Методологические основы вариативного построения содержания обучения физике в средней школе(Автореферат)

На правах рукописи

БУБЛИКОВ Сергей Викторович

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВАРИАТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

13.00.02 - теория и методика обучения физике

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Санкт - Петербург 2000

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена Научный консультант: Академик РАО, доктор физикоматематических наук, профессор А. С. Кондратьев Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук, профессор А. П. Барабан Чл. корр. РАО, доктор педагогических наук, профессор А. П. Тряпицына Доктор педагогических наук, профессор Т. Н. Шамало Ведущая организация: Московский педагогический государственный университет Защита состоится 23 ноября 2000 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 113.05.09 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Российском государственном педагогическом университете им . А. И. Герцена по адресу: 191186, С. - Петербург, наб . р. Мойки, 48, корп. 1, ауд. № 209. С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке РГПУ им. А. И. Герцена Автореферат разослан

23 октября 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

И. В. Симонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 2

Актуальность исследования. Направленность школьного обучения на формирование культуры жизненного самоопределения наиболее отчетливо проявляется в вариативном образовании. Вариативное образование характеризуется как поисковое образование, предоставляющее личности широкий спектр возможностей выбора своей судьбы, готовящее школьника к жизни в условиях комплексных глобальных проблем и социальных перемен, приучающее ученика находить нестандартные пути выхода из различных ситуаций неопределенности в культуре. Физика - часть общечеловеческой культуры, характеризующая интеллектуальный уровень общества, степень понимания основ мироздания, методологическая и научная основа комплексных программ естествознания, оказывающих опосредованное влияние на общественные процессы. По мнению Л. Каданова (1994), именно физика наиболее полно демонстрирует способность человеческого разума к анализу любой непонятной ситуации, введению языка описания этой ситуации, выявлению ее фундаментальных качественных и количественных аспектов и доведению уровня понимания до возможности теоретического предсказания характера и результатов ее развития во времени. Развитие индивидуальных интеллектуальных качеств имеет место при обучении другим школьным дисциплинам. Однако именно при изучении физики в умах учащихся впервые формируются представления о модельном характере познания реального мира, в том числе о том, что модель является репрезентацией как познаваемого объекта, так и индивидуальности познающего субъекта. Впервые логически последовательно закладывается идея множества потенциальных линий развития природных систем во времени на примерах физических нелинейных систем. Для осмысления указанных проблем и понимания учащимися своего места в их решении, особое значение приобретает освоение методологических ориентиров. В этих ориентирах знания об объектах соотносятся не только со средствами их получения, но и с ценностноцелевыми структурами деятельности. Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью исследования возможностей вариативного построения содержания обучения физике для создания системы вариативного физического образования. Основные противоречия, решаемые в ходе исследования. 1. Между индивидуальным характером учения и массовым характером обучения физике. Предложено поэтапное решение - от начального этапа, на котором осуществляется традиционный индивидуальный подход к обучению, через переход к большей самостоятель3

ности в развитии учащихся как субъектов обучения под руководством учителя, вплоть до этапа самообразования. 2. Между необходимостью отражения в физическом образовании различных категорий учащихся, наряду с классическими знаниями, достижений современной физики и объективной сложностью их для понимания учащихся. Решением является предлагаемый методический подход к использованию разноуровневых и разносторонних средств методологии физики, позволяющий развивать индивидуальность учащихся как субъектов при исследовательском обучении физике. 3. Между значительно различающимися временными рамками, нормативно отводимыми на изучение учебного материала в средних школах, дифференцированных по разным основаниям и необходимостью усвоения учащимися достаточно большого объема физических знаний, незначительно отличающихся по фактическому содержанию. Решением является методический подход к использованию разноуровневых средств методологии физики для создания основ содержательной саморегуляции учащихся при изучении физики, позволяющий с разной степенью детализации изучать один и тот же учебный материал в зависимости от профильной и уровневой направленности обучения и индивидуальных запросов учащихся. Объект исследования - вариативное обучение физике в диверсифицированной системе общего среднего образования. Предмет исследования - принципиальные возможности и методологические основы вариативного построения содержания обучения физике в средней школе. Цель исследования - разработка методологических основ вариативного построения содержания обучения физике в средней школе и создание возможностей методической реализации обучения физике как личностно - ориентированной учебной модели науки. Задачи исследования. 1. Уточнить сущность и соотношение понятий «вариативное обучение», «дифференциация обучения», «индивидуализация обучения»; отобрать физические, философские, психолого-педагогические и методические понятия и принципы, необходимые для исследования методических подходов к вариативному построению содержания обучения физике; на основе анализа литературы и обобщения передового педагогического опыта выявить сложившиеся в отечественной и зарубежной школах наиболее перспективные пути вариативного построения обучения физике. 2. Выяснить возможности и особенности становления творческой индивидуальности учащихся как субъектов при вариативном построении обучения физике. Определить методические условия соответствия 4

вариативного построения содержания учебного материала по физике на основе методологии науки и деятельности по его усвоению, направленные на развитие позитивной индивидуальности учащихся. 3. Изучить особенности становления индивидуальности учащихся как субъектов вариативного обучения физике. Найти систему показателей, характеризующих уровень развития индивидуальных интеллектуальных возможностей, реализуемых при обучении физике. 4. Разработать подходы к конструированию содержания учебного материала - по степени детализации изучаемого материала и полноте физических знаний в зависимости от цели обучения и индивидуальных запросов ученика. Раскрыть указанные подходы на конкретных примерах вариативного построения содержания обучения физике. 5. На основе структуры и уровней методологии физики в комплексе с философскими и психолого-педагогическими закономерностями обучения и выводами дифференциальной психологии разработать модель личностно ориентированного обучения физике и наметить пути ее совершенствования. 6. Проследить прямые и косвенные последствия, вносимые внедрением результатов исследования в самоопределение учащихся при изучении физики. Методы исследования подбирались по требованию адекватности задачам исследования. На разных этапах исследования использованы следующие методы: теоретический анализ литературы по проблеме исследования; изучение массового и обобщение передового педагогического опыта; прогнозирование развития системы без вмешательства исследователя; моделирование образовательных систем и процессов; метод экспертных оценок; педагогические измерения (по результатам наблюдений, анкетирования учащихся и учителей, ретроспективных опросов учащихся, бесед с учащимися и их родителями); педагогический эксперимент со статистической обработкой его результатов с целью определения эффективности и коррекции предлагаемой методики. Теоретико-методологическая база исследования: - труды физиков-исследователей по вопросам методической обработки ключевых достижений классической и современной физики и их мировоззренческим и методологическим аспектам (Н. Бор, М. Борн, Л. де Бройль, С. Вайнберг, Г. Вейль, Е. Вигнер, М. Гелл-Манн, Я. Б. Зельдович, П. Дирак, П. Л. Капица, Л. Каданов, Дж. Максвелл, И. Пригожин, В. А. Фок, А. А. Фридман, Р. Фейнман, Ю. Швингер, А. Эйнштейн и др.); - работы философов, историков и методологов физики по вопросам методологической и мировоззренческой интерпретации ключевых достижений классической и современной физики (М. Вартофский, 5

В.С.Готт, Д. П. Горский, Б. М. Кедров, В. В. Копнин, П. С. Кудрявцев, М. В. Мостепаненко, Б. Я. Пахомов, В. С. Степин, Б. И. Спасский, Ф. Франк, П. Фейрабенд, Э. М. Чудинов и др.); - методические работы по вопросам отражения методологии и компьютерных технологий научного познания в формировании мировоззрения и познавательной деятельности учащихся в процессе обучения физике (Г. А. Бордовский, Е. И. Бутиков, Э. В. Бурсиан, Р. Ю. Волковыский, Х. Гулд, В. Ф. Ефименко, Н. М. Зверева, Л. Я. Зорина, В. А. Извозчиков, А. С. Кондратьев, С. П. Курдюмов, В. В. Лаптев, В. В. Монахов, В. Н. Мощанский, В. В. Мултановский, А. А. Самарский, Ю. А. Сауров, Л. В. Тарасов, Я. Тобочник, Н. В. Шаронова, Б. М. Яворский и др.); - методические работы, раскрывающие закономерности развития представлений о роли и сущности физического образования, описывающие его современные задачи и содержание, работы по вопросам активизации познавательной деятельности учащихся, гуманизации, дифференциации и индивидуализации обучения физике, развитию творческих способностей учащихся в процессе обучения физике (Г. А. Бордовский, С. Н. Богомолов, О. Н. Голубева, В. А. Данильчук, Л. А. Иванова, С. Е. Каменецкий, Г. Р. Кару, И. Я. Ланина, Ф. П. Кесаманлы, Р. И. Малафеев, А. Е. Марон, И. И. Нурминский, Н. С. Пурышева, В. Г. Разумовский, А. Д. Суханов, А. В. Усова, Л. С. Хижнякова и др.); - философские, культурологические, социологические и педагогические идеи о роли и функциях общего образования, о его влиянии на становление человека и развитие общества (И. Ю. Алексашина, А. Г. Асмолов, Н. В. Бочкина, Б. С. Гершунский, В. И. Гинецинский, С. Г. Вершловский, М. С. Каган, О. Е. Лебедев, А. Г. Мысливченко, И. И. Соколова, А. П. Тряпицина, и др.); - концепции человека как субъекта деятельности, личности, индивидуальности, различные отечественные и зарубежные теории личности, закономерности познания как общественно-исторического и как творческого процесса (Б. Г. Ананьев, К. А. Абульханова-Славская, Г. Айзенк, А. Бандура, Л. И. Божович, Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, Э. В. Ильенков, А. Н. Леонтьев, Б. Ф. Ломов, З. И. Калмыкова, Е. А. Климов, А. Маслоу, Н. А. Менчинская, В. С. Мерлин, Л. А. Регуш, С. Л. Рубинштейн, Н. Ф. Талызина, М. А. Холодная, И. С. Якиманская и др.); - дидактические аспекты проблемы индивидуализации и дифференциации обучения (М. Анцибор, А.А.Бударный, А. А. Кирсанов, В. Н. Максимова, М. И. Махмутов, Е. С. Рабунский, И. Э. Унт, В. А. Сухомлинский, В. В. Сериков, Н. М. Шахмаев и др.);

