Методика освоения норм физического мышления учащимися основной школы в условиях дополнительного дистанционного образования Позолотина Марина Павловна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Проблема формирования норм физического мышления в методике обучения физике 11

1.1. Современные научные представления о формировании мышления при обучении 11

1.2. Проблема определения понятий «физическое мышление», «нормы физического мышления» в методике обучения физике 28

1.3. Экспериментальное изучение опыта организации физического мышления при обучении в школе 41

1.4. Особенности учебного процесса в системе дополнительного дистанционного образования школьников 50

Глава 2. Теория и методика освоения норм мышления учащихся при дистанционном обучении физике 60

2.1. Научная концепция формирования физического мышления школьников в системе дополнительного дистанционного образования 60

2.2. Методика освоения норм физического мышления учащихся седьмого класса в системе дополнительного дистанционного образования 72

2.3. Методика освоения норм физического мышления учащихся девятого класса в системе дополнительного дистанционного образования 88

Глава 3. Экспериментальное исследование освоения норм мышления в системе дополнительного дистанционного обучения школьников 99

3.1. Методология и методика организации дидактического экспериментального исследования 99

3.2. Факты экспериментального исследования и их интерпретация 111

3.3. Эмпирическое исследование практики освоения физического мышления при обучении в школе 130

Заключение 139

Библиографический список 140

• Проблема определения понятий «физическое мышление», «нормы физического мышления» в методике обучения физике
• Особенности учебного процесса в системе дополнительного дистанционного образования школьников
• Методика освоения норм физического мышления учащихся девятого класса в системе дополнительного дистанционного образования
• Эмпирическое исследование практики освоения физического мышления при обучении в школе

Введение к работе

Актуальность исследования. Перед системой физического образования школьников Федеральным государственным образовательным стандартом ставятся цели не только освоения совокупности физических знаний и умений, но и формирования научного мировоззрения, естественнонаучной грамотности, физического мышления.

Проблема формирования мышления в процессе обучения физике в школе поставлена давно. Особенно активно научно-теоретические поиски велись в 60–80-е годы прошлого века, что отражено в работах Н. М. Зверевой, В. Г. Разумовского, В. И. Решановой, А. В. Усовой и др. В частности, были получены такие важные результаты исследований: структура и содержание системы учебных знаний должны соответствовать способу обучения, теоретические обобщения определяют основу мыслительной деятельности, при обучении происходит «передача способа мышления» (В. В. Мултановский).

В 80–90-е годы интерес к исследованиям процессов формирования физического мышления снизился и к настоящему времени еще не восстановился. До сих пор отсутствуют эффективные методики трансляции физического мышления как технологии обучения. Почти забыто утверждение В. В. Мултановского о том, что «включение в цели обучения передачи современного способа мышления решающим образом влияет на содержание и структуру учебной системы знаний»¹.

В последние годы большинство методических поисков осуществляется в
рамках диссертационных исследований. В целом, их совокупность, прямо или
косвенно посвященных вопросам формирования мышления при обучении физике,
условно можно разделить на две группы – собственно педагогические на материа
ле предмета (Л. М. Варлакова, Ю. В. Казакова, Е. Н. Полякова и др.) и конкретно
методические (Е. Н. Грибанова, Ю. В. Пузанова, А. А. Синявина и др.). В работах
«первой группы» обычно слабо учитывается специфика физики как учебного
предмета, акцент делается на общих вопросах формирования мышления. В иссле
дованиях «второй группы» рассматриваются роли методологических знаний при
обучении физике, здесь есть эффективные методические решения

(М. В. Гырдымов, Н. В. Кочергина, К. А. Коханов и др.), но потенциал результатов этих исследований для практики формирования мышления не использован.

Итак, в настоящее время вновь актуальна цель поиска новых методических решений формирования физического мышления учащихся, что позволило бы эффективнее использовать возможности физики как учебного предмета.

В последнее время в системе физического образования все большее развитие получает дополнительное дистанционное образование. Оно направлено на

¹Мултановский В. В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе. М. 1977. С. 136.

удовлетворение высоких образовательных потребностей школьников, удаленных от крупных образовательных центров и не имеющих возможности посещения городских кружков, проводимых высококвалифицированными преподавателями.

По мере реализации Концепции о развитии дополнительного образования детей (Правительство РФ, 2014) ставятся задачи использования его дидактического потенциала, повышения его эффективности. Существует опыт организации дистанционного образования детей различными учреждениями: Центром онлайн-обучения «Фоксфорд», Центром дистанционного образования «Эйдос», Ярославским Центром телекоммуникаций и информационных систем в образовании и др. Но в реальности обучение ориентировано на частные задачи: повторение знаний, полученных в школе; развитие интереса с помощью нестандартных задач; формирование умений решать расчетные задачи. Для развития дистанционного образования этого явно недостаточно. Необходимо искать такое содержание и формы организации процессов, чтобы осваивались нормы учебной деятельности, формировались ведущие качества учащихся, в том числе и физическое мышление.

