Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ

Бит-Давид, Елена Львовна

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: Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ

Автореферат

Автор научной работы: Бит-Давид, Елена Львовна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Пенза
Год защиты: 2004
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ"

На правах рукописи

БИТ-ДАВИД Елена Львовна

МЕТОДИКАПРИМЕНЕНИЯ АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ АБСТРАКТНО-ЛОГИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ УЧАЩИХСЯ СТАРШИХ КЛАССОВ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ

ШКОЛ

13.00.02 -теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре общей физики физико-математического факультета Пензенского государственного педагогического университета имени В.Г. Белинского

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор

Кревчик Владимир Дмитриевич

кандидат педагогических наук, доцент Аксененко Нина Ивановна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Ильин Вадим Алексеевич

кандидат педагогических наук Кодикова Елена Сергеевна

Ведущая организация: Рязанский государственный

педагогический университет имени С. А. Есенина

Защита состоится /¥ ¿шДл/а 200 5" г. часов на заседании

диссертационного совета Д 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, г. Москва, Малая Пироговская ул., Д. 29, ауд. 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ 119992, г. Москва, Малая Пироговская ул., д.1.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Шаронова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования обусловлена инновационными изменениями в содержании профессиональной деятельности человека, вызванными новыми социально-экономическими условиями и быстрым развитием современных информационных технологий. Особое значение в этих условиях приобретает информационная культура общества. Происходящие в обществе изменения ставят каждого человека перед необходимостью учиться всю жизнь . Добиться успеха в любой сфере профессиональной деятельности может человек с высоким уровнем развития мышления, в частности, абстрактно-логического.

Выпускник школы, будущий специалист должен уметь нестандартно подходить к решению известных проблем, намечать пути решения вновь появляющихся. Новые задачи требуют от учащихся умений анализировать, синтезировать, конкретизировать, абстрагировать, сравнивать, обобщать, а также логично, доказательно и обоснованно строить цепь суждений и умозаключений, т.е. высокого уровня развития абстрактно-логического мышления. Высокий уровень развития абстрактно-логического мышления -одно из основных условий положительной социализации человека в современном обществе, конкурентоспособности на рынке труда.

Вместе с тем, В. Гузеев, В.Г. Разумовский, Ю.И. Дик, Н.И. Нурминский подчеркивают, что уровень развития абстрактно-логического мышления учащихся не соответствует социальному заказу общества. В связи с этим возникает необходимость совершенствования путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников.

Развитию конкретных видов мышления в процессе обучения физике посвящены работы Н.Е. Важеевской (диалектического), А.В. Коржуева (теоретического), Е.Н. Поляковой (логического), Р.И. Малафеева и В.Г. Разумовского (творческого) и др.

Общие вопросы развития мышления учащихся в процессе обучения решению задач по физике рассматриваются в трудах В.Е. Володарского, Н.М. Зверевой, Л.А. Ивановой, С.Е. Каменецкого, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой и др. Ученые-методисты определяют решение физической задачи как мыслительный процесс, обосновывают его развивающую функцию (различные изменения в знаниях, умениях, способностях, развитии личности учащегося).

В трудах ученых-методистов В.И. Гутмана, В.Н. Мощанского, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой и др. показано, что применение алгоритмов в процессе обучения решению задач по физике повышает уровень обученности учащихся решать задачи по физике и создает предпосылки повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Однако методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ, недостаточно теоретически обоснована и экспериментально разработана.

Актуальность проблемы повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов в процессе обучения решению задач по физике с применением алгоритмов обусловлена рядом противоречий между:

- потребностью в выпускниках, обладающих высоким уровнем развития абстрактно-логического мышления, и недостаточной разработанностью методики обучения решению задач по физике, способствующей повышению уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов;

- увеличением роли алгоритмизации производственных технологических процессов и недостаточной теоретической обоснованностью и практической разработанностью методики руководства учебной и мыслительной деятельностью учащихся с помощью алгоритмов;

- большими потенциальными возможностями применения алгоритмов для обеспечения индивидуально-дифференцированного подхода в процессе обучения и традиционным применением алгоритмов во фронтальных формах учебной работы по физике современной школы.

Эти противоречия определили проблему исследования, суть которой состоит в определении путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся при решении задач по физике с помощью алгоритмов.

Актуальность данной проблемы определила тему исследования: «Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ».

Цель работы - обоснование и разработка методики применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающей повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ.

Объект исследования - процесс обучения учащихся старших классов решению задач по физике с применением алгоритмов.

Предмет исследования - развитие абстрактно-логического мышления учащихся старших классов в ходе решения физических задач с применением алгоритмов.

В основу исследования положена гипотеза, согласно которой рост уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся обеспечивается дифференцированным варьированием обобщенного алгоритма решения физических задач.

В качестве критериев роста уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе решения задач по физике нами выбраны:

- увеличение объема знаний учащихся по физике;

- повышение уровня сформированности операций мышления;

- повышение качества решения задач учащимися (усвоение структуры и содержания обобщенного алгоритма решения задач по физике,

увеличение количества и физической сложности задач, решаемых самостоятельно, уменьшение времени, затрачиваемого на решение задач).

Для реализации поставленной цели и проверки гипотезы были выдвинуты следующие задачи:

1. Провести междисциплинарный анализ теоретической разработанности проблемы развития абстрактно-логического мышления старшеклассников.

2. Проанализировать уровни развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов средних общеобразовательных школ и исследовать корреляцию между уровнем развития абстрактно-логического мышления старшеклассников и умением решать задачи.

3. Определить условия, обуславливающие развитие абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе решения учебных физических задач с применением алгоритмов.

4. Подготовить комплекс задач по физике и соответствующих им видов обобщенного алгоритма для учащихся с различным уровнем развития абстрактно-логического мышления.

5. Разработать методику индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся при обучении решению учебных физических задач с применением алгоритмов.

6. Доказать, что разработанная методика применения алгоритмов решения учебных физических задач способствует повышению уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Методолого-теоретической основой исследования явились:

- психологическая теория формирования и развития личности (А. Бине, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, Г. Крэйг, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина);

- психолого-педагогические закономерности формирования умственных действий и процесса решения физических задач (Г.А. Балл, Н,Е. Важеевская, В.Е. Володарский, П.Я. Гальперин, Н.М. Зверева, Л.А. Иванова, Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова, СЕ. Каменецкий, А.В. Коржуев, ВА. Крутецкий, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Р.И. Малафеев, Д. Пойя, Н.Н. Тулькибаева, В.Г. Разумовский, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова, Л.М. Фридман);

- теория формирования обобщенных умений и навыков (Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова, Д. Пойя, Л.М. Фридман, А.В. Усова);

- теория использования алгоритмов для повышения уровня мышления учащихся в процессе решения задач (Б.А. Гохват, В.И. Гутман, Л.Н. Ланда, Д.В. Левченко, В.Н. Мощанский, Н.Ф. Талызина);

- теория и практика индивидуализации процесса обучения (Г.Д. Глейзер, Ю.Н. Кулюткина, Г.С. Сухобская, Н.С. Пурышева, Е.С. Рабунский, Н.М. Шахмаев, Р.А. Утеева, И.Э. Унт);

- теория и практика конструирования педагогических тестов (Ю.М. Нейман, Б.У, Родионов, О.А. Татур, В.А. Хлебников, М.Б. Челышкова).

Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования: теоретические (анализ, синтез, проектирование и др.), эмпирические (анкетирование, наблюдение, опрос, хронометрирование, тестирование, педагогический эксперимент).

Исследование проводилось в три этапа.

Первый этап (2001 - 2002 гг.) - изучение проблемы в философской, психолого-педагогической, методической литературе; анализ и обобщение передового педагогического опыта по обучению решению задач по физике с применением алгоритмов; определение цели, предмета, задач исследования; формулирование рабочей гипотезы; разработка и проведение констатирующего эксперимента.

Второй этап (2002 - 2003 гг.) - теоретическая разработка и экспериментальная проверка методики обучения решению учебных физических задач с использованием алгоритмов, направленной на повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов.

Третий этап (2003 - 2004 гг.) - анализ и обобщение полученных результатов, позволивших подтвердить гипотезу исследования; корректировка отдельных элементов разработанной методики; внедрение методики в учебный процесс подготовительных отделений Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназии №53 г. Пензы.

Базой для проведения исследования явились подготовительные отделения Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназия №53 г. Пензы, средние общеобразовательные школы г. Пензы №4, 10, 41. В зависимости от цели объем выборки педагогического эксперимента включал от 15 до 1156 человек.

Научная новизна выполненного исследования заключается в обосновании возможности и целесообразности использования алгоритмов в процессе обучения решению задач по физике как одного из путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов; создании модели деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью дифференцированного варьирования обобщенного алгоритма решения физических задач.

Теоретическая значимость исследования состоит в определении:

- критериев и показателей, позволяющих выявить в процессе решения учебных задач по физике уровень развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов;

- принципа варьирования обобщенного алгоритма решения физических задач по логической структуре;

- модели деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью обобщенного алгоритма решения задач;

- понятий: элементарного алгоритма решения учебной физической задачи, интенсивной и экстенсивной составляющих физической сложности учебных задач по физике.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработаны:

- методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся старших классов при решении физических задач с помощью алгоритмов, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся;

- комплекс задач по физике и соответствующих им видов обобщенного алгоритма для учащихся с различным уровнем развития абстрактно-логического мышления.

- дидактические материалы по руководству решением задач по физике в процессе обучения с применением обобщенного алгоритма, дифференцируемого по логической структуре.

На защиту выносятся:

1. Обоснование возможности и целесообразности использования алгоритмов в процессе решения физических задач как одного из путей развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов.

2. Принцип варьирования обобщенного алгоритма решения учебных физических задач.

3. Методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся старших классов при решении физических задач с помощью алгоритмов, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Апробация материалов исследования и внедрение его результатов в практику осуществлялась в рамках опытно-экспериментальной работы и естественного целостного педагогического процесса обучения физике на подготовительных отделениях Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназии №53 г. Пензы.

Основные положения, материалы и результаты исследования обсуждались на научно-методической сессии Московского педагогического государственного университета (Москва, 2003, 2004 гг.); на седьмой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (С.-Петербург, 2003 г.); на Всероссийских научно-практических конференциях «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в условиях модернизации российского образования» (Екатеринбург, 2003 г., 2004 г); на Всероссийской научно-методической конференции «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования» (Нижний Новгород, 2004 г.); на десятой Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых (Москва, 2004 г.); на Международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы преподавания физики» (Пенза, 2002 г., 2004 г.) и научно-методических семинарах учителей физики г. Пензы. Модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития

абстрактно-логического мышления с помощью обобщенного алгоритма решения задач по физике внедрена в педагогический процесс подготовительных отделений Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназии №53 г. Пензы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка (174 источника) и приложений; объем диссертации составляет 205 страниц (основной текст 162 страницы), включая 17 таблиц и 18 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель, определены объект, предмет, задачи, гипотеза и методы исследования, представлены научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Теоретические аспекты проблемы развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе обучения решению задач по физике» проведен анализ психолого-педагогической литературы по теме исследования, выявлены особенности абстрактно-логического мышления старшеклассников; определены и охарактеризованы условия его развития в процессе обучения решению задач по физике; установлены критерии и показатели, позволяющие оценить в процессе решения физических задач уровень развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов, установлена корреляция между уровнем развития абстрактно-логического мышления и умением решать физические задачи.

Общие вопросы развития мышления рассматриваются в работах А. Бине, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, Ж. Годфруа, З.И. Калмыковой, А.Н. Леонтьева, НА. Менчинской, С.Л. Рубинштейна, Н.Ф. Талызиной и др. В них определяются теоретические основы развития мышления в процессе познания и выполнения мыслительных операций.

К основным мыслительным операциям относятся анализ, синтез, сравнение, абстрагирование, обобщение и конкретизация. С.Л. Рубинштейн писал, что главные мыслительные операции «... не даны изначально. Они постоянно складываются в ходе самого мышления». С.Л. Рубинштейн указывает, что «мышление, совершающееся путем применения правил или соответствующих формул (логических, математических и т.д.), выступает непосредственно как функционирование определенных операций. Операцией в этом смысле является звено мыслительного процесса, определяемого правилом или формулой», но «...свести мышление к совокупности так понимаемых операций и устранить процесс мышления - означает устранить само мышление».

Большинство исследователей различают наглядно-действенное, наглядно-образное и абстрактно-логическое мышление.

Психологи считают, что у учащихся старших классов преобладающим должно быть абстрактно-логическое мышление. При анализе особенностей

абстрактно-логического мышления говорят об абстрактном и логическом мышлении. Абстрактное мышление не прямой, а косвенный взгляд на объективную действительность, взгляд сквозь призму теоретических построений, идеологических концепций, математических формул и т.п. В контексте нашего исследования общие теоретические построения, идеологические концепции, математические формулы конкретизируются в физические понятия, законы, теории и их применения, в частности, при решении физических задач.

Второй стороной абстрактно-логического мышления психологи выделяют логическое мышление. По мнению В.И. Берлова, «Логическое мышление - совокупность последовательных умозаключений, направленных на решение нестандартных задач».