6

-труды по теории и методологии конструирования содержания образования (Ю. К. Бабанский, А. С. Кондратьев, В. С. Леднев, И. Я. Лернер, И. Марев, М. С. Скаткин и др.); - работы, раскрывающие сущность процессов моделирования, проектирования, прогнозирования и управления развитием педагогических систем (Е. С. Заир-Бек, Е.И.Казакова, Н.В.Кузьмина; М. Н. Кларин, В. Е. Радионов, В. А. Якунин и др.). Концепция исследования состояла в разработке методологических основ построения содержания обучения физике таким образом, чтобы стало возможным реализовать в массовой педагогической практике вариативное обучение физике как личностно-ориентированную учебную модель науки - физики. Гипотезу исследования составляют следующие положения. 1. Физика, как учебная дисциплина, обладает объективными возможностями не только для развития общих исследовательских способностей познающего субъекта, но и для становления индивидуальности как феномена общественного развития личности учащегося при систематическом включении его в различные соответствующие возрасту виды познавательной деятельности и общения в учебном процессе. Для целей становления позитивной индивидуальности учащегося, содержание познавательной деятельности и субъект - субъектного учебного общения должно быть построено вариативно на использовании триад структуры и уровней методологии физики. Стимулом к самопознанию и самоопределению при изучении физики являются не только конечные цели физического образования, но и участие в конструктивном общении на уроках, направленном на изучение конкретного физического явления, с выдвижением и обоснованием своего исследовательского подхода более близкого субъективным индивидуальным склонностям ученика, основанного на использовании объективно разных уровней и средств методологии физики. 2. Триады структуры и уровней методологии физики позволяют вариативно строить обучение физике не только по образовательным программам с индивидуально ориентированной организацией педагогического процесса, но и по любым учебным программам, ориентированным на обучение в массовой школе. Вариативность проявляется в возможности изучения содержания учебного материала с разносторонним его анализом и с разной степенью детализации физических моделей изучаемых явлений. При этом становится реальным изучение каждым учащимся не только традиционных знаний классической физики, но и ряда важных понятий современной физики без использования неадекватно сложных для понимания школьников методов физики как науки. 7

3. Кардинальное совершенствование методики обучения физике может быть обеспечено теоретическим конструированием модели вариативного обучения физике как личностно - ориентированной учебной модели науки - физики и внедрением этой модели в педагогическую практику. Основаниями для конструирования являются: выводы дифференциальной психологии, философские и психолого-педагогические закономерности процесса обучения, вариативное построение содержание обучения физике, основанное на структурной и уровневой триадах методологии базисной науки. 4. Оценить уровень развития индивидуальных интеллектуальных возможностей, сформированных при внедрении в педагогическую практику разработанной модели личностно-ориентированного обучения физике, по-видимому, возможно используя элементы психологической системы показателей интеллектуального развития личности (КИТСУ) М. А. Холодной(1997). На защиту выносятся следующие положения: 1. В обучении различных категорий учащихся можно добиться понимания учебного материала, сконструированного как на содержании традиционного курса физики средней школы, так и на вопросах ряда важных достижений современной физики, если содержание обучения физике строить вариативно, на систематическом использовании средств структурной и уровневой триад методологии физики. Структурной триадой является: физика экспериментальная - физика теоретическая - физика вычислительная. В качестве уровневой триады целесообразно принять: уровень методологических принципов физики, уровень фундаментальных законов природы, уровень конкретных законов физических теорий. 2. Вариативное изучение содержания курса физики различными категориями учащихся в учебном процессе должно проявляться в разностороннем анализе и различной степени детализации учебного материала. При этом итоговое содержательное обобщение знаний по физике в крупные мировоззренческие структуры должно осуществляться с опорой на методологические принципы физики и способствовать пропедевтике всеобщего уровня методологии науки. 3. Включение разных методов изучения учебного материала, отражающих структурную и уровневую триады методологии физики, в различные виды учебной деятельности учащихся позволяет осуществлять перенос разнообразия этих методов на изучение нового материала. Усвоение толерантности различных исследовательских подходов ведет к развитию способности понимания собственной индивидуальности и индивидуальности других участников образовательного процесса через использование методов, доминирующих в их учебной дея8

тельности, к развитию способности конструктивного партнерства при коллективном исследовании физических явлений. 4. Вариативное построение обучения физике в виде личностноориентированной модели науки позволяет добиваться как повышения качества обучения физике, так и интенсификации развития творческой индивидуальности всех учащихся, изучающих физику. 5. Условием практической реализации вариативного обучения физике как личностно - ориентированной учебной модели науки является создание конкретного вариативного ряда - учебно-методического комплекса вариативного изучения содержания нового учебного материала и обучения решению задач по физике. Научная новизна исследования и полученных результатов. - Открыто новое направление вариативного построения содержания обучения физике в средней школе, позволяющее с общих позиций изучать как вопросы классической, так и современной физики. Основу предложенного направления составляет явное и систематическое использование в школьном обучении средств структурной и уровневой триад методологии физики. - Обоснована целесообразность использования в учебных целях следующего состава структурной и уровневой триад методологии физики. Структурная триада должна быть представлена следующими элементами: физика экспериментальная - физика теоретическая - физика вычислительная. В составе уровневой триады должны быть отражены: уровень методологических принципов физики, уровень фундаментальных законов природы, уровень конкретных законов физических теорий. - Доказано, что учебное использование методов указанных триад позволяет варьировать изучение учебного материала по физике таким образом, что вариативное обучение становится средством практической реализации обучения физике как личностно-ориентированной учебной модели науки. Теоретическое значение результатов исследования. - Вариативное построение содержания обучения физике на основе использования средств структурной и уровневой триад методологии физики может быть творчески реализовано авторами учебников и учителями физики при обучении учащихся по программе принципиально любого уровня в любых организационно-педагогических условиях изучения учебного материала. - Концепция «Методологии научного познания: образования как учебной модели науки» (А. А. Самарский, А. С. Кондратьев) развита в направлении построения вариативного обучения физике как личностно - ориентированной учебной модели физики. 9

- Предложен методический подход к оптимизации баланса ведущих целей современного образования, направленных на развитие позитивной индивидуальности учащихся, и целей физического образования, направленных на формирование общих и специальных исследовательских способностей учащихся путем сочетания развивающих и образовательных возможностей разностороннего анализа и разной степени детализации учебного материала по физике, основанных на структурной и уровневой триадах методологии физики. Разносторонний и разноуровневый методологический подход к построению и методике изучения содержания вариативного обучения физике позволяет добиться превращения логики познавательной цели, заложенной в образовательной программе, в субъективный мотив учебного самоопределения ученика. - Предложенное вариативное построение содержания обучения физике способствует интенсивному развитию индивидуальности учащихся как субъектов обучения, что детерминирует повышение качества обучения физике различных категорий учащихся. - Выделены следующие этапы индивидуализации в вариативном обучении: 1) начальное изучение учащихся учителем способами традиционного индивидуального подхода к обучению и обсуждение результатов педагогического мониторинга с учащимися и родителями, 2) включение учащихся в различные виды совместной учебной деятельности и общения как между учителем и учащимися, так и между учащимися, по изучению теоретического учебного материала и решению физических задач под руководством учителя с постепенной активизацией субъектной роли учащихся, 3) консультирование учителем учащихся в процессе их физического самообразования. Практическое значение работы. 1. Создана модель познавательной деятельности учащихся, позволяющая через разноуровневое и разностороннее исследовательское изучение нового материала и обучение решению задач осуществлять развитие учащихся как субъектов обучения по любой известной в настоящее время программе по физике в массовой практике средних школ. 2. Создан и внедрен в педагогическую практику вариативный ряд обучения физике. Вариативный ряд включает учебные и методические пособия и рекомендации для учителей и учащихся по вариативному изучению нового материала и обучению решению физических задач всех основных разделов курса физики средней школы. Вариативный ряд содержит оригинальные программы компьютерной поддержки изучения ряда вопросов электродинамики, линейных и нелинейных колебаний упругих систем (которые можно найти в сети 10

