Проблемы взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения при изучении фундаментальных физических теорий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, доктор педагогических наук Карасова, Ирина Степановна

• Карасова, Ирина Степановна
• доктор педагогических наук
• 1997

Оглавление диссертации доктор педагогических наук Карасова, Ирина Степановна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ И ДИДАКТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОМПОНЕНТОВ СТРУКТУРЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.

§1.1. Методологический анализ содержания, логики научного и учебного познания фундаментальных физических теорий в средней школе.

§ 1.2. Теоретические основы построения методической системы изучения фундаментальных физических теорий.

§ 1.3. Блочная структура процесса обучения как деятельностная система.

1.3.1. Мотивационный блок деятельностной системы.

1.3.2. Содержательный блок деятельностной системы

1.3.3. Методико-технологический блок деятельностной системы

1.3.4. Контрольно-оценочный блок деятельносной системы.

ГЛАВА II. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА КУРСА ФИЗИКИ ПРОФИЛЬНЫХ (ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ) КЛАССОВ СТАРШЕЙ ШКОЛЫ.

§2.1. Тенденции развития содержания физического образования в соответствии с изменением дидактических функций курса физики основной и старшей школы.

§ 2.2. Научно-методический анализ структуры и содержания учебного материала фундаментальных физических теорий в программах и учебниках по физике

§ 2.3. Принципы построения модели управления познавательной деятельностью школьников в процессе изучения фундаментальных физических теорий

ГЛАВА III. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ И ПРОЦЕССУАЛЬНОЙ СТОРОН ИЗУЧЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ

§3.1. Методологический анализ теоретических и практических подходов к изучению фундаментальных физических теорий

§ 3.2. Педагогическая технология конструирования модульного обучения в процессе изучения следствий фундаментальных физических теорий

§ 3.3. Модульное обучение в нетрадиционных формах учебных занятий при изучении теорий.

ГЛАВА IV. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

§ 4.1. Методика проведения педагогического эксперимента.

4.1.1. Задачи педагогического эксперимента и его этапы.

4.1.2. Критерии оценки эффективности разработанной методики изучения теории

§ 4.2. Констатирующий и зондирующий эксперименты и их результаты

§ 4.3. Обучающий эксперимент и его результаты

§ 4.4. Контрольный эксперимент и его результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проблемы взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения при изучении фундаментальных физических теорий»

В последнее время в нашей стране произошли принципиальные изменения в экономике, государственном строе, во всех отраслях производства. Любые изменения, происходящие в обществе, оказывают влияние на образовательную политику страны, в частности, демократические преобразования бесспорно вносят определенные коррективы в методологию образования. Содержание образования всегда являлось средством реализации его целей, обозначенных в социальном заказе школы. В настоящее время наблюдаются тенденции отказа от жестко детерминированного социального заказа общества, намечаются подходы к созданию оптимальных условий для развития личности обучаемого.

Средняя школа в наши дни представляет сложное социальное явление, закономерно связанное с другими институтами и процессами, происходящими в стране. Для того, чтобы управлять школой, планировать ее развитие, прогнозировать будущее, необходимо знать факторы, воздействующие на нее, противоречия в развитии, источники самодвижения, принципы возрождения на новом витке развития, казалось бы, отживших и забытых методов обучения, форм организации учебных занятий, направлений и средств, активизирующих познавательную деятельность школьников. Например, бригадно-лабораторная форма обучения, сложившаяся в 30-е годы, вновь возрождается в 80-е годы, но в новом качестве - групповая работа с элементами деловой и ролевой игры, реализующая деятельностный подход в обучении физике, сделавшая главный акцент в обучении на личность ученика, его внутренний мир, стремления, потребности и интересы. Прогнозируя тенденции развития школьного физического образования, академик РАО В.Г.Разумовский выделяет важнейшие требования к выпускнику средней школы, которые можно назвать социальным заказом нового общества школе будущего: "высокая общая культура, широкое научное мировоззрение и миропонимание, основанное на глубоких знаниях и жизненном опыте; благородная целеустремленность к самообразованию, самовоспитанию, саморазвитию, самовключению в избранную сферу человеческой деятельности, подготовленность к сфере труда и к постоянному повышению квалификации" (452, с.272).

Учебный предмет "физика", являясь средством и целью реализации образовательно-воспитательных задач, сформулированных выше, входит в предметную область "естественные дисциплины", которые призваны формировать общечеловеческую культуру, отыскивать пути реализации гуманизации преподавания (107). Изменения, происходящие в обществе, настоятельно требуют от школы повышения престижа одаренности и таланта, культуры и образованности выпускника средней общеобразовательной школы. Эти задачи пытаются решать учебные заведения нового типа (лицеи, гимназии, колледжи, частные и авторские школы), в которых проходят апробацию альтернативные учебные планы и программы, авторские учебные пособия и новые методики (232).

Новые инновационные процессы в современную школу внедряются двумя путями: "снизу" - усилиями учителей-новаторов, учителей-практиков, методистов - и "сверху" - учеными-исследователями, правительством Российской Федерации. Так, впервые в Конституции нашей страны появилась новая статья об образовании (статья 43) (218), а в" Законе об образовании" - "Государственный образовательный стандарт". В нем отмечается, что "Российская Федерация в лице Федеральных (центральных) органов государственной власти и управления в рамках их компетенции устанавливает федеральные компоненты государственных образовательных стандартов, определяющие в обязательном порядке минимум содержания основных образовательных программ, максимальный объем учебной нагрузки обучающихся, требования к уровню подготовки выпускников" (160, с. 3-6).

