Методическая система обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей

44

На правах рукописи

ТОЛСТЕНЕВА Александра Александровна

Методическая система обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей

13.00.02. - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Нижний Новгород - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Волжский государственный инженерно-педагогический университет» и ГОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический университет»

Научный консультант: доктор педагогических наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы РФ Червова Альбина Александровна.

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Шаронова Наталия Викторовна; доктор педагогических наук, профессор Стефанова Галина Павловна; доктор педагогических наук, профессор Лагунова Марина Викторовна;

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет»

Защита состоится «23» октября 2008 г. в 13.00 часов на заседании Диссертационного совета ДМ 212.166.17. по присуждению ученой степени доктора педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания по (физике, уровень высшего образования) при ГОУ ВПО «Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского» по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Текст автореферата размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки России vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «___» _____________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор педагогических наук, профессор Г.А. Кручинина

Актуальность темы исследования. В новых социально-экономических условиях, характерных для современного российского общества, возникает и формируется новая парадигма образования, в основе которой лежат идеи гуманизации системы образования, развития личности обучаемого. Эти идеи находят свое отражение в нормативных документах. Национальная доктрина образования в Российской Федерации выдвигает следующие требования:

ѕ организацию учебного процесса с учетом современных достижений науки, систематическое обновление всех аспектов образования, отражающего изменения в сфере культуры, экономики, науки, техники и технологий;

ѕ создание многообразия типов и видов образовательных учреждений и вариативность образовательных программ, обеспечивающих индивидуализацию образования, личностно-ориентированное обучение и воспитание.

Гуманизация образования обусловлена насущными потребностями практики обучения. Среди гуманистических тенденций функционирования и развития системы образования можно выделить главную - ориентацию на развитие личности. Одним из способов наиболее полной реализации творческого потенциала личности является обучение студентов в соответствии с их индивидуальными когнитивными стратегиями, что обеспечивает их оптимальное обучение и развитие в психологически комфортных условиях.

Физика - основа инженерного образования, обеспечивающая освоение студентами общетехнических и специальных дисциплин, а также реализацию профессиональной деятельности в условиях усложняющихся технологий. Учет возрастных особенностей при обучении, особенностей восприятия и организации мышления достаточно полно проработан в педагогической науке в целом и в теории и методике обучения физике. Большой вклад в развитие теории и методики обучения физике внесли С.В. Бубликов, А.С. Кондратьев, С.Е. Каменецкий, В.В. Лаптев, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, А.В. Усова, Н.В. Шаронова, а также Р.В. Майер, Т.Н. Шамало (учебный эксперимент), А.А. Червова (концепция двухуровневого введения учебной информации), И.А. Мамаева, (теоретические основы и методика преподавания курса физики в вузе), Т.И. Гнитецкая (установление межпредметных связей), А.Г. Гейн, А.И.Назаров, Е.В. Оспенникова (применение информационных технологий при обучении физике), П.В. Зуев (повышение эффективности обучения физике), И.А. Иродова, Н.А. Клещева, (обучение физике в учреждениях профессионального образования), Г.В. Ерофеева, В.В. Ларионов, Л.В. Масленникова (профессиональная направленности при обучении физике будущих инженеров), А.В. Ельцов, А.А. Фадеева, О.А. Яворук (интеграционные процессы при обучении физике), А.А. Синявина (обобщение и систематизация физических знаний), С.А. Суровикина (формирование естественнонаучного мышления) и др.

Их исследования посвящены решению различных проблем, но не рассматривается проблема обучения студентов вузов на основе учета их психологических особенностей. К психологическим особенностям обучаемых, мало изменяющимся, устойчивым характеристикам, существенным для процесса обучения, относят когнитивные стили. Когнитивные стили - это индивидуально своеобразные способы восприятия, анализа, структурирования и категоризации своего окружения. Работа интеллекта большинства людей характеризуется преобладанием того или иного когнитивного стиля. Преобладающие когнитивные стили являются достаточно устойчивыми на протяжении жизни обучаемого. Для разработки педагогических концепций, обеспечивающих обучение и развитие студентов в соответствии с их индивидуальными когнитивными стилями, в том числе и при обучении физике, необходимо комплексное психолого-педагогическое изучение человека. Исследователи приводят более десяти когнитивных стилей. Например, полезависимость / поленезависимость, импульсивность / рефлексивность, узость / широта диапазона эквивалентности, когнитивная простота / когнитивная сложность, фокусирующий / сканирующий контроль, сглаживание / заострение различий и др.

При изучении физики у студентов возникают затруднения в переводе информации из одной формы представления в другую, что снижает их познавательные возможности. Эту особенность интеллекта характеризует когнитивный стиль «ригидность / гибкость когнитивного контроля», он отражает степень объективной трудности в смене способов переработки информации, представленной в различных формах. В диссертационном исследовании рассматривается когнитивный стиль «ригидность / гибкость когнитивного контроля» и его влияние на познавательные возможности студентов. Ригидный контроль свидетельствует о трудностях в переходе от одного способа представления информации к другому, тогда как гибкий - об относительной легкости такого перехода. Выбор данного когнитивного стиля обусловлен тем фактом, что информация в курсе физики представляется в различных формах (вербальной, аналитической, графической, предметно-практической и др.).

Профессором М.А. Холодной выделены виды стилевого поведения, представляющие собой иерархическую структуру: стили кодирования информации > стили переработки информации.

