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

Линия организации физической информации предполагает представление информации в различных формах, в частности, вербальным способом, письменной речью, знаковым представлением, графическим, предметно-практическим др., что соответствует различным способам восприятия информации.

Линия организации системы занятий. Традиционная для системы высшего образования система занятий включает лекционные, практические, лабораторные занятия, а также самостоятельную работу студентов. Лекции должны оставаться направляющей формой учебного процесса. На лекции наиболее распространенный метод изложения материала - информативный. Особая нагрузка в предлагаемой системе ложится на систему лабораторных занятий по физике. Наряду с общепринятыми функциями лабораторных занятий на них возлагается и информационная функция.

Установление межпредметных связей между дисциплинами различных циклов. Первый уровень - это дисциплины физического, математического и графического циклов. Второй уровень - это дисциплины информационного цикла. Третий уровень - это дисциплины профессионального цикла. Эта линия обеспечивает: перевод физической информации на математический и графический языки; объединение математической, графической, материальных моделей в рамках компьютерного моделирования.

6. Модель методической системы должна отражать все элементы реальной методической системы.

Основные положения концепции позволяют разработать модель методической системы.

В третьей главе «Модель методической системы обучения физике студентов вузов с учетом их когнитивных стилей» приводится разработанная модель. Опираясь на работы Н.В. Кузьминой и М.М. Пышкало, мы считаем, что методическая система включает следующие компоненты: цели, содержание, методы и средства, организационные формы. Модель представлена на рис. 1 и включает все элементы методической системы. Целевой компонент является системообразующим и определяющим функции всех остальных. Рассмотрим подробнее ее структуру и состав.

1. Целевой компонент. Среди целей обучения выделены образовательные, воспитательные и развивающие:

Образовательная цель - повышение подготовленности студентов в области физики. Под подготовленностью в области физики мы понимаем объем физических знаний, усвоенных студентами.

К развивающим целям мы относим формирование информационной мобильности:

ѕ на уровне стилей кодирования информации - развитие способности использовать различные виды кодирования информации: словесно-символический, визуально-пространственный, предметно-практический.

ѕ на уровне когнитивных стилей - формирование мобильности стилевого поведения (возможности перехода с одного полюса когнитивного стиля на другой).

К воспитательным целям при обучении в вузе относим:

ѕ формирование профессиональной направленности личности;

ѕ формирование ценностного отношения к изучению физики.

2. В основу отбора содержания для студентов вуза наряду с общедидактическими, приведенными в работах С.И. Архангельского, А.П. Беляевой, А.А. Вербицкого, В.С. Леднева, И.М. Старикова, Ю.Н. Семина, А.Д. Суханова, А.А. Червовой и др., положены и уточненные принципы.

Принципом интегративности содержания, который рассматривается нами как отражение состояния связанности физической, математической, графической, информационной, общетехнической и технической информации в их педагогической интерпретации.

Принцип полисистемности, который является уточнением принципа систематичности и указывает на то, что все физические знания, сообщающиеся студентам, должны представлять собой систему или группу пересекающихся систем, причем одни и те же знания могут быть систематизированы на основе разных логических осей систематизации, выбранных в соответствии с различными целями изучения курса или различными специальностями студентов. В соответствии с данным принципом осуществлена систематизация содержания курса физики на первом уровне введения содержания в логике науки - физики, на втором в логике профессиональной деятельности.

В соответствии с принципом психологических закономерностей представления изучаемого материала отобранная для изучения физическая информация должна быть представлена в различных формах в соответствии с психологическими особенностями обучаемых. Физическая информация представлена в вербальной, аналитической, графической и в материальной формах представления при выполнении лабораторных работ.

Принцип вариативности предусматривает вариативность содержания обучения в зависимости от специальности студентов и их когнитивных стилей.

Принцип профессиональной направленности проектирования содержания является продолжением и развитием контекстного принципа и предусматривает формирование содержания, позволяющего моделировать в процессе обучения будущую профессиональную деятельность. Содержание должно обеспечивать подготовку студентов с учетом выбранной специальности.

Принцип многоуровневой организации представления учебного материала предполагает, что при изучении физики на первом (инвариантном) уровне у студентов формируется банк фундаментальной информации и основа физического мышления, а на втором (вариативном) - способность изучать прикладные разделы курса на основе имеющейся информации и сформированного мышления.

Формы и методы обучения. При обучении студентов нами использовались традиционные и инновационные формы и методы обучения физике в вузе. Коллективная форма - лекция, групповая - практические и лабораторные занятия, индивидуальная форма обучения применялась при выполнении комплексных расчетно-графических работ (КРГР), лабораторных работ и научно-исследовательских работ студентов.

При проведении лекционных занятий применялась методика модельного введения физической информации.

В ходе практических занятий методика последовательного выполнения системы физических заданий. Система заданий включает следующую последовательность задач: тренировочные задачи > базовые задачи > комплексные расчетно-графические задания.

В ходе лабораторных занятий методика вариативного выполнения лабораторных работ в зависимости от предпочтительного стиля кодирования информации студентом.

Самостоятельная работа студентов реализовывалась путем выполнения типизированных заданий по изучению теоретической информации, решению задач и выполнения отчетов по лабораторному практикуму. Тип задания определялся предпочтительным стилем кодирования информации.

Средства обучения являются источниками физической информации и инструментом для ее оптимального представления и перевода в различные формы. Средства обучения включают: систему учебных пособий которые разработаны в соответствии с выдвинутыми принципами (обеспечивают вербальное, аналитической, графическое представление информации), лабораторные установки (предметно-практическое представление информации, информационно-коммуникационные технологии (обеспечивают синтез аналитической и графической информации).

