Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, кандидат педагогических наук Никитин, Григорий Романович

• Никитин, Григорий Романович
• кандидат педагогических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат педагогических наук Никитин, Григорий Романович

Введение.

Глава 1. Методологические основания для изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий учащимися старших классов

1.1 Моделирование как метод учебного познания фундаментальных физических теорий.

1.2 Классификация физических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

1.3 Вариативность в обучении учащихся средней школы методам экспериментального физического исследования.

Выводы по главе 1.

Глава II. Методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий

2.1 Вариативный подход в изучении экспериментального базиса фундаментальных физических теорий.

2.2 Методы, формы и средства изучения фундаментальных физических опытов учащимися старших классов в условиях вариативного подхода.

2.3 Экспериментальная подготовка будущих учителей физики к работе в школе с современным оборудованием.

Выводы по главе 2.

Глава III. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента

3.1 Организация педагогического эксперимента: задачи, структура, критерии и показатели.

3.2 Педагогический эксперимент и его результаты.

3.2.1 Констатирующий эксперимент.

3.2.2 Поисковый эксперимент.

3.2.3 Обучающий и контрольный эксперименты.

Выводы по главе 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов»

Одна из современных задач модернизации физического образования связана с индивидуализацией и дифференциацией процесса обучения на основе идей генерализации и вариативности, персонализации, информатизации. Осуществить эти идеи можно в условиях обновлённых целей, содержания и технологий обучения физике. Учитель, реализующий их, должен владеть приёмами и способами« обучения, понимать закономерности образовательного процесса, уметь соединять традиционное с инновационным, алгоритмические предписания с творческими методами и средствами обучения, иными словами - быть компетентным специалистом.

Успешно решать задачи модернизации физического образования может лишь учитель, владеющий методами учебного познания, в том числе экспериментальными. Формирование экспериментальных знаний и умений у учащихся средней школы осуществляется в процессе обучения- физике в двух основных направлениях: организация и проведение учебного эксперимента; ознакомление с историческими опытами, сыгравшими значительную роль, как в развитии физической науки, так и в становлении фундаментальных физических теорий.

Историческими можно назвать научные эксперименты, зафиксированные в истории науки, среди них особое место занимают фундаментальные опыты. Л.И. Резников, выделив фундаментальные опыты, впервые разработал методические основы, их изучения в школьном курсе физики. В дальнейшем эти- идеи? получили развитие в работах других исследователей (C.JI. Волыдтейна, Г.М. Ролина, В.М. Дукова, О.Ф. Кабардина, С.Е. Каменецкого, И.С. Карасовой, В.В. Лаптева, В.В. Майера, Е.С. Объедкова, Е.В: Оспенниковой, A.A. Покровского, Н.С. Пурышевой, Д.А. Исаева, Н.В. Шароновой, В.Ф. Синенко, A.A. Смирнова, Л.М. Свирской, Б.И. Спасского, М.И. Старовикова, A.B. Усовой и A.A. Боброва, Н.П. Форостянной, М.А. Червонного,

Т.Н. Шамало, Д. Шодиева и др.). В работах вышеназванных исследователей можно встретить термины, определяющие характер эксперимента: «фундаментальный», «исторический», «решающий», «ключевой», «классический», «великий», «основополагающий». Изученная литература позволяет заключить, что в настоящее время остаётся1 нерешённым вопрос о статусе физических опытов, поскольку не определены критерии для их классификации. Не все рассматриваемые в школе исторические опыты являются одинаково значимыми, среди них особое место занимают фундаментальные, потому что именно на их основе формируется представление о роли физического эксперимента в становлении современных идей и теорий.