Стили кодирования информации - это субъективные средства, с помощью которых в ментальном опыте человека воспроизводится окружающий мир. Проблема возможных способов кодирования информации человеком изучалась рядом исследователей. Так, Е.П. Ильин и И.П. Павлов выделяли два стиля кодирования информации (чувственно-наглядный и словесно-речевой), Дж. Брунер и Л.М. Веккер - три стиля (в виде предметных действий, наглядных образов и языковых знаков), М.А. Холодная выделяет четыре стиля (сенсорно-эмоциональный; визуально-пространственный; предметно-практический; словесно-речевой).

Учитывая специфику обучения физике в вузе (проведение лекционных, практических и лабораторных работ), мы рассматриваем стили кодирования информации, соответствующие формам представления физической информации:

ѕ словесно-символический;

ѕ визуально-пространственный;

ѕ предметно-практический.

Обучение с учетом когнитивных стилей возможно в условиях нежесткой внутренней дифференциации и создает объективные условия для индивидуализации образовательного процесса в силу разнообразия и вариативности образовательной среды, а также за счет разнообразных форм взаимоотношений обучаемых с различным складом ума. Под внутренней дифференциацией понимают такую организацию обучения, при которой учет индивидуальных способностей обучаемых осуществляется в рамках их обучения в обычных группах.

Анализ результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента и анализ публикаций показывают, что, несмотря на большую значимость учета когнитивных стилей студентов при обучении физике в большинстве вузов, разработка и внедрение таких методических систем не проводилась. Было выдвинуто предположение, что учет индивидуальных когнитивных стилей при обучении является резервом повышения эффективности образовательного процесса в вузах.

Таким образом, анализ нормативных документов, психолого-педагогических исследований и исследований в области теории и методики обучения физике позволяет выделить ряд противоречий:

ѕ между объективной потребностью общества в подготовке высококвалифицированных инженеров и неразработанностью систем обучения, позволяющих достигать требуемого уровня на основе учета их индивидуальных когнитивных стилей;

ѕ между коллективным характером обучения студентов вузов и индивидуальным характером усвоения физической информации в соответствии со своими познавательными особенностями;

ѕ между необходимостью создания оптимальных условий для познавательной деятельности студентов вузов при изучении физики и недостаточной разработанностью таковых в соответствии с индивидуальными когнитивными стилями студентов;

ѕ между необходимостью внедрения в учебный процесс вузов достижений психолого-педагогических наук и преобладающими традиционными подходами при обучении физике;

ѕ между необходимостью развития личностно-ориентированного подхода применительно к когнитивной деятельности и недостаточным количеством таковых разработок в педагогической науке.

Из вышеперечисленного становится очевидной актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответа на вопрос: какими должны быть концепция, модель, практическая реализация методической системы обучения физике студентов вузов на основе когнитивных стилей и средства ее осуществления.

Объект исследования: процесс обучения физике студентов вузов.

Предмет исследования: методическая система обучения физике студентов инженерных вузов на основе учета их когнитивных стилей.

Цель исследования - теоретическое обоснование и разработка концепции методической системы обучения физике студентов на основе учета их когнитивных стилей, а также реализация методической системы в условиях инженерного вуза.

Гипотеза исследования представляет собой предположение о том, что эффективность образовательного процесса по физике в вузе повысится, если:

ѕ разработать концепцию методической системы обучения физике, построенную на идее о повышении эффективности подготовки студентов за счет организации обучения в условиях нежесткой внутренней дифференциации на основе предпочтительных стилей кодирования информации с целью создания равных комфортных условий обучения и формировании мобильности стилевого поведения студентов;

ѕ в основу концепции положить систему принципов, обеспечивающих теоретическую разработку и практическую реализацию концепции методической системы обучения физике на основе учета когнитивных стилей. Основными являются принципы: модельного представления физической информации, информационной мобильности, предметно-практического представления информации, междисцилинарной интеграции;

ѕ на основе выдвинутой концепции разработать модель методической системы обучения физике студентов вузов, включающую: систему принципов, основные линии реализации концепции; внутренние и внешние факторы, влияющие на образовательный процесс; совокупность основных структурных элементов, а именно: цели обучения, содержание, формы, методы и средства обучения;

ѕ разработать и внедрить методику мониторинга, по параметрам: диагностика психологических особенностей студентов, уровень освоения студентами приемов перевода физической информации в различные формы, уровень подготовленности по физике, уровень мотивации к изучению физики;

ѕ внедрить разработанную методическую систему в учебный процесс и оценить ее педагогическую эффективность по перечисленным выше параметрам.

Под педагогической эффективностью мы понимаем увеличение объема знаний, формирование мобильности стилевого поведения при изучении физики, усиление мотивации к изучению физики.

Методологическую основу исследования составляют:

Исследования в области педагогики и психологии по проблеме структуры интеллекта человека, его индивидуальных способностей и учета индивидуальной структуры интеллекта в учебном процессе.

Проблемам разработки структуры интеллекта человека посвящены работы зарубежных ученых Ж. Пиаже, Ч. Спирмена, Л. Терстоуна, Дж. Гилфорда, Р.Б. Кэттлла, Г.Ю. Айзенка, Р.Л. Солсо, Р. Стернберга др., причем разработкой факторных моделей интеллекта занимались Ч. Спирмен, Л. Терстоун, Дж. Гилфорд, Р.Б. Кэттелл и др. Авторами монометрических моделей интеллекта являются Г.Ю. Айзенк, Р.Л. Торндайк, Л.Т. Ямпольский и др. Исследователями в области когнитивных моделей интеллекта являются Р. Стернберг, А. Демитроу, М.А. Холодная, Р.Л. Солсо, В.Н. Дружинин и др.

