Методическая система обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний

Альтшулер, Юрий Борисович

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: Методическая система обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний

Автореферат

Автор научной работы: Альтшулер, Юрий Борисович
Ученая степень: доктора педагогических наук
Место защиты: Шуя
Год защиты: 2013
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методическая система обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний"

На правах рукописи

005535637

АЛЬТШУЛЕР Юрий Борисович . /с^/й^^

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ УЧАЩИХСЯ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ НА ОСНОВЕ СИНТЕЗА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ЗНАНИЙ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

24 ОКТ 2013

Москва 2013

005535637

• Работа выполнена на кафедре математики, физики и методики обучения в ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный университет», Шуйский филиал

Научный консультант: доктор педагогических наук, профессор

Червова Альбина Александровна

Официальные оппоненты Стефанова Галина Павловна

доктор педагогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», кафедра теоретической физики и методики преподавания физики, профессор кафедры

Толстенева Александра Александровна доктор педагогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет», кафедра общей инженерной подготовки, заведующая кафедрой

Ситнова Елена Владимировна

доктор педагогических наук, доцент, МБОУ

СОШ № 56, г. Иваново, директор

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Защита состоится 23 декабря 2013 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу:

119435, Москва, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. № 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу: 119991, Москва, ул. М. Пироговская, д. 1, стр. 1

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета /7^-— Прояненкова Лидия Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Национальная доктрина образования в Российской Федерации акцентирует внимание на необходимости подготовки высокообразованных людей и высококвалифицированных специалистов, способных к самообразованию, профессиональному росту и профессиональной мобильности в условиях развития новых наукоемких технологий, что в свою очередь обеспечивается организацией учебного процесса с учетом современных достижений науки, систематическим обновлением всех аспектов образования, отражающего изменения в сфере культуры, экономики, науки, техники и технологии, интеграцией науки, образования и производства, вариативностью образовательных программ.

Международные исследования выявили несоответствие уровня естественнонаучной грамотности российских учащихся основным требованиям, принятым в мире в области, школьного естественнонаучного образования. В понятие естественнонаучной грамотности наряду с понятиями «контекст», «знания», «отношения» входят как составляющая часть компетентности. Развитие теории и методики обучения физике в школе в связи с этим должно отвечать требованиям переориентации обучения физике на использование знаний в реальных жизненных ситуациях, отличающихся от учебных, достижения целей формирования и развития компетентностей учащихся в процессе обучения физике.

Федеральный государственный образовательный стандарт среднего (полного) общего образования указывает, что предметные результаты обучения физике должны отражать: понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; владение основными методами научного познания, используемыми в физике; сформированность ' умений применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе и принятия практических решений в повседневной жизни.

Результаты исследований, посвященных проблемам фундаментальной и прикладной направленности обучения физике в средней школе, содержатся в работах Г. М. Голина, В. Ф. Ефименко, С. Е. Каменецкого, Н. С. Пурышевой, Ю. А. Саурова и других, и не перестают быть актуальными. В этих работах представлены результаты исследования проблем теоретической и методологической составляющих в методике обучения физике, исследована роль и значение практической направленности школьного физического образования. Однако дополнительного исследования требуют вопросы взаимосвязи, синтеза фундаментальных и прикладных знаний и создания методической системы обучения физике в средней школе, основанной на этом подходе.

В докторской диссертации С. Е. Каменецкого 1978 г. «Проблемы изучения основ электродинамики в курсе физики средней школы» решаются проблемы повышения научности обучения на основе представлений о центральном месте понятия электромагнитного поля. В этом труде впервые предложен математический аппарат, доступный учащимся средней школы, для записи уравнений Максвелла, В 80-х годах прошлого столетия в развитие этих идей была выполнена кандидатская диссертация Л. М. Артюшкиной (1983), посвященная формированию поня-

тая электромагнитного поля в разделе «Электродинамика» курса физики средней школы, Ю. Пулатова (1984), посвященная совершенствованию знаний учащихся по электродинамике с помощью упражнений на основе демонстрационного эксперимента, Л. И. Косаренковой (1983), посвященная изучению вихревого электромагнитного шля в 9 классе средней школы, Л.А.Бордонской и др.,

В диссертационных исследованиях последних лет, посвященных вопросам обучения электродинамике в средней школе, рассмотрены достаточно актуальные й важные аспекты совершенствованию теории и методики обучения, в частности, работа Е. А. Дьяковой (2003), в которой на примере раздела «Электродинамика» (в скобках заметим - отдельных тем), рассматривается проблема обобщения знаний учащихся по физике в старших классах средней школы. Работы, в которых исследуется методика обучения отдельным темам, например, кандидатская диссертация А. Ф. Шиян (1995), посвященная повышению эффективности преподавания электродинамики в курсе физики на основе применения формализованных методов расчета электрических цепей, Б. М. Штейна (2003), посвященная методике изучения электромагнитной индукции в школе. Ряд кандидатских диссертаций - О. В. Куликовой (2001), С. П. Жакина (2004), М.А.Протасовой (2004), А. Е. Чиркова (2006), Р. А. Матвеева (2008) посвящены методике учебного физического эксперимента, теоретическим методам введения понятий и взаимосвязи теоретических и эмпирических методов исследования при изучении электродинамики в основной школе, а также системе моделей электродинамики в основной школе и структуре построения раздела для достижения эффективного усвоения знаний. Труд В. В. Майера и Р. В. Майера «Электричество: учебные экспериментальные доказательства» в целом посвящен проблеме формирования у учащихся системы эмпирических знаний по электродинамике. Однако, докторских диссертаций за последние 10 лет, рассматривающих теорию и методику обучения электродинамике как целостную систему, выстроенную с учетом генерализации материала раздела (В. Г. Разумовский), направленную на учет взаимосвязи, взаимовлияния (синтеза) фундаментальных и прикладных знаний, конечным результатом которой является развитие компетентностей и интеллектуальных способностей учащихся нами не обнаружено.

Констатирующий этап эксперимента ставил своей целью выяснить, насколько традиционные методы обучения электродинамике в школе формируют представления школьников о методах научного познания, их применении в обучении электродинамике и применении ее законов в области прикладных наук. Констатирующий этап эксперимента показал, что подавляющее большинство учителей фи. зики средних школ не ставят целью формирование таких компонентов учебно-познавательной деятельности, как методологический и прикладной компонент, а ограничиваются стремлением к тому, чтобы школьники овладели, в основном, когнитивным компонентом учебно-познавательной деятельности.

Обобщение результатов исследований, приведенных в диссертациях и научной литературе, анализ подготовки школьников по физике в России и за рубежом, анализ социального заказа общества на выпускников с высоким уровнем компетентности и развитым интеллектом, результаты констатирующего этапа эксперимента позволили

выявить следующие противоречия:

- между социальной востребованностью обществом выпускников средних школ с высоким уровнем компетентностей и интеллектуальных способностей, позволяющих продуктивно освоить теоретические основы электродинамики и ее приложения в школе и существующим недостаточным уровнем подготовки основной часта выпускников школ к практической реализации данного требования;

- между необходимостью формировать у школьников учебно-познавательную компетентность, состоящую из теоретического, методологического и прикладного компонентов при изучении раздела «Электродинамика» школьного курса физики, и отсутствием соответствующей методической системы, направленной на решение этой проблемы.

Необходимость разрешения указанных противоречий обусловливает актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответа на вопрос: какой должна быть методическая система обучения электродинамике в средней школе, чтобы у учащихся формировался высокий уровень учебно-познавательной компетентностей и интеллектуальных способностей.

Вышеизложенное определило актуальность данного исследования и позволило сформулировать тему диссертационного исследования: «Методическая система обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний».

Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе.

Предметом исследования является методическая система обучения электродинамике учащихся средней школы, построенная на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний.

Целью исследования является теоретическое обоснование, разработка и реализация концепции методической системы обучения электродинамике в школе, в основе которой лежит синтез фундаментальных и прикладных знаний.

Гипотеза исследования в соответствии с объектом и предметом исследования формулируется следующим образом: обучение электродинамике в старших классах средней школы обеспечит более высокий уровень предметной подготовки, развитие интеллектуальных способностей и учебно-познавательной компетентности школьников, состоящей из теоретического, методологического и прикладного компонентов если:

- методическая система обучения электродинамике в средней школе будет разработана на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний;

- содержание электродинамики будет основано на дидактических блоках «теория-методология—приложения»;

- комплекс обучающих и контрольно-измерительных средств, адекватных поставленным задачам развития учебно-познавательной компетентности и интеллектуальных способностей учащихся разработать и внедрить.

Задачи исследования.

1. Выявить состояние проблемы обучения электродинамике в средней школе на современном этапе модернизации Российского образования.

2. Разработать концепцию методической системы на осноЬе триады «теория-

методология-приложения в области современных достижений электродинамики».

3. На основании выдвинутой концепции, выделенных подходов и принципов построить модель методической системы обучения электродинамике в средней школе, обеспечивающую возможности повышения учебно-познавательной компетентности и интеллектуальных способностей учащихся средней школы.

4. Рассмотреть структуру учебно-познавательной компетентности и интеллектуальных способностей учащихся средней школы, формируемых в результате применения авторской методической системы.

5. На основе разработанной модели создать систему методик обучения различным темам электродинамики и реализовать их на практике обучения школьников в ряде экспериментальных школ.

6. Провести опытно-экспериментальное исследование, направленное на проверку гипотезы, положений, выносимых на защиту и позволяющее экспериментально проверить эффективность методической системы обучения электродинамике в средней школе.

7. Проанализировать на качественном и количественном уровне достигнутые результаты, обобщить полученные результаты и сделать выводы по работе.

Теоретические основы исследования:

1. философские исследования, посвященные методологии и методологическим знаниям (А. Г. Спиркин, Г. П. Щедровицкий Э. Г. Юдин, М. Г. Ярошевский и др.);

2. психолого-педагогические работы по вопросам общего развития в процессе обучения (Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, В. Н. Дружинин, А. В. Захарова, И. С. Кон, С. Л. Рубинштейн, Д. И. Фельдштейн, М. А. Холодная и др.);

3. исследования по теории и методике обучения физике, посвященные вопросам системности знаний учащихся, генерализации, формированию методологических знаний, компетешносгному подходу в процессе обучения физике (Н. Е. Важеевская, Г. М. Голин, В. Ф. Ефименко, И. А.Зимняя, Л. Я. Зорина, С. Е. Каменещшй, В. В. Майер, В. Н. Мощанский, В. В. Мултановский, Н. С. Пурышева, В. Г. Разумовский, Ю. А. Сауров, А. В. Усова, А. В. Хуторской, Н. В. Шаронова, А. А. Червова и др.).

Методологические основы исследования:

1. методология методики обучения физике как педагогической науки, представляющая собой систему знаний о теории и практике обучения физике - о научных основах содержания и структуре школьного курса физики, принципах, подходах и способах добывания знаний, об организации познавательной деятельности учащихся, систему знаний о теории и практике воспитания и развития учащихся в процессе обучения физике - создание условий для совершенствования возможностей учащегося за счет обогащения его опыта на основе индивидуализации учебного процесса, методология процессов исследования развития интеллектуальных способностей и компетентностей школьников;

2. методология физики как система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности по исследованию в области физики, а также учение об этой системе;

3. методология педагогики как система знаний об основаниях, логической структуре и функциях педагогического знания и учение о методах педагогическо-

го познания (методология в узком смысле слова).

Для решения поставленных задач нами использовались следующие методы

исследования.

Теоретические методы:

- анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы и диссертационных исследований по вопросам методологии научного познания, по вопросам формирования знаний с учетом возрастной психологии старшеклассников, по вопросам формирования и развития общих способностей школьников, по общим вопросам дидактики, по вопросам теории и методики обучения физике;

- анализ нормативных и программных правительственных и отраслевых документов, в которых обозначены направления модернизации образования;

- анализ требований государственного образовательного стандарта, примерных программ обучения физике, авторских программ и учебников по физике для средней школы.

Экспериментальные методы:

- педагогический эксперимент по внедрению в практику обучения электродинамике разработанного содержания и методики обучения на основе изучения методов познания и приложений;

- педагогический мониторинг формирования фундаментальных и прикладных знаний учащихся, качества обученности учащихся, их интеллектуального развития и формирования компетентностей на основе педагогических измерений с использованием разработанных новых, а также известных тестов и анкет;

- анализ опыта обучения в различных образовательных учреждениях, обобщение опьгга учителей физики, использующих идеи, заложенные в данном исследовании;

- математические методы обработки и анализа результатов эксперимента.

Экспериментальной базой исследования были лицеи №№ 82,38,87, г. Н. Новгорода, гимназия №80, школы №№ 27, 85, 176 г. Н. Новгорода, школа №20 г. Мурома, лицей №26 г. Саранска (Мордовия), школа №3 г. Ядрин (Чувашия),

Методика и концепт-содержание раздела «Электродинамика» внедрены в образовательный процесс гимназии №80, лицеев №82, 87, школы №176 г. Н. Новгорода, школы №20 г. Мурома, о чём имеются акты о внедрении.

