Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела механика)
На правах рукописи
ПОЛОВНИКОВА Людмила Борисовна
МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРЕЕМСТВЕННОСТИ
КУРСА ФИЗИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА
(На примере вводного раздела «Механика»)
13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания
(физика)
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата педагогических наук
Тюмень – 2009
Работа выполнена на кафедре
«Теория и методика профессионального образования»
ГОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
| Научный руководитель: | доктор педагогических наук, кандидат физико-математических наук, доцент |
| КАЗАКОВ Рустям Хамзич (ГОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет») | |
| Официальные оппоненты: | доктор педагогических наук, профессор |
| Смирнов Александр Викторович ГОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» | |
| кандидат физико-математических наук, доцент | |
| Уткина Лариса Филипповна ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет» | |
| Ведущая организация: | ГОУ ВПО «Владимирский государственный гуманитарный университет» |
Защита состоится « 9 » марта 2010 года в 14.00. часов на заседании диссертационного совета Д 212. 155. 09 по защите докторских диссертаций по специальностям:
13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (физика),
13.00.08 – теория и методика профессионального образования
в ГОУ ВПО «Московский государственный областной университет» по адресу: 105005, г. Москва, ул. Радио, д.10-а.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный областной университет» по адресу: 105005, г. Москва, ул. Радио, д. 10-а.
Автореферат диссертации размещен на сайте университета: www.mgou.ru
Автореферат разослан «22» января 2010г.
Учёный секретарь диссертационного совета
кандидат педагогических наук, доцент С.А.Кордышева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Актуальность темы исследования
Модернизация отечественного образования XXI века отличается от всех предыдущих его реформ тем, что основной ориентир сделан на развитие личности как главную цель и смысл образования. Национальная доктрина образования на период до 2025 года отражает новые условия функционирования образования и определяет его цели и задачи, среди которых: непрерывность образования в течение всей жизни человека; преемственность уровней и ступеней образования. В Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года определена стратегия образовательной политики: «Обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства».
В новых социально-экономических условиях при подготовке в техническом вузе высококвалифицированных специалистов и высокообразованных людей, способных к профессиональному росту и профессиональной мобильности, возрастает роль физического образования.
Физика является основой формирования научных знаний о природе, на ее основе формируется мировоззрение выпускника технического вуза, которое должно соответствовать достижениям высоких технологий, в частности, нанотехнологий, уровню развития науки в XXI веке.
Проблема формирования научного мировоззрения в процессе обучения физике отражена в работах В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зориной, В.Н. Мощанского, В.В. Мултановского, Э.Д. Новожилова, Н.С. Пурышевой, А.А. Синявиной, А.В. Усовой, Л.С. Хижняковой и др.
Ими доказано, что систематизация материала курса физики на основе фундаментальных физических теорий и идеи научной картины мира, реализация единства системы знаний и методов научного познания служат основой формирования системных научных знаний, развития научного мышления обучающихся.
Одним из важнейших факторов, существенно влияющим на эффективность обучения физике в высшей школе, является готовность студента к познавательной деятельности, к углубленному и детализированному теоретическому анализу содержания и структуры изучаемых физических теорий. На первых курсах технического вуза эта готовность определяется физико-математической подготовкой абитуриента (в аспекте профессиональной направленности обучения будущего инженера). Усвоение технических наук, овладение начальными навыками инженерного искусства во многом зависит от системности и фундаментальности физико-математического образования в вузе.
Между тем, в процессе констатирующего эксперимента был выявлен низкий уровень подготовки по физике у выпускников средней школы и студентов первого курса технического вуза: коэффициент усвоения теоретических знаний школьного курса физики составляет 25%, умение решать задачи – менее 15% (из 219 человек). Большая часть опрошенных (60%), имея начальные навыки в проведении эксперимента и оформлении его результатов, игнорируют теоретический анализ результатов эмпирического обобщения, некритически относятся к погрешности. Одной из причин снижения уровня подготовки школьников является недостаточное оснащение школьных физических кабинетов приборами и оборудованием, что не позволяет полноценно проводить лабораторные работы, организовать демонстрационный эксперимент. Введенное профильное обучение, несмотря на большие преимущества, пока также не позволяет изменить ситуацию. Существует ряд проблем организации профильного обучения: невозможность деления классов или параллелей на необходимое количество профильных групп, сложности организации профильного обучения в школе с одним-двумя классами в параллели. Поэтому большинство учащихся получают все то же базовое образование.
В этих условиях возрастает роль вуза в подготовке студентов к изучению физики в высшей школе и требуются новые подходы к разработке принципов организации образовательного процесса, поиску путей реализации преемственности физического образования.
Существуют разные подходы к осуществлению преемственности обучения.
Известны трактовки преемственности как формы связи между элементами системы обучения (А.А. Люблинская и др.), педагогического условия образовательного процесса (А.В. Коржуев, В.А. Попков, М.Ш. Семикова, Э.С. Черкасова и др.), педагогической системы (А.В. Батаршев и др.).
Психолого-педагогические обоснования преемственности рассматривались в работах Л.И. Божович, Н.В. Кузьминой, А.Н. Леонтьева, Ю.А. Самарина, Н.Ф. Талызиной и др.
