривать всесторонний анализ условия физической задачи как процесс ее понимания. В [42] дается определение понимания математической задачи: «понять математическую задачу - это значит освоить, сделать своим способ ее решения, с тем, чтобы в дальнейшем расширить сферу своих знаний в этой области или даже совсем в другой творческой деятельности». Данное определение можно применить и к пониманию физической задачи.
Г.А. Балл [8], моделируя способ действия при решении задач (запуск -познавательная фаза ориентировки - побудительная фаза ориентировки - исполнение - окончание) , отмечает, что подавляющее большинство используемых учебных заданий нацелено на отработку исполнительных частей способов действий. Важный резерв усовершенствования обучения состоит в увеличении удельного веса заданий, обеспечивающих отработку ориентировочных частей указанных способов. В обучении школьников решению физических задач такими заданиями могут стать упражнения по выделению существенных признаков объектов, перечисленных в условии задачи, и задания на осуществление физической трактовки встречающихся в условии бытовых терминов.
Рассматривая познавательные задачи, автор указывает, что очень часто в их формулировке связи между компонентами-моделями предмета задачи не фигурируют в явном виде, и нередко выделение данных связей, необходимое для решения задачи, требует больших усилий. Мы считаем возможным организовать целенаправленное обучение школьников умению выделять связи между объектами, перечисленными в условии физической задачи, которое должно осуществляться на этапе анализа условия задачи. Такое обучение приведет к снижению уровня трудности задачи для учащихся, а, следовательно, повысит вероятность ее успешного решения. Л.М. Фридман [151] утверждает, что решение задач, выступающее как основной метод обучения, представляет собой путь развития учащихся. Полностью соглашаясь с этим утверждением, мы считаем, что при обучении решению физических задач следует применять разработанный для сюжетных задач метод семантического анализа их условия [151], освоив который школьники смогут быстрее находить решение поставленной перед ними задачи. Отмечая наличие двух способов семантического анализа - декодиров-ки задачи в целом и выявления особенностей словесного задания отдельных значений величин, автор подчеркивает значимость реже употребляемого педагогами второго способа, которым учащиеся овладевают стихийно, без целенаправленной работы учителя. По Л.М. Фридману, такой семантический анализ должен состоять из следующей последовательности действий: 1) установление количества рассматриваемых в задаче величин; 2) установление значений величин (названия, особенностей значения и размера значения); 3) поиск в условии слов-признаков, указывающих на изменение значений каждой величины; 4) поиск соотношений сравнений для двух значений величины, о которой идет речь в задаче (равенства, разностного сравнения, кратного сравнения); 5) поиск связи между различными величинами, упоминаемыми в условии; установление соотношения-зависимости; 6) учет особенностей речи при словесном задании величин (пропуск слов, замена слов синонимами, специфические способы задания величин).
Подавляющее большинство физических задач являются сюжетными, поэтому к ним в полной мере могут быть применены все этапы семантического анализа, продемонстрированные Л.М. Фридманом [151] на математических примерах. Применение данного способа семантического анализа приведет к пониманию учащимися условия задачи и, как следствие, к более быстрому и осознанному ее решению.
В 80-х годах прошлого века психологи, анализируя причины непонимания школьниками учебных текстов, наметили перспективные стратегии его преодоления: расширение и углубление научных знаний о системном строении текстов (A.M. Сохор [131]), оптимальное сочетание обобщающих и конкретизирующих компонентов текстов, пересмотр школьной программы по физике в направлении фундаментализации понятий и направленности на усвоение обобщенных приемов оперирования понятиями, обеспечение более тесной связи символических суждений с интерпретирующими их словесными суждениями (З.И. Калмыкова [59])
Современные исследователи - дидакты и методисты - также уделяют внимание проблеме понимания учебных текстов, в том числе текстов по физике.
М.Е. Бершадский считает, что понимание учеником изучаемого материала должно быть превращено в наблюдаемый процесс, доступный экспериментальному изучению [10]. Он выделяет две проблемы, возникающие перед исследователем при изучении понимания как процесса: выделение действий ученика, свидетельствующих о достижении им системной фазы понимания, и разработка необходимых для этого средств диагностики. Соглашаясь с определением понимания как психического процесса включения информации о чём-либо в прежний опыт, в усвоенные ранее знания и постижение на этой основе смысла и значения события, факта, содержания воздействия, приводимого в [46], автор говорит о том, что это определение лишь указывает направление, в котором следует искать решение педагогических проблем формирования понимания. Основу же для понимания и саму возможность понимания по М.Е. Бершадскому создают аспекты когнитивного опыта ученика: сеть житейских и научных понятий и их значений; виды связей между понятиями; интеллектуальные операции; способы деятельности, интеллектуальные и практические умения, которыми владеет ученик. Автор выделяет эти аспекты в самостоятельную фазу процесса понимания и называет ее «предпониманием».
