Использование интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике

Абдулов, Рашид Миниахметович

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Использование интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике

Автореферат

Автор научной работы: Абдулов, Рашид Миниахметович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Екатеринбург
Год защиты: 2013
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Использование интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике"

На правах рукописи

005531350

АБДУЛОВ Рашид Миниахметович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРАКТИВНЫХ СРЕДСТВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УМЕНИЙ УЧАЩИХСЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

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

11 к:ол 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Екатеринбург - 2013

005531350

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный педагогический университет»

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор Шамало Тамара Николаевна Официальные оппоненты:

Бабина Светлана Николаевна, доктор педагогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», профессор кафедры теории и методики обучения физике

Сабирзянов Александр Аделевич, кандидат физико-математических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», доцент кафедры общей физики и естествознания

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет»

Защита состоится 21 июня 2013 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.283.04, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», по адресу: 620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, 9 а, ауд. I.

С диссертацией можно ознакомиться в диссертационном зале информационно-интеллектуального центра - научной библиотеки ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Автореферат разослан «21 » мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Игошев Борис Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования. Согласно требованиям Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования одним из приоритетных направлений учебного процесса становится развитие у школьников умений осуществлять исследовательскую деятельность. В процессе этой деятельности школьники учатся применять полученные знания на практике и реализовывать результаты своих исследований.

Проблеме развитая исследовательских умений учащихся посвящены многие психолого-педагогические исследования. В работах В.И. Андреева, А.И. Савенкова, М.В. Степановой, A.B. Усовой раскрыты теоретические и методические основы формирования исследовательских умений учащихся, определены роль и место учебно-познавательной деятельности в развитии этих умений. Формирование творческих способностей личности в процессе исследовательской деятельности, решении экспериментальных и изобретательских задач рассматривались в исследованиях В.Е Алексеева, Г.С. Альтшуллера, С.А. Новоселова. Методика развития исследовательских умений учащихся разрабатывалась В.Н. Векленко, У.Ю.Кукар, A.B. Макаровым, А.Б. Мухамбетовой, H.A. Семеновой.

Физика традиционно считается важнейшим средством формирования исследовательских умений школьников. Именно школьный предмет «Физика» среди других учебных предметов занимает ведущее место по возможностям организации исследовательской деятельности и развитию исследовательских умений учащихся. Различные аспекты проблемы развития исследовательских умений школьников в процессе обучения физике рассматривались в работах A.A. Боброва, М.И. Старовикова, A.B. Усовой (методы формирования исследовательских умений при обучении физике), В.В. Майера, В.Г. Разумовского (развитие познавательных способностей школьников в процессе исследовательской деятельности), Т.Н. Шамало (использование учебного физического эксперимента в творческой деятельности учащихся).

Учеными отмечается, что для формирования исследовательских умений необходимо создавать условия для интерактивного взаимодействия. Кроме того, подчеркивается, что формирование исследовательских умений в процессе обучения физике не может происходить без применения учебного физического эксперимента (А.Е. Бойкова, Е.С. Дементьева), позволяющего осуществлять интерактивное взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды. Но при этом указывается, что наряду с демонстрационным, лабораторным физическим экспериментом и экспериментальными задачами значительный потенциал для формирования исследовательских умений имеют компьютерные и мультимедийные средства, при использовании которых также возможно осуществление интерактивного взаимодействия (A.B. Смирнов, Т.И. Долгая, М.А. Петрова).

Применение интерактивных средств обучения (ИСО) в образовательном процессе позволяет организовать интерактивный диалог с учащимися, активизировать их мыслительную и познавательную деятельность. Вопросам использования интерактивных средств при обучении посвящены исследования Е.А. Бондаренко, A.A. Журина, Г.М. Коджаспировой, И.В. Роберт. Отмечается, что применение этих средств позволяет интенсифицировать учебный процесс, использовать разнообразные способы предъявления учебной информации, создать атмосферу заинтересованности.

Значительный вклад в развитие теоретических основ использования интерактивных средств в учебном процессе по физике внесли работы Ю.А. Воронина,

P.B. Майера, E.B. Оспенниковой, A.B. Смирнова, H.K. Ханнанова. В этих исследованиях раскрывались возможности ИСО при организации диалогового управления познавательной деятельностью учащихся при обучении. Рассматривались также вопросы использования компьютерной техники для моделирования физических явлений и процессов, проведения экспериментальных работ, исследований на основе применения виртуальных моделей.

Применение компьютерных интерактивных средств в комплексе с учебным физическим экспериментом позволяет на более высоком уровне реализовать исследовательскую деятельность учащихся. Кроме того, их комплексное использование дает возможность расширить представления учащихся о современных методах научного исследования, чему посвящены работы Е.Ю. Левченко, O.E. Данилова, H.A. Оспенникова. На современном этапе развития науки и техники школы стали оснащаться такими техническими средствами обучения, как интерактивная доска, фото- видеокамера, цифровые лаборатории и др. Совместное использование этих технических средств в комплексе с демонстрационным и лабораторным оборудованием школьного кабинета предоставляет для развития исследовательских умений учащихся новые дидактические возможности, которые в настоящее время раскрыты недостаточно.

Обобщение результатов анализа психолого-педагогической и методической литературы диссертационных исследований позволил выявить следующие противоречия:

- на социально-педагогическом уровне - между требованием общества к выпускникам школ, готовым целенаправленно взаимодействовать с информационно-коммуникационной средой для осуществления исследовательской деятельности, и практикой формирования исследовательских умений учащихся общеобразовательных школ;

- на научно-педагогическом уровне - между развитием технических интерактивных средств обучения и недостаточной разработкой теоретических и методических основ их использования в процессе обучения;

- на научно-методическом уровне - между дидактическими возможностями комплексного использования в процессе обучения физике интерактивных средств, в том числе и учебного физического эксперимента, и недостаточной разработкой методики их применения для развития исследовательских умений школьников.

Необходимость разрешения перечисленных противоречий обусловливает актуальность настоящего исследования и определяет его проблему: как использовать интерактивные средства в процессе обучения физике с целью развития исследовательских умений учащихся? Актуальность, недостаточная теоретическая и методическая разработанность сформулированной проблемы обусловили выбор темы диссертационного исследования - «Использование интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике».

Объект исследования: процесс обучения физике в средней общеобразовательной школе.

Предмет исследования: использование интерактивных средств обучения физике для развития исследовательских умений учащихся.

Цель исследования: разработать и научно обосновать методику использования интерактивных средств с целью развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике.

Для достижения поставленной цели исследования мы руководствовались следующей гипотезой: развитие исследовательских умений учащихся при обучении физике будет эффективным, если:

- осуществлять этот процесс с широким использованием интерактивных средств обучения поэтапно: на начальном этапе применять оперативную обратную связь для развития экспериментальных умений школьников; на последующем этапе развивать интеллектуальные умения учащихся с помощью интерактивного взаимодействия субъектов обучения; на заключительном этапе интерактивные средства должны обеспечить интенсивное творческое взаимодействие между всеми субъектами информационно-образовательной среды для формирования рефлексивных умений и умения осуществлять исследовательскую деятельность в целом;

- в качестве интерактивного средства организации взаимодействия субъектов образовательного процесса применять комплексное использование учебного физического эксперимента и современных технических средств.

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

1. Выполнить анализ психолого-педагогической литературы, особенностей использования интерактивных технических средств в учебном процессе при развитии исследовательских умений учащихся. Обосновать необходимость совершенствования методики развития исследовательских умений обучаемых в процессе применения интерактивных средств при обучении физике.

2. Создать структурно-функциональную модель развития исследовательских умений учащихся на основе комплексного использования интерактивных средств обучения.