В настоящее время основные научно-методические проблемы освоения физического мышления в дополнительном дистанционном образовании школьников мы видим в следующем:

1. физическое мышление при обучении транслируемо, но в методике физики не существует ясного представления о способах его передачи на уровне технологий обучения. Требуется поиск содержания его элементарных составляющих – норм, которые методическими приемами могут быть заданы, а затем в процессе учебной деятельности освоены учащимися;

2. физическое мышление как феномен содержательно и процессуально на практике нормируется трудно, но это необходимо для конкретизации постановки целей обучения и разработки новых методических решений (технологии) организации обучения в системе дистанционного образования;

3. дополнительное (в том числе и предметное) образование детей развивается интенсивно, но его дидактический потенциал недостаточно осознан, используется не в полной мере. В частности, требуется поиск методических решений проблемы освоения норм физического мышления в ограниченных условиях дистанционного образования;

4. в системе дистанционного образования учащиеся в основном работают со знаками – текстами, рисунками и т.д. Но существующие методики не учитывают данные условия для развития учащихся. Отсюда наше внимание к формированию знакового физического мышления является актуальным, что подкрепляется требованиями ФГОС: выпускник должен «уметь создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач»².

² Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. 2011. С. 7.

Таким образом, актуальность исследования состоит в необходимости решения комплексной научной проблемы формулирования и освоения норм физического мышления при дистанционном обучении.

Объект исследования: образовательные процессы в системе дополнительного дистанционного обучения физике школьников.

Предмет исследования: задание и освоение норм физического мышления в системе дополнительного дистанционного обучения учащихся основной школы.

Цель исследования заключается в определении перечня и содержания необходимых и доступных норм физического мышления для систем дополнительного дистанционного образования и разработке методики их освоения учащимися седьмых и девятых классов.

Гипотеза исследования. Если в методике дополнительного дистанционного обучения физике конкретизировать понятие физического мышления в виде знакового мышления, задаваемого через освоение норм двух ведущих видов учебной деятельности экспериментирования и моделирования, то это обеспечит на практике продуктивное формирование физического мышления учащихся, проявляющегося в устойчивом овладении умениями различать объекты и явления от средств их описаний, оперировать знаковыми описаниями (физическими величинами, моделями, законами).

Проблема, цель, гипотеза исследования определяют постановку и решение следующих задач:

5. провести анализ современного состояния научно-методической проблемы формирования физического мышления, в том числе раскрыть, конкретизировать содержание понятий «физическое мышление», «нормы физического мышления», «знаковое физическое мышление»;

6. определить, сформулировать нормы физического мышления, доступные для освоения в системе дополнительного дистанционного образования;

7. для построения методики освоения норм физического мышления сконструировать теоретическую концепцию формирования физического мышления школьников в системе дополнительного дистанционного образования;

8. разработать методику освоения норм физического мышления в рамках дополнительного дистанционного образования школьников;

9. оценить эффективность предлагаемых методических решений в ходе педагогического эксперимента;

10. предложить пути совершенствования практики обучения физике на основе освоения норм физического мышления.

Специфика диссертационного исследования обусловила выбор комплекса следующих методов исследования. Теоретические методы: теоретический

анализ методологической, психолого-педагогической и методической литературы; моделирование и конструирование, метод последовательных приближений. Эмпирические методы: исследование и обобщение педагогического опыта, педагогический эксперимент, поэлементный анализ контрольных работ, статистические методы обработки результатов педагогического эксперимента.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют труды,
посвященные: философским и методологическим идеям о формах и содержа
нии мышления (Э. В. Ильенков, В. А. Лекторский, М. К. Мамардашвилли,
Ф. Т. Михайлов, Г. П. Щедровицкий, В. Ф. Юлов и др.); психолого-

педагогическим концепциям развития мышления при обучении

(Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, В. Н. Дружинин, П. Я. Гальперин,

И. И. Ильясов, Л. С. Рубинштейн, О. К. Тихомиров, Л. М. Фридман и др.); про
блеме и средствам формирования мышления при обучении физике
(И. В. Гребенев, М. Д. Даммер, Н. М. Зверева, С. Е. Каменецкий, К. А. Коханов,
В. В. Майер, В. В. Мултановский, И. Г. Пустильник, В. Г. Разумовский,

Е. А. Самойлов, Ю. А. Сауров, С. А. Суровикина, Т. Н. Шамало, А. В. Усова, А. П. Усольцев и др.); проблеме организации дистанционного образования (И. А. Бакаева, Е. С. Полат, И. В. Холодкова, А. В. Хуторской).

Научная новизна исследования в главном состоит в том, что в нем:

11. выделена и обоснована научная проблема нормирования физического мышления как доминирующего процесса организации учения в системе дополнительного дистанционного образования школьников;

12. на основании представлений о нормировании и трансляции мышления при обучении была разработана теоретическая концепция формирования физического мышления учащихся основной школы в системе дополнительного дистанционного образования, основная идея которой заключается в представлении развития и обучения школьников как освоения норм мыслительной деятельности (физическое мышление) через овладение умениями учебной деятельности;

13. разработаны методики освоения норм физического мышления учащимися VII и IX классов в условиях дополнительного дистанционного образования, выраженные:

в нормах физического мышления как объектах усвоения, то есть как элементах содержания физического образования;

в совокупности приемов организации деятельности учащихся, представленной заданиями на освоение знаний о способах деятельности с объектами и средствами их описания, на освоение норм деятельности экспериментирования и моделирования;

в средствах диагностики освоения норм мыслительной деятельности

(мышления) в форме умений работать с объектами и явлениями, средствами их

описаний, знаковыми системами физического языка;

4) получены новые экспериментальные факты освоения учащимися основной школы норм мыслительной деятельности, в частности, данные о сфор-мированности умений различать физические объекты и их описания в самостоятельной работе.