Методы мониторинга. Реализация рассматриваемой концепции методической системы была бы невозможна без создания критериально-диагностического аппарата, позволяющего дифференцировать студентов по выделенным параметрам: ригидность / гибкость когнитивного контроля, предпочтительный стиль кодирования информации, уровень перевода учебной информации в различные формы представления, уровень мотивации к изучению физики.

Применение перечисленных методик имеет своей целью формирование информационной мобильности студентов, что возможно путем формирования у студентов навыков перевода физической информации в различные формы представления. Сформированная мобильность стилевого поведения позволит студентам с различными предпочтительными стилями кодирования информации переходить с полюса «ригидность» к полюсу «гибкость когнитивного контроля» в рамках изучения физики, что расширяет их познавательные возможности в целом.

Анализируя структуру модели, можно выделить укрупненную структуру модели, включающую: целевой, процессуальный (содержание, формы и методы обучения) и результативный компоненты.

Результативный компонент - повышение эффективности учебного процесса по физике. Под эффективностью методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей мы понимаем статистически значимое увеличение показателей:

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.

Таким образом, в третьей главе рассмотрены основные элементы модели методической системы обучения студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей.

В четвертой главе «Методическая система обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей» рассмотрена методическая система и пути ее реализации в учебном процессе. Структура и содержание методической системы соответствует разработанной модели. Обобщенная характеристика методической системы представлена на рис. 2.

В соответствии с принципом интегративности осуществлен отбор связеобразующих элементов содержания. Освоение этих элементов позволяет студентам осуществлять перевод физической информации в различные формы представления.

Для формирования навыков перевода физической информации в различные формы представления выделены приемы и методы перевода физической информации в различные формы представления. Например, приемы и методы перевода физической информации представленной в словесно-символической форме, в другие формы представления приводятся в таблице 1.

Таблица 1 Приемы и методы перевода физической информации, представленной в словесно-символической форме, в другие формы представления

Исходная форма представления	Прием перевода	Метод перевода	Конечная форма представления физической информации
вербальная	перевод из текста в формулу	формализация	аналитическая
аналитическая	перевод из формулы в текст	анализ, синтез	вербальная
аналитическая	построения векторных диаграмм, графиков	применение нормативных математических изображений, абстрагирование	графическая: векторные диаграммы, графики
аналитическая	применение ПК	информационный	графическая: графики, поверхности, векторные поля
аналитическая	построение схем	применение УГО и нормативных математических изображений	графическая: схемы принципиальные, схемы принципиальные с применением нормативных математических изображений
аналитическая	построение рисунка	изображение ситуации и нормативных математических изображений	графическая: рисунок, рисунок с применением применение нормативных математических изображений
аналитическая	выполнение лабораторного исследования	вербальное описание > аналитическое описание > описание объекта исследования (лабораторной установки) > материальное моделирование > измерение > фиксация результатов измерения > расчет > установление причинно-следственных связей	предметно-практическая

Отобранное и систематизированное содержание курса физики в соответствии с выделенными принципами (интегративности, полисистемности, вариативности, профессиональной направленности многоуровневой организации, представления учебного материала) представлено в рабочей программе по курсу физики, методических пособиях: «Модели в физике», пособиях по организации и проведению лабораторного практикума, «Физика и автомобиль», а также в системе индивидуальных заданий для студентов.

Справочное учебное пособие «Модели в физике» обеспечивает:

ѕ представление физической информации в оптимальной для восприятия форме;

ѕ возможность перевода физической информации студентами в различные формы представления посредством применения математического аппарата;

ѕ представление содержание курса физики в виде кратких высказываний, обладающих высокой информационной плотностью, информативностью и доступностью текста;

ѕ системность представляемой физической информации.

Учебное пособие «Физика и автомобиль» отражает содержание второго уровня введения физической информации и имеет блочно-модульную структуру. Модули соответствуют различным элементам устройства автомобиля.

Введение отобранного содержания осуществлялось в ходе лекционных, практических, лабораторных занятий и самостоятельной работы студентов.

При проведении лекционных занятий применялась методика модельного введения физической информации. Вводится понятие модели и рассматривается роль моделирования в научной и учебной деятельности, равноправность представлений учебной информации в виде моделей различной природы.

Перевод информации в различные формы представления осуществляется путем применения выделенных приемов и методов перевода с примением логических и математических методов. Студентом должна быть усвоена общая схема представления информации: вербальное представление > аналитическое представление > графическое представление (график, вспомогательный график, векторная диаграмма, схема, поясняющий рисунок).

Структура введения физических величин предполагает: обоснование необходимости ее введения > название физической величины > векторная или скалярная > от каких величин зависит > форма зависимости (математическое действие) > модуль величины > направление (если величина векторная). Ключевым моментом в определении для возможности перевода вербального описания в аналитическую форму записи является информация о математическом действии для определения физической величины. Владея полной информацией о правилах того или иного математического действия, студент безошибочно сможет записать соответствующую формулу, определить направление и модуль величины и перейти к ее графической интерпретации.

В ходе практических занятий применялась методика последовательного выполнения системы физических заданий.

Тренировочные задачи первого типа - это задачи, решение которых предполагает применение закона с переводом информации в различные формы, причем перевод информации имеет общий алгоритм: вербальное представление > анализ величин, требующих установления взаимосвязи > установление взаимосвязи (закон) >аналитическое решение > графическое решение, пример приведен в таблице 2.