3. Разработать комплекс интерактивных средств на основе использования учебного физического эксперимента и современных технических средств обучения.

4. Разработать и научно обосновать методику комплексного использования интерактивных средств обучения для развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике.

5. Осуществить опытно-поисковую работу по проверке эффективности разработанной методики использования интерактивных средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся.

Методологическую основу исследования составляют работы в области теории научного познания и его методологии (Х.Г. Гадамер, Л.А. Маркова); теории личностно-деятельностного подхода (В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн); статистических методов обработки результатов исследования (М.И. Грабарь, К.А. Краснянская, A.A. Кыверялг, Б.Е. Стариченко).

Теоретическую основу исследования составляют:

- теоретические и методические аспекты использования интерактивных средств в процессе обучения (Е.А. Бондаренко, Е.В. Оспенникова, И.В. Роберт, Ф.А. Сидоренко, A.B. Смирнов);

- психолого-педагогические подходы к развитию умений учащихся, в том числе и исследовательских умений (П.Ю. Романов, А. И. Савенков, М.В. Степанова, A.B. Усова);

- методические основы развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике (A.A. Бобров, М.И. Старовиков, М.Н. Тушев);

- исследования в области использования технических средств обучения в учебном физическом эксперименте (С.Е. Каменецкий, Н.К. Ханнанов, Т.Н. Шамало, Н.М. Шахмаев).

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: теоретический анализ проблемы, изучение философской, психолого-педагогической и методической литературы; анализ учебных пособий и методических материалов; педагогическое проектирование и моделирование; наблюдение за деятельностью учащихся в процессе изучения физики и выполнения ими работ экспериментального характера; анкетирование; методы педагогических измерений и диагностики, адекватные задачам исследования; метод экспертных оценок; методы математической статистики.

Логика и этапы исследования:

Педагогический эксперимент проводился в течение семи лет в период с 2005 по 2012 годы и включал констатирующий, поисковый и формирующий этапы.

Во время констатирующего этапа (2005 - 2006 гг.) был осуществлен анализ проблемы на основе изучения научной, учебно-методической литературы и анкетирования учителей школ города Екатеринбурга и Свердловской области с целью определения актуальности исследования и выявления особенностей проблемы развития исследовательских умений учащихся при обучении физике. Анализ показал недостаточность реализации потенциала современных интерактивных технических средств в процессе развития исследовательских умений учащихся и необходимость разработки методики применения интерактивных средств обучения для развития исследовательских умений учащихся.

На поисковом этапе (2007 - 2009 гг.) создана структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств обучения, содержащая теоретико-методологический, содержа-тельно-деятельностный и оценочно-результативный компоненты. На основе этой модели была разработана методика поэтапного развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике с применением интерактивных средств, специфичных для каждого этапа (этапы репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности).

На формирующем этапе (2010 - 2012 гг.) была организована работа по реализации методики использования интерактивных средств обучения при развитии исследовательских умений учащихся в контрольных и экспериментальных группах. В ходе проведения формирующего этапа педагогического исследования проводилась проверка эффективности предложенной методики с применением различных методов диагностики уровней развития исследовательских умений учащихся.

Научная новизна результатов исследования:

1. В отличие от ранее выполненных исследований, посвященных развитию исследовательских умений учащихся при обучении физике (А.Е. Бойкова, Е.С. Дементьева), проблему развития исследовательских умений школьников впервые предлагается решать с применением интерактивных средств в учебном процессе по физике, которые созданы на основе комплексного использования учебного физического эксперимента и технических средств обучения.

ление принципов и условий развития исследовательских умений); содержатель-но-деятельностный (содержание обучения, методы и интерактивные средства, необходимые для развития исследовательских умений учащихся); оценочно-результативный (критерии уровней развития исследовательских умений; методы, формы и средства контрольно-оценочной деятельности).

3. Созданы комплексы, включающие учебный физический эксперимент (по кинематике, динамике, термодинамике, электродинамике) и технические средства (интерактивная доска, цифровые фото- видеокамеры, цифровые лаборатории), использование которых позволяет осуществить интерактивное взаимодействие субъектов образовательного процесса при обучении физике.

4. На основе модели развития исследовательских умений учащихся предложена методика, предусматривающая использовании интерактивных средств обучения и реализацию трех этапов (репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности), осуществление которых обеспечивает формирование исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике.

Теоретическая значимость:

1. Предложен комплекс дидактических принципов использования интерактивных средств при обучении физике с целью развития исследовательских умений учащихся (принципы научности, интерактивности, индивидуального подхода, ведущей роли самостоятельной деятельности, опережающего обучения, связи теории с практикой, рефлексивности, полифункциональности интерактивных средств обучения).

2. Определены критерии (мотивированность, самостоятельность, сформированность экспериментальных, интеллектуальных и рефлексивных умений) и уровни развития исследовательских умений учащихся при обучении физике (низкий, средний, высокий).

3. Определены необходимые условия эффективного развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств в процессе обучения физике (наличие мотивации, интерактивное взаимодействие субъектов обучения).

Практическая значимость исследования:

Разработан комплекс интерактивных средств на основе использования учебного физического эксперимента и современных технических средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся:

- использование интерактивной доски и программного обеспечения для решения экспериментальных задач и постановки виртуального физического эксперимента;

- применение цифрового фотоаппарата, персонального компьютера и учебного оборудования при постановке учебного физического эксперимента (в демонстрационном эксперименте, при выполнении лабораторных работ, в процессе создания фото- видеозадач по разделу «Механика»);

- использование цифровых лабораторий «Архимед» с оборудованием школьного кабинета физики при проведении демонстрационных опытов по разделу «Электродинамика».

Положения, выносимые на защиту:

1.В соответствии с новыми требованиями образовательного стандарта школа должна подготовить учащихся к жизни в современном обществе, которое бурно развивается и требует от его граждан готовности осуществлять не только

исполнительскую, но и исследовательскую деятельность. Содержание учебного предмета «Физика» и ее научные методы позволяют целенаправленно формировать исследовательские умения. В настоящее время школа оснащена новыми техническими средствами, которые в комплексе с учебным физическим экспериментом позволяют существенно изменить подходы к процессу развития исследовательских умений и повысить его эффективность.

2. Использование современной цифровой техники (интерактивная доска, цифровая фото- видеокамера, цифровая лаборатория) в комплексе с учебным физическим экспериментом может и должно носить интерактивный характер, что предоставляет возможность не только интенсифицировать развитие исследовательских умений, но и осуществлять этот процесс целенаправленно и системно.

3. Структурно-функциональная модель развития исследовательских умений при обучении физике может быть представлена следующими компонентами: теоретико-методологическим, содержательно-деятельностным, оценочно-результативным. Методика, созданная в соответствии с этой моделью, предполагает поэтапную реализацию процесса развития исследовательских умений (этапы репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности) с применением интерактивных средств, специфичных для каждого этапа. На первом этапе обеспечивается освоение экспериментальных умений при широком использовании оперативной обратной связи с помощью указанных комплексов. На втором этапе целью интерактивного взаимодействия является преимущественное формирование интеллектуальных умений. На третьем этапе интерактивное взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды в творческой исследовательской деятельности обеспечивает развитие рефлексивных умений и умения осуществлять исследовательскую деятельность в целом.

4. Для эффективности развития исследовательских умений учащихся (экспериментальных, интеллектуальных, рефлексивных) при использовании интерактивных средств обучения необходимы следующие условия: наличие у учащихся и учителя физики мотивации к исследовательской деятельности, обеспечение интерактивного взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Во «Введении» обосновывается актуальность проблемы и выбор темы исследования, определяются цель, объект, предмет и задачи исследования, формулируется гипотеза, раскрываются научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Теоретические основы использования интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся» уточняется содержание понятия «интерактивность», рассматриваются интерактивные средства обучения и их дидактические возможности в процессе обучения физике, на основе контент-анализа принимается рабочее определение понятия «исследовательские умения», приводится созданная структурно-функциональная модель развития ис-

следовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения.