Проблема совершенствования содержания образования на современном этапе развития школы переходит в разряд первоочередных и актуальных. Ей посвящены исследования Ю.И.Дика, Л.Я.Зориной, И.К.Журавлева, В.В.Краевского, В.С.Леднева, И.Я.Лернера и др. В их работах сформулированы методологические основы построения содержания общего образования, разработаны общедидактические принципы конструирования учебно-воспитательного процесса и учебного предмета - структурного элемента содержания образования. Плодотворной оказалась работа коллектива НИИ общеобразовательной школы РАО под руководством академика В.С.Леднева в разработке концепции образовательного стандарта. Думаем, именно этот документ позволит не только с новых позиций оценить содержание образования, но и раскрыть проблемы построения содержания отдельных учебных предметов. Государственный образовательный стандарт, определив базовый уровень о б -щеобразовательной подготовки, выделил федеральный (инвариантный) компонент образования. Однако только во взаимосвязи с региональным и школьным (вариативным) компонентами он может обеспечить у учащихся целостное представление об окружающем нас мире, гуманистическое мировоззрение и диалектический метод мышления. Если проблема определения обязательного минимума знаний по предметам различных циклов для всех учащихся, независимо от типа учебного заведения, решается с помощью разрабатываемого федерального компонента государственного общеобразовательного стандарта, то региональный и школьный компоненты в настоящее время конструируются учителями без достаточного теоретического обоснования.

Между тем, именно вариативный компонент ответственен за дифференциацию общего среднего образования. В школах разного типа (гимназия, лицей и др.) ученики могут получить возможность приобретения более высокого уровня знаний и умений по отдельным предметам (выделенным "Стандартом") в соответствии со своими интересами, способностями, склонностями, жизненными устремлениями.

Для классов разного профиля (физико-математический, гуманитарный, экономический и др.) создаются учебные программы, в которые вносится дополнительный учебный материал (вариативный компонент) без достаточно обоснованных теоретических положений о включении того или иного вопроса, темы, раздела. Еще большие сомнения возникают во временном критерии, связанном с изучением отдельных тем курса, поэтому не секрет, что существующие программы вызывают большие перегрузки у учащихся, об этом свидетельствуют исследования, проведенные академиком А.В.Усовой (458, 461).

В настоящее время для старшей профильной школы создано несколько программ, авторами их являются: С.В.Громов; В.А.Орлов; Е.И.Бутиков, А.А.Быков и А.С.Кондратьев; Л.И.Анцифиров; Г.Я.Мякишев и А.З.Синяков; Б.М.Яворский, А.И.Иванов и А.И.Тихомирова; Д.Ф.Киселев, А.А.Фадеева и С.В.Широков, а также авторский коллектив Института общеобразовательной школы РАО (370). Многие программы опубликованы без обоснованной объяснительной записки (Е.И.Бутиков и др.), в некоторых - не выделена теоретическая концепция построения программы (С.В.Громов; Д.Ф.Киселев и др.; Б.М.Яворский, А.И.Иванов, А.И.Тихомирова и др.), поэтому не ясно, как конструируется ее вариативный компонент. Альтернативные программы имеют право на существование, но отсутствие методологического обоснования основ построения их структуры и содержания становится тормозом в решении педагогических задач, поставленных перед современной школой.

Содержание учебного курса усваивается в процессе взаимодействия учителя и ученика. В последние годы учителя-практики, методисты, педагоги свои усилия направляют на разработку новых методов и приемов обучения, форм обучения и форм организации учебных занятий, убеждая себя и окружающих в том, что это главное условие повышения эффективности всего учебного процесса. Проблемное и программированное обучение, деловые игры, эвристические методы обучения и др., бесспорно, вызывают у учащихся интерес, активизируют познавательную деятельность школьников, что приводит к повышению качества преподавания. Однако надо согласиться с доводами некоторых педагогов и психологов, утверждающих, что определенного результата можно достичь при любом обучении, только за длительное время.

Надо признать, что тенденции снижения интереса учащихся к физическому образованию нарастают, поэтому поиск путей выхода из создавшейся ситуации - задача весьма актуальная (142, 458, 461).

Настало время посмотреть на процесс обучения с других позиций, вычленив важнейшие проблемы педагогики и дидактики. Изученная литература, практика школьного преподавания позволили выделить некоторые проблемы, которые, с нашей точки зрения, будут интенсивно разрабатываться:

- методика диагностического описания цели обучения;

- модель личности обучаемого;

- научный анализ и обоснование содержания графов логической структуры по всем предметам;

- система учебных элементов к каждому графу;

- вариативная технология процессуальной стороны обучения во взаимосвязи с содержательной;

- методика и техника объективного контроля качества знаний;

- тестовые задания по проверке выделенных учебных элементов;

- методика конструирования эталона тестового задания и нормы времени на его выполнение.

Выделенные направления невозможно раскрыть в одном исследовании, поэтому мы ограничились рассмотрением проблемы взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения, остальных направлений коснулись только частично.

Важный компонент педагогической системы, определяющий содержание образования, учебный процесс - разрабатывается педагогами достаточно интенсивно (Ю.К.Бабанский, В.П.Беспалько, Л.Я.Зорина, В.В.Краевский, И.Я.Лернер, П.И.Пидкасистый, М.Н.Скаткин, А.В.Усова, В.А.Черкасов, Т.И.Шамова, Г.И.Щукина и др.). Все авторы доказывают, что содержательная и процессуальная стороны обучения взаимосвязаны. Но в работах ученых-педагогов недостаточно раскрыты механизмы реализации этой взаимосвязи, не выявлены закономерности соотнесения отдельных элементов учебного процесса и элементов содержания образования. Поэтому в настоящее время, как показали наши исследования, учителя-практики при выборе методов обучения, форм учебных занятий, форм организации учебной деятельности учащихся на занятиях, способов изложения учебного материала руководствуются интуицией, практическим опытом, эмпирическими знаниями.

В.В.Краевский справедливо замечает, что "несмотря на то, что деятельность ученых по научному обоснованию протекает весьма интенсивно, состояние дел в этой области нуждается в значительном улучшении" (243, с.9). Он настаивает на необходимости теоретического обоснования процессуальной и содержательной сторон обучения. Изложенное выше определило актуальность темы нашего исследования.

На современном этапе обучения физике особенно четко прослеживаются противоречия между:

- задачами дифференциации образования и единообразием содержания и технологий обучения;

- фронтальными формами обучения - с одной стороны, и индивидуальными способами присвоения знаний - с другой;

- преобладающим в школе объяснительно-иллюстративным способом преподавания и необходимостью осуществления деятельностного поискового характера учения;

- требованиями психологической науки к функциям учебного процесса и практической реализацией этих функций в современном процессе обучения физике.

Выделенные противоречия позволили сформулировать проблему научного поиска - обоснование новой методики изучения фундаментальных физических теорий, новой технологии построения учебного процесса, ориентированного на реализацию современной концепции физического образования, учитывающего тенденции развития школьного образования.

Названная проблема является общей и глобальной, ее можно представить как систему частных проблем:

- разработка концепции построения программы по физике для классов физико-математического профиля (X - XI классы) старшей школы;

- разработка содержательных графов логической структуры фундаментальных физических теорий;

- определение характера взаимосвязи учебных элементов знаний фундаментальных физических теорий и элементов единой системы - процесса обучения;

- разработка модели блочной структуры процесса изучения фундаментальных физических теорий как деятельностной системы;

- конструирование методики и технологии изучения фундаментальных физических теорий в старшей профильной школе;

- апробация новой методики и технологии обучения, внесение коррективов в их содержание и структуру.

Отдельные аспекты выделенных проблем исследовались и описаны в литературе: методические аспекты изучали Ю.И.Дик, Г.М.Голин, С.Е.Каменецкий, Р.И.Малафеев, А.Е.Марон, А.Н.Малинин,

A.А.Пинский, Н.Н.Тулькибаева, В.Я.Синенко, Л.С.Хижнякова, Т.Н.Шамало и др.; дидактический и методологический аспекты -Л.Я.Зорина, В.В.Мултановский, А.В.Усова, В.Ф.Ефименко, И.Ланина,

B.Г.Разумовский и др. Однако до сих пор многие методические и дидактические проблемы курса физики остаются не решенными.

В концепции среднего образования провозглашена идея конструирования курса физики старшей школы на основе фундаментальных физических теорий, согласно которой "курс строится на основе генерализации учебного материала вокруг фундаментальных физических теорий." (142, с.ЗЗ). Между тем, методический и методологический анализ структуры и содержания фундаментальных физических теорий в курсах физики IX, X, XI классов показал, что только две теории: классическая механика и молекулярно-кинетическая теория строения вещества - изложены в соответствии с требованиями логики научного и учебного познания. В остальных имеют место нарушения разного рода, назовем некоторые из них. Например, изложение учебного материала специальной теории относительности начинается не с основания, а с ядра теории; в построении основ теории электромагнитного поля Максвелла и электронной теории вещества Друде-Лоренца нарушен принцип систематичности. В квантовой физике не только не описаны свойства материального объекта, обладающего корпускулярно-волновым дуализмом, но на страницах учебника идея квантования связывается исключительно с электромагнитными волнами; отсутствуют элементарные сведения о статистическом характере описания микроявлений в квантовой теории (317, 318).

Большой вклад в разработку содержания изучения отдельных теорий внесли Б.Б.Буховцев, А.Т.Глазунов, С.Е.Каменецкий, И.К.Кикоин и А.К.Кикоин, А.Н.Мягков, Г.Я.Мякишев, И.И.Нурминский, А.А.Пинский, М.С.Свирский, Л.П.Свитков, А.А.Цветков, М.Н.Шахмаев, Э.Е.Эвенчик, Б.М.Яворский и др. Вместе с тем, никто из авторов не рассматривал методические основы изучения фундаментальных физических теорий (отдельные элементы ее знаний) во взаимосвязи с процессуальной стороной обучения. Вышеизложенное и определило следующие цели исследования:

- разработать методику изучения содержания фундаментальных физических теорий во взаимосвязи с процессуальной стороной обучения в старшей профильной школе;

- разработать новую технологию изучения отдельных элементов знаний фундаментальных физических теорий в условиях стандартизации образования.

Методологическую основу нашего исследования составили: теория познания, теория систем, теория развивающего обучения, идеи программированного обучения, идеи кибернетического подхода, концепция содержания общего среднего образования.

Теоретическую основу нашего исследования определили работы крупнейших психологов: Б.Г.Ананьева, Л.С.Выготского, П.Я.Гальперина, В.В.Давыдова, Л.В.Занкова, А.Н.Леонтьева, Н.А.Менчинской, С.Л.Рубинштейна, Ю.Н.Самарина, Н.Ф.Талызиной, Д.Б.Эльконина.

Объектом нашего исследования явился процесс обучения физике в профильной старшей школе.

Предметом исследования послужили содержание и структура фундаментальных физических теорий, методика их изучения в старшей школе физико-математического профиля.

Общая теоретическая идея, положенная в основу диссертационного исследования, заключается в следующем:

- в условиях фундаментализации и гуманизации образования, приоритетности развивающего характера обучения решение основных задач совершенствования содержания обучения физике связано с процессом генерализации знаний учащихся на основе фундаментальных физических теорий, с поиском эффективных путей активизации учебно-познавательной деятельности школьников;

- методические и методологические аспекты взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения позволяют проектировать (моделировать) методику изучения фундаментальных физических теорий с позиции системного, деятельностного, технологического и лич-ностно ориентированного подходов обучения.

Описанная идея конкретизирована нами с помощью положений, сформулированных как гипотеза исследования.

Значимость обучения фундаментальным физическим теориям в старшей школе, их роль в усилении методологической направленности курса физики в процессах формирования научной картины мира, развития познавательной активности и самостоятельности школьников может быть повышена, если:

- в содержании и структуре программы для классов физико-математического профиля четко выделить теоретическое ядро системы знаний, осуществив систематизацию учебного материала в соответствии со структурой фундаментальной физической теории;

- фундаментальную физическую теорию рассматривать как многоаспектный объект, обладающий строго заданной структурой и логикой учебного познания, определенными функциями, свойствами и проявлениями, присущими дидактической единице обучения;

- четко выделить этапы изучения теории с учетом постепенно усложняющегося характера познавательной деятельности школьников при восхождении от основания к ядру, а от него - к следствию теории;

- использовать блочную структуру обучения. При этом высокая организация системы знаний в фундаментальной физической теории закономерно будет определять структуру процесса обучения, способы взаимодействия учителя и ученика, технологию управления учебным процессом усвоения знаний.

В соответствии с целью и гипотезой исследования в работе были поставлены следующие задачи:

- дидактический анализ компонентов и структуры педагогического процесса;

- анализ обучения как дидактического процесса развития;

- анализ проблемы стандартизации образования и тенденции развития школьного физического образования в нашей стране и за рубежом;

- моделирование процесса изучения фундаментальных физических теорий на основе метода структурно-логического анализа содержания учебного материала;

- разработка и обоснование концепции построения курса физики для средней общеобразовательной профильной (физико-математической) школы; создание программы по физике для классов с углубленным изучением физики;

- разработка предлагаемой методики изучения фундаментальных физических теорий, основанной на блочной структуре обучения как дея-тельностной системы, ее апробация на факультативных занятиях, на спецкурсе со студентами физического факультета педуниверситета и в классах с углубленным изучением физики;

- определение критериев оценки качества усвоения учащимися содержания фундаментальных физических теорий, а также критериев оценки влияния взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения на качество их усвоения;

- разработка пособий и методических рекомендаций для учителей физики и студентов физических специальностей по вопросам методики изучения фундаментальных физических теорий.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

- анализ правительственных документов с целью выделения требований, предъявляемых к процессу обучения, концепции развития общеобразовательной средней школы в современных условиях;

- анализ исследований, проведенных по теориям познания, развивающему обучению, идеям программированного и кибернетического подходов в обучении с целью определения методологических основ исследования;

- анализ литературы по педагогике, психологии, дидактике с целью построения логических граф-схем процесса изучения фундаментальных физических теорий;

- метод теоретического моделирования процесса изучения фундаментальных физических теорий;

- метод системно-структурного анализа содержания фундаментальных физических теорий, учебного процесса как дидактических единиц обучения;

- педагогический эксперимент в различных его видах, с привлечением методов математической статистики.

Этапы исследования.

1981 - 1985г. Анализ литературы по философии, психологии, дидактике, педагогике, методике преподавания физики по исследуемой проблеме. Анализ учебников, учебных пособий по физике для средней школы и вузов с целью определения структуры и содержания фундаментальных физических теорий. Посещение лекционных занятий по курсу общей и теоретической физике на физическом факультете пединститута с целью изучения структуры и содержания лекционного курса для студентов (будущих учителей физики).

1985 - 1987 г. Анализ состояния проблемы изучения фундаментальных физических теорий в школьной практике. С этой целью осуществлялось анкетирование учащихся выпускных классов, проверка понимания ими структуры фундаментальных физических теорий, умения оперировать методологическими знаниями; анкетирование студентов IV курса физического факультета с целью проверки понимания ими логики учебного познания фундаментальных физических теорий; анкетирование учителей физики школ Челябинской области с целью определения уровня сформированности у них профессионально-методического умения соотносить содержание учебного материала физических теорий с компонентами процесса обучения.

1987 - 1990 г. Продолжение работы с литературой по исследуемой проблеме, моделирование методики изучения фундаментальных физических теорий, написание методических рекомендаций по изучению фундаментальных физических теорий для студентов физического факультета и учителей физики. Первичная апробация нового курса поэтапного изучения и обобщения знаний учащихся выпускного класса на факультативных занятиях в школах № 31, 69, 147 г.Челябинска.

1990 - 1992 г. Написание учебных пособий по изучению фундаментальных физических теорий на факультативных занятиях в средней школе и пособия по спецкурсу "Изучение фундаментальных физических теорий в средней школе"; апробация программы и пособия на занятиях спецкурса со студентами IV курса физического факультета. Апробация экспериментальной программы по физике для классов с углубленным изучением физики в школе № 124 г.Челябинска.

1992 - 1993 г. Внесение коррективов в программу по физике для классов с углубленным изучением физики и вторичная ее апробация с учетом результатов первичной апробации. Разработка системы форм учебных занятий, способствующих обобщению и систематизации знаний по фундаментальным физическим теориям.

1993 - 1995 г. Создание новой методики поэтапного изучения фундаментальных физических теорий, целенаправленная работа с учителями физики Челябинской области по обучению их новой технологии взаимосвязанного рассмотрения содержания фундаментальных физических теорий и процессуальной стороны их изучения. Апробация нового варианта спецкурса для студентов IV курса "Изучение фундаментальных физических теорий" в старшей профильной школе, написание I главы диссертации.

1995 - 1996 г. Продолжение эксперимента по проверке эффективности разработанной методики изучения фундаментальных физических теорий в старшей профильной школе. Написание второй и третьей глав диссертации.

1996 - 1997 г. Проведение контрольного педагогического эксперимента в школах 13, 25, 80, 118, 124 г. Челябинска. Завершение работы над диссертацией.

Методологическую основу исследования, как было описано выше, составили теории познания, систем, развивающего обучения и др.

На философском уровне методологической основой исследования явились законы и принципы диалектики.

На общенаучном уровне - принципы динамичности (развития), оптимальности, системности, информативности, социализации и управления, связанные с педагогическими законами как сущее и должное.

На частнонаучном уровне: системно-структурный, деятельностный, технологический, личностно ориентированный, модульный подходы обучения, реализующие принцип концептуального единства всех компонентов процесса обучения.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются:

- в разработке методических основ построения и изучения содержания учебного материала курса физики старшей профильной школы (физико-математический профиль);

- в разработке новой методики изучения фундаментальной физической теории в старшей школе, в основу которой положена модель блочной структуры обучения как деятельностной системы;

- в выявлении дидактических условий и путей взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения. В частности: 1) на основе дескриптивного (описательного) и прескриптивного (нормативного) анализа фундаментальных физических теорий сконструирована блочная структура компонентов деятельностной системы обучения; 2) разработана методика блочного изучения фундаментальных физических теорий в режимах обучения: "субъект-объектный", "субъект-объект-субъектный ", "субъект-субъектный".

Практическая значимость исследования заключается:

- в разработке программы углубленного изучения курса физики X - XI классов (с сеткой часов 7 + 7 ч. в неделю), основанного на фундаментальных физических теориях;

- в разработке содержательных графов изучения основ фундаментальных физических теорий: классической механики, молекулярно-кинетической теории строения вещества, теории электромагнитного поля, электронной теории вещества, специальной теории относительности, нерелятивистской квантовой механики;

- в разработке методических рекомендаций и учебных пособий по изучению фундаментальных физических теорий в средней школе для студентов педвузов и учителей физики, работающих в классах с углубленным изучением предмета.

Достоверность и обоснованность выводов обусловлена методической основой исследования, использованием взаимодополняющих статистических методов исследования, показателей эффективности разработанной методики изучения фундаментальных физических теорий в старшей, профильной школе, адекватных предмету и задачам исследования, репрезентативностью объема выборки.

Апробация работы проходила на заседаниях кафедр методики преподавания физики Московского государственного педагогического университета им. В.И.Ленина, межвузовских семинарах и конференциях в г.г. Челябинске, Москве, Екатеринбурге, Новосибирске, Магнитогорске, Барнауле.

На защиту выносятся: 1. Теоретическая концепция взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон изучения фундаментальных физических теорий. Концепция содержит:

- методологическое обоснование "дидактической единицы" процессуальной стороны обучения;

- принципы взаимосвязи содержательной и процессуальной сторон обучения в старшей школе;

- обоснование структуры и содержания программы углубленного изучения курса физики X - XI классов старшей профильной школы, построенной на основе фундаментальных физических теорий.

2. Методика изучения фундаментальных физических теорий в старшей школе, в основу которой положена модель блочной структуры обучения как деятельностной системы. Разработанная автором методика включает следующие компоненты: 1) определение линейной и концентрической структуры изучения содержания фундаментальных физических теорий; 2) выделение учебных элементов фундаментальных физических теорий, определение логической последовательности их изучения в старшей школе; 3) определение структурно-логической схемы учебного процесса изучения фундаментальных физических теорий в старшей школе; 4) конструирование дидактической системы поэтапного изучения фундаментальных физических теорий на основе системно-структурного, деятель-ностного, технологического и личностно ориентированного подходов в обучении.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Карасова, Ирина Степановна

Выводы: при движении со v«c эффект замедления времени мало заметен и им можно пренебречь. Чем больше скорость (v = с), тем сильнее эффект замедления.

2.

Дано: ракета, часы, земной наблюдатель) t=l4 а) vi=3000 км/с б) v2= 100000 км/с в) v3=299780 км/с

3600 с 3 х 10« м/с 10" м/с

299,78 х 10«м/с а) ti=3599,8(c) б) t2=3394,l (с) в) t3= 137,85 (с)

Решение УЭ2 Задание 2 У У а) точка М движется относительно оси OX: и = — х' б) точка М движется относительно оси OX': и'= —

Учитывая преобразование Г. Галилея: х= х' + vt'; t = t\ получили: x'+vt u = t' u'+v;

-» u = u'+ v классический закон сложения скоростей, u '= u - v

2. u = с +c =2c

Вывод: световой сигнал движется со скоростью 2с. Это противоречит I постулату СТО. Нужны другие закономерности при переходе в системы, движущиеся со v « с V

- х x'+vt' t4xV x'+vt' u'+v

3. u = -; x = , ; t = -|——; u =-— =-;--это выражение полуt Л? . x'v . u'v * J

Ji-Z с с v с V с' чило название релятивистского закона сложения скоростей. ч 0,5с + 0,5с 4. а) и = —„ ^ = 0,8с

1 +

0,5с х 0,5с с +с б) и =-= с с хс в) и=с

Решение УЭ2 Задача для самоконтроля

Дано: два пучка электронов) v=0.9c а) наблюдатель на Земле б) наблюдатель на пучке электронов a) U=l,8c. Нарушается II постулат А. Эйнштейна ? Нет, и=1,8с - скорость сближения двух электронов, равная скорости уменьшения расстояния между ними. Она не совпадает со скоростью движения какого-либо одного материального объекта, которая согласно СТО не может превышать скорости света в вакууме. v. «Л а) относительно Земли u=2v=2x0.9c=1.8c б) V- скорость относительно движущейся ИСО v= и' - скорость ПОДВИЖНОЙ ИСО и'+у 2v 2 х 0.9с и =-- =-г =-—г-г- = 0,994(м / с) vu' v2 , 0,9 с ^ У

1 + -Г- 1 + + с2 с2 с2

Решение УЭЗ Задача для самоконтроля

Задание 1.

В этой задаче ускорение не остается величиной постоянной, оно будет убывать. Такая ситуация будет иметь место, если с ростом скорости движение тела его масса будет непрерывно возрастать в • Вывод: масса, так же, как длина и время, относительна.

Задание 2. rv

Если v=c, то выражение J1-— обращается в ноль, тогда масса тела становится бесконечно большой. Бесконечно большая масса тела не имеет физического смысла, поэтому остается предположить, что все материальные тела могут двигаться со скоростями, меньшими скорости света в вакууме.

Задание 3.

Г- тоу R

Задание 4. АР

-- F

At

1. m = mn 1

Решение УЭ5 Задачи для самоконтроля ш=4000 то

4000 ш0=

Щ> 1—г = 1 1с (4000) * с2 • , 1 , Ю"6 v2 = с2 -; v = с|1 — ———г = cjl

4000)

16x10'

16 с

Ответ: v«3xio8 м/с. 2.

Дано: воду греют) то—1кг АТ= 50К

Лш=?

3. Дано: протон в ускорителе)

Е1=7бГэВ m m

Op m 9 1 +■

A£ = Amc3 a c

AE = Q Q=cem0AT c m AT

Am = ——^—

4,2 x 103 x 1 x 50 AW =-9^-= 2,3 x 10 (кг)

76 x 1,6 x 1О"10Дж

76x1,6x10"

123 m0p 1,6х10'эт x9xl016 14,4 xlO"1

E=mc2=Eop+Ei m c:eqp+e. m

Op 1X1 rn

Op

Л+^=ц E, m0p m0pc2 m0pc2

§ 3.3. Модульное обучение в нетрадиционных формах учебных занятий при изучении теорий

На примере специальной теории относительности мы подробно описали сущность модульного ("субъект-субъектного") обучения. В рассмотренных ситуациях основной формой организации учебных занятий служил урок с различными методами обучения и видами познавательной деятельности школьников. Однако идею модульного обучения можно реализовать и в других формах учебных занятий. Их сегодня насчитывается не один десяток, а поэтому появилась необходимость классифицировать формы учебных занятий.