Таблица 2 Структура решения тренировочной задачи первого типа

Этапы решения задачи	Условия задачи	Требования задачи
Задача в вербальной форме	Между полюсами электромагнита создается однородное магнитное поле с индукцией В=0,1 Тл. По проводу длиной l=70см, помещенному перпендикулярно к направлению магнитного поля, течет ток I=70А	Найти силу , действующую на провод
Анализ величин, требующих установления взаимосвязи	Индукция магнитного поля В; Проводник с током I, длиной l; Угол между вектором и проводником	сила, действующая на провод
Взаимосвязь величин	На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, рассчитываемая по закону Ампера
Решение задачи	Аналитическое	Графическое
	, то F = 4,9 Н. Модуль силы Ампера	Сила - величина векторная, имеет направление. Направление этой силы определяется по правилу векторного произведения векторов

Тренировочные задачи второго типа - это задачи, также требующие применения законов, но в них требуется установить взаимосвязь между элементами физической информации, представленной в различных формах. Решение таких задач требует перевода информации как из аналитической формы в графическую, так и наоборот. Ход решения представлен в таблице 3.

Под базовым уровнем мы понимаем решение традиционных, применяемых в вузе задач. Составляя план решения задач, преподаватель должен подвести студентов к алгоритму решения типовых задач, научить задавать последовательность шагов, выполняя которые студент придет к намеченной цели. Алгоритм решения задач предполагает, что задача может быть решена как аналитически, так и графически. Приступая к решению задачи, студент должен мысленно составить модель того процесса или явления, которое рассматривается в задаче, представить ее в аналитической и графической формах.

Таблица 3 Структура решения тренировочной задачи второго типа (из аналитической формы в графическую)

Этапы решения задачи	Условия задачи	Требования задачи
Задача в вербальной форме	Момент импульса тела относительно неподвижной оси изменяется по закону	Укажите график, правильно отражающий зависимость от времени величины момента сил, действующих на тело
Анализ величин, требующих установления взаимосвязи	Момент импульса тела:	Момент сил:
Взаимосвязь величин	Закон изменения момента импульса абсолютно твердого тела:
Решение задачи (установление соответствия)	Аналитическое	Графическое
	Полученное выражение график прямой, проходящей через начало координат

В качестве комплексных заданий нами применяется комплексная расчетно-графическая работа (КРГР) - это форма самостоятельной деятельности студентов при изучении курса физики в вузе, представляющая собой комплексное индивидуальное задание, которое состоит из теоретической, расчетной, графической и аналитической частей. Комплексные расчетно-графические работы формируют у обучаемых не только учебно-познавательные знания, умения, навыки и дают возможность применить их на практике, но и позволяют представить физическую информацию в виде различных моделей. Например:

1) Вывести формулу для момента инерции сплошного шара радиусом R и массой m относительно оси симметрии.

2) Построить векторную диаграмму и показать на ней направления векторов углового перемещения , угловой скорости , углового ускорения , силы , момента силы , если сила приложена по касательной к шару в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

3) Построить графики зависимости момента инерции J в виде поверхности от массы шара m и его радиуса R при изменении массы от 0,1 до 1кг и радиуса R от 0,05 до 0,25м. Момента силы F от радиуса R при условии, что сила постоянна и равна 5Н. Построения провести с помощью ПК.

4) Сравнить полученные зависимости с экспериментальными при выполнении лабораторной работы «Изучение основного закона динамики вращательного движения».

5) Сделать выводы о зависимости момента инерции изучаемого объекта и момента приложенной к нему силы от его параметров.

На рис. 3 приведен график зависимости момента инерции J от массы шара m и его радиуса R, и на рис. 4 приведена зависимость момента силы F от радиуса R.



Рис. 3 Зависимости момента инерции от массы шара и его радиуса	Рис. 4 Зависимость момента силы от радиуса

Таким образом, в ходе практических занятий также осуществляется перевод информации между формами: вербальное представление - аналитическое представление - графическое представление - компьютерная модель.

Для выполнения КРГР, а также лабораторных работ необходимо введение связеобразующих элементов содержания из курса информатики.

В ходе лабораторных занятий применялась методика вариативного выполнения лабораторных работ в зависимости от предпочтительного стиля кодирования информации студентом.

Для студентов с преобладающим визуальным и словесно-символическим способами кодирования информации предлагается выполнение лабораторной работы репродуктивным методом. Студентам предлагается инструкция по выполнению лабораторной работы, включающая: цель выполнения работы; основные сведения из теории; схему лабораторной установки, представленную в виде чертежа, схемы или рисунка; инструкцию по снятию показаний приборов и проведению измерений с указанием величин, подлежащих измерению и технологии измерения; таблицы для внесения результатов измерений и расчетов; формулы, необходимые для обработки и анализа полученных результатов измерений; указания для построения графиков; рекомендации по формулировке выводов, подтверждающих теоретические положения.

Для студентов с преобладающим словесно-символическим и визуальным стилем кодирования информации предлагается следующая последовательность действий: вербальное описание понятия > аналитическое описание понятия > описание объекта исследования (лабораторной установки) > выдвижение гипотезы > реальное моделирование изучаемого процесса (явления) > измерение > фиксация результатов измерения > расчет > установление причинно-следственных связей изменения величин > сопоставление результатов опыта с теоретическими положениями > подтверждение или опровержение гипотезы > формулировка следствий.