Исследованию понятий «интерактивность», «интерактивное обучение», «интерактивные средства обучения» посвящены работы Т.И. Долгой, A.A. Журина, Е.О. Ивановой, Т.В. Ильясова, В.В. Красильникова, A.B. Осина, H.A. Савченко, B.C. Тоискина. Изучение соотношения этих понятий позволило сделать вывод о том, что интерактивность - достаточно широкое по содержанию понятие, отражающее характер и степень интерактивного взаимодействия субъектов информационно-образовательной среды.

Интерактивность в обучении с использованием современных аудиовизуальных технических средств обучения предполагает организацию диалогового общения, которое ведет к взаимопониманию, взаимодействию, к совместному решению значимых для учащегося задач. В процессе этого диалога школьники учатся критически мыслить, решать сложные проблемы на основе анализа информации, принимать продуманные решения.

Появление интерактивных средств обучения обеспечивает такие новые виды учебной деятельности, как регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых объектах, передача достаточно больших объемов информации, управление на экране моделями различных объектов, явлений, процессов.

На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что интерактивные средства обучения - это средства обучения, использование которых обеспечивает диалог между участниками учебного процесса и техническими средствами обучения в режиме реального времени.

Анализ практического использования в учебном процессе по физике интерактивных средств обучения показал, что они обладают большими дидактическими возможностями. Результатами их применения являются:

1. Активизация внимания учащихся в связи с разнообразными способами предъявления учебной информации. Включение в учебный процесс компьютерных презентаций, виртуальных физических опытов и моделей, виртуальных лабораторных работ, интерактивных плакатов, видеоопытов, анимации и др. обеспечивает полисенсорное восприятие учебного материала учащимся.

2. Повышение мотивации учащихся к учебно-познавательной деятельности. При использовании ИСО учитель получает возможность варьировать формы учебного взаимодействия с учащимися, управлять самостоятельной деятельностью при выполнении заданий с учетом их индивидуальных особенностей, обеспечивать индивидуальный темп обучения.

3. Активизация мыслительной деятельности учащихся. Создание наглядной абстракции, проведение виртуального эксперимента, построение физических моделей позволяет гармонизировать чувственные и рациональные компоненты мышления, что приводит учащихся к глубокому пониманию сущности физических явлений и процессов.

Активизация внимания, повышение мотивации, активизация мыслительной деятельности учащихся являются необходимыми, но недостаточными для развития исследовательских умений школьников. Для решения проблемы развития ис-

следовательских умений при использовании интерактивных средств обучения требуется разработка и последующее применение соответствующей методики, что, в свою очередь, влечет за собой необходимость решения следующих задач:

1. Выделение умений, которые необходимы для осуществления исследовательской деятельности.

2. Определение уровней развития исследовательских умений учащихся.

3. Разработка критериев и показателей уровней развития исследовательских умений обучаемых.

4. Разработка модели, которая должна явиться основой для создания методики обучения физике, направленной на развитие исследовательских умений школьников.

Контент-анализ различных подходов к определению исследовательских умений (В.Н. Векленко, Н.Л. Головизнина, A.B. Макаров, А.Б. Мухамбетова, М.Н. Поваляева, П.Ю. Романов, В.В. Успенский) позволил принять рабочее определение понятия «исследовательские умения».

Итак, исследовательские умения - это готовность обучаемых самостоятельно выполнять действия в процессе исследовательской деятельности на основе осознанного использования существующих у них знаний, умений, навыков в соответствии с логикой научного исследования.

На основе анализа психолого-педагогической литературы по исследуемой теме (А.Е. Бойкова, Е.С. Дементьева, В.А. Орехова, Е.В. Плащевая, Н.Ф. Талызина, A.B. Усова, О.Г. Чугайнова) нами были выделены следующие виды исследовательских умений:

экспериментальные (умения конструировать экспериментальную установку, устранять неполадки, проводить настройку приборов, умения проводить опыты и наблюдения, представлять их результаты);

интеллектуальные (умения формулировать проблему, определять объект, предмет, цель и задачи исследования, выдвигать гипотезу, анализировать, синтезировать, классифицировать, обобщать, сравнивать, моделировать, устанавливать причинно-следственные связи);

рефлексивные (умения анализировать собственные действия, оценивать свою деятельность, сопоставлять полученные результаты исследования с гипотезой).

С учетом работ У.Ю. Кукар, С.И. Панькиной нами были определены уровни и критерии развития исследовательских умений учащихся (табл. 1).

Уровни развития исследовательских умений

___Таблица 1

Критерии Уровни развития исследовательских умений

низкий средний 1 высокий

Показатели критериев развития исследовательских умений

Мотивированность Выполняет элементы исследовательской деятельности по инициативе учителя и с его помощью Ситуативный интерес к выполнению работ исследовательского характера Устойчивый интерес к осуществлению исследовательской деятельности

Самостоятельность Осуществляет элементы исследовательской деятельности с помощью учителя или по жесткому алгоритму Самостоятельно выполняет некоторые действия в процессе исследования. По мере необходимости обращается за помощью учителя Самостоятельно реализует исследования. Учитель выступает в роли консультанта

Сформированность экспериментальных умений Экспериментальную практическую часть исследования (конструирование экспериментальной установки, проведение эксперимента, анализ полученных результатов) выполняет с помощью учителя Осуществляет экспериментальную деятельность в процессе исследования. По мере необходимости обращается за помощью к учителю. Умеет конструировать экспериментальную установку, проводить эксперимент Самостоятельно и по своей инициативе осуществляет экспериментальную деятельность (конструирование экспериментальной установки, проведение эксперимента)

Сформированность интеллектуальных умений Интеллектуальные действия (анализ, синтез, индукция, дедукция и т.п.) выполняет с помощью учителя Сформированы отдельные интеллектуальные умения (анализ, синтез, дедукция, индукция и т.п.). Интеллектуальные действия (анализ, синтез, дедукция, индукция и т.п.) осуществляет не в полной мере. Для продуктивной мыслительной деятельности требуется помощь учителя Мыслтельную деятельность интеллектуального характера выполняет самостоятельно

Сформированность рефлексивных умений Не имеет четкого понимания цели выполняемых действий в процессе осуществления исследовательской работы Производит оценку выполненных действий в ходе исследования. Для полного анализа результатов исследования и аде-кваггаой оценки результатов необходима помощь учителя Полностью осознает цель выполнения действий и может самостоятельно оценить их ход в процессе осуществления исследования. Самостоятельно сопоставляет гипотезу исследования и полученный результат, адекватно производит его оценку

Опираясь на разработанные модели развития исследовательских умений (М.М. Гладышева, У.Ю. Кукар и А.Б. Мухамбетова), нами была предложена структурно-функциональная модель, которая состоит из трех компонентов -теоретико-методологического, содержательно-деятельностного и оценочно-результативного (рис. 1).

Теоретико-методологический компонент включает уточнение понятийного аппарата, классификацию исследовательских умений, принципы и условия развития исследовательских умений.

Содержательно-деятельностный компонент раскрывает содержание обучения, методы и интерактивные средства, необходимые для развития исследовательских умений учащихся.

Оценочно-результативный компонент объединяет критерии, уровни развития исследовательских умений, методы, формы и средства контрольно-оценочной деятельности.

Теоретико-методологический компонепт

Понятийный аппарат Содержание понятий «исследовательские умения», «интерактивные средства» и др.

