Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические основы проблемы исследования и ее состояние в практике обучения физике.
1.1. Гносеологические основы систематизации и обобщения знаний учащихся . 11
1.2. Психолого-педагогические основы систематизации и обобщения знаний. 18
1.3. Логическая структуризация учебного материала как средство систематизации и обобщения знаний 24
Заключение по 1 главе. 37
Глава 2. Методические приемы обобщения и систематизации знаний по физике с использованием логической структуризации учебного материала в курсе физики средней школы 40
2.1. Использование логической структуризации при обобщении и систематизации на уровне физических понятий, законов, явлений (Первый уровень) 44
2.2. Логическая структуризация учебного материала на уровне фрагментов теорий. (Второй уровень) 57
2.3. Логическая структуризация учебного материала на уровне физических теорий (Третий уровень) 66
2.4.Логическая структуризация учебного материала при систематизации и обобщении всего курса физики. (Четвертый уровень) 78
2.5. Систематизация и обобщение курса физики на основе идей современной картины мира. (Пятый уровень) 89
2.5.1. Логическая структура физической теории 91
2.5.2. Логическая структуризация по этапам развития современной физической картины мира. 107 Заключение по главе 155
Глава 3 . Организация и результаты педагогического эксперимента по исследованию приемов логической структуризации при обобщении и систематизации знаний учащихся.
Заключение 179
Библиография 184
Приложения 197
- Гносеологические основы систематизации и обобщения знаний учащихся
- Использование логической структуризации при обобщении и систематизации на уровне физических понятий, законов, явлений (Первый уровень)
- . Организация и результаты педагогического эксперимента по исследованию приемов логической структуризации при обобщении и систематизации знаний учащихся.
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время, в связи с проведением эксперимента по обновлению структуры и содержания общего среднего образования, введением Единых государственных экзаменов возникли противоречия между увеличением объема учебной информации с одной стороны и фактором ограничения времени обучения с другой стороны, между содержанием современного школьного курса физики с одной стороны и потребностями российского общества на рубеже веков с другой стороны. Результаты первых пробных экзаменов Единого государственного экзамена показали недостаточный уровень усвоения физических знаний выпускниками школ республики Саха (Якутия) и ряда других регионов России. Анализ результатов показал, что знания учащихся о физической картине мира представляют набор отрывочных, бессистемных, фрагментальных, необобщенных и несистематизированных научных фактов. У учащихся отсутствует структурно-логическая система построения курса физики. Между тем, как подчеркивал П.В. Копнин: «Не будучи обобщенными, факты находятся еще за пределами логической структуры науки», [б і] Изучение физики на эмпирическом уровне означает, что не все элементы знания входят в системное, целостное представление курса как совокупности физических теорий. Об этом свидетельствуют данные методических и дидактических исследований проблем формирования системных, обобщенных знаний учащихся на уровне физических теорий /Л.Я. Зорина, В.Г. Разумовский, В.В. Мултановский, В.А. Кондаков и др./.
Изучая опыт работы учителей физики ряда школ Республики Саха (Якутия), мы установили, что сложившаяся во многих общеобразовательных школах практика обучения не способствует формированию структурно-организованного знания, не ориентирована на анализ связей между компонентами физических теорий, не направлена на упорядочение и «уплотнение» учебного материала вокруг наиболее существенных связей, не
использует возможности системно-структурного метода для управления познавательной деятельности и развитием мышления учащихся, не выделяет ориентиры для самостоятельного обновления и пополнения знаний. Современный школьник должен уметь в достаточной степени систематизировать и обобщать свои знания, знать соотношения и связи между структурными элементами системы знаний. Проблемы систематизации знаний посвящены многие работы по психологии, дидактике и методике.
Разработке различных способов логической структуризации учебного материала, способствующих систематизации и обобщению знаний учащихся на разных уровнях общности, уделяли большое внимание отечественные психологи (П.Я. Гальперин, А.Н. Льеонтьев, Н.А. Менчинская, Н.Ф.Талызина), дидакты (Ю.К. Бабанский,Т.А. Ильина, И.Я. Лернер, П.И. Пидкасистый, М.Н. Скаткин, A.M. Сохор), методисты (П.А. Знаменский, В.Г. Разумовский, Л.И. Резников, А.П. Рымкевич, Е.В. Савелова, А.В. Усова и др.).