Роль организации процесса обучения в преемственности обучения раскрывается в исследованиях А.П. Беляевой, Н.А. Клещевой, А.Г. Мороза, Н.М. Мочаловой, Д.Т. Ситдиковой и др.
Вопросы взаимосвязи содержания общего и профессионального образования отражены в исследованиях С.М. Годника, Р.Х. Казакова, Ю.А. Кустова, А.М. Новикова, М.В. Потаповой, Л.О. Филатовой и др.
Возможные направления реализации преемственности в высшей школе рассматривались А.А. Вербицким, Н.М. Гриценко, Е.Е. Князевой, Н.А. Клещевой, Ю.Г. Татур и др.
Вместе с тем, вопрос о подготовке студентов технического вуза к изучению физики в рамках методической системы преемственности пока остается открытым.
Таким образом, анализ научных исследований, теории и педагогической практики позволили выявить ряд объективно существующих противоречий между:
- разрозненностью подходов к реализации преемственности в современных условиях модернизации высшего профессионального образования и необходимостью создания методической системы преемственности, способствующей подготовке студентов к изучению физики в техническом вузе;
- сущностным содержанием физических теорий, изучаемых в курсе физики технического вуза, и несформированностью у поступивших в технический вуз системных знаний физической теории;
- значимостью методов познания природы для будущего инженера и их фрагментарным освещением в традиционной практике преподавания физики в вузе;
- потребностью у будущего инженера освоения способов учебной деятельности, характерной для исследования и конструирования технических объектов и низким уровнем экспериментальных навыков у выпускников средней школы.
Выявленные противоречия определили актуальность исследования, позволили сформулировать научную проблему исследования: обоснование и разработка методической системы преемственности курса физики технического вуза.
Значимость и актуальность рассматриваемой нами проблемы послужили основанием для определения темы исследования «Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела «Механика»)».
Объектом исследования является процесс обучения физике в техническом вузе.
Предмет исследования - методическая система преемственности курса физики технического вуза на примере изучения вводного раздела.
Цель исследования: обосновать и разработать методическую систему преемственности обучения физике технического вуза при изучении вводного раздела.
Гипотеза исследования: методическая система преемственности курса физики технического вуза, реализуемая на примере вводного раздела, позволит подготовить студентов первого курса к изучению физики в вузе, если:
- преемственность является фактором построения учебного процесса вводного раздела;
- содержание учебного материала систематизировано на основе физической теории – классической механики;
- методы познания отражают взаимосвязь эмпирического и теоретического, реализующуюся по следующей схеме: чувственно-конкретное эмпирически-абстрактное теоретически-абстрактное теоретически-конкретное;
- средства обучения соответствуют методам познания (физический эксперимент, информационные технологии, техническое моделирование);
- формы организации обучения определяются способами учебной деятельности, характерными для исследования и конструирования технических объектов.
С учетом цели и гипотезы исследования в работе были поставлены следующие задачи.
- На основе изучения философской, психолого-педагогической литературы по современному состоянию проблемы преемственности выявить основания для построения методической системы преемственности курса физики технического вуза.
- Разработать содержательную модель и программу вводного раздела физики технического вуза на основе классической механики, реализующие методическую систему преемственности.
- Разработать методику проведения занятий по формированию знаний методов познавательной деятельности, в частности, выражающие взаимосвязь эмпирического и теоретического уровня познания.
- Обосновать выбор средств обучения с учетом современных информационных технологий, способствующих системному усвоению физических теорий.
- Проверить в педагогическом эксперименте гипотезу исследования.
Методологической и теоретической основой исследования являются работы педагогов, методистов высшей и средней школы в области философии и методологии науки (П.В. Копнин, М.В. Мостепаненко, В.С. Стёпин и др.); психологии адаптации личности (Ж. Пиаже, А.А. Реан и др.); психологии, педагогики и методики высшей школы (В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Н.Ф. Талызина и др.); теории и методики обучения физики (А.И. Бугаев, С.Е. Каменецкий, И.И. Нурминский, А.В. Перышкин, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский А.А. Синявина, А.В. Усова, Л.С. Хижнякова и др.); концепций преемственности между разными уровнями образования (А.В. Батаршев, Р.Х. Казаков, Л.О. Филатова и др.); также работы, посвященные проблеме формирования научного мировоззрения (В.Ф. Ефименко, В.Н. Мощанский, В.В. Мултановский и др.); теории развивающего обучения (С.Л. Выготский, Л.В. Занков, Л.С. Рубинштейн, М.Н. Скаткин, Д.Б. Эльконин и др.); личностно-ориентированного обучения (И.Я. Зимняя, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др.); по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (Л.И. Анциферов, Е.С. Полат, А.Г. Селевко и др.).
Для решения поставленных задач и проверки исходных предположений нами использован комплекс методов исследования.
- Теоретические: анализ психолого-педагогической, философской и методической литературы; содержания учебников для средней школы, программ, дидактического материала по физике; содержания курса общей физики как дидактической единицы обучения в вузе; изучение состояния проблемы исследования в практике преподавания; системный анализ и синтез; моделирование; математико-статистические методы.
- Эмпирические: анкетирование, тестирование, педагогические наблюдения за ходом учебного процесса, педагогический эксперимент, статистическая обработка данных педагогического эксперимента.
Организация исследования, этапы работы.