Теоретическая значимость исследования состоит в постановке научно-методической проблемы освоения физического мышления в системе дополнительного дистанционного образования школьников и ее решении на основе задания норм знакового мышления, их реализации в системе методических приемов и диагностики результатов. Уточнены понятия «физическое мышление», «нормы физического мышления», предложены варианты формулировок норм физического мышления в форме умений.

Практическая значимость работы заключается в том, что на основе концепции формирования физического мышления построена методика освоения его норм в системе дистанционного обучения, разработаны учебные пособия для учащихся VII и IX классов, которые внедрены в обучение школьников Кировской области на базе Кировского областного государственного образовательного автономно учреждения дополнительного образования «Центр дополнительного образования одаренных школьников» (г. Киров).

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

14. в условиях дополнительного дистанционного обучения физике нормирование знакового физического мышления обеспечивает эффективность методики его освоения в процессах учебной деятельности экспериментирования и моделирования;

15. концепция формирования физического мышления в системе дополнительного дистанционного обучения физике школьников, в ядро которой входят частные принципы организации и отбора содержания учебного процесса;

16. методики освоения норм физического мышления для учащихся VII и IX классов в условиях дополнительного дистанционного обучения, основной чертой которых является центрирование учения на освоение знаний (и соответствующих умений) о способах деятельности с объектами и средствами их описаний при организации экспериментирования и моделирования;

17. экспериментальное доказательство успешности методики освоения знакового физического мышления в реальной практике дополнительного дистанционного образования (для учащихся седьмых и девятых классов).

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается анализом психолого-педагогической и методической литературы, применением комплекса методов, отвечающих поставленным цели и задачам исследования, применением методов математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента, подтверждением гипотезы исследования в результате проведенного исследования.

Апробация результатов. Основные результаты исследования были представлены на: XX, XXI, XXII всероссийских научно-практических конференциях «Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения» (Глазов, 2015–2017), IV всероссийской научно-практической конференции «Настоящее и будущее физико-математического образования» (Киров, 2015), V всероссийской научно-практической конференции «Преподавание математики, физики, информатики в вузах и школах: проблемы содержания, технологии и методики» (Глазов, 2015), VII всероссийской научно-теоретической конференции «Модели и моделирование в методике обучения физике» (Киров, 2016), всероссийской научно-методической конференции «Преподавание физико-математических наук в школе» (Нижний Новгород, 2017). Отдельные положения исследования обсуждались на кафедре физики и методики обучения физике ВятГУ (2014–2017), на методологическом семинаре аспирантов (2017).

Личный вклад. Соискатель лично участвовала в планировании и проведении всего комплекса теоретических и экспериментальных исследований, в том числе: уточнении необходимых понятий, формулировании норм физического мышления, построении концепции формирования физического мышления в системе дополнительного дистанционного образования, методики освоения норм физического мышления, составлении учебных пособий для учащихся, экспериментальной проверке эффективности предлагаемых методик и формулировании рекомендаций по результатам проведенного исследования.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, 10 параграфов, заключения и библиографического списка. Общий объем диссертации составляет 159 страниц, иллюстративный материал представлен в виде сопроводительных рисунков, таблиц, графиков. Библиографический список включает 188 источников.

Проблема определения понятий «физическое мышление», «нормы физического мышления» в методике обучения физике

В методике обучения физике мышление чаще всего рассматривается через призму психологических взглядов. Но при поиске технологичных решений для совершенствования методов обучения физике, помимо учета психологических закономерностей мышления и его особенностей, необходимо учитывать и специфику самого учебного предмета. В рамках параграфа рассмотрим основные взгляды на развитие мышления при обучении физике, определим рабочее понятие «физическое мышление», его особенности, а также уточним понятие о нормах физического мышления.

Методисты-физики в основном ограничиваются выделением двух типов мышления – теоретического и эмпирического. Такой подход используется и в распространенных учебниках для студентов педагогических специальностей, например, в учебнике под редакцией С. Е. Каменецкого [44]. Здесь мы можем найти особенности этих типов: эмпирическое обобщение фиксирует внешние признаки, внешние зависимости вещей; сущность же вещи (объекта, явления) может быть раскрыта только при рассмотрении ее развития и взаимодействия с другими вещами – это может сделать только теоретическое, научное мышление. Авторы утверждают, что специфика содержания физического образования позволяет развивать теоретическое мышление, а также выделяет черты, характерные для научного мышления: «понимание возможности одновременного существования диалектически противоположных свойств объекта, явления и умение оперировать диалектическими противоречиями; понимание взаимосвязи, взаимообусловленности явлений и умение выявлять и анализировать эти взаимосвязи; умение рассматривать объект или явление в развитии, постоянном движении; понимание взаимосвязи качественных и количественных изменений». С. Е. Каменецкий описывает примеры методических решений по формированию этих черт на основе обсуждений диалектических противоречий. Но все предлагаемые методы основаны на непосредственном взаимодействии учителя и ученика, нет технологичных решений, которыми можно было воспользоваться при организации дистанционного образования.