Вопросам систематизации и обобщения знаний на материале учебных предметов средней школы посвящены диссертационные работы Г.И. Аверкиевой, А.И. Архиповой, Л.П. Ворониной, И.С. Карасовой, О.С. Кретинина, М.С. Кюяджиевой, Т.Л. Логвиновой, А.Ф.Меняева, В.В.Мултановского, Д.А. Пасечник, Р.И.Рявкиной , Н.Д. Савченко, Д.С. Столярчук, Л. С. Хижняковой, Б.П.Эрдниева.
Высоко оценивая значения этих разработок для теории и практики совершения процесса обучения на основе логической структуризации учебного материала, необходимо, однако, отметить, что ряд аспектов исследуемой проблемы нуждаются в дальнейшем исследовании.
Недостаточно изучены принципы построения содержания уроков физики, а также система практических занятий и упражнений, обеспечивающих формирование структурно-логических знаний учащихся.
Наше исследование направлено на решение проблемы по поиску методических приемов логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний школьников, позволяющих сформировать не формальные, а осознанные знания, действенные, на основе формирования «структур умственной деятельности, ответственных за творчество: анализ, синтез, обобщение, сравнение, перенос знаний в новую ситуацию» (И.Я. Лернер).
Таким образом, научно-педагогическое противоречие заключается в том, что актуализация культуросообразного подхода, тенденции развития современного физического образования предполагают формирование у учащихся целостного представления о современной физической картине мира на основе систематизации и обобщения знаний учащихся. Однако методика логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний учащихся старших классов средней школы по физике остается не до конца разработанной. Поэтому разработка методических приемов логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний учащихся старших классов по физике представляется в настоящий момент одной из наиболее актуальных проблем в современной методике преподавания физики.
Проблема исследования состоит в разрешении противоречия между необходимостью формирования у старшеклассников умений и навыков систематизации и обобщения знаний и недостаточной разработанностью методических приемов и способов логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний по физике.
Цель диссертационного исследования состоит в разработке системы методических приемов логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний учащихся старших классов по физике.
Объектом исследования является процесс обучения физике в старших классах общеобразовательной школы.
Предметом исследования является логическая структуризация учебного материала как средство систематизации и обобщения знаний учащихся старшей ступени общеобразовательной школы по физике.
Гипотеза исследования
Формирование у учащихся целостного представления о современной физической картине мира, навыков и умений систематизировать и обобщать свои знания и достижение планируемых результатов обучения будет обеспечено, если выявить уровни логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний учащихся по физике, разработать систему методических приемов и способов логической структуризации на каждом уровне.
Задачи исследования:
1. Выявить гносеологические и психолого-педагогические особенности
систематизации и обобщения знаний на основе логической структуризации
учебного материала.
2. Определить уровни логической структуризации учебного материала как
средства систематизации и обобщения знаний учащихся старшей ступени по
физике;
3. Разработать систему методических приемов и способов логической
структуризации на каждом из выявленных уровней;
4. Провести апробацию эффективности разработанных методических
приемов логической структуризации учебного материала.
Методологической и общенаучной основой исследования являются философские положения об окружающем нас мире как о совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, как о системном и целостном образовании.
Исследование опирается на идею материального мира как системного образования, обусловливающего необходимость системного подхода к его изучению (В.Г. Афанасьев, И.В. Блауберг, Б.М. Кедров, В.Н. Садовский, М.И. Сетров, А.И. Умов, А.П. Шептулина, Э.Г. Юдин); фундаментальные работы в области философии образования и методологии педагогики посвященные проблемам систематизации и обобщения знаний (Л.С. Выготский,П.Я. Гальперин, Б.С. Гершунский, Г.Д. Глейзер, В.В. Давыдов, В.П. Зинченко, В.В. Краевский, П.В. Копнин, Н.А. Менчинская, А.Н. Леонтьев,А.М. Новиков,С.Л. Рубинштейн, В.А. Сухомлинский,В.Д. Шадриков, Д.Б. Эльконин), дидактики (С.И.Архангельский,Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, B.C. Безрукова, В.А. Бетев, В.И. Загвязинский, Л.Я. Зорина, Т.А. Ильина, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, П.И. Пидкасистый, М.Н. Скаткин, В.А. Сластенин, A.M. Сохор,Н.Ф. Талызина и др.), методики (П.А. Знаменский, В.Г. Разумовский, Л.И. Резников, А.П. Рымкевич, Е.В. Савелова, А.В. Усова и др.).