В структуре и содержании' фундаментальной физической теории исторические опыты выполняют разные функции. Они требуют разнообразных средств для демонстрации, поэтому их изучение требует вариативного подхода'. Проблеме вариативного, обучения посвящены исследования психологов • (А.Г. Асмолова, В.В.Давыдова, А.А.Леонтьева и др.); педагогов (А.И: Маркушевича, Ю.Н. Кулюткина, В.М: Монахова, В:В. Фирсова, A.M. Кондакова, В.А. Левина, Ю.В. Громыко, Е.В: Клеймёновой и др.); дидактов (И.Л. Беленок, А.П. Усольцева, Г.Г. Гранатова, М.Д. Даммер, Ю.И. Дика, A.B. Хуторского, Ю.П. Дубенского и И.П. Попович, В.И: Земцовой, Б.М-. Игошева, А.Н. Мансурова, А.Е. Марона, A.B. Петрова, ВТ. Разумовского, Н:Н. Тулькибаевой, A.B. Усовой, A.A. Шаповалова и др.):

Признаками вариативного обучения^ являются- наличие одинаково привлекательных и доступных- для учащихся вариантов реализации программы, заданий; возможности выбора школьниками одного из вариантов, соответствующего их возможностям, интересам, предпочтениям; быстрое и гибкое реагирование на изменения в выборе цели и задач обучения: Ведущим методом при изучении исторических опытов является экспериментальный (Л.И. Резников, О.Ф. Кабардин), от планирования различных видов эксперимента, средств для его постановки, способов реализации вариативного подхода для демонстрации исторических опытов зависит успешность использования данного метода в обучении физике.

В настоящее время проблеме использования всех видов физического эксперимента уделяется достаточное внимание, потому что её решение связано с повышением качества обучения физике. Основные направления совершенствования школьного физического эксперимента во многом зависят от использования компьютера в обучении. Современными видами учебного эксперимента являются виртуальный, в котором компьютер является виртуальной средой для моделирования, и компьютеризированный, в котором компьютер выступает частью реальной экспериментальной установки. Использование этих видов эксперимента в обучении физике имеет как положительные, так и отрицательные стороны, поэтому традиционный эксперимент, в котором компьютер не используется, остаётся основным в обучении физике. Поскольку компьютеризированный и традиционный эксперименты проводятся на реальном оборудовании, их можно отнести в одну группу натурного эксперимента, который является альтернативным виртуальному. Решить актуальную проблему повышения качества знаний школьников по физике можно в обоснованном сочетании различных видов физического эксперимента. В известных нам работах не рассматривается методика обучения учащихся старшей профильной школы моделированию исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий в условиях вариативного использования натурного (традиционного, компьютеризированного) и виртуального экспериментов, поэтому эта проблема требует дополнительного исследования и решения.

Изложенное позволяет выявить противоречия в теории и практике вариативного обучения учащихся старшей профильной школы историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий. Эти противоречия проявляются: на социально-педагогическом уровне: между социальной потребностью, связанной с использованием альтернативных средств обучения и недостаточной разработкой путей и средств комплексного использования материальных и виртуальных моделей; на общенаучном уровне: между необходимостью использования методологических знаний об исторических опытах, внёсших определённый вклад в развитие и становление теоретических знаний, и недостаточностью дидактического обоснования роли опыта в построении фундаментальной физической теории; на методическом уровне: между необходимостью включения в образовательный процесс по физике современной вычислительной техники, готовностью учащихся старшей школы к использованию новых информационных технологий как средства учебного познания и недостаточной подготовкой учителя физики к их эффективному применению; между необходимостью вариативного использования натурного (традиционного и компьютеризированного) и виртуального экспериментов в процессе изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, и недостаточным обеспечением технологическими способами их взаимосвязанного применения.

Необходимость разрешения вышеназванных противоречий определила актуальность настоящего исследования, проблему которого мы видим в поиске ответа на вопрос: какой должна быть методика обучения учащихся старших классов историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий, в условиях использования вариативных методов и средств учебного познания. Решение данной проблемы обусловило выбор темы исследования: «Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов».

Объект исследования: процесс обучения физике учащихся старших классов.

Предмет исследования: изучение учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе вариативных средств и способов обучения.

Цель исследования: теоретическое обоснование и разработка методики вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории.

