Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов

Никитин, Григорий Романович

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: Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов

Автореферат

Автор научной работы: Никитин, Григорий Романович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Челябинск
Год защиты: 2010
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов"

004612

НИКИТИН Григорий Романович

ИСТОРИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ КАК БАЗОВАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ В ВАРИАТИВНОМ ОБУЧЕНИИ УЧАЩИХСЯ СТАРШИХ КЛАССОВ

13.00.02-теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

1 8 НОЯ 2010

Челябинск 2010

004612774

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Челябинский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Карасова Ирина Степановна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

Дубенский Юрий Петрович

кандидат физико-математических наук, доцент

Свирская Людмила Моисеевна

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Пермский государственный

педагогический университет»

Защита состоится 19 ноября 2010 г. на заседании диссертационного совета Д 212.295.02 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, д.69, ауд.439.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного университета

Текст автореферата размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» http://wwvv.cspu.ru.

Автореферат разослан «/$» октября 2010г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор педагогических наук, профессор Елагина B.C.

Общая характеристика исследования

Одна из современных задач модернизации физического образования связана с индивидуализацией и дифференциацией процесса обучения на основе идей генерализации и вариативности, персонализации, информатизации. Осуществить эти идеи можно в условиях обновлённых целей, содержания и технологий обучения физике. Учитель, реализующий их, должен владеть приёмами и способами обучения, понимать закономерности образовательного процесса, уметь соединять традиционное с инновационным, алгоритмические предписания с творческими методами и средствами обучения, иными словами - быть компетентным специалистом.

Успешно решать задачи модернизации физического образования может лишь учитель, владеющий методами учебного познания, в том числе экспериментальными. Формирование экспериментальных знаний и умений у учащихся средней школы осуществляется в процессе обучения физике в двух основных направлениях: организация и проведение учебного эксперимента; ознакомление с историческими опытами, сыгравшими значительную роль, как в развитии физической науки, так и в становлении фундаментальных физических теорий.

Историческими можно ' назвать научные эксперименты, зафиксированные в истории науки, среди них особое место занимают фундаментальные опыты. Л.И. Резников, выделив фундаментальные опыты, впервые разработал методические основы их изучения в школьном курсе физики. В дальнейшем эти идеи получили развитие в работах других исследователей (СЛ. Вольштейна, Г.М. Голина, В.М. Дукова, О.Ф. Кабардина, С.Е. Каменецкого, И.С. Карасовой, В.В. Лаптева, В.В. Майера, Е.С. Объедкова, Е.В. Оспенниковой, A.A. Покровского, Н.С. Пурышевой, Д.А. Исаева, Н.В. Шароновой, В.Ф. Синенко, A.A. Смирнова, Л.М. Свирской, Б.И. Спасского, М.И. Старовикова,

A.B. Усовой и A.A. Боброва, Н.П. Форостянной, М.А. Червонного, Т.Н. Шамало, Д. Шодиева и др.). В работах вышеназванных исследователей можно встретить термины, определяющие характер эксперимента: «фундаментальный», «исторический», «решающий», «ключевой», «классический», «великий», «основополагающий». Изученная литература позволяет заключить, что в настоящее время остаётся нерешённым вопрос о статусе физических опытов, поскольку не определены критерии для их классификации. Не все изучаемые в школе исторические опыты являются одинаково значимыми, среди них особое место занимают фундаментальные, потому что именно на их основе формируется представление о роли физического эксперимента в становлении современных идей и теорий.

В структуре и содержании фундаментальной физической теории исторические опьпгы выполняют разные функции. Они требуют разнообразных средств для демонстрации, поэтому их изучение требует вариативного подхода. Проблеме вариативного обучения посвящены исследования психологов (А.Г. Асмолова, В.В.Давыдова, А.А.Леонтьева и др.); педагогов (А.И. Маркушевича, Ю.Н. Кулюткина, В.М. Монахова,

B.В. Фирсова, A.M. Кондакова, В.А. Ясвина, Ю.В. Громыко,

E.B. Клеймёновой и др.); дидактов (И.Л. Беленок, А.П. Усольцева, Г.Г. Гранатова, М.Д. Даммер, Ю.И. Дика, A.B. Хуторского, Ю.П. Дубенского и И.П. Попович, В.И. Земцовой, Б.М. Игошева, А.Н. Мансурова, А.Е. Марона, A.B. Петрова, В.Г. Разумовского, H.H. Тулькибаевой, A.B. Усовой, A.A. Шаповалова и др.).

Признаками вариативного обучения являются наличие одинаково привлекательных и доступных для учащихся вариантов реализации программы, заданий; возможности выбора школьниками одного из вариантов, соответствующего их возможностям, интересам, предпочтениям; быстрое и гибкое реагирование на изменения в выборе цели и задач обучения. Ведущим методом при изучении исторических опытов является экспериментальный (Л.И. Резников, О.Ф. Кабардин), от планирования различных видов эксперимента, средств для « его постановки, способов реализации вариативного подхода для демонстрации исторических опытов зависит успешность использования данного метода в обучении физике.

В настоящее время проблеме использования всех видов физического эксперимента уделяется достаточное внимание, потому что её решение связано с повышением качества обучения физике. Основные направления совершенствования школьного физического эксперимента во многом зависят от использования компьютера в обучении. Современными видами учебного эксперимента являются виртуальный, в котором компьютер является виртуальной средой для моделирования, и компьютеризированный, в котором компьютер выступает частью реальной экспериментальной установки. Использование этих видов эксперимента в обучении физике имеет как положительные, так и отрицательные стороны, поэтому традиционный эксперимент (в котором компьютер не используется) остаётся основным в обучении физике. Поскольку компьютеризированный и традиционный эксперименты проводятся на реальном оборудовании, их можно отнести в одну группу натурного эксперимента, который является альтернативным виртуальному. Решить актуальную проблему повышения качества знаний школьников по физике можно в обоснованном сочетании различных видов физического эксперимента. В известных нам работах не рассматривается методика обучения учащихся старшей профильной школы моделированию исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий в условиях вариативного использования натурного (традиционного, компьютеризированного) и виртуального экспериментов, поэтому эта проблема требует дополнительного исследования и решения.

на социально-педагогическом уровне: между социальной потребностью, связанной с использованием альтернативных средств обучения и недостаточной разработкой путей и средств комплексного использования материальных и виртуальных моделей;

?а общенаучном уровне: между необходимостью использования методологических знаний об исторических опытах, внёсших определённый вклад в развитие и становление теоретических знаний и недостаточностью дидактического обоснования роли опыта в построении фундаментальной физической теории;

на методическом уровне: между необходимостью включения в образовательный процесс по физике современной вычислительной техники, готовностью учащихся старшей школы к использованию новых информационных технологий как средства учебного познания и недостаточной подготовкой учителя физики к их эффективному применению; между необходимостью вариативного использования натурного (традиционного и компьютеризированного) и виртуального экспериментов в процессе изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, и недостаточным обеспечением технологическими способами их взаимосвязанного применения.!

Необходимость разрешения вышеназванных противоречий определила актуальность настоящего исследования, проблему которого мы видим в поиске ответа на вопрос: какой должна быть методика обучения учащихся старших классов историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий, в условиях использования вариативных методов и средств учебного познания. Решение данной проблемы обусловило выбор темы исследования: «Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов».

Объект исследования: процесс обучения физике учащихся старших классов.

Предмет исследования: изучение учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе вариативных средств и способов обучения.

Цель исследования: теоретическое обоснование и разработка методики вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории.

Гипотеза исследования: изучение учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, может быть эффективным, если:

• определить статус исторических опытов в соответствии со структурой фундаментальных физических теорий, систематизировать их, включив в инвариантную и вариативную составляющие учебной программы по физике для старшей профильной школы;

• выбрать вариативные средства и способы для изучения фундаментальных, основополагающих и опорных опытов в условиях школьного кабинета физики и «домашней лаборатории» ученика;

• осуществить моделирование физических опытов, раскрывающих суть явлений и закономерностей, на основе проектной деятельности учащихся в

. I 5 ^

процессе использования альтернативных экспериментальных средств обучения (натурных, виртуальных), способствующих развитию исследовательских умений, мотивации учения школьников;

• осуществить целенаправленную подготовку студентов (будущих учт-елей) вариативному использованию взаимодополняющих экспериментальных средств и методов обучения историческим опытам.

Задачи исследования:

1. Проанализировать состояние проблемы в области изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

2. Определить условия1 и требования вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

3. Разработать методику изучения учащимися старшей профильной школы физических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе использования современного оборудования Ь-микро.

4. Определить структуру и содержание проектной деятельности учащихся в работе с материальными и виртуальными моделями в классе и дома.

5. Разработать программу элективного курса для учащихся старшей профильной школы «Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий» на' основе вариативных экспериментальных средств обучения (натурных, виртуальных). •

6. Разработать программу и содержание лабораторного практикума ■ для студентов V курса по дисциплине «Методика обучения физике в профильных классах», обеспечивающего профессиональную подготовку • будущих учителей физики к деятельности по вариативному использованию взаимодополняющих экспериментальных средств и методов обучения учащихся старших классов. <

7. Провести педагогический эксперимент, в ходе которого проверить ■ гипотезу исследования.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: методология научного познания, теоретико-методологические основы формирования фундаментальных физических теорий, теория формирования обобщённых умений и навыков, моделирование как метод научного познания, информационно-коммуникационные технологии обучения, вариативный подход в использовании экспериментальных методов научного познания, концепция дифференциации и индивидуализации обучения, концепция конструирования и проектирования образовательного процесса, основы методики и техники школьного физического эксперимента, современные концепции развития самостоятельности личности в учении.