Виды исследовательских умений Экспериментальные, интеллектуальные, рефлексивные

Принципы развития исследовательских умений Научности, интерактивности, индивидуального подхода, ведущей роли самостоятельной деятельности, опережающего обучения, связи теории с практикой, рефлексивности

Условия развития исследовательских умений Наличие у учителя и учащихся мотивации, интерактивное взаимодействие

Содержательио-деятельносгный компоиент

Субъекты педагогического процесса Учитель, учащиеся, информационно-образовательная среда

Методы развития исследовательских умений Объяснительно-иллюстративный (информационный), репродуктивный, проблемное изложение, частично-поисковый (эвристический), исследовательский метод, метод проектов

Формы развития исследовательских умений Уроки (с постановкой проблемной ситуации, решением экспериментальных и исследовательских задач, лабораторные работы, физический практикум), консультации, разработка проектов, выступления на научно-практических конференциях и др.

Средства развития исследовательских умений Интерактивные средства обучения (комплекс технических средств обучения и учебный физический эксперимент)

Оценочно-результативный компонент

Уровни развития исследовательских умений Низкий, средний, высокий

Критерии развития исследовательских умений Мотивированность, самостоятельность, сформированность экспериментальных, интеллектуальных, рефлексивных умений

Результат 1. Сформированность экспериментальных, интеллектуальных, рефлексивных умений 2. Устойчивая мотивация к осуществлению исследовательской детальности 3. Высокая степень самостоятельности при выполнении работы исследовательского характера

Рис. 1. Структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся

Поскольку первые два элемента теоретико-методологического компонента модели (понятийный аппарат и виды исследовательских умений) рассмотрены выше, уточним содержание остальных элементов этого компонента.

Наряду с традиционными принципами обучения (научности, индивидуального подхода, связи теории с практикой) в комплекс принципов введены принципы интерактивности, ведущей роли самостоятельной деятельности, опережающего обучения, рефлексивности.

В соответствии с принципом интерактивности необходимо обеспечить интерактивное взаимодействие участников информационно-образовательной среды. При таком взаимодействии участник этого процесса способен принять

«роль другого», представлять, как воспринимает его партнер по общению, адекватно интерпретировать ситуацию и оценивать собственные действия.

Реализация принципа опережающего обучения позволит осуществлять развитие исследовательских умений учащихся нелинейно. Учитель может предлагать учащимся задания, уровень сложности которых выше, чем уровень сформированное™ их исследовательских умений. Создавая такие ситуации, педагог должен оценивать возможности обучаемого, и, по существу, предлагать ему задания, которые должны оказывать стимулирующее действие и вызывать интерес к исследовательской деятельности.

Принцип ведуи^ей роли самостоятельной деятельности предполагает, что учащиеся принимают активное участие в целеполагании своей деятельности, а цели обучения, определяемые учителем, становятся их личными целями. Необходимо создавать такие исследовательские задания, при выполнении которых доля самостоятельной работы учащихся возрастает. В итоге школьник будет ощущать себя полноправным субъектом образовательного процесса, а учебная исследовательская деятельность становится его потребностью.

Учет принципа рефлексивности означает, что учащимся предоставляется возможность при осуществлении самостоятельной учебно-познавательной деятельности использовать методы, формы и средства, обеспечивающие самоанализ, самооценку, самоконтроль и саморегуляцию собственной деятельности.

Эффективность развития исследовательских умений учащихся зависит не только от предложенных принципов, но и от содержания, а также форм и средств обучения, которые рассмотрены во второй главе. Кроме того, при планировании процесса развития исследовательских умений следует предусмотреть требования, выполнение которых при прочих равных условиях будет обусловливать успешность деятельности учителя.

Наличие мотивации у учителя и учащихся. Развитие творческих способностей (в том числе исследовательских) может осуществлять учитель, стремящийся к созданию творческой атмосферы и обладающий профессиональной подготовкой для организации исследовательской деятельности учащихся. Эти знания и умения позволят педагогу сформировать у школьников мотивацию к осуществлению этой деятельности. Наличие мотивации учащихся к выполнению исследования будет являться необходимым условием развития их интереса к исследовательской работе.

Интерактивное взаимодействие субъектов образовательного процесса между собой и с информационно-образовательной средой. Такое взаимодействие предполагает наличие творческой среды и определенной материально-технической базы, которая позволит учителю в полной мере реализовать вышеперечисленные принципы.

Во второй главе «Методика использования интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике» рассмотрено использование интерактивных технических средств в комплексе с учебным физическим экспериментом и методика их применения, созданная в соответствии со структурно-функциональной моделью развития исследовательских умений учащихся.

В научной литературе особое внимание ученых уделено комплексному использованию технических средств в учебном процессе (И.И. Дрига, В. А. Извозчиков, Т.М. Коджаспирова, И.И. Мархель, A.B. Смирнов). Отмечается, что применение интерактивных средств обучения в комплексе обеспечивает разнообразные способы предъявления учебной информации и создает атмосферу заинтересованности, активизирует познавательную деятельность.

Комплексное использование современных технических средств обучения (цифровые фото- видеокамеры, цифровые лаборатории) при постановке учебного физического эксперимента (УФЭ) на уроках физике позволяет также разнообразить демонстрационные опыты, практические работы.

Анализ и обобщение опыта ученых-методистов (Е.А. Бондаренко, A.A. Журина, Т.М. Коджаспировой, A.B. Смирнова, Т.И. Долгой, М.А. Петровой) позволили сделать следующий вывод: использование интерактивных средств обучения в комплексе с учебным физическим экспериментом и техническими средствами обеспечивает одновременное выполнение нескольких дидактические функций - информационной, интерактивной, управленческой.

Реализация информационной функции обеспечивает передачу учебной информации в аудиовизуальной форме, позволяет формировать наглядное представление о явлении или процессе, повышает информационную плотность учебных занятий, активизирует процесс восприятия материала учащимися и их внимание, создает эмоциональное отношение к учебной информации. Это, в свою очередь, способствует развитию у обучаемых познавательного интереса к исследовательской деятельности.

Интерактивная функция ИСО заключается в организации интерактивного взаимодействия учащихся между собой, учителем и техническими средствами обучения, при помощью которых обеспечиваются разнообразные способы ведения учебного диалога, возможность выбора вариантов учебного материала и режима работы с обучающимися. Реализация этой функции может быть направлена на повышение уровня учебной мотивации учащихся, развитие экспериментальных и исследовательских умений в процессе взаимодействия обучаемого с педагогом и информационной средой, активизацию их самостоятельной исследовательской деятельности.

Управленческая функция ИСО предоставляет возможность не только активизировать внимание учащихся, но и подготовить их к изучению учебного материала, а также осуществить обратную связь с целью контроля и коррекции полученных знаний. Реализация этой функции в обучении позволяет управлять психологическими процессами (ощущение, восприятие, осмысление, запоминание), что положительно влияет на усвоение учащимися учебной информации и способствует повышению уровня мотивации к исследовательской деятельности.

Применение интерактивных средств будет эффективным, если учитель максимально реализует вышеуказанные функции в учебном процессе. Это, в свою очередь, возможно при оптимальном сочетании аппаратного и про-

граммного обеспечения ИСО и создании учителем условий для активизации учебно-познавательной деятельности учащихся на уроке. В процессе отбора технических устройств и дидактических пособий необходимо опираться на их специфические особенности и четко реализовать указанные функции в решении образовательных задач урока.

В связи с этим можно утверждать, что интерактивные средства обучения являются многофункциональным инструментом учебного процесса. Их использование в сочетании с различными компьютерными программами расширяет дидактические возможности применения этих средств в учебном процессе. Максимальное использование функций ИСО при обучении физике позволяет реализовать принцип полифункциональности этих средств в образовательном процессе.