Методы исследования.
В ходе исследования использовались теоретические и эмпирические методы. Анализ психолого-педагогической и методической литературы по данной проблеме позволил сформулировать теоретические позиции исследования. Методы эмпирического исследования включали изучение состояния уровня систематизации и обобщения знаний по физике в старших классах средних школ, педагогический эксперимент, статистический анализ результатов данного эксперимента.
Этапы исследования. 1. На первом этапе (1990 - 1998 гт.) проводился поиск оптимальных форм и методов обучения, анализ педагогической и методической литературы, изучался педагогический опыт и была начата разработка собственной методики обучения, основанной на формировании системы логически структурированных учебных материалов, способствующих систематизации и обобщению знаний.
На втором этапе (1998-2000 гг.) была разработана собственная гипотеза исследования, определена и обоснована стратегия исследования, выявлены его цели и задачи. В результате была проведена интерпретация основных теоретических посылок, концептуального и рабочего понятийного аппарата исследования, первичные апробации предложенных практических рекомендаций, методик, технологий логической структуризации учебного материала и анализ, оценка их эффективности.
На третьем этапе (2000-2001 гг.) вносились необходимые коррективы, разрабатывались и совершенствовались методы и технологии логической структуризации учебного материала курса физики.
4.На четвертом этапе (2001-2002 гг.) осуществлялась оценка
результативности проведенного педагогического эксперимента и
подводились итоги.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается
в том, что
-доказана возможность и целесообразность введения предлагаемой концепции
многоуровневой логической структуризации учебного материала в школьный
курс физики как средства систематизации и обобщения знаний учащихся
старших классов средней общеобразовательной школы;
определены уровни логической структуризации учебного материала по физике;
разработаны методические приемы и способы логической структуризации учебного материала, представленные в виде структурно-логических конспектов, блок-схем, обобщающих таблиц, структурно-логических конструкций, структурно-логической таблицы-комплекс и др. по пяти уровням на материале курса физики для старших классов средней школы. Практическая значимость исследования состоит в том, что его результаты отражены в ряде учебных и методических пособий: разработано учебное пособие для 9-11 классов "Структурно-логические конспекты по физике";
разработана и внедрена в ряде школ Республики Саха программа спецкурса "Физическая картина мира". Данные пособия оказывают реальную помощь учителю в овладении методическими приемами логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний учащихся старших классов средней общеобразовательной школы по физике. Обоснованность и достоверность результатов и выводы исследования обеспечены:
внутренней непротиворечивостью полученных результатов исследования и соответствующих им положениям базовых наук; выбором методов адекватных решаемым задачам;
репрезентативностью выборки экспериментальных и контрольных классов; статистическими методами обработки данных педагогического эксперимента, применяемых в педагогических исследованиях;
воспроизводимостью результатов обучения. На защиту выносятся:
1. Уровни логической структуризации учебного материала:
Состав первого уровня определяется системой элементов учебного материала, объединяемых функциональными, логическими и генетическими связями.
Состав второго уровня определяется фрагментами теорий и состоит из элементов первого уровня и компонентов теории.
Содержание третьего уровня отражает целостные физические теории.
Четвертый уровень определяется взаимодействием элементов различных физических теорий.
Пятый уровень выходит на физическую картину мира, отражающую общие методы и принципы науки.