Основываясь на результатах исследований вышеназванных ученых-психологов, мы исходили из того, что успех в обучении определяется уровнем развития абстрактно-логического мышления. В ходе констатирующего эксперимента была проведена оценка уровней развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов. В эксперименте принимали участие 156 учащихся старших классов, посещающих подготовительные отделения Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета.

Уровень развития абстрактно-логического мышления определяли с помощью психологических тестов: субтестов Айзенка и методики «Логико-количественные отношения». Результаты тестирования показали, что по уровню развития абстрактно-логического мышления учащихся можно разбить на пять групп: первая группа (8,3%) обладает очень низким уровнем развития абстрактно-логического мышления; вторая группа (28,5%) - низким; третья группа (34%) - средним; четвертая группа (17%) - высоким; пятая группа (12,2%) обладает очень высоким уровнем развития мышления.

Анализ результатов эксперимента свидетельствует, что уровень абстрактно-логического мышления учащихся невелик, так как всего 29,2% учащихся имеют уровень развития выше среднего. К сожалению, учащихся с низким уровнем развития абстрактно-логического мышления много, приблизительно 28,5%. Велик процент учащихся с очень низким уровнем развития мышления - 8,3%. Следовательно, проблема поиска методических средств, способствующих повышению уровня развития абстрактно-логического мышления, остается актуальной.

С помощью диагностического тестирования определяли уровень знаний учащихся по физике в каждой из групп. Диагностические тесты составлены таким образом, чтобы правильные ответы на задания тестов требовали сформированности основных понятий, знаний определений основных физических величин, физических законов и умения применять эти знания в знакомой ситуации по образцу. Такой подход к составлению тестов позволяет выявить обязательный минимум знаний по физике. В первой группе 41,1% учащихся выполнили более 60% заданий, во второй - 48,3%, в третьей - 53,1%, в четвертой - 61%, в пятой - 62,6%. Сравнение результатов тестирования

базового уровня знаний по физике и уровня развития абстрактно-логического мышления позволили нам сделать вывод, что объем знаний учащихся по физике определяется уровнем развития абстрактно-логического мышления.

Нами была проведена контрольная работа. При анализе работ учащихся нами установлены причины допущенных ими ошибок и характер встретившихся у них трудностей на каждом этапе решения задачи. Каждый этап решения задачи требовал от учащихся осуществления нескольких или всех операций мышления. Такой анализ позволил нам заключить, что показателем уровня развития абстрактно-логического мышления является сформированность мыслительных операций.

Качество решения задач на данном этапе эксперимента оценивали по следующим критериям: самостоятельность действий учащихся, умение построить адекватную физическую модель ситуации, описанной в условии задачи, умение составить пояснение к решению. Результаты контрольной работы позволили сделать вывод, что умение решать задачи по физике прямо зависит от уровня развития абстрактно-логического мышления: три из пяти предложенных задач в первой группе не решил никто, во второй - 2,4% учащихся группы, в третьей - 5,7%, в четвертой - 9,6%, в пятой - 4%. И только 1% учащихся пятой группы решил все пять задач. В остальных группах все пять задач не решил никто.

Вышеописанный эксперимент и анализ трудов Л.И. Анциферова, Н.Е. Важеевской, В.Е. Володарского, Н.М. Зверевой, Л.А. Ивановой, СЕ. Каменецкого, А.В. Коржуева, Р.И. Малафеева, В.Г. Разумовского, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой, Н.В. Шароновой и др. доказывают важность целенаправленного развития абстрактно-логического мышления путем решения физических задач и позволяют нам выбрать за показатели уровня развития абстрактно-логического мышления: а) объем усвоенных знаний по физике, б) уровень сформированности операций мышления, в) качество решения учащимися задач по физике.

Во второй главе «Модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления с помощью обобщенного алгоритма решения задач по физике» обоснована возможность и целесообразность использования алгоритмов в процессе обучения решению задач по физике как одного из путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов. Определен способ варьирования обобщенного алгоритма решения задач по физике по логической структуре. Построена модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью обобщенного алгоритма решения задач, разработана методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся старших классов при решении физических задач с помощью алгоритмов.

В теории обучения обоснована необходимость усвоения учащимися, особенно старших классов, обобщенного умения решать задачи - такого умения, которое обладает свойством широкого переноса операций мышления из одной области знаний в другую (Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова,

Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.М. Фридман). Под обобщенными умениями понимают «категорию умений, гибких по своим свойствам, легко переносимых в новые обстоятельства, нацеленных на развитие интеллектуальных способностей учащихся» (А.В. Усова). Среди обобщенных умений различают простые, сложные и комплексные. Комплексные обобщенные умения связаны со способностью выполнять целостную, завершенную деятельность, в которой представлены как действия с разнородными объектами, так и различные типы мышления. Умение решать физическую задачу в контексте нашего исследования конкретизируется в комплексное обобщенное умение, включающее в себя умения применять знания по физике и осуществлять мыслительные операции в процессе решения конкретных физических задач. Обучение названному умению взаимосвязано с выбором оптимальной структуры алгоритма решения учебной физической задачи. Н.Н. Тулькибаева и А.В. Усова подчеркивают, что в дидактике этот вопрос окончательно не решен. Поэтому создание методики применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающей повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ, нами начато с определения структуры обобщенного алгоритма решения физической задачи.

При разработке структуры обобщенного алгоритма решения учебной физической задачи учитывалось, что для повышения эффективности обучения и развития абстрактно-логического мышления необходимо систематически, на всех этапах обучения активизировать перенос учащимися их знаний, умений и навыков из одной предметной области в другую. С теорией алгоритмов учащиеся старших классов знакомятся при изучении основ информатики и вычислительной техники, что предполагает усвоение ими классификации алгоритмов, принятой в данной науке. Это предопределило то, что в нашем исследовании обобщенный алгоритм решения учебной физической задачи дифференцировался по логической структуре, а для его наглядного представления использовалась блок-схема алгоритма.

Способ представления алгоритма с помощью блок-схемы обладает рядом преимуществ: обеспечивает высокую «читаемость» алгоритма и явное отображение управления в нем. Использование наглядности в представлении алгоритмов улучшает восприятие и обеспечивает накопление фактических знаний в памяти, развивает способность комбинировать различные мысли, решения, т.е. способствует осуществлению перехода к содержательным теоретическим обобщениям. По мнению психологов, такая наглядность является базой для развития абстрактно-логического мышления, без которой невозможно дальнейшее перспективное развитие способностей к обучению, а тем более перерастание их в творческие способности.

Структура обобщенного алгоритма представлена на рис. 1. В скорректированном нами обобщенном алгоритме решения выделены четыре основных блока: I. Прочтение и осмысление условия задачи;

II. Анализ описанной в задаче ситуации и ее моделирование;

III. Построение алгоритма и блок-схемы; IV. Проверка и анализ ответа. Каждый блок представляет собой завершенную, логически целостную структуру.