Под принципом полифунщионалъности интерактивных средств обучения будем понимать следующее: интерактивные средства обучения, кроме своих основных функций, могут и должны выполнять функции, которые расширяют дидактические возможности их применения в учебном процессе.

Выделим технические и дидактические возможности комплексов, в которые входят учебный физический эксперимент и технические средства (интерактивная доска, цифровой фотоаппарат, цифровая лаборатория) при использовании их в учебном процессе в условиях реализации принципа полифункциональности.

Интерактивная доска (ИД) представляет собой мультимедийный комплекс, состоящий из персонального компьютера, видеопроектора, сенсорной доски, использование которого позволяет реализовать вышеуказанные функции.

Интерактивная доска в комплексе с различным программным обеспечением (VirtualDub-MPEG2, Electronics Workbench, Physics Illustrator и др.) позволяет учителю физики решать экспериментальные задачи, осуществлять постановку виртуального физического эксперимента.

В качестве примера рассмотрим использование ИД в комплексе с виртуальным конструктором «Электричество» и оборудованием школьного кабинета.

Учитель демонстрирует учащимся виртуальную электрическую цепь (рис. 2) и соответствующую реальную электрическую цепь, собранную по схеме, изображенной на рисунке 3. Учащимся сообщается, что все используемые лампочки одинакового номинала.

При обсуждении возможных результатов эксперимента следует ожидать следующий ответ школьников в соответствии с законами постоянного тока: U1/U2=l/2, что учащиеся и видят при замыкании виртуальной электрической цепи.

Рис. 2 Рис .3

При проведении натурной демонстрации вольтметры показывают другое соотношение напряжений: \5\Ю2~УЛ. У учащихся возникает сомнение в правильности своих рассуждений. Они пытаются найти ошибки в своих расчетах, предлагают для объяснения второстепенные факторы, ставят под сомнение справедливость закона Ома и законов последовательного и параллельного соединения, осуществляют рефлексивную деятельность.

Итогом такой деятельности учащихся на уроке является субъективно новое знание: «сопротивление проводника зависит от его температуры».

Цифровой фотоаппарат (ЦФ) как современное техническое средство в комплексе с персональным компьютером (ПК) и установленными программами, с оборудованием школьного кабинета физики (например, У{ПиаИ)иЬ~МРЕв2 и др.) позволяет реализовать ранее выделенные дидактические функции.

При его использовании в комплексе с оборудованием, применяемым в учебном физическом эксперименте, и с персональным компьютером появляется возможность организовать и провести демонстрацию или лабораторную работу по исследованию быстропротекающих процессов.

Примером может служить комплексное использование цифрового фотоаппарата, персонального компьютера и учебного оборудования при постановке учебного физического эксперимента. При этом учащиеся знакомятся с методами физической науки.

Например, изучение темы «Реактивное движение» обычно сопровождается демонстрацией движения имеющейся в школьном оборудовании модели ракеты. Эта демонстрация очень эффектна, но обладает некоторыми недостатками. Более приемлемой следует признать модель ракеты, изготовленной из прозрачной пластиковой бутылки (опыт предложен В.В. Майером). Использование этого опыта в комплексе с цифровой техникой дает значительные дидактические преимущества.

В готовую модель ракеты 1 помещают несколько капель спирта и располагают её вертикально в лабораторном штативе 4 с помощью колец разного диаметра 5 (рис. 4). К соплу «ракеты» 2 учитель подносит горящую лучину, пары спирта воспламеняются, и модель взлетает. Использование гири б, являющейся ограничителем высоты и дальности полета, обеспечивает безопасность опыта.

Наблюдение учащимися полета самодельного летательного аппарата длится не более одной секунды, поэтому они, как правило, просят повторить демонстрацию. Тогда учитель сообщает школьникам, что во время эксперимента осуществлялась видеосъемка, и ставит перед ними цель - оценить видеографический метод как средство для изучения физических явлений, процессов.

Для того чтобы рассмотреть подробнее физические процессы, происходящие за это время внутри бутылки, и движение модели ракеты, считаем целесообразным заснять полет ракеты с помощью цифрового фотоаппарата. Полученный видеосюжет можно просмотреть на большом экране (с помощью ПК и мультимедийного проектора) в замедленном режиме с помощью программы Ун1иаЮиЬ-МРЕ02.

После показа опыта учитель копирует видеофайл с цифровой камеры на компьютер и запускает в программе У1гШа!0иЬ-МРЕ02. При медленном просмотре видеозаписи демонстрации в этой программе учащиеся наблюдают несколько явлений: сгорание топлива внутри бутылки, вырывание пламени из сопла ракеты и ее полет. Далее учащиеся анализируют последовательность событий и указывают на преимущества видеографического метода перед простым наблюдением.

Цифровые лаборатории (ЦЛ) в комплексе с учебным оборудованием позволяет в полной мере реализовать исследовательский метод обучения на уроках физики, создать условия для развития у учащихся умений анализировать физические явления и повысить у них интерес к самостоятельной исследовательской деятельности.

Применение цифровой лаборатории в комплексе с учебным оборудованием кабинета физики обеспечивает визуализацию данных (в виде графика или таблицы) учебного физического эксперимента в реальном времени, позволяет проводить обработку его результатов. Также ЦЛ позволяет работать в режиме обратной связи с экспериментальной установкой посредством датчиков (температуры, давления, силы и др.). Результаты опыта мгновенно отображаются на экране в виде графиков зависимости физических величин от времени.

Рассмотрим пример комплексного использование цифровой лаборатории «Архимед» с оборудованием школьного кабинета физики в демонстрационном эксперименте.

Для проведения этого опыта понадобится следующее оборудование: лампа накаливания (3,5 В), источник питания, планшетный компьютер «Nova 5000» с датчиком тока (± 2,5 А). Перечисленное оборудование собирается в электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рисунке 5.

<g>

Датчик тока

■о о

Рис. 5

Перед экспериментом на планшетном компьютере «Nova 5000» запускается программа MultiLab, в которой устанавливается следующий параметр измерения датчика тока - 25 замеров в секунду.

Учитель демонстрирует учащимся опыт, а датчик регистрирует значение силы тока в электрической цепи и отображает его в виде графика зависимости силы тока от времени (рис. 6). На основании этого графика преподаватель ставит перед школьниками проблему: почему в момент замыкания электрической цепи сила тока резко увеличилась, а затем уменьшилась? Учащиеся выдвигают различные гипотезы.

Наблюдаемое явление:

- обусловлено самоиндукцией;

- является результатом изменения сопротивления лампочки при увеличении температуры.

Обсуждение обычно проходит активно и эмоционально. В этом процессе школьники осуществляют аналитическую деятельность, соответствующую логике научного исследования.

Таким образом, использование интерактивных средств в комплексе с учебным физическим экспериментом и техническими средствами обучения позволяет расширить их дидактические возможности в обучении физике.

При развитии исследовательских умений учащихся в процессе использования интерактивных средств при обучении физике предлагается выделить три этапа: репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности (рис. 7).