2. Система методических приемов логической структуризации учебного
материала по пяти указанным уровням.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществилась в школах Республики Саха (Якутия) в гт Верхневилюйск, Вилюйск, Якутск, Алдан. Основные материалы и результаты исследования отражены в 15 печатных работах. Результаты работы излагались на следующих научно-практических конференциях: седьмая Всероссийская Научная конференция студентов-физиков и молодых ученых в гг. Санкт-Петербург , Екатеринбург ( 2001 г); вторая научно-практическая конференция ; "Молодые ученые Якутии в стратегии устойчивого развития российской федерации." (г.Санкт-Петербург.2001 г.); дистанционная конференция проведенная центром дистанционного образования Эйдос по вопросам 12-летнего образования. (2001 г.); научно-практическая конференция "Развитие физико-технического образования в республике Саха (Якутия)" (2001 год.); две научно-практические конференции "Проблемы и перспективы развития физико-математического образования" в с. Верхневилюйск. (2000г., 2001 г); научно-практическая конференция "Управление качеством образования и аттестация" в г.Алдан (2001 г.); научно-практическая конференция " Новые технологии образования. Тестирование." в г.Вилюйск. (2001г.); научно-практическая конференция "НИТ в образовании и экономике" в г. Якутске. (2001 года.); научно-практическая конференция молодых ученых "Проблемы и приоритеты современного образования" в г. Москва, (2002 г.).
Гносеологические основы систематизации и обобщения знаний учащихся
Исходным пунктом в изучении реального объективного мира является идея материального мира. Окружающий нас мир составляют не отдельные, изолированные друг от друга предметы, явления, процессы, а совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, определенного рода системные, целостные образования. Перед человеческим познанием стоит задача отразить мир как единое целое, возможно более глубоко и всесторонне, открыть законы взаимосвязи предметов и явлений мира в каждой отдельной области действительности. Это обусловливает необходимость системного подхода к изучению материального мира, что подчеркивается в работах отечественных философов В.Г. Афанасьева, И.В. Блауберга, Б.М. Кедрова, В.Н. Садовского, М.И. Сетрова, А.И. Умова, А.П. Шептулина, Э.Г.Юдина и др. Специфика системного подхода заключается в выдвижении новых принципов подхода к объекту изучения, в стремлении построить целостную картину объекта Для системно- структурного подхода наиболее важными оказываются такие категории диалектики как система, связь, форма и содержание, часть и целое, отношение, свойство, а также общенаучные категории, такие как состав, структура, элемент, функция и.т.д
Диалектика целого и части во многом соотносится с диалектикой общего и отдельного. Целое существует только в своих частях, благодаря частям. Всякая часть связана с другими частями, входящими в целостную систему, подобно тому, как отдельный элемент взаимосвязан с другим элементом. Категория общего и отдельного отражают сходство и различие не только данного целого с его частями, но и с другими целостными образованиями.
Познать объект - это значит получить систему знаний о нем, а сделать это невозможно без систематизирующей деятельности. Для организации такой деятельности необходимо иметь общие представления о структуре конечного результата, что позволит установить, является ли он системой знаний или есть случайный набор сведений о материальной действительности. Исследователь только тогда может заниматься систематизирующей деятельностью, когда у него самого будут прочно сформированы понятия «система», «структура системы», «виды систем», «единичное», «общее» и сама деятельность по получению системного результата имеет свои особенности и характеристики, которые необходимо знать и уметь использовать.
Под влиянием системного подхода в науке все более актуальной становится проблема систематизации и обобщения в процессе обучения, особенно в преподавании естественных предметов, в частности физики. Однако в дидактике нет единых точек зрения по вопросам определения понятий «систематизация» и «обобщение» применительно к процессу обучения.
Вопросы систематизации и обобщения - огромная гносеологическая, психологическая и педагогическая проблема. Каждый выдающийся дидакт прошлого в большей или меньшей степени касался этого вопроса. Например, великий польский дидакт Ян Коменский рассуждает: «Все знания должны располагаться таким образом, чтоб предстоящее всегда основывалось на предыдущем, а предыдущее укреплялось предстоящим». [58;с.303-303] К. Ушинский писал, что «только система , конечно, умная , которая выходит из самой сущности предметов, дает нам власть над нашими знаниями» [і42,с.265-26б]Существуют несколько определений различных авторов о понятиях «систематизация» и «обобщение». Сначала рассмотрим теоретические основы понятия «систематизация».