Традиционно в отечественной педагогике рассматривались не когнитивные стили обучаемых, а их индивидуальные способности. Проблема индивидуальных способностей рассматривалась в работах Б.М. Теплова, В.Д. Шадрикова, Д.Н. Завалишиной, В.Н. Дружинина, Е.П. Ильина и др. Психолого-педагогические особенности познавательных процессов исследовались А.Б. Брушлинским, Н.Ф. Талызиной, а также И.А. Зимней, С.Л. Рубинштейном, Т.В. Габай и др.

Исследованиям в области личностно-ориентированного подхода посвящены работы Н.А. Алексеева, Ш.А. Амонашвили, Е.В. Бондаревской, М.А. Викулиной, Б.С. Гершунского, И.С. Якиманской и др.

Дифференцированный подход как частный случай личностно-ориентированного подхода, рассматривался в работах Н.С. Пурышевой, И.Э. Унт, Е.С. Рабунского, Г.Н. Степановой и др. Проблеме дифференциации и индивидуализации обучения на основе когнитивных стилей посвящены работы зарубежных исследователей: Р. Райдинга, И. Чима, Дж. Хейса, К. Эллисона и др. Среди российских педагогов и психологов эту проблему исследовали: А.Е. Дружинин, Г.А. Берулава, В.А. Колга и др.

Информационный подход в образовании рассматривался в работах А.С. Архангельского, В.С. Степина, применительно к конкретным дисциплинам в работах Г.Н. Степановой, А.А. Дорофеева и др.

Деятельностный подход. Это направление исследовалось в трудах Б.Г. Ананьева, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, Н.Ф. Талызиной и др. В области теории и методики обучения физике деятельностный подход разрабатывался в работах Р.В. Майера, Г.П. Стефановой, Н.И. Одинцовой, И.А. Крутовой и др.

Философское исследование понятия «модель» и «моделирование» в теории познания представлено в работах Я.Г. Неуймина, В.А. Штофа и др. Дидактические аспекты моделирования при обучении физике исследовались в работах В.С. Идиатулина, Ю.А. Воронина, Р.М. Чудинского, В.С. Михалкина, А.С. Кондратьева, М.Э. Филиппова, В.В. Фоменко и др.

Обогащающий подход, предполагающий обогащение стилевых характеристик обучаемых, исследовался в работах М.А. Холодной, Э.Г. Гельфман и др.

Работы в области педагогической интеграции. Исследования интеграционных процессов в системе высшего образования велись М.Н. Берулавой, А.Ф. Елисеевым, Ю.А. Кустовым, Н.Ф. Талызиной и др. Большой вклад в развитие интеграционных подходов внесли B.C. Безрукова, Н.К. Чапаев и др.

Работы в области процесса обучения в высшей школе: С.И. Архангельский (применение информационного подхода при обучении в высшей школе), А.А. Вербицкий (контекстный подход), В.В. Ларионов (проблемно-ориентированное обучение), С.В. Бубликов, Ю.И. Дик, В.С. Леднев (концепция формирования содержания обучения), Д.В. Чернилевский (технологический подход), О.А. Козлов, Г.А. Кручинина, И.В. Роберт (информатизация образования) и др.

В соответствии с целью, объектом, предметом и гипотезой определены следующие задачи исследования:

1. Изучить состояние проблемы обучения студентов вузов с учетом психологических особенностей обучаемых и обосновать возможность и необходимость нежесткой внутренней дифференциации при обучении студентов физике на основе индивидуальных когнитивных стилей.

2. Выявить психолого-педагогические обоснования возможности обучения студентов вузов с учетом их индивидуальных когнитивных стилей.

3. Сформировать понятийно-терминологическое обеспечение концепции методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей.

4. Описать структуру и содержание концепции методической системы обучения физике студентов в вузе на основе учета их индивидуальных когнитивных стилей.

5. Разработать модель методической системы обучения физике студентов вузов, отражающую структурные компоненты самой системы, а также совокупность внешних и внутренних факторов, влияющих на функционирование системы обучения.

6. В соответствии со сформулированной концепцией методической системы обучения и созданной моделью разработать и апробировать, в условиях инженерно-педагогического вуза, методическую систему обучения физике студентов вузов, включающую компоненты: цель, содержание, методы, средства и формы обучения.

7. Провести педагогический эксперимент, подтверждающий эффективность разработанной методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей.

Логика и основные этапы исследования. Исследование проводилось с 1991 по 2008 год.

Первый этап (1991 -2002 гг.) - анализ состояния проблемы обучения физике студентов в вузе и выявление резервов повышения эффективности образовательного процесса. Теоретико-методологическое исследование учебной и научной литературы в области психологии, педагогики, теории и методики обучения физике, философии, теории информации и др. Проверка актуальности выбранной тематики, разработка гипотезы исследования, определение целей, постановка задачи исследования.