Дидактическая модель обучения школьников пониманию условия физической задачи
Учитель задает ученикам вопросы, проверяя знание определений и смысла терминов: Какими величинами описывается движение по окружности? В каких случаях заряд можно считать точечным? Что такое электрический заряд как физическая величина? В каких единицах он измеряется? Что такое магнитная индукция? Является ли данная величина скалярной или векторной? Каковы единицы измерения магнитной индукции? Что такое сила Лоренца? По какой формуле определяется сила Лоренца? Каковы единицы измерения силы Лоренца? Что такое скорость? Как направлена скорость по отношению к траектории движения частиц? Каковы основные единицы измерения скорости? Что характеризует нормальное ускорение? Как направлено нормальное ускорение? Совпадают ли единицы измерения тангенциального и нормального ускорения? Совпадают ли направления нормального и тангенциального ускорения? Имеют ли протон и электрон тангенциальное ускорение? Нормальное ускорение? Что такое период обращения? В каких единицах он измеряется? Как отличаются заряды протона и электрона? Как отличаются массы протона и электрона? Влияет ли знак заряда частицы на направление ее движения в магнитном поле? Влияет ли знак заряда частицы на радиус окружности, по которой движется частица? Влияет ли масса частицы на направление ее движения? Влияет ли масса частицы на радиус окружности, по которой она движется в магнитном поле? Ответы учащихся на данные вопросы помогут им осознать условие за-дачи, выделить необходимые для решения компоненты, актуализируют внут-рипредметные связи.
Рассмотрим задачу: На экваторе некоторой планеты тело весит вдвое меньше, чем на полюсе. Плотность вещества этой планеты 5 г/см3. Определите период обращения планеты вокруг своей оси [27].
В данной задаче, кроме физических терминов «вес», «плотность» и «период обращения», встречаются географические термины «экватор» и «полюс», астрономический термин «планета», а также математический термин «ось вращения». Приведем вопросы, которые учитель должен задать школь-никам для выяснения смысла этих терминов.
Какую геометрическую форму имеет планета? Какую массу имеет 1 м3 вещества данной планеты? Одинакова ли масса тела на полюсе и экваторе планеты? Одинакова ли сила тяжести, действующая на тело на экваторе и на полюсе планеты, если считать планету однородным шаром? Одинаков ли вес тела на экваторе и на полюсе планеты? Одинаковой ли будет сила реакции поверхности планеты, действующей на одинаковые космические корабли, совершившие посадку на экваторе и на полюсе? Что такое ось вращения пла-неты? Правильно ли утверждение о том, что ось вращения планеты касается планеты в одной точке? Правильно ли утверждение о том, что ось вращения планеты лежит в плоскости экватора? Правильно ли утверждение о том, что ось вращения планеты перпендикулярна экватору? Что такое полюс планеты? Сколько полюсов у планеты? Одинаков ли вес тела на различных полю-сах? Что такое экватор планеты? Сколько экваторов имеет планета? Можно ли утверждать, что, если считать планету однородным шаром, то расстояние от центра планеты до полюса и экватора одинаково? Что такое период обра-щения? Чему равен период обращения тела, находящегося на полюсе плане 75 ты, если известны радиус планеты R и скорость вращения точек экватора v? Как связан период обращения планеты со скоростью точек ее экватора? Приведенные вопросы позволяют ученикам представить модель планеты и закрепить в памяти географические понятия «полюс планеты» и «экватор планеты». 5. Умение определять объекты, о которых идет речь в условии.
Приведем пример задачи: В баллоне объемом 10 л находится воздух при давлении 1,5 МПа. Каким станет давление газа, если открыть кран, соединяющий этот баллон с другим, имеющим объем 40 л, из которого воздух откачан? Температура газа не изменяется [27].
Значительная часть школьников, самостоятельно определяя объекты, о которых идет речь в задаче, называет баллоны объемом 10 л и 40 л. Для пре-одоления этой ошибки необходим ряд вопросов учителя. Приведем их.