Результаты исследования в виде двух учебных пособий «Научные основы обучения электродинамике в школьном курсе физики» и «Прикладные вопросы электродинамики в школьном курсе физики» апробированы при обучении студентов факультета математики, информатики и физики Нижегородского педагогического

университета.

Основные этапы и организация исследования.

Исследование проводилось с 1993 по 2013 год и включало три этапа.

На первом этапе (1993- 2002 год) был проведен анализ философской, психолого-педагогической и методической литературы, учебной литературы для школьников и нормативных документов. Разработаны гипотеза, поставлена цель и обозначены задачи исследования. В 2003 году была защищена кандидатская диссертация по теме «Формирование методологических и прикладных знаний учащихся в процессе изучения электродинамики в курсе физики средней школы». Определены основная идея

синтеза фундаментальных и прикладных знаний для методической системы обучения электродинамике в средней школе для повышения эффективности обучения физике и развития школьников.

Второй этап (2003-2007 год) был посвящен анализу путей совершенствования обучения физике в средней школе, разработке концепции методической системы обучения электродинамике в средней школе на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний, уточнена гипотеза исследования. Был организован и поставлен констатирующий эксперимент, выявивший противоречия, определившие научную проблему. На этом этапе разработано полное содержание и методы обучения электродинамике на основе разработанной концепции. Результаты были отражены в виде двух учебных пособий по научным основам обучения физике и прикладным во-" просам в курсе школьной физики.

На третьем этапе (2008-2013 год) осуществлялась проверка результативности разработанной модели методической системы обучения электродинамике в средней школе на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. Был проведен итоговый педагогический эксперимент на экспериментальных площадках средних школ и педвуза, формулировались выводы, осуществлялось обобщение и оформление полученных результатов исследования. Результаты были отражены в виде двух монографий по теории и методике обучения электродинамике.

Научная новизпа исследования состоит в следующем.

1. В представлении понятийно-категориального аппарата, который вводит и расширяет терминологическое пространство исследования, содержащий как общенаучные понятия (компетенции, компетентность, интеллектуальные способности, методология познания), так и специфические, присущие физике как науке (теории, модели, графические интерпретации, приложения электродинамики в современной технике) и т.д.

2. Во включении в состав компетентностей учебно-познавательной компетентности, состоящей из теоретического, методологического, прикладного компонентов, формируемых у школьников в процессе обучения электродинамике в русле авторской методической системы:

- теоретический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями;

- методологический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания;

- прикладной компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники.

Выделены параметры, характеризующие уровни интеллектуального развития и структуры интеллекта школьников, такие как:

- коэффициент интеллекта 7<2;

- структура интеллекта.

3. В расширении подходов к обучению электродинамике в средней школе, а именно, в интеграции теоретического и прикладного материала на основе триады стеория - методология — приложения», в результате формируется учебно-

познавательная компетентность школьников, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов.

4. В формулировке авторской концепции методической системы обучения электродинамике в средней школе, разработанной на основе компетентностного подхода и выстроенной как структура, описывающая идеи, цели, базовые принципы, отобранное содержание, формы, методы и средства организации учебного процесса в средней школе при обучении электродинамике:

- выделена система принципов формирования методической системы;

- в принципе цикличности в обучении (В. Г. Разумовский): факты - гипотеза - следствие - эксперимент (четыре фазы) определено место методов познания и приложений физики для формирования фундаментальных и прикладных знаний;

- введен принцип двухъядерной структуры раздела '«Электродинамика» (авторский): одним ядром является теория электромагнитного поля Максвелла, с включением математической модели - уравнений Максвелла, другим ядром -классическая электронная теория Лоренца-Друде; каждое ядро обеспечивает выполнение принципа генерализации;

- введен принцип модульной архитектуры раздела (авторский), основанный на дидактических блоках «теория - методология - приложения»;

- определены подходы: компетентностный, системный, деятельностный и ин-тегративный;

- обучение электродинамике происходит на основе интеграции общенаучных методов познания и специфических методов физики;

- обучение школьников на основе модульной структуры электродинамики, в основу модулей положены дидактические блоки «теория-методология-приложения»;

- использование демонстрационного и исследовательского экспериментов, наглядно подтверждающих идею единства теоретического, методологического и прикладного подходов в обучении электродинамике;

- генерализация учебного материала раздела «Электродинамика», средствами математической формулировки уравнений Максвелла, представляющих собой теоретическое ядро электродинамики.

Ядро концепции составляет ведущая идея исследования, заключающаяся в представлении о том, что обучение электродинамике в средней школе должно основываться на триаде - «теория - методология - приложения, что приведет к синтезу фундаментальных и прикладных знаний учащихся.

5. В построении модели методической системы обучения электродинамике учащихся в школе, состоящей из следующих компонентов:

- мотивационно-целевой компонент - обеспечение высокого качества обучения, формирования учебно-познавательной компетентности и развития интеллектуальных способностей школьников;

- структурно-содержательный компонент - концепт-содержание электродинамики, в школьном курсе физики;

- процессуально-деятельностный компонент - лекции, практические занятия, семинары, демонстрационный и исследовательский эксперимент, самостоятельная работа школьников;

— оценочно-результативный компонент - система контрольных заданий, предметных заданий и психологических тестов для проверки сформированное™ учебно-познавательной компетенции, для оценки развития интеллекта школьников в процессе обучения на основе авторской модели методической системы обучения.

6. В разработке концепт-содержания раздела «Электродинамика» курса физики старших классов в соответствии с авторской концепцией. Концепт-содержание включает не только структуру и логические связи тем раздела, оно представляет собой прототип учебного материала для учащихся и учителей, предназначенный для демонстрации предлагаемых идей и подходов в содержании, то есть отвечает не только на вопрос «чему обучать?», но и на вопрос «что знать?». Поэтому концепт-содержание выделяется в методической системе обучения электродинамике, в нашем исследовании.

7. В обобщении комплекса методов и средств обучения, который включает:

— методы изучения теоретических, методологических и прикладных вопросов электродинамики, обеспечивающие формирование учебно-познавательной компетентности, состоящей из теоретической, методологической и прикладной компонент и повышают интеллектуальные способности учащихся;

— систему демонстрационных и исследовательских экспериментов для формирования наглядных представлений об изучаемых физических явлениях и процессах;

— учебную программу по разделу «Электродинамика», разработанную на основании базовых принципов модели.

8. В выделении комплекса методов диагностики результатов обучения, который включает:

— предметное тестирование по электродинамике с помощью задач открытого и закрытого типа;

— психолого-педагогические измерения - тестирование свойств личности: тестирование мотивационной сферы, измерение 1<2 по Г. Айзенку, тестирование структуры интеллекта по Р. Амтхауэру.

— тестирование учащихся для определения уровня сформированных компе-тентностей и их компонентов с помощью специальных авторских обучающих тестовых заданий (текстов);

— система контрольных заданий, предметных тестовых заданий и психологических тестов для проверки сформированности фундаментальных и прикладных знаний, для оценки развития интеллекта и компетентностей школьников в процессе обучения на основе авторской модели методической системы обучения.

9. В разработке системы учебных и методических пособий для учителей и студентов педагогических вузов - будущих учителей физики, обеспечивающих их подготовку для обучения физике в школе на основе авторской концепции и модели.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что его результаты вносят определенный вклад в развитие теоретических основ методики обучения физике учащихся средней школы, за счет:

— теоретического обоснования и разработки концепции методической системы обучения электродинамике в средней школе на основе триады - «теория — методология - приложения», что приводит к синтезу фундаментальных и приклад-

ных знаний и формированию у учащихся учебно-познавательной компетентно-

стей с тремя компонентами;

- уточнения содержания и сущности трех компонентов учебно-познавательной компетентности, таких как теоретический, методологический и прикладной, формируемых у школьников в процессе обучения электродинамике в русле авторской концепции и разработанной методической системы:

■/ теоретический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями; методологический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания;

•/ прикладной компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники;

- доказательства того, что формирование этих компонент учебно-познавательной компетентности приводит к увеличению такой интегративной характеристики, как интеллектуальные способности учащихся, под которыми будем понимать способности к быстрому и правильному решению задач, определяемые с учетом образовательных факторов;

- обобщения принципов отбора содержания раздела «Электродинамика», предусматривающие кроме освоения теоретического базиса - системы понятий, гипотез и законов освоение методологических основ: методов, моделей, принципов и т.д., а также таких приложений, которые раскрывают суть этого базиса. С учетом этих оснований предложено концепт-содержание школьной электродинамики, имеющее модульную структуру на основе дидактических блоков «теория -методология — приложения».

Практическая значимость исследования представлена следующим.

1. Разработанной методической системой обучения электродинамике в средней школе, которая вносит существенный вклад в обучение школьников в русле повышения качества физического образования в средней школе, формирует учебно-познавательную компетентность и интеллектуальные способности школьников.

2. Предложенной структурой раздела «Электродинамика», базирующейся на двух теориях классической электродинамики - теории электромагнитного поля, описываемой системой уравнений Максвелла и классической электронной теории, при которой преодолеваются слабости традиционной структуры' содержания и обслуживающей его методики, связанных с относительной самостоятельностью (разрозненностью) отдельных тем раздела, не имеющего общего теоретического ядра.

3. Внедренным авторским учебно-методическим комплексом, состоящим из:

- ангорской программы по разделу «Электродинамика» школьного курса физики;

- методических рекомендаций по некоторым разделам экспериментальных основ школьного курса физики по дисциплине «Теория и методика обучения физике» для студентов;

- учебного пособия «Научные основы обучения электродинамике в школьном курсе физики» для студентов и учителей физики;

- учебного пособия «Прикладные вопросы электродинамики в школьном курсе физики» для студентов, учителей физики и школьников;

- двух монографий «Электродинамика в современной школе: основы теории и методики обучения» и «Концепт-содержание электродинамики в современной школе: теория, методология и приложения» для студентов, методистов и учителей физики;

- обучающих текстов для проверки развития трех компонентов учебно-познавательной компетентности учащихся.

Внедрение созданных учебно-методических материалов и дидактических средств позволяет организовать процесс обучения электродинамике в школе так, чтобы учащиеся овладели теоретической, методологической и прикладной составляющими учебно-познавательной компетентности.

Апробация и внедрение результатов исследования.

Результаты исследования апробированы в ходе работы с учителями школ, при чтении лекций и в процессе проведения практических занятий по теории и методике обучения физике со студентами и магистрантами факультета математики, информатики и физики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет», ФГБОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический университет» (до января 2013 года) и ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный университет», Шуйский филиал (после января 2013 года) при проектировании и анализе уроков в ходе руководства педагогической практикой студентов и научно-педагогической практикой магистрантов, в процессе руководства курсовыми и дипломными работами студентов.

Результаты исследования отражены в публикациях и выступлениях на конференциях различного уровня:

- международных - г. Н. Новгород, 2003, 2004, 2005 гг. («Высокие технологии в педагогическом процессе»); г. Москва, МПГУ, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2013 гг. («Физическое образование: проблемы и перспективы развития»), г. Москва, 2013г. XII Международная научно-методическая конференция «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященная 90-летию со дня рождения С.Е. Каменецкого, Волгоград 2011 г, («Современный физический практикум»); Петрозаводск, 2013г. («Физика в системе современного образования» ФССО-2013); Шуя-Москва, 2013, VI международная конференция «Шуйская сессия студентов, аспирантов, молодых ученых»;

- всероссийских — г. Челябинск, 2003г. («Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов»), г. Н. Новгород, 2003г. («Актуальные вопросы развития образования и производства»), г. Ульяновск, 2003, 2004гг. («Формирование учебных умений в процессе реализации стандартов образования»), г. Н. Новгород, 2004г. («Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования»), г. Киров, 2004г. («Модели и моделирование в методике обучения физике»), г. Н. Новгород, ННГУ, 2011, 2013гг. («Роль инновационных университетов в реализации Национальной Образовательной инициативы «Наша новая школа»);

факультета математики, информатики и физики Нижегородского педагогического университета и при обучении учащихся лицеев №№ 82,38,87, гимназии №80, школ №№ 27, 85, 117 г. Н. Новгорода, школы №20 г. Мурома, лицея №26 г. Саранска (Мордовия), школы №3 г. Ядрин (Чувашия).

Методика и концепт-содержание раздела «Электродинамика» внедрены в образовательный" процесс школ: гимназии №80, лицея №82, 87, школы №176 г. Н. Новгорода, школы №20 г: Мурома, о чём имеются акты о внедрении.

Достоверность и обоснованность результатов и научных выводов обеспечиваются использованием в ходе исследования современных достижений педагогики, психологии, философии, теории и методики обучения физике, применением комплекса методов/адекватных поставленным задачам, результатами педагогического эксперимента, подтвердившего на качественном и количественном уровнях справедливость'выдвинутой гипотезы и положений, выносимых на защиту.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Введенный в теорию и практику понятийно-категориальный аппарат, который расширяет терминологическое пространство исследования, содержащее как общенаучные понятия (компетентность, интеллектуальные способности, методология познания), так и специфические, присущие физике как науке (теории, модели, графические интерпретации, приложения электродинамики в технике).