Гипотеза исследования: изучение учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, может быть эффективным, если:

• определить статус исторических опытов в соответствии со структурой фундаментальных физических теорий, систематизировать их, включив в инвариантную и вариативную составляющие учебной программы по физике для старшей профильной школы;

• выбрать вариативные средства и способы для изучения фундаментальных, основополагающих и опорных опытов в условиях школьного кабинета физики и «домашней лаборатории» ученика;

• осуществить моделирование физических опытов, раскрывающих суть явлений и закономерностей, на основе проектной деятельности учащихся в процессе использования альтернативных экспериментальных средств обучения (натурных, виртуальных), способствующих развитию исследовательских умений, мотивации учения школьников;

• осуществить целенаправленную подготовку студентов (будущих учителей) вариативному использованию взаимодополняющих экспериментальных средств и методов обучения историческим опытам.

Задачи-исследования:

1. Проанализировать состояние проблемы в области изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

2. Определить условия и требования вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

3. Разработать методику изучения учащимися» старшей профильной школы физических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе использования современного оборудования Ь-микро.

4. Определить структуру и содержание проектной деятельности учащихся в работе с материальными и виртуальными моделями в классе и дома!.

5. Разработать программу элективного - курса для учащихся старшей профильной школы «Экспериментальные факты- фундаментальных физических теорий» на основе вариативных экспериментальных средств обучения (натурных, виртуальных).

6. Разработать программу и содержание лабораторного практикума для студентов V курса по дисциплине «Методика обучения физике в профильных классах», обеспечивающего профессиональную подготовку будущих учителей физики к* деятельности по вариативному использованию взаимодополняющих экспериментальных средств и методов обучения учащихся старших классов.

7. Провести педагогический эксперимент, в ходе которого проверить гипотезу исследования.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: методология научного познания, теоретико-методологические основы формирования фундаментальных физических теорий, теория формирования обобщённых умений и навыков, моделирование как метод научного познания,, информационно-коммуникационные технологии обучения, вариативный подход в использовании экспериментальных методов научного познания,, концепция дифференциации и индивидуализации обучения, концепция конструирования и проектирования образовательного процесса, основы методики и техники школьного физического эксперимента, современные концепции развития самостоятельности личности в учении.

Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы научного исследования: 1) теоретический анализ научных трудов в области общей и предметной педагогики, методики обучения физике, психологии, философии,, инновационных методов обучения; 2) анализ нормативных документов для разных образовательных уровней обучения учащихся и содержания физического образования в виде ГОСов, различных программ курсов, в том числе элективных, а также способов организации процесса обучения физике учащихся старших классов;

3) количественное, описание процессов, механизмов использования моделей;

4) педагогический эксперимент (наблюдение, анкетирование, беседа, метод экспертных оценок,: контрольные срезы знаний учащихся, тестирование, контроль остаточных знаний); 5) методы математической статистики для обработки результатов эксперимента.

Научная новизна исследования:

1. Осуществлена классификация исторических опытов с целью включения их в инвариантную и вариативную части учебных программ для классов разного профиля по двум . основаниям. В" соответствии с предложенной классификацией . выделены: фундаментальные, основополагающие и опорные опыты, ' определяющие . базис фундаментальных физических теорий; совокупность фундаментальных •опытов, позволивших определить константы фундаментальных взаимодействий. 2. Разработана методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории, отражающая целевой, содержательный и процессуальный компоненты познавательной деятельности школьников. Целевой компонент определяется потребностями общества, учащегося, его мотивами и интересами; содержательный — экспериментальными фактами, входящими в основание, ядро и следствие теории; процессуальный -технологическим инструментарием, включающим взаимодополняющие экспериментальные средства (натурные, виртуальные).

3. Обоснован выбор условий вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, включающих три основных составляющих: 1) определение статуса исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий; 2) осуществление систематизации исторических опытов в соответствии с их классификацией; 3) определение компонентов процессуальной стороны вариативного обучения.