Назовите объемы баллонов, о которых идет речь в условии. Скажите, за-полнен ли газом баллон объемом 10 л? Весь ли объем баллона занят газом, или же газ занимает только часть данного баллона? Почему газ заполняет весь предоставленный ему объем? Заполнен ли газом баллон объемом 40 л? Сколько молекул газа находится в баллоне объемом 40 л? Если соединить баллоны и открыть кран, останется ли газ в баллоне объемом 10 л? Почему газ заполнит все предоставленное ему пространство? Как изменится масса воздуха, изначально содержащегося в баллоне объемом 10 л, после распреде-ления его по всему предоставленному объему? Как изменится молярная масса воздуха после открытия крана? Как изменится количество вещества возду-ха после открытия крана? Какой объем будет занимать воздух после откры-тия крана? Изменится ли давление воздуха по сравнению с тем случаем, когда он находился в баллоне объемом 10 л? О скольких объектах идет речь в условии задачи? Какой объект мы рассматриваем в задаче? Меняется ли объект, рассматриваемый в задаче, после открытия крана? Меняется ли состоя-ние объекта после открытия крана? О скольких состояниях объекта идет речь в задаче? Одинакова ли температура воздуха в двух выделенных вами состояниях. Определите, параметрам какого состояния системы вы будете присва-ивать индекс 1, а параметрам какого состояния - индекс 2. Каким параметрам состояния газа не следует приписывать индексы? Почему?
Приемы организации мыслительной деятельности школьников на этапе анализа условия задачи
Формирующий эксперимент проводился со школьниками 10-х и 11-х классов лицея № 64 и СОШ № 123 в 2011 - 2013 годах. В эксперименте участвовало 237 человек: 94 человека - контрольная группа (учащиеся lO-x/11-x социально-экономического, физического и универсальных классов) и 143 человека - экспериментальная группа (учащиеся Ю-х/11-х физико-математических и универсальных классов).
Для обоснования формирования данных выборок учащихся нами был проведен пооперационный и поэлементный анализ (Усова А.В. [143, 144]) их устных ответов и письменных работ. На начало учебного года для учащихся контрольной и экспериментальной групп были определены: - приращение среднеарифметических баллов учащихся за предыдущий учебный год, составившее для контрольной и экспериментальной групп 0,13 и 0,14 соответственно; - коэффициенты полноты усвоения содержания физических знаний, полученных школьниками за предшествующее время обучения физике nN количество элементов знаний, усвоенных і-м учащимся; N - количество обследованных учащихся), составившие для контрольной и экспериментальной групп 0,51 и 0,53 соответственно. Проверялись элементы знаний по следующим темам: графическое представление механического движения, кинематика прямолинейного равноускоренного движения, кинематика движения по окружности, классический закон сложения скоростей, законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон Гука, нахождение силы трения, работа и мощность, механическая энергия, расчет количества теплоты, расчет сопротивления проводника, закон Ома для участка цепи, законы последовательного и параллельного соединений проводников, закон Джоуля-Ленца (15 тем).
Совпадение значений приращений среднеарифметических баллов учащихся за предыдущий учебный год и коэффициентов полноты усвоения содержания физических знаний позволило сделать вывод о том, что в контрольной и экспериментальной группах распределения учащихся по уровням сформированности предметных знаний и умений по физике не различаются. Учебный процесс в контрольной группе осуществлялся в строгом соответствии с программой по физике. В экспериментальной группе, наряду с пунктами программы, вводились специальные уроки по формированию умения понимать тексты физических задач. Работа на этих уроках проводилась только с текстами условий. Учителем специально подбирались лингвистиче-ски сложные условия задач по изучаемой в данный момент теме. Ученикам предлагалось: ответить на вопросы по тексту задания; ответить на вопросы, связанные с определением и смыслом физических терминов, упоминаемых в условии; привести примеры величин-омонимов, встречающихся в тексте; выбрать справочные данные, необходимые для решения; выделить бытовые («житейские») термины, несущие физическую информацию, и перевести их на физический язык; представить отдельные фразы или формулы в другой форме (осуществить перевод с одного физического языка на другой). Непо-средственное решение задач (запись необходимых уравнений и получение ответа) не входило в цели уроков, но при этом после тщательного анализа условия у учащихся часто возникало желание довести решение задачи до от-вета.