В состав компетентностей, следует включить учебно-познавательную компетентность, состоящую из ^теоретического, методологического, прикладного компонентов, формируемых у школьников в процессе обучения электродинамике в русле авторской методической системы:

V теоретический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями;

■/ методологический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания; прикладной компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники.

Следует выделить параметры, характеризующие уровни интеллектуального развития и структуры интеллекта школьников, такие как:

■/ коэффициент интеллекта /£>;

У структура интеллекта.

2. Концепцию методической системы обучения электродинамике в средней школе целесообразно разработать средствами интеграции теоретического, методологического и прикладного материала на основе триады «теория - методология - приложения», в результате формируется учебно-познавательная компетентность школьников, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов.

Принципы формирования методической системы:

- принцип цикличности в обучении (В. Г. Разумовский): факты - гипотеза -следствие - эксперимент (четыре фазы); в этом принципе определяется место методов познания и приложений физики для формирования фундаментальных и прикладных знаний;

- принцип двухъядерной структуры раздела «Электродинамика» (авторский): одним ядром является теория электромагнитного поля Максвелла, с включением математической модели - уравнений Максвелла, другим ядром - классическая электронная теория Лоренца-Друде; каждое ядро обеспечивает выполнение принципа генерализации;

- принцип модульной архитектуры раздела (авторский), основанный на дидактических блоках «теория — методология — приложения».

Подходы: компетентностный, системный, деятельностный и интегративный.

"Обучение электродинамике на основе общенаучных методов познания и специфических методов физики:

Ядро концепции составляет ведущая идея исследования, которая заключается в представлении о том, что обучение электродинамике в средней школе должно основываться на триаде «теория-методология - приложения», что приведет к синтезу фундаментальных и прикладных знаний.

3. Содержание модели методической системы обучения электродинамике в средней школе следует рассматривать как идеальный объект, который описывает деятельность (учебную, познавательную, развивающую, диагностическую, контрольную) участников учебного процесса (ученика и педагога) по достижению педагогических целей, а также описывает базовые принципы обучения электродинамике, структуру раздела и теоретические основания и позволяет провести исследование процесса и результата внедрения методической системы в реальный учебный процесс.

Модель включает следующие компоненты:

- мотивационно-целевой компонент - обеспечение высокого качества обучения, развития интеллектуальных способностей и компетентностей школьников;

- структурно-содержательный компонент - концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики;

- оценочно-результативный компонент - система контрольных заданий, предметных заданий и психологических тестов для проверки сформированности фундаментальных и прикладных знаний, для оценки развития интеллекта и компетентней школьников в процессе обучения на основе авторской модели методической системы обучения.

Ведущим компонентом модели методической системы обучения электродинамике в средней школе следует считать дидактические блоки «теория — методоло-

гия — приложения».

4. Построенная на основе триады «теория - методология - приложения» методическая система обучения электродинамике в средней школе позволяет обеспечить высокий уровень учебно-познавательной компетентности, развитие интеллектуальных способностей школьников.

5. В методическую систему включено концепт-содержание раздела «Электрода намика» курса физики старших классов в соответствии с авторской концепцией. Концепт-содержание отражает не только структуру и логические связи тем раздела, оно представляет собой прототип учебного материала для учащихся и учителей, предназначенный для демонстрации предлагаемых идей и подходов в содержании, то есть отвечает не только на вопрос «чему обучать?», но и на вопрос «что знать?». Поэтому концепг-содержание выделяется в методической системе обучения электродинамике

в нашем исследовании.

6. Следует разработать штетрументально-методическое обеспечение мониторинга образовательных ресурсов раздела «Электродинамика» школьного курса физики, позволяющее оценить качество подготовки учащихся по этому разделу и динамику роста уровня их компетентностей и интеллектуальных способностей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения. Содержит: 9 таблиц, 117 рисунков, диаграмм и схем. Основной текст на 455 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении на основе анализа современного состояния проблемы обосновывается актуальность темы, определяются цель, объект, предмет исследования, гипотеза, задачи и методы исследования, раскрывается научная новизна, теоретическое и практическое значение исследования, формулируются положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации и внедрении результатов исследования.

В первой главе «Анализ современного состояния проблемы обучения электродинамике в средней школе» представлен исторический экскурс в историю формирования теоретических, методологических, прикладных знаний учащихся в процессе обучения электродинамике в средней школе с учетом философского и психолого-педагогического аспектов проблемы.

Анализ научных работ в области методологии и методологических знаний показывает, что существуют различные подходы к пониманию методологии и методологических знаний. Рассматривается, какое место занимают методология и приложения науки в современной образовательной концепции с точки зрения философии образования. Делается вывод, что сегодня образование сфокусировано на средствах мышления и деятельности, информационный аспект не является преобладающим, а мотивационная культура в категориях средств мышления и деятельности становится определяющей идеей в философии образования XXI века.

Анализируется подходы к формированию методологических знаний учащихся в процессе обучения физике, в частности, позиции Г. М. Голина, В. Ф. Ефименко, Н. С. Пурышевой, А. В. Усовой. Подчеркивается необходимость формирования таких

знаний у учащихся.

Анализируется проблема соотношения физической науки и учебного предмета на основе работ В. Г. Разумовского, В. В. Мултановского, И. Г. Пустильника, В. В. Май-ера, Н. А. Мансурова, А. Н. Малинина, в которых поднимается проблема противоречий и несоответствий физической, науки и учебного предмета и предлагаются пути их решения. Делается вывод, что наиболее действенный путь соотнесения физической науки и учебной дисциплины состоит не в увеличении информационной нагрузки на учащихся, не в увеличении сложности и абстрактности изучаемого материала, то есть не в приближении школьного курса физики к курсу общей физики, а в изучении методов физической науки и ее приложений.

Выделяется проблема информационной перегрузки учащихся, обусловленной большим объемом научных знаний, которые необходимо усвоить в процессе изучения физики. В качестве альтернативы пути решения этой проблемы предлагается путь перехода к изучению методов научного познания. Школьный курс физики должен познакомить учащихся не только с логикой научного познания и основными его методами, но и с тем, как эти методы позволяют достигать результатов в прикладных сферах человеческой деятельности. Таким образом, знания законов и теорий, методов научного познания, научных приложений - три «кита», на которые, на наш взгляд, должна опираться современная система образования.

Делается вывод, что методология и приложения физики наряду с основополагающими теориями и законами являются важными условиями современного общего образования, а синтез фундаментальных и прикладных знаний в методике и содержании обучения физике обеспечивают их реализацию в учебном процессе.

Анализируется проблема развития учащихся в процессе обучения физике в исторической ретроспективе на основании работ методистов XIX - начала XX вв. Н. А. Любимова, О. Д. Хвольсона, Н. В. Кашина, Б. А. Герна, а также работ педагогов русского зарубежья начала XX в. Д. М. Сокольцова, С. И. Гессена, в которых отмечается, что физико-математические науки, физика являются средством развития учащихся. Результатом развития методики обучения физике в сторону увеличения объема и сложности физических знаний явилась так называемая «технокра-тизация» школьного образования, которая в полной мере проявила себя в 60-80-х годах прошлого столетия, в том числе и в связи с бурным ростом отечественных достижений в области фундаментальных физических исследований и в области прикладной физики. Конец XX века характеризовался все более нарастающей тенденцией в образовании к возрождению гуманитарного знания, что, однако негативно сказалось на естественнонаучном, в том числе физическом знании, поскольку гуманитаризация физического образования проводилась в ущерб его фундамента-лизации. Именно фундаментальные и прикладные знания в их единстве позволяют, как нам представляется, создать в учебном процессе условия для «формирования обобщенных схем действительности» (П. Я. Гальперин), при котором приобретение знаний происходит вместе с интеллектуальным развитием учащихся.

Во второй главе «Теоретические .основы концепции формирования методической системы обучения электродинамике в средней школе» на основе анализа работ В. Н. Дружинина и М. А. Холодной, посвященных психологии интеллекта и про-

блемам развитая интеллекта в процессе обучения и собственных теоретических выкладок, а также анализа работ Дж. Брунера, И. С. Кона, Ж. Пиаже и Д. И. Фельдшгейна, посвященных развитию личности делается вывод, что наиболее эффективно можно средствами фундаментальных и прикладных знаний, формируемых в процессе обучения физике, воздействовать на развитие интеллектуальных способностей учащихся в возрасте ранней юности - 15-16 лет. Рассматриваются различные подходы к определению уровня интеллектуального развития в процессе обучения. Устанавливается, что тестологический (факторный) подход предпочтительнее объяснительных подходов, хотя и не позволяет судить об умственных процессах. Факторный подход в теории интеллекта или факторный анализ интеллекта предполагает метод измерения различных атрибутов интеллекта с помощью отдельных тестов и определение факторов интеллекта на основе корреляционной обработки результатов в батарее тестов. В основе нашего исследования структуры интеллекта лежит группа тестов Р. Амтхауэра, основанная на многофакторной теории интеллекта по модели JI Терстоуна.

Анализируются результаты международных исследований по программам TIMES и PISA которые выявили несоответствие уровня естественнонаучной грамотности (компетентности как компонента грамотности) российских учащихся основным требованиям, принятым в мире в области школьного естественнонаучного образования. Результаты этих исследований делают очевидным необходимость опоры в обучении физике на использование знаний в реальных жизненных ситуациях, отличающихся от учебных, формирование методологических знаний, включение прикладных вопросов. Делается вывод, что необходимо создание методической системы обучения физике в средней школе на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний, что создает предпосылки для повышения показателей компетентностей учащихся. Анализируется определения понятий «компетенция», «компетентность» (И. А. Зимняя, Г. А. Букерман, А. В. Хуторской, Равен Дж.., Evers F. Т., Rush J. С., Berdrow I.), которое в психолого-педагогической литературе окончательно не сформировано и уточняется для целей данного исследования. В отличие от интеллектуальных способностей, основу которых (более 90%) составляют врожденные особенности, позволяющие решать нестандартные задачи, компетентности полностью благоприобретенные - в процессе обучения и воспитания. Но если это так, то эти качества можно развивать в определенных предметных областях, например, в физике. Делается вывод, что синтез фундаментальных и прикладных знаний в школьном физическом образовании позволяет решить проблему естественнонаучной грамотности российских школьников. Поэтому в учебный процесс по физике должны внедряться методы, использующие обучающие тексты, в которых учащиеся усваивают материал из прикладных разделов физики, с одной стороны, а с другой - им предоставляется возможность при ответе на вопросы к тексту выражать и обосновывать свою точку зрения и даже принимать решения. В диссертации исследуются факторы развития компетентностей школьников, к числу которых мы относим, в первую очередь, учебно-познавательную компетентность, состоящую из трёх компонентов:

- теоретическая компонента учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями;

- методологическая компонента учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания;

-■ прикладная компонента учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники.

Рассматриваются направления обновления школьного физического образования на современном этапе. На современном этапе (в работах после 2000 года) можно выделить три основных направления обновления школьного физического образования, достаточно проработанных в исследованиях методистов.

1. Обновление на основе гуманитаризации физического образования, взаимосвязи культуры и науки (С. А. Тихомирова, Л. А. Бордонская и др.). Мы считаем фундаментализацию физического образования наиболее важным фактором общего образования в целом и уверены, что гуманитаризация подавляет фундаментализацию. Поэтому связи физики, физического образования с искусством, литературой, художественной культурой считаем в определенной степени надуманными, а в большей степени данью всеобщего процесса гуманитаризации, охватившего российское образование в середине 90-х годов прошлого века. Гуманитарное значение физики состоит, на наш взгляд, в освоении научного метода познания в процессе изучения физики.

2. Обновление на основе информационного подхода, новых информационных (компьютерных) технологий (А. И. Ходанович, Е. В. Оспенникова, Н. В. Шиян и др.). Делается вывод, что, несмотря на перспективность такого подхода, в существующих условиях оснащенности кабинетов физики компьютерной техникой и экспериментальным оборудованием реальное внедрение компьютерных технологий в обучение физики отстает от исследований в этой области.

3. Обновление на основе актуализации методологического подхода физики (Н. Б. Важеевская, Н. В. Кочергина, В. В. Майер, А. А. Никитин, Н. И. Одинцова, Н.С. Пурышева и др.). Формировать методологические знания можно только у учащихся старших классов, поскольку именно физические теории представляют собой основу для этого процесса. В трудах отечественных и зарубежных психологов (В. Н. Дружинин, И. С. Кон, Д. И. Фельдштейн, Ж. Пиаже) доказано, что способности к абстрактному и логическому мышлению складываются у детей только к 14-15 годам, то есть к поре ранйей юности, поэтому мы утверждаем, что формирование методологических и гносеологических знаний возможно только в старшей школе. Поэтому исследования, касающиеся формирования методологических знаний учащихся в основной школе, на наш взгляд не могут иметь реального экспериментального подтверждения. Общим очевидным недостатком исследований по этому направлению является то, что в них отсутствуют частная методика и концептуальные основы содержания, обеспечивающего формирования методологических знаний, по крайней мере, в разделе «Электродинамика».