обучения; 2) а-апиз нормативных документов для равных образовательных уровней обучения учащихся и содержания физического образования в виде ГОСов, различных программ курсов, в том числе элективных, а также способов организации процесса обучения физике учащихся старших классов;

3) количественное описание процессов, механизмов использования моделей;

4) педагогический эксперимент (наблюдение, анкетирование, беседа, метод экспертных оценок, контрольные срезы знаний учащихся, тестирование, контроль остаточных знаний); 5) методы математической статистики для обработки результатов эксперимента.

Научная новизна исследования:

1. Осуществлена классификация исторических опытов с целью включения их в инвариантную и вариативную части учебных программ для классов разного профиля по двум основаниям. В соответствии с предложенной классификацией выделены: фундаментальные, основополагающие и опорные опыты, определяющие базис фундаментальных физических теорий; совокупность фундаментальных опытов, позволивших определить константы фундаментальных взаимодействий.

2. Разработана методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории, отражающая целевой, содержательный и процессуальный компоненты познавательной деятельности школьников. Целевой компонент определяется потребностями общества, учащегося, его мотивами и интересами; содержательный - экспериментальными фактами, входящими в основание, ядро и следствие теории; процессуальный -технологическим инструментарием, включающим взаимодополняющие экспериментальные средства (натурные, виртуальные).

3. Обоснован выбор условий вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, включающих три основных составляющих: 1) определение статуса исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий; 2) осуществление систематизации исторических опытов в соответствии с их классификацией; 3) определение компонентов процессуальной стороны вариативного обучения.

4. Определены дидактические требования к организации и проведению исследовательской деятельности учащихся с натурными объектами (на оборудовании Ь-микро) и виртуальными моделями в процессе изучения исторических опытов, к ним отнесены: ^обоснованность выбора моделей эксперимента (натурных, виртуальных) для организации проектной деятельности учащихся; 2) сформированность экспериментальных умений у учащихся для осуществления учебно-познавательной деятельности; 3) сформированность профессиональных умений учителя физики для организации экспериментальной деятельности учащихся в работе с аналого-цифровым оборудованием,

Теоретическая значимость исследования состоит:

• В развитии методологических оснований для обучения одному из структурных элементов фундаментальной физической теории -экспериментальному факту, в процессе организации учебно-познавательной деятельности учащихся старших классов на занятии в школе и самостоятельной работе дома по выполнению физического эксперимента (натурного, виртуального).

• В разработке модели методики вариативного изучения учениками старших классов исторических опытов по физике, включающей потребностно-мотивационный, целевой, содержательный и информационно-образовательный компоненты учебно-познавательной деятельности школьников.

• В уточнении понятий «фундаментальный опыт», «основополагающий опыт», «опорный опыт» в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории.

Практическая значимость исследования заключается:

• В разработке программы элективного курса для учащихся старшей профильной школы по предмету «Физика» («Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий») и лабораторного практикума для студентов (будущих учителей физики) по дисциплине «Методика обучения физике в профильных классах» («Исторические опыты в структуре фундаментальной физической теории»).

• В' подготовке методического и учебного материала для проведения учебных занятий по изучению исторических опытов в старших классах разного профиля.

• В подготовке методических рекомендаций для преподавателей педвуза по обучению будущих учителей физики организации в школе физического эксперимента с аналого-цифровым оборудованием.

• В подборе и систематизации самостоятельных индивидуальных и разноуровневых экспериментальных заданий для выполнения их в классе и дома.

Достоверность результатов исследования обеспечена: всесторонним анализом проблемы исследования, применением современной научной методологии исследования; выбором методов исследования, адекватных его предмету; разнообразием методов опытно-экспериментальной работы и корректностью их применения; критической оценкой полученных результатов, их воспроизводимостью на основе сопоставления с результатами, полученными ранее по исследованию данной проблемы; применение методов математической статистики с целью выявления надёжности и достоверности выводов по результатам экспериментального обучения.

процессе обучения физике: «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», (Москва, 2010); «Фундаментальные науки и образование», Бийск, 2010; «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», (Рязань, 2010); «Развивающие технологии в образовании: использование учебных материалов нового поколения в образовательном процессе», (Томск, 2010); «Проблемы и перспективы развития образования в России», (Новосибирск, 2010); «Физика и ее преподавание в школе и в вузе. VIII Емельяновские чтения», (Йошкар-Ола, 2010); «Методология и методика формирования научных понятпй у учащихся школ и студентов педвуза», (Челябинск, 2008, 2009, 2010); «Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения квалификации кадров», (Челябинск, 2010).

Апробация методики вариативного изучения учащимися старшей школы исторических опытов осуществлялась в образовательных учреждениях (лицеях, гимназии, общеобразовательной школе). Общий объём опубликованных работ составил 9,8 п.л.

Положения, выносимые на защиту:

1. Содержательная и процессуальная стороны вариативного обучения учащихся старших классов зависят от профиля школы (класса). Фундаментальные опыты, определяющие базис любой фундаментальной физической теории, должны изучаться в полном объёме в классах любого профиля, поэтому они составляют инвариантную часть образовательной программы. Основополагающие и опорные (в большей степени) опыты могут быть частично включены в инвариантную или вариативную составляющую программы по физике в зависимости от профиля класса.

2. Методика вариативного изучения исторических опытов в структуре и содержании фундаментальной физической теории, включающая целевой, содержательный и процессуальный компоненты учебно-познавательной деятельности учащихся, предполагает реализацию потребностей и мотивов учения школьников в процессе их проектной деятельности по выполнению опытов с аналого-цифровым оборудованием.

3. Вариативность в обучении учащихся старшей профильной школы историческим опытам зависит от:

1) условий её организации, которая определяется: а) статусом исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальных физических теорий; б) классификацией исторических опытов и их систематизацией; в) разнообразием экспериментальных средств и дидактических способов предъявления содержания обучения историческим опытам по физике;

2) дидактических требований к организации и проведению исследовательской деятельности учащихся с натурными объектами и виртуальными моделями, предполагающих: а) обоснованность выбора моделей эксперимента для организации проектной деятельности учащихся; б) сформированность экспериментальных умений у учащихся для осуществления учебно-познавательной деятельности; в) наличие профессиональных умений учителя физики, организаующего

экспериментальную деятельность учащихся в работе с аналого-цифровым оборудованием.

4. Элективный курс, программа которого апробирована в классах разного профиля, позволяет приобщить учащихся к проектной исследовательской деятельности на основе измерительного комплекса Ь-мнкро, осуществить вариативное обучение историческим опытам, составляющим базис фундаментальной физической теории.

5. Методика вариативного обучения историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий, обеспечивается профессиональной компетентностью учителя физики, владеющего современными информационными технологиями, обучать которым целесообразно в вузе студентов старших курсов (будущих учителей) на лабораторном практикуме по методике обучения физике в профильных классах.

6. Изучение исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе разноуровневых индивидуальных заданий способствует глубокому пониманию методологической природы физического знания, развитию исследовательского и деятельностного компонентов в работе с моделями разного вида - материальными и виртуальными, мотивации учения школьников и студентов.

Структура диссертации. Диссертационное исследование общим объёмом 258 страниц, в том числе 222 страницы основного текста, состоит из введения, трёх глав и заключения, библиографического списка (210 наименований), и 18 приложений. Диссертация содержит 31 рисунок, 30 таблиц.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснованы актуальность исследования, его научная новизна, теоретическая и практическая значимость; определены объект, предмет, цель, гипотеза и задачи исследования; сформулированы основные положения, выносимые на защиту, содержатся сведения об апробации и внедрении результатов исследования.

Первая глава «Методологические основания для изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий учащимися старших классов» посвящена методологическому описанию предмета исследования. Обосновывается, что применение метода моделирования в учебном познании исторических опытов в силу сложности этой предметной области знания требует дополнительного использования моделей всех видов. Материальные модели опыта позволяют продемонстрировать с помощью натурного оборудования физические явления, закономерные связи между физическими величинами. Идеальные модели (математические, графические и др.) дают возможность осуществить анализ физических процессов. Виртуальные модели, как один из видов материализованных моделей, исследуются с помощью виртуальных приборов и устройств, функционирующих на основе математических моделей, заложенных в «программу-стимулятор». Наибольшую ценность

представляет комплексное и вариативное применение в учебном процессе по физике моделей разного вида.

Анализ структуры и содержания фундаментальных физических теорий, определяющих базис физической картины мира, позволил осуществить классификацию исторических опытов, внёсших определённый вклад в её становление и развитие (рис. 1). Таким образом, если выбрать фундаментальную физическую теорию в качестве основания для классификации исторических опытов, то их можно поделить на фундаментальные, основополагающие и опорные.

' ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОРИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ . (ПРИЗНАКИ) ИСТОРИЧЕСКИХ

ОПЫТОВ

Рис. 1. Классификация исторических опытов

Фундаментальные опыты - это опыты, вступившие в противоречие с общепринятой на тот момент времени концепцией, подорвавшие фундамент существующих теоретических положений и закономерностей.

Основополагающие опыты подтверждают основополагающие законы и принципы, составляющие ядро новой фундаментальной физической теории.

Опорные опыты иллюстрируют отдельные явления, частные законы, предсказанные этой теорией, получившие широкое применение на практике. Поскольку следствие теории объясняет ранее открытые явления, предсказывает новые, а также характеризует прикладную направленность физической теории, то опорные опыты, имеющие историческую природу, можно разделить на несколько групп: 1) опыты, предшествующие созданию

теории, результаты которых укладывались в рамки существовавших теорий, и не вызвавшие серьёзных противоречий в науке; 2) опыты по открытию новых явлений и закономерностей, которые можно объяснить только на основе положений новой теории; 3) опыты по установлению явлений и закономерностей, предсказанных теорией; 4) опыты, имеющие прикладное значение.