4. Определены дидактические требования к организации и проведению исследовательской деятельности учащихся с натурными объектами (на оборудовании Ь-микро) и виртуальными моделями в процессе изучения исторических опытов, к ним отнесены: 1) обоснованность выбора моделей эксперимента (натурных, виртуальных) для организации проектной деятельности учащихся; 2) сформированность экспериментальных умений у учащихся для осуществления учебно-познавательной деятельности; 3) сформированность профессиональных умений учителя физики для организации экспериментальной деятельности учащихся в работе с аналого-цифровым оборудованием.

Теоретическая значимость исследования состоит:

• В развитии методологических оснований для обучения одному из структурных элементов фундаментальной физической теории -экспериментальному факту, в процессе организации учебно-познавательной деятельности учащихся старших классов на занятии в школе и самостоятельной работе дома по выполнению физического эксперимента (натурного, виртуального).

• В разработке модели методики вариативного изучения учениками старших классов исторических опытов по физике, включающей потребностно-мотивационный, целевой, содержательный и информационно-образовательный компоненты учебно-познавательной деятельности школьников.

• В уточнении понятий «фундаментальный опыт», «основополагающий опыт», «опорный опыт» в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории.

Практическая значимость исследования заключается:

• В разработке программы элективного курса для учащихся старшей профильной школы по предмету «Физика» («Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий») и лабораторного практикума для студентов (будущих учителей физики) по дисциплине «Методика обучения физике в профильных классах» («Исторические опыты в структуре > фундаментальной физической теории»),

• В подготовке методического и учебного материала для проведения учебных занятий по изучению исторических опытов в старших классах разного профиля.

• В подготовке методических рекомендаций для преподавателей педвуза по обучению будущих учителей физики организации в школе физического эксперимента с аналого-цифровым оборудованием.

• В подборе и систематизации самостоятельных индивидуальных и разноуровневых экспериментальных заданий для выполнения их в классе и дома.

Достоверность результатов исследования обеспечена: всесторонним анализом проблемы исследования, применением современной научной методологии исследования; выбором методов исследования, адекватных его предмету; разнообразием методов опытно-экспериментальной работы и корректностью их применения; критической оценкой полученных результатов, их воспроизводимостью на основе сопоставления с результатами, полученными ранее по исследованию данной проблемы; применение методов математической статистики с целью выявления надёжности и достоверности выводов по результатам экспериментального обучения.

Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных семинарах и конференциях, посвящённых актуальным проблемам активизации учебно-познавательной деятельности учащихся в процессе обучения физике: «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», (Москва, 2010); «Фундаментальные науки и образование», Бийск, 2010; «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», (Рязань, 2010); «Развивающие технологии в образовании: использование учебных материалов нового поколения в образовательном процессе», (Томск, 2010); «Проблемы и перспективы развития образования в России», (Новосибирск, 2010); «Физика и ее преподавание в школе и в вузе. VIII Емельяновские чтения», (Йошкар-Ола, 2010); «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов педвуза», (Челябинск, 2008, 2009, 2010); «Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения квалификации кадров», (Челябинск, 2010).

Апробация методики вариативного изучения учащимися старшей школы исторических опытов осуществлялась в образовательных учреждениях (лицеях, гимназии, общеобразовательной школе). Общий объём опубликованных работ составил 9,8 п.л.

Положения, выносимые на защиту:

1. Содержательная и процессуальная стороны вариативного обучения учащихся старших классов зависят от профиля школы (класса). Фундаментальные опыты, определяющие базис любой фундаментальной физической теории, должны изучаться в полном объёме в классах любого профиля, поэтому они составляют инвариантную часть образовательной программы. Основополагающие и опорные (в большей степени) опыты могут быть частично включены в инвариантную или вариативную составляющую программы по физике в зависимости от профиля класса.

2. Методика вариативного изучения исторических опытов в структуре и содержании фундаментальной физической теории, включающая целевой, содержательный и процессуальный компоненты учебно-познавательной деятельности учащихся, предполагает реализацию потребностей и мотивов учения школьников в процессе их проектной деятельности по выполнению опытов с аналого-цифровым оборудованием.