Авторская концепция методической системы обучения электродинамике в средней школе разработана средствами интеграции теоретического и прикладного материала на основе триады - «теория - методология - приложения»; в результате формируется учебно-познавательная компетентность школьников, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов.

Принципы формирования методической системы:

- принцип цикличности в обучении (В. Г. Разумовский): факты - гипотеза - следствие - эксперимент (четыре фазы); в этом принципе определяется место методов познания и приложений физики для формирования фундаментапьньк и прикладных знаний;

- принцип двухъядерной структуры раздела «Электродинамика)) (авторский): одним адром является теория электромагнитного поля Максвелла, с включением математической модели - уравнений Максвелла, другим адром - классическая электронная теория Лоренца-Друде; каждое ядро обеспечивает выполнение принципа генерализации;

- принцип модульной архитектуры раздела (авторский), основанный на дидактических блоках «теория - методология - приложения».

Подходы: компетентностяый, системный, деятельностный и интегративный.

- обучение электродинамике на основе общенаучных методов познания и специфических методов физики;

- обучение школьников на основе модульной структуры электродинамики, в основу модулей положены дидактические блоки «теория - методология - приложения));

Ядро концепции составляет ведущая идея исследования, которая заключается в представлении о том, что обучение электродинамике в средней школе должно основываться на триаде - «теория - методология - приложения», что приведет к синтезу фундаментальных и прикладных знаний.

Под фундаментальными знаниями мы понимаем систему знаний о закономерностях и описывающих их теориях (теоретическая составляющая), и методах познания (методологическая составляющая).

Под прикладными знаниями мы понимаем систему знаний о применении достижений науки в практической деятельности человека, о практическом использовании физических знаний в повседневной жизни, о роли и значении физики в развитии современных технологий.

Традиционная структура раздела «Электродинамика» школьного курса физики весьма далека от этих принципов, представляя собой набор слабо связанных тем. Приводится подробное обсуждение каждого из приведенных принципов концепции.

Методика изучения физики в предлагаемой концепции обучения электродинамике в средней школе ориентирована на освоение учащимися общих и специфических методов познания и приложений. Диалектическое единство методов и приложений обусловлено единством теоретического и эмпирического знания в теории познания. К числу специфических методов физики, на которые должно быть ориентировано школьное физическое образование можно отнести:

1. теоретические методы:

- теории, законы, принципы (теория близкодействия, законы Гаусса, Ампера, Фарадея, сохранения электрического заряда, принципы суперпозиции электрических и магнитных полей принцип Гюйгенса и др.),

- модельные гипотезы (точечный электрический заряд, прямолинейный ток, соленоид, математический маятник, колебания в контуре, механизм генерации и распространения электромагнитных волн и др.),

- графические модели и модели инструментов (силовая линия, эквипотенциальная поверхность, резонансная кривая, электронный газ, гауссова поверхность, зоны Френеля и др.),

- анализ размерностей;

2. теоретико-экспериментальные методы:

- мысленный эксперимент (взаимодействие точечных зарядов, взаимодействие прямолинейных токов, стягивания витка в точку, распространение электромагнитные волны, и др.),

- натурное и математическое моделирование;

3. экспериментальные методы:

- наблюдение,

- демонстрационный, лабораторный и исследовательский эксперимент.

Общенаучные методы в процессе обучения физике при изучении раздела

«Электродинамика» осваиваются через применение:

- методов логически индуктивного вывода уравнений Максвелла (и логически дедуктивного рассмотрения электрического и магнитного полей),

- метода логически индуктивного вывода зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах,

- методов аналогии электростатического и гравитационного взаимодействия; линий напряженности электростатического поля в электростатике и истока (стока) и линии тока жидкости в гидродинамике; физических величин в электродинамике и механике; аналогии механических и электромагнитных колебаний и др.,

- методов абстрагирования и идеализации при построении моделей источников полей, механизмов генерации и распространения электромагнитных волн и др.

Отметим, что в процессе изучения раздела «Электродинамика» в школе в полной мере проявляется диалектическая взаимосвязь ийдукции и дедукции, а именно при формировании модели электромагнитного поля. Электрическое и магнитное поля представляются с одной.стороны как проявления единого электромагнитного поля, а с другой стороны изучение этих полей позволяет сформировать модель единого электромагнитного поля.

Физический демонстрационный эксперимент является фактором формирования фундаментальных и прикладных знаний учащихся. При этом демонстрационный эксперимент может использоваться в логической цепочке методики раскрытия темы:

- знакомство с явлениями;

- установление взаимосвязи между физическими величинами;

- иллюстрация физических законов;

- моделирование физико-технических приложений.

Средствами демонстрационного эксперимента можно установить основные законы теории электромагнетизма, определяемые уравнениями Максвелла — методологической основой электродинамики, поэтому эксперимент способствует формированию

методологических знаний учащихся. Основные прикладные вопросы электродинамики также могут быть раскрыты средствами демонстрационного эксперимента на основе моделирования реальных процессов и объектов. Делается вывод, что демонстрационный эксперимент может способствовать формированию фундаментальных и прикладных знаний учащихся.

Электродинамика основывается на двух теориях: теории электромагнитного поля и классической электронной теории. Именно на основе математических моделей, построенных на базе этих теорий, и возможна генерализация материала раздела «Электродинамика» школьного курса физики. Рассмотрение теории электромагнитного поля Максвелла на качественном уровне входит в различные конструкции и модели уроков по темам раздела «Электродинамика». Однако математическая формулировка позволяет сделать с учащимися анализ уравнений и их приложений в конкретных случаях, что чрезвычайно важно для понимания ими основ теории электромагнитного поля, вопросов излучения и распространения электромагнитных волн. Структура раздела должна предусматривать преимущественно логически индуктивное формирование математической модели электромагнитного поля - уравнений Максвелла на основе известных методов познания. Формулировка уравнений Максвелла на основе' сумм и приращений (С. Е. Каменецкий) является приемлемой альтернативой интегральной или дифференциальной записи, и представляет возможность для анализа этих уравнений.

В третьей главе «Модель методической системы обучения электродинамике» в средней школе на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний» представлена модель методической системы обучения электродинамике.

Модель является содержательно-смысловым наполнением авторской концепции методической системы обучения электродинамике в средней школе и включает взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты, результатом которых является ученик средней школы с высоким уровнем учебно-познавательной компетентности и интеллектуальными способностями.

Под методической системой обучения электродинамике в средней школе будем понимать комплекс взаимосвязанных структурных и функциональных компонентов физического образования (цели образования, субъекты, содержание; школьной электродинамики, методы, формы и средства обучения, результат).

Модель методической системы обучения электродинамике в школе схематически показана на рис.1. и состоит из следующих компонентов:

- структурно-содержательный компонент - концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики;

. - процессуально-деятельностный компонент — лекции, практические занятия, семинары, демонстрационный и исследовательский эксперимент, самостоятельная работа школьников;

- оценочно-результативный компонент - система контрольных заданий, предметных заданий и психологических тестов для проверки сформированности фундаментальных и прикладных знаний, для оценки развития интеллекта и компетентностей школьников в процессе обучения на основе авторской модели методической системы.

Социальный заказ общества на подготовку школьников с высоким уровнем компетентностей и интеллектуальных способностей

Федеральный государственный стандарт 3 поколения

Г1

Принципы

двухъядер-ной структуры раздела

генерализации

модульной архитектуры раздела

Мотивационно-целевой компонент

Цель: подготовка выпускников средней школы с высоким уровнем компетентностей и интеллектуальных способностей

Структурно-содержательный компонент

— авторская программа по разделу «Электродинамика»;

— концепт-содержание обучения электродинамике в школе;

— система демонстрационных и исследовательских экспериментов для поддержки формирования фундаментальных и прикладных знаний;

— авторские учебные пособия и методические рекомендации

Процессуально-деятельноствый компонент

Общенаучные методы познания и специальные методы обучения физике (моделирование, мысленный эксперимент, исследовательский эксперимент и др.)

Формы: . индивидуальные, групповые, коллективные (лекции, практические занятия, лабораторные занятия, самостоятельная работа)

Средства: информационные технологии, интернет, презентационный материал, и др.

Оценочно-результативный компонент

- система предметных заданий и психологических тестов для проверки сформированности фундаментальных и прикладных знаний, для оценки развития интеллекта и компетентностей школьников в процессе обучения на основе выдвинутой концепции;

- учебно-познавательная компетентность, состоящая из компонентов: теоретический, методологический, прикладной;

- - интеллектуальные способности, интеллектуальная лабильность

Результат: заданный уровень учебно-познавательной компетенции и интеллектуальных способностей школьппков

Рис. 1. Модель методической системы обучения электродинамике

учащихся средней школы 22

Два аспекта модели составляют существенные для исследования факторы: деятель-ностаый аспект и структурный аспект. Они направлены на достижение цели повышения уровня предметных знаний, развития интеллектуальных способностей и компетешно-сгей ученика. Деятельпостный аспект моделирует реальную деятельность ученика (учебную, познавательную) и педагога (развивающую, диагностическую, контрольную) по достижению цели. Структурный аспект моделирует реальную методику обучения -цели, методы, формы и средства обучения, модульную структуру раздела и содержание изучаемого материала. Модель конструируется на теоретическом основании, представляющем собой авторскую концепцию формирования методической системы обучения и базовые пршщипы обучения электродинамике. Подробно рассматриваются и анализируются основные компоненты этой модели.

Разработана структура раздела «Электродинамика», основанная на принципе двухядерности: структура раздела образована на функциональном уровне двумя ядрами - базовыми теориями, вокруг которых и осуществляется генерализации всего материала раздела: классическая электродинамика с упрощенной математической записью и анализом уравнений Максвелла, классическая электронная теория, сопровождаемая математической моделью и ее анализом. Дидактические блоки «теориж-методология-приложения» образуют архитектуру раздела, реализованную в ее компонентах, связях этих компонентов друг с другом (рис. ,2).

В главе 4 «Методики изучения тем электродинамики в школьном курсе физики» рассматриваются методики и структура различных тем относительно её

авторского видения.

В процессе изучения электродинамики в школьном курсе физики можно наиболее эффективно формировать и развивать логическое, теоретическое, научно-техническое, диалектическое мышление учащихся (С. Е. Каменецкий) и, следовательно, влиять на развитие интеллектуальных способностей и компетентно-стей учащихся, поскольку фундаментальные и прикладные знания являются предпосылкой, движущей силой и следствием такого развития. Данное исследование проводится на примере изучения раздела «Электродинамика» курса физики старших классов еще и по следующим причинам:

- этот раздел занимает значительную по объему (30-35% общего количества часов всего школьного курса физики в зависимости от программы) и наибольшую по количеству вводимых для усвоения понятий часть курса физики старших классов средней школы;

- раздел «Электродинамика» школьного курса физики требует развития идеи генерализации материала на основе двух моделей: математической модели электромагнитного поля (системы уравнений Максвелла) и модели свободных носителей зарядов в классической электронной теории;

- в рамках раздела изучаются частные модели электродинамики, использующие такие методы, как аналогия, абстрагирование, идеализация, мысленный и реальный эксперимент;

- демонстрационный эксперимент в рамках этого раздела в наибольшей степени способствует раскрытию основных методов физики и приложений электродинамики, а исследовательский эксперимент в наиболее полной мере способствует

Рис. 2. Структура раздела «Электродинамика»

формированию у учащихся знаний о структуре научного эксперимента и формированию прикладных знаний.

В качестве примера синтеза фундаментальных и прикладных знаний приведем методику изучения темы «Электромагнитная индукция». В фундаментальной часта теоретические знания, приобретаемые при изучении основных понятий, таких как электромагнитная индукция; индуктивность; ток смещения; при изучении закона Фарадея; правила Ленца формируются и взаимодействуют с методологическими знаниями, приобретаемыми в процессе освоения таких методов как метод аналогии физических величин в электродинамике и механике; мысленные эксперименты по стягиванию витка в точку для установления первого уравнения Максвелла, с зарядкой конденсатора для введения понятия тока смещения (окончания первого уравнения Максвелла); математические методы «коэффициента пропорциональности» при введении физических величин, «от противного» при доказательстве правила Ленца, логически индуктивный вывод первого уравнения Максвелла, основанного на законе Фарадея. Знания, полученные при изучении таких приложений как применение индукционных токов, применения электромагнитной индукции в электроакустике, для генерирования и преобразования напряжения переменного тока и др. опираются на приобретенные фундаментальные знания и формируют вместе с ними прикладные знания учащихся.