Таблица 1

Исторические опыты в классической механике_

Теоретическое положение | Экспериментальный факт

ОСНОВАНИЕ

Противоречие во взглядах на закономерности движения тел (Аристотель (IV век до н.э.) и Леонардо да Винчи (XV век)) Противоречие во взглядах на устройство Вселенной (Аристотель (IV век до н.э.) и Н. Коперник (1543)) Исследование природы гравитационного взаимодействия Г. Галилей - исследование и формулировка основных кинематически* закономерностей движения тел (1638) Г. Кавендиш - экспериментальная проверка закона всемирного тяготения, измерение гравитационной постоянной(1665 - 1666)

ЯДРО

Принцип относительности Галилея Законы Ньютона (1687) Первый закон Второй закон Третий закон П. Гассенди - экспериментальное доказательство принципа относительности Галилея (1641) Г. Галилей - мысленный опыт (1638) Э. Мариотт - исследование столкновения упругих тел (1669); опыты повторно проведены самим И. Ньютоном (1687) И. Ньютон - опыт с плавающим куском железа и магнитом (1687)

СЛЕДСТВИЕ

Накопившиеся экспериментальные факты, которые объяснялись взглядами античных учёных-философов, нашедшие единообразное объяснение с помощью законов Ньютона Архимед - исследования условий равновесия рычага, закономерностей действия выталкивающей силы (III в. до н.э.) Ж. Буридан, Н. Орем, А, Саксонский - исследования закономерностей движения тел (XIV в.) Г. Гук - установление закона деформации (1660) Г. Гюйгенс - установление закона сохранения импульса (1669), измерение -ускорения свободного падения (1678)

Опыты, иллюстрирующие частные явления и закономерности, объясняемые законами Ньютона, а также получившие широкое применение в технике Г. Кориолис - открытие дополнительного ускорения, возникающего при сложном движении (1829) Л. Фуко - открытие суточного вращения Земли (1851) 10 Майер - открытие закона сохранения энергии и определение механического эквивалента теплоты (1842)

Опыты, по открытию явлений и закономерностей, предсказанных но основе законов классической механики

У.Ж. Леверье - существование! ИГ. Галле - первые наблюдения за планетами (1846) Нептуна и Плутона (1845) |

В главе проанализированы позиции разных исследователей относительно классификации исторических опытов (С.Л. Вольштейна, Г.М. Голина, Н.С. Пурышевой, Н.В. Шароновой, Д.А. Исаева, Е.В. Оспенниковой, Г. Липсона, Д. Тригга, Д. Шодиева), предложена новая

классификация в соответствии с выбранной концепцией, определяющей статус физического эксперимента. В качестве примеоа, иллюстрирующего идеи, лежащие в основе классификации исторических опытов, приведена систематизация физического эксперимента по классической механике, одной из фундаментальных физических теорий, составляющей базис механической картины мира (табл. 1).

В качестве основания для классификации исторических опытов выбраны фундаментальные физические взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое). Силовая или энергетическая характеристики фундаментальных взаимодействий характеризуются константами взаимодействия, в литературе их называют мировыми, фундаментальными (О.П. Спиридонов, К.А. Томилин). Исторические опыты по измерению фундаментальных констант можно отнести к фундаментальным.

Выделим фундаментальные опыты, составляющие базис фундаментальных физических теорий, вступившие в противоречие с идеями и взглядами, общепринятыми ранее:

1) Г. Галилей (1638) - опыты разрешили противоречия во взглядах на устройство Вселенной (Аристотеля - IV век до н.э. и Н. Коперника - XVII век); во взглядах на закономерности движения тел (Аристотеля - IV век до н.э. н Леонардо да Винчи - XV век);

2) О. Штерн ( 1920) - опыты разрешили противоречие между законами классической механики и поведением большого коллектива частиц, которое Д.К. Максвелл описал статистическим законом (1859);

3) Г. Эрстед (1820), М. Фарадей (1831) - опыты разрешили противоречие между теориями дальнодействия и близкодейсгвия (Ш. Кулон,

A. Ампер, Ж. Био, П. Лаплас и М. Фарадей - 60-е гг. XIX в.), позволили установить связи между электрическими и магнитными полями;

4) Дж. Дж. Томсон (1897) - опыты разрешили противоречие во взглядах на природу элементарного заряда: Дж.Дж. Томсон (частица вещества, от которой тянется трубка индукции), Г. Лоренц (модификация в эфире с непрерывно распределённой плотностью заряда); К.В. Рикке и

B. Гизе (ионы, структурные элементы молекул); и ■■ Дж. Стоней, Д.К. Максвелл, Г. Гельмгольц (делимость электричества на элементарные порции) - конец XIX в.;

5) А. Майкельсон и Э. Морли (1887) - опыты разрешили противоречие между законами классической механики и электродинамикой Д.К. Максвелла (вторая половина XIX века); -

6) О.Люммер и Э.Прингсгейм, Г.Рубенс и Ф.Курлбаум (1899 — 1900)- опыты разрешили противоречие между накопленными экспериментальными фактами по исследованию зависимости излучательной способности тел от частоты - вторая половина XIX в.

Фундаментальные опыты, в результате которых впервые были измерены фундаментальные постоянные:

1) Г. Кавендиш (1666) - измерение гравитационной постоянной;

2) Ж. Перрен (1908) - измерение постоянной Больцмана;

i) Р. Милликен (1909) - измерение заряда электрона;

4) О. Рёмер (1676) - измерение скорости света в вакууме;

5) А. Физо (1849) - измерение скорости света в земных условиях;

6) Р. Милликен (1914) - измерение постоянной Планка.

Фундаментальные опыты составляют такую группу

экспериментальных основ физики, которые, в силу их сложности, невозможно воспроизвести в условиях школьного физического кабинета, поэтому эффективным средством для их изучения является виртуальное моделирование. Совокупность моделей в зависимости от профиля класса, интересов учащихся и задач обучения позволяет осуществить вариативный подход в обучении школьников, основу которого составляют принципы дифференциации и индивидуализации.

Вторая глава «Методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий» раскрывает содержание методики реализации вариативного подхода при обучении учащихся старших классов историческим опытам в составе предмета «Физика», а также при обучении студентов педвуза (будущих учителей физики) в составе дисциплины «Методика обучения физике в профильных классах».

Вариативный подход в изучении экспериментального базиса фундаментальных физических теорий заключается в реализации целей обучения, в соответствии с выбором школьником уровня содержания физического образования В; рамках нормативных документов, средств, форм и способов организации его учебно-познавательной деятельности. Содержательная сторона вариативного изучения исторических опытов определяется выделением инвариантной и вариативной частей содержания учебного материала для различных профилей обучения, а также в выборе элективных курсов учащимися старшей профильной школы. Обосновано, что опьггы, выделенные нами как фундаментальные, целесообразно изучать в полном объёме независимо от профиля обучения. Включение в содержание физического образования основополагающих и опорных опытов зависит от профиля обучения учащихся старших классов. Целостную систему исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, можно осуществить в рамках элективного курса «Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий».

Процессуальная сторона вариативного изучения исторических опытов реализуется с помощью разнообразных средств обучения. Вариативность средств изучения исторических опытов позволяет организовать проектную деятельность учащихся профильных классов по их изучению на основе обобщенного плана изучения эксперимента (A.B. Усова и A.A. Бобров, Е.В. Оспенникова), который конкретизирован применительно к предмету нашего исследования. Этот план позволяет ученику моделировать эксперимент, как с натурным, так и с виртуальным оборудованием, как в условиях школьного физического кабинета, так и дома, используя оборудование «домашней лаборатории» и компьютер.

Работа с научно-популярной литературой, учебниками

Создание собственной виртуальной модели по готовой инструкции

_А

Работа с готовой виртуальной моделью

Выполнение опыта с компьютерным оборудованием

Выполнение опыта с традиционным оборудованием

V-

Создание собственной виртуальной модели (для учащихся увлекающихся ^ информатикой) ^

Работа с готовой

виртуальной моделью на диске

-2.

Работа с готовой виртуальной моделью

Самостоятельное конструирование материальной модели

Выполнение опыта с компьютерным оборудованием

Работа в классе

Самостоятельная работа дома

Конспект в тетради

Демонстрация виртуальной модели

Презентация [ Реферат

Компьютерная обработка данных эксперимента

Формы отчётности о проделанной работе

Информационно-образовательные средства обучения

Вариативность познавательной деятельности (операций,действий) учащихся

Щ течение шюричмкич «»ни (Ъвпо фшико '

Индивидуальность познавательной деятельности в достижении цели, задачи

потребности - мотивы

цели - задачи

"V—"—~

Процесс достижения индивидуальной образовательной траектории (действия по достижению цели обучения)

Процесс учебного познания экспериментальных фактов: фундаментальных, основополагающих, опорных (деятельность по достижению потребностей и мотивов)

Процесс достижения способов выполнения операций (задач обучения)

Рис. 2 Модель методики вариативного обучения историческим опытам по физике

Моделирование, как общеучебное умение, включает совокупность действий и операций в соответствии с целями и задачами обучения школьников: анализ объекта, выделение всех его признаков с точки зрения цели моделирования; выбор формы представления модели; представление информации, связанной с выделенными свойствами и выбранным способом формализации объекта; анализ структуры и содержания модели на непротиворечивость; анализ адекватности полученной модели объекту и цели моделирования. По сути своей, выделенная совокупность операций в процессе моделирования опытов может быть представлена в форме ещё одного обобщённого плана.