о«-

0.76 (Ш-0.6052' ОМСКОЙ-0,2 0.120,04-■0W''

eco 16® 3«) за» «а> <т ксо мм таю мм Воемя№а0

Рис. 6

Этап непродуктивно-алгоритмической деятельности

Деятельность учителя Средства и формы обучения Результат обучения

Организация процесса обучения учащихся на уроках и внеклассных занятий по физике, направленного на развитие исследовательских умений Цели: - включение учащихся в учебную исследовательскую деятельность - формирование у учащихся представления о структуре исследовательской деятелыюсга - формирование представления учащихся о методах научного исследования - формирование у учащихся умений по проведению несложных физических опытов - Учебный физический эксперимент (демонстрации, лабораторные работы, домашние опыты) в комплексе с техническими средствами (интерактивная доска, цифровые устройства, цифровые лаборатории и др.) - Информационно- коммуникативные технологии (ИКТ) - Задания по конструированию простых приборов 1. Учащийся может выполнять работу на репродуктивном уровне, используя подробные инструкции по осуществлению исследовательской деятельности под контролем учителя 2. Учащийся проявляет интерес к учебно-познавательной деятельности 3. Ученик знает алгоритм выполнения учебного исследования 4. Ученик имеет представлешіе о методах научного исследования 5. Учащийся умеет конструировать экспериментальную установку, умеет проводить опыты и наблюдения, представлять их результаты.

Этап частично-поисковой деятельности

Деятельность учителя Средства и формы обучения Результат обучения

Организация индивидуального процесса обучения по физике, направленного на развитие исследовательских умений учащихся Цели: - формирование у учащихся интереса к исследовательской деятельности - развитие у учащихся умения самостоятельно осуществлял, элементы исследовательской деятельности (умения формулировать проблему, цель и задачи исследования, выдвигать гипотезу, анализировать и др.) - Учебный физический эксперимент (демонстрации, лабораторные работы, домашние опыты) в комплексе с техническими средствами (интерактивная доска, цифровые устройства, цифровые лаборатории и да.) -ИКТ - Задания по конструированию приборов и установок - Доклады и рефераты исследовательского характера 1. Учащийся проявляет интерес к исследовательской деятельности 2. Ученик знает алгоритм выполнения исследования 3. Ученик умеет выполнять исследовательскую работу в сотрудничестве с учителем 4. Ученик обладает умениями формулировать проблему, цель и задачи исследования, выдвигать гипотезу и др.

Этап творческой деятельности

Деятельность учителя Средства и формы обучения Результат обучения

Организация условий для самостоятельной исследовательской деятельности учащихся Цели: - формирование устойчивой мотивации к исследовательской деятельности - развитие у школьников рефлексивных умений - создания интерактивной среды организация педагогической поддержки исследовательской деятельности - Учебный физический эксперимент (демонстрации, лабораторные работы, домашние опыты) в комплексе с техническими средствами (интерактивная доска, цифровые устройства, цифровые лаборатории и др.) -ИКТ - Исследовательские проекты; - Конференции, конкурсы, олимпиады и т.п. 1. Ученик обладает устойчивой мотивацией к исследовательской деятельности 2. Ученик знает структуру исследовательской деятельности 3. Ученик умеет самостоятельно осуществлять деятельность на всех этапах исследования 4. Ученик умеет анализировать собственные действия, оценивать свою деятельность, сопоставлять полученные результаты исследования с гипотезой и др.

Рис. 7. Этапы развития исследовательских умений учащихся при обучении физике

На основании работы Е.О. Ивановой были выделены внешняя и внутренняя интерактивность. Внешняя интерактивность, при которой информация идет от учителя к ученику и обратно, может осуществляться как в процессе их общения, так и с помощью интерактивных средств (например, с использованием интернет-связи). В результате у учителя появляется возможность осуществления контроля за ходом исследовательской деятельности учащихся. Внутренняя интерактивность предполагает обратную связь, при которой информация, идущая от ученика, возвращается к нему самому. Эта интерактивность является основой рефлексии школьника.

На этапе репродуктивно-алгоритмической деятельности обеспечивается освоение экспериментальных умений при широком использовании оперативной обратной связи (внешняя интерактивность) с помощью указанных выше комплексов. На этапе частично-поисковой деятельности, при реализации которого в основном формируются интеллектуальные умения, присутствуют внешняя и внутренняя интерактивности. На этапе творческой деятельности обеспечивается преобладание внутренней интерактивности в процессе творческой исследовательской деятельности, что обусловливает развитие рефлексивных умений и умения осуществлять эту деятельность в целом.

В третьей главе «Педагогический эксперимент и его результаты» описаны и проанализированы констатирующий, поисковый и формирующий этапы эксперимента, а также определена статистическая достоверность их результатов.

Во время констатирующего этапа был проведен теоретический анализ проблемы на основе изучения научной, учебно-методической литературы и результатов педагогических исследований в области использования современных технических средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся.

Проведено анкетирование 29 учителей школ города Екатеринбурга и Свердловской области с целью определения актуальности исследования и выявление проблемы развития исследовательских умений учащихся при обучении физике. Проведены беседы со слушателями курсов повышения квалификации (35 учителей), организованных в УрГПУ.

Таким образом, на констатирующем этапе было выявлено следующее:

1) недостаточность использования потенциала современных интерактивных технических средств (интерактивная доска, цифровой фотоаппарат, цифровая лаборатория по физике) для повышения мотивации учащихся к изучению физики и развития у них исследовательских умений;

2) необходимость разработки методики использования интерактивных средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся.

В ходе педагогического эксперимента разрабатывалось содержание учебных заданий, в которых использовались комплексы учебного физического эксперимента и технических средств обучения, позволяющих осуществлять интерактивное взаимодействие в процессе развития исследовательских умений учащихся.

С целью разработки методики использования интерактивных средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся был проведен второй этап педагогического эксперимента - поисковый.

На поисковом этапе исследования были определены:

1) компоненты структурно-функциональной модели развития исследовательских умений при использовании интерактивных средств обучения;

2) принципы методики развития исследовательских умений;

3) уровни развития исследовательских умений учащихся при обучении физике;

4) критерии сформированное™ исследовательских умений;

5) условия эффективного развития исследовательских умений учащихся.

На основании этого была создана структурно-функциональная модель и

разработана методика использования интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике.

Для подтверждения выдвинутой гипотезы исследования и проверки эффективности методики использования интерактивных средств обучения в процессе развития исследовательских умений был проведен третий этап педагогического эксперимента - формирующий.

В процессе формирующего эксперимента была организована работа в школах города Екатеринбурга (№ 135, №110, № 47, НОУ «Индра») и Свердловской области (г. Качканар (№ 7), г. Новоуральск (№54), п. Троицкий (№5), с. Криулино) по реализации методики использования интерактивных средств обучения в процессе развития исследовательских умений.

Для коррекции полученных результатов педагогического эксперимента была произведена репрезентативная выборка учащихся контрольного и экспериментального классов.

Для определения у учащихся сформированное™ исследовательских умений, мотивации к исследовательской деятельности были использованы тест-опросник по выявлению мотивации учащихся к осуществлению исследовательской деятельности, методика оценивания исследовательских умений школьников, разработанная О.Б. Даутовой.

Оценка значимости различий в распределении учащихся экспериментальных и контрольных групп по уровням развития исследовательских умений учащихся на начало формирующего эксперимента производилась с помощью критерия Пирсона Выбор данного критерия обосновывается тем, что он состоятелен для проверки нулевой гипотезы при самых общих альтернативных гипотезах, допускает использование данных, измеренных с помощью шкалы наименований и с любым числом категорий.

Расчеты показывают, что %2жп меньше %г ^т, в связи, с чем принимается нулевая гипотеза: на начало формирующего этапа эксперимента не обнаруживается существенных различий в распределении учащихся экспериментальных и контрольных групп по уровням развития исследовательских умений при обучении физике.

В начале формирующего этапа эксперимента была проведена консультация учителей физики по реализации созданной методики. До их сведения были доведены основные положения методики, дана характеристика форм, методов и средств обучения, использование которых в процессе обучения физике будет способствовать развитию исследовательских умений учащихся.

На протяжении всего периода реализации методики учащиеся экспериментальной группы были полностью вовлечены в деятельность по выполнению исследовательской работы с использованием в учебном процессе интерактивных средств обучения.

