Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ВНУТРИПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ В СОДЕРЖАНИИ ОБРАЗОВАНИЯ 8
1.1. Определение содержания образования 8
1.2. Определение внутрипредметных связей 12
1.3. Графовая модель внутрипредметных связей 18
1.4. Информационное представление содержания учебного материала .29
1.5. Информационные ограничения в обучении 36
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ КУРСА ФИЗИКИ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ВНУТРИПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ 40
2.1. Основные положения теории внутрипредметных связей 40
2.2. Структура современного курса общей физики 44
2.3. Сравнение современного и традиционного курсов общей физики...51
2.4. Метод смысловых структур 60
2.5. Информационное представление внутрипредметных связей в курсе общей физики 75
ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 78
3.1. Характеристики и этапы педагогического эксперимента 78
3.2. Результаты педагогического эксперимента 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 108
Приложение 1 116
Приложение 2 117
Приложение 3 118
Приложение 4 120
Приложение 5 125
Приложение 6 126
Приложение 7 129
Приложение 8 131
Приложение 9 132
Приложение 10 134
Приложение 11 135
Приложение 12 136
Приложение 13 137
Приложение 14 138
Приложение 15 140
Приложение 16 142
Приложение 17 143
Приложение 18 145
Приложение 19 146
Приложение 20 147
Приложение 21 148
Приложение 22 149
Приложение 23 150
Приложение 24 151
- Определение содержания образования
- Основные положения теории внутрипредметных связей
- Характеристики и этапы педагогического эксперимента
Введение к работе
Научно-техническая революция второй половины XX века характеризуется интенсивным развитием и стремительным изменением новых технологий в различных сферах деятельности общества, в том числе и сфере образования. Сегодня, в период перехода к информационному обществу, когда профессиональные знания устаревают в течение одного или двух лет, на первый план выходит умение быстрого приобретения новых знаний, позволяющих личности адекватно реагировать на вызовы Общества. Новые же знания требуют нового содержания. Возникает противоречие между знаниями, умениями и навыками специалистов, формируемыми старым содержанием, и потребностями на рынке труда, удовлетворение которых возможно лишь при кардинальном пересмотре содержания образования. Процесс изменения содержания затронул не только профессиональную, но и общеобразовательную школу. Например, курс физики А.В. Перышкина, Н.А. Родиной в 8-9-х классах заменен на курс СВ. Громова, Н.А. Родиной при существующих альтернативных курсах (например, А.В. Перышкина), рассчитанных на меньшее количество часов. При формировании нового содержания физического образования на первый план выходит проблема структурирования учебного материала и установления связей между элементами внутрипредметной структуры -внутрипредметных связей. Структурирование курса физики находится в диалектическом противоречии с концепцией целостности физики, отражающей единство описываемой ею Природы. Поэтому вопросам обеспечения целостности нового физического содержания и его информационной достаточности следует уделять особенное внимание. Различные аспекты внутрипредметных связей (ВПС) нашли свое отражение в работах В.А. Далингера [41], П.И. Образцова [76], В.Ф. Ефименко [47], А.В. Усовой [94] и других [41-43, 89,105]. Несмотря на то, что внутрипредметные связи исследуются достаточно давно, сегодня нет их однозначного определения, свойства и функции связей определены лишь на качественном уровне. В то время как отмечал Л.В. Занков «учебные явления остаются непознанными», если их анализ проводится «без помощи количественных данных» [47]. Нельзя не отметить, что если поиск методов количественной оценки ВПС и осуществлялся [76], то завершенная модель внутрипредметной связи, базирующаяся на определении, позволяющая: ввести количественные характеристики, степень связности (целостности) учебного предмета, объем информации, передаваемой внутрипредметной связью от одного элемента структуры курса физики к другому, - такая модель в педагогической теории в настоящее время отсутствует.
Кроме того, модернизация содержания образования, заданная нормативными документами, не может осуществляться как механическое изменение (увеличение или уменьшение) содержания и набора учебных курсов. Эти изменения могут быть надежными только в том случае, если они получили научное теоретическое обоснование. Поэтому активизация исследований внутрипредметных связей, как основных элементов содержания образования, их структуры, функций, свойств и способов количественной оценки, является актуальной.
Объект исследования - внутрипредметные связи.
Предмет исследования - информационная модель внутрипредметной связи.