ОБОБЩЕННЫЙ алгоритм РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ по физике

Рис.1

Например, операция моделирования включает в себя словесное, графическое и математическое моделирование, что, на наш взгляд, способствует пониманию учащимися физической сущности операции моделирования. Необходимость включения операции моделирования в структуру обобщенного алгоритма решения учебной физической задачи отдельным блоком подтверждает и анализ исследований СВ. Анофриковой, Н.Е. Важеевской, В.А. Извозчикова, С.Э. Каменецкого, А.В. Коржуева, И.Е. Лихтштейна, Н.И. Одинцовой, Н.С. Пурышевой, A.M. Слуцкого, ГЛ. Стефановой. Само умение моделировать физическую ситуацию относится к обобщенным умениям и обладает свойством широкого переноса.

Необходимость включения в процесс моделирования словесного описания и его письменного изложения при решении задач по физике старшеклассниками обоснована психологическими исследованиями Л.С. Выготского, З.И. Калмыковой, Р.С. Немова и др. Составляя словесное описание модели физической ситуации, описанной в условии задачи, учащиеся глубже анализируют ее условие, учатся четко и ясно излагать свои мысли. Все это способствует более глубокому пониманию сущности физических явлений и процессов, а также развивает их мышление, в частности, абстрактно-логическое мышление.

Предложенный нами алгоритм удовлетворяет требованиям, предъявляемым к алгоритмам в теории программирования. Этот алгоритм является конечным, каждый его шаг определен. Шаги объединены в блоки, представляющие собой отдельные, но логически цельные этапы решения физической задачи. Первый блок алгоритма позволяет осуществить операцию ввода данных, т.е. величин, которые задаются до начала работы алгоритма или определяются динамически во время его работы, а последний четвертый блок задает выходные данные. Операции обобщенного алгоритма достаточно просты для того, чтобы их можно было выполнить в течение конечного промежутка времени с помощью карандаша и бумаги. Одно из его достоинств -адаптируемость для работы на ЭВМ.

Обобщенный алгоритм построен по принципу поэлементного анализа решения задачи, отраженному в общем плане решения физической задачи В.И. Гутмана и В.Н. Мощанского, общем алгоритме решения физической задачи СЕ. Каменецкого, Н.С. Пурышевой, структуре учебной деятельности по решению задач Н.Н. Тулькибаевой и А.В. Усовой. В указанных структурах э лементы операции прочтения и осмысления условия задачи чередуются с элементами операции анализа и моделирования, а элементы операции решения - с элементами операции проверки и анализа ответа. Эти структуры статичны, их нельзя варьировать. Авторами описаны фронтальные формы организации работы с ними, однако развитию абстрактно-логического мышления в большей степени способствуют индивидуально- дифференцированные формы обучения. Наша схема обобщенного алгоритма позволяет варьировать его. На рис. 2 представлены виды блок-схем обобщенного алгоритма решения физической задачи, позволяющие дифференцировать его по логической структуре. Такой принцип варьирования обобщенного алгоритма позволяет в более явном виде,

чем это было в вышеназванных структурах, установить связь обобщенного с частными алгоритмами решения физических задач, а также связать частные алгоритмы решения физических задач с алгоритмами по информатике. В ходе

Виды блок-схем обобщенного алгоритма решения физической задачи

д) Рис.2.

Виды блок-схем обобщенного алгоритма решения физической задачи: а) блок-схема в виде цепочки последовательных действий; б) простой алгоритм, содержащий условие «если..., то...»; в) комбинированный алгоритм; г) разветвленный алгоритм; д) алгоритм, содержащий подалгоритм перемоделирования условия.

проведенного исследования нами установлено, что построение блок-схемы позволяет учащимся проследить логику решения физической задачи, т.е.

увидеть, с чего необходимо начинать решение задачи, а также понять последовательность действий и наглядно представить решение задачи в целом. Таким образом, учащиеся осознают логику решения физической задачи, что служит проявлением, на наш взгляд, развития абстрактно-логического мышления.

Физические задачи, которым соответствуют блок-схемы алгоритмов первых трех видов, позволяют сформировать навыки использования обобщенного алгоритма, лучше усвоить его структуру, уяснить физический смысл элементов операций моделирования ситуации, описанной в условии задачи.

Усвоение алгоритмов видов 1 - 3 решения задач по физике является обязательным для всех учащихся. А задачи, которым соответствуют алгоритмы четвертого и пятого вида, нужно предлагать учащимся с высоким уровнем развития абстрактно-логического мышления. Физическая сложность задач, которым соответствуют алгоритмы четвертого и пятого вида, выше, чем у задач соответствующих алгоритмов вида 1 - 3, так как в процессе решения задач, которым соответствуют алгоритмы четвертого вида, нужно выявить и проверить условие, меняющее ход решения задачи. В задачах, решаемых с помощью алгоритма пятого вида, содержащего подалгоритм, переопределяющий условие задачи, нужно заменить модель физической ситуации, описанной в условии задачи.

Как показало наше исследование, для повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся при решении задач по физике с использованием указанных выше алгоритмов необходимо осуществлять подбор задач соответствующей трудности для учащихся. Степень трудности решения физических задач для каждого учащегося определяется не только его уровнем развития абстрактно-логического мышления, объемом знаний по физике, умениями применять физические знания на практике и другими личностными характеристиками обучаемых, но и физической сложностью задачи.

Критерии определения степени трудности физических задач разработаны недостаточно. На наш взгляд, проблема классификации задач упрощается выделением в решении задачи элементарной структуры и соответствующего ей элементарного алгоритма, представленного в виде блок-схемы, изображенной на рис. 3.

Рис. 3. Элементарный алгоритм

(/"—физическая величина, заданная законом а;, ...а„), гдейу, а}, ...ап — физические величины, входящие в закон)

В теории и методике обучения физике задачи, представляемые таким алгоритмом, относят к простым задачам, сводящимся к вычислениям в одно действие. При этом условие задачи формулируется в терминах физических законов, и модель ситуации, описанная в условии задачи, понятна учащимся.

Исполнение такого алгоритма предполагает знание основных физических законов, формул и соотношений. Решение задач, представляемых данным алгоритмом, требует простого воспроизведения материала, действия по образцу (репродуктивный характер деятельности). Повысить трудность задачи можно увеличением сложности задачи. Увеличить сложность задачи, представляемой элементарным алгоритмом, можно по двум критериям, связанным с интенсивным и экстенсивным признаками. Если необходимо распознать физическую модель ситуации, заданной в условии задачи, то в этом случае следует говорить об увеличении интенсивной сложности задачи. Экстенсивная же составляющая сложности учебных физических задач определяется числом промежуточных элементов, описывающих модель ситуации, заданную условием задачи. Одновременно с экстенсивным увеличением физической сложности задачи по физике возрастает и ее математическая сложность.