Исследование проводилось в 2000-2009 годы и состояло из нескольких этапов, для каждого их которых определялись критерии оценки готовности первокурсников к изучению курса общей физики в техническом вузе.
На констатирующем этапе (2000-2003 гг.) были сформулированы исходная гипотеза, цели и задачи исследования, обоснована и разработана методическая система преемственности, направленная на подготовку студентов к изучению физики в техническом вузе; разработана программа предлагаемого вводного раздела «Механика» курса физики вуза и технология ее реализации.
В ходе обучающе–поискового этапа (2004-2009 гг.) проверена гипотеза исследования, сформулированы теоретические выводы и практические рекомендации по проблеме исследования.
Научная новизна исследования заключается в следующем.
- Обоснована необходимость и возможность подготовки студентов технических вузов к содержательному освоению курса физики через методическую систему преемственности (на примере вводного раздела курса физики), в которой преемственность выступает основой построения учебного процесса.
- Обоснована и определена содержательная модель вводного раздела (на примере классической механики), включающая инвариантную часть со всеми составляющими физической теории, и вариативную часть с темами для индивидуальной работы студентов.
- Обоснованы и определены формы организации учебно-познавательной деятельности, раскрывающие этапы научного познания: наблюдения, описание, эксперимент анализ эмпирических обобщений моделирование объектов получение выводов и следствий анализ практических приложений и направленные на формирование у студентов системных знаний физических теорий.
- Предложена система средств обучения, представленная традиционными элементами с физическим экспериментом и элементами электронной поддержки учебного процесса в виде ресурсов системы дистанционного обучения EDUCON; виртуальных лабораторных работ; электронных учебников и Интернет - ресурсов, мультимедийных обучающих систем, электронных тестов и других программных средств, позволяющих студентам втузов самостоятельно обучаться, осуществлять самоконтроль усвоения материала.
Теоретическая значимость результатов исследования определяется тем, что конкретизированы положения педагогической теории содержательного обобщения посредством методической системы преемственности курса физики технического вуза на примере содержательной модели вводного раздела курса физики.
Практическая значимость исследования заключается в следующем.
- Разработана программа вводного раздела курса физики технического вуза на примере физической теории – классическая механика.
- Разработана методика проведения лекционных, лабораторных занятий, практикумов по решению задач вводного раздела с использованием информационных технологий, идей личностно-ориентированного обучения, системно-деятельностного подхода, которая помогает подготовить студентов к самостоятельной учебно-познавательной и исследовательской деятельности при изучении физики в вузе.
- Сформулированы методические рекомендации по использованию информационных технологий в обучении физике в вузе (на примере вводного раздела).
- Разработан электронный учебно-методический комплекс вводного раздела (на примере классической механики), включающий: программу, методические указания к решению задач и выполнению домашних контрольных работ, виртуальные лабораторные работы и методические указания к ним, тестовые задания для всех видов контроля, размещенные в системе электронной поддержки учебного процесса EDUCON (Тюменского государственного нефтегазового университета).
На защиту выносятся следующие положения.
- Средством подготовки студентов первого курса к содержательному изучению физики во втузе может служить вводный раздел (на примере классической механики), через который реализуется методическая система преемственности курса физики, преемственность выступает основой построения учебного процесса.
- Содержательная модель вводного раздела курса физики конструируется из базовой составляющей, иллюстрирующей структуру и логическое формирование элементов физической теории, и вариативной, которая определяется результатами «вводного» контроля и предусматривает разнообразные формы изучения учебного материала, личностно значимого для каждого студента.
- Формы организации обучения вводного раздела соответствуют учебно-познавательной деятельности, характерной для будущей профессии: исследование, анализ результатов исследования, моделирование, конструирование, внедрение в практику и направлены на формирование системных знаний фундаментальных физических теорий, знаний методов познавательной деятельности, отражающих взаимосвязь эмпирического и теоретического.
- Система средств обучения, необходимая в подготовке студентов к содержательному усвоению физических теорий в техническом вузе, имеет составляющие: традиционные средства с использованием физического эксперимента и средства информационно-компьютерной поддержки – виртуальные тренажеры, мультимедийные обучающие системы, электронные лекции, Интернет-ресурсы, система электронного тестирования, ресурсы системы дистанционного обучения EDUCON.
Достоверность выводов определяется глубиной методологического обоснования, его согласованностью с теорией познания, анализом обширного материала, полученного в процессе теоретического и экспериментального исследования, подтверждением основных положений исследования в экспериментальной работе, а также апробацией основных положений исследования в практике преподавания в средней школе и вузе.
Апробация и внедрение результатов исследования. Теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных научно-методических конференциях: Москва, МГОУ (Проблема развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды, 2007); Москва, МГОУ (Проблемы контроля и оценки качества образования по физике, 2008); Москва, МГОУ (Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, вуз, 2009); Тобольск-Тюмень, Филиал ТИИ ТюмГНГУ (Инновации. Интеллект. Культура,2007-2009); Тобольск-Тюмень, Филиал ТИИ ТюмГНГУ (Социокультурная динамика и экономическое развитие Тюменского региона.XXI век, 2007-2009); Тобольск, ТГПИ (Молодежь и образование XXI века, 2008); Тобольск, ТГПИ (Менделеевские чтения, 2009); г. Екатеринбург, РГППУ (Новые информационные технологии в образовании, 2009г).