Вариативность использования виртуального эксперимента определяется также разными программными средствами - как стандартными, так и специализированными. Вариативное обучение предполагает определенную позицию учителя, обеспечивающую школьникам возможности реализации своих потребностей, интересов и предпочтений в процессе выбора типа обучения, вида и формы задания, вида проекта в работе с виртуальной моделью (рис. 2).

В качестве примера приведём фрагмент методики вариативного изучения темы «Распределение молекул идеального газа по скоростям. Опыт Штерна». Вариативность экспериментальных средств для изучения данной темы определяется альтернативным использованием натурного и виртуального экспериментов (табл. 2). Поясним, как можно использовать указанные экспериментальные средства обучения на занятии. Наглядное представление о законе распределения молекул по скоростям дает модельный эксперимент с доской Гальтона (рис. 3); познакомить учащихся с методом обработки результатов и построением аналогичной кривой распределения позволяет механическая модель опыта О. Штерна (рис. 4); организовать самостоятельную работу учащихся в домашних условиях по изучению кривой распределения Максвелла можно, используя опыт с доской Гальтона, изготовленной учащимися самостоятельно, либо виртуальный

опыт с ней (виртуальную модель доски Гальтона школьники также

]

Рис. 3. Модель демонстрацией ного опыта с доской Гальтона (натурный эксперимент)

Рис. 4. Демонстрационная Рис. 5. Модель опыта с доской

(компьютеризированный (виртуальный эксперимент) эксперимент на Ь-микро)

механическая модель опыта Штерна

Гальтона, выполненная учащимися в программе «Живая физика»

Таблица 2

Вариативность учебного эксперимента при изучении темы «Распределение молекул идеального газа по скоростям. Опыт Штерна»

Вид учебного эксперимента Традиционный (натурный) Компьютеризированный (натурный эксперимент с использованием компьютера) Компьютерный (виртуальный)

Демонстрационный эксперимент Демонстрация опыта с доской Гальтона Демонстрация механической модели опыта Штерна (Ь-микро) Демонстрация готовой виртуальной модели опыта

Фронтальные лабораторные работы Опыт с доской Гальтона, сравнение результатов эксперимента с кривой распределения Максвелла Обработка данных демонстрационного эксперимента Изучение готовой виртуальной модели опыта учащимися

Физический практикум Эксперимент по исследованию механической модели опыта Штерна (1,-микро) учащимися Создание и исследование виртуальной модели опыта учащимися

Домашние опыты Самостоятельное изготовление доски Гальтона, проведение опытов Обработка данных эксперимента, построение кривой распределения Исследование поведения созданной модели при различных условиях

Третья глава «Методика проведения и результаты педагогического эксперимента» раскрывает задачи, этапы, критерии и показатели результативности обучения историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий. Задачи опытно-экспериментальной работы состоят в следующем: 1) изучить состояние проблемы профильного физического образования в старшей школе с целью выделения вариативных компонентов обучения учащихся историческим опытам; 2) изучить трудности, возникающие у школьников в понимании роли физического эксперимента в становлении фундаментальной физической теории;

3) оценить возможности вариативного подхода в обучении учащихся старшей профильной школы и студентов педвуза историческим опытам, составляющим базис фундаментальной физической теории;

4) экспериментально доказать справедливость гипотезы исследования.

Описание опытно-экспериментальной работы представлено в таблице (табл. 3). В ходе педагогического эксперимента использовались критерии и показатели отслеживания результативности разработанной методики вариативного обучения историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий: критерий качества усвоения знаний об исторических опытах в процессе согласованного использования натурного и виртуального экспериментов; критерий качества сформированное™ экспериментальных умений; критерий динамики изменения мотивов и познавательного интереса к изучению учащимися исторических опытов. Метод внешней экспертизы при оценке заданий был преимущественным.

Таблица 3

Организация педагогического эксперимента

Вид эксперимента, респонденты Исследуемые группы Мероприятия, в рамках которых осуществлялось исследование

Констатирующий (2006 - 2007 гг.) учитель высшей категории МОУ СОШ №10 Догодина СИ., учитель высшей категории МОУ СОШ №12 Челнокова М.В., автор 83 учащихся 11-х классов МОУ СОШ №10,12, МОУ лицея №31 Контрольный срез на занятиях по физике по проверке качества усвоения структурных компонентов фундаментальных физических теорий, в том числе экспериментальных фактов

58 выпускников школ г. Челябинска и Челябинской области, поступившие на естественно-технологический факультет ЧГПУ Контрольный срез перед изучением курса «Общая и экспериментальная физика», выполненный студентами 1 курса естественно-технологического факультета ЧГПУ по проверке качества усвоения вопросов, связанных с назначением физического эксперимента по всем разделам курса физики

65 студентов вузов России IV и V курсов, участников Всероссийской олимпиады по ТиМОФ Тестирование на проверку понимания роли физического эксперимента в становлении фундаментальной физической теории

73 учителя физики школ Челябинской области Анкетирование до и после проведения семинара «Новые формы школьного физического эксперимента» на базе ЧИППКРО, тестирование на проверку понимания роли физического эксперимента в становлении фундаментальной физической теории

Поисковый (2008 - 2009 гг.) учитель высшей категории МОУ лицея №31 Фокин A.B., автор 22 учащихся 11-х классов МОУ лицея №31 (физико-математический класс) Анкетирование, наблюдение, экспериментальное обучение историческим опытам на основе натурного и виртуального экспериментов, тестирование на занятиях по физике, организация домашней работы учеников по выполнению виртуальных моделей

Обучающий (2008 - 2010 гг.) учитель высшей категории МОУ лицея №31 Фокин A.B., автор 68 студентов V курса -будущие учителя физики Экспериментальное обучение на занятиях лабораторного практикума по курсу «Методика обучения физике в профильных классах»

22 учащихся 11-х классов МОУ лицея №31 (физико-математический класс) Экспериментальное обучение фундаментальным опытам на занятиях по физике

Экспериментальное обучение на занятиях элективного курса «Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий»

56 учащихся 10-х классов МОУ лицея №11 (физико-математический класс)

Контрольный (2010 г.) автор 12 учащихся 10-х классов МОУ СОШ №39 (непрофильный класс) Экспериментальное обучение на занятиях элективного курса «Экспериментальные факта фундаментальных физических теорий»

10 учащихся 10-х классов МОУ СОШ №10 (гуманитарный класс)

В процессе констатирующего эксперимента было установлено, что иания учащихся об одном из структурных компонентов фундаментальной физической теории - экспериментальном факте - не соответствовали требованиям образовательного стандарта и учебным программам. На основе диагностики причин возникающих трудностей у учащихся 10, 11-х классов школ №10, 12, лицея №31, 11 в понимании роли физического эксперимента в становлении фундаментальных физических теорий установлено, что при традиционном подходе к изучению исторических опытов учащиеся лучше усваивают сущность и назначение эксперимента, составляющего ядро (49,5%) и следствие теории (85,0%). Исторические опыты, послужившие базисом для становления новых физических теорий, усвоены учащимися хуже (41,0%).

Анализируя причины полученных результатов, мы пришли к выводу о наличии объективных причин, снижающих качество усвоения исторических опытов. Суть их заключается в том, что многие фундаментальные опыты невозможно воспроизвести в условиях школьного физического кабинета, а другие вариативные методы обучения (например, виртуальные) учителя не используют в полном объёме. Об этом свидетельствуют результаты опроса учителей физики школ г. Челябинска и Челябинской области. При обучении историческим опытам 98,0% опрошенных учителей используют рисунки и плакаты, 58,0% - видеофрагменты, 18,0% - материальные модели опытов, 15,0% - виртуальные модели отлтов. Таким образом, учителя физики не используют в полном объёме современные информационные средства для изучения исторических опытов. Исследования убедили нас в том, что в практике обучения происходит смешение двух понятий: фундаментальные опыты и исторические опыты.

Поиск эффективных методов и средств для изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, осуществлялся в МОУ лицее №31 на занятиях по физике в 11-х классах физико-математического профиля. В ходе поискового экспериментального обучения была выявлена эффективность использования домашних заданий по изучению исторических опытов на основе виртуальных моделей по сравнению с изучением опыта по учебнику или в сети Интернет.

В ходе обучающего эксперимента осуществлялась апробация и проверка гипотезы исследования. Эффективность вариативного обучения студентов физического факультета историческим опытам на лабораторном практикуме по методике обучения физике в профильных классах оказалась очевидной, потому что в экспериментальной группе (в качестве проектного задания конструировали виртуальную модель опыта) все показатели оказались выше, чем в контрольной (в качестве проектного задания выполняли описание опыта по уточнённому обобщённому плану A.B. Усовой и A.A. Боброва). Критерий качества усвоения знаний о содержании исторических опытов отслеживался с помощью коэффициента успешности выполнения заданий. В контрольной группе он составил 0,39, в экспериментальной - 0,65. Коэффициент полноты сформированное™

экспериментальных умений в контрольной и испытуемой группах составил -0,68 и 0,87 соответственно, что также подтверждает эффективность использования заданий на моделирование по сравнению с заданиями по работе с печатными источниками по обобщенному плану. Использование вариативных средств и приёмов обучения повлияло и на динамику мотивов учения (10,0% и 30,0% соответственно), а также на динамику познавательного интереса к изучению исторических опытов (15,0% и 40,0% соответственно).