Проверка результативности разработанной методики осуществлялась на каждом из трех этапов развития исследовательских умений учащихся с применением методов наблюдения и экспертной оценки.

Процент учащихся 80%

тал ео%

50% 40% 30% 30% 10% 0%

□ ншмш ■ средатй

□ высокий

Начато эксперимента

Цюценг Конецэнспсримонга

учащихся

экшгеримешапшая контролшыя эгсперныошльная контрольная

Диаграмма 1. Уровни развития исследовательских умений учащихся в начале и конце эксперимента

Прошгг

у-ишо Конец эксперимента

Пропал Начало экагернмекга

учадшси 100%

контрольная экспериментальная контрольная экспериментальная

Диаграмма 2. Мотивация учащихся к исследовательской деятельности в начале II конце эксперимента

В конце эксперимента при использовании критерия Пирсона была определена эффективность предложенной методики. Исходя из полученных результатов X жсп > х2крит (х2эко, = 12,92, х2крит=5,99 при уровне значимости 0,05), соответственно, принимаются альтернативная гипотеза Н, (различия в достижении уровней развития исследовательских умений при обучении физике школьниками экспериментальных и контрольных групп в конце экспериментальной работы являются следствием использования в учебном процессе разработанной методики).

Результаты педагогического эксперимента свидетельствуют об эффективности разработанной нами методики использования интерактивных средств обучения при развитии исследовательских умений учащихся и подтверждают гипотезу исследования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты проведенного исследования позволяют сформулировать следующие выводы:

1. На основе анализа психолого-педагогической, методической литературы и результатов исследования определена необходимость широкого использования интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике. Выявлено, что развитие исследовательских умений учащихся будет эффективным, если обеспечить комплексное применение учебного физического эксперимента и современных технических средств (интерак-

тивная доска, цифровой фотоаппарат, цифровая лаборатория) при взаимодействии субъектов информационно-образовательной среды.

2. Предложена структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения, которая содержит следующие компоненты: теоретико-методологический, со-держательно-деятельностный и оценочно-результативный. В модели отражены: понятийный аппарат, классификация исследовательских умений, условия и принципы развития исследовательских умений; методы, формы и средства развития исследовательских умений; уровни и критерии развития исследовательских умений.

3. На основании разработанной модели создана методика использования интерактивных средств, применение которой обеспечит развитие исследовательских умений учащихся при обучении физике. Методика включает в себя три этапа: репродуктивно-алгоритмической (развитие экспериментальных умений на основе применения внешней интерактивности), частично-поисковой (развитие интеллектуальных умений с использованием внешней и внутренней интерактивности) и творческой деятельности (развитие рефлексивных умений и умения осуществлять исследовательскую деятельность в целом с преобладанием внутренней интерактивности).

4. Разработаны интерактивные средства обучения на основе комплексного использования учебного физического эксперимента и современных технических средств, применение которых на всех этапах реализации методики обеспечит эффективное развитие исследовательских умений учащихся.

5. Педагогическое исследование, проводившееся в течение 2005-2012 гг., подтвердило эффективность предлагаемой методики развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств в процессе обучения физике.

Основные положения и результаты исследования отражены в следующих публикациях соискателя:

Работы, опубликованные в ведущих научных журналах и изданиях, включенных в реестр ВАК МОиН РФ

1. Абдулов, Р. М. Методические приемы изучения современных аудиовизуальных технических средств и их использование в обучении физике / Р. М. Абдулов, О. Г. Надеева // Педагогическое образование в России. - 2011. - № 3. -

С. 109-119 (авторских 50 %).

2. Абдулов, Р. М. Использование современных интерактивных средств обучения при развитии исследовательских умений учащихся в обучении физике / Р. М. Абдулов //Педагогическое образование в России. - 2012. -№ 5. - С.180-184.

3 Абдулов, Р. М. Интерактивное обучение физике с помощью современных технических средств / Р. М. Абдулов, О. Г. Надеева // Педагогическое образование в России. - 2012. - № 5. - С.185-191 (авторских 50 %).

Работы, опубликованные в других изданиях

4 Абдулов, Р. М. Использование цифровой фотосъемки и фотоизображения в процессе обучения физике / Р. М. Абдулов, А. М. Савелькина // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях • материалы международ, науч.-практ. конф. , Екатеринбург, апрель 2005 г. / Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 2005. - Ч. 2. - С. 108-109 (авторских 50 %).

5. Абдулов, Р. М. Использование цифрового фотоаппарата в лабораторных работах по физике / Р. М. Абдулов // Учебная физика. - 2007. - №2. - С. 16-18.

6 Абдулов, Р. М. Лабораторный физический практикум по кинематике с использованием современных технических средств : метод, рекомендации для

студентов и преподавателей / Р. М. Абдулов, Н. С. Кармавович / Урал, гос пед ун-т. - Екатеринбург, 2008. - 20 с (авторских 70 %).

7. Абдулов, Р. М. Учебный физический эксперимент при изучении астрономии / Р. М. Абдулов, О. Г. Надеева // Школа и вуз : Инновации в образовании. Межпредметные связи естественных наук : сб. науч. трудов всероссийской на-уч.-метод. интернет-конф. - Орел : ОрелГТУ, 2009. - С. 95-97 (авторских 50 %).

8. Абдулов, Р. М. Подготовка учителей физики к использованию учебного оборудования и TCO / Р. М. Абдулов, О. Г. Надеева, В. В. Чимпоеш // Физическое образование : проблемы и перспективы развития : материалы международ науч.-практ. конф. - М. : МПГУ, 2009 - Ч. 2. - С. 97-101 (авторских 40 %).

9. Абдулов, Р. М. Использование интерактивной доски и электронных карт при изучении кинематики / Р. М. Абдулов // Учебная физика. - 2009 -№ 2. - С. 5-8.

10. Абдулов, Р. М. Применение интерактивной доски и программы VIR-TUALDUB при решении видеозадач по физике / Р.М. Абдулов, JI. Ф. Шакурова // Повышение эффективности обучения физике, информатике и технологии в условиях реализации национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» : материалы региональной науч.-практ. конф., Екатеринбург, июнь 2010 г. / Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 2010. - С. 12-14 (авторских 80 %).

11. Абдулов, Р. М. Формирование исследовательских умений студентов при постановке учебного физического эксперимента с использованием цифрового фотоаппарата / Р. М. Абдулов // Реализация национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» в процессе обучения физике, информатике и математике : материалы международной науч.-практ. конф., Екатеринбург, апрель 2010 г. / Урал. гос. пед. ун-т. -Екатеринбург, 2010. - С. 15-19.

12. Абдулов, Р. М. Методика использования цифрового фотоаппарата в учебном физическом эксперименте : метод, рекомендации для студентов и преподавателей / Р. М. Абдулов / Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 2010. - 48 с.

13. Абдулов, Р. М. Использование цифрового фотоаппарата в учебном физическом эксперименте / Р. М. Абдулов // Физическое образование : педагогическое исследований и инновации : сб. трудов XIV всероссийской науч.-практ. конф. преподавателей физики. - Иркутск : ВСГАО, 2011. - С. 97-100.

14. Абдулов, Р. М. Формирование познавательного интереса учащихся при использовании интерактивной доски на уроках физики / Р. М. Абдулов, Е. В. Макурова, JI. Ф. Шакурова // Реализация национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» в процессе обучения физике, информатике и математике : материалы международной науч.-практ. конф., Екатеринбург, апрель 2011 г. / Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 2011. - С. 16-19 (авторских 51) /о).