3. Вариативность в обучении учащихся старшей профильной школы историческим опытам зависит от:

1) условий её организации, которая определяется: а) статусом исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальных физических теорий; б) классификацией исторических опытов и их систематизацией; в) разнообразием экспериментальных средств и дидактических способов предъявления содержания обучения историческим опытам по физике;

2) дидактических требований к организации и проведению исследовательской деятельности учащихся с натурными объектами и виртуальными моделями, предполагающих: а) обоснованность выбора моделей эксперимента для организации проектной деятельности учащихся; б) сформированность экспериментальных умений у учащихся для осуществления учебно-познавательной деятельности; в) наличие профессиональных умений учителя физики, организаующего экспериментальную деятельность учащихся в работе с аналого-цифровым оборудованием.

4. Элективный курс, программа которого апробирована в классах разного профиля, позволяет приобщить учащихся к проектной исследовательской деятельности на основе измерительного комплекса Ь-микро, осуществить вариативное обучение историческим опытам, составляющим базис фундаментальной физической теории.

5. Методика вариативного обучения историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий, обеспечивается профессиональной компетентностью учителя физики, владеющего современными информационными технологиями, обучать которым целесообразно в вузе студентов старших курсов (будущих учителей) на лабораторном практикуме по методике обучения физике в профильных классах.

6. Изучение исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе разноуровневых индивидуальных заданий способствует глубокому пониманию методологической природы физического знания, развитию исследовательского и деятельностного компонентов в работе с моделями разного вида - материальными и виртуальными, мотивации учения школьников и студентов.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Никитин, Григорий Романович

Выводы по главе 1

1. Любое познание, в том числе учебное, невозможно без построения и исследования моделей. Модель — это мысленно представляемая и материально реализуемая система, которая отображает или воспроизводит объект исследования, замещая его, позволяя исследователю получить о нём новую информацию. Особое место среди моделей занимают учебные, работая с ними, учащиеся получают новые знания, которыми они не владели раньше, хотя в науке эти знания не являются новыми.

2. Все учебные модели классифицируют на три группы: 1) материальные; 2) идеальные; 3) материализованные. В процессе обучения физике, в частности историческим опытам, используются модели всех видов (групп). Материальные модели опыта (аналогии и физически подобные) позволяют продемонстрировать с помощью натурного оборудования физические явления, закономерные связи между физическими величинами. На основе идеальных моделей (математических, графических и др.) можно анализировать физические процессы. Виртуальные модели, как один из видов материализованных моделей, изучаются с помощью виртуальных приборов и устройств, функционирующих на основе математических моделей, заложенных в программу-симулятор. Наибольшую ценность для обучения физике в старшей профильной школе представляет комплексное применение моделей разного вида, взаимосвязное их использование служит одним из методологических оснований для изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

3. Анализ позиций разных исследователей относительно классификации исторических опытов (Г.М. Голина, Н.С. Пурышевой, Н.В. Шароновой, Д.А. Исаева, Г. Липсона, Д. Тригга, С.Л. Вольштейна, Д. Шодиева) позволил осуществить их классификацию и определить статус исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

4. Все исторические опыты, составляющие базис основания фундаментальных физических теорий, имеют статус фундаментальных. Опыты, составляющие ядро теории, можно назвать основополагающими. Опорные опыты, определяющие базис следствия фундаментальных физических теорий, наиболее многочисленны, они иллюстрируют частные явления законы, новые факты. Классификация исторических опытов (фундаментальные, основополагающие, опорные) послужила методологическим основанием для систематизации физического эксперимента в соответствии со структурой и содержанием фундаментальных физических теорий.