Второй этап (2003 -2005 гг.) - разработка концепции методической системы обучения студентов вузов с учетом их когнитивных стилей, модели методической системы, включающей целевой, процессуальный, содержательный и результативный компоненты. Разработка методической системы обучения, включающей цели, содержание, формы, методы и средства обучения. Разработка и внедрение в учебный процесс элементов модели обучения физике и доведение их до уровня методик.

Третий этап (2006 - 2008 гг.) связан с внедрением результатов работы в практику обучения физике студентов в вузах, организацией опытно-экспериментальной работы и анализом полученных экспериментальных данных. Осуществлено внедрение результатов исследования в вузах России. Работа над оформлением диссертации. Результаты исследования были апробированы на международных, всероссийских и региональных научных конференциях и семинарах, в центральной педагогической печати.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Осуществлено комплексное психолого-педагогическое исследование процесса обучения физике студентов вузов, основанное на интеграции достижений психологической науки в области когнитивной психологии, педагогики высшей школы и теории и методики обучения физике. Результаты исследования обеспечивают обучение и развитие студентов в соответствии с их индивидуальными когнитивными особенностями.

2. Внесен определенный вклад в развитие направления теории и методики обучения физике - обучение студентов вузов с учетом их индивидуальных когнитивных стилей.

3. Разработана концепция методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей. Концепция раскрывается через следующие идеи:

ѕ сочетания личностно-оринентированного, дифференцированного, деятельностного, модельного, обогащающего и информационного подходов при обучении физике и др.;

ѕ обучение студентов вузов физике возможно на основе учета их индивидуальных когнитивных стилей, в частности когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля», а также предпочтительных стилей кодирования информации;

ѕ содержание курса физики можно представить как совокупность учебных моделей: материальной, графической, аналитической и др. - при условии равноправности различных форм представления физической информации;

ѕ перевод физической информации в различные формы представления возможно осуществить путем интеграции физики с курсами математики, инженерной графики и информатики на основе выделения связеобразующих элементов содержания средствами системы междисциплинарных учебных заданий.

4. Выдвинутая концепция базируется как на системе общедидактических, так и уточненных автором принципов: модельного представления физической информации, формирования информационной мобильности, предметно-практического представления информации, междисцилинарной интеграции.

5. Разработана модель методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, содержащая следующие компоненты: целевой, содержательный, процессуальный (методы и формы обучения), мотивационный и результативный.

6. Разработана методическая система обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, включающая: цели, содержание, методы и средства, организационные формы. Основной целью является повышение эффективности подготовки студентов вузов в области физики за счет формирования информационной мобильности студентов. Содержание курса физики представлено в виде совокупности моделей, имеющих различные формы. Введение содержания в учебный процесс осуществляется путем применения авторских методик проведения лекционных, практических и лабораторных занятий по физике, а также методики организации самостоятельной работы студентов, учитывающих индивидуальные психологические особенности студентов (предпочтительный стиль кодирования информации, «ригидность / гибкость когнитивного контроля»).

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что его результаты вносят вклад в развитие теоретических основ обучения физике студентов вузов:

1. Теоретически обоснована необходимость и возможность осуществления нового направления обучения физике студентов вузов - обучение на основе учета когнитивных стилей. Полученное новое теоретическое знание, разрешающее противоречия, связанные с необходимостью поиска новых путей повышения эффективности процесса обучения физике студентов в вузах и с неразработанностью подходов к обучению, основанных на учете индивидуальных когнитивных стилей.

2. В рамках разработанной концепции методической системы обучения студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей расширено понятие личностно-ориентированного обучения за счет интеграции психолого-педагогического знания и знания в области теории и методики обучения физике.

3. Сформулирована система уточненных принципов обучения, среди них:

ѕ принцип модельного представления физической информации предполагает, что курс физики можно представить как совокупность учебных моделей, а именно: материальной, графической, аналитической и др., причем различные формы представления информации являются равноправными;

ѕ принцип формирования информационной мобильности предполагает обеспечение перевода физической информации студентами из одной формы в другую, применяя логические, математические, графические и информационные методы, что позволяет обучающимся осваивать информацию, представленную в различных формах, и обогащать стилевые характеристики интеллектуального поведения.

ѕ принцип предметно-практического представления информации предполагает, что источником физической информации могут быть не только вербальные, графические или аналитические источники, но и процесс предметно-практической деятельности при изучении физики.

ѕ принцип информационности предполагает, что учебный процесс в вузе определяется как процесс приема, передачи, хранения, использования и преобразования учебной информации. Обучение является процессом общения (коммуникативным процессом) с целью передачи информации (знаний и способов деятельности).

ѕ принцип междисциплинарной интеграции предполагает реализацию интеграции курса физики с курсами математики, информатики и инженерной графики на основе выделения связеобразующих элементов содержания, применяя методы универсализации, унификации и экстраполяции.

4. Выделены линии реализации концепции методической системы обучения физике на основе учета когнитивных стилей: психологическая, организации физической информации, организации системы занятий, установления межпредметных связей.

5. Уточнена сущность понятий «линия реализации концепции» и «системообразующие междисциплинарные понятия».

Практическая значимость заключается в том, что:

Основные результаты исследования доведены до конкретных методических разработок и рекомендаций.

1. Разработаны методики:

ѕ модельного введения физической информации на лекционных занятиях;

ѕ последовательного выполнения системы физических заданий включающую тренировочные задачи (первого и второго типов) > базовые задачи > комплексные расчетно-графические задания;

ѕ вариативного выполнения лабораторных работ в зависимости от предпочтительного стиля кодирования информации студентом;

ѕ организации самостоятельной работы студентов.