Подписано в печать 20.05.2013 . Формат 60x84 '/|6 Бумага для множительных аппаратов. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 4125 Отдел множительной техники Уральского государственного педагогического университета 620017, Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26 E-mail: uspu@uspu.ro

Текст диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Абдулов, Рашид Миниахметович, Екатеринбург

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный педагогический университет»

На правах рукописи

АБДУЛОВ Рашид Миниахметович

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор Т.Н. Шамало

Екатеринбург - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................................3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ СРЕДСТВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УМЕНИЙ УЧАЩИХСЯ........................................13

1.1. Интерактивные средства обучения и их дидактические возможности. 13

1.2. Развитие исследовательских умений в процессе обучения физике.......29

1.3. Модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств в обучении физике....................................................44

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ СРЕДСТВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УМЕНИЙ УЧАЩИХСЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ.........................................................61

2.1. Комплексное использование интерактивных средств в обучении физике..................................................................................................................61

2.2. Этапы развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения..........................................83

ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ.....127

3.1. Организация и проведение педагогического эксперимента.................127

3.2. Формирующий этап педагогического эксперимента и обсуждение его результатов........................................................................................................137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................151

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................153

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................:.........169

ВВЕДЕНИЕ

Проблеме развития исследовательских умений учащихся посвящены многие психолого-педагогические исследования. В работах В.И. Андреева, А.И.Савенкова, М.В.Степановой, А.В.Усовой [13, 122, 134, 145] раскрыты теоретические и методические основы формирования исследовательских умений учащихся, определены роль и место учебно-познавательной деятельности в развитии этих умений. Формирование творческих способностей личности в процессе исследовательской деятельности, решении экспериментальных и изобретательских задач рассматривались в исследованиях В.Е Алексеева, Г.С. Альтшуллера, С.А. Новоселова [10, 11, 93]. Методика развития исследовательских умений учащихся разрабатывалась В.Н. Векленко, У.Ю. Кукар,

A.B. Макаровым, А.Б. Мухамбетовой, H.A. Семеновой [12, 29, 36, 37, 69, 107, 83 77, 126, 134].

B.В. Май ера, В.Г. Разумовского (развитие познавательных способностей школьников в процессе исследовательской деятельности) [116], Т.Н. Шамало

(использование учебного физического эксперимента в творческой деятельности учащихся) [160].

Учеными отмечается,* что для формирования исследовательских умений необходимо создавать условия для интерактивного взаимодействия. Кроме того, подчеркивается, что формирование исследовательских умений в процессе обучения физике не может происходить без применения учебного физического эксперимента [23, 47] позволяющего осуществлять интерактивное взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды. Но при этом указывается, что наряду с демонстрационным, лабораторным физическим экспериментом и экспериментальными задачами значительный потенциал для формирования исследовательских умений имеют компьютерные и мультимедийные средства, при использовании которых также возможно осуществление интерактивного взаимодействия [38, 50, 55, 58, 106, 127].

Применение интерактивных средств обучения (ИСО) в образовательном процессе позволяет организовать интерактивный диалог с учащимися, активизировать их мыслительную и познавательную деятельность. Вопросам использования интерактивных средств при обучении посвящены исследования Е.А. Бондаренко, A.A. Журина, Г.М. Коджаспировой, И.В. Роберт [24, 69 118]. Отмечается, что применение этих средств позволяет интенсифицировать учебный процесс, использовать разнообразные способы предъявления учебной информации, создать атмосферу заинтересованности.

Значительный вклад в развитие теоретических основ использования интерактивных средств в учебном процессе по физике внесли работы Ю.А. Воронина, Р.В. Майера, Е.В. Оспенниковой, A.B. Смирнова, Н.К. Ханнанова [31, 32, 81, 127, 129, 96, 154]. В этих исследованиях раскрывались возможности ИСО при организации диалогового управления познавательной деятельностью учащихся при обучении. Рассматривались также вопросы использования компьютерной техники для моделирования физических явлений и процессов, проведения экспериментальных работ, исследований на основе применения виртуальных моделей.

Применение компьютерных интерактивных средств в комплексе с учебным физическим экспериментом позволяет на более высоком уровне реализовать исследовательскую деятельность учащихся. Кроме того, их комплексное использование дает возможность расширить представления учащихся о современных методах научного исследования, чему посвящены работы Е.Ю. Левченко, O.E. Данилова, H.A. Оспенникова [73, 44, 95]. На современном этапе развития науки и техники школы стали оснащаться такими техническими средствами обучения, как интерактивная доска, фото- видеокамера, цифровые лаборатории и др. Совместное использование этих технических средств в комплексе с демонстрационным и лабораторным оборудованием школьного кабинета предоставляет для развития исследовательских умений учащихся новые дидактические возможности, которые в настоящее время раскрыты недостаточно.

Объект исследования: процесс обучения физике в средней общеобразовательной школе.

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

Методологическую основу исследования составляют работы:

- исследования составляют работы, в области теории научного познания и его методологии (Х.Г. Гадамер [33], JI.A. Маркова [84]);

- теории личностно-деятельностного подхода (В.В. Давыдов [44], А.Н. Леонтьев [73], С.Л. Рубинштейн [121]);

- статистических методов обработки результатов исследования (М.И. Грабарь, К.А. Краснянская [42], A.A. Кыверялг [71], Б.Е. Стариченко [131]).

Теоретическую основу исследования составляют:

- теоретические и методические аспекты использования интерактивных средств в процессе обучения (Е.А. Бондаренко [24], Е.В. Оспенникова [96], И.В. Роберт [118], А.В. Смирнов [127]);

- психолого-педагогические подходы к развитию умений учащихся, в том числе и исследовательских умений (П.Ю. Романов [120], А.И. Савенков [123], М.В. Степанова [134], А.В. Усова [145]);

- методические основы развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике (А.А. Бобров [145], М.И. Старовиков [132], М.Н. Тушев [141], А.В. Усова [145]);

- исследования в области использования технических средств обучения в учебном физическом эксперименте (С.Е. Каменецкий [138], Н.К. Ханнанов [154], Т.Н. Шамало [161], Н.М. Шахмаев [165]).

Логика и этапы исследования:

бенностей проблемы развития исследовательских умений учащихся при обучении физике. Анализ показал недостаточность реализации потенциала современных интерактивных технических средств в процессе развития исследовательских умений учащихся и необходимость разработки методики применения интерактивных средств обучения для развития исследовательских умений учащихся.

На поисковом этапе (2007 - 2009 гг.) создана структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств обучения, содержащая теоретико-методологический, содержательно-деятельностный и оценочно-результативный компоненты. На основе этой модели была разработана методика поэтапного развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике с применением интерактивных средств, специфичных для каждого этапа (этапы репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности).

На формирующем этапе (2010 — 2012 гг.) была организована работа по реализации методики использования интерактивных средств обучения при развитии исследовательских умений учащихся в контрольных и экспериментальных группах. В ходе проведения формирующего этапа педагогического исследования проводилась проверка эффективности предложенной методики с применением различных методов диагностики уровней развития исследовательских умений учащихся.

Научная новизна результатов исследования:

1. В отличие от ранее выполненных исследований, посвященных развитию исследовательских умений учащихся при обучении физике (А.Е. Войкова, Е.С. Дементьева), проблему развития исследовательских умений школьников впервые предлагается решать с применением интерактивных средств в учебном процессе по физике, которые созданы на основе комплексного использования учебного физического эксперимента и технических средств обучения.

2. Разработана структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения, включающая следующие компоненты: теоретико-методологический (уточнение понятийного аппарата, классификация исследовательских умений, выделение принципов и условий развития исследовательских умений); содержательно-деятельностный (содержание обучения, методы и интерактивные средства, необходимые для развития исследовательских умений учащихся); оценочно-результативный (критерии уровней развития исследовательских умений; методы, формы и средства контрольно-оценочной деятельности).

Теоретическая значимость: