Обучение учащихся средних общеобразовательных учреждений эмпирическим методам познания физических явлений

На правах рукописи

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровень общего образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Обучение учащихся средних общеобразовательных учреждений эмпирическим методам познания физических явлений

КРУТОВА Ирина Александровна

Астрахань - 2007

Работа выполнена на кафедре теоретической физики и методики преподавания физики факультета физики и электроники Астраханского государственного университета

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Гороховатский Юрий Андреевич

доктор педагогических наук, профессор Данильчук Валерий Иванович доктор педагогических наук, доцент Агибова Ирина Марковна

Ведущая организация: Московский педагогический государственный университет

И.о. ученого секретаря диссертационного совета Е.И. Кондратенко



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Проблема формирования у учащихся методов научного познания при изучении физики на протяжении нескольких десятилетий остается актуальной. Во всех нормативных документах, начиная с 1968 года, ставилась задача ознакомления школьников с методами физической науки, развития способностей к анализу ситуации, пониманию проблемы, построению выводов и умозаключений. Современные социально-экономические условия диктуют новый заказ школе: обучение должно быть направлено на формирование активной личности, способной самостоятельно ставить задачи и находить пути их решения. Одной из главных целей школьного физического образования на данном этапе становится овладение методами научного познания. Задача обучения этим методам зафиксирована в Федеральном компоненте государственного стандарта общего образования и Требованиях к уровню подготовки выпускников как основной, так и средней (полной) школы. В «Концепции физического образования» подчеркивается, что «… ядро содержания физического образования должно включать не только необходимый комплекс знаний,…но и универсальные способы познания…, столь характерные для физики как науки».

Для достижения этой цели сделано немало. Предложены пути отражения цикла научного познания в ходе обучения учащихся физике (В.Г. Разумовский, Н.И. Нурминский). Произведено сравнение процессов научного и учебного познания, даны рекомендации по планированию уроков с учетом установленных сходств и различий (Г.М. Голин, С.А. Шапоринский). Найдены пути изучения методологических вопросов школьного курса физики (В.Н. Мощанский, Н.В. Шаронова, И.В. Кузнецов) и формирования системы методологических знаний при обучении физики (Н.Е. Важеевская, Н.В. Кочергина, Н.С. Пурышева). Исследовано соотношение индукции и дедукции в процессе изучения физики (Д.В. Вилькеев, Д.Ш. Шодиев). Доказана необходимость и возможность использования эксперимента для формирования понятий в процессе развивающего обучения (Т.Н. Шамало).

Отдельное направление в обучении учащихся проведению экспериментальных исследований, связано с работами, посвященными разработке методики организации фронтального лабораторного эксперимента, выполнению домашних экспериментов, опытов при изучении нового материала. (Д.В. Ананьев, М.Ю. Демидова, П.Л. Зуев, Р.В. Майер, И.С. Мураховский, А.А. Никитин, М.П. Папиев, А.В. Сергеев, А.С. Сиденко, Л.В. Гурьева, О.М. Дружинина, В.Н. Савинцев, О.В. Муртазина и др.). Суть их предложений основывается на представлении о том, что чем больше экспериментов выполнят учащиеся, тем успешнее у них сформируется представление об экспериментальном методе исследования. При этом акцент делается на сообщении информации об отдельных действиях эмпирического познания в процессе выполнения различных видов экспериментальных работ.

Выполнение заказа общества, сформулированного выше, возможно, если учебный процесс будет организован так, чтобы учащиеся овладевали этими методами, а не получали информацию о них. При этом овладение методами должно происходить не стихийно, а осознано. Методика такого обучения предложена в исследовании Н.И. Одинцовой «Обучение учащихся средних общеобразовательных учреждений теоретическим методам получения физических знаний». Автор справедливо показывает, что теоретические методы познания могут быть освоены только школьниками старших классов, в том случае, если учащиеся овладели эмпирическими методами познания. Однако разработка методики обучения эмпирическим методам познания в данном исследовании не затронута.

Вместе с тем именно эмпирическим методам познания необходимо обучать учащихся с самого начала изучения физики, во-первых, потому что, эмпирическое познание наиболее соответствует познавательным возможностям подросткового возраста; во-вторых, для того чтобы понимать физику, ученику недостаточно знать определения, формулы, формулировки научных законов, необходимо осознавать происхождение этих знаний. Для большинства знаний, представленных в школьном курсе физики, такими способами являются эмпирические методы познания физических явлений; в-третьих, эмпирические методы познания содержит в своем составе действия, которые используются людьми при решении многих житейских и профессиональных задач.

Таким образом, проведенный анализ существующих исследований позволяет утверждать, что задача специального формирования у учащихся эмпирических методов познания при изучении физики не ставилась. Речь шла либо о передаче информации о том, что такие методы существуют, либо об обучении отдельным действиям, выполняемым при получении знаний на эмпирическом уровне познания - наблюдению, планированию эксперимента, проведению эксперимента, обработке экспериментальных данных и т.п.

Чтобы установить, приводит ли сложившийся в практике работы учителей физики опыт представления учащимся информации о методах научного познания и применение отдельных его действий на уроках к формированию у них эмпирического метода познания физических явлений, был проведен констатирующий эксперимент. В нем приняли участие учащиеся различных образовательных учреждений (средних общеобразовательных школ, гимназий, лицеев, школ с углубленным изучением предметов физико-математического цикла) городов Астрахани, Санкт-Петербурга, Москвы, Элисты (всего 943 человека). Результаты эксперимента показали, что подавляющее большинство учащихся не осознает содержания способов получения физических знаний и не владеет ими.

В итоге можно утверждать, что актуальность темы исследования обусловлена существованием противоречия между требованием к выпускнику школы освоить знания о методах научного познания природы и развить способности к самостоятельному приобретению новых знаний по физике и невозможностью удовлетворить это требование на основе сложившихся в теории и практике преподавания способов обучения эмпирическим методам познания.

Чтобы ученик умел действовать в новых нестандартных ситуациях необходимо, чтобы он овладел способами получения знаний в обобщенном виде. В физике достоверные знания о свойствах объектов, изменениях в их состоянии, взаимодействиях, интенсивности проявления свойства не может быть получено без проведения серии экспериментальных исследований, в которых воспроизводится физическое явление. Поэтому предметом усвоения школьников следует сделать обобщенные способы получения физических знаний с применением эксперимента, реализуемые в определенной логической последовательности, которые составляют содержание эмпирических методов познания физических явлений.

Проблему исследования составляет поиск ответа на следующие вопросы: 1) каково содержание эмпирического метода познания физических явлений; 2) на каком материале школьного курса физики следует обучать эмпирическому методу познания физических явлений; 3) как организовать познавательную деятельность школьников в ходе такого обучения.

Объектом исследования является процесс обучения физике учащихся средних общеобразовательных учреждений.

Предметом исследования является процесс обучения эмпирическому методу познания физических явлений учащихся основной и средней (полной) школы.

Цель исследования состоит в обосновании и разработке концепции обучения учащихся эмпирическому методу познания физических явлений и методики, построенной в соответствии с основными положениями этой концепции.

В качестве теоретической основы исследования использованы следующие положения психолого-педагогической теории деятельности:

овладение деятельностью происходит в результате ее многократного выполнения и рефлексии выполняемых действий и их последовательности;

человек будет независимым от условий, в которых он будет действовать, если сформировать у него деятельность в обобщенном виде;

деятельность только тогда достигает запланированного результата, если цель этой деятельности сформулирована самим человеком на основе возникшей у него потребности.

На этой основе сформулирована гипотеза исследования:

содержание эмпирического метода познания физических явлений можно установить, если выделить характерные познавательные задачи, решаемые с применением физического эксперимента, выявить логическую последовательность их постановки и установить обобщенные способы их решения;

школьники смогут осознать эмпирический метод познания физических явлений и овладеть обобщенными способами получения отдельных видов физических знаний, входящими в его содержание, если на уроках физики организовать деятельность по многократному применению этих способов и рефлексии выполняемых действий и их последовательности.

Цель и гипотеза исследования определили задачи исследования:

1. Конкретизировать содержание термина «эмпирические методы познания физических явлений».

2. Выделить характерные познавательные задачи, решаемые с применением физического эксперимента, и установить обобщенные способы их решения;

3. Обосновать и сформулировать принципы отбора и структурирования учебного материала по физике для обучения эмпирическим методам познания физических явлений.

4. Построить модель деятельности учителя по обучения эмпирическим методам познания физических явлений и выделить ориентиры для грамотного выполнения всех действий, входящих в неё.

5. Разработать методику обучения учащихся эмпирическим методам познания физических явлений.

6. Оценить эффективность разработанной методики и сформулировать выводы о правомерности концепции, лежащей в её основе.

В связи с тем, что вопрос об обучении учащихся эмпирическим методам познания физических явлений ранее не ставился, то, естественно, в программу подготовки будущих учителей физики не входила методика подготовки учителя физики к реализации этой задачи. Поэтому впервые в нашем исследовании поставлены задачи:

7. Разработать методическую систему подготовки студентов и учителей физики к реализации концепции обучения эмпирическим методам познания при изучении школьного курса физики.

8. Проверить эффективность методики подготовки учителя физики к формированию у школьников эмпирических методов познания физических явлений.

Логика исследования представлена на схеме 1.

Основные этапы и организация исследования. Исследование проводилось в течение 15 лет с 1992 г. по 2007 г. и включало следующие этапы.

На первом этапе (1992-1997 гг.) анализировались нормативные документы, касающиеся приоритетов развития физического образования в области обучения учащихся методам научного познания, и разрабатывалась методика обучения школьников познавательной деятельности, которая позволяет обучаемым овладеть обобщенным способом получения понятия о физическом явлении на эмпирическом уровне познания. В 1997 году была защищена кандидатская диссертация «Обучение учащихся познавательной деятельности по изучению физических явлений».

На втором этапе (1997-2000 гг.) исследование было расширено на обучение школьников обобщенным способам получения следующих видов физических знаний с применением эксперимента: понятий о физических явлениях, объектах, величинах, научных фактов, физических законов. Разрабатывалась логика введения этих системообразующих элементов и методика обучения учащихся, позволяющая сделать её предметом усвоения. Изучались нормативные документы, диссертационные исследования, касающиеся проблемы обучения школьников методам познания и формирования экспериментальных умений будущего учителя физики; проводился констатирующий эксперимент; велся поиск решения проблемы формирования у учащихся эмпирических методов познания физических явлений и подготовки учителя к данному виду деятельности. В результате были сформулированы цели и задачи исследования, выдвинута гипотеза исследования.

На третьем этапе (2001-2004 гг.) были сформулированы основные положения концепции обучения учащихся эмпирическому методу познания физических явлений, позволившие разработать модель деятельности учителя по составлению программы обучения эмпирическим методам познания на уроках физики и по планированию уроков-исследований в соответствии с составленной программой. На этом этапе был организован поисковый этап педагогического эксперимента; разработаны и опубликованы методические материалы учителю физики, позволяющие внедрить результаты исследования в практику обучения, и программы дисциплин «Теория и методика обучения физики» и «Дополнительные главы методики преподавания физики» для студентов, обучающихся по специальности 032200 - Физика, реализация которых позволяет сформировать у будущего учителя умения, необходимые для формирования у школьников эмпирических методов познания физических явлений. На четвертом этапе (2004-2007 гг.) был проведен обучающий эксперимент и обработаны его результаты; сформулированы выводы исследования; оформлена диссертационная работа; опубликованы монографии. На этом этапе также были опубликованы учебное пособие и методические рекомендации для студентов и магистрантов, учебно-методический комплект к учебнику С.В. Громова, Н.А. Родиной «Физика. 7 класс», позволившие реализовать результаты исследования в практике обучения студентов и школьников. Этот этап позволил подтвердить выдвинутую гипотезу.

Схема 1. Логика исследования

Для решения поставленных в исследовании задач применялись следующие методы:

Теоретические: изучение Российского и международных стандартов школьного физического образования; анализ педагогической, психологической, методической литературы и диссертационных исследований, имеющих отношение к теме работы; изучение философской литературы, в которой рассматриваются вопросы методологии научного познания; анализ работ ученых-физиков, книг по истории физики, в которых описаны способы получения физических знаний с использованием эксперимента; анализ содержания учебников по физике для общеобразовательных учреждений; моделирование деятельности учителя физики, осуществляющего обучение учащихся эмпирическому методу познания физических явлений; разработка методического обеспечения для проведения педагогического эксперимента.

Экспериментальные: беседы с учащимися, студентами, учителями физики; наблюдение учебного процесса, анкетирование, экспертная оценка; экспериментальная работа констатирующего, поискового и обучающего характера; личное преподавание в школе, вузе, в системе послевузовского образования.

Методологическую основу исследования составляют:

работы по философии и методологии естествознания (А.Н. Елсуков, П.В. Копнин, А.Н. Кочергин, И.В. Кузнецов, М.В. Мостепаненко, Н.И. Родный, Г.И. Рузавин, О.М. Сичивица, В.С. Швырев, В.А. Штофф и др.);

работы ученых, в которых описано содержание и результаты деятельности по экспериментальному исследованию физических явлений (А. Беккерель, В. Гильберт, Р. Гук, Х. Камерлинг-Оннес, Р. Бунзен, Г. Кирхгоф, Ш. Кулон, П. Кюри, М. Складовская-Кюри, П.Н. Лебедев, Г. Ом, Б. Паскаль, В.К. Рентген, М. Фарадей, В. Франклин, Г.-Хр. Эрстед и др.);

работы по истории физики (А.В. Ахутин, М. Борн, Л.А. Друянов, В.Н. Дуков, И.И. Госсен, П.С. Кудрявцев, Л.Н. Купер, Г. Липсон, Марио Льоцци, Дж. Тригг, С.Р. Филонович и др.);

психолого-педагогические работы по теории деятельности (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, Н.Ф. Талызина и др.);

работы по проблемному обучению (Д. Дьюи, И.Я. Лернер, А.М. Матюшкин, М.И. Махмутов, И.Е. Мураховский, В. Оконь и др.);

работы по теории и методике обучения физике на основе деятельностной теории (С.В. Анофрикова, Е.Ю. Баркова, Н.И. Одинцова, О.Н. Попова, Л.А. Прояненкова, Г.П. Стефанова и др.);

работы по формированию научного мировоззрения учащихся, отражающие проблему обучения экспериментальному методу исследования в процессе изучения физики (Д.В. Ананьев, В.И. Богдан, Н.Е. Важеевская, М.Ю. Демидова, О.М. Дружинина, П.В. Зуев, Д.А. Исаев, Н.В. Кочергина, В.В. Майер, Р.В. Майер, А.А. Никитин, М.П. Папиев, Н.С. Пурышева, А.В. Сергеев, М.А. Червонный, Л.А. Шабанов, Н.В. Шаронова и др.);

работы по методической подготовке учителя физики к решению профессиональных задач (И.М. Агибова, С.В. Анофрикова, Л.А. Бордонская, В.И. Ваганова, В.И. Данильчук, Ю.И. Дик, С.Е. Каменецкий, Л.А. Прояненкова, Н.С. Пурышева, С.В. Степанов, В.И. Тесленко, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.С. Хижнякова, Н.В. Шаронова и др.);

школьные учебники по физике (Л.И. Анциферов, Н.К. Гладышева и И.И. Нурминский, С.В. Громов и Н.А. Родина, А.Е. Гуревич и Д.А. Исаев, Г.Я. Мякишев и Б.Б. Буховцев, А.В. Перышкин, В.Г. Разумовский, В.А. Орлов, Ю.И. Дик, Н.Г. Никифоров, В.Ф. Шилов, Г. Роуэлл и С. Герберт, А.А. Пинский, Н.С. Пурышева и Н.Е. Важеевская, Л.С. Хижнякова, Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев и Д.Ш. Шодиев и др.).

В ходе исследования получены следующие новые результаты:

1. Составлено определение термина «эмпирические методы познания физических явлений»: эмпирические методы познания физических явлений - это совокупность обобщенных способы решения характерных познавательных задач с использованием эксперимента, расположенных в определенной последовательности, конечным продуктом реализации которых является система знаний о физическом явлении, которую составляют понятия о явлении, объектах, величинах, научные факты, законы.

2. Конкретизированы цели обучения учащихся методам научного познания: учащиеся должны овладеть эмпирическими методами познания физических явлений.

3. Раскрыто содержание эмпирических методов познания физических явлений в виде обобщенных логических схем деятельности, содержащих описание исходной ситуации, побуждающей к постановке познавательной задачи, формулировки характерных познавательных задач, обобщенный способ их решения с использованием эксперимента. Найдена взаимосвязь и последовательность постановки характерных познавательных задач: результат решения одной характерной познавательной задачи вызывает исходную ситуацию, в которой возникает потребность сформулировать и решить следующую познавательную задачу.

4. Выявлена и обоснована логика введения системообразующих элементов по теме школьного курса физики в виде цепочки познавательных задач, решение которых позволяет ученику получить новые физические знания: понятие о физическом явлении > понятие о физическом объекте > понятие о физической величине, характеризующей интенсивность свойства объекта > научный факт о зависимости интенсивности явления от параметров взаимодействующих объектов и условий взаимодействия > устойчивая связь и отношение между физическими величинами, описывающими данное явление (физический закон) > понятие о физической величине, являющейся коэффициентом пропорциональности в математической записи закона.

5. Разработаны и обоснованы принципы отбора и структурирования учебного материала, изучение которого позволяет обучить учащихся эмпирическим методам познания физических явлений: 1) изучение физики целесообразно начинать с познания явлений, которые наиболее часто встречаются в жизни, и позволяют при «создании» знаний учитывать личный опыт школьника; 2) получение учащимися физических знаний по теме должно быть осуществлено в результате решения системы познавательных задач, выстроенных в соответствии с логикой познания физических явлений.

6. Разработана модель деятельности учителя по подготовке учебного процесса, позволяющего учащимся овладеть эмпирическими методами познания физических явлений, включающая в себя:

виды деятельности учителя, последовательное выполнение которых, позволит сделать эмпирические методы познания физических явлений предметом усвоения учащихся (подготовка к преподаванию темы школьного курса физики: выстраивание логики получения физических знаний, разработка системы познавательных задач и системы эксперимента; разработка методики обучения учащихся эмпирическим методам познания физических явлений);

система действий по выполнению каждого вида деятельности;

ориентиры для выполнения каждого действия.

7. Разработана методика, позволяющая учителю обучить учащихся эмпирическим методам познания физических явлений.

Теоретическая значимость заключается в том, что разработана концепция обучения эмпирическим методам познания физических явлений, которую составляют следующие положения:

1. В цели обучения физике должно быть включено овладение учащимися эмпирическими методами познания физических явлений.

2. Учебный процесс должен строится так, чтобы у учащихся возникла потребность в решении новых познавательных задач; это возможно, если на уроке реализована логическая последовательность осуществления познавательной деятельности: исходная ситуация > познавательная потребность > познавательная задача.

3. Для осознания содержания эмпирических методов познания физических явлений, они должны быть выделены самими учениками.

4. Содержание эмпирических методов познания физических явлений обязательно должно стать предметом усвоения, а для того, чтобы он был усвоен, целесообразна методика, построенная в соответствии с положениями психолого-педагогической теории деятельности.

5. После усвоения содержания эмпирических методов познания физических явлений учащиеся должны многократно применить его для познания новых явлений. Оптимальные возможности для этого предоставляет физический практикум, так как в его работах необходимо реализовать одну из целей: 1) воспроизвести конкретное физические явлений; 2) установить зависит ли одна физическая величина от другой физической величины; 3) установить вид зависимости между величинами; 4) найти значение определенной физической величины. Цели этих работ совпадают с целями характерных познавательных задач, и могут быть достигнуты учащимися самостоятельно на основе имеющихся у них знаний и умений.

Методика обучения учащихся эмпирическим методам познания физических явлений, соответствующая указанным положениям, состоит из следующих этапов:

мотивационный. Его цель состоит в том, чтобы ученик ощутил потребность в овладении методами.

подготовительный. На этом этапе при решении учащимися конкретных познавательных задач, предъявляемых учителем в определенной логической последовательности, происходит накопление эмпирических методов решения задач одного и того же типа.

методологический, на котором ученики выделяют обобщенные способы решения характерных познавательных задач и осознают взаимосвязь и последовательность в их постановке.

этап самостоятельного исследования новых физических явлений с опорой на эмпирические методы познания физических явлений.

Данная методика может быть реализована при условии, если одна и та же логическая последовательность получения знаний реализуется минимум в 4 темах следующих друг за другом.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработаны ориентиры для учителя, позволяющие спланировать и реализовать обучение эмпирическому методу познания физических явлений; программа обучения учащихся эмпирическому методу познания физических явлений для основной школы; разработаны методические рекомендации для учителей, включающие разработки уроков, позволяющие реализовать обучение эмпирическому методу познания физических явлений.

Результаты исследования могут быть использованы и используются при обучении учащихся познавательной деятельности по изучению физических явлений в школьном курсе физики и при проведении курсов повышения квалификации учителей физики. Полученные выводы могут быть учтены при разработке стандартов образования, составлении программ, при написании учебников по физике для школы и учебников по методике обучения физике.

Апробация и внедрение результатов исследования

Результаты исследования докладывались и обсуждались на следующих международных, всероссийских, региональных, межвузовских и внутривузовских конференциях, семинарах, совещаниях:

VI Международной научно-методической конференции «Физические образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 105-летию со дня рождения А.В. Перышкина (г. Москва, 2007 г.);

VIII и IX международных конференциях «Физика в системе современного образования» (г. Санкт-Петербург, 2005 г., 2007 г.);

VIII Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения квалификации кадров» (г. Челябинск, 2007 г.);

V Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования» (г. Тамбов, 2007 г.);

Всероссийской научно-практическая конференция «Дидактико-методические аспекты современного урока» (г. Армавир, 2007 г.);

Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и средства обучения физике, химии и биологии» (г. Астрахань, 2007 г.);

III и IV Международных научно-методических конференциях «Проблемы и перспективы развития непрерывного профессионального образования в эпоху социальных реформ» (г. Саратов, 2006 - 2007 гг.);

V, VI, VII и VIII Международных научно-методических конференциях преподавателей вузов, ученых и специалистов «Высокие технологии в образовательном процессе» (г. Н.Новгород, ВГИПУ, 2004 - 2007 гг.);

V международной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, МПГУ, 2006 г.);

IX Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» (г. Волгоград, 2006 г.);

международной научно-практической конференции «Традиции и инновации: проблемы качества образования» (г. Чита, 2005 г.);

международных научных конференциях «Единый Каспий: Межгосударственное сотрудничество и проблемы экономического и социального развития региона» (г. Астрахань, 2002 г., 2005 г.);

совещании-семинаре «Физика в системе подготовки студентов нефизических специальностей университетов в условиях модернизации образования» (г. Астрахань, 2004 г.);

Всероссийской научно-методической конференции «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования» (Н. Новгород, НГПУ, 2004 г.);

региональной научно-практической конференции «Проблемы современного физического образования: школа и вуз» (г. Армавир, АГПУ, 2005 г.);

VI международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы преподавания физики» (г. Пенза, 2002 г.);

II Всероссийской научно - методической конференции учителей школ и преподавателей вузов «Школа и вуз: достижения и проблемы непрерывного физического образования» (г. Екатеринбург, 2002 г.);

IX международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (г. Москва, МГУ, 2002 г.);

сессиях, конференциях на кафедре теории и методики обучения физики Московского государственного педагогического университета (г. Москва, 1996-2007 гг.)

итоговых научно-практических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей, проводимых в Астраханском государственном университете (г. Астрахань, 1991-2007 гг.).

Внедрение научных результатов осуществлялось в процессе публикации книг, пособий, статей, научно-методических материалов; через руководимый автором научно-методический семинар для учителей физики

г. Астрахани и Астраханской области на факультете повышения квалификации Астраханского государственного университета (1995 - 2007 гг.); через курсы повышения квалификации учителей в Республиканском центре Развития Образования Калмыкии в г. Элисте и в Астраханском институте повышения квалификации работников образования.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс подготовки учителей в рамках курса теория и методика обучения физике в Астраханском государственном университете и Московском педагогическом государственном университете.

Методика организации учебного процесса, направленного на реализацию концепции обучения эмпирическому методу познания физических явлений, используется в практике работы учителей городов Астрахани, Москвы, Нижнего Новгорода, Санкт-Петербурга, Элисты.

На защиту выносятся:

1) Концепция обучения эмпирическим методам познания физических явлений:

– положение о том, что в цели обучения методам научного познания необходимо включить цели овладения обобщенными способами получения физических знаний отдельных видов, входящими в состав эмпирического метода познания физических явлений, и осознания его содержания в целом;

– принципы отбора и структурирования учебного материала, на основе которого можно организовать обучение эмпирическому методу познания физических явлений;

– модель обучения эмпирическому методу познания физических явлений.

2) Методика обучения школьников эмпирическому методу познания физических явлений:

– способ деятельности учителя по реализации концепции обучения эмпирическому методу познания физических явлений;

– методическое обеспечение обучения эмпирическому методу познания физических явлений.

3) Методическая система подготовки учителя к реализации концепции обучения школьников эмпирическому методу познания физических явлений.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения и двух частей: теоретической (главы 1 и 2) и практической (главы 3-5), заключения, библиографии (450 наименований), приложений. Логика её построения отражает логику и последовательность решения основных задач исследования.



Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы исследования и проблема исследования, выделены объект и предмет исследования, сформулированы его цель, гипотеза и задачи; раскрыты новизна, теоретическая и практическая значимость, представлены результаты исследования и положения, выносимые на защиту; приведены сведения об апробации и внедрении результатов исследования, а также об имеющихся публикациях.

В первой главе «Проблема обучения эмпирическим методам познания в теории и практике школьного физического образования» раскрыта эволюция целей обучения методам научного познания в школьном физическом образовании; проанализировано состояние практики обучения эмпирическим методам познания при изучении школьного физики; выбрана теоретическая основа исследования, с опорой на которую выдвинута гипотеза и сформулированы основные положения концепции обучения учащихся эмпирическим методам познания физических явлений.

Физическая наука включает в себя не только систему знаний, но и процесс получения знаний. Способами получения знаний являются методы научного познания. В методологии выделяют два уровня познания: эмпирический и теоретический. Методами эмпирического познания принято считать наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение, и др. методами теоретического познания - идеализацию, мысленный эксперимент, дедукцию и др. Грани между типами методов проведены достаточно условно: методы эмпирического познания применяются на теоретическом уровне и наоборот.

Методы научного познания всегда находили отражение в школьном курсе физики. В учебниках по физике начала XX века описания физических явлений, научных фактов или физических законов сопровождалось рисунками и характеристиками экспериментальных установок, с которыми работали ученые, отражали их действия по получению результата. Эмпирический базис в этих учебниках ярко выражен, что позволяет читателю осознать невозможность получения физических знаний без проведения системы экспериментальных исследования. Однако социальные условия того времени не требовали от выпускников школ владения методами научного познания, более того, считалось, что учебный процесс имеет дело с готовыми знаниями, а метод познания «от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике» признавался педагогами справедливым лишь для исследователей первооткрывателей.

Реформа физического образования 1968 года была направлена на повышение научного уровня курса физики. Впервые была поставлена задача ознакомления школьников с методами научного познания. Современные социально-экономические условия диктуют новый социальный заказ школе. На данном этапе (с 2004 года) обучение методам научного познания стало первоочередной задачей школьного физического образования. К уровню подготовки выпускника предъявляются новые требования: «учащиеся должны освоить знания о методах научного познания природы и развить способности к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами» Федеральный компонент государственного стандарта общего образования // Физика в школе, №4, 2004, с. 22..

Как показали результаты констатирующего эксперимента, подавляющее большинство школьников не владеет терминологией связанной с эмпирическим методом познания, не осознает содержания этого метода, и не пользуется им при выполнении конкретных заданий, то есть цель обучения эмпирическому методу познания в настоящее время не достигается. Одна из главных причин этого состоит в том, что выделенные в философии методы, используемые на эмпирическом уровне познания, носят общий характер и могут иметь конечным продуктом физические знания разного вида. Кроме того, в реальном исследовании они используются одновременно, взаимно дополняя друг друга. Так, для получения понятия о физическом явлении на эмпирическом уровне познания необходимо провести исследование, в котором переплетаются такие методы как эксперимент, наблюдение, индукция, часто к ним добавляются измерение, сравнение, анализ. Эти же методы используются для получения эмпирического закона, научного факта, понятия о физическом объекте и физической величине. Поэтому общенаучные методы эмпирического познания не могут быть для школьников ориентирами для самостоятельного приобретения ими новых физических знаний.

Для того чтобы уровень подготовки выпускника школы соответствовал современным требованиям, необходимо предметом усвоения сделать конкретные эмпирические методы, нацеленные на получение заданного конечного продукта, названные нами эмпирическими методами познания физических явлений. Эмпирические методы познания физических явлений - это совокупность обобщенных способы решения характерных познавательных задач (таблица 1, столбец 3) с использованием эксперимента, конечным продуктом реализации которых является система знаний о физическом явлении, которую составляют понятия о явлении, объектах, величинах, научные факты, законы.

Поэтому основное направление исследования состояло в определении содержания таких методов, в поиске логической связи между ними и в установлении способов организации познавательной деятельности учащихся, позволяющих сделать эмпирические методы познания физических явлений предметом усвоения.

Для установления теоретической основы исследования проведен сравнительный анализ двух педагогических направлений - проблемного обучения и психолого-педагогической теории деятельности, предусматривающих возможность организации познавательной деятельности учащихся аналогично деятельности ученых. Сравнение возможностей этих направлений для организации обучения эмпирическому методу познания проведено по следующим признакам: 1) цель обучения; 2) применимость концепции к программному материалу по физике; 3) основные понятия; 4) возможность подготовки учителя к реализации концепции.

Приоритетная цель проблемного обучения состоит в активизации учебно-познавательной деятельности обучаемых, цель деятельностной теории - в передаче им способов деятельности в обобщенном виде. В соответствии с разными целями проблемное обучение предполагает создание множества проблемных задач с непохожими способами решения, в то время как деятельностная теория обучения - разработку системы характерных познавательных задач с одинаковыми способами решения. Целями концепции задается и область их применимости: реализация методики проблемного обучения возможна на ограниченном материале; область охвата концепции деятельностного обучения - все знания и умения, регламентируемые программой по физике.

Таблица 1

Логическая последовательность осуществления познавательной деятельности

Исходная ситуация	Познавательная потребность	Характерные познавательные задачи
1. Обнаружено изменение состояния конкретного объекта, а причина этого изменения неясна	Получить обобщенное знание об объектах, воздействие которых приводит к обнаруженному явлению	Воздействие какого объекта явилось причиной наблюдаемого явления?
2. Обнаружено изменение состояния конкретного объекта при воздействии на него другого объекта в определенных условиях	Получить обобщенное знание об объектах, взаимодействие которых приводит к определенному изменению их состояния, о воздействии (взаимодействии) и об условиях этого взаимодействия	С какими еще объектами происходит это явление? При воздействии каких еще объектов может происходить данное явление? Какие условия являются обязательными для протекания явления?
3. Обнаружено, что интенсивность явления при взаимодействии разных объектов в разных условиях разная	Получить обобщенное знание о способе числовой оценки свойства, присущего многим объектам, но в количественном отношении индивидуальном для каждого из них	Как описать интенсивность явления числом?
	Получить обобщенное знание о существовании устойчивых, повторяющихся связей и отношений между физическими величинами, описывающими свойства взаимодействующих объектов, воздействие и условия взаимодействия	От каких величин, описывающих свойства взаимодействующих объектов и условий взаимодействия, зависит величина, описывающая интенсивность явления
4. Установлено, что физическая величина, характеризующей интенсивность явления зависит от других величин, описывающих свойства объектов и условия взаимодействия	Получить обобщенное знание о виде зависимости между физическими величинами, описывающими свойства взаимодействующих объектов, воздействие и условия взаимодействия	Каков вид этой зависимости?
5. Получена математическая запись закона	Получить обобщенное знание о свойстве объектов, которое описывает коэффициент пропорциональности	Каков физический смысл коэффициента пропорциональности в математической записи закона?

Основными понятиями концепции проблемного обучения являются: «проблемная ситуация», «проблема», «проблемная задача»; ключевые понятия деятельностной теории обучения - «исходная ситуация», «познавательная потребность», «познавательная задача». При кажущейся похожести этих понятий, между ними есть существенное различие. Проблемная ситуация задается учителем извне. Анализируя проблемную ситуацию, учитель сообщает учащимся, на какой вопрос предстоит ответить, формулирует проблему. Проблема с указанием параметров и условий решения перерастает в проблемную задачу. Исходная ситуация возникает в собственной деятельности ученика; из неё вытекает познавательная потребность в формулировке цели познавательной деятельности, которая выражается в виде познавательной задачи. Логическая последовательность осуществления познавательной деятельности (исходная ситуация > познавательная потребность > познавательная задача) представлены в таблице 1.

Для организации проблемного обучения учитель реализует одну из его форм: проблемное изложение, эвристический или исследовательский способы. Так как эти формы не имеют конкретного обобщенного содержания, им нельзя обучить учителя физики: лишь некоторые наиболее опытные учителя в силу своих личностных качеств и эрудиции могут успешно использовать отдельные способы проблемного обучения на уроках. Реализация деятельностного подхода в обучении позволяет сформировать у школьников обобщенные способы познавательной деятельности. Поэтому учитель должен сам освоить методы познания физических явлений и научиться организовывать познавательную деятельность, позволяющую каждому ученику овладеть ими. Эти факторы обосновывают выбор деятельностного подхода для построения концепции обучения учащихся эмпирическому методу познания физических явлений.

Во второй главе «Содержание эмпирического метода познания физических явлений» описано содержание процесса научного познания; определено содержание терминов «методы научного познания» и «эмпирические методы познания физических явлений»; на основе идей С.В. Анофриковой раскрыто содержание обобщенных способов деятельности, позволяющих получить понятия о физическом объекте, явлении и величине, установить научный факт о существовании зависимости между физическими величинами, описывающими интенсивность явления, воздействия, условия взаимодействия объектов, открыть эмпирический закон; определена логическая связь между способами получения отдельных видов физических знаний, позволившая установит содержание эмпирического метода познания физических явлений; разработан и реализован механизм выявления обобщенных способов получения отдельных видов физических знаний; сформулированы принципы отбора и структурирования материала по физике для обучения эмпирическому методу познания.

Опишем содержание эмпирического метода познания физических явлений в соответствии с логической последовательностью осуществления познавательной деятельности, представленной в таблице 1.

Деятельность по получению новых физических знаний включает постановку познавательной задачи в результате анализа определенной исходной ситуации и разработку плана её решения. Поэтому необходимо сформулировать характерные познавательные задачи, в результате решения которых учащиеся должны получить определение понятия, научный факт или закон, подобрать типы ситуаций, побуждающих к постановке таких задач и их решению экспериментальным методом, и выявить обобщенные способы их решения.

Побудить школьника к изучению явления может лишь его обнаружение в конкретной ситуации. Поэтому именно в основной школе целесообразно изучать все чувственно воспринимаемые физические явления, которые наблюдаются в быту и природе. Познавательная потребность в исследовании явления выражается в виде познавательной задачи: «Что это за явление?» - если в исходной ситуации оба взаимодействующих объекта выступают в явном виде, или в виде познавательной задачи: «Какова причина наблюдаемого явления?» - если неясно, взаимодействие каких именно объектов приводит к определенному изменению их состояния. Для её решения выдвигается гипотеза о причине явления. Чтобы проверить выдвинутую гипотезу, проводится экспериментальное исследование, которое состоит из следующих операций: разработки идеи эксперимента; проектирование и конструирования экспериментальной установки; планирование действий с экспериментальной установкой; проведение эксперимента. Полученные экспериментальные данные позволяют сформулировать вывод об истинности или ложности гипотезы. Если выдвинутая гипотеза не подтвердилась, то высказывается другая, которая также проверяется в экспериментальном исследовании и т.д. до тех пор, пока не будет однозначно определено, взаимодействие каких именно объектов приводит к исследуемому изменению состояния одного из них. Это суждение, выраженное в устной или письменной форме, и будет являться ответом на познавательную задачу.

После того, как причина явления установлена, то есть, определено взаимодействие каких именно объектов вызывает заданное изменение в состоянии одного из них (назовем его материальным объектом 1 - МО-1), возникает потребность выяснить, а только ли с этим конкретным объектом может происходить изучаемое явление. Это побуждает сформулировать познавательную задачу №1: «С какими еще объектами происходит это явление?». Далее разрабатывается метод её решения, состоящий в том, чтобы менять МО-1 при прочих равных условиях, то есть взаимодействующий с МО-1 объект (назовем его второй материальный объект МО-2) и условия, при которых будут осуществляться эксперименты должны быть такими же, как в конкретной ситуации. После проведения серии экспериментов формулируется обобщенное знание о МО-1.