Тем не менее, понятие «физическое мышление» в учебнике не вводится. И уже на этапе обучения у будущих учителей нет четкого представления об этом феномене и способах его формирования и развития (результаты экспериментального исследования знаний учителей и студентов о физическом мышлении это подтверждают, подробнее см. 1.3).

На практике предполагается, что само по себе изучение физики формирует физическое мышление. Это действительно так, мышление формируется на уроках в процессе изучения содержания предмета, процессе взаимодействия, диалога с учителем, но процесс его формирования нередко является стихийным, иногда малоэффективным, и часто под сформированным физическим мышлением понимается формальное умение оперировать физическими понятиями и формулами. А это не так: «физическое мышление представляет собой специфическую форму отражения целостной природы. И его становление требует целенаправленных усилий» [22].

Это не единственное определение понятия «физическое мышление»: в указанной статье [22] авторы приводят формулировки двенадцати (!) характеристик, например: «это мышление физическими категориями и образами применительно не только к природе как физическому объекту, но и ко всей действительности; целостный взгляд на природу ... позволяет рассматривать многообразие объектов и явлений через призму единства их внутренней фундаментальной сущности; это модельный взгляд на природу. Оно позволяет отображать объекты и процессы через … модели». В заключении авторы формулируют такое определение понятия: «подлинное физическое мышление — это теоретическое мышление, которое стремится проникнуть вглубь познаваемого объекта и выявить сущностные основания природы» [22, с. 48]. Но данное определение довольно общее, оно не дает учителю «методических рекомендаций» по способам его формирования.

Приведем примеры других характеристик-определений физического мышления: «Для физического мышления характерен охват всей совокупности физических объектов и явлений рамками фундаментальных физических концепций и теорий, установление модельного характера последних, границ их применимости» [138]. Физическое мышление – это «умение наблюдать явления, делать выводы на основе анализа и синтеза, находить связи между количественной и качественной стороной этих явлений и физическими величинами, а также делать выводы на основе теории и применения ее на практике» [179].

Последнее определение отражает как эмпирический, так и теоретический характер физического мышления, сформулировано на языке умений, то есть носит удобную форму для понимания, применения учителем-практиком – здесь более конкретно задана конечная цель – умения ребенка.

Близким к понятию «физическое мышление» является понятие «естественнонаучное мышление», при этом С. А. Суровикина в своем исследование связывает развитие этого мышления с деятельностью: «развитие естественнонаучного мышления происходит через формирование обобщенных знаний, навыков и умений, способ деятельности в процессе учебно-познавательной деятельности учащегося при обучении физике» [150].

В целом существует объективная сложность при формулировании определения этого феномена, потому что оно многогранно, неопределенно широко и практически каждое определение имеет место быть: оно отражает какую-либо сторону мышления. И ценным для нас в этих определениях является то, что в них выделяются основные характеристики физического мышления, а самое главное – его деятельностный характер.

С учетом вышеупомянутых и других работ, например [71; 79; 80; 154; 155; 158], нами было сформулировано «рабочее» понятие физического мышления. Физическое мышление – это мышление, направленное на обеспечение деятельности с физическими объектами окружающего мира и средствами их описания, осуществляемое на когнитивном и инструментальном уровне, характеризующееся как предметное и теоретическое, проявляющееся в мыслительной деятельности и задаваемое на уровне действий, умений.

Более технологически физическое мышление можно охарактеризовать так: это мышление, которому присущи умения выделять в окружающем мире объекты и явления, заменять их при описании и объяснении физическими моделями, оперировать совокупностью понятий и знаковых систем физического языка.

Как было показано в параграфе 1.1, для достижения основной цели обучения – научить ребенка мыслить – к мышлению необходимо относиться как к мыслительной деятельности. Для методики физики эта мыслительная деятельность выражается в двух видах конкретной предметной деятельности: «экспериментировании с физическими объектами и явлениями, моделировании как замене объектов знаками и работе с этими знаками» [57]. Методисты отмечают, что «моделирование – это универсальный язык физики, на котором воссоздаются и интерпретируются объекты и процессы природы с пониманием пределов применимости этих конструкторов». То есть процесс формирования физического мышления связан с освоением умения «мыслить на языке моделей» [22, с. 48].

Отметим, что формирование современного способа мышления связывается с «передачей способа мышления при обучении, а не только с развитием мышления индивида при передаче ему суммы знаний» [80, с. 11]. То есть содержательно-предметные и логико-социальные механизмы освоения мышления дополняются развитием психологических, когнитивных процессов. Любая предметная деятельность должна быть направлена на передачу этого способа мышления [80]. Причем для успешного освоения этого способа необходимо, чтобы он был задан в определенной форме, затем передан и усвоен учащимся. Несмотря на то, что подход «передачи способа мышления при обучении» не нов, в методике обучения физике до сих пор не выработана методика его трансляции при обучении.