ѕ мониторинга эффективности учебного процесса по показателям: ригидность/гибкость когнитивного контроля, преобладающий стиль кодирования информации;

ѕ уровень усвоения физической информации, уровень освоения студентами приемов перевода физической информации в различные формы;

ѕ мотивация к изучению физики.

2. Разработаны учебные пособия: «Модели в физике», «Физика и автомобиль», «Комплект методического обеспечения по учебной дисциплине «Физика»», «Организация и проведение лабораторного практикума по физике», «Расчет погрешности измерений при выполнении лабораторных работ по физике с использованием компьютерных технологий», «Сборник задач по физике. Электромагнетизм» и др.

3. Полученный опыт внедрения системы обучения физике опубликован в монографиях «Проектирование содержания спецкурсов при подготовке педагога профессионального обучения», «Теоретические основы дифференциации при обучении студентов вузов», «Реализация системы обучения студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей» и может быть использован при обучении студентов вузов.

4. Внедрение в педагогическую практику методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей позволило повысить эффективность подготовки студентов вузов в области физики по показателям:

ѕ подготовленность в области физики - объем полученных знаний;

ѕ перевод физической информации в различные формы представления;

ѕ мотивация к изучению физики и интерес к обучению по выбранной специальности.

На защиту выносятся:

1. Методолого-теоретические основы процесса обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, которыми выступают методологические подходы (личностно-оринентированный, дифференцированный, деятельностный, модельный, обогащающий и информационный), совокупность общенаучных (гуманизации, интеграции, системности) и специальных (модельного представления физической информации, формирования информационной мобильности, предметно-практического представления информации, междисцилинарной интеграции) принципы обучения.

2. Концепция методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, базирующаяся на следующих идеях:

сочетания личностно-оринентированного, дифференцированного, деятельностного, модельного, обогащающего и информационного подходов при обучении физике;

ѕ обучение студентов вузов физике возможно на основе учета их индивидуальных когнитивных стилей, в частности когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля», а также предпочтительных стилей кодирования информации;

ѕ содержание курса физики можно представить как совокупность учебных моделей: материальной, графической, аналитической и др. - при условии равноправности различных форм представления физической информации

ѕ перевод физической информации в различные формы представления возможно осуществить путем интеграции физики с курсами математики, инженерной графики и информатики на основе выделения связеобразующих элементов содержания средствами системы междисциплинарных учебных заданий.

3. Модель методической системы обучения физике студентов вузов, построенная на системе общедидактических и уточненных принципов, учитывающая когнитивный стиль «ригидность / гибкость когнитивного контроля», включающая целевой, содержательный, процессуальный, результативный компоненты и линии реализации концепции: психологическую организационную, введения физической информации, организации системы занятий, установления межпредметных связей.

4. Методическая система обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, включающая цели, содержание, методы и средства, организационные формы.

Система целей является системообразующим элементом и включает цели: образовательную - повышение подготовленности студентов в области физики; развивающую - формирование информационной мобильности; воспитательную - формирование профессиональной направленности личности и ценностного отношения к изучению физики.

Содержание курса физики отобрано и систематизировано на основании принципов: психологических закономерностей представления изучаемого материала, полисистемности, интегративности, вариативности, профессиональной направленности, многоуровневой организации учебного материала. Содержание курса физики позволяет осуществлять перевод физической информации в различные формы представления.

Методика модельного представления физической информации в курсе лекции базирующаяся на идее о возможности представления дисциплины «Физика» как совокупности моделей. Перевод информации в различные формы представления возможен путем применения логических и частнонаучных методов.

Методика последовательного выполнения системы физических заданий: тренировочные задачи (первого и второго типов) > базовые задачи > комплексные расчетно-графические задания, базирующаяся на разработанной системе приемов и методов перевода физической информации в различные формы представления.

Методика вариативного выполнения лабораторных работ в зависимости от предпочтительного стиля кодирования информации.

Методика организации самостоятельной работы студентов, включающая пакет индивидуальных заданий для самостоятельного выполнения студентом и способы их выполнения.

Методика мониторинга когнитивных особенностей студентов и эффективности подготовки студентов по физике в процессе обучения в вузе, включающая систему тестовых заданий и способы их применения в учебном процессе для измерения следующих параметров:

ѕ предпочтительный стиль кодирования информации;

ѕ показатель ригидность/гибкость когнитивного контроля;

ѕ уровень освоения студентами приемов перевода физической информации в различные формы представления;

ѕ уровень подготовленности студентов в области физики;

ѕ уровень мотивации к изучению физики.

Апробация и внедрение результатов исследования.