Обучение по предложенной в работе методике за период с 2004 по 2009 годы прошли студенты первого курса Тюменского государственного нефтегазового университета: Технологического института г. Тюмени и филиала «Тобольский индустриальный институт»; Тобольского государственного педагогического института им. Д.И. Менделеева, учащиеся 10-11 классов Муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №7» г. Тобольска.
По теме исследования опубликовано 14 работ.
Структура диссертационного исследования.
Диссертационное исследование состоит из введения, 3 глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем работы составляет 183 страницы, из них основного текста 161 страница. Работа содержит 13 рисунков, 13 таблиц, библиографический список – 156 наименований, в том числе 4 иностранных автора.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются основные противоречия, проблема исследования, его объект, предмет, цель, гипотеза и задачи. Раскрываются новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются основные положения, выносимые на защиту. Приводятся сведения об апробации работы и об имеющихся публикациях, отражающих основные идеи и результаты исследования.
В первой главе, «Психолого-педагогические основания построения методической системы преемственности курса физики в техническом вузе», проведен теоретический анализ психолого-педагогической, философской, научно-методической литературы, диссертационных исследований по проблеме преемственности обучения. Из него следует, что преемственность – многоаспектное понятие. Преемственность трактуют по-разному: как закон (И.И. Прокопьев), закономерность (Н.Н. Олейник, Д.Ш. Ситдикова), принцип (Ю.Л. Кустов, А.Л. Кыверялг и др.), дидактическое условие (А.Б. Агафонов, Б.Г. Ананьев), требование, способ, средство и т.д. Многие исследователи создавали научные и методические основы преемственности в обучении. Однако вопрос о разработке методической системы, реализующей преемственность в обучении физике в условиях технического вуза, пока остается нерешенным. Актуальность ее разработки определяется востребованностью преемственности уровней образования в условиях модернизации высшей технической школы.
Проведенный в первой главе анализ процесса научного познания, психолого-педагогических концепций деятельности и видов обобщения в обучении, взаимосвязи системы научных знаний и методов научного познания позволил определить составляющие методической системы преемственности (рис. 1). Преемственность определяется как проявление систематичности и последовательности процесса обучения и как фактор для методической системы обучения физике в вузе, влияющий на эффективность ее функционирования.
Рис.1. Методическая система преемственности курса физики
Ее компоненты в исследовании рассматриваются на примере вводного раздела. Для него определены методические задачи: поэтапная коррекция предыдущих физических знаний, подготовка студентов первого курса к изучению физических теорий и освоению новых способов познавательных действий на этапе изучения физики в вузе. Задачи раздела реализуются на основе современных принципов обучения: системно-деятельностного подхода в обучении, построения раздела на основе теоретических обобщений, взаимосвязи научных знаний и методов познания, теории развивающего обучения, идей личностно - ориентированного обучения с применением информационных технологий, с ориентацией на самостоятельную учебную деятельность студентов.
Особенность вводного раздела курса физики не только в том, что в ходе него решаются задачи, связанные с обобщением и повторением изученного на новом качественном уровне (эмоциональном, интеллектуальном, ценностном, волевом). Он является средством усвоения методов поиска, проверки истины, диалектики развития личности на основе ее субъектного опыта, способствует формированию системных теоретических знаний и воспитанию теоретического мышления. Данный раздел закладывает основы мотивированных способностей к непрерывному самообразованию на протяжении всей профессиональной деятельности, развивает навыки самостоятельной работы по усвоению содержания изучаемых физических теорий как концептуальных систем с гипотетико-дедуктивной организацией знаний, познавательные способности по усвоению вузовского курса общей физики.
В заключение первой главы определены источники и факторы конструирования содержания вводного раздела.
Во второй главе, «Содержание и структура методической системы преемственности курса физики», определены принципы построения методической системы преемственности курса физики.
Обоснован выбор содержательной основы вводного раздела – классическая механика.
В курсе физики средней школы классическая механика представлена всеми элементами этой физической теории. Следовательно, на ее примере возможна содержательная демонстрация физической теории как концептуальной системы, ее структуры, методов научного познания, модельного содержания теории, границы применимости теории.
Профессиональное образование в вузе начинается именно с изучения классической механики как фундаментальной физической теории, лежащей в основе современной физической науки.
Обращение к физической теории на примере классической механики способствует формированию представлений о физической картине мира – одной из наиболее общих форм отражения мировоззрения, показывает диалектику развития взглядов на физическую картину мира и место механической теории в этой картине. Все это служит формированию диалектического мышления.
Знание студентами структуры, логического генезиса элементов физической теории, ее системных свойств и структуры закладывает мотивированные основы познавательной деятельности, характерной для будущего инженера.
На основе требований к результатам обучения физике во вводном разделе (на примере классической механики) представлена его содержательная модель, включающая инвариантную часть со всеми составляющими физической теории, и вариативную часть с темами для индивидуальной работы студентов: методологического характера, по частным вопросам механики и творческие задания (таблица 1).
Согласно предложенному содержанию определены формы организации учебно-познавательной деятельности: лекции, практикумы по решению задач, лабораторные работы, отражающие взаимосвязь эмпирического и теоретического уровня научного познания.
Психологические закономерности формирования в мышлении теоретических обобщений определяют последовательность изучения учебного материала от эмпирических закономерностей к теоретическим обобщениям.