Проверка влияния использования вариативных экспериментальных средств обучения на уровень сформированное™ знаний об исторических опытах и уровень сформированное™ экспериментальных умений у школьников также подтвердила гипотезу исследования. Для отслеживания критериев эффективности разработанной методики вариативного обучения историческим опытам учащиеся были разделены на контрольную и экспериментальную группы: первым давалось домашнее задание без учёта их личных интересов и предпочтений - изучение исторического опыта в печатных источниках по обобщённому плану, вторым была предоставлена свобода в выборе домашнего задания - изучение исторического опыта в печатных источниках по обобщённому плану или конструирование виртуальной модели опыта либо самостоятельно, либо по заданным методическим рекомендациям. Оценка качества знаний учащихся осуществлялась с помощью разноуровневых контрольных заданий, в которые были включены вопросы о роли и содержании исторических опытов, составляющих . базис фундаментальных физических теорий. Для • оценки качества сформированное™ экспериментальных умений (выделенных A.B. Усовой и A.A. Бобровым) проводилось систематаческое наблюдение за деятельностью учащихся по выполнению экспериментальных заданий. Проведённые исследования показали, что учащиеся экспериментальной группы справились с заданиями более успешно, чем учащиеся контрольной группы (рис. 6). Результаты обучающего эксперимента убедили нас также и в том, что у учащихся испытуемой группы экспериментальные умения сформированы на более высоком уровне, чем у учащихся контрольной группы (рис. 7).

0.90

S 0.80

11 о.™

а | о.бо ■

g S 0.50

и § 0.40

5 | 0,30 ■

| | 0,20

•§• 5 о.ю

t» 0.00

■(«года

■к

•э

уровни шлнпй

60.0

50.0 40.0

30.« 2(1.0 10,0 0.0

^2.0 49.0

'9,0

| 29.0

! : ■ 19'J

н ¡2.0 £

I II Г in 1

уровни экспериментальных умений

Рис. 6, Данные об успешности выполнения разноуровневых заданий учащимися, посещавшими элективный курс (обучающий эксперимент)

Рис. 7. Данные об уровнях сформированное™ экспериментальных умений у учащихся, посещавших элективный курс (обучающий эксперимент)

I 2 3 ■> 5 6 ? ■ на первом -шито! йня последнем занжг/с|

Рис. 8. Данные об изменении мотивации учения школьников в процессе выполнения исторических опытов на занятиях элективного курса (Виды мотивов: ! - долга и ответственности, 2 - самоопределения и самосовершенствования, 3 - благополучия, 4 -престижа, 5 - избегания неприятностей, 6 - мотивы содержания учения, 7 - социальные мотивы, заложенные в учебной деятельности)

Контрольный эксперимент проходил с учащимися непрофильного класса (МОУ СОШ №39 г. Челябинска) и учащимися гуманитарного профиля (МОУ гимназия №10 г. Челябинска), занимавшимися на элективном курсе, программа которого была скорректирована применительно к классам, учащиеся которых изучали физику в течение двух часов в неделю. Для большей надёжности результатов эксперимента был использован перекрёстный метод, позволяющий исключить влияние побочных факторов на результаты эксперимента. В экспериментальных группах качество выполнения заданий учащимися оказалось выше (4,4; 4,3), чем в контрольных (3,8; 4,0). Таким образом, классификация и систематизация исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории способствуют успешному осмыслению школьниками учебного материала на специально организованных занятиях элективного курса, посвященного изучению исторических опытов, - базовой составляющей фундаментальных физических теорий.

В заключении излагаются основные результаты и приводятся общие выводы исследования.

В приложении приведены дополнительные материалы, не вошедшие в основную часть диссертации.

Основные результаты и выводы исследования

1. Теоретически и экспериментально обосновано наличие проблемы, связанной с включением в образовательный процесс старшей профильной школы вариативных экспериментальных средств обучения историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий.

2. Обосновано, что успешно изучать содержание исторических опытов в структуре фундаментальных физических теорий возможно на основе таких средств учебного познания, как натурный и виртуальный эксперименты.

3. Сформулированы дидактические требования к организации и проведению исследовательской деятельности учащихся с натурными объектами и виртуальными моделями, предполагающие: а) обоснованность выбора моделей эксперимента (натурных, виртуальных) для организации

проектной деятельности учащихся; б) сформированность'экспериментальных умений у учащихся для осуществления учебно-познавательной деятельности; в) сформированность профессиональных умений учителя физики для организации экспериментальной деятельности учащихся в работе с аналого-цифровым оборудованием.

4. Определены условия вариативного изучения исторических опытов учащихся профильных классов, предполагающие: а) определение статуса исторических опытов в структуре фундаментальной физической теории; б) систематизацию исторических опытов в соответствии с их классификацией; в) использование совокупности разнообразных экспериментальных средств и дидактических способов предъявления содержания обучения историческим опытам по физике.

5. Методика обучения учащихся старших классов историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий, включает целевой, содержательный и процессуальный компоненты учебно-познавательной деятельности школьников. Психолого-дидактическая и методическая сущность этих компонентов раскрыта на основе модели вариативного обучения физическим опытам. Психологический аспект этой деятельности предполагает реализацию потребностей и мотивов учения в соответствии с целями достижения каждым индивидуальной образовательной траектории в процессе выполнения задач вариативного обучения. Содержательный компонент экспериментальной деятельности обусловлен структурой. и ¿.содержанием фундаментальных физических теорий, а процессуальный информационно-познавательными средствами, используемыми учащимися в классе и дома при выполнении опытов с аналого-цифровым оборудованием.

6. В результате проведения педагогического эксперимента подтверждена гипотеза исследования и доказана педагогическая целесообразность разработанной методики обучения учащихся старшей профильной школы историческим опытам, составляющим базис фундаментальной физической теории, на основе вариативных методов исследования. Экспериментальные умения, а также понимание роли важнейших исторических опытов в становлении фундаментальных физических теорий, позволили повысить эффективность обучения физике в старшей профильной школе.

В данной исследовательской работе осуществлено решение ряда задач, направленных на повышение качества учебно-познавательной деятельности учащихся старших классов при изучении исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, в условиях вариативного обучения. Диссертационное исследование имеет перспективное направление - оно связано с разработкой способов формирования экспериментальных умений у студентов педвуза (будущих учителей физики) в вариативном использовании аналого-цифровых средств обучения на всех этапах изучения физики: от пропедевтического курса до курса общей и экспериментальной физики.

Публикации по теме исследования

Работы, опубликованные в рецензируемых научных изданиях, определённых ВАК МОиН Р Ф

1. Никитин, Г.Р. Вариативное изучение фундаментальных физических опытов на основе материальных и виртуальных моделей [Текст] / Г.Р. Никитин // Вестник Челябинского государственного педагогического университета, 2010. - №7. - С. 213 - 219.

2. Никитин, Г.Р. Фундаментальные постоянные в науке [Текст] /И.С. Карасова, Г.Р. Никитин // Физика в школе, 2010. - №7. - С. 50 (70% личного участия).

Учебное пособие

3. И.С. Карасова, Никитин, Г.Р. Исторические опыты в структуре фундаментальных физических теорий: учебное пособие для лабораторного практикума по курсу «Методика обучения физике в профильных классах» / И.С. Карасова, Г.Р. Никитин. — Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2010. — 189 с. (50% личного участия).

Научные статьи и материалы конференций

4. Никитин, Г.Р. Систематизация исторических опытов / Г.Р. Никитин // Научная перспектива, 2010. - №7. - С. 77 - 79.

5. Никитин, Г.Р. Использование моделей при изучении физики / Г.Р. Никитин, Т.В. Никитина //Актуальные проблемы развития среднего и высшего образования: IX Межвузовский сборник научных трудов / под ред. А.В. Усовой, O.P. Шефер. - Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2009. - С. 82 - 84 (50% личного участия).

6. Никитин, Г.Р. Обобщённый план изучения фундаментальных опытов по физике / Г.Р. Никитин // Актуальные проблемы развития среднего и высшего образования: VI Межвузовский сборник научных трудов / под ред. М.Д. Даммер, O.P. Шефер. Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2010. - С. 59-65.

7. Никитин, Г.Р. Использование возможностей компьютера для формирования физических понятий у учащихся школ / Г.Р. Никитин // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: материалы XV Междунар. науч. - практ. конф., 12-13 мая, 2008 г. Челябинск. - Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2008. -С. 253 - 255.

8. Никитин, Г.Р. Формирование физических понятий на основе виртуальных моделей / Г.Р. Никигин, Т.В. Никитина // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: материалы XVI Междунар. конф., 12-13 мая, 2009 г. Челябинск. -Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2009. - 4.1. - С. 262 - 265 (50% личного участия).

9. Никитин, Г.Р. Изучение фундаментальных физических опытов учащимися средней школы / Г.Р. Никитин // Материалы конференции по

итогам научно-исследовательских работ преподавателей, научных сотрудников, аспирантов и соискат :лей Челябинского государственного педагогического университета за 2008 год / науч. ред. В.В. Базелюк. -Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2009. - С. 168 - 171.

10. Никитин, Г.Р. Моделирование опытов Г. Галилея на оборудовании L-микро / Г.Р. Никитин // Фундаментальные науки и образование: материалы Ш всероссийской научно-практической конференции (Бийск, 31 января - 3 февраля 2010 г.) / Бийский пед. гос. ун-т им. В.М. Шукшина. - Бийск: БГПУ им. В.М. Шукшина, 2010 г. - С. 377 - 382.

П.Никитин, Г.Р. Изучение исторических опытов по физике в лабораторном практикуме на оборудовании L-микро / И.С. Карасова, Г.Р. Никитин // Физическое образование: проблемы и перспективы развития: материалы 9-й Междунар. науч.-метод. конф., 1 - 4 марта 2010 года / МПГУ; РГУ им. С.А. Есенина. - М., Рязань, 2010. - 4.1. - С. 224 - 227 (50% личного участия).