Таким образом, сложность задач в пределах одного вида алгоритма, а, следовательно, и их трудность могут варьироваться. Трудность в нашем исследовании определялась процентом испытуемых, верно решивших задачу по физике: чем выше этот процент, тем менее трудная задача. Трудность физических задач, решаемых по алгоритму первого типа, мы считали минимальной, и от нее начинали отсчет степени трудности. Максимальная трудность соответствует задачам, решаемым по алгоритмам пятого вида. Это обусловлено тем, что их физическая сложность требует высокого уровня развития абстрактно-логического мышления. Деятельность учащихся в этом случае носит продуктивный характер. Отрезок, ограниченный минимальным и максимальным значениями трудностей задач, мы разделили на пять равных частей, каждой из которых поставили в соответствие задачи, решаемые с помощью определенного вида алгоритма. В таблице 1 указана экспертная (ориентировочная) шкала трудности.

Таблица 1

Ориентировочная шкала трудности учебных физических задач, решаемых с

Вид алгоритма Алг.1 Алг.2 Алг.З Алг.4 Алг. 5

Трудность задач, решаемых по данному виду алгоритма 100%-80% 80%-60% 60%-40% 40%-20% 20%-0%

Экспертная оценка трудности учебных физических задач позволила нам осуществить подбор задач для учащихся с учетом их уровня развития мышления. При организации процесса обучения решению задач в ходе формирующего эксперимента учитывалось и то обстоятельство, что индивидуально-дифференцированный подход к учащимся можно организовать не только с учетом трудности задач, предлагаемых им, но и с учетом пробелов в знаниях учащихся. С этой целью нами применялись карточки помощи. Карточки помощи, адресованные разным ученикам, отличались объемом и характером помощи.

Карточки, обозначенные буквой «А» содержали общие предписания к поиску решения задачи, т.е. активизировали мысль о необходимости создания физической модели.

Карточки, обозначенные буквой «Б», конкретизировали общее предписание и содержали основные принципы построения модели физической ситуации, описанной в условии задачи.

Карточки, обозначенные буквой «В», раскрывали основные принципы построения модели и содержали подробное словесное и графическое описание модели физической ситуации задачи.

Индивидуально-дифференцированный подход к учащимся при обучении решению задач осуществляли с учетом уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся, трудности задач, вида алгоритма, соответствующего каждой степени трудности, и вида используемой помощи (таблица 2).

Таблица 2

Взаимосвязь между уровнем развития абстрактно-логического мышления, трудностью задач, видом алгоритма, соответствующего каждой степени трудности, и видом

предлагаемой помощи.

Уровень развития Очень Низкий Средний Высокий Очень

мышления низкий высокий

Трудность 95% - 77% 77% - 56% 56%-36% 36%-12% 12%-0%

Вид алгоритма 1 1,2 1,23 1,24,4,5 1,23,4,5

Вид используемой В В, Б А, Б А Не

карточки помощи используют помощь

При систематическом использовании методики учета уровня развития абстрактно-логического мышления при решении задач с помощью алгоритмов, классификации задач по степени трудности, соответствующих алгоритмам их решения, и карточек помощи наблюдается перегруппировка учащихся, т.к. уровень развития их абстрактно-логического мышления растет. В таблице 3 приведены результаты контрольных измерений уровней развития абстрактно-логического мышления учащихся экспериментальной и контрольной групп, проводимых в начале и по окончании эксперимента.

Таблица 3

Уровни развития абстрактно-логического мышления учащихся

экспериментальной и контроль ной групп в процессе решен ия задач по ф изике.

Уровни развития мышления учащихся в процессе решения задач по физике Очень низкий Низкий Средний Высокий Очень высокий

Э К Э К Э К Э К Э К

Начало эксперимента 18,5% 20% 27% 28% 41% 40% 9% 8% 4,5% 4%

По окончании эксперимента 9% 14% 22,7% 31% 50% 42% 13,5% 9% 4,8% 4%

Таблица 3 демонстрирует уменьшение числа учащихся с очень низким и низким уровнями развития мышления, а также увеличение числа учащихся со средним, высоким уровнями его развития. Очень важным представляется

увеличение числа учащихся с очень высоким уровнем развития мышления. Этот эффект наблюдается только в экспериментальной группе.

Предложенные нами принцип варьирования обобщенного алгоритма по логической структуре и методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся при обучении решению задач, осуществляемая с учетом уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся и трудности задач, вида алгоритма, соответствующего каждой степени трудности, вида используемой помощи, отражены в модели деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью обобщенного алгоритма решения задач. Схема модели деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью обобщенного алгоритма решения задач представлена на рисунке 4.

В третьей главе «Организация и результаты педагогического эксперимента» указаны задачи и методика проведения эксперимента, основные принципы отбора контрольной и экспериментальной групп учащихся, приведены обобщенные результаты эксперимента. В ходе эксперимента нами были рассмотрены оценки по физике в документах 1156 учащихся, поступивших в высшие учебные заведения; изучено 62 доклада учителей физики; проанкетировано 73 учителя физики. Было проведено по предлагаемой методике 133 урока физики в школах города Пензы.

Эксперимент проводился в три этапа: I этап - констатирующий (2001/2002 учебный год); 2 этап - формирующий эксперимент (2002/2003); Ш этап - контрольный (2003/2004).

На формирующем этапе эксперимента разрабатывалась и применялась экспериментальная методика обучения решению учебных физических задач с использованием алгоритмов, направленная на повышение уровня развития абстрактно-логического мышления, описанная выше.

Контрольный этап эксперимента включал изучение влияния разработанной методики применения алгоритмов в процессе обучения решению учебных физических задач на развитие уровня абстрактно-логического мышления старшеклассников. Как и при констатирующем эксперименте, повышение уровня развития абстрактно-логического мышления определялось: а) по объему усвоенных знаний по физике, б) по уровню сформированности операций мышления, в) по качеству решения учащимися задач по физике.

Для фиксирования изменений объема знаний по физике и качества решения учащимися задач в течение года нами было проведено четыре самостоятельных работы по темам: «Динамика», «Постоянный ток», «Электромагнитная индукция», «Световые волны». Качество самостоятельно решенных учащимися физических задач отслеживалось по следующим критериям: время, затрачиваемое на решение задач; количество и физическая сложность задач, решаемых самостоятельно; полнота усвоения структуры и содержания обобщенного алгоритма решения задач по физике.

Рис. 4.

Модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью обобщенного алгоритма решения задач

По окончании эксперимента способность учащихся экспериментальной группы решать самостоятельно задачи значительно выше, чем у учащихся контрольной группы. Учащиеся экспериментальной группы решают за контро льное время большее число задач, в том числе задач, физическая сложность которых выше.

Например, способность решать комбинированные задачи (алгоритм 3) у учащихся экспериментальной группы выросла на 12%, а у учащихся контрольной группы - на 7%. Задачи, которым соответствует обобщенный алгоритм с разветвленной блок-схемой (алгоритм 4), в экспериментальной группе по окончании эксперимента решает 16,5% учащихся (в начале эксперимента 12%). В контрольной группе увеличения числа таких учащихся не наблюдалось. В контрольной группе нет увеличения числа учащихся, решающих физические задачи на перемоделирование (алгоритм 5). В экспериментальной группе число учащихся, решающих задачи, которым соответствует алгоритм 5, возросло на 1%.

Параллельно с регистрацией объема знаний по физике и качества решения учащимися физических задач в ходе педагогического эксперимента отслеживалась динамика сформированном^ операций мышления. По типу заданий, используемых в психологии для оценки способности учащихся применять мыслительные операции, были разработаны задания по физике со следующими требованиями: а) найти общие и отличительные элементы в схемах алгоритмов решения задач по физике; б) восстановить алгоритм решения физической задачи по известному набору структурных элементов; в) заполнить пропуск в заданной схеме алгоритма решения физической задачи с пропущенным элементом; г) сформулировать по заданной блок-схеме алгоритма решения задачи по физике ее условие.

Результаты эксперимента подтверждают, что учащиеся экспериментальной группы успешнее применяют операции мышления в процессе решения задач по физике. Способность учащихся экспериментальной группы применять мыслительные операции возросла в среднем на 20%, а в контрольной группе - на 5 %.

Все вышесказанное подтверждает положительное влияние системы форм и методов организации учебной работы, применяемой в экспериментальном обучении, и позволяет нам заключить, что применение обобщенного алгоритма решения физических задач, варьируемого по логической структуре; обеспечивает повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ.

В заключении излагаются результаты исследования, делаются общие выводы и намечаются перспективы дальнейшего исследования по проблеме.

В приложении приведены примеры вариантов параллельных тестов, разработанных автором для оценки уровня базовых знаний учащихся по физике (тема: «электростатика»); приведены задачи по физике с примерами их решения на основе обобщенного алгоритма, дифференцируемого по логической структуре; указаны результаты сопоставления значений реальной и экспертной трудности рассмотренных задач.

Основные выводы и результаты исследования;

1. Возможно и целесообразно использование алгоритмов в процессе обучения решению задач по физике как важного пути повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

2. Уровень развития абстрактно-логического мышления учащихся в процессе решения задач по физике определяют по показателям: объем знаний учащихся по физике; сформированность мыслительных операций; качество решения задач учащимися. Данные показатели позволяют выделить пять уровней развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе решения задач по физике: очень низкий, низкий, средний, высокий, очень высокий.

3. Для повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся следует в процессе обучения решению задач по физике варьировать обобщенный алгоритм по логической структуре и представлять следующими алгоритмами: алгоритм в виде цепочки последовательных действий; простой алгоритм, алгоритм содержащий логическое условие «если ..., то ...»; комбинированный алгоритм; разветвленный алгоритм; алгоритм, содержащий подалгоритм, переопределяющий условие задачи.

4. Предложенная модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления с помощью обобщенного алгоритма позволяет осуществить индивидуально-дифференцированный подход к учащимся с разным уровнем развития абстрактно-логического мышления

5. Основой для построения модели деятельности учителя физики в процессе обучения решению задач по физике является варьирование обобщенного алгоритма по логической структуре и методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся, позволяющая осуществлять педагогическое регулирование учебной и мыслительной деятельностью учащихся с помощью индивидуально подобранного для них комплекса задач и соответствующих им алгоритмов различной трудности, адекватных уровню развития абстрактно-логического мышления обучаемых.

В заключение отметим, что вопросы, рассмотренные нами, подлежат дальнейшему исследованию. Наиболее актуальной представляется нам проблема развития мышления старшеклассников в процессе обучения решению экспериментальных задач по физике с использованием алгоритмов. Интерес представляет проблема оценивания умения учащегося решать задачу.

Основные положения диссертации нашли отражение в следующих публикациях автора:

1. Аксененко Н.И., Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д., Костюнин А.В. Сравнительный анализ сил связи между уровнем развития мышления и базовым уровнем знаний по физике в процессе решения задач//Преподавание физики в высшей школе: Научно-методический журнал - М.: МПГУ, 2003. - С. 49-54 (0,4 п.л., авторских 30%).

2. Бит-Давид Е.Л. Динамика изменения уровня развития мышления учащихся в процессе обучения решению задач по физике с помощью алгоритмов//Вестник молодых ученых ПГПУ имени

В.Г. Белинского: Сборник научных_статей студентов, аспирантов и молодых сотрудников университета - Пенза: ПГПУ 2003. - С.83-85.(0,4 п.л.).

3. Бит-Давид Е.Л. Роль алгоритмов решения физических задач в развитии мышления учащихся//Десятая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых: Тезисы докладов. - Екатеринбург-Красноярск: АСФ России, 2004.-С. 1082-1083. (0,13 п.л.).

4. Аксененко Н.И., Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Развитие общих умений по решению задач с помощью алгоритмов//Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в условиях модернизации российского образования: Материалы Всероссийской научно-практической конференции (Екатеринбург, 1-2 апреля 2003 г.). - Екатеринбург: УрГПУ, 2003. -С.38-41 (0,25 п.л., авторских 30%).

5. Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д., Тактаев П.В. Оптимизация процесса обучения решению физических задач с помощью алгоритмов//Физика в системе современного образования: VII международная конференция ФССО -03 (С. -Петербург, 14-18 октября 2003 г.) - Т.З. - С.-Петербург: РГПУ, 2003. - С.93-95. (0,2 п.л., авторских 50%).

6. Аксененко Н.И., Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Классификация алгоритмов решения учебных физических задач на основе межпредметных связей физики и информатики//Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях: Материалы международной научно-практической конференции (Екатеринбург, 2004) -Екатеринбург: УрГПУ, 2004 - С. 10-14 (0,4 п.л., авторских 30%).

7. Аксененко Н.И., Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Общий алгоритм решения задач по физике//Актуальные вопросы преподавания физико-технических дисциплин: Межвузовский сборник научных трудов. - Пенза: ПГПУ, 2004. - С. 184 - 187. (0,25 п.л., авторских 30%).

8. Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Применение тестовых методик в процессе обучения решению задач с помощью алгоритмического подхода//Актуальные вопросы преподавания физики: Материалы VI международной научно-практической конференции (Пенза, 30 октября - 1 ноября 2002г.) - Пенза: ПГПУ, 2002. - С.88-91. (0,25 п.л., авторских 50%).

