Проектирование содержания курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей: на примере связи с курсом химии 8-9-х классов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, кандидат педагогических наук Иванова, Елена Борисовна

• Иванова, Елена Борисовна
• кандидат педагогических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат педагогических наук Иванова, Елена Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

глава 1.:.!.И

МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ КАК ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ.

1.1. История развития проблемы межпредметных связей.

1.2. Классификация, функции и определение межпредметных связей;.

ГЛАВА 2.

СОДЕРЖАНИЕ ШКОЛЬНОГО КУРСА ФИЗИКИ СВЯЗАННОГО С ХИМИЕЙ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ.

2.1. Связность школьных курсов физики и химии на основе графовой модели межпредметных связей.

2.2. Анализ содержания школьных курсов физики и химии на основе информационной модели межпредметных связей.

2.2.1. Информационная модель межпредметных связей и ее количественные характеристики.

2.2.2. Проектирование содержания курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей.

ГЛАВА 3.

Модульное обучение как организационная сторона реализации межпредметных связей физики с химией.

3.1. Определение понятия модуля. и история развития модульного обучения.'.

3.2. Психологическое обоснование модульного обучения.

3.3. Модульное обучение физике в школе методом. межпредметных кейсов.

ГЛАВА 4.

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.

4.1. Этапы педагогического эксперимента.

4.2. Результаты педагогического эксперимента.;.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование содержания курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей: на примере связи с курсом химии 8-9-х классов»

Общая характеристика исследования

Еще сь момента возникновения предметного обучения образовалось противоречие между необходимостью обеспечения непрерывности и единства учебного процесса и его дискретным характером. По мере дифференциации наук система школьного образования, пытаясь соответствовать уровню потребностей в знаниях, умениях, навыках, определяемым рынком труда, включает в учебные планы все новые предметы, ориентированные на профильное обучение. Это проводится за счет сокращения числа часов, отводимых на изучение естественнонаучных курсов, среди которых курс физики занимает первые позиции. Обозначенная тенденция становится все более устойчивой, хотя и слывет малоперспективной, так как в итоге снижается глубина изучения учебного материала по физике, теряется целостность восприятия учащимися картины окружающего их Мира. В этих условиях более глубокому пониманию внутренней логики курса физики может способствовать установление МПС с курсом, содержащим систему знаний, и методов науки физики. Общепризнанно, что таковым является курс химии, в котором используются родственные с физикой понятия, законы, теории.

Проблема заключается в невысоком уровне эффективности учебного процесса по физике, вызванном недостаточной разработанностью межпредметного пространства курсов физики и химии, содержание которых опирается на родственные модели и понятия при описании строения вещества, явлений электролиза, радиоактивности и прочих.

Проблема вытекает из противоречия между объективно существующими межпредметными связями физики с химией и недостаточной согласованностью (связанностью) школьного курса физики с курсом химии.

Обозначенное противоречие может быть снято с помощью построения системы межпредмётных связей (МПС) физики с химией, разработанной на основе количественных методов, позволяющих проектировать оптимальное*^ межпредметное содержание физики, отвечающее требованию информационных ограничений.

Сегодня еще не введены Государственные образовательные стандарты для школьного образовательного уровня, разработка которых началась в рамках реализации Программы модернизации образования. Однако"уже появилось отвечающее новым требованиям, поколение школьных учебников физики. Среди них курсы физики для 7-9-х классов А.В. Перышкина; С.В. Громова, Н.А.Родиной; не имеющий аналогов двухуровневый курс Н.С. Пуры-шевой и Н.Е. Важеевской; курс С.В. Громова, Н.В. Шароновой и других. Выбор имеется и в серии новых курсов химии для 8-9-х классов, куда входят курсы О.С. Габриеляна; Р.Г. Ивановой; JI.C. Гузей и других.

Несмотря на то, что авторы этих и других учебников безусловно учитывают существующие исследования межпредметных связей физики с химией, проблему нельзя считать до конца решенной прежде всего потому, что эти исследования не опираются на количественные методы, позволяющие быстро проектировать оптимальгое межпредметное содержание учебного курса физики с учетом его связей с химией.

Поэтому направление исследований МПС физики с химией в сторону проектирования содержания школьного курса физики на основе количественных методов является перспективным и актуальным. Что и обусловило выбор темы исследования «Проектирование содержания курса физики 79-х классов на основе информационной модели межпредметных связей» (на примере связи с курсом химии 8-9-х классов).

Объект исследования. Межпредметное содержание учебных курсов.

Оптимизация создает благоприятные условия управления учебным процессом; оптимизации подлежат методы обучения, структура урока. Индивидуальная и трольные задания и т.д. (Бабанский Ю.К. Оптимизация ние, 1978.-175 с.) для четкого, целенаправленного и эффективного содержание и объем учебных программ, средства и фупповая деятельность учащихся, учебные и кон-учебно-воспитательного процесса.- М.: Просвеше

Предмет исследования. Проектирование межпредметного содержания школьного курса физики связанного с химией.