12. Никитин, Г.Р. Методика проведения виртуальной лабораторной работы «Моделирование опыта Р. Милликена по определению заряда электрона» [Текст] / Г.Р. Никитин // Развивающие технологии в образовании: использование учебных материалов нового поколения в образовательном процессе: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции («ИТО-Томск- 2010»). -Томск, 2010. -С.191,-193.

13. Никитин, Г.Р. Методологический анализ понятия «фундаментальный опьгг» в курсе, физики средней школы / Г.Р. Никитин //Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: материалы XVII Междунар. конф., 17 - 18 мая, 2010 г. Челябинск. -Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2010. - 4.1. - С. 76 - 80.

14. Никитин,. Г.Р. Вариативность экспериментальных средств формирования понятия «распределение молекул по скоростям» / Г.Р. Никитин // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: материалы XVII Междунар. конф., 17-18 мая, 2010 г. Челябинск. - Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2010. -4.2.-С. 81-86.

15. Никитин, Г.Р. Проблема формирования методологических знаний и умений по физике у учащихся старшей профильной школы / Г.Р. Никитин // Проблемы и перспективы развития образования в России: сборник материалов II Международной научно-практической конференции / под общ. редакцией С.С. Чернова. - Новосибирск: Издательство «СИБПРИНТ», 2010. -С. 102-107.

16. Никитин, Г.Р. Проектная деятельность учащихся при изучении исторических опытов / Г.Р. Никитин // Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения квалификации кадров: материалы XI Всероссийской научно-практической конференции: в 5 ч. 4.5 / Академия пов. квал. и проф. препод, работ образ.; отв. ред. Д.Ф. Ильясов. -М.: Челябинск: изд-во «Образование», 2010. -С. 213 -217.

17. Никитин, Г.Р. Изучение исторических опытов по физике учащимися старшей профильной ш.олы на основе метода научного познания / Г.Р. Никитин // Физика и ее преподавание в школе и в вузе. VIH Емельяновские чтения: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. М.: Йошкар-Ола: Map. гос. ун-т; 2010. - С. 148 - 152.

Подписано а печать18 октября 2010. Формат 60x84 1/16 Бумага для множ. аппаратов. Гарнитура «Times». Печать - ризограф. Усл. печ. л. 1,9. Тираж 100 экз. Заказ Оригинал-макет изготовлен и отпечатан в отделе множительной техники Челябинского государственного педагогического университета 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 69

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Никитин, Григорий Романович, 2010 год

Введение.

Глава 1. Методологические основания для изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий учащимися старших классов

1.1 Моделирование как метод учебного познания фундаментальных физических теорий.

1.2 Классификация физических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

1.3 Вариативность в обучении учащихся средней школы методам экспериментального физического исследования.

Выводы по главе 1.

Глава II. Методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий

2.1 Вариативный подход в изучении экспериментального базиса фундаментальных физических теорий.

2.2 Методы, формы и средства изучения фундаментальных физических опытов учащимися старших классов в условиях вариативного подхода.

2.3 Экспериментальная подготовка будущих учителей физики к работе в школе с современным оборудованием.

Выводы по главе 2.

Глава III. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента

3.1 Организация педагогического эксперимента: задачи, структура, критерии и показатели.

3.2 Педагогический эксперимент и его результаты.

3.2.1 Констатирующий эксперимент.

3.2.2 Поисковый эксперимент.

3.2.3 Обучающий и контрольный эксперименты.

Выводы по главе 3.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов"

Одна из современных задач модернизации физического образования связана с индивидуализацией и дифференциацией процесса обучения на основе идей генерализации и вариативности, персонализации, информатизации. Осуществить эти идеи можно в условиях обновлённых целей, содержания и технологий обучения физике. Учитель, реализующий их, должен владеть приёмами и способами« обучения, понимать закономерности образовательного процесса, уметь соединять традиционное с инновационным, алгоритмические предписания с творческими методами и средствами обучения, иными словами - быть компетентным специалистом.

Успешно решать задачи модернизации физического образования может лишь учитель, владеющий методами учебного познания, в том числе экспериментальными. Формирование экспериментальных знаний и умений у учащихся средней школы осуществляется в процессе обучения- физике в двух основных направлениях: организация и проведение учебного эксперимента; ознакомление с историческими опытами, сыгравшими значительную роль, как в развитии физической науки, так и в становлении фундаментальных физических теорий.

Историческими можно назвать научные эксперименты, зафиксированные в истории науки, среди них особое место занимают фундаментальные опыты. Л.И. Резников, выделив фундаментальные опыты, впервые разработал методические основы, их изучения в школьном курсе физики. В дальнейшем эти- идеи? получили развитие в работах других исследователей (C.JI. Волыдтейна, Г.М. Ролина, В.М. Дукова, О.Ф. Кабардина, С.Е. Каменецкого, И.С. Карасовой, В.В. Лаптева, В.В. Майера, Е.С. Объедкова, Е.В: Оспенниковой, A.A. Покровского, Н.С. Пурышевой, Д.А. Исаева, Н.В. Шароновой, В.Ф. Синенко, A.A. Смирнова, Л.М. Свирской, Б.И. Спасского, М.И. Старовикова, A.B. Усовой и A.A. Боброва, Н.П. Форостянной, М.А. Червонного,

Т.Н. Шамало, Д. Шодиева и др.). В работах вышеназванных исследователей можно встретить термины, определяющие характер эксперимента: «фундаментальный», «исторический», «решающий», «ключевой», «классический», «великий», «основополагающий». Изученная литература позволяет заключить, что в настоящее время остаётся1 нерешённым вопрос о статусе физических опытов, поскольку не определены критерии для их классификации. Не все рассматриваемые в школе исторические опыты являются одинаково значимыми, среди них особое место занимают фундаментальные, потому что именно на их основе формируется представление о роли физического эксперимента в становлении современных идей и теорий.

В структуре и содержании' фундаментальной физической теории исторические опыты выполняют разные функции. Они требуют разнообразных средств для демонстрации, поэтому их изучение требует вариативного подхода'. Проблеме вариативного, обучения посвящены исследования психологов • (А.Г. Асмолова, В.В.Давыдова, А.А.Леонтьева и др.); педагогов (А.И: Маркушевича, Ю.Н. Кулюткина, В.М: Монахова, В:В. Фирсова, A.M. Кондакова, В.А. Левина, Ю.В. Громыко, Е.В: Клеймёновой и др.); дидактов (И.Л. Беленок, А.П. Усольцева, Г.Г. Гранатова, М.Д. Даммер, Ю.И. Дика, A.B. Хуторского, Ю.П. Дубенского и И.П. Попович, В.И: Земцовой, Б.М-. Игошева, А.Н. Мансурова, А.Е. Марона, A.B. Петрова, ВТ. Разумовского, Н:Н. Тулькибаевой, A.B. Усовой, A.A. Шаповалова и др.):

Признаками вариативного обучения^ являются- наличие одинаково привлекательных и доступных- для учащихся вариантов реализации программы, заданий; возможности выбора школьниками одного из вариантов, соответствующего их возможностям, интересам, предпочтениям; быстрое и гибкое реагирование на изменения в выборе цели и задач обучения: Ведущим методом при изучении исторических опытов является экспериментальный (Л.И. Резников, О.Ф. Кабардин), от планирования различных видов эксперимента, средств для его постановки, способов реализации вариативного подхода для демонстрации исторических опытов зависит успешность использования данного метода в обучении физике.

В настоящее время проблеме использования всех видов физического эксперимента уделяется достаточное внимание, потому что её решение связано с повышением качества обучения физике. Основные направления совершенствования школьного физического эксперимента во многом зависят от использования компьютера в обучении. Современными видами учебного эксперимента являются виртуальный, в котором компьютер является виртуальной средой для моделирования, и компьютеризированный, в котором компьютер выступает частью реальной экспериментальной установки. Использование этих видов эксперимента в обучении физике имеет как положительные, так и отрицательные стороны, поэтому традиционный эксперимент, в котором компьютер не используется, остаётся основным в обучении физике. Поскольку компьютеризированный и традиционный эксперименты проводятся на реальном оборудовании, их можно отнести в одну группу натурного эксперимента, который является альтернативным виртуальному. Решить актуальную проблему повышения качества знаний школьников по физике можно в обоснованном сочетании различных видов физического эксперимента. В известных нам работах не рассматривается методика обучения учащихся старшей профильной школы моделированию исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий в условиях вариативного использования натурного (традиционного, компьютеризированного) и виртуального экспериментов, поэтому эта проблема требует дополнительного исследования и решения.

Изложенное позволяет выявить противоречия в теории и практике вариативного обучения учащихся старшей профильной школы историческим опытам, составляющим базис фундаментальных физических теорий. Эти противоречия проявляются: на социально-педагогическом уровне: между социальной потребностью, связанной с использованием альтернативных средств обучения и недостаточной разработкой путей и средств комплексного использования материальных и виртуальных моделей; на общенаучном уровне: между необходимостью использования методологических знаний об исторических опытах, внёсших определённый вклад в развитие и становление теоретических знаний, и недостаточностью дидактического обоснования роли опыта в построении фундаментальной физической теории; на методическом уровне: между необходимостью включения в образовательный процесс по физике современной вычислительной техники, готовностью учащихся старшей школы к использованию новых информационных технологий как средства учебного познания и недостаточной подготовкой учителя физики к их эффективному применению; между необходимостью вариативного использования натурного (традиционного и компьютеризированного) и виртуального экспериментов в процессе изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, и недостаточным обеспечением технологическими способами их взаимосвязанного применения.