Особое внимание в ходе краткого лекционного курса, семинарских занятий обращено формированию знаний содержательной структуры физической теории, ее системных свойств, знаний о происхождении эмпирических и теоретических законов. При выполнении лабораторных работ – формированию навыков индуктивного обобщения экспериментальных закономерностей. В практикумах по решению физических задач – формированию знаний об обобщенных приемах умственных действий на каждом этапе решения задачи.
Таблица 1
Структура содержания вводного раздела курса физики
на примере классической механики
| Структурный элемент физической теории | Логический генезис элементов физической теории | Содержание | Формы учебных занятий | Индивидуальные задания | Формы отчетности по выполнению индивидуальных заданий |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Введение. Научное познание, его структура, структура методов научного познания. Индуктивное обобщение экспериментальных данных. Содержательные теоретические обобщения в научном познании. Структура физической теории. Дедукция в физической теории. Теоретическая интерпретация эмпирических фактов науки. Гносеологические функции физической теории (предсказательная и объяснительная). Формы существования материи: пространство, время, движение и взаимодействие. Методологический анализ структуры и содержания классической механики как пример фундаментальной теории. Предмет классической механики. Границы применимости – описание механического состояния макротел, перемещающихся со скоростью много меньше скорости света. Фундаментальные модельные объекты классической механики – материальная точка, ньютоновское пространство, ньютоновское время. | Лекция | Задания методологического характера. 1. Физическая картина мира. 2. Методы научного познания. 3. Развитие научного знания. 4. Специфика и природа современной науки. 6. Детерминизм и причинность в современной физике. 7. Принцип относительности. 8. Механическая картина мира. 9. Модели материальных объектов в механике. | Семинарское занятие в форме учебной конференции | ||
| Эмпирическое основание теории | Эмпирически-индуктивное обобщение результатов эксперимента и наблюдений | Кинематика материальной точки и абсолютно твердого тела. Способы описания механического движения. Модельные объекты. Кинематическая классификация видов движения. Кинематические величины и понятия. Кинематические уравнения движения как эмпирические закономерности. | Лекция | Микрозадания по частным вопросам механики. 1.Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. 2. Кинематика а) прямолинейного движения материальной точки; б) криволинейного движения материальной точки; в) вращательного движения твердого тела. 3. Границы применимости основных понятий и закономерностей классической механики. 4.Дедуктивный вывод кинематических уравнений движения по заданным кинематическим характеристикам. | Семинарское занятие в форме учебной конференции |
| Обработка результатов измерений. Пример обработки результатов измерений. Примеры выводов формул для вычисления погрешностей при косвенных измерениях. Определение плотности материала пластинки. Цель: ознакомление с эмпирическим основанием ньютоновской механики и экспериментальное воспроизведение физических явлений, формирование умений и навыков эксплуатации измерительных приборов и обработки результатов измерений, формирование навыков индуктивного обобщения экспериментальных данных с целью выявления эмпирических закономерностей. | Лабораторная работа | 5.Системы единиц МКС (СИ), СГС. 6 Материализованные эталоны основных единиц. | Лабораторный коллоквиум |
Продолжение таблицы 1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Ядро физической теории | Концептуальное содержательное обобщение эмпирических закономерностей с применением диалектической логики. | Динамика материальной точки и поступательное движение твердого тела. Основные теоретические объекты классической механики. Физические величины (параметры и динамические переменные). Основные законы динамики. | Лекции | 7.Динамика а) прямолинейного движения материальной точки; б) криволинейного движения материальной точки. 8.Условия равновесия твердых тел. 9. Границы применимости классического понятия массы. 10. Зависимость массы от скорости. 11. Прямая и обратная задачи механики. 12. Движение тел под действием сил: а) упругости; б) силы тяжести; в) силы трения. 13. Движение тел переменной массы. Реактивное движение. 14. Невесомость. Перегрузки. 15. Законы сохранения в механике (энергии, массы, импульса). 16.Закон сохранения момента импульса. Динамика вращательного движения твердого тела. Гироскоп. 17. Работа сил: а) тяжести; б) упругости; в) трения. 18. Гидро- и аэростатика. 19. Гидро- и аэродинамика. 20. Гармонические колебания. 21. Графическое изображение работы. Творческие задания: составить задачу по теме. 22. Применение законов сохранения при решении физических задач. 23. Подъемная сила крыла самолета. 24. Прямая и обратная задача механики. 25. Придумать, описать и решить экспериментальную задачу по статике. 26. Придумать и описать логические задачи на законы динамики. 27. Составить и решить комбинированную вычислительную задачу (несколькими способами, выбрать рациональный способ). 28. Составить и решить задачу, при решении которой используется графический метод. 29. Составить и решить задачу на относительность движения (использование векторной алгебры). 30. Составить задачу, для решения которой необходимо использование математического аппарата: а) производной; б) дифференциала; в) интеграла. | Семинарские занятия по частным вопросам механики, решение задач Контрольная работа, электронное тестирование |
| Работа, мощность, энергия. Законы сохранения импульса, механической энергии. | |||||
| Дедуктивные следствия ядра | Дедуктивные метод, теоретические обобщения второго уровня. Описывается состояние конкретных механических систем. | Модельные объекты: абсолютно твердое тело, упругое тело, несжимаемая жидкость и т.д. Элементы динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси. Элементы статики. Элементы теории механических колебаний и волн. Элементы гидростатики и гидродинамики. Решение задач. Решение физических задач в условиях интеграции знании физики и математики: а) использование приема аналогии при анализе функциональной зависимости величины; б) применение графического метода в решении физических задач; в) применение метода интегрирования и дифференцирования в решении физических задач Решение задач по темам. Кинематика материальной точки, кинематика вращательного движения, законы Ньютона, законы сохранения импульса, работа силы, закон сохранения механической энергии, динамика вращательного движения твердого тела, закон сохранения момента импульса, закон всемирного тяготения, механика жидкостей и газов, механические колебания и волны. Цель: формирование знаний об обобщенных приемах умственных действий на каждом этапе решения задачи, иллюстрация гносеологической функции физической теории. Экспериментальная проверка механических систем. Изучение законов вращательного движения с помощью маятника Обербека. Цель: в процессе выполнения экспериментов, манипуляций с измерительной аппаратурой, вывода рабочих формул, индуктивного обобщения результатов формируется знание о способе формализации состояния механической системы переменными состояния {r,v}. | Лекции | ||
| Практикумы по решению задач | |||||
| Лабораторная работа |
Предложенная система средств обучения соответствует методам познания и сочетает традиционные средства и средства электронной поддержки учебного процесса: электронные учебники, Интернет - ресурсы, мультимедийные обучающие системы, электронные тесты и другие программные средства, позволяющие студентам втузов самостоятельно обучаться, осуществлять самоконтроль усвоения материала.