Студенты с преобладающим предметно-практическим стилем выполняют лабораторную работу исследовательским методом, ими осуществляется: постановка цели исследования; проведение наблюдений за объектом исследования; формулирование гипотез исследования; планирование (составление плана) исследования; проведение измерений и обработки результатов; формулирование выводов.

Для студентов с преобладающим предметно-практическим стилем кодирования информации предлагается следующая последовательность действий: наблюдение за объектом > описание объекта > планирование эксперимента > реальное моделирование изучаемого процесса (явления) > измерение > фиксация результатов измерения > расчет > установление причинно-следственных связей изменения величин > абдукция > выдвижение гипотезы > подтверждение или опровержение гипотезы > вербальное описание понятия> аналитическое описание понятия > формулировка следствий.

Выполнение лабораторной работы завершается защитой отчета индивидуально каждым студентов в ходе собеседования с преподавателем, что позволяет оценить степень усвоения физической информации на основе ее перевода в различные формы представления в зависимости от предпочтительного стиля кодирования информации студентом.

Таким образом, нами конкретизирован принцип предметности, т.е. разработаны те специфические действия, которые необходимо произвести с предметами, чтобы, с одной стороны, выявить содержание будущего понятия, с другой - изобразить это первичное содержание в виде знаковых моделей.

Самостоятельная работа студентов включает:

ѕ в ходе лекционных занятий: изучение лекционного материала с использование контрольных вопросов, отражающих основные положения лекции, а также методы перевода физической информации в различные формы представления, осуществленные в ходе лекционного занятия;

ѕ в ходе практических занятий: выполнение индивидуальных заданий, содержащих задачи тренировочного уровня на перевод информации из непредпочтительного способа представления в предпочтительный; решение базовых физических задач; выполнение КРГР.

ѕ отам с учетом их вариативного выполнения.

К методам стимулирования интереса к обучению мы относим:

ѕ организацию профессиональной направленности в обучении путем двухуровневого введения физической информации в учебный процесс;

ѕ создание внутриучебной мотивации.

Методы мониторинга включают:

Для диагностики когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля» нами использовалась методика словесно-цифровой интерференции Дж.Р. Струпа.

Выявление предпочтительных способов кодирования информации осуществлялось на примере восприятия разных форм предъявления информации при использовании теста, разработанного М.А. Холодной.

Уровневые тестовые задания диагностики подготовки студентов разработаны нами как для определения начального уровня подготовки, так и для контроля текущего уровня знаний по физике.

Тестовые задания диагностики сформированности навыков перевода физической информации в различные формы представлении включают задачи тренировочного уровня, для решения которых необходимо успешное преобразование физической информации.

По успешности выполнения заданий можно судить о степени сформированности навыков перевода физической информации в различные формы представления и отследить динамику успешности обучения студентов с различными предпочтительными стилями кодирования информации, а также находящихся на различных полюсах когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля».

В пятой главе «Реализация модели обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей и педагогический эксперимент по проверке выдвинутых теоретических положений» приводятся ход и результаты педагогического эксперимента. В целях выявления педагогической эффективности разработанной методической системы обучения был проведен педагогический эксперимент, включающий констатирующий, формирующий и контрольный этапы. В эксперименте приняли участие студенты контрольных и экспериментальных групп автомобильного института ГОУ ВПО «Волжский государственный инженерно-педагогический университет», в течение 2004-2007 учебных годов (всего 530 человек) из них контрольные группы входило 250 студентов, а в экспериментальные - 280 студентов.

На этапе констатирующем этапе эксперимента у студентов было осуществлено измерение следующих параметров

ѕ предпочтительный стиль кодирования информации;

ѕ успеваемость студентов с различными стилями кодирования информации;

ѕ показатель ригидность/гибкость когнитивного контроля;

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

ѕ уровень подготовки студентов в области физики;

ѕ уровень мотивации к изучению физики.

Для определения предпочтительного стиля кодирования информации студентами нами был использован тест, предложенный М.А. Холодной. Приводятся фрагменты текста, по-разному описывающие один и тот же предмет. Испытуемым предлагается прослушать все фрагменты и следить за особенностями своего восприятия каждого фрагмента. После прочтения испытуемым предлагается ответить на вопрос: можете ли Вы выделить среди фрагментов текста те, которые вызвали у Вас отчетливое чувство субъективного принятия (в виде переживания, удовольствия или любопытства) по сравнению с остальными фрагментами (да - нет), и какие именно это фрагменты (с указанием порядкового номера). Сделанный выбор соответствует предпочтительному (или предпочтительным) стилям кодирования информации. Результаты тестирования приведены на рис. 5.

Рис.5. Распределение студентов по предпочтительным стилям кодирования информации

Из результатов тестирования видно, что студенты обладают разными стилями кодирования учебной информации, причем значительная доля студентов предпочитают словесно-символический и предметно-практический стили кодирования информации;

Для анализа успеваемости студентов с различными стилями кодирования информации были выделены следующие дисциплины: отечественная история и иностранный язык - для изучения этих дисциплин предпочтителен словесно-символический стиль кодирования информации. Для изучения инженерной графики - предпочтителен визуальный стиль кодирования информации. При изучении физики высока роль предметно-практического стиля кодирования информации. Результаты анализа полученных данных приведены в таблице 4. Аналогичные зависимости были получены В.Н. Дружининым при оценке успешности обучения школьников.