Объект исследования: процесс обучения физике учащихся старших классов.

• осуществить моделирование физических опытов, раскрывающих суть явлений и закономерностей, на основе проектной деятельности учащихся в процессе использования альтернативных экспериментальных средств обучения (натурных, виртуальных), способствующих развитию исследовательских умений, мотивации учения школьников;

• осуществить целенаправленную подготовку студентов (будущих учителей) вариативному использованию взаимодополняющих экспериментальных средств и методов обучения историческим опытам.

Задачи-исследования:

2. Определить условия и требования вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

3. Разработать методику изучения учащимися» старшей профильной школы физических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, на основе использования современного оборудования Ь-микро.

4. Определить структуру и содержание проектной деятельности учащихся в работе с материальными и виртуальными моделями в классе и дома!.

5. Разработать программу элективного - курса для учащихся старшей профильной школы «Экспериментальные факты- фундаментальных физических теорий» на основе вариативных экспериментальных средств обучения (натурных, виртуальных).

6. Разработать программу и содержание лабораторного практикума для студентов V курса по дисциплине «Методика обучения физике в профильных классах», обеспечивающего профессиональную подготовку будущих учителей физики к* деятельности по вариативному использованию взаимодополняющих экспериментальных средств и методов обучения учащихся старших классов.

7. Провести педагогический эксперимент, в ходе которого проверить гипотезу исследования.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: методология научного познания, теоретико-методологические основы формирования фундаментальных физических теорий, теория формирования обобщённых умений и навыков, моделирование как метод научного познания,, информационно-коммуникационные технологии обучения, вариативный подход в использовании экспериментальных методов научного познания,, концепция дифференциации и индивидуализации обучения, концепция конструирования и проектирования образовательного процесса, основы методики и техники школьного физического эксперимента, современные концепции развития самостоятельности личности в учении.

Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы научного исследования: 1) теоретический анализ научных трудов в области общей и предметной педагогики, методики обучения физике, психологии, философии,, инновационных методов обучения; 2) анализ нормативных документов для разных образовательных уровней обучения учащихся и содержания физического образования в виде ГОСов, различных программ курсов, в том числе элективных, а также способов организации процесса обучения физике учащихся старших классов;

3) количественное, описание процессов, механизмов использования моделей;

4) педагогический эксперимент (наблюдение, анкетирование, беседа, метод экспертных оценок,: контрольные срезы знаний учащихся, тестирование, контроль остаточных знаний); 5) методы математической статистики для обработки результатов эксперимента.

Научная новизна исследования:

1. Осуществлена классификация исторических опытов с целью включения их в инвариантную и вариативную части учебных программ для классов разного профиля по двум . основаниям. В" соответствии с предложенной классификацией . выделены: фундаментальные, основополагающие и опорные опыты, ' определяющие . базис фундаментальных физических теорий; совокупность фундаментальных •опытов, позволивших определить константы фундаментальных взаимодействий. 2. Разработана методика вариативного изучения учащимися старших классов исторических опытов в соответствии со структурой и содержанием фундаментальной физической теории, отражающая целевой, содержательный и процессуальный компоненты познавательной деятельности школьников. Целевой компонент определяется потребностями общества, учащегося, его мотивами и интересами; содержательный — экспериментальными фактами, входящими в основание, ядро и следствие теории; процессуальный -технологическим инструментарием, включающим взаимодополняющие экспериментальные средства (натурные, виртуальные).

4. Определены дидактические требования к организации и проведению исследовательской деятельности учащихся с натурными объектами (на оборудовании Ь-микро) и виртуальными моделями в процессе изучения исторических опытов, к ним отнесены: 1) обоснованность выбора моделей эксперимента (натурных, виртуальных) для организации проектной деятельности учащихся; 2) сформированность экспериментальных умений у учащихся для осуществления учебно-познавательной деятельности; 3) сформированность профессиональных умений учителя физики для организации экспериментальной деятельности учащихся в работе с аналого-цифровым оборудованием.

Теоретическая значимость исследования состоит:

Практическая значимость исследования заключается:

• В разработке программы элективного курса для учащихся старшей профильной школы по предмету «Физика» («Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий») и лабораторного практикума для студентов (будущих учителей физики) по дисциплине «Методика обучения физике в профильных классах» («Исторические опыты в структуре > фундаментальной физической теории»),

• В подготовке методического и учебного материала для проведения учебных занятий по изучению исторических опытов в старших классах разного профиля.

Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных семинарах и конференциях, посвящённых актуальным проблемам активизации учебно-познавательной деятельности учащихся в процессе обучения физике: «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», (Москва, 2010); «Фундаментальные науки и образование», Бийск, 2010; «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», (Рязань, 2010); «Развивающие технологии в образовании: использование учебных материалов нового поколения в образовательном процессе», (Томск, 2010); «Проблемы и перспективы развития образования в России», (Новосибирск, 2010); «Физика и ее преподавание в школе и в вузе. VIII Емельяновские чтения», (Йошкар-Ола, 2010); «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов педвуза», (Челябинск, 2008, 2009, 2010); «Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения квалификации кадров», (Челябинск, 2010).

Положения, выносимые на защиту:

3. Вариативность в обучении учащихся старшей профильной школы историческим опытам зависит от:

4. Элективный курс, программа которого апробирована в классах разного профиля, позволяет приобщить учащихся к проектной исследовательской деятельности на основе измерительного комплекса Ь-микро, осуществить вариативное обучение историческим опытам, составляющим базис фундаментальной физической теории.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выводы по главе 1

1. Любое познание, в том числе учебное, невозможно без построения и исследования моделей. Модель — это мысленно представляемая и материально реализуемая система, которая отображает или воспроизводит объект исследования, замещая его, позволяя исследователю получить о нём новую информацию. Особое место среди моделей занимают учебные, работая с ними, учащиеся получают новые знания, которыми они не владели раньше, хотя в науке эти знания не являются новыми.

2. Все учебные модели классифицируют на три группы: 1) материальные; 2) идеальные; 3) материализованные. В процессе обучения физике, в частности историческим опытам, используются модели всех видов (групп). Материальные модели опыта (аналогии и физически подобные) позволяют продемонстрировать с помощью натурного оборудования физические явления, закономерные связи между физическими величинами. На основе идеальных моделей (математических, графических и др.) можно анализировать физические процессы. Виртуальные модели, как один из видов материализованных моделей, изучаются с помощью виртуальных приборов и устройств, функционирующих на основе математических моделей, заложенных в программу-симулятор. Наибольшую ценность для обучения физике в старшей профильной школе представляет комплексное применение моделей разного вида, взаимосвязное их использование служит одним из методологических оснований для изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

3. Анализ позиций разных исследователей относительно классификации исторических опытов (Г.М. Голина, Н.С. Пурышевой, Н.В. Шароновой, Д.А. Исаева, Г. Липсона, Д. Тригга, С.Л. Вольштейна, Д. Шодиева) позволил осуществить их классификацию и определить статус исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий.

4. Все исторические опыты, составляющие базис основания фундаментальных физических теорий, имеют статус фундаментальных. Опыты, составляющие ядро теории, можно назвать основополагающими. Опорные опыты, определяющие базис следствия фундаментальных физических теорий, наиболее многочисленны, они иллюстрируют частные явления законы, новые факты. Классификация исторических опытов (фундаментальные, основополагающие, опорные) послужила методологическим основанием для систематизации физического эксперимента в соответствии со структурой и содержанием фундаментальных физических теорий.

5. Фундаментальные опыты, вступившие в противоречие с общепринятой на тот момент времени концепцией, подорвавшей фундамент существующих теоретических положений и закономерностей, играют важную роль не только в становлении фундаментальных физических теорий, но и в развитии физической картины мира. Основополагающие опыты, позволившие установить закономерные связи между величинами, входящие в математические уравнения, составляют базис ядра теории. Опорные опыты, иллюстрирующие отдельные явления, частные законы, предсказанные этой теорией, имеют широкое применение на практике. Поскольку следствие теории объясняет ранее открытые явления, предсказывает новые, а также характеризует прикладную направленность физической теории, то опорные опыты, имевшие историческую природу можно разделить на несколько групп: 1) опыты, предшествующие созданию теории, результаты которых укладывались в рамки существовавших теорий и не вызывали серьёзных противоречий в науке; 2) опыты по открытию новых явлений и закономерностей, которые можно объяснить только на основе положений новой теории; 3) опыты по установлению явлений и закономерностей, предсказанных теорией; 4) опыты, имеющие прикладное значение.

6. Силовая или энергетическая характеристики фундаментальных взаимодействий характеризуются постоянными величинами (константами), в литературе их называют мировыми, фундаментальными. Исторические опыты по определению их численного значения имеют статус фундаментальных экспериментов.

7. Фундаментальные опыты, вступившие в противоречие с существующими взглядами, а также опыты, давшие информацию о наиболее общих свойствах материи, выделенные в отдельную группу экспериментальных основ физики, требуют особого подхода к их изучению — вариативного, потому что многие из них невозможно продемонстрировать в школьном кабинете физики на натурном оборудовании, поэтому необходимо использовать другие средства (модели) для их изучения.

8. Эксперимент как один из видов познавательной деятельности учащихся входит в школьную программу в разных формах: демонстрационные, лабораторные, фронтальные, домашние опыты, физический практикум. Каждый вид эксперимента можно реализовать на традиционном оборудовании (традиционный эксперимент), на аналого-цифровом измерительном оборудовании (компьютеризированный эксперимент), в виртуальной среде компьютера (виртуальный эксперимент). Разнообразие форм школьного физического эксперимента позволяет реализовать вариативный подход при изучении учащимися исторических опытов. Для обучения учащихся историческим опытам целесообразно использовать в совокупности натурный (традиционный, компьютеризированный) и виртуальный эксперимент.