Описанная во второй главе рейтинговая система оценки знаний студентов в рамках раздела с использованием электронного тестирования выступает важным побуждающим фактором. Результаты контроля, выраженные с помощью оценочных суждений (баллов), способствуют самоопределению личности. Вместе с принципом добровольности обучения оценка превращается в способ рационального определения личного рейтинга обучающегося – показателя не только значимости студента в рамках учебной группы, но и места человека в общества.
В третьей главе, «Педагогический эксперимент по проверке готовности студентов к изучению курса физики технического вуза», описывается методика организации педагогического эксперимента и критерии оценки готовности студентов к содержательному изучению курса общей физики.
Эксперимент проводился в 2000-2009 гг. В общей сложности в нем приняли участие 414 выпускников школ и студентов первого курса технического вуза.
В ходе констатирующего эксперимента (2000-2003 гг.) выпускникам (75 человек) средней школы (МОУ «Средняя общеобразовательная школа №8» г. Тобольска) были предложены вопросы на проверку знания о научном эксперименте и методах научного познания. Анализ ответов позволяет сделать вывод о том, что многие выпускники средней школы не понимают идеального, модельного характера элементов знания, плохо знакомы с методами экспериментального исследования, затрудняются различить эмпирические и теоретические законы.
Со студентами первого курса проводилась проверка системности знаний физических теорий, умений использовать познавательные действия при решении задач школьного курса, проверялись навыки в экспериментальной работе в ходе выполнения лабораторных работ, проведена тестовая контрольная работа за курс средней школы, включающая задания разного уровня сложности по разделу «Классическая механика». Наибольшее число правильных ответов дано на задания первого уровня, проверяющие знания простейших формул, знания явлений, свойств тел, определения физических величин и их единиц измерения. Наименьшее число верных ответов на задания третьего уровня, в которых проверялись умения решать нестандартные задачи. Всего в тестировании приняло участие - 144 студента первого курса инженерных специальностей Филиала «Тобольский индустриальный институт».
Данные выполнения студентами первого курса заданий разного уровня сложности («0» срез за 2000-2003 учебные годы) представлены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты входного тестового контроля по разделу «Механика»
| Период | Кол-во студентов | Распределение по уровням знаний | ||
| 1 уровень | 2 уровень | 3 уровень | ||
| 2000-2003 гг. | 144 | 83 | 47 | 14 |
| 58% | 33% | 10% | ||
Таким образом, констатирующее исследование показало, что будущие инженеры, приступающие к изучению курса общей физики, воспринимают ее на эмпирическом, чувственном уровне. Состояние уровня теоретических знаний большей части первокурсников требует коррекции, так как сформированность знаний системных теоретических обобщений на уровне физической теории, знаний содержательной структуры теории, методов научного познания – залог успешного освоения курса физики во втузе.
На этапе обучающе - поискового эксперимента (2004-2009 гг.) ставились задачи проверить:
1) влияние системно-структурированного вводного раздела классической механики, адекватного гипотетико-дедуктивной организации знаний в физической теории на формирование: а) системных знаний физических теорий; б) знаний познавательных действий и умений их применять в познавательной деятельности; в) естественнонаучного мировоззрения; развитие теоретического мышления;
2) влияние разработанной методики организации и проведения системы занятий вводного раздела на развитие индивидуальных особенностей студентов: а) способности к саморазвитию и самообразованию; б) потребности достижения успеха; в) уровня интеллигентности.
Уровень системности знаний учебного материала оценивался в начале учебного года (сентябрь) и по завершению вводного раздела в конце первого семестра (декабрь). Данные, полученные в ходе диагностики, иллюстрируют положительную динамику и представлены в таблице 3 и на рис 2.