9. Аксененко Н.И., Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Учет трудности задач при обучении физике//Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования: Материалы Всероссийской научно-методической конференции. - Нижний Новгород: НГПУ, 2004. - С. 11-12 . (0,25 п.л., авторских 30%).

10. Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д., Семенов М.Б. О продуктивности алгоритмического подхода в физическом практикуме// Методика преподавания блока фундаментальных дисциплин: Труды научно-практической конференции (Ульяновск, 2003) - Ульяновск: УлГУ, 2003. - С-32 (0,05 п.л., авторских 50%).

11. Аксененко Н.И., Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Особенности применения алгоритмических предписаний при решении задач по физике в гуманитарных классах//Формирование естественно-научных знаний у студентов гуманитарных специальностей: Труды научно-практической конференции (Ульяновск, 2003) - Ульяновск: УлГУ, 2003. - С. 106. (0,05 п.л., авторских 30%).

12. Бит-Давид Е.Л., Кревчик В.Д. Экстенсивная и интенсивная сложности учебных физических задач//Методика преподавания блока фундаментальных дисциплин: Труды научно-практической конференции (Ульяновск, 2003) - Ульяновск: УлГУ, 2003. - С.22. (0,05 п.л., авторских 50%).

■Зш.

Подл. к печ. 25.11.2004 Объем 125 п.л. Заказ №.398 Тир 100 экз.

Типография МПГУ

№2 69*9

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Бит-Давид, Елена Львовна, 2004 год

Введение.

Глава 1. Теоретические аспекты проблемы развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе обучения решению задач по физике

1.1. Мышление старшеклассников и его развитие в процессе обучения

1.2. Развитие абстрактно-логического мышления учащихся в процессе обучения решению задач по физике.

1.3. Оценка уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся в процессе решения учебных физических задач (констатирующий эксперимент).

Глава 2. Модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе обучения решению задач по физике

2.1. Алгоритмы учебных физических задач и их классификация.

2.2. Обобщенный алгоритм решения задач по физике как средство формирования обобщенного комплексного умения.

2.3. Методика обучения учащихся решению задач с помощью обобщенного алгоритма, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления .:.

2.4. Обеспечение индивидуально-дифференцированного подхода путем варьирования обобщенного алгоритма с учетом уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Глава 3. Организация и результаты педагогического эксперимента 3.1. Задачи и методика проведения эксперимента.

3.2. Отбор контрольной и экспериментальной групп учащихся.

3.3. Результаты эксперимента.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ"

Общая характеристика работы

Актуальность исследования обусловлена инновационными изменениями в содержании профессиональной деятельности человека, вызванными новыми социально-экономическими условиями и быстрым развитием современных информационных технологий. Особое значение в этих условиях приобретает информационная культура общества. Происходящие в обществе изменения ставят каждого человека перед необходимостью учиться всю жизнь. Добиться успеха в любой сфере профессиональной деятельности может человек с высоким уровнем развития мышления, в частности, абстрактно-логического.

Развитию конкретных видов мышления в процессе обучения физике посвящены работы Н.Е. Важеевской (диалектического), А.В. Коржуева теоретического), Е.Н. Поляковой (логического), Р.И. Малафеева и В.Г. Разумовского (творческого) и др.

Общие вопросы развития мышления учащихся в процессе обучения решению задач по физике рассматриваются в трудах В.Е. Володарского, Н.М. Зверевой, JI.A. Ивановой, С.Е. Каменецкого, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой и др. Ученые-методисты определяют решение физической задачи как мыслительный процесс, обосновывают его развивающую функцию (различные изменения в знаниях, умениях, способностях, развитии личности учащегося).

- увеличение объема знаний учащихся по физике;

- повышение уровня сформированности операций мышления;

- повышение качества решения задач учащимися (усвоение структуры и содержания обобщенного алгоритма решения задач по физике, увеличение количества и физической сложности задач, решаемых самостоятельно, уменьшение времени, затрачиваемого на решение задач).

Для реализации поставленной цели и проверки гипотезы были выдвинуты следующие задачи:

1. Провести междисциплинарный ' анализ теоретической разработанности проблемы развития абстрактно-логического мышления старшеклассников.

4. Разработать комплекс задач по физике и соответствующих им видов обобщенного алгоритма для учащихся с различным уровнем развития абстрактно-логического мышления.

Методолого-теоретической основой исследования явились:

- психологическая теория формирования и развития личности (А. Бине, JI.C. Выготский, П.Я. Гальперин, Г. Крэйг, А.Н. Леонтьев, C.JI. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина);

- психолого-педагогические закономерности формирования умственных действий и процесса решения физических задач (Г.А. Балл, Н.Е. Важеевская, В.Е. Володарский, П.Я. Гальперин, Н.М. Зверева, JI.A. Иванова, Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова, С.Е. Каменецкий, А.В. Коржуев, В. А. Крутецкий, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Р.И. Малафеев, Д. Пойя, Н.Н. Тулькибаева, В.Г. Разумовский, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова, Л.М. Фридман);

- теория и практика индивидуализации процесса обучения (Г.Д. Глейзер, Ю.Н. Кулюткина, Г.С. Сухобская, Н.С. Пурышева, Е.С. Рабунский, Н.М. ШахМаев, Р.А. Утеева, И.Э. Унт);

- теория и практика конструирования педагогических тестов (Ю.М. Нейман, Б.У. Родионов, О.А. Татур, В.А. Хлебников, М.Б. Челышкова).

Исследование проводилось в три этапа.

Базой для проведения исследования ' явились подготовительные отделения Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназия №53 г. Пензы, средние общеобразовательные школы г. Пензы №4, 10, 41. В зависимости от цели объем выборки педагогического эксперимента включал от 15 до 1156 человек.

Теоретическая значимость исследования состоит в определении:

- принципа варьирования обобщенного алгоритма решения физических задач по логической структуре;

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработаны:

На защиту выносятся:

2. Принцип варьирования обобщенного алгоритма решения учебных физических задач.

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

Выводы по второй главе

1. Применение обобщенного алгоритма решения физических задач при формировании комплексного обобщенного умения решать задачи создает предпосылки развития абстрактно-логического мышления.

2. Обобщенный алгоритм решения задач по физике обеспечивает осуществление переноса знаний, умений, навыков из одной предметной области в другую, что требует от учащихся широкого применения операций мышления, повышает их уровень абстрактно-логического мышления.

3. Применение основ информатики при обучении физике позволило, варьировать обобщенный алгоритм решения задач по виду блок-схем, представляющих его в конкретных задач.