В главе делается научно-методический анализ каждой темы раздела в соответствии с дидактическими блоками «теория - методология - приложения» (рис. 2). Рассмотрим это на примере темы «Электростатика». При изучении электростатики необходимо введение, изучение и освоение следующих основных

- физических понятий: электрический заряд; электризация макроскопических тел; электростатическое поле; напряженность электрического поля; поток вектора напряженности электрического поля; потенциал, разность потенциалов; электрическое напряжение; электрическая ёмкость;

- моделей конфигураций зарядов: точечный электрический заряд, равномерно заряженный по объему шар; равномерно заряженная плоскость; равномерно заряженная нить;

- моделей вещества в электростатическом поле: полярный и неполярный диэлектрик; металлический проводник;

- моделей графического отображения и инструментов: силовая линия электростатического поля; гауссова поверхность; эквипотенциальная поверхность;

- методов: мысленный эксперимент по взаимодействию точечных электрических зарядов в вакууме, мысленного эксперимента с веществом в электростатическом поле; абстрагирование при построении моделей; аналогия электростатического и гравитационного взаимодействия; аналогия истока и стока, силовых линий электростатического поля и линии тока жидкости в гидродинамике; математический метод «коэффициента пропорциональности»; логически индуктивный вывод основного уравнения электростатики - третьего уравнения Максвелла, основанного на законе Гаусса; логически индуктивный вывод о свойствах электрического поля любой конфигурации источников на основе рассмотрения только двух частных случаев - однородного поля и поля точечного источника;

— принципа суперпозиция электрических полей;

- законов: сохранение электрического заряда; взаимодействие двух точечных зарядов в вакууме (Закон Кулона); взаимосвязь потока вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность с величиной зарядов-источников внутри этой поверхности (закон Гаусса).

Подробно рассматривается введение понятий, особенно тех, которые неоднозначно трактуются в методической литературе. Закон Гаусса для электрического поля представляется как одно из уравнений Максвелла.

После изучения электромагнитной индукции и тока смещения полностью подготовлен материал для формирования системы уравнений Максвелла. Методическая система настроена на введение и анализ систем уравнений Максвелла, записанных в доступной учащимся математической форме. Предлагаемая математическая формулировка уравнений Максвелла использует известный учащимся старших классов математический аппарат сумм и приращений, на который мы опирались при формулировке отдельных законов, составляющих систему уравнений Максвелла. Именно такая формулировка была дана С. Е. Каменецким и Кл. Э. Суорцем. Мы считаем принципиальной необходимость математической записи, так как это предполагает возможность анализа системы уравнений Максвелла.

В каждом модуле приводятся структура темы, а также схемы, описание, мето- . дика демонстрационных экспериментов, обеспечивающих поддержку курса на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. В каждом модуле приводится методика обучения приложениям, основным принципом которой является то, что соблюден важный дидактический момент — при изучении этих прикладных вопросов рассматриваются практически все изученные положения методологический части.

Обобщим вышесказанное на примере формирования триады «теория - мето- • дология - приложения» темы «Магнетизм» (табл.1)

Таблица 1

Методика изучения темы «Магнетизм»

ТЕОРИЯ МЕТОДОЛОГИЯ ПРИЛОЖЕНИЯ

понятия: - магнитное поле; - магнитная индукция; - поток вектора магнитной индукции; - циркуляция вектора магнитной индукции; - сила Ампера, сила Лоренца. 1. принцип: - суперпозиция магнитных полей. 2. законы: - взаимодействие двух прямолинейных токов в вакууме (закон Ампера); моделирование 1.1. модели токов: - прямолинейный ток, - . соленоид; 1.2. модели магнитных веществ: - парамагнетики и диа-магнетики; - ферромагнетики; 1.3. модели графического отображения и инструментов: - силовая линия магнитного поля; - гауссова поверхность; 2. .методы: применение силы ампера: - электроизмерительные приборы магнитоэлектрического и электродинамического типа, особенности их применения; - электродвигатели, устройство, принцип действия и применение; - динамические громкоговорители, их применение в электроакустике. 1. применение силы Лоренца: - циклотрон и его применение в ядерных исследованиях; - принцип действия масс-

- закон Гаусса для магнитного полл.

- мысленный эксперимент по взаимодействию двух параллельных прямолинейных токов;

- абстрагирование при построении моделей;

- математический метод «коэффициента пропорциональности»; логически индуктивного вывода четвертого и первого уравнений максвелла, основанных на законе гаусса и законе ампера.

спектрометра и его использование;

- электромагнитная система отклонения луча в электроннолучевой трубке;

2: применение магнитных материалов:

- применение ферромагнетиков в электро- радиотехнике и электронике;

- применение ферромагнетиков для магнитной записи -устройство диска HDD (винчестера) компьютера.

В пятой главе «Концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики» приведены подробные учебные материалы раздела «Электродинамика». Концепт-содержание не является ни учебником, ни его частью, оно представляет собой полный учебный материал раздела «Электродинамика» для старших классов средней школы, разработанное в соответствии с авторской концепцией методической системы обучения электродинамике в средней школе, основанное на идее синтеза фундаментальных и прикладных знаний учащихся. Вопрос отбора необходимого содержания предназначенного для того или иного уровня обучения решается в педагогической практике непосредственно учителем. Существует большое количество учебных и методических пособий, которые построены по принципу учебно-методических указаний или моделей уроков. Однако в таких пособиях отсутствует часто основное и всегда полное содержание фактического учебного материала. Чаще всего в этих пособиях обозначается, как надо учить, а не чему. Поэтому учитель вынужден использовать имеющиеся у него сведения из общей физики и некоторых разделов теоретической физики для адаптации их в школьном курсе. В этом смысле представленное нами в исследовании концепт-содержание обладает практической направленностью, обеспечивающей исходный материал для обучения учащихся.

Концепт-содержание имеет модульную структуру «теория - методология - приложения». Особенностями модуля «Электростатика. Четвертое уравнение Максвелла» являются: авторское введение понятия «электрический заряд» как атрибут (неотъемлемое свойство, данным от природы, например, как масса) некоторых элементарных частиц; введение понятия «электростатическое поле» как проявление электромагнитного поля, и получение четвертого уравнения Максвелла за счет обобщения закона Гаусса; введение гауссовой поверхности как модели инструмента для нахождения полей различных конфигураций зарядов, описываемых моделями, введение понятий работы и циркуляции вектора. При рассмотрении энергетических соотношений в электростатике проводится различие в понятиях напряжение и разность потенциалов. Этот факт используется для расчета и построения графиков потенциала различных моделей конфигураций зарядов.

В прикладной части модуля предлагаются для изучения классические и актуальные приложения: от электростатического генератора Ван-де Графа до применения в компьютерной, электро- и радиотехнике, в климатической технике.

К особенностям модуля «Магнетизм. Третье и начало первого уравнения Максвелла» относится введение понятия «магнитное поле» как частного проявления электромагнитного поля, получение третьего уравнения Максвелла как обобщение закона Гаусса для магнитного поля; установление закона Ампера с использованием аппарата циркуляции вектора магнитной индукции и получение первой части первого уравнения Максвелла, применение закона Ампера для нахождения магнитного поля модели линейного тока в виде соленоида; изучение эффекта Холла, объясняющего появление силы Лоренца.

В этом модуле целесообразно рассмотреть приложения, имеющие отношения-к электроизмерительным приборам, применения в ускорителях заряженных частиц, применения магнитных материалов электро-радиотехнике и электронике и для магнитной записи информации.

При изучении модуля «Классическая электронная теория. Постоянный электрический ток» основное внимание уделяется построению модели металлического проводника как базиса классической электронной теории на основе имеющего высокую концентрацию газа свободных электронов. Рассматривается стационарное электромагнитное поле: его источники и проявления, а также система почти независимых уравнений, которыми описывается стационарное электромагнитное поле. Рассматривается закон Ома для замкнутой цепи, неоднородного и однородного участка цепи. На основе анализа зависимости сопротивления проводника от концентрации и подвижности электронов делается вывод о зависимости электрического сопротивления (проводимости) о температуры. Рассматривается явление сверхпроводимости на основе элементарной модели связанного коллектива взаимодействующих друг с другом электронных пар.

Изучение применения терморезисторов в автоматике, контрольно-измерительной аппаратуре, применение сверхпроводников и др. образует комплекс прикладных вопросов этого модуля.

Отдельным блоком приложений рассматривается .электрический ток в различных средах, в частности: классические приложения (электрометаллургия, вакуумные приборы, газоразрядные трубки), а таюке принцип действия и применение полупроводниковых приборов, современные технологии на основе органических полупроводников, плазменные панели PDP и их использование в средствах отображения информации и пр.

Особенностями модуля «Электромагнитная индукция. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла» является то, что на основе частных моделей электромагнитного поля и с учетом формирования понятия «ток смещения» строится система уравнений Максвелла, использующая доступный математический аппарат сумм и приращений, впервые примененный С. Е. Каменецким.

1. ¿M=|i,/ + e,

где - поток вектора Е через замкнутую поверхность,

^Г 5Д? - поток вектора В через замкнутую поверхность,

о ^

У,Ёл7 — циркуляция вектора Е,

^ВАТ - циркуляция вектора В ,

5 — электрический заряд,

е0,-электрическая и магнитная постоянные.

В качестве частных случаев при анализе этой системы рассматриваются 2 случая — стационарный и статический. Также рассматриваются идеальные модельные условия выполнимости этих уравнений: однородность, линейность, без инерционность, изотропность среды и независимость ее параметров от температуры.

В этом модуле рассматриваются такие прикладные вопросы как индукционный нагрев, индукционные плавильные печи, применение электромагнитной индукции в электроакустике магнитогидродинамические (МГД) и др.

Следующий модуль «Электромагнитные колебания и волны» обеспечивает систематизацию знаний учащихся по электромагнитным колебаниям: свободные (затухающие), вынужденные, автоколебания. Проводится «токовое», «полевое» и «энергетическое» рассмотрение колебательных процессов в идеальной модели -колебательном контуре. Рассматривается аналогия электромагнитных колебаний и колебаний пружинного и математического маятников.

Элементы электротехники цепей переменного тока рассматриваются в прикладной части модуля. В частности, рассматриваются: генерирование переменного тока, конденсатор и катушка в цепи переменного тока, реактивное сопротивление, векторные диаграммы; контур в цепи переменного тока, импеданс, коэффициент мощности; линии электропередач, генератор незатухающих колебаний на транзисторе.

В этом модуле рассматривается форма существования электромагнитного поля в виде электромагнитной волны. На основе качественного анализа уравнений Максвелла показывается как гармонические колебания силы тока (заряда) в проводнике возбуждают электромагнитную волну, которая отрывается от источника. Рассматриваются параметры волны - скорость распространения, длина волны, частота, поляризация. На основе применения уравнений Максвелла к модели волны определяется скорость распространения электромагнитной волны. Рассматриваются свойства электромагнитных волн, такие как отражение, преломление (на основе принципа Гюйгенса) и поглощение. Подробно рассматривается интерференция и дифракция электромагнитных волн с использованием аппарата зон Френеля. Рассматриваются границы применимости геометрической оптики, дифракции Френеля и дифракции Фраунгофера.

В прикладной части модуля рассматриваются: основные вопросы распростра-

нения радиоволн, основные вопросы теории и конструкции излучателей, простейшие передатчик и приемник радиоволн, супергетеродинный приемник, жидкокристаллические (ТУТ) матрицы, типы, принцип действия и использование в мониторах и TV приемниках, применение радиоволн для средств коммуникаций и в беспроводных сетях, применение радиоволн в мобильных сетях связи, радиолокация и структура современных радиолокационных станций и др.

Таким образом, концепт-содержание вводит учащегося в модельный мир физики, знакомит с методами и приложениями физики. Математическая формулировка уравнений Максвелла, ядра электродинамики, реализуется, по крайней мере, для двух частных случаев - стационарного и статического, а также для создания на их основе модели распространяющейся электромагнитной волны и вывода формулы для скорости ее распространения.

В шестой главе «Экспериментальное обоснование и проверка результативности методической системы обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний» дана характеристика этапов педагогического эксперимента, его результатов и показана, что гипотеза исследования подтверждена педагогическим экспериментом (табл. 2).

Таблица 2

этап констатирующий ПОИСКОВЫЙ обучающий

участники школьники студенты школьники студенты школьники студенты

школы лицея №№ 82,38,87, г. Н. Новгорода, гимназия №80, школы №№ 27, 85, 117 г. Н. Новгорода, школа №20 г. Мурома, лицей №26 г. Саранска (Мордовия), школа №3 г. Ядрин (Чувашия) лицеи №№ 8238,87, г. Н. Новгорода, гимназия №8.0, школы №№ 27, 85, 117 г. Н. Новгорода, школа №20 г. Мурома, лицей №26 г. Саранска (Мордовия) школа №3 г. Ядрин (Чувашия) гимназия №80, лицеи №82, 87, школа №176 г. Н. Новгорода, школа №20 г. Мурома,

вузы Шуйский государственный педагогический университет, Нижегородский государственный педагогический университет Шуйский государственный педагогический университет, Нижегородский государственный педагогический университет Шуйский гос. педу-ниверситет, Нижегородский гос. педуни-верситет, Шадрин-ский гос. пединститут

1 i Vi \ %/U/U/Vl\tfU>tii;VlAJlU IV^AVVJi J — — —----------•

достигнутыми результатами усвоения раздела «Электродинамика», положительной динамики в развитии интеллектуальных способностей и компетентностей учащихся и использованными ресурсами в виде исследуемой модели этой системы. Показатели эффективности определяются результатами педагогической диагностики.

