Изучение взаимосвязи строения и свойств твердого тела в курсе физики педагогических вузов Урицкая, Ирина Александровна

Введение к работе

Актуальность темы. Современная концепция теории обучения физике предполагает необходимость осуществления учебного процесса как реализации учебной модели научного исследования. Путь к этому лежит через разработку методики изучения конкретных вопросов, содержащих необходимый фактический материал для развития исследовательского подхода к обучению.

Одним из таких вопросов является взаимосвязь строения и свойств твердого тела - центральная проблема физического материаловедения. Изучение данного вопроса в рамках общего курса физики и специальных физических дисциплинах, связанных с изучением физики твердого тела, дает возможность развития у студентов исследовательского подхода на основе решения следующих взаимосвязанных, отвечающих логике науки и имеющих важное практическое значение задач:

анализ строения и свойств изучаемого объекта;

экспериментальное исследование и разработка моделей атомных и электронных процессов, определяющих изучаемые свойства;

- разработка физических методик диагностики твердого тела на
основе установленных структурно-чувствительных свойств;

- поиск возможностей управления свойствами твердого тела
посредством направленных изменений его состава и структуры.

Решение указанных задач и особенно разработка подходов к конструированию твердотельных материалов и приборных систем с заданными свойствами на основе результатов физических исследований открывает широкие возможности для развития творческих способностей студентов. Способность же к творчеству является компонентом профессиональной готовности будущего учителя, что обусловлено невозможностью алгоритмизации деятельности педагога.

Значение приобретения студентами навыков исследовательской деятельности, формирования творческого мьшшения особенно возрастает в связи с начавшейся в последние годы подготовкой в педагогических вузах, в частности, в РГПУ им.А.И.Герцена бакалавров и магистров физики со специализацией в области физики конденсированного состояния. Учитывая профессиональную значимость знаний о взаимосвязи

строения и свойств твердого тела, изучение данного вопроса выполняет при этом не только развивающую, но и обучающую функцию.

Содержание рассматриваемой проблемы позволяет ставить вопрос о создании методики ее изучения, направленной на развитие у студентов способности к теоретическому предсказанию характера протекания процессов в твердом теле и отвечающих им свойств, что может рассматриваться как высшая степень физического понимания.

Предметное осмысление студентами предсказательной функции физической теории является не только свидетельством ее адекватного понимания, но и стимулом развития у них познавательного интереса.

Изучение взаимосвязи строения и свойств твердого тела дает обширный материал для осознания модальности представлений об окружающем мире, развития подхода к разработке (выбору) адекватных моделей строения твердого тела и протекающих в нем явлений.

Кроме соответствия общим требованиям к моделям, привлекаемая здесь для описания физического явления модель должна согласовываться с удачными моделями, которые используются при анализе других явлений в том же твердом теле.

Наконец отметим, что акцентирование внимания на вопросе о взаимосвязи строения и свойств твердого тела позволяет в известной степени преодолеть существующее противоречие между лидирующей по объему исследований и практической значимости результатов ролью физики твердого тела во всем комплексе физических исследований и тем скромным местом, которое она занимает в учебных курсах.

Объектом исследования является учебный процесс студентов-физиков педагогических вузов, направленный на приобретение ими методологической компетентности, формирование исследовательского подхода и творческой активности.

Предметом исследования является технология организации исследовательской деятельности и развития творческих способностей студентов в процессе изучения взаимосвязи строения и свойств твердого тела.

Цель исследования - разработка методики изучения студентами взаимосвязи строения и свойств твердого тела, отвечающей современным требованиям исследовательской ориентации учебного процесса.

Гипотеза исследования - изучение взаимосвязи строения и свойств твердого тела в общем курсе физики и специальных физических дисциплинах педагогических вузов станет средством развития исследовательского подхода, творческих способностей, существенно повлияет на уровень знаний и методологическую компетентность студентов, если будет достигнуто соответствие предметного содержания курса и форм организации деятельности студентов уровню сформированное их исследовательских умений и познавательных возможностей. '

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:

1. Определить возможности, которые предоставляет изучение
вопроса о взаимосвязи строения и свойств твердого тела для развития
исследовательского подхода к обучению, творческих способностей
студентов, повышения уровня их знаний и методологической
компетентности.

2. Проанализировать состояние рассматриваемого вопроса в теории
и методике обучения физике.

1. Определить, систематизировать и обосновать содержание учебного материала по изучаемой проблеме в общем курсе физики и специальных физических дисциплинах при подготовке учителей, бакалавров и магистров физики.

2. Разработать учебно-исследовательские задания, включающие скоординированные между собой лекционное исследование, решение задач, натурный и вычислительный эксперимент.

3. Разработать и обосновать технологию исследовательской деятельности студентов при изучении взаимосвязи строения и свойств твердого тела.

4. Проверить эффективность изучения взаимосвязи строения и свойств твердого тела в плане интеллектуального развития студентов.