Для эффективной организации трансляции физического мышления методисты К. А. Коханов и Ю. А. Сауров в монографии предлагают сформулировать современные нормы физического мышления: требуется построение новых норм деятельности, в том числе и мыслительной, при этом важно понимать, что они задаются через структуру и содержание учебного материала, учебную деятельность учащихся, через различные требования-нормы по организации деятельности [57].

Особенности учебного процесса в системе дополнительного дистанционного образования школьников

В предыдущих параграфах в процессе теоретического и экспериментального исследования проблемы развития мышления учащихся при обучении физике мы уточнили понятие физического мышления и пришли к выводу, что оно в виде мыслительной деятельности может быть нормировано. Анализ практики обучения показывает, что проблемы в формировании и диагностике физического мышления в основной школе существуют, что обуславливает актуальность исследования. Далее необходимо выяснить, какие процессы происходят в системе дистанционного образования, и понять, какие методы задания и диагностики мышления могут быть эффективно использованы в этой образовательной среде.

Особенности условий дистанционного обучения на базе экспериментальной площадки. Вначале определим ключевые понятия.

Дистанционное образование – это «форма получения образования методами и средствами дистанционного обучения» [9, с. 28]. При этом под дистанционным обучением понимают «систему и процесс обучения, в которой учитель и ученик географически разделены и поэтому опираются на электронные средства и печатные пособия для организации учебного процесса» [там же, с. 31]. То есть ключевой особенностью дистанционного образования является удаленность учащегося от педагога и возможность применения современных коммуникационных технологий. За счет того, что учащиеся небольших населенных пунктов зачастую лишены возможности получать дополнительное образование по школьным предметам в специализированных центрах, все большее значение имеет дополнительное дистанционное образование [106]. Рассмотрим особенности такого способа обучения в Кировской области. Отметим, что социальным заказом системе дополнительного, в том числе дистанционного, образования является всестороннее развитие личности ребенка, его мотивационной, творческой сфер [52]. То есть предметное дистанционное образование должно быть развивающим, ученик должен не только усваивать конкретные знания и навыки, но и овладевать способами действий, обучаться управлять своей учебной деятельностью. Предметное дистанционное образование не должно ориентироваться на репродуктивное повторение или заучивание программы основного образования. В своем исследовании В. В. Давыдов отмечает, что простое «усвоение знаний посредством учебной деятельности само по себе лишь расширяет сознание и мышление школьника, но не развивает их… Их развитие происходит в процессе формирования и развития самой учебной деятельности, когда при усвоении теоретических знаний возникают и оформляются учебные и мыслительные действия» [30, с. 172]. То есть познавательная деятельность должна быть самодостаточной по содержанию и образовательным процессам, формировать фундаментальные качества учащегося, развивать познавательную мотивацию. Перед педагогом стоит задача «создавать благоприятные условия для формирования и развития у школьника учебной деятельности со всеми ее составляющими, чтобы получить полноценное усвоение знаний, а также определенное повышение у него уровня различных психических образований» [там же]. Исследователи (Д. З. Ахметова, Е. С. Полат [110], И. В. Холодкова [164] и др.) отмечают, что при таком обучении наиболее перспективным является такой тип обучения, при котором ученик – активный субъект, а за учителем сохраняется роль организатора. При этом учебный процесс должен быть доступным, технологичным. Отсюда мы сделали выбор ключевого средства достижения указанных результатов дистанционного обучения – освоение физического мышления.

Как показывает анализ практики организации дополнительного дистанционного образования в других городах (гг. Москва, Ярославль и др.), учащиеся зачастую решают набор «сложных» олимпиадных задач, в качестве вспомогательного материала им высылаются учебные пособия (или к ним открывается доступ на сайте), в которых кратко излагается теория изучаемых вопросов, приводятся примеры решения задач. Но «способам» деятельности при работе с этими задачами часто уделяется недостаточно внимания, учащиеся выполняют задания так, «как умеют», нормы деятельности не закладываются. В итоге, «неподготовленный» школьник испытывает затруднения, он не знает, как приступить к решению, как его довести до конца и отказывается от такой формы работы. То есть необходима такая практика обучения, в которой учащийся, имеющий невысокую предметную подготовку, но желающий обучаться дополнительно и дистанционно, получал не только знания, но и осваивал нормы учебной предметной деятельности, нормы физического мышления.

Площадкой для проведения исследования был выбран КОГАОУ ДО «Центр дополнительного образования одаренных школьников» г. Кирова: практика заочного обучения физике в Центре сложилась давно, был накоплен богатый опыт. На его базе осуществлялся поисковый и формирующий этапы педагогического эксперимента.

Обозначим существенные особенности дистанционного образования детей, которые оказывают сильное влияние на методику его организации:

- ученик самостоятельно (возможно, с помощью родителей) организует и планирует свою деятельность – распределяет время, контролирует себя и т.д. То есть можно сказать, что при дистанционном обучении деятельность ученика близка к самообразовательной, что представляет сложности для ученика (особенно седьмого класса), поскольку у него еще плохо сформированы умения, необходимые для самостоятельной работы;

- педагог не имеет возможности общаться с учеником непосредственно, не может учитывать факторы, которые влияют на развитие данного ученика помимо обучения. Педагог не имеет возможности помочь ученику сформулировать мысли (как это делает учитель на уроке), он рецензирует готовый письменный отчет.