Таблица 3
Общие результаты диагностики системности знаний за пять лет
| Этап диагностики | Кол-во студентов | отл. | хор. | удовл. | незачет | ||||
| кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | ||
| Старт | 195 | 0 | 0 | 8 | 4% | 117 | 60% | 70 | 36% |
| Финиш | 195 | 14 | 7% | 35 | 18% | 94 | 48% | 52 | 27% |
Рис. 2. Результаты диагностики формирования системности знаний
за пять лет
Для изучения сформированности знаний познавательных действий и умений применять их при решении задач, анализе решения, знаний физических понятий, физических законов были предложены студентам-первокурсникам задания разного уровня сложности. Результаты, представленные в таблице 4 и на рис. 3, подтверждают эффективность методики организации и проведения системы занятий вводного раздела на развитие познавательных действий в ходе решения физических задач.
Таблица 4
Обобщенные результаты выполнения студентами уровневых заданий
за пять лет
| Этап диагностики | Кол-во студентов | 1 уровень | 2 уровень | 3 уровень | Творческий уровень | ||||
| кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | ||
| Старт | 195 | 122 | 63% | 53 | 27% | 20 | 10% | 0 | 0% |
| Финиш | 195 | 102 | 52% | 49 | 25% | 31 | 16% | 13 | 7% |
Рис. 3. Результаты выполнения студентами уровневых заданий за пять лет
Данные диагностики навыков студентов первого курса в экспериментальной работе и оперирования познавательными действиями по эмпирическому обобщению результатов эксперимента (выборка 195 студентов) указывают на положительное влияние предлагаемого вводного раздела (таблица 5, рис.4).
Таблица 5
Обобщенные результаты диагностики навыков
в экспериментальной работе студентов за пять лет
| Этап диагностики | Кол-во студентов | отл. | хор. | удовл. | незачет | ||||
| кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | ||
| Старт | 195 | 0 | 0 | 20 | 10% | 135 | 69% | 40 | 21% |
| Финиш | 195 | 19 | 10% | 34 | 17% | 112 | 57% | 30 | 15% |
Рис.4. Результаты диагностики навыков в экспериментальной работе
за пять лет
Согласно статистической оценке, проведенной с использованием критерия 2 (критерий Пирсона) по всем видам диагностики в ходе обучающе - поискового эксперимента, предложенный вводный раздел «Механика» оказывает существенное влияние на подготовку студентов к изучению физики в техническом вузе.
Проведенное психолого-педагогическое исследование показало (использованы тесты Андреева А.И.), что система индивидуальных заданий методологического, научно-популярного, поискового и исследовательского содержания способствует:
- формированию представлений о взаимосвязи эмпирических и теоретических методов познания, целостному восприятию компонентов физической и естественнонаучной картины мира;
- повышению качества знаний, умений и навыков студентов (умению обобщать и систематизировать содержание учебного материала);
- развитию личностного опыта, способности к самовыражению и саморазвитию; потребности достижения успеха;
- развитию интеллигентности студента (показатели этого качества: гражданственность, нравственность, интеллектуальность, общая культура).
Диаграммы представлены на рисунках 5,6.
Рис. 5. Данные об оценке уровня творческого потенциала личности
студентов
Рис.6. Данные об оценке способности студентов к саморазвитию, самообразованию
Таким образом, результаты педагогического эксперимента убедительно подтверждают гипотезу исследования.
В заключении сформулированы результаты, полученные в ходе проведенного исследования, подтверждающие правильность исходной гипотезы.
Основные результаты исследования
В результате научно-практического исследования по проблеме «Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела «Механика»)» нами были получены следующие результаты.
- Актуальность разработки методической системы, реализующей преемственность курса физики вуза, определяется востребованностью преемственности уровней образования в условиях модернизации высшей профессиональной школы. Из анализа психолого-педагогической литературы и исследований по проблеме преемственности установлено, что содержательная преемственность является важнейшим фактором построения методически эффективного учебного курса физики технического вуза.
- Разработаны: содержательная модель и программа вводного раздела, на примере которого реализуется преемственность курса физики вуза. Вводный раздел в основном базируется на анализе системных свойств классической механики как фундаментальной теории, т.к. механика в курсе физики средней школы представлена всеми структурными элементами физической теории – эмпирическим основанием, теоретическим ядром и рядом дедуктивных следствий.
- Определены и обоснованы формы организации учебно-познавательной деятельности по формированию знаний методов познавательной деятельности, отражающие взаимосвязь эмпирического и теоретического уровня познания. Установлено, что последовательность применения методов познавательной деятельности – наблюдения, описание, эксперимент анализ эмпирических обобщений моделирование объектов получение выводов и следствий анализ практических приложений – адекватно отражают гносеологический цикл познания и во взаимосвязи с системой научного знания служат формированию у студентов системных знаний физических теорий.
- Разработаны средства обучения с применением физического эксперимента и использованием возможностей информационных технологий. Создан электронный учебно-методический комплекс в системе EDUCON, который включает в себя: программу, практические задания, базу тестовых заданий, компьютерные имитационные тренажеры, методические материалы - методические рекомендации к решению задач, содержание домашних контрольных работ с рекомендациями и пояснениями, базу тестовых заданий (162 вопроса): для входного, текущего и итогового контроля. Подготовлены рекомендации по использованию Интернет-ресурсов для самостоятельной работы студентов.