А.В.Усова выделяет признаки, характеризующие ту или иную форму учебных занятий: состав учащихся, место проведения, время проведения, основная дидактическая цель, методы и приемы обучения, виды деятельности учащихся, способы управления познавательной деятельностью учащихся, способы контроля за деятельностью учащихся. Незначительные вариации в содержании признаков не приведут к замене одной формы учебных занятий другой, здесь будем иметь дело с разновидностью одной и той же формы учебных занятий. А.В.Усова предлагает классифицировать формы учебных занятий по основной дидактической цели и по характеру деятельности учителя и учащихся. Она выделяет:

- формы учебных занятий теоретического обучения: лекция, урок, семинар, конференция, собеседование, консультация, факультативные курсы, спецкурсы;

- формы учебных занятий практического обучения: фронтальные лабораторные занятия, практикум по предмету, факультативные практикумы, экскурсии;

- формы учебных занятий трудового обучения: трудовые политехнические практикумы, общественно полезный труд (462).

Ученики А.В.Усовой исследовали дидактические цели и задачи различных форм учебных занятий, в том числе новых для школы (189,200,245,535). Для каждого занятия они выделили особенности подготовки и методику их проведения, специфику видов деятельности учителя на занятиях разной формы (конструктивная, организаторская, коммуникативная, гностическая).

Различные виды учебных занятий, как было описано в п.1.3., используются в процессе изучения фундаментальных физических теорий. Поскольку модульное обучение является нетрадиционным, мы рассмотрели возможности проведения различных занятий в программе "модуль". В качестве примера приведем систематизирующую таблицу форм учебных занятий при изучении следствия молекулярно-кинетической теории строения вещества (табл. 12).

Как уже отмечалось (гл.1, § 1.3.3), содержание учебного материала оказывает решающее влияние на выбор не только методов обучения, но и форм организации учебных занятий. В физике есть понятия, которые мы относим к "сквозным", А.В.Усова их называет сложными. Она разработала психолого-дидактические основы их формирования (456). Исключительно важное значение имеет заключительный этап изучения таких понятий, потому что он требует обобщений, часто на основе межпредметных связей. Такие обобщения можно провести на лекции, обобщающих семинарах, межпредметных семинарах, собеседованиях, физическом практикуме, предусмотрев и организовав самостоятельную работу учащихся. При проведении названных занятий можно использовать два пути реализации модульного обучения. Первый связан с организацией самостоятельной работы учащихся с литературой во внеурочное время (домашняя подготовка). По результатам проведенной работы на занятии учащиеся делают сообщения, доклады. Второй путь - самостоятельная работа с учебной, научно-популярной литературой, журналами непосредственно на занятиях. Более эффективный путь обучения - второй.

Список литературы диссертационного исследования доктор педагогических наук Карасова, Ирина Степановна, 1997 год

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика - 11. - М.: Просвещение,1993.

2. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе. М.: Просвещение, 1990, (глава I и II).

3. Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. М.: Просвещение, 1986.

4. Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе. М.: Просвещение, 1977.

5. Григорьев В.И. , Мякишев Г.Я. Силы в природе. М.: Наука,

6. Голин Г.М. Филонович С.Р. Классики физической науки. М.: Высшая школа, 1989.

7. Мэрион Дж. Б. Физика и физический мир. М.: Мир, 1975, гл. 4, 5,6,7,8, 14, 18.

8. Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник. 2-е изд. М.: Наука, 1983.1. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

9. История принципов физического эксперимента. М.: Наука,1976.

10. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках . 2-е изд. М.: Мир, 1984.

11. Голин Г.М. Хрестоматия по истории физики. В 2 т. Минск, 1979.

12. Дуков В.М. Электродинамика. М.: Наука, 1975.

13. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. 2-е изд. М.: Наука, 1982.

14. Линсон Г. Великие эксперименты в физике. М.: Мир, 1974.

15. Спасский Б.И. История физики. В 2-х ч. М.: Высшая школа, .1977.

16. Школьникам о современной физике. Акустика. Теория относительности . Биофизика. Книга для учащихся 8-10 кл. современной средней школы. (Составитель В.Н. Руденко) М.: Просвещение, 1990.1. ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ УЧИТЕЛЯ

17. Глазунов А.Г., Нурминский И.И., Пинский А.А. Электродинамика нестационарных явлений. Квантовая физика (под ред. А.А. Пинского). М.:Просвещение, 1989.

18. Ефименко В.Ф. Методологические вопросы школьного курса физики. М.: Педагогика, 1976.

19. Кузнецов Б.Г. Развитие научной картины мира в физике 17-18 вв. -М.: АН СССР, 1955.

20. Кузнецов Б.Г. Эволюция картины мира. М.: АН СССР, 1961.

21. Карасова И.С. Пекин П.В. Изучение фундаментальных физических теорий на факультативных занятиях в средней школе. Челябинск, 1990.

22. Мостепаненко А.Н. Философия и физическая теория. Д.: Наука,1969.

23. Методика преподавания физики в средней школе / Под ред. С.Е. Каменецкого, Л.И. Ивановой,- М.: Просвещение, 1987.

24. Мултановский В.В. Курс теоретической физики. М.: Просвещение, 1988, с.5-27.

25. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей в процессе обучения физике. Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1975.

26. Свирский М.С. Электронная теория вещества. М.: Просвещение, 1980.

27. Современный урок физики в средней школе / Под ред. В.Г. Разумовского, Л.С. Хижняковой. М.: Просвещение , 1989.