Связь между учеником и педагогом осуществляется в основном: через пособие, которое служит средством организации деятельности ученика; через работы учащегося – отчеты; через рецензию педагога на работу, а также через оперативную связь средствами интернета.

Таким образом, ключевыми факторами, которые необходимо учитывать при организации дистанционного образования, являются высокая степень самостоятельности ученика и опосредованность взаимодействия педагога и учащегося. Первый фактор может играть положительную роль в процессе развития ребенка при условии хорошей организации и управления процессом обучения [46; 127; 154; 157]. Второй фактор ограничивает возможности преподавателя в деятельности по формированию физического мышления, потому что именно в процессе диалога, в коллективной, а затем и индивидуальной деятельности происходит формирование этого феномена [30].

Мы предположили, что в таких специфических условиях образования детей методика обучения физике, основанная лишь на применении печатного учебного пособия, написании рецензий на работу учащегося, бедна, ограниченна.

Помимо совершенствования печатного варианта пособия была проведена работа в следующих направлениях: создание электронного пособия для учащихся и создание личного кабинета на сайте. Рассмотрим подробнее.

Содержательная часть (теоретическая) электронного пособия (техническая реализация А. П. Сорокина, совместные публикации [145; 146]) полностью построена на заданиях текстового варианта учебного пособия. В начале учебного года каждому учащемуся высылался печатный и электронный (на диске) варианты пособия. Мы предположили, что использование информационных технологий откроет следующие перспективы совершенствования дистанционного обучения физике: применение более качественных изображений физических явлений, съемка видеосюжетов, видеодемонстраций, видеозадач для учащихся, а также самими учащимися, реализация новых методов мотивации самостоятельной творческой деятельности,учет личных потребностей учащихся.

Таким образом, у детей из удаленных населенных пунктов появляется возможность увидеть эксперимент, который, по каким-то причинам, они не смогут воспроизвести. Также яркие опыты и иллюстрации придают пособию большую привлекательность и наглядность, что вызовет дополнительный интерес учащихся к физике.

Для реализации описанных возможностей было построено электронное пособие для учащихся седьмых классов, основные особенности которого заключаются в следующем:

1. Открытость пособия: большое количество авторов, в числе которых сами учащиеся, а также их учителя. В пособие попадают лучшие задачи, фотографии наиболее интересных явлений, видеоматериалы.

2. Продуманная организация навигации по электронному пособию. Так как ученики знакомятся с пособием самостоятельно, необходимо было сделать интуитивно понятный интерфейс, поэтому вся представленная информация разделена на блоки: «Задания», «Эксперимент», «Это факт!», «Учителю», «Справка» (более подробно описано в [145; 146]). Приведем пример внешнего вида раздела пособия «Эксперимент», в котором содержатся видеозадачи для учащихся, героями сюжета также являются ученики обычной школы (рис. 1.4.2).

Методика освоения норм физического мышления учащихся девятого класса в системе дополнительного дистанционного образования

Основные принципы построения методики формирования мышления в системе дистанционного образования были описаны выше. В рамках настоящего параграфа подробнее рассмотрим методику обучения учащихся девятого в данной образовательной системе. Выбор для исследования учащихся девятого класса был обусловлен особенностями курса физики. В седьмых и восьмых классах обучение физике нацелено на формирования умения выделять физические явления и первично их описывать, то есть носит более качественный характер. В этом методика обучения физике в седьмых и восьмых классах перекликается, поэтому для проверки гипотезы исследования был выбран другой поток – девятый класс. В этом классе курс физики уже математически насыщен, широко используются модели объектов и явлений.

Содержательно курс физики девятого класса требует более высокого (по сравнению с седьмым классом) уровня учебной и мыслительной деятельности. На этом этапе развивается теоретическое, рефлексивное мышление; появляется способность рассуждать гипотетико-дедуктивно, то есть на уровне общих посылок; изменяется отношение школьника к познавательным задачам «как к таким, которые требуют предварительного мысленного решения через построение различных гипотез и их проверку» [20, с. 133], становится интересно решать не только занимательные задачи, но и задачи, требующие логических, математических выводов. Все эти возрастные особенности обусловили построение методических приемов формирования физического мышления учащихся девятых классов, применяемых при построении пособия «Механические явления и средства их описания».

Методический прием 1. Структурирование содержания рассматриваемого материала под углом зрения логики научного метода познания. При обучении физике ставится задача овладения учащимися системой понятий, особой системой знаков. При этом для развития интеллектуальных способностей личности значение имеет не просто заучивание учебного материала, а его понимание, смысловое запоминание, что, в связи с увеличивающимся объемом информации, становится особенно актуальным в старших классах.