Целью данной работы является разработка информационной модели внутрипредметных связей, позволяющей осуществлять количественный анализ содержания физического образования.
Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:
1. Дать определение внутрипредметных связей, позволяющее ввести их количественные характеристики;
2. Определить количественные характеристики внутрипредметных связей, с помощью которых провести анализ содержания курса общей физики;
3. Построить информационную модель внутрипредметных связей и использовать ее для анализа содержания различных курсов физики;
4. Разработать количественные методы анализа содержания физического образования.
Гипотеза исследования. Эффективность обучения физике значительно повысится, если:
1. Структуру физики как учебного предмета формировать на основе информационного представления внутрипредметных связей;
2. Учащиеся научатся самостоятельно выделять внутрипредметные связи, сформированные с помощью смысловых структур.
Научная новизна исследования. Предложенный Т.Н. Гнитецкой подход, основанный на использовании количественных характеристик внутрипредметных связей, получил следующее развитие:
1. Сформулировано определение внутрипредметной связи, позволяющее представить ее в виде древесного ориентированного графа.
2. На основе разработанного подхода предложены новые соотношения таких количественных характеристик, как длина и сила связи, позволяющих рассчитать не только связность и целостность курса физики, но и привлечь количественные методы к решению различных педагогических задач.
3. Представление узлов внутрипредметной связи посредством смысловых структур позволяет дополнить количественные характеристики ВПС информационными параметрами и рассматривать внутрипредметные связи в рамках информационной модели.
4. Разработан количественный метод структурирования учебного материала физики и оценки его информационных характеристик (метод смысловых структур).
Теоретическая значимость работы заключается в расширении представлений о внутрипредметных связях, их места и роли в содержании образования, что является одной из первых попыток на пути разработки и применения количественных методов в решении педагогических задач.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработанная информационная модель внутрипредметной связи при формировании содержания физического образования позволяет учесть как информационные ограничения, так и степень целостности формируемого содержания. Даны количественные ориентиры для практической деятельности занимающимся разработкой содержания образования педагогам. Кроме того, открываются возможности для перестройки практики обучения физике с учетом ее предварительной количественной оценки. Примером может служить сформированный по методу смысловых структур информационно-методический комплекс обучения физике в 8 классе.
Результаты исследования апробировались как в виде докладов за рубежом: 2002г. (г. Брест, Белоруссия); на международных конференциях в России: 2000г. (г. Самара); 2004г. (г. Пенза); на всероссийских и межвузовских конференциях: 2000-2002 гг. (г. Владивосток), так и в виде внедрения в учебный процесс в хореографическом училище и колледже ДВГУ.
Определение содержания образования
Сегодня в период перехода общества к информационному на первый план выходят вопросы адаптации всех сфер деятельности человека к новым условиям. Изменения в области образования относятся к одной из важнейших проблем современности. В частности, при переходе к информационному обществу очевидны изменения в содержании образования, его определении и структуре, что закреплено нормативными документами.
Например, Программой концепции модернизации российского образования на период до 2010 года определена предстоящая «...существенная модернизация содержания и структуры профессионального образования в соответствии с требованиями основных отраслей промышленности, сферы услуг, культуры, армии, государственной службы и др.» [2]. Цель содержания образования определяется в программе целями развития экономики, науки, техники, потребностями рынков труда и т. д. «...повышение статуса вузовской науки как одного из основных факторов обеспечения высокого качества подготовки специалистов, развития производительных сил общества и непрерывного обновления содержания профессионального образования» [2].
Существующие концепции содержания образования отличаются различной трактовкой места и функций человека в мире и обществе. Например, В.В. Краевский [55-58] рассматривает три определения содержания образования:
1. Педагогически адаптированные основы наук, изучаемые в школе;
2. Совокупность знаний, умений и навыков, которые должны быть усвоены учениками;
3. Педагогически адаптированный опыт человечества, изоморфный, т.е. тождественный по структуре (не по объему) человеческой культуре, взятой в данном аспекте, во всей ее структурной полноте. Это культурологический подход к построению содержания общего образования, в наибольшей степени соответствующий установкам гуманистического образования. В соответствии с таким пониманием содержания оно должно включать, помимо «готовых» знаний и опыта осуществления деятельности по привычному стандарту, по образцу, также опыт творческой деятельности и эмоционально-ценностных отношений. Отметим, что сегодня большее число педагогов привержено третьему подходу к содержанию образования [63,83, 101, 102, 104].