5. Фундаментальные опыты, вступившие в противоречие с общепринятой на тот момент времени концепцией, подорвавшей фундамент существующих теоретических положений и закономерностей, играют важную роль не только в становлении фундаментальных физических теорий, но и в развитии физической картины мира. Основополагающие опыты, позволившие установить закономерные связи между величинами, входящие в математические уравнения, составляют базис ядра теории. Опорные опыты, иллюстрирующие отдельные явления, частные законы, предсказанные этой теорией, имеют широкое применение на практике. Поскольку следствие теории объясняет ранее открытые явления, предсказывает новые, а также характеризует прикладную направленность физической теории, то опорные опыты, имевшие историческую природу можно разделить на несколько групп: 1) опыты, предшествующие созданию теории, результаты которых укладывались в рамки существовавших теорий и не вызывали серьёзных противоречий в науке; 2) опыты по открытию новых явлений и закономерностей, которые можно объяснить только на основе положений новой теории; 3) опыты по установлению явлений и закономерностей, предсказанных теорией; 4) опыты, имеющие прикладное значение.

6. Силовая или энергетическая характеристики фундаментальных взаимодействий характеризуются постоянными величинами (константами), в литературе их называют мировыми, фундаментальными. Исторические опыты по определению их численного значения имеют статус фундаментальных экспериментов.

7. Фундаментальные опыты, вступившие в противоречие с существующими взглядами, а также опыты, давшие информацию о наиболее общих свойствах материи, выделенные в отдельную группу экспериментальных основ физики, требуют особого подхода к их изучению — вариативного, потому что многие из них невозможно продемонстрировать в школьном кабинете физики на натурном оборудовании, поэтому необходимо использовать другие средства (модели) для их изучения.

8. Эксперимент как один из видов познавательной деятельности учащихся входит в школьную программу в разных формах: демонстрационные, лабораторные, фронтальные, домашние опыты, физический практикум. Каждый вид эксперимента можно реализовать на традиционном оборудовании (традиционный эксперимент), на аналого-цифровом измерительном оборудовании (компьютеризированный эксперимент), в виртуальной среде компьютера (виртуальный эксперимент). Разнообразие форм школьного физического эксперимента позволяет реализовать вариативный подход при изучении учащимися исторических опытов. Для обучения учащихся историческим опытам целесообразно использовать в совокупности натурный (традиционный, компьютеризированный) и виртуальный эксперимент.

9. Методологическим основанием для изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий служит вариативность, как качество образовательной системы, характеризующее её способность создавать и предоставлять учащимся варианты условий и средств для её реализации в соответствии с познавательными возможностями учебных программ, статусом исторического опыта, материальным оснащением кабинета физики, способностями и интересами учеников.

10. Содержательная сторона вариативного подхода при изучении исторических опытов учащимися старших классов заключается в том, что фундаментальные опыты необходимо изучать в полном объёме в классах профильных и непрофильных, а основополагающие и опорные - в зависимости от профиля обучения.

11. Процессуальная сторона вариативного обучения (методы, формы и средства) проявляется в разнообразии познавательной деятельности учащихся, позволяющей учителю учитывать интересы и склонности учеников, создавать для них индивидуальные образовательные траектории.

Глава II. Методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий

2.1 Вариативный подход в изучении экспериментального базиса фундаментальных физических теорий

Вариативное обучение предполагает определенную позицию учителя, обеспечивающую школьникам возможности реализации своих потребностей, интересов и предпочтений в процессе их обучения, выборе типа обучения, вида и формы задания, проектов и др. Вариативность также тесно связана и с технологией проведения урока, предполагающей разнообразие видов работ, форм организации учащихся, гибкость и оперативность учителя в нестандартных ситуациях [36].

Под вариативным подходом изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий будем понимать взаимодействие учителя и учеников по реализации целей обучения, осуществляемых в условиях выбора учащимися уровня содержания в рамках нормативных документов, средств, форм и способов организации деятельности. В нашем исследовании мы придерживаемся точки зрения Е.В. Клеймёновой [85] о том, что инвариантом в вариативном обучении выступает содержание обучения в рамках государственных стандартов, а вариативная составляющая представляет собой возможность углубления содержания образования по различным темам на основе выбора учениками форм методов и средств обучения.

На основе анализа содержания исторических опытов по физике исследователи выделяют три аспекта в обучении этим опытам в учебном процессе средней школы [171, 228]:

1. Методологический, направленный на формирование у учащихся методологических знаний об основных закономерностях развития физической науки и методах научного познания, природы;

2. Культурологический, направленный на развитие общей культуры учащихся;

3. Нравственно-ценностный, связанный с формированием социально ценностных ориентаций и нравственных убеждений учащихся.