Таблица 4 Средний балл студентов с различными стилями кодирования информации по дисциплинам выделенных групп

Стили кодирования информации	История и иностранный язык	Инженерная графика	Физика
Словесно-символический	4,4	4,4	4,4
Визуально-пространственный	3,8	4,0	3,6
Предметно-практический	3,2	3,3	3,3

Таким образом, наиболее успешны в учебной деятельности студенты, предпочитающие словесно-символический стиль кодирования информации.

Нами была проведена диагностика параметра «ригидность/гибкость когнитивного контроля» с использованием методики словесно-цветовой интерференции, предложенной Дж.Р. Струпом. Испытуемым последовательно предъявляются карты. На первой - сто разноцветных фигур основных цветов (инструкция как можно быстрее назвать цвета). На второй - сто названий цветов, не соответствующих цвету чернил, которыми написано данное слово (инструкция: как можно быстрее назвать цвет, которым написано каждое слово). Показатель ригидность/гибкость контроля оценивался по разнице во времени выполнения второй и первой карт. Чем больше эта разница, тем больше выражен эффект интерференции и, соответственно, более выражена ригидность познавательного контроля. Полученные данные приводятся на рисунке 6.

Рис. 6. Показатель ригидность / гибкость когнитивного контроля

Из диаграммы видно, что большинство протестированных студентов находятся на низком или среднем уровне показателя «ригидность/гибкость когнитивного контроля» и как следствии испытывают затруднения при переводе информации в различные формы представления.

Анализ результатов успеваемости студентов по физике с различными уровнями показателя «ригидность/гибкость когнитивного контроля» показал, что студенты с высоким и средним уровнем показателя обучаются успешнее, однако статистически достоверного различия в успешности обучения студентов с высоким и средним уровнями показателя «ригидность/гибкость когнитивного контроля» выявлено не было, поэтому в дальнейшем будем рассматривать в одной группе со средним показателем. Результаты тестирования приведены на рис. 9.

Уровень подготовленности по физике оценивался с помощью трехуровневых тестовых заданий. Коэффициент усвоения курса физики, характеризующий уровень подготовленности, составил 0,33.

Для оценки уровня освоения студентами приемов перевода информации в различные формы представления нами были разработаны тестовые задания, содержащие задания физического содержания на перевод информации в различные формы представления, коэффициент выполнения тестов составил 0,32. Результаты тестирования приведены на рисунках 7 и 8.

Анализируя результаты констатирующего этапа педагогического эксперимента можно сделать следующие выводы:

Студенты обладают различными стилями кодирования информации, причем 46% студентов предпочитают визуально-пространственный и предметно-практический способы кодирования. Наиболее успешны при обучении в вузе студенты с словесно-символическим стилем кодирования, поскольку традиционная система обучения ориентирована на данный стиль представления информации. Данные, полученные в ходе измерения параметра «ригидность / гибкость когнитивного контроля», показали, что 46% студентов находятся на полюсе ригидность, т.е. испытывают затруднения при переводе информации в различные формы представления. Уровень подготовленности по физике является низким. Полученные в ходе констатирующего этапа эксперимента данные подтверждают актуальность выбранной темы исследования.

На формирующем этапе эксперимента осуществлялось внедрение методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей. Обучение студентов контрольных групп осуществлялось традиционным способом, без учета их индивидуальных когнитивных стилей, обучение студентов контрольных групп реализовывалось путем применения разработанной методической системы.

В ходе контрольного эксперимента проводилось измерение следующих параметров:

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

ѕ уровень подготовки студентов в области физики;

ѕ уровень мотивации к изучению физики.

Параметры «предпочтительный стиль кодирования информации» и «ригидность/гибкость когнитивного контроля» повторно не измерялись, поскольку они не изменяются с течением времени и являются индивидуальной особенностью человека. Результаты тестирования в контрольной и экспериментальной группах приводятся на рисунках 7 и 8.

Рис. 7. Результаты тестирования студентов контрольной группы

Рис. 8. Результаты тестирования студентов экспериментальной группы

Из графиков видно, что у студентов контрольной группы средний коэффициент усвоения физической информации повысился до 0,63 по сравнению с контрольной группой, где он составил 0,43. Коэффициент перевода физической информации в различные формы представления возрос от 0,38 в контрольной до 0,52 в экспериментальной группе, что свидетельствует о формировании навыков перевода информации в различные формы представления и на основе формирования этих навыков наблюдается повышение уровня подготовки студентов по физике.

Результаты тестирования показали, что повысился коэффициент усвоения физической информации у студентов, обладающих как низким, так и средним показателем гибкости когнитивного контроля (рис.9), причем разрыв коэффициента усвоения между средним и низким уровнем усвоения сократился от 0,12 до 0,08. Такое изменение коэффициента усвоения произошло за счет формирования навыков перевода физической информации в различные формы представления, что позволило студентам, находящимся на полюсе «ригидность» приобрести мобильность стилевого поведения в рамках изучения дисциплины «Физика».

Рис. 9. Зависимость успеваемости студентов по физике от показателя ригидность/гибкость когнитивного контроля на констатирующем и контрольном этапах эксперимента

Проверка статистической различимости средних показателей (балл по дисциплинам, коэффициента перевода информации, коэффициент усвоения физики) проводилась с помощью t-критерия Стьюдента. Достоверность различия составляет не менее 95%.

Мотивация к изучению физики измерялась путем анкетирования студентов. Нами было выделено четыре уровня мотивации изучения физики.

Первый уровень характеризуется малочисленностью положительных мотивов. Второй уровень - обучаемый осознает важность изучения физики для своей профессии. Третий уровень характеризуется усилением долга, познавательного интереса, мотивов самообразования и труда. Четвертый уровень мотивации отличает глубокое осознание необходимости, нужности знаний по физике.