Цель исследования. Спроектировать содержание курса физики 7-9-х классов на основе информационной модели межпредметных связей.

Возможность достижения цели исследования подтверждалась проверкой следуюищх гипотез:

1. Связность школьного курса физики с химией может быть достигнута, если его межпредметное содержание проектировать на основе информационной модели МПС.

2. Эффективность обучения физике будет возрастать, если спроектированное на основе информационной модели МПС содержание модулей физики изучать методом межпредметных кейсов.

В качестве методологической основы данного исследования использованы:

• труды известных педагогов, глубоко исследовавших роль и место ВПС и МПС в учебном процессе и продвинувших их понимание на качественном уровне: Н.С. Антонова, И.Ф. Борисенко, Ш.А. Бакмаева, И.И. Гайдукова, Ш.И. Ганелина, А.И. Гурьева, В.А. Далингера, Б.П. Есипова, В.Ф. Ефи-менко, И.Д. Зверева, Л.Я. Зориной, Т.А. Ильиной, В.Н. Келбакиани, И.С. Ка-расовой, П.Г. Кулагина, И.Я. Ланиной, Н.А. Лошкаревой, В.Н. Максимовой, В.Е. Медведева, П.Н. Новикова, П.И. Образцова, И.Т. Огородникова, А.В. Петрова, В.Н. Ретюнского, Н.А. Сорокина, А.В. Усовой, В.Н. Федоровой, Г.Ф. Федорец, Н.М. Черкес-Заде, В.П. Шумана, Е.И. Щукиной, В.Н. Янцен, О.А. Яворук и других;

• труды психологов в области теории мышления и теории деятельности, идеи которых положены в основу развивающего обучения: В.В. Давыдова, Л.В. Занкова, П.И. Зинченко, Г.В. Репкиной, В.В. Репкина, Г.К. Середы, Д.Б. Эльконина, а также создателей теории поэтапного формирования умственных действий: П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной и теории социального научения А Бандуры;

• труды, в которых предлагаются количественные подходы к решению педагогических задач: С.И. Архангельского, И.И. Лихтштейна, В.П. Ми-зинцева, A.M. Сохора;.

• дидактические исследования вопросов построения и оптимизации учебного процесса: С.И. Архангельского, Ю К. Бабанского, В.В. Краевского;

• исследования в областях конструирования содержания курсов физики и методики обучения физике: Д.А. Исаева, С.Е. Каменецкого, А.Н. Мансурова, Н.С. Пурышевой, Н.В. Шароновой;

• труды известных педагогов: В.В. Лаптева, B.C. Леднева, И.Я. Лер-нера, В.И. Тесленко, А.П. Тряпициной.

Задачи исследования:

1. Изучить состояние проблемы способов представления межпредметных связей на качественном и количественном уровнях их описания.

2. Построить межпредметные пространства школьных курсов физики на основе графовой модели МПС, установив иерархию используемых в физике элементов знаний базового курса химии с помощью количественных характеристик модели - длины и силы межпредметной связи, выделить наиболее значимые.

3. Рассчитать связность различных курсов физики с химией, провести сравнение и анализ полученных результатов.

4. На основе информационной модели межпредметных связей провести оптимизацию межпредметного содержания физики и химии и исследовать его соответствие информационным ограничениям.

5. Разработать технологию обучения физике, эффективность которой обеспечивается модульной системой ее организации, формированием учебной информации и дидактических процессов внутри модуля на основе межпредметных связей.

6. В условиях педагогического эксперимента:

• проверить сформулированные в исследовании гипотезы;

Современная технология реализации МПС - модульная; позволяет формулировать перспективные и частнодидактические цели по организации ин-тегративной познавательной деятельности школьников с модулями, а также разноуровневой самостоятельной работы с отдельными элементами модуля, этапы которой согласуются с психологическими закономерностями учебного процесса.

Теоретическая значимость работы заключается в расширении представлений об МПС, что подразумевает: уточнение понятия «направление реализации МПС»; уточнение способа передачи МПС в рамках их информационной модели с помощью введенного понятия семантического состояния физического элемента знания; экстраполяцию информационной модели МПС на школьный курс физики, связанный с химией, и проектирование оптимального межпредметного содержания по физике в соответствии с информационными ограничениями.

Практическая значимость исследования состоит в том, что приложение информационной модели к школьным курсам физики и химии позволило проектировать содержание физического образования, в. виде смысловых структур, предваряя конструирование учебного процесса. Смысловые структуры можно не только оптимизировать с позиций связности содержания курса физики 7-9-х классов с курсом химии 8-9-х классов, но и привести в соответствие с информационными ограничениями восприятия учащимися учебной информации. Даются количественные ориентиры для практической деятельности педагогов, занимающихся разработкой содержания школьного физического образования.