28. Усова А.В. Курс истории физики в средней школе. Челябинск: "Факел", 1995.

29. Усова А.В. Психолого-дидактические условия формирования понятий у учащихся средней школы. Челябинск: "Факел", 1994.

30. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. М.: Педагогика, 1988.

31. Физика Микромира. Маленькая энциклопедия / Под ред. Д.В. Широкова. М.: Советская энциклопедия, 1980, с. 8-19.

32. М4. Межпредметный семинар "Эволюция физической картины мира"

33. Понятие об электронном облаке понятие статистическое, оно описывает усредненное состояние электрона и распределение электрического заряда в пространстве. Образование связей происходит в результате перекрывания атомных орбиталей.

34. При этом основное состояние атома меняется и он переходит в определенное валентное состояние.

35. Специальная теория относительности Эйнштейна (начало XX века) дала новые представления о пространстве времени и закрепила понятие о поле как самостоятельной материальной сущности.

36. М5. Собеседование: Квантово-механические свойства частиц вещества (электрона в атоме)

37. УЭ0. Частно дидактическая цель.

38. Усвоить признаки понятия "корпускулярно-волновой дуализм", уметь объяснить свойства микрообъекта на основе новой сущности (корпускулярно-волновой дуализм).

39. Изучить квантовые закономерности ("скачки") при переходе системы из одного состояния в другое, минуя промежуточные стадии.

40. Показать объективный характер межпредметных связей, обусловленных взаимосвязями материальных носителей и различных форм их движения.

41. Э1. Основные вопросы для собеседования

42. Опишите свойства микрообъектов с точки зрения квантовых представлений.

43. Назовите принципы и постулаты квантовой механики.

44. Проведите количественное описание микрочастиц.

45. Докажите, что волновая функция и квантовые числа характеристики микрообъекта в квантово-полевой картине мира.

46. Опишите правила заполнения электронных оболочек многоэлектронных атомов.

47. Наводящие вопросы для осуществления самоконтроля при подготовке к собеседованию

48. Докажите, что понятие "траектория" не применимо к микрообъекту.

49. Сформулируйте основную задачу кантовой механики.

50. Поток электронов проходит через диафрагму с двумя щелями и дает интерференционную картину. Значит ли это, что каждый электрон проходит через оба отверстия?

51. В чем проявляется дуализм свойств микрочастицы?

52. Опишите свойства стоячей волны. Почему движение электрона в атоме сопоставимо со стоячей волной?

53. Покажите, что с уменьшением главного квантового числа (п), в случае атома водорода, неопределенность импульса увеличивается. Как это можно объяснить?

54. Покажите на примерах: чем больше время жизни системы, тем точнее определена ее энергия.

55. Два электрона в двух случаях имеют орбитали (О,°о). Как вы считаете, одинаковы ли волны вероятности у этих электронов? Одинаковы ли состояния электронов, что можно сказать об их энергии?

56. Приведите доказательства дискретного изменения энергии микрочастицы. В чем это проявляется?

57. Какое объяснение с точки зрения квантовой механики находят стационарные орбиты Н.Бора?

58. В чем теория Н.Бора противоречит квантово-механическим представлениям о строении атома?

59. Объясните, в чем физический смысл постулатов Луи де Бройля.

60. Каков физический смысл волновой функции? Что можно описать с помощью функции вероятности?

61. Воспользуйтесь принципом Паули и рассчитайте общее число электронов в уровне, в подуровне. В каком порядке они будут заполняться?

62. Каковы правила заполнения электронов в атоме?

63. Какова связь электронной структуры атома с периодической системой элементов Д. И. Менделеева?

64. Какие виды химической связи Вам известны? Объясните механизм и природу химической связи на основе квантовых представлений.

65. Выделите свойства валентных электронов.1. ВЫВОДЫ ПО III ГЛАВЕ

66. ГЛАВА IV. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА§ 4.1. Методика проведения педагогического эксперимента41.1. Задачи педагогического эксперимента и его этапы

67. Педагогический эксперимент осуществлялся на протяжении девяти лет и включал в себя: постановку проблемы и выбор эмпирических методов исследования, теоретическое осмысление результатов эксперимента, поиск оптимальных путей реализации новых методик.

68. На объективность данных педагогического эксперимента в значительной степени влияют содержание и структура вопросов анкеты, теста, контрольной работы, проводимых для диагностирования результатов экспериментального обучения.

69. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТАп/п Этапы педагогического эксперимента Цели Задачи Методы эмпирического исследования

70. Коэффициент полноты сформированности знаний об отдельных элементах системы знаний:кгдеn-Nni количество элементов знаний, усвоенных i-м учеником;п максимальное количество элементов знаний, отраженных в работе;1. N объем выборки.

71. Коэффициент полноты усвоения способов деятельности:N2>у-ffjf- гдеnj количество действий, воспроизведенных j-м учеником;п количество действий, составляющих способ деятельности на данном этапе обучения;1. N объем выборки.

72. Описание уровней знаний см. позже).

73. О и число учащихся экспериментальных классов, чьи знания и умения сформированы на i-м уровне.

74. Оа число учащихся контрольных классов, чьи знания и умения сформированы на i-м уровне.1. С число уровней.