Результаты анкетирования студентов представлены в таблице 6.

Таблица 6 Динамика мотивации к изучению физики

Уровни	% студентов, находящихся на соответствующем уровне
	Контрольная группа	Экспериментальная группа
	Исходный	Исходный	Исходный	Достигнутый
Первый	20	13	19	5
Второй	58	60	58	46
Третий	19	22	20	40
Четвертый	3	5	3	9

Исследование динамики мотивации изучения физики дало следующие результаты. В контрольной группе произошло незначительное увеличение студентов, находящихся на втором и третьем уровне мотивации изучения физики, в основном за счет уменьшения на 7% числа студентов, находящихся на первом уровне. В экспериментальной группе наблюдался значительный рост числа студентов, находящихся на третьем уровне мотивации, более чем в 2 раза, и сокращение числа студентов, находящихся на втором уровне с 58% до 46%. Произошло также заметное увеличение числа студентов, находящихся на четвертом уровне, с 3% до 9%, при уменьшении студентов, не заинтересованных в изучении физики, находящихся на первом уровне, с 19% до 5%. Повышение показателя мотивации к изучению физики произошло за счет профессионально-направленного обучения (двухуровневое введение содержания), а также за счет повышения внутриучебной мотивации.

Внедрение в учебный процесс методической системы обучения физике студентов на основе учета их когнитивных стилей привело к повышению эффективности учебного процесса, а именно:

ѕ наблюдается повышение уровня подготовленности в области физики, поскольку увеличился объем полученных знаний, о чем можно судить по повышению коэффициента усвоения от 0,43 в контрольной группе до 0,63 в экспериментальной;

ѕ показатель «перевод физической информации в различные формы представления» возрос от 0,38 в контрольной группе до 0,52 в экспериментальной.

ѕ мотивация к изучению физики и интерес к обучению по выбранной специальности значительно возрос. Так, в контрольной группе третьего и четвертого уровней мотивации достиг 27% студентов, а в экспериментальной 49% студентов.

Повышение эффективности учебного процесса осуществлено за счет формирования навыков перевода физической информации в различные формы представления, что расширило познавательные возможности студентов и способствовало формированию мобильности их стилевого поведения.

Таким образом, результаты эксперимента по внедрению в учебный процесс системы обучения студентов вузов с учетом их когнитивных стилей подтвердили выдвинутую гипотезу.

В заключении подводятся общие итоги исследования, показывается, что в ходе проведения работы подтверждены основные положения гипотезы, решены поставленные задачи, получены значимые научные и практические результаты, обсуждаются дальнейшие пути развития системы обучения студентов вузов с учетом их когнитивных стилей.

Основные выводы и результаты исследования

В ходе проведения работы подтверждены основные положения гипотезы, решены поставленные задачи, получены значимые научные и практические результаты, обсуждаются дальнейшие пути использования индивидуальных особенностей студентов к обучению для повышения эффективности образовательного процесса по физике в вузе.

Полученные в ходе исследования результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Выявлены психолого-педагогические основания возможности обучения физике студентов вузов с учетом индивидуальных когнитивных стилей, поскольку наряду с возрастными обучаемые имеют и иные устойчивые психологические особенности, существенные для процесса обучения. К таким мало изменяющимся, устойчивым характеристикам относят когнитивные стили. Когнитивные стили («стили переработки информации») - это индивидуально своеобразные способы восприятия, анализа, структурирования и категоризации своего окружения. Психологическими основаниями являются работы в области когнитивной психологии, педагогическими основаниями личностно-ориентированный, дифференцированный, информационный, модельный, обогащающий и деятельностный подходы.

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

ѕ 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. В основу концепции положена совокупность принципов, среди которых наряду с общедидактическими принципами сформулирована система уточненых принципов, среди них принципы: модельного представления физической информации, формирования информационной мобильности, предметно-практического представления физической информации, междисциплинарной интеграции, информационности.

4. Разработана модель методической системы обучения физике студентов вузов с учетом когнитивных стилей, включающая: целевой, содержательный, процессуальный, мотивационный и результативный элементы. Выделены также линии практической реализации концепции, среди них: психологическая, организации учебной информации, организации системы занятий, установления межпредметных связей.

5. Теоретически обоснована, разработана и внедрена в педагогическую практику методическая система обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, включающая следующие основные компоненты: целевой компонент включает систему образовательных, развивающих и воспитательных целей обучения. Образовательная цель - повышение подготовленности студентов в области физики. Развивающая цель - формирование информационной мобильности. Воспитательная цель - формирование профессиональной направленности личности и ценностного отношения к изучению физики.

ѕ содержательный компонент включает отобранное и систематизированное содержание курса физики, представленное в форме системы моделей. Отбор содержания осуществлен на основании системы принципов: фундаментальности, полисистемности, психологических закономерностей представления изучаемого материала, интегративности содержания, профессиональной направленности, многоуровневой организации представления учебного материала. Отобранное и структурированное содержание курса физики представлено в рабочей программе по физике, пособиях «Модели в физике» и «Физика и автомобиль», системе индивидуальных заданий и системе тестовых заданий.

ѕ процессуальный компонент включает традиционные и инновационные формы и методы обучения.

В ходе занятий лекционной формы применялась методика модельного представления физической информации. Инструментом для перевода информации в различные формы представления являются разработанные приемы и методы (логические и частнонаучные) перевода информации в различные формы представления.