Для лучшего усвоения материала в нем должна быть ориентировка, группировка на основе определенного признака, а также установлены внут-ригрупповые и межгрупповые отношения [140, с. 287]. Психологи отмечают, что для получения глубоких и прочных знаний их необходимо систематизировать – установить как смысловые, так и структурные связи, например, связи между элементами научного знания – физическими понятиями, законами и др. В системе дистанционного образования это сделать нужно доступно и технологично: мы предлагаем использовать таблицы-схемы по основным темам курса физики. С позиции сформулированных норм мышления в рамках проверки гипотезы, логика структурирования материала направлена на освоение научного метода познания, метода работы с физическими явлениями и объектами: выделение явления (объекта) – описание явления – применение знаний. Приведем примеры такой организации теоретического материала (рис. 2.3.1).

Представление материала в виде схемы позволяет учащимся обобщить все ранее изученные факты и найти соотношение между понятиями, например, что такое модель – средство описания или объект реального мира.

Такого рода схемы задают общее видение раздела, но подробно не характеризуют средства описания явлений данной темы. Для полного представления метода целесообразно использовать таблицы, в которых также сохраняется логика: выделение явления – описание явления, но дается более полное описание физических величин и законов (рис. 2.3.2, 2.3.3).

Работая с данными таблицами, учащиеся не только повторяют материал, но и могут научиться определять статус научного знания (физическая величина, закон, модель и др.), осваивают нормы выполнения рисунка. В результате деятельности с такими обобщающими таблицами осваиваются такие нормы физического мышления как: умение различать объекты и явления и средства их описания, умение выбирать модель для объяснения факта, умение переходить от одних средств описания к другим и т.д.

Важное мировоззренческое значение имеет деятельность по выделению границ применимости знаний, в частности, моделей. Поэтому при введении новых понятий, законов учащимся необходимо показывать, что при определенных условиях их применять нельзя. Этот материал или помещается в обобщающие таблицы, или представляется в виде справки, поясняющей содержание схематизированного материала: О границах применимости моделей явлений. Для явления трения используются две модели, их определения одновременно задают границы применимости модели:

а) пренебрежимо малое трение при относительном скольжении тел – модель используется, если одно из тел моделируется гладким телом;

б) постоянное трение при относительном скольжении тел – модель используется, если коэффициент трения скольжения изменяется незначительно. Данная модель берется за основу в большинстве задач, так как учет зависимости коэффициента трения скольжения от скорости движения затруднителен.

Методический прием 2. Организация работы с моделями объектов и физических явлений. Курс физики девятого класса предполагает решение большого количества разнообразных задач. Фактически, как и в седьмом классе, при их решении необходимо задавать логику от выделения объектов и явлений до их описаний. Но, если в младших классах внимание уделяется формированию первого умения – выделять явление при любом виде деятельности, то в девятом классе при обучении физике значительное внимание должно уделяться второму этапу – описанию явления. Причем фактически на каждом этапе этого процесса организуется деятельность моделирования – от построения моделей выделенных объектов и явлений и выполнения схематических, модельных рисунков до математического моделирования (описания) этого явления. Важно отметить, что модели являются необходимым элементом процесса усвоения теоретических знаний и способов деятельности [29, с. 155], то есть они являются необходимым элементом (этапом) познания и инструментом познания [130, с. 142]. При организации деятельности с моделями необходимо знать функции моделей: наглядное представление механизма явления, языка описания, представление объекта или явления в знаковой форме (там же). На первом этапе освоения норм деятельности моделирования необходимо накопление знаний об этой деятельности (через примеры, теоретические справки), а затем присвоение необходимых умений и их отработка. Поэтому в процесс обучения важно включать задания, направленные на формирование умений выбирать и применять модели и определять границы их применимости: расчетные физические задачи, качественные задачи, разнообразные вопросы для работы со схемами обобщения теории (см. выше) и т.д. Приведем примеры заданий.

Эмпирическое исследование практики освоения физического мышления при обучении в школе

Дополнительным аргументом в пользу справедливости гипотезы и методики исследования мы провели краткосрочный эксперимент по освоению отдельных норм физического мышления при классно-урочной форме обучения школьников. Эксперимент проводился в седьмом классе МОАУ «Лицей № 21» г. Кирова на протяжении 4 уроков (2 часа в неделю). Время проведения – апрель 2017 г., изучаемый раздел – «Работа и мощность. Энергия».

По результатам проведения занятий планировалось проверить доступность элементов методики освоения некоторых норм физического мышления, изменения в мотивационной сфере учащихся. Для получения данных нами были использованы методы наблюдения, анкетирования и тестирования.

Проблема практики обучения физике в школе. Учителя зачастую осторожно относятся к нововведениям, к изменению привычных конструкций уроков, поэтому предложенные разработки не предполагали кардинальных изменений в методике. Как показывает практика, для учителя предпочтительной формой работы на уроках является решение задач. При этом общепринятому четырехэтапному методу решения физических задач по ряду причин (недостаток времени на «рассуждения» и т.д.) многие учителя не следуют, иногда это процесс сводится к решению задач «на формулу».