4. Виды обобщенного алгоритма решения задач по физике в зависимости от вида блок-схемы представлены следующей системой алгоритмов: 1) алгоритм в виде цепочки последовательных действий;

2) простой алгоритм, содержащий логическое условие «если ., то .»;

3) комбинированный алгоритм; 4) разветвленный; 5) содержащий подалгоритм, переопределяющий условие задачи.

5. Успешное развитие абстрактно-логического мышления учащихся при решении задач по физике с использованием обобщенного алгоритма возможно, если выполняются следующие условия:

- осуществляется планомерный, поэтапный переход от алгоритмов первого вида к алгоритмам пятого вида;

- в процессе обучения учащихся методам решения задач с помощью предложенной системы алгоритмов реализуется проблемный подход, целенаправленно формируются операции мышления;

- используются такие приемы, как решение задач-ловушек, задач с дополнительными требованиями, составление и использование справочных руководств по решению задач;

- экспериментально определена объективная сложность каждой задачи и степень ее трудности, создан комплекс задач, включающий в себя наборы задач различной трудности;

- произведена классификация возможных алгоритмов решения задач по соответствующей им трудности;

- разработаны и систематически применяются индивидуальные карточки помощи, являющиеся руководством по решению задач разной степени трудности с использованием соответствующих алгоритмов;

- систематически осуществляется педагогическое регулирование учебной деятельностью учащихся в процессе решения задач с помощью индивидуально подобранного для них комплекса задач и соответствующих им алгоритмов различной трудности, адекватных уровню развития абстрактно-логического мышления обучаемых.

ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО

ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. Задачи и методика проведения эксперимента

В соответствии с целью исследования .- обосновать и разработать методику применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающую повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ - были определены критерии оценки уровня развития абстрактно-логического мышления. Опираясь на концепции развития мышления психологов, педагогов, методистов, таких как: Н.Е. Важеевская, Л.С. Выготский, С.Е. Каменецкий, З.И. Калмыкова, Р.И. Малафеев, Н.А. Менчинская, A.M. Матюшкин, М.И. Махмутов, Р.С. Немов, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, С.Л. Рубинштейн, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова за показатели уровня развития абстрактно-логического мышления мы приняли: 1) объем знаний учащихся по физике; 2) сформированное^ операций мышления; 3) качество решения задач учащимися (уменьшение времени, затрачиваемого на решение задач; увеличение количества и физической сложности задач, решаемых самостоятельно; усвоение структуры и содержания обобщенного алгоритма решения задач по физике).

Это определило выбор методов, конкретных методик и различных видов педагогического эксперимента.

Достоверность полученных экспериментальных результатов оценивалась методами математической статистики для малой выборки, средние взвешенные показатели каждой выборки сравнивались по t- и F-критериям при уровне вероятности 0,95 [144; 145].

Исследование состояло в изучении проблемы мышления и развития абстрактно-логического мышления в психологической, педагогической, методической литературе, трудах по проблемам развития абстрактнологического мышления при обучении физике и, в частности, с помощью применения алгоритма решения задач по физике; в педагогическом эксперименте; литературном оформлении диссертации.

Педагогический эксперимент проводился в течение 2001 - 2004 гг. с учащимися старших классов школ г. Пензы и Пензенской области. Эксперимент проводился в три этапа:

I этап - констатирующий (2001/2002 учебный год).

На этом этапе исследованы особенности мышления учащихся старших классов, выявлены критерии, показатели уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников на примере учащихся средних школ г. Пензы и Пензенской области.

II этап - формирующий эксперимент (2002/2003). Определен состав контрольной и экспериментальной групп учащихся. Разработана и применена экспериментальная методика обучения решению учебных физических задач с использованием алгоритмов, направленная на повышение уровня развития абстрактно-логического мышления. Останавливаться на описании этого этапа нет необходимости, поскольку он в достаточной мере представлен по каждой главе диссертации. Заметим только, что при этом были рассмотрены оценки по физике в документах 1156 учащихся, поступивших в высшие учебные заведения; изучено 62 доклада учителей; проанкетировано 73 учителя физики. Было проведено по предлагаемой методике 133 урока физики в школах города Пензы.

III этап - контрольный (2003/2004). Данный этап включает изучение влияния разработанной методики применения алгоритмов в процессе обучения решению учебных физических задач на развитие уровня абстрактно-логического мышления старшеклассников.

В зависимости от цели объем выборки педагогического эксперимента включал от 15 до 1156 человек.

3.2. Отбор контрольной и экспериментальной групп старшеклассников

Эксперимент проводился в условиях реформирования современной системы образования. Одним из направлений проводимой реформы является создание системы специализированной подготовки (профильного обучения) в старших классах общеобразовательной школы.

В ходе эксперимента был проведен опрос 1156 учащихся старших классов г. Пензы. Результаты опроса свидетельствуют о том, что 86% учащихся старших классов определились с выбором возможной сферы профессиональной деятельности. 78% определились с выбором вуза, 27% из них ориентированы на то, что при поступлении в вуз им необходимо пройти вступительные испытания по физике. Большинство учащихся группы, ориентированной на вступительные испытания (57,4%), посещают занятия по физике вне школы (посещают факультативы, занимаются с репетитором, являются слушателями подготовительных отделений вузов), поэтому можно считать, что профессиональное самоопределение этих учащихся состоялось. Именно из этой группы были отобраны старшеклассники для участия в формирующем этапе эксперимента: старшеклассники, посещающие подготовительные отделения физико-математического факультета Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета. Всего 223 человека (5 групп). Характерной особенностью этих групп, является их различие по уровню знаний по физике, по уровню развития абстрактно-логического мышления.

Для выявления контрольной и экспериментальной групп потребовалось отобрать наиболее сравнимые по уровню знаний по физике и уровню развития абстрактно-логического мышления учащихся группы.

Уровень знаний по физике каждой из групп определялся на основе расчета среднего балла оценок учащихся. Оценки выставлялись тремя независимыми экспертами. Получены следующие значения средних баллов оценок по физике для учащихся пяти групп для р = 0,95:

Б] ~ (3,44±0,18) - средний балл первой группы учащихся Б2 ~ (3,46±0,18) - средний балл второй группы учащихся />, ~ (3,33±0,20) - средний балл третьей группы учащихся ~ (3,41±0,11) - средний балл четвертой группы учащихся Б, ~ (3,37±0,16) - средний балл пятой группы учащихся Построены полигоны оценок (рисунки 11 - 15). Из рисунков видно, что полученные полигоны распределения оценок физических знаний учащихся исследуемых групп отличаются друг от друга. Поэтому произведен расчет дисперсии, асимметрии и эксцесса распределения оценок учащихся различных групп, результаты приведены в сводной расчетной таблице 15. Для расчета использовалась методика, предложенная Е.В. Сидоренко [144].