9. Методологическим основанием для изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий служит вариативность, как качество образовательной системы, характеризующее её способность создавать и предоставлять учащимся варианты условий и средств для её реализации в соответствии с познавательными возможностями учебных программ, статусом исторического опыта, материальным оснащением кабинета физики, способностями и интересами учеников.

10. Содержательная сторона вариативного подхода при изучении исторических опытов учащимися старших классов заключается в том, что фундаментальные опыты необходимо изучать в полном объёме в классах профильных и непрофильных, а основополагающие и опорные - в зависимости от профиля обучения.

11. Процессуальная сторона вариативного обучения (методы, формы и средства) проявляется в разнообразии познавательной деятельности учащихся, позволяющей учителю учитывать интересы и склонности учеников, создавать для них индивидуальные образовательные траектории.

2.1 Вариативный подход в изучении экспериментального базиса фундаментальных физических теорий

Вариативное обучение предполагает определенную позицию учителя, обеспечивающую школьникам возможности реализации своих потребностей, интересов и предпочтений в процессе их обучения, выборе типа обучения, вида и формы задания, проектов и др. Вариативность также тесно связана и с технологией проведения урока, предполагающей разнообразие видов работ, форм организации учащихся, гибкость и оперативность учителя в нестандартных ситуациях [36].

Под вариативным подходом изучения экспериментального базиса фундаментальных физических теорий будем понимать взаимодействие учителя и учеников по реализации целей обучения, осуществляемых в условиях выбора учащимися уровня содержания в рамках нормативных документов, средств, форм и способов организации деятельности. В нашем исследовании мы придерживаемся точки зрения Е.В. Клеймёновой [85] о том, что инвариантом в вариативном обучении выступает содержание обучения в рамках государственных стандартов, а вариативная составляющая представляет собой возможность углубления содержания образования по различным темам на основе выбора учениками форм методов и средств обучения.

На основе анализа содержания исторических опытов по физике исследователи выделяют три аспекта в обучении этим опытам в учебном процессе средней школы [171, 228]:

1. Методологический, направленный на формирование у учащихся методологических знаний об основных закономерностях развития физической науки и методах научного познания, природы;

2. Культурологический, направленный на развитие общей культуры учащихся;

3. Нравственно-ценностный, связанный с формированием социально ценностных ориентаций и нравственных убеждений учащихся.

Классификация опытных фактов позволяет реализовать все названные подходы при изучении физики, основным из них является методологический, потому что: он связан с организацией познавательной деятельности учащихся [136].

Эта классификация необходима для раскрытия учащимся сущности метода научного познания, которое развивается циклично (факты модель —» следствия—» эксперимент) [166,167]. Поиск средств для включения метода научного: познания- в содержание образования- с целью развития познавательных и творческих способностешшкольников в процессе обучения является, важнейшей; международной тенденцией, которая отмечается в документах по модернизации физического школьного образования? [175]. Это означает постановку системы- обучения физике на надежную: методологическую основу, при которой в наибольшей степени оказалась бы реализованной наиболее важная задача научного >образования -сочетание необходимого минимума фундаментальных знаний с новой интенсивной технологией исследований. .

Классификация исторических опытов , (гл.1, §1.2) отражает систему методологических знаний и умений, включающую направления, вокруг которых обобщается весь учебный материал курса физики старшей профильной; школы: 1) научный эксперимент и- методы экспериментального познания; 2) физическая теория и методы теоретического познания; 3) стержневые методологические идеи физики; 4) основные закономерности развития физики [37] .

С точки зрения основных задач совершенствования обучения методологические знания и умения должны [37]:

• служить сознательному усвоению физических знаний, углубленному пониманию сути изучаемых явлений и закономерностей;

• способствовать выработке правильного, научного мировоззрения;

• раскрывать характер и диалектику научного познания, вооружать учащихся общенаучными методами познания;

• способствовать преодолению узкопрактического понимания физики как науки, показывая последнюю как один из аспектов общечеловеческой культуры и основу современной техники;

• содействовать развитию любознательности, интереса к овладению знаниями, творческих способностей и физического мышления, интеллектуальных умений.

Содержательная вариативность требует выделения инвариантной и вариативной частей для изучения учебного материала. При этом необходимо учитывать следующие требования к отбору исторического материала: 1) исторический материал должен быть органически связан с учебной программой; 2) история физики должна быть представлена в курсе физики основными, главными вопросами, а не второстепенными; 3) по содержанию исторические сведения должны соответствовать решению учебных и воспитательных задач [37, 215].

Предложенная классификация исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий (гл.1, § 1.2), на фундаментальные, основополагающие и опорные, методологический анализ их структуры и содержания, роли в «становлении» основания, ядра и следствия фундаментальной физической теории позволили выделить экспериментальные факты и осуществить их классификацию (табл. 11, 12, 13). Выделим в отдельные таблицы фундаментальные и основополагающие опыты (табл. 11, 12, 13).

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Никитин, Григорий Романович, Челябинск

1. Интуитивно понятный интерфейс программы реализующей модель; унификация визуального представления основных и дополнительных элементов управления и др. 143.

2. Рис 14. Виртуальная модель опыта М. Фарадея, выполненная в Macromedia Flash (работа студ. ЧГПУ Е. Игнатовской, выпуск 2010)с*Закон взаимодействия , точечных зарядов

3. Параметры Знаки эаряцое шаров1. Р»сто*«е мент мара»-ч1. Г 1 Кл Г ЗКяа бкл1. CWCipoc ■

4. Рис 15. Модель опыта Ш. Кулона выполненная в Delphi (работа студ. ЧГПУ

5. Запустите программу «Живая физика»: InterPh/Живая физика.ехе.

6. Запустите модель (кнопка «Старт»),

7. Творческое задание: Добавьте на рабочее поле ещё один маятник и проведитеисторический опыт Г. Галилея, доказавший, что период колебания маятника независит от массы.

8. Живая Физика {ИИсгасНу« РИу^сз) ! маятник.¡р. ■■ ■ ,. хфайл Рвдсгор Среда £тол Обье«1Ы Илвроиия Сценарий Окно Спража ^ДЫ

9. О а? Н X Ча ® # ? ИА^ЭЙ ■ 1 ► стопи серое

10. О о' а. О □ Д ?ЯД: /. .-! м1. ШЁ 2 ЯП1 СЮ)"

13. ТТЛ ш*.м даш.-.- 1| 1 ,, 1<ШЙ«> 1 Л1. ЯНН А

14. Рис. 16. Виртуальная модель опыта Г. Галилея, созданная в программе1. Живая физика»

15. На основании созданной виртуальной модели в дальнейшем можно создавать модели других опытов, например, рассмотрим следующие варианты творческих заданий:

16. Творческое задание №1. Преобразуйте созданную модель опыта Г.Галилея в модель опыта Э. Мариотта, повторённого И.Ньютоном (рис. 17), по исследованию упругого столкновения маятников одинаковой и различной массы;1. А В

17. Систематизация исторических опытов, составляющих базис основания, ядра и следствия фундаментальных физических теорий, позволила создать целостную систему физического эксперимента для его изучения на базовом, профильном и элективном уровнях обучения.

18. Проектная деятельность учащихся как одна из форм вариативного изучения исторических опытов, предполагает организацию их самостоятельной работы как в классе, так и дома, как с натурным оборудованием, так и с виртуальным.

19. Глава III. Методика проведения и результаты педагогическогоэксперимента

20. Организация педагогического эксперимента: задачи, структура, критерии и показатели

21. Целью педагогического эксперимента была проверка влияния разработанной методики вариативного обучения историческим опытам учащихся старшей профильной школы на качество усвоения знаний о них и на развитие их экспериментальных умений.

22. На первом этапе (2005-2007 гг.) проводился констатирующий эксперимент, в задачи которого входило:

23. Проверка остаточных знаний по всем физическим теориям у выпускников школ (студентов I курса естественно-технологического факультета перед началом изучения ими дисциплины «Общая физика»);

24. Диагностика трудностей, возникающих у учащихся средней школы в понимании роли физического эксперимента в становлении фундаментальных физических теорий.

25. На втором этапе (2007-2008 учебный год) педагогического эксперимента -поисковом, решались следующие задачи:

26. Поиск эффективных методов и средств для изучения исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий;

27. Изучение опыта работы учителя МОУ лицея №31 по обучению учащихся физико-математических классов историческим опытам на занятиях физического практикума с использованием оборудования РНи\УЕ;

28. Проверка и сравнение эффективности использования в качестве домашнего задания виртуальных моделей и использования для изучения научной информации об опыте в литературе и в сети Интернет по обобщённому плану;

29. Разработка структуры и содержания программы элективного курса «Экспериментальные факты фундаментальных физических теорий» для учащихся старшей профильной школы на основе вариативных методов учебного познания;

30. Тестирование учителей физики Челябинской области с целью выявления предпочтений в использовании различных средств обучения учащихся старших классов;

31. Разработка методических рекомендаций для будущих учителей физики по обучению учащихся историческим опытам.

32. На этапе обучающего и контрольного экспериментов (2008-2010) осуществлена:

33. Апробация нового лабораторного практикума «Исторические опыты в структуре фундаментальной физической теории», посвящённого изучению курса «Методика обучения физике в профильных классах» для студентов V курса физического факультета.

34. Проверка качества усвоения студентами исторических опытов, составляющих базис фундаментальных физических теорий, а также качества сформированности экспериментальных умений, в ходе выполнения работ лабораторного практикума.