Устанавливая в общем виде, чему нужно и возможно научить школьников, В.В. Краевский выделяет каждый крупный элемент содержания, воплощающий определенную цель. В соответствии с излагаемой концепцией содержание, изоморфное социальному опыту, состоит из четырех основных структурных элементов, каждый из которых представляет собой определенный специфический опыт:
познавательной деятельности, фиксированной в форме ее результатов - знаний;
осуществления известных способов деятельности — в форме умений действовать по образцу;
творческой деятельности - в форме умений принимать нестандартные решения в проблемных ситуациях;
осуществления эмоциональных отношений — в форме личностных ориентации [55, 57, 58].
Основные положения теории внутрипредметных связей
Реформирование мировой системы образования на каждом его этапе отражалось в изменении подходов к формированию физического знания. «...Изучение физики в том виде, в котором она создавалась великими учеными XVII и XVIII столетий, и лишь потом в облике наук конца XX века...вряд ли достижимо в настоящее время...» [19]. Реформы 60-х-80-х годов прошлого века, проведенные не только в России, но и за рубежом, привели к увеличению объема содержания курса физики, что было связано не только с развитием физики, но и с возросшими потребностями общества.
У нас на смену курса общей физики С.Э. Фриша и А.В. Тиморевой [99] пришли «Механика» СП. Стрелкова [90], «Молекулярная физика» И.К. и А.К. Кикоиных [54], «Электричество» С.Г. Калашникова [52], многократно переиздававшийся вплоть до настоящего времени «Курс общей физики» И.В. Савельева [85, 86].
За рубежом появляются Фейнмановский [96] и Берклеевский [14] курсы физики, претерпевают изменение курсы общей физики центральных вузов страны [9, 87]. В основу формирования вышеназванных курсов была заложена концепция целостности физики как науки. Что достигалось как за счет перераспределения объема содержания учебного материала, так и за счет его структурирования на единой основе, соответствующей современной физической картине мира. Дальнейшее (с 80-х годов XX века и по настоящее время) развитие подходов к формированию курса физики реализованное, например, в учебнике «Основы физики» Л.А. Грибова и Н.И. Прокофьевой [39] и в двухтомном «Курсе физики» под редакцией В.Н. Лозовского [59], наиболее полно сформулировано в работах А.Д. Суханова и О.Н. Голубевой [36,37,91].
В начале 90-х годов, был разработан курс общей физики (см. схему 2), который сначала читался в технических вузах г. Владивостока, а затем в Дальневосточном государственном университете. Структурирование этого курса, называемого далее современным, было проведено методом выделения объекта изучения [23, 25, 27], который, по сути, эквивалентен подходу «иерархии моделей» [37]. Придерживаясь терминологии работы [37], структура КОФ может быть представлена «Классической физикой», в которой, при условии неизменности (или малого влияния) внешних условий, изучаются два объекта: частицы и поля, моделирующие диалектическое единство Природы в двух ипостасях: дискретности и непрерывности, и «Неклассической физикой» - физикой микрочастиц. Количественным критерием «разделения» корпускулярных и волновых свойств микрочастиц может служить условие h — 0.
Если же такое «разделение» невозможно, то, в зависимости от внешних, по отношению к системе условий, состояния микрочастиц могут быть «...чисто квантовыми...» или «...смешанными...», что эквивалентно использованию двух соответствующих моделей состояний: «чистого» и «смешанного» ансамблей [37]. Это обстоятельство требует выделения в «Неклассической физике» двух объектов изучения «Квантовой физики» и «Статистической физики».
Не вдаваясь в обсуждение более детального структурирования КОФ, ограничимся представленной в схеме 2 последовательностью элементов структуры КОФ. Отметим, что описываемый КОФ отличается от традиционного курса физики 80-х годов (см., например, [85]), не только структурой (см. схемы 1, 2), но и содержанием структурных элементов. Так, например, в содержание ЕІЇ («Пространство, время, движение») включены следующие понятия: «событие»; «пространство событий», в котором взаимоотношения между событиями определяются пространственно-временными отрезками; «система отсчета», в том числе и инерциальная (ИСО); «мировая линия»; «скорость света как инвариант по отношению к выбору ИСО»; «пространственно-временной интервал»; «преобразование Лоренца (Галилея)»; «кинематические характеристики частицы (перемещение, путь, скорость, ускорение)» в релятивистском и нерелятивистском приближении. Кроме того, здесь рассмотрены основные понятия нерелятивистской кинематики абсолютно твердого тела. Особое внимание здесь уделяется понятию «состояние частицы». На основе понятий массы и 4-вектора скорости вводится 4-вектор импульса, компонентами которого являются релятивистские энергия и 3-вектор импульса частицы соответственно.
