Содержание к диссертации
Введение 4
Глава I. Проблема формирования знаний о моделях физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников 12
Модели объектов и модели явлений в естественнонаучном познании 12
Достижения методики по формированию знаний о моделях физических объектов и явлений 28
Проблемы практики усвоения моделей физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников 39
Теоретическая концепция формирования знаний о моделях физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников 50
Глава II. Методика использования знаний о моделях физических объектов
и явлений в системе дополнительного физического образования
школьников 74
Формирование знаний о моделях физических объектов и явлений в системе заочного изучения механики 74
Использование моделей при решении олимпиадных задач по физике в рамках спецкурса 90
Применение и построение моделей физических объектов и явлений в лабораторном практикуме 110
Использование моделей физических объектов и явлений при формировании знаний о физической картине мира на кружке 124
Глава III. Экспериментальное исследование практики формирования
знаний о моделях физических объектов и явлений 137
Методология и методика проведения экспериментального исследования 137
Экспериментальные факты по формированию представлений о моделях физических объектов и явлений 152
3.3. Доказательство гипотезы средствами экспериментального
исследования 182
Заключение 193
Библиографический список 195
Приложения 223
Приложение 1. Используемые термины 223
Приложение 2. Перечень (неполный) базовых школьных моделей физических объектов и явлений и используемых
идеализации,,,,, , , 225
Приложение 3. Тест «Модели физических объектов и явлений» 228
Приложение 4. Общие требования, предъявляемые к
оформлению лабораторных отчетов в Летней многопредметной
школе Кировской области в 10-м классе 234
Приложение 5. Представления о физической картине мира в схемах-
таблицах 235
Приложение 6. Анкета «Использование физических моделей в
познании окружающего мира» 241
Приложение 7. Результаты теста «Отношение к знаниям о ФКМ» 242
Приложение 8. Тест «Интерес к предмету физики» 244
Введение к работе
В последние годы в образовании заметно возрос интерес к моделям и моделированию. А все потому, что модельный статус знаний позволяет сознательно выделять и фиксировать наиболее существенные черты объектов и явлений, изучаемых в школьном курсе физики, понимать возможности знаний, эффективно использовать эти средства познания в науке и жизни, что бесспорно важно для осмысленного восприятия мира.
Последовательное использование моделей физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников не только способствует развитию учащихся, но и формирует единый язык (пространство) в условиях школьного, дополнительного, вузовского образования и в целом - непрерывного образования. А согласование школьного и вузовского образования является одной из приоритетных целей построения образовательной системы ближайшего будущего.
Система дополнительного физического образования до последнего времени строилась в направлении профессионализма. Вопросы формирования мировоззрения там уходили на второй план, специально не разрабатывались, слабо учитывались при построении учебных материалов. И поэтому на практике пока не сложилась работа с моделями. Хотя именно использование физических моделей в системе дополнительного физического образования позволяет устранить часть трудностей в обеспечении упорядоченности и системности учебных знаний, приобретаемых учащимися, что, в свою очередь, должно отразиться на уровне творческих возможностей школьников.
Актуальность исследования обусловлена, прежде всего, общими трудностями освоения моделей физических объектов и явлений в курсе физики средней школы. Несмотря на то, что в Государственном стандарте общего образования явно выделяется методологический аспект учебного
познания, и одним из важных вопросов рассматривается вопрос о моделях, нет четкой реализации функций моделей в учебной практике. Даже в современных школьных учебниках по физике редко осуществляется обращение к моделям, и тому есть понятные причины. В целом трудности в последовательном и эффективном внедрении моделей обусловлены следующими обстоятельствами:
школьный курс пока слабо осмыслен под углом зрения методологии познания; недостаточно продуктивно используются знания методологии при обучении физики;
отсутствует иерархически выстроенная и отработанная система моделей физических объектов и явлений;
не выявлены дидактические механизмы «отбора» наиболее важных учебных моделей, что актуально теперь, когда уровень информационной насыщенности весьма высок.
Весьма распространенной методической ошибкой остается отождествление объектов и явлений природы с их моделями (В. Г. Разумовский и др.). Это разрушает логику научного познания, учет которой особенно важен в дополнительном образовании школьников, где акцент делается на творческую деятельность учащихся.
Из выше сказанного следует понимать, что использование моделей должно способствовать формированию современного мышления у учащихся, обеспечивая им возможности ориентироваться в большом многообразии физических объектов и явлений.