В качестве примера приведем задачу, предлагаемую учащимся 10 клас-са: Между вертикальными пластинами плоского конденсатора, находящегося в воздухе, подвешен на тонкой шелковой нити маленький шарик, несущий заряд q = 3,3-10 9Кл. Какой заряд надо сообщить пластинам конденсатора, чтобы нить с шариком отклонилась на угол а = 45 от вертикали? Масса шарика т = 0,04 г, площадь пластин конденсатора S = 314 см2. Массой нити можно пренебречь [31].
Результаты педагогического эксперимента и их обсуждение
В результате проведенного исследования теоретически обоснована, разработана и практически реализована методика формирования у школьников умения понимать условия физических задач в процессе их решения. За счет использования функционально валидных средств обучения и целенаправленной организации взаимосвязанной деятельности учителя и учащихся достигнуто повышение уровня сформированное умения понимать условия физических задач, а также повышение качества усвоения предметных знаний школьниками.
В процессе теоретического и экспериментального исследования научной проблемы была подтверждена исходная гипотеза, решены все поставленные задачи, получены следующие основные результаты и сделаны выводы:
Выполненное исследование имеет теоретико-прикладной характер. В нём доказано, что этап анализа условия физической задачи является важнейшим компонентом процесса ее решения. Установлено, что успешность решения в первую очередь определяется уровнем сформированности умения понимать условие задачи. Отсюда вытекает необходимость специального обучения школьников этому умению.
Предмет нашего исследования - процесс формирования у школьников умения понимать условия физических задач - представлен как иерархически организованная система - дидактическая модель, содержащая следующие блоки: целевой (достижение требований к уровню подготовки выпускников по физике на основе ФГОС среднего (полного) общего образования, вызвавшее необходимость разработки методики формирования умения понимать условия физических задач в процессе их решения); собственно дидактический (выделение компонентов умения понимать условия физических задач, проектирование результатов освоения и уровней сформированное этого умения); V методический (описание средств, способов организации взаимосвязанной деятельности учителя и учащихся по формированию исследуемого умения и результатов обучения). Теоретико-методологическими основаниями модели являются: V на уровне общенаучной методологии - системный подход; V на уровне конкретно-научной методологии - компетентностный подход; на уровне методологии конкретного научного исследования (при определении процедуры выявления компонентов умения понимать условия физических задач) - семантический, когнитивный и лингвистический подходы. Психолого-педагогическими основаниями модели являются концептуальные положения теорий учебной деятельности, развивающего обучения, решения учебных физических задач. На основе предложенной модели разработана методика формирования у школьников умения понимать условия физических задач, определяющая средства для формирования данного умения и виды деятельности учителя и учащихся.
Определены средства работы учителя и раскрыто их содержание: 1) упражнения на выделение существенных и несущественных признаков объектов, явлений, процессов; 2) физические диктанты по представлению информации в различных формах и установлению причинно-следственных связей между объектами; 3) словарь по переводу бытовых терминов в физические; 4) тексты физических задач с поставленными к ним вопросами; 5) банк задач, в которых встречаются величины, обозначаемые терминами-омонимами; 6) справочные материалы.
В рамках ключевой учебно-познавательной компетенции выделены компоненты умения понимать условие физической задачи, распределенные по общепредметным и предметным компетенциям.
Раскрыты виды деятельности учителя и учащихся: 1) организация совместной работы школьников и учителя по наполнению словаря по пере-воду бытовых терминов в физические; 2) составление учителем упражнений на выявление существенных и несущественных признаков объектов, явле-ний, процессов; выполнение упражнений учащимися; 3) составление учителем физических диктантов; написание обучающимися физических диктан-тов; 4) подбор учителем условий физических задач; составление школьни-ками вопросов по тексту задачи и ответы на вопросы по тексту задачи, поставленные учителем; 5) работа учащихся со справочным физическим мате-риалом; 6) применение систематического контроля уровня сформированно-сти умения понимать условие физической задачи.
По степени достижения метапредметных и предметных результатов обучения выделены уровни и определены критерии сформированное у учащихся умения понимать условия физических задач (высокий, базовый, низкий).
Экспериментально доказана эффективность разработанной методи-ки: в результате ее применения достигнуто статистически значимое повышение уровня сформированное умения понимать условия физических задач, приводящее к повышению качества усвоения предметных знаний по физике у учащихся.