В оценке эффективности можно выделить два основных аспекта: оценку процесса обучения и оценку конечного результата этого же обучения. Таким образом, целями педагогической диагностики является проверка соответствия сконструированной модели методической системы обучения электродинамике в школе реальному учебному процессу, который осуществляется на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний.

Система контрольных заданий, предметных тестовых заданий и психологиче-

30-

ских тестов для оценки хода и результатов обучения школьников на основе авторской модели методической системы обучения включает:

- предметные тестовые задания для контроля знаний по электродинамике и сформированности фундаментальных и прикладных знаний;

- анкеты и тесты по оценке состояния и динамики изменения мотивационной сферы, общих способностей учащихся;

- обучающие тестовые задания (тексты) для формирования и оценки уровня компетентностей школьников.

При исследовании уровня сформированности фундаментальных и прикладных знаний учащихся определялись следующие параметры обученности (умения):

1. умение выделить физическое явление;

2. умение применить такие методы, как сравнение, аналогия, симметрия и асимметрия, для начального качественного одисания явления;

3. умение построить физическую модель явления на основе таких методов, как абстрагирование и идеализация;

4. умение сформулировать математическую модель явления, определить границы применимости сформулированной модели и реализовать ее;

5. умение смоделировать, организовать и провести эксперимент;

6. умение выделить такие конкретные приложения данного физического явления, в которых на практике реализована данная модель.

При исследовании уровня интеллектуального развития и структуры интеллекта определялись следующие параметры личности учащихся:

1. коэффициент интеллекта IQ;

2. структура интеллекта;

Так называемый «психологический интеллект», на измерение которого и направлены тесты интеллекта, представляет собой «биологический интеллекта с учетом культурных, образовательных, семейных и социально-экономических факторов, то есть в него как раз и входит результат обучения, в целом влияние среды составляет в интеллекте до 10%. С определенностью отнести положительную динамику на счет влияния какой-либо методики обучения нельзя, поэтому измерение динамики интеллекта в процессе обучения по какой-либо методике носит лишь оценочный характер. Иными словами, при высокой надежности тесты интеллекта обладают по отношению к методике обучения явно низкой валидностью.

При исследовании уровня компетентностей определялись следующие умения:

1. умение распознавать проблемы, которые могут быть решены на основе физических знаний, то есть, понимание, осмысление, интерпретация текстов и визуальных изображений в контексте;

2. умение обнаруживать неявную информацию, в том числе на основе междисциплинарного анализа;

3. умение осуществлять выбор одного или нескольких предложенных вариантов решения;

4. умение принимать решение.

При диагностике использовались такие методики как анкетирование и тестирование. Для исследования мотивационной сферы использовались: анкета-сочинение и ан-

кетирование по мотивации. Для исследования сформированности теоретических и методологических знаний: тестовые задания «Формулировка моделей объектов изучения раздела «Электродинамика»; тестовые задания «Построение аналогий»; тестовые задания по электродинамике - выборка из тестовых заданий по общей физике для студентов физико-математических специальностей вузов, адаптированные автором для учащихся средней школы и дополненные в соответствии с авторской концепцией структуры раздела «Электродинамика»; тестовые задания ЕГЭ. Для исследования сформированности прикладных знаний тестовые задания «Приложения электродинамики». Для оценки уровня развития интеллектуальных способностей тесты 12 (по Г. Айзенку); тесты структуры интеллекта Р. Амтхауэра; тестовые задания «Интеллектуальная лабильность» (авторский коллектив Кубанского государственного университета). Для оценки уровня компетенгностей - специальные тестовые задания (тексты).

Рассматриваются постановка, ход, результаты и статистический анализ результатов педагогического эксперимента по комплексной проверке гипотезы исследования. В педагогическом эксперименте на различных этапах участвовали статистически значимое количество учащихся: непосредственно в экспериментальных группах — 3046 учащихся 10-х и 11-х классов учащихся школ, гимназий и лицеев Нижнего Новгорода, Саранска, Мурома, 40 студентов магистратуры Нижегородского государственного педагогического университета, Шуйского государственного педагогического университета, более 15 учителей школ Нижнего Новгорода и других городов. Представлены этапы, задачи, структура и методика экспериментального исследования, где, в частности, отмечается, что на основе трех положений гипотезы и с учетом диагностического аппарата определились направления экспериментальной работы:

- исследовать уровень предметной подготовки школьников, сформированности фундаментальных и прикладных знаний;

- исследовать уровень сформированности трех компонент учебно-познаватедыгай компетентности школьников, обучающихся по авторской программе и методике;

- исследовать уровень интеллектуального развития и структуры интеллекта школьников, обучающихся по авторской программе и методике.

Педагогический эксперимент осуществлялся в три этапа - констатирующий, поисковый, формирующий (обучающий). В диссертации рассмотрены цели и задачи каждого этапа эксперимента и приводятся методы экспериментального исследования, среди которых основное место занимают анкетирование и тестирование. Тестирование проводилось по исследованию мотивационных факторов, по проверке сформированности фундаментальных и прикладных знаний, по проверке качества усвоения фактического материала раздела «Электродинамика», проводилось психологическое тестирование интеллекта, проверка с помощью обучающих текстов уровня развития компетенгностей и ряд других исследований.

В процессе проведения итогового эксперимента учащимся 10-х и 11-х классов были предложены задания для описания частных моделей в электродинамике. На диаграмме (рис. 3) представлены результаты выполнения тестовых заданий на знание моделей в виде усредненной доли правильных ответов на вопросы заданий.

мк мв мгои мкв

§ экспериментальные группы Ш контрольные группы

МК - модели конфигураций зарядов и токов; МВ - модели вещества; МГОИ - модели графических отображений и инструментов; МКВ - модели колебательных систем и волновых процессов

Рис. 3. Результаты выполнения тестовых заданий на знание моделей

Как видно из рис. 3, превышение показателей в экспериментальных группах весьма значительное - от 20 до 50%. Учащиеся контрольных групп чаще всего просто не знакомы с большей частью моделей инструментов и моделями механизмов возбуждения и распространения электромагнитных волн.

На рис. 4 представлены результаты выполнения тестовых заданий учащихся по основным проверяемым умениям в процессе моделирования в виде усредненной доли правильных ответов на вопросы заданий.

1 2 3 4 5 умения

Ш экспериментальные группы Щ контрольные группы

Рис. 4. Результаты выполнения тестовых заданий по моделированию

На оси категорий диаграммы указаны проверяемые умения: 1 - умение определять набор факторов, признаков, характеристик объекта;

2 - умение вырабатывать критерии оценки влияния на поведение объекта;

3 - умение выделять существенные и несущественные факторы объекта в конкретных условиях;

4 - умение определять границы применимости моделей, сопоставлять модель и реальный объект;

5 — умение сформулировать образное и математическое описание моделей.

Результаты выполнения тестовых заданий доказывают, что такие

методологические знания и умения как построение моделей у учащихся экспериментальных групп сформированы значительно лучше. Следовательно, эффективность авторской методики и содержания электродинамики для формирования методологических знаний доказана.

Для исследования степени формирования фундаментальных и прикладных знаний и уровня обученности использовались тестовые задания «Формулировка модели», «Приложения электродинамики», выборка из тестовых заданий ЕГЭ по электр о динамике.

Компоненты учебно-познавательной компетентности учащихся оценивались с помощью специальных авторских тестовых заданий (текстов). Каждый из компонентов - теоретический, методологический и прикладной оценивался как интегральная характеристика по трем группам вопросов разных категорий тестовых заданий. Вопросы «на знание и понимание» относятся к теоретической компоненте, вопросы «на анализ и синтез» относятся к методологической компоненте, вопросы «на применение и оценку (принятие решения)» - к прикладной. Результаты приведены в виде диаграмм на рис. 5.

теоретический методологический прикладной

И контрольные группы 3 экспериментальные группы

Рис. 5. Результаты оценки компонентов учебно-познавательной компетентности На диаграмме показана усредненная доля правильных ответов. Особенно возросло число учащихся, овладевших методологическим компонентом учебно-познавательной компетенции, разница в экспериментальных и контрольных группах составляет 23%, в то время как число учащихся, овладевших прикладной

компонентой возросло на 18% в экспериментальной группе по сравнению с контрольной.

Для экспериментального исследования развития интеллектуальных способностей использовались тестовые задания «Интеллектуальная лабильность». Результаты приведены на рис. 6.

экспериментальные группы

контрольные группы

Факторизация:

1 - формулы - осведомленность (4, 8, 25, 27, 24), 2 - формулы - символизация (5, 7, 9, 13, 37); 3 - графики - осведомленность (2, 11, 34, 38, 39); 4-графики-символизация (20, 23, 26, 29, 32); 5-понятия, законы - осведомленность (6, 10, 17, 31, 35); б - понятия, законы - аналогии (16, 22, 28, 30, 33); 7-взаимодействие понятий, применение законов (3,12, 14, 21, 40); 8-абстрагирование (1, 15, 18, 19, 36).

Рис. 6. Результаты тестирования «Интеллектуальная лабильность»

Выполнение тестовых заданий «Интеллектуальная лабильность» предполагает не только знание фактического материала, но и способность к мысленному анализу отношений между пространственными и знаковыми элементами в условиях задач, к моделированию ситуаций и объектов изучения, к преобразованию полученных знаний. Такие тестовые задания - многофункциональные средства диагностики качества обучения и развития.

На радиальных линиях диаграмм, соответствующих различным типам вопросов в соответствии с факторизацией, показаны доли правильных ответов, усредненные по группам учащихся разных школ и по двум типам тестов ИД-20 и «Переменный ток». Как видно из диаграмм, учащиеся экспериментальной группы по всем факторам имеют более высокие показатели, превышающие на 10-15% соответствующие показатели у контрольной группы, что свидетельствует о том, что обучение на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний учащихся существенным образом положительно влияет на интеллектуальное развитие учащихся.

Преобразование курса «Теория и методика обучения физике» для студентов вуза заключалась во внедрении в образовательный процесс учебных пособий автора и методических рекомендаций к курсу «Экспериментальные основы школьного курса физики». Оценивались умения студентов магистратуры факультета физики, математики и

. 35

информатики НГПУ использовать на практике методику и содержание обучения электродинамике в школьном курсе физике на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. Студенты в рамках курса «Методика и практика решения физических задач» обучались принципам разработки тестовых заданий для проверки компетентно-стей школьников, а также вопросам применения их на практике с целью обучения и контроля знаний учащихся.

В главе представлены материалы по обработке результатов педагогического эксперимента методами математической статистики. В качестве одного из показателей эффективности формирования методологических и прикладных знаний учащихся использовались результаты выполнения учащимися экспериментальных и контрольных групп тестовых заданий по электродинамике. Использовался критерий сравнения результатов двух независимых выборок Колмогорова-Смирнова. Этот критерий используется при определении эффективности изучения фундаментальных и прикладных вопросов электродинамики для формирования соответствующих знаний учащихся. Имеется достаточно оснований считать (на уровне значимости 0,05), что предлагаемая в диссертационной работе методика позволяет формировать методологические и прикладные знания учащихся.

Проведен анализ результатов интеллектуального развития учащихся в процессе обучения физике по авторской методике и содержанию на основании результатов выполнения тестовых заданий «Интеллектуальная лабильность» методами математической статистики с использованием двухстороннего критерия у2 (хи-квадрат). Предположение о том, что обучение физике на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний способствует интеллектуальному развитию учащихся можно считать доказанным на уровне -значимости 0,05. Метод, основанный на двухвыборочном /-критерии Стьюдента для независимых выборок, использовался для анализа результатов выполнения тестовых заданий для оценки компетентно-стей. Делается статистически обоснованный вывод о том, что обучение физики на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний, то есть в рамках разработанной модели методической системы способствует развитию компетентностей учащихся при уровне значимости 0,01.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполненного исследования доказана гипотеза исследования, состоящая в том, что обучение физике в старших классах средней школы будет способствовать развитию интеллектуальных способностей, выработке и развитию учебно-познавательной компетентности учеников средней школы, если обучение будет построено на основе авторской методической системы обучения электродинамике в школе.

Получены следующие результаты.

1. Проанализированы тенденции совершенствования обучения физике в школе в отечественной теории и методике обучения физике, показано, что имеются несоответствия между существующими системами обучения электродинамике в школе и современными требованиями к уровню компетентностей и интеллектуальным способностям школьников;

2. Установлены несоответствия высоких требований подготовки учащихся в области электродинамики и недостаточно количество методических разработок для учителей в этой области физики.

3. Разработан и обобщён понятийно-категориальный аппарат, который вводит и расширяет терминологическое пространство исследования, содержащее как общенаучные понятия (компетенция, компетентность, интеллектуальные способности, методология познания), так и специфические, присущие физике как науке (теории, модели, графические интерпретации, приложения электродинамики в технике и др.).