Методологическую основу исследования составляют:
- философские, психологические и педагогические концепции
познавательной деятельности (А.НЛеонтьев, СЛ.Рубинштейн,
И.ЯЛернер, Я.А.Пономарев, ' В.В.Давыдов, Ю.Н.Кулюткин,

А.П.Тряпицына, Г.И.Щукина и др.);

- методология науки физики (В.А.Извозчиков, П Л.Капица,
А.С.Кондратьев, В.А.Фок, и др.);

- достижения и тенденции развития теории и методики обучения
физике (В.А.Извозчиков, А.С.Кондратьев, И.Я.Ланина, А.В.Перышкин,
Н.А.Родина, А.А. Самарский и др.);

исследовательские технологии как инновационные модели изучения учебного материала (М.В.Кпарин, В.ВЛаптев, В.Г.Разумовский и др.).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

теоретический анализ проблемы на основе изучения психолого-педагогической, физической и методической литературы;

анализ вузовских программ, учебников и учебных пособий по физике твердого тела и опыта ее преподавания на предмет отражения в них изучаемого вопроса;

проведение педагогических измерений (проведение наблюдений, интервьюирование, анкетирование преподавателей и студентов и др.) ;

- проведение педагогического эксперимента и статистическая
обработки его результатов с целью выяснения эффективности
предлагаемой методики;

- получение экспертных оценок.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается:

- опорой на достижения физики, психолого-педагогических и
методических исследований по развитию исследовательского подхода,
творческих способностей, формированию методологической
компетентности;

рациональным выбором показателей эффективности предложенной методики изучения взаимосвязи строения и свойств твердого тела;

- использованием разнообразных экспериментальных методик,
адекватных поставленным задачам;

- анализом и обработкой результатов педагогического эксперимента
с помощью статистических методов с обеспечением необходимой
репрезентативности выборки.

Содержаїше исследования определило его логику, которая включала в себя следующие этапы.

1. Анализ психолого-педагогической литературы по проблеме,
Определение роли методики изучения взаимосвязи строения и свойств
твердого тела в формировании познавательного интереса,
исследовательского подхода и творческих способностей студентов-
физиков педагогических вузов.

2. Разработка гипотезы исследования и постановка основных его
задач.

5. Определение и систематизация учебного материала по анализируемому в работе вопросу в разделах общего курса физики и специальных физических дисциплинах, связанных с изучением физики твердого тела.

6. Определение форм организации учебно-исследовательской деятельности студентов по данной проблеме и разработка необходимых практических рекомендаций.

5. Апробация предложенных рекомендаций в ходе проведения формирующего эксперимента и внесение необходимых корректив.

6. Оценка эффективности предложенной методики на основе результатов контрольного эксперимента.

Новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующем.

1. Установлена и обоснована роль изучения взаимосвязи строения и свойств твердого тела в формировании исследовательского подхода и развитии творческих способностей студентов педагогических вузов.

2. Предложен системный подход к построению учебного материала, основанный на выделении различных уровней структурной организации твердого тела и отвечающий логике и методологии физики твердого тела.

3. Разработана технология организации учебной деятельности
студентов, структурной единицей которой является учебное исследование,
в ходе которого они приобретают необходимые умения и навыки
исследовательской деятельности.

4. Разработан комплекс учебно-исследовательских заданий,
включающих в себя координированные лекционное исследование,
решение задач, натурный и вычислительный эксперимент,

способствующих интеллектуальному развитию и повышению методологической компетентности студентов.

5. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность разноуровневого подхода к проведению учебных исследований по анализируемой проблеме с различной степенью самостоятельности студентов в проведении исследований на разных уровнях.

Практическая значимость исследования.

1. Основные результаты исследования доведены до уровня
конкретных методических разработок, которые внедрены в практику
работы ряда педагогических вузов.

2. Разработан и опубликован задачник по физике твердого тела, включающий в себя задачи, являющиеся важной составной частью учебно-исследовательских заданий по установлению взаимосвязи строения и свойств твердого тела и способствующие развитию творческих способностей студентов.

3. Внесены соответствующие изменения в учебные программы студентов-физиков в РГПУ им. А.И. Герцена.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты работы излагались на Герценовских чтениях (С.-Петербург, 1997), Всероссийской конференции по физике диэлектриков (С.Петербург, 1993), Международной конференции "Физика окисных пленок" (Петрозаводск, 1994), Международной конференции "Релаксация-94" (С.-Петербург, 1994), Международной конференции по пассивации металлов и полупроводников "Passivation-94" (Klausthal, Germany, 1994), Международном симпозиуме по электретам ISE9 (Shanghai, 1996) и неоднократно обсуждались на научно-методических семинарах кафедры общей и экспериментальной физики РГПУ им.А.И.Герцена. Результаты исследования использованы при составлении учебного пособия и сборника задач по физике твердого тела для студентов педагогических вузов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Изучение взаимосвязи строения и свойств твердого тела открывает возможности осуществления исследовательского подхода при обучении и при реализации соответствующей методики способствует

интеллектуальному развитию студентов, повьппению уровня их знаний и методологической компетентности.

2. Интеллектуальное развитие студентов достигается при условиях,
когда:

вопрос о взаимосвязи строения и свойств является стержневым при построении учебных курсов, связанных с изучением физики твердого тела;

практические занятия студентов (решение задач, лабораторные работы и спецпрактикумы) проводятся как выполнение исследовательских заданий;

диагностически определено соответствие содержания учебного материала сущности метода его изучения, а планируемые пути решения проблемной задачи занятия соответствуют уровню сформированности исследовательских умений и познавательных возможностей студентов.

3. Методика проведения занятий по изучению взаимосвязи строения
и свойств твердого тела будет эффективной в том случае, когда в ее
основу будет положен разноуровневый подход к использованию
исследовательского метода, позволяющий максимально активизировать
познавательные возможности студентов и развивать их творческие
способности. Реализация разноуровневого подхода должна
осуществляться на трех уровнях, отличающихся степенью
самостоятельности студентов в проведении исследования.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии, содержащей 149 источников (в том числе 19 на иностранных языках). Работа содержит 189 с, включая 55 рисунков и 15 таблиц.