Исследование учебного процесса показывает, что у учащихся общеобразовательной школы плохо формируются знания о физических моделях. Об этом свидетельствуют результаты диагностирующих тестов с методологическим содержанием. Например, о том, что материальная точка, идеальный газ, точечный электрический заряд являются моделями физических объектов знает примерно 40% учащихся 10-х классов; о том, что световой
луч - это модель распространения света знает 17% учащихся 8-х классов и 44% учащихся 10-х классов общеобразовательных школ (К. А. Коханов [109], Н. В. Соколова [213]). Нечеткое решение вопросов оперирования моделями по всем составляющим учебного процесса тормозит развитие школьников, не позволяет сознательно использовать инструментарий методологии в научной, учебной и профессиональной работе.
Изучение моделей (в философском, физическом и дидактическом ас
пектах) имеет давнюю историю. На модели и моделирование в аспекте
обучения обращали внимание многие ученые. При проведении диссерта
ционного исследования мы в явном виде опирались на работы
К. Б. Батороева [15,16], В. Б. Губина [68], А. И. Креминского [114],
В. И. Разумова [181], В. А. Штоффа [256-259], в которых раскрывается
философско-методологический взгляд на модели; А. А. Егорова [82],
Л. Р. Калапуаша [96], Ю. А. Коварского [102], Г. П. Корнева [104],
Ю. А. Кусого [116], Н. И. Михасснок [147], В. В. Мултановско-
го [158,159], А.А.Никитина [162], И. В. Пекшиева [167], В. В. Попковича [177], Ю.В. Пузановой[179], В. Г. Разумовского [182-185], В. К. Рогу-шина [187], Ю. А. Саурова [194-202], Н. А. Солодухина [214,215], Н. В. Шароновой [248,249], в которых рассматривается общеметодическая сторона использования моделей; М. С. Атепалихина [9, 10], К. А. Кохано-ва [105-110], В.В.Майера[125-127], Р. В. Майера [128, 150], Д.Ш.Шо-диева [254], в которых подчеркивается модельная сторона учебного физического эксперимента; Р. В. Майера [129], О. Е. Макаровой [131], И. В. Паболкова [166], М. Л. Фокина [237], где исследовано использование компьютерных моделей при изучении физики. А также на работы В. А. Березиной [18], А. А. Никитина [162], В. А. Орлова, В. Г. Федотовой [235], О. В. Ярушиной [269], в которых раскрывается специфика дополнительного образования учащихся.
В целом наше исследование нацелено на решение методической проблемы, представленной в противоречии между осознанием значимости и роли моделей и моделирования в науке (методологии, философии, физике, психологии и др.) и пока еще невнятным, нечетким, стихийным, неэффективным использованием этих представлений в практике обучения физике, в том числе в системе дополнительного образования.
При этом объектом исследования выступают содержание и процессы дополнительного физического образования школьников.
Предметом исследования являются приемы и процедуры использования знаний о моделях и моделировании физических объектов и явлений при организации различных форм дополнительного физического образования школьников.
Цель исследования состоит в разработке методики использования знаний о моделях физических объектов и явлений в рамках различных курсов дополнительного образования школьников.
Для конструктивного решения обозначенной научной проблемы выдвигаем следующую гипотезу исследования: если методически последовательно использовать в системе дополнительного физического образования знания о моделях физических объектов и явлений, как одно из основных средств их представления и описания, то будет наблюдаться повышение качества учебной подготовки школьников, в частности, выраженное в:
более системном формировании представлений о физической картине мира,
освоении учащимися элементов методологии учебного исследования через модельный подход,
развитии у учащихся знаний о физических объектах и явлениях через систему их моделей,
Предмет, цель и гипотеза исследования определяют постановку задач:
Изучить разработанные в методике обучения физике подходы в использовании моделей и моделирования на различных этапах обучения физике.
Исследовать средствами педагогического эксперимента уровень с формирован ности знаний о моделях у школьников разного возраста.
Разработать возможную для реализации теоретическую концепцию формирования знаний о моделях физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников.
Разработать методику использования знаний о моделях физических объектов и явлений при решении олимпиадных задач, при выполнении лабораторных работ, при усвоении знаний о физической картине мира в системе дополнительного физического образования.