Классификация опытных фактов позволяет реализовать все названные подходы при изучении физики, основным из них является методологический, потому что: он связан с организацией познавательной деятельности учащихся [136].

Эта классификация необходима для раскрытия учащимся сущности метода научного познания, которое развивается циклично (факты модель —» следствия—» эксперимент) [166,167]. Поиск средств для включения метода научного: познания- в содержание образования- с целью развития познавательных и творческих способностешшкольников в процессе обучения является, важнейшей; международной тенденцией, которая отмечается в документах по модернизации физического школьного образования? [175]. Это означает постановку системы- обучения физике на надежную: методологическую основу, при которой в наибольшей степени оказалась бы реализованной наиболее важная задача научного >образования -сочетание необходимого минимума фундаментальных знаний с новой интенсивной технологией исследований. .

Классификация исторических опытов , (гл.1, §1.2) отражает систему методологических знаний и умений, включающую направления, вокруг которых обобщается весь учебный материал курса физики старшей профильной; школы: 1) научный эксперимент и- методы экспериментального познания; 2) физическая теория и методы теоретического познания; 3) стержневые методологические идеи физики; 4) основные закономерности развития физики [37] .

С точки зрения основных задач совершенствования обучения методологические знания и умения должны [37]:

• служить сознательному усвоению физических знаний, углубленному пониманию сути изучаемых явлений и закономерностей;

• способствовать выработке правильного, научного мировоззрения;

• раскрывать характер и диалектику научного познания, вооружать учащихся общенаучными методами познания;

• способствовать преодолению узкопрактического понимания физики как науки, показывая последнюю как один из аспектов общечеловеческой культуры и основу современной техники;

• содействовать развитию любознательности, интереса к овладению знаниями, творческих способностей и физического мышления, интеллектуальных умений.

Содержательная вариативность требует выделения инвариантной и вариативной частей для изучения учебного материала. При этом необходимо учитывать следующие требования к отбору исторического материала: 1) исторический материал должен быть органически связан с учебной программой; 2) история физики должна быть представлена в курсе физики основными, главными вопросами, а не второстепенными; 3) по содержанию исторические сведения должны соответствовать решению учебных и воспитательных задач [37, 215].

Предложенная классификация исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий (гл.1, § 1.2), на фундаментальные, основополагающие и опорные, методологический анализ их структуры и содержания, роли в «становлении» основания, ядра и следствия фундаментальной физической теории позволили выделить экспериментальные факты и осуществить их классификацию (табл. 11, 12, 13). Выделим в отдельные таблицы фундаментальные и основополагающие опыты (табл. 11, 12, 13).

Список литературы диссертационного исследования кандидат педагогических наук Никитин, Григорий Романович, 2010 год

1. Интуитивно понятный интерфейс программы реализующей модель; унификация визуального представления основных и дополнительных элементов управления и др. 143.

2. Рис 14. Виртуальная модель опыта М. Фарадея, выполненная в Macromedia Flash (работа студ. ЧГПУ Е. Игнатовской, выпуск 2010)с*Закон взаимодействия , точечных зарядов

3. Параметры Знаки эаряцое шаров1. Р»сто*«е мент мара»-ч1. Г 1 Кл Г ЗКяа бкл1. CWCipoc ■

4. Рис 15. Модель опыта Ш. Кулона выполненная в Delphi (работа студ. ЧГПУ

5. Запустите программу «Живая физика»: InterPh/Живая физика.ехе.

6. Запустите модель (кнопка «Старт»),

7. Творческое задание: Добавьте на рабочее поле ещё один маятник и проведитеисторический опыт Г. Галилея, доказавший, что период колебания маятника независит от массы.