- В педагогическом эксперименте по проверке готовности студентов первого курса к изучению физики в техническом вузе подтверждена гипотеза исследования.
Дальнейшим возможным направлением работы может стать совершенствование методической системы преемственности курса за счет модернизации средств обучения с применением информационных технологий, изменения содержательной основы методической системы. Актуальным является исследование преемственности курса общей физики и общетехнических дисциплин (теоретическая механика, теория механизмов и машин, сопротивление материалов и др.), базирующихся на данной фундаментальной дисциплине. Решение этих задач выходит за рамки нашего исследования.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО
В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов исследования
- Половникова, Л.Б. Факторы формирования системного пропедевтического курса классической механики в техническом вузе [Текст] /Л.Б. Половникова // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Педагогика». – №4. – М.: Изд-во МГОУ, 2008. – С. 122-126 (ISBN 978-5-7017-1356-5); 0,31п. л.
- Половникова, Л.Б. Развитие теоретического мышления студентов технического вуза в процессе решения физических задач [Текст] /Л.Б. Половникова // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Педагогика». – №4. – М.: Изд-во МГОУ, 2009. – С.131-135.; 0,31п. л.
Статьи в сборниках научных трудов и тезисы докладов на научно-практических конференциях
- Половникова, Л.Б. Проблема преемственности физического образования в средней школе и техническом вузе [Текст] /Л.Б. Половникова // Проблемы развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз. Доклады научно-практической конференции. – М.: Изд-во МГОУ, 2007. – С. 103-106; 0,25п.л.
- Половникова, Л.Б. Методологические проблемы формирования содержательности курса общей физики [Текст] /Л.Б. Половникова, Р.Х. Казаков, Н.П. Исакова, // Проблемы развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз. Доклады научно-практической конференции. – М.: Изд-во МГОУ, 2007. – С. 43-45; 0,19 п.л. (авторских 33%).
- Половникова, Л.Б. Проблемы физического образования в средней школе и качество обучения в техническом вузе [Текст] /Л.Б. Половникова // Инновации. Интеллект. Культура: Материалы XV региональной научно-практической конференции молодых ученых и студентов – Тобольск-Тюмень: Изд-во Тюм ГНГУ, 2007. – С.93-95; 0,19п.л.
- Половникова Л.Б Системно - деятельностный подход при изучении физики [Текст] //Л.Б. Половникова / Социокультурная динамика и экономическое развитие Тюменского региона.XXI век: Материалы II Всероссийской научно-практической конференции – Тобольск: Изд-во Тюм ГНГУ, 2007. – С.124-127; 0,25 п.л.
- Половникова, Л.Б. Контроль качества знаний по физике в условиях предметной информационно-образовательной среды [Текст] /Л.Б. Половникова // Проблемы контроля и оценки качества образования по физике. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз. Доклады научно-практической конференции. – М.: Изд-во МГОУ, 2008. – С.52-53; 0,13 п.л.
- Половникова, Л.Б Философский и дидактический анализ преемственности в системе непрерывного физического образования [Текст] /Л.Б. Половникова // Инновации. Интеллект. Культура: Материалы XVI всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов - Тобольск: Изд-во ТюмГНГУ, 2008. – С.136-138; 0,19 п.л.
- Половникова, Л.Б Тестовый контроль как оценка качества знаний по физике в техническом вузе [Текст] /Л.Б. Половникова // Инновации. Интеллект. Культура: Материалы XVI всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов – Тобольск: Изд-во Тюм ГНГУ, 2008. – С.139-142; 0,25 п.л.
- Половникова, Л.Б Использование электронной системы поддержки учебного процесса EDUCON в процессе формирования теоретического мышления будущего инженера [Текст] /Л.Б. Половникова // Молодежь и образование XXI века: Материалы региональной научно-практической конференции аспирантов, студентов и учащихся. – Тобольск: Изд-во ТГПИ им. Д.И.Менделеева, 2008, –С.95-97; 0,19 п.л.
- Половникова, Л.Б Методика использования информационных технологий в обучении физике [Текст] /Л.Б. Половникова // Новые информационные технологии в образовании: Материалы международной научно-практической конференции. – Екатеринбург, В 2ч: Изд-во РГППУ, 2009, – ч.1,С.161-163; 0, 19 п.л.
- Половникова, Л.Б. Принципы организации самостоятельной познавательной деятельности студентов [Текст] /Л.Б. Половникова // Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз. Доклады научно-практической конференции. – М.: Изд-во МГОУ, 2009. – С.53-55; 0, 19 п.л.
- Половникова, Л.Б. Реализация содержательного и информационно-рецептурного аспектов обучения физике в вузе [Текст] /Л.Б. Половникова, Р.Х. Казаков, Н.П. Исакова, С.И. Толчина // Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз. Доклады научно-практической конференции. – М.: Изд-во МГОУ, 2009. – С.29-32; 0, 25 п.л. (авторских 25%).
- Половникова, Л.Б Пропедевтический этап в системе обучения общей физике технического вуза [Текст] /Л.Б. Половникова // Педагогика в глобализирующемся пространстве науки: Материалы всероссийской научно-практической конференции. – Тобольск: Изд-во ТГПИ им. Д.И.Менделеева, 2009, – С.94-95; 0, 13 п.л.