Кроме того, открываются возможности для перестройки практики обучения физике на межпредметной основе. Примером чему могут служить разработанные для учащихся межпредметные кейсы, включающие информационно-методические материалы для учащихся 7-9-х классов. Кейс включает: подробную рабочую программу; план - вопросник; методические указания к решению типовых задач; набор самостоятельных заданий, смысловые структуры, как входящих в модуль параграфов, так и семантических состояний родственных с химией понятий. Применение приведенных разработок в учебном процессе повышает его эффективность.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Приложение информационной модели МПС к школьному курсу физики позволяет выделить прямые и обрагные межпредметные связи физики с химией и наиболее значимые, родственные обоим курсам, элементы знаний (понятия, законы, теории и пр.), установить степень связности курса физики с химией и проследить изменение информационного объема выделенных элементов знаний при их переходе в содержании физики от одного семантического состояния к другому, что, в свою очередь, позволяет оптимизировать содержание физики в соответствии с информационными ограничениями.

2. Выявленная корреляция этапов теории поэтапного формирования умственных действий (ТПФУД) П.Я. Гальперина для детей младшего школьного возраста и теории социальногонауншияАБандурЬ1 позволила установить последовательность и содержание этапов изучения учебного модуля по физике в соответствии с психологическими закономерностями процесса обучения.

3. Предлагаемая модульная организация обучения физике, направленная на изучение физического содержания с помощью межпредметных кейсов, способствует развитию общеинтеллектуальных видов деятельности, формированию у учащихся естественнонаучного мировоззрения и целостных представлений об окружающем их Мире.

Апробация результатов исследования проводилась за рубежом: 2007г. - г.Токио, Япония (доклад, публикация); в России: на международных конференциях: 2004-2005г.- г. Пенза (публикации); 2007г. - г. Владивосток (доклад, публикация); на всероссийских, региональных и межвузовских конференциях:

2003-2007 г. - г. Владивосток (ежегодные доклады, публикации), 2005 г. -г.Хабаровск (доклад, публикация).

Результаты исследования изложены в 14 публикациях, в том числе: одна - в журнале из перечня, рекомендованного ВАК РФ («Химия в школе»), восемь - в материалах международных и всероссийских конференций, пять - в тезисах докладов конференций. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (173 наименования), 5 приложений. Работа содержит 123 страницы основного текста, 19 рисунков, 22 таблицы, 2 схемы.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Иванова, Елена Борисовна

Основные результаты, полученные в диссертации:

1 На основе анализа педагогической литературы установлена недостаточная разработанность опирающегося на количественные модели межпредметных связей механизма проектирования межпредметного содержания школьного курса физики в направлении его связанности с химией.

2 В отличие от существующей, в предложенной классификации межпредметных связей выделены кластеры связей по способу взаимодействия свя-зеобразующих элементов и по направлению действия в содержательных, методических, операционных и организационных межпредметных связях.

3. На основе графовых моделей МПС построены межпредметные пространства двух курсов физики для 7-9-х классов с двумя курсами химии для 8-9-х классов с прямым направлением связи (от химии к физике) и обратным (от физики к химии), где с помощью количественных характеристик установлена иерархия физических понятий в курсе химии и химических - в курсе физики; на основе чего выделены родственные понятия курсов физики и химии, через которые устанавливаются наиболее значимые межпредметные связи. Показано, что как для прямых, так и для обратных МПС курс физики для 7-9-х классов А.В. Перышкина имеет большую связность с курсом химии для 8-9-х классов О.С. Габриеляна; в свою очередь, курс физики для 7-9-х классов С.В. Громова и Н.А. Родиной сильнее связан с курсом химии для 8-9-х классов Р.Г. Ивановой.

4. На основе информационной модели МПС в выделенных по связности курсах физики для 7-9-х классов А.В. Перышкина и химии для 8-9-х классов О.С. Габриеляна представлено семантическое содержание понятия электрона, одного из наиболее значимых из родственных понятий физики и химии. Введено понятие семантического состояния элемента знания, умения или навыка для уточнения способа передачи МПС. Предложен способ оптимизации межпредметного содержания курса физики с химией, состоящий в присутствующей в модели возможности выбора такого семантического блока межпредметной информации, включение которого в смысловую структуру параграфа физики не нарушает требования информационных ограничений.

5. На основе сравнения теории поэтапного формирования умственных действий (ТПФУД) с теорией социального научения, обоснована возможность экстраполяции положений ТПФУД на закономерности школьного процесса обучения и предложены соответствующие ТПФУД этапы изучения учебного модуля.