8. Живая Физика {ИИсгасНу« РИу^сз) ! маятник.¡р. ■■ ■ ,. хфайл Рвдсгор Среда £тол Обье«1Ы Илвроиия Сценарий Окно Спража ^ДЫ

9. О а? Н X Ча ® # ? ИА^ЭЙ ■ 1 ► стопи серое

10. О о' а. О □ Д ?ЯД: /. .-! м1. ШЁ 2 ЯП1 СЮ)"

11. А-№ -в-ФЙР с- а « -V чь (Г — о а за || © Г /м / / —ъ:цю 1 РТ : * •Я& Ч/ г» \ ж® Готое М ! II

12. ГТ11 IIII 1| 1 II 1 1Г111|ГТТГТ11Т-Т| 1 1 II 1 II 1 1| II III II 1 1 ртггмм 1|1 III 1 1 111 |1 1 II I 1 11 I |1 1 1II III1111III 1 II 1 | II 1 11 о -зтяп -вал -з2зао -опап -ляю -зал -ггяю -ззшо -пап ияшз

13. ТТЛ ш*.м даш.-.- 1| 1 ,, 1<ШЙ«> 1 Л1. ЯНН А

14. Рис. 16. Виртуальная модель опыта Г. Галилея, созданная в программе1. Живая физика»

15. На основании созданной виртуальной модели в дальнейшем можно создавать модели других опытов, например, рассмотрим следующие варианты творческих заданий:

16. Творческое задание №1. Преобразуйте созданную модель опыта Г.Галилея в модель опыта Э. Мариотта, повторённого И.Ньютоном (рис. 17), по исследованию упругого столкновения маятников одинаковой и различной массы;1. А В

17. Систематизация исторических опытов, составляющих базис основания, ядра и следствия фундаментальных физических теорий, позволила создать целостную систему физического эксперимента для его изучения на базовом, профильном и элективном уровнях обучения.

18. Проектная деятельность учащихся как одна из форм вариативного изучения исторических опытов, предполагает организацию их самостоятельной работы как в классе, так и дома, как с натурным оборудованием, так и с виртуальным.

19. Глава III. Методика проведения и результаты педагогическогоэксперимента

20. Организация педагогического эксперимента: задачи, структура, критерии и показатели

21. Целью педагогического эксперимента была проверка влияния разработанной методики вариативного обучения историческим опытам учащихся старшей профильной школы на качество усвоения знаний о них и на развитие их экспериментальных умений.

22. На первом этапе (2005-2007 гг.) проводился констатирующий эксперимент, в задачи которого входило:

23. Проверка остаточных знаний по всем физическим теориям у выпускников школ (студентов I курса естественно-технологического факультета перед началом изучения ими дисциплины «Общая физика»);

24. Диагностика трудностей, возникающих у учащихся средней школы в понимании роли физического эксперимента в становлении фундаментальных физических теорий.

25. На втором этапе (2007-2008 учебный год) педагогического эксперимента -поисковом, решались следующие задачи:

26. Поиск эффективных методов и средств для изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий;

27. Изучение опыта работы учителя МОУ лицея №31 по обучению учащихся физико-математических классов историческим опытам на занятиях физического практикума с использованием оборудования РНи\УЕ;

28. Проверка и сравнение эффективности использования в качестве домашнего задания виртуальных моделей и использования для изучения научной информации об опыте в литературе и в сети Интернет по обобщённому плану;

29. Разработка структуры и содержания программы элективного курса «Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий» для учащихся старшей профильной школы на основе вариативных методов учебного познания;

30. Тестирование учителей физики Челябинской области с целью выявления предпочтений в использовании различных средств обучения учащихся старших классов;

31. Разработка методических рекомендаций для будущих учителей физики по обучению учащихся историческим опытам.

32. На этапе обучающего и контрольного экспериментов (2008-2010) осуществлена:

33. Апробация нового лабораторного практикума «Исторические опыты в структуре фундаментальной физической теории», посвящённого изучению курса «Методика обучения физике в профильных классах» для студентов V курса физического факультета.

34. Проверка качества усвоения студентами исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, а также качества сформированности экспериментальных умений, в ходе выполнения работ лабораторного практикума.