Далее формулируется познавательная задача №2: «При воздействии, каких еще объектов может происходить данное явление?». Метод решения этой познавательной задачи состоит в том, чтобы менять МО-2 , при этом МО-1 может быть любым из исследованных при решении познавательной задачи № 1, а условия, при которых будет осуществляться взаимодействие объектов должны быть прежними. После проведения экспериментов формулируется обобщенное знание о МО-2. Для полного изучения явления помимо причины его вызывающей, необходимо установить при каких условиях взаимодействие объектов приведет к заданному изменению в состоянии МО-1. Это вызывает потребность в формулировании познавательной задачи №3 типа: «Какие условия являются обязательными для протекания явления?». Метод её решения состоит в том, чтобы осуществлять взаимодействие МО-1 и МО-2 при разных условиях, когда то или иное из окружающих обстоятельств устраняется или изменяется. Эта серия экспериментов позволяет выявить специфические условия для протекания явления и сформулировать обобщенное знание о них. Обобщение результатов решения этих познавательных задач позволяет сформулировать физическое суждение, содержащее обобщенные знания об объектах и специфических условиях для протекания физического явления. Для обозначения явления подбирается термин - слово или словосочетание. В итоге создается понятие о физическом явлении.

При изучении явления, то есть при наблюдении за взаимодействием различных объектов в разных условиях, учащиеся обнаруживают, что интенсивность явления разная. В этой исходной ситуации возникают следующие познавательные задачи: «Как оценить интенсивность свойства (явления) числом?»; «От каких физических величин, описывающих свойства взаимодействующих объектов, воздействие и условия их взаимодействия, зависит физическая величина, описывающая интенсивность явления?». В результате решения первой из них создается понятие о физической величине; в результате решения второй - научный факт.

Суждение, выражающее научный факт о зависимости физической величины, характеризующей интенсивность явления от других величин, описывающих свойства объектов и условия взаимодействия, является исходной ситуацией, в которой возникает познавательная потребность установить «Каков вид этой зависимости?». Решение её, как правило, путем обработки экспериментальных данных через построение графиков зависимости одной величины от другой, приводит к открытию эмпирического закона.

После установления вида зависимости между физическими величинами, возникает необходимость записать закон математически, то есть решить познавательную задачу: «Каков физический смысл коэффициента пропорциональности в математической записи закона?». Решение её приводит к созданию понятия о физической величине, описывающей либо свойство одного из взаимодействующих объектов, либо условия взаимодействия.

Чтобы использовать обобщенные способы деятельности по получению отдельных видов физических знаний при разработке методики обучения учащихся обобщенным способам познания необходимо установить насколько соответствуют они логике познания; действительно ли, выполняя выделенные действия, составляющие эту деятельность, можно познать конкретное явление. Для решения поставленной задачи проведен анализ оригинальных работ, первичных публикаций и стенограмм докладов ученых (В. Гильберта, Г.-Хр. Эрстеда, В.К. Рентгена, А.Г. Столетова) по открытию и экспериментальному изучению явлений различной физической природы. Выбор такого пути обусловлен тем, что, несмотря на некоторые определенные различия учебного и научного познания, они имеют гносеологическую общность.

Методы познания, используемые учеными в научных исследованиях и учениками в процессе изучения физических явлений на уроках, одинаковы. Способы поисков решения и сами решения можно найти лишь в науке и ее методах. Поэтому разработан следующий механизм выявления обобщенных способов получения отдельных видов физических знаний: знания, составляющие основу для обучения эмпирическим методам познания физических явлений, следует объединить по видам, подобрать к ним характерные познавательные задачи и с опорой на историю физики найти обобщенные способы их решения. Реализация этого механизма позволила выделить закономерные этапы познания явлений различной физической природы.

В третьей главе «Методика реализации концепции обучения учащихся эмпирическим методам познания физических явлений» описана модель учебного процесса, которая включает в себя деятельность учителя и учащихся, методическое обеспечение этой деятельности, контроль результатов деятельности; разработана методика реализации модели учебного процесса, в котором эмпирические методы познания физических явлений являются предметом усвоения школьников.

Деятельность учителя и учащихся описана в форме следующих требований к организации обучения эмпирическому методу познания:

1. Обучение обобщенным способам получения отдельных видов физических знаний (понятий о физических явлениях, объектах, величинах, научных фактов, физических законов) следует организовать как решение учащимися характерных познавательных задач. Это требование следует из понимания процесса учения как усвоения системы определенных видов деятельности, выполнение которых проводит ученика к новым знаниям и умениям.

Организуя деятельность учащихся, следует провести их через этапы: 1) мотивационный; 2) формулирование познавательных задач; 3) разработка метода решения познавательных задач; 4) проведение серий экспериментальных исследований; 5) формулирование ответа на познавательные задачи в виде индуктивных умозаключений; 6) определение физического понятия; закона или научного факта.

Такая организация связана с тем, что процесс познания осуществляется в соответствии с поставленной целью (этап 2) и имеет в своем составе ориентировочную (этап 3) и исполнительную части (этапы 4,5,6). Кроме того, только цель, сформулированная человеком по его собственной потребности (сознательная цель) побуждает его к деятельности. Значит, необходим этап 1, в ходе которого учитель создает ситуацию, подталкивающую учащихся к формулированию познавательных задач и их решению с использованием эксперимента.