6. В рамках модульной технологии разработана частная методика обучения физике - с помощью межпредметных кейсов, базирующаяся на методе смысловых структур и направленная на изучение оптимального межпредметного содержания курса физики, связанного с химией. Методика сопровождается соответствующим методическим обеспечением для школьного курса физики 8-го класса.

Заключение

Сегодня педагогическое научное сообщество проявляет живой интерес к проблеме количественного определения качественных результатов педагогического процесса. И это вполне естественно, так как успех научной работы определяется и разработанностью объективного инструментария процесса исследования. В педагогической науке этот инструментарий весьма далек от совершенства. Наблюдение и опыт, как естественные источники фактов, и методы изучения педагогического процесса также требуют дальнейшего совершенствования. Прежде всего необходима разработка методик однозначного распознавания, описания и интерпретации фактов, доказательства их валидности по отношению к сущности изучаемого явления, определения репрезентативного массива фактов.

Под влиянием общего развития и внедрения во все области деятельности человека наукоемких технологий в последние 10 лет в педагогике заметно усилилось внимание к идеям математической логики, теории вероятностей, теории информации, линейному программированию, теории игр и прочих. Сейчас начались активные поиски применения математических методов в исследовании педагогических проблем и первые попытки отображения известных качественных педагогических закономерностей формализованными средствами. Такого рода попытки имеют своей целью добиться количественной определенности качественных результатов и тем самым по возможности снять подчас субъективные истолкования научно-педагогической деятельности.

В подавляющем большинстве случаев использование количественных оценок в педагогических исследованиях носят фрагментарный характер. Результаты исследования имеют, скорее, познавательное значение для узкого круга научных работников, нежели открывают какие-либо широкие горизонты для повседневной исследовательской практики. Без обновления и совершенствования исследовательского инструментария работники педагогической науки рискуют воспроизводить известные истины.

В пользу инструментария смысловых структур, который был использован и продвинут в данной работе, можно привести следующие аргументы. Применительно к процессу формирования смысловых структур умственная операция является конечным результатом установления логической связи между элементами и проявляет себя в конкретной наглядной форме - произведенном действии. Если связь между частями понятия установлена, существует возможность совершить ту или иную операцию, расщепить структуру или, наоборот, синтезировать ее. Очевидно, всякой отдельной операции в логическом отношении предшествует факт установления смысловой связи и, как следствие этому, появляется возможность затем осуществить операцию над элементами понятийной структуры. Логическая связь составляет первооснову операциональной деятельности мышления. Она есть главный исходный признак смысловой структуры, операция же в гносеологическом плане является конечным результатом акта связи в пределах данной системы элементов.

Отметим, что еще И.П. Павлов писал, что «мышление - это есть соединение впечатлений от двух внешних предметов, а затем пользование этим соединением».

Поэтому можно утверждать, что выбранное направление исследований, развитое в данной работе, является перспективным.

Список литературы диссертационного исследования кандидат педагогических наук Иванова, Елена Борисовна, 2007 год

1. Антонов Н.С., Слагаемые знания (О межпредметных знаниях в учебном процессе). Архангельск: Северо-западное кн. Изд., 1969.- 153с.

2. Архангельский С.И., Мизинцев В.П. Модель учебной информации // Про-2 граммированное обучение. Вып. 6-7., Киев: Изд. Киев-го ун-та., 1970. С. 1732.

3. Архангельский С.И., Мизинцев В.П. Принцип информационных ограни-^ чений в обучении // Программированное обучение. Вып. 6-7., Киев: Изд. Киев-го ун-та, 1970. С. 17-32.

4. Архангельский С.И., Мизинцев В.П., Кочергин А.В. Обученность глав-^ ная переменная шкалы отметок, градация контингента и физики, или оценивания учителя. -М.: Знание, 1985. -102 с.

5. Архангельский С.И.Учебный процесс в высшей школе, его закономерные6. основы и методы. -М.: Высшая школа, 1980.-268с.

6. Афремов J1.JI., Гнитецкая Т.Н. Теория внутрипредметных и межпредметных связей: Монография. Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та, 2005.176 с

7. Бабаджанян С.Б., Монахов В.М., «Межпредметные связи естественнонаучных дисциплин на факультативных занятиях. Советская педагогика, 1970, №10

8. Бабанский Ю.К. Закономерности, принципы и способы оптимизации педагогического процесса // Избранные педагогические труды/ Сост. М.Ю. Бабанский.-М: Педагогию, 1989. С. 262-271.

9. Бабанский Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса.-М.: Просвещение, 1982.-175 с.

10. Абдулагимов Г.Л., Бакмаев Ш.А. Везиров Т.Г. //Информационные техно-12 логии в процессе подготовки современного специалиста: Межвзовский сборник.-Липецк:ЛГПУ.-2001.-Вып.4.-Том 1.-С.5-14.14.