Характеристики и этапы педагогического эксперимента
В течение первого года осуществлялся нулевой (подготовительный) цикл эксперимента. В это время был сформирован метод смысловых структур, позволяющий выявлять и представлять внутрипредметные связи в учебном материале. Так же в рамках выбранной модульной технологии обучения [20-22, 24, 30, 32-35], разработан учебно-методический комплекс, включающий структурирование учебного материала на модули, представление учебной информации в виде смысловых структур, которые иллюстрируют внутрипредметные связи в материале параграфа или темы. Смысловая структура параграфа представляет собой семантическую сеть, элементами которой являются физические понятия или природные явления. Так как изложение физики в 8-9 классах школы имеет экспериментальную основу, то в каждом параграфе учебника описывается один или несколько опытов, из которых делается вывод о рассматриваемом явлении или процессе. Чтобы объяснить опыт, требуется начальная информация - физические понятия и явления, изученные ранее.
На первом, констатирующем, этапе эксперимента определялась степень отличия контрольной и экспериментальной групп. Следует отметить, что гимназия № 1, где выбиралась контрольная группа, является ведущим муниципальном образовательным учреждением г. Владивостока. Традиционное сравнение групп по рубежным (четверть, контрольная) оценкам вряд ли можно отнести к объективным, в связи с разными требованиями, предъявляемыми к ученикам в разных школах и разными учителями. Поэтому нами была разработана методика сравнения учащихся по двум параметрам: 1) по ступени абстракции (р) и 2) по уровню усвоения (СІІ), которые введены и использованы [16] для оценки качества обучения.
1. Под научностью изучения предмета Беспалько понимает ступень абстракции /?. «Ступень абстракции в постановке цели и оценке качества усвоения учебного материала характеризует научный уровень мастерства в выполнении деятельности и научный уровень изложения предмета. Анализ состояния науки во всех областях человеческой деятельности дает основание для объективного различения нескольких способов описания явлений действительности как последовательных ступеней развития любой науки» [16]. В. П. Беспалько выделяет следующие четыре ступени абстракции:
Ступень А (феноменологическая: ф = 1) — описательное изложение фактов и явлений; каталогизация объектов, констатация их свойств и качеств (известен определенный ряд однородных факторов); использование преимущественно естественного языка и житейских понятий.
С естественного языка и житейских понятий начинается всякий акт научного познания, однако уровень достижимого понимания процессов и явлений на этой ступени развития науки часто бывает недостаточным для разумной и продуктивной деятельности в изучаемой области. И хотя для некоторых первоначальных этапов обучения может быть достаточным ознакомление с изучаемой областью на данной ступени абстракции, эти этапы ограничены при общеобразовательной подготовке в средней и высшей школе, за исключением тех случаев, когда сама наука еще не поднялась над этой ступенью абстракции. К примеру, ряд разделов педагогической науки все еще находится на феноменологической ступени своего развития.
Ступень Б (аналитико-синтетическая: ф = 2) содержит объяснение природы и свойств объектов и закономерностей явлений, часто качественное или полуколичественное (известны сущность первого порядка и свойства объектов и явлений, механизмов, управляющих функционированием анализируемых фактов и процессов). Создаются возможности для предсказания направленности дальнейшего развития и возможных исходов в наблюдаемых явлениях. Образуется язык науки с присущими ей понятиями и выражениями, символами и обозначениями. Создаются предпосылки для преодоления элементов научного догматизма, авторитарности и формализма. Ступень В (прогностическая: ф = 3) — объяснение явлений данной области с созданием их количественной теории, моделированием основных процессов, аналитическим представлением законов и свойств (известны закономерности функционирования объектов конкретного вида). Создаются возможности для прогноза сроков и количеств в исходах процессов и явлений. Создан развитой язык данной науки, которая становится подлинной производительной силой общества.