Систематизация знаний— сложный многосторонний процесс. Как акт познавательной деятельности, она включает в себя и объективную логику мышления, и субъективные факторы, оказывающие влияние на протекание процесса. В связи с этим познание процесса систематизации знаний возможно в единстве трех аспектов: гносеологического — как взаимодействия субъекта и объекта в процессе познания; психологического — как механизма эвристической деятельности; логического — как структуры логического процесса на основе логических отношений между мыслями. [139, 40с]
В гносеологическом аспекте систематизация знаний представляет собой взаимодействие объективированных знаний и субъективной деятельности человека.
К объективированным знаниям относится исходный уровень знаний (первичный), компонентами которого, в свою очередь, являются эмпирические правила, согласующиеся или не согласующиеся с определенной действующей системой знаний (теоретической конструкцией), и новый (вторичный) уровень знаний, возникающий на основе предшествующего уровня знания, как его организованный вариант. Такая организация знания в некое целостное образование, являющееся условием ее успешного функционирования, предполагает наличие третьего элемента систематизации знаний - системообразующего признака, который в свою очередь является следствием аналитико-синтезирующей деятельности мышления и психической деятельности субъекта в целом.
Использование логической структуризации при обобщении и систематизации на уровне физических понятий, законов, явлений (Первый уровень)
Процесс систематизации и обобщения знаний должен происходить не только на уроках обобщения и систематизации после завершения определенных тем или разделов учебного материала, а с самых начальных этапов процесса обучения. Используемым нами средством начала систематизации и обобщения являются структурно-логические конспекты. Структурно-логические конспекты составляются постепенно по ходу познавательного процесса. Они представляют собой записи с рисунками, графиками и формулами, разделенными смысловыми блоками. Целесообразно отразить один логически завершенный материал в рамках одной страницы учебной тетради. Например: «Вращательное движение», «11-ой закон Ньютона», «Закон сохранения импульса», «Планетарная модель атома» и т.д.
Основные составляющие структурно-логических конспектов у нас выглядят таким образом:
- структурные элементы физических знаний, их особенности (по обобщенным планам);
- связи между элементами знаний (структурно-логические) и иерархия их расположения (структура);
- постановка проблемных задач (логические цепочки задач) для их решения;
- выделение способа и метода решения каждой задачи;
- таблицы, схемы, схематические рисунки, графики, формулы и другие формы знаково-символической наглядности для описания физических знаний.
Структурно-логический конспект служит также эффективным средством закрепления основных вопросов пройденного материала с применением учебника. Во время домашнего повторения структурно-логический конспект помогает учащимся сознательно читать учебник, где часто не разъясняется логическая связь отдельных вопросов.
Блоки, компактно отражающие учебные информации, представляют собой набор знаково-символической наглядности, расположенной в свою очередь по логической последовательности. (Обычно данная последовательность соответствует законам развития научного познания, которая отражается в следующей схеме: Опыт - Проблема - Гипотеза -Теоретические следствия - Эксперимент - Применение на практике.[97] )
Большая роль в оформлении таких смысловых блок учебной информации принадлежит рисунку, как основному из средств знаково-символической наглядности. Рисунок в структурно-логическом конспекте представляет собой в определенной степени упрощенное, схематическое изображение предмета или группы предметов, выполняемое от руки, с приблизительным сохранением пропорциональности между отдельными частями. [38]
Поставленный на хорошем уровне эксперимент не только не исключает, но и предполагает выполнение рисунка, способствующего более глубокому и сознательному усвоению учебного материала.
Если же объекты, рассматриваемые на уроке, недоступны непосредственному наблюдению ( вращение планет вокруг Солнца, движение автомобиля, движение ракеты, структура атома, схемы опытов Резерфорда, Морли -Майкельсона, Ремера и т.д.), с помощью рисунка следует дать представление об изучаемом объекте, явлении и процессе. В данном случае рисунок приручает учащихся к выделению в физических явлениях существенных признаков.