Подобрать и построить методики диагностики формирования знаний о моделях объектов и явлений (тесты, анкеты, контрольные работы и др.).
Изучить практику дополнительного образования в условиях применения разработанной методики использования знаний о моделях физических объектов и явлений.
Доказать продуктивность применения формирующей методики для повышения качества учебной подготовки школьников.
Для решения задач исследования использовались следующие методы: теоретические: сравнительный анализ накопленных знаний о моделях; восхождение от абстрактного к конкретному при конструировании новой концепции и методических проектов; синтез общеучебных представлений при построении методики; моделирование при планировании и описании педагогического эксперимента, при интерпретации экспериментальных данных.
экспериментальные: диагностическое изучение изменения знаний и развития школьников до и после прохождения разработанных спецкурсов;
наблюдения, беседы; поисковый, лабораторный и формирующий педагогический эксперимент; личное преподавание.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Построена теоретическая концепция формирования знаний о мо
делях физических объектов и явлений в системе дополнительного образо
вания школьников, включающая:
представление в содержании фундаментальных знаний о моделях физических объектов и явлений,
принципы отбора учебных моделей физических объектов и явлений,
принципы использования школьниками моделей в обучении,
структуру и содержание процесса моделирования (организация построения моделей, приемы и методы деятельности с моделями).
2. Разработана методика использования знаний о моделях физиче
ских объектов и явлений, представленная:
заочным курсом изучения механики (учебные пособия),
спецкурсом по использованию моделей при решении олимпиад-ных задач по физике (программа, дидактический материал),
лабораторным практикумом по применению и построению моделей физических объектов и явлений (инструкции),
кружком по использованию моделей физических объектов и явлений при формировании знаний о физической картине мира (программа, дидактический материал).
3. Получены новые экспериментальные факты об усвоении знаний
о моделях объектов и явлений школьниками, студентами, учителями в до
казательство востребованности и эффективности использования моделей
физических объектов и явлений для повышения качества дополнительного
образования школьников.
Теоретическая значимость исследования состоит в определении особенностей функционирования представлений о моделях физических
объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников.
Практическая значимость исследования заключается в реализации методики использования моделей (схемы отбора и построения моделей, лабораторные инструкции, обобщающие схемы-таблицы), в создании образцов отбора и построения моделей физических объектов и явлений, в разработке учебно-методических пособий для заочной школы и дидактического материала для очных курсов дополнительного образования, в разработке диагностической базы усвоения знаний о моделях физических объектов и явлений и фиксации интереса к этим моделям, в сборе и обобщении экспериментальных фактов усвоения знаний о моделях физических объектов и явлений.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечиваются:
опорой на фундаментальные исследования по физике, философии, педагогике, психологии и методике обучения физике;
теоретическим анализом проблем использования моделей физических объектов и явлений в общеобразовательной школе и в системе дополнительного физического образования;
использованием разработанной методики в практике обучения физике;
результатами экспериментального исследования по эффективности использования разработанной методики;
обработкой экспериментальных данных методами статистики.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в ходе личного преподавания соискателя по предложенным методикам в течение восьми лет на общегородских кружках и в системе заочного обу-
чения учащихся в Кировском центре дополнительного образования одаренных школьников; в ходе подготовки и проведения городских и областных олимпиад Кировской области, Ломоносовских турниров (1998-2006), где использовались предложенные автором задания; в ходе проведения кружковых занятий по изучению моделей и на учебных занятиях в Кировской летней многопредметной школе (1998-2006); а также при подготовке учащихся к областным, окружным и всероссийским физическим олимпиадам.
Основные практические результаты и теоретические выводы исследования представлены на республиканской научно-теоретической конференции «Модели и моделирование в методике обучения физике» (Киров, 2004), на региональной научно-практической конференции «Опыт и проблемы обучения физике в условиях модернизации образования» (Киров, 2003), на XI Всероссийской конференции «Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения» (Глазов, 2006), на заседаниях кафедры дидактики физики ВятГГУ (Киров, 2004,2005, 2006).
Результаты исследования отражены в 33 публикациях [29, 49-67, 105-107, 137-143, 196,224-225].
На защиту выносятся следующие результаты исследования:
Теоретическая концепция формирования знаний о моделях физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников.
Методика использования знаний о моделях физических объектов и явлений в системе дополнительного физического образования школьников.
Экспериментальное доказательство эффективности разработанной методики.