В ходе практических занятий применялась методика последовательного выполнения системы физических заданий: тренировочные задачи (первого и второго типов) > базовые задачи > комплексные расчетно-графические задания.

При проведении лабораторных занятий использовалась методика вариативного выполнения лабораторных работ (репродуктивным или исследовательским методом) в зависимости от предпочтительного стиля кодирования информации студентами. При выполнении студентами лабораторных работ конкретизирован принцип предметности, т.е. разработаны те специфические действия, которые необходимо произвести с предметами для выявления сущности физического понятия и представления его в знаковой форме.

Самостоятельная работа студентов включает: проработку лекционного материала по алгоритму, включающему перевод информации в различные формы представления, выполнение индивидуальны заданий с применением задач тренировочного уровня, выполнение КРГР, вариативное выполнение отчетов по лабораторному практикуму.

Методика мониторинга позволяет оценить педагогическую эффективность предлагаемых теоретических положений, включает систему тестовых заданий и порядок их использования. Разработана следующая совокупность заданий:

ѕ задания для определения предпочтительного стиля кодирования информации;

ѕ задания для определения показателя ригидность/гибкость когнитивного контроля;

ѕ уровневые тестовые задания для оценивания уровня подготовки студентов по физике;

ѕ тестовые задания, позволяющие оценить уровень освоения студентами приемов перевода физической информации в различные формы представления.

ѕ анкета для определения уровня мотивации к изучению физики.

6. Проведен педагогический эксперимент, в результате которого доказана эффективность использования методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей, проявляющаяся в повышении эффективности образовательного процесса по физике на основании формирования мобильности стилевого поведения студентов в рамках когнитивного стиля «ригидность / гибкость когнитивного контроля», что открывает для студентов новые познавательные возможности, не только в рамках изучения физики, но и других дисциплин инженерного цикла.

7. Результативный компонент был получен в ходе проведения педагогического эксперимента, подтверждающего эффективность разработанной и внедренной методической системы. В контрольных группах обучение проводилось согласно традиционной методики, а в экспериментальных с применением методической системы обучения студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей.

Дальнейшее исследование предполагается проводить в направлении формирования физического мышления, которое мы понимаем как процесс сознательного отражения физических объектов, явлений и процессов в виде знаковых и материальных моделей с учетом совокупности их связей и отношений, представленных в виде ментальных репрезентаций.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях

Монографии

1. Толстенева, А.А. Проектирование содержания спецкурсов при подготовке педагога профессионального обучения [Текст]: монография / А.А. Толстенева, А.А. Червова. - Н.Новгород: ВГИПА, 2002. - 180 с. 11,25 п.л. ISBN 5-88820-108-1 (авт. вклад 80% )

2. Толстенева, А.А. Проектирование содержания курса математика для студентов-психологов в вузе [Текст]: монография / А.А. Толстенева, А.А. Червова, А.В. Макеева - Н.Новгород: ВГИПУ, 2006. - 145 с. 9,06 п.л. ISBN 5-88820-280-0 (авт. вклад 75%)

3. Толстенева, А.А. / Теоретические основы дифференциации при обучении студентов вузов [Текст]: монография / А.А. Толстенева - Н.Новгород: ВГИПУ, 2007. - 175 с. 10,9 п.л. ISBN 5-88820-325-4

4. Толстенева, А.А. / Реализация системы обучение студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей [Текст]: монография / А.А. Толстенева - Н.Новгород: ВГИПУ, 2007. - 236 с. ISBN 978-5-88820-391-0

5. Толстенева, А.А. Проектирование и реализация курса «Физика для дизайнеров» в процессе обучения в вузе [Текст]: монография / А.А. Толстенева, А.А. Червова, А.А. Абрамов -- Н.Новгород: ВГИПУ, 2008. -- 106 с. 6,62 п.л. ISBN 978-5-88820-430-6 (авт. вклад 70 %)

Учебно-методические пособия, методические рекомендации

6. Толстенева, А.А. / Инженерная графика. Конструирование, вычерчивание и оформление чертежей печатных плат [Текст]: методические рекомендации/ А.А. Толстенева - Н.Новгород: НВЗРКУ, 1993. - 46с. 2,87 п.л.

7. Толстенева, А.А. Физика и автомобиль [Текст]: Учебное пособие / А.А. Толстенева. - Н. Новгород: ВГИПИ, 2001. - 100с. 6,25 п.л.

8. Толстенева, А.А. Учебное пособие по организации и проведению лабораторного практикума по физике [Текст] / А.А. Толстенева, А.А. Червова - Н.Новгород: ВГИПА, 2003. - 180с. авт. 11,25 п.л. (авт. вклад 70 %).

9. Толстенева, А.А. Комплект методического обеспечения по учебной дисциплине «Физика» [Текст] / А.А. Толстенева, Т.А. Коробкова - Н.Новгород: ВГИПА, 2003. - 78с. 4,87 п.л. (авт. вклад 95%)

10. Толстенева, А.А. Расчет погрешности измерений при выполнении лабораторных работ по физике с использованием компьютерных технологий [Текст]: Методическое пособие / А.А. Толстенева, А.А. Червова, М.Л. Груздева - Н.Новгород: ВГИПА, - 2003. - 20с. 1,25 п.л. (авт. вклад 60%)

11. Толстенева, А.А. Модели в физике. Учебное пособие [Текст]/ А.А.Толстенева. - Н.Новгород: ВГИПУ, 2007. - 130с. 8,12 п.л.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