Включена в состав компетентностей учебно-познавательной компетентность, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов, формируемых у школьников в процессе обучения электродинамике в русле авторской методической системы:

а) Коэффициент интеллекта /0;

б) Структура интеллекта;

4. Разработана концепция методической системы обучения электродинамике в средней школе на основе компетентностного, деятельностного, системного, инте-гративного подходов и выстроенная как структура, описывающая идеи, цели, базовые принципы, отобранное содержание, формы, методы и средства организации учебного процессам средней школе при обучении электродинамике.

Принципы формирования методической системы:

Подходы: компетентностный, системный, деятельностный и интегративный.

Обучение электродинамике на основе общенаучных методов познания и специфических методов физики:

Ядро концепции составляет ведущая идея исследования, которая заключается в представлении о том, что обучение электродинамике в средней школе должно основываться на триаде - теория-методология - приложения, что приведет к синтезу фундаментальных и прикладных знаний.

5. На основе концепции сконструирована адекватная концепции модель методической системы обучения учащихся, отражающая структурные компоненты системы (цель, содержания, методы, формы и средства), на формирование которой оказывают влияние внутренние и внешние факторы.

6. Разработана и внедрена в практику ряда средних школ методическая система обучения электродинамике в средней школе, ведущей идеей которой является построение обучения на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. Генерализация учебного материала, реализованная для раздела «Электродинамика», триединство теоретического, методологического и прикладного познания физики, выраженное в методике и содержании обучения, освоение в процессе обучения общенаучных методов познания, модульная структура раздела «Электродинамика» на основе содержательных блоков «теория - методология - приложения», а также демонстрационный и исследовательский эксперимент, наглядно подтверждающие идею усвоения физики в единстве компетентносгного, системного, деяхельностного и интегративного подходов — все эти дидактические принципы составляют основу разработанной концепции, послужившей базисом для конструирования модели методической системы обучения учащихся электродинамике в школьном курсе физики. '

7. В соответствии с деятельностным аспектом модели, описывающим деятельность (учебную, познавательную, развивающую, диагностическую, контрольную) участников учебного процесса (ученика и педагога) по достижению педагогических целей, разработана система методик обучения физике в школе. Методики основаны на единстве теоретических, методологических и прикладных знаний, нацелены на интеллектуальное развитие школьников и формирование их компе-тентностей. Методики основаны на синтезе фундаментальных и прикладных знаний и включают в себя:

- понятия, принципы, законы, теории физики;

- модели и методы, положенные в основу теории познания,

- современные технические устройства, построенные на основе изучаемых законах электродинамики.

8. В соответствии со структурным аспектом модели, который описывает теоретические основания, базовые принципы обучения и структуру раздела «Электродинамика», разработано инновационное содержание с учетом генерализации учебного материала на основе теории электромагнитного поля Максвелла и классической электронной теории и структурированное в дидактические блоки «теория-методология-приложения».

9. Для оценки результатов внедрения модели методической системы обучения учащихся электродинамике в школьном курсе физики в образовательный процесс разработан аппарат и методика диагностики эффективности применения методической системы обучения электродинамике в школе. Методы диагностики включают предметное, психолого-педагогическое тестирование и тестирование развития компетентностей. Аппарат диагностирования включает как систему контрольных заданий, предметных тестовых заданий и психологических тестов для проверки сформированное™ методологических и прикладных знаний, для оценки динамики развития интеллекта и компетентностей школьников, так и комплект учебных и методических пособий для учителей и студентов педагогических вузов - будущих учителей физики, обеспечивающий подготовку для преподавания физики в школе на основе авторской концепции.

10.Педагогический эксперимент показал, что учащихся экспериментальных групп, имеющих высокие показатели «интеллектуальной лабильности» на 10 -15% больше, чем учащихся контрольных групп. Особенно возросло число учащихся, овладевших методологическим компонентом учебно-познавательной компетенции, разница в экспериментальных и контрольных группах составляет 23%, в то время как число учащихся, овладевших прикладной компонентой возросло на 18% в экспериментальной группе по сравнению с контрольной.

Таким образом, экспериментально доказана эффективность методической системы обучения электродинамике в средней школе на основе предложенного содержания раздела, формирующего фундаментальные и прикладные знания учащихся, проведен анализ методами математической статистики, сделан вывод о достоверности выполнения гипотезы исследования.

Продолжение исследования мы видим в дополнении разработанной методической системы новыми методическими материалами на основе электронных образовательных ресурсов.

Основное содержание диссертационного исследования отражено в 50 публикациях автора общим объемом 47,2 п.л.

Монографии:

1 Альтшулер Ю.Б Концепт-содержание электродинамики в современной школе: теория, методология и приложения Монография / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова - Шуя: Изд-во ГОУ ВПО «ШГПУ», 2011. - 192 е.: ил. - 12 п.л. (авторских. 80%)

2 Альтшулер Ю Б. Электродинамика в современной школе: основы теории и методики обучения; Монография / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова - Н.Новгород-Шуя: Изд-во ГОУ ВПО «ШГПУ», 2008. - 116 е.: ил. - 7 п.л. (авторских. 80%)

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

3 Альтшулер Ю. Б. Демонстрационный эксперимент по излучению п распространению электромагнитных волн [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Физическое образование в ву-

за*.-2007.-Т. 13. - № 1. - С. 96-103.-0,4 п.л.

4. Альтшулер Ю. Б. Экспериментальное исследование развития и структуры интеллекта в процессе обучения физике в средней школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова // Наука и школа. - 2007. - №6. - С. 41-46. - 0,4 п.л. (авторских 80%)

5. Альтшулер Ю. Б. Формирование методологических и прикладных знаний в процессе обучения физике [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова // Наука и школа. — 2008-№2.- С. 29-31. - 0,3 п.л. (авторских 80%).

6. Альтшулер Ю. Б. Модель педагогической системы обучения электродинамике в школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова II Наука и школа. -2008. - №3.- С, 15-18. - 0ß п.л. (авторских 80%).

7. Альтшулер Ю. Б. Экспериментальное моделирование трасс распространения электромагнитных волн при изучении прикладных вопросов электродинамики в курсе общей физики [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Наука и школа. — 2008. — №5. — С. 45-48. — 0,3 пл.

8. Альтшулер Ю. Б. Направления обновления школьного физического образования на современном этапе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Наука и школа. 2009. - №1 — С. 13-16. - 03 пл.

9. Альтшулер Ю. Б. Синтез методологических и прикладных знаний в курсе физики средней школы: результаты педагогического эксперимента [Текст] / А. А. Червова, Ю. Б. Альтшулер // Физическое образование в вузах. -2009.-Т. 15. -№ 3. - С. 110-119.-05 пл. (авторских 80%).

10. Альтшулер Ю. Б. Особенности методики обучения физике в школе по теме «Энергия заряда в электрическом поле и потенциал» [Текст] // Вестник Вятского государственного гуманитарного университета. Педагогика и психология. — 2009.— JV°3(3). - С. 171-175. - 0,4 пл.

11. Альтшулер Ю. Б. Развитие компетентностных качеств учащихся средней школы на основе синтеза методологических и прикладных знаний в обучении физике [Текст] / Ю. Б. Альтшулер //Приволжский научный журнал. - 2009. - №4(12) — С. 216-220. - 0,3 пл.

12. Альтшулер Ю. Б. К вопросу о генерализации материала раздела «Электродинамика» школьного курса физики на основе математической формулировки уравнений Максвелла [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Школа будущего. - 2011. - Л»6 - С. 36-42 - 0,4 п.л.

13. Альтшулер Ю. Б. Особенности методики изучения темы «Электрический ток в различных средах» в школьном курсе физики [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова //Приволжский научный журнал. - 2012. - №1(21) — С. 231-233 - 0,3 п.л. (авторских 80%).

14. Альтшулер Ю. Б. Общенаучные и специфические методы в методике обучения электродинамике в школьном курсе физики [Текст] / Ю. Б. Альтшулер II Школа будущего. - 2012. - №1 — С.13 - 17 - 0,4 п.л.

15. Альтшулер Ю. Б. К вопросу об изучении темы «Свойства электромагнитных волн» в старших классах средней школы [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова //Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. - 2013—.№1(77). Ч. 2 Серия «Гуманитарные и педагогические науки».- С. 19- 23 - 0,3 п.л. (авторских 80%)

Учебно-методические пособия:

16. Альтшулер Ю. Б. Научные основы обучения электродинамике в школьном курсе физики: учеб. пособие для студ. пед. вузов [Текст] / Ю. Б. Альтшулер. Н. Новгород: Изд. Гладкова О. В., 2004.-92 е.-5,5 п.л.

17. Экспериментальные основы школьного курса физики: лабораторный практикум по теме «Электрическое и магнитное поле» /сост. Ю. Б. Альтшулер. -Н. Новгород: НГПУ, 2005.-27 с. -1,6 пл.

18. Экспериментальные основы школьного курса физики: лабораторный практикум по теме «Электрический ток в средах» / сост. Ю. Б. Альтшулер. - Н. Новгород: НГПУ, 2005. - 22 с. -1,3 пл.

19. Альтшулер Ю. Б. Прикладные вопросы электродинамики в школьном курсе физики: учеб. пособие для студ. пед. вузов [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А. А. Червова. Н. Новгород: ВГИПУ, 2006. - 125 с. - 7,8 п.л.(авторских. 80 %)

Статьи в сборниках трудов и конференций:

20. Альтшулер Ю. Б. Оптические аналогии в электродинамике [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Проблемы

учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. -2004.-Вып. 20,- С. 3-5. - 0,2 пл.

21. Альтшулер Ю. Б. Влияние методологических и прикладных знаний по физике на развитие общих способностей школьников [Текст] / Ю. В. Альтшулер // Материалы по теории и методике обучения физике.-2005.-Вып. 5-С. 50-56.-0,3 п.л.

22. Альтшулер Ю. Б. Исследование развития структуры интеллекта в условиях профильного обучения физике в средней школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Материалы по теории и методике обучения физике. -2005.-Вып. 5.-С. 56-65.-0,8 п.л.

23. Альтшулер Ю. Б, Особенности методики изучения темы «Интерференция и дифракция электромагнитных волн» в школьном курсе физики [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Материалы по теории и методике обучения физике. - 2005. - Вып. 7.- С. 35-39 - 0,3 п.л.

24'. Альтшулер Ю. Б. Методика изучения прикладных вопросов электродинамики в школьном курсе физики [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Материалы по теории'и методике обучения физике. - 2007. - Вып. 8 - С. 4-8. - 0,3 пл.

25. Альтшулер Ю. Б. Методика изучения основных понятий моделей, законов и принципов электромагнетизма [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Материалы по теории и методике обучения физике. - 2007. - Вып. 10,- С. 21-25. - 0,4 п.л.

26. Альтшулер Ю. Б. Диагностика эффективности методической системы обучения электродинамике в школьном курсе физики [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, А.А. Червова// Сборник тезисов докладов ХП Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» - М., Издательский дом МФО, 2012т. - С. 75-76. - 0,1 п.л.

Тезисы докладов на конференциях:

27. Альтшулер Ю. Б. Иерархия моделей в школьном курсе электродинамики Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Материалы Всероссийской научно-метод. конференции-Н. Новгород: НГПУ, 2004.-С. 76-78.-0,13 пл.

28. Альтшулер Ю. Б. Формирование у школьников понятия «Стационарное электромагнитное поле» [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Формирование учебных умений в процессе реализации стандартов образования: Материалы Всероссийской научно-практ. конференции - Ульяновск, УлГПУ, 2004 - С. 47-50. - 0,19 п.л.

29. Альтшулер Ю. Б. Мультимедийные компьютерные технологии в методике обучения школьной электродинамике [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Тр. VI Международной научно-метод. конференции - Н. Новгород: ВГИ1ХА, 2005. Том 2. - С. 8-10. - 0,13 п.л.

30. Альтшулер Ю. Б. Синтез методологии и приложений в обучении физике [Текст] / Ю. Б. Альтшулер // Материалы VII международной научно-метод. конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», часть 1. -М.: Изд-во «Школа Будущего», 2008. - С. 9-12. - 0,2 п.л.

31. Альтшулер Ю. Б. Особенности методики изучения темы «Электромагнитные волны» в средней школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// Материалы IX международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», часть 1. - Москва-Рязань.: Изд-во МПГУ— РГУ им. С. Есенина, 2010. - С. 9-12. - 0,2 п.л.

32. Альтшулер Ю. Б. Изучение методологических и прикладных вопросов электромагнитных колебаний в школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// Материалы научной конференции «Роль инновационных университетов в реализации Национальной образовательной инициативы «Наша новая школа»». - Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2011. - С. 168-169. - 0,1 п.л.

33. Альтшулер Ю. Б. Изучение классической электронной теории, законов постоянного тока и элементов электротехники в школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// Материалы научной конференции «Роль инновационных университетов в реализации Национальной образовательной инициативы «Наша новая школа»».-Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2011.-С. 167-168.-0,1 пл.

34. Альтшулер Ю. Б. Методы аналогии и моделирования при изучении магнитного поля движущихся зарядов в школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// Материалы научной конференции «Роль инновационных университетов в реализации Национальной образовательной инициативы «Наша новая школа»». - Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2011. - С. 169-170. - 0,1 п.л.