Гипотеза и методика исследования. Для условий дистанционного обучения нами была предложена «свернутая» двухэтапная схема решения физических задач, которая могла быть применена и для условий обучения в обычной школе. Поэтому данное краткосрочное исследование было направлено на проверку гипотезы: двухэтапный метод решения физических задач может быть эффективным для освоения базисных норм физического мышления учащимися основной школы: умение выделять объекты и явления, умение описывать явление физическими величинами, умение различать объекты, явления и средства их описания, умение фиксировать объекты и явления в изображении, умение выделять и определять физическое явление по рисунку. Процесс решения задачи в этом случае делится на два этапа:

1) выделение физического явления: выделить явление и физические тела; подобрать модели объектов, выполнить рисунок;

2) описание физического явления с помощью физических величин, законов.

Педагогический эксперимент был проведен в конце учебного года, когда учащиеся уже привыкли к другим способам деятельности, поэтому формирование указанной нормы решения задач осуществляли постепенно.

А) На этапе повторения изученного материала внимание учащихся акцентировалось не только на знание формул и определений, но и на умение различать явления окружающего мира от средств их описания – физических величин, законов.

Например, перед изучением понятия механической работы обсуждались вопросы: что такое взаимодействие – явление или физическая величина? В процессе беседы выяснялось, что взаимодействие – это физическое явление, и для его описания, характеристики необходимо вводить понятие физической величины – силы. Учащиеся знакомились с логикой изучения явления: выделение – описание.

Б) Для закрепления данного умения на этапе изучения нового материала внимание уделялось именно выделению нового явления, а затем способам его описания – введению новых физических величин. Например, при изучении темы «Механическая работа» выделялось физическое явление перемещения одного тела под действием другого тела (в учебнике – под действием силы), а для описания этого явления требовалась новая физическая величина, которая бы характеризовала действие при перемещении – вводилось понятие механической работы, единицы измерения величины. И на этом этапе учащиеся сталкивались с частными случаями применимости формулы A = FS – направление действия силы и направление перемещения должны совпадать, иначе – работа как величина может быть отрицательной или вообще быть равной нулю. Для определения знака работы необходимо выполнять рисунок – уметь фиксировать объекты и явления в изображении.

В) Выполнение рисунка должно быть необходимым требованием и условием решения задачи. Значение рисунка для определения знака совершенной работы учащиеся осознают, но при решении задач строят его не всегда, считая, что задача довольно просто решается и без него, и он является «ненужным». Поэтому при решении задач сначала это будет «внешним требованием» со стороны учителя, а затем на примере более сложных задач учащиеся убеждаются, что этап построения рисунка является необходимым для получения верного ответа, то есть «внешнее» требование превращается во «внутреннее», мотивированное практикой. Рассмотрим подробнее. Вначале организуется работа учащихся с примером решения задачи на вычисление значения механической работы – 55, пример 1 [92, с. 165], см. рис. 3.3.1. В учебнике такая норма, как построение рисунка, при решении задач не закладывается – решение задачи описывается словесно с использованием формул. Поэтому учителю требуется показать учащимся, что такой метод решения не позволяет разобраться в описываемом явлении. Для этого учащимся в ходе разбора примера решения задаются вопросы: Какие тела действуют на плиту? Куда приложена сила, с которой плиту поднимают вверх?

Почему автор утверждает, что сила тяжести равна силе, которую нужно приложить, чтобы поднять тело? Без построения рисунка на данные и другие вопросы ответить сложнее. Поэтому учащимся предлагается самостоятельно решить данную задачу с использованием учебника, но уже через построение рисунка. Для организации деятельности учащимся предлагается данная подсказка-схема:

Затем организуется совместное обсуждение всех этапов и полученного результата. Учащиеся убеждаются, что при наличии рисунка многие вопросы становятся проще – ответы содержатся в иллюстрации.

Далее для закрепления сформированных умений необходимо решать задачи с использованием рисунков. Например, полезно дать учащимся такую задачу: «Вы идете из школы и несете стопку книг массой 4 кг. Вначале вы прошли 1 км от школы до дома, а затем поднялись с книгами по лестнице на 5 этаж на высоту 12,5 м. Какую работу Вы совершили?» Эта задача лучшим образом показывает значение рисунка при рассуждении и получении верного ответа. После разбора задачи подобного рода учащиеся убеждаются в том, что создание рисунка является необходимым шагом в анализе условия, ключом в решении.

Г) Также большое внимание уделялось аккуратному и правильному оформлению решений – записи единиц измерения физической величины, проверке размерностей. Эти умения необходимо заложить именно на начальных этапах обучения физике с целью предотвращения большого количества ошибок при решении более сложных задач.

Результаты педагогического эксперимента. В качестве контрольных групп были выбраны учащиеся седьмых классов МБОУ средней школы № 134 города Кирова (2 часа в неделю) и КОГОАУ «Кировский физико-математический лицей» (4 часа в неделю).

Контрольная работа представляла совокупность тестовых вопросов, качественной и расчетной задачи; проводилась по двум вариантам.

Представим результаты контрольной работы в виде таблицы (табл. 3.3.1). Экспериментальный класс (Лицей № 21) обозначен как Л№21, контрольные классы – ФМЛ (физико-математический лицей), СШ№ 74 – (средняя школа № 74). Ответы на качественный вопрос и решение задачи были проанализированы поэлементно.