12. Толстенева, А.А. Направления формирования личности педагога профессионального обучения средствами естественнонаучных дисциплин [Текст] / А.А.Толстенева, А.А.Червова // Наука и школа. - 2004. - №4. - С. 5-7. 0,2 п.л. 0,25 п.л. (авторских 70%)

13. Толстенева, А.А. Модель как системообразующий фактор построения курса физики [Текст] / А.А.Толстенева, А.А.Червова // Наука и школа. - 2004. - №3. С. 49 - 51. (авторских 80%)

14. Толстенева, А.А. Организация внутренней дифференциации обучения в техническом вузе на основе информационного подхода [Текст] / А.А.Толстенева, А.А.Червова // Физическое образование в вузах. - 2006. - Т.12, №2. - С.61-69. 0,56 п.л. (авторских 80%)

15. Толстенева, А.А. Модель методической системы дифференцированного обучения физике студентов технических вузов [Текст] / А.А.Толстенева // Физическое образование в вузах. - 2007. - Т.13, №1. - С. 49 - 58. 0,62 п.л.

16. Толстенева, А.А.Физика в системе дополнительного профессионального образования [Текст] / А.А.Толстенева // Дополнительное образование и воспитание. - 2006. - №10. - С.38 - 41. 0,25 п.л.

17. Толстенева, А.А. Методическое пособие в системе дифференцированного обучения студентов на основе учета их когнитивных стилей [Текст] / А.А.Толстенева, А.А.Червова // Наука и школа. - 2007. - №4. - С. 32-35. 0,4 п.л. (авторских 90%)

18. Толстенева, А.А.Организация лабораторного практикума в условиях внутренней дифференциации на основе особенностей восприятия учебной информации [Текст] / А.А.Толстенева // Наука и школа. - 2007. - №6. - С. 59-62. 0,4 п.л.

19. Толстенева, А.А. Структура и содержание концепции обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей [Текст] / А.А.Толстенева // Наука и школа. - 2008. - № 2 - С. 26-28. 0,37 п.л.

20. Толстенева, А.А. Формирование физического мышления у студентов вузов средствами решения задач [Текст]/ А.А. Толстенева // Приволжский научный журнал. - 2008. - №2 - С. 190-197. 0,87 п.л.

21. Теоретические основы и практика по организации методической системы обучения физике студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей [Текст] / А.А. Толстенева // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия инновации в образовании. - 2008. - №3 - С. 24-30. 0,87 п.л.

Статьи в журналах, сборниках научных трудов

22. Толстенева, А.А. Проблемный метод проведения теоретических семинаров по физике с привлечением физического эксперимента [Текст] / А.А. Толстенева, А.А. Червова, Ж.В. Прахова // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Вып.10. / ГГПИ. - Глазов - Москва, 2000. - С. 227 - 230. 0,4 п.л. (авторских 60%)

23. Толстенева, А.А. Целеполагание в проектировании профессионального обучения [Текст] / А.А. Толстенева, А.А. Червова // Сборник научных трудов. Серия «Инновационные подходы к обучению естественнонаучным дисциплинам».- Н.Новгород: ВГИПА, 2002г. Вып. 5., Часть 2. (авторских 80%)

24. Толстенева, А.А. Подходы к формированию содержания курса физики для инженерно-педагогических специальностей [Текст] / А.А. Толстенева// Учебная физика. № 1 - М: РАО, 2002. - С. 58 - 61. 0,4 п.л.

25. Толстенева, А.А. Профессионально-ориентированное обучение естественнонаучным дисциплинам с привлечением виртуального эксперимента [Текст] / А.А. Толстенева, А.А. Червова, М.Л. Груздева // Актуальные проблемы образования. Материалы по итогам научно-исследовательской деятельности конкурса грантов 2000 г. в области педагогики. - М.: «Прометей» МПГУ, 2002. - С. 95 - 102. 0,5 п.л. (авторских 60%)

26. Толстенева, А.А., Виртуальная лаборатория как средство реализации межпредметных связей курсов физики и высшей математики [Текст] / А.А. Толстенева, А.А. Червова, М.Л. Груздева // Физика в системе подготовки студентов нефизических специальностей университетов в условиях модернизации образования: сборник трудов совещания-семинара. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2004. - С. 155-157. 0,37 п.л. (авторских 50%)

27. Толстенева, А.А. Применение виртуальной лаборатории при обучении естественнонаучным дисциплинам [Текст] / А.А. Толстенева, М.Л. Груздева // Фундаментальные исследования в области гуманитарных наук: конкурс грантов 2002 г. Сб. реф.избр. работ. - Екатеринбург: Издательство уральского университета, 2005. - С. 41 - 44. 0,3 п.л. (авторских 50%)

28. Толстенева, А.А. Модульная система методических пособий по естественнонаучным дисциплинам [Текст] / А.А. Толстенева, А.А. Червова // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр., Выпуск 21. - М: ИСМО РАО, 2005. - С. 104 - 106. 0,2 п.л. (авторских 50%)

29. Толстенева, А.А. Индивидуальные особенности обучаемых в системе вузовского образования [Текст] / А.А. Толстенева // Научно-методический журнал / ВГИПА. - 2006. - №2. - С. 39 - 43. 0,62 п.л.

30. Толстенева, А.А. Организация лабораторного практикума в условиях внутренней дифференциации [Текст] / А.А. Толстенева // Высокие технологии в педагогическом процессе: Тезисы докладов VII Международной научно-методической конференции преподавателей вузов, ученых и специалистов. Н. Новгород: ВГИПА, 2006. - С.25 - 28. 0,5 п.л.