Основные положения диссертации, теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались на Международных конференциях: «Физика в системе современного образования» (г. Ярославль, С.-Петербург, 2001, 2003, 2007), «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2005, 2007, 2008), «Высокие технологии в педагогическом процессе» (г.Н.Новгород, 2001 - 2006), «Современные методы физико-математической науки» (г. Орел, 2006 г.), «Инновации в системе непрерывного профессионального образования» (г.Н.Новгород 2007, 2008) и др. На Всероссийских и региональных конференциях: «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов) - (Челябинск 1999), «Инновационные технологии в педагогике и на производстве» (г. Екатеринбург 2000, 2001 г.), «Проблемы интеграции естественнонаучных дисциплин в высшем педагогическом образовании» (г.Н.Новгород, 2001), «Актуальные вопросы развития образования и производства» (г.Н.Новгород, 2001 - 2006), «Проблемы фундаментализации и профессиональной направленности инженерного и инженерно-педагогического образования» (г.Н.Новгород, 2004 - 2006), «Проблемы профессиональной направленности естественнонаучного и технического образования» (г.Н.Новгород, 2005, 2006), «Современные проблемы науки, образования и производства» (г.Н.Новгород, 2006), «Наука и молодежь» (г.Н.Новгород, 2007, 2008), «Современные тенденции развития профессионального образования в подготовке специалистов в области автомобилестроения» (Н.Новгород, 2007), «Развитие творческого наследия С.Я. Батышева в системе непрерывного профессионального образования» (Н.Новгород, 2007) и др.

Разработанная методическая система внедрена в учебный процесс следующих вузов: ГОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», ГОУ ВПО Нижегородское высшее военно-инженерное командное училище (военный институт), ГОУ ВПО Шуйский государственный педагогический университет, НОУ ВПО Нижегородский филиал университета Российской Академии образования, о чем имеются акты о внедрении.

Под руководством диссертанта защищено две кандидатские диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02. Работа выполнена при поддержке грантов Министерства образования РФ «Педагогические основы обучения естественнонаучным дисциплинам студентов инженерно-педагогического вуза» (Шифр ГОО - 2.1.135) и «Инновационные технологии при обучении естественнонаучным дисциплинам» (Шифр ГО2 - 2.1 - 84).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. В списке литературы 362 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы противоречия, обуславливающие выбор проблемы, определены объект, предмет, цели исследования, поставлены задачи и отражены методы исследования, сформулирована гипотеза, охарактеризованы новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, Солсо, Р.Л. Когнитивная психология / Р.Л. Солсо. - М.: Тривола; М.: Либерия, 2002. - 600 с.положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации и внедрении результатов исследования.

В первой главе «Психолого-педагогические основы обучения студентов в вузе на основе индивидуальных особенностей структуры интеллекта» рассмотрены различные представления о структуре интеллекта, а также анализируются различные модели структуры интеллекта человека, среди них: факторно-аналитические концепции интеллекта, монометрические концепции, когнитивные модели интеллекта.

Приводится анализ соотношения понятий «когнитивный стиль», принятого в когнитивной модели интеллекта, и «способности», традиционно принятого в педагогической науке. Приводится анализ зависимости успешности в обучении различным дисциплинам от структуры интеллекта человека.

В современной психолого-педагогической литературе существует множество подходов к определению интеллекта, так, например, Р.Л. Солсо считает, что: «Интеллект - способность осмысленно приобретать, воспроизводить и использовать знания, понимать конкретные и абстрактные идеи, постигать отношения между идеями и образами».

Исследователями выделены несколько моделей интеллекта, в частности факторные, монометрические и др.

Когнитивные модели описывают, как информация обнаруживается человеком, представляется, преобразуется в знание и как эти знания используются. Исследователями когнитивных моделей интеллекта являются: Р. Стернберг, Н. Во, Д. Норманн, А. Демитроу, Р.Л. Солсо и др, а также представители отечественной психологической школы В.Н. Дружинин, М.А. Холодная и др. В.Н. Дружинин выделил три типа интеллекта: вербальный, математический и пространственный - и установил корреляции между успешностью обучения по различным предметам и познавательными способностями. Предложенная В.Н. Дружининым структура интеллекта была расширена и уточнена М.А. Холодной. Ею выделены виды стилевого поведения, представляющие собой иерархическую структуру, в частности: стили кодирования информации > стили переработки информации (когнитивные стили). Они отражают, как человек воспринимает и перерабатывает поступающую информацию и может ли он контролировать работу своего интеллекта.

Осуществить диагностику индивидуальных стилей кодирования и переработки информации (когнитивных стилей) возможно различными методами, в частности, применяя наблюдение и тестирование.

Перед современной педагогической наукой стоит проблема «конфликта стилей», т.е. несоответствия познавательного стиля ученика с разными аспектами образовательной среды. При традиционном обучении представление учебной информации ориентировано на словесно-символический способ кодирования информации, что обеспечивает оптимальную траекторию обучения не для всех студентов. Значительная группа студентов предпочитает предметно-практический или визуальный способы кодирования и переработки информации.

В отечественной психолого-педагогической науке проблему формирования способностей обучаемых исследовали В.Д. Шадриков, Б.М. Теплов, К.К. Платонов, А.Н. Леонтьев, Т.В. Габай, С.Л. Рубинштейн и др. Несмотря на несколько разные взгляды перечисленных ученых, можно сделать вывод, что способности человека, формируются в процессе деятельности, а структура интеллекта является врожденным свойством человека. Индивидуальный познавательный стиль, включающий индивидуальные стили кодирования информации и когнитивный стиль, является врожденным свойством человека.

При обучении физике на основе учета когнитивных стилей студентов необходимо рассмотреть следующие подходы: личностно-оринентированный и дифференцированный, деятельностный, модельный, обогащающий, информационный и др.

Личностно-оринентированный и дифференцированный подходы. Основываясь на трудах Н.А. Алексеева, Ш.А. Амонашвили, Е.В. Бондаревской, Б.С. Гершунского, И.С. Якиманской и др., можно определить сущность личностно-ориентированного подхода в обучении, которая заключается в индивидуализации системы научных знаний и практических умений, оказывающих влияние на поведение человека с целью изменения его личностных качеств. Личностно-ориентированное обучение предполагает учет индивидуальных свойств личности обучаемых, мы предлагаем учитывать когнитивные особенности личности, а именно: предпочтительный способ кодирования информации и когнитивный стиль.

Противоречие между необходимостью индивидуализации обучения и массовым (фронтальным) характером обучения возможно разрешить, применяя дифференцированное обучение. Проблемы дифференцированного обучения в целом исследовались И.Э. Унт, Е.С. Рабунским, Н.С. Пурышевой, Г.Н. Степановой, Ю.В. Борисовой и др. Дифференцированное обучение является одним из частных случаев личностно-ориентированного обучения. Поскольку когнитивные стили являются устойчивой характеристикой личности, это делает возможным реализацию дифференцированного обучения на их основе и закрепление за каждым студентом индивидуального пути обучения, что делает процесс обучения более эффективным и комфортным.

Обогащающий подход. Идея обогащающего подхода в обучении, выдвинутая М.А. Холодной и развитая Э.Г. Гельфман, заключается в обогащении стилевых характеристик обучаемых. Целью обучения становится не традиционное формирование системы знаний, умений и навыков, а интеллектуальное воспитание, которое заключается в обогащении индивидуального ментального (умственного) опыта обучаемого, которое и выступает в качестве психологической основы интеллектуального роста личности.

Информационный подход. Информационный подход рассматривался в работах А.С. Архангельского, Г.Н. Степановой, А.А. Дорофеева, Л.Г. Антошиной, В.И. Неделько, Б.А. Струкова, Е.В. Оспенниковой, Б.Ф. Абросимова и др. Согласно информационному подходу знание представляет собой упорядоченное накопление информации. Обучение можно рассматривать как накопление информации в памяти и развитие способности устанавливать связи и отношения. Процесс обучения неразрывно связан с получением, обработкой, хранением и воспроизведением учебной информации. Информация для изучения может быть представлена всеми возможными способами: учебник, справочная и дополнительная литература, рабочие тетради, сборники задач и т.д. Источниками информации могут быть как теоретические, так и эмпирические методы познания. Обучение, согласно информационному подходу, является процессом общения с целью передачи информации (знаний и способов деятельности).

Деятельностный подход. Это направление исследовалось в трудах Б.Г. Ананьева, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, Н.Ф. Талызиной, Г.П. Стефановой, Н.И. Одинцовой, И.А. Крутовой и др. Под деятельностным подходом понимается методологическое направление исследований, в основу которого положена категория предметной деятельности. Чем разнообразнее и продуктивнее значимая для личности деятельность, тем эффективнее происходит овладение общечеловеческой и отечественной культурой. Поскольку мы исходим из положения, что предметная деятельность по физике должна стать источником физической информации для лиц с предпочтительным предметно-практическим стилем кодирования информации, то предметная деятельность по физике становится объектом нашего изучения.

Базовым принципом деятельностного подхода является принцип предметности. Принцип предметности - точное указание тех специфических действий, которые необходимо произвести с предметами, чтобы, с одной стороны, выявить содержание будущего понятия, с другой - изобразить это первичное содержание в виде знаковых моделей. То есть посредством реализации данного принципа возможно получение содержания физических понятий и перевод их в другие формы представления: графические, аналитические, вербальные и т.д.

Для практической реализации данного подхода необходимо составление плана действий (процесса взаимодействия с каким-либо предметом, в котором достигается определенная, заранее определенная, цель) и операций (структурная единица деятельности человека, соотносимая с задачей и с предметными условиями ее реализации), которые необходимо выполнить студентам для получения новой информации и ее фиксации в виде знаковых моделей.

Модельный подход. Исследование понятия «модель» и «моделирование» в теории познания представлено в работах Я.Г. Неуймина, В.А. Штофа и др. Дидактические аспекты моделирования при обучении физике исследовались в работах В.С. Идиатулина, Ю.А. Воронина, Р.М. Чудинского, В.С. Михалкина, А.С. Кондратьева, М.Э. Филиппова, В.В. Фоменко и др.

Каждому материальному объекту соответствует множество в равной мере адекватных, но различных по существу моделей, связанных с разными задачами. с информационной точки зрения, три основные формы представления модели, а именно: концептуальная (мысленная), знаковая и материальная - равноправны. Переход от одной модели к другой всегда связан с ее обогащением и, соответственно, с получением некоторой дополнительной информации об объекте за счет обобщения и упорядочения данных.

Таким образом, информация, содержащаяся в различных формах моделей одинакова, но различается по формам ее представления или воспроизведения. Так, например, физическое явление может быть описано в вербальной форме, представлено таблицей данных, охарактеризовано графиком, описано аналитической формулой, «решено» на персональном компьютере или представлено в виде реальной модели - лабораторной установки. Выбор той или иной формы представления информации может зависеть от особенностей изучаемого объекта, от разработанности языков описания и материальных моделирующих установок, удобства использования модели, а также с учетом предпочтительных способов кодирования информации студентами.

Таким образом, перечисленные подходы составляют психолого-педагогические основы дифференциации при обучении физике студентов в вузе на основе учета их индивидуальных когнитивных стилей.