Наконец, в ряде случаев, "рисунок на доске дает возможность учителю следить за последовательностью и полнотой изложения, в каждый данный момент сосредотачивать внимание учащихся на восприятии только той детали, о которой он рассказывает и которую рисует. Иначе говоря, рисунок позволяет руководить вниманием учащихся, а воспроизведение ими рисунков в своих тетрадях при синхронном изложении учителя вовлекает в работу зрение, слух и "мускульное чувство руки" школьников" [39.СІ30]
Организация и результаты педагогического эксперимента по исследованию приемов логической структуризации при обобщении и систематизации знаний учащихся.
С целью проверки исходной гипотезы, сформулированной в начале исследования, и эффективности предлагаемой методики использования приемов логической структуризации учебного материала при систематизации и обобщении знаний учащихся нами был проведен обучающий эксперимент.
Перед обучающим экспериментом ставились следующие задачи:
1. Проверить эффективность применения разработанных приемов многоуровневой логической структуризации как средств систематизации и обобщения знаний учащихся в 9-11-х классах.
2. Определить влияние данной методики использования приемов логической структуризации на качество знаний учащихся , на формирование у них навыков и умений самостоятельно систематизировать и обобщать свои знания при решении задач соответствующего содержания.
Обучающий эксперимент проводился в два этапа.
На первом этапе (1998-99уч.год) обучающий эксперимент, проводился следующих школах Верхневилюйского улуса Республики Саха (Якутия): Намекая средняя школа, Верхневилюйская средняя школа №1, Кэнтикская средняя школа, Верхневилюйская средняя школа №2 и Верхневилюйская республиканская гимназия.
В этих школах проверялась доступность разработанных нами приемов логической структуризации учебного материала как средства систематизации и обобщения знаний учащихся.
Обсуждение и опытная проверка дали возможность скорректировать и дополнить их содержание. Так постепенно складывалась методическая система, которая позволила перейти к следующему этапу.
Второй этап обучающего эксперимента проводился в 1999-2000 учебном году в вышеназванных школах, задача которого заключалась в проверке целесообразности использования отдельных приемов логической структуризации как средств систематизации и обобщения.
На третьем этапе эксперимента, который проводился в 2000-2001 учебном году , проверялась эффективность разработанной методики систематизации и обобщения с помощью логической структуризации.
При выборе школ мы исходили из принципа валидности. В данных школах работают учителя, имеющие достаточно большой педагогический опыт и имеющие склонность к исследовательской деятельности.
Из двенадцати учебных классов, принявших участие в эксперименте, шесть классов являлись экспериментальными, шесть контрольными. Эквивалентность обеспечивалось сравнением среднего балла годовых оценок по физике учащихся экспериментальных и контрольных классов. Всего в эксперименте приняло участие 285 учащихся старших классов (соответственно 142 и 143 учащихся).
Все материалы для учителей (методические разработки, тексты самостоятельных и контрольных работ, тесты) готовились заранее и тщательно обсуждались с методистами и учителями на семинарах и научно-практических конференциях. Принимающие участие в эксперименте учителя физики инструктировались автором как по методике, так и по содержанию материала.
Перед проведением обучающего эксперимента учащиеся кратко знакомились с целями и задачами эксперимента.
Для проведения педагогического эксперимента были составлены тексты контрольных заданий для 9-11-х классов. Задания 1-4 были рассчитаны на I уровень логической структуризации и способствовали контролю усвоения понятий законов и взаимосвязи между ними. Задания 5-6 (для 9-х классов задания 5-7) требовали понимания и выполнения П-го уровня логической структуризации и выявляли уровень знаний и умений по определению взаимосвязи элементов знаний из различных параграфов раздела физики. Задания 7-8 (для 9-х классов - 8-Ю) требовали от учащихся самостоятельной установки правильного соответствия между элементами структуры теории и элементами предметного знания. Задания составляются на ориентировочной основе структурно-логической схемы III уровня, которые самостоятельно выполняются учащимися.
И наконец, задания 9-10 (т.к. в курсе 9-го класса входит только одна область - "Механика", ГУ-й уровень в тестах для 9-го класса отсутствует) ориентированы на систематизацию знаний всего курса физики. Учащиеся самостоятельно заполняют таблицы, сопоставляющие элементы из различных разделов курса физики, решают задачи, содержащие элементы различных разделов курса физики и устанавливающих их взаимосвязь в стандартных и нестандартных ситуациях.