35. Альтшулер Ю, Б. Концепт-содержание раздела «Электродинамика» в школьном курсе

физики / Ю. Б. Альтшулер, А. А Червова // Физика в системе современного образования (ФССО-11). Материалы XI Международной конференции. - Волгоград: Изд-во «Перемена»,

2011. - С. 9-12. - 0,2 п.л. (авторских. 80%)

36. Альтшулер Ю. Б. Формирование индивидуальных образовательных маршрутов в образовательной области «Естествознание» [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// Материалы XI международной конференции» Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 110-летию со дня рождения А. В. Перышкина. Часть 2. - М. МПГУ, Издатель Карпов Е. В.,

2012.-С. 128-131.-0,2 пл.

37. Альтшулер Ю. Б. Реализация "принципа генерализации в обучении физике в разделе «Электродинамик» курса средней школы [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, A.A. Червова// Всероссийская научно-методической конференция «Новые педагогические технологии: содержание, управление, методика». - Н.Новгород: ННГУ, 2013. - С. 111-112. - 0,1 пл. (авторских. 80%)

38. Альтшулер Ю. Б. Освоение общенаучных методов в процессе обучения электродинамике в средней школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер, A.A. Червова// Всероссийская научно-методической конференция «Новые педагогические технологии: содержание, управление, методика». - Н.Новгород: ННГУ, 2013.-С. 112-113.-0, 1 л.л. (авторских. 80%)

39. Альтшулер Ю.Б. Духовно-нравственное развитие и воспитание учащихся в процессе обучения физике в средней школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// ХП Международная научно-методическая конференция «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященная 90-летию со дня рождения С.Е. Каменецкого. - МПГУ. -2013. - С. 18-19.-0,1 пл.

40. Альтшулер Ю.Б. Методика изучения классической электронной теории, законов постоянного тока и элементов электротехники в средней школе [Текст] / Ю. Б. Альтшулер// Двенадцатая международная конференция «Физика в системе современного образования» (ФССО-2013). - Петрозаводск. -2013, —С. 147-148.-0,1 пл.

Подписано к печати 25.09.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага ксероксная. Печать ризография. Гарнитура Тайме. Усл. печ. листов 2,6. Тираж 120 экз. Заказ № 3454.

Издательство Шуйского филиала ИвГУ 155908, г. Шуя Ивановской области, ул. Кооперативная, 24 Телефон (49351) 4-65-94

Отпечатано в типографии Шуйского филиала ИвГУ 155908, г. Шуя Ивановской области, ул. Кооперативная, 24

Текст диссертации автор научной работы: доктора педагогических наук, Альтшулер, Юрий Борисович, Шуя

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный университет», Шуйский филиал

На правах рукописи

05201^50057

АЛЬТШУЛЕР Юрий Борисович /^¿¡¡^^

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ УЧАЩИХСЯ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

НА ОСНОВЕ СИНТЕЗА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ЗНАНИЙ

13.00.02 — Методика обучения и воспитания (физика)

Диссертация

на соискание ученой степени доктора педагогических наук

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

Шуя-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..................................................................................... 4

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы обучения электродинамике в средней школе................................................................... 25

§1.1. Методология и приложения науки в образовательной концепции

XXI века............................................................................... 25

§1.2. Направления обновления школьного физического образования

на современном этапе.............................................................. 34

§1.3. Фундаментальная и прикладная направленность в структуре

школьного курса физики........................................................... 43

Глава 2. Теоретические основы концепции формирования методической

системы обучения электродинамике учащихся средней школы............ 53

§2.1. Психолого-педагогические факторы влияния изучения методологии и приложений физики на развитие интеллектуальных способностей компетентностей учащихся.............................................. 53

§2.2. Концепция формирования методической обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний............................................................................... 72

Глава 3. Модель методической системы обучения электродинамике Учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний....................................................................... 98

§3.1. Описание модели методической системы обучения электродинамике 9 8 §3.2. Реализация модели методической системы обучения электродинамике при формировании теоретических, методологических и прикладных знаний по темам 112 Глава 4. Методики изучения тем электродинамики в школьном курсе

физики..................................................................................................................................................123

§4.1. Методика изучения фундаментальных и прикладных вопросов

электростатики....................................................................... 123

§4.2. Методика изучения фундаментальных и прикладных вопросов

магнетизма........................................................................................................................................................136

§4.3. Методика изучения классической электронной теории, законов

постоянного тока и элементов электротехники..............................................................145

§4.4. Методика изучения электромагнитной индукции, системы уравнений Максвелла..........................................................................................................................................156

§4.5. Методика изучения методологических и прикладных вопросов

электромагнитных колебаний и волн......................................................................................165

Глава 5. Концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики 191

§5.1. Электростатика. Третье уравнение Максвелла....................................................191

§5.2. Магнетизм. Четвертое и начало второго уравнения Максвелла..........222

§5.3. Классическая электронная теория. Постоянный электрический ток

§5.4. Электромагнитная индукция. Электромагнитное поле. Уравнения 240

Максвелла..........................................................................................................................................................290

§5.5. Электромагнитные колебания и волны....................................................................308

Глава 6. Экспериментальное обоснование и проверка результативности методической системы обучения электродинамике учащихся средней

школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний................381

§6.1. Цели и задачи педагогической диагностики. Диагностический

аппарат и методика эксперимента................................................................................................381

§6.2. Этапы, задачи, структура и организация экспериментального исследования. 391

§6.3. Результаты педагогического эксперимента..........................................................397

§6.4. Анализ результатов педагогического эксперимента......................................416

Заключение................................................................................................................................................426

Литература............................................................................................................................................................432

Приложение..............................................................................................................................................................456

ВВЕДЕНИЕ

Международные исследования по программам TIMSS и PISA выявили несоответствие уровня естественнонаучной грамотности российских учащихся основным требованиям, принятым в мире в области школьного естественнонаучного образования. В понятие естественнонаучной грамотности наряду с понятиями «контекст», «знания», «отношения» входят как составляющая часть компетентности. Развитие теории и методики обучения физике в школе в связи с этим должно отвечать требованиям переориентации обучения физике на использование знаний в реальных жизненных ситуациях, отличающихся от учебных, достижения целей формирования и развития ком-петентностей учащихся в процессе обучения физике.

Федеральный государственный образовательный стандарт среднего (полного) общего образования указывает, что предметные результаты обучения физике должны отражать: понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; владение основными методами научного познания, используемыми в физике; сформированность умений применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе и принятия практических решений в повседневной жизни.

Интеграция научных исследований с образовательным процессом и интеграция науки и образования с производством относятся к основным задачам в сфере образования в России как указано в проекте Национальной доктрины образования [144]. Решение этой задачи может быть достигнуто путем внедрения методов науки как объекта изучения в образовательный процесс и усиления прикладного аспекта образования.

Концепция модернизации Российского образования, указывая, что модернизация образования - это актуальная политическая и общенациональная задача, главной целью образовательной политики ставит обеспечение современного качества образования на основе его фундаментальности и практической направленности. Национальная образовательная инициатива «Наша новая школа» специально подчеркивает: «Результат образования - это не только знания по конкретным дисциплинам, но и умение применять их в повседневной жизни, использовать в дальнейшем обучении».

Концепция структуры и содержания общего среднего образования [109] формулирует цели образования, направленные на формирование системы научных знаний и умений применять их в различных видах практической деятельности. Среди основополагающих принципов обновления содержания образования Концепция указывает на фундаментальность, усиление методологической составляющей, универсальность получаемых знаний, изучение основных теорий, законов, принципов, понятий и обеспечение практической ориентации общего среднего образования.

Таким образом, необходимы актуальные исследования и создание реальных средств решения поставленных задач модернизации школьного физического образования. Существующие в настоящее время учебно-методические комплекты в недостаточной мере обеспечивают усвоение учащимися методов познания, таких вопросов, как эксперимент и теория в процессе познания природы, моделирование явлений и объектов природы, научные гипотезы и др., а также изучение прикладных вопросов.

Обучение приложениям курса физики представляется важной формой теоретического обобщения, «изучение на уроках основ фундаментальных физических теорий, применения методов, обобщение прикладных вопросов — все это важные предпосылки для формирования мировоззрения школьников» [194] .Нельзя не согласиться с утверждением 3. М. Резникова, что «знать физику - значит уметь применять усвоенные на уроках сведения о физических явлениях и закономерностях для решения практических проблем» [178, с. 19].

К числу факторов, определяющих эффективность изучения прикладных вопросов, относится учет соответствия содержания этих вопросов содержанию теоретического материала, преимущественно изучаемого в средней школе, и учет их научной значимости. Усиление прикладной направленности естественнонаучных предметов, как отмечается в Концепции структуры и содержания общего среднего образования [109], способствует приобретению навыков применения достижений науки в практической деятельности.

В докторской диссертации С. Е. Каменецкого 1978 г. «Проблемы изучения основ электродинамики в курсе физики средней школы» решаются проблемы повышения научности обучения на основе представлений о центральном месте понятия электромагнитного поля. В этом труде впервые предложен математический аппарат, доступный учащимся средней школы, для записи уравнений Максвелла [98]. В 80-х годах прошлого столетия в развитие этих идей была вы-

полнена кандидатская диссертация Л. М. Артюшкиной (1983), посвященная формированию понятия электромагнитного поля в разделе «Электродинамика» курса физики средней школы, Ю. Пулатова (1984), посвященная совершенствованию знаний учащихся по электродинамике с помощью упражнений на основе демонстрационного эксперимента, Л. И. Косаренковой (1983), посвященная изучению вихревого электромагнитного поля в 9 классе средней школы, Л. А. Бор донской и др.

В диссертационных исследованиях последних лет, посвященных вопросам обучения электродинамике в средней школе, рассмотрены достаточно актуальные и важные аспекты совершенствованию теории и методики обучения, в частности, работа Е. А. Дьяковой (2003), в которой на примере раздела «Электродинамика» (в скобках заметим - отдельных тем), рассматривается проблема обобщения знаний учащихся по физике в старших классах средней школы [76]. Работы, в которых исследуется методика обучения отдельным темам, например, кандидатская диссертация А. Ф. Шиян (1995), посвященная повышению эффективности преподавания электродинамики в курсе физики на основе применения формализованных методов расчета электрических цепей [242], Б. М. Штейна (2003), посвященная методике изучения электромагнитной индукции в школе [245]. Ряд кандидатских диссертаций - О. В. Куликовой (2001) [115], С. П. Жа-кина (2004) [81], М.А.Протасовой (2004) [163], А.Е.Чиркова (2006) [235], Р. А. Матвеева (2008) [128] посвящены методике учебного физического эксперимента, теоретическим методам введения понятий и взаимосвязи теоретических и эмпирических методов исследования при изучении электродинамики в основной школе, а также системе моделей электродинамики в основной школе и структуре построения раздела для достижения эффективного усвоения знаний. Труд В. В. Майера и Р. В. Майера «Электричество: учебные экспериментальные доказательства» [119] в целом посвящен проблеме формирования у учащихся системы эмпирических знаний по электродинамике. Однако, докторских диссертаций за последние 10 лет, рассматривающих теорию и методику обучения электродинамике как целостную систему выстроенную с учетом генерализации материала

раздела (В. Г. Разумовский), направленную на учет взаимосвязи, взаимовлияния (синтеза) фундаментальных и прикладных знаний, конечным результатом которой является развитие компетентностей и интеллектуальных способностей учащихся нами не обнаружено.

Констатирующий этап эксперимента ставил своей целью выяснить, насколько традиционные методы обучения электродинамике в школе формируют представления школьников о методах научного познания, их применении в обучении электродинамике и применении ее законов в области прикладных наук. Констатирующий этап эксперимента показал, что подавляющее большинство учителей физики средних школ не ставят целью формирование таких компонентов учебно-познавательной деятельности, как методологический и прикладной компонент, а ограничиваются стремлением к тому, чтобы школьники овладели, в основном, когнитивным компонентом учебно-познавательной деятельности.

- между социальной востребованностью обществом выпускников средних школ с высоким уровнем компетентностей и интеллектуальных способностей, позволяющих продуктивно освоить теоретические основы электродинамики и ее приложения в школе и существующим недостаточным уровнем подготовки основной части выпускников школ к практической реализации данного требования;

Необходимость разрешения указанных противоречий обусловливает актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответа на вопрос: какой должна быть методическая система обучения электродинамике в средней школе, чтобы у учащихся формировался высокий уровень учебно-познавательной компетентности и интеллектуальных способностей.

Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе.

Гипотеза исследования в соответствии с объектом и предметом исследования формулируется следующим образом: обучение в старших классах средней школы обеспечит более высокий уровень предметной подготовки, развитие интеллектуальных способностей и учебно-познавательной компетентности школьников, состоящей из теоретического, методологического и прикладного компонентов если:

- содержание электродинамики будет основано на дидактических блоках «теория-методология-приложения»;

Задачи исследования.

1. Выявить состояние п