Internet на странице Ленинградского областного института развития образования в разделе «Методики»), а также решения некоторых задач по кинематике и геометрической оптике 3. Для оценки уровня развития индивидуальных интеллектуальных возможностей, сформированных при изучении физики, апробированы и признаны соответствующими целям (кроме знаний, умений и навыков) следующие элементы психологической системы показателей интеллектуального развития личности: К - учебная компетентность, В внутрипредметная вариативность, С - внутрипредметная саморегуляция. Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследования обеспечивается: разносторонним анализом проблем становления вариативного физического образования на основе физической, философской, психолого-педагогической и методической литературы; соответствием выводов диссертации современным результатам психолого-педагогических и методических исследований по дифференциации и индивидуализации обучения; использованием различных методов исследования, адекватных поставленным задачам; репрезентативностью и статистической обработкой данных констатирующего, поискового, формирующего и контрольного экспериментов; рациональным выбором показателей интеллектуального развития личности в качестве критериев эффективности вариативного обучения физике. На различных этапах педагогического эксперимента с 1992 по 1999 гг приняли участие 130 учителей физики, 15 000 учащихся городских и сельских школ ряда Республик СНГ, С.- Петербурга и Ленинградской области. Апробация результатов исследования. 1. Практические результаты исследования (содержание вариативного ряда) были апробированы в ходе работы с учителями ряда школ г. С. - Петербурга и Ленинградской области на базе С. - Петербургского городского дворца творчества юных и Ленинградского областного института развития образования; а также при чтении лекций студентам факультета физики как по общим методологическим, так и частным вопросам методики обучения физике; в ходе проведения практических занятий по методике обучения решению физических задач со студентами факультета физики; в ходе проектирования и анализа уроков в период руководства педагогической практикой студентов; при чтении лекций по методике вариативного построения обучения физике в средней школе студентам магистратуры факультета физики; при постановке экспериментального обучения физике отечественных и зарубежных слушателей факультета довузовской подготовки РГПУ им. А. И. Герцена. Результаты исследования были апробированы также в 11

процессе руководства курсовыми работами магистров и дипломными работами студентов. 2. Теоретические позиции проверялись как посредством публикаций результатов по теме исследования, так и посредством чтения лекций для учителей и выступлений на конференциях, семинарах. К числу последних относятся, например, такие как: «Вопросы методологии и методики формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов»: Всероссийская научно-практическая конференция (Челябинск, 1988), «Проблемы повышения профессионализма и продуктивности педагогической деятельности»: Всесоюзная научнопрактическая конференция (Усть-Каменогорск, 1989); «Урок физики»: Всесоюзный научно-методический фестиваль (Дубна, 1991); «Разноуровневое развивающее обучение в современной школе»: Межвузовский семинар (СПб., 1993); «Открытый урок физики и химии»: Международный семинар (СПб, 1996); «Актуальные проблемы методики преподавания физики»: Научная сессия МПГУ (подсекция методики преподавания физики) (М., 1996); «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки»: Международная научно-методическая конференция (СПб., 1997-2000); Теоретический семинар кафедры теоретической и прикладной механики математико-механического факультета С.- Петербургского государственного университета (СПб., 8.04.1999); «Физика в системе современного образования»: Международная конференция (СПб., 1999); «Герценовские чтения»: Научная конференция (СПб., 1993-2000); «Физическое образование в XXI веке»: Съезд российских физиков-преподавателей (М., 2000). 3. Теоретические и практические материалы исследования, предназначенные для проведения педагогического эксперимента и внедрения в массовую практику обучения физике в средней школе, были обсуждены как с опытными учителями - практиками, так и с учеными - физиками, имеющими опыт преподавания. Результаты исследования внедрены в практику: - работы по повышению квалификации учителей физики: в Ленинградском областном институте развития образования (ЛОИРО); Приморском институте переподготовки и повышения квалификации работников образования; Санкт-Петербургском городском университете педагогического мастерства (СПбГУПМ); Черниговском областном институте повышения квалификации и переподготовки работников образования; - методической подготовки студентов 4 - 5 курсов и студентов магистратуры на факультете физики, а также обучения физике слушателей факультета довузовской подготовки РГПУ им. А. И. Герцена; обучения студентов в курсе методики преподавания физики Иванов12

ского, Ташкентского, Ферганского государственных университетов, Ишимского и Уссурийского государственных педагогических институтов; обучения студентов - физиков Костанайского государственного университета; - обучения физике учащихся: С.- Петербургского технического лицея; школы-лицея № 35 г. Астана (Казахстан); лицея № 41 г. Владивостока; школы-лицея № 22 г. Иваново; городского общеобразовательного лицея г . Ишим; школы № 1 г. Кушва Свердловской области; школы № 17 г. Мурманска; ряда школ Волховского, Всеволожского и других районов Ленинградской области; ряда школ г. С. - Петербурга (№№ 1, 68, 157 РАО, 181, 225, 258, 292, 311, 325, 344, 399, 406, 444, 486, 530, академической гимназии СПб ГУ, физико-математической гимназии № 30, физико-математического лицея № 239, лицея «физикотехническая школа»); школы-лицея № 300 г. Ташкента (Узбекистан); школы № 16 г. Уссурийска; школ №№ 1, 15 г. Чернигова, а также в ряде сельских школ Черниговской области (Украина); - работы штаба олимпиады по физике С. - Петербургского городского дворца творчества юных (ОУ СПб ГДТЮ). Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Содержит: 17 таблиц; 27 рисунков; 12 схем; 4 типа приложений, включая оригинальные примеры конструирования содержания вариативного ряда учебного материала по всем основным темам курса физики (в том числе раздел «Методики» на русском и английском языках по адресу: http://hello.to/heureka). Основной текст - на 340 страницах. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ В диссертации построена система принципов и положений, составляющих методологические основы вариативного построения содержания обучения физике. Методологические основы вскрывают следующие элементы в теории вариативного обучения физике: эмпирический и теоретический базис, ядро, следствия, практические применения теории. СТРУКТУРА ТЕОРИИ ВАРИАТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ. ЭМПИРИЧЕСКИЙ БАЗИС ТЕОРИИ - глава 1 диссертации «Психологопедагогические и методические основы вариативного построения содержания обучения физике в средней школе»: социальный заказ на создание вариативного образования; философские и психологические теории личности; выводы дифференциальной психологии о влиянии индивидуально-типических и возрастных качеств и особенностей учащихся на процесс усвоения знаний; закономерности психологии ин13

теллекта; понятие индивидуального стиля познавательной деятельности (ИСПД) как психологического механизма усвоения знаний; психологические теории деятельности; применимость теории управления к руководству учебной деятельностью; основной закон валеологии; психолого-педагогические теории и модели обучения; выводы педагогики становления субъекта; педагогические подходы к построению вариативного образования через индивидуализацию и дифференциацию обучения; классические методические подходы к развитию творческих как общих интеллектуальных, так и исследовательских способностей учащихся в процессе обучения физике. ЯДРО ТЕОРИИ - глава 2 диссертации «Теоретические основы вариативного построения содержания и методов обучения физике»: * Баланс общих и специальных целей вариативного обучения физике: 1. Знания о действительности. Для обучения физике характерны: конкретные знания о наиболее общих законах природы, о фундаментальных и универсальных закономерностях взаимодействиях частиц и полей, лежащих в основе других явлений - химических, биологических, геологических и др., и являющиеся теоретическим базисом техники. 2. Осуществление известных способов деятельности на базе знаний, т. е. навыки и умения. Для самопознания и развития индивидуальности при вариативном обучении физике, прежде всего, характерны: развитие исследовательских способностей, основанных на знаниях как конкретно-предметного, так и методологического уровня. 3. Творческая деятельность, т. е. формирование приемов интеллектуальной и практической деятельности для разрешения проблем. Для становления позитивной индивидуальности и самоопределения учащихся при вариативном обучении физике характерны: использование методологически разносторонних и разноуровневых подходов к изучению учебных физических проблем, с переносом накопленного опыта в другие области знаний и умений. 4. Опыт эмоционально-ценностного отношения к действительности. Для становления позитивной индивидуальности и жизненного самоопределения учащихся при вариативном обучении физике характерны: анализ опыта использования доминирующих в деятельности конкретного ученика способов изучения физических явлений и решения физических задач для изучения, самопознания и развития индивидуальности школьника; накопление опыта широкой толерантности в субъект-субъектных отношениях при коллективном изучении учебного материала, основанном на методологическом принципе толерантности. Идея реализации методологического принципа толерантности в массовом обучении физике вызывает глубинные преобразования как в теории (в мышлении методистов - исследователей и создателей учебни14

ков), так и в педагогической практике (в мышлении педагоговпрактиков и школьников). Эта идея совпадает с обсуждаемой философами и педагогами тенденцией перехода от видения мира с одной точки зрения к видению его с разных позиций. Идея разноаспектного рассмотрения объектов в педагогике рассматривается как универсальная и, на наш взгляд, находит свое методическое выражение в применении принципа толерантности в обучении физике. Подход, или стиль мышления и педагогического поведения, отражающий стремление ко все более полному пониманию и проникновению в смыл изучаемых явлений, можно обнаружить у многих знаменитых ученых и педагогов. Известно, например, что Дж. Максвелл считал, что знания, различными путями полученные разумом, становятся неприступной крепостью. * Научный и методологический базис вариативного построения содержания обучения физике: 1. Структурная триада физики: физика экспериментальная - теоретическая - вычислительная; 2.Уровневая триада методологии физики: уровни методологических принципов физики, фундаментальных законов природы, конкретных законов физических теорий. * Методические условия соответствия вариативного построения содержания учебного материала по физике и деятельности по его усвоению, направленные на развитие индивидуальности учащегося: - условие организации познавательной деятельности учащихся на исследовательском уровне, предполагающем возможность изучения материала с различной степенью его детализации (на различных уровнях методологии физики) как отдельными учащимися, так и их различными категориями; - условие разработки учебных заданий, выполнение которых способствует раскрытию ИСПД учащегося, имеет личностно значимые результаты и внешнюю мотивацию. Деятельность по выполнению заданий должна соответствовать характерным для физики видам познания - экспериментальному, теоретическому, вычислительному; - условие накопления опыта творческой деятельности и самопознания при коллективном решении физических проблем, способствующем усвоению принципа толерантности. * Направления вариативного построения содержания обучения физике: 1. Вариативное изучение нового теоретического материала; 2. Вариативное построение обучения решению физических задач. * Методические принципы отбора содержания для вариативного построения изучения нового материала: 15

-соответствие содержания обучения уровню развития физики как науки, с возможностью отражения в содержании обучения различной степени детализации учебного материала, доступной возрастным и индивидуальным особенностям учащихся; -научная целесообразность изучения материала конкретной категорией учащихся или конкретным отдельным учащимся; -возможность формирования посредством содержания научного мировоззрения и научного подхода к анализу явлений природы, соответствующих современному стилю мышления в физике; -развитие позитивной индивидуальности учащихся как субъектов обучения; -обеспечение средствами вариативного построения содержания обучения физике готовности к личностному и профессиональному самоопредлению. * Обобщенные этапы субъект - субъектной деятельности учащихся и учителя: совместное творчество учителя и учащихся по созданию физической проблемной ситуации по теме урока Æ анализ найденной проблемной ситуации Æ четкое формулирование физической части проблемы Æ выдвижение гипотез Æ разработка моделей (физических, математических, компьютерных) Æ проверка и корректировка гипотез Æ нахождение решений Æ проверка и анализ решений Æ предложения по использованию полученных результатов для постановки и решения других проблем по изучаемой теме. Личное творчество учителя проявляется в конструировании содержания элементов вариативного ряда и их сюжетного оформления * Цикл методологических элементов в структуре познавательной деятельности учащихся при изучении физики (схема 1). Схема 1.

16

Цикл методологических элементов в структуре познавательной деятельности учащихся при изучении физики Физическое явление как элемент содержания обучения

Уровни методологии физики

Физическая модель Математические модели Компьютерные модели

Методы эксперим ., теоретич ., вычислит ., физики

Анализ полученного результата, уточнение моделей и границ их применимости: - для учебных целей приближения мышления к объекту; - для целей развития позитивной индивидуальности уч-ся в процессе обучения физике; - для целей становления уч-ся как субъектов обучения

* Содержание вариативного ряда как учебно-методического комплекса вариативного изучения нового теоретического материала и обучения решению задач по всем основным разделам курса физики средней школы. Поясним вариативное обучение решению задач на примере следующей сюжетной задачи. Ребята, будьте судьями в споре между Землянином и Пришельцем, которые выясняют вопрос о том, какой будет форма некоторой массы покоящейся воды, оказавшейся в разбитой ампуле в космическом пространстве вдали от других тел? Землянин, считает, что вода сохранит форму ампулы в силу свойства жидкости принимать форму 17

сосуда. Пришелец, полагаясь на свою интуицию, считает, что вода примет шарообразную форму. Исходя из соображений симметрии (рассуждая на уровне методологических принципов), легко понять, что жидкость не может иметь никакой другой формы, кроме шарообразной, так как в силу однородности и изотропности пространства в рассматриваемой физической системе удаленной от других тел отсутствуют какие-либо выделенные направления. Тогда как в поле тяжести Земли вертикальное и горизонтальное направления неравноправны. Рассудим на уровне фундаментальных законов природы, исходя из энергетических соображений. Система примет такую конфигурацию, при которой ее потенциальная энергия будет минимальной. В данном случае речь идет о потенциальной энергии, связанной с ньютоновым притяжением отдельных элементов рассматриваемой жидкости друг к другу. Минимальность энергии жидкости будет достигнута при ее шарообразной форме. Обратим внимание на то, что при втором способе рассуждений потребовалась более детальная физическая модель явления. Ответ на вопрос третьим способом, основанным на рассмотрении условий равновесия отдельных элементов жидкости при их ньютоновом (гравитационном) взаимодействии друг с другом, потребует еще большей детализации физической модели и привлечения достаточно громоздкого математического аппарата. Для решения задачи на уровне средней школы можно разработать вычислительный алгоритм и реализовать его на компьютере. Представив для наглядности ответ в виде графиков зависимости радиусов - векторов или координат элементов жидкости от расстояния до центра масс жидкости можно убедиться в шарообразности исследуемой поверхности. Продолжением методологической направленности сюжета в рассмотренном примере является разбор определенной условности задачи, так как в стороне остался вопрос о тепловом балансе массы жидкости, находящейся в космическом пространстве. Этот баланс определяет возможность и время существования жидкой фазы в космосе. В завершение данного сюжета еще более детализируем модель и зададим учащимся вопрос: почему вода, попавшая в открытое космическое пространство будет кипеть и кристаллизоваться одновременно? Поясним хотя бы схематично вариативное построение изучения нового теоретического материала на следующем примере. В общеобразовательных и гуманитарных классах после демонстрации модели продольных волн на волновой машине и опыта по ослаблению звука от электрического звонка под колоколом вакуумной тарелки по мере откачивания воздуха, переходим к качественному прогнозированию скорости u звука методом анализа размерности. 18

Скорость звука ищем как скорость распространения волны сжатия и разрежения в газе. У учащихся не возникает сомнений в зависимости скорости u звука в газе от плотности ρ газа и его давления p , которое в данном случае является аналогом модуля упругости. Ответ ищем в виде

u = Cρ x p y , (1) где C - безразмерный множитель, числовое значение которого из анализа размерности найти нельзя. Переходя в (1) к равенству размерно1 1 стей, находим x = − , y = . Записываем результат в виде 2 2 u=C p ρ. (2) Обсуждаем первое точное экспериментальное измерение скорости звука в воздухе, выполненное в коллективной работе членов Парижской Академии наук в 1738 г. Планируя обобщающее повторение, возвращаемся к этому вопросу в 11-ом классе. Обращаем внимание учащихся на то, что результат (2) для модели изотермического распространения звука с использованием уравнения Клапейрона - Менделеева и понятия плотности p RT = , (3)

ρ

µ

можно представить в виде

u=C

RT

µ

.

(4)

Равенство C = 1 объясняем на основе использования справочной литературы, ссылаясь на динамическое (без вывода) решение (10) для принятой модели. Для учащихся, проявивших повышенный интерес к данному вопросу, приводим таким же образом решение (13) при планировании индивидуальной работы на уроке. В 9-х классах естественнонаучного и физико-математического профилей после аналогичного начального этапа принимаем для составления качественного прогноза о скорости звука более детальную модель, предполагая различной упругость разных газов в разных процессах. Это различие проявляется, например, в том, что изменение давления газа приводит к неодинаковым изменениям плотности газа в разных процессах, проводимых с газом. Для учета упругости γ газа в общем виде, не зависящем явно от рода газа, составим следующее безразмерное отношение γ

p  ρ =  , p0  ρ 0  19

(5)

в котором p0, ρ 0 - давление и плотность газа в тех его местах, до которых импульс сжатия еще не дошел, p, ρ - соответственно давление и плотность газа во фронте волны сжатия. γ , разумеется, не имеет размерности. Рассуждая по аналогии с выводом уравнения (4), используя при этом (5), приходим к результату u = C ⋅ f (γ ) p ρ . (6) Аналитический вид f (γ ) , как и числовое значение C , на этом уровне изучения вопроса найти нельзя. Для решения задач используем значения скорости звука из справочной литературы. При обучении учащихся естественнонаучного и физикоматематического профилей в 10 классах после изучения изопроцессов и уравнения Клапейрона - Менделеева рассматриваем модель распространения звука в длинной трубе, открытой с одного конца (рис. 1). Пусть в некоторый момент времени t фронт волны, перемещаясь со скоростью звука u , дошел до точки с координатой x . Справа от фронта частицы газа еще не участвуют в волновом движении (а участвуют только в тепловом). Спустя промежуток времени ∆t фронт переместится вправо на расстояние u∆t . В пределах этого слоя частицы газа приобретают одну и ту же скорость v направленного движения. Спустя промежуток времени ∆t частицы газа, находившиеся в момент t на фронте Рис. 1

волны, переместятся вдоль трубы на расстояние v∆t . Распространяющийся со скоростью u , импульс сжатия приводит к увеличению давления на ∆p воздуха во фронте волны по сравнению с давлением невозмущенного воздуха в трубе. Масса газа, вовлеченная за время ∆t в волновой процесс равна ∆m = ρSu∆t . Применим к вовлеченной в волновой процесс массе ∆m газа закон сохранения импульса v ⋅ ∆m = v ⋅ ρSu∆t = F∆t , (7) 20

где F = ρSuv - сила давления, приводящая к увеличению давления на величину F ∆p = = ρuv . (8) S В классах естественнонаучного профиля рассматриваем изотермический процесс распространения звука в газе с использованием закона Бойля - Мариотта, из которого очевидно p∆V + V∆p = 0 , (9) где V = Su∆t - объем газа массой ∆m , ∆V = − Sv∆t - изменение объема газа при сжатии (рис. 1). Подставляя выражения для V , ∆V , ∆p в уравнение (9) p( − Sv∆t ) + ( Su∆t ) ⋅ ( ρuv ) = 0 , получаем p u2 = , (10)

ρ

что, с учетом (3), эквивалентно (4). Результат (10) получен не качественным, а количественным путем в результате рассмотрения динамической модели изотермического распространения звука. Сравнивая (2.3.114), (2.3.1-16) и (2.3.1-20), видим, что для модели изотермического процесса распространения звука C = 1, f (γ ) = 1 . Равенство γ = 1 говорит о прямой линейной пропорциональности величин p и ρ в рассмотренной модели процесса и служит проверкой результата (4) с более общих позиций, так как именно в этом приближении (6) переходит в (4). В 10-х классах физико - математического профиля рассматриваем адиабатный процесс распространения звука в газе. Изменение состояния газа в звуковой волне происходит настолько быстро, что тепло не успевает передаваться от нагретых сжатых участков к охладившимся разреженным. Дифференцируя уравнение Пуассона для адиабатного процесса, получаем pγV γ −1 ∆V + V γ ∆p = 0 ,

где γ =

Cp

CV

(11)

- показатель адиабаты. Почленное деление (11) на

V γ −1 приводит к pγ∆V + V∆p = 0 . (12) Подставляя в (12) выражения для V , ∆V , ∆p (аналогично изложенному выше), после несложных преобразований получаем для скорости звука u = γRT µ . (13)

21

1

Сравнивая (6) и (13), находим, C = 1, f (γ ) = γ 2 . При обсуждении полученного результата (13) обращаем внимание учащихся на то, что именно на измерении скорости u звука основан один из наиболее точных методов экспериментального определения (14) показателя

γ =

µ

u2 .

(14) RT Эту работу можно поставить в итоговом физическом практикуме. * Содержательное обобщение знаний учащихся по физике на уровне методологических принципов науки и пропедевтика всеобщего уровня методологии науки. Найдены приемы создания в сознании учащегося как личности, развивающейся одновременно с развитием взглядов на мир, его обобщенного образа, интегрирующего рассматриваемые наукой картины мира как парадигмы миропонимания. СЛЕДСТВИЯ ТЕОРИИ - глава 3 диссертации «Модель личностноориентированного обучения физике в средней школе»: * Модель личностно-ориентированного обучения физике, построенная на явном использовании в обучении структурной и уровневой триад методологии физики. Модель иллюстрируется на примерах вариативного изучения линейных и нелинейных колебаний пружинных маятников от физических оценок и использования анализа размерности в обучении учащихся гуманитарных и общеобразовательных школ, вплоть до изучения компьютерной имитационной модели динамического хаоса в обучении учащихся с углубленной подготовкой по физике. Модель личностно ориентированного обучения можно представить с помощью схемы 2. В общих чертах сущность вариативного построения содержания обучения физике как личностно-ориентированной учебной модели науки заключается в следующем. Приступая к изучению очередного раздела программы по физике целесообразно показать учащимся логику получения основных количественных соотношений раздела с помощью метода анализа размерностей как конкретного проявления симметрии и соразмерности законов природы. Параллельно “попытаемся угадать” вместе с учащимися вид этих же соотношений интуитивноассоциативным путем из “общих соображений” или с помощью физических оценок упрощенных моделей изучаемых явлений. Такое мысленное качественное конструирование количественных соотношений соответствует обращению к общим для всей физики методологическим адиабаты

22

Схема 2 Модель познавательной деятельности учащихся в вариативном обучении физике

ч и з

з

и а

е

н

н

у

т е

я

г

т н о н

з н

щ

о

и

М

р

е н

е

е и

д е

й

с

и

з н ц

к

и п ы

и

о

О

е

ц

т

ь

и

к

я

й л

у

ч

и

т

-Направления поиска уч-ся - Обратная связь: проверка ответа, защита результата перед учителем и учащимися

23

о р

е с

е

ы

и н

т

н

я

Ф

я

х

к

К о

и

а

л

с У

и

ч

ы п

м

л

и

ч

з е

в

с к и е

а

и

о

ь

т.

а

ч.

к

ь

е

ч

я

л

а

и

д

л

ы

м

о

Ф

е

и

л

р

т

е

е ф и

т

н

о

д

ы

е

а

н

о

к

м

Ф Д

с

е

и

к

принципам (относительности, простоты и красоты, дополнительности, суперпозиции, соответствия, толерантности, симметрии). Как правило, на этом этапе отсутствует явная разработка физической модели изучаемого явления. Поэтому успех в получении результата в значительной степени определяется умением неявно угадать основные черты такой модели. По существу, здесь закладывается понимание того, что может быть и чего не может быть в разбираемой физической ситуации. Следующим этапом планируется анализ основных соотношений изучаемого раздела с позиций фундаментальных законов природы (сохранения энергии, импульса, момента импульса, заряда). Например, взгляд с позиций закона сохранения энергии дает возможность выявить интересные аналогии между, казалось бы, совершенно непохожими друг на друга явлениями изучаемыми в разных разделах физики. На этом этапе требуется тщательная разработка физической картины протекающих процессов, создание физической модели явления. Однако степень детализации этой физической модели, как правило, ниже необходимой при описании явления на уровне конкретных законов физических теорий. При этом математические модели изучаемого явления, возникающие после записи применительно к этому явлению уравнений, выражающих соответствующие уровни методологии фундаментальных законов природы и законов конкретных физических теорий, могут оказаться совершенно различными. Именно это обстоятельство обусловливает принципиальное внимание в излагаемом подходе адекватному выбору математического аппарата (АМА), важному как для учебного теоретического исследования привычными аналитическими методами, так и для учебной разработки различных компьютерных моделей вычислительной физики. Возможности компьютеров, позволяют путем многочисленных расчетов по предельно простым вариантам записи физических законов изучать как традиционные вопросы линейной физики, так и формировать определенные представления учащихся о поведении сложных нелинейных систем без привлечения математического аппарата нелинейной теории. Далее ставится вопрос о сравнении результатов вычислительного эксперимента с результатами натурного эксперимента, если его можно поставить на оборудовать школьного кабинета физики. Изучение раздела завершается наиболее “стандартным” образом, основанном на использовании методологии уровня законов конкретных физических теорий с сопровождающим изложение демонстрационным экспериментом, как натурным, так и компьютерным. Подводя итог, обращаем внимание учащихся на достоинства и недостатки того 24

или иного метода. Выбираем изучения определенного круга степени общности различных границ их применимости и их

оптимальный из них на данном этапе явлений. Добиваемся четкого осознания методов изучения физических явлений, места в общей методологии физики.

Переходя к решению задач подчеркиваем, что метод решения конкретной задачи подсказывает сама физическая теория, в рамках изучения которой рассматривается задача. Однако, учащиеся, подготовленные всем предыдущим ходом изучения теоретического материала не спешат искать “подходящую формулу”, а анализируют возможности отыскания ответа на поставленный вопрос, используя ранее усвоенные знания о структуре и уровнях методологии физики. При этом вопрос о развитии индивидуальности ребенка как субъекта обучения решается достаточно успешно, так как у каждого ученика есть возможность выбора того метода, который он усвоил лучше всего. Пусть на первых порах этот метод не будет оптимальным. Обсуждение и сопоставление предложенных в классе решений в процессе общения между учащимися, получившими один и тот же результат разными методами, дает возможность отыскания оптимального решения, как правило, требующего синтеза ряда методов. Изложенная схема познавательной деятельности не является жесткой, так как допускает успешное проектирование индивидуальных действий по изучению материала не только в «прямом», но и в «обратном» направлении. Кроме этого, возможна комбинирование методологических подходов к решению проблемы в зависимости от вида проблемы и особенностей индивидуального умственного опыта или желаний ученика. Существенным недостатком описанного подхода к вариативному обучению физике в массовой школе является определенное увеличение затрат учебного времени на изучение начальных разделов любой программы. Однако этот недостаток по мере накопления учащимися методологического опыта устраняется, что обусловливает дальнейшее ускоренное изучение остальных разделов. Организованное описанным образом обучение происходит с высокой степенью результативности в достижении саморегуляции при «добывании» физического результата тем или иным способом. Весомой компенсацией отмеченного недостатка являются глубокие, прочные и фундаментальные знания выпускников. * Критерии эффективности модели личностно-ориентированного обучения физике: -Компетентность К=n/N - отношение числа решенных учеником задач (n) к общему числу N предложенных ученику задач. 25

-Внутрипредметная вариативность В =m/M - отношение m - числа способов, которыми ученик решил однотипные задачи к числу M однотипных задач в контрольной работе. -Саморегуляция внутрипредметная С (качественный показатель). Преимущественное использование в познавательной деятельности соответствующих средств методологии физики обозначено:1-использование методологических принципов физики, 2 - фундаментальных законов природы, 3 - конкретных законов физических теорий; e- экспериментальных, tf - теоретических (алгоритмических) ta -теоретических (эвристических), с-вычислительных. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ - глава 4 диссертации «Экспериментальная проверка методики вариативного построения содержания обучения физике». Доказана возможность вариативного построения содержания обучения физике в массовой практике школ различного профиля (от гуманитарного до физико-математического) и различного уровня (от уровня основной школы до уровня лицейской допрофессиональной подготовки), а также по индивидуальным образовательным маршрутам. В главе 4 раскрываются организационно-структурная и содержательная стороны проведенного педагогического эксперимента, проводившегося в течение 1992 - 1999 учебных годов в четыре этапа: констатирующий, поисковый, формирующий, контрольный. Эксперимент проводился в школах разного уровня и профиля, указанных на с. 15 автореферата. Для оценки эффективности методики использованы показатели К, В, С. При этом относительные количественные показатели К о и В о получаются в результате деления соответствующих средних абсолютных показателей экспериментальной ( К , В ) группы на одноименные

средние

показатели

контрольной

( К′,

В ′ ) группы: К о = К К ′ ,

В о = В В ′ . Введение относительных показателей вызвано необходимостью исключения влияния регионального расположения групп, участвовавших в педагогическом эксперименте, на оценку эффективности методики вариативного построения содержания обучения физике. Для удобства проведения сравнительного анализа качественного

показателя С о в «знаменатель» этого показателя записываются наиболее часто проявляющиеся и повторяющиеся при выполнении срезовых работ уровни и методы методологии физики в познавательной деятельности учеников экспериментальных групп, в «числитель» - контрольных групп: С о = С ′ / С . 26

Итоговые относительные показатели К о , В о , С о интеллектуального развития личности за весь период проведения педагогического эксперимента по каждой экспериментальной и контрольной группам сведены в таблицу 1. Таблица 1. Вариативность Саморегуляция № Компетентность группы Ко Во Со 01 0,81/0,64=1,26 1,50/1,00=1,50 3; tf / 1,2+3; e+ta ,с 02 0,89/0,69=1,29 1,78/1,00=1,78 3; tf / 1+2+ 3; e+ ta 03 0,88/0,67=1,31 1,71/1,10=1,55 3; tf / 1+2 +3; ta + с 04 0,79/0,59=1,33 1,66/1,10=1,51 3; e +tf / 1+2+3; e+ ta +с 05 0,75/0,58=1,36 1,51/1,10=1,37 3; tf / 1,2+3; e+ ta, с 06 0,77/0,59=1,31 1,55/1,10=1,41 3; e +tf / 1+2+3; e+ ta, с 07 0,76/0,57=1,33 1,53/1,11=1,37 3; e, tf, с / 1+2+3; e+ta + с 08 0,75/0,56=1,34 1,56/1,10=1,42 3; ta / 1+2+ 3; ta + с 10 0,79/0,61=1,29 1,45/1,10=1,31 3; tf / 1+2 +3; e+ ta +с 11 0,91/0,79=1,15 1,75/1,11=1,58 2,3; tf / 1,2 +3; e, ta , с 13 0,82/0,65=1,26 1,51/1,11=1,36 2,3; e,tf, с/1,2 +3; e+ ta +с 14 0,89/0,72=1,23 1,81/1,31=1,38 2,3; e, ta,c/1+2+3; e+ta +с 15 0,79/0,57=1,38 1,52/1,11=1,37 2,3; e +tf/ 1+2 +3; e+ta +с 16 0,78/0,56=1,39 1,54/1,12=1,38 2,3; e +tf / 1+2+3; e+ta 17 0,77/0,59=1,31 1,47/1,10=1,34 3; e, tf / 1+2 +3; e+ta 18 0,78/0,58=1,34 1,49/1,11=1,34 3; tf / 1+2+3; e+ta +с 19 0,81/0,61=1,32 1,51/1,11=1,36 3; tf / 1+2+3; e+ta +с 20 0,79/0,58=1,36 1,55/1,10=1,41 3; e +tf / 1+2+3; e +ta +с 21 0,81/0,63=1,28 1,53/1,11=1,37 2,3; e +tf / 1+2+3; e +ta 22 0,82/0,59=1,38 1,52/1,11=1,37 3; e +tf / 1+2+3; e +ta +с 23 0,78/0,57=1,36 1,57/1,10=1,43 3; e, tf / 1+2+3; e +ta 24 0,89/0,76=1,17 1,89/1,50=1,26 1,2,3;e+ta,с/1+2+3;e+ta+с 25 0,75/0,58=1,29 1,57/1,10=1,43 2,3; e+tf /1+2+3; e+ta +с 26 0,76/0,57=1,33 1,51/1.10=1,37 3; e, tf / 1+ 2+3; e+ ta +с 27 0,81/0,62=1,31 1,67/1,11=1,5 3; e, tf / 1+2+3; e+ta +с 28 0,79/0,61=1,29 1,55/1,10=1,41 3; e+tf / 1+2+3; e+ta +с 29 0,76/0,57=1,33 1,49/1,10=1,35 3; e, tf / 1 +2 +3; e + ta +с ∑ 27 Преобладающий состав ∑ =35,30 ∑ = 38,23 К о = 1,31 В о = 1,41 С о =3;e,tf/1+2+3; e+ta +с Высокие показатели интеллектуального развития личности учащихся в экспериментальных группах по сравнению с одноименными показателями такого же числа учащихся в контрольных группах дают основания уверенно судить о высокой эффективности предложенной

27

методики личностно - ориентированного обучения физике, основанной на целенаправленном использовании структуры и уровней методологии базисной науки. Сравнительный анализ качественного показателя С о показывает значительно более разнообразный его состав в экспериментальных группах учащихся по сравнению с контрольными группами. Этот факт выражает более широкий спектр различных эвристических приемов внутрипредметной саморегуляции познавательной деятельности по изучению физики учащимися экспериментальных групп по сравнению с достаточно однообразными (в основном алгоритмическими) действиями учащихся контрольных групп. Применение критерия знаков к распределению количественных показателей К о и В о , а также сравнительный анализ качественного показателя С о позволяет считать доказанной гипотезу исследования об эффективности вариативного построения содержания обучения физике. Оценки практической приемлемости и эффективности методики вариативного построения содержания обучения физике в виде вариативного ряда изучения учебного материала по физике, а также оценку эффективности методики развития индивидуальности учащихся в процессе вариативного обучения физике осуществляли эксперты 1 типа опытные учителя и администраторы средних школ. Оценки корректности физического содержания и эффективности методологических подходов вариативного построения содержания обучения осуществляли эксперты 2 типа - ученые физики, имеющие опыт преподавания, а также методисты физики. Экспертная оценка методики вариативного построения обучения физике проводилась по следующим направлениям: - возможность учета индивидуально-типических особенностей детей при групповой организации сюжетно - проблемного изучения теоретического материала и решения задач на уроках физики в массовой школе; - возможность варьирования методов изучения учебного материала одного и того же физического содержания с целью развития исследовательских способностей учащихся и накопления индивидуального интеллектуального опыта творческой деятельности при изучении физики; - возможность варьирования содержания учебного материала для ознакомления с достижениями физики как науки; - возможность самопознания индивидуального стиля познавательной деятельности и его развития средствами методологии физики; 28

- возможность применимости методики к различным типам школ и образовательным программам; - возможность измеримости оценки личностного результата обучения физике на основе показателей интеллектуального развития личности, таких как: учебная компетентность (К), внутрипредметная вариативность (В), внутрипредметная саморегуляция (С). Формализованные оценки экспертов обоих типов дают основания считать эффективность методики вариативного построения содержания обучения физике высокой. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы: 1. Вариативное построение содержания обучения физике на основе триад структуры и уровней методологии физики обеспечивает оптимальное удовлетворение образовательных потребностей ребенка, ускоряет развитие саморегуляции в учебной деятельности, детерминирует повышение качества обучения физике и способствует профессиональному самоопределению выпускника средней школы. 2. Для развития творческой индивидуальности учащегося как субъекта обучения физике каждым учителем может быть построена методическая система включения учащегося в различные виды познавательной деятельности по вариативному изучению материала, образовательные и развивающие результаты которой могут быть достигнуты использованием различных методов структурной и уровневой триад методологии физики. Усвоение толерантности различных исследовательских подходов ведет к развитию у учащихся способности понимания собственной индивидуальности и индивидуальности других участников образовательного процесса в ходе использования доминирующих методов в их субъектной деятельности, к развитию умений конструктивного партнерства при коллективном исследовании учебных физических проблем, с переносом развитых умений исследовательской деятельности в область решения новых проблем. 3. Вариативное обучение является средством практической реализации личностно-ориентированной учебной модели науки. Границами применимости модели являются рамки обучения решению физических задач и изучения нового теоретического материала, конструирование содержания которых допускает на уровне средней школы возможность проведения корректного разностороннего и разноуровневнего анализа учебного материала средствами структурной и уровневой триад методологии физики. 29

4. Для повышения степени адекватности оценки уровня развития индивидуальных интеллектуальных возможностей учащихся в вариативном обучении физике (наряду со знаниями, умениями и навыками) могут быть применены элементы психологической системы показателей интеллектуального развития личности, такие как: К - учебная компетентность, В - внутрипредметная вариативность, С - внутрипредметная саморегуляция. 5. Обучение теоретическому учебному материалу и решению физических задач, основанное на структурной и уровневой триадах методологии физики, с дальнейшим итоговым содержательным обобщением знаний в мировоззренческие структуры с опорой на методологические принципы физики позволяет добиваться понимания учащимися физики не как совокупности отдельных теорий, а как целостной фундаментальной науки, являющейся методологической основой решения комплексных (техногенных, экологических, энергетических) проблем современности. При этом различным категориям учащихся (классифицируемым по различным основаниям в отношении изучения физики) предоставляется возможность изучения с единых методологических позиций учебного материала, построенного как на законах классической физики, так и на достижениях физики как науки. Эта возможность гарантируется разносторонним анализом материала с позиций методов экспериментальной, теоретической, вычислительной физики, с различной степенью детализации моделей изучаемых явлений на уровнях методологических принципов физики, фундаментальных законов природы, конкретных законов физических теорий без использования сложных методов физики. 6. Педагогический эксперимент подтвердил правильность выдвинутой гипотезы исследования о том, что целенаправленное использование средств структурной и уровневой триад методологии физики в вариативном обучении основам физики создает объективные возможности для развития творческой индивидуальности школьников как субъектов обучения и существенного повышения качества обучения предмету в средней школе. Эти возможности реализуются при изучении материала вариативного ряда - прикладного пакета практической поддержки вариативного построения содержания обучения физике. Разработанное диссертантом содержание материала вариативного ряда широко используется в педагогической практике учителей физики средних школ разного уровня и профиля, а также в системах подготовки и повышения квалификации учителей физики в различных регионах СНГ. Проведенное исследование открывает новые перспективы в развитии теории и методики обучения физике: в разработке познаватель30

ного инварианта методологических знаний учащихся; в совершенствовании методологического обеспечения курсов физики школ и классов, дифференцируемых по различным основаниям; в комплексных исследованиях тонких особенностей и деталей становления индивидуальности ученика как субъекта обучения физике и их влиянии на характер, тенденции и степень сформированности базовой культуры личности выпускника средней школы. Разработанные методологические основы вариативного построения содержания обучения физике адресованы: авторам учебной и методической литературы по физике; методистам-исследователям для изучения возможностей творческого становления субъектов обучения и совершенствования интеллектуального развития личностей учащихся средствами содержания классической физики и методической обработки достижений современной физики; методистам кабинетов повышения квалификации учителей при раскрытии методологических подходов к интеллектуальному развитию учащихся при изучении теоретического материала и обучении решению физических задач; кафедрам методики обучения физики в профессиональной методической подготовке студентов; учителям физики средних школ различной уровневой и профильной ориентации для практической реализации вариативного построения содержания обучения физике. Основное содержание и результаты исследования отражены в следующих публикациях диссертанта (представляющих собой извлечение из списка работ автора по теме исследования). Учебные пособия, пособия для учителей. 1. Актуальные вопросы внеурочной работы по математике в средней школе: Учебно-методическое пособие. / Под ред. И. Н. Семеновой. Екатеринбург, 1999. - 120 с. / 15 с. (В соавт.) 2. Задачи Санкт - Петербургских олимпиад по физике 1996/97 и 1997/98 учебных годов. Условия, решения, пояснения: Учебное пособие / Под общ . ред. А. А. Курдюмова и А. С. Чирцова - СПб.: Изд-во С.- Петербургского городского дворца творчества юных, 1999. - 103 с. / 7 c. (В соавт.) 3. Краткий справочник по физике. / Под ред. С. Д. Ханина. - СПб.: Изд-во «Питер», 2000. - 288 с / 35 с. (В соавт.) 4. Методика изучения колебаний пружинных маятников (с пакетом прикладных программ компьютерной поддержки): Пособие для учителей. - СПб.: ЛОИРО, 1998. - 56 с. 5. Методика обучения решению олимпиадных физических задач: Пособие для учителей. - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского городского дворца творчества юных, 1997. - 102 с. / 45 с. (В соавт.) 31

6. Методологические основы решения задач по физике в средней шко-

ле: Учеб. пособ.-СПб.:Образование, 1996.- 80 с/39 с. (В соавт.) 7. Методологические основы решения задач по физике в средней школе: Главы 1-3 // Учебная физика.-№ 5.-1998.-С.46-77.(В соавт.) 8. Методологические основы решения задач по физике в средней школе: Главы 4-5 // Учебная физика.-№ 6.-1998.-С.39-69.(В соавт.) 9. Роль задач в формировании математических знаний и развитии учащихся: Учебное пособие / С. В. Бубликов, Х. Ж. Ганеев и др. / Под ред. И. Н. Семеновой. - Екатеринбург: Изд-во УГПИ, 1993. - 84 с. / 9 с. ( В соавт.) 10. Элементарная механика в примерах и задачах: Учебное пособие. Фергана: Олтин подий, 1999. - 124 с. / 39 с. (В соавт.) Глава в монографии, методические рекомендации для учащихся, студентов и учителей, программы. 1. Методологические основы изучения нелинейных явлений в курсе физики средней школы / Научный редактор А. С. Кондратьев: Программа спецкурса для студентов физических специальностей педвузов. - СПб.: Образование, 1994. - 8 с. / 8 с. 2. Методологические основы решения физических задач: Программа факультативного курса для XI класса средней школы. - СПб.: Образование, 1996. - 16 с. / 16 с. 3. Методические рекомендации к использованию принципа относительности в курсе физики средней школы / С. В. Бубликов, А. С. Кондратьев и др./ Научный редактор Г. А. Бордовский. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1989. - 63 с. / 27 с. (В соавт.) 4. Методические рекомендации по развитию физического мышления на основе изучения принципа относительности и законов сохранения энергии и импульса / С. В. Бубликов, И. Б. Горбунова / Научный редактор А.С. Кондратьев. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1989. 50 с. / 26 с. (В соавт.) 5. Методические рекомендации по решению задач по механике векторным методом / С. В. Бубликов, А. С. Кондратьев, В. В. Лаптев и др. / Научный редактор Г. А. Бордовский. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1989. - 50 с. / 9 с. (В соавт.) 6. Механика: Методические указания по подготовке к вступительным экзаменам по физике / С. В. Бубликов, А. С. Кондратьев и др. / Научный редактор Е. Д. Трифонов. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И.Герцена, 1990. - 90 с./ 47 с. (В соавт.) 7. Физика: Методические рекомендации по подготовке к вступительным экзаменам / С.В.Бубликов, А.С.Кондратьев и др./ Под ред.С.В.Бубликова.- СПб.: Образование, 1994.-140 с/57 с.(В соавт.) 32

8. Характеристика качества целостной подготовки школьного учителя в

1. 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

области физико-математических специальностей // Подготовка специалиста в области образования: Анализ и оценка качества: Коллективная монография / Отв. ред. Г.А.Бордовский.-Выпуск III.- СПб.: Образование, 1996.-С.118-137. (20 с./ 5 с., соавт. Н. Л. Стефанова) Статьи в научно-методических журналах, главы в монографиях, сборниках научно-методических статей и других периодических методических изданиях. Активизация мышления учащихся при изучении механики // Учебная физика. - № 5. - 1998. - С. 8 - 11. Алгоритмы разноуровневого вычислительного эксперимента по изучению колебаний нелинейного осциллятора // Преподавание физики в школе и вузе: Материалы научной конференции «Герценовские чтения». - СПб.: Образование, 1997. - С. 44 - 53. Вариативность обучения численным решениям физических задач по геометрической оптике и кинематике с использованием оптико - механической аналогии // Инновационные аспекты обучения физике в школе и вузе: Сб. науч. ст. - СПб.: Образование, 1998. - С. 33 - 41. Возможности индивидуализации обучения физике в средней школе средствами методологии физики // Современные проблемы обучения физике в школе и вузе: Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения». - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 1999. - С. 20 - 26. Изучение малых нелинейных колебаний по аналогии с линейными // Физическое образование в школе и вузе / Под редакцией А. С. Кондратьева, В. В. Лаптева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Материалы научно-практической межвузовской конференции. - СПб.: Образование, 1997. - С. 28 - 30. Изучение динамического хаоса в упругой системе с числом степеней свободы 3/2 // Методика обучения физике в школе и вузе: Сб. науч. ст. - СПб.: Изд-во РГПУ, 1999. - С. 134 - 136. Индивидуализация познавательной деятельности учащихся на основе системы методологических принципов физики // Современные тенденции обучения физике в средней школе / Под ред. А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Межвузовский сборник научных трудов. - Л.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 1991. - С. 34 - 41. Имитационная модель динамического хаоса в упругой системе с числом степеней свободы 1,5 // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. - Выпуск 10. - Глазов - СПб.: ГГПИ, 2000. - С. 106 - 108.

33

9. Качественное прогнозирование и количественный расчет скорости в

одном мысленном эксперименте по теории относительности // Учебная физика. - № 6. - 1998. - С. 22 - 24. 10. Метод размерности при изучении протекания жидкости через преграду // Современные проблемы физического образования: Материалы региональной научно-методической конференции. - СПб.: Образование, 1997. - С. 63 - 66. (3 с./ 2 с., в соавт.) 11. Метод фазовой плоскости и основы нелинейной физики в средней школе // Интеллектуальное развитие учащихся в процессе обучения физике: Сб. науч. ст. / Отв . ред. И. Г. Пустильник, Т. Н. Шамало. Екатеринбург: Изд-во УГПУ, 1994. - С. 58 - 64. (7 с. / 3 с., в соавт.) 12. Методическая система задач-оценок для профильно ориентированного обучения физике // Высокие интеллектуальные технологии образования и науки: Материалы V Международной научно-методической конференции по программе «Университеты России».- СПб.: Изд-во СПб ГТУ, 1998. - С. 192 - 193. 13. Методические приемы активизации мышления учащихся при изучении механики в школах спортивного профиля // Современные проблемы физического образования: Материалы региональной научнометодической конференции. - СПб.: Образование, 1997. - С. 27 - 30. 14. Методологические основы повышения эффективности обучения физике в средней школе // Актуальные проблемы методики преподавания физики: Мат-лы научн. сессии МПГУ (подсекция методики преподавания физики).-М.: ЭОС, 1996.-С. 27 - 29. 15. Методологические основы творческой познавательной деятельности при обучении физике // Методологические проблемы физического образования: Материалы научной конференции «Герценовские чтения». - СПб.: Образование, 1995. - С. 6 - 7. 16. Методологический инструментарий изучения механических колебаний и волн в школах и классах разного профиля // Теория и методика обучения физике: Материалы научно-практической конференции северо-западного отделения РАО. - СПб.: Образование, 1996. - С.31-32. 17. Методологические основы вариативного построения содержания обучения физике // Высокие интеллектуальные технологии образования и науки: Материалы VII Междунар. науч.-методич. конф. - СПб.: Изд-во СПб ГТУ, 2000. - С. 83 - 84. 18. Методологический инструментарий изучения нелинейных явлений в курсе физики средней школы // Дифференцированное обучение физике в современной школе: Межвузовский сборник научных трудов. СПб.: Образование, 1993.- С. 14 -19.

34

19. Модель познавательной деятельности учащихся в вариативном обу-

чении физике // Теория и практика обучения физике: Сб. н. тр. СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000. - С. 39 - 43. 20. Модель становления исследовательской компетентности школьников при обучении физике // Обновление технологии школьного образования: Сб. н. тр.-СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000.-14 с / 14 с. 21. Некоторые возможности развития вариативности мышления учащихся при обучении физике // Нетрадиционное обучение физике в средней школе / Под редакцией А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Межвуз. сб. н. тр.-СПб.: Образование, 1992. - С.23-33.(10 с. / 8 с., в соавт.) 22. О методе подобия в курсе физики средней школы // Обучение физике в школе и вузе: Межвуз. сб. научных статей. - СПб.: Образование, 1998. - С. 76 - 79. 23. Основы теории разнопрофильного обучения физике в средней школе // Теоретические проблемы физического образования / Под редакцией А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Материалы научно-практической конференции северо-западного отделения РАО. СПб.: Образование, 1996. - С. 41- 42. 24. Оптико-механическая аналогия и вариативность математических моделей физических задач по геометрической оптике и кинематике равномерного прямолинейного движения // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. - Вып. 8.- Глазов СПб.: ГГПИ, 1999. - С. 68 - 73. 25. Особенности изучения сложных систем в школе равных возможностей // Творческий поиск учителей 399 школы: Сб. метод. ст. - СПб.: Изд-во комитета по образованию, 1995. - С.15-18. (4 с./ 2,5 с., в соавт.) 26. Повышение наглядности оптико-механической аналогии простыми средствами номографии при обучении физике // Проблемы совершенствования физического образования: Сборник научных статей. СПб.: Изд-во РГПУ, 1998. - С. 31-38. 27. Показатели интеллектуального развития личности, характеризующие уровень развития индивидуальных творческих возможностей учащихся, и особенности их измерения при обучении физике // Методика обучения физике в школе и вузе: Сб. н. ст. - СПб.: Изд-во РГПУ им. Герцена, 1999. - С. 14 - 19. 28. Простой опыт по демонстрации малых нелинейных механических колебаний // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. н.метод. ст. - Выпуск 3.-Глазов: ГГПИ, 1997.- С. 27-29. 29. Развитие интуиции учащихся при изучении колебаний маятника методом анализа размерности // Розвиток творчих здiбностей учнiв у 35

процесi навчання фiзицi / Составитель и редактор А. А. Давиден: Сборник статей. - Ч.1. - Чернигов: Изд-во ОИКПРО, 1996. - С. 28 - 30. 30. Самодельный демонстрационный комплекс для начального изучения магнитного поля // Нетрадиционное обучение физике в средней школе / Под редакцией А. С. Кондратьева, И. Я. Ланиной, С. В. Бубликова: Межвузовский сборник научных трудов. - СПб.: Образование, 1992. - С. 99 - 104. (5 с. / 3 с., в соавт.) 31. Структура и уровни методологии физики как объективная основа вариативного построения обучения физике // Методика обучения физике в школе и вузе: Сборник научных статей. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000. - С. 12-18. (7с./ 7 с.) 32. Систематизация использования микрокалькуляторов в преподавании физики в средней школе // Информационный лист Восточно - Казахстанского межотраслевого центра научно - технической информации. - Рубрика 50.01. - № 86-85. - Усть-Каменогорск: ВКЦНТИ, 1985. - 12 с. / 12 с. 33. Сочетание демонстрационного и вычислительного эксперимента при изучении колебаний нелинейного осциллятора // Учебный эксперимент в высшей школе: Научно-методический журнал. - № 2. - 1998. С. 16 - 24. 34. Степень детализации физической модели явления // Учебная физика. - 2000. - № 1. - С. 26 - 29. 35. Структура и уровни методологии физики как объективная основа индивидуализации обучения физике // Наука и школа. - № 5. - 1999. С. 28 - 33. 36. Структурная триада физики при изучении малых колебаний нелинейного осциллятора // Физика в школе и вузе: Сборник научных статей. - СПб.: Образование, 1998. - С. 60 - 65. 37. Уровни детализации изучения скорости звука в газах в профильном обучении физике в средней школе // Физика в школе и вузе: Сб. научных ст. - СПб.: Образование, 1998. - С. 44 - 48. 38. Уровни методологии физики в преподавании на подготовительных отделениях вузов // Преподавание физики в высшей школе. Школа и вуз: Сборник научных трудов. - № 9. - М.: Прометей, 1997. - С. 24 - 29. 39. Уровни методологии физики при изучении малых колебаний нелинейного осциллятора // Преподавание физики в высшей школе: Научно - методический журнал. - № 13. - М.: МПГУ, 1998. - С. 6 -14. 40. Уровни обучения физике в средней школе // Разноуровневое развивающее обучение в современной школе: Материалы межвузовского семинара. - СПб.: Образование, 1993. - С. 33 - 34. (В соавт.) 41. Физический вакуум и вопросы структуры материи и взаимодействия в курсе физики средней школы // Новое в методике преподава36

ния физики: Сборник научно-методических статей. - СПб.: Образование, 1995. - С. 27 - 30. (4 с./ 2 с., в соавт.) 42. Физическая оценка периода колебаний нелинейного осциллятора // Методика обучения физике в школе и вузе: Сборник научных статей. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2000. - С. 171 - 177.

37

Подписано в печать 19.10.2000 г. Объем: 2,5 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ №

38