Во второй главе «Концепция методической системы обучения физике студентов вузов с учетом их когнитивных стилей», анализируя ряд педагогических исследований, мы пришли к выводу, что педагогическая концепция должна включать следующие компоненты: психолого-педагогические основы концепции; инновационную авторскую идею; систему принципов, на которых базируется концепция; особенности реализации концепции; линии реализации концепции; модель исследуемой педагогической системы.

Концепция базируется на следующих идеях:

ѕ сочетания личностно-оринентированного, дифференцированного, деятельностного, модельного, обогащающего и информационного подходов при обучении физике и др.;

ѕ обучение студентов вузов физике возможно на основе учета их индивидуальных когнитивных стилей, в частности когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля», а также предпочтительных стилей кодирования информации;

ѕ содержание курса физики можно представить как совокупность учебных моделей: материальной, графической, аналитической и др. - при условии равноправности различных формы представления физической информации;

ѕ перевод физической информации в различные формы представления возможно осуществить путем интеграции физики с курсами математики, инженерной графики и информатики на основе выделения связеобразующих элементов содержания средствами системы междисциплинарных учебных заданий и комплексных расчетно-графических работ.

Элементы педагогической концепции наполняются содержанием в соответствии с предложенными идеями.

1. Психолого-педагогические основы концепции описаны нами в первой главе исследования.

2. Инновационной авторской идеей концепции методической системы обучения физике студентов вузов является идея о повышении эффективности обучения за счет организации обучения в условиях нежесткой внутренней дифференциации на основе учета индивидуальных когнитивных стилей студентов с целью создания равных комфортных условий обучения и формирования мобильности стилевого поведения в рамках изучения дисциплины «Физика», что расширяет познавательные возможности обучаемых.

3. Отобранная нами система принципов включает как общедидактические принципы, так и ряд авторских, среди них:

Принцип модельного представления физической информации предполагает, что курс физики можно представить как совокупность учебных моделей: материальной, графической, аналитической и др., причем различные виды представления информации являются равноправными. На основании данного принципа становится возможным вариативное представление физической информации в оптимальной для студентов форме (в соответствии с предпочтительным стилем кодирования информации) с последующим переводом ее в другие формы представления.

Принцип формирования информационной мобильности предполагает обеспечение перевода физической информации, представленной в различных формах студентами, из одной формы в другую, применяя логические, математические, графических и информационные методы, что позволяет осваивать информацию, представленную в различных формах, и обогащать стилевые характеристики интеллектуального поведения. В нашем исследовании переход с полюса «ригидность» к полюсу «гибкость» при изучении физики в рамках когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля.

Принцип предметно-практического представления информации предполагает, что источником физической информации могут быть не только вербальные, графические или аналитические источники, но и процесс предметно-практической деятельности при изучении физики. Предметно-практическая деятельность является предпочтительным источником информации для студентов с соответствующим стилем кодирования информации, с последующим переводом ее в другие формы представления. Реализация данного принципа требует, в соответствии с общедидактическим принципом предметности, разработки совокупности тех специфических действий с предметами, чтобы, с одной стороны, выявить содержание будущего физического понятия, с другой - изобразить это первичное содержание в виде знаковых моделей.

Принцип информационности предполагает, что учебный процесс в вузе определяется как процесс приема, передачи, хранения, использования и преобразования учебной информации. Обучение является процессом общения (коммуникативным процессом) с целью передачи информации (знаний и способов деятельности).

Принцип междисциплинарной интеграции предполагает реализацию интеграции курса физики с курсами математики, информатики и инженерной графики на основе выделения связеобразующих элементов содержания, применяя методы универсализации, унификации и экстраполяции. Под связеобразующими элементами содержания мы понимаем элементы содержания курсов математики, информатики и инженерной графики, знание которых необходимо для полноценного восприятия курса физики. Применяя связеобразующие элементы содержания возможен перевод физической информации в различные формы представления, что расширяет познавательные возможности студентов с различными предпочтительными стилями кодирования информации и способствует формированию «гибкости когнитивного контроля» при изучении физики.

4. Особенности реализации концепции. Реализация концепции осуществляется в условиях:

ѕ Гуманизации образования, что предполагает организацию учебного процесса, направленную на: развитие личности студентов в психологически комфортных условиях; познание в соответствии со своими индивидуальными когнитивными стратегиями; реализацию своего творческого потенциала.

ѕ Недостаточной сформированности у студентов совокупности знаний дисциплин физического, математического и графического циклов, позволяющих свободно воспринимать учебную информацию, представленную в различных формах. Разработанная методическая система обучения компенсирует недостаточность подготовки по вышеперечисленным дисциплинам в области связеобразующих элементов содержания и позволяет студентам воспринимать физическую информацию в предпочтительной для каждого студента форме.

ѕ Малой изученности проблемы обучения студентов с учетом их когнитивных стилей, что вынуждает опираться не на труды педагогов и методистов в области теории и методики обучения физике, а на результаты исследований в области когнитивной психологии.

5. Линии реализации выдвинутой концепции. Под линиями реализации концепции мы понимаем направления и последовательность действий, которые необходимо совершить для реализации концепции. Реализация концепции в учебном процессе осуществляется по нескольким линиям.

Психологическая линия предполагает определение предпочтительного способа кодирования информации обучаемым, а также определение показателя «ригидность/гибкость когнитивного контроля».